JP3141209B2 - 超音波モータ - Google Patents
超音波モータInfo
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- JP3141209B2 JP3141209B2 JP03197389A JP19738991A JP3141209B2 JP 3141209 B2 JP3141209 B2 JP 3141209B2 JP 03197389 A JP03197389 A JP 03197389A JP 19738991 A JP19738991 A JP 19738991A JP 3141209 B2 JP3141209 B2 JP 3141209B2
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- torsional
- longitudinal
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は，ＯＡ機器や玩具等に用
いられる小型モータに関し，特にローター直径が小さい
割に，トルクの大きい超音波モータに関するものであ
る。
いられる小型モータに関し，特にローター直径が小さい
割に，トルクの大きい超音波モータに関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】一般に，超音波モータは電磁モータと比
較して，低回転で高いトルクが得られること，停止保持
力を有すること，電磁ノイズが小さいことなどの利点を
有しており，カメラのオートフォーカス用や自動車用パ
ワーモータ等に使用されている。
較して，低回転で高いトルクが得られること，停止保持
力を有すること，電磁ノイズが小さいことなどの利点を
有しており，カメラのオートフォーカス用や自動車用パ
ワーモータ等に使用されている。
【０００３】図５は従来の超音波モータの一構成例を示
す斜視図である。図５において，圧電捩り複合振動子１
０１と圧電縦振動子１０２を含む縦一捩り複合振動子１
０３の一方の端面に回転自在に支持されたローター１０
４を加圧接触させて構成されている。
す斜視図である。図５において，圧電捩り複合振動子１
０１と圧電縦振動子１０２を含む縦一捩り複合振動子１
０３の一方の端面に回転自在に支持されたローター１０
４を加圧接触させて構成されている。
【０００４】図６は図５の超音波モータに用いられてい
る圧電捩り複合振動子１０１の一構成例を示す斜視図で
ある。図６において，弦の方向に分極された複数個の扇
形の圧電セラミック板１０５が円板あるいはリング状
に，各々の分極の向きが閉じるように接合されている。
る圧電捩り複合振動子１０１の一構成例を示す斜視図で
ある。図６において，弦の方向に分極された複数個の扇
形の圧電セラミック板１０５が円板あるいはリング状
に，各々の分極の向きが閉じるように接合されている。
【０００５】図７は縦一捩り型超音波モータの動作原理
の説明図である。図７において，縦一捩り複合振動子１
０３の捩り振動変位ξと長さ方向の伸縮変位ξ′の状態
とローター１０４の回転状態を示している。各変位の向
きは図７中に示すように点対称で，両端に移動するにつ
れて次第に大きくなるような振動モードを有する。
の説明図である。図７において，縦一捩り複合振動子１
０３の捩り振動変位ξと長さ方向の伸縮変位ξ′の状態
とローター１０４の回転状態を示している。各変位の向
きは図７中に示すように点対称で，両端に移動するにつ
れて次第に大きくなるような振動モードを有する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】図６からわかるように
従来の圧電捩り複合振動子１０１は，扇形の圧電セラミ
ック板１０５を複数個接着しているため，組立工程が複
雑になる上に接着による特性のばらつきが大きいという
欠点がある。また一般に，図５で示すような円柱状の振
動子においては，捩り振動の共振周波数と縦振動の共振
周波数とが一致しないため，捩り振動の共振周波数で駆
動しても，縦振動は非共振の状態で駆動されることが生
じる。従って，縦振動の振動振幅が小さくなり超音波モ
ータのトルクを大きくすることが困難であるという欠点
がある。
従来の圧電捩り複合振動子１０１は，扇形の圧電セラミ
ック板１０５を複数個接着しているため，組立工程が複
雑になる上に接着による特性のばらつきが大きいという
欠点がある。また一般に，図５で示すような円柱状の振
動子においては，捩り振動の共振周波数と縦振動の共振
周波数とが一致しないため，捩り振動の共振周波数で駆
動しても，縦振動は非共振の状態で駆動されることが生
じる。従って，縦振動の振動振幅が小さくなり超音波モ
ータのトルクを大きくすることが困難であるという欠点
がある。
【０００７】そこで，本発明の技術的課題は，ローター
の直径を小さくすることができるとともに，小型でトル
クの大きい超音波モータを提供することにある。
の直径を小さくすることができるとともに，小型でトル
クの大きい超音波モータを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明によれば，円周方
向に捩り振動を行う圧電セラミック中空円柱からなる捩
り振動子と，前記捩り振動子の一端部と対向する一端部
を有し長さ方向に伸縮振動を行う圧電セラミック中空円
柱からなる縦振動子と，前記捩り振動子と前記縦振動子
とに介在して夫々の振動子の一端部に圧接されるロータ
とを備えたことを特徴とする超音波モータが得られる。
向に捩り振動を行う圧電セラミック中空円柱からなる捩
り振動子と，前記捩り振動子の一端部と対向する一端部
を有し長さ方向に伸縮振動を行う圧電セラミック中空円
柱からなる縦振動子と，前記捩り振動子と前記縦振動子
とに介在して夫々の振動子の一端部に圧接されるロータ
とを備えたことを特徴とする超音波モータが得られる。
【０００９】本発明によれば，前記超音波モータにおい
て，前記縦振動子の一端部に対向する他端部は固定さ
れ，前記捩り振動子は，捩り振動の節部で支持されてい
ることを特徴とする超音波モータが得られる。
て，前記縦振動子の一端部に対向する他端部は固定さ
れ，前記捩り振動子は，捩り振動の節部で支持されてい
ることを特徴とする超音波モータが得られる。
【００１０】本発明によれば，前記超音波モータにおい
て，前記縦振動子及び前記捩り振動子及びこれら間に配
されたロータとを一直線に貫通する軸を設け，前記捩り
振動子を捩り振動の節部で支持リングで支持し，前記縦
振動子の前記一端部に対向する他端部を固定部材に固定
して，前記固定枠内に収容したことを特徴とする超音波
モータが得られる。
て，前記縦振動子及び前記捩り振動子及びこれら間に配
されたロータとを一直線に貫通する軸を設け，前記捩り
振動子を捩り振動の節部で支持リングで支持し，前記縦
振動子の前記一端部に対向する他端部を固定部材に固定
して，前記固定枠内に収容したことを特徴とする超音波
モータが得られる。
【００１１】本発明によれば，前記超音波モータにおい
て，前記捩り縦振動子は前記圧電セラミック中空円柱の
外周面に，長さ方向に対して４５°をなす方向に平行に
延在する交差指電極が形成されていることを特徴とする
超音波モータが得られる。
て，前記捩り縦振動子は前記圧電セラミック中空円柱の
外周面に，長さ方向に対して４５°をなす方向に平行に
延在する交差指電極が形成されていることを特徴とする
超音波モータが得られる。
【００１２】本発明によれば，前記超音波モータにおい
て，前記縦振動子は前記圧電セラミック中空円柱の外周
面に長さ方向または，円周方向に平行に延在する交差指
電極が形成されていることを特徴とする超音波モータが
得られる。
て，前記縦振動子は前記圧電セラミック中空円柱の外周
面に長さ方向または，円周方向に平行に延在する交差指
電極が形成されていることを特徴とする超音波モータが
得られる。
【００１３】
【作用】本発明の超音波モータにおいては，捩り振動子
の変位と同期して一方の縦振動子の長さが伸びると，こ
れらに介在するローターは二つの振動子に挟まれて捩り
変位の方向に回転する。この時，もう一方の縦振動子は
縮んでおり，捩り変位の方向が反転すると捩り振動子の
変位と同期して縦振動子の長さが伸びローターは先の回
転方向と同じ捩り変位の方向に回転する。
の変位と同期して一方の縦振動子の長さが伸びると，こ
れらに介在するローターは二つの振動子に挟まれて捩り
変位の方向に回転する。この時，もう一方の縦振動子は
縮んでおり，捩り変位の方向が反転すると捩り振動子の
変位と同期して縦振動子の長さが伸びローターは先の回
転方向と同じ捩り変位の方向に回転する。
【００１４】
【実施例】以下，本発明の超音波モータについて図面を
用いて詳しく説明する。図１は本発明の超音波モータの
一構成例を示す斜視図である。図１において，超音波モ
ータはいわゆる縦振動子捩り振動子圧接型と呼ばれる超
音波モータで，縦振動子８の一方の端面を固定ベース１
１・１１′に夫々固定したものを二つ（もう一つは
８′）それぞれ他方の端部を対向させ，これらの端面の
間に捩り振動の接点を支持リング１０で固定された圧電
捩り振動子６を二つのロータ１２，１２′を介在させて
挟むように構成されている。ローター１２，１２′はこ
の捩り振動子６の両端面と前記圧電縦振動子８・８′の
端面との間にそれぞれ回転自在に支持されている。
用いて詳しく説明する。図１は本発明の超音波モータの
一構成例を示す斜視図である。図１において，超音波モ
ータはいわゆる縦振動子捩り振動子圧接型と呼ばれる超
音波モータで，縦振動子８の一方の端面を固定ベース１
１・１１′に夫々固定したものを二つ（もう一つは
８′）それぞれ他方の端部を対向させ，これらの端面の
間に捩り振動の接点を支持リング１０で固定された圧電
捩り振動子６を二つのロータ１２，１２′を介在させて
挟むように構成されている。ローター１２，１２′はこ
の捩り振動子６の両端面と前記圧電縦振動子８・８′の
端面との間にそれぞれ回転自在に支持されている。
【００１５】ローター１２・１２′と一体に回転するシ
ャフト１３を前記圧電セラミック中空円柱縦振動子及び
捩り振動子内部を貫通させ全体が固定枠１６に納められ
て，この固定枠１６の少なくとも一方の端部側から皿バ
ネ１４を介してナット１５で押し付けている。
ャフト１３を前記圧電セラミック中空円柱縦振動子及び
捩り振動子内部を貫通させ全体が固定枠１６に納められ
て，この固定枠１６の少なくとも一方の端部側から皿バ
ネ１４を介してナット１５で押し付けている。
【００１６】図２は図１の超音波モータに用いられる捩
り振動子６を示す斜視図である。図２において，圧電セ
ラミック中空円柱７の外周面に円柱の長さ方向に対して
４５°の方向に延在する斜め電極６ａ，６ｂ…が一つお
きに形成され，それぞれ相反する端部の導電性の接続部
２６ａ，２６ｂに接続され二端子とされ，斜め交差指電
極を形成している。これらの電極は，圧電セラミック中
空円柱に電極を印刷するという一般的な方法で形成され
る。この斜め電極６ａ，６ｂを用いて分極処理を施すと
分極方向は斜め電極６ａ，６ｂの長さ方向に対して直角
な方向となる。分極を施した状態で前記斜め交差指電極
に交流電圧を印加すると，電圧の極性が分極時の電圧の
極性と同じ場合は分極の方向に伸び歪が発生し，電圧の
極性が分極時の極性と逆の場合は分極の方向に縮み歪が
発生する。分極方向に伸びあるいは縮み歪が発生した場
合，分極方向と直角な方向にはこれらと反対に縮みある
いは伸び歪が発生する。したがって，前記圧電セラミッ
ク中空円柱７に両端面が互いに逆方向に回転して捩じれ
るような捩り変位が発生する。
り振動子６を示す斜視図である。図２において，圧電セ
ラミック中空円柱７の外周面に円柱の長さ方向に対して
４５°の方向に延在する斜め電極６ａ，６ｂ…が一つお
きに形成され，それぞれ相反する端部の導電性の接続部
２６ａ，２６ｂに接続され二端子とされ，斜め交差指電
極を形成している。これらの電極は，圧電セラミック中
空円柱に電極を印刷するという一般的な方法で形成され
る。この斜め電極６ａ，６ｂを用いて分極処理を施すと
分極方向は斜め電極６ａ，６ｂの長さ方向に対して直角
な方向となる。分極を施した状態で前記斜め交差指電極
に交流電圧を印加すると，電圧の極性が分極時の電圧の
極性と同じ場合は分極の方向に伸び歪が発生し，電圧の
極性が分極時の極性と逆の場合は分極の方向に縮み歪が
発生する。分極方向に伸びあるいは縮み歪が発生した場
合，分極方向と直角な方向にはこれらと反対に縮みある
いは伸び歪が発生する。したがって，前記圧電セラミッ
ク中空円柱７に両端面が互いに逆方向に回転して捩じれ
るような捩り変位が発生する。
【００１７】図３は本発明の超音波モータに用いられる
一つの縦振動子８の構造例を示す斜視図であり，もう一
つの縦振動子８′も同様な構造を有する。図３の圧電セ
ラミック中空円柱９の外周面に円周方向に沿って互いに
平行に周電極８ａ，８ｂ…が形成され導電性の共通部２
８ａ，及び図示しないもう一つの共通部に接続されて二
端子とされ，交差指電極１７を形成している。この交差
電極１７を用いて分極処理を施すと分極方向は前記交差
指電極１７の長さ方向と垂直な方向となる。この状態で
前記交差指電極１７に交流電圧を印加すると，電圧の極
性が分極時の電圧の極性と同じ場合は分極の方向に伸び
歪が発生し，電圧の極性が分極時の極性と逆の場合は分
極の方向に縮み歪が発生する。したがって，圧電セラミ
ック中空円柱９は長さ方向に伸縮する。
一つの縦振動子８の構造例を示す斜視図であり，もう一
つの縦振動子８′も同様な構造を有する。図３の圧電セ
ラミック中空円柱９の外周面に円周方向に沿って互いに
平行に周電極８ａ，８ｂ…が形成され導電性の共通部２
８ａ，及び図示しないもう一つの共通部に接続されて二
端子とされ，交差指電極１７を形成している。この交差
電極１７を用いて分極処理を施すと分極方向は前記交差
指電極１７の長さ方向と垂直な方向となる。この状態で
前記交差指電極１７に交流電圧を印加すると，電圧の極
性が分極時の電圧の極性と同じ場合は分極の方向に伸び
歪が発生し，電圧の極性が分極時の極性と逆の場合は分
極の方向に縮み歪が発生する。したがって，圧電セラミ
ック中空円柱９は長さ方向に伸縮する。
【００１８】図１に戻って，捩り振動子６の変位と同期
して縦振動子８の長さが伸びると，ローター１２は二つ
の振動子６，８の夫々の端面間に挟まれて捩り変位の方
向に回転する。この時，もう一方の縦振動子８′は縮ん
でおり捩り変位の方向が反転すると捩り振動子６の変位
と同期して縦振動子８′の長さが伸びローター１２′は
先の回転方向と同じ捩り変位の方向に回転する。この場
合の回転数及びトルクは駆動周波数が一定の場合，捩り
振動及び縦振動の夫々の振幅の大きさによって決まる。
して縦振動子８の長さが伸びると，ローター１２は二つ
の振動子６，８の夫々の端面間に挟まれて捩り変位の方
向に回転する。この時，もう一方の縦振動子８′は縮ん
でおり捩り変位の方向が反転すると捩り振動子６の変位
と同期して縦振動子８′の長さが伸びローター１２′は
先の回転方向と同じ捩り変位の方向に回転する。この場
合の回転数及びトルクは駆動周波数が一定の場合，捩り
振動及び縦振動の夫々の振幅の大きさによって決まる。
【００１９】図１に示した本発明の超音波モータにおい
ては，捩り振動子６と縦振動子８（８′）は独立してい
るため，それぞれの共振周波数はそれぞれの振動子の寸
法を独立に調整することで共振周波数を一致させること
が出来る。従って捩り振動子６と縦振動子８（８′）は
各々の共振周波数で駆動することが可能となり，捩り振
動の振動振幅と縦振動の振動振幅を大きくすることが可
能となる。また，捩り振動に対して共振周波数が高い縦
振動を１／４λで駆動することにより捩り振動子より短
い寸法で捩り振動の共振周波数に一致する共振周波数の
縦振動子が出来る。また，ローター１２，１２′の回転
方向の転換は，捩り振動駆動電圧と縦振動駆動電圧の位
相の何れかを１８０°変化させることにより可能であ
る。
ては，捩り振動子６と縦振動子８（８′）は独立してい
るため，それぞれの共振周波数はそれぞれの振動子の寸
法を独立に調整することで共振周波数を一致させること
が出来る。従って捩り振動子６と縦振動子８（８′）は
各々の共振周波数で駆動することが可能となり，捩り振
動の振動振幅と縦振動の振動振幅を大きくすることが可
能となる。また，捩り振動に対して共振周波数が高い縦
振動を１／４λで駆動することにより捩り振動子より短
い寸法で捩り振動の共振周波数に一致する共振周波数の
縦振動子が出来る。また，ローター１２，１２′の回転
方向の転換は，捩り振動駆動電圧と縦振動駆動電圧の位
相の何れかを１８０°変化させることにより可能であ
る。
【００２０】以上の本発明の実施例では，縦振動子８
（８′）の構造として圧電セラミック中空円柱９の外周
面に円周方向と平行な方向に交差指電極８ａ，８ｂ，８
ｃ…，を形成した場合について説明したが，図４（ａ）
に示すように圧電セラミック中空円柱４０の外周面に円
柱の長さ方向と平行な方向に交差指電極１８を施して構
成した縦振動子としても良く，更に，図４（ｂ）に示す
ように圧電セラミック中空円柱４０´の外周面及び内周
面のほぼ全面に電極を形成して構成した圧電縦振動子と
しても同様の効果が得られる。
（８′）の構造として圧電セラミック中空円柱９の外周
面に円周方向と平行な方向に交差指電極８ａ，８ｂ，８
ｃ…，を形成した場合について説明したが，図４（ａ）
に示すように圧電セラミック中空円柱４０の外周面に円
柱の長さ方向と平行な方向に交差指電極１８を施して構
成した縦振動子としても良く，更に，図４（ｂ）に示す
ように圧電セラミック中空円柱４０´の外周面及び内周
面のほぼ全面に電極を形成して構成した圧電縦振動子と
しても同様の効果が得られる。
【００２１】
【発明の効果】以上説明したように，本発明の超音波モ
ータにおいては，駆動力を発生するための圧電振動子の
形状が単純で，通常一般的に適用されているプレス成形
技術により容易に製造することが可能な圧電セラミック
中空円柱を用いて，この外周面にこれも一般的な技術で
ある電極印刷を施すことにより圧電捩り振動子及び圧電
縦振動子が得られるため，製造が容易で接着工程や複雑
な加工工程による特性のばらつきの少ない超音波モータ
を提供することができる。
ータにおいては，駆動力を発生するための圧電振動子の
形状が単純で，通常一般的に適用されているプレス成形
技術により容易に製造することが可能な圧電セラミック
中空円柱を用いて，この外周面にこれも一般的な技術で
ある電極印刷を施すことにより圧電捩り振動子及び圧電
縦振動子が得られるため，製造が容易で接着工程や複雑
な加工工程による特性のばらつきの少ない超音波モータ
を提供することができる。
【００２２】更に，本発明の超音波モータにおいては，
圧電捩り振動子及び圧電縦振動子の共振周波数をそれぞ
れ単独に調整して一致させることが可能であるため，そ
れぞれの振動振幅を大きくすることが出来る。従ってト
ルクの大きな超音波モータを提供することができる。
圧電捩り振動子及び圧電縦振動子の共振周波数をそれぞ
れ単独に調整して一致させることが可能であるため，そ
れぞれの振動振幅を大きくすることが出来る。従ってト
ルクの大きな超音波モータを提供することができる。
【図１】本発明の縦振動子捩り振動子圧接型超音波モー
タの一構成例を示す斜視図である。
タの一構成例を示す斜視図である。
【図２】図１の超音波モータに用いられる捩り振動子６
を示す斜視図である。
を示す斜視図である。
【図３】図１の超音波モータに用いられる縦振動子８
（８′）を示す斜視図である。
（８′）を示す斜視図である。
【図４】（ａ）および（ｂ）は本発明の超音波モータに
用いられる別のタイプの縦振動子の構造例を示す斜視図
である。
用いられる別のタイプの縦振動子の構造例を示す斜視図
である。
【図５】従来の超音波モータの構造を示す斜視図であ
る。
る。
【図６】図５の超音波モータに用いられている圧電捩り
複合振動子の構造を示す斜視図である。
複合振動子の構造を示す斜視図である。
【図７】図５の縦一捩り型超音波モータの動作原理の説
明図である。
明図である。
６ 捩り振動子 ７ 圧電セラミック中空円柱 ８ 縦振動子 ８´ 縦振動子 ８ａ 周電極 ８ｂ 周電極 ８ｃ 周電極 ８ｄ 周電極 ８ｅ 周電極 ８ｆ 周電極 ８ｇ 周電極 ８ｈ 周電極 １０ 支持リング １１ 固定ベース １１´ 固定ベース １２ ロータ １２´ ロータ， １３ シャフト １４ 皿バネ １５ ナット １７ 交差指電極 １８ 交差指電極 ４０ 圧電セラミック ４０´ 圧電セラミック ４１ａ 交差指電極 ４１ｂ 交差指電極 ４１ｃ 交差指電極 ４１ｄ 交差指電極 １０１ 圧電捩り複合振動子 １０２ 圧電縦振動子 １０２´ 圧電縦振動子 １０３ 縦一捩り複合振動子 １０４ ローター １０５ 扇形の圧電セラミック板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H02P 2/16
Claims (5)
- 【請求項１】 円周方向に捩り振動を行う圧電セラミッ
ク中空円柱からなる捩り振動子と，前記捩り振動子の一
端部と対向する一端部を有し長さ方向に伸縮振動を行う
圧電セラミック中空円柱からなる縦振動子と，前記捩り
振動子と前記縦振動子とに介在して夫々の振動子の一端
部に圧接されるロータとを備えたことを特徴とする超音
波モータ。 - 【請求項２】 請求項１の超音波モータにおいて，前記
縦振動子の一端部に対向する他端部は固定され，前記捩
り振動子は，捩り振動の節部で支持されていることを特
徴とする超音波モータ。 - 【請求項３】 請求項１の超音波モータにおいて，前記
縦振動子及び前記捩り振動子及びこれら間に配されたロ
ータとを一直線に貫通する軸を設け，前記捩り振動子を
捩り振動の節部で支持リングで支持し，前記縦振動子の
前記一端部に対向する他端部を固定部材に固定して，前
記固定枠内に収容したことを特徴とする超音波モータ。 - 【請求項４】 請求項１の超音波モータにおいて，前記
捩り縦振動子は前記圧電セラミック中空円柱の外周面
に，長さ方向に対して４５°をなす方向に平行に延在す
る交差指電極が形成されていることを特徴とする超音波
モータ。 - 【請求項５】 請求項１の超音波モータにおいて，前記
縦振動子は前記圧電セラミック中空円柱の外周面に長さ
方向または，円周方向に平行に延在する交差指電極が形
成されていることを特徴とする超音波モータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03197389A JP3141209B2 (ja) | 1991-07-12 | 1991-07-12 | 超音波モータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03197389A JP3141209B2 (ja) | 1991-07-12 | 1991-07-12 | 超音波モータ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0522962A JPH0522962A (ja) | 1993-01-29 |
| JP3141209B2 true JP3141209B2 (ja) | 2001-03-05 |
Family
ID=16373698
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03197389A Expired - Fee Related JP3141209B2 (ja) | 1991-07-12 | 1991-07-12 | 超音波モータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3141209B2 (ja) |
-
1991
- 1991-07-12 JP JP03197389A patent/JP3141209B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0522962A (ja) | 1993-01-29 |
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