JPH03289366A

JPH03289366A - ねじり結合子型超音波モータ

Info

Publication number: JPH03289366A
Application number: JP2087187A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Otsuka; 謙一大塚; Eisaku Matsumoto; 松本　栄作; Akio Kumada; 熊田　明生
Original assignee: PIEZO TEC KK; Nippon Steel Chemical Co Ltd
Current assignee: PIEZO TEC KK; Nippon Steel Chemical and Materials Co Ltd
Priority date: 1990-03-31
Filing date: 1990-03-31
Publication date: 1991-12-19

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、たとえば圧電素子とねじり結合子とを一体的
に結合することにより超音波楕円振動を発生さセるねし
り結合子型超音波モーフに関するものである。

〔従来の技術〕

超音波モータは、ステータ部に圧着されたロータ部を超
音波楕円振動により回転させる。したかっ“Ｃ１超音波
モータでは、超音波楕円振動を発生ずる振動子が必要と
μる。この超音波楕円振動を発佳さセるものとして、た
とえば、ねしり結合子を用いたものがある（特開昭６ｌ
−０５２１（ｉ３　ｑ、特開昭６１−０５２１６７号）
。

ねじり結合子型超音波モーフは、構造が簡単で、しかも
効率良く超音波楕円振動を発生さ一ヒることかできる。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来より、ドーナツ状の圧電素子２個を重ねて圧電部を
形成したねしり結合子型超音波モーフがある。この超音
波モータを駆動するには、超音波モータの駆動電圧に闇
値があるので、少なくとも約６０Ｖ程度の交流電圧が必
要になる。このため、市販の電池を用いて駆動する場合
には、電源部のスペースが大きくなり、小型化する際に
問題となっていた。また従来のねじり結合子型超音波モ
ータは、駆動電圧が高いので、人体にも危険であり、改
良が望まれていた。

本発明は上記事情に基づいてなされたものであり、低電
圧化及び小型化が容易なねじり結合子型超音波モータを
提供することを目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するための本発明は、圧電手段とねじ
り結合手段とを有するステータ部と、該ステータ部に圧
着されるロータ部とを備え、前記ステータ部の楕円振動
とにより前記ロータ部を回転するねじり結合子型超音波
モータにおいて、前記圧電手段は少なくとも４枚の圧電
素子を積層して形成したものであることを特徴とするも
のである。

また、前記圧電手段は、前記圧電素子を積層後に一度に
分極することが望ましい。

〔作用〕

本発明は前記の構成によって、少なくとも４枚の圧電素
子を１１層して圧電手段を形成したことにより、圧電素
子を並列に接続して従来の駆動電圧よりも低い駆動電圧
で、従来と同等の出力を得ることができる。

また、圧電手段は、各圧電素子を積層後に一度に分極す
ることにより、各圧電素子の特性を均一なものとするこ
とができる。

〔実施例〕

以下に本発明の一実施例を第１図乃至第３図を参照して
説明する。第３図は本発明のねじり結合子型超音波モー
タの概略構造図である。本発明のねじり結合子型超音波
モータは、たて振動子１０とねじり結合子２０とを含む
ステータ部３０と、ロータ部４０とから成る。たて振動
子１０は、後述する圧電素子ｌを４枚積層して形成した
圧電部（圧電手段）３とアルミニウム製円板５とを含む
ものである。

上記構成のねじり結合子型超音波モータは、たて振動子
１０によって発生した縦振動を、ねしり結合子２０によ
りねしり振動に変換し、ねしり結合子２０の上端面に超
音波楕円振動を発生させ、この超音波楕円振動によりロ
ータ部４０を回転する。

第１図は圧電部３の拡大構造図である。圧電部３は４枚
の圧電素子（たとえば、圧電型セラ旦ソクス）１．〜１
４を積層して形成したものである。

圧電素子１を同図に示すように偶数枚８層することによ
り、圧電部３の縦振動の振幅を対称なものとすることが
できる。また、１ａはドーナツ状の圧電素子１１の上面
の全体に形成された上部電極、同様にｌｂは下部電極、
ＩＣは共通電極である。

このように圧電素子１表面の全面に電極を形成するのは
、部分的に電極を形成したものに比べて、圧電素子１の
トルク等の特性が向上するからである。尚、同図の矢印
は分極の方向を示す。

ところで、圧電素子１の分極を行う場合に、各圧電素子
１１〜１４毎に個別に分極を行うと、各圧電素子１　ｌ
”　１４の特性にばらつきが生ずる。

このような圧電素子１１〜１４を積層して形成した圧電
部３を用いた超音波モータは、低電圧で駆動することは
できるが、特性の点で従来のものに比べて、若干劣る。

そこで、本実施例では、第２図に示すように上部電極１
ａと下部電極１ｂと共通電極ｌｃｚとを直流電源６のマ
イナス側に、また共通電極１ｃ＋と共通電極ＩＣ３とを
プラス側に接続して、各圧電素子１．〜１４を一度に分
極する。これにより、分極を行う際の各圧電素子１１〜
１４の特性のばらつきを抑え、特性を揃えることができ
る。また、各圧電素子ＩＩ〜１４を駆動するときには、
各圧電素子１．〜１４を図示しない交流電源に並列に接
続する。

ところで、超音波モータは、圧電素子の電界強度Ｅ＝Ｖ
／ｄ　（ただし、■は駆動電圧、ｄは圧電素子の厚さで
ある。）が変わると、そのトルク等の特性が変わる。上
記構成の圧電部３によれば、圧電素子を４枚積層して各
圧電素子ｌを並列に接続して駆動するので、圧電部３の
厚さ、内径及び外形を従来のものと同一にした場合、各
圧電素子１に印加する駆動電圧Ｖを約半分に低減しても
、各圧電素子ｌの電界強度Ｅは従来のものと同等にする
ことができる。このように、本実施例の圧電部３を用い
た超音波モータは従来のモータに比べて駆動電圧Ｖを約
半分に低減しても、各圧電素子１の電界強度Ｅを従来と
同じにすることができるので、原理的には従来の超音波
モータと同様の回転数及びトルクが発生するはずである
。

本発明者等は、厚さ０．５−１内径３ｍ、外形１５Ｍの
ドーナツ状の圧電素子１を４枚積層して形成した圧電部
３を使用した超音波モータを試作して実験を行った。各
圧電素子ＩＩ〜１４を並列に接続して約２５Ｖの駆動電
圧を印加して測定した結果、従来の２ｕの圧電部（１ｕ
厚の圧電素子２個を重ねて形成したもの）を有するモー
タを１００Ｖの交流電圧で駆動した場合と略同様の出力
を得た。

また、本発明者等は、厚さ０．２５Ｍ、内径３紬、外形
１５闘のドーナツ状の圧電素子をＢ枚積層して形成した
圧電部３を使用した超音波モータを試作して実験した。

各圧電素子を並列に接続して約１３Ｖの駆動電圧を印加
して測定した結果、この場合も、上記の従来のものと略
同様の出力を得た。

上記の場合、両者とも共振のＱ値はやや低くなった。ま
た、本実施例の圧電素子は円板状ではなくドーナツ状で
あるが、円板状の圧ｉｉ素子に使用する電気機械結合係
数（Ｋｐ）を用いて従来のものと本実施例とを比較して
みると、本実施例のＫｐ値は略従来のものと同様であっ
た。また、圧電素子を積層して形成することにより、単
体のものに比べて、アドミッタンスを小さくすることが
できる。更に、アドミ・７タンスの最大値は各々の圧電
素子ｌのアドミツタンス値の総和の約９５％となった。

上記の実施例によれば、駆動電圧を・１２■以下にする
ことも可能であり、電池駆動する場合に、容易に小型化
することができる。

また、上記の実施例によれば、駆動電圧を低電圧化する
ことができるので、間違って電源部に触れた場合でも、
人体に害を及ぼすことのない超音波モータとすることが
できる。

更に、駆動電圧の低電圧化により、絶縁も簡易なもので
よく、したがって１！１縁処理が容易になり、製造コス
トが廉価になると共に、より小型化が可能となる。

尚、圧電素子１の厚さは薄ければ薄い程、積層できる・
枚数が多くなるので、より低電圧で駆動することが可能
となる。しかし、圧電素子１の厚さをあまり薄くすると
、Ｑ値が低下し、しかも機械的強度が弱くなり割れ易く
なるので、この点で積層で゛きる枚数は、４〜１０枚程
度程度ることが実用上好ましい。

また、多数の圧電素子を積層した場合には、旦直列に接
続したものを並列に接続するようにしてもよい。

更に、１１・厚の圧電素子を４枚積層して形成した圧電
部を用いた超音波モータと、従来の２ｕ厚の圧電素子を
２枚重ねたものとを同一の駆動電圧（交流６０ｖ）で駆
動して両者の特性を測定したところ、この超音波モータ
の回転数やトルクは従来のものの約２倍になった。この
ように、本実施例では、駆動電圧を従来と同一にすれば
、超音波モータの特性の向上を図ることができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、少なくとも４枚の
圧電素子を積層して圧電手段を形成することにより、低
電圧でも、従来と同様の出力を得ることができ、また既
存の電池を用いて駆動する場合に小型化が容易なねしり
結合子型超音波モータを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は圧電部の拡大構造図、第２図は圧電素子の分極
を説明するための図、第３図は本発明の−・実施例であ
るねしり結合子型超音波モータの概略構造図である。１１〜１４・・・圧電素子、１ａ・・・上部電極、１ｂ
・・・下部電極、ＩＣ・・・共通電極、３・・・圧電部
、５・・・アルミニウム製円板、１０・・・ランジュバ
ン振動子、４０　・・ねしり結合子、３０・・・ステータ部、ロータ部。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）圧電手段とねじり結合手段とを有するステータ部
と、該ステータ部に圧着されるロータ部とを備え、前記
ステータ部の縦振動とねじり振動とにより前記ロータ部
を回転するねじり結合子型超音波モータにおいて、前記
圧電手段は少なくとも４枚の圧電素子を積層して形成し
たものであることを特徴とするねじり結合子型超音波モ
ータ。
（２）前記圧電手段は、前記圧電素子を積層後に一度に
分極したことを特徴とする請求項１記載のねじり結合子
型超音波モータ。
（３）前記圧電手段は、１０枚以下の圧電素子を積層し
て形成したものであることを特徴とする請求項１記載の
ねじり結合子型超音波モータ。