JPH0491667A - 棒状超音波モータ - Google Patents

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、電磁力によらず機械的動力を発生するモータ
に係り、詳しくは軸方向における伸縮振動の合成により
振動子に励起される円運動を利用し、振動子と同軸的に
嵌合する被駆動体を摩擦駆動により回転させる棒状超音
波モータに関するものである。

（従来の技術） 従来、この種の棒状超音波モータとしては、例えば第６
図に示すものがある。

１は先端部の小径軸部１ａと後端部の大径軸部１ｂとの
間に径が先端部に向は漸減するホーン形状のホーン部Ｉ
Ｃを形成した金属丸棒からなる振動体、２は振動体１の
大径軸部１ｂと同径の外径に形成された軸心にボルト通
し孔を有する金属丸棒からなる押え体、３及び４は大径
軸部１ｂと同径の外径に形成された円環形状の圧電素子
板、５は圧電素子板３．４の電極板で、振動体１と押え
体２との間に、電極板５を挟むようにして圧電素子板３
，４を配し、ボルト６により押え体２を振動体１に固定
することにより、圧電素子板３．４を振動体１と押え体
２との間に固定して、振動子Ａを構成している。ボルト
６はその頭部が円環状の絶縁体７を介して押え体２に接
し、且つ軸部が圧電素子板３．４及び電極板５と非接触
状態に保持されている。

圧電素子板３，４は、片面側に分極方向が互いに異なり
、且つ厚み方向に分極された２つの電極（＋電極ａ、−
電極ｂ）が中心軸線位置に形成された絶縁部ｄの両側に
対称に形成されると共に、他面側に生電極ａ、−電極す
の共通電極Ｃが形成されていて、振動子Ａの軸線に対し
て互いに位置的位相が９０°の角度ずれて配置されてい
る。なお、圧電素子板３の分極電極（＋電極ａ、−電極
ｂ）は導電体である振動体１の後端面に接し、また圧電
素子板４の共通電極Ｃは導電体である押え体２の前端面
に接している。

そして、電極板５と振動子１との間に交流電圧■１を、
また電極板５と押え体２との間に交流電圧■２を印加す
ることにより、圧電素子板３の厚み方向における伸縮変
位による振動と、圧電素子板４の厚み方向における伸縮
変位による振動との合成により振動子Ａを振動させる。

交流電圧Ｖ１と交流電圧■、とは、第７図に示すように
、振幅及び周波数が共に同じで、時間的位相が９０°の
ずれを有している。

したかって、振動子Ａは、軸心を中心とし、縄飛びの縄
のよつな円運ＷｊＪ＜以下縄張び振動と称す）を行なう
ことになる。また、■１とＶ２の位相を逆転させること
により、円運動の正逆回転が可能となる。なお、この円
運動が生じる原理については、公知であるので説明は省
略する。

第８図に示す様にロータ８は、振動子Ａの軸心Ａと同軸
に嵌合し、ロータ８の内径部の後端部（以下摩擦接触部
と称す）　８ｂを摺動部Ｂに対応する位置まで延出し、
摩擦接触部８ｂをホーン部１ｃの摺動部Ｂに当接させて
いる。該ホーン部は軸方向の加圧力を受ける事で、摺動
部Ｂにおいて適切な摩擦力を得るため設けられている。

そして、この摺動部Ｂは振動体１において、縄飛び振動
の節以外の場所となっている。

ロータ８の内径部８ａの内径は、低摩擦係数の部材８ｄ
を介して、振動体１において純飛び振動の節の位置に接
する構造になっており、摺動部Ｂ以外で生しる振動に対
して接触して音を発生するのを防ぐため、ロータ８には
逃げ８Ｃが設けられている。

ロータ８の摩擦接触部８ｂは、摺動部Ｂの外周形状と合
致する内径が漸増する形状に拡開し、振動体１の縄飛び
運動時に摺動部Ｂと面接触する。

ロータ８は、例えは不図示のスラストベアリングを介し
て不図示のバネ等により第８図中矢印方向に押されて、
前述の適切な漸増形状を有する摺動部により摩擦接触部
８ｂと摺動部Ｂとの接触部に所定の摩擦力を発生させ、
また該スラストヘアリングにより軸方向の回転が許容さ
れている。

以上の構造より、ロータの摩擦接触部８ｂに振動体１の
振動が回転力となり伝わりロータを回転させることがで
きる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら上記従来例では、圧電素子板３．４の中電
極ａの領域と一電８ｉｂの領域での分極方向を逆にする
ため、共通電極ＣをＧＮＤとして電極ａとｂに正負の異
なる電界（約３０８０ｖ／ｍｍ）をかけて分極すると、
ａとｂの境界（絶縁部ｄ）付近では厚み方向ではなく横
方向の電界が強くなり所望の厚み方向の分極が得られず
、圧電素子が有効に作用する面積が小さくなるという欠
点があった。また、分極時の高電圧によるリーク防止の
ために、絶縁部ｄを犬ぎく取らなければならず、これに
よっても圧電素子の有効作用面積に制限が有フた。この
欠点は、駆動電圧を上げることで解消するが、カメラな
ど小型機器において用いる場合にはなるべく低電圧で作
動させることが望ましいため、問題となフていた。

また、ａとｂの境界（絶縁部ｄ）付近の分極時に生ずる
横方向の電界を無くすために、ａの領域とｂの領域での
分極を同時ではなく個別に行なう場合には、分極の工程
が倍になり複雑になるという問題があった。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の目的を実現するための構成は、棒状の振動弾性
体に、その軸方向に沿って伸縮変位可能な電気−機械エ
ネルギー変換素子及び該素子に電界を印加するための！
ａ板等からなる駆動部を挾持固定した振動子を有し、該
電気−機械工ネルキー変換素子に交流電界を印加し、該
素子の電界方向の変位によって該振動子に同形の屈曲モ
ードの振動を異なる複数の平面内に時間的位相差を有し
て励起させ、該振動子の表面粒子に円又は楕円運動を行
なわしめ、該振動子に押圧した移動体を摩擦駆動する棒
状超音波モータにおいて、該駆動部は、分極方向がその
厚み方向において一様て、且つ一対の領域に分割される
供にこれら分割領域にかかる電界方向が逆となる電極構
成の電気−機蔵エネルギー変換素子を複数有し、これら
の電気−機械工ネルキー変換素子は、互いに分割領域の
境界が略直交する２群の領域に形成したことを特徴とす
る。

〔作　　　用］ 上記した構成の棒状超音波モータは、電気−機械エネル
ギー変換素子、例えば圧電素子に分割形成される領域の
分極方向を全領域−様の同一厚み方向とし、これら分割
領域に電界方向が互いに異なるような駆動電圧の印加を
行なって振動子を振動させる。

（実　施　例〕 実施例１ 第１図は本発明による棒状超音波モータの実施例１を示
す分解斜視図である。なお、従来例と同一の部材には同
じ符号を付してその説明は省略する。

９．１４．１９はテフロンシートなどの絶縁体、１０．
１１はそれぞれ圧電素子板１２の上面の電極ｅ、ｆに接
触し電圧を印加するための電極板、ｇは圧電素子板１２
の上面の！極の設けていない部分（以下非電極部と称す
）、１３は圧電素子板１２の下面層Ｍ１ｈに接触導通す
る電極板、１５．１６はそれぞれ圧電素子板１７の上面
電極ｉ、ｊに接触し電圧を印加するための電極板、ｋは
圧電素子板１７の上面の電極の設けていない部分（以下
非電極部と称す）、１８は圧電素子板１７の下面電極ｋ
に接触導通する電極板である。圧Ｎ素子板１２．１７の
下面層ａｈ、ｉは図示されていないが、圧電素子板の下
面全面に設けられている。また圧電素子板１２．１７は
全面−様に同一厚さ方向に分極されている。分極方法お
よび電極形成方法としては、圧電素子板１２．１７の上
面・下面とも全面に分極用電極を設け、公知の方法によ
り分極を行ない、上面の分極用電極の中心軸近傍の非電
極部ｇおよびｋの部分をエツチング等によって除いて上
面電極ｅ、ｆ、ｉ、ｊを形成しても良いし、あらかじめ
電極ｅ、ｆ、ｈ、ｉ。

ｊ、Ｊｌを設け、これらの電極を用いて公知の方法で分
極を行なっても良い。いずれの場合も非電極部ｇ＋　　
ｋにおいて高電圧のリークの発生の可能性が無くなり、
非電極部ｇ＋　ｋを従来の幅より小さくでき、したがっ
て圧電素子板の有効作用面積は大きくなる。圧電素子板
１２の上面電極ｅ、ｆの境界である非電極部ｇと、圧電
素子板１７の上面電極ｉ、ｊの境界である非電極部には
互いに位置的位相が９０°の角度ずれて配置されている
。

対をなす電極板１０と１１、および１５と１６間は導通
しないよう間隔を有して配置されている。

そして電極板１３と電極板１０との間に交流電圧ｖ１を
、電極板１３と電極板１１との間にはＶｌを反転させた
交流電圧を、電極板１８と電極板１５との間には交流電
圧Ｖ２を、電極板１８と電極板１６との間には■２を反
転させた電圧を印加することにより、圧電素子板１２の
厚み方向における伸縮変位による振動と、圧電素子板１
７の厚み方向における伸縮変位による振動との合成によ
り振動子Ａを振動させる。

交流電圧Ｖ、と交流電圧■２とは、第７図に示すように
、振幅及び周波数が共に同じで、時間的位相が９０°の
ずれを有している。

したかって、振動子Ａは、軸心を中心とし、縄飛びの縄
のような円運動（以下縄張び振動と称す）を行なうこと
になり、振動子Ａに加圧接触されたロータ８は従来例の
場合と同様の原理で回転する。

すなわち、本実施例によっても振動子Ａに形成する振動
は第６図に示す従来例と同様に縄飛び振動となり、ロー
タ８の駆動が行えることになるが、圧電素子板１２の電
極ｆ、ｇで区画される分極方向は、第６図に示す分極方
向を逆とする従来例と異なり、全領域−様の同一厚み方
向であるため、第６図に示すように同一位相の電圧を圧
電素子板の電極ｆ、ｇに印加したのでは厚み方向におけ
る伸縮が同一となることから、電極ｆ、ｇ毎に電極板１
１．１０を設け、電極１０には交流電圧Ｖ１を、電極１
１には位相の反転した交流電圧Ｖ、を夫々印加し、圧電
素子板１２の厚み方向における伸縮を非電極部ｇを境と
して異ならしており、圧電素子板１７についても同様に
駆動している。

実施例２ 第２図に本発明の実施例２を示す。なお、本実施例は第
１図に示す実施例１と圧電素子板の配置が異なるだけな
ので、この部分のみを記載し、他は省略する。ここでＦ
は第１図における絶縁体９、電極１０，１１．１３、圧
電素子板１２からなる′ｆＳ１の駆動部Ｃを２重に積層
した構成の第１の駆動部、Ｇは第１図における絶縁体１
４、電極１５，１６，１８、圧電素子１７からなる第２
の駆動部りを２重に積層した構成の第２の駆動部であり
、２０は絶縁体である。

なお、これら駆動部Ｆ、Ｇにおいて、対をなす他方の電
極等には対応する符号に「°」を付している。モして′
ｓ１図における実施例と対応する電極板に同様の方法で
交流電圧を印加することにより、圧電素子板枚数が第１
図の２倍であるため約２倍の力を発生する。言いかえれ
ば、実施例１における交流電圧の約１７２の大きさの交
流電圧により、実施例１と同等のそ一夕特性を得ること
かできる。

なお本実施例では圧電素子枚数が第１図に示す実施例１
の２倍であるが、２倍に限るものではなく、同様の方法
で３倍、４倍・・・とじても良い。

第１０図は、本発明の実施例２によるモータを使用して
、光学レンズの鏡筒を駆動する場合の構成例である。

１１２はロータ８と同軸的に接合された歯車で、回転出
力を歯車１１３に伝達し、歯車１１３と噛み合う歯車を
もフた鏡筒１１４を回転させる。

ロータ８および鏡筒゛１１４の回転位置１回転速度を検
出するために、光学式エンコーダスリット板１１５が歯
車１１３と同軸に配置され、フォトカブラ１１６で位置
、速度を検出する。１１１は移動体を押圧するためのバ
ネ、１１０は軸受、１０９はバネポストである。

実施例３ 第３図に実施例３の分解斜視図を示す。なお、本実施例
は実施例２と同様に圧電素子板等の駆動部の配置のみを
記載する。第３図（ｂ）は第３図（ａ）　　との逆の方
向からの分解斜視図で、図中に記載した符号は第１図と
同様である。

本実施例は、第１図に示した圧電振動板１７、および圧
電素子板１７に駆動電圧を印加するための電極板１５．
１６．１８を上下逆に設けたものである。この場合、同
じ電位が印加される圧電素子板１２．１３の電ａｉｈ、
　ｆｌが隣接することになり、圧電素子板１２．１７の
間には電極板１３を配置すれはよく、電極板１枚（第１
図における１８）および絶縁体１枚（第１図における１
４）が省略できる。

実施例４ 第４図に実施例４の分解斜視図を示す。本実施例は、実
施例２と同様に圧電素子板等の駆動部の配置のみを記載
する。第４図（ｂ）は第４図（ａ）の逆方向からの分解
斜視図で、図中に記載した符号は第２図と同様である。

本実施例は第２図に示した圧電振動体１２゛および１２
°にｉａ′に圧を印加するための電極板１０°、１１°
、１３°と、圧電体１７′　および１７゛　に駆動電圧
を印加するための電極板１５’、１６’、１８’を夫々
上下逆に配置したものである。この場合も前述した実施
例３と同様に同じ電位が印加される。圧電素子板１２，
１２“の電８ｉｈ、　ｈ”および圧電素子板１７，１７
”の電極ｕ、ｕ’がそれぞれ隣接する。したかつて実施
例と同様に、圧電素子板１２．１２’　との間に電極板
１３、圧電素子板１７．１７’　との間に電極板１８を
配置すればよく、絶縁体２枚（９°、１４°）が省略で
きる。

実施例５ 第５図に実施例５の分解斜視図を示す。実施例２と同様
に圧電素子板等の駆動部の配置のみを記載する。第５図
（ｂ）は第５図（ａ）の逆方向からの分解斜視図で、図
中に記載した符号は第２図と同様である。

本実施例は、第２図の圧電素子板１２および１７０表裏
面を逆に配置したものである。本実施例では同じ電位が
印加される圧電素子板１２゜１２°の電極ｅ、ｅ’、ｆ
、ｆ’、圧電素子板１７゜１７°の電極ｉ、ｉ’ｊ、ｊ
’が隣接する。したがって、対向する圧電素子板１２．
１２’間に一対の電極板１０，１１．対向する圧電素子
板１７．１７°間に一対の電極１５．１６を配置すれば
よく、第２図における第２の実施例の電極板５枚（１０
°、１１“、１８．１５”、１６’）と絶縁層３枚（９
°、１４，１４°）が省略できる。

実施例６ 第９図に本発明の実施例６を示す。なお本実施例は第１
図に示す実施例１と圧電素子板の配置が異なるだけなの
で、この部分のみを記載し、他は省略する。２０，２６
．３２はテフロンシートなどの絶縁体である。２３．２
９は圧電素子で、それぞれ上面電極ｅ、ｆ下面電極ｍ、
ｎ非電極部ｇ、ｏと上面電極ｉ、ｊ、下面電極ｐ、ｑ非
電極部ｏ、ｒを有している。なお全面−様に同一厚さ方
向に分極されている。

２１、　２２．　２４．　２５．　２７．　２８．　３
０３１は電極板で、それぞれ電極ｆ、ｅ、ｎ。

ｍ、ｉ、ｊ、ｐ、ｑに接触導通する。そして電極板２２
．２４に交流電圧Ｖ１を、電極板２７゜３１に交流電圧
■２を印加することにより、圧電素子２３は非電極部ｇ
、ｏを、圧電素子２９は非電極部に、ｒを界として互い
に逆向きの電圧が印加され、実施例１と同様の動作をす
る。

以上代表的な実施例を挙げたが、圧電素子板の枚数や電
極板の配置方法などは以上に述べた実施例に限るもので
はない。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば電気−機械エネル
ギー変換素子、例えば圧電素子板の分極方向を全領域で
一様の同一厚み方向とし、駆！ｌ］電圧印加時の電界方
向が互いに異なるように、例えば中心軸線で分割された
電極を設け、電極を分割する中心軸線が互いに直交する
ように圧電素子板を積層配置することにより、圧電素子
板の有効な領域を最大限に得えることができ、低電圧で
作動させることが可能となりた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による棒状超音波モータの実施例１を示
す分解斜視図、第２図は実施例２の駆動部の分解斜視図
、第３図（ａ）　、　（ｂ）は実施例３の駆動部の分解
斜視図を示し、第３図（ｂ）は第３図（ａ）とは逆の方
向から見た分解斜視図である。第４図（ａ）　、　（ｂ
）は実施例４のＥ動部の分解斜視図を示し、第４図（ｂ
）は第４図（ａ）とは逆の方向から見た分解斜視図であ
る。第５図（ａ）　、　（ｂ）は実施例５の駆動部の分
解斜視図を示し、第５図（ｂ）は第５図（ａ）　とは逆
の方向から見た分解斜視図である。第６図は従来の棒状
超音波モータを示す分解斜視図、第７図は駆動電圧の波
形図、第８図は従来の棒状超音波モータの断面図、第９
図は実施例６を示す図、第１０図は実施例２のモータを
用いたレンズ駆動機構を示す図である。 １・・・振動体　　　　　２・・・押え体６・・・ホル
ト　　　　　　８・・・ロータ情１図 ・・・絶縁体 ２・・・圧電素子板 ４・・・絶縁体 ７・・・圧電素子板 ９・・・絶縁体 ０．１１・・・電極板 ３・・・電極板 ５．１６・・・電極板 ８・・・電極板 イ也４名 第３図 （α） （ｂ） 第５区 （ａ） （ｂ） 治４図 （α） （ｂ） 第９図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　棒状の振動弾性体に、その軸方向に沿って伸縮変位
   可能な電気−機械エネルギー変換素子及び該素子に電界
   を印加するための電極板等からなる駆動部を挾持固定し
   た振動子を有し、該電気−機械エネルギー変換素子に交
   流電界を印加し、該素子の電界方向の変位によって該振
   動子に同形の屈曲モードの振動を異なる複数の平面内に
   時間的位相差を有して励起させ、該振動子の表面粒子に
   円又は楕円運動を行なわしめ、該振動子に押圧した移動
   体を摩擦駆動する棒状超音波モータにおいて、　 該駆動部は、分極方向がその厚み方向において一様で、
   且つ一対の領域に分割される供にこれら分割領域にかか
   る電界方向が逆となる電極構成の電気−機械エネルギー
   変換素子を複数有し、これらの電気−機械エネルギー変
   換素子は、互いに分割領域の境界が略直交する２群の領
   域に形成したことを特徴とする棒状超音波モータ。 ２　棒状超音波モータを含む装置において、電気−機械
   エネルギー変換素子の分極方向がその厚み方向において
   一様で、且つ一対の領域に分割されると供にこれら分割
   領域にかかる電界方向が逆となる電極構成の電気−機械
   エネルギー変換素子を複数有し、これらの電気−機械エ
   ネルギー変換素子は、互いに分割領域の境界が略直交す
   る２群の領域に形成した振動弾性体と、該振動体に押圧
   され摩擦駆動される移動体と出力部材からなる装置。