JPH0491677A - 超音波モータ - Google Patents
超音波モータInfo
- Publication number
- JPH0491677A JPH0491677A JP2206242A JP20624290A JPH0491677A JP H0491677 A JPH0491677 A JP H0491677A JP 2206242 A JP2206242 A JP 2206242A JP 20624290 A JP20624290 A JP 20624290A JP H0491677 A JPH0491677 A JP H0491677A
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- JP
- Japan
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- piezoelectric element
- vibrator
- mechanical energy
- electro
- energy conversion
- Prior art date
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- Pending
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- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
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。
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、
即ち、弾性体に設けられた圧電素子に電気エネルギーを
供給することにより、弾性体に機械的振動を励起し、振
動子の表面に円又は楕円運動させることで振動子に押圧
した移動体を摩擦駆動させる超音波モータに関するもの
である。
即ち、弾性体に設けられた圧電素子に電気エネルギーを
供給することにより、弾性体に機械的振動を励起し、振
動子の表面に円又は楕円運動させることで振動子に押圧
した移動体を摩擦駆動させる超音波モータに関するもの
である。
［従来の技術］
従来、超音波モータとしては、円環形状の振動弾性体に
曲げ進行波を起こし、摩擦力により該弾性体に接触する
移動体を回転駆動させるタイプのものや、円板にたわみ
進行波を起こし、同様に回転駆動させるタイプのものが
実用化されている。
曲げ進行波を起こし、摩擦力により該弾性体に接触する
移動体を回転駆動させるタイプのものや、円板にたわみ
進行波を起こし、同様に回転駆動させるタイプのものが
実用化されている。
一方、棒状振動子に２方向の曲げ振動を起こし、振動子
に接触する移動体を駆動する方式の棒状超音波モータも
提案されている。
に接触する移動体を駆動する方式の棒状超音波モータも
提案されている。
第３図は従来の棒状超音波モータの分解斜視図である。
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、振動体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。
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、振動体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（＋電極層、−
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３０分＆ＩＥ極（＋電極層、−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は導電体である押え体２の前輪面に接してい
る。
、且つ厚み方向に分極された２つの電極（＋電極層、−
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３０分＆ＩＥ極（＋電極層、−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は導電体である押え体２の前輪面に接してい
る。
そして、１ｉ８ｉ板５と振動子１との間に交流電圧ｖ１
を、また電極板５と押え体２との間に交流電圧Ｖ、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。
を、また電極板５と押え体２との間に交流電圧Ｖ、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Ｖ、と交流電圧■２とは、第４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。
、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。
したがって、振動子Ａは、軸心を中心とし、円運動を行
うことになる。８は移動体で振動体１のホーン部１ｃに
押圧され、振動体７から摩擦力を受けて回転する。この
摩擦、駆動のメカニズムは本発明と本質的にに関わるこ
とではないので説明を省略する。
うことになる。８は移動体で振動体１のホーン部１ｃに
押圧され、振動体７から摩擦力を受けて回転する。この
摩擦、駆動のメカニズムは本発明と本質的にに関わるこ
とではないので説明を省略する。
［発明が解決しようとする課題］
ところで、このような超音波モータにおいて、圧電素子
板の構造から以下に述べるような問題があった。
板の構造から以下に述べるような問題があった。
圧電素子板３．４は第５図に示すように、夫夫その前後
両面に電極層（図中外周面を黒く塗りつぶしている）を
形成しており、前側の電極層はその直径部に電極を形成
しない絶縁部ｄが設けられ、圧電素子板３の絶縁部ｄは
ｙ軸方向に、圧電素子板４の絶縁部ｄはＸ軸方向に設け
られている。これらの絶縁部ｄは、圧電素子板３．４を
電極板５を挟んで積層した状態において空隙となるため
、振動子が曲げ振動を起こした場合でも応力がゼロとな
る。
両面に電極層（図中外周面を黒く塗りつぶしている）を
形成しており、前側の電極層はその直径部に電極を形成
しない絶縁部ｄが設けられ、圧電素子板３の絶縁部ｄは
ｙ軸方向に、圧電素子板４の絶縁部ｄはＸ軸方向に設け
られている。これらの絶縁部ｄは、圧電素子板３．４を
電極板５を挟んで積層した状態において空隙となるため
、振動子が曲げ振動を起こした場合でも応力がゼロとな
る。
すなわち、圧電素子板３によるｚ−ｘ面内の曲げ振動に
関しては、Ｘ方向に空隙のある圧電素子板４の電極部で
の剛性の方が、Ｘ方向に空隙のある圧電素子板３の電極
部での剛性より低くなる。また、逆に圧電素子板４によ
るｚ−ｙ面内の曲げ振動に関しては、Ｘ方向に空隙のあ
る圧電素子板３の電極部での剛性の方が、Ｘ方向に空隙
のある圧電素子板４の電極部での剛性より低くなる。
関しては、Ｘ方向に空隙のある圧電素子板４の電極部で
の剛性の方が、Ｘ方向に空隙のある圧電素子板３の電極
部での剛性より低くなる。また、逆に圧電素子板４によ
るｚ−ｙ面内の曲げ振動に関しては、Ｘ方向に空隙のあ
る圧電素子板３の電極部での剛性の方が、Ｘ方向に空隙
のある圧電素子板４の電極部での剛性より低くなる。
ｚ−ｘ面内の曲げとｚ−ｙ面内の曲げでは、それぞれに
剛性の小さくなる部分が存在するが、２座標での位置が
異る。従ってＺ−Ｘ面内の曲げとｚ−ｙ面内の曲げのモ
ードが異なり、固有振動数も違ってしまう。
剛性の小さくなる部分が存在するが、２座標での位置が
異る。従ってＺ−Ｘ面内の曲げとｚ−ｙ面内の曲げのモ
ードが異なり、固有振動数も違ってしまう。
このような状態で交流電圧Ｖ 、、 Ｖ ２をどのよう
な周波数に設定しても、ｚ−ｘ面内の曲げとｚ−ｙ面内
の曲げの両者が共に共振振動とはならない。このため、
振動子Ａは円運動とならず、ロータを回転駆動させるに
は餘わめて非効率であった。
な周波数に設定しても、ｚ−ｘ面内の曲げとｚ−ｙ面内
の曲げの両者が共に共振振動とはならない。このため、
振動子Ａは円運動とならず、ロータを回転駆動させるに
は餘わめて非効率であった。
本発明は、このような従来の問題を解決し、圧電素子板
の絶縁空隙に起因する固有振動数の不一致をなくし、モ
ータ効率を向上させることができる超音波モータを提供
することにある。
の絶縁空隙に起因する固有振動数の不一致をなくし、モ
ータ効率を向上させることができる超音波モータを提供
することにある。
［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、棒状弾性体に、
片面に分割された電極を有し厚み方向に伸縮する電気−
機械エネルギー変換素子を積層配置してなる振動子にお
ける該電気−機械エネルギー変換素子に交流電界を印加
することにより、該振動子に同形の屈曲モートの振動を
異なる複数の平面内に適当な位相差を持たせて励起させ
、以て該振動子の表面粒子に円又は楕円運動を行なわし
め、該振動子の摺動面に押圧した移動体を摩擦駆動する
超音波モータにおいて、該電気−機械エネルギー変換素
子は、異なる方向に分極処理された分極領域を対をなし
て形成すると共に、これら各領域に対応して片面側に夫
々電極を分割形成し、各分極領域に対応する電極の境界
領域が合致するように電気−機械エネルギー変換素子を
積層したことを特徴とする超音波モータにある。
片面に分割された電極を有し厚み方向に伸縮する電気−
機械エネルギー変換素子を積層配置してなる振動子にお
ける該電気−機械エネルギー変換素子に交流電界を印加
することにより、該振動子に同形の屈曲モートの振動を
異なる複数の平面内に適当な位相差を持たせて励起させ
、以て該振動子の表面粒子に円又は楕円運動を行なわし
め、該振動子の摺動面に押圧した移動体を摩擦駆動する
超音波モータにおいて、該電気−機械エネルギー変換素
子は、異なる方向に分極処理された分極領域を対をなし
て形成すると共に、これら各領域に対応して片面側に夫
々電極を分割形成し、各分極領域に対応する電極の境界
領域が合致するように電気−機械エネルギー変換素子を
積層したことを特徴とする超音波モータにある。
［作 用コ
上記した構成の超音波モータは、積層される圧電素子等
の電気−機械エネルギー変換素子の機械的形状、機械的
物性値を、例えば９０度回転対称とすることができ、双
方の圧電素子による各曲げ振動の固有振動数を一致させ
ることができる。
の電気−機械エネルギー変換素子の機械的形状、機械的
物性値を、例えば９０度回転対称とすることができ、双
方の圧電素子による各曲げ振動の固有振動数を一致させ
ることができる。
［実 施 例］
第１図及び第２図は本発明による超音波モータの一実施
例も示している。
例も示している。
本実施例において、従来例と異なるところは、圧電素子
板３，４の前面側に設けた電極構造のみで、他の構造お
よび駆動電圧Ｖ、、Ｖ、の印加方法も同様である。
板３，４の前面側に設けた電極構造のみで、他の構造お
よび駆動電圧Ｖ、、Ｖ、の印加方法も同様である。
本実施例の圧電素子板３．４は共に同一の構造を有し、
直交する直径部に平面十字形状の絶縁部ｄを設け、４等
分された領域に（＋）の分極部と（−）の分極部とを夫
々隣接して２つの領域に設け、夫々（＋）の電極ａと（
−）の電極すをその全面に設けている。そして、圧電素
子板３と圧電素子板４とは９０”のずれを有して配置さ
れる。
直交する直径部に平面十字形状の絶縁部ｄを設け、４等
分された領域に（＋）の分極部と（−）の分極部とを夫
々隣接して２つの領域に設け、夫々（＋）の電極ａと（
−）の電極すをその全面に設けている。そして、圧電素
子板３と圧電素子板４とは９０”のずれを有して配置さ
れる。
すなわち、第２図の圧電素子積層部の組立拡大図に示す
如く、圧電素子板３の電極部においても、又圧電素子板
４の電極部においても、絶縁部ｄがＸ軸方向とＸ軸方向
に設けられているため、Ｚ−Ｘ面内の曲げに関しても、
ｚ−ｙ面内の曲げに関しても剛性が等しく、それぞれの
固有振動数は一致する。
如く、圧電素子板３の電極部においても、又圧電素子板
４の電極部においても、絶縁部ｄがＸ軸方向とＸ軸方向
に設けられているため、Ｚ−Ｘ面内の曲げに関しても、
ｚ−ｙ面内の曲げに関しても剛性が等しく、それぞれの
固有振動数は一致する。
第６図は、本発明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。
鏡筒を駆動する場合の構成例である。
１２は移動体８と同軸的に接合された歯車で、回転出力
を歯車１３に伝達し、歯車１３と噛み合う歯車をもった
鏡筒１４を回転させる。
を歯車１３に伝達し、歯車１３と噛み合う歯車をもった
鏡筒１４を回転させる。
移動体８および鏡筒１４の回転位置、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１５か歯車１３
と同軸に配置され、フォトカプラ１６で位置、速度を検
出する。
るために、光学式エンコーダスリット板１５か歯車１３
と同軸に配置され、フォトカプラ１６で位置、速度を検
出する。
［発明の効果］
以上説明してきたように、本発明によれば、積層される
駆動用の電気−機械エネルギー変換素子、例えば圧電素
子の曲げ振１による各固有振動数を一致させることがで
きるようになり、モータの駆動効率を向上させることか
できるといった効果が得られる。
駆動用の電気−機械エネルギー変換素子、例えば圧電素
子の曲げ振１による各固有振動数を一致させることがで
きるようになり、モータの駆動効率を向上させることか
できるといった効果が得られる。
第１図は本発明による超音波モータの一実施例を示す分
解斜視図、第２図（ａ）は圧電素子板の積層状態を示す
拡大斜視図、同図（ｂ）、（Ｃ）は圧電素子板の平面図
を示している。第３図は従来の超音波モータの分解斜視
図、′ｓ４図はその電圧印加波形図、第５図はその圧電
素子板の積層状態を示す拡大斜視図、第６図は超音波モ
ータを用いた装置の概略図である。 １・・・振動弾性体 ２・・・押え体３．４・・・
圧電素子板 ５・・・電極板６・・・ボルト
７・・・絶縁体８・・・ロータ ａ・・・中電極 ｂ・・・−電極Ｃ・・・共通
電極 ｄ・・・電極絶縁部他４名 第２図
解斜視図、第２図（ａ）は圧電素子板の積層状態を示す
拡大斜視図、同図（ｂ）、（Ｃ）は圧電素子板の平面図
を示している。第３図は従来の超音波モータの分解斜視
図、′ｓ４図はその電圧印加波形図、第５図はその圧電
素子板の積層状態を示す拡大斜視図、第６図は超音波モ
ータを用いた装置の概略図である。 １・・・振動弾性体 ２・・・押え体３．４・・・
圧電素子板 ５・・・電極板６・・・ボルト
７・・・絶縁体８・・・ロータ ａ・・・中電極 ｂ・・・−電極Ｃ・・・共通
電極 ｄ・・・電極絶縁部他４名 第２図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 棒状弾性体に、片面に分割された電極を有し厚み方
向に伸縮する電気−機械エネルギー変換素子を積層配置
してなる振動子における該電気−機械エネルギー変換素
子に交流電界を印加することにより、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適当な位相差
を持たせて励起させ、以て該振動子の表面粒子に円又は
楕円運動を行なわしめ、該振動子の摺動面に押圧した移
動体を摩擦駆動する超音波モータにおいて、 該電気−機械エネルギー変換素子は、異な る方向に分極処理された分極領域を対をなして形成する
と共に、これら各領域に対応して片面側に夫々電極を分
割形成し、各分極領域に対応する電極の境界領域が合致
するように電気−機械エネルギー変換素子を積層したこ
とを特徴とする超音波モータ。 ２ 請求項１において、積層される電気−機械エネルギ
ー変換素子は、重なり合う分極領域が、同方向の分極領
域と、異方向の分極領域との組み合わせが夫々対をなし
ていることを特徴とする超音波モータ。 ３ 請求項１又は２に記載の超音波モータを含む装置に
おいて、振動子に押圧されて摩擦駆動される部材から駆
動力を得る出力部材を有することを特徴とする装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2206242A JPH0491677A (ja) | 1990-08-03 | 1990-08-03 | 超音波モータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2206242A JPH0491677A (ja) | 1990-08-03 | 1990-08-03 | 超音波モータ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0491677A true JPH0491677A (ja) | 1992-03-25 |
Family
ID=16520100
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2206242A Pending JPH0491677A (ja) | 1990-08-03 | 1990-08-03 | 超音波モータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0491677A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0661764A1 (en) * | 1993-12-27 | 1995-07-05 | Canon Kabushiki Kaisha | Vibration wave actuator |
| KR100233636B1 (ko) * | 1995-04-28 | 1999-12-01 | 미다라이 후지오 | 전기-기계적 에너지 변환 소자 및 이를 이용한 진동파 액츄에이터 |
| KR100965433B1 (ko) * | 2008-04-03 | 2010-06-24 | 한국과학기술연구원 | 전방향성 선형 압전초음파모터 |
| TWI393534B (zh) * | 2007-01-23 | 2013-04-21 | Shimano Kk | Double bearing reel |
-
1990
- 1990-08-03 JP JP2206242A patent/JPH0491677A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0661764A1 (en) * | 1993-12-27 | 1995-07-05 | Canon Kabushiki Kaisha | Vibration wave actuator |
| US6051911A (en) * | 1993-12-27 | 2000-04-18 | Canon Kabushiki Kaisha | Vibration wave actuator |
| KR100233636B1 (ko) * | 1995-04-28 | 1999-12-01 | 미다라이 후지오 | 전기-기계적 에너지 변환 소자 및 이를 이용한 진동파 액츄에이터 |
| TWI393534B (zh) * | 2007-01-23 | 2013-04-21 | Shimano Kk | Double bearing reel |
| KR100965433B1 (ko) * | 2008-04-03 | 2010-06-24 | 한국과학기술연구원 | 전방향성 선형 압전초음파모터 |
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