JPH05344765A - 圧電モータおよびその駆動方法 - Google Patents

圧電モータおよびその駆動方法

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JPH05344765A
JPH05344765A JP4177327A JP17732792A JPH05344765A JP H05344765 A JPH05344765 A JP H05344765A JP 4177327 A JP4177327 A JP 4177327A JP 17732792 A JP17732792 A JP 17732792A JP H05344765 A JPH05344765 A JP H05344765A
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JP
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piezoelectric
driving
piezoelectric motor
alternating voltage
vibration
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JP4177327A
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Tomoki Funakubo
朋樹 舟窪
Takenao Fujimura
毅直 藤村
Toshiharu Tsubata
敏晴 津幡
Yoshihisa Taniguchi
芳久 谷口
Hiroyuki Kobayashi
浩之 小林
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Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 非常に単純な構成の圧電モータを得る。ま
た、移相器のない駆動回路で駆動する。さらに、小型で
効率の良い圧電モータを得る。 【構成】 圧電バイモルフ1は分極処理され、かつ分極
の向きが逆になる様に接着された2つの圧電素子2,3
で構成される。圧電素子2および3には電極4が設けら
れている。圧電素子2の端部には摩擦部材5が接着され
ている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、カメラや内視鏡等のア
クチュエータに使用される電気・機械変換素子を用いた
圧電モータに関する。
【0002】
【従来の技術】従来、可逆モータとしては、例えば特公
昭58−32518号公報に内示される発明がある。上
記発明は、図14に示す様に、ステータ81の振動子8
2は独立した電極83,84を有し、二層圧電素子の形
状をしている。層85の各面内では、電極83,84は
圧電素子86の中に電気的に接続されない二つの領域8
7,88を形成する。
【0003】層85の領域88の中における分極は一つ
の向きに行なわれ、領域87内における分極は逆向きに
行なわれる。層85の向かい合う外面に設けられる金属
被膜は相互に連結されて電極83,84を形成する。振
動子82はゴム等の保持部材89で保持され、バネ90
によりロータ91に圧接されている。交番電圧を発生す
る電源92と双極スイッチ93により、振動子82が駆
動される。
【0004】上記構成の可逆モータは、電極84に交番
電圧を印加し、圧電素子86の縦方向へ縦振動の第1高
調波で動作させ、かつ電極83に交番電圧を印加し、曲
げ振動のより高次な高調波で動作させる。以上の振動を
同一周波数で発生させ、振動子82はロータ91を可逆
的に回転させる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかるに、前記従来技
術では圧電素子の縦振動を発生する領域と屈曲振動を発
生させる領域とを分けたことで、内部電極94を二つの
領域で別々に分ける必要が生じ、外部電極83,84も
二つの領域で別々に分ける必要が生じる。従って、圧電
振動子82が非常に複雑な構造となってしまう欠点があ
った。
【0006】因って、本発明は前記従来技術における欠
点に鑑み開発されたもので、非常に単純な構造とするこ
とができるとともに、駆動回路も非常にコンパクト化す
ることができる電圧モータおよびその駆動方法の提供を
目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、両面に形成さ
れた電極面に対して垂直な方向へ全面に渡り一様な分極
処理を施した板状の圧電素子を少なくとも2枚接合した
圧電積層体および該圧電積層体の一端に設けた摩擦部材
から成る圧電振動子と、該圧電振動子の摩擦部材に対し
て一定の力で押圧された被駆動体とを具備したものであ
る。
【0008】
【作用】本発明では、板状をした圧電素子の圧電横効果
を利用し、圧電振動子の片方の圧電素子と他方の圧電素
子とに印加する電圧へ位相差または電圧差をもたせて駆
動することにより、その先端に圧電楕円振動を発生させ
る。被駆動体は圧電素子の先端にある摩擦部材へ圧接さ
れているので、被駆動体は右方または左方へと駆動され
る。
【0009】
【実施例1】図1〜図4は本実施例を示し、図1は斜視
図、図2および図3は動作を示す側面図、図4はグラフ
である。PZT等の電圧材料を0.5mm厚の板状に成
形し、両面に焼き付け銀等の電極4を設けた後、図1の
矢印Pで示す様な向きに、分極を生ずる様に分極処理を
行なう。この様にして形成した電圧素子2,3をエポキ
シ系の接着剤を用いて分極の向きが逆になる様に接着す
る。これを電圧バイモルフ1と呼ぶ。
【0010】電圧バイモルフ1の片端には電極4が設け
られていない圧電的不活性部8があり、その部分は金属
材料等から成る固定台6に接着固定されている。圧電バ
イモルフ1の他端には耐磨耗性のある焼き入れステンレ
ス材等の摩擦部材5が接着されている。圧電素子2の電
極4からは電気端子Aが引き出され、圧電素子3の電極
(図示省略)からは電気端子Bが引き出され、共通電極
として電気端子Gが引き出されている。電気端子Gはグ
ランド端子である。
【0011】一方、ハードアルマイト処理されたアルミ
ニウム材から成る移動体7は押圧機構(図示省略)によ
り摩擦部材5に対して移動可能な様にベアリング等(図
示省略)を介して圧接保持されている。
【0012】以上の構成から成る圧電バイモルフ1の作
用を説明する。電気端子Aと電気端子Bとに同じ大きさ
でかつ同位相の交番電圧を印加すると、圧電バイモルフ
1は図2に示す様な縦振動を行なう(図2中の破線がそ
の変形を示す)。また、電気端子Aと電気端子Bとに同
じ大きさでかつ180°位相のずれた交番電圧を印加す
ると圧電バイモルフ1は図3に示す様な屈曲振動を行な
う。
【0013】さらに、図4に示す様な交番電圧を印加し
た場合について説明する。Aなる交番電圧波形をA端子
に、Bなる交番電圧波形をB端子に印加する。ここで、
Bに対するAの電圧波形の位相差θ(=2/T×360
°)は90°とする。 この時、圧電バイモルフ1の固
定端とは反対側の摩擦部材5がある端部においては、そ
の質点は左回り(CCW)の楕円振動が発生する。そし
て、摩擦部材5に押圧接触された移動体7は図1の左方
へと駆動される。
【0014】また、Bに対するAの電圧波形の位相差θ
を−90°とする。この時、圧電バイモルフ1の固定端
とは反対側の摩擦部材5がある端部においては、その質
点は右回り(CW)の楕円振動が発生する。そして、摩
擦部材5に押圧接触された移動体7は図1の右方へと駆
動される。以上の駆動方法に関しては、圧電バイモルフ
1の縦振動および屈曲振動は非共振(周波数)で駆動さ
れる。
【0015】本実施例によれば、移動体の移動方向に対
して直角方向の厚みの小さい圧電モータが得られる。
【0016】
【実施例2】図5〜図7は本実施例を示すグラフであ
る。本実施例は前記実施例1と同様な構成であり、構成
の説明を省略するとともに図1を用いて作用の説明を行
なう。本実施例の前記実施例1と異なる点は、圧電バイ
モルフ1の屈曲振動を共振状態(共振周波数fo )で用
い、圧電バイモルフ1の縦振動を非共振で用いる点にあ
る。
【0017】圧電バイモルフ1における屈曲振動の1次
の共振周波数をfo とする。図5にその振動振巾の周波
数特性を示し、図6に振動の入力電圧に対する位相差の
周波数特性を示す。図5に示す様に、その振動の振巾は
f=fo で極大値をとる。また、位相は図6に示す様に
遅れてほぼθ=90°の値をとった。
【0018】よって、図7に示す様にA端子にAなる交
番電圧波形を、B端子にBなる交番電圧波形を印加す
る。この時、両電圧の位相は等しいが、Bに対してAの
電圧の大きさをΔVだけ大きくする。すると、図1の右
端部における質点は右回り(CW)の楕円振動を行な
う。そして、摩擦部材5に押圧された移動体7は右方向
へと駆動される。
【0019】一方、逆に同位相でAに対してBの電圧の
大きさをΔVだけ大きくする。この時、図1の右端部に
おける質点は左回り(CCW)の楕円振動を行なう。そ
して、摩擦部材5に押圧された移動体7は左方向へと駆
動される。
【0020】本実施例によれば、移相器を必要としなく
なり、駆動回路が非常にコンパクトに出来る。また、屈
曲振動はより高次(2次以上)のモードを利用してもよ
い。
【0021】
【実施例3】図8は本実施例を示す側面図である。本実
施例は、圧電バイモルフ11を低電圧で駆動するため
に、一枚の圧電素子の厚みを1/2の0.25mmとし
て積層化した点が前記実施例1と異なり、他の構成は同
一構成部分から成るもので、同一な構成部分には同一番
号を付してその説明を省略する。圧電素子12,13は
電気端子Aにより駆動され、圧電素子14,15は電気
端子Bにより駆動される。
【0022】本実施例の作用は、前記各実施例と同様な
作用であり、作用の説明を省略する。
【0023】本実施例によれば、駆動電圧を下げること
が出来る。
【0024】
【実施例4】図9は本実施例を示す側面図である。本実
施例の圧電バイモルフ21は、摩擦部材22がその片端
全体を覆う様に設けられている点、圧電バイモルフ21
の長手方向に対して移動体7が直交して配置されている
点および固定台6が片端をつつむ様に保持している点が
前記実施例1と異なり、他の構成は同一な構成部分から
成るもので、同一構成部分には同一番号を付し、構成の
説明を省略する。
【0025】本実施例の作用は、前記実施例1および実
施例2と同様な作用であり、作用の説明を省略する。
【0026】本実施例によれば、前記実施例1に比べて
圧電振動子(ステータ)と移動子(スライダー)との配
置関係が、圧電モータを組み込む機器によっては好都合
である。
【0027】
【実施例5】図10および図11は本実施例を示し、図
1は斜視図、図2は回路図である。本実施例は、圧電バ
イモルフ31の圧電素子2に振動の検出をするためのフ
ィードバック電極32を設けた点が前記実施例1と異な
り、他の構成は同一な構成部分から成るもので、同一構
成部分には同一番号を付し、構成の説明を省略する。
【0028】上記構成の圧電バイモルフ31は、フィー
ドバック電極32から屈曲振動(共振振動)に比例した
電圧が出力される。従って、これを振動検出信号として
用い、図11に示す様な振動制御回路を用いて圧電バイ
モルフ31を駆動することが出来る。
【0029】すなわち、フィードバック電極32に取り
付けられたF端子からの出力は、増幅器33を介して位
相比較器34に入力され、発振器35の信号と位相比較
され、その位相差が常に90°または−90°となる様
に周波数がコントロールされる。この時、圧電バイモル
フ31の右端の質点はCWまたはCCWの楕円振動を行
い、移動子(図示省略)は右方向または左方向へと駆動
される。
【0030】本実施例によれば、圧電振動子の温度等の
影響による共振周波数の変動または位相の変動により、
楕円振動の形成が出来なくなることを、フィードバック
制御することで押さえることが出来る。
【0031】
【実施例6】図12は本実施例を示す斜視図である。本
実施例の圧電バイモルフ41は、圧電素子42,43を
円環形状に形成した点と、移動子44を回転子(ロー
タ)とした点が前記実施例1と異なり、他の構成は同一
な構成部分から成るもので、同一構成部分には同一番号
を付し、構成の説明を省略する。
【0032】本実施例の作用は、前記実施例1および実
施例2と同様な作用であり、作用の説明を省略する。
【0033】本実施例によれば、圧電モータの形状を円
環形状としたことにより、回転型のモータとするのに好
適である。
【0034】
【実施例7】図13は本実施例を示す斜視図である。本
実施例の圧電バイモルフ51は、圧電素子2の両端に移
動体7へ対しての摩擦係数が異なる摩擦部材52,53
を設けた点が前記実施例1と異なり、他の構成は同一な
構成部分から成るもので、同一構成部分には同一番号を
付してその説明を省略する。摩擦部材52は焼き入れを
したステンレス材で、摩擦部材53は焼き入れをしたス
テンレス材の表面にPTFE(ポリテトラフルオロエチ
レン)処理を施したものである。圧電バイモルフ51は
フェルト材またはゴム材(図示省略)で保持されてい
る。
【0035】上記構成の圧電バイモルフ51は、摩擦部
材53のすべりが大きくて駆動にほとんど寄与せず、摩
擦部材52が駆動に寄与することになる。以下、前記実
施例1と同様な作用であり、作用の説明を省略する。
【0036】本実施例によれば、圧電バイモルフがフェ
ルト材等で容易に保持出来る。
【0037】
【発明の効果】以上説明した様に、本発明に係る圧電モ
ータおよびその駆動方法によれば、非常に単純な構成の
圧電モータが得られる。また、移相器のない駆動回路で
駆動出来る。さらに、小型で効率の良い圧電モータが得
られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1を示す斜視図である。
【図2】実施例1の動作を示す側面図である。
【図3】実施例1の動作を示す側面図である。
【図4】実施例1のグラフである。
【図5】実施例2のグラフである。
【図6】実施例2のグラフである。
【図7】実施例2のグラフである。
【図8】実施例3を示す側面図である。
【図9】実施例4を示す側面図である。
【図10】実施例5を示す斜視図である。
【図11】実施例5の回路図である。
【図12】実施例6を示す斜視図である。
【図13】実施例7を示す斜視図である。
【図14】従来例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
1 圧電バイモルフ 2,3 圧電素子 4 電極 5 摩擦部材 6 固定台 7 移動体 8 圧電的不活性部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 谷口 芳久 東京都渋谷区幡ヶ谷2丁目43番2号 オリ ンパス光学工業株式会社内 (72)発明者 小林 浩之 東京都渋谷区幡ヶ谷2丁目43番2号 オリ ンパス光学工業株式会社内

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 両面に形成された電極面に対して垂直な
    方向へ全面に渡り一様な分極処理を施した板状の圧電素
    子を少なくとも2枚接合した圧電積層体および該圧電積
    層体の一端に設けた摩擦部材から成る圧電振動子と、該
    圧電振動子の摩擦部材に対して一定の力で押圧された被
    駆動体とを具備したことを特徴とする圧電モータ。
  2. 【請求項2】 少なくとも1枚の圧電素子に印加する交
    番電圧の位相と、他の少なくとも1枚の圧電素子に印加
    する交番電圧の位相との間に一定の差をもたせて駆動す
    ることを特徴とする請求項1記載の圧電モータの駆動方
    法。
  3. 【請求項3】 少なくとも1枚の圧電素子に印加する交
    番電圧の大きさと、他の少なくとも1枚の圧電素子に印
    加する交番電圧の大きさとの間に一定の差をもたせて駆
    動することを特徴とする請求項1記載の圧電モータの駆
    動方法。
  4. 【請求項4】 請求項1に記載した圧電素子の一部へ独
    立した電極を設けるとともに、該電極から発生する振動
    検出信号と圧電モータを駆動する駆動信号との位相差が
    常に90°あるいは−90°となる様に制御する制御回
    路を具備したことを特徴とする圧電モータ。
  5. 【請求項5】 請求項1に記載した圧電振動子の縦振動
    および屈曲振動のうちの少なくとも1つの振動を非共振
    状態で駆動することを特徴とする請求項1記載の圧電モ
    ータの駆動方法。
  6. 【請求項6】 請求項1に記載した圧電積層体の一部分
    に電極の無い領域あるいは非圧電性を示す領域を設け、
    該領域を固定保持することを特徴とする請求項1記載の
    圧電モータ。
  7. 【請求項7】 請求項1記載の圧電積層体の両端に摩擦
    部材を設け、それら摩擦部材の被駆動体へ対する摩擦係
    数に差をもたせたことを特徴とする請求項1記載の圧電
    モータ。
JP4177327A 1992-06-11 1992-06-11 圧電モータおよびその駆動方法 Withdrawn JPH05344765A (ja)

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