JPH0732609B2 - 超音波モ−タ - Google Patents
超音波モ−タInfo
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- JPH0732609B2 JPH0732609B2 JP61088545A JP8854586A JPH0732609B2 JP H0732609 B2 JPH0732609 B2 JP H0732609B2 JP 61088545 A JP61088545 A JP 61088545A JP 8854586 A JP8854586 A JP 8854586A JP H0732609 B2 JPH0732609 B2 JP H0732609B2
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- JP
- Japan
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- electrode
- driving
- small
- wavelength
- ultrasonic motor
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Links
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 5
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 5
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N lead(0) Chemical compound [Pb] WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 1
- 230000000750 progressive effect Effects 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/10—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
- H02N2/16—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors using travelling waves, i.e. Rayleigh surface waves
- H02N2/163—Motors with ring stator
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は圧電体を用いて駆動力を発生する超音波モータ
に関する。
に関する。
従来の技術 近年圧電セラミック等の圧電体を用いた駆動体に弾性振
動を励振し、これを駆動力とした超音波モータが注目さ
れている。
動を励振し、これを駆動力とした超音波モータが注目さ
れている。
以下、図面を参照しながら超音波モータの従来技術につ
いて説明を行う。
いて説明を行う。
第４図は従来の超音波モータの斜視図であり、円環形の
弾性体１の円環面の一方に圧電体として円環形圧電セラ
ミック２を貼合せて圧電駆動体３を構成している。４は
耐磨耗性材料のスライダ、５は弾性体であり、互いに貼
合せられて移動体６を構成している。移動体６はスライ
ダ４を介して駆動体３と接触している。圧電体２に電界
を印加すると駆動体３の周方向に曲げ振動の進行波が励
起され、移動体６を駆動する。尚、同図中の矢印は移動
体６の回転方向を示す。
弾性体１の円環面の一方に圧電体として円環形圧電セラ
ミック２を貼合せて圧電駆動体３を構成している。４は
耐磨耗性材料のスライダ、５は弾性体であり、互いに貼
合せられて移動体６を構成している。移動体６はスライ
ダ４を介して駆動体３と接触している。圧電体２に電界
を印加すると駆動体３の周方向に曲げ振動の進行波が励
起され、移動体６を駆動する。尚、同図中の矢印は移動
体６の回転方向を示す。
第５図は第４図の超音波モータに使用した圧電セラミッ
ク２の電極構造の一例を示している。同図では円周方向
に９波長の弾性波がのるようにしてある。同図におい
て、Ａ、Ｂはそれぞれ２分の１波長相当の小領域から成
る電極で、Ｃは４分の３波長、Ｄは４分の１波長の長さ
の電極である。従って、Ａの電極とＢの電極とは位置的
に４分の１波長（＝90度）の位相ずれがある。電極Ａ、
Ｂ内の隣り合う小電極部は互いに反対に厚み方向に分極
されている。圧電セラミック２の弾性体１との接着面は
第５図に示めされた面と反対の面であり、電極はベタ電
極である。使用時には電極群Ａ、Ｂは第５図に斜線で示
されたように、それぞれ短絡して用いられる。
ク２の電極構造の一例を示している。同図では円周方向
に９波長の弾性波がのるようにしてある。同図におい
て、Ａ、Ｂはそれぞれ２分の１波長相当の小領域から成
る電極で、Ｃは４分の３波長、Ｄは４分の１波長の長さ
の電極である。従って、Ａの電極とＢの電極とは位置的
に４分の１波長（＝90度）の位相ずれがある。電極Ａ、
Ｂ内の隣り合う小電極部は互いに反対に厚み方向に分極
されている。圧電セラミック２の弾性体１との接着面は
第５図に示めされた面と反対の面であり、電極はベタ電
極である。使用時には電極群Ａ、Ｂは第５図に斜線で示
されたように、それぞれ短絡して用いられる。
以上のように構成された超音波モータについて、その動
作を以下に説明する。前記圧電体２の電極Ａに Ｖ＝V1×sin（ωｔ） ……（１） で表される電圧を印加すると（ただしV1は電圧の瞬時
値、ωは角周波数、ｔは時間）、駆動体３は円周方向に
曲げ振動をする。
作を以下に説明する。前記圧電体２の電極Ａに Ｖ＝V1×sin（ωｔ） ……（１） で表される電圧を印加すると（ただしV1は電圧の瞬時
値、ωは角周波数、ｔは時間）、駆動体３は円周方向に
曲げ振動をする。
第６図は第４図の超音波モータの駆動体を直線近似した
時の斜視図であり、同図（ａ）は圧電体２に電圧を印加
していない時、同図（ｂ）は圧電体２に電圧を印加した
時の様子を示す。
時の斜視図であり、同図（ａ）は圧電体２に電圧を印加
していない時、同図（ｂ）は圧電体２に電圧を印加した
時の様子を示す。
第７図は移動体６と駆動体３の接触状況を拡大して描い
たものである。前記圧電体２の電極ＡにV1×sin（ω
ｔ）、他の電極ＢにV1×cos（ωｔ）の互いに位相がπ/
2だけずれた電圧を印加すれば、駆動体３の円周方向に
曲げ振動の進行波を作ることができる。一般に進行波は
振幅をξとすれば ξ＝ξ１×cos（ωｔ−kx） ……（２） ただし ξ1:波の大きさの瞬時値 k:波数（２π／λ） λ：波長 x:位置 で表せる。（２）式は ξ＝ξ１×（cos（ωｔ）×cos（kx） ＋sin（ωｔ）×sin（kx）） ……（３） と書き直せ、（３）式は進行波が時間的にπ/2だけ位相
のずれた波cos（ωｔ）とsin（ωｔ）、および位置的に
π/2だけ位相のずれたcos（kx）とsin（kx）との、それ
ぞれの積の和で得られることを示している。前述の説明
より、圧電体２は互いに位置的にπ/2（＝λ/4）だけ位
相のずれた電極群Ａ、Ｂを持っているので、駆動体３の
共振周波数に等しい周波数出力を持つ発振器の出力か
ら、それぞれに時間的に位相のπ/2だけずれた交流電圧
を作り、前記電極群に印加すれば駆動体３に曲げ振動の
進行波を作れる。
たものである。前記圧電体２の電極ＡにV1×sin（ω
ｔ）、他の電極ＢにV1×cos（ωｔ）の互いに位相がπ/
2だけずれた電圧を印加すれば、駆動体３の円周方向に
曲げ振動の進行波を作ることができる。一般に進行波は
振幅をξとすれば ξ＝ξ１×cos（ωｔ−kx） ……（２） ただし ξ1:波の大きさの瞬時値 k:波数（２π／λ） λ：波長 x:位置 で表せる。（２）式は ξ＝ξ１×（cos（ωｔ）×cos（kx） ＋sin（ωｔ）×sin（kx）） ……（３） と書き直せ、（３）式は進行波が時間的にπ/2だけ位相
のずれた波cos（ωｔ）とsin（ωｔ）、および位置的に
π/2だけ位相のずれたcos（kx）とsin（kx）との、それ
ぞれの積の和で得られることを示している。前述の説明
より、圧電体２は互いに位置的にπ/2（＝λ/4）だけ位
相のずれた電極群Ａ、Ｂを持っているので、駆動体３の
共振周波数に等しい周波数出力を持つ発振器の出力か
ら、それぞれに時間的に位相のπ/2だけずれた交流電圧
を作り、前記電極群に印加すれば駆動体３に曲げ振動の
進行波を作れる。
第７図は駆動体のＡ点が進行波の励起によって、長軸2
w、短軸2uの楕円運動をしている様子を示し、駆動体３
上に置かれた移動体６が楕円の頂点で接触することによ
り、波の進行方向とは逆方向にｖ＝ω×ｕの速度で運動
する様子を示している。即ち移動体６は任意の静圧で駆
動体３に押し付けられて、駆動体３の表面に接触し、移
動体６と駆動体３との摩擦力で波の進行方向と逆方向に
速度ｖで駆動される。両者の間にすべりがある時は、速
度が上記のｖよりも小さくなる。
w、短軸2uの楕円運動をしている様子を示し、駆動体３
上に置かれた移動体６が楕円の頂点で接触することによ
り、波の進行方向とは逆方向にｖ＝ω×ｕの速度で運動
する様子を示している。即ち移動体６は任意の静圧で駆
動体３に押し付けられて、駆動体３の表面に接触し、移
動体６と駆動体３との摩擦力で波の進行方向と逆方向に
速度ｖで駆動される。両者の間にすべりがある時は、速
度が上記のｖよりも小さくなる。
発明が解決しようとする問題点 以上、説明した様に従来の超音波モータは、駆動信号と
して時間的に位相がπ/2だけ異なる２つの交流電圧が必
要である。
して時間的に位相がπ/2だけ異なる２つの交流電圧が必
要である。
駆動に２信号を必要とする従来の超音波モータでは、駆
動回路が本質的に複雑になり、また電気信号印加のため
の圧電セラミックの電極から取り出すリード線も最低３
本になる。
動回路が本質的に複雑になり、また電気信号印加のため
の圧電セラミックの電極から取り出すリード線も最低３
本になる。
本発明はかかる点に鑑みてなされたもので、１つの交流
信号のみで駆動ができる超音波モータを提供することを
目的としている。
信号のみで駆動ができる超音波モータを提供することを
目的としている。
問題点を解決するための手段 駆動体を構成する圧電体の表面に、互いに位置的に４分
の１波長ずれて形成された第１及び第２の電極を具備
し、 駆動時には交流電圧が印加される前記第１の電極は、２
分の１波長相当の長さを持つ複数個の小電極より構成さ
れ、 駆動時に交流電圧が印加されない前記第２の電極は、長
さが２分の１波長の小平面内において長さが２分の１波
長未満の小電極を非対称に形成し、前記小平面を隣接さ
せるようにして前記小電極を複数個並べて構成されるも
のである。
の１波長ずれて形成された第１及び第２の電極を具備
し、 駆動時には交流電圧が印加される前記第１の電極は、２
分の１波長相当の長さを持つ複数個の小電極より構成さ
れ、 駆動時に交流電圧が印加されない前記第２の電極は、長
さが２分の１波長の小平面内において長さが２分の１波
長未満の小電極を非対称に形成し、前記小平面を隣接さ
せるようにして前記小電極を複数個並べて構成されるも
のである。
作 用 第一の駆動電極に駆動信号として交流電圧を印加すると
第一の定在波が駆動体に励振される。そして、この第一
の定在波により第二の電極に電荷が励起され、この電荷
により第一の定在波と時間的および位置的にほぼ90度位
相のずれた第二の定在波が駆動体に励振される。
第一の定在波が駆動体に励振される。そして、この第一
の定在波により第二の電極に電荷が励起され、この電荷
により第一の定在波と時間的および位置的にほぼ90度位
相のずれた第二の定在波が駆動体に励振される。
そして、第一の定在波と第二の定在波とにより駆動体に
弾性進行波が励振され、駆動体上に設置された移動体は
移動する。
弾性進行波が励振され、駆動体上に設置された移動体は
移動する。
即ち、圧電体に交流電圧を印加する第一の電極と、第一
の電極と上記のような関係にある交流電圧を印加しない
第二の電極を形成することにより、１つの駆動信号での
み超音波モータを駆動することができる。
の電極と上記のような関係にある交流電圧を印加しない
第二の電極を形成することにより、１つの駆動信号での
み超音波モータを駆動することができる。
実施例 以下、図面に従って本発明の一実施例について詳細な説
明を行う。
明を行う。
第１図は本発明の一実施例の超音波モータの駆動体を構
成する圧電体の平面図である。同図において、７は圧電
体であり、両面に電極付されている。Ｅは円周方向の長
さが２分の１波長よりわずかに短い小電極から成る第一
の電極で、駆動体の共振周波数近傍の交流信号電圧を印
加する。電極Ｅの小電極の分極方向と印加電圧の方向
は、同方向と逆方向とが交互になるようにする。同図で
は、隣り合う小電極部の分極方向を逆にして、互いに短
絡して駆動をしている。つまり、第一の電極Ｅは従来例
である第５図の電極Ａに相当する。Ｆは電極Ｅと４分の
１波長だけ位置的に位相のずれた、円周方向の長さが２
分の１波長の平面内に非対称に設置された、円周方向の
長さが２分の１波長未満の小電極から成る第二の電極で
ある。つまり、第二の電極Ｆは従来例である第５図の電
極Ｂが形成されている場所に、円周方向の長さが２分の
１波長未満の小電極を位置的に非対称に形成するもので
ある。本実施例では小電極の長さは４分の１波長よりわ
ずかに短くしている。同図では、電極Ｅの駆動により励
振した定在波により、電極Ｆの小電極に誘起される電荷
が隣り合った小電極で同極性になるように、隣り合った
小電極部では分極の方向を逆にして、互いに短絡して使
用しているが、隣り合った小電極部の分極方向を同じに
して開放で使用することもできる。電極ＧとＨは、それ
ぞれ円周方向の長さが４分の３波長、および４分の１波
長にしており、電極ＥとＦとの位置的位相差が４分の１
波長になるようにとっている。即ち電極ＧとＨは省略し
てもよい。圧電体７の裏面はベタ電極である。以上説明
したような圧電体の裏面を弾性体に貼合せることにより
駆動体を構成する。
成する圧電体の平面図である。同図において、７は圧電
体であり、両面に電極付されている。Ｅは円周方向の長
さが２分の１波長よりわずかに短い小電極から成る第一
の電極で、駆動体の共振周波数近傍の交流信号電圧を印
加する。電極Ｅの小電極の分極方向と印加電圧の方向
は、同方向と逆方向とが交互になるようにする。同図で
は、隣り合う小電極部の分極方向を逆にして、互いに短
絡して駆動をしている。つまり、第一の電極Ｅは従来例
である第５図の電極Ａに相当する。Ｆは電極Ｅと４分の
１波長だけ位置的に位相のずれた、円周方向の長さが２
分の１波長の平面内に非対称に設置された、円周方向の
長さが２分の１波長未満の小電極から成る第二の電極で
ある。つまり、第二の電極Ｆは従来例である第５図の電
極Ｂが形成されている場所に、円周方向の長さが２分の
１波長未満の小電極を位置的に非対称に形成するもので
ある。本実施例では小電極の長さは４分の１波長よりわ
ずかに短くしている。同図では、電極Ｅの駆動により励
振した定在波により、電極Ｆの小電極に誘起される電荷
が隣り合った小電極で同極性になるように、隣り合った
小電極部では分極の方向を逆にして、互いに短絡して使
用しているが、隣り合った小電極部の分極方向を同じに
して開放で使用することもできる。電極ＧとＨは、それ
ぞれ円周方向の長さが４分の３波長、および４分の１波
長にしており、電極ＥとＦとの位置的位相差が４分の１
波長になるようにとっている。即ち電極ＧとＨは省略し
てもよい。圧電体７の裏面はベタ電極である。以上説明
したような圧電体の裏面を弾性体に貼合せることにより
駆動体を構成する。
第２図は、第１図の圧電体を用いた駆動体の動作説明図
である。同図（ａ）は、電極Ｅから取り出したリード線
８に駆動体の共振周波数近傍の交流信号電圧V1を印加し
た時に、駆動体に曲げ振動の定在波９が励振されている
様子を示している。従来の電極構造では第２の電極は第
１の電極と同じで、その位置だけが４分の１波長ずれて
いたので、第１の電極によって励振された定在波によっ
て第２の電極に励起される電荷は０である。しかし、本
実施例では、第二の電極Ｆは、円周方向の長さが２分の
１波長未満の小電極を、従来例である第５図の電極Ｂが
形成されている場所に位置的に非対称に形成しているの
で、同図（ｂ）に示すように、電極Ｅにより励振された
定在波９が、電極Ｆに電荷を誘起して、その結果定在波
８と位置的に４分の１波長、時間的にπ/2位相の異なる
定在波11を励振することができる。ただし、電極Ｆから
取り出したリード線10は開放状態である。同図（ｃ）
は、第１図の圧電体により構成された駆動体の一部を直
線化したモデル図である。電極Ｅと電極Ｆの各部の分極
方向と、各位置関係を示している。
である。同図（ａ）は、電極Ｅから取り出したリード線
８に駆動体の共振周波数近傍の交流信号電圧V1を印加し
た時に、駆動体に曲げ振動の定在波９が励振されている
様子を示している。従来の電極構造では第２の電極は第
１の電極と同じで、その位置だけが４分の１波長ずれて
いたので、第１の電極によって励振された定在波によっ
て第２の電極に励起される電荷は０である。しかし、本
実施例では、第二の電極Ｆは、円周方向の長さが２分の
１波長未満の小電極を、従来例である第５図の電極Ｂが
形成されている場所に位置的に非対称に形成しているの
で、同図（ｂ）に示すように、電極Ｅにより励振された
定在波９が、電極Ｆに電荷を誘起して、その結果定在波
８と位置的に４分の１波長、時間的にπ/2位相の異なる
定在波11を励振することができる。ただし、電極Ｆから
取り出したリード線10は開放状態である。同図（ｃ）
は、第１図の圧電体により構成された駆動体の一部を直
線化したモデル図である。電極Ｅと電極Ｆの各部の分極
方向と、各位置関係を示している。
第３図は、第１図の圧電体を用いた駆動体の等価回路で
ある。同図において、C1、C2はそれぞれリード線８、10
からみた電気容量、T1、T2は電極Ｅ、Ｆによる電気−機
械変換のトランス、Zmは駆動体の機械インピーダンス、
Z1は駆動体に接触して設置された移動体の駆動体よりみ
た機械インピーダンスである。同図より、交流信号電圧
V1によりトランスT1を介して駆動体に定在波９が励振で
き、定在波９によりトランスT2を介して電極Ｆに電荷が
誘起され、リード線10を開放しておけば時間的にπ/2位
相の異なる電圧が誘起する。電極ＥとＦは互いに４分の
１波長位置的に位相がずれているので、（３）式より駆
動体内に弾性進行波をつくることができる。
ある。同図において、C1、C2はそれぞれリード線８、10
からみた電気容量、T1、T2は電極Ｅ、Ｆによる電気−機
械変換のトランス、Zmは駆動体の機械インピーダンス、
Z1は駆動体に接触して設置された移動体の駆動体よりみ
た機械インピーダンスである。同図より、交流信号電圧
V1によりトランスT1を介して駆動体に定在波９が励振で
き、定在波９によりトランスT2を介して電極Ｆに電荷が
誘起され、リード線10を開放しておけば時間的にπ/2位
相の異なる電圧が誘起する。電極ＥとＦは互いに４分の
１波長位置的に位相がずれているので、（３）式より駆
動体内に弾性進行波をつくることができる。
発明の効果 本発明によれば、１つの交流電圧のみで駆動体中に弾性
進行波が励振できるので、駆動回路がきわめて簡単にな
り、また取り出すリード線も駆動とコモンの２本でよ
く、構成が簡単になると共に信頼性を向上することがで
きる。
進行波が励振できるので、駆動回路がきわめて簡単にな
り、また取り出すリード線も駆動とコモンの２本でよ
く、構成が簡単になると共に信頼性を向上することがで
きる。
第１図は本発明の一実施例の超音波モータの駆動体を構
成する圧電体の平面図、第２図は第１図の圧電体を用い
た駆動体の動作説明図、第３図は第２図の駆動体の等価
回路図、第４図は従来の超音波モータの斜視図、第５図
は第４図に用いられている圧電体の形状と電極構造を示
す平面図、第６図は超音波モータの駆動体部の振動状態
を示すモデル図、第７図は超音波モータの原理の説明図
である。 ７……圧電体、8,10……リード線、9,11……定在波、E,
F……電極。
成する圧電体の平面図、第２図は第１図の圧電体を用い
た駆動体の動作説明図、第３図は第２図の駆動体の等価
回路図、第４図は従来の超音波モータの斜視図、第５図
は第４図に用いられている圧電体の形状と電極構造を示
す平面図、第６図は超音波モータの駆動体部の振動状態
を示すモデル図、第７図は超音波モータの原理の説明図
である。 ７……圧電体、8,10……リード線、9,11……定在波、E,
F……電極。
Claims (1)
- 【請求項１】弾性体と圧電体とから成る駆動体に弾性進
行波を励振することにより、前記駆動体上に接触して設
置された移動体を移動させる超音波モータにおいて、 前記圧電体の表面には、互いに位置的に４分の１波長ず
れて第１及び第２の電極が形成されており、 駆動時には交流電圧が印加される前記第１の電極は、２
分の１波長相当の長さを持つ複数個の小電極より構成さ
れ、 駆動時に交流電圧が印加されない前記第２の電極は、長
さが２分の１波長の小平面内において長さが２分の１波
長未満の小電極を非対称に形成し、前記小平面を隣接さ
せるようにして前記小電極を複数個並べて構成した ことを特徴とする超音波モータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61088545A JPH0732609B2 (ja) | 1986-04-17 | 1986-04-17 | 超音波モ−タ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61088545A JPH0732609B2 (ja) | 1986-04-17 | 1986-04-17 | 超音波モ−タ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62244284A JPS62244284A (ja) | 1987-10-24 |
| JPH0732609B2 true JPH0732609B2 (ja) | 1995-04-10 |
Family
ID=13945820
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61088545A Expired - Lifetime JPH0732609B2 (ja) | 1986-04-17 | 1986-04-17 | 超音波モ−タ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0732609B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5247221A (en) * | 1988-10-21 | 1993-09-21 | Canon Kabushiki Kaisha | Vibration wave driven actuator |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59204481A (ja) * | 1983-05-09 | 1984-11-19 | Nippon Kogaku Kk <Nikon> | 超音波モーターの駆動制御装置 |
-
1986
- 1986-04-17 JP JP61088545A patent/JPH0732609B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62244284A (ja) | 1987-10-24 |
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| JPS6013481A (ja) | 振動波モ−タ | |
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