JP2995665B2 - 超音波モータ - Google Patents
超音波モータInfo
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- JP2995665B2 JP2995665B2 JP2262986A JP26298690A JP2995665B2 JP 2995665 B2 JP2995665 B2 JP 2995665B2 JP 2262986 A JP2262986 A JP 2262986A JP 26298690 A JP26298690 A JP 26298690A JP 2995665 B2 JP2995665 B2 JP 2995665B2
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- torsional
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- 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OA機器や玩具などに用いられる小型モータに
関し，特にローター直径の小さい小型の超音波モータに
関するものである。
関し，特にローター直径の小さい小型の超音波モータに
関するものである。
（従来の技術） 超音波モータは従来の電磁モータと比較して，低回転
で高いトルクが得られること，停止保持力を有するこ
と，電磁ノイズが小さいことなどの特徴を有しており，
カメラのオートフォーカス用や自動車用パワーモータな
どに使用されている。第４図は従来の超音波モータの構
造例を示す概略図である。この例において，圧電捩り振
動子51と圧電縦振動子52を含む縦−捩り複合振動子53を
一方の端部に設けられた軸56に回転自在に支持されたロ
ーター54を圧接して構成している。
で高いトルクが得られること，停止保持力を有するこ
と，電磁ノイズが小さいことなどの特徴を有しており，
カメラのオートフォーカス用や自動車用パワーモータな
どに使用されている。第４図は従来の超音波モータの構
造例を示す概略図である。この例において，圧電捩り振
動子51と圧電縦振動子52を含む縦−捩り複合振動子53を
一方の端部に設けられた軸56に回転自在に支持されたロ
ーター54を圧接して構成している。
第５図は従来の縦−捩り型超音波モータに用いられて
いる圧電捩り振動子51の構造を示す斜視図である。この
例において，弦の方向に分極された複数個の扇形の圧電
セラミック板55が円板あるいは円環状に，矢印で示され
る各々の分極の向きが閉じるように端面を合わせて接合
されている。
いる圧電捩り振動子51の構造を示す斜視図である。この
例において，弦の方向に分極された複数個の扇形の圧電
セラミック板55が円板あるいは円環状に，矢印で示され
る各々の分極の向きが閉じるように端面を合わせて接合
されている。
第６図（ａ），（ｂ）は第４図の縦−捩り型超音波モ
ータの動作原理の説明図である。これらの図において，
縦−捩り複合振動子53の長さを横軸とした円周方向の捩
り変位と長さ方向の伸縮変位の状態が夫々示されてい
る。各々の変位の向きは第６図（ａ）に示されるよう
に，捩り変位においては，圧電縦−捩り振動子の一端が
右回りとなると他端はその逆の左回りとなり，その変位
の大きさは，振動の中心から離れるに従って大きくな
る。
ータの動作原理の説明図である。これらの図において，
縦−捩り複合振動子53の長さを横軸とした円周方向の捩
り変位と長さ方向の伸縮変位の状態が夫々示されてい
る。各々の変位の向きは第６図（ａ）に示されるよう
に，捩り変位においては，圧電縦−捩り振動子の一端が
右回りとなると他端はその逆の左回りとなり，その変位
の大きさは，振動の中心から離れるに従って大きくな
る。
一方，第６図（ｂ）中に示すように，長さ方向の伸び
変位は，中心から一定で，さらに離れるに従って次第に
大きくなる。
変位は，中心から一定で，さらに離れるに従って次第に
大きくなる。
（発明が解決しようとする課題） 第５図からわかるように従来の圧電捩り振動子51は，
扇形の圧電セラミック板55をその端面を合わせて複数個
接着して構成しているため，組立工程が複雑になる上に
接着による特性のばらつきが大きいという欠点がある。
また，一般に円筒を含む円柱状の振動子においては，捩
り振動の共振周波数と縦振動の共振周波数が一致しない
ため，捩り振動の共振周波数で駆動し，縦振動は非共振
の状態で駆動されることになる。従って，縦振動の振動
振幅が小さくなり超音波モータのトルクを大きくするこ
とが難しいという欠点がある。
扇形の圧電セラミック板55をその端面を合わせて複数個
接着して構成しているため，組立工程が複雑になる上に
接着による特性のばらつきが大きいという欠点がある。
また，一般に円筒を含む円柱状の振動子においては，捩
り振動の共振周波数と縦振動の共振周波数が一致しない
ため，捩り振動の共振周波数で駆動し，縦振動は非共振
の状態で駆動されることになる。従って，縦振動の振動
振幅が小さくなり超音波モータのトルクを大きくするこ
とが難しいという欠点がある。
そこで，本発明の技術的課題はローターの直径を小さ
くした小型で，特性が一定しており，且つトルクの大き
い超音波モータを提供することにある。
くした小型で，特性が一定しており，且つトルクの大き
い超音波モータを提供することにある。
また，本発明の別の技術的課題は構成部品の少なく，
製造が容易で製造コストが低く，安価な超音波モータを
提供することにある。
製造が容易で製造コストが低く，安価な超音波モータを
提供することにある。
（課題を解決するための手段） 本発明によれば，圧電セラミク中空円柱の外周面の長
さ方向と45゜の方向に交差指電極を形成し，該交差指電
極を用いて分極及び駆動を行い，前記中空円柱に捩り振
動を励振可能とし，前記圧電セラミック中空円柱捩り振
動子の一側端部を前記捩り振動子よりも質量の大きな圧
電積層アクチュエータに固定し，前記捩り振動子のもう
一方の端部に回転自在に支持されたローターを圧接して
構成したことを特徴とする超音波モータが得られる。
さ方向と45゜の方向に交差指電極を形成し，該交差指電
極を用いて分極及び駆動を行い，前記中空円柱に捩り振
動を励振可能とし，前記圧電セラミック中空円柱捩り振
動子の一側端部を前記捩り振動子よりも質量の大きな圧
電積層アクチュエータに固定し，前記捩り振動子のもう
一方の端部に回転自在に支持されたローターを圧接して
構成したことを特徴とする超音波モータが得られる。
（作 用） 本発明においては，捩り振動子の一端面と，圧電アク
チュエータの一端面とが接合されている。
チュエータの一端面とが接合されている。
圧電積層アクチュエータは軸方向に伸縮振動を行う。
捩り振動子は周方向に捩り振動を行う。
捩り振動子は周方向に捩り振動を行う。
圧電積層アクチュエータと捩り振動子との共振周波数
を一致させることで，捩り振動の他端に圧接されたロー
タは予め定められた軸回りに回転する。
を一致させることで，捩り振動の他端に圧接されたロー
タは予め定められた軸回りに回転する。
（実施例） 以下本発明の超音波モータについて図面を用いて詳し
く説明する。
く説明する。
第１図は本発明の縦−捩り型超音波モータの一構成例
を示す斜視図である。この例において，超音波モータ１
は圧電セラミック中空円柱の捩り振動子７の一端部を圧
電積層アクチュエータ９の一端面に固定し，回転自在に
支持されたローター10を前記捩り振動子７のもう一方の
端面に圧接して構成されている。
を示す斜視図である。この例において，超音波モータ１
は圧電セラミック中空円柱の捩り振動子７の一端部を圧
電積層アクチュエータ９の一端面に固定し，回転自在に
支持されたローター10を前記捩り振動子７のもう一方の
端面に圧接して構成されている。
第２図は第１図の超音波モータに用いられる圧電捩り
振動子７の構造例を示す概略図である。この例におい
て，プレス成形された圧電セラミック中空円柱の外周面
の長さ方向と45゜の方向に延在するように導電ペースト
を印刷することにより指電極6a,6bが形成され，さらに
これらの指電極6a,6bを一つおきに互いに反対の端部を
共通電極6c,6dに接続して交差指電極６が形成された二
端子とされてる。この交差指電極６を用いて分極処理を
施すと分極方向は交差指電極の各指電極6a,6bの長さ方
向と直角な方向となる。この状態で前記交差指電極６に
共通電極6c,6dから交流電圧を印加すると，電圧の極性
が分極時の電圧の極性と同じ場合は分極の方向の伸び歪
が発生し，電圧の極性が分極時の極性と逆の場合は分極
の方向に縮み歪が発生する。分極方向に伸びあるいは縮
み歪が発生した場合，分極方向と直角な方向にはこれら
と反対に縮みあるいは伸び歪が発生する。以上の結果と
して前記圧電セラミック中空円柱８に捩り変位が発生す
る。
振動子７の構造例を示す概略図である。この例におい
て，プレス成形された圧電セラミック中空円柱の外周面
の長さ方向と45゜の方向に延在するように導電ペースト
を印刷することにより指電極6a,6bが形成され，さらに
これらの指電極6a,6bを一つおきに互いに反対の端部を
共通電極6c,6dに接続して交差指電極６が形成された二
端子とされてる。この交差指電極６を用いて分極処理を
施すと分極方向は交差指電極の各指電極6a,6bの長さ方
向と直角な方向となる。この状態で前記交差指電極６に
共通電極6c,6dから交流電圧を印加すると，電圧の極性
が分極時の電圧の極性と同じ場合は分極の方向の伸び歪
が発生し，電圧の極性が分極時の極性と逆の場合は分極
の方向に縮み歪が発生する。分極方向に伸びあるいは縮
み歪が発生した場合，分極方向と直角な方向にはこれら
と反対に縮みあるいは伸び歪が発生する。以上の結果と
して前記圧電セラミック中空円柱８に捩り変位が発生す
る。
また，第３図は第１図の超音波モータに用いられる圧
電積層アクチュエータ９の概略図である。この場合，時
定数の関係上振動子の静電容量は予め小さく設計してあ
る。この圧電積層アクチュエータ９には予め長さ方向に
分極処理が施してある。この状態で前記圧電積層アクチ
ュエータ９に直流電圧を印加すると，駆動電圧の極性が
分極時の極性と一致し，分極の方向に伸び歪が発生す
る。以上の結果として前記圧電積層アクチュエータ９に
白抜きの矢印５で示すような縦変位が発生する。
電積層アクチュエータ９の概略図である。この場合，時
定数の関係上振動子の静電容量は予め小さく設計してあ
る。この圧電積層アクチュエータ９には予め長さ方向に
分極処理が施してある。この状態で前記圧電積層アクチ
ュエータ９に直流電圧を印加すると，駆動電圧の極性が
分極時の極性と一致し，分極の方向に伸び歪が発生す
る。以上の結果として前記圧電積層アクチュエータ９に
白抜きの矢印５で示すような縦変位が発生する。
第１図に戻って，超音波モータ１の圧電セラミック中
空円柱に捩り振動の変位と同期して縦振動が励振される
と，ローター10は捩り変位の方向に回転する。この場合
の回転数及びトルクは駆動周波数が一定の場合，圧電捩
り振動子による捩り振動及び圧電積層アクチュエータに
よる縦振動の振動振幅の大きさによって定まる。
空円柱に捩り振動の変位と同期して縦振動が励振される
と，ローター10は捩り変位の方向に回転する。この場合
の回転数及びトルクは駆動周波数が一定の場合，圧電捩
り振動子による捩り振動及び圧電積層アクチュエータに
よる縦振動の振動振幅の大きさによって定まる。
本発明の実施例に係る超音波モータにおいては，圧電
積層アクチュエー９を用いており，低電圧で大きな縦振
幅を得ることが出来る。また，前記捩り振動子７は形状
が薄肉パイプ状であるのに対して前記積層アクチュエー
タの形状は円柱状あるいは角柱状であるので単位長さ当
りの質量が１桁程度大きいため，前記捩り振動子は前記
圧電積層アクチュエータをベースに片側固定型の振動を
行う。従って，捩り振動子７の捩り振動の振動振幅と圧
電積層アクチュエータ９の縦振動の振動振幅を共に大き
くすることが可能となる。この時の駆動電圧の周波数は
捩り振動の共振周波数に合わせてあり，前記圧電積層ア
クチュエータ９の駆動電圧の周波数は，この周波数に合
わせてあり，それぞれの駆動電圧の位相は90゜である。
また，捩り振動子の端面に圧接されるローター10の回転
方向は捩り振動駆動電圧と縦振動駆動電圧の位相の何れ
かを一方を180゜変化させることにより可能である。
積層アクチュエー９を用いており，低電圧で大きな縦振
幅を得ることが出来る。また，前記捩り振動子７は形状
が薄肉パイプ状であるのに対して前記積層アクチュエー
タの形状は円柱状あるいは角柱状であるので単位長さ当
りの質量が１桁程度大きいため，前記捩り振動子は前記
圧電積層アクチュエータをベースに片側固定型の振動を
行う。従って，捩り振動子７の捩り振動の振動振幅と圧
電積層アクチュエータ９の縦振動の振動振幅を共に大き
くすることが可能となる。この時の駆動電圧の周波数は
捩り振動の共振周波数に合わせてあり，前記圧電積層ア
クチュエータ９の駆動電圧の周波数は，この周波数に合
わせてあり，それぞれの駆動電圧の位相は90゜である。
また，捩り振動子の端面に圧接されるローター10の回転
方向は捩り振動駆動電圧と縦振動駆動電圧の位相の何れ
かを一方を180゜変化させることにより可能である。
（発明の効果） 以上説明したように本発明の超音波モータにおいて
は，駆動力を発生させるための圧電捩り振動子の形状が
単純で，通常一般的に適用されているプレス成形技術に
より容易に製造することが可能な圧電セラミック中空円
柱を用いて，この外周面にこれも一般的な技術である電
極印刷を施すことにより圧電捩り振動子が得られるた
め，製造が容易で複雑な加工工程による特性のばらつき
の少ない超音波モータが得られる。
は，駆動力を発生させるための圧電捩り振動子の形状が
単純で，通常一般的に適用されているプレス成形技術に
より容易に製造することが可能な圧電セラミック中空円
柱を用いて，この外周面にこれも一般的な技術である電
極印刷を施すことにより圧電捩り振動子が得られるた
め，製造が容易で複雑な加工工程による特性のばらつき
の少ない超音波モータが得られる。
更に，本発明の超音波モータにおいては，縦振動を得
るために圧電積層アクチュエータを用いており，低電圧
で大きな縦振幅を得ることが出来る。従って，トルクが
大きく小径で小型の超音波モータが得られる。
るために圧電積層アクチュエータを用いており，低電圧
で大きな縦振幅を得ることが出来る。従って，トルクが
大きく小径で小型の超音波モータが得られる。
第１図は本発明の超音波モータの一構成例を示す斜視
図，第２図は第１図の超音波モータに用いられる圧電捩
り振動子の構造を示す概略図，第３図は第１図の超音波
モータに用いられる圧電積層アクチュエータ９の概略
図，第４図は従来の超音波モータの一構造例を示す斜視
図，第５図は第４図の超音波モータに用いられる圧電捩
り振動子５の構造を示す斜視図，第６図は縦−捩り型超
音波モータの動作原理の説明図である。 図中,1は超音波モータ,5は縦振動の方向を示す矢印,6は
交差指電極,7は圧電捩り振動子,9は圧電積層アクチュエ
ータ,10はロータ,51は圧電捩り振動子,52は圧電縦振動
子,53は超音波モータ,54はロータ,56は軸。
図，第２図は第１図の超音波モータに用いられる圧電捩
り振動子の構造を示す概略図，第３図は第１図の超音波
モータに用いられる圧電積層アクチュエータ９の概略
図，第４図は従来の超音波モータの一構造例を示す斜視
図，第５図は第４図の超音波モータに用いられる圧電捩
り振動子５の構造を示す斜視図，第６図は縦−捩り型超
音波モータの動作原理の説明図である。 図中,1は超音波モータ,5は縦振動の方向を示す矢印,6は
交差指電極,7は圧電捩り振動子,9は圧電積層アクチュエ
ータ,10はロータ,51は圧電捩り振動子,52は圧電縦振動
子,53は超音波モータ,54はロータ,56は軸。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H02N 2/00
Claims (1)
- 【請求項１】圧電セラミック中空円柱の外周面の長さ方
向と45゜の方向に交差指電極を形成し、該交差指電極を
用いて分極及び駆動を行い、前記中空円柱に捩り振動を
励振可能とし、前記圧電セラミック中空円柱捩り振動子
の一側端部を前記捩り振動子よりも質量の大きな圧電積
層アクチュエータに固定し、前記捩り振動子のもう一方
の端部に回転自在に支持されたロータを圧接して構成し
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 |
|---|---|---|---|
| JP2262986A JP2995665B2 (ja) | 1990-10-02 | 1990-10-02 | 超音波モータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2262986A JP2995665B2 (ja) | 1990-10-02 | 1990-10-02 | 超音波モータ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04145871A JPH04145871A (ja) | 1992-05-19 |
| JP2995665B2 true JP2995665B2 (ja) | 1999-12-27 |
Family
ID=17383312
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2262986A Expired - Fee Related JP2995665B2 (ja) | 1990-10-02 | 1990-10-02 | 超音波モータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2995665B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10312830B2 (en) * | 2015-08-19 | 2019-06-04 | Lawrence Livermore National Security, Llc | Electrostatic generator/motor rotor electrode system suitable for installation on the outer surface of an EMB rotor |
-
1990
- 1990-10-02 JP JP2262986A patent/JP2995665B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04145871A (ja) | 1992-05-19 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |