JPH0522965A - 超音波モータ - Google Patents
超音波モータInfo
- Publication number
- JPH0522965A JPH0522965A JP3197394A JP19739491A JPH0522965A JP H0522965 A JPH0522965 A JP H0522965A JP 3197394 A JP3197394 A JP 3197394A JP 19739491 A JP19739491 A JP 19739491A JP H0522965 A JPH0522965 A JP H0522965A
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- JP
- Japan
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- torsional
- longitudinal
- rotor
- piezoelectric ceramic
- hollow cylinder
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- Pending
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- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 ローター直径を小さくした小型の超音波モー
タ，特に，ローターの直径として２０mm以下の超音波モ
ータを提供する。また，構成部品の少ない製造コストの
安価な超音波モータを提供する。 【構成】 圧電セラミック中空円柱の長さ方向略半分の
外周面に長さ方向に対して４５°の方向に延在する分極
及び駆動用の一対の交差指電極を有し該圧電セラミック
ス円柱に捩り振動を与える捩り振動部１０と，前記圧電
セラミック中空円柱の長さ方向の残りの略半分の外周面
に該捩り振動部１０に隣接して円周方向又は長さ方向に
平行延在する分極及び駆動用の一対の交差指電極を有し
該圧電セラミック中空円柱に縦振動を与える縦振動部２
０とを有し，一端が固定された圧電縦−捩り複合振動子
１と，前記圧電縦−捩り複合振動子の他端に圧接される
回転自在に支持されたローター４とを備えている。
タ，特に，ローターの直径として２０mm以下の超音波モ
ータを提供する。また，構成部品の少ない製造コストの
安価な超音波モータを提供する。 【構成】 圧電セラミック中空円柱の長さ方向略半分の
外周面に長さ方向に対して４５°の方向に延在する分極
及び駆動用の一対の交差指電極を有し該圧電セラミック
ス円柱に捩り振動を与える捩り振動部１０と，前記圧電
セラミック中空円柱の長さ方向の残りの略半分の外周面
に該捩り振動部１０に隣接して円周方向又は長さ方向に
平行延在する分極及び駆動用の一対の交差指電極を有し
該圧電セラミック中空円柱に縦振動を与える縦振動部２
０とを有し，一端が固定された圧電縦−捩り複合振動子
１と，前記圧電縦−捩り複合振動子の他端に圧接される
回転自在に支持されたローター４とを備えている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はＯＡ機器や玩具に用いら
れる小型モータに関し，特にローター直径が小さい割り
にトルクの大きい超音波モータに関するものである。
れる小型モータに関し，特にローター直径が小さい割り
にトルクの大きい超音波モータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般に，超音波モータは，電磁モータと
比較して，低い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利
点を有しており，カメラのオートフォーカス用や自動車
パワーモータなどに使用されている。図３及び図４は従
来の超音波モータの構造を概略的に示す分解組立図であ
る。図３及び図４において，従来の超音波モータは，一
面にリング状で且つ串歯状の突起部を設けた金属円板１
０６の突起部が形成されている面の裏側に重ね合わせて
接着される二枚の圧電セラミックス円板１０７，１０８
とで，ステータを構成し，このステータ−の上にロータ
ー１０９を圧接した構造となっている。圧電セラミック
ス円板１０７，１０８は，偶数等分に分極の向きが逆向
きとなっており，これら２枚の圧電セラミックス１０
７，１０８は分割角度の半分の角度だけ回転して接着さ
れている。
比較して，低い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利
点を有しており，カメラのオートフォーカス用や自動車
パワーモータなどに使用されている。図３及び図４は従
来の超音波モータの構造を概略的に示す分解組立図であ
る。図３及び図４において，従来の超音波モータは，一
面にリング状で且つ串歯状の突起部を設けた金属円板１
０６の突起部が形成されている面の裏側に重ね合わせて
接着される二枚の圧電セラミックス円板１０７，１０８
とで，ステータを構成し，このステータ−の上にロータ
ー１０９を圧接した構造となっている。圧電セラミック
ス円板１０７，１０８は，偶数等分に分極の向きが逆向
きとなっており，これら２枚の圧電セラミックス１０
７，１０８は分割角度の半分の角度だけ回転して接着さ
れている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】図３及び図４に示した
従来の超音波モータにおいては，ステータの超音波振動
を中心軸の周囲で平面的にローターに伝達しているた
め，必然的に径が大きくなり，直径の小さいモータを得
ることが難しい。したがって，従来の超音波モータの実
用的な最小直径は，２０〜３０mmの範囲内に限定されて
いた。また，図４からわかるように，従来の超音波モー
タにおいては，ステーターが多くの部品から構成されて
いるため，各部品の製造上の誤差が繁栄されるため，特
性のばらつきが大きくなること及びモータの製造コスト
が高くなるという欠点があった。そこで，本発明の一つ
の技術的課題は，ローター直径を小さくした小型の超音
波モータ，特に，ローターの直径として２０mm以下の超
音波モータを提供することにある。さらに，本発明の別
の技術的課題は，構成部品が少なく製造コストの安い超
音波モータを提供することにある。
従来の超音波モータにおいては，ステータの超音波振動
を中心軸の周囲で平面的にローターに伝達しているた
め，必然的に径が大きくなり，直径の小さいモータを得
ることが難しい。したがって，従来の超音波モータの実
用的な最小直径は，２０〜３０mmの範囲内に限定されて
いた。また，図４からわかるように，従来の超音波モー
タにおいては，ステーターが多くの部品から構成されて
いるため，各部品の製造上の誤差が繁栄されるため，特
性のばらつきが大きくなること及びモータの製造コスト
が高くなるという欠点があった。そこで，本発明の一つ
の技術的課題は，ローター直径を小さくした小型の超音
波モータ，特に，ローターの直径として２０mm以下の超
音波モータを提供することにある。さらに，本発明の別
の技術的課題は，構成部品が少なく製造コストの安い超
音波モータを提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明によれば，圧電セ
ラミック中空円柱の長さ方向略半分の外周面に長さ方向
に対して４５°の方向に延在する分極及び駆動用の一対
の交差指電極を有し該圧電セラミックス円柱に捩り振動
を与える捩り振動部と，前記圧電セラミック中空円柱の
長さ方向の残りの略半分の外周面に該捩り振動部に隣接
して円周方向又は長さ方向に平行延在する分極及び駆動
用の一対の交差指電極を有し該圧電セラミック中空円柱
に縦振動を与える縦振動部とを有し，一端が固定された
圧電縦−捩り複合振動子と，前記圧電縦−捩り複合振動
子の他端に圧接される回転自在に支持されたローターと
を備えたことを特徴とする超音波モータが得られる。
ラミック中空円柱の長さ方向略半分の外周面に長さ方向
に対して４５°の方向に延在する分極及び駆動用の一対
の交差指電極を有し該圧電セラミックス円柱に捩り振動
を与える捩り振動部と，前記圧電セラミック中空円柱の
長さ方向の残りの略半分の外周面に該捩り振動部に隣接
して円周方向又は長さ方向に平行延在する分極及び駆動
用の一対の交差指電極を有し該圧電セラミック中空円柱
に縦振動を与える縦振動部とを有し，一端が固定された
圧電縦−捩り複合振動子と，前記圧電縦−捩り複合振動
子の他端に圧接される回転自在に支持されたローターと
を備えたことを特徴とする超音波モータが得られる。
【０００５】
【作用】本発明の超音波モータにおいては，圧電縦−捩
り複合振動子は圧電セラミックス中空円柱の略半分の捩
り振動部と残り半分に縦振動部とを有する。捩り振動部
は，外周面にこの圧電セラミックス中空円柱の長さ方向
に対して４５°の方向に一対の交差指電極が形成されて
いる。この一対の交差指電極を用いて前記圧電セラミッ
ク中空円柱に分極を施し，この一対の交差指電極を二端
子として交流電圧を印加すると圧電セラミック中空円柱
の両端は捩り振動を行う。一方，縦振動部は，残りの圧
電セラミック中空円柱の外周面に円周方向又は長さ方向
に平行に一対の交差指電極が形成されている。この一対
の交差指電極を用いて前記圧電セラミック中空円柱に分
極を施し，この一対の交差指電極を二端子として，交流
電圧を印加すると縦振動部はこの圧電セラミック中空円
柱の長さ方向に伸縮振動を行う。したがって，捩り振動
に同期した交流電圧を縦振動部に印加すると，圧電セラ
ミック中空円柱は捩り振動と伸縮振動が合成された複合
振動が励起される。この圧電縦−捩り複合振動子の端部
の内の一方を固定ベースに固定し，一端に回転自在に支
持されたローターを圧接すると，複合振動はローターの
回転に変換される。
り複合振動子は圧電セラミックス中空円柱の略半分の捩
り振動部と残り半分に縦振動部とを有する。捩り振動部
は，外周面にこの圧電セラミックス中空円柱の長さ方向
に対して４５°の方向に一対の交差指電極が形成されて
いる。この一対の交差指電極を用いて前記圧電セラミッ
ク中空円柱に分極を施し，この一対の交差指電極を二端
子として交流電圧を印加すると圧電セラミック中空円柱
の両端は捩り振動を行う。一方，縦振動部は，残りの圧
電セラミック中空円柱の外周面に円周方向又は長さ方向
に平行に一対の交差指電極が形成されている。この一対
の交差指電極を用いて前記圧電セラミック中空円柱に分
極を施し，この一対の交差指電極を二端子として，交流
電圧を印加すると縦振動部はこの圧電セラミック中空円
柱の長さ方向に伸縮振動を行う。したがって，捩り振動
に同期した交流電圧を縦振動部に印加すると，圧電セラ
ミック中空円柱は捩り振動と伸縮振動が合成された複合
振動が励起される。この圧電縦−捩り複合振動子の端部
の内の一方を固定ベースに固定し，一端に回転自在に支
持されたローターを圧接すると，複合振動はローターの
回転に変換される。
【０００６】
【実施例】次に，本発明に実施例について説明する。図
１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。図１において，縦−捩り複合振動子１の
捩り振動発生用電極側端部を固定ベース２に固定し，も
う一方の端部に軸受け３に回転自在に支持されたロータ
ー４が圧接されている。軸受け３は固定ベース２に固定
枠５により固定されている。図２は本発明の縦−捩り複
合振動子圧接型超音波モータに用いられる縦−捩り複合
振動子１の構造例を示す概略図である。図２において，
圧電セラミック中空円柱１´の外周面の長さ方向に対す
る約半分の領域に捩り振動部１０，残りの半分の領域に
縦振動部２０が該セラミック円柱の長さ方向に沿って連
設されている。圧電セラミック中空円柱１´は，通常の
プレス成形により製造され，また電極部は電極印刷によ
って製造されている。捩り振動部１０は，円柱の長さ方
向に対して４５°の方向に第１及び第２の斜め電極１１
ａ，１２ａが形成され、この第１及び第２の斜め電極１
１ａ，１２ａが第１及び第２の共通電極１１ｂ，１２ｂ
に接続され二端子とされ，第１及び第２の斜め交差指電
極１１及び１２が形成されている。この第１及び第２の
斜め交差指電極１１，１２を用いて，圧電セラミックス
中空円柱１´に分極処理を施すと，この圧電セラミック
中空円柱表面の分極方向は，第１及び第２の斜め電極１
１ａ，１２ａの長さ方向に対して，直角な方向となる。
このように分極された状態で，第１及び第２の斜め交差
指電極１１，１２に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，分極の伸び歪みが
発生し，電圧の極性が分極時の電圧の極性と逆の場合
は，分極の方向に縮み歪みが発生する。分極方向に伸び
あるいは縮み歪みが発生した場合，分極方向と直角な方
向に，これらと反対に縮みあるいは伸び歪みが発生す
る。したがって，前記圧電セラミックス中空円柱１´の
捩り振動部１０に捩り変位が発生する。
１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。図１において，縦−捩り複合振動子１の
捩り振動発生用電極側端部を固定ベース２に固定し，も
う一方の端部に軸受け３に回転自在に支持されたロータ
ー４が圧接されている。軸受け３は固定ベース２に固定
枠５により固定されている。図２は本発明の縦−捩り複
合振動子圧接型超音波モータに用いられる縦−捩り複合
振動子１の構造例を示す概略図である。図２において，
圧電セラミック中空円柱１´の外周面の長さ方向に対す
る約半分の領域に捩り振動部１０，残りの半分の領域に
縦振動部２０が該セラミック円柱の長さ方向に沿って連
設されている。圧電セラミック中空円柱１´は，通常の
プレス成形により製造され，また電極部は電極印刷によ
って製造されている。捩り振動部１０は，円柱の長さ方
向に対して４５°の方向に第１及び第２の斜め電極１１
ａ，１２ａが形成され、この第１及び第２の斜め電極１
１ａ，１２ａが第１及び第２の共通電極１１ｂ，１２ｂ
に接続され二端子とされ，第１及び第２の斜め交差指電
極１１及び１２が形成されている。この第１及び第２の
斜め交差指電極１１，１２を用いて，圧電セラミックス
中空円柱１´に分極処理を施すと，この圧電セラミック
中空円柱表面の分極方向は，第１及び第２の斜め電極１
１ａ，１２ａの長さ方向に対して，直角な方向となる。
このように分極された状態で，第１及び第２の斜め交差
指電極１１，１２に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，分極の伸び歪みが
発生し，電圧の極性が分極時の電圧の極性と逆の場合
は，分極の方向に縮み歪みが発生する。分極方向に伸び
あるいは縮み歪みが発生した場合，分極方向と直角な方
向に，これらと反対に縮みあるいは伸び歪みが発生す
る。したがって，前記圧電セラミックス中空円柱１´の
捩り振動部１０に捩り変位が発生する。
【０００７】さらに図２の圧電セラミックス中空円柱１
´の外周面の長さ方向の別の半分の領域には，縦振動部
２０が形成されている。この縦振動部２０は，円周方向
に平行に延在する第１及び第２の周電極を夫々有し，図
示しない第１の接続電極，及び第２の接続電極２２ｃに
接続され二端子とされ，第１及び第２の縦交差指電極２
１，２２が形成されている。この第１及び第２の縦交差
指電極２１，２２を用いて圧電セラミック中空円柱１´
に分極処理を施すと，分極方向は，この圧電セラミック
中空円柱表面の第１及び第２の周電極の長さ方向と直角
な方向となる。この状態で第１及び第２の縦交差指電極
２１，２２に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，分極方向に伸び歪みが発
生し，電圧の極性が分極時の電圧の極性と逆の場合は，
分極方向に縮み歪みが発生する。したがって，圧電セラ
ミックス中空円柱１´の縦振動部２０は長さ方向に伸縮
する。
´の外周面の長さ方向の別の半分の領域には，縦振動部
２０が形成されている。この縦振動部２０は，円周方向
に平行に延在する第１及び第２の周電極を夫々有し，図
示しない第１の接続電極，及び第２の接続電極２２ｃに
接続され二端子とされ，第１及び第２の縦交差指電極２
１，２２が形成されている。この第１及び第２の縦交差
指電極２１，２２を用いて圧電セラミック中空円柱１´
に分極処理を施すと，分極方向は，この圧電セラミック
中空円柱表面の第１及び第２の周電極の長さ方向と直角
な方向となる。この状態で第１及び第２の縦交差指電極
２１，２２に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，分極方向に伸び歪みが発
生し，電圧の極性が分極時の電圧の極性と逆の場合は，
分極方向に縮み歪みが発生する。したがって，圧電セラ
ミックス中空円柱１´の縦振動部２０は長さ方向に伸縮
する。
【０００８】図１に戻って，縦−捩り複合振動子１の捩
り振動駆動電極に捩り振動の共振周波数にほぼ等しい周
波数の交流電圧を印加すると，縦−捩り複合振動子１の
ローター４に圧接側の端部が捩じれるように振動する。
この捩り振動に同期した交流電圧を縦振動駆動用電極に
印加すると，前記縦−捩り複合振動子１のローター４圧
接側の端部にはには，捩り振動部による捩り振動と，縦
振動部による伸縮振動が合成された複合振動が励起され
る。従って，この端部にローター４を圧接すると複合振
動は，ローター４の回転に変換される。尚，このロータ
−４の回転方向の転換は捩り振動駆動電圧の位相と，縦
振動駆動電圧の位相とのいずれか一方を，１８０°変化
させることで可能である。
り振動駆動電極に捩り振動の共振周波数にほぼ等しい周
波数の交流電圧を印加すると，縦−捩り複合振動子１の
ローター４に圧接側の端部が捩じれるように振動する。
この捩り振動に同期した交流電圧を縦振動駆動用電極に
印加すると，前記縦−捩り複合振動子１のローター４圧
接側の端部にはには，捩り振動部による捩り振動と，縦
振動部による伸縮振動が合成された複合振動が励起され
る。従って，この端部にローター４を圧接すると複合振
動は，ローター４の回転に変換される。尚，このロータ
−４の回転方向の転換は捩り振動駆動電圧の位相と，縦
振動駆動電圧の位相とのいずれか一方を，１８０°変化
させることで可能である。
【０００９】
【発明の効果】以上示したように，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
ス中空円柱を用いて，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，圧電捩り振動子及び
圧電縦振動子が得られるため，製造が容易で，接着工程
や複雑な加工工程による特性のばらつきの少ない超音波
モータが得られ実用的価値は実に大きい。さらに，本発
明の超音波モータにおいては，ステータを構成する縦−
捩り複合振動子の形状が円筒状であるため直径の小さい
超音波モータを提供することができる。
タにおいては，駆動力を発生させるための圧電振動子の
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
ス中空円柱を用いて，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，圧電捩り振動子及び
圧電縦振動子が得られるため，製造が容易で，接着工程
や複雑な加工工程による特性のばらつきの少ない超音波
モータが得られ実用的価値は実に大きい。さらに，本発
明の超音波モータにおいては，ステータを構成する縦−
捩り複合振動子の形状が円筒状であるため直径の小さい
超音波モータを提供することができる。
【図１】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。
示す斜視図である。
【図２】図１の縦−捩り複合振動子圧接型超音波モータ
に用いられる縦−捩り複合振動子の一構成例を示す斜視
図である。
に用いられる縦−捩り複合振動子の一構成例を示す斜視
図である。
【図３】従来の超音波モータの構造を示す分解組立斜視
図である。
図である。
【図４】図３の超音波モータの構造を概略的に示す分解
組立斜視図である。
組立斜視図である。
１ 縦−捩り複合振動子 １´ 圧電セラミックス中空円柱 ２ 固定ベース ３ 軸受け ４ ローター １０ 捩り振動部 １１ａ 第１の斜め電極 １２ａ 第２の斜め電極 １１ 第１の斜め交差指電極 １２ 第２の斜め交差指電極 ２０ 縦振動部 ２１ａ 第１の周電極 ２２ａ 第１の周電極 ２１ 第１の縦交差指電極 ２２ 第２の縦交差指電極 ２２ｃ 第２の接続電極 １０６ 金属円板 １０７ 圧電セラミックス円板 １０８ 圧電セラミックス円板 １０９ ローター
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】 圧電セラミック中空円柱の長さ方向略半
分の外周面に長さ方向に対して４５°の方向に延在する
分極及び駆動用の一対の交差指電極を有し該圧電セラミ
ックス円柱に捩り振動を与える捩り振動部と，前記圧電
セラミック中空円柱の長さ方向の残りの略半分の外周面
に該捩り振動部に隣接して円周方向又は長さ方向に平行
延在する分極及び駆動用の一対の交差指電極を有し該圧
電セラミック中空円柱に縦振動を与える縦振動部とを有
し，一端が固定された圧電縦−捩り複合振動子と， 前記圧電縦−捩り複合振動子の他端に圧接される回転自
在に支持されたローターとを備え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 |
|---|---|---|---|
| JP3197394A JPH0522965A (ja) | 1991-07-12 | 1991-07-12 | 超音波モータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3197394A JPH0522965A (ja) | 1991-07-12 | 1991-07-12 | 超音波モータ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0522965A true JPH0522965A (ja) | 1993-01-29 |
Family
ID=16373778
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3197394A Pending JPH0522965A (ja) | 1991-07-12 | 1991-07-12 | 超音波モータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0522965A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20170054385A1 (en) * | 2015-08-19 | 2017-02-23 | Lawrence Livermore National Security, Llc | Electrostatic generator/motor rotor electrode system suitable for installation on the outer surface of an emb rotor |
-
1991
- 1991-07-12 JP JP3197394A patent/JPH0522965A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20170054385A1 (en) * | 2015-08-19 | 2017-02-23 | Lawrence Livermore National Security, Llc | Electrostatic generator/motor rotor electrode system suitable for installation on the outer surface of an emb rotor |
| 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 |
| US10727763B2 (en) | 2015-08-19 | 2020-07-28 | Lawrence Livermore National Security, Llc | Method using a electrostatic generator/motor rotor electrode system suitable for installation on the outer surface of an EMB rotor |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20010328 |