JPH07231684A - 超音波マイクロモータ及びその固定子の製造方法 - Google Patents
超音波マイクロモータ及びその固定子の製造方法Info
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- JPH07231684A JPH07231684A JP6022420A JP2242094A JPH07231684A JP H07231684 A JPH07231684 A JP H07231684A JP 6022420 A JP6022420 A JP 6022420A JP 2242094 A JP2242094 A JP 2242094A JP H07231684 A JPH07231684 A JP H07231684A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 円筒状の固定（振動）子の端面における振幅
を大きくし、回転子の回転速度を高めるとともに、製造
が容易な超音波マイクロモータ及びその固定子の製造方
法を提供する。 【構成】 超音波マイクロモータにおいて、固定子を構
成する金属からなる円筒殻１と、この円筒殻１の外周面
に形成されるＰＺＴ膜２と、この円筒殻１の外周面の軸
方向に形成される４個の電極３と、これらの電極３に電
圧が印加され、前記円筒殻１の端面の振動により駆動さ
れる回転子とを設ける。
を大きくし、回転子の回転速度を高めるとともに、製造
が容易な超音波マイクロモータ及びその固定子の製造方
法を提供する。 【構成】 超音波マイクロモータにおいて、固定子を構
成する金属からなる円筒殻１と、この円筒殻１の外周面
に形成されるＰＺＴ膜２と、この円筒殻１の外周面の軸
方向に形成される４個の電極３と、これらの電極３に電
圧が印加され、前記円筒殻１の端面の振動により駆動さ
れる回転子とを設ける。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、圧電材料の薄膜技術を
応用した微小駆動が可能な超音波モータの構造に関する
ものである。
応用した微小駆動が可能な超音波モータの構造に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】今日、医療の分野をはじめとする様々な
分野で、微小駆動が可能な微小機械に関心が寄せられて
いる。超音波モータは、超音波振動子で発生した固体中
の機械振動を、主に摩擦力を介して、外部へ駆動力とし
て取り出し、直線運動あるいは回転運動へと変換する固
体アクチュエータである。駆動力源を圧電セラミックと
金属で構成し、力の伝達に摩擦駆動（トラクション駆
動）を用いたことにより、剛性が高く、発生力が大きい
という特徴がある。
分野で、微小駆動が可能な微小機械に関心が寄せられて
いる。超音波モータは、超音波振動子で発生した固体中
の機械振動を、主に摩擦力を介して、外部へ駆動力とし
て取り出し、直線運動あるいは回転運動へと変換する固
体アクチュエータである。駆動力源を圧電セラミックと
金属で構成し、力の伝達に摩擦駆動（トラクション駆
動）を用いたことにより、剛性が高く、発生力が大きい
という特徴がある。
【０００３】このように、一般に低速回転で高トルクを
得ることができ、ギヤを必要としない。また、ロータと
ステータの接触面における摩擦を利用しているため、ベ
ヤリング等を省くことができるといった利点を持つ〔例
えば、本願発明者によって発表されている、日本機械学
会（Ｎｏ．９３０−３８）講習会教材（１９９３年５月
１２日、神奈川，「圧電素子利用アクチュエータの基礎
と応用」参照〕。
得ることができ、ギヤを必要としない。また、ロータと
ステータの接触面における摩擦を利用しているため、ベ
ヤリング等を省くことができるといった利点を持つ〔例
えば、本願発明者によって発表されている、日本機械学
会（Ｎｏ．９３０−３８）講習会教材（１９９３年５月
１２日、神奈川，「圧電素子利用アクチュエータの基礎
と応用」参照〕。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
超音波モータは、円筒状の振動子の場合は、円筒を切断
した面に、輪切りにした圧電素子を積層するようにした
構造のものが多く、直径５ｍｍ以下の微小なモータを実
現するのが困難であった。本発明は、上記問題点を解決
するために、円筒状の固定（振動）子の側面に、圧電体
薄膜を形成することにより、製造が容易な超音波マイク
ロモータ及びその固定子の製造方法を提供することを目
的とする。
超音波モータは、円筒状の振動子の場合は、円筒を切断
した面に、輪切りにした圧電素子を積層するようにした
構造のものが多く、直径５ｍｍ以下の微小なモータを実
現するのが困難であった。本発明は、上記問題点を解決
するために、円筒状の固定（振動）子の側面に、圧電体
薄膜を形成することにより、製造が容易な超音波マイク
ロモータ及びその固定子の製造方法を提供することを目
的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、 〔Ｉ〕超音波マイクロモータにおいて、 （Ａ）固定子を構成する円筒状の金属体と、該円筒状の
金属体の外周面に形成される圧電体膜と、その円筒状の
金属体の外周面の軸方向に形成される複数の電極と、こ
の複数の電極に電圧が印加され、前記円筒状の金属体の
端面の振動により駆動される回転子とを設けるようにし
たものである。
成するために、 〔Ｉ〕超音波マイクロモータにおいて、 （Ａ）固定子を構成する円筒状の金属体と、該円筒状の
金属体の外周面に形成される圧電体膜と、その円筒状の
金属体の外周面の軸方向に形成される複数の電極と、こ
の複数の電極に電圧が印加され、前記円筒状の金属体の
端面の振動により駆動される回転子とを設けるようにし
たものである。
【０００６】また、前記円筒状の金属体は円筒殻また
は円柱体からなる。 更に，前記複数の電極は４個に等分に配置され、２組
の対向する電極に互いに逆位相となり、各組の電極間に
９０度位相をずらした交流電圧を印加する。 （Ｂ）固定子を構成する円筒状の金属体と、この円筒状
の金属体の外周面に形成される圧電体膜と、その円筒状
の金属体の外周面の軸方向に形成される複数の電極と、
この複数の電極に電圧が印加され、前記円筒状の金属体
の端面の振動により駆動される回転子と、この回転子を
支持する軸と、前記固定子を保持する保持装置とを設け
るようにしたものである。
は円柱体からなる。 更に，前記複数の電極は４個に等分に配置され、２組
の対向する電極に互いに逆位相となり、各組の電極間に
９０度位相をずらした交流電圧を印加する。 （Ｂ）固定子を構成する円筒状の金属体と、この円筒状
の金属体の外周面に形成される圧電体膜と、その円筒状
の金属体の外周面の軸方向に形成される複数の電極と、
この複数の電極に電圧が印加され、前記円筒状の金属体
の端面の振動により駆動される回転子と、この回転子を
支持する軸と、前記固定子を保持する保持装置とを設け
るようにしたものである。
【０００７】また、前記保持装置は前記固定子の振動
部の節を保持してなる。 更に、前記保持装置は前記固定子の外周面または内周
面を保持してなる。 また、前記回転子を支持する軸の両側に回転子を配置
する。 〔II〕超音波マイクロモータの固定子の製造方法におい
て、 （Ａ）円筒状の金属体の外周面に圧電体膜を形成する工
程と、該圧電体膜上であって前記円筒状の金属体の軸方
向に複数の電極を形成する工程と、該複数の電極に前記
円筒状の金属体の端面の振動を生ぜしめる電圧が印加さ
れるリードを接続する工程とを施すようにしたものであ
る。
部の節を保持してなる。 更に、前記保持装置は前記固定子の外周面または内周
面を保持してなる。 また、前記回転子を支持する軸の両側に回転子を配置
する。 〔II〕超音波マイクロモータの固定子の製造方法におい
て、 （Ａ）円筒状の金属体の外周面に圧電体膜を形成する工
程と、該圧電体膜上であって前記円筒状の金属体の軸方
向に複数の電極を形成する工程と、該複数の電極に前記
円筒状の金属体の端面の振動を生ぜしめる電圧が印加さ
れるリードを接続する工程とを施すようにしたものであ
る。
【０００８】また、前記圧電体膜は水熱法により成膜
してなる。 更に、前記圧電体膜はゾルゲル法により成膜してな
る。
してなる。 更に、前記圧電体膜はゾルゲル法により成膜してな
る。
【０００９】
【作用】本発明によれば、固定（振動）子を構成する円
筒状の金属体の外周面に、圧電体膜であるＰＺＴ膜を形
成する。水熱法で成膜されるＰＺＴの膜厚は、せいぜい
数十μｍである。しかし、振動子を円筒状にすること
で、動作に十分な振幅を得ることができる。また、ＰＺ
Ｔを円筒状の金属体の外周面に成膜することにより、モ
ータの全面積に対するＰＺＴの体積を大きくすることが
できる。
筒状の金属体の外周面に、圧電体膜であるＰＺＴ膜を形
成する。水熱法で成膜されるＰＺＴの膜厚は、せいぜい
数十μｍである。しかし、振動子を円筒状にすること
で、動作に十分な振幅を得ることができる。また、ＰＺ
Ｔを円筒状の金属体の外周面に成膜することにより、モ
ータの全面積に対するＰＺＴの体積を大きくすることが
できる。
【００１０】したがって、円筒状の固定（振動）子の端
面における振幅を大きくし、回転子の回転速度を高める
とともに、製造が容易な超音波マイクロモータを得るこ
とができる。
面における振幅を大きくし、回転子の回転速度を高める
とともに、製造が容易な超音波マイクロモータを得るこ
とができる。
【００１１】
【実施例】以下、本発明の実施例を図を参照しながら詳
細に説明する。図１は本発明の第１の実施例を示す超音
波マイクロモータの固定子の製造工程図、図２はその超
音波マイクロモータの固定子の斜視図、図３はその超音
波マイクロモータの固定子の拡大断面図である。
細に説明する。図１は本発明の第１の実施例を示す超音
波マイクロモータの固定子の製造工程図、図２はその超
音波マイクロモータの固定子の斜視図、図３はその超音
波マイクロモータの固定子の拡大断面図である。
【００１２】まず、超音波マイクロモータの固定子の製
造方法について説明する。まず、図１（ａ）に示すよう
に、固定子として微小な円筒殻１、例えば、チタン（φ
２．４ｍｍ×１０ｍｍ、肉厚０．２５ｍｍ）をワイヤ放
電加工機により、１．０ｃｍに切断したものを用意し
た。次に、図１（ｂ）に示すように、その円筒殻１の外
周面に、水熱法によりＰＺＴ（チタン酸鉛−ジルコン酸
鉛固溶体）膜２を成膜した。このＰＺＴ膜２の厚さは約
７〜９μｍであり、分極方向は、図３に矢印で示すよう
に径方向である。
造方法について説明する。まず、図１（ａ）に示すよう
に、固定子として微小な円筒殻１、例えば、チタン（φ
２．４ｍｍ×１０ｍｍ、肉厚０．２５ｍｍ）をワイヤ放
電加工機により、１．０ｃｍに切断したものを用意し
た。次に、図１（ｂ）に示すように、その円筒殻１の外
周面に、水熱法によりＰＺＴ（チタン酸鉛−ジルコン酸
鉛固溶体）膜２を成膜した。このＰＺＴ膜２の厚さは約
７〜９μｍであり、分極方向は、図３に矢印で示すよう
に径方向である。
【００１３】ここで、水熱法について述べると、例え
ば、前記円筒殻１の外周面、つまり、チタン表面とジル
コニウム、鉛を含む水溶液を反応させ、ＰＺＴの結晶核
を生成させる。更に、この円筒殻１の外周面をチタン、
ジルコニウム、鉛を含む水溶液中で水熱処理して、結晶
核からＰＺＴ結晶を成長させる。ただし、ＰＺＴの結晶
核生成プロセスでは、専ら円筒殻１の表面反応が進行す
るようにし、また、ＰＺＴの結晶成長プロセスでは、専
ら結晶成長が進行するように水熱反応条件を制御するの
が望ましい。なお、水熱合成ＰＺＴ薄膜の形成そのもの
については、電子情報通信学会技術報告、ＵＳ９２−１
８／ＣＰＭ９２−３１、１９９２年６月１８日、Ｐ．３
５〜４２に詳細に発表されている。
ば、前記円筒殻１の外周面、つまり、チタン表面とジル
コニウム、鉛を含む水溶液を反応させ、ＰＺＴの結晶核
を生成させる。更に、この円筒殻１の外周面をチタン、
ジルコニウム、鉛を含む水溶液中で水熱処理して、結晶
核からＰＺＴ結晶を成長させる。ただし、ＰＺＴの結晶
核生成プロセスでは、専ら円筒殻１の表面反応が進行す
るようにし、また、ＰＺＴの結晶成長プロセスでは、専
ら結晶成長が進行するように水熱反応条件を制御するの
が望ましい。なお、水熱合成ＰＺＴ薄膜の形成そのもの
については、電子情報通信学会技術報告、ＵＳ９２−１
８／ＣＰＭ９２−３１、１９９２年６月１８日、Ｐ．３
５〜４２に詳細に発表されている。
【００１４】このように、水熱法を用いることにより、
成膜時に影になる部分がなく、付着力が強く、かつ、化
学組成が制御されたＰＺＴ薄膜を形成することができ
る。次に、図１（ｃ）に示すように、ＰＺＴ膜２の上
に、更に電極（銀ペースト）３を等分に４分割してつけ
た。次いで、図１（ｄ）に示すように、電極３に導線
（φ０．１ｍｍ）４を接続した。この導線４の接続位置
は、円筒殻１の両端自由という条件のもとで、ノード
（節）となるところに施す必要がある。
成膜時に影になる部分がなく、付着力が強く、かつ、化
学組成が制御されたＰＺＴ薄膜を形成することができ
る。次に、図１（ｃ）に示すように、ＰＺＴ膜２の上
に、更に電極（銀ペースト）３を等分に４分割してつけ
た。次いで、図１（ｄ）に示すように、電極３に導線
（φ０．１ｍｍ）４を接続した。この導線４の接続位置
は、円筒殻１の両端自由という条件のもとで、ノード
（節）となるところに施す必要がある。
【００１５】ここで、４等分された電極３を、第１の電
極３ａ、第２の電極３ｂ、第３の電極３ｃ、第４の電極
３ｄとすると、図２及び図３のようになる。このように
して、本発明の超音波マイクロモータの固定子５が得ら
れる。以下、具体例を示すと、固定子（振動子）の円筒
殻１をグランドとみなし、第１の電極３ａ〜第４の電極
３ｄに、２５Ｖ（ＶP-P 振幅値）の交流電圧を、位相９
０度ずつずらして印加する。すると分極方向（径方向）
に電界が生じると、ＰＺＴは軸方向に伸縮するため、固
定子５はたわみ振動をおこす。その結果、固定子５の端
面には進行波が励起される。その様子を以下に示す。
極３ａ、第２の電極３ｂ、第３の電極３ｃ、第４の電極
３ｄとすると、図２及び図３のようになる。このように
して、本発明の超音波マイクロモータの固定子５が得ら
れる。以下、具体例を示すと、固定子（振動子）の円筒
殻１をグランドとみなし、第１の電極３ａ〜第４の電極
３ｄに、２５Ｖ（ＶP-P 振幅値）の交流電圧を、位相９
０度ずつずらして印加する。すると分極方向（径方向）
に電界が生じると、ＰＺＴは軸方向に伸縮するため、固
定子５はたわみ振動をおこす。その結果、固定子５の端
面には進行波が励起される。その様子を以下に示す。
【００１６】図４は本発明の第１の実施例を示す固定子
に印加される周波数とたわみ振動の振幅の関係を示す図
である。この図において、横軸は周波数（ｋＨｚ）、縦
軸は振幅（ｎｍ）を示している。ここでは、レーザを固
定子の側面にあて、周波数によって振動が、どのように
変化するのかを測定した。この結果から、１０７ｋＨｚ
で固定子が共振していることが分かる。理論値１１０ｋ
Ｈｚにほぼ一致している。
に印加される周波数とたわみ振動の振幅の関係を示す図
である。この図において、横軸は周波数（ｋＨｚ）、縦
軸は振幅（ｎｍ）を示している。ここでは、レーザを固
定子の側面にあて、周波数によって振動が、どのように
変化するのかを測定した。この結果から、１０７ｋＨｚ
で固定子が共振していることが分かる。理論値１１０ｋ
Ｈｚにほぼ一致している。
【００１７】図５は本発明の第１の実施例を示す固定子
の振動モードを示す図である。この図において、横軸は
軸方向の距離（ｍｍ）、縦軸は振幅（ｎｍ）を示してい
る。ここでは、固定子の軸方向にレーザをスキャンする
ことにより、振動モードを測定した。設計どおり、２次
のモードで固定子が振動していることが分かる。
の振動モードを示す図である。この図において、横軸は
軸方向の距離（ｍｍ）、縦軸は振幅（ｎｍ）を示してい
る。ここでは、固定子の軸方向にレーザをスキャンする
ことにより、振動モードを測定した。設計どおり、２次
のモードで固定子が振動していることが分かる。
【００１８】図６は本発明の第１の実施例を示す固定子
の端面の進行波特性図である。ここでは、固定子の端面
における振動がどのようになっているかを測定した。図
６において、横軸は、回転角θ（０〜２π）、縦軸は振
幅ｄ（ｎｍ）を示している（図７参照）。図６に示すよ
うに、共振周波数は１０９．２ｋＨｚである。４電極あ
るうち、２電極のみに２５Ｖ（ＶP-P 振幅値）の交流電
圧をかけ、他の２電極は開放にした。
の端面の進行波特性図である。ここでは、固定子の端面
における振動がどのようになっているかを測定した。図
６において、横軸は、回転角θ（０〜２π）、縦軸は振
幅ｄ（ｎｍ）を示している（図７参照）。図６に示すよ
うに、共振周波数は１０９．２ｋＨｚである。４電極あ
るうち、２電極のみに２５Ｖ（ＶP-P 振幅値）の交流電
圧をかけ、他の２電極は開放にした。
【００１９】レーザードップラー速度計のレーザーのあ
たる位置を変化させ、図７に示す、固定子５の端面の回
転角θとその位置での端面上の波の振幅ｄを調べた。な
お、図７（ａ）は固定（振動）子の側面図、図７（ｂ）
は固定（振動）子の上面図、図７（ｃ）は図７（ａ）の
Ａ部の拡大図であり、固定（振動）子の端面を示してい
る。
たる位置を変化させ、図７に示す、固定子５の端面の回
転角θとその位置での端面上の波の振幅ｄを調べた。な
お、図７（ａ）は固定（振動）子の側面図、図７（ｂ）
は固定（振動）子の上面図、図７（ｃ）は図７（ａ）の
Ａ部の拡大図であり、固定（振動）子の端面を示してい
る。
【００２０】上記したように、振動している固定子５の
端面ネジの回転子をのせると、回転子自身の重さが押さ
えつける力となり、回転することが確認された。すなわ
ち、この固定子５の上端面に、回転子６を載せて回転駆
動することができる。つまり、電極３ａと３ｃに、±Ｅ
0 ｓｉｎωｔの駆動電圧を加え、電極３ｂと３ｄには、
±Ｅ0 ｃｏｓωｔの駆動電圧を加える。
端面ネジの回転子をのせると、回転子自身の重さが押さ
えつける力となり、回転することが確認された。すなわ
ち、この固定子５の上端面に、回転子６を載せて回転駆
動することができる。つまり、電極３ａと３ｃに、±Ｅ
0 ｓｉｎωｔの駆動電圧を加え、電極３ｂと３ｄには、
±Ｅ0 ｃｏｓωｔの駆動電圧を加える。
【００２１】すると、円筒殻１の第１の電極３ａ側は伸
長し、円筒殻１の第３の電極３ｃ側は縮小する。つま
り、円筒殻１は、図８（ａ）に示すように曲がる。次
に、円筒殻１の第２の電極３ｂ側は伸長し、円筒殻１の
第４の電極３ｄ側は縮小する。つまり、円筒殻１は、図
８（ｂ）に示すように曲がる。次に、円筒殻１の第１の
電極３ａ側は縮小し、円筒殻１の第３の電極３ｃ側は伸
長する。つまり、円筒殻１は、図８（ｃ）に示すように
曲がる。
長し、円筒殻１の第３の電極３ｃ側は縮小する。つま
り、円筒殻１は、図８（ａ）に示すように曲がる。次
に、円筒殻１の第２の電極３ｂ側は伸長し、円筒殻１の
第４の電極３ｄ側は縮小する。つまり、円筒殻１は、図
８（ｂ）に示すように曲がる。次に、円筒殻１の第１の
電極３ａ側は縮小し、円筒殻１の第３の電極３ｃ側は伸
長する。つまり、円筒殻１は、図８（ｃ）に示すように
曲がる。
【００２２】次に、円筒殻１の第２の電極３ｂ側は縮小
し、円筒殻１の第４の電極３ｄ側は伸長する。つまり、
円筒殻１は、図８（ｄ）に示すように曲がる。これにと
もない、回転子６が摩擦係合する固定子５の上端面は変
位して、回転することになる。更に、電圧の位相差を逆
向きにすることにより、回転子の回転方向も逆転した。
し、円筒殻１の第４の電極３ｄ側は伸長する。つまり、
円筒殻１は、図８（ｄ）に示すように曲がる。これにと
もない、回転子６が摩擦係合する固定子５の上端面は変
位して、回転することになる。更に、電圧の位相差を逆
向きにすることにより、回転子の回転方向も逆転した。
【００２３】また、印加電圧３２Ｖにおいて、３００ｒ
ｐｍの回転が認められた。理論的には、直径１ｍｍ、高
さ５ｍｍ、圧電体膜厚１０μｍの固定子（振動子）で、
駆動電圧１０Ｖrms とした時に、１００μＮｍのトルク
が得られる見込みである。図９は本発明の第１の実施例
を示す超音波マイクロモータの分解斜視図である。な
お、上記したと同様の部分については同じ番号を付し
て、その説明は省略する。
ｐｍの回転が認められた。理論的には、直径１ｍｍ、高
さ５ｍｍ、圧電体膜厚１０μｍの固定子（振動子）で、
駆動電圧１０Ｖrms とした時に、１００μＮｍのトルク
が得られる見込みである。図９は本発明の第１の実施例
を示す超音波マイクロモータの分解斜視図である。な
お、上記したと同様の部分については同じ番号を付し
て、その説明は省略する。
【００２４】この図において、固定子５の中心軸部を貫
通する軸７が設けられ、その上下に回転子６が配置され
る。軸端にはストッパ８が設けられ、上部の回転子６と
ストッパ８間にはコイルスプリング９が設けられ、固定
子５の端面と回転子６間に適度な摩擦力が付与される。
固定子５は保持装置１０により保持される。すなわち、
固定子５の両端自由という条件のもとで、ノード（節）
となるところに、円環状支持体１１に装着されるビス１
２の先端を当接させて締着して、固定部１３に保持す
る。
通する軸７が設けられ、その上下に回転子６が配置され
る。軸端にはストッパ８が設けられ、上部の回転子６と
ストッパ８間にはコイルスプリング９が設けられ、固定
子５の端面と回転子６間に適度な摩擦力が付与される。
固定子５は保持装置１０により保持される。すなわち、
固定子５の両端自由という条件のもとで、ノード（節）
となるところに、円環状支持体１１に装着されるビス１
２の先端を当接させて締着して、固定部１３に保持す
る。
【００２５】また、固定子５の電極３には固定子駆動回
路２０が接続される。その固定子駆動回路２０は、例え
ば、図１０に示すように、固定子５の電極３は４個に等
分に配置され、２組の対向する電極に互いに逆位相とな
り、各組の電極間に９０度位相をずらした交流電圧を印
加する。すなわち、発信機２１に増幅器２４を設け、ト
ランス２６の第１コイル２７を介して、１組の電極に互
いに逆位相の交流電圧を印加する。
路２０が接続される。その固定子駆動回路２０は、例え
ば、図１０に示すように、固定子５の電極３は４個に等
分に配置され、２組の対向する電極に互いに逆位相とな
り、各組の電極間に９０度位相をずらした交流電圧を印
加する。すなわち、発信機２１に増幅器２４を設け、ト
ランス２６の第１コイル２７を介して、１組の電極に互
いに逆位相の交流電圧を印加する。
【００２６】一方、発信機２１にケーブル２３により接
続された同調機２２に増幅器２５を設け、トランス２６
の第２コイル２８を介して、他のもう１組の電極に互い
に逆位相の交流電圧を印加する。次に、本発明の第２の
実施例について説明する。図１１は本発明の第２の実施
例を示す超音波マイクロモータの固定子の製造工程図、
図１２はその固定子を用いた超音波マイクロモータの分
解斜視図である。
続された同調機２２に増幅器２５を設け、トランス２６
の第２コイル２８を介して、他のもう１組の電極に互い
に逆位相の交流電圧を印加する。次に、本発明の第２の
実施例について説明する。図１１は本発明の第２の実施
例を示す超音波マイクロモータの固定子の製造工程図、
図１２はその固定子を用いた超音波マイクロモータの分
解斜視図である。
【００２７】この実施例では、固定子として、円筒殻で
はなく、円柱体を用いる。すなわち、図１１（ａ）に示
すように、固定子として微小な円柱体３１、例えば、チ
タンをワイヤ放電加工機により、１．０ｃｍに切断した
ものを用いる。次に、図１１（ｂ）に示すように、その
円柱体３１の外周面に水熱法により、ＰＺＴ膜３２を成
膜する。
はなく、円柱体を用いる。すなわち、図１１（ａ）に示
すように、固定子として微小な円柱体３１、例えば、チ
タンをワイヤ放電加工機により、１．０ｃｍに切断した
ものを用いる。次に、図１１（ｂ）に示すように、その
円柱体３１の外周面に水熱法により、ＰＺＴ膜３２を成
膜する。
【００２８】次に、図１１（ｃ）に示すように、ＰＺＴ
膜３２の上に、更に電極（銀ペースト）３３を等分に４
分割してつける。次いで、図１１（ｄ）に示すように、
電極３３に導線（φ０．１ｍｍ）３４を接続する。この
導線３４の接続位置は、円柱体３１の両端自由という条
件のもとで、ノード（節）となるところに施す必要があ
る。
膜３２の上に、更に電極（銀ペースト）３３を等分に４
分割してつける。次いで、図１１（ｄ）に示すように、
電極３３に導線（φ０．１ｍｍ）３４を接続する。この
導線３４の接続位置は、円柱体３１の両端自由という条
件のもとで、ノード（節）となるところに施す必要があ
る。
【００２９】このようにして、固定子３５を得る。次
に、図１２に示すように、このようにして得られた固定
子３５を用いて超音波マイクロモータを構成する。図１
２に示すように、円柱体３１からなる固定子３５の両端
面に、適度の摩擦力を得られるように回転子３６を配置
する。すなわち、軸３７の端部にはストッパ３８が設け
られ、回転子３６とストッパ３８間には、コイルスプリ
ング３９が設けられ、固定子３５の端面と回転子３６間
に適度な摩擦力が付与される。
に、図１２に示すように、このようにして得られた固定
子３５を用いて超音波マイクロモータを構成する。図１
２に示すように、円柱体３１からなる固定子３５の両端
面に、適度の摩擦力を得られるように回転子３６を配置
する。すなわち、軸３７の端部にはストッパ３８が設け
られ、回転子３６とストッパ３８間には、コイルスプリ
ング３９が設けられ、固定子３５の端面と回転子３６間
に適度な摩擦力が付与される。
【００３０】固定子３５は保持装置１０により保持され
る。すなわち、固定子３５の両端自由という条件のもと
で、ノード（節）となるところに、円環状支持体１１に
装着されるビス１２の先端を当接させて締着して、固定
部１３に保持する。次に、本発明の第３の実施例につい
て説明する。図１３は本発明の第３の実施例を示す固定
子の断面図、図１４はその固定子を用いた超音波マイク
ロモータの分解斜視図である。なお、第１の実施例と同
じ部分については、同じ番号を付してそれらの説明は省
略する。
る。すなわち、固定子３５の両端自由という条件のもと
で、ノード（節）となるところに、円環状支持体１１に
装着されるビス１２の先端を当接させて締着して、固定
部１３に保持する。次に、本発明の第３の実施例につい
て説明する。図１３は本発明の第３の実施例を示す固定
子の断面図、図１４はその固定子を用いた超音波マイク
ロモータの分解斜視図である。なお、第１の実施例と同
じ部分については、同じ番号を付してそれらの説明は省
略する。
【００３１】これらの図に示すように、円筒殻１からな
る固定子５の中心には軸７が貫通しており、その軸７か
らは４方向にアーム７ａが延び、そのアーム７ａの先端
部には押さえ部７ｂが形成され、その押さえ部７ｂは円
筒殻１の内周面であって、固定子５の両端自由という条
件のもとで、ノード（節）となるところに当接する。そ
して、軸７の下端は固定部４１に保持されるように構成
されている。なお、この実施例では、円筒殻１からなる
固定子５の上端面にのみ、回転子６を適度な摩擦力で当
接させる。
る固定子５の中心には軸７が貫通しており、その軸７か
らは４方向にアーム７ａが延び、そのアーム７ａの先端
部には押さえ部７ｂが形成され、その押さえ部７ｂは円
筒殻１の内周面であって、固定子５の両端自由という条
件のもとで、ノード（節）となるところに当接する。そ
して、軸７の下端は固定部４１に保持されるように構成
されている。なお、この実施例では、円筒殻１からなる
固定子５の上端面にのみ、回転子６を適度な摩擦力で当
接させる。
【００３２】このように構成することにより、電極３と
は関係のない円筒殻１の内周面で、固定子５は保持され
ることになり、保持が容易になるとともに、構造の簡素
化を図ることができる。次に、本発明の第４の実施例に
ついて説明する。図１５は本発明の第４の実施例を示す
超音波マイクロモータの分解斜視図である。なお、第２
の実施例と同じ部分については、同じ番号を付してそれ
らの説明は省略する。
は関係のない円筒殻１の内周面で、固定子５は保持され
ることになり、保持が容易になるとともに、構造の簡素
化を図ることができる。次に、本発明の第４の実施例に
ついて説明する。図１５は本発明の第４の実施例を示す
超音波マイクロモータの分解斜視図である。なお、第２
の実施例と同じ部分については、同じ番号を付してそれ
らの説明は省略する。
【００３３】この実施例では、円筒殻１からなる固定子
５の上端面にのみ回転子３６を適度な摩擦力で当接させ
る。つまり、軸３７の端部にはストッパ３８が設けら
れ、回転子３６とストッパ３８間にはコイルスプリング
３９が設けられ、固定子３５の端面と回転子３６間に適
度な摩擦力が付与される。また、円筒殻１からなる固定
子５の外周面を保持装置１０により保持する。すなわ
ち、固定子５の両端自由という条件のもとで、ノード
（節）となるところに、円環状支持体１１に装着される
ビス１２の先端を当接させて締着して、固定部１３に保
持する。
５の上端面にのみ回転子３６を適度な摩擦力で当接させ
る。つまり、軸３７の端部にはストッパ３８が設けら
れ、回転子３６とストッパ３８間にはコイルスプリング
３９が設けられ、固定子３５の端面と回転子３６間に適
度な摩擦力が付与される。また、円筒殻１からなる固定
子５の外周面を保持装置１０により保持する。すなわ
ち、固定子５の両端自由という条件のもとで、ノード
（節）となるところに、円環状支持体１１に装着される
ビス１２の先端を当接させて締着して、固定部１３に保
持する。
【００３４】以下に示すように、上記実施例は各種の変
更及び変形を行うことができる。 （１）上記実施例によれば、圧電体（ＰＺＴ）膜は水熱
法により成膜したが、これに代えて、ゾルゲル法により
成膜するようにしてもよい。 （２）更に、固定子はチタンのほか、他の高融点金属材
料などを用いることもできる。
更及び変形を行うことができる。 （１）上記実施例によれば、圧電体（ＰＺＴ）膜は水熱
法により成膜したが、これに代えて、ゾルゲル法により
成膜するようにしてもよい。 （２）更に、固定子はチタンのほか、他の高融点金属材
料などを用いることもできる。
【００３５】（３）また、回転子は固定子の一方の端面
のみに配置するか、両端面に配置するかは、適宜選定す
ることができる。 （４）更に、電極も４分割を８分割等の多分割構成とす
るなど、適宜設計することができる。 なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、
本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、それら
を本発明の範囲から排除するものではない。
のみに配置するか、両端面に配置するかは、適宜選定す
ることができる。 （４）更に、電極も４分割を８分割等の多分割構成とす
るなど、適宜設計することができる。 なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、
本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、それら
を本発明の範囲から排除するものではない。
【００３６】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、固定（振動）子を構成する円筒状の金属体の外
周面に圧電体膜であるＰＺＴ膜を形成する。ＰＺＴの膜
厚はせいぜい数十μｍである。しかし、振動子を円筒状
にすることで、動作に十分な振幅を得ることができる。
よれば、固定（振動）子を構成する円筒状の金属体の外
周面に圧電体膜であるＰＺＴ膜を形成する。ＰＺＴの膜
厚はせいぜい数十μｍである。しかし、振動子を円筒状
にすることで、動作に十分な振幅を得ることができる。
【００３７】また、ＰＺＴを円筒状の金属体の外周面に
成膜することで、モータの全面積に対するＰＺＴの体積
を大きくすることができる。したがって、円筒状の固定
（振動）子の端面における振幅を大きくし、回転子の回
転速度を高めるとともに、製造が容易な超音波マイクロ
モータを得ることができる。
成膜することで、モータの全面積に対するＰＺＴの体積
を大きくすることができる。したがって、円筒状の固定
（振動）子の端面における振幅を大きくし、回転子の回
転速度を高めるとともに、製造が容易な超音波マイクロ
モータを得ることができる。
【図１】本発明の第１の実施例を示す超音波マイクロモ
ータの固定子の製造工程図である。
ータの固定子の製造工程図である。
【図２】本発明の第１の実施例を示す超音波マイクロモ
ータの固定子の斜視図である。
ータの固定子の斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施例を示す超音波マイクロモ
ータの固定子の拡大断面図である。
ータの固定子の拡大断面図である。
【図４】本発明の第１の実施例を示す固定子に印加され
る周波数とたわみ振動の振幅の関係を示す図である。
る周波数とたわみ振動の振幅の関係を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施例を示す固定子の振動モー
ドを示す図である。
ドを示す図である。
【図６】本発明の第１の実施例を示す固定子の端面の進
行波特性図である。
行波特性図である。
【図７】本発明の第１の実施例を示す固定子の端面の進
行波特性の説明図である。
行波特性の説明図である。
【図８】本発明の第１の実施例を示す超音波マイクロモ
ータの動作の説明図である。
ータの動作の説明図である。
【図９】本発明の第１の実施例を示す超音波マイクロモ
ータの分解斜視図である。
ータの分解斜視図である。
【図１０】本発明の第１の実施例を示す超音波マイクロ
モータの固定子駆動回路図である。
モータの固定子駆動回路図である。
【図１１】本発明の第２の実施例を示す超音波マイクロ
モータの固定子の製造工程図である。
モータの固定子の製造工程図である。
【図１２】本発明の第２の実施例を示す超音波マイクロ
モータの分解斜視図である。
モータの分解斜視図である。
【図１３】本発明の第３の実施例を示す超音波マイクロ
モータの固定子の拡大断面図である。
モータの固定子の拡大断面図である。
【図１４】本発明の第３の実施例を示す超音波マイクロ
モータの分解斜視図である。
モータの分解斜視図である。
【図１５】本発明の第４の実施例を示す超音波マイクロ
モータの分解斜視図である。
モータの分解斜視図である。
１ 円筒殻 ２，３２ ＰＺＴ膜 ３，３３ 電極（銀ペースト） ４，３４ 導線 ３ａ 第１の電極 ３ｂ 第２の電極 ３ｃ 第３の電極 ３ｄ 第４の電極 ５，３５ 固定子 ６，３６ 回転子 ７，３７ 軸 ７ａ アーム ７ｂ 押さえ部 ８，３８ ストッパ ９，３９ コイルスプリング １０ 保持装置 １１ 円環状支持体 １２ ビス １３ 固定部 ２０ 固定子駆動回路 ２１ 発信機 ２２ 同調機 ２３ ケーブル ２４，２５ 増幅器 ２６ トランス ２７ 第１コイル ２８ 第２コイル ３１ 円柱体 ４１ 固定部
Claims (12)
- 【請求項１】（ａ）固定子を構成する円筒状の金属体
と、（ｂ）該円筒状の金属体の外周面に形成される圧電
体膜と、（ｃ）前記円筒状の金属体の外周面の軸方向に
形成される複数の電極と、（ｄ）該複数の電極に電圧が
印加され、前記円筒状の金属体の端面の振動により駆動
される回転子とを具備することを特徴とする超音波マイ
クロモータ。 - 【請求項２】 前記円筒状の金属体は円筒殻からなる請
求項１記載の超音波マイクロモータ。 - 【請求項３】 前記円筒状の金属体は円柱体からなる請
求項１記載の超音波マイクロモータ。 - 【請求項４】 前記複数の電極は４個に等分に配置さ
れ、２組の対向する電極に互いに逆位相となり、各組の
電極間に９０度位相をずらした交流電圧を印加してなる
請求項１記載の超音波マイクロモータ。 - 【請求項５】（ａ）固定子を構成する円筒状の金属体
と、（ｂ）該円筒状の金属体の外周面に形成される圧電
体膜と、（ｃ）前記円筒状の金属体の外周面の軸方向に
形成される複数の電極と、（ｄ）該複数の電極に電圧が
印加され、前記円筒状の金属体の端面の振動により駆動
される回転子と、（ｅ）該回転子を支持する軸と、
（ｆ）前記固定子を保持する保持装置とを具備する超音
波マイクロモータ。 - 【請求項６】 前記保持装置は前記固定子の振動部の節
を保持してなる請求項５記載の超音波マイクロモータ。 - 【請求項７】 前記保持装置は前記固定子の外周面を保
持してなる請求項６記載の超音波マイクロモータ。 - 【請求項８】 前記保持装置は前記固定子の内周面を保
持してなる請求項６記載の超音波マイクロモータ。 - 【請求項９】 前記回転子を支持する軸の両側に回転子
を配置する請求項５記載の超音波マイクロモータ。 - 【請求項１０】（ａ）円筒状の金属体の外周面に圧電体
膜を形成する工程と、（ｂ）該圧電体膜上であって前記
円筒状の金属体の軸方向に複数の電極を形成する工程
と、（ｃ）該複数の電極に前記円筒状の金属体の端面の
振動を生ぜしめる電圧が印加されるリードを接続する工
程とを施すことを特徴とする超音波マイクロモータの固
定子の製造方法。 - 【請求項１１】 前記圧電体膜は水熱法により成膜して
なる請求項１０記載の超音波マイクロモータの固定子の
製造方法。 - 【請求項１２】 前記圧電体膜はゾルゲル法により成膜
してなる請求項１０記載の超音波マイクロモータの固定
子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6022420A JPH07231684A (ja) | 1994-02-21 | 1994-02-21 | 超音波マイクロモータ及びその固定子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6022420A JPH07231684A (ja) | 1994-02-21 | 1994-02-21 | 超音波マイクロモータ及びその固定子の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07231684A true JPH07231684A (ja) | 1995-08-29 |
Family
ID=12082193
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6022420A Pending JPH07231684A (ja) | 1994-02-21 | 1994-02-21 | 超音波マイクロモータ及びその固定子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07231684A (ja) |
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003033054A (ja) * | 2001-07-19 | 2003-01-31 | Nidec Copal Corp | 超音波モータ装置 |
| JP2003033058A (ja) * | 2001-07-19 | 2003-01-31 | Nidec Copal Corp | 超音波モータ装置 |
| WO2006098375A1 (ja) * | 2005-03-15 | 2006-09-21 | National University Corporation Okayama University | 超音波モータ |
| JP2006325361A (ja) * | 2005-05-20 | 2006-11-30 | Nec Tokin Corp | 超音波モータ |
| JP2006340424A (ja) * | 2005-05-31 | 2006-12-14 | Ngk Insulators Ltd | 圧電ステータ素子及びそれを用いたマイクロ超音波モータ |
| WO2007129987A1 (en) * | 2006-05-19 | 2007-11-15 | Microfine Materials Technologies Pte Ltd | Piezoelectric micromotor construction and method of driving the same |
| JP2008130767A (ja) * | 2006-11-20 | 2008-06-05 | Canon Inc | 振動体の製造方法、振動体および振動型駆動装置 |
| US7638926B2 (en) | 2005-08-05 | 2009-12-29 | Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. | Piezoelectric ultrasonic motor |
| CN102843063A (zh) * | 2012-09-05 | 2012-12-26 | 哈尔滨工业大学 | 利用柱状定子高阶弯曲振动模态的螺纹驱动型旋转直线超声电机 |
| WO2013054789A1 (ja) * | 2011-10-11 | 2013-04-18 | オリンパス株式会社 | 圧電素子及び圧電アクチュエータ |
| JP2013084780A (ja) * | 2011-10-11 | 2013-05-09 | Olympus Corp | 圧電素子及び圧電アクチュエータ |
| JP2013521747A (ja) * | 2010-02-28 | 2013-06-10 | インテリメディカル テクノロジーズ プロプライエタリー リミテッド | エネルギー効率の良い分離構造を有する多自由度の圧電マイクロアクチュエータ |
| JP5218045B2 (ja) * | 2006-03-22 | 2013-06-26 | 株式会社ニコン | 振動アクチュエータ、レンズ鏡筒、カメラシステム及び振動アクチュエータの駆動方法 |
| JP2013179786A (ja) * | 2012-02-28 | 2013-09-09 | Olympus Corp | 圧電素子及び圧電アクチュエータ |
-
1994
- 1994-02-21 JP JP6022420A patent/JPH07231684A/ja active Pending
Cited By (16)
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|---|---|---|---|---|
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| JP2013521747A (ja) * | 2010-02-28 | 2013-06-10 | インテリメディカル テクノロジーズ プロプライエタリー リミテッド | エネルギー効率の良い分離構造を有する多自由度の圧電マイクロアクチュエータ |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20040629 |