JPH03164077A - 超音波モータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明（よ　圧電体により励振した弾性振動を駆動力と
する超音波モータに関する。

従来の技術 近承　圧電セラミック等の圧電体により構戒した振動体
に弾性振動を励振し　これを駆動カとする超音波モータ
が注目されていも 以下、図面を参照しながら従来の超音波モータについて
説明を行う。

第７図は円環型超音波モータの斜視図であり、円環形の
弾性体１の主面の一方に　円環形の圧電体２を貼り合わ
せて振動体３を構成していも　４は耐摩耗性材料の摩擦
材、５は弾性体であり、互いに貼合わせられて移動体６
を構成していも　移動体６１よ　摩擦材４を介して、振
動体３に加圧接触している（加圧手段は図示せず〉。圧
電体２に電界を印加すると振動体３の周方向に曲げ振動
の進行波が励振され　移動体６が図中の矢印方向に摩擦
力により駆動される。

第８図は上記超音波モータにおける圧電体２の電極構造
の一例を示すもので、円周方向に９波の曲げ振動を励振
する構戒である。同図において、斜線を施したＡ　＊，
　　Ｂ　＊　（ｔ，　　それぞれ２分のＬ波長相当の小
領域からなる電極群であ４Ｃ−は４分の３波長、Ｄ一は
４分のｌ波長の長さの電極であも従って、Ａｓの電極群
とＢ●の電極群とは互いに位置的に４分の１波長（−９
０度）の位相差を持つ。また電極群Ａ●、Ｂ．内の隣合
う小電極部ζよ互いに反対に厚み方向に分極されていも
　圧電体２の弾性体１との接着面（よ　同図に示された
面と反対の面であり、電極はベタ電極であも　使用時に
ｉｔ　　同図に斜線で示したようにそれぞれ短絡して用
いられる。

この電極群Ａ●、Ｂｉに Ｖｌ　＝　　Ｖｓ　ｓｉｎ（ωｔ　）　　　　　　−−
−（１）Ｖｔ　＝　　Ｖ＠ｃｏｓ（ωｔ　）　　　　　
　−−−（２）ただＬ，Ｖｓ：電圧の瞬時値 ω　：角周波数 ｔ　：時間 で表される電圧Ｖ１及び■２をそれぞれ印加すれ｛ヱ振
勅体３には ξ　＝　ξ＠（ｃｏｓ（ωｔ　）　ｃｏｓ（ｋ　ｘ　）
＋　　ｓｉｎ（　ω　ｔ　　）　　ｓｉｎ（ｋ　　ｘ　
　＞）ξｓ　ｃｏｓ（ωｔ　　−　ｋ　ｘ　）　　　−
−−（３）ただレ　ξ　：曲げ振動の振幅値 ξ●：曲げ振動の瞬時値 ｋ　：波数（２π／λ） λ　：波長 Ｘ　：位置 で表せ太　円周方向に進行する曲げ振動の進行波が励起
される。

第９図は振動体３の表面のＡ点が進行波の励起によって
、長軸２Ｗ、短軸２ｕの楕円運動をし振動体３上に加圧
して設置された移動体６が、　楕円の頂点近傍で接触す
ることにより、摩擦力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。

発明が解決しようとする課題 従来の電極構造を有した圧電体から戒る振動体の場合、
使用振動モードに対する共振周波数近傍に　多数の不要
共振が出易く、使用振動モードに対する共振周波数の交
流電圧を印加してＬ　振勅体の非線形及び駆動電圧のわ
ずかな歪によって、励振している振動モード以外の不要
振動が励振される。このため駆動時に雑音が発生し　加
えてモータの駆動効率も低下させるという課題があも更
眠　通常は圧電体２と弾性体ｌの接着後番コ第８図に示
した２組の電極群のそれぞれの小電極をの結線と言う煩
雑な工程を必要とした本発明は上記課題を解決すること
を目的とするものであも 課題を解決するための手段 超音波モータの振動体を構成する圧電体の第１面に設け
られた２組の駆動電極を、それぞれ進行波の２分の１波
長相当の小！極部で構戊すると共に　小電極の形状を、
進行波の進行方向に直角な方向に測った前記小電極の幅
が小電極の中央部の前後で漸次減少する形状もしくは小
電極の一端部から他端部に向かうにつれ減少する形状と
なしまた前記小電極はその両端で隣接する小電極に接続
する構造とするものである。

また　圧電体の第２面に設けられた２組の駆動電極を、
第１面に設けられた２組の駆動電極に対応し　それぞれ
の駆動電極は進行波の２分の１波長またはＩ波長相当の
小電極部から構威すも作　　用 圧電体の第１面に設けられた２組の駆動電極力丈それぞ
れ進行波の２分の１波長相当の小電極部から或り、小電
極の形状を上記の形状となして電極形状を振動モードの
基準関数に近づけることで不要共振の励振を抑制するこ
とが可能となもその粘気　　駆動時の雑音が減少し　駆
動効率が良く、　しかも動作の安定した超音波モータが
実現できる。

また　小電極の構造は上記の様に　既に両端で隣接する
小電極に接続された構造となされているため配線工程を
簡略化できる。

実施例 以下、図面に従って本発明の実施例について詳細な説明
を行う。

第１図は本発明の一実施例における円環型超音波モータ
の圧電体の第１面の電極構造図であり、円環形振動体に
　径方向１次・周方向９次の撓み振動を励振する。同図
において、圧電体２の第１面には位置的に９０度（４分
の１波長相当）の位相差を持つ電極群Ａ，　　Ｂが構成
されていも　　電極群Ａはそれぞれ励振する振動モード
の進行波の２分の１波長相当の底辺Ｌａを有する小電極
部ａ１、ａ２、・・・から或る。また　同様に電極群Ｂ
はそれぞれ励振する振動モードの進行波の２分の１波長
相当の底辺Ｌｂを有する小電極部ｂ１、ｂ２、・・・か
ら戊も 小電極部ｄ’ｓａ２、・・・及び小電極部ｂ１、ｂ２、
・・・（よ　それぞれの底辺部Ｌａ及びＬｂの両端部で
隣接する小電極部に電気的に接続された構造となされて
いも 第２図は第１図に示した圧電体２の第２面の電極構造の
１例を示す。同図において、小電極ＣＩ・Ｃ２、・・・
は上記進行波の１波長相当の長さを有し第１図における
電極群Ａ，　　Ｂを構成する小電極部のうち隣合うｌｕ
ｌ１の電極ａ１とｂ１、　ａ２とｂ２、゜゜゜に対応し
ていも　すなわ板　第２図を裏返して第ｌ図に重ねた場
合、例え１′Ｌ　ｃ＋はａ１とｂ１に　Ｃ２はａ２とｂ
２に対向していも 振動体に励振できる振動モード｛友　駆動電極構造によ
って決まも　従って、振動モードが決まれぱ　その振動
モードが強勢に励振され　その周波数近傍に不要共振が
励振されないようにする最適な駆動電極構造があん　着
目振動モードによって圧電体の電極に誘起される電荷量
を大きくし　不要振動モードによって圧電体の電極に誘
起される電荷量を出来る限り小さくすればよ鶏　通常｛
友電極構造を振動モードの基準関数に近づけるようにす
も 第１図に示した電極構造（友　この様な観点から設計さ
れたものであり、径方向ｌ次・周方向９次の撓み振動の
みを強勢に励振するものであもすなわ執　実施例で（上
　電極形状（戴　進行波の進行方向と直角な方向に測っ
た幅力支　中央部の前後で減少する略３角形状で、振動
モードの基準関数に近づけたので、使用する振動モード
以外の不要振動の励振を抑制することができ、雑音の発
生が少く、駆動効率が良く、しかも安定に駆動する超音
波モータを実現することができも　その上　従来の電極
構造に比べて、駆動面に対して電極総面積を大きくとれ
るので、駆動力を大きくできも第３図は第１図に示した
圧電体２の第２面の電極構造の別の例を示す。同図にお
いて、小電極ｄ，、ｄ２、ｄ３、ｄ４、・・・は上記進
行波の２分の１波長相当の長さを有し　第１図における
電極群Ａ、Ｂを構成する小電極部ｂ１、ａ１、ｂ２、ａ
２、・・・にそれぞれ対応していも 圧電体２を分極するとき（よ　第１面を金属などの導電
体の上に置くことにより共通電極として、第２面の小電
極を第２図または第３図に示した符号の様に分極すも　
分極後の圧電体２は第２面を接着面として弾性体と接着
され　円環形振動体を構戊すも　通常は圧電体２と弾性
体の接着後に第ｌ図に示した第１面の２組の電極群のそ
れぞれの小電極は結線しなくてはならない八　本実施例
では小電極は既に配線されているので、それぞれの電極
群からリード線を取り出すだけで超音波モータを容易に
構戒することができる。従って、圧電体の分極後の配線
工程を簡略化し　超音波モータの信頼性を向上すること
ができも 以上、円環型の超音波モータについて説明を行なったバ
　円板の撓み振動を利用した円板型超音波モータの場合
でも同様の効果が得られも　以下、円板型の超音波モー
タの実施例に基づき説明を行な　う。

第４図は本発明の円板型超音波モータの一実施例におけ
る圧電体の第１面の電極構造図であり、径方向２次・周
方向４次の撓み振動のみを強勢に励振するものであも 同図において、圧電体２の第１面には位置的に９０度（
４分のｌ波長相当）の位相差を持つ電極群Ｂ，Ｆが構成
されている。電極群Ｅはそれぞれ励振する振動モードの
進行波の２分の１波長相当の底辺Ｌｅを有する小電極部
ｅ１、ｅ２、・・・から或も　また　同様に電極群Ｆは
それぞれ励振する振動モードの進行波の２分の１波長相
当の底辺Ｌｆを有する小電極部ｆ１、ｆ２、・・・から
戊る。小電極部ｅ１、ｅ２、・・・の両端及び小電極部
ｒ１、ｆ２、・・・の両端はそれぞれ隣接する小電極部
に電気的に接続されていも 第５図は第４図に示した圧電体２の第２面の電極構造の
１例を示すものである。同図において、小電極ｇ１、ｇ
２、・・・は上記進行波の１波長相当の長さを有Ｌ　第
４図における電極群Ｆ，．Ｆを構成する小電極部のうち
隣合う１組の電極ｅ１とｆ１、ｅ２とｆ２、・・・に対
応していも 第６図は第４図に示した圧電体２の第２面の電極構造の
別の例を示す。同図において、小電極ｈ１、ｈ２、ｈ３
、ｈ４、・・・は上記進行波の２分のｌ波長相当の長さ
を有Ｌ　　第４図における電極群ムＦを構成する小電極
部ｅ１、ｒ１、ｅ２、「２、・・・に対応している。

上記電極構造によって、上記円環型超音波モータの場合
と同様に　駆動周波数以外の不要振動の励振を抑制する
た取　雑音の発生が減少し　しかも駆動効率良く、動作
が安定した高信頼性の超音波モータを実現することがで
きも な抵　上記実施例で（友　径方向１次・周方向９次、お
よび径方向２次・周方向４次の撓み振動について説明し
た力丈　その他の振動モードにも本発明が有効であるこ
とは勿論である。

発明の効果 本発明は　上記構成により、使用する振動モード振動以
外の不要振動による雑音が抑制され　駆動効率がよく、
しかも動作が安定した超音波モータを提供できも また　圧電体の分極後の配線工程を大幅に簡略化する事
が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図（よ　本発明の一実施例における円環型超音波モ
ータの圧電体の第１面の電極構造を示す平面は　第２図
及び第３図は第１図の圧電体の第２面の電極構造を示す
平面は　第４図｛よ　本発明の他の実施例における円板
型超音波モータの圧電体の第１面の電極構造を示す平面
＠　第５図及び第６図は第４図の圧電体の第２面の電極
構造を示す平面＠　第７図は円環型超音波モータの切り
欠き斜視は　第８図は従来の圧電体の電極構造を示す平
面は　第９図は超音波モータの動作原理の説明図である
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）圧電体を交流電圧で駆動して、該圧電体と弾性体
   とから構成される振動体に弾性進行波を励振することに
   より、該振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、前記圧電体の第１面に設け
   られた２組の駆動電極が、それぞれ前記進行波の２分の
   １波長相当の小電極部から成ると共に、前記小電極の形
   状は、前記進行波の進行方向に直角な方向に測った前記
   小電極の幅が前記小電極の中央部の前後で漸次減少する
   形状もしくは前記小電極の一端部から他端部に向かうに
   つれ減少する形状であり、かつ前記小電極はその両端で
   隣接する小電極に接続されていることを特徴とする超音
   波モータ。（２）圧電体の第２面に設けられた２組の駆
   動電極が、第１面に設けられた２組の駆動電極に対応し
   、それぞれの前記駆動電極は前記進行波の２分の１波長
   または１波長相当の小電極部から成ることを特徴とする
   請求項１記載の超音波モータ。