JPS61277386A - 超音波モ−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 本発明は、圧電体等の電気−機械変換振動子を用いて駆
動力を発生するモータに関する。

従来の技術 従来のこの種の圧電体等の電気−機械変換振動子を用い
たモータは、例えば特開公５９−３９８０１号公報に示
されているように、第４図のような構成になっていた。

すなわち、２つの円形の圧電振動子１，２と円形の弾性
体３とを厚み方向に重ねて構成したステータと、そのス
テータに面接触する円形のロータを備え、前記ステータ
表面には振動工、ネルギーを作用させるためのリング状
の突起３ａを有しておシ、圧電体振動子１，２に互いに
位相のずれた電気信号を印加することにより回転力を得
るようになっている。

発明が解決しようとする問題点 しかし、このような構造のものでは所定のドライブ周波
数の電気信号を印加して機械振動を励起すると、ステー
タが発熱して、モータ効率が悪いという問題があった。

これは下記の理由による。

無ツー幽−円板形の振動子に高次モードのたわみ振動を
励起したときの面に垂直な方向の歪の分布を一１ｇＩ−
＝たが、たわみによる変位は、約６／６　半径近傍とな
る節円を境にして位相が反転している。

従来例のように、振動の位相関係を考慮することなく、
円板形状の弾性体と二つの円板形状の一様に分極された
圧電振動子を同一寸法で貼合わすと、約６／６半径より
外側となる、圧電振動子の２６チ程度にあたる領域が、
有効な振動に対して逆方向の無効なドライブを行なうこ
と罠なって、このために不要な振動の発生、及びロスに
よる発熱や、効率の低下を生じた。

そこで本発明は、無効な超音波振動を励起することなく
、発熱を防いで、モータ効率の向上をはかろうとするも
のである。

問題点を解決するための手段 振動子における圧電体の分極方向を、ステータの約６／
６　半径となる節円内の圧電体と、節円によシ対向した
位置（節円外）に設けられた圧電体の分極方向を、厚み
方向に１８００反転させて構成する。

作　　用 本構成ではステータとなる振動子の超音波振動は、全領
域においてたわみと同方向の有効な振動を（位相が反転
する領域はその方向にドライブ）励起することができる
ので、これまでの全入力信号の内の約２５％を占める、
逆位相により相殺されて消費されたエネルギーが有効に
寄与して順方向の振動成分となるので従来例に比べてほ
ぼ半分程度以下の電気入力で、同程度の機械出力を得る
ことが可能となり、数倍程度の効率アップを行なえる。

実施例 以下、本発明の実施例を添付図面にもとづいて説明する
。

超音波モータのステータは例えば第１図に示すような構
造を有する。円板形状の第１圧電振動子１の表面には例
えば４６０毎の領域に分割された８個の電極１ａ及び外
側に同様に分割された８個の電極１ｂが設けられている
。この電極１ａ及び１ｂは銀などの導電材料を用いて、
第１圧電振動子１及び第２圧電振動子２の表面に形成さ
れている。裏面に具備される電極（図示せず）は前記表
面電極のように分割されてはいす、全面電極となってい
る。以上のように構成された第１圧電振動子１の相隣合
う電極毎に、板厚方向に分極方向が互いに異なるように
して分極を行なう。この結果第１図において示すように
互い違いにプラス極性あるいはマイナス極性を有する領
域からなる１６極、８組の振動子が構成される。電極１
ａ及び１ｂは、分極後は分割されている必要はなく、一
括して電圧を印加できるように接続される。円板形状の
第２圧電振動子２も第１圧電振動子１と同様の構造であ
シ、互い違いにプラス極性あるいはマイナス極性を有す
る１６極、８．組の振動子が構成されている。

前記第１圧電振動子１あるいは第２圧電振動子２の周方
向の縦振幅の最小振幅位置は、各々相隣合う電極どうし
の境界位置近傍となり、最大振幅位置は各々の電極の中
央近傍位置となる。そして、両圧電振動子１，２は、第
１圧電振動子１の最大振幅位置となる電極中央近傍に、
第２圧電振動子２の最小振幅位置となる相隣合う電極ど
うしの境界が位置するよう重ね合わされている・以上の
ように構成された第１圧電振動子１及び第２圧電振動子
２は、圧電振動子と同等ないし１００倍程度の厚みを有
する弾性体３に重ね合わせて取付けられる。この弾性体
３は、アルミニウム、黄銅、ステンレス等の金属を用い
て形成されている。また前記ステータとなる弾性体３の
表面には、例えば直径の約％程度となる位置近傍に振動
伝達部材である突起３ａ、中心に軸６が形成されている
。

また第１圧電振動子１及び第２圧電振動子２の径方向の
電極配置は、前記弾性体３の直径（例えば４０Ｗ′ＩＩ
）に対して約５／６半径となる節円位置（例えば３３１
１１１）を最大外径とする。例えば正方向振動の領域と
、節円をはさんで例えば負方向となる振動の複数の領域
からなり、その分極の方向は互いに異なるように配置さ
れている。

以上のように構成したものを第２図において示すステー
タ６として用いる。第２図に示すように、ステータ６に
より定まる駆動周波数にて発振器７によシ発振された出
力信号を分岐し、一方を直−増幅器８に、他方を位相器
９を介して増幅器１゜に入力する。前記位相器９では正
方向回転あるいは逆方向回転に使用する±１００ないし
±１７ｏＯの範囲で位相シフトした信号が整形される。

前記発振器７の出力信号を直接増幅器８に入力して増幅
した信号をリード線１１及び１２によシ第１圧電振動子
１に印加する。それによりステータ６には、第１圧電振
動子１の分極方向が互いに異なるプラス極性あるいはマ
イナス極性を有する領域の一対を１波長として周方向に
８極、４組の振動子に対応する４波長の励振波が発生さ
れる。第２圧電振動子２も増幅器１０の出力をリード線
１２゜１３を介して印加することによシ同様に駆動され
る。

上述のようにステータ６を駆動すると、ステータ６にお
けるロータ４に面する側の振動の頂点がロータ４に接触
し、しかもその頂点が時間とともに移動するため、ロー
タ４には横方向成分を有する力が加えられることになる
。かくしてロータ４は、ステータ６により定まる駆動周
波数により横方向成分による位置移動を繰り返す結果、
はぼ１分間に数回転ないし数千回転程度の範囲での回転
運動を得ることができる。このさいのステータとロータ
の接触位置は、ステータ６のたわみ振動の正方向の変位
部（例えば上向き方向）の頂点付近近傍となる。第３図
に本発明によるステータ６に電気信号を印加した駆動時
のたて方向の歪を、仮想像にて示すステータ６′の断面
方向に対する変化として測定した結果を示す。ｓｏＶ印
加時、振動伝達部材である突起４近傍において１．８線
種度の最大振幅を示した。振幅の位相折シ返し点いわゆ
る振動の節（節円）は、直径を１００％とすると、８０
〜９０チの位置となシはぼ直線的に変化しており終端は
２．６μ隅程度の振幅となった。これらのことからステ
ータ６は、円板の２次のモードの変形次数が４次の、高
次振動モードによシ励振されているのがわかる。また前
記振動の節円近傍から電気信号印加用リード線１１．１
２，１３をとシだすと振動疲労による断線が皆無となっ
た。

発明の効果 本発明による超音波モータは、円板形状のバルク波を直
接な手段で励振する構造により、推力となる横方向成分
を得る構造となっているので、一定電圧では機械的変位
が数倍となり、かつ断面方向の撓みの全域を出力してい
るので、スピードが平均化されずにピーク速度を取り出
すことが可能である。また発熱も低くモータ効率の高い
ものである。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の一実施例における超音波モータのステ
ータとロータの分解斜視図、第２図は同ステータとロー
タを用いた超音波モータの概要とその駆動回路を示す断
面図、第３図は第１図及び第２図の超音波モータステー
タの駆動時における歪分布を示す図、第４図は従来例の
超音波モータの分解斜視図である。 １．２・・・・・・圧電振動子、１ａ・・・・・・電極
、３・・・・・・弾２０−タ、７・・・・・・発振器、
８，１゜・・・・・・増幅器、９・・・・・・移相器。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 ＷＳ２図 第４図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）弾性体と電気−機械変換振動子とから成るステー
   タと、そのステータに接触するロータを備え、前記ステ
   ータの電気−機械変換振動子が、ステータのたわみ振動
   の正方向振動部と負方向振動部の複数の領域からなり、
   前記複数の領域の同極性電圧による駆動方向が互いに異
   なることを特徴とする超音波モータ。
2. （２）円形状ステータの電気−機械変換振動子が、高次
   振動モードによる節円内と節円外の領域に分割されてい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の超音波
   モータ。