JP2543144B2 - 超音波モ―タ - Google Patents
超音波モ―タInfo
- Publication number
- JP2543144B2 JP2543144B2 JP63173345A JP17334588A JP2543144B2 JP 2543144 B2 JP2543144 B2 JP 2543144B2 JP 63173345 A JP63173345 A JP 63173345A JP 17334588 A JP17334588 A JP 17334588A JP 2543144 B2 JP2543144 B2 JP 2543144B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- vibrating body
- ultrasonic motor
- vibration
- vibrating
- piezoelectric
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Landscapes
- 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 本発明は圧電体を用いて駆動力を発生する超音波モー
タに関する。
タに関する。
従来の技術 近年圧電セラミック等の圧電体を用いた振動体に弾性
振動を励振し、これを駆動力とした超音波モータが注目
されている。
振動を励振し、これを駆動力とした超音波モータが注目
されている。
以下、図面を参照しながら超音波モータの従来技術に
ついて説明を行う。
ついて説明を行う。
第４図は従来の円環形超音波モータの斜視図であり、
円環形の弾性体１の円環面の一方に圧電体として円環形
の圧電体２を貼合せて振動体３を構成している。４は耐
磨耗性材料の摩擦材、５は弾性体であり、互いに貼合せ
られて移動体６を構成している。移動体６は摩擦材４を
介して振動体３と接触している。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起さ
れ、移動体６を駆動する。尚、同図中の矢印は移動体６
の回転方向を示す。
円環形の弾性体１の円環面の一方に圧電体として円環形
の圧電体２を貼合せて振動体３を構成している。４は耐
磨耗性材料の摩擦材、５は弾性体であり、互いに貼合せ
られて移動体６を構成している。移動体６は摩擦材４を
介して振動体３と接触している。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起さ
れ、移動体６を駆動する。尚、同図中の矢印は移動体６
の回転方向を示す。
第５図は第４図の超音波モータに使用した圧電体２の
電極構造の一例を示している。同図では円周方向に９波
の弾性波がのるようにしてある。同図において、Ａおよ
びＢはそれぞれ２分の１波長相当の小領域から成るで電
極群で、Ｃは４分の３波長、Ｄは４分の１波長の長さの
電極である。電極ＣおよびＤは電極群ＡとＢに位置的に
４分の１波長（＝90度）の位相差を作っている。電極Ａ
とＢ内の隣り合う小電極部は互いに厚み方向に、分極さ
れている。圧電体２の弾性体１との接着面は、第５図に
示めされた面と反対の面であり、電極はベタ電極であ
る。使用時には、電極群ＡおよびＢは第５図に斜線で示
されたように、それぞれ短絡して用いられる。
電極構造の一例を示している。同図では円周方向に９波
の弾性波がのるようにしてある。同図において、Ａおよ
びＢはそれぞれ２分の１波長相当の小領域から成るで電
極群で、Ｃは４分の３波長、Ｄは４分の１波長の長さの
電極である。電極ＣおよびＤは電極群ＡとＢに位置的に
４分の１波長（＝90度）の位相差を作っている。電極Ａ
とＢ内の隣り合う小電極部は互いに厚み方向に、分極さ
れている。圧電体２の弾性体１との接着面は、第５図に
示めされた面と反対の面であり、電極はベタ電極であ
る。使用時には、電極群ＡおよびＢは第５図に斜線で示
されたように、それぞれ短絡して用いられる。
以上のように構成された超音波モータの圧電体２の電
極ＡおよびＢに V1＝V0×sin（ωｔ） ……（１） V2＝V0×cos（ωｔ） ……（２） ただし、 V0:電圧の瞬時値 ω：角周波数 t:時間 で表される電圧V1およびV2をそれぞれ印加すれば、振動
体３には ξ＝ξ０×（cos（ωｔ）×（cos（kx） ＋sin（ωｔ）×sin（kx）） ＝ξ０×cos（ωｔ−kx） ……（３） ただし ξ：曲げ振動の振幅値 ξ0:曲げ振動の瞬時値 k:波数（２π／λ） λ：波長 x:位置 で表せる、円周方向に進行する曲げ振動の進行波が励起
される。
極ＡおよびＢに V1＝V0×sin（ωｔ） ……（１） V2＝V0×cos（ωｔ） ……（２） ただし、 V0:電圧の瞬時値 ω：角周波数 t:時間 で表される電圧V1およびV2をそれぞれ印加すれば、振動
体３には ξ＝ξ０×（cos（ωｔ）×（cos（kx） ＋sin（ωｔ）×sin（kx）） ＝ξ０×cos（ωｔ−kx） ……（３） ただし ξ：曲げ振動の振幅値 ξ0:曲げ振動の瞬時値 k:波数（２π／λ） λ：波長 x:位置 で表せる、円周方向に進行する曲げ振動の進行波が励起
される。
第７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。
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 超音波モータを効率良く駆動させるためには、振動体
の持っている運動エネルギーを大きくすればよい。運動
エネルギーは振動体の質量と速度の２乗に比例するの
で、振動体の質量、或は速度を増やせば出力を増加でき
る。超音波モータの外径が決まれば、質量を増やすため
に振動体の穴の大きさを小さくし、速度を大きくするた
めには振動の振幅を大きくすればよい。しかし、圧電体
の許容歪みにより、振動の振幅には制限がある。また、
従来の超音波モータは径方向１次、周方向３次以上の円
環曲げ振動を使用しているので、第６図に示すように、
内周近傍では急に振幅値は小さくなり、振動体の穴を小
さくしても運動エネルギーは余り大きくはならない。従
って、従来のように径方向１次、周方向３次以上の円環
の曲げ振動を使用した超音波モータは出力を大きくでき
ないという問題点がある。
の持っている運動エネルギーを大きくすればよい。運動
エネルギーは振動体の質量と速度の２乗に比例するの
で、振動体の質量、或は速度を増やせば出力を増加でき
る。超音波モータの外径が決まれば、質量を増やすため
に振動体の穴の大きさを小さくし、速度を大きくするた
めには振動の振幅を大きくすればよい。しかし、圧電体
の許容歪みにより、振動の振幅には制限がある。また、
従来の超音波モータは径方向１次、周方向３次以上の円
環曲げ振動を使用しているので、第６図に示すように、
内周近傍では急に振幅値は小さくなり、振動体の穴を小
さくしても運動エネルギーは余り大きくはならない。従
って、従来のように径方向１次、周方向３次以上の円環
の曲げ振動を使用した超音波モータは出力を大きくでき
ないという問題点がある。
また、円環型超音波モータの振動体は、第６図に示す
ように全体が振動しているので、振動体の位置固定は困
難であり、固定によって機械的な損失は避けられない。
その上、振動体と移動体との接触面の状態によっては、
振動体と移動体とが、安定した接触を保つことができ
ず、効率の良い駆動が得られないという問題点もある。
ように全体が振動しているので、振動体の位置固定は困
難であり、固定によって機械的な損失は避けられない。
その上、振動体と移動体との接触面の状態によっては、
振動体と移動体とが、安定した接触を保つことができ
ず、効率の良い駆動が得られないという問題点もある。
本発明はかかる点に鑑みてなされたもので、同体積で
出力が大きくでき、しかも、振動体と移動体との接触面
の状態の影響が少なく、駆動効率の良い超音波モータを
提供することを目的としている。
出力が大きくでき、しかも、振動体と移動体との接触面
の状態の影響が少なく、駆動効率の良い超音波モータを
提供することを目的としている。
課題を解決するための手段 振動体として円板形の振動体を用い、振動モードとし
て径方向２次、周方向３次以上の曲げ振動を用い、かつ
振動体の厚みを回転軸の周囲だけ薄くする。
て径方向２次、周方向３次以上の曲げ振動を用い、かつ
振動体の厚みを回転軸の周囲だけ薄くする。
作 用 上記の構成によれば、振動体の内側も有効に振動体の
運動エネルギーに寄与するようにし、不要な定在波を励
振することなく、容易に理想的な進行波が励振でき、ま
た、振動体と移動体との接触面の状態の変化を吸収する
ことができ、振動体と移動体との安定した接触状態を保
つことができるため、安定した動作が得られ、駆動効率
の良い超音波モータを実現することができる。
運動エネルギーに寄与するようにし、不要な定在波を励
振することなく、容易に理想的な進行波が励振でき、ま
た、振動体と移動体との接触面の状態の変化を吸収する
ことができ、振動体と移動体との安定した接触状態を保
つことができるため、安定した動作が得られ、駆動効率
の良い超音波モータを実現することができる。
実施例 以下、図面に従って本発明の一実施例について詳細な
説明を行う。
説明を行う。
第１図は本発明の超音波モータの構成を示す切り欠き
斜視図であり、第２図は上記超音波モータの構成を示す
断面図である。円板形の弾性体７の主面の一方に、圧電
体として円板形の圧電体８を貼合わせて振動体10を構成
している。また、弾性体７の他の主面には、機械出力取
り出し用の突起体９が構成されている。11は耐磨耗性材
料の摩擦材、12は、弾性体であり、互いに貼合せられて
移動体13を構成している。移動体13は、摩擦材11を介し
て、振動体10に設置された突起体９と加圧接触してい
る。圧電体８に電界を印加すると振動体10の周方向に曲
げ振動の進行波が励起され、移動体13を摩擦力により駆
動する。移動体13は回転軸14を中心にして回転運動を始
める。
斜視図であり、第２図は上記超音波モータの構成を示す
断面図である。円板形の弾性体７の主面の一方に、圧電
体として円板形の圧電体８を貼合わせて振動体10を構成
している。また、弾性体７の他の主面には、機械出力取
り出し用の突起体９が構成されている。11は耐磨耗性材
料の摩擦材、12は、弾性体であり、互いに貼合せられて
移動体13を構成している。移動体13は、摩擦材11を介し
て、振動体10に設置された突起体９と加圧接触してい
る。圧電体８に電界を印加すると振動体10の周方向に曲
げ振動の進行波が励起され、移動体13を摩擦力により駆
動する。移動体13は回転軸14を中心にして回転運動を始
める。
第３図は径方向２次、周方向３次の曲げ振動を励振し
た時の振動体10の振動変位状態と変位分布図である。径
方向１次の振動モードを使用した時と異なり、内周部で
も変位は急に小さくなることはない。従って、超音波モ
ータが同一体積を占有した時、径方向１次の振動モード
を使用した時よりも、振動体10の運動エネルギーを大き
くすることができ、大きな出力を取り出せる超音波モー
タを実現できる。
た時の振動体10の振動変位状態と変位分布図である。径
方向１次の振動モードを使用した時と異なり、内周部で
も変位は急に小さくなることはない。従って、超音波モ
ータが同一体積を占有した時、径方向１次の振動モード
を使用した時よりも、振動体10の運動エネルギーを大き
くすることができ、大きな出力を取り出せる超音波モー
タを実現できる。
また、振動体10は回転軸14の周囲において、厚みが薄
くなっている。これは、振動体10と移動体13との接触面
の状態の影響を少なくするための機構である。これによ
って初期の振動体10と移動体13との接触面の表面精度を
上げる必要がなく、また、上記接触面の経時的な変化に
も有効である。従って、上記振動体10の構造により、振
動体10と移動体13との安定した接触状態を保つことがで
きるため、安定した駆動が得られる。
くなっている。これは、振動体10と移動体13との接触面
の状態の影響を少なくするための機構である。これによ
って初期の振動体10と移動体13との接触面の表面精度を
上げる必要がなく、また、上記接触面の経時的な変化に
も有効である。従って、上記振動体10の構造により、振
動体10と移動体13との安定した接触状態を保つことがで
きるため、安定した駆動が得られる。
本発明によれば、振動体と移動体との接触状態の影響
が少なく、安定した駆動が得られる駆動効率の良い、し
かも出力の大きな超音波モータを提供できる。
が少なく、安定した駆動が得られる駆動効率の良い、し
かも出力の大きな超音波モータを提供できる。
発明の効果 本発明によれば、振動モードとして径方向２次、周方
向３次の曲げ振動を用い、その上、振動体の厚みを、回
転軸の周囲だけ薄くすることにより、振動体と移動体と
の接触面の状態の影響が少なく、安定した駆動が得られ
る駆動効率の良い、しかも出力の大きな超音波モータを
提供できる。
向３次の曲げ振動を用い、その上、振動体の厚みを、回
転軸の周囲だけ薄くすることにより、振動体と移動体と
の接触面の状態の影響が少なく、安定した駆動が得られ
る駆動効率の良い、しかも出力の大きな超音波モータを
提供できる。
第１図は本発明の円板形超音波モータの切り欠き斜視
図、第２図は上記円板型超音波モータの断面図、第３図
は振動モードとして径方向２次、周方向３次の曲げ振動
を用いた時の振動体の振動状態と径方向の変位分布図、
第４図は円環形超音波モータの切り欠き斜視図、第５図
は第４図の超音波モータに用いた圧電体の形状と電極構
造を示す平面図、第６図は振動モードとして径方向１
次、周方向８次の曲げ振動を用いた時の振動体の振動状
態と径方向の変位分布図、第７図は超音波モータの動作
原理の説明図である。 １……弾性体、２……圧電体、３……振動体、４……摩
擦材、５……弾性体、６……移動体、７……弾性体、８
……圧電体、９……突起体、10……振動体、11……弾性
体、12……摩擦材、13……移動体、14……回転軸。
図、第２図は上記円板型超音波モータの断面図、第３図
は振動モードとして径方向２次、周方向３次の曲げ振動
を用いた時の振動体の振動状態と径方向の変位分布図、
第４図は円環形超音波モータの切り欠き斜視図、第５図
は第４図の超音波モータに用いた圧電体の形状と電極構
造を示す平面図、第６図は振動モードとして径方向１
次、周方向８次の曲げ振動を用いた時の振動体の振動状
態と径方向の変位分布図、第７図は超音波モータの動作
原理の説明図である。 １……弾性体、２……圧電体、３……振動体、４……摩
擦材、５……弾性体、６……移動体、７……弾性体、８
……圧電体、９……突起体、10……振動体、11……弾性
体、12……摩擦材、13……移動体、14……回転軸。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−23573（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−196080（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−51477（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項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、該振動体として円板
形の振動体を用い、振動モードとして径方向２次、周方
向３次以上の曲げ振動を用い、かつ該振動体の厚みが、
回転軸の周囲だけ薄いことを特徴とする超音波モータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63173345A JP2543144B2 (ja) | 1988-07-12 | 1988-07-12 | 超音波モ―タ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63173345A JP2543144B2 (ja) | 1988-07-12 | 1988-07-12 | 超音波モ―タ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0226277A JPH0226277A (ja) | 1990-01-29 |
| JP2543144B2 true JP2543144B2 (ja) | 1996-10-16 |
Family
ID=15958698
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63173345A Expired - Lifetime JP2543144B2 (ja) | 1988-07-12 | 1988-07-12 | 超音波モ―タ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2543144B2 (ja) |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6051477A (ja) * | 1983-08-26 | 1985-03-22 | Seiko Instr & Electronics Ltd | 圧電モ−タ |
| JPS62196080A (ja) * | 1986-02-20 | 1987-08-29 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 超音波モ−タ |
| JPS6323573A (ja) * | 1986-07-15 | 1988-01-30 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 超音波モ−タ |
-
1988
- 1988-07-12 JP JP63173345A patent/JP2543144B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0226277A (ja) | 1990-01-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3059031B2 (ja) | 振動波駆動装置及び振動波駆動装置を備えた装置 | |
| JP2638856B2 (ja) | 超音波モータ | |
| JP2543144B2 (ja) | 超音波モ―タ | |
| JP2769151B2 (ja) | 超音波モータ | |
| JP2574284B2 (ja) | 超音波モ−タ | |
| JP2532425B2 (ja) | 超音波モ−タ | |
| JP2523634B2 (ja) | 超音波モ−タ | |
| JP2507083B2 (ja) | 超音波モ―タ | |
| JP2885802B2 (ja) | 超音波モータ | |
| JP2506859B2 (ja) | 超音波モ―タ | |
| JP2537874B2 (ja) | 超音波モ−タ | |
| JP2537848B2 (ja) | 超音波モ−タ | |
| JPS63277482A (ja) | 超音波モ−タ | |
| JP2543145B2 (ja) | 超音波モ―タ | |
| JPS60183981A (ja) | 超音波モ−タ | |
| JPS60174078A (ja) | 圧電モ−タ | |
| EP0539969B1 (en) | Ultrasonic motor | |
| JPS6118370A (ja) | 圧電モ−タ | |
| JP4731737B2 (ja) | 振動波モータ | |
| JP2689425B2 (ja) | 超音波モータ | |
| JP2636280B2 (ja) | 超音波モータの駆動法 | |
| JP2645845B2 (ja) | 超音波モータ | |
| JPH0681523B2 (ja) | 振動波モ−タ | |
| JPH0479238B2 (ja) | ||
| JP2543160B2 (ja) | 円環形超音波モ―タ |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20070725 Year of fee payment: 11 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080725 Year of fee payment: 12 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |