JP2847758B2 - 超音波モータの駆動方法および超音波モータ用振動子 - Google Patents
超音波モータの駆動方法および超音波モータ用振動子Info
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- JP2847758B2 JP2847758B2 JP1144902A JP14490289A JP2847758B2 JP 2847758 B2 JP2847758 B2 JP 2847758B2 JP 1144902 A JP1144902 A JP 1144902A JP 14490289 A JP14490289 A JP 14490289A JP 2847758 B2 JP2847758 B2 JP 2847758B2
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- 238000005452 bending Methods 0.000 claims description 15
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 11
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 8
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- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 6
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- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 4
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- 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、超音波振動エネルギーを利用したモータに
関するものである。
関するものである。
（従来の技術） 超音波モータとして、従来、両端が固定されていない
弾性板の片面に電圧セラミックス板を接着し、長さ方向
縦振動と幅方向屈曲振動の二つの共振周波数を一致もし
くは接近させ、その近傍の周波数の電界を圧電体に印加
することにより前記二つの振動を縮退状態で励振する振
動子（以後縦−屈曲多重モード振動子と呼ぶ）を利用す
る定在波型超音波モータが提案されている。以下図面を
参照しながら説明する。
弾性板の片面に電圧セラミックス板を接着し、長さ方向
縦振動と幅方向屈曲振動の二つの共振周波数を一致もし
くは接近させ、その近傍の周波数の電界を圧電体に印加
することにより前記二つの振動を縮退状態で励振する振
動子（以後縦−屈曲多重モード振動子と呼ぶ）を利用す
る定在波型超音波モータが提案されている。以下図面を
参照しながら説明する。
まず縦−屈曲多重モード振動子の一例を第３図（ａ）
〜（ｄ）に示す。これは長さ方向の一次の縦振動と幅方
向の一次の屈曲振動を縮退状態で励振する振動子であ
る。第３図（ａ）は側面図、第３図（ｃ）は正面図であ
る。厚さ方向に一様に分極した圧電セラミック板32を弾
性板31の底面に張り合わせている。このとき弾性板31と
圧電セラミック板32は、長さ方向の１次の縦振動モード
と幅方向の１次の屈曲振動モードの共振周波数が一致す
るような寸法となっている。このような振動子の金属電
極間に２つの振動モードの共振周波数と等しい交流電圧
を印加する事により、第３図（ｂ），（ｄ）で表される
振幅変位分布を持つ定在波が励振される。ここで第３図
（ｂ）における33は長さ方向の１次の縦振動の変位分
布、第３図（ｄ）における34は幅方向の一次の屈曲振動
の変位分布を示す。
〜（ｄ）に示す。これは長さ方向の一次の縦振動と幅方
向の一次の屈曲振動を縮退状態で励振する振動子であ
る。第３図（ａ）は側面図、第３図（ｃ）は正面図であ
る。厚さ方向に一様に分極した圧電セラミック板32を弾
性板31の底面に張り合わせている。このとき弾性板31と
圧電セラミック板32は、長さ方向の１次の縦振動モード
と幅方向の１次の屈曲振動モードの共振周波数が一致す
るような寸法となっている。このような振動子の金属電
極間に２つの振動モードの共振周波数と等しい交流電圧
を印加する事により、第３図（ｂ），（ｄ）で表される
振幅変位分布を持つ定在波が励振される。ここで第３図
（ｂ）における33は長さ方向の１次の縦振動の変位分
布、第３図（ｄ）における34は幅方向の一次の屈曲振動
の変位分布を示す。
（発明が解決しようとする問題点） 上記振動子を利用した定在波型超音波モータは、従来
の進行波を利用した超音波モータと比較して、速度・駆
動力が共に大きく、駆動方法、弾性板の形状に工夫を凝
らすことにより、更に高速度・高駆動力化が可能であ
る。
の進行波を利用した超音波モータと比較して、速度・駆
動力が共に大きく、駆動方法、弾性板の形状に工夫を凝
らすことにより、更に高速度・高駆動力化が可能であ
る。
また、長さ方向縦振動と幅方向屈曲振動という２種類
のモード振動を利用しているが、これらの振動の共通な
節は振動子中央部の２点しかない。そのため強固な支持
が困難であるという欠点があった。
のモード振動を利用しているが、これらの振動の共通な
節は振動子中央部の２点しかない。そのため強固な支持
が困難であるという欠点があった。
（問題を解決するための手段） 本発明は、弾性板の片方の端部を固定し、固定端部近
傍の上下主面に同時に伸縮する圧電体を設置し、さらに
弾性板中央部の上下主面に互い違いに伸縮する圧電体を
設置したことを特徴とする超音波モータ用振動子とその
振動子を用い、長手方向縦振動一次モードと長手方向屈
曲振動高次モードの共振を使用した超音波モータの駆動
方法である。
傍の上下主面に同時に伸縮する圧電体を設置し、さらに
弾性板中央部の上下主面に互い違いに伸縮する圧電体を
設置したことを特徴とする超音波モータ用振動子とその
振動子を用い、長手方向縦振動一次モードと長手方向屈
曲振動高次モードの共振を使用した超音波モータの駆動
方法である。
（作用） 第１図（ａ）は本発明における振動子の基本構成例の
側面図である。以下、図面を参照しながら説明する。
側面図である。以下、図面を参照しながら説明する。
弾性板11は端部12において固定されている。この弾性
板11の上下主面上の固定端部および長手方向の中央部に
それぞれ圧電体13,14が設けられている。ここで、圧電
体13は上下で分極の向きが異なるが、圧電体14は上下の
分極の向きが等しくなるように設置されている。このよ
うに圧電体を設置し、それぞれに交流電源15,16から電
界を印加することにより、圧電体13は上下で同時に伸縮
し、圧電体14を上下が互い違いに伸縮する。
板11の上下主面上の固定端部および長手方向の中央部に
それぞれ圧電体13,14が設けられている。ここで、圧電
体13は上下で分極の向きが異なるが、圧電体14は上下の
分極の向きが等しくなるように設置されている。このよ
うに圧電体を設置し、それぞれに交流電源15,16から電
界を印加することにより、圧電体13は上下で同時に伸縮
し、圧電体14を上下が互い違いに伸縮する。
このような振動子において、弾性体11の長手方向縦振
動１次モードの共振周波数と等しい交流電界を圧電体13
に印加すると、弾性板11にはｘ軸方向の振幅が大きい振
動17が発生する。ｘ軸方向の変位分布を第１図（ｂ）に
示す。第１図（ｂ）101から分かるように、弾性体の自
由端付近が最も大きな振動振幅となる。また、弾性体11
の長手方向屈曲振動高次モード例えば３次モードの共振
周波数と等しい交流電界を圧電体14に印加すると、弾性
板11にはｚ軸方向の振幅が大きい振動18が発生する。ｚ
軸方向の変位の分布を第１図（ｃ）に示す。第１図
（ｃ）102から分かるように、長手方向屈曲振動も弾性
体の自由端付近が最も大きな振動振幅となる。ここで長
手方向縦振動１次モードと長手方向屈曲振動高次モード
の共振周波数を一致させれば、弾性板の自由端部近傍に
おいて、振動17と振動18を合成した大きな楕円運動19を
得ることができる。
動１次モードの共振周波数と等しい交流電界を圧電体13
に印加すると、弾性板11にはｘ軸方向の振幅が大きい振
動17が発生する。ｘ軸方向の変位分布を第１図（ｂ）に
示す。第１図（ｂ）101から分かるように、弾性体の自
由端付近が最も大きな振動振幅となる。また、弾性体11
の長手方向屈曲振動高次モード例えば３次モードの共振
周波数と等しい交流電界を圧電体14に印加すると、弾性
板11にはｚ軸方向の振幅が大きい振動18が発生する。ｚ
軸方向の変位の分布を第１図（ｃ）に示す。第１図
（ｃ）102から分かるように、長手方向屈曲振動も弾性
体の自由端付近が最も大きな振動振幅となる。ここで長
手方向縦振動１次モードと長手方向屈曲振動高次モード
の共振周波数を一致させれば、弾性板の自由端部近傍に
おいて、振動17と振動18を合成した大きな楕円運動19を
得ることができる。
また、従来の両端自由の縦−屈曲多重モード振動子で
は強固な支持が困難であったが、本発明の方法によれ
ば、片端支持の振動子を用いているので強固な支持がで
きる。
は強固な支持が困難であったが、本発明の方法によれ
ば、片端支持の振動子を用いているので強固な支持がで
きる。
（実施例） 以下、本発明の実施例について図を参照にしながら説
明する。
明する。
第２図は本発明の超音波モータの実施例の一つを示す
図である。第２図中、21はステンレス鋼製弾性板、22,2
3は圧電セラミック板、弾性板21はボルト26によってス
テンレス鋼製治具24および25に固定されている。振動子
の寸法は、弾性板21が長さ90mm、幅15mm、厚さ1.3mmで
この内長さ20mmの部分が治具25,26に固定されている。
また、圧電セラミック板22,23はどちらも長さ25mm、幅1
5mm、厚さ1mmである。本振動子において長手方向縦振動
１次モードおよび長手方向屈曲振動３次モードの共振周
波数は24kHzとなる。
図である。第２図中、21はステンレス鋼製弾性板、22,2
3は圧電セラミック板、弾性板21はボルト26によってス
テンレス鋼製治具24および25に固定されている。振動子
の寸法は、弾性板21が長さ90mm、幅15mm、厚さ1.3mmで
この内長さ20mmの部分が治具25,26に固定されている。
また、圧電セラミック板22,23はどちらも長さ25mm、幅1
5mm、厚さ1mmである。本振動子において長手方向縦振動
１次モードおよび長手方向屈曲振動３次モードの共振周
波数は24kHzとなる。
圧電セラミック板22に24kHzの交流電界を印加し、圧
電セラミック板23にはそれより位相が90゜進んだ交流電
界を印加し、さらに、弾性板21の自由端近傍上部にステ
ンレス鋼製ローラ27を0.3kgfで圧接したところ、ローラ
27は矢印28の方向に回転した。縦−屈曲多重モード振動
子を用いた超音波モータに比べて、圧電セラミックの体
積が等しい場合、ほほ同等の起動駆動力で約1.8倍の最
高速度が得られた。
電セラミック板23にはそれより位相が90゜進んだ交流電
界を印加し、さらに、弾性板21の自由端近傍上部にステ
ンレス鋼製ローラ27を0.3kgfで圧接したところ、ローラ
27は矢印28の方向に回転した。縦−屈曲多重モード振動
子を用いた超音波モータに比べて、圧電セラミックの体
積が等しい場合、ほほ同等の起動駆動力で約1.8倍の最
高速度が得られた。
（発明の効果） 以上述べたように、本発明によれば超音波エネルギー
を利用した薄型高駆動力のモータが実現でき、例えばも
OA機器等の超薄型化が図れるといった長所を有し、工業
的価値が多大である。
を利用した薄型高駆動力のモータが実現でき、例えばも
OA機器等の超薄型化が図れるといった長所を有し、工業
的価値が多大である。
第１図（ａ）は本発明の振動子の基本構成の例を示す
図、第１図（ｂ）、（ｃ）は変位分布図、第２図は実施
例の構成図、第３図（ａ）、（ｃ）は従来型振動子の基
本構成図、第３図（ｂ）、（ｄ）は変位分布図である。 図において、11,21 31は弾性板、12は固定面、13は縦振
動励振用圧電体、14は屈曲振動励振用圧電体、15,16は
交流電源、17,18,19は振動方向、101,102,33,34は変位
分布、22は縦振動励振用圧電セラミック板、23は屈曲振
動励振用圧電セラミック板、32は圧電セラミック板、2
4,25は支持治具、26はボルト、27はローラ、28はローラ
の回転方向を示す。
図、第１図（ｂ）、（ｃ）は変位分布図、第２図は実施
例の構成図、第３図（ａ）、（ｃ）は従来型振動子の基
本構成図、第３図（ｂ）、（ｄ）は変位分布図である。 図において、11,21 31は弾性板、12は固定面、13は縦振
動励振用圧電体、14は屈曲振動励振用圧電体、15,16は
交流電源、17,18,19は振動方向、101,102,33,34は変位
分布、22は縦振動励振用圧電セラミック板、23は屈曲振
動励振用圧電セラミック板、32は圧電セラミック板、2
4,25は支持治具、26はボルト、27はローラ、28はローラ
の回転方向を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−55584（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−31675（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−26282（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−117672（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−315280（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−241379（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−110070（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−110071（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−315279（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H02N 2/00 - 2/18
Claims (2)
- 【請求項１】片方の端部を固定し他方の端部を自由にし
た弾性板の長手方向縦振動一次モードの共振振動と、長
手方向の屈曲振動高次モードの共振振動を使用し、該弾
性板に接して配置されたローラを回転させることを特徴
とする超音波モータの駆動方法。 - 【請求項２】請求項１に記載する超音波モータ用振動子
であって、弾性板の片方の端部を固定し、固定端部近傍
の上下主面に圧電体を設置し、さらに弾性板中央部の上
下主面に圧電体を設置したことを特徴とする超音波モー
タ用振動子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1144902A JP2847758B2 (ja) | 1989-06-06 | 1989-06-06 | 超音波モータの駆動方法および超音波モータ用振動子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1144902A JP2847758B2 (ja) | 1989-06-06 | 1989-06-06 | 超音波モータの駆動方法および超音波モータ用振動子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0311983A JPH0311983A (ja) | 1991-01-21 |
| JP2847758B2 true JP2847758B2 (ja) | 1999-01-20 |
Family
ID=15372968
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1144902A Expired - Lifetime JP2847758B2 (ja) | 1989-06-06 | 1989-06-06 | 超音波モータの駆動方法および超音波モータ用振動子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2847758B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3104425A2 (en) | 2015-06-12 | 2016-12-14 | Seiko Epson Corporation | Piezoelectric driving device for motor, motor, robot, and pump |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101039085A (zh) | 1998-12-21 | 2007-09-19 | 精工爱普生株式会社 | 压电驱动装置 |
| JP5179913B2 (ja) * | 2008-03-25 | 2013-04-10 | 太平洋セメント株式会社 | 超音波モータ装置 |
| JP5491718B2 (ja) * | 2008-10-24 | 2014-05-14 | 太平洋セメント株式会社 | 超音波モータ |
| JP5491719B2 (ja) * | 2008-10-27 | 2014-05-14 | 太平洋セメント株式会社 | 超音波モータ |
| KR101709396B1 (ko) * | 2015-05-19 | 2017-02-22 | 대하테크원(주) | 진동 검출 및 에너지 하베스팅 센서 장치 |
| US10256749B2 (en) | 2015-07-02 | 2019-04-09 | Seiko Epson Corporation | Piezoelectric actuator, motor, robot, and method of driving piezoelectric actuator |
-
1989
- 1989-06-06 JP JP1144902A patent/JP2847758B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3104425A2 (en) | 2015-06-12 | 2016-12-14 | Seiko Epson Corporation | Piezoelectric driving device for motor, motor, robot, and pump |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0311983A (ja) | 1991-01-21 |
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