JPH0117354B2 - - Google Patents
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- JPH0117354B2 JPH0117354B2 JP57205220A JP20522082A JPH0117354B2 JP H0117354 B2 JPH0117354 B2 JP H0117354B2 JP 57205220 A JP57205220 A JP 57205220A JP 20522082 A JP20522082 A JP 20522082A JP H0117354 B2 JPH0117354 B2 JP H0117354B2
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- JP
- Japan
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- motor device
- elastic body
- vibration
- ultrasonic
- moving body
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- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 claims 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 7
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 5
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 2
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 2
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- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/02—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
- H02N2/08—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors using travelling waves, i.e. Rayleigh surface waves
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/10—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
- H02N2/16—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors using travelling waves, i.e. Rayleigh surface waves
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/10—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
- H02N2/16—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors using travelling waves, i.e. Rayleigh surface waves
- H02N2/163—Motors with ring stator
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
（技術分野）
この発明は、超音波振動を利用したモータ装置
に関するものである。
に関するものである。
さらに詳しくは、この発明は、超音波の持つ強
力な振動エネルギーを利用した新規なモータ装置
に関するものである。
力な振動エネルギーを利用した新規なモータ装置
に関するものである。
（背景技術）
従来から広く用いられている各種モータ装置
は、その駆動源として電磁力を応用したものが大
部分であり、各種用途に使われている。しかしな
がらこれら装置の大きさや質量および回転力（ト
ルク）等には用いられる材料によつて制限があ
る。何故ならば、これらの大きさや質量、さらに
は回転力等は用いられる材料の磁気的特性等によ
つて決められるものであり、これらの特性を超え
た装置は回転駆動を行うことが不可能となるため
である。
は、その駆動源として電磁力を応用したものが大
部分であり、各種用途に使われている。しかしな
がらこれら装置の大きさや質量および回転力（ト
ルク）等には用いられる材料によつて制限があ
る。何故ならば、これらの大きさや質量、さらに
は回転力等は用いられる材料の磁気的特性等によ
つて決められるものであり、これらの特性を超え
た装置は回転駆動を行うことが不可能となるため
である。
一方、上記各種の従来のモータ装置の制約を克
服し、これに代替する装置として、本発明者によ
つて〓超音波振動を利用したモータ装置〓特許第
1262645号［特公昭59−30912号（特願昭55−
40656号）］、〓超音波振動を利用した回転駆動装
置〓特許第1264258号［特公昭59−37672号（特願
昭54−31955号）］、〓超音波振動を利用した一方向
駆動装置〓特許第1264269号［特公昭59−37673号
（特願昭55−152753号）］がすでに提案されてい
る。これらの本発明者による先行の発明は、超音
波振動子により振動する振動体の一端と動体の一
端面を相互に対向する位置に配置し、両者間に板
状または棒状の振動片を介在させて、該振動片を
適当な角度で傾けて超音波振動子の往復運動を動
体の一方向運動に変換する装置に関するものであ
る。
服し、これに代替する装置として、本発明者によ
つて〓超音波振動を利用したモータ装置〓特許第
1262645号［特公昭59−30912号（特願昭55−
40656号）］、〓超音波振動を利用した回転駆動装
置〓特許第1264258号［特公昭59−37672号（特願
昭54−31955号）］、〓超音波振動を利用した一方向
駆動装置〓特許第1264269号［特公昭59−37673号
（特願昭55−152753号）］がすでに提案されてい
る。これらの本発明者による先行の発明は、超音
波振動子により振動する振動体の一端と動体の一
端面を相互に対向する位置に配置し、両者間に板
状または棒状の振動片を介在させて、該振動片を
適当な角度で傾けて超音波振動子の往復運動を動
体の一方向運動に変換する装置に関するものであ
る。
また、別に特許第1345496号［特公昭58−32518
号（特願昭50−105847号）］にも開示されている
ように、圧電素子に高周波電圧を印加させたとき
に生ずる振動を用いてロータを回転駆動させるも
のが提案されてもいる。
号（特願昭50−105847号）］にも開示されている
ように、圧電素子に高周波電圧を印加させたとき
に生ずる振動を用いてロータを回転駆動させるも
のが提案されてもいる。
これらの先行する技術は、超音波の持つ強力な
振動エネルギーを回転または直進運動に変換する
ことによつて小形にして軽量かつ、従来の電磁モ
ータに比べて巻線が不要のため、構造が簡単なモ
ータ装置を実現したものであるが、共通している
ことはいずれも定在波を用いた超音波モータであ
ることを特徴としており、その構造と性能には大
きな制約がある。たとえば、耐久性に乏しく、回
転が一方向に限られることなどの欠点がある。
振動エネルギーを回転または直進運動に変換する
ことによつて小形にして軽量かつ、従来の電磁モ
ータに比べて巻線が不要のため、構造が簡単なモ
ータ装置を実現したものであるが、共通している
ことはいずれも定在波を用いた超音波モータであ
ることを特徴としており、その構造と性能には大
きな制約がある。たとえば、耐久性に乏しく、回
転が一方向に限られることなどの欠点がある。
（発明の開示）
この発明は、以上の通りの従来のモータ装置と
は全く異なつた、高特性で、機能性に優れた新し
いモータ装置を提供することを目的としている。
は全く異なつた、高特性で、機能性に優れた新し
いモータ装置を提供することを目的としている。
この目的を実現するために、この発明のモータ
装置は、位相差をもつように配列した複数個の電
歪素子および弾性体によつて超音波振動子を構成
し、かつ、その電歪素子に位相の異なる高周波電
圧を印加することにより超音波振動子の所定の表
面に楕円振動を形成し得る進行波を生じさせ、さ
らに、その超音波振動の所定の表面に、動体を加
圧接触するように配置することによつて、その動
体を所定の方向に摩擦駆動させることを原理的な
方法としている。
装置は、位相差をもつように配列した複数個の電
歪素子および弾性体によつて超音波振動子を構成
し、かつ、その電歪素子に位相の異なる高周波電
圧を印加することにより超音波振動子の所定の表
面に楕円振動を形成し得る進行波を生じさせ、さ
らに、その超音波振動の所定の表面に、動体を加
圧接触するように配置することによつて、その動
体を所定の方向に摩擦駆動させることを原理的な
方法としている。
この発明は、この方法に基づいてリング状弾性
体の板体とこれに積層して接合した複数の位相差
配列した電歪素子とからなる平板リング状超音波
振動子を有し、この振動子の弾性体板体のリング
状表面に円形回転子の表面を加圧接触させてなる
ことを特徴とする進行波摩擦駆動による平板型超
音波モータ装置を提供する。
体の板体とこれに積層して接合した複数の位相差
配列した電歪素子とからなる平板リング状超音波
振動子を有し、この振動子の弾性体板体のリング
状表面に円形回転子の表面を加圧接触させてなる
ことを特徴とする進行波摩擦駆動による平板型超
音波モータ装置を提供する。
この発明は、以上の特徴によつて、
正逆転が容易に行える超音波振動を利用した
モータ装置、 耐久性が高い超音波振動を利用したモータ装
置、 平板型の形状機能性に優れた超音波振動を利
用したモータ装置、 を実現するものである。
モータ装置、 耐久性が高い超音波振動を利用したモータ装
置、 平板型の形状機能性に優れた超音波振動を利
用したモータ装置、 を実現するものである。
以下図面を参照してこの発明の方法とモータ装
置の動作原理と実施例に関し詳細に説明する。
置の動作原理と実施例に関し詳細に説明する。
第１図は、この発明の背景となる進行波摩擦駆
動動作原理を説明するための一部拡大斜視図であ
る。１は金属等の弾性体である。なお、この図に
おいては、電歪素子または磁歪素子等の振動源は
示しておらず、弾性体の表面１′上に横振動と縦
振動が合成された楕円振動を形成し得る進行波が
発生した状態を拡大して示している。
動動作原理を説明するための一部拡大斜視図であ
る。１は金属等の弾性体である。なお、この図に
おいては、電歪素子または磁歪素子等の振動源は
示しておらず、弾性体の表面１′上に横振動と縦
振動が合成された楕円振動を形成し得る進行波が
発生した状態を拡大して示している。
上記進行波を発生するには、一般的には一つの
方法としてレイリー法と呼ばれる、弾性体の表面
に沿つて伝わる表面波を用いることがある。この
レイリー波／表面波についてはすでに論理的に解
明されている。固体中を伝わる弾性波には縦波と
横波とがあり、それぞれ独立に存在するが、表面
という境界条件のため互いに錯綜し合つて合成さ
れる。このレイリー波を発生させるには、超音波
振動子に縦または横振動をする電歪素子等を設け
て励振させればよい。
方法としてレイリー法と呼ばれる、弾性体の表面
に沿つて伝わる表面波を用いることがある。この
レイリー波／表面波についてはすでに論理的に解
明されている。固体中を伝わる弾性波には縦波と
横波とがあり、それぞれ独立に存在するが、表面
という境界条件のため互いに錯綜し合つて合成さ
れる。このレイリー波を発生させるには、超音波
振動子に縦または横振動をする電歪素子等を設け
て励振させればよい。
また、他の方法としては、棒状または板状弾性
体の屈曲振動を用いることができる。これは、弾
性体の所定の表面で縦波と横波とが合成された、
楕円振動を形成し得る進行波が発生することを利
用するものである。
体の屈曲振動を用いることができる。これは、弾
性体の所定の表面で縦波と横波とが合成された、
楕円振動を形成し得る進行波が発生することを利
用するものである。
この発明のモータ装置は、以上の屈曲振動波に
基づく進行波によつて駆動するものである。
基づく進行波によつて駆動するものである。
この屈曲振動波を発生させるには、超音波振動
子に設けた、位相差をもつように配列した複数個
の電歪素子に位相の異なる高周波電圧を印加すれ
ばよい。
子に設けた、位相差をもつように配列した複数個
の電歪素子に位相の異なる高周波電圧を印加すれ
ばよい。
さて、今、第１図に示した弾性体の表面上の質
点Ｂに着目すると、質点Ｂは横振巾ａ（上下方向）
と縦振巾ｂ（左右方向）との合成された楕円Ｑ上
を矢印Ｍの方向に運動しており、その進行波は、
位相速度λf（ただし、λは波長、ｆは振動数）の
スピードで矢印Ｕの方向に進行している。
点Ｂに着目すると、質点Ｂは横振巾ａ（上下方向）
と縦振巾ｂ（左右方向）との合成された楕円Ｑ上
を矢印Ｍの方向に運動しており、その進行波は、
位相速度λf（ただし、λは波長、ｆは振動数）の
スピードで矢印Ｕの方向に進行している。
この状態下で動体２を弾性体１の表面上に加圧
接触させると、該動体２は、弾性体１の楕円振動
の頂点ＡおよびA′の部分でのみ接触する。しか
も頂点Ａ，A′は振動速度ｖ＝2πfb（ただしｆは振
動数）で矢印Ｎの方向に運動しているので、加圧
接触する動体２は弾性体１との摩擦力によつて矢
印Ｎの方向に駆動されることになる。
接触させると、該動体２は、弾性体１の楕円振動
の頂点ＡおよびA′の部分でのみ接触する。しか
も頂点Ａ，A′は振動速度ｖ＝2πfb（ただしｆは振
動数）で矢印Ｎの方向に運動しているので、加圧
接触する動体２は弾性体１との摩擦力によつて矢
印Ｎの方向に駆動されることになる。
なお、屈曲振動による進行波については、第２
図はその特性を示すことができる。
図はその特性を示すことができる。
すなわち、この第２図に示したように弾性体１
の中立軸３から離れるに従つて縦振動成分（縦
波）があらわれ、屈曲弾性体の表面４上には、縦
振動と横振動が合成された楕円振動が形成され
る。
の中立軸３から離れるに従つて縦振動成分（縦
波）があらわれ、屈曲弾性体の表面４上には、縦
振動と横振動が合成された楕円振動が形成され
る。
この楕円振動によつて、第１図に示したように
動体２の駆動が可能となる。
動体２の駆動が可能となる。
このような動作原理を踏まえてモータ装置の一
例を示したものが第３図である。
例を示したものが第３図である。
第３図イはこの例の断面図であり、第３図ロ
は、圧電体の分極状態図である。この例において
は、圧電体５には弾性体板体６を積層し、このリ
ング状の弾性体板体６の表面６Ａには円形回転子
７を加圧接触させている。
は、圧電体の分極状態図である。この例において
は、圧電体５には弾性体板体６を積層し、このリ
ング状の弾性体板体６の表面６Ａには円形回転子
７を加圧接触させている。
弾性体板体６の表面に形成された進行波によつ
て円形回転子７は回転し、この回転は回転軸８に
伝えられる。
て円形回転子７は回転し、この回転は回転軸８に
伝えられる。
分極状態についてみると、第３図ロに示したよ
うに、90゜位相のずれた２回路の高周波電圧をそ
れぞれの電極端子ａ，ｂに印加し、圧電体５を励
振させる。リング状の弾性体板体６は振動を発生
し、その表面６Ａには、横波と縦波の合成された
表面進行波が形成される。この動きは第１図に示
したようになる。
うに、90゜位相のずれた２回路の高周波電圧をそ
れぞれの電極端子ａ，ｂに印加し、圧電体５を励
振させる。リング状の弾性体板体６は振動を発生
し、その表面６Ａには、横波と縦波の合成された
表面進行波が形成される。この動きは第１図に示
したようになる。
分極ピツチを進行波の波長の1/2とし、圧電体
５の分極状態を、（＋）（−）（＋）（−）……とす
る。この（＋）（−）（＋）（−）……の表示は高
周波電圧の印加状態を示すものではない。この際
に電極群ＡとＢを、この例においては1/4波長ず
らしている。こうすることにより90゜位相のずれ
た高周波電圧を印加すると、弾性体板体６の表面
に進行波が形成される。
５の分極状態を、（＋）（−）（＋）（−）……とす
る。この（＋）（−）（＋）（−）……の表示は高
周波電圧の印加状態を示すものではない。この際
に電極群ＡとＢを、この例においては1/4波長ず
らしている。こうすることにより90゜位相のずれ
た高周波電圧を印加すると、弾性体板体６の表面
に進行波が形成される。
このような構成を一部断面図として示したもの
が第４図である。電極９群ＡとＢとは1/4波長ず
らして配置している。
が第４図である。電極９群ＡとＢとは1/4波長ず
らして配置している。
もちろん、この発明は、以上の例に限定される
ものではない。
ものではない。
位相差配列についても適宜なものとしえること
はいうまでもない。
はいうまでもない。
このように細部については様々な態様が可能な
この発明のモータ装置は、実用的なものとしてこ
れまでに類を見なかつたものである。
この発明のモータ装置は、実用的なものとしてこ
れまでに類を見なかつたものである。
電歪素子に代えて磁歪素子を用いることもでき
る。
る。
（発明の効果）
以上この発明に係る超音波振動を利用したモー
タ装置に関して背景となるその駆動原理と実施例
の詳細な説明を行つたが、従来の各種モータ装置
と異なり、この発明は、位相差をもつように配列
した複数個の電歪素子および弾性体によつて超音
波振動子を形成し、かつ、その電歪素子または磁
歪素子に位相の異なる高周波電圧を印加すること
により超音波振動子の所定の表面に楕円振動を形
成し得る進行波を生じさせ、さらに、その超音波
振動子の所定の表面には動体を加圧接触するよう
に配置することによつて、その動体が摩擦駆動さ
れる超音波振動を利用していることから、 強力な回転力、駆動力を持ち、小型軽量であ
らゆる用途に適用することが可能である、 正逆転が容易に行える、 耐久性が高い、 という大きな効果を有し、さらにまた平板薄型の
モータ装置であることから、以下のような特有の
効果を実現する。
タ装置に関して背景となるその駆動原理と実施例
の詳細な説明を行つたが、従来の各種モータ装置
と異なり、この発明は、位相差をもつように配列
した複数個の電歪素子および弾性体によつて超音
波振動子を形成し、かつ、その電歪素子または磁
歪素子に位相の異なる高周波電圧を印加すること
により超音波振動子の所定の表面に楕円振動を形
成し得る進行波を生じさせ、さらに、その超音波
振動子の所定の表面には動体を加圧接触するよう
に配置することによつて、その動体が摩擦駆動さ
れる超音波振動を利用していることから、 強力な回転力、駆動力を持ち、小型軽量であ
らゆる用途に適用することが可能である、 正逆転が容易に行える、 耐久性が高い、 という大きな効果を有し、さらにまた平板薄型の
モータ装置であることから、以下のような特有の
効果を実現する。
(ア) 平板型とするために、リング状弾性体と電歪
素子との平面固定が容易で、かつ均一固定が可
能となる。
素子との平面固定が容易で、かつ均一固定が可
能となる。
(イ) 回転子への均一な駆動力の伝達が可能とな
る。
る。
(ウ) 薄方の構造とすることができ、小さなスペー
スで使用できる。このため応用の範囲は広い。
スで使用できる。このため応用の範囲は広い。
第１図および第２図は本発明の動作原理を説明
するための一部拡大斜視図、第３図イ，ロは、
各々、本発明の実施例を示した一部断面図と圧電
体の分極状態を示している。第４図は、その一部
断面図である。 １…弾性体、２…動体、３…中立軸、４…弾性
体表面、５…圧電体、６…リング状弾性体板体、
７…円形回転子、８…回転軸、９…電極。
するための一部拡大斜視図、第３図イ，ロは、
各々、本発明の実施例を示した一部断面図と圧電
体の分極状態を示している。第４図は、その一部
断面図である。 １…弾性体、２…動体、３…中立軸、４…弾性
体表面、５…圧電体、６…リング状弾性体板体、
７…円形回転子、８…回転軸、９…電極。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 弾性体に複数の電歪素子を固定してなる超音
波振動子を有し、弾性体表面に動体を加圧接触さ
せ、並列する電歪素子に時間的に位相の異なる高
周波電圧を印加して動体を駆動する超音波モータ
装置において、電歪素子を固定した平板リング状
弾性体板体の表面に平板円形回転子を加圧接触さ
せてなることを特徴とする平板型超音波モータ装
置。 ２ 複数の電歪素子を二つの群に分け、各々を1/
４波長の距離を置いて配置してなる特許請求の範
囲第１項記載の平板型超音波モータ装置。
Priority Applications (12)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57205220A JPS5996881A (ja) | 1982-11-22 | 1982-11-22 | 平板型超音波モータ装置 |
| CA000421908A CA1208269A (en) | 1982-02-25 | 1983-02-18 | Motor device utilizing ultrasonic oscillation |
| GB08304897A GB2120462B (en) | 1982-02-25 | 1983-02-22 | Motor |
| IT19758/83A IT1169116B (it) | 1982-02-25 | 1983-02-24 | Dispositivo motore utlizzante una oscillazione ultrasonora |
| BR8300874A BR8300874A (pt) | 1982-02-25 | 1983-02-24 | Dispositivo de motor que utiliza oscilacao ultra - sonica |
| FR838303019A FR2522216B1 (fr) | 1982-02-25 | 1983-02-24 | Dispositif moteur utilisant une oscillation ultrasonore |
| CH1049/83A CH665511A5 (de) | 1982-02-25 | 1983-02-24 | Motor mit der verwendung von ultraschallschwingungen. |
| ES520082A ES8402734A1 (es) | 1982-02-25 | 1983-02-24 | Motor de oscilacion ultrasonica. |
| NL8300700A NL8300700A (nl) | 1982-02-25 | 1983-02-24 | Motorinrichting, onder toepassing van ultrasone oscillatie. |
| DE19833306755 DE3306755A1 (de) | 1982-02-25 | 1983-02-25 | Antrieb unter verwendung von ultraschallschwingungen |
| US06/610,933 US4562374A (en) | 1982-02-25 | 1984-05-16 | Motor device utilizing ultrasonic oscillation |
| US07/135,187 USRE33390E (en) | 1982-02-25 | 1987-12-18 | Motor device utilizing ultrasonic oscillation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57205220A JPS5996881A (ja) | 1982-11-22 | 1982-11-22 | 平板型超音波モータ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5996881A JPS5996881A (ja) | 1984-06-04 |
| JPH0117354B2 true JPH0117354B2 (ja) | 1989-03-30 |
Family
ID=16503394
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57205220A Granted JPS5996881A (ja) | 1982-02-25 | 1982-11-22 | 平板型超音波モータ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5996881A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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