JPH01214271A - 超音波モータ - Google Patents
超音波モータInfo
- Publication number
- JPH01214271A JPH01214271A JP63038154A JP3815488A JPH01214271A JP H01214271 A JPH01214271 A JP H01214271A JP 63038154 A JP63038154 A JP 63038154A JP 3815488 A JP3815488 A JP 3815488A JP H01214271 A JPH01214271 A JP H01214271A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ultrasonic motor
- vibrating
- annular
- elastic
- movable body
- 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.)
- Pending
Links
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
- H02N2/10—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)
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。
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
本発明は圧電体を用いて駆動力を発生する超音波モータ
に間する。
に間する。
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例えば
数１０ＫＨｚの駆動電圧加えて弾性振動を励振し、この
振動体を伸縮撮動又は厚み撮動させ、この撮動を駆動力
としてロータ等の被駆動体（移動体）を押圧駆動するこ
とにより、移動体を回転又は直線運動させるようにした
超音波モータが注目されている。
数１０ＫＨｚの駆動電圧加えて弾性振動を励振し、この
振動体を伸縮撮動又は厚み撮動させ、この撮動を駆動力
としてロータ等の被駆動体（移動体）を押圧駆動するこ
とにより、移動体を回転又は直線運動させるようにした
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。
いて説明を行う。
第５図は円環型超音波モータの斜視図であり、円環型の
弾性体５４に円環型圧電体５５を貼り合わせて振動体５
８を構成している。５３は耐摩耗性材料の摩擦材、５２
は弾性体であり、互いに貼り合わせられて移動体５７を
構成している。移動体５７は摩擦材５３を介して振動体
５８と接触している。圧電体５５に電圧を印加すると振
動体５８の周方向に曲げ撮動が励起され、これが進行波
となることにより、移動体５７を駆動する。尚、同図中
の振動体５８には、機械出力取り出し用の突起体５６が
設置されている。
弾性体５４に円環型圧電体５５を貼り合わせて振動体５
８を構成している。５３は耐摩耗性材料の摩擦材、５２
は弾性体であり、互いに貼り合わせられて移動体５７を
構成している。移動体５７は摩擦材５３を介して振動体
５８と接触している。圧電体５５に電圧を印加すると振
動体５８の周方向に曲げ撮動が励起され、これが進行波
となることにより、移動体５７を駆動する。尚、同図中
の振動体５８には、機械出力取り出し用の突起体５６が
設置されている。
第６図は第５図の超音波モータに使用した圧電体５５の
電極構造の一例を示している。同図では円周方向に９個
の弾性波がのるように構成されている。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
る電極群で、Ｃは４分の３波長、Ｄは４分の１波長相当
の電極である。
電極構造の一例を示している。同図では円周方向に９個
の弾性波がのるように構成されている。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
る電極群で、Ｃは４分の３波長、Ｄは４分の１波長相当
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
く＝９０°）の位相差を作っている。電極ＡとＢ内の隣
合う小電極部は圧電体５５を分極する際に用いる電極で
、圧電体５５の弾性体５４との接着面は、第６図に示さ
れた面と反対の面であり、その面の電極は全面平面電極
である。使用時には、電極群ＡおよびＢは第６図の斜線
で示されたように、それぞれ短絡して用いられる。
く＝９０°）の位相差を作っている。電極ＡとＢ内の隣
合う小電極部は圧電体５５を分極する際に用いる電極で
、圧電体５５の弾性体５４との接着面は、第６図に示さ
れた面と反対の面であり、その面の電極は全面平面電極
である。使用時には、電極群ＡおよびＢは第６図の斜線
で示されたように、それぞれ短絡して用いられる。
以−ヒのように構成された超音波モータの圧電体。
５５の電極ＡおよびＢに
ｖｌ＝ｖｏ ・５ｉｎ（ωＤ −−−（
１）Ｖ２＝ＶＯ−ＣＯ３（（，１ｔ）
−−−（２）ただし、ｖＯ：電圧の瞬時値 ω：角周波数 ｔ ：時間 で表される電圧■１およびｖ２をそれぞれ印加すれば、
振動体には ξ：ξ０◆（ｃｏｓ（ωｔ）◆ｃｏｓ（ｋＸ）＋５ｉｎ
（ωｔ） 命５ｉｎ（ｋＸ））：ξＯ−Ｃ０３（（Ｊ
ｔ−ｋＸ） −−−（３）ただし、ξ ：曲
げ振動の振幅値 ξ０：曲げ振動の瞬時値 に：波数（２π／λ） 入 ：波長 Ｘ：位置 て表せる、円周方向に進行する曲げ振動が励起される。
１）Ｖ２＝ＶＯ−ＣＯ３（（，１ｔ）
−−−（２）ただし、ｖＯ：電圧の瞬時値 ω：角周波数 ｔ ：時間 で表される電圧■１およびｖ２をそれぞれ印加すれば、
振動体には ξ：ξ０◆（ｃｏｓ（ωｔ）◆ｃｏｓ（ｋＸ）＋５ｉｎ
（ωｔ） 命５ｉｎ（ｋＸ））：ξＯ−Ｃ０３（（Ｊ
ｔ−ｋＸ） −−−（３）ただし、ξ ：曲
げ振動の振幅値 ξ０：曲げ振動の瞬時値 に：波数（２π／λ） 入 ：波長 Ｘ：位置 て表せる、円周方向に進行する曲げ振動が励起される。
第７図は振動体５８の表面のＡ点が進行波の励起によっ
て、長軸２讐、短軸２Ｕの楕円運動をし、振動体５８上
に加圧して設置された移動体５７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■：ωｘＵの回転速度で運動する様子を示してい
る。また、この速度は振動体５８と移動体５７の間にス
ベリがあるときは、上記のＶより小さくなる。同図の矢
印Ｂは、移動体５７の進行方向を示し、矢印Ｃは、この
進行波の進行方向を示す。また、上記した移動体５７の
速度Ｖは、この曲げ振動の瞬時値ξＯに比例する。
て、長軸２讐、短軸２Ｕの楕円運動をし、振動体５８上
に加圧して設置された移動体５７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■：ωｘＵの回転速度で運動する様子を示してい
る。また、この速度は振動体５８と移動体５７の間にス
ベリがあるときは、上記のＶより小さくなる。同図の矢
印Ｂは、移動体５７の進行方向を示し、矢印Ｃは、この
進行波の進行方向を示す。また、上記した移動体５７の
速度Ｖは、この曲げ振動の瞬時値ξＯに比例する。
発明が解決しようとする課題
ところで上記のように構成された超音波モータは、トル
ク重量比が高いのにもかかわらず、ロボット等の分野で
は依然小出力のため使用することが困難であった。また
、複数の超音波モータを合わせて１つの運動のために用
いようとすると各超音波モータの特性上のばらつきのた
め高効率で制御性のよい動作は得られにくくかつ重たく
なってしまうという問題があった。
ク重量比が高いのにもかかわらず、ロボット等の分野で
は依然小出力のため使用することが困難であった。また
、複数の超音波モータを合わせて１つの運動のために用
いようとすると各超音波モータの特性上のばらつきのた
め高効率で制御性のよい動作は得られにくくかつ重たく
なってしまうという問題があった。
本発明はかかる点に鑑み、高効率で大出力の超音波モー
タを提供することを目的とする。
タを提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
本発明は、圧電体と弾性体とから成る少なくとも２つ以
上の振動体と、前記振動体間に面接触し前記振動体が起
こす弾性進行波によって移動運動を受ける移動体と、前
記各接触面が略均等の押し付け圧を受けるべく前記振動
体と前記移動体を交互に直列に配置し、前記移動体の両
側に配置された前記各振動体の前記弾性進行波の位相を
、略１８０度ずれるように構成されている。
上の振動体と、前記振動体間に面接触し前記振動体が起
こす弾性進行波によって移動運動を受ける移動体と、前
記各接触面が略均等の押し付け圧を受けるべく前記振動
体と前記移動体を交互に直列に配置し、前記移動体の両
側に配置された前記各振動体の前記弾性進行波の位相を
、略１８０度ずれるように構成されている。
作用
本発明は前記した構成により、超音波モータの両端から
押し付け圧を与える時、圧力は押し付け方向に略均等に
なるように伝達していく。そのため各振動体と移動体と
の間の接触面には、略均等かつ均一の押し付け圧がかか
る。
押し付け圧を与える時、圧力は押し付け方向に略均等に
なるように伝達していく。そのため各振動体と移動体と
の間の接触面には、略均等かつ均一の押し付け圧がかか
る。
また、移動体の両側の振動体から該移動体へ起こる力の
大きざと方向は、振動体の起こす弾性進行波が略１８０
度１位相がずれているため、移動体のどの点をとっても
等しく反対である。したがって内圧電体がいかに強くＳ
動しようとも、移動体での合力は略Ｏとなる。よって移
動体は振動せず、圧電体相互の干渉振動が起きない。
大きざと方向は、振動体の起こす弾性進行波が略１８０
度１位相がずれているため、移動体のどの点をとっても
等しく反対である。したがって内圧電体がいかに強くＳ
動しようとも、移動体での合力は略Ｏとなる。よって移
動体は振動せず、圧電体相互の干渉振動が起きない。
以上の作用により、大トルクかつ高効率の超音波モータ
が実現する。
が実現する。
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。
を行う。
第１図は本発明の円環型超音波モータの基本構成を説明
するための分解斜視図である。第１図において、振動体
３．１０が移動体７を挟むように直列に配置されている
。このように配置することにより、振動体と移動体の間
の接触面には略均等の押し付け圧がかかる。振動体３は
円環型の弾性体１に円環型圧電体２を貼り合わせて構成
している。同様に振動体１０は円環型の弾性体８に円環
型圧電体９を貼り合わせて構成している。４．６は耐摩
耗性材料の摩擦材、５は弾性体であり、互いに貼り合わ
せられて移動体７を構成している。
するための分解斜視図である。第１図において、振動体
３．１０が移動体７を挟むように直列に配置されている
。このように配置することにより、振動体と移動体の間
の接触面には略均等の押し付け圧がかかる。振動体３は
円環型の弾性体１に円環型圧電体２を貼り合わせて構成
している。同様に振動体１０は円環型の弾性体８に円環
型圧電体９を貼り合わせて構成している。４．６は耐摩
耗性材料の摩擦材、５は弾性体であり、互いに貼り合わ
せられて移動体７を構成している。
移動体７は摩擦材４．６を介して振動体３．１０と接触
している。
している。
第２図は第１図のように構成された超音波モータにおい
て、移動体が両側の振動体が起こす弾性進行波によって
運動している様子を示している。
て、移動体が両側の振動体が起こす弾性進行波によって
運動している様子を示している。
２つの振動体の表面が弾性進行波をおこすことにより、
移動体は摩擦力により波の進行方向とは逆方向に運動す
る。同図の矢印Ｂは、移動体７の進行方向を示し、矢印
Ｃは、進行波の進行方向を示す。振動体３．１０の位相
を１８０度ずらす方法は両Ｉ辰動体の圧電体を１８０度
ずらせて貼れはよい。そうすることによって間圧電体が
いかに強く振動しようとも、移動体での合力は略０とな
る。
移動体は摩擦力により波の進行方向とは逆方向に運動す
る。同図の矢印Ｂは、移動体７の進行方向を示し、矢印
Ｃは、進行波の進行方向を示す。振動体３．１０の位相
を１８０度ずらす方法は両Ｉ辰動体の圧電体を１８０度
ずらせて貼れはよい。そうすることによって間圧電体が
いかに強く振動しようとも、移動体での合力は略０とな
る。
よって移動体は振動せず、圧電体相互の干渉振動が起き
ない。
ない。
第３図は本発明の他の実施例で、より高トルク化した円
環型超音波モータの分解斜視図である。
環型超音波モータの分解斜視図である。
振動体３４の下に移動体３５が、移動体３５の下に振動
体３６が、振動体３６の下に移動体３７が、移動体３７
の下に振動体３８が直列に配置された超音波モータの実
施例である。振動体３４は円環Ｗ’４の弾性体２２に円
環型圧電体２１を貼り合わせて構成している。同様に振
動体３８は円環型の弾性体３２に円環型圧電体３３を貼
り合わせて構成している。２３．２５は耐摩耗性材料の
摩擦材、２４は弾性体であり、互いに貼り合わせられて
移動体３５を構成している。同様に２９．３１は耐摩耗
性材料の摩擦材、３０は弾性体であり、互いに貼り合わ
せられて移動体３７を構成している。
体３６が、振動体３６の下に移動体３７が、移動体３７
の下に振動体３８が直列に配置された超音波モータの実
施例である。振動体３４は円環Ｗ’４の弾性体２２に円
環型圧電体２１を貼り合わせて構成している。同様に振
動体３８は円環型の弾性体３２に円環型圧電体３３を貼
り合わせて構成している。２３．２５は耐摩耗性材料の
摩擦材、２４は弾性体であり、互いに貼り合わせられて
移動体３５を構成している。同様に２９．３１は耐摩耗
性材料の摩擦材、３０は弾性体であり、互いに貼り合わ
せられて移動体３７を構成している。
振動体３６は圧電体２７の両側に弾性体２６．２７を配
置して構成している。
置して構成している。
第４図は、第３図を基に実現した超音波モータである。
最下部の防振台５１と振動体５０と軸４３を一体化した
ステータの上に移動体４９が賞かれ、移動体４９の上に
回転方向のみトルクが伝達されるようにキー４１を設は
振動体４８を配置し、振動体４８の上に移動体４７が責
かれ、移動体４７の上に回転方向のみトルクが伝達され
るようにキー４２を設は振動体４６と防振台４５を一体
化したステータを配置して構成されている。軸４３はナ
ツト４４で締められている。トルクはピン４０を介して
合トルクとなって伝達部３９へ伝わる。
ステータの上に移動体４９が賞かれ、移動体４９の上に
回転方向のみトルクが伝達されるようにキー４１を設は
振動体４８を配置し、振動体４８の上に移動体４７が責
かれ、移動体４７の上に回転方向のみトルクが伝達され
るようにキー４２を設は振動体４６と防振台４５を一体
化したステータを配置して構成されている。軸４３はナ
ツト４４で締められている。トルクはピン４０を介して
合トルクとなって伝達部３９へ伝わる。
以上の実施例より、振動体と移動体を交互に直列に任意
の枚数を構成して超音波モータができることがわかる。
の枚数を構成して超音波モータができることがわかる。
発明の詳細
な説明したように、本発明によれば、大出力でトルク重
量比の高い超音波モータが構成できるので実用的効果は
大きい。また、接触面が受ける押し付け圧は、略均等な
ので各振動体の特性上のばらつきも少なく効率もよい。
量比の高い超音波モータが構成できるので実用的効果は
大きい。また、接触面が受ける押し付け圧は、略均等な
ので各振動体の特性上のばらつきも少なく効率もよい。
第１図は本発明における一実施例の超音波モータ基本構
成を説明するための一部切り欠き分解斜視図、第２図は
実施例の超音波モータの動作原理図、第３図は本発明に
おける他の実施例の超音波モータの一部切り欠き分解斜
視図、第４図は第３図の実施例の超音波モータの構成を
示す図、第５図は従来の円環型超音波モータの一部切り
欠き斜視図、第６図は第５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７図は超音波モ
ータの動作原理図である。 １・５・８・２２・２４・２６・２８・３０・３２・５
２・５４・・・弾性体、２・９・２１・２７−３３・５
５・・・圧電体、３・１０・３４・３６・３８・４６・
４８・５０・５８・・・振動体、 ４・６・２３・２５
・２９・３１ ・５３・・・摩擦材、７・３５・３７・
４７・４９・５７・・・移動体、５６・・・突起体、４
５・５１・・・防賑台、４１−４２・・・キー、４０・
・・ビン、３９・・・伝達部、４３・・・軸、４４・・
・ナツト。 代理人の氏名 弁理士 中尾敏男 はか１名第１図 第 ２ 因 第３図
成を説明するための一部切り欠き分解斜視図、第２図は
実施例の超音波モータの動作原理図、第３図は本発明に
おける他の実施例の超音波モータの一部切り欠き分解斜
視図、第４図は第３図の実施例の超音波モータの構成を
示す図、第５図は従来の円環型超音波モータの一部切り
欠き斜視図、第６図は第５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７図は超音波モ
ータの動作原理図である。 １・５・８・２２・２４・２６・２８・３０・３２・５
２・５４・・・弾性体、２・９・２１・２７−３３・５
５・・・圧電体、３・１０・３４・３６・３８・４６・
４８・５０・５８・・・振動体、 ４・６・２３・２５
・２９・３１ ・５３・・・摩擦材、７・３５・３７・
４７・４９・５７・・・移動体、５６・・・突起体、４
５・５１・・・防賑台、４１−４２・・・キー、４０・
・・ビン、３９・・・伝達部、４３・・・軸、４４・・
・ナツト。 代理人の氏名 弁理士 中尾敏男 はか１名第１図 第 ２ 因 第３図
Claims (1)
- 圧電体と弾性体とから成る少なくとも２つ以上の振動
体と、前記振動体間に面接触し前記振動体に励振される
弾性進行波によって移動運動を受ける移動体と、前記各
接触面が略均等の押し付け圧を受けるべく前記振動体と
前記移動体が交互に直列に配置され、かつ前記移動体の
両側に配置された各振動体の弾性進行波の位相が、略１
８０度ずれるように構成されたことを特徴とする超音波
モータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63038154A JPH01214271A (ja) | 1988-02-19 | 1988-02-19 | 超音波モータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63038154A JPH01214271A (ja) | 1988-02-19 | 1988-02-19 | 超音波モータ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01214271A true JPH01214271A (ja) | 1989-08-28 |
Family
ID=12517491
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63038154A Pending JPH01214271A (ja) | 1988-02-19 | 1988-02-19 | 超音波モータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01214271A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0637123A1 (fr) * | 1993-07-30 | 1995-02-01 | CROUZET Automatismes | Moteur à ondes acoustiques de surface |
| JP2003047267A (ja) * | 2001-08-01 | 2003-02-14 | Toyama Shigeki | トルクが向上された積層サンドイッチ型超音波モータ |
-
1988
- 1988-02-19 JP JP63038154A patent/JPH01214271A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0637123A1 (fr) * | 1993-07-30 | 1995-02-01 | CROUZET Automatismes | Moteur à ondes acoustiques de surface |
| FR2708790A1 (fr) * | 1993-07-30 | 1995-02-10 | Crouzet Automatismes | Moteur à ondes acoustiques de surface. |
| US5493164A (en) * | 1993-07-30 | 1996-02-20 | Crouzet Automatismes S.A. | Surface acoustic wave motor |
| JP2003047267A (ja) * | 2001-08-01 | 2003-02-14 | Toyama Shigeki | トルクが向上された積層サンドイッチ型超音波モータ |
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