JPS62135278A - 超音波振動子の駆動方法 - Google Patents
超音波振動子の駆動方法Info
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- JPS62135278A JPS62135278A JP60271643A JP27164385A JPS62135278A JP S62135278 A JPS62135278 A JP S62135278A JP 60271643 A JP60271643 A JP 60271643A JP 27164385 A JP27164385 A JP 27164385A JP S62135278 A JPS62135278 A JP S62135278A
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- JP
- Japan
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- diaphragm
- axial direction
- vibration
- electrostrictive element
- vibrator
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- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 11
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 abstract 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000013013 elastic material Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000005476 soldering 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
- H02N2/0005—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing non-specific motion; Details common to machines covered by H02N2/02 - H02N2/16
- H02N2/001—Driving devices, e.g. vibrators
- H02N2/003—Driving devices, e.g. vibrators using longitudinal or radial modes combined with bending modes
- H02N2/004—Rectangular vibrators
-
- 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
- H02N2/026—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors by pressing one or more vibrators against the driven body
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〕
本発明は超音波モータに適用して有用な超音波振動子の
駆動方法に関するものである。
駆動方法に関するものである。
従来、軸方向に共振振動する縦形振動子に、軸方向振動
をねじり方向に変換する変換部材を一体に設け、得られ
た出力端部の楕円振動によるロータなどの回転体や移動
体との摩擦接触によって駆動する超音波モータが知られ
ている。
をねじり方向に変換する変換部材を一体に設け、得られ
た出力端部の楕円振動によるロータなどの回転体や移動
体との摩擦接触によって駆動する超音波モータが知られ
ている。
その−例として特公昭５９ ３７６７２号公報に記載さ
れた超音波振動を利用した回転駆動装置を用いたものが
ある。この回転駆動装置は、ケーシング本体内に、単数
または複数の超音波振動子の一端面に設けられた振動板
と１回転軸の一端面とを対向配置し、両者間に回転軸の
軸方向に対して傾斜角度を有する振動片の回転軸または
１辰動板のいずれか一方と一体形成することにより、超
音波振動子の往復運動を回転軸の回転運動に変換するこ
とを特徴とするものであって、軸方向振動子の出力端部
に振動片を設け、ロータなどの可動部材の接台面の法線
を振動子の軸と僅かに傾斜させて加圧すると、振動片先
端部が楕円振動を生じてロータなど可動部材を摩擦ツｊ
勅するようにしたものである。
れた超音波振動を利用した回転駆動装置を用いたものが
ある。この回転駆動装置は、ケーシング本体内に、単数
または複数の超音波振動子の一端面に設けられた振動板
と１回転軸の一端面とを対向配置し、両者間に回転軸の
軸方向に対して傾斜角度を有する振動片の回転軸または
１辰動板のいずれか一方と一体形成することにより、超
音波振動子の往復運動を回転軸の回転運動に変換するこ
とを特徴とするものであって、軸方向振動子の出力端部
に振動片を設け、ロータなどの可動部材の接台面の法線
を振動子の軸と僅かに傾斜させて加圧すると、振動片先
端部が楕円振動を生じてロータなど可動部材を摩擦ツｊ
勅するようにしたものである。
また、第８図に示すような超音波モータもある。
この超音波モータは、縦形振動子６０と、一方の面に幅
の広い溝６１を設け、他方の面に前記溝６１とある角度
をもって梁状突起６２を設けたねじり変換体６３を一体
に締着し、前記梁状突８６２の中央に設けられた雌ねじ
に螺合するポル１へ６４とコイルばね６５によりロータ
６Ｇを梁状突起６２に押圧させたもので、縦振動がねじ
り変換体６３に加わると、該変換体６３曲げ振動を生じ
、そのたわみ角に応じて梁状突起６２はその両端で逆方
向に１屯き、図中矢印の方向の楕円振動を発生するため
、それに接するロータＧ６は矢印６７のように時計方向
に回転するものである。
の広い溝６１を設け、他方の面に前記溝６１とある角度
をもって梁状突起６２を設けたねじり変換体６３を一体
に締着し、前記梁状突８６２の中央に設けられた雌ねじ
に螺合するポル１へ６４とコイルばね６５によりロータ
６Ｇを梁状突起６２に押圧させたもので、縦振動がねじ
り変換体６３に加わると、該変換体６３曲げ振動を生じ
、そのたわみ角に応じて梁状突起６２はその両端で逆方
向に１屯き、図中矢印の方向の楕円振動を発生するため
、それに接するロータＧ６は矢印６７のように時計方向
に回転するものである。
〔発明が解決しようとする問題点〕
然しながら、従来の上記のような超音波モータにあって
は、変換部材の構造によって楕円振動姿態は一律に決ま
ってしまい、その回転方向の制御や、移動体との最適な
駆動条件、即ち最大の摩擦係数と最小の摩耗で最大のト
ルクをもって駆すノする楕円形状の制御が不可能である
。
は、変換部材の構造によって楕円振動姿態は一律に決ま
ってしまい、その回転方向の制御や、移動体との最適な
駆動条件、即ち最大の摩擦係数と最小の摩耗で最大のト
ルクをもって駆すノする楕円形状の制御が不可能である
。
本発明は、上述のような従来技術の問題点を解決するこ
とを目的として鋭、σ；研究の結果、超音波振動子の駆
動方法を従来方法と変えることにより達成出来ることを
知得し、完成したもので、その第一発明の構成は、振動
板の両側面に電歪素子板を装着して成る超音波振動子に
おいて、前記振動板の出力端面がその軸方向またはたわ
み方向の直線振動と軸方向及びたわみ方向に軸をもつ円
または楕円振動をなすように、前記各電歪素子板に相対
位相の制御された駆動電圧を印加することを特徴とする
ものであり、また、第二発明の構成は、振動板の両側面
に電歪素子板を装着して成る超音波振動子において、前
記振動板の出力端面がその軸方向またはたわみ方向の直
線振動と軸方向及びたわみ方向に軸をもち幅方向両端部
または軸方向両端部が互に逆方向の円または楕円振動を
なすように、前記各電歪索子板に相対位相の制御された
駆動電圧を印加することを特徴とするものである。
とを目的として鋭、σ；研究の結果、超音波振動子の駆
動方法を従来方法と変えることにより達成出来ることを
知得し、完成したもので、その第一発明の構成は、振動
板の両側面に電歪素子板を装着して成る超音波振動子に
おいて、前記振動板の出力端面がその軸方向またはたわ
み方向の直線振動と軸方向及びたわみ方向に軸をもつ円
または楕円振動をなすように、前記各電歪素子板に相対
位相の制御された駆動電圧を印加することを特徴とする
ものであり、また、第二発明の構成は、振動板の両側面
に電歪素子板を装着して成る超音波振動子において、前
記振動板の出力端面がその軸方向またはたわみ方向の直
線振動と軸方向及びたわみ方向に軸をもち幅方向両端部
または軸方向両端部が互に逆方向の円または楕円振動を
なすように、前記各電歪索子板に相対位相の制御された
駆動電圧を印加することを特徴とするものである。
次に本発明の実施例を図に拠り説明する。
第１図に示すものは、全屈などの弾性体から成る矩形状
振動板■の長さ方向中央部両面に、厚さ方向に分極され
その両面に電極の設けられた電歪索子板２及び３を導電
性接着剤などで接着したものであり、電歪素子板２の一
方の電極４及び電歪素子板３の一方の電極５から半田付
けなどで接続されたリード端子６及び７が引出され、そ
れぞ九の電歪索子板２及び３の他方の電極はｍ動板ｌと
電気的に接続されて共通リード端子８として取出される
。
振動板■の長さ方向中央部両面に、厚さ方向に分極され
その両面に電極の設けられた電歪索子板２及び３を導電
性接着剤などで接着したものであり、電歪素子板２の一
方の電極４及び電歪素子板３の一方の電極５から半田付
けなどで接続されたリード端子６及び７が引出され、そ
れぞ九の電歪索子板２及び３の他方の電極はｍ動板ｌと
電気的に接続されて共通リード端子８として取出される
。
上記のように構成された超音波振動子は、そのリード端
子６及び７を並列に接続して共通リード端子８との間に
交流電圧を印加し、その周波数を振動板ｌの長さ方向共
振周波数に調節すると、従来よく知られているように、
振動板１の両端面９及びｌＯが最大変位をもって軸方向
に共振回動する。
子６及び７を並列に接続して共通リード端子８との間に
交流電圧を印加し、その周波数を振動板ｌの長さ方向共
振周波数に調節すると、従来よく知られているように、
振動板１の両端面９及びｌＯが最大変位をもって軸方向
に共振回動する。
第２図は第１図に示した振動子の側面図と振動板１の一
端面９の振動姿態を示したもので、前記の軸方向共振振
動状態での振動姿態はｄのように表わされる。
端面９の振動姿態を示したもので、前記の軸方向共振振
動状態での振動姿態はｄのように表わされる。
上記の振動子において、そのリード端子６及び７と共通
リード端子８との間に互に位相を制御出来る駆動電源を
接続し、その駆動周波数を軸方向共振周波数に調節して
おいて、リード端子６に印加する駆動電圧に対し、リー
ド端子７の駆動電圧の位相を進めると、Ｃのように時計
方向で軸方向を長軸とする楕円振動を発生し、その位相
差を増加して行くと、ｂのように円振動となり、更に。
リード端子８との間に互に位相を制御出来る駆動電源を
接続し、その駆動周波数を軸方向共振周波数に調節して
おいて、リード端子６に印加する駆動電圧に対し、リー
ド端子７の駆動電圧の位相を進めると、Ｃのように時計
方向で軸方向を長軸とする楕円振動を発生し、その位相
差を増加して行くと、ｂのように円振動となり、更に。
位相差を増大させると、ａのように軸方向を短軸とする
楕円振動に振動姿態は変化して行く。
楕円振動に振動姿態は変化して行く。
また、逆にリード端子７の位相を遅らせると。
その位相差の増加に伴って、ｅ＋ Ｅ＋ ｇのように
その回転方向は反時計方向に反転して前記と同様に振動
姿態が変化して行くのである。
その回転方向は反時計方向に反転して前記と同様に振動
姿態が変化して行くのである。
一方、第１図に示した振動子において、リード端子６及
び７に印加する交Ｊε電圧の位相差を１８０度即ち位相
を反転させて、その周波数をたわみ振動周波数に合せる
と、振動板ｌの端面９及び１０は第３図に示すように、
たわみ方向即ち軸と直角方向に直線状に振動する。そこ
で、その位相差１８０度を基準として、リード端子６及
び７に印加する交流電圧の位相差をさらに進相或は遅相
させると、Ｃ′或はＣ′のように、たわみ方向を長軸と
する時計方向或は反時計方向の楕円振動をなし、さらに
その位相差を増加すると ｂ ｌ 、 ａ ｌ、戒はｆ
、ｇ”のように振動姿態が変化して行くのである。
び７に印加する交Ｊε電圧の位相差を１８０度即ち位相
を反転させて、その周波数をたわみ振動周波数に合せる
と、振動板ｌの端面９及び１０は第３図に示すように、
たわみ方向即ち軸と直角方向に直線状に振動する。そこ
で、その位相差１８０度を基準として、リード端子６及
び７に印加する交流電圧の位相差をさらに進相或は遅相
させると、Ｃ′或はＣ′のように、たわみ方向を長軸と
する時計方向或は反時計方向の楕円振動をなし、さらに
その位相差を増加すると ｂ ｌ 、 ａ ｌ、戒はｆ
、ｇ”のように振動姿態が変化して行くのである。
第４図に示すものは、矩形状振動板１１の長さ方向中央
部に設けられた電歪素子板１２及び１３の外面側電極板
を軸方向中心で電極１４及び１５と電極１６及び１７に
分割し、それぞれの電極からリード端子１８゜１９、２
０及び２１を、さらに振動板１１から共通リード端子２
２を導出した超音波振動子であって、そのリード端子１
９と２１．１８と２０即ち対角位置の電極同士をそれぞ
れ並列に接続して互に位相を制御出来る駆！Ｉ！ｌＪ電
源に接続し、その駆動周波数を軸方向共振周波数に合せ
てリード端子１９と２１に印加する駆動電圧に対して、
リード端子１８と２０の位相を進ませると、振動板１１
の四隅の振ｍＩ姿態は矢印に示すように、幅方向両端で
はその回転方向が反転した１各円振動をなすのである。
部に設けられた電歪素子板１２及び１３の外面側電極板
を軸方向中心で電極１４及び１５と電極１６及び１７に
分割し、それぞれの電極からリード端子１８゜１９、２
０及び２１を、さらに振動板１１から共通リード端子２
２を導出した超音波振動子であって、そのリード端子１
９と２１．１８と２０即ち対角位置の電極同士をそれぞ
れ並列に接続して互に位相を制御出来る駆！Ｉ！ｌＪ電
源に接続し、その駆動周波数を軸方向共振周波数に合せ
てリード端子１９と２１に印加する駆動電圧に対して、
リード端子１８と２０の位相を進ませると、振動板１１
の四隅の振ｍＩ姿態は矢印に示すように、幅方向両端で
はその回転方向が反転した１各円振動をなすのである。
その振動状態を理解しやすくするために示したものが第
５図で、振動板１１の厚み方向最大変位状態を点線で表
わしている。
５図で、振動板１１の厚み方向最大変位状態を点線で表
わしている。
即ち、ある半周期には中心軸に対して幅方向右半分が上
向きに、同じく左半分が下向きに反り返り、次の半周期
には互に逆向きに反転しながらそれと９０度の位相差を
もって軸方向の伸縮を行なっている。
向きに、同じく左半分が下向きに反り返り、次の半周期
には互に逆向きに反転しながらそれと９０度の位相差を
もって軸方向の伸縮を行なっている。
ただし、ここでは理解しやすく説明するために第一次の
たわみ振動で例示したが、実際にはさらに高次のたわみ
振動である。
たわみ振動で例示したが、実際にはさらに高次のたわみ
振動である。
更に、第６図は第４図と同じ構成でリード１５子の組合
せを変えたものであり、リード端子１９と２０゜１８と
２１をそれぞれ並列に接続し、リード」“Ｐ子１８と２
１に対してリード端子１９と２０に印加する駆動電圧を
進相させると、上記と同様の原理により幅方向両端は矢
印のようにそれぞれの面で一様に楕円振動を行なう。
せを変えたものであり、リード端子１９と２０゜１８と
２１をそれぞれ並列に接続し、リード」“Ｐ子１８と２
１に対してリード端子１９と２０に印加する駆動電圧を
進相させると、上記と同様の原理により幅方向両端は矢
印のようにそれぞれの面で一様に楕円振動を行なう。
尚、第４図及び第６図に示した振動子については、振動
板の軸方向振動について説明したが、これら振動子の振
動板をたわみ方向に共振振動させた場合も、振動子の幅
方向両端は楕円振動を行なうのである。
板の軸方向振動について説明したが、これら振動子の振
動板をたわみ方向に共振振動させた場合も、振動子の幅
方向両端は楕円振動を行なうのである。
以上に述べた原理説明により明らかなように、振動板の
軸方向端面における振動姿ｆ序は、軸方向。
軸方向端面における振動姿ｆ序は、軸方向。
たわみ方向に、楕円及び円と回転方向を各電極板に印加
する交流電圧の位相関係により自由に制御出来る。
する交流電圧の位相関係により自由に制御出来る。
従って、超音波振動子を上記のように構成し、振動板の
出力端面をロータなどの回転体や移動体に圧接させて、
上記の駆動方法により前記振動子を（駆動するようにす
れば、その回転方向のｆｆ；ＩＪ御や回転体等との最適
な駆動条件即ち、最大の摩擦係数と最小の摩耗で、最大
の１ヘルクをもって駆動する楕円振動の形状の制御が可
能となるのである。
出力端面をロータなどの回転体や移動体に圧接させて、
上記の駆動方法により前記振動子を（駆動するようにす
れば、その回転方向のｆｆ；ＩＪ御や回転体等との最適
な駆動条件即ち、最大の摩擦係数と最小の摩耗で、最大
の１ヘルクをもって駆動する楕円振動の形状の制御が可
能となるのである。
囚に、第１図に示した振動子を用い、本発明方法により
それを駆動してリニアモータを構成する例について説明
すれば１次の通りである。
それを駆動してリニアモータを構成する例について説明
すれば１次の通りである。
即ち、第７図は第１図に示した超音波振動子における振
動板の出力側に１段部１ａを設けてステップホーン形状
の振動体１を構成し、前記振動板１の出力端面９の振動
姿態を図中矢印のように制御して対向するレールＲの面
に抑圧すると、超音波振動子は太矢印の方向に移動する
のである。
動板の出力側に１段部１ａを設けてステップホーン形状
の振動体１を構成し、前記振動板１の出力端面９の振動
姿態を図中矢印のように制御して対向するレールＲの面
に抑圧すると、超音波振動子は太矢印の方向に移動する
のである。
本発明は上述の通りであるから、超音波モータに使用す
る振動子の駆動方法として、極めて有用である。
る振動子の駆動方法として、極めて有用である。
第１図は通常の超音波振動子の斜視図、第２図及び第３
図は本発明方法により前記振動子を駆動する原理を説明
するための側面図、第４図は別の振動子の斜視図、第５
図は第４図の振動子の振動姿態の説明図、第６図は第４
図の振動子の駆動方法を変えた場合の振動姿態を示す斜
視図、第７図は本発明駆動方法を用いてリニアモータを
構成すろ原理を示す斜視図、第８図は従来の超音波モー
タの（１育成を示す斜視図である。
図は本発明方法により前記振動子を駆動する原理を説明
するための側面図、第４図は別の振動子の斜視図、第５
図は第４図の振動子の振動姿態の説明図、第６図は第４
図の振動子の駆動方法を変えた場合の振動姿態を示す斜
視図、第７図は本発明駆動方法を用いてリニアモータを
構成すろ原理を示す斜視図、第８図は従来の超音波モー
タの（１育成を示す斜視図である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 振動板の両側面に電歪素子板を装着して成る超音波
振動子において、前記振動板の出力端面がその軸方向ま
たはたわみ方向の直線振動と軸方向及びたわみ方向に軸
をもつ円または楕円振動をなすように、前記各電歪素子
板に相対位相の制御された駆動電圧を印加することを特
徴とする超音波振動子の駆動方法。 ２ 振動板の両側面に電歪素子板を装着して成る超音波
振動子において、前記振動板の出力端面がその軸方向ま
たはたわみ方向の直線振動と軸方向及びたわみ方向に軸
をもち幅方向両端部または軸方向両端部が互に逆方向の
円または楕円振動をなすように、前記各電歪素子板に相
対位相の制御された駆動電圧を印加することを特徴とす
る超音波振動子の駆動方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60271643A JPS62135278A (ja) | 1985-12-04 | 1985-12-04 | 超音波振動子の駆動方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60271643A JPS62135278A (ja) | 1985-12-04 | 1985-12-04 | 超音波振動子の駆動方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62135278A true JPS62135278A (ja) | 1987-06-18 |
Family
ID=17502907
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60271643A Pending JPS62135278A (ja) | 1985-12-04 | 1985-12-04 | 超音波振動子の駆動方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62135278A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63242178A (ja) * | 1987-03-28 | 1988-10-07 | Honda Denshi Kk | 超音波駆動装置 |
| US5345137A (en) * | 1991-04-08 | 1994-09-06 | Olympus Optical Co., Ltd. | Two-dimensionally driving ultrasonic motor |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5210975A (en) * | 1975-07-15 | 1977-01-27 | Ohkura Electric Co Ltd | Piezoelectric driving device |
| JPS59230473A (ja) * | 1983-06-13 | 1984-12-25 | Hitachi Ltd | 駆動装置 |
| JPS6091874A (ja) * | 1983-10-20 | 1985-05-23 | Showa Electric Wire & Cable Co Ltd | 超音波モ−タ |
-
1985
- 1985-12-04 JP JP60271643A patent/JPS62135278A/ja active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5210975A (en) * | 1975-07-15 | 1977-01-27 | Ohkura Electric Co Ltd | Piezoelectric driving device |
| JPS59230473A (ja) * | 1983-06-13 | 1984-12-25 | Hitachi Ltd | 駆動装置 |
| JPS6091874A (ja) * | 1983-10-20 | 1985-05-23 | Showa Electric Wire & Cable Co Ltd | 超音波モ−タ |
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| JPS63242178A (ja) * | 1987-03-28 | 1988-10-07 | Honda Denshi Kk | 超音波駆動装置 |
| US5345137A (en) * | 1991-04-08 | 1994-09-06 | Olympus Optical Co., Ltd. | Two-dimensionally driving ultrasonic motor |
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