JP2000333477A - 超音波モータ - Google Patents
超音波モータInfo
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- JP2000333477A JP2000333477A JP11136610A JP13661099A JP2000333477A JP 2000333477 A JP2000333477 A JP 2000333477A JP 11136610 A JP11136610 A JP 11136610A JP 13661099 A JP13661099 A JP 13661099A JP 2000333477 A JP2000333477 A JP 2000333477A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 超音波モータの高出力化を容易に達成する。
【解決手段】 第1及び第2電極部間の位相のずれを設
定次数の波長の1/4とし、各電極部をそれぞれ同数の
電極数で分割し、その分割された各分割電極部2a・2
b・3a・3bを第1及び第2電極部が交互になるよう
に配設し、かつそれぞれの周方向間隔を等しく(λ/
4)した。 【効果】 進行波を発生させるための第1及び第2電極
部を周方向に交互に幾何学的に均等に配設したことか
ら、第1及び第2電極部の各分割電極部の間の周方向間
隔が全て等しくなり、固定子の振幅分布のばらつきが小
さくなるため、高出力化が可能になる。
定次数の波長の1/4とし、各電極部をそれぞれ同数の
電極数で分割し、その分割された各分割電極部2a・2
b・3a・3bを第1及び第2電極部が交互になるよう
に配設し、かつそれぞれの周方向間隔を等しく(λ/
4)した。 【効果】 進行波を発生させるための第1及び第2電極
部を周方向に交互に幾何学的に均等に配設したことか
ら、第1及び第2電極部の各分割電極部の間の周方向間
隔が全て等しくなり、固定子の振幅分布のばらつきが小
さくなるため、高出力化が可能になる。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、超音波モータに関
するものである。
するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、円形弾性体に圧電体を貼り付けて
固定子とし、その圧電体に90度位相のずれた2相の高
周波電圧を入力して弾性体に進行波を生じさせ、その弾
性体に所定の押圧力をもって同軸的に回転子を接触させ
ることにより、回転子を回転させて駆動力を取り出すよ
うにした超音波モータがある。そのような構造の超音波
モータにおいて可逆回転可能にしたものの固定子の一例
を図6に示す。
固定子とし、その圧電体に90度位相のずれた2相の高
周波電圧を入力して弾性体に進行波を生じさせ、その弾
性体に所定の押圧力をもって同軸的に回転子を接触させ
ることにより、回転子を回転させて駆動力を取り出すよ
うにした超音波モータがある。そのような構造の超音波
モータにおいて可逆回転可能にしたものの固定子の一例
を図6に示す。
【0003】図6において、円環状圧電素子の一方の面
(表面)に正逆転用のA相分極部14及びB相分極部1
5を直径に対して左右対称に配設した円環状の圧電ユニ
ット11を形成し、その圧電ユニット11に円環状弾性
体12を同軸的に貼り付けて固定子が構成される。その
弾性体12には共振部としてのくし歯12aが周方向に
設けられており、そのくし歯12aに回転子としてのロ
ータ13を弾発的に接触させて、進行波型の超音波モー
タが構成される。
(表面)に正逆転用のA相分極部14及びB相分極部1
5を直径に対して左右対称に配設した円環状の圧電ユニ
ット11を形成し、その圧電ユニット11に円環状弾性
体12を同軸的に貼り付けて固定子が構成される。その
弾性体12には共振部としてのくし歯12aが周方向に
設けられており、そのくし歯12aに回転子としてのロ
ータ13を弾発的に接触させて、進行波型の超音波モー
タが構成される。
【0004】上記超音波モータにあっては、正転/逆転
は2相(A・B相)の位相差によって切り替えられる。
例えばA相に対してB相を1/4周期進ませることで正
転、A相に対してB相を1/4周期遅らせることで逆転
となる。
は2相(A・B相)の位相差によって切り替えられる。
例えばA相に対してB相を1/4周期進ませることで正
転、A相に対してB相を1/4周期遅らせることで逆転
となる。
【0005】例えば設定次数を9次にしたものを図7に
示すが、図7(a)に示されるように、A相分極部14
とB相分極部15との各電極を交互に極性を変えて9次
の波形の半波長に相当する長さで周方向に配設すると共
に、両分極部14・15の図における上側の間隔を上記
した1/4周期遅らせるために1/4波長(λ/4)開
けている。なお、図7(b)に示されるように、圧電ユ
ニット11の裏面には各分極部14・15に対応する弧
状のA相配線パターン16a及びB相配線パターン16
bが設けられている。各配線パターン16a・16bに
ドライバ17からの所定の高周波電圧が印加されると、
圧電ユニット11に90度位相がずれた各定在波が発生
し、両波の重ね合わせで進行波が生じる。なお、両分極
部14・15の図における下側の間隔は3/4波長にな
る。
示すが、図7(a)に示されるように、A相分極部14
とB相分極部15との各電極を交互に極性を変えて9次
の波形の半波長に相当する長さで周方向に配設すると共
に、両分極部14・15の図における上側の間隔を上記
した1/4周期遅らせるために1/4波長(λ/4)開
けている。なお、図7(b)に示されるように、圧電ユ
ニット11の裏面には各分極部14・15に対応する弧
状のA相配線パターン16a及びB相配線パターン16
bが設けられている。各配線パターン16a・16bに
ドライバ17からの所定の高周波電圧が印加されると、
圧電ユニット11に90度位相がずれた各定在波が発生
し、両波の重ね合わせで進行波が生じる。なお、両分極
部14・15の図における下側の間隔は3/4波長にな
る。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上記した超音波モータ
では設定次数の9次に隣接する8次及び10次の周波数
でも共振してしまい、それにより、図8に示されるよう
に各歯12aの各振幅のばらつきが大きいという問題が
判明した。なお、図8では、横軸にくし歯12aの歯の
1つずつの位置を示し、縦軸に各歯の振幅の大きさを示
している。
では設定次数の9次に隣接する8次及び10次の周波数
でも共振してしまい、それにより、図8に示されるよう
に各歯12aの各振幅のばらつきが大きいという問題が
判明した。なお、図8では、横軸にくし歯12aの歯の
1つずつの位置を示し、縦軸に各歯の振幅の大きさを示
している。
【0007】上記各歯12aの各振幅のばらつきが大き
いというのは、B相分極部15に所定の高周波電圧を印
加した場合の8次・9次・10次の各波形の状態を示し
た図9に示されるように、B相分極部15の端部付近を
節とした場合に、B相分極部15の両端部付近の間に、
設定次数の9次はもちろんのこと、隣接する8次及び1
0次のものにおいても半波長が整数個入ることによる。
そのため、高出力化が困難であるという問題がある。
いというのは、B相分極部15に所定の高周波電圧を印
加した場合の8次・9次・10次の各波形の状態を示し
た図9に示されるように、B相分極部15の端部付近を
節とした場合に、B相分極部15の両端部付近の間に、
設定次数の9次はもちろんのこと、隣接する8次及び1
0次のものにおいても半波長が整数個入ることによる。
そのため、高出力化が困難であるという問題がある。
【0008】
【課題を解決するための手段】このような課題を解決し
て、高出力化を容易に達成し得ることを実現するため
に、本発明に於いては、周方向にそれぞれ分極された第
1分極部と第2分極部とを有する円環状圧電素子を貼り
付けた円環状弾性体からなる固定子と、前記固定子に同
軸的に設けられかつ軸線方向に押圧されて前記弾性体に
接触する回転子とを有する超音波モータであって、前記
各分極部をそれぞれさらに分割すると共に、前記第1分
極部から分割された第1分割分極部と前記第2分極部か
ら分割された第2分割分極部とを交互に配設するものと
した。
て、高出力化を容易に達成し得ることを実現するため
に、本発明に於いては、周方向にそれぞれ分極された第
1分極部と第2分極部とを有する円環状圧電素子を貼り
付けた円環状弾性体からなる固定子と、前記固定子に同
軸的に設けられかつ軸線方向に押圧されて前記弾性体に
接触する回転子とを有する超音波モータであって、前記
各分極部をそれぞれさらに分割すると共に、前記第1分
極部から分割された第1分割分極部と前記第2分極部か
ら分割された第2分割分極部とを交互に配設するものと
した。
【0009】これによれば、円環状弾性体に進行波を発
生させるための第1及び第2分極部がそれぞれさらに分
割されて各複数の分割分極部が設けられ、それら各分割
分極部同士が周方向に交互に配設されることから、設定
次数に隣接する次数の共振をし難くすることができる。
生させるための第1及び第2分極部がそれぞれさらに分
割されて各複数の分割分極部が設けられ、それら各分割
分極部同士が周方向に交互に配設されることから、設定
次数に隣接する次数の共振をし難くすることができる。
【0010】また、前記第1分割分極部と前記第2分割
分極部とをそれぞれ2ずつ設け、かつ前記各分割分極部
間の周方向間隔を全て等しくすることにより、分割分極
部の各分極長さを半波長(λ/2)にすると共に各分割
分極部間の周方向間隔を全てλ/4にすることができ、
各分割分極部間に空白部分を無くすことができ、共振時
のばらつきを極力無くすことができる。
分極部とをそれぞれ2ずつ設け、かつ前記各分割分極部
間の周方向間隔を全て等しくすることにより、分割分極
部の各分極長さを半波長(λ/2)にすると共に各分割
分極部間の周方向間隔を全てλ/4にすることができ、
各分割分極部間に空白部分を無くすことができ、共振時
のばらつきを極力無くすことができる。
【0011】
【発明の実施の形態】以下に添付の図面に示された具体
例に基づいて本発明の実施の形態について詳細に説明す
る。
例に基づいて本発明の実施の形態について詳細に説明す
る。
【0012】図1は、本発明が適用された超音波モータ
の固定子を構成する圧電ユニット1の電極を示す図であ
り、図1(a)は従来例の図7(a)に対応し、図1
(b)は同様に図7(b)に対応する。また、本圧電ユ
ニット1を用いる超音波モータの他の要素は(円環状弾
性体12やロータ13など)従来例の図6と同様であっ
て良く、その詳細な説明は省略する。
の固定子を構成する圧電ユニット1の電極を示す図であ
り、図1(a)は従来例の図7(a)に対応し、図1
(b)は同様に図7(b)に対応する。また、本圧電ユ
ニット1を用いる超音波モータの他の要素は(円環状弾
性体12やロータ13など)従来例の図6と同様であっ
て良く、その詳細な説明は省略する。
【0013】円環状の圧電ユニット1に環状に配設され
た第1及び第2分極部としてのA相分極部及びB相分極
部は、図1(a)に示されるように圧電ユニット1の中
心に対してそれぞれ点対称に配設された各一対の分割分
極部同士により構成されている。A相分極部が第1分割
分極部としての第1A相分極部2aと第2A相分極部2
bとからなり、B相電極部が第2分割分極部としての第
1B相分極部3aと第2B相分極部3bとからなる。
た第1及び第2分極部としてのA相分極部及びB相分極
部は、図1(a)に示されるように圧電ユニット1の中
心に対してそれぞれ点対称に配設された各一対の分割分
極部同士により構成されている。A相分極部が第1分割
分極部としての第1A相分極部2aと第2A相分極部2
bとからなり、B相電極部が第2分割分極部としての第
1B相分極部3aと第2B相分極部3bとからなる。
【0014】それら各分極部2a・2b・3a・3bに
はそれぞれ周方向に4つの電極が並べられており、各電
極は、9次の波を発生させた際の半波長(λ/2)に相
当する周方向長さをもってかつ極性を交互に逆転させて
配設されている。そして、各分極部2a・2b・3a・
3b同士が周方向に1/4波長(λ/4)の長さの間隔
をもってそれぞれ分離されている。
はそれぞれ周方向に4つの電極が並べられており、各電
極は、9次の波を発生させた際の半波長(λ/2)に相
当する周方向長さをもってかつ極性を交互に逆転させて
配設されている。そして、各分極部2a・2b・3a・
3b同士が周方向に1/4波長(λ/4)の長さの間隔
をもってそれぞれ分離されている。
【0015】なお、図1(b)に示されるように、圧電
ユニット1の裏面には各分極部2a・2b・3a・3b
に対応する弧状のA相配線パターン4a・4b及びB相
配線パターン5a・5bが設けられている。従来例と同
様に、各配線パターン4a・4b・5a・5bにドライ
バ6からの所定の高周波電圧が印加されると、圧電ユニ
ット1に90度位相がずれた各波が発生し、両波の重ね
合わせで進行波が生じる。
ユニット1の裏面には各分極部2a・2b・3a・3b
に対応する弧状のA相配線パターン4a・4b及びB相
配線パターン5a・5bが設けられている。従来例と同
様に、各配線パターン4a・4b・5a・5bにドライ
バ6からの所定の高周波電圧が印加されると、圧電ユニ
ット1に90度位相がずれた各波が発生し、両波の重ね
合わせで進行波が生じる。
【0016】上記したように90度ピッチで4分割され
た各分極部2a・2b・3a・3bが配設されているこ
とから、一方の例えば両A相分極部2a・2bについて
見ると、両者の間には、他方の各B相分極部3a・3b
の周方向長さλ/2の電極が同数(4個)存在すると共
に電極の半分の周方向長さからなる間隔(λ/4)が2
箇所あることから、一対のA相分極部2a・2bの間に
は9次の波形の半波長(λ/2)が整数個入ることにな
る。これにより、図2の実線に示されるように、9次の
波が、第1B相分極部3aから第2B相分極部3bに連
続し得る。これは両A相分極部2a・2bにあっても同
じである。
た各分極部2a・2b・3a・3bが配設されているこ
とから、一方の例えば両A相分極部2a・2bについて
見ると、両者の間には、他方の各B相分極部3a・3b
の周方向長さλ/2の電極が同数(4個)存在すると共
に電極の半分の周方向長さからなる間隔(λ/4)が2
箇所あることから、一対のA相分極部2a・2bの間に
は9次の波形の半波長(λ/2)が整数個入ることにな
る。これにより、図2の実線に示されるように、9次の
波が、第1B相分極部3aから第2B相分極部3bに連
続し得る。これは両A相分極部2a・2bにあっても同
じである。
【0017】また、各分極部2a・2b・3a・3bが
周方向に均等に配設されていることから、完全に幾何学
的バランスの取れたA相−B相−A相−B相からなる分
極パターンとすることができる。これにより、従来例で
示した図8と同一目盛で示す図3に示されるように、固
定子のくし歯における各歯の振幅のばらつきが小さくな
った。
周方向に均等に配設されていることから、完全に幾何学
的バランスの取れたA相−B相−A相−B相からなる分
極パターンとすることができる。これにより、従来例で
示した図8と同一目盛で示す図3に示されるように、固
定子のくし歯における各歯の振幅のばらつきが小さくな
った。
【0018】また図4に、本実施の形態における9次の
設定次数に対する前後の各2次数の波形を示す。図の中
段に示される9次の波形は、設定次数であることから、
第1B相分極部3aの両端部に節を有し、半波長(λ/
2)が整数個入っている。それに対して、1次違いの1
0次及び8次の各波形共、節を第1B相3aの一方の端
部に合わせると、他方の端部に対して半波長の約半分ほ
ど節がずれている。そのため、10次及び8次共、共振
が成立しない。
設定次数に対する前後の各2次数の波形を示す。図の中
段に示される9次の波形は、設定次数であることから、
第1B相分極部3aの両端部に節を有し、半波長(λ/
2)が整数個入っている。それに対して、1次違いの1
0次及び8次の各波形共、節を第1B相3aの一方の端
部に合わせると、他方の端部に対して半波長の約半分ほ
ど節がずれている。そのため、10次及び8次共、共振
が成立しない。
【0019】9次に対して2次離れた11次及び7次の
波形は、図4の上段及び下段に示されているように、節
を第1B相3aの一方の端部に合わせると、他方の端部
付近に節が位置し、共振が発生する。しかしながら、9
次に対して11次及び7次が共振しても、その影響は図
5に示されるように10次及び8次程大きくはないた
め、温度変化などにより設定次数以外の次数で共振して
逆向きの進行波が発生することを防止でき、モータの逆
転等の問題を解消できる。
波形は、図4の上段及び下段に示されているように、節
を第1B相3aの一方の端部に合わせると、他方の端部
付近に節が位置し、共振が発生する。しかしながら、9
次に対して11次及び7次が共振しても、その影響は図
5に示されるように10次及び8次程大きくはないた
め、温度変化などにより設定次数以外の次数で共振して
逆向きの進行波が発生することを防止でき、モータの逆
転等の問題を解消できる。
【0020】このように、上記した振幅のばらつきの低
減と、設定次数の近接次数の共振防止とにより、モータ
の高出力化が可能になり、同一形状の固定子及び回転子
を用いた場合でモータ出力を4Wから6Wにすることが
できた。
減と、設定次数の近接次数の共振防止とにより、モータ
の高出力化が可能になり、同一形状の固定子及び回転子
を用いた場合でモータ出力を4Wから6Wにすることが
できた。
【0021】なお、本実施の形態では9次を設定次数に
した場合を示したが、設定次数は任意であり、9次に限
定されるものではない。例えば4分割の場合には、電極
の長さを半波長(λ/2)として各相に整数(N)個の
電極を並べることにより、(2N+1)次の次数を設定
することができる。また、全周を4分割して各一対のA
相及びB相分極部を配設したが、分割数も4分割に限定
されるものではない。
した場合を示したが、設定次数は任意であり、9次に限
定されるものではない。例えば4分割の場合には、電極
の長さを半波長(λ/2)として各相に整数(N)個の
電極を並べることにより、(2N+1)次の次数を設定
することができる。また、全周を4分割して各一対のA
相及びB相分極部を配設したが、分割数も4分割に限定
されるものではない。
【0022】
【発明の効果】このように本発明によれば、進行波を発
生させるための第1及び第2分極部をそれぞれ分割する
と共に、各分割分極部を周方向に交互に配設することに
より、進行波を発生させるための第1及び第2分極部を
それぞれ2分割以上に分割することになるため、設定次
数に隣接する次数での共振をし難くしてその隣接次数の
共振による影響を無くすことができ、高出力が可能にな
る。また、各分割分極部を2つずつにしかつ各周方向間
隔をそれぞれ等しくすることにより、各分割分極部が幾
何学的に均等に配設されて、固定子の振幅分布のばらつ
きが小さくなり、より一層の高出力化が可能になる。
生させるための第1及び第2分極部をそれぞれ分割する
と共に、各分割分極部を周方向に交互に配設することに
より、進行波を発生させるための第1及び第2分極部を
それぞれ2分割以上に分割することになるため、設定次
数に隣接する次数での共振をし難くしてその隣接次数の
共振による影響を無くすことができ、高出力が可能にな
る。また、各分割分極部を2つずつにしかつ各周方向間
隔をそれぞれ等しくすることにより、各分割分極部が幾
何学的に均等に配設されて、固定子の振幅分布のばらつ
きが小さくなり、より一層の高出力化が可能になる。
【図1】(a)は本発明に基づく圧電ユニットの分極部
の配置を示す図であり、(b)は圧電ユニットの配線パ
ターンを示す図である。
の配置を示す図であり、(b)は圧電ユニットの配線パ
ターンを示す図である。
【図2】本発明に基づく設定次数を9次にした場合の波
形を示す図。
形を示す図。
【図3】弾性体12のくし歯12aの振幅分布を示す
図。
図。
【図4】本発明に基づく設定次数(9次)の前後各2次
の各波形を示す図。
の各波形を示す図。
【図5】本発明に基づく設定次数(9次)の前後各2次
の振幅の大きさを示す図。
の振幅の大きさを示す図。
【図6】従来の超音波モータの構造を示す要部斜視図。
【図7】(a)は従来の圧電ユニットの分極部の配置を
示す図であり、(b)はその圧電ユニットの配線パター
ンを示す図である。
示す図であり、(b)はその圧電ユニットの配線パター
ンを示す図である。
【図8】従来の弾性体12のくし歯12aの振幅分布を
示す図。
示す図。
【図9】従来の設定次数を9次にした場合の設定次数及
びその前後の次数の各波形を示す図。
びその前後の次数の各波形を示す図。
1 圧電ユニット 2a 第1A相分極部、2b 第2A相分極部 3a 第1B相分極部、3b 第2B相分極部 4a・4b A相配線パターン 5a・5b B相配線パターン 11 圧電ユニット 12 弾性体、12a くし歯 13 ロータ 14・15 分極部 16a・16b 配線パターン
フロントページの続き (72)発明者 斎藤 淳一 群馬県桐生市広沢町1丁目2681番地 株式 会社ミツバ内 Fターム(参考) 5H680 AA01 AA08 BB03 BB16 CC07 DD01 DD23 DD35 DD39 DD53 DD66 DD87 DD92 DD97 FF08 FF33
Claims (2)
- 【請求項1】 周方向にそれぞれ分極された第1分極部
と第2分極部とを有する円環状圧電素子を貼り付けた円
環状弾性体からなる固定子と、前記固定子に同軸的に設
けられかつ軸線方向に押圧されて前記弾性体に接触する
回転子とを有する超音波モータであって、 前記各分極部をそれぞれさらに分割すると共に、前記第
1分極部から分割された第1分割分極部と前記第2分極
部から分割された第2分割分極部とを交互に配設したこ
とを特徴とする超音波モータ。 - 【請求項2】 前記第1分割分極部と前記第2分割分極
部とをそれぞれ2つずつ設け、かつ前記各分割分極部間
の周方向間隔を全て等しくしたことを特徴とする請求項
1に記載の超音波モータ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11136610A JP2000333477A (ja) | 1999-05-18 | 1999-05-18 | 超音波モータ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11136610A JP2000333477A (ja) | 1999-05-18 | 1999-05-18 | 超音波モータ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000333477A true JP2000333477A (ja) | 2000-11-30 |
Family
ID=15179333
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP11136610A Pending JP2000333477A (ja) | 1999-05-18 | 1999-05-18 | 超音波モータ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2000333477A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6952073B2 (en) | 2002-04-18 | 2005-10-04 | Canon Kabushiki Kaisha | Vibration wave driving apparatus, vibration member and driving system for the vibration wave driving apparatus |
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