JP2543160B2 - 円環形超音波モ―タ - Google Patents
円環形超音波モ―タInfo
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- JP2543160B2 JP2543160B2 JP63282916A JP28291688A JP2543160B2 JP 2543160 B2 JP2543160 B2 JP 2543160B2 JP 63282916 A JP63282916 A JP 63282916A JP 28291688 A JP28291688 A JP 28291688A JP 2543160 B2 JP2543160 B2 JP 2543160B2
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- Japan
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- wave
- vibration
- elastic
- ultrasonic motor
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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 本発明は圧電体の弾性振動を用いて駆動力を発生する
円環形超音波モータの構成に関するものである。
円環形超音波モータの構成に関するものである。
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弾
性振動を励振し、これを駆動力とした超音波モータが注
目されている。
性振動を励振し、これを駆動力と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
ついて詳細に説明する。
ついて詳細に説明する。
第３図は径方向１次、周方向３次以上の円環形超音波
モータの切り欠き斜視図であり、円環形の弾性体１に円
環形圧電体２を貼合せて振動体３を構成している。第４
図は円環形超音波モータの径方向１次の振動モードを用
いた時の振動姿態と振動変位を示す図である。４は耐磨
耗性材料の摩擦材、５は弾性体であり、互いに貼合せら
れて移動体６を構成している。移動体６は摩擦材４を介
して振動体３と接触している。圧電体２に電界を印加す
ると振動体３の周方向に曲げ振動の進行波が励起され、
移動体６を駆動する。尚、同図中の矢印は移動体６の回
転方向を示す。
モータの切り欠き斜視図であり、円環形の弾性体１に円
環形圧電体２を貼合せて振動体３を構成している。第４
図は円環形超音波モータの径方向１次の振動モードを用
いた時の振動姿態と振動変位を示す図である。４は耐磨
耗性材料の摩擦材、５は弾性体であり、互いに貼合せら
れて移動体６を構成している。移動体６は摩擦材４を介
して振動体３と接触している。圧電体２に電界を印加す
ると振動体３の周方向に曲げ振動の進行波が励起され、
移動体６を駆動する。尚、同図中の矢印は移動体６の回
転方向を示す。
第５図は第３図の超音波モータに使用した圧電体２の
電極構造の一例を示している。同図では円周方向に９波
の弾性波がのるようにしてある。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波長相当、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
（＝90度）の位相差を作るために設けている。電極Ａと
Ｂ内の隣り合う小電極部は互いに反対に厚み方向に分極
されている。圧電体２の弾性体１との接着面は、第５図
に示された面と反対の面であり、電極はベタ電極であ
る。使用時には、電極群ＡおよびＢは同図に斜線で示し
たように、それぞれ短絡して用いられる。
電極構造の一例を示している。同図では円周方向に９波
の弾性波がのるようにしてある。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波長相当、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
（＝90度）の位相差を作るために設けている。電極Ａと
Ｂ内の隣り合う小電極部は互いに反対に厚み方向に分極
されている。圧電体２の弾性体１との接着面は、第５図
に示された面と反対の面であり、電極はベタ電極であ
る。使用時には、電極群ＡおよびＢは同図に斜線で示し
たように、それぞれ短絡して用いられる。
以上のように構成された超音波モータの圧電体２の電
極ＡおよびＢに V1＝V0×sin（ωｔ） …（１） V2＝V0×cos（ωｔ） …（２） ただし、V0:電圧の瞬時値 ω：角周波数 t:時間 で表される電圧V1およびV2をそれぞれ印加すれば、振動
体３には ξ＝ξ０×（cos（ωｔ）×cos（kx） ＋sin（ωｔ）×sin（kx）） ＝ξ０×cos（ωｔ−kx） …（３） ただし ξ：曲げ振動の振幅値 ξ0:曲げ振動の瞬時値 k:波数（２π／λ） λ：波長 x:位置 で表せる、円周方向に進行する曲げ振動の進行波が励振
される。
極ＡおよびＢに V1＝V0×sin（ωｔ） …（１） V2＝V0×cos（ωｔ） …（２） ただし、V0:電圧の瞬時値 ω：角周波数 t:時間 で表される電圧V1およびV2をそれぞれ印加すれば、振動
体３には ξ＝ξ０×（cos（ωｔ）×cos（kx） ＋sin（ωｔ）×sin（kx）） ＝ξ０×cos（ωｔ−kx） …（３） ただし ξ：曲げ振動の振幅値 ξ0:曲げ振動の瞬時値 k:波数（２π／λ） λ：波長 x:位置 で表せる、円周方向に進行する曲げ振動の進行波が励振
される。
第６図は振動体３の表面のＡ点が進行波の励起によっ
て、長軸2w、短軸2uの楕円運動をし、振動体３上に加圧
して設置された移動体６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ｖ
＝ω×ｕの速度で運動する様子を示している。
て、長軸2w、短軸2uの楕円運動をし、振動体３上に加圧
して設置された移動体６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ｖ
＝ω×ｕの速度で運動する様子を示している。
機械出力を大きくするには、振動体の進行方向の変位
成分ｕを大きくすればよい。そのために、第７図に示す
ように振動体に柱状の突起体７を設ける。柱状の突起体
７により、曲げ振動による進行方向の成分ｕは拡大され
るので、機械出力を増大できる。
成分ｕを大きくすればよい。そのために、第７図に示す
ように振動体に柱状の突起体７を設ける。柱状の突起体
７により、曲げ振動による進行方向の成分ｕは拡大され
るので、機械出力を増大できる。
発明が解決しようとする課題 従来の円環形超音波モータは、弾性進行波を用いてい
るため径方向に対しても周方向においても節円や節線と
なる節が存在せず、振動を阻害しないように固定や支持
を行う事ができないという重大な問題がある。改善のた
めに弾性的に柔らかい物質（例えばフェルト材）で支持
しても移動体の加圧時に生じる物質の変形によって振動
体と移動体の接触状態を一定に保てなくなり機械出力の
取り出しにおいて動力伝達の効率が悪く出力効率が低下
するという問題がある。また、時間的・位相的に異なる
２つの波の合成で弾性進行波を励振するため、加工や電
極位置精度による駆動周波数ズレなどで容易に２つの波
の振幅差で生じる定在波が発生し、それにより安定した
特性が得られず、駆動回路による制御が困難であった。
るため径方向に対しても周方向においても節円や節線と
なる節が存在せず、振動を阻害しないように固定や支持
を行う事ができないという重大な問題がある。改善のた
めに弾性的に柔らかい物質（例えばフェルト材）で支持
しても移動体の加圧時に生じる物質の変形によって振動
体と移動体の接触状態を一定に保てなくなり機械出力の
取り出しにおいて動力伝達の効率が悪く出力効率が低下
するという問題がある。また、時間的・位相的に異なる
２つの波の合成で弾性進行波を励振するため、加工や電
極位置精度による駆動周波数ズレなどで容易に２つの波
の振幅差で生じる定在波が発生し、それにより安定した
特性が得られず、駆動回路による制御が困難であった。
本発明はかかる点に鑑みてなされたもので、支持固定
ができ、効率の良い、しかも長寿命で高信頼性の超音波
モータを提供することを目的としている。
ができ、効率の良い、しかも長寿命で高信頼性の超音波
モータを提供することを目的としている。
課題を解決するための手段 本発明は振動体に、ｎ波の弾性振動の波長の、少なく
とも０〜1/4か1/2〜3/4波長の間あるいは1/4〜1/2か3/4
〜１波長の間のいずれかに凸部を設け、一方の回転方向
ではｎ波の弾性振動を印加し他方の回転方向（Ｂ）で
は、ｎ波以外で、しかも一方の回転方向の凸部の振動軌
跡が反対方向となるようなｎ波の整数倍の弾性振動で励
振する構成としたものである。
とも０〜1/4か1/2〜3/4波長の間あるいは1/4〜1/2か3/4
〜１波長の間のいずれかに凸部を設け、一方の回転方向
ではｎ波の弾性振動を印加し他方の回転方向（Ｂ）で
は、ｎ波以外で、しかも一方の回転方向の凸部の振動軌
跡が反対方向となるようなｎ波の整数倍の弾性振動で励
振する構成としたものである。
作 用 振動体に、一方の回転方向ではｎ波の弾性振動に対し
て、少なくとも０〜1/4か1/2〜3/4波長の間あるいは1/4
〜1/2か3/4〜１波長の間のいずれかに凸部を設け、他方
の回転方向（Ｂ）では、ｎ波以外で、しかも一方の回転
方向の凸部の振動軌跡が反対方向となるような整数波の
弾性振動で励振する。これにより両回転方向の励振はい
ずれも一つの定在波のみで駆動するため、両回転方向を
励振する二つの定在波に共通に存在する節で支持固定を
行うことができ、特性の安定した高信頼性の超音波モー
タを実現するものである。
て、少なくとも０〜1/4か1/2〜3/4波長の間あるいは1/4
〜1/2か3/4〜１波長の間のいずれかに凸部を設け、他方
の回転方向（Ｂ）では、ｎ波以外で、しかも一方の回転
方向の凸部の振動軌跡が反対方向となるような整数波の
弾性振動で励振する。これにより両回転方向の励振はい
ずれも一つの定在波のみで駆動するため、両回転方向を
励振する二つの定在波に共通に存在する節で支持固定を
行うことができ、特性の安定した高信頼性の超音波モー
タを実現するものである。
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。
明を行う。
第１図（ａ）〜（ｆ）は本発明の円環形超音波モータ
の動作原理を示す図である。同図（ｂ）において、凸部
10は、ｎ波の弾性振動の０〜1/4波長間毎に設けてい
る。この弾性体７と圧電体８からなる振動体９に同図
（ｃ）に示した極性の電界を圧電体８に印加すれば同図
（ａ）のようなｎ波の弾性振動が励振できる。ｎ波の弾
性振動によって同図（ｂ）に示した様に凸部10の頂点は
運動し、頂点に加圧接触した移動体12は矢印の方向11に
移動することになる。一方、第１図（ｆ）に示した極性
の電界を圧電体８に印加すれば同図（ｄ）のようなn/2
波の弾性振動が励振できる。このn/2波の弾性振動によ
り同図（ｅ）に示した様に凸部10の頂点は（ｂ）とは反
対の振動軌跡で運動するため移動体12は矢印の方向13に
移動する。これにより正逆の回転が容易に得られる。第
２図（ａ）〜（ｃ）は本発明の円環形超音波モータの駆
動方法の一例を示す図である。同図（ａ）において、矢
印の方向に交互に分極処理した圧電体14に図のVa,Vbよ
うに電極16を結線する。ここで、圧電体14の電極16に Va＝Vb＝V0×sin（ωｔ） ただし、V0:電圧の瞬時値 ω：角周波数 t:時間 で表される電圧を印加すれば、振動体９は同図（ｂ）に
示されるｎ波の弾性振動が励振される。同様に、 Va＝V0×sin（ωｔ） Vb＝−V0×sin（ωｔ） で表される電圧Va,Vbを印加すれば、振動体９は同図
（ｃ）で示されるn/2波の弾性振動が励振される。
の動作原理を示す図である。同図（ｂ）において、凸部
10は、ｎ波の弾性振動の０〜1/4波長間毎に設けてい
る。この弾性体７と圧電体８からなる振動体９に同図
（ｃ）に示した極性の電界を圧電体８に印加すれば同図
（ａ）のようなｎ波の弾性振動が励振できる。ｎ波の弾
性振動によって同図（ｂ）に示した様に凸部10の頂点は
運動し、頂点に加圧接触した移動体12は矢印の方向11に
移動することになる。一方、第１図（ｆ）に示した極性
の電界を圧電体８に印加すれば同図（ｄ）のようなn/2
波の弾性振動が励振できる。このn/2波の弾性振動によ
り同図（ｅ）に示した様に凸部10の頂点は（ｂ）とは反
対の振動軌跡で運動するため移動体12は矢印の方向13に
移動する。これにより正逆の回転が容易に得られる。第
２図（ａ）〜（ｃ）は本発明の円環形超音波モータの駆
動方法の一例を示す図である。同図（ａ）において、矢
印の方向に交互に分極処理した圧電体14に図のVa,Vbよ
うに電極16を結線する。ここで、圧電体14の電極16に Va＝Vb＝V0×sin（ωｔ） ただし、V0:電圧の瞬時値 ω：角周波数 t:時間 で表される電圧を印加すれば、振動体９は同図（ｂ）に
示されるｎ波の弾性振動が励振される。同様に、 Va＝V0×sin（ωｔ） Vb＝−V0×sin（ωｔ） で表される電圧Va,Vbを印加すれば、振動体９は同図
（ｃ）で示されるn/2波の弾性振動が励振される。
上記のように一つの弾性振動だけで回転方向を制御す
ることができ、しかも電圧の極性だけで実現できるた
め、駆動が非常に簡略化できる。また、第１図（ａ）お
よび（ｄ）に示した弾性振動には、同じ位置に節15を持
つのでその節15で容易にビス等で支持固定ができる。そ
の結果、特性の安定や高効率化がはかれるものである。
ることができ、しかも電圧の極性だけで実現できるた
め、駆動が非常に簡略化できる。また、第１図（ａ）お
よび（ｄ）に示した弾性振動には、同じ位置に節15を持
つのでその節15で容易にビス等で支持固定ができる。そ
の結果、特性の安定や高効率化がはかれるものである。
上述は、ｎ波の弾性振動に対して０〜1/4波長間に凸
部を設けた構成について述べたが、1/2〜3/4波長間に同
時にあるいは単独に設けても同様の動作ができることは
言うまでもなく、この場合、回転方向を逆にするために
は励振方向を変えるだけでよい。このように同様の動作
ができれば、どこに凸部を設けても良く特に限定される
ものではない。
部を設けた構成について述べたが、1/2〜3/4波長間に同
時にあるいは単独に設けても同様の動作ができることは
言うまでもなく、この場合、回転方向を逆にするために
は励振方向を変えるだけでよい。このように同様の動作
ができれば、どこに凸部を設けても良く特に限定される
ものではない。
発明の効果 本発明では、振動体に、一方の回転方向ではｎ波の弾
性振動に対して、少なくとも０〜1/4から1/2〜3/4波長
の間あるいは1/4〜1/2か3/4〜１波長の間のいずれかに
凸部を設け、他方の回転方向では、ｎ波以外で、しかも
一方の回転方向の凸部の振動軌跡が反対方向となるよう
なｎ波の整数倍の弾性振動で励振することにより、一つ
の弾性振動のみで正逆回転が得られ、かつ同位置の節で
支持固定できるため、従来方式のような支持による振動
損失がほとんど無く、いずれの弾性振動も全部の電極で
駆動できるため高効率化がはかれる。また、回転方向の
制御も電圧の極性の切り替えのみで行えるので駆動回路
の大幅な簡略化ができ、応用上非常に有意義な超音波モ
ータを提供できるものである。
性振動に対して、少なくとも０〜1/4から1/2〜3/4波長
の間あるいは1/4〜1/2か3/4〜１波長の間のいずれかに
凸部を設け、他方の回転方向では、ｎ波以外で、しかも
一方の回転方向の凸部の振動軌跡が反対方向となるよう
なｎ波の整数倍の弾性振動で励振することにより、一つ
の弾性振動のみで正逆回転が得られ、かつ同位置の節で
支持固定できるため、従来方式のような支持による振動
損失がほとんど無く、いずれの弾性振動も全部の電極で
駆動できるため高効率化がはかれる。また、回転方向の
制御も電圧の極性の切り替えのみで行えるので駆動回路
の大幅な簡略化ができ、応用上非常に有意義な超音波モ
ータを提供できるものである。
第１図は本発明の円環形超音波モータの動作原理を示す
図、第２図は本発明の円環形超音波モータの駆動方法の
一例を示す図、第３図は従来の円環形超音波モータの切
り欠き斜視図、第４図は円環形超音波モータの径方向１
次の振動モードを用いた時の振動姿態と振動変位を示す
図、第５図は第３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６図は従来の超音波モー
タの動作原理の説明図、第７図は振動体に突起体を設け
た円環形超音波モータの切り欠き斜視図。 ７……弾性体、８……圧電体、９……振動体、10……凸
部、12……移動体。
図、第２図は本発明の円環形超音波モータの駆動方法の
一例を示す図、第３図は従来の円環形超音波モータの切
り欠き斜視図、第４図は円環形超音波モータの径方向１
次の振動モードを用いた時の振動姿態と振動変位を示す
図、第５図は第３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６図は従来の超音波モー
タの動作原理の説明図、第７図は振動体に突起体を設け
た円環形超音波モータの切り欠き斜視図。 ７……弾性体、８……圧電体、９……振動体、10……凸
部、12……移動体。
フロントページの続き (72)発明者 川崎 修 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−107473（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】円環状圧電体と円環状弾性体とから構成さ
れる円環状振動体と、前記弾性体に励振されるｎ波の弾
性振動波長の少なくとも０〜1/4か1/2〜3/4波長間、あ
るいは1/4〜1/2か3/4〜１波長間のいずれかには存在す
るように設けられた凸部と、前記凸部に加圧手段を介し
て加圧接触される移動体と、一方の回転方向ではｎ波の
弾性振動を励振し、反対の回転方向では、ｎ波以外で、
しかも、一方の回転方向の前記凸部の振動軌跡が反対方
向となる前記ｎ波の整数倍の弾性振動を励振する複数の
電極部を有する前記圧電体と、前記ｎ波とｎ波の整数倍
の弾性振動に共通する節部で支持固定する支持手段とか
らなり、前記圧電体の前記複数の電極部に印加する交流
電圧の極性を変えることによって、前記ｎ波とｎ波の整
数倍の弾性振動を励振して、前記移動体の回転方向を制
御することを特徴とする円環形超音波モータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63282916A JP2543160B2 (ja) | 1988-11-09 | 1988-11-09 | 円環形超音波モ―タ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63282916A JP2543160B2 (ja) | 1988-11-09 | 1988-11-09 | 円環形超音波モ―タ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02131375A JPH02131375A (ja) | 1990-05-21 |
| JP2543160B2 true JP2543160B2 (ja) | 1996-10-16 |
Family
ID=17658772
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63282916A Expired - Lifetime JP2543160B2 (ja) | 1988-11-09 | 1988-11-09 | 円環形超音波モ―タ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2543160B2 (ja) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0667230B2 (ja) * | 1986-06-04 | 1994-08-24 | ニスカ株式会社 | 正逆回転駆動装置 |
-
1988
- 1988-11-09 JP JP63282916A patent/JP2543160B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02131375A (ja) | 1990-05-21 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
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|
| EXPY | Cancellation because of completion of term | ||
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