JP2590536B2 - 超音波モータ - Google Patents
超音波モータInfo
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- JP2590536B2 JP2590536B2 JP63176633A JP17663388A JP2590536B2 JP 2590536 B2 JP2590536 B2 JP 2590536B2 JP 63176633 A JP63176633 A JP 63176633A JP 17663388 A JP17663388 A JP 17663388A JP 2590536 B2 JP2590536 B2 JP 2590536B2
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- Japan
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- longitudinal
- vibrator
- roller
- vibration
- 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、超音波振動エネルギーを利用したモータに
関するものである。
関するものである。
（従来の技術） 超音波モータとして、従来弾性板の片面に圧電セラミ
ック板を接着し、長さ方向縦振動と幅方向屈曲振動の二
つの共振周波数を一致もしくは接近させ、その近傍の周
波数の電界を圧電体に印加することにより前記二つの振
動を縮退状態で励振する振動子（以後縦−屈曲多重モー
ド振動子と呼ぶ）を利用する定在波型超音波モータが提
案されている。以下図面を参照しながら説明する。
ック板を接着し、長さ方向縦振動と幅方向屈曲振動の二
つの共振周波数を一致もしくは接近させ、その近傍の周
波数の電界を圧電体に印加することにより前記二つの振
動を縮退状態で励振する振動子（以後縦−屈曲多重モー
ド振動子と呼ぶ）を利用する定在波型超音波モータが提
案されている。以下図面を参照しながら説明する。
まず縦−屈曲多重モード振動子の一例を第４図（ａ）
〜（ｄ）に示す。これは長さ方向の一次の縦振動と幅方
向の一次の屈曲振動を縮退状態で励振する振動子であ
る。第４図（ａ）は正面図、第４図（ｃ）は側面図であ
る。厚さ方向に一様に分極した圧電セラミック板42の上
下両面に金属電極膜43を設け、それを弾性板41の底面に
張り合わせている。このとき弾性板41と圧電セラミック
板42は、長さ方向の１次の縦振動モードと幅方向の１次
の屈曲振動モードの共振周波数が一致するような寸法と
なっている。このような振動子の金属電極間に２つの振
動モードの共振周波数と等しい交流電圧を印加する事に
より、第４図（ｂ）、（ｄ）で表される振幅変位分布を
持つ定在波が励振される。ここで第４図（ｂ）における
44は長さ方向の１次の縦振動の変位分布、第４図（ｄ）
における45は幅方向の一次の屈曲振動の変位分布を示
す。このように縦−屈曲多重モード振動子は２種類の異
なる振動モードを縮退させて使用していた。
〜（ｄ）に示す。これは長さ方向の一次の縦振動と幅方
向の一次の屈曲振動を縮退状態で励振する振動子であ
る。第４図（ａ）は正面図、第４図（ｃ）は側面図であ
る。厚さ方向に一様に分極した圧電セラミック板42の上
下両面に金属電極膜43を設け、それを弾性板41の底面に
張り合わせている。このとき弾性板41と圧電セラミック
板42は、長さ方向の１次の縦振動モードと幅方向の１次
の屈曲振動モードの共振周波数が一致するような寸法と
なっている。このような振動子の金属電極間に２つの振
動モードの共振周波数と等しい交流電圧を印加する事に
より、第４図（ｂ）、（ｄ）で表される振幅変位分布を
持つ定在波が励振される。ここで第４図（ｂ）における
44は長さ方向の１次の縦振動の変位分布、第４図（ｄ）
における45は幅方向の一次の屈曲振動の変位分布を示
す。このように縦−屈曲多重モード振動子は２種類の異
なる振動モードを縮退させて使用していた。
また、ローラは第５図に示すように弾性板41、シリコ
ンゴム53を介して、バネ52により匡体54に固定する構造
になっていた。
ンゴム53を介して、バネ52により匡体54に固定する構造
になっていた。
（発明が解決しようとする問題点） 上記振動子を利用した定在波型超音波モータは、従来
の進行波を利用した超音波モータと比較して、速度・駆
動力が共に大きく、駆動方法、弾性板の形状に工夫を凝
らすことにより、更に高速度・高駆動力化が可能であ
る。
の進行波を利用した超音波モータと比較して、速度・駆
動力が共に大きく、駆動方法、弾性板の形状に工夫を凝
らすことにより、更に高速度・高駆動力化が可能であ
る。
また、長さ方向縦振動と幅方向屈曲振動という複数の
モードの共振周波数を一致させる必要があるために、振
動子を設計する際に自由度が小さく、実際に使用する共
振モードである長さ方向縦振動モード付近に複数の高次
の長さ方向屈曲振動によるスプリアス振動が発生し、こ
れらのスプリアス振動を抑える事は極めて難しかった。
そのため自励式で駆動することが困難であるという欠点
があった。
モードの共振周波数を一致させる必要があるために、振
動子を設計する際に自由度が小さく、実際に使用する共
振モードである長さ方向縦振動モード付近に複数の高次
の長さ方向屈曲振動によるスプリアス振動が発生し、こ
れらのスプリアス振動を抑える事は極めて難しかった。
そのため自励式で駆動することが困難であるという欠点
があった。
また、ローラのトルクを大きくするためにはローラを
振動子に圧接する必要があるが、従来は第５図に示すよ
うにローラ51は匡体54との間にバネ52を挿入することに
より圧接していた。この方法では、匡体に力が加わる
ため匡体の薄型化・軽量化ができない、強い力で圧接
するとシリコンゴム53が変形し振動子が傾く、屈曲振
動が圧接に対して弱く、圧接力を強くすると振動振幅が
小さくなる、等の問題があった。
振動子に圧接する必要があるが、従来は第５図に示すよ
うにローラ51は匡体54との間にバネ52を挿入することに
より圧接していた。この方法では、匡体に力が加わる
ため匡体の薄型化・軽量化ができない、強い力で圧接
するとシリコンゴム53が変形し振動子が傾く、屈曲振
動が圧接に対して弱く、圧接力を強くすると振動振幅が
小さくなる、等の問題があった。
（問題点を解決するための手段） 本発明は、長手方向の縦振動２次モードで動作する矩
形状平板振動子の中央主面上に非共振で伸縮可能な積層
セラミックアクチュエータを接着して固定配置し、矩形
状振動子の縦振動２次モードと積層アクチュエータの非
共振振動を用いて、バネによって該アクチュエータに圧
接されているローラを回転させることを特徴とする超音
波モータである。
形状平板振動子の中央主面上に非共振で伸縮可能な積層
セラミックアクチュエータを接着して固定配置し、矩形
状振動子の縦振動２次モードと積層アクチュエータの非
共振振動を用いて、バネによって該アクチュエータに圧
接されているローラを回転させることを特徴とする超音
波モータである。
（作用） 第１図（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明における超音
波モータの基本構成の側面図と変位分布図である。第２
図は第１図の主要部分の拡大図である。以下、図面を参
照しながら説明する。
波モータの基本構成の側面図と変位分布図である。第２
図は第１図の主要部分の拡大図である。以下、図面を参
照しながら説明する。
矩形状平板振動子11は、ある周波数で長手方向の縦振
動２次モードが共振状態となる。そのときの変位分布を
第１図（ｂ）15に示す。変位分布15から分かるように振
動子11の中央部で最大の変位が得られる。中央部に置け
る振動の様子は、第２図ａ、ｂで表される。アクチュエ
ータは第２図ｃ、ｄの方向に変位可能であるから、矩形
状平板振動子とアクチュエータに印加する電界を同一周
波数にし、ａとｃ、ｂとｄが同時に起きるようにすれば
ローラ13のｅの方向に回転する。逆にａとｄ、ｂとｃが
同時に起きるようにすればローラ13はｆの方向に回転す
る。
動２次モードが共振状態となる。そのときの変位分布を
第１図（ｂ）15に示す。変位分布15から分かるように振
動子11の中央部で最大の変位が得られる。中央部に置け
る振動の様子は、第２図ａ、ｂで表される。アクチュエ
ータは第２図ｃ、ｄの方向に変位可能であるから、矩形
状平板振動子とアクチュエータに印加する電界を同一周
波数にし、ａとｃ、ｂとｄが同時に起きるようにすれば
ローラ13のｅの方向に回転する。逆にａとｄ、ｂとｃが
同時に起きるようにすればローラ13はｆの方向に回転す
る。
ローラ13の回転軸と、矩形状平板振動子11の間にはバ
ネが挿入されているため、ローラ13はアクチュエータに
対し静的に圧接されている。ここでバネの張力は長手方
向に対し垂直であり、バネのａ、ｂ方向の等価スティフ
ネスが小さいためにバネの影響で振動ａ、ｂが小さくな
ることはない。またバネの張力は矩形状平板振動子11と
ローラ13の間だけに作用するので、モータの特性は、外
部の匡体に依存しない。
ネが挿入されているため、ローラ13はアクチュエータに
対し静的に圧接されている。ここでバネの張力は長手方
向に対し垂直であり、バネのａ、ｂ方向の等価スティフ
ネスが小さいためにバネの影響で振動ａ、ｂが小さくな
ることはない。またバネの張力は矩形状平板振動子11と
ローラ13の間だけに作用するので、モータの特性は、外
部の匡体に依存しない。
（実施例） 以下、本発明の実施例について図を参照しながら説明
する。
する。
第３図は本発明の超音波モータの実施例の一つを示す
図である。第３図中、31はステンレス鋼製矩形平板、32
は圧電アクチュエータ、33は銅製ローラ、34はステンレ
ス鋼製バネ、35、37、38、39は圧電セラミック板、36は
銀の焼付け電極である。振動子の寸法は、矩形平板31が
長さ160mm、幅18mm、厚さ3mm、圧電アクチュエータ32は
10mm立方、圧電セラミック35、37、38、39はいずれも長
さ50mm、幅18mm、厚さ0.5mmで、35、37のセラミック板
が伸びるときに38、39のセラミック板が縮む様な分極の
配置になっている。本振動子において長手方向縦振動２
次モードの共振周波数は25kHzとなる。またバネ13は静
的な張力が10kgfとなるように調整した。
図である。第３図中、31はステンレス鋼製矩形平板、32
は圧電アクチュエータ、33は銅製ローラ、34はステンレ
ス鋼製バネ、35、37、38、39は圧電セラミック板、36は
銀の焼付け電極である。振動子の寸法は、矩形平板31が
長さ160mm、幅18mm、厚さ3mm、圧電アクチュエータ32は
10mm立方、圧電セラミック35、37、38、39はいずれも長
さ50mm、幅18mm、厚さ0.5mmで、35、37のセラミック板
が伸びるときに38、39のセラミック板が縮む様な分極の
配置になっている。本振動子において長手方向縦振動２
次モードの共振周波数は25kHzとなる。またバネ13は静
的な張力が10kgfとなるように調整した。
焼付け電極36からセラミック板35、37、38、39に25kH
zの交流電界を印加し、アクチュエータ32には同一周波
数で位相が20〜30゜進んだ交流電界を印加したところロ
ーラは矢印301の方向に回転した。縦−屈曲多重モード
振動子を用いた超音波モータに比べてセラミックの体積
が等しい場合、約1.5倍の最高速度、約３倍の起動トル
クが得られた。
zの交流電界を印加し、アクチュエータ32には同一周波
数で位相が20〜30゜進んだ交流電界を印加したところロ
ーラは矢印301の方向に回転した。縦−屈曲多重モード
振動子を用いた超音波モータに比べてセラミックの体積
が等しい場合、約1.5倍の最高速度、約３倍の起動トル
クが得られた。
（発明の効果） 以上述べたように、本発明によれば超音波エネルギー
を利用した薄型高駆動力のモータが実現でき、例えばOA
機器等の超薄型化・軽量化が図れるといった長所を有
し、工業的価値が多大である。
を利用した薄型高駆動力のモータが実現でき、例えばOA
機器等の超薄型化・軽量化が図れるといった長所を有
し、工業的価値が多大である。
第１図（ａ）、（ｂ）は本発明の振動子の基本構成図、
第２図は主要部拡大図、第３図は実施例構成図、第４図
（ａ）、（ｃ）は従来型振動子の基本構成図、第４図
（ｂ）、（ｄ）は変位分布図、第５図は従来型超音波モ
ータの基本構成図である。 図において、 11、41は矩形状平板、31はステンレス鋼製矩形状平板、
12は圧電アクチュエータ、32は圧電アクチュエータ、1
3、51はローラ、33は銅製ローラ、14、52はバネ、34は
ステンレス鋼製バネ、15、44、45は変位分布、35、37、
38、39、42は圧電セラミック板、36、43は銀の焼付け電
極、53はシリコンゴム、54は匡体、301はローラの回転
方向。
第２図は主要部拡大図、第３図は実施例構成図、第４図
（ａ）、（ｃ）は従来型振動子の基本構成図、第４図
（ｂ）、（ｄ）は変位分布図、第５図は従来型超音波モ
ータの基本構成図である。 図において、 11、41は矩形状平板、31はステンレス鋼製矩形状平板、
12は圧電アクチュエータ、32は圧電アクチュエータ、1
3、51はローラ、33は銅製ローラ、14、52はバネ、34は
ステンレス鋼製バネ、15、44、45は変位分布、35、37、
38、39、42は圧電セラミック板、36、43は銀の焼付け電
極、53はシリコンゴム、54は匡体、301はローラの回転
方向。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高橋 貞行 東京都港区芝５丁目33番１号 日本電気 株式会社内 (72)発明者 内川 忠保 東京都港区芝５丁目33番１号 日本電気 株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−59777（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】長手方向の縦振動２次モードで動作する矩
形状平板振動子の中央主面上に非共振で伸縮可能な積層
セラミックアクチュエータを接着して固定配置されてお
り、該積層セラミックアクチュエータにはローラがバネ
により圧接されている構成を備え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 |
|---|---|---|---|
| JP63176633A JP2590536B2 (ja) | 1988-07-14 | 1988-07-14 | 超音波モータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63176633A JP2590536B2 (ja) | 1988-07-14 | 1988-07-14 | 超音波モータ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0226282A JPH0226282A (ja) | 1990-01-29 |
| JP2590536B2 true JP2590536B2 (ja) | 1997-03-12 |
Family
ID=16016994
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63176633A Expired - Fee Related JP2590536B2 (ja) | 1988-07-14 | 1988-07-14 | 超音波モータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2590536B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0389875A (ja) * | 1989-08-31 | 1991-04-15 | Brother Ind Ltd | リニア超音波モータ |
| DE69936300T2 (de) | 1998-12-21 | 2008-06-19 | Seiko Epson Corp. | Piezoelektrischer aktor, uhrwerk und tragbares bauelement |
| KR100692631B1 (ko) * | 2005-11-08 | 2007-03-13 | 전자부품연구원 | 초음파 모터 및 이를 구비한 이송장치 |
-
1988
- 1988-07-14 JP JP63176633A patent/JP2590536B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0226282A (ja) | 1990-01-29 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |