JP2864479B2 - 円環型超音波モータ - Google Patents
円環型超音波モータInfo
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- JP2864479B2 JP2864479B2 JP2075201A JP7520190A JP2864479B2 JP 2864479 B2 JP2864479 B2 JP 2864479B2 JP 2075201 A JP2075201 A JP 2075201A JP 7520190 A JP7520190 A JP 7520190A JP 2864479 B2 JP2864479 B2 JP 2864479B2
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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
超音波モータの構成に関するものである。
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６図は径方向１次、周方向３次以上の振動モードで
励振される円環型超音波モータの切り欠き斜視図であ
り、円環形の第１弾性体１に円環形圧電体２を貼り合せ
て振動体３を構成している。振動体３上には円環状に等
間隔に突起体９が設けられている。８は耐磨耗性材料の
摩擦材、10は第２弾性体であり、互いに貼り合せられて
移動体５を構成している。移動体５は摩擦材８を介して
振動体３と加圧接触している。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振され、
移動体５を駆動する。尚、同図中の矢印Ａは移動体５の
回転方向を示す。
励振される円環型超音波モータの切り欠き斜視図であ
り、円環形の第１弾性体１に円環形圧電体２を貼り合せ
て振動体３を構成している。振動体３上には円環状に等
間隔に突起体９が設けられている。８は耐磨耗性材料の
摩擦材、10は第２弾性体であり、互いに貼り合せられて
移動体５を構成している。移動体５は摩擦材８を介して
振動体３と加圧接触している。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振され、
移動体５を駆動する。尚、同図中の矢印Ａは移動体５の
回転方向を示す。
第７図は第６図の円環型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波の弾性波が励振されるようにしてある。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の第１弾性体１との
接着面は、第７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。駆動時には、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。
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波の弾性波が励振されるようにしてある。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の第１弾性体１との
接着面は、第７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。駆動時には、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円環型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。
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。
第８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５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５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。
このような構成の場合、モータの高速化を図るため
に、横方向変位ｕの拡大を目的とした突起体９を、等間
隔でしかも円周状に振動体３の幅全体にわたって移動体
５との接触面に設けている。
に、横方向変位ｕの拡大を目的とした突起体９を、等間
隔でしかも円周状に振動体３の幅全体にわたって移動体
５との接触面に設けている。
発明が解決しようとする課題 しかしながら、振動体３に突起体９を配設することは
加工上の問題がある。例えば、フライスで加工する場合
に突起体９と振動体３の付け根の機械的強度が弱く加工
において注意が必要となり、結果的に加工時間が長くな
るという課題があり、また成形で作る場合には、突起の
先端の移動体５との接触面精度がでにくいため、接触面
の研磨が必要であった。さらに、振動体３の厚みと突起
体９の高さに対する精度は、振動における共振特性、つ
まり弾性進行波の励振において各定在波成分の振幅比率
や共振周波数のずれを生じるというように直接特性に影
響し、厚みとともに突起体９の高さに対する加工精度へ
の要求が非常に厳しいという課題がある。
加工上の問題がある。例えば、フライスで加工する場合
に突起体９と振動体３の付け根の機械的強度が弱く加工
において注意が必要となり、結果的に加工時間が長くな
るという課題があり、また成形で作る場合には、突起の
先端の移動体５との接触面精度がでにくいため、接触面
の研磨が必要であった。さらに、振動体３の厚みと突起
体９の高さに対する精度は、振動における共振特性、つ
まり弾性進行波の励振において各定在波成分の振幅比率
や共振周波数のずれを生じるというように直接特性に影
響し、厚みとともに突起体９の高さに対する加工精度へ
の要求が非常に厳しいという課題がある。
また、突起体９の設置によりモータの高速化は得られ
るが、突起の数に対応したコギングが特性に現れ、制御
特性に悪影響を及ぼす。そこで突起体９の数を増やせば
制御特性は向上するが、機械強度や加工性に問題が発生
し、その面からも限界がある。
るが、突起の数に対応したコギングが特性に現れ、制御
特性に悪影響を及ぼす。そこで突起体９の数を増やせば
制御特性は向上するが、機械強度や加工性に問題が発生
し、その面からも限界がある。
また、移動体５との接触面において、突起体９のない
平板状の振動体の場合、振動体の振幅は10μｍ以下であ
り、移動体５との加圧接触を均一に、しかも安定に精度
よく行うことはできないため、移動体５と振動体３の接
触位置がバラバラで安定したモータ特性が得られないと
いう課題がある。さらに、接触の不安定による可聴音の
発生という課題もあった。
平板状の振動体の場合、振動体の振幅は10μｍ以下であ
り、移動体５との加圧接触を均一に、しかも安定に精度
よく行うことはできないため、移動体５と振動体３の接
触位置がバラバラで安定したモータ特性が得られないと
いう課題がある。さらに、接触の不安定による可聴音の
発生という課題もあった。
そこで、本発明は上記従来の課題を解決する円環型超
音波モータを提供することを目的としている。
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、円環形の第１弾性体と円環形の圧電体を貼
り合わせた振動体と、円環形の摩擦材と円環形の第２弾
性体を貼り合わせた移動体とを加圧接触させ、前記圧電
体に交流電界を印加することにより前記振動体に径方向
１次の振動モードを励振し、周方向に弾性進行波を励振
して、前記移動体を駆動する円環型超音波モータにおい
て、前記振動体と前記移動体との接触面に、前記振動体
の外周縁には到達せず、内周縁には到達し、頂点面が前
記第１弾性体の板厚と実質上等しい凹部を形成し、前記
第１弾性体の内周縁側の剛性を低下させたものである。
り合わせた振動体と、円環形の摩擦材と円環形の第２弾
性体を貼り合わせた移動体とを加圧接触させ、前記圧電
体に交流電界を印加することにより前記振動体に径方向
１次の振動モードを励振し、周方向に弾性進行波を励振
して、前記移動体を駆動する円環型超音波モータにおい
て、前記振動体と前記移動体との接触面に、前記振動体
の外周縁には到達せず、内周縁には到達し、頂点面が前
記第１弾性体の板厚と実質上等しい凹部を形成し、前記
第１弾性体の内周縁側の剛性を低下させたものである。
作用 本発明の円環型超音波モータは、円環形の第１弾性体
及び円環形の圧電体が貼り合わされた振動体と、円環形
の摩擦材及び円環形の第２弾性体が貼り合わされた移動
体とが加圧接触され、前記圧電体に電界を印加すること
により前記振動体の周方向に振動の進行波を励振して、
前記移動体を駆動するものであり、しかも前記振動体の
前記移動体との接触面に、前記振動体の外周縁には到達
せず内周縁には到達する凹部を形成したことにより、出
力特性が優れたものとなる。
及び円環形の圧電体が貼り合わされた振動体と、円環形
の摩擦材及び円環形の第２弾性体が貼り合わされた移動
体とが加圧接触され、前記圧電体に電界を印加すること
により前記振動体の周方向に振動の進行波を励振して、
前記移動体を駆動するものであり、しかも前記振動体の
前記移動体との接触面に、前記振動体の外周縁には到達
せず内周縁には到達する凹部を形成したことにより、出
力特性が優れたものとなる。
実施例 以下、図面に従って本発明に係る円環型超音波モータ
の一実施例について詳細な説明を行う。
の一実施例について詳細な説明を行う。
第１図（ａ），（ｂ）は本発明の円環型超音波モータ
の振動体の平面図とその端面図である。同図において、
第１弾性体１は圧電体２と共に円環状の振動体３を構成
し、円環状の振動体３平面の幅において外径には到達し
ない内側に凹部４が設けられている。凹部４は、第１図
のように円周方向に対して等間隔に設ける方が好ましい
が、この限りではない。
の振動体の平面図とその端面図である。同図において、
第１弾性体１は圧電体２と共に円環状の振動体３を構成
し、円環状の振動体３平面の幅において外径には到達し
ない内側に凹部４が設けられている。凹部４は、第１図
のように円周方向に対して等間隔に設ける方が好ましい
が、この限りではない。
上記のように円環状の振動体３に外径には到達しない
凹部４を設けた振動体３に、第６図のように摩擦材８を
介して、移動体５が加圧接触されている。
凹部４を設けた振動体３に、第６図のように摩擦材８を
介して、移動体５が加圧接触されている。
凹部４の形状は、第２図（ａ）に示すように一部球状
にくりぬかれたもの、第２図（ｂ）に示すように直方体
状にくりぬかれたもの、又は、第２図（ｃ）に示すのよ
うにＶ字状に鋸のようにくりぬかれたもの等各種考えら
れるがこの限りではない。
にくりぬかれたもの、第２図（ｂ）に示すように直方体
状にくりぬかれたもの、又は、第２図（ｃ）に示すのよ
うにＶ字状に鋸のようにくりぬかれたもの等各種考えら
れるがこの限りではない。
第３図に、円環状の板の振動体における半径方向の振
動変位分布を示すように、１次の振動モードを使う関係
上、外側に行くほど変位量が大きくなっている。しか
し、振動体３の内周縁には到達する凹部４を設けること
により板厚の３乗に比例して機械的剛性が変化するため
変位量を半径方向に対して平坦化できるので、軸精度に
よる偏芯に対しても安定な接触が可能となる。一方、振
動体３の振幅の小さい内側で移動体を駆動するため負荷
の変動に対して安定である。
動変位分布を示すように、１次の振動モードを使う関係
上、外側に行くほど変位量が大きくなっている。しか
し、振動体３の内周縁には到達する凹部４を設けること
により板厚の３乗に比例して機械的剛性が変化するため
変位量を半径方向に対して平坦化できるので、軸精度に
よる偏芯に対しても安定な接触が可能となる。一方、振
動体３の振幅の小さい内側で移動体を駆動するため負荷
の変動に対して安定である。
次に、本発明に係る円環型超音波モータの一実施例の
作用について述べる。
作用について述べる。
上述のような簡単な、基本的には平板である円環状の
振動体３で構成することにより、従来のように加工上の
課題（精度、コスト等）が解決される。また、凹部４の
寸法形状には精度を必要としないため、低コスト化が可
能な粉末冶金のような一体成形も可能となる。
振動体３で構成することにより、従来のように加工上の
課題（精度、コスト等）が解決される。また、凹部４の
寸法形状には精度を必要としないため、低コスト化が可
能な粉末冶金のような一体成形も可能となる。
なお凹部４の深さは、移動体５が加圧によって、振動
体３側に変形する量以上であれば、基本的にそれ以上の
凹部４の深さは特に必要でない。
体３側に変形する量以上であれば、基本的にそれ以上の
凹部４の深さは特に必要でない。
更に、凹部４の数は自由に設定できるため、数を増や
すことによってコギングなどの少ない安定した特性のモ
ータを得ることができる。
すことによってコギングなどの少ない安定した特性のモ
ータを得ることができる。
また、凹部４の引っかかりなどによる摩擦抵抗の増加
があるので、特性の安定性や高トルク側での従来のよう
な滑りによる出力の急激な変動のない優れた円環型超音
波モータを得ることができる。
があるので、特性の安定性や高トルク側での従来のよう
な滑りによる出力の急激な変動のない優れた円環型超音
波モータを得ることができる。
従来のように突起体による振動体に対する部分的な機
械的剛性の変化や厚みの変化による共振特性への影響が
非常に小さくでき、弾性進行波駆動時に、可聴音の発生
や回転むらの原因となる不要な定在波成分の発生が皆無
となる。
械的剛性の変化や厚みの変化による共振特性への影響が
非常に小さくでき、弾性進行波駆動時に、可聴音の発生
や回転むらの原因となる不要な定在波成分の発生が皆無
となる。
尚、凹部４、６、７は移動体５の振動体３との接触面
に設ける構成でもよいことは言うまでもない。この時、
振動体３の凹部４、６、７は必ずしも必要ではない。
に設ける構成でもよいことは言うまでもない。この時、
振動体３の凹部４、６、７は必ずしも必要ではない。
発明の効果 本発明では、振動体の幅に対して部分的に移動体との
接触面に凹部を設けることにより、振動体の加工が平板
状と簡単となり加工精度が得やすい。また、凹部による
引っかかりなどによって機械出力の伝達が効率よく行え
るために、安定性がよく、信頼性の高い、さらにコギン
グや可聴音の発生のない出力特性の優れた円環型超音波
モータが実現できるものである。
接触面に凹部を設けることにより、振動体の加工が平板
状と簡単となり加工精度が得やすい。また、凹部による
引っかかりなどによって機械出力の伝達が効率よく行え
るために、安定性がよく、信頼性の高い、さらにコギン
グや可聴音の発生のない出力特性の優れた円環型超音波
モータが実現できるものである。
第１図（ａ）は本発明に係る円環型超音波モータの一実
施例の振動体の平面図、第１図（ｂ）はそのＡ−Ａ′端
面図、第２図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は同実施例の凹部
の形状例を示す断面図、第３図は円環型超音波モータの
薄板における半径方向の振動変位分布を示す図、第４図
は従来の超音波モータの切り欠き斜視図、第５図は第４
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図は超音波モータの動作原理の説明図で
ある。 ２……圧電体、３……振動体、４……凹部、５……移動
体、８……摩擦材。
施例の振動体の平面図、第１図（ｂ）はそのＡ−Ａ′端
面図、第２図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は同実施例の凹部
の形状例を示す断面図、第３図は円環型超音波モータの
薄板における半径方向の振動変位分布を示す図、第４図
は従来の超音波モータの切り欠き斜視図、第５図は第４
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図は超音波モータの動作原理の説明図で
ある。 ２……圧電体、３……振動体、４……凹部、５……移動
体、８……摩擦材。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 住原 正則 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (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 平２−26278（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−17875（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−206175（ＪＰ，Ａ) 実開 昭64−12492（ＪＰ，Ｕ) 実開 平１−86489（ＪＰ，Ｕ)
Claims (1)
- 【請求項１】円環形の第１弾性体と円環形の圧電体を貼
り合わせた振動体と、円環形の摩擦材と円環形の第２弾
性体を貼り合わせた移動体とを加圧接触させ、前記圧電
体に交流電界を印加することにより前記振動体に径方向
１次の振動モードを励振し、周方向に弾性進行波を励振
して、前記移動体を駆動する円環型超音波モータにおい
て、 前記振動体と前記移動体との接触面に、前記振動体の外
周縁には到達せず、内周縁には到達し、頂点面が前記第
１弾性体の板厚と実質上等しい凹部を形成し、前記第１
弾性体の内周縁側の剛性を低下させたことを特徴とする
円環型超音波モータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2075201A JP2864479B2 (ja) | 1990-03-22 | 1990-03-22 | 円環型超音波モータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2075201A JP2864479B2 (ja) | 1990-03-22 | 1990-03-22 | 円環型超音波モータ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03273874A JPH03273874A (ja) | 1991-12-05 |
| JP2864479B2 true JP2864479B2 (ja) | 1999-03-03 |
Family
ID=13569345
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2075201A Expired - Fee Related JP2864479B2 (ja) | 1990-03-22 | 1990-03-22 | 円環型超音波モータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2864479B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5256762B2 (ja) | 2008-02-08 | 2013-08-07 | 株式会社ニコン | レンズ鏡筒、カメラ |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH073837Y2 (ja) * | 1987-07-10 | 1995-01-30 | 株式会社ニコン | 超音波モ−タ− |
| JPH0186489U (ja) * | 1987-11-27 | 1989-06-08 |
-
1990
- 1990-03-22 JP JP2075201A patent/JP2864479B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03273874A (ja) | 1991-12-05 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20071218 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081218 Year of fee payment: 10 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |