JPH02131375A - 円環形超音波モータ - Google Patents
円環形超音波モータInfo
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- JPH02131375A JPH02131375A JP63282916A JP28291688A JPH02131375A JP H02131375 A JPH02131375 A JP H02131375A JP 63282916 A JP63282916 A JP 63282916A JP 28291688 A JP28291688 A JP 28291688A JP H02131375 A JPH02131375 A JP H02131375A
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- Japan
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- ultrasonic motor
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- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 4
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 3
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 3
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 239000002783 friction material Substances 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
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- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
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- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
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。
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。
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。
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の周方向に曲げ擾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。
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の周方向に曲げ擾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？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、電極はべ夕電極である。
極構造の一例を示している。同図では円？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、電極はべ夕電極である。
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。
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 Ｖ ｉ−ＶｏＸｓｉｎ（ωｔ） −−−
（１）Ｖ ２ −Ｖ Ｏ ｘｃ■ｓ（ωｔ）
−−−（２）ただし、ｖＯ：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−ξｏ ｘ（ｃｏｓ（ ωｔ ）ｘｃｏｓ（ｋｘ ）
＋ｓｉｎ（ ωｔ）ｘｓｉｎ（ｋｘ））一ξｏｘｃｏｓ
（ｃｃ＞ｔ−ｋｘ） −−−（３）ただし
ξ：曲げ振動の娠幅値 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。
ＡおよびＢに Ｖ ｉ−ＶｏＸｓｉｎ（ωｔ） −−−
（１）Ｖ ２ −Ｖ Ｏ ｘｃ■ｓ（ωｔ）
−−−（２）ただし、ｖＯ：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−ξｏ ｘ（ｃｏｓ（ ωｔ ）ｘｃｏｓ（ｋｘ ）
＋ｓｉｎ（ ωｔ）ｘｓｉｎ（ｋｘ））一ξｏｘｃｏｓ
（ｃｃ＞ｔ−ｋｘ） −−−（３）ただし
ξ：曲げ振動の娠幅値 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。
、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を太き《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。
分Ｕを太き《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でな《なり機械出力の取
り出しにおいて動力伝達の効率が悪《出力効率が低下す
るという問題がある。また、時間的・位相的に興なる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。
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でな《なり機械出力の取
り出しにおいて動力伝達の効率が悪《出力効率が低下す
るという問題がある。また、時間的・位相的に興なる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。
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、少なくともＯ〜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、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
となるような整数波の弾性振動で励振する構成としたも
のである。
／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、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
となるような整数波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。
、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。
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１
０はＯ〜１７４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。
動作原理を示す図である。同図（ｂ）において、凸部１
０はＯ〜１７４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＝ＶｏＸｓ ｉｎ （ωｔ）ただし、ｖｏ：
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）で
示されるｎ波の弾性振動が励振される。
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）で
示されるｎ波の弾性振動が励振される。
同様に、
Ｖａ＝ ＶｏＸｓ ｉｎ （ωｔ）
Ｖｂ＝−ＶｏＸｓ ｉｎ （ωｔ）
で表される電圧Ｖ．ａ，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
。
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。
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Ｏ〜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《、この場合、回転方向を逆にする
ためには励振方法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《、この場合、回転方向を逆にする
ためには励振方法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Ｏ〜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。
振動に対して、少なくともＯ〜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
夕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。 代理人の氏名 弁理士 粟野重孝 ほか１名第 図 第 第 図 図 Ｂ ハ 第 図
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
夕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。 代理人の氏名 弁理士 粟野重孝 ほか１名第 図 第 第 図 図 Ｂ ハ 第 図
Claims (1)
- 圧電体を交流電圧で駆動して、該圧電体と弾性体とか
ら構成される振動体に弾性振動を励振する円環形超音波
モータにおいて、前記弾性体に少なくとも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凸部を設け、一方の回転方向で
はｎ波の弾性振動を励振し他方の回転方向では、ｎ波以
外で、しかも、一方の回転方向の前記凸部の振動軌跡が
反対方向となる整数波の弾性振動で励振するよう分極処
理された前記圧電体に電圧を印加したことを特徴とする
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 true JPH02131375A (ja) | 1990-05-21 |
| JP2543160B2 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) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63107473A (ja) * | 1986-06-04 | 1988-05-12 | Nippon Seimitsu Kogyo Kk | 正逆回転駆動装置 |
-
1988
- 1988-11-09 JP JP63282916A patent/JP2543160B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63107473A (ja) * | 1986-06-04 | 1988-05-12 | Nippon Seimitsu Kogyo Kk | 正逆回転駆動装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2543160B2 (ja) | 1996-10-16 |
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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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|
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|
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