JPH0628952Y2 - 超音波モ−タ - Google Patents

超音波モ−タ

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JPH0628952Y2
JPH0628952Y2 JP1987069914U JP6991487U JPH0628952Y2 JP H0628952 Y2 JPH0628952 Y2 JP H0628952Y2 JP 1987069914 U JP1987069914 U JP 1987069914U JP 6991487 U JP6991487 U JP 6991487U JP H0628952 Y2 JPH0628952 Y2 JP H0628952Y2
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JP
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elastic body
annular
annular portion
vibration
piezoelectric element
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JP1987069914U
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JPS63179795U (ja
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宏行 滝沢
澄夫 川合
淳二 岡田
朋樹 舟窪
日出夫 安達
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Olympus Corp
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Olympus Optic Co Ltd
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  • Details Of Cameras Including Film Mechanisms (AREA)

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、弾性体に固着された圧電素子に周波電圧を印
加することにより、弾性体表面に進行波を発生させ、こ
の弾性体表面に摩擦接触させた移動体を駆動するように
した超音波モータに関する。
〔従来の技術〕
最近、電磁型モータに代わる新しいモータとして超音波
モータが脚光を浴びている。この超音波モータは原理的
に新しいというだけでなく、従来の電磁型モータにくら
べて次のような利点を有している。
中心軸を必要としない。
薄型,軽量である。
磁気的影響の授受がない。
部品構成が単純で、信頼性が高い。
ギヤなしで定速,高トルクが得られる。
バックラッシュがなく位置決めが容易である。
ステータに対してロータが、回転,チャック,浮遊の
三態をとり得る。
かくして、これらの利点を生かすべく、カメラやその他
の機器に関して種々の応用技術の研究が進められてい
る。
第6図は「応用物理、第54巻、第6号(1985)、
P.589〜590」に開示されていてる従来の代表的
な回転型超音波モータの概略図である。図中1は取付け
ベース、2はフェルト、3は円環状の圧電素子、4は弾
性金属材からなる円環状の振動板、5はスライダー、6
は回転体、7は回転シャフト、である。なお圧電素子3
と振動板4とでステータを構成しており、回転体6と回
転シャフト7とでロータを構成している。この超音波モ
ータの原理は、圧電素子3と一体化した振動板4に逆圧
電効果によって屈曲進行波を励起し、これによって発生
する表面質点の後方楕円運動軌跡の頂点に接するように
ロータを押圧配置することにより、同ロータを回転させ
るというものである。
第7図は圧電素子3の分極状態を示す図である。各分極
部は、分極方向が+−+−…のように交互に逆向きにな
るように、リング状圧電体を分極するか、または分割し
た複数の圧電素子を分極方向が互いに逆向きになる様に
配置することによって得られる。この様な分極配置にお
いて、分極方向が互いに逆向きになった隣り合わせの1
組を1波長λに対応させる。そして、180°異なる位
置に各々、3/4λ,1/4λ長の未分極部(斜線部)
を配し、これらを結んだ中心線に対して対称に分極部を
nλ個分づつ配置する。ただし分極の向きは、円周方向
に分極方向が交互に逆向きになる様に連続的に配置す
る。
この様な分極配置のうち、3/4λ,1/4λ長の未分
極部を間に挟んだ左半分の振動板に接していない面を一
つの電極でおおい、これを一方の片側共通電極とし、右
半分の振動板に接触していない面を別の電極でおおい、
これを他方の片側共通電極とする。そして、振動板側の
電極を振動板4と導通させ、すべての圧電素子のアース
側電極として共通化している。
以上の様な構成体における電気信号入力端子は、三端子
V1,V2,Eとなる。この様な分極配置,電極配置を
有した構成体を駆動する場合には、端子V1−E,端子
V2−Eとの間に、互いにπ/2の位相差を有し、λ,
円環の内・外径,厚み,圧電セラミクスと振動板の平均
的弾性定数,密度,等で決定される固有振動数ωを有す
る電気信号を入力すればよい。
第8図はステータの一部を切欠して示す側面図である。
今、振動板4と二つの圧電素子3の電極との間に前記交
流電圧を印加すると、振動板4には屈曲振動波が励起さ
れるが、第5図に示すように中心間距離がaである隣合
った分極部の一方には次式で示される屈曲振動波が発生
する。
=Asin(ωt−2πp/λ) +Asin(ωt+2πp/λ)…(1) また、他方の分極部には(1)式とは位相差角がψだけ
ずれた次式で示される屈曲振動波が発生する。
=Bsin {ωt−2π/λ(p+a)+ψ} +Bsin {ωt+2π/λ(p+a)+ψ}…(2) ここで −2πa/λ+ψ=ψ, +2πa/λ+ψ=ψ とおくと、(2)式は y=Bsin {ωt−2πp/λ+ψ} +Bsin {ωt+2πp/λ+ψ}…(3) となる。上記二つの分極部で励起される屈曲振動波は、
(1)式と(3)式との和すなわち y=y+y なる合成屈曲振動波であると考えられる。この合成屈曲
振動波のうち進行波だけが存在するための条件は、 ψ=mπ (m=0,±2,±4…), ψ=nπ (n=±1,±3,±5…), である。
ψ=−2πa/λ+ψ=mπ, ψ=+2πa/λ+ψ=nπ であるから、 a=λ(n−m)/4 (n≠m)…(4), ψ=π(n+m)/2 …(5) となる。(4)式および(5)式の条件が成立すると、
合成屈曲振動波は y=Asin(ωt−2πp/λ) +Asin(ωt+2πp/λ) +Bsin {ωt−2πp/λ+mπ} +Bsin {ωt+2πp/λ+nπ} =(A+B)sin(ωt−2πp/λ) +(A−B)sin(ωt+2πp/λ)…(6) となる。したがって進行波だけが存在するためには A=B …(7) であることがもう一つの条件となる。
ところで超音波モータの支持手段としては、第6図に示
す如くフェルト2などの吸振材を介して支持する手段
が、これまでは主として採用されてきた。しかし上記手
段では押圧力による支持損失がある上、圧電素子張合わ
せ面を支持するものであるため、進行波のダンピング効
果が大きく、吸振材側に漏れた振動が吸振材中でロスさ
れ、効率を低下させていた。このような振動漏れを防止
する為の手段として、従来いくつかの提案がなされてい
る。
第9図は特開昭60−210174号公報に記載されて
いる手段を示す斜視図である。第9図において、9はリ
ング状弾性体、10は補助振動子10aを周辺部に有す
る支持板、11は電歪素子である。上記補助振動子10
aは、リング状弾性体9との接合端とは反対側の支持端
における振動モードの節を支持するものである。
第10図は特開昭61−208018号公報に記載され
ている手段を示す斜視図である。図中12は圧電素子1
2aと励振部12bとからなる固定子、13は円筒支持
体、14は上記固定子12と円筒支持体13とを結合し
ている振動減衰部である。
〔考案が解決しようとする問題点〕
第9図に示した手段では、支持板10が弾性体9と電歪
素子11との間に介在しているため、接合部が弾性体9
と支持板10との間および支持板10と電歪素子11と
の間の2か所に存在する。このため、電歪素子11によ
り励振された振動が弾性体9に効率よく伝達されない。
また補助振動子10aの端部を節として支持する構成で
あるため、補助振動子10a自体の長さをある程度長い
ものにする必要がある。このため、径方向の寸法が大き
なものとなる上、機械的強度が弱く、この部分に加わる
押圧力に耐え得ないものとなる。さらに弾性体9と電歪
素子11との平行度を出しにくいという問題がある。
第10図に示した手段では、振動減衰部14において十
分な振動減衰を生じさせるためには、上記振動減衰部1
4の厚みを十分薄いものとする必要があるが、このよう
にすると、この部分に大きな押圧力が加わった場合、損
傷等を生じ易いという問題がある。
そこで本考案は、圧電素子によって励起される振動が外
部に漏出することなく、効率のよい駆動を行なわせ得る
上、小型で堅牢な構造の超音波モータを提供することを
目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
本考案は前記問題点を解決し、目的を達成するために、
次のような手段を講じた。
弾性体に固着された圧電素子に周波電圧を印加すること
により、弾性体表面に進行波を発生させ、この弾性体表
面に摩擦接触させた移動体を駆動するようにした超音波
モータにおいて、 前記弾性体を、不動部材にて支持される第1の円環部
と、前記圧電素子を裏面に固着され表面に進行波を発生
させる第2の円環部と、上記第1の円環部と第2の円環
部とを連結する第3の円環部とから形成し、上記第1の
円環部から第3の円環部を介して第2の円環部に至る径
方向に延びた切り溝を、円周方向に沿って複数、少なく
とも上記弾性体表面に設けるようにした。
〔作用〕
このような手段を講じた結果、次のような作用が生じ
る。弾性体における第1の円環部から第3の円環部を介
して第2の円環部に至る径方向に延びた切り溝によっ
て、第1の円環部と第2の円環部との間に存在する第3
の円環部の径方向にみた断面積寸法が絞り込まれたもの
となる。その結果、実効的な機械的インピーダンス(音
響インピーダンス)が第3の円環部で急変(増大)する
ことになり、見掛け上の機械的インピーダンス(音響イ
ンピーダンス)に大きな差が現れ、その境界部分で振動
が反射され、励起された進行波が不動部材側へ漏出しな
いものとなる。
〔実施例〕
第1図は本考案の一実施例を示す斜視図であり、超音波
モータのステータSと不動部材としての保持枠Hとを取
出して示した図である。第2図はステータSを保持枠H
に固定した状態の一部側断面図であり、第3図は第2図
の破線部Aを拡大して示した斜視図である。
なお超音波モータの移動体(ロータ)は、従来のものと
同様の構成であるため、図示を省略する。
第1図に示すように保持枠Hは、円環状保持リング20
の上端面内周部位に、ステータ保持用の段差部20aを
設けたものとなっている。また、ステータSは、円環状
圧電セラミクスに第7図と同様の分極処理を施した圧電
素子21を、弾性体22の裏面にエポキシ樹脂等の接着
材で接着固定したものとなっている。
上記弾性体22は、例えばステンレス鋼,リン青銅,ア
ルミニウムなどからなる円環状の弾性金属板の表面に、
径方向の切り溝23を円周方向に沿って所定ピッチで複
数個設けると共に、上記弾性金属板の周辺部を圧電素子
側へ折曲して支持部24を設けたものとなっている。こ
の支持部24の途中部分すなわち連結部24aは、第3
図に示すように径方向の切り溝23が設けられている部
分を横切るように円周方向の溝25が形成されたものと
なっているため、その厚み寸法および幅寸法が共に他の
部分に比べて絞り込まれたものとなっている。
換言すれば、上記弾性体22は、不動部材である保持枠
Hに支持される第1の円環部Xと、前記圧電素子21を
裏面に固着され表面に進行波を発生させる第2の円環部
Yと、径方向の切り溝23を円周方向に沿って複数設け
られ上記第1の円環部Xと第2の円環部Yとを連結する
と共に、移動体が摩擦接触する部分を表面に有する第3
の円環部Zとで構成されている。
なお前記支持部24の上下方向の長さは、その下端部位
置すなわち円環状保持リング20のステータ保持用の段
差部20aに当接する部分の位置が、板波振動の中立線
近傍にくるようにすることが好ましい。そして上記支持
部24の端部は、ステータ保持用の段差部20aに対し
てエポキシ樹脂,シリコーン樹脂,ウレタン樹脂等の接
着剤により接着される。なお場合によってはネジ止めし
てもよい。この構造は、弾性体22からその振動状態を
乱すことなくアース端子(第7図のEに相当)を取出せ
る利点がある。
このように構成された本実施例においては、弾性体22
の支持部24に、径方向の切り溝23と円周方向の溝2
5とがクロスすることにより厚み寸法および幅寸法が共
に他の部分に比べて絞り込まれた状態の連結部24aが
存在することになる。その結果、実効的な機械的インピ
ーダンスが急変することになり、見掛けの機械的インピ
ーダンスに大きな差が現われ、その境界で振動が反射さ
れることになる。したがって保持枠H側への振動の漏出
がなくなり、高効率な超音波モータを実現できる。また
支持部24が弾性体22の周辺部を折曲した構造を有し
ているので、機械的強度の点においても実用上全く支障
がなく、しかも大型化するおそれがない。
第4図は本考案の第2実施例を示す斜視図である。この
実施例が前記第1実施例と異なる点は、弾性体22の支
持部として端面が波形をなす支持部24′を設けた点で
ある。
このように構成された本実施例においては、前記第1実
施例と同様の作用効果を奏する上、支持部端面が波形を
なしていることから、弾性体22に励起されている振動
を減衰させることなく、振動の漏れ防止効果をさらに向
上させ得る。また波形構造としたことによりスプリング
性が生じるため、移動体との接触がより安定確実なもの
となる利点がある。
第5図は本考案の第3実施例を示す斜視図である。この
実施例が前記第1実施例と異なる点は、弾性体22の支
持部24と保持リング20の段差部20との間に、局部
的に波形構造をなす円環状スプリング26を介在させた
点である。なお上記スプリング26はビス27により前
記段差部20aに固定される。
本実施例においては、前記第1実施例と同様の作用効果
を奏する上、前記第2実施例の作用効果がより顕著に発
揮されるものとなる。
なお本考案は前記各実施例に限定されるものではなく、
本考案の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能であ
るのは勿論である。
〔考案の効果〕
本考案においては、弾性体が、不動部材にて支持される
第1の円環部と、前記圧電素子を裏面に固着され表面に
進行波を発生させる第2の円環部と、上記第1の円環部
と第2の円環部とを連結する第3の円環部とで形成さ
れ、上記第1の円環部から第3の円環部を介して第2の
円環部に至る径方向に延びた切り溝が、円周方向に沿っ
て複数、少なくとも上記弾性体表面に設けられている。
かくして本考案によれば、上記切り溝により機械的イン
ピーダンス(音響インピーダンス)が増大した第3の円
環部の存在によって、第2の円環部に生じた振動が第1
の円環部には伝達されない状態を呈するため、圧電素子
により励起された進行波が外部(不動部材側)へ漏れる
のを防止でき、効率のよい駆動を行なえる上、小型で堅
牢な構造の超音波モータを提供できる。
【図面の簡単な説明】
第1図〜第3図は本考案の第1実施例を示す図で、第1
図はステータおよび保持枠部分を取出して示した分解斜
視図、第2図は主要部の側断面図、第3図は第2図の破
線部を拡大して示す斜視図である。第4図は本考案の第
2実施例の構成を示す分解斜視図、第5図は本考案の第
3実施例の構成を示す分解斜視図である。第6図〜第1
0図は従来技術を説明するための図である。 S……ステータ、H……保持枠(不動部材)、20……
円環状保持リング、20a……段差部、21……圧電素
子、22……円環状弾性体、23……径方向の切り溝、
24……支持部、24′……端面が波形の支持部、25
……円周方向の溝、26……円環状スプリング、27…
…ビス。
フロントページの続き (72)考案者 舟窪 朋樹 東京都渋谷区幡ヶ谷2丁目43番2号 オリ ンパス光学工業株式会社内 (72)考案者 安達 日出夫 東京都渋谷区幡ヶ谷2丁目43番2号 オリ ンパス光学工業株式会社内 (56)参考文献 実開 昭63−120592(JP,U)

Claims (1)

    【実用新案登録請求の範囲】
  1. 【請求項1】弾性体に固着された圧電素子に周波電圧を
    印加することにより、弾性体表面に進行波を発生させ、
    この弾性体表面に摩擦接触させた移動体を駆動するよう
    にした超音波モータにおいて、 前記弾性体を、不動部材にて支持される第1の円環部
    と、前記圧電素子を裏面に固着され表面に進行波を発生
    させる第2の円環部と、上記第1の円環部と第2の円環
    部とを連結する第3の円環部とから形成し、上記第1の
    円環部から第3の円環部を介して第2の円環部に至る径
    方向に延びた切り溝を、円周方向に沿って複数、少なく
    とも上記弾性体表面に設けたことを特徴とする超音波モ
    ータ。
JP1987069914U 1987-05-11 1987-05-11 超音波モ−タ Expired - Lifetime JPH0628952Y2 (ja)

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JP1987069914U JPH0628952Y2 (ja) 1987-05-11 1987-05-11 超音波モ−タ

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JPS63179795U JPS63179795U (ja) 1988-11-21
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0626071Y2 (ja) * 1987-01-30 1994-07-06 株式会社フコク 超音波モ−タ

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