JPH0732611B2 - 超音波モータ用振動子 - Google Patents
超音波モータ用振動子Info
- Publication number
- JPH0732611B2 JPH0732611B2 JP62303525A JP30352587A JPH0732611B2 JP H0732611 B2 JPH0732611 B2 JP H0732611B2 JP 62303525 A JP62303525 A JP 62303525A JP 30352587 A JP30352587 A JP 30352587A JP H0732611 B2 JPH0732611 B2 JP H0732611B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- vibration
- elastic
- piezoelectric ceramic
- elastic plate
- plate
- Prior art date
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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。
するものである。
（従来の技術） 超音波紙送り用モータとして、従来弾性板の片面に圧電
セラミック板を接触し、長さ縦振動と幅屈曲振動の二つ
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。
セラミック板を接触し、長さ縦振動と幅屈曲振動の二つ
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
等しい交流圧電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。
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
等しい交流圧電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。
（発明が解決しようとする問題点） 上記振動子を利用した超音波モータは、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、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。
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、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。
しかしながら、特にハイパワー励振時に於て圧電セラミ
ック板が圧電的に伸縮したとき、接着面にずれ応力が加
わるため圧電体が剥がれ易いといった欠点があった。
ック板が圧電的に伸縮したとき、接着面にずれ応力が加
わるため圧電体が剥がれ易いといった欠点があった。
また、長さ縦振動と幅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
ある長さ縦振動モード付近に複数の高次の長さ屈曲振動
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った欠点があった。
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
ある長さ縦振動モード付近に複数の高次の長さ屈曲振動
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った欠点があった。
（問題点を解決するための手段） 本発明は、静的圧縮応力バイアスが印加された圧電セラ
ミック板の両端に弾性板が付加されており一方の弾性板
の端部またはその近傍に、厚さ方向の質量分布が前記弾
性板とは異なる弾性体を前記弾性板と一体となるように
設け、その弾性体により、弾性板の長手方向の振動を厚
さ方向の振動に変換し、これら２種類の振動の合成であ
る楕円振動を発生させ得る構造を特徴とする超音波モー
タ用振動子である。
ミック板の両端に弾性板が付加されており一方の弾性板
の端部またはその近傍に、厚さ方向の質量分布が前記弾
性板とは異なる弾性体を前記弾性板と一体となるように
設け、その弾性体により、弾性板の長手方向の振動を厚
さ方向の振動に変換し、これら２種類の振動の合成であ
る楕円振動を発生させ得る構造を特徴とする超音波モー
タ用振動子である。
（作用） 振動子を上記の構成とすることで、高速度かつ高駆動力
の超音波モータが実現できる。以下図面を参照しながら
説明する。
の超音波モータが実現できる。以下図面を参照しながら
説明する。
第１図は本発明における振動子の基本構成の側面図であ
る。弾性板11の間に圧電セラミック板12を挿入し、弾性
板端部には弾性体13が設けられている。ここで、弾性板
11と圧電セラミック板12の重心14及び弾性体13の重心15
のそれぞれのｚ座標の値が異なる、即ち厚さ方向の質量
分布が異なるところが重要な点である。
る。弾性板11の間に圧電セラミック板12を挿入し、弾性
板端部には弾性体13が設けられている。ここで、弾性板
11と圧電セラミック板12の重心14及び弾性体13の重心15
のそれぞれのｚ座標の値が異なる、即ち厚さ方向の質量
分布が異なるところが重要な点である。
この様な振動子に於て圧電セラミック板12に交流電界を
印加すると、振動子は矢印16のようにｘ軸方向の伸縮を
繰り返し、これが縦振動となる。この縦振動は弾性板11
から弾性体13に伝わるが、弾性体13は弾性板11よりも重
心が上方に位置しているためにｘ軸方向の振動16からｚ
軸方向の振動成分17が発生する。その結果弾性体13上面
に於て楕円振動18を得ることができる。
印加すると、振動子は矢印16のようにｘ軸方向の伸縮を
繰り返し、これが縦振動となる。この縦振動は弾性板11
から弾性体13に伝わるが、弾性体13は弾性板11よりも重
心が上方に位置しているためにｘ軸方向の振動16からｚ
軸方向の振動成分17が発生する。その結果弾性体13上面
に於て楕円振動18を得ることができる。
第４図に示すように従来の縦屈曲多重モード振動子で
は、弾性板41の底面に圧電セラミック板42を取り付ける
構造となっているので弾性板41と電極43の間の接着面に
ずれ応力が加わる。そのため振動子を大きなパワーで振
動させると圧電セラミック板42が剥がれ易いといった欠
点があった。しかしながら本発明の方法を用いると圧電
セラミック板12と弾性板11の接触面は振動方向16に垂直
であるために、構造上弾性体11と圧電セラミック板12の
間に全くずれ応力が発生する余地がない。従って圧電セ
ラミック板12が剥がれ難くなり、より大きなパワーでの
振動が可能となる。
は、弾性板41の底面に圧電セラミック板42を取り付ける
構造となっているので弾性板41と電極43の間の接着面に
ずれ応力が加わる。そのため振動子を大きなパワーで振
動させると圧電セラミック板42が剥がれ易いといった欠
点があった。しかしながら本発明の方法を用いると圧電
セラミック板12と弾性板11の接触面は振動方向16に垂直
であるために、構造上弾性体11と圧電セラミック板12の
間に全くずれ応力が発生する余地がない。従って圧電セ
ラミック板12が剥がれ難くなり、より大きなパワーでの
振動が可能となる。
従来の縦屈曲多重モード振動子では２種類の振動モード
の共振周波数を一致させる必要があり、これらの共振周
波数は振動子の形状に大きく依存する。従って二つの異
なる振動モードの共振周波数を一致させるためには、振
動子に対して厳密な寸法が要求されるのみならず、振動
子を構成する材料の材料定数に関しても厳しい要求があ
る。従って、実際に上記縦屈曲多重モード振動子を製造
する場合には、二つの振動モードの周波数調整が必要不
可欠であった。これに対して本発明の方法によれば、１
種類の振動モードだけを用いるので寸法の自由度がはる
かに大きくなる。またスプリアス振動が本質的に少ない
ために、使用共振モードにおいて自励発振が容易にな
る。
の共振周波数を一致させる必要があり、これらの共振周
波数は振動子の形状に大きく依存する。従って二つの異
なる振動モードの共振周波数を一致させるためには、振
動子に対して厳密な寸法が要求されるのみならず、振動
子を構成する材料の材料定数に関しても厳しい要求があ
る。従って、実際に上記縦屈曲多重モード振動子を製造
する場合には、二つの振動モードの周波数調整が必要不
可欠であった。これに対して本発明の方法によれば、１
種類の振動モードだけを用いるので寸法の自由度がはる
かに大きくなる。またスプリアス振動が本質的に少ない
ために、使用共振モードにおいて自励発振が容易にな
る。
（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。
る。
第２図（ａ）（ｂ）は本発明の超音波モータの実施例の
一つを示す図で、第２図（ａ）はシートフィーダ用超音
波モータの側面図、第２図（ｂ）は振動子の平面図であ
る。21,24はステンレスで作製された弾性板及び弾性
体、22はPZT圧電セラミック板、23は銀の焼付け電極で
ある。振動子の寸法は、本体（弾性板21−圧電セラミッ
ク板22−弾性板21）が長さ93mm、幅20mm、厚さ5mm、弾
性体24が長さ15mm、幅20mm、厚さ8mm、圧電セラミック
板22が長さ50mm、幅20mm、厚さ5mm、また第２図（ａ）
中ａ＝3mm、ｂ＝5mmとなっており、直径3mmのボルト25
によって圧電セラミック板22に静的圧縮応力バイアスを
印加した。ここではボルトはステンレス製弾性体にねじ
込まれる形になっている。このバイアス印加方法はボル
トに限らない。本振動子において長さ方向縦振動の共振
周波数25kHzとなる。
一つを示す図で、第２図（ａ）はシートフィーダ用超音
波モータの側面図、第２図（ｂ）は振動子の平面図であ
る。21,24はステンレスで作製された弾性板及び弾性
体、22はPZT圧電セラミック板、23は銀の焼付け電極で
ある。振動子の寸法は、本体（弾性板21−圧電セラミッ
ク板22−弾性板21）が長さ93mm、幅20mm、厚さ5mm、弾
性体24が長さ15mm、幅20mm、厚さ8mm、圧電セラミック
板22が長さ50mm、幅20mm、厚さ5mm、また第２図（ａ）
中ａ＝3mm、ｂ＝5mmとなっており、直径3mmのボルト25
によって圧電セラミック板22に静的圧縮応力バイアスを
印加した。ここではボルトはステンレス製弾性体にねじ
込まれる形になっている。このバイアス印加方法はボル
トに限らない。本振動子において長さ方向縦振動の共振
周波数25kHzとなる。
弾性体24上部に薄い紙27を載せ、幅10mm、直径15mmのス
テンレス製ローラ26を弾性体端面より10mmの位置に置
き、このローラ26で紙27を圧接した。焼付け電極23から
圧電セラミック板22に、25kHzの交流電界を印加したと
ころローラ26は矢印28の方向に回転し、紙27は矢印29の
方向に進んだ。第４図に示すような従来型の縦屈曲多重
モード振動子を用いたシートフィーダ用超音波モータの
場合、入力パワー10W以上では約1/3の振動子で圧電セラ
ミック板42の剥離が生じたが、第２図の振動子の場合入
力パワー25Wでも圧電セラミック板22の剥離は起きなか
った。この様に大きなパワーで振動させることができる
で、結果として、圧電セラミックの体積が同じ場合約1.
5倍の最高速度及び約2.5倍の起動駆動力が得られた。
テンレス製ローラ26を弾性体端面より10mmの位置に置
き、このローラ26で紙27を圧接した。焼付け電極23から
圧電セラミック板22に、25kHzの交流電界を印加したと
ころローラ26は矢印28の方向に回転し、紙27は矢印29の
方向に進んだ。第４図に示すような従来型の縦屈曲多重
モード振動子を用いたシートフィーダ用超音波モータの
場合、入力パワー10W以上では約1/3の振動子で圧電セラ
ミック板42の剥離が生じたが、第２図の振動子の場合入
力パワー25Wでも圧電セラミック板22の剥離は起きなか
った。この様に大きなパワーで振動させることができる
で、結果として、圧電セラミックの体積が同じ場合約1.
5倍の最高速度及び約2.5倍の起動駆動力が得られた。
第３図は回転型モータとしての実施例の一つで、第２図
の紙を除き、弾性板34で直接ローラ36を回転させるもの
である。ローラの圧接力を1.0kgとしたときに、従来よ
りある進行波を用いた円輪型超音波モータに比べて約1.
8倍の起動トルクが得られた。
の紙を除き、弾性板34で直接ローラ36を回転させるもの
である。ローラの圧接力を1.0kgとしたときに、従来よ
りある進行波を用いた円輪型超音波モータに比べて約1.
8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、例えばプリ
ンタ、ファクシミリ等の紙送り機構の超薄型化が図れる
といった長所を有し、工業的価値が多大である。
利用した薄型高駆動力のモータが実現でき、例えばプリ
ンタ、ファクシミリ等の紙送り機構の超薄型化が図れる
といった長所を有し、工業的価値が多大である。
第１図は本発明の振動子の基本構成図、第２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）は変位分布図であ
る。 図において、 11,21,31,41は弾性板、12は圧電体、13,24,34は弾性
体、14は弾性板11と圧電体12の重心、15は弾性体13の重
心、16はｘ軸方向の振動の様子、17はｚ軸方向の振動の
様子、18は楕円振動の様子、22,32,42は圧電セラミック
板、23,33,43は銀の焼付け電極、25,35は締め付け用ボ
ルト、26,36はローラ、27は薄い紙、28,37はローラの回
転方向、29は紙の進行方向、44,45は変位分布をそれぞ
れ示す。
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）は変位分布図であ
る。 図において、 11,21,31,41は弾性板、12は圧電体、13,24,34は弾性
体、14は弾性板11と圧電体12の重心、15は弾性体13の重
心、16はｘ軸方向の振動の様子、17はｚ軸方向の振動の
様子、18は楕円振動の様子、22,32,42は圧電セラミック
板、23,33,43は銀の焼付け電極、25,35は締め付け用ボ
ルト、26,36はローラ、27は薄い紙、28,37はローラの回
転方向、29は紙の進行方向、44,45は変位分布をそれぞ
れ示す。
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
Claims (1)
- 【請求項１】静的圧縮応力バイアスが印加された圧電セ
ラミック板の両端に第１及び第２の弾性板が付加されて
おり、第１の弾性板では端部又はその近傍において、第
１の弾性板を厚さ方向に非対称な形状とし、かつ弾性板
の長手方向の振動を厚さ方向の振動に変換することでこ
れら２種類の振動の合成である楕円振動を発生させる弾
性体が一体化されていることを特徴とする超音波モータ
用振動子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62303525A JPH0732611B2 (ja) | 1987-11-30 | 1987-11-30 | 超音波モータ用振動子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62303525A JPH0732611B2 (ja) | 1987-11-30 | 1987-11-30 | 超音波モータ用振動子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01144372A JPH01144372A (ja) | 1989-06-06 |
| JPH0732611B2 true JPH0732611B2 (ja) | 1995-04-10 |
Family
ID=17922040
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62303525A Expired - Lifetime JPH0732611B2 (ja) | 1987-11-30 | 1987-11-30 | 超音波モータ用振動子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0732611B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5296469B2 (ja) * | 2008-03-04 | 2013-09-25 | 太平洋セメント株式会社 | 超音波モータ |
| JP5275734B2 (ja) * | 2008-03-06 | 2013-08-28 | 太平洋セメント株式会社 | 超音波モータ |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59230472A (ja) * | 1983-06-13 | 1984-12-25 | Hitachi Ltd | 駆動装置 |
| JPS60109776A (ja) * | 1983-11-18 | 1985-06-15 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 圧電モ−タ |
| JPS60200776A (ja) * | 1984-03-23 | 1985-10-11 | Hitachi Ltd | 駆動装置 |
-
1987
- 1987-11-30 JP JP62303525A patent/JPH0732611B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59230472A (ja) * | 1983-06-13 | 1984-12-25 | Hitachi Ltd | 駆動装置 |
| JPS60109776A (ja) * | 1983-11-18 | 1985-06-15 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 圧電モ−タ |
| JPS60200776A (ja) * | 1984-03-23 | 1985-10-11 | Hitachi Ltd | 駆動装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01144372A (ja) | 1989-06-06 |
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