JPH0787709B2 - 超音波モータとその駆動方法 - Google Patents
超音波モータとその駆動方法Info
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- JPH0787709B2 JPH0787709B2 JP62281315A JP28131587A JPH0787709B2 JP H0787709 B2 JPH0787709 B2 JP H0787709B2 JP 62281315 A JP62281315 A JP 62281315A JP 28131587 A JP28131587 A JP 28131587A JP H0787709 B2 JPH0787709 B2 JP H0787709B2
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- Japan
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- elastic plate
- vibration
- ultrasonic motor
- main surface
- vibrator
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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、紙などの可
とう性を有するシートを動かす機能を有するモータに関
するものである。
とう性を有するシートを動かす機能を有するモータに関
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
セラミック板を接着し、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
を共振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。
セラミック板を接着し、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
を共振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。
まず従来形の振動子の一例を第５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共に共
振状態で励振する方法のものである。第５図（ａ）は側
面図、第５図（ｃ）は正面図である。厚さ方向に一様に
分極した圧電セラミック板52の上下両面に金属電極膜53
を設け、それを弾性板51を底面に張り合わせている。こ
のとき弾性板51と圧電セラミック52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
等しい電気信号を入力する事により、第５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５図（ｂ）における55は長さ方向の１次の
縦振動の変位分布、第５図（ｄ）における56は幅方向の
一次の屈曲振動の変位分布を示す。このように従来は２
種類の異なる振動モードを共振状態で使用していた。
方向の一次の縦振動と幅方向の一次の屈曲振動を共に共
振状態で励振する方法のものである。第５図（ａ）は側
面図、第５図（ｃ）は正面図である。厚さ方向に一様に
分極した圧電セラミック板52の上下両面に金属電極膜53
を設け、それを弾性板51を底面に張り合わせている。こ
のとき弾性板51と圧電セラミック52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
等しい電気信号を入力する事により、第５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５図（ｂ）における55は長さ方向の１次の
縦振動の変位分布、第５図（ｄ）における56は幅方向の
一次の屈曲振動の変位分布を示す。このように従来は２
種類の異なる振動モードを共振状態で使用していた。
（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） 本発明に従った超音波モータは、矩形状の弾性板の主面
の長手方向にそって所定の間隔で設けられた複数の突起
部及び前記突起部間に挟持されかつ各突起部のみに接触
している圧電体とから構成される振動子と、前記振動子
に直接あるいは薄いシートを介して圧接された前記弾性
板の主面と平行な回転軸を有するロータとからなること
を特徴とする。また、その長さ方向縦振動の共振周波数
の電界を印加することによって屈曲振動変位を発生させ
て駆動することを特徴とする。
の長手方向にそって所定の間隔で設けられた複数の突起
部及び前記突起部間に挟持されかつ各突起部のみに接触
している圧電体とから構成される振動子と、前記振動子
に直接あるいは薄いシートを介して圧接された前記弾性
板の主面と平行な回転軸を有するロータとからなること
を特徴とする。また、その長さ方向縦振動の共振周波数
の電界を印加することによって屈曲振動変位を発生させ
て駆動することを特徴とする。
（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（ａ）は本発明における振動子の基本構成図であ
る。弾性板11に突起部12を設け、その間に圧電体13を挟
んでいる。この振動子には長さ方向縦振動１次モードの
共振周波数が存在するが、圧電体13にその共振周波数の
電界を印加すると、圧電体13で生じた歪と応力が突起部
12との接触面14から突起部12・弾性板11に伝わり結果と
して振動子全体が共振する。共振時の長さ方向の変位分
布を第１図（ｂ）14に示す。この振動子は厚さ方向に対
して非対称であるために、長さ方向の伸び縮みに付随し
て、面の屈曲が発生する。この屈曲振動の変位分布を第
１図（ｂ）15に示す。この屈曲振動は一般に非共振状態
であるために、共振状態での屈曲振動に比較してＺ軸方
向の変位量は減少するが、モータとしての主な駆動源は
Ｘ軸方向の変位であるので屈曲振動は非共振状態で十分
である。
る。弾性板11に突起部12を設け、その間に圧電体13を挟
んでいる。この振動子には長さ方向縦振動１次モードの
共振周波数が存在するが、圧電体13にその共振周波数の
電界を印加すると、圧電体13で生じた歪と応力が突起部
12との接触面14から突起部12・弾性板11に伝わり結果と
して振動子全体が共振する。共振時の長さ方向の変位分
布を第１図（ｂ）14に示す。この振動子は厚さ方向に対
して非対称であるために、長さ方向の伸び縮みに付随し
て、面の屈曲が発生する。この屈曲振動の変位分布を第
１図（ｂ）15に示す。この屈曲振動は一般に非共振状態
であるために、共振状態での屈曲振動に比較してＺ軸方
向の変位量は減少するが、モータとしての主な駆動源は
Ｘ軸方向の変位であるので屈曲振動は非共振状態で十分
である。
本発明を用いると、圧電体13は接触面14を通して突起部
12とのみ接触しているため、構造上弾性体と圧電体の間
に全くずれ応力が発生する余地がない。従って圧電体13
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。
12とのみ接触しているため、構造上弾性体と圧電体の間
に全くずれ応力が発生する余地がない。従って圧電体13
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
なる共振周波数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は、二
つの共振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、共振状態にある振動
モードは１種類だけであるので寸法の自由度がはるかに
大きいものになる。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
なる共振周波数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は、二
つの共振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、共振状態にある振動
モードは１種類だけであるので寸法の自由度がはるかに
大きいものになる。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図は本発明の超音波モータの実施例の一つを示す図
で、これはシートフィーダ用超音波モータである。23は
ステンレスで作製された弾性板、24は弾性板23上に設け
られた突起部、25はPZT圧電セラミック板、26は銀の焼
き付け電極である。振動子の寸法は以下の通りである。
で、これはシートフィーダ用超音波モータである。23は
ステンレスで作製された弾性板、24は弾性板23上に設け
られた突起部、25はPZT圧電セラミック板、26は銀の焼
き付け電極である。振動子の寸法は以下の通りである。
弾性板23は長さ102mm、幅9.5mm、厚さ2.0mm、突起部24
は長さ5mm、幅9.5mm、厚さ3.0mm、圧電セラミック板25
は長さ40mm、幅9.5mm、厚さ3.0mm、本振動子において長
さ方向縦振動の共振周波数は25kHzとなる。
は長さ5mm、幅9.5mm、厚さ3.0mm、圧電セラミック板25
は長さ40mm、幅9.5mm、厚さ3.0mm、本振動子において長
さ方向縦振動の共振周波数は25kHzとなる。
弾性板25上部に薄い紙22を載せ、直径15mmのステンレス
製ローラ21を弾性体端面より30mmの位置に置き、このロ
ーラ21で紙22を圧接した。焼付け電極26から圧電セラミ
ック25に、25kHz・最高3kVp-p/cmの交流電界を印加した
ところローラ21は矢印27の方向に回転し、紙22は矢印28
の方向に進んだ。第５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の振動子の圧電セ
ラミック52の剥離が生じたが、第２図の振動子の場合入
力パワー20Wでも圧電セラミックの剥離は起きなかっ
た。この様な大きなパワーで振動させることができるの
で、結果として、圧電セラミックの体積が同じ場合約２
倍の最高速度及び起動駆動力が得られた。
製ローラ21を弾性体端面より30mmの位置に置き、このロ
ーラ21で紙22を圧接した。焼付け電極26から圧電セラミ
ック25に、25kHz・最高3kVp-p/cmの交流電界を印加した
ところローラ21は矢印27の方向に回転し、紙22は矢印28
の方向に進んだ。第５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の振動子の圧電セ
ラミック52の剥離が生じたが、第２図の振動子の場合入
力パワー20Wでも圧電セラミックの剥離は起きなかっ
た。この様な大きなパワーで振動させることができるの
で、結果として、圧電セラミックの体積が同じ場合約２
倍の最高速度及び起動駆動力が得られた。
前記実施例では２個の突起部間に圧電セラミック板を挿
入したが、第３図に示すように３個以上の突起部を設け
た場合においても圧電セラミックの体積同一という条件
下で前記実施例と同様の結果が得られた。
入したが、第３図に示すように３個以上の突起部を設け
た場合においても圧電セラミックの体積同一という条件
下で前記実施例と同様の結果が得られた。
第４図は回転用モータとしての実施例の一つで、第２図
の紙を取り除き、弾性板42で直接ローラ41を回転させる
ものである。ロータの圧接力を10kg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
1.5倍の起動トルクが得られた。
の紙を取り除き、弾性板42で直接ローラ41を回転させる
ものである。ロータの圧接力を10kg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
1.5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（ａ）は本発明の基本構成図、第１図（ｂ）は変
位分布、第２図から第４図は実施例構成図、第５図
（ａ）、（ｃ）は従来型振動子の基本構成図、第５図
（ｂ）、（ｄ）は変位分布図である。 図において、 11,23,42,51は弾性板、12,24,43は突起部、13は圧電
体、25,44,52は圧電セラミック、26,45,53は銀の焼付け
電極、21,41はローラ、22,32は薄い紙、14は圧電体13と
突起部12の接触面、54は電極53と弾性板51主面の接触
面、15,16,55,56は変位分布、27はローラの回転方向、2
8は紙の進行方向をそれぞれ示す。
位分布、第２図から第４図は実施例構成図、第５図
（ａ）、（ｃ）は従来型振動子の基本構成図、第５図
（ｂ）、（ｄ）は変位分布図である。 図において、 11,23,42,51は弾性板、12,24,43は突起部、13は圧電
体、25,44,52は圧電セラミック、26,45,53は銀の焼付け
電極、21,41はローラ、22,32は薄い紙、14は圧電体13と
突起部12の接触面、54は電極53と弾性板51主面の接触
面、15,16,55,56は変位分布、27はローラの回転方向、2
8は紙の進行方向をそれぞれ示す。
───────────────────────────────────────────────────── 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 (56)参考文献 実開 昭64−50696（ＪＰ，Ｕ) 信学技報Ｖｏｌ．87，Ｎｏ．46，Ｐ．29 〜36
Claims (2)
- 【請求項１】矩形状の弾性板の主面の長手方向にそって
所定の間隔で設けられた複数の突起部及び前記突起部間
に挟持されかつ各突起部のみに接触している圧電体とか
ら構成される振動子と、前記振動子に直接あるいは薄い
シートを介して圧接された前記弾性板の主面と平行な回
転軸を有するロータとからなることを特徴とする超音波
モータ。 - 【請求項２】矩形状の弾性板の主面の長手方向にそって
所定の間隔で設けられた複数の突起部及び前記突起部間
に挟持されかつ各突起部のみに接触している圧電体とか
ら構成される振動子と、前記振動子に直接あるいは薄い
シートを介して圧接された前記弾性板の主面と平行な回
転軸を有するロータとからなる超音波モータを、その長
さ方向縦振動の共振周波数の電界を印加することによっ
て屈曲振動変位を発生させて駆動することを特徴とする
超音波モータの駆動方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62281315A JPH0787709B2 (ja) | 1987-11-06 | 1987-11-06 | 超音波モータとその駆動方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62281315A JPH0787709B2 (ja) | 1987-11-06 | 1987-11-06 | 超音波モータとその駆動方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01126178A JPH01126178A (ja) | 1989-05-18 |
| JPH0787709B2 true JPH0787709B2 (ja) | 1995-09-20 |
Family
ID=17637382
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62281315A Expired - Lifetime JPH0787709B2 (ja) | 1987-11-06 | 1987-11-06 | 超音波モータとその駆動方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0787709B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| 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 |
| KR100714729B1 (ko) | 2005-09-13 | 2007-05-07 | 엘지전자 주식회사 | 전력 발생 장치와 그를 구비한 휴대 단말기 및 그의 제어방법 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59230471A (ja) * | 1983-06-08 | 1984-12-25 | Murata Mfg Co Ltd | 表面波モ−タ |
| JPS6022481A (ja) * | 1983-07-18 | 1985-02-04 | Shinsei Kogyo:Kk | 超音波モータ |
| JPS62147975A (ja) * | 1985-12-21 | 1987-07-01 | Matsushita Electric Works Ltd | 圧電モ−タ |
-
1987
- 1987-11-06 JP JP62281315A patent/JPH0787709B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 信学技報Ｖｏｌ．８７，Ｎｏ．４６，Ｐ．２９〜３６ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01126178A (ja) | 1989-05-18 |
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