JPS62193574A - 超音波モ−タ - Google Patents
超音波モ−タInfo
- Publication number
- JPS62193574A JPS62193574A JP61035955A JP3595586A JPS62193574A JP S62193574 A JPS62193574 A JP S62193574A JP 61035955 A JP61035955 A JP 61035955A JP 3595586 A JP3595586 A JP 3595586A JP S62193574 A JPS62193574 A JP S62193574A
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- JP
- Japan
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- driving unit
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- ultrasonic motor
- disc
- driving
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000005452 bending Methods 0.000 claims abstract description 17
- 230000000750 progressive effect Effects 0.000 abstract 2
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 abstract 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
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- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/10—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
- H02N2/16—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors using travelling waves, i.e. Rayleigh surface waves
- H02N2/166—Motors with disc stator
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
本発明は圧電体を用いて駆動力を発生する超音波モータ
に関する。
に関する。
従来の技術
近年、圧電セラミック等の圧電体を用いた駆動体に弾性
振動を励起し、これを、駆動力とした超音波モータが注
目されている。
振動を励起し、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原理について
説明を行う。
説明を行う。
第３図は超音波モータの１例であり、円環形の弾性体１
の円環面の一方に円環形圧電セラミック２を貼合せて、
圧電駆動体３を構成している。４は耐磨耗性材料のスラ
イダ、６は弾性体であり、互いに貼合せられて動体６を
構成している。動体６はスライダ４を介して駆動体３と
接触している。
の円環面の一方に円環形圧電セラミック２を貼合せて、
圧電駆動体３を構成している。４は耐磨耗性材料のスラ
イダ、６は弾性体であり、互いに貼合せられて動体６を
構成している。動体６はスライダ４を介して駆動体３と
接触している。
圧電セラミック２に電界を印加すると、駆動体３０周方
向に曲げ振動の進行波が励起されて、動体６を駆動する
。尚、同図中の矢印は動体６の回味方向を示す。
向に曲げ振動の進行波が励起されて、動体６を駆動する
。尚、同図中の矢印は動体６の回味方向を示す。
第４図は第３図の超音波モータに使用したｒｆ電セラミ
ック２の電極構造の１例を示している。同図では円周方
向に曲げ振動が９ｖのるようにしである。同図において
、Ａ、 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，Ｄはそれぞれ４分の３波長、４分の
１波長の長さの電極である。従って、人の電極群とＢの
電極群とは周方向に４分の１波長（＝９０度）の位相ず
れがある。電極群Ａ、 Ｂ内の隣合う小電極部は互い
に反対方向に厚み方向に分極されている。圧電セラミッ
ク２の弾性体１との接着面は第４図に示された面と反対
の面であり、電極ばベタ電極である。使用時には電極群
Ａ、 Ｂは第４図に斜線で示されたように、それぞれ
短絡して用いられ、ペタ電極が共通電極として用いられ
る。
ック２の電極構造の１例を示している。同図では円周方
向に曲げ振動が９ｖのるようにしである。同図において
、Ａ、 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，Ｄはそれぞれ４分の３波長、４分の
１波長の長さの電極である。従って、人の電極群とＢの
電極群とは周方向に４分の１波長（＝９０度）の位相ず
れがある。電極群Ａ、 Ｂ内の隣合う小電極部は互い
に反対方向に厚み方向に分極されている。圧電セラミッ
ク２の弾性体１との接着面は第４図に示された面と反対
の面であり、電極ばベタ電極である。使用時には電極群
Ａ、 Ｂは第４図に斜線で示されたように、それぞれ
短絡して用いられ、ペタ電極が共通電極として用いられ
る。
以上のように構成された超音波モータについて、その動
作を以下に説明する。前記圧電体２の電極群人に電圧 Ｖ ＝ ＶＯ−ｓｉｎ （ｗｔ） −＝−（
１）を印加すると、駆動体３は円周方向に曲げ撮動をす
る。第５図は第３図の超音波モータの駆動体を直線で近
似した時の斜視図であり、同図（ａ）は圧電体２に電圧
を印加していない時、同図（ｂ）は圧電体２に電圧を印
加した時の様子を示す。
作を以下に説明する。前記圧電体２の電極群人に電圧 Ｖ ＝ ＶＯ−ｓｉｎ （ｗｔ） −＝−（
１）を印加すると、駆動体３は円周方向に曲げ撮動をす
る。第５図は第３図の超音波モータの駆動体を直線で近
似した時の斜視図であり、同図（ａ）は圧電体２に電圧
を印加していない時、同図（ｂ）は圧電体２に電圧を印
加した時の様子を示す。
第６図は動体６と１駆動体３の接触状況を拡大して描い
たものである。前記圧電体２の電極群ＡにＶｏ−ｓｉｎ
（ｗｔ）、電極群ＢにＶｇ−ｃｏｓ （ｗｔ）の互い
に位相がπ／またけずれた電圧を印加すれば１、小動体
３の円周方向に曲げ振動の進行波を作ることができる。
たものである。前記圧電体２の電極群ＡにＶｏ−ｓｉｎ
（ｗｔ）、電極群ＢにＶｇ−ｃｏｓ （ｗｔ）の互い
に位相がπ／またけずれた電圧を印加すれば１、小動体
３の円周方向に曲げ振動の進行波を作ることができる。
一般に進行波は振幅をξとすればξ＝ξ（３−ｃｏｓ
（ｗｔ−ｋｘ） −・・・・ （２で表せる。（
２）式は ξ＝ξＯ−（ｃｏｓ（ｗｔ） −ｃｏｓＱｃｘ）＋ｓｉ
ｎ （ｗｔ） −ｓｉｎ （ｋｘ） ）・・・・・・
（３） と書き直せ、（３）式は進行波が時間的にπ／２だけ位
相のずれた波ｃｏｓ（ｗｔ）と５ｉｎ （ｗｔ）、およ
び位置的にπ／２だけ位相のずれたｃｏｓ（ｋｘ）とｓ
ｉｎ （ｋｘ）との、それぞれの積の和で得られること
を示している。前述の説明より、圧電体２は互いに位置
的にπ／２（＝λ／４）だけ位相のずれた電極群人。
（ｗｔ−ｋｘ） −・・・・ （２で表せる。（
２）式は ξ＝ξＯ−（ｃｏｓ（ｗｔ） −ｃｏｓＱｃｘ）＋ｓｉ
ｎ （ｗｔ） −ｓｉｎ （ｋｘ） ）・・・・・・
（３） と書き直せ、（３）式は進行波が時間的にπ／２だけ位
相のずれた波ｃｏｓ（ｗｔ）と５ｉｎ （ｗｔ）、およ
び位置的にπ／２だけ位相のずれたｃｏｓ（ｋｘ）とｓ
ｉｎ （ｋｘ）との、それぞれの積の和で得られること
を示している。前述の説明より、圧電体２は互いに位置
的にπ／２（＝λ／４）だけ位相のずれた電極群人。
Ｂを持っているので、前記成極群のそれぞれにπ／２だ
け位相のずれた電圧を印加すれば、駆動体３に曲げ振動
の進行波を作れる。
け位相のずれた電圧を印加すれば、駆動体３に曲げ振動
の進行波を作れる。
第６図は、＠動体３の表口入点が進行波の励起により、
長軸２Ｗ、短軸２ｕの楕円運動をしている様子を示し、
駆動体３上に置かれた動体６が楕円のｍ点で接触するこ
とにより、波の進行方向とは逆方向にｖ＝ｗ−ｕ の速
度で運動する様子を示している。即ち、動体６は任意の
静圧で駆動体３に押し付けられて１、鳴動体３の表面に
接触し、動体６と駆動体３との摩擦力で波の進行方向と
逆方向に速度Ｖで駆動される。両者の間に滑りがある時
には、速度は上記のＶよりも小さくなる。
長軸２Ｗ、短軸２ｕの楕円運動をしている様子を示し、
駆動体３上に置かれた動体６が楕円のｍ点で接触するこ
とにより、波の進行方向とは逆方向にｖ＝ｗ−ｕ の速
度で運動する様子を示している。即ち、動体６は任意の
静圧で駆動体３に押し付けられて１、鳴動体３の表面に
接触し、動体６と駆動体３との摩擦力で波の進行方向と
逆方向に速度Ｖで駆動される。両者の間に滑りがある時
には、速度は上記のＶよりも小さくなる。
発明が解決しようとする問題点
以上説明した従来の超音波モータは、第７図に示すよう
に、円周方向には３次以上、径方向には１次の曲げ振動
モードを使っている。第７図・は円周方向には９次、径
方向には１次の曲げ振動モードを示している。
に、円周方向には３次以上、径方向には１次の曲げ振動
モードを使っている。第７図・は円周方向には９次、径
方向には１次の曲げ振動モードを示している。
このように径方向［１次の曲げ振動モードでは、外周部
が振幅ξＧが最大になる。動体６の速度Ｖは Ｖ ＝ Ｗ−ｕ ｃｃ Ｗ−ξｏ−ｈ −・
−・（４）で表せるから、動体６の速度Ｖは外周部と接
触して配置した時最大となる。しかし、このような振動
モードは、外周部が自由端の時のモードであるから、負
荷である動体６を接触して配置した時には振動モードが
変ってしまうので設計しにくい。
が振幅ξＧが最大になる。動体６の速度Ｖは Ｖ ＝ Ｗ−ｕ ｃｃ Ｗ−ξｏ−ｈ −・
−・（４）で表せるから、動体６の速度Ｖは外周部と接
触して配置した時最大となる。しかし、このような振動
モードは、外周部が自由端の時のモードであるから、負
荷である動体６を接触して配置した時には振動モードが
変ってしまうので設計しにくい。
また、このモードは駆動体３の幅が小さい程、効率良く
駆動することができるが、駆動体３の幅を小さくすると
、駆動体３の質量が減り蓄えられるエネルギーが減る。
駆動することができるが、駆動体３の幅を小さくすると
、駆動体３の質量が減り蓄えられるエネルギーが減る。
従って、外部に対して大きな出力を得ることができない
。
。
本発明はかかる点に鑑みてなされたもので、簡単な構成
で設計のしやすい、機械的出力の大きな超音波モータを
提供することを目的とする。
で設計のしやすい、機械的出力の大きな超音波モータを
提供することを目的とする。
問題点を尊決するための手段
小動体に中心部に穴を有する穴あき円板か穴を有さない
円板を採用し、該、駆動体に振動モードが円周方向に３
次以上、径方向に２次以上の曲げ振動モードの進行波を
励起して、駆動体上に接触して設置された動体を移動す
る。
円板を採用し、該、駆動体に振動モードが円周方向に３
次以上、径方向に２次以上の曲げ振動モードの進行波を
励起して、駆動体上に接触して設置された動体を移動す
る。
作用
１１１体に励起された円周方向３次以上、径方向に２次
以上の曲げ振動の進行波の、外周近辺以外の振幅極太点
を用いることにより、また、駆動体として穴あきあるい
は穴なし円板を用いることにより同体積で重量を大きく
して、駆動体に蓄えられるエネルギーを太きくし、負荷
に強く、しかも高機械出力にする○ 実施例 以下、（９）に従って本発明の１実施例について説明す
る。第１図は本発明の１実施例の超音波モータの切欠き
斜視図である。同図において、了は弾性体であり圧電体
８と接着されて、駆動体９を構成する０１ｏは回転軸で
あり、回転運動の中心となる。１１は耐摩耗性材のスラ
イダであり、弾性体１２に貼付けられて動体１３を構成
する。動体１３はスライダ１１を介して、駆動体９に接
触して設置される。圧電体８ｖＣ鳴動体９の共振近傍の
交番電圧が印加されると、駆動体３に曲げ振動モードの
進行波が励起され、スライダ１１に横方向の速度が与え
られ、動体１３が図中の矢印の方向に回転移動する。
以上の曲げ振動の進行波の、外周近辺以外の振幅極太点
を用いることにより、また、駆動体として穴あきあるい
は穴なし円板を用いることにより同体積で重量を大きく
して、駆動体に蓄えられるエネルギーを太きくし、負荷
に強く、しかも高機械出力にする○ 実施例 以下、（９）に従って本発明の１実施例について説明す
る。第１図は本発明の１実施例の超音波モータの切欠き
斜視図である。同図において、了は弾性体であり圧電体
８と接着されて、駆動体９を構成する０１ｏは回転軸で
あり、回転運動の中心となる。１１は耐摩耗性材のスラ
イダであり、弾性体１２に貼付けられて動体１３を構成
する。動体１３はスライダ１１を介して、駆動体９に接
触して設置される。圧電体８ｖＣ鳴動体９の共振近傍の
交番電圧が印加されると、駆動体３に曲げ振動モードの
進行波が励起され、スライダ１１に横方向の速度が与え
られ、動体１３が図中の矢印の方向に回転移動する。
第２図は第１図の実施例の超音波モータの、駆動体３の
変位分布図であり、四南では円周方向に３次、径方向に
２次の振動モードが使用されている。
変位分布図であり、四南では円周方向に３次、径方向に
２次の振動モードが使用されている。
同図より、振幅最大の点は半径ｒＱＯ所に在り、第１図
では動体１３の回転速度を最大にするために、この点に
スライダ１１を接触させて機械出力を取り出している。
では動体１３の回転速度を最大にするために、この点に
スライダ１１を接触させて機械出力を取り出している。
第８図は第１図の実施例の圧電体９の電極構造を示して
いる。電極群Ａ、 Ｂは２分の１彼長の周方向長さを
もち、互いに逆方向に厚み方向に分極されている２つの
電極から成り、使用時にはそれぞれ短絡される。電極Ｃ
，Ｄはそれぞれ周方向に４分の１彼長、４分の３彼長の
長さを持つ電極で、電極群人とＢを位置的に４分の１波
長（π／２）だけずらせるために設けている。電極群人
、Ｂにそれぞれｓｉｎ波、ＣＯＳ波の電圧を印加すれば
、曲げ振動の進行波を励起できる。
いる。電極群Ａ、 Ｂは２分の１彼長の周方向長さを
もち、互いに逆方向に厚み方向に分極されている２つの
電極から成り、使用時にはそれぞれ短絡される。電極Ｃ
，Ｄはそれぞれ周方向に４分の１彼長、４分の３彼長の
長さを持つ電極で、電極群人とＢを位置的に４分の１波
長（π／２）だけずらせるために設けている。電極群人
、Ｂにそれぞれｓｉｎ波、ＣＯＳ波の電圧を印加すれば
、曲げ振動の進行波を励起できる。
ただし、この電極構造では周方向３次、径方向１次の振
動モードも励起できる。しかし、径方向１次のモードで
は中心部に行くに従い、振幅が急速に小さくなるので、
駆動体内の蓄積エネルギが小さくなる。（このことは径
方向１次の撮動モードでは内部は外周部に対して負荷と
して働らいていることを意味する。）径方向２次の振動
モードでは、第２図に示すように内部の振幅を大きくで
きるので、駆動体中の蓄積エネルギを大きくとれる。従
って必ず外部駆動周波数は周方向３次、径方向２次の曲
げ振動の共振周波数近傍に設定しなければならない。つ
まり、高次モードの選択は外部駆動周波数の選択によっ
て行なう。
動モードも励起できる。しかし、径方向１次のモードで
は中心部に行くに従い、振幅が急速に小さくなるので、
駆動体内の蓄積エネルギが小さくなる。（このことは径
方向１次の撮動モードでは内部は外周部に対して負荷と
して働らいていることを意味する。）径方向２次の振動
モードでは、第２図に示すように内部の振幅を大きくで
きるので、駆動体中の蓄積エネルギを大きくとれる。従
って必ず外部駆動周波数は周方向３次、径方向２次の曲
げ振動の共振周波数近傍に設定しなければならない。つ
まり、高次モードの選択は外部駆動周波数の選択によっ
て行なう。
周方向の３次以上、径方向２次以上の曲げ振動モードも
同様にして励起できる。以上述べたような振動モードで
は振幅の最大点が外周部の自由端でなくなり、従って、
振幅の最大点付近から機械的出力を取り出せば、負荷の
、駆動体への影響を小さくできる。また、同一の空間内
で、円環形より体積、質量を大きくできるので、駆動体
内に大きな弾性エネルギーが溶精でき、機械出力を大き
くできる。
同様にして励起できる。以上述べたような振動モードで
は振幅の最大点が外周部の自由端でなくなり、従って、
振幅の最大点付近から機械的出力を取り出せば、負荷の
、駆動体への影響を小さくできる。また、同一の空間内
で、円環形より体積、質量を大きくできるので、駆動体
内に大きな弾性エネルギーが溶精でき、機械出力を大き
くできる。
なお、用いる円板は、中上・部に穴がおいていてもおい
ていなくても、径方向２次以上のモードで駆動可能な範
囲のものであれば良い。
ていなくても、径方向２次以上のモードで駆動可能な範
囲のものであれば良い。
発明の効果
本発明によれば、簡単な構成で、負荷の影響の小さいし
かも機械的出力の大きな超音波モータを提供できる。
かも機械的出力の大きな超音波モータを提供できる。
第１図は本発明の１実施例の超音波モータの切欠き斜視
図、第２図は第１図の実施例の、駆動体の変位分布図、
第３図は従来の円環形超音波モータの切欠き斜視図、第
４図は第３図の超音波モータに使用されている圧電体の
電極構造を示す平面図、第６図は超音波モータの駆動体
の振動状態を示すモデル図、第６図は超音波モータの原
理説明図、ｆ、７図は円環形超音波モータの振動分布図
、第８図は第１図の１実施例の超音波モータに用いた圧
電体の電極構造を示す平面図である。 ７・・・・・・弾性体、８・・・・・・圧電体、９・・
・・・駆動体、１０・・・・・・回転１１Ｑｌ＋、１１
・・・・・・スライダ、１２・・・・・・弾性体、１３
・・・・・・動体。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 はが１名第１
図 第２区 第３図 第４図 ハ 第５図 湾６図
図、第２図は第１図の実施例の、駆動体の変位分布図、
第３図は従来の円環形超音波モータの切欠き斜視図、第
４図は第３図の超音波モータに使用されている圧電体の
電極構造を示す平面図、第６図は超音波モータの駆動体
の振動状態を示すモデル図、第６図は超音波モータの原
理説明図、ｆ、７図は円環形超音波モータの振動分布図
、第８図は第１図の１実施例の超音波モータに用いた圧
電体の電極構造を示す平面図である。 ７・・・・・・弾性体、８・・・・・・圧電体、９・・
・・・駆動体、１０・・・・・・回転１１Ｑｌ＋、１１
・・・・・・スライダ、１２・・・・・・弾性体、１３
・・・・・・動体。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 はが１名第１
図 第２区 第３図 第４図 ハ 第５図 湾６図
Claims (1)
- （１）弾性体と圧電体とから成る駆動体に弾性進行波を
励起することにより、上記駆動体上に接触して設置され
た動体を移動させる超音波モータにおいて、前記駆動体
の形状が円板状であり、前記弾性進行波の振動モードが
円周方向に３次以上であり、径方向に２次以上の曲げ振
動モードであることを特徴とする超音波モータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61035955A JPS62193574A (ja) | 1986-02-20 | 1986-02-20 | 超音波モ−タ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61035955A JPS62193574A (ja) | 1986-02-20 | 1986-02-20 | 超音波モ−タ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62193574A true JPS62193574A (ja) | 1987-08-25 |
Family
ID=12456398
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61035955A Pending JPS62193574A (ja) | 1986-02-20 | 1986-02-20 | 超音波モ−タ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62193574A (ja) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60183982A (ja) * | 1984-03-01 | 1985-09-19 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 圧電モ−タ |
-
1986
- 1986-02-20 JP JP61035955A patent/JPS62193574A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60183982A (ja) * | 1984-03-01 | 1985-09-19 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 圧電モ−タ |
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