JPS62196078A - 超音波モ−タ - Google Patents
超音波モ−タInfo
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- JPS62196078A JPS62196078A JP61035960A JP3596086A JPS62196078A JP S62196078 A JPS62196078 A JP S62196078A JP 61035960 A JP61035960 A JP 61035960A JP 3596086 A JP3596086 A JP 3596086A JP S62196078 A JPS62196078 A JP S62196078A
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- Japan
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- electrodes
- disc
- electrode
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- piezoelectric
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Links
- 238000005452 bending Methods 0.000 claims abstract description 22
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 5
- 230000005684 electric field Effects 0.000 abstract description 6
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 abstract 3
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 abstract 1
- 230000000750 progressive effect Effects 0.000 abstract 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 5
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 1
- 230000001932 seasonal effect Effects 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例であ夛、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3の周方
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の回転方向を示す。
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の回転方向を示す。
第4図は第3図の超音波モータに使用した圧電セラミッ
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9波のるようにしである。同図において、
ム、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、ムの電極群と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。電極群ム、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
、電極はペタ電極である。使用時には電極群ム、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、ベタ電極が共通電極として用いられる。
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9波のるようにしである。同図において、
ム、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、ムの電極群と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。電極群ム、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
、電極はペタ電極である。使用時には電極群ム、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、ベ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の電極郡部に電圧 V=Vg−sin(wtl =−=−(
1)を印加すると、駆動体3は円周方向に曲げ振動をす
る。第6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シ、同図aは圧電体2に電圧を印
加していない時、同図すは圧電体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の電極郡部に電圧 V=Vg−sin(wtl =−=−(
1)を印加すると、駆動体3は円周方向に曲げ振動をす
る。第6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シ、同図aは圧電体2に電圧を印
加していない時、同図すは圧電体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の電極郡部にVo−sin(
wt) 、電極群B K vo−cos(wt)の互い
に位相がπ/2だけずれた電圧を印加すれば、駆動体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=ξo−aos(vt
−kx) ・−−−−−(2)で表せる。
ものである。前記圧電体2の電極郡部にVo−sin(
wt) 、電極群B K vo−cos(wt)の互い
に位相がπ/2だけずれた電圧を印加すれば、駆動体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=ξo−aos(vt
−kx) ・−−−−−(2)で表せる。
(2式は
ξ=ξ。−(Co1 (Wt) −00s (kX)+
sin (wt) −sin (kx) )−(31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sin(wt)、および位
置的に π/2だけ位相のずれたcos(lcx)と5
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ム。
sin (wt) −sin (kx) )−(31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sin(wt)、および位
置的に π/2だけ位相のずれたcos(lcx)と5
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ム。
Bを持っているので、前記電極群のそれぞれに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図は駆動体3の表面ム点が進行波の励起により、長
袖2W、短軸U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が楕円の頂点で接触することに
より、波の進行方向とは逆方向にマ= 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、駆動体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
に速度マで駆動される。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。
袖2W、短軸U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が楕円の頂点で接触することに
より、波の進行方向とは逆方向にマ= 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、駆動体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
に速度マで駆動される。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
第7図は円環形の駆動体の変位分布を示す図である。同
図より、変位は外径に向うにつれて大きくなる。超音波
モータの速度マは V = W−u oc W・ξo−h
++++++ (41で表せる、従って、第7図
に示したような円環形の周方向に3次以上、径方向に1
次の曲げ振動モードを使う時には、動体が外周部に接触
するように設置すれば、速度が最も大きい。しかし、外
周部は自由端であるので、ここに動体を負荷として配置
すれば振動に大きな影響を及ぼす。また、円環形駆動体
は同一占有空間内での体積が小さいので、駆動体内に蓄
積できるエネルギーを大きくできない。従って、負荷に
よるモータ特性の変動が大きい、機械出力が大きくとれ
ないなどの欠点がある。
図より、変位は外径に向うにつれて大きくなる。超音波
モータの速度マは V = W−u oc W・ξo−h
++++++ (41で表せる、従って、第7図
に示したような円環形の周方向に3次以上、径方向に1
次の曲げ振動モードを使う時には、動体が外周部に接触
するように設置すれば、速度が最も大きい。しかし、外
周部は自由端であるので、ここに動体を負荷として配置
すれば振動に大きな影響を及ぼす。また、円環形駆動体
は同一占有空間内での体積が小さいので、駆動体内に蓄
積できるエネルギーを大きくできない。従って、負荷に
よるモータ特性の変動が大きい、機械出力が大きくとれ
ないなどの欠点がある。
問題点を解決するだめの手段
駆動体として円板を用い、該円板に円周方向に3次以上
、径方向に2次の曲げ振動モードを進行波として励起し
、該進行波を励起する圧電体の電極構造として、該曲げ
振動モードの節円内と節円外に、互いにπ/2だけ位相
の異なる同心円状の電極を有する構造をとる。
、径方向に2次の曲げ振動モードを進行波として励起し
、該進行波を励起する圧電体の電極構造として、該曲げ
振動モードの節円内と節円外に、互いにπ/2だけ位相
の異なる同心円状の電極を有する構造をとる。
作用
駆動体の機械出力を曲げ振動の腹から取り出し、また、
同一占有空間内の質量の大きい円板を径方向2次の高次
曲げ振動モードで用いることにより、駆動体内の蓄積エ
ネルギーを増加して、機械的出力を大きくする。また変
位の比較的小さな所を圧電体により駆動することにより
、圧電体中の機械的損失を小さくして、効率の良い駆動
を可能にする。
同一占有空間内の質量の大きい円板を径方向2次の高次
曲げ振動モードで用いることにより、駆動体内の蓄積エ
ネルギーを増加して、機械的出力を大きくする。また変
位の比較的小さな所を圧電体により駆動することにより
、圧電体中の機械的損失を小さくして、効率の良い駆動
を可能にする。
実施例
以下、図によって本発明の一実施例について説明する。
第1図は本発明の一実施例の超音波モータの駆動体の構
造と変位分布と電極構造を示す図である。同図において
、7は中心部に穴のあいた円板膨圧電体、8は穴あき円
板形の弾性体であり、互いに貼付けられて円板形駆動体
9を構成する。
造と変位分布と電極構造を示す図である。同図において
、7は中心部に穴のあいた円板膨圧電体、8は穴あき円
板形の弾性体であり、互いに貼付けられて円板形駆動体
9を構成する。
圧電体7に電界を印加すれば、駆動体9はξrで示され
るようなr方向に変位分布をもった曲げ振動をする。圧
電体子の電極構造を下に示す。駆動体9の曲げ振動の節
円の内側と外側にそれぞれ同心円状に電極付けをしてい
る。それぞれの電極五′。
るようなr方向に変位分布をもった曲げ振動をする。圧
電体子の電極構造を下に示す。駆動体9の曲げ振動の節
円の内側と外側にそれぞれ同心円状に電極付けをしてい
る。それぞれの電極五′。
B′はλ/2に相当する周方向の長さを持つ小電極群よ
り成り、相隣接する小電極群は厚さ方向に互いに反対方
向に分極されている。また圧電体7の裏面はベタ電極で
あり、共通電極として使用される。電極五′、B′はそ
れぞれ小電極部に一方にgin波、他方にcos波の電
界を印加すれば、(3式よシ径方向に第1図に示したよ
うな変位分布を持ち、円周方向に進行する弾性波が作ら
れる。
り成り、相隣接する小電極群は厚さ方向に互いに反対方
向に分極されている。また圧電体7の裏面はベタ電極で
あり、共通電極として使用される。電極五′、B′はそ
れぞれ小電極部に一方にgin波、他方にcos波の電
界を印加すれば、(3式よシ径方向に第1図に示したよ
うな変位分布を持ち、円周方向に進行する弾性波が作ら
れる。
このように駆動のだめの圧電体子の電極ム′、B′が節
円の近くに置れているので、圧電体7の電極五′、B′
部での歪が小さく、圧電体子の機械的損失は歪に依存す
るので、損失の小さい効率の良い駆動ができる。圧電体
7の内外周を節円に近づければ損失は小さくなるが、駆
動源である圧電体7の面積が小さくなシ、大きな機械的
出力を取り出せなくなる。従って、必要な機械的出力を
取出すのに最適の圧電体7の大きさと電極構造をとらな
ければならない。
円の近くに置れているので、圧電体7の電極五′、B′
部での歪が小さく、圧電体子の機械的損失は歪に依存す
るので、損失の小さい効率の良い駆動ができる。圧電体
7の内外周を節円に近づければ損失は小さくなるが、駆
動源である圧電体7の面積が小さくなシ、大きな機械的
出力を取り出せなくなる。従って、必要な機械的出力を
取出すのに最適の圧電体7の大きさと電極構造をとらな
ければならない。
駆動体に円板を用いて、径方向2次の曲げ振動モードを
励起すれば同一占有空間に対しても質量を大きくし、振
幅も全域にわたって大きくできるので、駆動体内の蓄積
エネルギーが大きくでき、従って機械的出力を大きくと
れる。尚、第1図では振動モードとして円周方向に4次
、径方向に2次の曲げ振動を用いている。
励起すれば同一占有空間に対しても質量を大きくし、振
幅も全域にわたって大きくできるので、駆動体内の蓄積
エネルギーが大きくでき、従って機械的出力を大きくと
れる。尚、第1図では振動モードとして円周方向に4次
、径方向に2次の曲げ振動を用いている。
なお、曲げ振動モードは、電極構成との関係で外部駆動
周波数を適当に設定することにより選択可能である。
周波数を適当に設定することにより選択可能である。
第2図は第1図で説明した駆動体9を使った超音波モー
タの断面図である。同図において、12は動体で耐磨耗
性のスライダ1oと弾性体11とから成る。スライダ1
0は駆動体9の振動の腹の部分から機械的出力を取り出
せるように、振動の腹の箇所に対応して弾性体11に貼
付けられている。駆動体9は、振動が阻害されないよう
に、フフエルトやスポンジなどの物質で作られた支持体
13を介して、土台14に固定されている。土台14に
は、回転中心を出すために、回転軸16が取付けられて
、ベアリング16を介して、動体16の位置出しをして
いる。圧電体7の電極五′、B′に、駆動体9の共振周
波数近傍で、互いにπ/2だけ位相の異なる交流電圧が
印加されると、動体12が回転する。
タの断面図である。同図において、12は動体で耐磨耗
性のスライダ1oと弾性体11とから成る。スライダ1
0は駆動体9の振動の腹の部分から機械的出力を取り出
せるように、振動の腹の箇所に対応して弾性体11に貼
付けられている。駆動体9は、振動が阻害されないよう
に、フフエルトやスポンジなどの物質で作られた支持体
13を介して、土台14に固定されている。土台14に
は、回転中心を出すために、回転軸16が取付けられて
、ベアリング16を介して、動体16の位置出しをして
いる。圧電体7の電極五′、B′に、駆動体9の共振周
波数近傍で、互いにπ/2だけ位相の異なる交流電圧が
印加されると、動体12が回転する。
尚、本実施例では駆動体として穴あき円板を使用したが
、本発明で使用するモードでは円板の中心部では、はと
んど振動しないので、駆動体として穴のない円板を用い
て、この円板の中心から回転軸を取出すこともできる。
、本発明で使用するモードでは円板の中心部では、はと
んど振動しないので、駆動体として穴のない円板を用い
て、この円板の中心から回転軸を取出すこともできる。
また、圧電体7の曲げ振動による誘起電荷の量を等しい
ように、電極人′、B′の面積を選べば、同電圧を印加
した時の振幅への寄与率が同じになり((3)式のξ0
が同じになり)、理想的な進行波が作れる。そのため、
電極面積を上記のように選ばない時よりも効率の良い駆
動ができる。
ように、電極人′、B′の面積を選べば、同電圧を印加
した時の振幅への寄与率が同じになり((3)式のξ0
が同じになり)、理想的な進行波が作れる。そのため、
電極面積を上記のように選ばない時よりも効率の良い駆
動ができる。
発明の詳細
な説明したように、本発明では駆動体として同−6何空
間内での質量の大きい円板を使用することにより、機械
的出力を大きくし、周方向3次以上、径方向2次の曲げ
振動モードの腹から出力を取出すことにより、負荷の影
響を少なくし、加えて節円付近に電極を形成する圧電体
の採用により効率の良い駆動を可能にする。
間内での質量の大きい円板を使用することにより、機械
的出力を大きくし、周方向3次以上、径方向2次の曲げ
振動モードの腹から出力を取出すことにより、負荷の影
響を少なくし、加えて節円付近に電極を形成する圧電体
の採用により効率の良い駆動を可能にする。
動体の断面図と変位分布図 、第2
図は第1図の駆動体を使用した超音波モータの構造断面
図、第3図は従来の超音波モータの切振動状態を示すモ
デル図、第6図は超音波モータの原理説明図、第7図は
円環形超音波モータの駆動体の変位分布図である。
図は第1図の駆動体を使用した超音波モータの構造断面
図、第3図は従来の超音波モータの切振動状態を示すモ
デル図、第6図は超音波モータの原理説明図、第7図は
円環形超音波モータの駆動体の変位分布図である。
7・・・・・・圧電体、8・・・・・・弾性体、9・・
・・・・駆動体、を・・・・・・変位分布曲線、ム′、
B′・・・・・・電極、1o・・・・・・スライダ、1
1・・・・・・弾性体、12・・・・・・動体、13・
・・・・・支持体、14・・・・・・土台、16・・・
・・・回転軸、16・・・・・・ベアリング。
・・・・駆動体、を・・・・・・変位分布曲線、ム′、
B′・・・・・・電極、1o・・・・・・スライダ、1
1・・・・・・弾性体、12・・・・・・動体、13・
・・・・・支持体、14・・・・・・土台、16・・・
・・・回転軸、16・・・・・・ベアリング。
第・1図
δ
第5図
αり
第 6 図
第7図
4(ヒレy旬イエ【11
Claims (2)
- (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
として円板を使用し、該駆動体に励起する進行波として
、円周方向に3次以上、径方向に2次の曲げ振動を使用
し、該進行波を励振するための圧電体として、曲げ振動
の節円外と節円内に同心円状に配され互いに円周方向に
π/2だけ位相の異なる電極を有する圧電体を使用する
ことを特徴とする超音波モータ。 - (2)圧電体の2つの電極に上記曲げ振動によって誘起
される電荷量がほぼ等しいように、2つの電極のそれぞ
れの面積を設定したことを特徴とする特許請求の範囲第
1項記載の超音波モータ。
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61035960A JPS62196078A (ja) | 1986-02-20 | 1986-02-20 | 超音波モ−タ |
DE8787901637T DE3782301T2 (de) | 1986-02-18 | 1987-02-17 | Ultraschallmotor. |
PCT/JP1987/000102 WO1987005166A1 (en) | 1986-02-18 | 1987-02-17 | Ultrasonic motor |
US07/126,105 US4829209A (en) | 1986-02-18 | 1987-02-17 | Ultrasonic motor with stator projections and at least two concentric rings of electrodes |
EP87901637A EP0258449B1 (en) | 1986-02-18 | 1987-02-17 | Ultrasonic motor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61035960A JPS62196078A (ja) | 1986-02-20 | 1986-02-20 | 超音波モ−タ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS62196078A true JPS62196078A (ja) | 1987-08-29 |
Family
ID=12456531
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP61035960A Pending JPS62196078A (ja) | 1986-02-18 | 1986-02-20 | 超音波モ−タ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS62196078A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018018095A (ja) * | 2017-10-05 | 2018-02-01 | 株式会社ニコン | 振動波モータ及び光学機器 |
-
1986
- 1986-02-20 JP JP61035960A patent/JPS62196078A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018018095A (ja) * | 2017-10-05 | 2018-02-01 | 株式会社ニコン | 振動波モータ及び光学機器 |
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