JPS62196081A - 超音波モ−タ - Google Patents
超音波モ−タInfo
- Publication number
- JPS62196081A JPS62196081A JP61035963A JP3596386A JPS62196081A JP S62196081 A JPS62196081 A JP S62196081A JP 61035963 A JP61035963 A JP 61035963A JP 3596386 A JP3596386 A JP 3596386A JP S62196081 A JPS62196081 A JP S62196081A
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- JP
- Japan
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- driving body
- driving unit
- ultrasonic motor
- driving
- excited
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- Pending
Links
- 238000005452 bending Methods 0.000 claims abstract description 23
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 abstract 6
- 230000000750 progressive effect Effects 0.000 abstract 3
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 abstract 2
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 6
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 2
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 230000005284 excitation 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、
人、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
とけ周方向に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、ペ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、
人、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
とけ周方向に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、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の電極群ムに電圧 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り、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の電極群ムに電圧 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り、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 ＫＶｏ−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−ξ。−ｃｏｇ（ｗｔ−
ｋｘ） −−−−−−（２１で表せる。（
２）式は ξ＝ξ。・（００８（ｗｔ） Ｔ００８ （ｋ）Ｃ）＋
ｔｓＬｎ （Ｗｔ） ・Ｓｉｎ ＣｋＸ） ）−（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ｓｉｎ（ｗｔ） 、および位
置的にπ／２だけ位相のずれたｃｏｗ（ｋｘ）と５ｉｎ
（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。
ものである。前記圧電体２の電極郡部にＶｏ−ｓｉｎ（
ｗｔ） 、電極群Ｂ ＫＶｏ−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−ξ。−ｃｏｇ（ｗｔ−
ｋｘ） −−−−−−（２１で表せる。（
２）式は ξ＝ξ。・（００８（ｗｔ） Ｔ００８ （ｋ）Ｃ）＋
ｔｓＬｎ （Ｗｔ） ・Ｓｉｎ ＣｋＸ） ）−（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ｓｉｎ（ｗｔ） 、および位
置的にπ／２だけ位相のずれたｃｏｗ（ｋｘ）と５ｉｎ
（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の表面入点が進行波の励起により、長
袖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が楕円の頂点で接触すること
により、波の進行方向とは逆方向に７＝ｌｊ・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
、速度は上記のマよりも小さくなる。
袖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が楕円の頂点で接触すること
により、波の進行方向とは逆方向に７＝ｌｊ・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
、速度は上記のマよりも小さくなる。
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周方向９次、径方向１次の曲
げ振動の変位分布を示している。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、 マ＝ ｙ−１１ｏｃ ｙ・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
Ｖを最大にできる。
げ振動の変位分布を示している。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、 マ＝ ｙ−１１ｏｃ ｙ・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
Ｖを最大にできる。
駆動体の固定はおもに機械振動を阻害しないように、フ
ェルトなどの物質を介して行なわれるが、それでも振動
エネルギの一部は失なわれ、その結果速度マが小さくな
ったり、駆動効率が落ちたりする。また位置固定の精度
が出しにくいという欠点も有する。
ェルトなどの物質を介して行なわれるが、それでも振動
エネルギの一部は失なわれ、その結果速度マが小さくな
ったり、駆動効率が落ちたりする。また位置固定の精度
が出しにくいという欠点も有する。
問題点を解決するための手段
駆動体として円板を用いて、該駆動体に周方向３次以上
、径方向２次の高次の曲げ振動を進行波として励振し、
該駆動体の曲げ振動の節円部に突起を設けて、該突起を
介して該駆動体の位置固定を行なう。
、径方向２次の高次の曲げ振動を進行波として励振し、
該駆動体の曲げ振動の節円部に突起を設けて、該突起を
介して該駆動体の位置固定を行なう。
作用
円板形部動体に高次の曲げ振動を励振し、その振動の節
円部を介して該駆動体の固定をすることによって、固定
による機械的エネルギの損失を小さくし、機械出力とし
て生かせるようにする。また位置固定の精度を出せるよ
うにする。
円部を介して該駆動体の固定をすることによって、固定
による機械的エネルギの損失を小さくし、機械出力とし
て生かせるようにする。また位置固定の精度を出せるよ
うにする。
実施例
以下、図面に従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断面図であ
る。同図において、７は圧電体であり、弾性体８に貼付
けられて駆動体９を構成する。駆動体９に周方向３次以
上、径方向２次以上の高次の曲げ振動モードの進行波を
励起した時の、振動の筒内部に同心円状の突起１ｏを設
ける。駆動体９は突起１０を介して土台１４に位置固定
されるので、位置固定は確実に行なえ、しかも曲げ振動
の節円を利用しているので振動を位置固定によって阻害
することはない。１１は耐磨耗性のスライダで、駆動体
の曲げ振動の腹から出力を取出すために、振動の腹の位
置に対応して配される。スライダ１１は弾性体１２と貼
付けられて動体１３を構成する。動体１３はベアリング
１５ｔ−介して、土台１４に取付けられた回転軸１６に
位置固定される。圧電体７により駆動体９に曲げ振動の
進行波が励起されると、動体１３はこの回転軸１６を中
心にして回転する。
る。同図において、７は圧電体であり、弾性体８に貼付
けられて駆動体９を構成する。駆動体９に周方向３次以
上、径方向２次以上の高次の曲げ振動モードの進行波を
励起した時の、振動の筒内部に同心円状の突起１ｏを設
ける。駆動体９は突起１０を介して土台１４に位置固定
されるので、位置固定は確実に行なえ、しかも曲げ振動
の節円を利用しているので振動を位置固定によって阻害
することはない。１１は耐磨耗性のスライダで、駆動体
の曲げ振動の腹から出力を取出すために、振動の腹の位
置に対応して配される。スライダ１１は弾性体１２と貼
付けられて動体１３を構成する。動体１３はベアリング
１５ｔ−介して、土台１４に取付けられた回転軸１６に
位置固定される。圧電体７により駆動体９に曲げ振動の
進行波が励起されると、動体１３はこの回転軸１６を中
心にして回転する。
第２図は第１図の実施例の超音波モータの駆動体の断面
図とその曲げ振動の径方向の変位分布図である。同図の
ように径方向２次以上では必ず振幅が０になる節円をも
つ。変位分布曲線ξｒは径方向２次の振動モードである
。また、動体１３の速度の最大点は（４１式より、振幅
最大点で得られ、同図では振動の腹の位置から機械出力
を得ることで実現できる。なお、曲げ振動のモードは、
電極構成との関係において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。
図とその曲げ振動の径方向の変位分布図である。同図の
ように径方向２次以上では必ず振幅が０になる節円をも
つ。変位分布曲線ξｒは径方向２次の振動モードである
。また、動体１３の速度の最大点は（４１式より、振幅
最大点で得られ、同図では振動の腹の位置から機械出力
を得ることで実現できる。なお、曲げ振動のモードは、
電極構成との関係において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。
第８図は本実施例の駆動体を構成する圧電体の電極構造
を示す平面図である。同図の裏面は弾性体８との接着面
でベタ電極であり、電極人、Ｂはそれぞれ周方向に阿波
長相当の小電極から成り、図中の十−は分極の向きで厚
み方向に分極されている。Ｃ，Ｄは３／４ 、 １／
４ 波長領域であり、電極人、Ｂに互いにπ／２の位相
差をつけるために存在する。駆動時には、電極ム、Ｂは
それぞれ短絡されて、それぞれｓｉｎ波、 ＣＯｘ波の
電圧がベタ電極に対して印加される。電圧印加により、
（模式よシ曲げ振動の進行波が励起できる。この例では
周方向３次が振動モードとして使用されているが、原理
上３次以上であればよい。
を示す平面図である。同図の裏面は弾性体８との接着面
でベタ電極であり、電極人、Ｂはそれぞれ周方向に阿波
長相当の小電極から成り、図中の十−は分極の向きで厚
み方向に分極されている。Ｃ，Ｄは３／４ 、 １／
４ 波長領域であり、電極人、Ｂに互いにπ／２の位相
差をつけるために存在する。駆動時には、電極ム、Ｂは
それぞれ短絡されて、それぞれｓｉｎ波、 ＣＯｘ波の
電圧がベタ電極に対して印加される。電圧印加により、
（模式よシ曲げ振動の進行波が励起できる。この例では
周方向３次が振動モードとして使用されているが、原理
上３次以上であればよい。
本実施例では駆動体として中心部に穴を有する円板を用
いているが、円板の中央部ではほとんど振動がないので
、穴をなくして回転軸を付けても同様の効果が得られる
。
いているが、円板の中央部ではほとんど振動がないので
、穴をなくして回転軸を付けても同様の効果が得られる
。
発明の効果
以上述べたように、本発明によれば円板形部動体を採用
し、周方向３次以上、径方向２次以上の曲げ振動モード
の進行波を励起し、該振動の節円の位置に突起を設け、
該突起を介して駆動体の位置固定をしているので、位置
固定が確実にでき、しかも駆動体の機械振動を阻害する
ことがないので、駆動体の機械エネルギを効率よく動体
に伝達できる。
し、周方向３次以上、径方向２次以上の曲げ振動モード
の進行波を励起し、該振動の節円の位置に突起を設け、
該突起を介して駆動体の位置固定をしているので、位置
固定が確実にでき、しかも駆動体の機械振動を阻害する
ことがないので、駆動体の機械エネルギを効率よく動体
に伝達できる。
第１図は本発明の一実施例の超音波モータの断面図、第
２図は第１図の実施例に用いた駆動体の梼側噛時〒径方
向２次のモードの径方向の変位分布曲淑で第３図は従来
の超音波モータの切欠き斜視図、第４図は第３図の従来
例に用いた圧電体の平面図、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、第７図は円環形超音波モータの駆動体の
変位分布図、第８図は第１図の実施例に用いた圧電体の
電極構造を示す平面図である。 了・・・・・・圧電体、８・・・・・・弾性体、９・・
・・・・駆動体、１ｏ・・・・・・突起、１１・・・・
・・スライダ、１２・・・・・・弾性体、１３・・・・
・・動体、１４・・・・・・土台、１６・・川・ベアリ
ング、１６・・・・・・回転軸。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名第１
図 第２ｒＸＪ 第３図 第４図 第５図 （α） ど 第６図 第７図 第８図
２図は第１図の実施例に用いた駆動体の梼側噛時〒径方
向２次のモードの径方向の変位分布曲淑で第３図は従来
の超音波モータの切欠き斜視図、第４図は第３図の従来
例に用いた圧電体の平面図、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、第７図は円環形超音波モータの駆動体の
変位分布図、第８図は第１図の実施例に用いた圧電体の
電極構造を示す平面図である。 了・・・・・・圧電体、８・・・・・・弾性体、９・・
・・・・駆動体、１ｏ・・・・・・突起、１１・・・・
・・スライダ、１２・・・・・・弾性体、１３・・・・
・・動体、１４・・・・・・土台、１６・・川・ベアリ
ング、１６・・・・・・回転軸。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名第１
図 第２ｒＸＪ 第３図 第４図 第５図 （α） ど 第６図 第７図 第８図
Claims (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、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次以上の曲げ振動を使用し、該
円板形駆動体の曲げ振動の節円部に突起を設け、該突起
を介して該駆動体の位置固定を行なうことを特徴とする
超音波モータ。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61035963A JPS62196081A (ja) | 1986-02-20 | 1986-02-20 | 超音波モ−タ |
| EP87901637A EP0258449B1 (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 |
| DE8787901637T DE3782301T2 (de) | 1986-02-18 | 1987-02-17 | Ultraschallmotor. |
| PCT/JP1987/000102 WO1987005166A1 (en) | 1986-02-18 | 1987-02-17 | Ultrasonic motor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61035963A JPS62196081A (ja) | 1986-02-20 | 1986-02-20 | 超音波モ−タ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62196081A true JPS62196081A (ja) | 1987-08-29 |
Family
ID=12456610
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61035963A Pending JPS62196081A (ja) | 1986-02-18 | 1986-02-20 | 超音波モ−タ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62196081A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01177874A (ja) * | 1987-12-29 | 1989-07-14 | Seiko Instr & Electron Ltd | 進行性波動モータ |
| JPH02142368A (ja) * | 1988-11-22 | 1990-05-31 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 超音波モータ |
-
1986
- 1986-02-20 JP JP61035963A patent/JPS62196081A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01177874A (ja) * | 1987-12-29 | 1989-07-14 | Seiko Instr & Electron Ltd | 進行性波動モータ |
| JPH02142368A (ja) * | 1988-11-22 | 1990-05-31 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 超音波モータ |
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