JP2012023895A - 超音波モータ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】超音波モータは、1次モードの縦振動と2次モードの屈曲振動とを縮退させ、両振動の間に位相差を持たせることにより楕円振動を形成する振動子1と、振動子1に固定された駆動子2に押圧接触し、振動子1に楕円振動が形成されたときに振動子1に対して一軸方向に相対移動する可動体3とを含み、振動子1は、縦振動の振動方向の長さとして異なる複数の長さを有するように段差が設けられる。
【選択図】図1
Description
例えば非特許文献1には、回転型の超音波モータにおいて、摺動面でのステータの振動速度とスライダの回転速度との速度差を極力無くすことにより摺動面での滑りを減らし、その結果、磨耗が減る、というものが記載されている。
同図に示したように、本実施例に係る超音波モータは、振動子1、振動子1に接着固定された駆動子2、及び、可動体3を含む、リニア型の超音波モータである。
図2(a),(b) は、振動子1の積層構造を説明する図である。
そして、このような積層構造の振動子1において、電極6aを負極として、電極4a、4b、4c、4d、5a、5b、5c、5dに正電圧を印加したときに、電極4a、4d、5a、5dの各電極に対応する圧電体部分が圧電横効果により面積が広がる方向に歪むように分極されると共に、電極4b、4c、5b、5cの各電極に対応する圧電体部分が圧電横効果により面積が狭まる方向に歪むように分極される、ように分極処理を行う。また、電極6aを負極として、電極4e、5eに正電圧を印加したときに、電極4e、5eに対応する圧電体部分が圧電横効果により面積が広がる方向に歪むように分極される、ように分極処理を行う。
また、振動子1は、縦振動の振動方向の長さとして異なる複数の長さを有するように、段差が設けられている。
同図(a) は、図2(b) に示した振動子1を模式的に示す図であり、振動子1の斜視図でもある。なお、以下の説明では、振動子1の左右方向と言ったときには図3(a) に示したX軸方向を指し、振動子1の厚さ方向と言ったときには同図(a) に示したY軸方向を指し、振動子1の高さ方向と言ったときには同図(a) に示したZ軸方向を指すものとする。
同図(b) に示したように、本実施例では、振動子1における縦振動の振動方向の長さ(振動子1の左右方向の長さ)として、異なる2つの長さL1、L2(L1>L2)を有するように、振動子1の左右側面に段差が設けられている。なお、この段差は、振動子1における縦振動の振動方向の長さの中心を通り且つその縦振動の振動方向に垂直な面について面対称に設けられたものでもある。また、この段差は、左右方向の長さをL1とする直方体の四隅を切り欠いたときに得られるようなものでもある。ここで、長さL1は第1の長さの一例であり、長さL2は第2の長さの一例である。
例えば、振動子1に設けられる段差は、図3(a) 等に示した形状に限らず、他の形状により構成することも可能である。図7(a),(b),(c),(d),(e),(f),(g) は、他の形状により構成された段差の変形例を示す図である。但し、何れの例における段差も、振動子における縦振動の振動方向の長さとして異なる2つの長さL1、L2を有するように設けられたものであり、その2つの長さL1、L2は、長さL1に係る縦1次モード振動の共振周波数と長さL2に係る縦3次モード振動の共振周波数との比が1:3(限りなく1:3に近い略1:3も含む)になるように決定されたものである。また、何れの例における段差も、振動子における縦振動の振動方向の長さの中心を通り且つその縦振動の振動方向に垂直な面について面対称に設けられたものである。同図(a) に示した振動子に設けられた段差は、図3(a) 等に示した段差に対して凹凸関係が逆になった段差の例である。図7(b) に示した振動子に設けられた段差は、直方体とする振動子における、高さ方向に平行な角部分を切り欠いたときに得られるような段差の例である。同図(c) に示した振動子に設けられた段差は、同図(b) に示した段差に対して凹凸関係が逆になった段差の例である。同図(d) に示した振動子に設けられた段差は、直方体とする振動子における、高さ方向に平行な角部分と厚み方向に平行な角部分とを切り欠いたときに得られるような段差の例である。同図(e) に示した振動子に設けられた段差は、同図(d) に示した段差に対して凹凸関係が逆になった段差の例である。同図(f) に示した振動子に設けられた段差は、振動子1の左右側面に、高さ方向に平行な段差が複数設けられた例である。同図(g) に示した振動子に設けられた段差は、同図(f) に示した段差に対して凹凸関係が逆になった段差の例である。なお、同図(f),(g) に示した段差は、左右方向の長さをL1とする直方体の単層素子と、左右方向の長さをL2とする直方体の単層素子とを積層することによって得ることもできる。このような他の形状により構成された段差によっても、上述の図3(a) 等に示した段差の場合と同様の効果を得ることができる。
同図に示したように、本実施例に係る超音波モータの振動子11は、実施例1に係る超音波モータの振動子1に設けられた段差とは異なる形状の段差を有する。すなわち、実施例1に係る振動子1では縦振動の振動方向の長さとして異なる2つの長さL1、L2を有するように段差(いわゆる一段の段差)が設けられていたのに対し、本実施例に係る振動子11では縦振動の振動方向の長さとして異なる3つの長さを有するように段差(いわゆる二段の段差)が設けられている。
同図(a) は、振動子11の斜視図である。なお、本実施例においても実施例1と同様に、振動子11の左右方向と言ったときには同図(a) に示したX軸方向を指し、振動子11の厚さ方向と言ったときには同図(a) に示したY軸方向を指し、振動子11の高さ方向と言ったときには同図(a) に示したZ軸方向を指すものとする。
同図(b) に示したように、本実施例では、振動子11における縦振動の振動方向の長さ(振動子11の左右方向の長さ)として、異なる3つの長さL3、L4、L5(L3>L4>L5)を有するように、振動子11の左右側面に段差が設けられている。なお、この段差は、振動子11における縦振動の振動方向の長さの中心を通り且つその縦振動の振動方向に垂直な面について面対称に設けられたものでもある。また、その3つの長さL3、L4、L5において、長さL3は第1の長さの一例であり、長さL4は第2の長さの一例である。
例えば、振動子11に設けられる段差は、図10(a) 等に示した形状に限らず、他の形状により構成することも可能である。例えば、図示はしないが、図10(a) 等に示した段差に対して凹凸関係が逆になった段差とすることも可能である。但し、この場合も、その段差は、振動子における縦振動の振動方向の長さとして異なる3つの長さL3、L4、L5を有するように設けられたものであり、その3つの長さL3、L4、L5は、長さL3に係る縦1次モード振動の共振周波数と長さL4に係る縦3次モード振動の共振周波数と長さL5に係る縦5次モード振動の共振周波数との比が1:3:5(限りなく1:3:5に近い略1:3:5も含む)になるように決定されたものであるとする。また、その段差は、振動子における縦振動の振動方向の長さの中心を通り且つその縦振動の振動方向に垂直な面について面対称に設けられたものであるとする。このような他の形状により構成された段差によっても、上述の図10(a) 等に示した段差の場合と同様の効果を得ることができる。
2 駆動子
3 可動体
4 単層素子
4a、4b、4c、4d、4e 電極
5 単層素子
5a、5b、5c、5d、5e 電極
6 単層素子
6a 電極
11 振動子
Claims (7)
- 1次モードの縦振動と2次モードの屈曲振動とを縮退させ、両振動の間に位相差を持たせることにより楕円振動を形成する振動子と、
前記振動子に固定された駆動子に押圧接触し、前記振動子に前記楕円振動が形成されたときに前記振動子に対して一軸方向に相対移動する可動体と、
を含み、
前記振動子は、前記縦振動の振動方向の長さとして異なる複数の長さを有するように、段差が設けられる、
ことを特徴とする超音波モータ。 - 前記段差は、前記振動子における前記縦振動の振動方向の長さの中心を通り且つ前記縦振動の振動方向に垂直な面について面対称に設けられる、
ことを特徴とする請求項1記載の超音波モータ。 - 前記異なる複数の長さは、第1の長さと1つ以上の長さとからなり、
前記1つ以上の長さの各々は、当該長さに係るn次モード(nは3以上の奇数)の縦振動の共振周波数が、前記第1の長さに係る1次モードの縦振動の共振周波数に対して略n倍になる、という長さである、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の超音波モータ。 - 前記1つ以上の長さは第2の長さを含み、
前記第2の長さに係る3次モードの縦振動の共振周波数が、前記第1の長さに係る1次モードの縦振動の共振周波数に対して略3倍になる、
ことを特徴とする請求項3記載の超音波モータ。 - 前記振動子において、前記第1の長さに係る1次モードの縦振動と前記1つ以上の長さの各々に係るn次モードの縦振動との間の共通の節の位置に、電気機械エネルギー変換素子の電極が配置される、
ことを特徴とする請求項3又は4に記載の超音波モータ。 - 前記第1の長さに係る1次モードの縦振動と前記1つ以上の長さの各々に係るn次モードの縦振動との間の振動速度の位相差は、前記第1の長さに係る1次モードの縦振動の振動速度をv1sin(ωt)とし、前記1つ以上の長さの各々について、当該長さに係るn次モードの縦振動の振動速度をvsin(nωt+φ)としたときに、前記1つ以上の長さの各々についてφ≒0となる、
ことを特徴とする請求項3乃至5の何れか一項に記載の超音波モータ。 - 前記第1の長さに係る1次モードの縦振動の振動速度の振幅と前記1つ以上の長さの各々に係るn次モードの縦振動の振動速度の振幅は、前記第1の長さに係る1次モードの縦振動の振動速度をv1sin(ωt)とし、前記1つ以上の長さの各々について、当該長さに係るn次モードの縦振動の振動速度をvsin(nωt+φ)としたときに、前記1つ以上の長さの各々についてv≒v1/nとなる、
ことを特徴とする請求項3乃至6の何れか一項に記載の超音波モータ。
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JP2014236629A (ja) * | 2013-06-04 | 2014-12-15 | オリンパス株式会社 | 超音波モータ |
CN117761165A (zh) * | 2024-02-22 | 2024-03-26 | 中国石油大学(华东) | 一种基于电磁超声阵列扭转导波的管道裂纹定位方法 |
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CN117761165B (zh) * | 2024-02-22 | 2024-05-03 | 中国石油大学(华东) | 一种基于电磁超声阵列扭转导波的管道裂纹定位方法 |
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