JP2549309B2 - 超音波モータ - Google Patents
超音波モータInfo
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- JP2549309B2 JP2549309B2 JP1083918A JP8391889A JP2549309B2 JP 2549309 B2 JP2549309 B2 JP 2549309B2 JP 1083918 A JP1083918 A JP 1083918A JP 8391889 A JP8391889 A JP 8391889A JP 2549309 B2 JP2549309 B2 JP 2549309B2
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- vibration
- piezoelectric
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は電子機器などに用いられる小型モータに関
し、特にローター直径の小さい小型の超音波モータに関
するものである。
し、特にローター直径の小さい小型の超音波モータに関
するものである。
（従来の技術） 超音波モータは従来の電磁モータと比較して、低回転
で高いトルクが得られること、停止保持力を有するこ
と、電磁ノイズが小さいことなどの利点を有しており、
カメラのオートフォーカス用や自動車用パワーモータ等
に使用されている。
で高いトルクが得られること、停止保持力を有するこ
と、電磁ノイズが小さいことなどの利点を有しており、
カメラのオートフォーカス用や自動車用パワーモータ等
に使用されている。
第７図及び第８図は従来の超音波モータの構造を示す
概略図であり、リング上の串歯状の突起部を設けた金属
円板51の突起部の形成されている面の裏側に二枚の圧電
セラミック円板52,53を接着した構造のステーター51の
上に円板状ローター54を圧接した構造となっている。圧
電セラミック円板52,53は偶数等分に分極の向きが厚さ
方向に逆向きとなっており、これら二枚の圧電セラミッ
ク板は分割角度の半分の角度だけずらして接着されてい
る。
概略図であり、リング上の串歯状の突起部を設けた金属
円板51の突起部の形成されている面の裏側に二枚の圧電
セラミック円板52,53を接着した構造のステーター51の
上に円板状ローター54を圧接した構造となっている。圧
電セラミック円板52,53は偶数等分に分極の向きが厚さ
方向に逆向きとなっており、これら二枚の圧電セラミッ
ク板は分割角度の半分の角度だけずらして接着されてい
る。
（発明が解決しようとする課題） 第８図からわかるように従来の超音波モータにおいて
は、ステーターを構成するために２枚の圧電セラミック
円板と金属円板を接着しているため、接着工程が難しい
上に接着条件のばらつきに伴う特性のばらつきが大きい
と云う欠点があった。また、円板の中心部にローターの
回転軸を設けるためステーターおよびローターの直径を
大きくする必要がある。そのため従来の超音波モータの
実用的な最小直径は15mm〜20mmに限定されていた。
は、ステーターを構成するために２枚の圧電セラミック
円板と金属円板を接着しているため、接着工程が難しい
上に接着条件のばらつきに伴う特性のばらつきが大きい
と云う欠点があった。また、円板の中心部にローターの
回転軸を設けるためステーターおよびローターの直径を
大きくする必要がある。そのため従来の超音波モータの
実用的な最小直径は15mm〜20mmに限定されていた。
本発明の課題は、ローターの直径を小さくし、接着工
程の少ない簡単な構造の超音波モータを提供することに
ある。
程の少ない簡単な構造の超音波モータを提供することに
ある。
本発明の別の課題はローターの直径として15mm以下の
超音波モータを提供することにある。
超音波モータを提供することにある。
（課題を解決するための手段） 本発明によれば，両端部とこれらの間に形成された外
周面を備えた円柱状の圧電セラミックスからなり，前記
両端部の内の一端部が楕円運動振動を行う圧電楕円運動
振動子と，前記一端部を覆うように一端側の内周面で接
触して配され，前記楕円運動振動を回転軸の回りの回転
運動に変換する振動−回転変換部材とを有する超音波モ
ータにおいて，前記振動−回転変換部材は，当該振動−
回転変換部材の前記一端側の内周面に対向する他端側に
突出した回転軸を備え， 前記一端側は，前記内周面のうち，前記回転軸に対して
同一円周上の位置にある複数部分のみ接触する接触部を
有し，前記内周面に対する接触面積を小さくするように
したことを特徴とする超音波モータが得られる。
周面を備えた円柱状の圧電セラミックスからなり，前記
両端部の内の一端部が楕円運動振動を行う圧電楕円運動
振動子と，前記一端部を覆うように一端側の内周面で接
触して配され，前記楕円運動振動を回転軸の回りの回転
運動に変換する振動−回転変換部材とを有する超音波モ
ータにおいて，前記振動−回転変換部材は，当該振動−
回転変換部材の前記一端側の内周面に対向する他端側に
突出した回転軸を備え， 前記一端側は，前記内周面のうち，前記回転軸に対して
同一円周上の位置にある複数部分のみ接触する接触部を
有し，前記内周面に対する接触面積を小さくするように
したことを特徴とする超音波モータが得られる。
（作 用） 本発明の超音波モータにおいては、端面が円を含む楕
円運動を行う圧電楕円運動振動子を用い、この圧電楕円
運動振動子の端部と振動−回転変換部材の内周面との接
触がこの圧電振動子の回転軸に対して同一円周上の位置
にある複数部分のみ接触する接触部で行われるため、こ
の振動回転変換部材の内周面に対する接触面積が小さく
圧電楕円運動振動子の振動に対する影響が少なく、共振
周波数の変化などが少ない超音波モータが得られる。
円運動を行う圧電楕円運動振動子を用い、この圧電楕円
運動振動子の端部と振動−回転変換部材の内周面との接
触がこの圧電振動子の回転軸に対して同一円周上の位置
にある複数部分のみ接触する接触部で行われるため、こ
の振動回転変換部材の内周面に対する接触面積が小さく
圧電楕円運動振動子の振動に対する影響が少なく、共振
周波数の変化などが少ない超音波モータが得られる。
（実施例） 以下本発明の超音波モータについて図面を用いて詳し
く説明する。
く説明する。
第１図は本発明の実施例に係る超音波モータの構成を
示す図である。
示す図である。
第１図において、超音波モータは圧電セラミックス円
柱11の両端部に金属リング10あるいは金属円板10′を接
合して構成した圧電楕円運動振動子11′とこの圧電楕円
運動振動子11′の振動の節の部分に設けられたリング状
支持枠12と振動−回転変換部材13bと、駆動軸13aを配し
たカップ状ローター13とを有する。
柱11の両端部に金属リング10あるいは金属円板10′を接
合して構成した圧電楕円運動振動子11′とこの圧電楕円
運動振動子11′の振動の節の部分に設けられたリング状
支持枠12と振動−回転変換部材13bと、駆動軸13aを配し
たカップ状ローター13とを有する。
第２図は本発明の超音波モータに用いる圧電楕円運動
振動子11′の構成の一例を示す斜視図である。この図に
おいて、圧電セラミックス円柱11には円周を４分割する
位置に、長さ方向に平行に電極32,34,31,33が設けられ
ている。一方この圧電セラミックス円柱11の両端に金属
リング10もしくは金属円板10′が設けられている。
振動子11′の構成の一例を示す斜視図である。この図に
おいて、圧電セラミックス円柱11には円周を４分割する
位置に、長さ方向に平行に電極32,34,31,33が設けられ
ている。一方この圧電セラミックス円柱11の両端に金属
リング10もしくは金属円板10′が設けられている。
第３図は本発明の超音波モータに用いる圧電セラミッ
クス円柱11の断面図であり、第３図（ａ）は電極32,34
を（＋），電極31,33を（−）にして電圧を印加した場
合の分極の向きを破線の矢印21で示している。
クス円柱11の断面図であり、第３図（ａ）は電極32,34
を（＋），電極31,33を（−）にして電圧を印加した場
合の分極の向きを破線の矢印21で示している。
第３図（ｂ）は第３図（ａ）のように分極した圧電セ
ラミックス円柱において電極33,34を（＋）、電極31,32
を（−）にして実線の矢印22で示すように電圧を印加し
た場合の断面の歪みを示す図である。
ラミックス円柱において電極33,34を（＋）、電極31,32
を（−）にして実線の矢印22で示すように電圧を印加し
た場合の断面の歪みを示す図である。
第３図（ｂ）において電圧は電極34から31、電極33か
ら32に印加される。そのために分極方向に依存して圧電
セラミックス円柱11の周面に沿うように電極34,31間は
伸び、電極33,32間は縮む。その結果として第３図
（ｂ）において、流さ方向に下側が膨らむように屈曲す
る。
ら32に印加される。そのために分極方向に依存して圧電
セラミックス円柱11の周面に沿うように電極34,31間は
伸び、電極33,32間は縮む。その結果として第３図
（ｂ）において、流さ方向に下側が膨らむように屈曲す
る。
また、印加電圧の極性が逆向きであれば屈曲も逆にな
る。
る。
第４図（ａ）および第４図（ｂ）は圧電セラミックス
円柱11に交流電圧を加えた場合の振動状態の説明図であ
る。
円柱11に交流電圧を加えた場合の振動状態の説明図であ
る。
電極33,34と電極31,32間に振動子の共振周波数に等し
い交流電圧を印加した場合、第４図（ａ）のように白抜
き矢印23の方向に屈曲振動を発生する。電極31,34およ
び32,33を接続して同様に振動子の共振周波数に等しい
周波数の交流電圧を印加すると屈曲振動の方向は第４図
（ａ）の白抜き矢印23の方向とは直角の方向となる。
い交流電圧を印加した場合、第４図（ａ）のように白抜
き矢印23の方向に屈曲振動を発生する。電極31,34およ
び32,33を接続して同様に振動子の共振周波数に等しい
周波数の交流電圧を印加すると屈曲振動の方向は第４図
（ａ）の白抜き矢印23の方向とは直角の方向となる。
従って、以上の二つの方向の屈曲振動の位相を90゜ず
らせること、具体的には各々の駆動電圧の印加電圧の位
相を90゜ずらせることにより、圧電セラミックス円柱11
の両端部に、第４図（ｂ）の矢印24に示すような円運動
を含む楕円運動を励起することが可能である。
らせること、具体的には各々の駆動電圧の印加電圧の位
相を90゜ずらせることにより、圧電セラミックス円柱11
の両端部に、第４図（ｂ）の矢印24に示すような円運動
を含む楕円運動を励起することが可能である。
実際に超音波モータを構成する場合には、ローターと
の接触の効率を高めるために圧電セラミックス円柱11の
少なくとも一方の端面に金属リング10あるいは金属円板
10′を接合して圧電楕円運動振動子11′を構成する場合
が多い。
の接触の効率を高めるために圧電セラミックス円柱11の
少なくとも一方の端面に金属リング10あるいは金属円板
10′を接合して圧電楕円運動振動子11′を構成する場合
が多い。
第５図は本発明の超音波モータに用いる圧電楕円運動
振動子11′端面の形状の一例を示す斜視図であり、端面
の全周にわたって微小突起14及びこの微小突起の間に、
この端面から中央に向って長さ方向に沿って錐状の溝が
形成されている。
振動子11′端面の形状の一例を示す斜視図であり、端面
の全周にわたって微小突起14及びこの微小突起の間に、
この端面から中央に向って長さ方向に沿って錐状の溝が
形成されている。
この微小突起及び溝は、金属円柱に設けられても、こ
の金属円柱より内側の圧電セラミックスに至るまで設け
られても良く、要するに圧電楕円運動振動子11′の端面
から中央に向って形成されていれば良い。
の金属円柱より内側の圧電セラミックスに至るまで設け
られても良く、要するに圧電楕円運動振動子11′の端面
から中央に向って形成されていれば良い。
第６図は圧電楕円運動振動子11′の端部にカップ状ロ
ーラー13を組み合わせた状態を示す断面図である。
ーラー13を組み合わせた状態を示す断面図である。
第６図に示したように、カップ状ローラー13の内壁面
は開口部の直径が前記圧電楕円運動振動子11′の端部外
径よりわずかに大きく、底部の直径が前記圧電楕円運動
振動子11′の端部外径よりわずかに小さく形成されてい
る。圧電楕円運動振動子11′と振動−回転変換部材13b
は軸方向15に圧接されている。
は開口部の直径が前記圧電楕円運動振動子11′の端部外
径よりわずかに大きく、底部の直径が前記圧電楕円運動
振動子11′の端部外径よりわずかに小さく形成されてい
る。圧電楕円運動振動子11′と振動−回転変換部材13b
は軸方向15に圧接されている。
第５図に示した端面形状の圧電楕円運動振動子11′を
用いた場合、圧電楕円運動振動子11′とカップ状ローラ
ー13とは錐状の微小突起14だけが接触することになる。
したがって、圧電楕円運動振動子11′の全周にわたって
接触する場合と比較して接触によるスティフネスが小さ
くなり、圧電楕円運動振動子11′の振動に対して負荷が
軽くなり、共振周波数のずれが少なくなる。
用いた場合、圧電楕円運動振動子11′とカップ状ローラ
ー13とは錐状の微小突起14だけが接触することになる。
したがって、圧電楕円運動振動子11′の全周にわたって
接触する場合と比較して接触によるスティフネスが小さ
くなり、圧電楕円運動振動子11′の振動に対して負荷が
軽くなり、共振周波数のずれが少なくなる。
更に、本発明によれば、圧電セラミックス円柱あるい
は圧電セラミックスパイプの側面に設けられた長さ方向
に平行な複数対の電極を有し、この圧電セラミックス円
柱の端面が円を含む楕円運動を行う圧電楕円運動振動子
を用いているため、圧電楕円運動振動子そのものは接着
工程を含まないで構成することが出来るため振動特性の
ばらつきが小さい安定な楕円運動の励振が可能となる。
は圧電セラミックスパイプの側面に設けられた長さ方向
に平行な複数対の電極を有し、この圧電セラミックス円
柱の端面が円を含む楕円運動を行う圧電楕円運動振動子
を用いているため、圧電楕円運動振動子そのものは接着
工程を含まないで構成することが出来るため振動特性の
ばらつきが小さい安定な楕円運動の励振が可能となる。
（発明の効果） 以上示したように本発明の超音波モータにおいては、
駆動力を発生させるための振動子の形状が単純で、回転
あるいは楕円運動振動を発生させるための二つの振動モ
ードが同じ屈曲モードであることから、構造が簡単にな
る。
駆動力を発生させるための振動子の形状が単純で、回転
あるいは楕円運動振動を発生させるための二つの振動モ
ードが同じ屈曲モードであることから、構造が簡単にな
る。
また、棒状の楕円運動振動子及び振動−回転変換部材
を使用しているためローターの直径即ち振動−回転変換
部材の直径を小さくすることが容易で、ローター直径の
小さい超音波モータを得ることができる。モータの直径
としては、必要なトルクによって変わるが、原理的には
10mm以下も可能である。
を使用しているためローターの直径即ち振動−回転変換
部材の直径を小さくすることが容易で、ローター直径の
小さい超音波モータを得ることができる。モータの直径
としては、必要なトルクによって変わるが、原理的には
10mm以下も可能である。
また、本発明の超音波モータにおいては、圧電楕円運
動振動子の端部と振動−回転変換部材との内周面の接触
が回転軸に対して同一円周上の位置にある複数部分のみ
接触する接触部で行われ、この接触部は、内周面に対す
る接触面積を小さくするようにして構成されているため
圧電楕円運動振動子の振動に対する影響が少なく、共振
周波数の変化などが少ない超音波モータが得られる。
動振動子の端部と振動−回転変換部材との内周面の接触
が回転軸に対して同一円周上の位置にある複数部分のみ
接触する接触部で行われ、この接触部は、内周面に対す
る接触面積を小さくするようにして構成されているため
圧電楕円運動振動子の振動に対する影響が少なく、共振
周波数の変化などが少ない超音波モータが得られる。
第１図は本発明の実施例に係る超音波モータの構成を示
す斜視図、第２図は本発明の実施例に係る超音波モータ
に用いる圧電楕円運動振動子を示す斜視図、第３図およ
び第４図は本発明の実施例に係る超音波モータに用いる
圧電セラミックス円柱の断面図を用いて楕円運動振動子
の動作原理を説明するための説明図、第５図は本発明の
実施例に係る超音波モータに用いられる圧電楕円運動振
動子の端面形状を示す斜視図、第６図は本発明の実施例
に係る超音波モータにおいて、圧電楕円運動振動子と振
動−回転変換部材との組み合わせ状態を示す断面図、第
７図および第８図は従来の超音波モータの構造例の説明
に供する図である。 図中、10は金属リング、10′は金属円板、11は圧電セラ
ミックス円柱、11′は圧電楕円運動振動子、12はリング
状支持枠、13はカップ状ローラー、13aは駆動軸、13bは
振動−回転変換部材、14は微小突起、15はスリット、3
1,32,33,34は電極、51は金属円板、52,53は圧電セラミ
ックス円板である。
す斜視図、第２図は本発明の実施例に係る超音波モータ
に用いる圧電楕円運動振動子を示す斜視図、第３図およ
び第４図は本発明の実施例に係る超音波モータに用いる
圧電セラミックス円柱の断面図を用いて楕円運動振動子
の動作原理を説明するための説明図、第５図は本発明の
実施例に係る超音波モータに用いられる圧電楕円運動振
動子の端面形状を示す斜視図、第６図は本発明の実施例
に係る超音波モータにおいて、圧電楕円運動振動子と振
動−回転変換部材との組み合わせ状態を示す断面図、第
７図および第８図は従来の超音波モータの構造例の説明
に供する図である。 図中、10は金属リング、10′は金属円板、11は圧電セラ
ミックス円柱、11′は圧電楕円運動振動子、12はリング
状支持枠、13はカップ状ローラー、13aは駆動軸、13bは
振動−回転変換部材、14は微小突起、15はスリット、3
1,32,33,34は電極、51は金属円板、52,53は圧電セラミ
ックス円板である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田村 光男 宮城県仙台市太白区郡山６丁目７番１号 株式会社トーキン内 (56)参考文献 特開 平２−36776（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−164285（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−84078（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】両端部とこれらの間に形成された外周面を
備えた円柱状の圧電セラミックスからなり，前記両端部
の内の一端部が楕円運動振動を行う圧電楕円運動振動子
と， 前記一端部を覆うように一端側の内周面で接触して配さ
れ，前記楕円運動振動を回転軸の回りの回転運動に変換
する振動−回動変換部材とを有する超音波モータにおい
て， 前記振動−回転変換部材は，当該振動−回転変換部材の
前記一端側の内周面に対向する他端側に突出した回転軸
を備え， 前記一端部は，前記内周面のうち，前記回転軸に対して
同一円周上の位置にある複数部分のみ接触する接触部を
有し， 前記内周面に対する接触面積を小さくするようにしたこ
とを特徴とする超音波モータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1083918A JP2549309B2 (ja) | 1989-04-04 | 1989-04-04 | 超音波モータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1083918A JP2549309B2 (ja) | 1989-04-04 | 1989-04-04 | 超音波モータ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02266876A JPH02266876A (ja) | 1990-10-31 |
| JP2549309B2 true JP2549309B2 (ja) | 1996-10-30 |
Family
ID=13815982
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1083918A Expired - Fee Related JP2549309B2 (ja) | 1989-04-04 | 1989-04-04 | 超音波モータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2549309B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100691270B1 (ko) * | 2005-08-05 | 2007-03-12 | 삼성전기주식회사 | 압전 스테이터의 노달 지점을 자동으로 찾아 지지하는 구조 |
-
1989
- 1989-04-04 JP JP1083918A patent/JP2549309B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02266876A (ja) | 1990-10-31 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |