JP2638943B2 - 超音波モータおよびその駆動方法 - Google Patents
超音波モータおよびその駆動方法Info
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- JP2638943B2 JP2638943B2 JP63164033A JP16403388A JP2638943B2 JP 2638943 B2 JP2638943 B2 JP 2638943B2 JP 63164033 A JP63164033 A JP 63164033A JP 16403388 A JP16403388 A JP 16403388A JP 2638943 B2 JP2638943 B2 JP 2638943B2
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- ultrasonic motor
- vibration
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は超音波振動によりロータを回転して、駆動力
を発生させる超音波モータに関するものである。
を発生させる超音波モータに関するものである。
（従来の技術） 縦−捩り複合圧電振動子をステータとし、ステータの
端面にロータを圧接してロータを回転させる構成の超音
波モータは例えば熊田により提案され、特開昭61−1217
77号で開示されている。このモータは縦振動励振用圧電
セラミックスと捩り振動励振用圧電セラミックスとを重
ね合わせて、更に２個の円柱あるいは円筒状超音波振動
体で両側からはさみ一体化した縦−捩り複合圧電振動子
をステータとし、上記縦振動励振用圧電セラミックスと
捩り振動励振用圧電セラミックスとにそれぞれ独立に交
流電圧を印加してステータの端面に楕円振動を誘起し、
この楕円振動を利用してステータ端面に圧接したロータ
に回転運動を与えるものである。
端面にロータを圧接してロータを回転させる構成の超音
波モータは例えば熊田により提案され、特開昭61−1217
77号で開示されている。このモータは縦振動励振用圧電
セラミックスと捩り振動励振用圧電セラミックスとを重
ね合わせて、更に２個の円柱あるいは円筒状超音波振動
体で両側からはさみ一体化した縦−捩り複合圧電振動子
をステータとし、上記縦振動励振用圧電セラミックスと
捩り振動励振用圧電セラミックスとにそれぞれ独立に交
流電圧を印加してステータの端面に楕円振動を誘起し、
この楕円振動を利用してステータ端面に圧接したロータ
に回転運動を与えるものである。
（発明が解決しようとする課題） 一般に高出力で効率の高い超音波モータを実現するに
はステータの端面に生じる楕円振動の縦方向及び横方向
の振巾を出来るだけ大きくする必要がある。
はステータの端面に生じる楕円振動の縦方向及び横方向
の振巾を出来るだけ大きくする必要がある。
ところで横波の音速は縦波の音速の約６割であるた
め、上記従来発明の超音波モータのステータにおいて
は、縦振動と捩り振動の共振周波数を一致させることは
困難である。従って一方の振動を共振駆動すれば他方の
振動は必然的に非共振駆動にならざるを得ない。非共振
駆動は共振駆動に比べて極端に振動振巾が小さくなるた
め、ステータ端面に誘起される楕円振動の振巾は縦方向
あるいは横方向のいずれか一方の振巾が極端に小さくな
ってしまうために高効率超音波モータを実現することは
ほとんど不可能である。
め、上記従来発明の超音波モータのステータにおいて
は、縦振動と捩り振動の共振周波数を一致させることは
困難である。従って一方の振動を共振駆動すれば他方の
振動は必然的に非共振駆動にならざるを得ない。非共振
駆動は共振駆動に比べて極端に振動振巾が小さくなるた
め、ステータ端面に誘起される楕円振動の振巾は縦方向
あるいは横方向のいずれか一方の振巾が極端に小さくな
ってしまうために高効率超音波モータを実現することは
ほとんど不可能である。
なお従来発明超音波モータを構成するステータに縦振
動と捩り振動の共振を起こさせることも可能ではある
が、この場合には共振周波数が異なるため、ステータ端
面に楕円振動を発生させることが出来ないので、ロータ
は回転しない。
動と捩り振動の共振を起こさせることも可能ではある
が、この場合には共振周波数が異なるため、ステータ端
面に楕円振動を発生させることが出来ないので、ロータ
は回転しない。
本発明の目的は２つの振動の共振周波数が等しい縦−
捩り複合圧電振動子をステータとする高出力、高効率超
音波モータを実現することにある。
捩り複合圧電振動子をステータとする高出力、高効率超
音波モータを実現することにある。
（課題を解決するための手段） 本発明は縦−捩り複合圧電振動子をステータとし、こ
れにロータを圧接して、構成する超音波モータにおい
て、ステータ端面中央部に該端面からの長さが可変可能
なように棒状突起が設置されている超音波モータと、こ
の棒状突起の長さを調整して捩り振動と縦振動の共振周
波数を一致させる超音波モータの駆動方法である。
れにロータを圧接して、構成する超音波モータにおい
て、ステータ端面中央部に該端面からの長さが可変可能
なように棒状突起が設置されている超音波モータと、こ
の棒状突起の長さを調整して捩り振動と縦振動の共振周
波数を一致させる超音波モータの駆動方法である。
第１図に本発明によるステータの構成を示す。図中１
は縦振動励振用圧電セラミックス、２は捩り振動励振用
圧電セラミックス、3,4は円柱状超音波振動体、５は３
の中心部に取り付けられた円柱状超音波振動体である。
は縦振動励振用圧電セラミックス、２は捩り振動励振用
圧電セラミックス、3,4は円柱状超音波振動体、５は３
の中心部に取り付けられた円柱状超音波振動体である。
上記構成のステータにおいて、１と２とに互いに位相
が90゜異なる同一周波数の交流電圧を印加すればステー
タは縦−捩り複合圧電共振子となり、３の端面Ａ及び４
の端面Ｂには縦、横共に振巾の大きい楕円振動が誘起さ
れる。従ってＡあるいはＢ面にロータを圧接すれば高効
よく回転させることが出来る。
が90゜異なる同一周波数の交流電圧を印加すればステー
タは縦−捩り複合圧電共振子となり、３の端面Ａ及び４
の端面Ｂには縦、横共に振巾の大きい楕円振動が誘起さ
れる。従ってＡあるいはＢ面にロータを圧接すれば高効
よく回転させることが出来る。
（作用） 本発明の構成上の特徴は第１図に示した様に超音波振
動体３の中央部に突起５を設けたことにある。突起がな
ければステータの縦振動共振周波数は捩り振動共振周波
数の約1.6倍となり一致しない。しかし突起５を設ける
と捩り振動の共振周波数を略一定に保ったまま縦振動の
共振周波数のみを大巾に下げることが可能となり、突起
の長さを変えると２つの共振周波数を一致させることが
できる。
動体３の中央部に突起５を設けたことにある。突起がな
ければステータの縦振動共振周波数は捩り振動共振周波
数の約1.6倍となり一致しない。しかし突起５を設ける
と捩り振動の共振周波数を略一定に保ったまま縦振動の
共振周波数のみを大巾に下げることが可能となり、突起
の長さを変えると２つの共振周波数を一致させることが
できる。
本発明に従えば縦共振と捩り共振とを同一周波数で駆
動できる。その結果縦方向、横方向の振巾が共に大きい
楕円振動がステータの端面に誘起されるので、この楕円
振動を利用すれば高出力、高効率超音波モータが実現で
きる。
動できる。その結果縦方向、横方向の振巾が共に大きい
楕円振動がステータの端面に誘起されるので、この楕円
振動を利用すれば高出力、高効率超音波モータが実現で
きる。
（実施例） 以下本発明の実施例について図面を参照しながら説明
する。
する。
第２図は本発明の実施例のステータを示す断面図であ
る。図中１は縦振動励振用圧電セラミックスで直径20
φ、厚さ4mmのリング状をしており厚み方向に分極され
ている。図中２は捩り振動励振用圧電セラミックスで寸
法は１と同じ。分極は周方向になされている。上記２枚
の圧電セラミックスは電極板23、絶縁板24を介して金属
製超音波振動体25と26とではさまれ、Ｔ型ボルト27で締
め付け一体化されている。直径４φの金属シャフト28は
超音波振動体25の中央部にねじ込まれている。金属シャ
フト28の先端からＴ型ボルト27の底部までの長さは80mm
である。電極端子Ｃに交流電圧を印加するとステータに
は縦共振が励振され、電極端子Ｄに交流電圧を印加する
と捩り共振が励振される。
る。図中１は縦振動励振用圧電セラミックスで直径20
φ、厚さ4mmのリング状をしており厚み方向に分極され
ている。図中２は捩り振動励振用圧電セラミックスで寸
法は１と同じ。分極は周方向になされている。上記２枚
の圧電セラミックスは電極板23、絶縁板24を介して金属
製超音波振動体25と26とではさまれ、Ｔ型ボルト27で締
め付け一体化されている。直径４φの金属シャフト28は
超音波振動体25の中央部にねじ込まれている。金属シャ
フト28の先端からＴ型ボルト27の底部までの長さは80mm
である。電極端子Ｃに交流電圧を印加するとステータに
は縦共振が励振され、電極端子Ｄに交流電圧を印加する
と捩り共振が励振される。
第３図は上記ステータを駆動した場合の共振周波数を
示している。金属シャフト28の長さ１を変えると捩り振
動の共振周波数を一定に保ったまま、縦振動の共振周波
数のみが変化することが明白である。そして、本実施例
では１＝25.5mmの時捩り共振と縦共振が24.5kHzとなり
正確に一致した。
示している。金属シャフト28の長さ１を変えると捩り振
動の共振周波数を一定に保ったまま、縦振動の共振周波
数のみが変化することが明白である。そして、本実施例
では１＝25.5mmの時捩り共振と縦共振が24.5kHzとなり
正確に一致した。
第４図は本発明の実施例の超音波モータの構成を示す
図である。図中41は第２図に示したステータを示してお
り、ステータの上面にロータ42を配置し、ベアリング43
弾性体（またはバネ）44を介してナット45でロータ42を
ステータ41の端面に圧接した。縦振動励振用圧電セラミ
ックス１と捩り振動励振用圧電セラミックス２とに独立
に交流電圧を印加し、その位相差を90゜とした時ロータ
は回転した。
図である。図中41は第２図に示したステータを示してお
り、ステータの上面にロータ42を配置し、ベアリング43
弾性体（またはバネ）44を介してナット45でロータ42を
ステータ41の端面に圧接した。縦振動励振用圧電セラミ
ックス１と捩り振動励振用圧電セラミックス２とに独立
に交流電圧を印加し、その位相差を90゜とした時ロータ
は回転した。
100Vの交流電圧を印加すると無負荷回転数310r.p.m、
起動トルク5.3kgf.cm、効率45％のモータ特性を示し
た。
起動トルク5.3kgf.cm、効率45％のモータ特性を示し
た。
なお、ここでは半波長共振の例を示したが、シャフト
の直径、長さを変えて１次振動でなく縦振動の高次共振
を一致させ、楕円振動を誘起することも可能である。ま
た金属シャフトとロータはステータのそれぞれ別の端面
に形成してもよい。
の直径、長さを変えて１次振動でなく縦振動の高次共振
を一致させ、楕円振動を誘起することも可能である。ま
た金属シャフトとロータはステータのそれぞれ別の端面
に形成してもよい。
（発明の効果） 本発明は上述のように複合振動体で捩り、縦振動を同
一周波数で励振できるため、高出力でかつ効率の高い超
音波モータが実現できる。
一周波数で励振できるため、高出力でかつ効率の高い超
音波モータが実現できる。
第１図は本発明ステータの構成を示す図。第２図は本発
明実施例のステータを示す図。第３図は本発明実施例ス
テータの共振特性を示す図。第４図は本発明実施例のモ
ータの構成を示す図である。 図中、１は縦振動励振用圧電セラミックス、２は捩り振
動励振用圧電セラミックス、3,4,25,26は超音波振動
体、5,28はシャフト、23は金属板、24は絶縁体、27はボ
ルト、41はステータ、42はロータ、43はベアリング、44
は弾性体、45はナットをそれぞれ示している。
明実施例のステータを示す図。第３図は本発明実施例ス
テータの共振特性を示す図。第４図は本発明実施例のモ
ータの構成を示す図である。 図中、１は縦振動励振用圧電セラミックス、２は捩り振
動励振用圧電セラミックス、3,4,25,26は超音波振動
体、5,28はシャフト、23は金属板、24は絶縁体、27はボ
ルト、41はステータ、42はロータ、43はベアリング、44
は弾性体、45はナットをそれぞれ示している。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井上 武志 東京都港区芝５丁目33番１号 日本電気 株式会社内 (72)発明者 内川 忠保 東京都港区芝５丁目33番１号 日本電気 株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−110980（ＪＰ，Ａ)
Claims (2)
- 【請求項１】縦−捩り複合圧電振動子をステータとし、
これにロータを圧接して構成する超音波モータにおい
て、ステータ端面中央部に該端面からの長さが可変可能
なように棒状突起が設置されていることを特徴とする超
音波モータ。 - 【請求項２】縦−捩り複合圧電振動子をステータとし、
これにロータを圧接して構成し、かつ、ステータ端面中
央部に該端面からの長さが可変可能なように棒状突起が
設置されている超音波モータの駆動方法であって、ステ
ータ端面中央部に設置した棒状突起の長さを調整して捩
り振動と縦振動の共振周波数を一致させることを特徴と
する超音波モータの駆動方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63164033A JP2638943B2 (ja) | 1988-06-29 | 1988-06-29 | 超音波モータおよびその駆動方法 |
| US07/365,897 US4965482A (en) | 1988-06-17 | 1989-06-14 | Ultrasonic motor and method of adjusting the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63164033A JP2638943B2 (ja) | 1988-06-29 | 1988-06-29 | 超音波モータおよびその駆動方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0213282A JPH0213282A (ja) | 1990-01-17 |
| JP2638943B2 true JP2638943B2 (ja) | 1997-08-06 |
Family
ID=15785532
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63164033A Expired - Lifetime JP2638943B2 (ja) | 1988-06-17 | 1988-06-29 | 超音波モータおよびその駆動方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2638943B2 (ja) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63110980A (ja) * | 1986-10-28 | 1988-05-16 | Taga Electric Co Ltd | 超音波モ−タの駆動方法 |
-
1988
- 1988-06-29 JP JP63164033A patent/JP2638943B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0213282A (ja) | 1990-01-17 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080425 Year of fee payment: 11 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090425 Year of fee payment: 12 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term | ||
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090425 Year of fee payment: 12 |