JP2652546B2 - 超音波モータ - Google Patents
超音波モータInfo
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- JP2652546B2 JP2652546B2 JP63031427A JP3142788A JP2652546B2 JP 2652546 B2 JP2652546 B2 JP 2652546B2 JP 63031427 A JP63031427 A JP 63031427A JP 3142788 A JP3142788 A JP 3142788A JP 2652546 B2 JP2652546 B2 JP 2652546B2
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- Japan
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- piezoelectric actuator
- rotor
- ultrasonic
- torsional vibrator
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- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 5
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 3
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
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- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- NJPPVKZQTLUDBO-UHFFFAOYSA-N novaluron Chemical compound C1=C(Cl)C(OC(F)(F)C(OC(F)(F)F)F)=CC=C1NC(=O)NC(=O)C1=C(F)C=CC=C1F NJPPVKZQTLUDBO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
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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
- H02N2/0005—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing non-specific motion; Details common to machines covered by H02N2/02 - H02N2/16
- H02N2/001—Driving devices, e.g. vibrators
- H02N2/0045—Driving devices, e.g. vibrators using longitudinal or radial modes combined with torsion or shear modes
-
- 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
- H02N2/106—Langevin motors
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
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。
力を発生させる超音波モータに関するものである。
＜従来技術＞ 円環状または円板状の電歪素子等を振動源として、捩
れ振動を発生させる超音波捩れ振動子は、特公昭51−36
33号，特公昭52−14156号，特開昭61−120677号及び特
開昭61−120678号等に開示されているように種々の構造
が提案されている。
れ振動を発生させる超音波捩れ振動子は、特公昭51−36
33号，特公昭52−14156号，特開昭61−120677号及び特
開昭61−120678号等に開示されているように種々の構造
が提案されている。
一方、圧電振動子等を駆動源として用いてステータを
構成し、該ステータによりロータを回動する超音波モー
タは、特開昭59−96882号等に開示されているように種
々存在するが、それらはいずれも、ステータを円環状等
に構成して、多相の駆動電圧を印加することにより進行
波を発生させ、該進行波により、ロータを回動するもの
である。このため、電圧制御が複雑となるとともに、共
振によってのみ駆動力及びその制御を生じさせるもので
あるから、形状設計の自由度が無く、設計が面倒である
等の欠点があった。
構成し、該ステータによりロータを回動する超音波モー
タは、特開昭59−96882号等に開示されているように種
々存在するが、それらはいずれも、ステータを円環状等
に構成して、多相の駆動電圧を印加することにより進行
波を発生させ、該進行波により、ロータを回動するもの
である。このため、電圧制御が複雑となるとともに、共
振によってのみ駆動力及びその制御を生じさせるもので
あるから、形状設計の自由度が無く、設計が面倒である
等の欠点があった。
本発明は、超音波捩れ振動子をステータとして用い
て、前記欠点を除去し得る超音波モータの提供を目的と
するものである。
て、前記欠点を除去し得る超音波モータの提供を目的と
するものである。
＜問題点を解決するための手段＞ 本発明は、第１図に示すように、環状圧電素子を、そ
の両側に配設した金属ブロックで挟持し、かつその中心
に挿入した連結杆により各部材を連結することにより超
音波捩れ振動子ａを構成すると共に、該超音波捩れ振動
子ａの端面に積層型圧電アクチュエータｂを配設し、さ
らに該積層型圧電アクチュエータｂの端部にロータｃを
当接し、超音波捩れ振動子ａと、積層型圧電アクチュエ
ータｂとを所定の位相差を有する交流電源で駆動してな
るものである。
の両側に配設した金属ブロックで挟持し、かつその中心
に挿入した連結杆により各部材を連結することにより超
音波捩れ振動子ａを構成すると共に、該超音波捩れ振動
子ａの端面に積層型圧電アクチュエータｂを配設し、さ
らに該積層型圧電アクチュエータｂの端部にロータｃを
当接し、超音波捩れ振動子ａと、積層型圧電アクチュエ
ータｂとを所定の位相差を有する交流電源で駆動してな
るものである。
＜作用＞ 超音波捩れ振動子ａは第２図に示すように、その端部
周縁に捩れ共振により往復の回動力を生ずる。また積層
型圧電アクチュエータｂは圧電素子を多数積層し、かつ
各圧電素子を電気的に並列接続してなるものであって、
その電圧印加に伴い、頂端に各圧電素子の歪が重畳され
た変位が非共振で発生する。
周縁に捩れ共振により往復の回動力を生ずる。また積層
型圧電アクチュエータｂは圧電素子を多数積層し、かつ
各圧電素子を電気的に並列接続してなるものであって、
その電圧印加に伴い、頂端に各圧電素子の歪が重畳され
た変位が非共振で発生する。
そして超音波捩れ振動子と、積層型圧電アクチュエー
タとは位相が互いに所定角度（60〜120度、好ましくは9
0度）ずれた交流電流で駆動されるから、積層型圧電ア
クチュエータｂが伸張してロータｃと圧接するのと同期
して、超音波捩れ振動子ａの往方向の回動力をロータｃ
に付与するとともに、超音波捩れ振動子ａの復方向回動
時には、積層型圧電アクチュエータｂを収縮してロータ
ｃとの圧接を解除し、該復方向の力をロータｃに作用さ
せないようにする。而て、超音波捩れ振動子ａでモータ
の送り方向の力と速度を発生させるとともに、積層型圧
電アクチュエータｂにより、ロータｃとの接続が制御さ
れることとなる。そして、この超音波捩れ振動の連続に
より、ロータｃは一方向に送られる。
タとは位相が互いに所定角度（60〜120度、好ましくは9
0度）ずれた交流電流で駆動されるから、積層型圧電ア
クチュエータｂが伸張してロータｃと圧接するのと同期
して、超音波捩れ振動子ａの往方向の回動力をロータｃ
に付与するとともに、超音波捩れ振動子ａの復方向回動
時には、積層型圧電アクチュエータｂを収縮してロータ
ｃとの圧接を解除し、該復方向の力をロータｃに作用さ
せないようにする。而て、超音波捩れ振動子ａでモータ
の送り方向の力と速度を発生させるとともに、積層型圧
電アクチュエータｂにより、ロータｃとの接続が制御さ
れることとなる。そして、この超音波捩れ振動の連続に
より、ロータｃは一方向に送られる。
＜実施例＞ 添付図面について本発明の一実施例を説明する。
第3,4図について、2a,2bは、周方向に分極され、相互
に逆位相の周方向の歪振動を生ずるPZT等からなる二枚
の環状圧電素子であって、その積層体の両側に金属ブロ
ック3,4が配設される。前記各部材の中心には管状連結
杆５が挿入され、その螺子６の上下端部を前記金属ブロ
ック3,4の内面に周設した螺子に螺合して、環状圧電素
子2a,2bを金属ブロック3,4で挟持し、而て超音波捩れ振
動子１を構成している。
に逆位相の周方向の歪振動を生ずるPZT等からなる二枚
の環状圧電素子であって、その積層体の両側に金属ブロ
ック3,4が配設される。前記各部材の中心には管状連結
杆５が挿入され、その螺子６の上下端部を前記金属ブロ
ック3,4の内面に周設した螺子に螺合して、環状圧電素
子2a,2bを金属ブロック3,4で挟持し、而て超音波捩れ振
動子１を構成している。
さらに前記金属ブロック３の上面周部には、等角度間
隔で、三個の積層型圧電アクチュエータ７が配設され
る。前記圧電アクチュエータ７は、圧電素子を多数積層
し、かつ各圧電素子を電気的に並列接続してなるもので
あって、その電圧印加に伴い、各圧電素子が厚み方向に
歪んで、その頂端に各歪が重畳された変位が発生する。
隔で、三個の積層型圧電アクチュエータ７が配設され
る。前記圧電アクチュエータ７は、圧電素子を多数積層
し、かつ各圧電素子を電気的に並列接続してなるもので
あって、その電圧印加に伴い、各圧電素子が厚み方向に
歪んで、その頂端に各歪が重畳された変位が発生する。
そして圧電アクチュエータ７上端には円板状のロータ
10が乗載する。このロータ10と管状連結杆５内には支軸
11が挿通し、ロータ10と支軸11間にはベアリング12が支
軸11に対して摺動可能に外嵌する。また、その支軸11に
は押圧鍔片13が遊嵌し、支軸11の上部に螺合して位置決
めされたばね受片14と押圧鍔片13間に発条15が付装さ
れ、その付勢力により押圧鍔片13をベアリング12の内輪
の上端に圧接している。そしてこの発条15の付勢圧はベ
アリング12を介してロータ10に作用し、該ロータ10を圧
電アクチュエータ７に弾接させている。
10が乗載する。このロータ10と管状連結杆５内には支軸
11が挿通し、ロータ10と支軸11間にはベアリング12が支
軸11に対して摺動可能に外嵌する。また、その支軸11に
は押圧鍔片13が遊嵌し、支軸11の上部に螺合して位置決
めされたばね受片14と押圧鍔片13間に発条15が付装さ
れ、その付勢力により押圧鍔片13をベアリング12の内輪
の上端に圧接している。そしてこの発条15の付勢圧はベ
アリング12を介してロータ10に作用し、該ロータ10を圧
電アクチュエータ７に弾接させている。
かかる構成にあって、第９図イ，ロの波形図で示すよ
うに、前記環状圧電素子2a,2bにV0sinωｔの位相の交流
電源を接続し、圧電アクチュエータ７に90度の位相差を
有する交流電源を接続すると、圧電アクチュエータ７が
伸張するのと同期して超音波捩れ振動子１上面に往方向
のねじれが発生する。また圧電アクチュエータ７が収縮
するのと同期して超音波捩れ振動子１の復方向のねじれ
を生じる。このため、前記圧電アクチュエータ７の伸張
時には、ロータ10との接合力が強く、圧電アクチュエー
タ７の収縮時にはその接合力が弱いから、超音波捩れ振
動子１の往方向のねじれ力が強くロータ10に作用する。
従って高周波領域においては、発条15が圧接方向に作用
していても、ロータ10の復方向のねじれ力は消去され、
該往方向のねじれに伴う回動力のみがロータ10に作用
し、その往方向への連続回転を生ずる。
うに、前記環状圧電素子2a,2bにV0sinωｔの位相の交流
電源を接続し、圧電アクチュエータ７に90度の位相差を
有する交流電源を接続すると、圧電アクチュエータ７が
伸張するのと同期して超音波捩れ振動子１上面に往方向
のねじれが発生する。また圧電アクチュエータ７が収縮
するのと同期して超音波捩れ振動子１の復方向のねじれ
を生じる。このため、前記圧電アクチュエータ７の伸張
時には、ロータ10との接合力が強く、圧電アクチュエー
タ７の収縮時にはその接合力が弱いから、超音波捩れ振
動子１の往方向のねじれ力が強くロータ10に作用する。
従って高周波領域においては、発条15が圧接方向に作用
していても、ロータ10の復方向のねじれ力は消去され、
該往方向のねじれに伴う回動力のみがロータ10に作用
し、その往方向への連続回転を生ずる。
尚、圧電アクチュエータ７の位相差は、少なくとも60
〜120度の範囲において、駆動力を生ずることが確認さ
れた。
〜120度の範囲において、駆動力を生ずることが確認さ
れた。
上述の駆動形態にあっては圧電アクチュエータ７の頂
端は楕円軌跡を描くが、その連接制御を効率的に施すた
めに、圧電アクチュエータ７への電圧印加を第９図ハに
示すように矩形パルスで施すようにしてもよい。この電
圧印加制御にあっては、往方向のねじれ発生から、復方
向開始に至る間、圧電アクチュエータ７の頂端はロータ
10に圧接した状態を維持しており、往方向のねじれ力は
効果的にロータ10に伝達されることとなる。
端は楕円軌跡を描くが、その連接制御を効率的に施すた
めに、圧電アクチュエータ７への電圧印加を第９図ハに
示すように矩形パルスで施すようにしてもよい。この電
圧印加制御にあっては、往方向のねじれ発生から、復方
向開始に至る間、圧電アクチュエータ７の頂端はロータ
10に圧接した状態を維持しており、往方向のねじれ力は
効果的にロータ10に伝達されることとなる。
第５図は、前記超音波捩れ振動子１の上下端に乗載鍔
20と，台座部21を設け、乗載鍔20上にリング状の圧電ア
クチュエータ23を嵌着したものである。
20と，台座部21を設け、乗載鍔20上にリング状の圧電ア
クチュエータ23を嵌着したものである。
ねじれによる周方向の歪は、第２図で示すように、外
側に行く程大きくなるが、前記構成にあっては乗載鍔20
により駆動端となる圧電アクチュエータ23を外方に位置
させることができるから、その一振動当りの送り量が大
きくなる。また圧電アクチュエータ23の接触面が広くな
って、滑り量が減少して、伝達効率が向上する等の利点
を生ずる。
側に行く程大きくなるが、前記構成にあっては乗載鍔20
により駆動端となる圧電アクチュエータ23を外方に位置
させることができるから、その一振動当りの送り量が大
きくなる。また圧電アクチュエータ23の接触面が広くな
って、滑り量が減少して、伝達効率が向上する等の利点
を生ずる。
第６図は、第５図の構成にあって、超音波捩れ振動子
１の上下面に圧電アクチュエータ23a,23bを配設し、下
部の圧電アクチュエータ23bを受けるロータ24を固定側
としてなるものである。かかる構成にあっては、圧電ア
クチュエータ23aと圧電アクチュエータ23bは逆位相と
し、一方が伸張しているときには他方が収縮するように
する。これにより下部のロータ24を基準として、超音波
捩れ振動子１のねじれが生ずるから、その上部のロータ
10からは二倍の速度及び出力の回転を取り出し得ること
となる。またはロータ10,24の両者を自由端として、夫
々から逆方向の回転を取出すこともできる。
１の上下面に圧電アクチュエータ23a,23bを配設し、下
部の圧電アクチュエータ23bを受けるロータ24を固定側
としてなるものである。かかる構成にあっては、圧電ア
クチュエータ23aと圧電アクチュエータ23bは逆位相と
し、一方が伸張しているときには他方が収縮するように
する。これにより下部のロータ24を基準として、超音波
捩れ振動子１のねじれが生ずるから、その上部のロータ
10からは二倍の速度及び出力の回転を取り出し得ること
となる。またはロータ10,24の両者を自由端として、夫
々から逆方向の回転を取出すこともできる。
第7,8図は、超音波捩れ振動子１の中心に出力軸30を
挿通するとともに、前記超音波捩れ振動子１の内周面と
出力軸30の周面間に等角度間隔の四個の圧電アクチュエ
ータ31を径方向に配設したものであり、該圧電アクチュ
エータ31の伸張と同期して超音波捩れ振動子１の往方向
ねじれを生じ、かつ圧電アクチュエータ31の収縮と同期
して超音波捩れ振動子１の復方向への復元を生じるよう
にし、復元力を出力軸30側に作用させないようにし、超
音波捩れ振動子１の内面に生ずる往方向の回転力を出力
軸30に作用させるようにしたものである。この構成にあ
っては、圧電アクチュエータ31の内端を出力軸30に接合
するようにしてもよい。
挿通するとともに、前記超音波捩れ振動子１の内周面と
出力軸30の周面間に等角度間隔の四個の圧電アクチュエ
ータ31を径方向に配設したものであり、該圧電アクチュ
エータ31の伸張と同期して超音波捩れ振動子１の往方向
ねじれを生じ、かつ圧電アクチュエータ31の収縮と同期
して超音波捩れ振動子１の復方向への復元を生じるよう
にし、復元力を出力軸30側に作用させないようにし、超
音波捩れ振動子１の内面に生ずる往方向の回転力を出力
軸30に作用させるようにしたものである。この構成にあ
っては、圧電アクチュエータ31の内端を出力軸30に接合
するようにしてもよい。
また超音波捩れ振動子１の内周面と出力軸30の周面間
にあって圧電アクチュエータ31は第８図鎖線で示すよう
に、その下部位置にも設けて、計八個配設するようにし
てもよい。
にあって圧電アクチュエータ31は第８図鎖線で示すよう
に、その下部位置にも設けて、計八個配設するようにし
てもよい。
前記各実施例にあって、圧電アクチュエータ7,23a,23
b,31の伸張タイミングを逆とすることによりロータ10の
逆方向回転を容易に生じさせることができる。
b,31の伸張タイミングを逆とすることによりロータ10の
逆方向回転を容易に生じさせることができる。
＜発明の効果＞ 本発明は、上述のように、圧電アクチュエータ7,23a,
23b,31の伸張と同期してその捩れ振動子１の往方向の捩
れ力をロータ10に作用させ、かつ圧電アクチュエータ7,
23a,23b,31の収縮と同期して復方向への捩れ力を発生さ
せるようにし、これにより圧電アクチュエータ7,23a,23
b,31に連接制御機能を生じさせて、往方向への回動力の
みをロータ10に作用させ、これを連続回転させるように
したものであるから、 イ）超音波捩れ振動を駆動源とする新たな超音波モータ
を提供し得る。
23b,31の伸張と同期してその捩れ振動子１の往方向の捩
れ力をロータ10に作用させ、かつ圧電アクチュエータ7,
23a,23b,31の収縮と同期して復方向への捩れ力を発生さ
せるようにし、これにより圧電アクチュエータ7,23a,23
b,31に連接制御機能を生じさせて、往方向への回動力の
みをロータ10に作用させ、これを連続回転させるように
したものであるから、 イ）超音波捩れ振動を駆動源とする新たな超音波モータ
を提供し得る。
ロ）前記超音波捩れ振動子１と圧電アクチュエータ7,23
a,23b,31との駆動タイミングを設定するだけで済むか
ら、円環状ステータのように多相の電圧を要するものと
異なり電圧制御が容易となる。
a,23b,31との駆動タイミングを設定するだけで済むか
ら、円環状ステータのように多相の電圧を要するものと
異なり電圧制御が容易となる。
ハ）超音波捩れ振動子１は共振により、また積層型圧電
アクチュエータ7,23a,23b,31は非共振により夫々駆動す
るものであるから、共振の組合わせにより出力を生じさ
せるものと異なり、製作が容易であり、設計の自由度が
大きく、極小モータ等種々の形状のモータを構成するこ
とができる。
アクチュエータ7,23a,23b,31は非共振により夫々駆動す
るものであるから、共振の組合わせにより出力を生じさ
せるものと異なり、製作が容易であり、設計の自由度が
大きく、極小モータ等種々の形状のモータを構成するこ
とができる。
等の優れた効果がある。
添付図面は本発明の実施例を示し、第１図は基本構成を
示す側面図、第２図は捩れ振動モードを示す超音波捩れ
振動子ａの斜視図、第３図は第一実施例を示す斜視図、
第４図は同縦断側面図、第５図は第二実施例を示す縦断
側面図、第６図は第三実施例を示す縦断側面図、第７図
は第四実施例を示す平面図、第８図は同右半分を縦断し
て示す側面図、第９図は超音波捩れ振動子１と圧電アク
チュエータ７の信号波形図である。 1;超音波捩れ振動子、2a,2b;環状圧電素子、3,4;金属ブ
ロック、7;圧電アクチュエータ、10;ロータ、15;発条,2
3a,23b;圧電アクチュエータ、30;出力軸、31;圧電アク
チュエータ
示す側面図、第２図は捩れ振動モードを示す超音波捩れ
振動子ａの斜視図、第３図は第一実施例を示す斜視図、
第４図は同縦断側面図、第５図は第二実施例を示す縦断
側面図、第６図は第三実施例を示す縦断側面図、第７図
は第四実施例を示す平面図、第８図は同右半分を縦断し
て示す側面図、第９図は超音波捩れ振動子１と圧電アク
チュエータ７の信号波形図である。 1;超音波捩れ振動子、2a,2b;環状圧電素子、3,4;金属ブ
ロック、7;圧電アクチュエータ、10;ロータ、15;発条,2
3a,23b;圧電アクチュエータ、30;出力軸、31;圧電アク
チュエータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 黒澤 実 神奈川県横浜市緑区すすき野１丁目６― 11 (72)発明者 増田 道幸 愛知県名古屋市瑞穂区高辻町14番18号 日本特殊陶業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−247769（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−238101（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】環状圧電素子を、その両側に配設した金属
ブロックで挟持し、かつその中心に挿入した連結杆によ
り各部材を連結することにより超音波捩れ振動子を構成
すると共に、該超音波捩れ振動子の端面に積層型圧電ア
クチュエータを配設し、さらに該積層型圧電アクチュエ
ータの端部にロータを当接し、超音波捩れ振動子と、積
層型圧電アクチュエータとを所定の位相差を有する交流
電源で駆動してなる超音波モータ。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63031427A JP2652546B2 (ja) | 1987-03-24 | 1988-02-12 | 超音波モータ |
| DE3904070A DE3904070C2 (de) | 1988-02-12 | 1989-02-10 | Ultraschallmotor |
| US07/308,816 US4885499A (en) | 1988-02-12 | 1989-02-10 | Ultrasonic driven type motor |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62-70100 | 1987-03-24 | ||
| JP7010087 | 1987-03-24 | ||
| JP63031427A JP2652546B2 (ja) | 1987-03-24 | 1988-02-12 | 超音波モータ |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS641486A JPS641486A (en) | 1989-01-05 |
| JPH011486A JPH011486A (ja) | 1989-01-05 |
| JP2652546B2 true JP2652546B2 (ja) | 1997-09-10 |
Family
ID=26369897
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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1988
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