JP2746578B2 - 超音波モータ - Google Patents
超音波モータInfo
- Publication number
- JP2746578B2 JP2746578B2 JP61262218A JP26221886A JP2746578B2 JP 2746578 B2 JP2746578 B2 JP 2746578B2 JP 61262218 A JP61262218 A JP 61262218A JP 26221886 A JP26221886 A JP 26221886A JP 2746578 B2 JP2746578 B2 JP 2746578B2
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- JP
- Japan
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- ultrasonic motor
- driving body
- vibration
- support
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- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
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- 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。 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
振動を励振し、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従来技術に
ついて説明を行う。 第１図は超音波モータ本体及び、支持台の斜視図であ
る。同図は本発明の一実施例を示すものであるが、超音
波モータの本体については従来例と同様であるので、同
図を用いて説明する。円環形の弾性体１は、その円環面
の一方に圧電体として円環形圧電セラミック２が貼合わ
されて圧電駆動体３を構成している。４は耐磨耗性材料
のスライダ、５は弾性体であり、互いに貼合されて移動
体６を構成している。移動体６は、スライダ４を介して
駆動体３と加圧接触している。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、移動体６を駆動する。尚、同図中の矢印は移動
体６の回転方向を示す。 第３図は第１図の超音波モータに使用した圧電セラミ
ック２の電極構造の一例を示している。同図では円周方
向に９波長の弾性波がのるようにしてある。同図におい
て、Ａ、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は４分の３波長、Ｄは４分の１波長の長
さの電極である。従って、Ａの電極群とＢの電極群とは
位置的に４分の１波長（＝90度）の位相ずれがある。電
極群Ａ、Ｂ内の隣り合う小電極部は互いに反対に厚み方
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３図に示めされた面と反対の面であり、電極
はベタ電極である。使用時には電極群Ａ、Ｂは第３図に
斜線で示されたように、それぞれ短絡して用いられる。 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。上記圧電セラミック２の電極群
Ａに Ｖ＝V1×sin（ωｔ） …（１） で表される電圧を印加すると（ただしV1は電圧の瞬時
値、ωは角周波数、ｔは時間）、駆動体３は円周方向に
曲げ振動をする。 第４図は第１図の超音波モータの駆動体を直線近似し
た時の斜視図であり、同図（ａ）は圧電セラミック２に
電圧を印加していない時、同図（ｂ）は圧電セラミック
２に電圧を印加した時の様子を示す。 第５図は移動体６と駆動体３の接触状況を拡大して描
いたものである。上記圧電セラミック２の電極群ＡにV1
×sin（ωｔ）、他の電極群ＢにV1×cos（ωｔ）の互い
に時間的に位相が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＝ξ１×cos（ωｔ−kx） …（２） ただし ξ1:波の大きさの瞬時値 k:波数（２π／λ） λ :波長 x:位置 で表せる。（２）式は ξ＝ξ１×（cos（ωｔ）×cos（kx） ＋sin（ωｔ）×sin（kx）） …（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（ωｔ）とsin（ωｔ）、および位置的に
π/2だけ位相のずれたcos（kx）とsin（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、圧電セラミック２は互いに位置的にπ/2（＝λ/
4）だけ位相のずれた電極群Ａ、Ｂを持っているので、
駆動体３の共振周波数に近傍の周波数出力を持つ発振器
の出力から、それぞれに時間的に位相のπ/2だけずれた
交流電圧を作り、上記電極群に印加すれば駆動体３に曲
げ振動の進行波を作れる。 また、第５図は進行波の励起によって、駆動体の表面
の質点Ａが長軸2w、短軸2uの楕円運動をしている様子を
示し、駆動体３上に置かれた移動体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ｖ＝ω×
ｕの速度で運動する様子を示している。即ち移動体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、移動体６の駆動体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。両者の間にすべり
がある時は、速度が上記のｖよりも小さくなる。 発明が解決しようとする問題点 超音波モータを駆動した場合、駆動体の振動は、駆動
体の移動体と接する面だけでなく、該移動体の反対面、
即ち、圧電セラミック側にも起こっている。従って、上
記超音波モータを支持固定する方法によって、駆動体の
振動が阻害されて振動の振幅が減少し、移動体に対する
駆動力が減少するので、支持方法としては上記振動を阻
害しないことが望ましい。 すなわち、従来の超音波モータは、その支持固定の方
法が悪いと、駆動体の振動が影響を受け、該振動を移動
体に効率良く伝えることができない、という欠点があ
る。例えば、金属のような固い面に、上記駆動体の圧電
セラミック側を全面接触させることによって駆動体を固
定すると、該駆動体の振動は阻害されないが、可聴帯域
の雑音が発生する。逆に、フェルト等の軟らかい面に、
上記駆動体の圧電セラミック側を全面接触させることに
よって駆動体を固定すると、駆動体の振動が阻害されて
振動の振幅が減少し、移動体に対する駆動力が減少し、
また上記超音波モータの支持固定が完全にはできないと
いう問題点を持つ。 本発明はかかる点に鑑みてなされたもので、駆動体の
振動が阻害されにくく、また位置固定が正確にできる超
音波モータを提供することを目的としている。 問題点を解決するための手段 駆動体の支持を、該駆動体との接触する面積が小さ
い、３箇所以上の複数の突起部を持つ支持台により、該
駆動体を支持固定する。 作 用 駆動体と支持台の接触面積を小さくできる構造を取る
ことにより、駆動体の振動を妨げることなく、また少な
くとも支持台の駆動体との接触部を比較的固くできる構
造により位置固定が正確にできる。 実施例 以下、実施例を示す。 実施例１ 第１図は本発明の一実施例における超音波モータ本体
及び、その支持台の斜視図である。本体の構成は、上記
従来例と同様であるので説明を省略する。本体は、３個
の突起部７と、底部８とからなる支持台９に支持されて
いる。第１図に於ける支持台９の突起部７の径方向の長
さは、上記駆動体３の径方向の長さに等しく、互いに12
0度の角度をなし、該突起部７の駆動体３に接する面
は、底部８の底面に対して平行である。また、上記突起
部７の上記駆動体６との接触面は、上記超音波モータの
振動を妨げず、支持位置の精度を保つことができる硬度
のプラスチック等の材質である。尚、上記材質は、上記
接触部に限らず、上記突起部７の一部、該突起部７全
体、或は、底部８を含めた支持台９全体でも構わない。 以上のような支持台９を備えることにより、上記超音
波モータは、その支持固定によって駆動体の弾性振動を
妨げられることなく、その上、支持固定の精度が出せる
ため、効率良く駆動することができる。 実施例２ 第２図は本発明の他の実施例における超音波モータの
斜視図である。第２図における構成及び、支持台９の材
質は、上記実施例１の第１図と同様である。加えて、本
実施例における支持台９の突起部７について、径方向の
長さは、上記駆動体３の径方向の長さに比べて短く、そ
の上、該駆動体３の弾性振動における振幅が小さい内側
の円周に接するように配置されている。上記突起部７を
このような形とすることで、上記実施例１よりも更に駆
動体３の振動を妨げることなく、支持することができ
る。 従って、以上のような支持台９を備えることにより、
上記超音波モータの駆動体の弾性振動を妨げることな
く、その上、支持位置の精度が出せることによって、該
超音波モータを、効率良く駆動することができる。 発明の効果 本発明によれば、駆動体の振動を妨げることがないた
め駆動効率のよい、しかも位置固定が正確にできる超音
波モータを実現する。
タに関する。 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
振動を励振し、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従来技術に
ついて説明を行う。 第１図は超音波モータ本体及び、支持台の斜視図であ
る。同図は本発明の一実施例を示すものであるが、超音
波モータの本体については従来例と同様であるので、同
図を用いて説明する。円環形の弾性体１は、その円環面
の一方に圧電体として円環形圧電セラミック２が貼合わ
されて圧電駆動体３を構成している。４は耐磨耗性材料
のスライダ、５は弾性体であり、互いに貼合されて移動
体６を構成している。移動体６は、スライダ４を介して
駆動体３と加圧接触している。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、移動体６を駆動する。尚、同図中の矢印は移動
体６の回転方向を示す。 第３図は第１図の超音波モータに使用した圧電セラミ
ック２の電極構造の一例を示している。同図では円周方
向に９波長の弾性波がのるようにしてある。同図におい
て、Ａ、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は４分の３波長、Ｄは４分の１波長の長
さの電極である。従って、Ａの電極群とＢの電極群とは
位置的に４分の１波長（＝90度）の位相ずれがある。電
極群Ａ、Ｂ内の隣り合う小電極部は互いに反対に厚み方
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３図に示めされた面と反対の面であり、電極
はベタ電極である。使用時には電極群Ａ、Ｂは第３図に
斜線で示されたように、それぞれ短絡して用いられる。 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。上記圧電セラミック２の電極群
Ａに Ｖ＝V1×sin（ωｔ） …（１） で表される電圧を印加すると（ただしV1は電圧の瞬時
値、ωは角周波数、ｔは時間）、駆動体３は円周方向に
曲げ振動をする。 第４図は第１図の超音波モータの駆動体を直線近似し
た時の斜視図であり、同図（ａ）は圧電セラミック２に
電圧を印加していない時、同図（ｂ）は圧電セラミック
２に電圧を印加した時の様子を示す。 第５図は移動体６と駆動体３の接触状況を拡大して描
いたものである。上記圧電セラミック２の電極群ＡにV1
×sin（ωｔ）、他の電極群ＢにV1×cos（ωｔ）の互い
に時間的に位相が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＝ξ１×cos（ωｔ−kx） …（２） ただし ξ1:波の大きさの瞬時値 k:波数（２π／λ） λ :波長 x:位置 で表せる。（２）式は ξ＝ξ１×（cos（ωｔ）×cos（kx） ＋sin（ωｔ）×sin（kx）） …（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（ωｔ）とsin（ωｔ）、および位置的に
π/2だけ位相のずれたcos（kx）とsin（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、圧電セラミック２は互いに位置的にπ/2（＝λ/
4）だけ位相のずれた電極群Ａ、Ｂを持っているので、
駆動体３の共振周波数に近傍の周波数出力を持つ発振器
の出力から、それぞれに時間的に位相のπ/2だけずれた
交流電圧を作り、上記電極群に印加すれば駆動体３に曲
げ振動の進行波を作れる。 また、第５図は進行波の励起によって、駆動体の表面
の質点Ａが長軸2w、短軸2uの楕円運動をしている様子を
示し、駆動体３上に置かれた移動体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ｖ＝ω×
ｕの速度で運動する様子を示している。即ち移動体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、移動体６の駆動体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。両者の間にすべり
がある時は、速度が上記のｖよりも小さくなる。 発明が解決しようとする問題点 超音波モータを駆動した場合、駆動体の振動は、駆動
体の移動体と接する面だけでなく、該移動体の反対面、
即ち、圧電セラミック側にも起こっている。従って、上
記超音波モータを支持固定する方法によって、駆動体の
振動が阻害されて振動の振幅が減少し、移動体に対する
駆動力が減少するので、支持方法としては上記振動を阻
害しないことが望ましい。 すなわち、従来の超音波モータは、その支持固定の方
法が悪いと、駆動体の振動が影響を受け、該振動を移動
体に効率良く伝えることができない、という欠点があ
る。例えば、金属のような固い面に、上記駆動体の圧電
セラミック側を全面接触させることによって駆動体を固
定すると、該駆動体の振動は阻害されないが、可聴帯域
の雑音が発生する。逆に、フェルト等の軟らかい面に、
上記駆動体の圧電セラミック側を全面接触させることに
よって駆動体を固定すると、駆動体の振動が阻害されて
振動の振幅が減少し、移動体に対する駆動力が減少し、
また上記超音波モータの支持固定が完全にはできないと
いう問題点を持つ。 本発明はかかる点に鑑みてなされたもので、駆動体の
振動が阻害されにくく、また位置固定が正確にできる超
音波モータを提供することを目的としている。 問題点を解決するための手段 駆動体の支持を、該駆動体との接触する面積が小さ
い、３箇所以上の複数の突起部を持つ支持台により、該
駆動体を支持固定する。 作 用 駆動体と支持台の接触面積を小さくできる構造を取る
ことにより、駆動体の振動を妨げることなく、また少な
くとも支持台の駆動体との接触部を比較的固くできる構
造により位置固定が正確にできる。 実施例 以下、実施例を示す。 実施例１ 第１図は本発明の一実施例における超音波モータ本体
及び、その支持台の斜視図である。本体の構成は、上記
従来例と同様であるので説明を省略する。本体は、３個
の突起部７と、底部８とからなる支持台９に支持されて
いる。第１図に於ける支持台９の突起部７の径方向の長
さは、上記駆動体３の径方向の長さに等しく、互いに12
0度の角度をなし、該突起部７の駆動体３に接する面
は、底部８の底面に対して平行である。また、上記突起
部７の上記駆動体６との接触面は、上記超音波モータの
振動を妨げず、支持位置の精度を保つことができる硬度
のプラスチック等の材質である。尚、上記材質は、上記
接触部に限らず、上記突起部７の一部、該突起部７全
体、或は、底部８を含めた支持台９全体でも構わない。 以上のような支持台９を備えることにより、上記超音
波モータは、その支持固定によって駆動体の弾性振動を
妨げられることなく、その上、支持固定の精度が出せる
ため、効率良く駆動することができる。 実施例２ 第２図は本発明の他の実施例における超音波モータの
斜視図である。第２図における構成及び、支持台９の材
質は、上記実施例１の第１図と同様である。加えて、本
実施例における支持台９の突起部７について、径方向の
長さは、上記駆動体３の径方向の長さに比べて短く、そ
の上、該駆動体３の弾性振動における振幅が小さい内側
の円周に接するように配置されている。上記突起部７を
このような形とすることで、上記実施例１よりも更に駆
動体３の振動を妨げることなく、支持することができ
る。 従って、以上のような支持台９を備えることにより、
上記超音波モータの駆動体の弾性振動を妨げることな
く、その上、支持位置の精度が出せることによって、該
超音波モータを、効率良く駆動することができる。 発明の効果 本発明によれば、駆動体の振動を妨げることがないた
め駆動効率のよい、しかも位置固定が正確にできる超音
波モータを実現する。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例における超音波モータの斜視
図、第２図は本発明の他の実施例における超音波モータ
本体の斜視図、第３図は第１図及び、第２図に用いられ
ている圧電体の形状と電極構造を示す平面図、第４図は
超音波モータの駆動体部の振動状態を示すモデル図、第
５図は超音波モータの原理の説明図である。 １……弾性体、２……圧電セラミック、３……圧電駆動
体、４……スライダ、５……弾性体、６……移動体、７
……突起部、８……底部、９……支持台。
図、第２図は本発明の他の実施例における超音波モータ
本体の斜視図、第３図は第１図及び、第２図に用いられ
ている圧電体の形状と電極構造を示す平面図、第４図は
超音波モータの駆動体部の振動状態を示すモデル図、第
５図は超音波モータの原理の説明図である。 １……弾性体、２……圧電セラミック、３……圧電駆動
体、４……スライダ、５……弾性体、６……移動体、７
……突起部、８……底部、９……支持台。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 昭61−106077（ＪＰ，Ａ)
特開 昭60−55867（ＪＰ，Ａ)
特開 昭61−124274（ＪＰ，Ａ)
特開 昭62−147974（ＪＰ，Ａ)
実開 昭59−155892（ＪＰ，Ｕ)
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．超音波モータ本体を支持する支持台と、 前記支持台の底部に、前記支持台の厚み方向に突出して
設けられた３つ以上の突起部とのみ厚さ方向の一方の主
面で接触して支持される、弾性体と圧電体とからなる駆
動体と、 前記駆動体上の厚さ方向の前記突起部と接触していない
他の主面で接触して設置される移動体とから構成され、 前記駆動体に交流電圧を印加することにより曲げ振動の
弾性進行波を励振し、前記移動体を移動させることを特
徴とする超音波モータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61262218A JP2746578B2 (ja) | 1986-11-04 | 1986-11-04 | 超音波モータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61262218A JP2746578B2 (ja) | 1986-11-04 | 1986-11-04 | 超音波モータ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63117674A JPS63117674A (ja) | 1988-05-21 |
| JP2746578B2 true JP2746578B2 (ja) | 1998-05-06 |
Family
ID=17372718
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61262218A Expired - Lifetime JP2746578B2 (ja) | 1986-11-04 | 1986-11-04 | 超音波モータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2746578B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63178773A (ja) * | 1987-01-14 | 1988-07-22 | Olympus Optical Co Ltd | 超音波モ−タ |
| JPH02142368A (ja) * | 1988-11-22 | 1990-05-31 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 超音波モータ |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61106077A (ja) * | 1984-10-30 | 1986-05-24 | Canon Inc | 振動波モ−タ |
-
1986
- 1986-11-04 JP JP61262218A patent/JP2746578B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63117674A (ja) | 1988-05-21 |
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