JP2769151B2 - 超音波モータ - Google Patents
超音波モータInfo
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- JP2769151B2 JP2769151B2 JP62113030A JP11303087A JP2769151B2 JP 2769151 B2 JP2769151 B2 JP 2769151B2 JP 62113030 A JP62113030 A JP 62113030A JP 11303087 A JP11303087 A JP 11303087A JP 2769151 B2 JP2769151 B2 JP 2769151B2
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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振動体に弾性
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５図は従来の円環形超音波モータの斜視図であり、
円環形の弾性体１の円環面の一方に圧電体として円環形
の圧電セラミック２を貼合せて振動体３を構成してい
る。４は耐磨耗性材料の摩擦材、５は弾性体であり、互
いに貼合せられて移動体６を構成している。移動体６は
摩擦材４を介して振動体３と接触している。圧電体２に
電界を印加すると振動体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６図は第５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波の弾性波がのるようにしてある。同図におい
て、Ａおよび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。電極ＣおよびＤは電極群ＡとＢに
位置的に４分の１波長（＝90度）の位相差を作ってい
る。電極Ａと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。圧電体２の弾性体１との接着
面は、第６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およびＢは第６
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の圧電体２の電
極ＡおよびＢに V1＝V0×sin（ωｔ） ……（１） V2＝V0×cos（ωｔ） ……（２） ただし、V0:電圧の瞬時値 ω：角周波数 t:時間 で表される電圧V1およびV2をそれぞれ印加すれば、振動
体３には ξ＝ξ０×（cos（ωｔ）×cos（kx） ＋sin（ωｔ）×sin（kx）） ＝ξ０×cos（ωｔ−kx） ……（２） ただし ξ：曲げ振動の振幅値 ξ0:曲げ振動の瞬時値 k:波数（２π／λ） λ：波長 x:位置 で表せる、円周方向に進行する曲げ振動の進行波が励起
される。 第７図は振動体３の表面のＡ点が進行波の励起によっ
て、長軸2w、短軸2uの楕円運動をし、振動体３上に加圧
して設置された移動体６が、楕円の頂点近傍で接触する
ことにより、摩擦力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。 発明が解決しようとする問題点 超音波モータの出力を大きくするためには、振動体の
持っている運動エネルギーを大きくすればよい。運動エ
ネルギーは振動体の質量と速度の２乗に比例するので、
振動体の質量または速度を増やせば出力を増加できる。
超音波モータの外形が決まれば、質量を増やすためには
振動体の穴の大きさを小さくし、速度を大きくするには
振動の振幅を大きくすればよい。しかし、圧電体の許容
歪みにより、振動の振幅には制限がある。また、従来の
超音波モータは径方向１次、周方向３次以上の円環の曲
げ振動を使用しているので、第８図に示すように、内周
近傍では急に振幅値は小さくなり、振動体の穴を小さく
しても運動エネルギーはあまり大きくならない。従っ
て、従来のように径方向１次、周方向３次以上の円環の
曲げ振動を使用した超音波モータは出力を大きくできな
いという問題点がある。 また、円環形超音波モータの振動体は、第８図に示す
ように全体が振動しているので、振動体の位置固定が困
難である。また、固定によって機械的な損失は避けられ
ない。 本発明はかかる点に鑑みてなさたもので、同体積で出
力を大きくでき、しかも効率の良い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 振動体としての円板形の振動体を用い、振動モードと
して径方向２次、周方向３次以上のの曲げ振動を用いる
ことにより、同体積で出力を大きくでき、しかも振動体
の中心部に軸を設置し、軸を介して振動体の位置固定を
行う。 作 用 振動体として円板形の振動体を用い、振動モードとし
て径方向２次、周方向３次以上の曲げ振動を用いること
により、振動体の内側をも有効に振動体の運動エネルギ
ーに寄与するようにし、出力の増大を図ることができ
る。また、振動体の振動の振幅が極めて小さい中心部に
軸を設置し、軸を介して振動体の位置固定を行うことに
より、固定による損失を小さくし効率の良い超音波モー
タを実現できる。 実施例 以下、図面に従って本発明の一実施例について詳細な
説明を行う。 第１図は本発明の超音波モータの１実施例の断面図で
ある。同図において、振動体９の中心部には軸14が設置
され、軸14の下部において基台15に位置固定されてい
る。軸14の上部においてはベアリング16を介して移動体
13が取り付けられ、板バネ17と加圧調整具18によって移
動体13が振動体９に加圧接触されている。 第２図は超音波モータの構成を示す切り欠き斜視図で
ある。円板形の弾性体７の主面の一方に、圧電体として
円板形の圧電セラミック８を貼合せて振動体９を構成し
ている。また、弾性体７の他の主面には、機械出力取り
出し用の突起体10が構成されている。11は耐磨耗性材料
の摩擦材、12は弾性体であり、互いに貼合せられて移動
体13を構成している。移動体13は、摩擦材11を介して、
振動体９に設置された突起体10と加圧接触している。圧
電体８に電界を印加すると振動体９の周方向に曲げ振動
の進行波が励起され、移動体13を摩擦力により駆動す
る。移動体13は軸14を中心にして回転運動を始める。 第３図は円板形圧電セラミック８の電極構造を示す平
面図である。同図において、Ｅ、Ｆは、それぞれ周方向
が２分の１波長相当の長さを持ち、互いに隣り合う電極
部の分極方向が厚み方向に逆である小電極部から成る電
極群である。そして、電極群Ｅ、Ｆは、周方向に位相が
４分の１波長相当分（90度）だけずらせて構成されてい
る。従って、電極群Ｅ、Ｆをそれぞれ短絡し、裏面のベ
タ電極との間に時間的に90度位相の異なる電圧を印加す
れば、振動体９に径方向２次、周方向４次の曲げ振動の
進行波が励振される。 第４図は径方向２次、周方向４次の曲げ振動を励振し
た時の振動体９の振動変位状態と変位分布図である。径
方向１次の振動モードを使用した時と異なり、内周部で
も変位は急に小さくなることはない。従って、超音波モ
ータが同一体積を占有した時、径方向１次の振動モード
を使用した時よりも、振動体９の運動エネルギーを大き
くすることができ、大きな出力を取り出せる超音波モー
タを実現できる。また、軸14を取り出す中心部では振動
の振幅が極めて小さく、この軸14を介して振動体９を基
台15に取り付けているため、振動体の位置固定により機
械的損失がほとんどなく効率良く移動体13を駆動でき
る。 本発明によれば、効率の良い、しかも出力の大きな超
音波モータを提供できる。 発明の効果 本発明によれば、振動モードとして径方向２次、周方
向３次以上の曲げ振動を用いることにより出力の大き
な、そして振動体の振動の振幅の小さい中心部に軸を設
置し、この軸を介して振動体の位置固定を行うことによ
り効率の良い超音波モータを提供できる。
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振動体に弾性
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５図は従来の円環形超音波モータの斜視図であり、
円環形の弾性体１の円環面の一方に圧電体として円環形
の圧電セラミック２を貼合せて振動体３を構成してい
る。４は耐磨耗性材料の摩擦材、５は弾性体であり、互
いに貼合せられて移動体６を構成している。移動体６は
摩擦材４を介して振動体３と接触している。圧電体２に
電界を印加すると振動体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６図は第５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波の弾性波がのるようにしてある。同図におい
て、Ａおよび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。電極ＣおよびＤは電極群ＡとＢに
位置的に４分の１波長（＝90度）の位相差を作ってい
る。電極Ａと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。圧電体２の弾性体１との接着
面は、第６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およびＢは第６
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の圧電体２の電
極ＡおよびＢに V1＝V0×sin（ωｔ） ……（１） V2＝V0×cos（ωｔ） ……（２） ただし、V0:電圧の瞬時値 ω：角周波数 t:時間 で表される電圧V1およびV2をそれぞれ印加すれば、振動
体３には ξ＝ξ０×（cos（ωｔ）×cos（kx） ＋sin（ωｔ）×sin（kx）） ＝ξ０×cos（ωｔ−kx） ……（２） ただし ξ：曲げ振動の振幅値 ξ0:曲げ振動の瞬時値 k:波数（２π／λ） λ：波長 x:位置 で表せる、円周方向に進行する曲げ振動の進行波が励起
される。 第７図は振動体３の表面のＡ点が進行波の励起によっ
て、長軸2w、短軸2uの楕円運動をし、振動体３上に加圧
して設置された移動体６が、楕円の頂点近傍で接触する
ことにより、摩擦力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。 発明が解決しようとする問題点 超音波モータの出力を大きくするためには、振動体の
持っている運動エネルギーを大きくすればよい。運動エ
ネルギーは振動体の質量と速度の２乗に比例するので、
振動体の質量または速度を増やせば出力を増加できる。
超音波モータの外形が決まれば、質量を増やすためには
振動体の穴の大きさを小さくし、速度を大きくするには
振動の振幅を大きくすればよい。しかし、圧電体の許容
歪みにより、振動の振幅には制限がある。また、従来の
超音波モータは径方向１次、周方向３次以上の円環の曲
げ振動を使用しているので、第８図に示すように、内周
近傍では急に振幅値は小さくなり、振動体の穴を小さく
しても運動エネルギーはあまり大きくならない。従っ
て、従来のように径方向１次、周方向３次以上の円環の
曲げ振動を使用した超音波モータは出力を大きくできな
いという問題点がある。 また、円環形超音波モータの振動体は、第８図に示す
ように全体が振動しているので、振動体の位置固定が困
難である。また、固定によって機械的な損失は避けられ
ない。 本発明はかかる点に鑑みてなさたもので、同体積で出
力を大きくでき、しかも効率の良い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 振動体としての円板形の振動体を用い、振動モードと
して径方向２次、周方向３次以上のの曲げ振動を用いる
ことにより、同体積で出力を大きくでき、しかも振動体
の中心部に軸を設置し、軸を介して振動体の位置固定を
行う。 作 用 振動体として円板形の振動体を用い、振動モードとし
て径方向２次、周方向３次以上の曲げ振動を用いること
により、振動体の内側をも有効に振動体の運動エネルギ
ーに寄与するようにし、出力の増大を図ることができ
る。また、振動体の振動の振幅が極めて小さい中心部に
軸を設置し、軸を介して振動体の位置固定を行うことに
より、固定による損失を小さくし効率の良い超音波モー
タを実現できる。 実施例 以下、図面に従って本発明の一実施例について詳細な
説明を行う。 第１図は本発明の超音波モータの１実施例の断面図で
ある。同図において、振動体９の中心部には軸14が設置
され、軸14の下部において基台15に位置固定されてい
る。軸14の上部においてはベアリング16を介して移動体
13が取り付けられ、板バネ17と加圧調整具18によって移
動体13が振動体９に加圧接触されている。 第２図は超音波モータの構成を示す切り欠き斜視図で
ある。円板形の弾性体７の主面の一方に、圧電体として
円板形の圧電セラミック８を貼合せて振動体９を構成し
ている。また、弾性体７の他の主面には、機械出力取り
出し用の突起体10が構成されている。11は耐磨耗性材料
の摩擦材、12は弾性体であり、互いに貼合せられて移動
体13を構成している。移動体13は、摩擦材11を介して、
振動体９に設置された突起体10と加圧接触している。圧
電体８に電界を印加すると振動体９の周方向に曲げ振動
の進行波が励起され、移動体13を摩擦力により駆動す
る。移動体13は軸14を中心にして回転運動を始める。 第３図は円板形圧電セラミック８の電極構造を示す平
面図である。同図において、Ｅ、Ｆは、それぞれ周方向
が２分の１波長相当の長さを持ち、互いに隣り合う電極
部の分極方向が厚み方向に逆である小電極部から成る電
極群である。そして、電極群Ｅ、Ｆは、周方向に位相が
４分の１波長相当分（90度）だけずらせて構成されてい
る。従って、電極群Ｅ、Ｆをそれぞれ短絡し、裏面のベ
タ電極との間に時間的に90度位相の異なる電圧を印加す
れば、振動体９に径方向２次、周方向４次の曲げ振動の
進行波が励振される。 第４図は径方向２次、周方向４次の曲げ振動を励振し
た時の振動体９の振動変位状態と変位分布図である。径
方向１次の振動モードを使用した時と異なり、内周部で
も変位は急に小さくなることはない。従って、超音波モ
ータが同一体積を占有した時、径方向１次の振動モード
を使用した時よりも、振動体９の運動エネルギーを大き
くすることができ、大きな出力を取り出せる超音波モー
タを実現できる。また、軸14を取り出す中心部では振動
の振幅が極めて小さく、この軸14を介して振動体９を基
台15に取り付けているため、振動体の位置固定により機
械的損失がほとんどなく効率良く移動体13を駆動でき
る。 本発明によれば、効率の良い、しかも出力の大きな超
音波モータを提供できる。 発明の効果 本発明によれば、振動モードとして径方向２次、周方
向３次以上の曲げ振動を用いることにより出力の大き
な、そして振動体の振動の振幅の小さい中心部に軸を設
置し、この軸を介して振動体の位置固定を行うことによ
り効率の良い超音波モータを提供できる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の円板形超音波モータの１実施例の断面
図、第２図は円板形超音波モータの動作説明のための切
り欠き斜視図、第３図は第１図の超音波モータで使用す
る圧電セラミックの平面図、第４図は振動モードとして
径方向２次、周方向３次の曲げ振動を用いた時の振動体
の振動状態と径方向の変位分布図、第５図は円環形超音
波モータの切り欠き斜視図、第６図は第５図の超音波モ
ータに用いた圧電体の形状と電極構造を示す平面図、第
７図は超音波モータの動作原理の説明図、第８図は振動
モードとして径方向１次、周方向８次の曲げ振動を用い
た時の振動体の振動状態と径方向の変位分布図ある。 ７……弾性体、８……圧電体、９……振動体、10……突
起体、11……摩擦材、12……弾性体、13……移動体、14
……軸、15……基台、16……ベアリング、17……板バ
ネ、18……加圧調整具。
図、第２図は円板形超音波モータの動作説明のための切
り欠き斜視図、第３図は第１図の超音波モータで使用す
る圧電セラミックの平面図、第４図は振動モードとして
径方向２次、周方向３次の曲げ振動を用いた時の振動体
の振動状態と径方向の変位分布図、第５図は円環形超音
波モータの切り欠き斜視図、第６図は第５図の超音波モ
ータに用いた圧電体の形状と電極構造を示す平面図、第
７図は超音波モータの動作原理の説明図、第８図は振動
モードとして径方向１次、周方向８次の曲げ振動を用い
た時の振動体の振動状態と径方向の変位分布図ある。 ７……弾性体、８……圧電体、９……振動体、10……突
起体、11……摩擦材、12……弾性体、13……移動体、14
……軸、15……基台、16……ベアリング、17……板バ
ネ、18……加圧調整具。
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フロントページの続き
(56)参考文献 特開 昭60−183982（ＪＰ，Ａ)
特開 昭61−35176（ＪＰ，Ａ)
特開 昭62−53182（ＪＰ，Ａ)
特開 昭63−242185（ＪＰ，Ａ)
特開 昭61−277386（ＪＰ，Ａ)
特開 昭61−191277（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．圧電体と弾性体とを接合して振動体を構成し、前記
圧電体に交流電圧を印加して前記振動体に曲げ振動の進
行波を励振し、前記振動体に接触して設置された移動体
を移動させる超音波モータであって、 前記弾性体の１主面に前記圧電体を貼り付けて前記振動
体を構成し、前記曲げ振動として径方向２次、周方向３
次以上の曲げ振動を励振し、前記振動体の内周部と外周
部の中間に出力取り出し用突起を円周状に設けて前記移
動体と接触させ、前記振動体の中心部に軸を設置し、前
記軸を中心として前記移動体を移動させる超音波モータ
において、 前記軸は、前記振動体の前記弾性体と一体成形されてお
り、前記軸の一端を前記振動体を固定する基台に取り付
けることにより前記振動体を位置固定し、前記軸の他端
側に移動体を配置す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 |
|---|---|---|---|
| JP62113030A JP2769151B2 (ja) | 1987-05-08 | 1987-05-08 | 超音波モータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62113030A JP2769151B2 (ja) | 1987-05-08 | 1987-05-08 | 超音波モータ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63277480A JPS63277480A (ja) | 1988-11-15 |
| JP2769151B2 true JP2769151B2 (ja) | 1998-06-25 |
Family
ID=14601691
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62113030A Expired - Fee Related JP2769151B2 (ja) | 1987-05-08 | 1987-05-08 | 超音波モータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2769151B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02123974A (ja) * | 1988-10-31 | 1990-05-11 | Aisin Seiki Co Ltd | 超音波モータ |
| JP2627962B2 (ja) * | 1989-12-26 | 1997-07-09 | セイコー電子工業株式会社 | 超音波モータ |
| JP3016617B2 (ja) * | 1991-05-08 | 2000-03-06 | キヤノン株式会社 | 振動波モータ |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60183982A (ja) * | 1984-03-01 | 1985-09-19 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 圧電モ−タ |
| JPS6253182A (ja) * | 1985-08-29 | 1987-03-07 | Marcon Electronics Co Ltd | 超音波モ−タ |
| JPH06101943B2 (ja) * | 1987-03-27 | 1994-12-12 | 株式会社村田製作所 | 圧電モ−タ |
-
1987
- 1987-05-08 JP JP62113030A patent/JP2769151B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63277480A (ja) | 1988-11-15 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |