JP2885802B2 - 超音波モータ - Google Patents
超音波モータInfo
- Publication number
- JP2885802B2 JP2885802B2 JP63173341A JP17334188A JP2885802B2 JP 2885802 B2 JP2885802 B2 JP 2885802B2 JP 63173341 A JP63173341 A JP 63173341A JP 17334188 A JP17334188 A JP 17334188A JP 2885802 B2 JP2885802 B2 JP 2885802B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ultrasonic motor
- vibrating body
- vibration
- vibrating
- moving body
- 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.)
- Expired - Lifetime
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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。
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。
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。
ついて説明を行う。
第４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
の圧電体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。
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
の圧電体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５図は第４図の超音波モータに使用した圧電体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５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５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。
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５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５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） ……（３） 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。
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） ……（３） 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。
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課題 超音波モータを効率良く振動させるためには、振動体
の持っている振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、或は速度を増やせば出力を増加でき
る。超音波モータの外径が決まれば、質量を増やすため
に振動体の穴の大きさを小さくし、速度を大きくするた
め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
環曲げ振動を使用しているので、第６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余り大きくならない。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。
の持っている振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、或は速度を増やせば出力を増加でき
る。超音波モータの外径が決まれば、質量を増やすため
に振動体の穴の大きさを小さくし、速度を大きくするた
め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
環曲げ振動を使用しているので、第６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余り大きくならない。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、円環型超音波モータの振動体は、第６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
難であり、固定によって機械的な損失は避けられない。
その上、外部からの負荷変動により、振動体と移動体と
が、安定した接触を保つことができず、効率の良い駆動
が得られないという問題点もある。
ように全体が振動しているので、振動体の位置固定が困
難であり、固定によって機械的な損失は避けられない。
その上、外部からの負荷変動により、振動体と移動体と
が、安定した接触を保つことができず、効率の良い駆動
が得られないという問題点もある。
本発明はかかる点に鑑みてなされたもので、同体積で
出力が大きくでき、しかも、負荷変動による振動体と移
動体との接触面の状態の変化が少なく、駆動効率の良い
超音波モータを提供することを目的としている。
出力が大きくでき、しかも、負荷変動による振動体と移
動体との接触面の状態の変化が少なく、駆動効率の良い
超音波モータを提供することを目的としている。
課題を解決するための手段 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、かつ
移動体の厚みを回転軸の周囲だけ薄くする。
て径方向２次、周方向３次以上の曲げ振動を用い、かつ
移動体の厚みを回転軸の周囲だけ薄くする。
作 用 上記の構成によれば、振動体の内側も有効に振動体の
運動エネルギーに寄与するようにし、不要な定在波を励
振することなく、容易に理想的な進行波が励振でき、ま
た、移動体が、負荷変動による回転軸のぶれを吸収し、
振動体と移動体との安定した接触状態を保つことができ
るため、安定した動作が得られ、駆動効率の良い超音波
モータを実現することができる。
運動エネルギーに寄与するようにし、不要な定在波を励
振することなく、容易に理想的な進行波が励振でき、ま
た、移動体が、負荷変動による回転軸のぶれを吸収し、
振動体と移動体との安定した接触状態を保つことができ
るため、安定した動作が得られ、駆動効率の良い超音波
モータを実現することができる。
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。
説明を行う。
第１図は本発明の超音波モータの構成を示す切り欠き
斜視図であり、第２図は上記超音波モータの構成を示す
断面図である。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体８を貼合せて振動体10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９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10に設置された突起体９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10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は回転軸14を中心にして回転運動を始め
る。
斜視図であり、第２図は上記超音波モータの構成を示す
断面図である。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体８を貼合せて振動体10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９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10に設置された突起体９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10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は回転軸14を中心にして回転運動を始め
る。
第３図は径方向２次、周方向３次の曲げ振動を励振し
た時の振動体10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10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。
た時の振動体10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10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、移動体13は回転軸14の周囲において、厚みが薄
くなっている。これは、外部からの負荷変動によって起
こる回転軸14のぶれを、移動体14の厚みの薄い部分で吸
収することによって、振動体10と移動体13とが、安定し
た接触状態を保つための機構である。従って、外部から
の負荷変動による、振動体10と移動体13との接触面の状
態の変化の影響が少なく、安定した駆動が得られる。
くなっている。これは、外部からの負荷変動によって起
こる回転軸14のぶれを、移動体14の厚みの薄い部分で吸
収することによって、振動体10と移動体13とが、安定し
た接触状態を保つための機構である。従って、外部から
の負荷変動による、振動体10と移動体13との接触面の状
態の変化の影響が少なく、安定した駆動が得られる。
本発明によれば、振動体と移動体との負荷変動による
接触状態の変化の影響が少なく、安定した駆動が得られ
る駆動効率の良い、しかも出力の大きな超音波モータを
提供できる。
接触状態の変化の影響が少なく、安定した駆動が得られ
る駆動効率の良い、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 以上述べたように、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、その
上、移動体の厚みを、回転軸の周囲だけ薄くすることに
より、負荷変動による回転軸のぶれを移動体が吸収し、
振動体と移動体との接触面の状態の変化の影響が少な
く、安定した駆動が得られる駆動効率の良い、しかも出
力の大きな超音波モータを提供できる。
て径方向２次、周方向３次以上の曲げ振動を用い、その
上、移動体の厚みを、回転軸の周囲だけ薄くすることに
より、負荷変動による回転軸のぶれを移動体が吸収し、
振動体と移動体との接触面の状態の変化の影響が少な
く、安定した駆動が得られる駆動効率の良い、しかも出
力の大きな超音波モータを提供できる。
【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切り欠き斜視
図、第２図は上記円板型超音波モータの断面図、第３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４図は円環形超音波モータの切り欠き斜視図、第５図
は第４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６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、第７図は超音波モータの動作
原理の説明図である。 １……弾性体、２……圧電体、３……振動体 ４……摩擦材、５……弾性体、６……移動体 ７……弾性体、８……圧電体、９……突起体 10……振動体、11……弾性体、 12……摩擦材、13……移動体、 14……回転軸。
図、第２図は上記円板型超音波モータの断面図、第３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４図は円環形超音波モータの切り欠き斜視図、第５図
は第４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６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、第７図は超音波モータの動作
原理の説明図である。 １……弾性体、２……圧電体、３……振動体 ４……摩擦材、５……弾性体、６……移動体 ７……弾性体、８……圧電体、９……突起体 10……振動体、11……弾性体、 12……摩擦材、13……移動体、 14……回転軸。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川崎 修 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−23573（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−18369（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】圧電体を交流電圧で駆動して、該圧電体と
弾性体とから構成される振動体に弾性進行波を励振する
ことにより、該振動体上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において、該振動体として円板
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、かつ回転軸をもつ該移動
体の厚みが、振動体と接触する部分の厚さはほぼ一定で
回転軸の周囲だけが薄いことを特徴とする超音波モー
タ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63173341A JP2885802B2 (ja) | 1988-07-12 | 1988-07-12 | 超音波モータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63173341A JP2885802B2 (ja) | 1988-07-12 | 1988-07-12 | 超音波モータ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0223073A JPH0223073A (ja) | 1990-01-25 |
| JP2885802B2 true JP2885802B2 (ja) | 1999-04-26 |
Family
ID=15958628
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63173341A Expired - Lifetime JP2885802B2 (ja) | 1988-07-12 | 1988-07-12 | 超音波モータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2885802B2 (ja) |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6118369A (ja) * | 1984-07-03 | 1986-01-27 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 圧電モ−タ |
| JPS6323573A (ja) * | 1986-07-15 | 1988-01-30 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 超音波モ−タ |
-
1988
- 1988-07-12 JP JP63173341A patent/JP2885802B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0223073A (ja) | 1990-01-25 |
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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: 20080212 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090212 Year of fee payment: 10 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term | ||
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090212 Year of fee payment: 10 |