JP2956248B2 - 超音波モータ - Google Patents
超音波モータInfo
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- JP2956248B2 JP2956248B2 JP3082130A JP8213091A JP2956248B2 JP 2956248 B2 JP2956248 B2 JP 2956248B2 JP 3082130 A JP3082130 A JP 3082130A JP 8213091 A JP8213091 A JP 8213091A JP 2956248 B2 JP2956248 B2 JP 2956248B2
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- Japan
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- ultrasonic motor
- vibration
- longitudinal
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- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は超音波振動により、ロー
タを回転させ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。
タを回転させ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。
【０００２】
【従来の技術】縦・ねじり複合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、これを回転させる
超音波モータは、本発明者らによって既に提案されてい
る（例えば特願昭６３−６６４７１）。この縦・ねじり
複合振動子をステータとする従来の超音波モータは、該
超音波モータのステータを構成するヘッドマス、ヘッド
マスリング、縦振動励振用圧電セラミック素子、中間シ
リンダ、モータ支持板、ねじり振動励振用圧電セラミッ
ク素子、リアマス及びこれら部材を締め付けて固定する
ボルトとナットの部材の内、セラミック素子以外はステ
ンレス鋼、軟鋼、黄銅あるいはアルミニューム合金等を
使用して構成し、ヘッドマス側に圧接したロータを回転
させて回転駆動力を出力している。しかしながら、モー
タを連続して駆動していると、駆動周波数や縦及びねじ
り振動励振用圧電セラミック素子に印加する高周波電圧
ＶL とＶT の位相差が著しく変化し、常に調節していな
ければならなかった。
ステータの端面にロータを圧接して、これを回転させる
超音波モータは、本発明者らによって既に提案されてい
る（例えば特願昭６３−６６４７１）。この縦・ねじり
複合振動子をステータとする従来の超音波モータは、該
超音波モータのステータを構成するヘッドマス、ヘッド
マスリング、縦振動励振用圧電セラミック素子、中間シ
リンダ、モータ支持板、ねじり振動励振用圧電セラミッ
ク素子、リアマス及びこれら部材を締め付けて固定する
ボルトとナットの部材の内、セラミック素子以外はステ
ンレス鋼、軟鋼、黄銅あるいはアルミニューム合金等を
使用して構成し、ヘッドマス側に圧接したロータを回転
させて回転駆動力を出力している。しかしながら、モー
タを連続して駆動していると、駆動周波数や縦及びねじ
り振動励振用圧電セラミック素子に印加する高周波電圧
ＶL とＶT の位相差が著しく変化し、常に調節していな
ければならなかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来の縦・ねじり複合
振動子をステータとして超音波モータは、縦とねじり振
動の共振周波数を一致させて効率良く駆動させている
が、ロータとステータのしゅう動面に変化が起こった場
合、縦振動の共振周波数が大きく変化し、最適駆動条件
から外れ、その結果、回転数の減少が起こる。また、使
用環境の変化によっても縦及びねじり振動の共振周波数
が変動し、回転数の減少が起こる。
振動子をステータとして超音波モータは、縦とねじり振
動の共振周波数を一致させて効率良く駆動させている
が、ロータとステータのしゅう動面に変化が起こった場
合、縦振動の共振周波数が大きく変化し、最適駆動条件
から外れ、その結果、回転数の減少が起こる。また、使
用環境の変化によっても縦及びねじり振動の共振周波数
が変動し、回転数の減少が起こる。
【０００４】前記超音波モータを効率良く駆動するため
には、駆動周波数と縦及びねじり振動励振用圧電セラミ
ック素子に印加する高周波電圧ＶL とＶT の位相差を最
適値に調節しなければならない。図２に点線で示すよう
に、超音波モータは駆動周波数の変化に対して回転数が
変化する。また、図３に点線で示すように、前記高周波
電圧ＶL とＶT の位相差の変化に対しても回転数が変化
する。駆動周波数及び位相が僅かに変化しただけで大き
な回転数の変化が起こるモータは、不安定で使い勝手が
悪く、実用的なモータと言えない。
には、駆動周波数と縦及びねじり振動励振用圧電セラミ
ック素子に印加する高周波電圧ＶL とＶT の位相差を最
適値に調節しなければならない。図２に点線で示すよう
に、超音波モータは駆動周波数の変化に対して回転数が
変化する。また、図３に点線で示すように、前記高周波
電圧ＶL とＶT の位相差の変化に対しても回転数が変化
する。駆動周波数及び位相が僅かに変化しただけで大き
な回転数の変化が起こるモータは、不安定で使い勝手が
悪く、実用的なモータと言えない。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の手段として、図１に例示する本発明の超音波モータに
おいて、該超音波モータのステータを構成するヘッドマ
ス１０、ヘッドマスリング１１、縦振動励振用圧電セラ
ミック素子１２、中間シリンダ１３、モータ支持板１
４、中間シリンダ１５、ねじり振動励振用圧電セラミッ
ク素子１６、リアマス１７及びこれら部材を締め付けて
固定するボルト１９とナット１８の部材の内、縦振動励
振用圧電セラミック素子と隣接して配置されるヘッドマ
スリングあるいは中間シリンダの少なくとも一方に機械
的振動を吸収する能力が大きい、即ち機械的品質係数が
５０以下の制振材料を使用する。そうする事によって、
縦振動振幅の周波数依存性を弱め、効率良く駆動できる
周波数帯域及びＶL とＶT の位相差の帯域が広がる。そ
の結果、使用環境やモータのロータとステータのしゅう
動面の状態が多少変動しても安定して回転する超音波モ
ータが得られる事になる。
の手段として、図１に例示する本発明の超音波モータに
おいて、該超音波モータのステータを構成するヘッドマ
ス１０、ヘッドマスリング１１、縦振動励振用圧電セラ
ミック素子１２、中間シリンダ１３、モータ支持板１
４、中間シリンダ１５、ねじり振動励振用圧電セラミッ
ク素子１６、リアマス１７及びこれら部材を締め付けて
固定するボルト１９とナット１８の部材の内、縦振動励
振用圧電セラミック素子と隣接して配置されるヘッドマ
スリングあるいは中間シリンダの少なくとも一方に機械
的振動を吸収する能力が大きい、即ち機械的品質係数が
５０以下の制振材料を使用する。そうする事によって、
縦振動振幅の周波数依存性を弱め、効率良く駆動できる
周波数帯域及びＶL とＶT の位相差の帯域が広がる。そ
の結果、使用環境やモータのロータとステータのしゅう
動面の状態が多少変動しても安定して回転する超音波モ
ータが得られる事になる。
【０００６】次に限定理由に付いて説明する。
【０００７】本発明の超音波モータは縦及びねじり振動
の節の位置、即ち歪みが最大となる位置に各振動を励振
するための圧電セラミック素子が配置されており、この
ような配置を取る事によって最も効率良く振動を励振さ
せる事が出来る。従って、本発明の制振材料を使用する
位置は、振動の節の位置に近い、縦振動励振用圧電セラ
ミック素子と隣接して配置されているヘッドマスリング
と中間シリンダの箇所が適している。ねじり振動励振用
圧電セラミック素子に隣接する中間シリンダとリアマス
に制振材料を使用するとねじり振動振幅の周波数依存性
が著しく弱くなり、回転数の著しい減少を伴うために適
切でない。その他の部材に制振材料を使用した場合は本
発明の効果が得られない。従って、縦振動励振用圧電セ
ラミック素子に隣接するヘッドマスリングと中間シリン
ダに制振材料を使用する事と限定する。
の節の位置、即ち歪みが最大となる位置に各振動を励振
するための圧電セラミック素子が配置されており、この
ような配置を取る事によって最も効率良く振動を励振さ
せる事が出来る。従って、本発明の制振材料を使用する
位置は、振動の節の位置に近い、縦振動励振用圧電セラ
ミック素子と隣接して配置されているヘッドマスリング
と中間シリンダの箇所が適している。ねじり振動励振用
圧電セラミック素子に隣接する中間シリンダとリアマス
に制振材料を使用するとねじり振動振幅の周波数依存性
が著しく弱くなり、回転数の著しい減少を伴うために適
切でない。その他の部材に制振材料を使用した場合は本
発明の効果が得られない。従って、縦振動励振用圧電セ
ラミック素子に隣接するヘッドマスリングと中間シリン
ダに制振材料を使用する事と限定する。
【０００８】機械的品質係数Ｑm が５０を越える制振材
料を使用した場合は本発明の効果は得られず、従って、
Ｑm は５０以下が望ましい。
料を使用した場合は本発明の効果は得られず、従って、
Ｑm は５０以下が望ましい。
【０００９】
【作用】本発明の超音波モータにおいて、消費される全
電力のうち縦振動励振用圧電セラミック素子が消費する
割合が約１０％と少なく、ロータの回転運動を引き起こ
すためのエネルギー供給源であるねじり振動励振用圧電
セラミック素子に消費される電力に比べて圧倒的に少な
い事に注目してなされたものである。即ち、本発明は、
縦振動に関するモータのＱm 値を小さくしても縦振動の
消費電力がモータの全消費電力に占める割合が小さい事
から、縦振幅に対する電圧感度を少々落としてもモータ
の効率にさほど悪い影響を与えない。むしろ、縦振動の
周波数依存性を緩やかにしてモータの安定性を向上させ
る方が実用上のメリットが計り知れない程大きいからで
あると言う基本的考え方から発している。本発明を具現
化する方法として、前記ヘッドマスリングあるいは中間
シリンダの少なくとも一方に制振材料を使用する事によ
り、縦振動振幅の周波数依性を緩やかにし、図２に実線
で示すように超音波モータを効率良く駆動できる周波数
帯域が広くなる。また、図３に実線で示すようにＶL と
ＶT の位相差の帯域も広くなる。尚、前記ヘッドマスリ
ングあるいは中間シリンダの部分は、ねじり振動に関し
ては振動の腹の部分に当たるため、この部分にＱの小さ
い材料を使用したとしても、ねじり振動の励振効率は殆
ど低下することはない。
電力のうち縦振動励振用圧電セラミック素子が消費する
割合が約１０％と少なく、ロータの回転運動を引き起こ
すためのエネルギー供給源であるねじり振動励振用圧電
セラミック素子に消費される電力に比べて圧倒的に少な
い事に注目してなされたものである。即ち、本発明は、
縦振動に関するモータのＱm 値を小さくしても縦振動の
消費電力がモータの全消費電力に占める割合が小さい事
から、縦振幅に対する電圧感度を少々落としてもモータ
の効率にさほど悪い影響を与えない。むしろ、縦振動の
周波数依存性を緩やかにしてモータの安定性を向上させ
る方が実用上のメリットが計り知れない程大きいからで
あると言う基本的考え方から発している。本発明を具現
化する方法として、前記ヘッドマスリングあるいは中間
シリンダの少なくとも一方に制振材料を使用する事によ
り、縦振動振幅の周波数依性を緩やかにし、図２に実線
で示すように超音波モータを効率良く駆動できる周波数
帯域が広くなる。また、図３に実線で示すようにＶL と
ＶT の位相差の帯域も広くなる。尚、前記ヘッドマスリ
ングあるいは中間シリンダの部分は、ねじり振動に関し
ては振動の腹の部分に当たるため、この部分にＱの小さ
い材料を使用したとしても、ねじり振動の励振効率は殆
ど低下することはない。
【００１０】
【実施例】全長５０ｍｍ、支持板以外の部材の直径が１
２ｍｍで縦振動励振用圧電セラミック素子と隣接するヘ
ッドマスリングと中間シリンダに機械的品質係数Ｑm が
２０である制振材料を使用して超音波モータを製作し
た。ＶL とＶT の位相差を８０度として、実効値４０ボ
ルトの駆動周波数を３１ｋＨｚから３３ｋＨｚまで変化
させてロータの回転数を測定し、図２に実線で示すよう
な結果が得られた。次に、駆動周波数を３１．７ｋＨｚ
として、位相を−１０度から１７０度まで変化させてロ
ータの回転数を測定し、図３に実線で示すような結果が
得られた。
２ｍｍで縦振動励振用圧電セラミック素子と隣接するヘ
ッドマスリングと中間シリンダに機械的品質係数Ｑm が
２０である制振材料を使用して超音波モータを製作し
た。ＶL とＶT の位相差を８０度として、実効値４０ボ
ルトの駆動周波数を３１ｋＨｚから３３ｋＨｚまで変化
させてロータの回転数を測定し、図２に実線で示すよう
な結果が得られた。次に、駆動周波数を３１．７ｋＨｚ
として、位相を−１０度から１７０度まで変化させてロ
ータの回転数を測定し、図３に実線で示すような結果が
得られた。
【００１１】このモータに縦及びねじり振動を単独で励
振させたときの各々の振動の節の位置を振動変位測定器
で測定したところ、各々の振動を励振するための圧電セ
ラミック素子の中央部に位置している事が確認された。
振させたときの各々の振動の節の位置を振動変位測定器
で測定したところ、各々の振動を励振するための圧電セ
ラミック素子の中央部に位置している事が確認された。
【００１２】ヘッドマスリングと中間シリンダにＳＵＳ
３０４ステンレス鋼を使用して超音波モータを製作し、
上記と同様の測定を行ったところ、図２及び図３に点線
で示すような結果が得られた。各振動の節の位置は同様
に圧電セラミック素子の中央部に位置している事を確認
した。
３０４ステンレス鋼を使用して超音波モータを製作し、
上記と同様の測定を行ったところ、図２及び図３に点線
で示すような結果が得られた。各振動の節の位置は同様
に圧電セラミック素子の中央部に位置している事を確認
した。
【００１３】ねじり振動励振用圧電セラミック素子に隣
接する中間シリンダとリアマスに上記の制振材料を使用
すると図４及び図５に点線で示すような結果が得られ
た。各振動の節の位置は同様に圧電セラミック素子の中
央部に位置している事を確認した。図４、図５におい
て、実線は本発明の場合を示す。
接する中間シリンダとリアマスに上記の制振材料を使用
すると図４及び図５に点線で示すような結果が得られ
た。各振動の節の位置は同様に圧電セラミック素子の中
央部に位置している事を確認した。図４、図５におい
て、実線は本発明の場合を示す。
【００１４】ヘッドマス及びナットにＱm が２０である
制振材料を使用して超音波モータを製作し、上記と同様
の測定を行ったところ、図６及び図７に点線で示すよう
な結果が得られた。各々の振動の節の位置はいずれの超
音波モータにおいても圧電セラミック素子の中央部に位
置している事を確認した。図６、図７において実線は本
発明の場合を示す。
制振材料を使用して超音波モータを製作し、上記と同様
の測定を行ったところ、図６及び図７に点線で示すよう
な結果が得られた。各々の振動の節の位置はいずれの超
音波モータにおいても圧電セラミック素子の中央部に位
置している事を確認した。図６、図７において実線は本
発明の場合を示す。
【００１５】次に、縦振動励振用圧電セラミック素子に
隣接するヘッドマスと中間シリンダにＱm が５０及び６
０の制振材料を使用した超音波モータを製作し、上記と
同様の測定を行ったところ、図８及び図９に各々点線及
び一点鎖線で示すような結果が得られた。各々の振動の
節の位置はいずれの超音波モータにおいても圧電セラミ
ック素子の中央部に位置している事を確認した。図８、
図９において実線は本発明の例である。尚、本実施例に
おいては、中間シリンダ、ヘッドマスリングともに制振
材料を用いているが、いずれか一方に制振材料を用いた
場合でも、同様の効果が得られた。
隣接するヘッドマスと中間シリンダにＱm が５０及び６
０の制振材料を使用した超音波モータを製作し、上記と
同様の測定を行ったところ、図８及び図９に各々点線及
び一点鎖線で示すような結果が得られた。各々の振動の
節の位置はいずれの超音波モータにおいても圧電セラミ
ック素子の中央部に位置している事を確認した。図８、
図９において実線は本発明の例である。尚、本実施例に
おいては、中間シリンダ、ヘッドマスリングともに制振
材料を用いているが、いずれか一方に制振材料を用いた
場合でも、同様の効果が得られた。
【００１６】
【発明の効果】本発明に従った超音波モータは、効率良
く駆動できる周波数帯域及びＶL とＶT の位相差の帯域
が広いために使い勝手が良く、実用上優れた超音波モー
タであると言える。
く駆動できる周波数帯域及びＶL とＶT の位相差の帯域
が広いために使い勝手が良く、実用上優れた超音波モー
タであると言える。
【図１】本発明の超音波モータの構成例を示す図であ
る。
る。
【図２】超音波モータの回転数と駆動周波数の関係を示
す図である。
す図である。
【図３】超音波モータの回転数とＶL 、ＶT の位相差の
関係を示す図である。
関係を示す図である。
【図４】超音波モータの回転数と駆動周波数の関係を示
す図である。
す図である。
【図５】超音波モータの回転数とＶL 、ＶT の位相差の
関係を示す図である。
関係を示す図である。
【図６】超音波モータの回転数と駆動周波数の関係を示
す図である。
す図である。
【図７】超音波モータの回転数とＶL 、ＶT の位相差の
関係を示す図である。
関係を示す図である。
【図８】超音波モータの回転数と駆動周波数の関係を示
す図である。
す図である。
【図９】超音波モータの回転数とＶL 、ＶT の位相差の
関係を示す図である。
関係を示す図である。
１０ ヘッドマス １１ ヘッドマスリング １２ 縦振動励振用圧電セラミック素子 １３、１５ 中間シリング １４ 支持板 １６ ねじり振動励振用圧電セラミック素子 １７ リアマス １８ ナット １９ ボルト ２０ ロータ
Claims (1)
- 【請求項１】 縦・ねじり複合振動子をステータとする
超音波モータにおいて、該超音波モータのステータを構
成する部材のうち、縦振動励振用圧電セラミック素子と
隣接して配置されるヘッドマスリングあるいは中間シリ
ンダの少なくとも一方に機械的品質係数が５０以下の制
振材料を使用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 |
|---|---|---|---|
| JP3082130A JP2956248B2 (ja) | 1991-04-15 | 1991-04-15 | 超音波モータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3082130A JP2956248B2 (ja) | 1991-04-15 | 1991-04-15 | 超音波モータ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04317573A JPH04317573A (ja) | 1992-11-09 |
| JP2956248B2 true JP2956248B2 (ja) | 1999-10-04 |
Family
ID=13765833
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3082130A Expired - Fee Related JP2956248B2 (ja) | 1991-04-15 | 1991-04-15 | 超音波モータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2956248B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110912442B (zh) * | 2019-11-12 | 2022-08-09 | 上海交通大学 | 抗饱和负电容压电分流电路半被动振动控制装置和方法 |
-
1991
- 1991-04-15 JP JP3082130A patent/JP2956248B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04317573A (ja) | 1992-11-09 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19990622 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
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