JP3104423B2 - 超音波モータ - Google Patents
超音波モータInfo
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- JP3104423B2 JP3104423B2 JP04216750A JP21675092A JP3104423B2 JP 3104423 B2 JP3104423 B2 JP 3104423B2 JP 04216750 A JP04216750 A JP 04216750A JP 21675092 A JP21675092 A JP 21675092A JP 3104423 B2 JP3104423 B2 JP 3104423B2
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- Japan
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- ultrasonic motor
- node
- wave
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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、圧電セラミック等の圧
電体を用いて、圧電体と弾性基板から成る振動体に弾性
波を励振することにより、駆動力を発生する超音波モー
タに関するものである。
電体を用いて、圧電体と弾性基板から成る振動体に弾性
波を励振することにより、駆動力を発生する超音波モー
タに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】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。
の従来技術について説明を行う。
【０００３】図５はリング型超音波モータの切り欠き斜
視図であり、リング面の１方に多数個の突起体を形成し
たリング形の弾性基板１のリング面の他方に、駆動用の
圧電体としてリング形圧電セラミック２を接着剤等の手
段でともに結合して、リング形振動体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、ここでは図示していないが、ばね等
の加圧手段により振動体３と加圧接触して設置される。
視図であり、リング面の１方に多数個の突起体を形成し
たリング形の弾性基板１のリング面の他方に、駆動用の
圧電体としてリング形圧電セラミック２を接着剤等の手
段でともに結合して、リング形振動体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、ここでは図示していないが、ばね等
の加圧手段により振動体３と加圧接触して設置される。
【０００４】図６は圧電セラミック２に形成される駆動
電極の構造図であり、弾性進行波の１／４波長相当だけ
位置的にずれた２組の駆動電極ＡとＢを形成している。
駆動電極ＡとＢは、それぞれ１／２波長相当の長さを持
つ小電極群からなっている。電極ＣとＤはそれぞれ３／
４波長と１／４波長相当の長さを持ち、駆動電極ＡとＢ
に１／４波長相当の位置的なずれを作るために形成して
いる。従って、駆動電極はＡとＢのみであり、電極Ｃと
Ｄの部分は電極を形成しなくてもよい。
電極の構造図であり、弾性進行波の１／４波長相当だけ
位置的にずれた２組の駆動電極ＡとＢを形成している。
駆動電極ＡとＢは、それぞれ１／２波長相当の長さを持
つ小電極群からなっている。電極ＣとＤはそれぞれ３／
４波長と１／４波長相当の長さを持ち、駆動電極ＡとＢ
に１／４波長相当の位置的なずれを作るために形成して
いる。従って、駆動電極はＡとＢのみであり、電極Ｃと
Ｄの部分は電極を形成しなくてもよい。
【０００５】駆動電極ＡとＢに、それぞれ９０度位相の
異なる２つの交流電圧を印加すると（例えばｓｉｎ波と
ｃｏｓ波）、図７に示すような撓み振動の進行波が振動
体３に励振される。ここで、図７（ａ）は撓み振動の振
動姿態を示し、図７（ｂ）は径方向の変位分布を示して
いる。リング型超音波モータでは径方向１次で周方向３
次以上の撓み振動の進行波が振動体３に励振される。こ
の進行波の波頭の横方向成分は振動体３の突起体により
拡大され、移動体６はこの拡大された横方向の変位成分
により摩擦駆動されて回転運動をする。
異なる２つの交流電圧を印加すると（例えばｓｉｎ波と
ｃｏｓ波）、図７に示すような撓み振動の進行波が振動
体３に励振される。ここで、図７（ａ）は撓み振動の振
動姿態を示し、図７（ｂ）は径方向の変位分布を示して
いる。リング型超音波モータでは径方向１次で周方向３
次以上の撓み振動の進行波が振動体３に励振される。こ
の進行波の波頭の横方向成分は振動体３の突起体により
拡大され、移動体６はこの拡大された横方向の変位成分
により摩擦駆動されて回転運動をする。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来の超音波モータ
は、図５に示すように振動体３を構成する弾性基板１に
多数個の突起体を構成していた。従って、超音波モータ
を小型化すると、突起体の寸法が小さくなって機械加工
がしにくく、また突起体が細くなると突起体の曲げ剛性
が小さくなって、進行波による横方向の変位成分により
移動体を充分に駆動できないいう課題を有していた。
は、図５に示すように振動体３を構成する弾性基板１に
多数個の突起体を構成していた。従って、超音波モータ
を小型化すると、突起体の寸法が小さくなって機械加工
がしにくく、また突起体が細くなると突起体の曲げ剛性
が小さくなって、進行波による横方向の変位成分により
移動体を充分に駆動できないいう課題を有していた。
【０００７】本発明は上記課題を解決するもので、振動
体の振動に影響を与えない様に、突起体の設置位置を考
慮して突起体の数を減らして、常に動作の安定した効率
の高い小型化が可能な超音波モータを提供することを目
的とする。
体の振動に影響を与えない様に、突起体の設置位置を考
慮して突起体の数を減らして、常に動作の安定した効率
の高い小型化が可能な超音波モータを提供することを目
的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】振動体を構成する弾性基
板の移動体の接触面に、進行波の１波長当りに１または
２または４個の突起体を周方向にほぼ等間隔に設け、何
れの突起体の位置も進行波を構成する２つの定在波の１
方の節と他方の定在波の節のほぼ中間にある様に設定す
る。
板の移動体の接触面に、進行波の１波長当りに１または
２または４個の突起体を周方向にほぼ等間隔に設け、何
れの突起体の位置も進行波を構成する２つの定在波の１
方の節と他方の定在波の節のほぼ中間にある様に設定す
る。
【０００９】
【作用】上記に説明したような規則に従って弾性基板上
に突起体を設ければ、進行波を構成する２つの定在波か
らみた場合、突起体の位置が何れも振動の腹と節のほぼ
中間にあることになり、突起体の振動への影響がほぼ同
程度となり、２つの定在波は擾乱の少ない理想的な進行
波を作ることができる。この結果、常に動作の安定した
効率の高い小型化が可能な超音波モータを実現すること
ができる。
に突起体を設ければ、進行波を構成する２つの定在波か
らみた場合、突起体の位置が何れも振動の腹と節のほぼ
中間にあることになり、突起体の振動への影響がほぼ同
程度となり、２つの定在波は擾乱の少ない理想的な進行
波を作ることができる。この結果、常に動作の安定した
効率の高い小型化が可能な超音波モータを実現すること
ができる。
【００１０】
【実施例】以下、図面に従って本発明の実施例について
それぞれ詳細な説明を行う。
それぞれ詳細な説明を行う。
【００１１】（実施例１）図１は、本発明の１実施例で
ある超音波モータの断面図である。同図において、１０
は弾性基板であり、１面には変位拡大を行うために円周
状に突起体が設けられている。弾性基板１０の他の面に
は、駆動用の圧電体として圧電セラミック１１を接着剤
で貼合せて振動体１２を構成している。振動体１２は支
持基板１６の上に振動阻害しないようにフェルト１４を
介して設置されている。１３は移動体であり振動体１２
の突起体に加圧バネ１７により加圧接触して設置されて
いる。
ある超音波モータの断面図である。同図において、１０
は弾性基板であり、１面には変位拡大を行うために円周
状に突起体が設けられている。弾性基板１０の他の面に
は、駆動用の圧電体として圧電セラミック１１を接着剤
で貼合せて振動体１２を構成している。振動体１２は支
持基板１６の上に振動阻害しないようにフェルト１４を
介して設置されている。１３は移動体であり振動体１２
の突起体に加圧バネ１７により加圧接触して設置されて
いる。
【００１２】圧電体１１に形成された駆動電極に交流電
圧を印加すると、振動体１２に弾性進行波が励振され移
動体１３が回転を始める。移動体１３には回転軸１８が
機械的に結合されており、移動体１３の回転は回転軸１
８に伝達される。また、回転軸１８は支持基板１６に設
置されたベアリング１５により回転位置の規制をしてい
るので、回転軸１８から安定に機械出力を取り出すこと
ができる。
圧を印加すると、振動体１２に弾性進行波が励振され移
動体１３が回転を始める。移動体１３には回転軸１８が
機械的に結合されており、移動体１３の回転は回転軸１
８に伝達される。また、回転軸１８は支持基板１６に設
置されたベアリング１５により回転位置の規制をしてい
るので、回転軸１８から安定に機械出力を取り出すこと
ができる。
【００１３】図２において、同図（ｃ）は、図１に示し
た超音波モータの振動体を構成する弾性基板の直線モデ
ル図である。同図において、弾性基板１０の移動体１３
との接触面に、進行波の１波長当りに１個の突起体を周
方向にほぼ等間隔に設けている。
た超音波モータの振動体を構成する弾性基板の直線モデ
ル図である。同図において、弾性基板１０の移動体１３
との接触面に、進行波の１波長当りに１個の突起体を周
方向にほぼ等間隔に設けている。
【００１４】進行波を作る２つの定在波Ａ、Ｂの振動の
節は、同図（ａ）、（ｂ）に示すように、それぞれＡ
１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５、そしてＢ１、Ｂ２、Ｂ
３、Ｂ４で表され、上記突起体の位置は進行波を構成す
る２つの定在波の１方の節Ａ１と他方の定在波Ｂ１の節
のほぼ中間にある。
節は、同図（ａ）、（ｂ）に示すように、それぞれＡ
１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５、そしてＢ１、Ｂ２、Ｂ
３、Ｂ４で表され、上記突起体の位置は進行波を構成す
る２つの定在波の１方の節Ａ１と他方の定在波Ｂ１の節
のほぼ中間にある。
【００１５】１つめの突起体の位置は、進行波を構成す
る２つの定在波の１方の節Ａ２と他方の定在波の節Ｂ１
のほぼ中間でも、２つの定在波の１方の節Ａ２と他方の
定在波の節Ｂ２のほぼ中間でも、２つの定在波の１方の
節Ａ３と他方の定在波の節Ｂ２のほぼ中間でもよく、以
後１波長当りに１つの割合で設ければよい。
る２つの定在波の１方の節Ａ２と他方の定在波の節Ｂ１
のほぼ中間でも、２つの定在波の１方の節Ａ２と他方の
定在波の節Ｂ２のほぼ中間でも、２つの定在波の１方の
節Ａ３と他方の定在波の節Ｂ２のほぼ中間でもよく、以
後１波長当りに１つの割合で設ければよい。
【００１６】（実施例２）図３において、同図（ｃ）
は、同様に図１に示した超音波モータの振動体を構成す
る弾性基板の直線モデル図である。同図において、弾性
基板１０の移動体１３との接触面に、進行波の１波長当
りに２個の突起体を周方向にほぼ等間隔に設けている。
は、同様に図１に示した超音波モータの振動体を構成す
る弾性基板の直線モデル図である。同図において、弾性
基板１０の移動体１３との接触面に、進行波の１波長当
りに２個の突起体を周方向にほぼ等間隔に設けている。
【００１７】進行波を作る２つの定在波Ａ、Ｂの振動の
節は、同図（ａ）、（ｂ）に示すように、それぞれＡ
１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５、そしてＢ１、Ｂ２、Ｂ
３、Ｂ４で表され、突起体の位置は進行波を構成する２
つの定在波の１方の節Ａ１と他方の定在波の節Ｂ１のほ
ぼ中間と、２つの定在波の１方の節Ａ２と他方の定在波
の節Ｂ２のほぼ中間にある。
節は、同図（ａ）、（ｂ）に示すように、それぞれＡ
１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５、そしてＢ１、Ｂ２、Ｂ
３、Ｂ４で表され、突起体の位置は進行波を構成する２
つの定在波の１方の節Ａ１と他方の定在波の節Ｂ１のほ
ぼ中間と、２つの定在波の１方の節Ａ２と他方の定在波
の節Ｂ２のほぼ中間にある。
【００１８】突起体の位置は、進行波を構成する２つの
定在波の１方の節Ａ２と他方の定在波の節Ｂ１のほぼ中
間と、２つの定在波の１方の節Ａ３と他方の定在波の節
Ｂ２のほぼ中間に設けてもよく、以後１波長当りに２つ
の割合で設ければよい。
定在波の１方の節Ａ２と他方の定在波の節Ｂ１のほぼ中
間と、２つの定在波の１方の節Ａ３と他方の定在波の節
Ｂ２のほぼ中間に設けてもよく、以後１波長当りに２つ
の割合で設ければよい。
【００１９】（実施例３）図４において、同様に同図
（ｃ）は、図１に示した超音波モータの振動体を構成す
る弾性基板の直線モデル図である。同図において、弾性
基板１０の移動体１３との接触面に、進行波の１波長当
りに４個の突起体を周方向にほぼ等間隔に設けている。
（ｃ）は、図１に示した超音波モータの振動体を構成す
る弾性基板の直線モデル図である。同図において、弾性
基板１０の移動体１３との接触面に、進行波の１波長当
りに４個の突起体を周方向にほぼ等間隔に設けている。
【００２０】進行波を作る２つの定在波Ａ、Ｂの振動の
節は、同図（ａ）、（ｂ）に示すように、それぞれＡ
１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５、そしてＢ１、Ｂ２、Ｂ
３、Ｂ４で表され、上記突起体の位置は、進行波を構成
する２つの定在波の１方の節Ａ１と他方の定在波Ｂ１の
節のほぼ中間と、節Ａ２と節Ｂ１のほぼ中間と、節Ａ２
と節Ｂ２のほぼ中間と、節Ａ３と節Ｂ２の節のほぼ中間
に、１波長当りに４つの割合で設ければよい。
節は、同図（ａ）、（ｂ）に示すように、それぞれＡ
１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５、そしてＢ１、Ｂ２、Ｂ
３、Ｂ４で表され、上記突起体の位置は、進行波を構成
する２つの定在波の１方の節Ａ１と他方の定在波Ｂ１の
節のほぼ中間と、節Ａ２と節Ｂ１のほぼ中間と、節Ａ２
と節Ｂ２のほぼ中間と、節Ａ３と節Ｂ２の節のほぼ中間
に、１波長当りに４つの割合で設ければよい。
【００２１】
【発明の効果】振動体を構成する弾性基板の移動体の接
触面に、進行波の１波長当りに１または２または４個の
突起体を周方向にほぼ等間隔に設け、突起体の位置を上
記に説明したような規則に従って弾性基板上に突起体を
設ければ、進行波を構成する２つの定在波からみた場
合、突起体の位置が何れも振動の腹と節のほぼ中間にあ
ることになり、突起体の振動への影響がほぼ同程度とな
り、２つの定在波は擾乱の少ない理想的な進行波を作る
ことができる。この結果、常に動作の安定した効率の高
い小型化が可能な超音波モータを実現することができ
る。
触面に、進行波の１波長当りに１または２または４個の
突起体を周方向にほぼ等間隔に設け、突起体の位置を上
記に説明したような規則に従って弾性基板上に突起体を
設ければ、進行波を構成する２つの定在波からみた場
合、突起体の位置が何れも振動の腹と節のほぼ中間にあ
ることになり、突起体の振動への影響がほぼ同程度とな
り、２つの定在波は擾乱の少ない理想的な進行波を作る
ことができる。この結果、常に動作の安定した効率の高
い小型化が可能な超音波モータを実現することができ
る。
【図１】本発明の第１の実施例の超音波モータの断面図
【図２】（ａ）は、同実施例モータにおいて進行波を形
成する定在波の波形図 （ｂ）は、同実施例モータにおいて進行波を形成する定
在波の波形図 （ｃ）は、同実施例モータの、１波長当りに１つの突起
体を有する振動体の直線モデル図
成する定在波の波形図 （ｂ）は、同実施例モータにおいて進行波を形成する定
在波の波形図 （ｃ）は、同実施例モータの、１波長当りに１つの突起
体を有する振動体の直線モデル図
【図３】（ａ）は、第２の実施例モータにおいて進行波
を形成する定在波の波形図 （ｂ）は、同実施例モータにおいて進行波を形成する定
在波の波形図 （ｃ）は、同実施例モータの、１波長当りに１つの突起
体を有する振動体の直線モデル図
を形成する定在波の波形図 （ｂ）は、同実施例モータにおいて進行波を形成する定
在波の波形図 （ｃ）は、同実施例モータの、１波長当りに１つの突起
体を有する振動体の直線モデル図
【図４】（ａ）は、第３の実施例モータにおいて進行波
を形成する定在波の波形図 （ｂ）は、同実施例モータにおいて進行波を形成する定
在波の波形図 （ｃ）は、同実施例モータの、１波長当りに１つの突起
体を有する振動体の直線モデル図
を形成する定在波の波形図 （ｂ）は、同実施例モータにおいて進行波を形成する定
在波の波形図 （ｃ）は、同実施例モータの、１波長当りに１つの突起
体を有する振動体の直線モデル図
【図５】従来のリング型超音波モータの切り欠き斜視図
【図６】同従来モータのリング形圧電体の電極の構造を
示す平面図
示す平面図
【図７】（ａ）は同従来モータの撓み振動の振動姿態の
拡大図 （ｂ）は同従来モータの振動体の径方向の振動変位図
拡大図 （ｂ）は同従来モータの振動体の径方向の振動変位図
１０ 弾性基板 １１ 圧電体 １２ 振動体 １３ 移動体 １４ フェルト １５ ベアリング １６ 支持基板 １７ 加圧バネ １８ 回転軸
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西倉 孝弘 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 武田 克 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 今田 勝巳 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 平３−139177（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−241375（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H02N 2/00
Claims (1)
- 【請求項１】 弾性基板に１枚の圧電体を結合して振動
体を構成し、上記振動体の上記弾性基板に加圧接触して
移動体を設置し、上記圧電体に形成された２組の駆動電
極に交流駆動電圧を印加して、上記振動体に２つの弾性
進行波をつくり、上記移動体を移動させる超音波モータ
において、 上記弾性基板の上記移動体との接触面に、上記進行波の
１波長当たりに１または２または４個の突起体を周方向
の全周にわたってほぼ等間隔に設け、上記突起体が上記
進行波を構成する一方の定在波の節と他方の節とのほぼ
中間にあ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 |
|---|---|---|---|
| JP04216750A JP3104423B2 (ja) | 1992-08-14 | 1992-08-14 | 超音波モータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04216750A JP3104423B2 (ja) | 1992-08-14 | 1992-08-14 | 超音波モータ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0670557A JPH0670557A (ja) | 1994-03-11 |
| JP3104423B2 true JP3104423B2 (ja) | 2000-10-30 |
Family
ID=16693340
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04216750A Expired - Fee Related JP3104423B2 (ja) | 1992-08-14 | 1992-08-14 | 超音波モータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3104423B2 (ja) |
-
1992
- 1992-08-14 JP JP04216750A patent/JP3104423B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0670557A (ja) | 1994-03-11 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
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|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
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| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |