JP3280808B2 - 超音波モータ - Google Patents
超音波モータInfo
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- JP3280808B2 JP3280808B2 JP26420794A JP26420794A JP3280808B2 JP 3280808 B2 JP3280808 B2 JP 3280808B2 JP 26420794 A JP26420794 A JP 26420794A JP 26420794 A JP26420794 A JP 26420794A JP 3280808 B2 JP3280808 B2 JP 3280808B2
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- Japan
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- ultrasonic motor
- piezoelectric vibrator
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- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、圧電振動子の伸縮運
動を利用した超音波振動により、移動体を摩擦駆動させ
る超音波モータに関する。
動を利用した超音波振動により、移動体を摩擦駆動させ
る超音波モータに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のエンコーダ等の位置検出手段を使
用せずに所定の移動量のステップ駆動を可能とする超音
波モータは、特開平３−２０７２８１号公報、あるい
は、特開平４−３８１８０号公報に示されるような構成
であった。
用せずに所定の移動量のステップ駆動を可能とする超音
波モータは、特開平３−２０７２８１号公報、あるい
は、特開平４−３８１８０号公報に示されるような構成
であった。
【０００３】図６は、従来のエンコーダ等の位置検出手
段を使用せずに所定の移動量のステップ駆動を可能とす
る超音波モータの上面図である。移動体６０１は４ヶ所
の突起部６０１ａを有し、突起部６０２ａを有する振動
体６０２と接する例を示す。図７は従来の超音波モータ
がステップ駆動する時の振動状態の様子を示した動作説
明図である。定在波１ではＡ，Ｂ，ＣとＡの反転，Ｂの
反転，Ｃの反転がそれぞれ組みになり、互いに１８０度
位相がずれて振動している。これにより移動体の突起部
６０１ａは定在波の腹から節に向かって力が作用し、力
の釣り合う場所である定在波１の節の上で位置決めされ
る。定在波２ではＢ，Ｃ，Ａの反転とＢの反転，Ｃの反
転，Ａがそれぞれ組みになり、定在波３ではＣ，Ａの反
転，Ｂの反転とＣの反転，Ａ，Ｂがそれぞれ組みとな
り、定在波１→定在波２→定在波３→定在波１→・・・
と順次繰り返すことにより、節の位置が段階的に移動
し、移動体６０１の突起部６０１ａはそれと等しい移動
量だけ移動することになる。
段を使用せずに所定の移動量のステップ駆動を可能とす
る超音波モータの上面図である。移動体６０１は４ヶ所
の突起部６０１ａを有し、突起部６０２ａを有する振動
体６０２と接する例を示す。図７は従来の超音波モータ
がステップ駆動する時の振動状態の様子を示した動作説
明図である。定在波１ではＡ，Ｂ，ＣとＡの反転，Ｂの
反転，Ｃの反転がそれぞれ組みになり、互いに１８０度
位相がずれて振動している。これにより移動体の突起部
６０１ａは定在波の腹から節に向かって力が作用し、力
の釣り合う場所である定在波１の節の上で位置決めされ
る。定在波２ではＢ，Ｃ，Ａの反転とＢの反転，Ｃの反
転，Ａがそれぞれ組みになり、定在波３ではＣ，Ａの反
転，Ｂの反転とＣの反転，Ａ，Ｂがそれぞれ組みとな
り、定在波１→定在波２→定在波３→定在波１→・・・
と順次繰り返すことにより、節の位置が段階的に移動
し、移動体６０１の突起部６０１ａはそれと等しい移動
量だけ移動することになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のエンコ
ーダ等の位置検出手段を使用しない所定の移動量のステ
ップ駆動可能な超音波モータでは、圧電振動子の全ての
電極パターンに電圧を印加させて、定在波を励振する構
成であるため、さらにステップ角度を小さくすることは
困難であった。
ーダ等の位置検出手段を使用しない所定の移動量のステ
ップ駆動可能な超音波モータでは、圧電振動子の全ての
電極パターンに電圧を印加させて、定在波を励振する構
成であるため、さらにステップ角度を小さくすることは
困難であった。
【０００５】そこで、この発明の目的は、従来のこのよ
うな課題を解決するために、移動体のステップ角度を、
小さくすることができる超音波モータを提供することに
ある。
うな課題を解決するために、移動体のステップ角度を、
小さくすることができる超音波モータを提供することに
ある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明は、電極パターンを有する圧電振動子（１
０１）と、電振動子（１０１）が固定された弾性体（１
０２）とから構成される振動体（１）と、振動体（１）
に圧接され、圧電振動子（１０１）の伸縮運動により摩
擦駆動する移動体（２）と、圧電振動子（１０１）に駆
動するための駆動信号を印加する駆動信号発生回路と、
を有する超音波モータにおいて、ｎ／２×ｐ個（ｎは偶
整数、ｐは整数）に円周方向に対して均等に分割された
電極パターン（ａ１〜ａｐ，ｂ１〜ｂｐ，ｃ１〜ｃｐ）
（３０１）を有する圧電振動子（１０１）と、ｐ個おき
に設けられた電極パターン（ａ１〜ａｐ，ｂ１〜ｂｐ，
ｃ１〜ｃｐ）（３０１）に、円周方向に対してｎの２倍
の節を有する波を励振するような駆動周波数信号を印加
すると共に、駆動信号をｐ個おきに設けられた電極パタ
ーン（ａ１〜ａｐ，ｂ１〜ｂｐ，ｃ１〜ｃｐ）（３０
１）へ順次切り換えるて駆動信号を印加する駆動信号発
生回路と、移動体（２）は突起部（２０１）を有する構
成とした。
に、この発明は、電極パターンを有する圧電振動子（１
０１）と、電振動子（１０１）が固定された弾性体（１
０２）とから構成される振動体（１）と、振動体（１）
に圧接され、圧電振動子（１０１）の伸縮運動により摩
擦駆動する移動体（２）と、圧電振動子（１０１）に駆
動するための駆動信号を印加する駆動信号発生回路と、
を有する超音波モータにおいて、ｎ／２×ｐ個（ｎは偶
整数、ｐは整数）に円周方向に対して均等に分割された
電極パターン（ａ１〜ａｐ，ｂ１〜ｂｐ，ｃ１〜ｃｐ）
（３０１）を有する圧電振動子（１０１）と、ｐ個おき
に設けられた電極パターン（ａ１〜ａｐ，ｂ１〜ｂｐ，
ｃ１〜ｃｐ）（３０１）に、円周方向に対してｎの２倍
の節を有する波を励振するような駆動周波数信号を印加
すると共に、駆動信号をｐ個おきに設けられた電極パタ
ーン（ａ１〜ａｐ，ｂ１〜ｂｐ，ｃ１〜ｃｐ）（３０
１）へ順次切り換えるて駆動信号を印加する駆動信号発
生回路と、移動体（２）は突起部（２０１）を有する構
成とした。
【０００７】
【作用】図１は本発明の超音波モータの振動体の外観図
である。振動体１は、金属等の弾性体１０１に圧電振動
子１０２が固定されている構成となっている。図２は、
移動体２の外観図である。移動体２には、振動体１と点
接触するために、長方形形状の突起部２０１が円周方向
に３カ所形成され、振動体１に加圧接触される。
である。振動体１は、金属等の弾性体１０１に圧電振動
子１０２が固定されている構成となっている。図２は、
移動体２の外観図である。移動体２には、振動体１と点
接触するために、長方形形状の突起部２０１が円周方向
に３カ所形成され、振動体１に加圧接触される。
【０００８】図３は圧電振動子３の電極パターン３０１
の構成を示した図である。電極パターン３０１に図示し
た各番号は同一番号で全て接続されている。１〜５の各
電極パターンへ順に駆動電圧を印加することにより、定
在波の節部は順次移動し、移動体２はステップ駆動す
る。
の構成を示した図である。電極パターン３０１に図示し
た各番号は同一番号で全て接続されている。１〜５の各
電極パターンへ順に駆動電圧を印加することにより、定
在波の節部は順次移動し、移動体２はステップ駆動す
る。
【０００９】図４は本発明の超音波モータの駆動原理図
である。移動体２の突起部２０１は、振動体１に発生し
た定在波の節部Ａに停止する。定在波の位相をｄだけシ
フトすると、定在波の振動位置も移動し、突起部２０１
は新しい定在波の節部Ｂ’に移動する。
である。移動体２の突起部２０１は、振動体１に発生し
た定在波の節部Ａに停止する。定在波の位相をｄだけシ
フトすると、定在波の振動位置も移動し、突起部２０１
は新しい定在波の節部Ｂ’に移動する。
【００１０】
（１）第１実施例 図１は本発明の超音波モータの振動体の外観図である。
振動体１は、リング形状の圧電振動子１０２と、アルミ
ニウムを使用して形成されたリング形状の弾性体１０１
とから構成されている構造となっている。
振動体１は、リング形状の圧電振動子１０２と、アルミ
ニウムを使用して形成されたリング形状の弾性体１０１
とから構成されている構造となっている。
【００１１】図２は、移動体２の外観図である。移動体
２には、振動体１と点接触するために、長方形形状の突
起部２０１が円周方向に３カ所形成され、振動体１に加
圧接触される。図４は本発明の超音波モータの駆動原理
図である。移動体２の突起部２０１は、振動体１に発生
した定在波の節部Ａに停止する。定在波の位相をｄシフ
トすると、定在波の振動位置も移動し、突起部２０１は
新しい定在波の節部Ａ’に移動する。
２には、振動体１と点接触するために、長方形形状の突
起部２０１が円周方向に３カ所形成され、振動体１に加
圧接触される。図４は本発明の超音波モータの駆動原理
図である。移動体２の突起部２０１は、振動体１に発生
した定在波の節部Ａに停止する。定在波の位相をｄシフ
トすると、定在波の振動位置も移動し、突起部２０１は
新しい定在波の節部Ａ’に移動する。
【００１２】また、図４（ａ）〜（ｂ）は４種類の異な
るケースを示しており、位相角度の調整により、移動体
の回転方向を、図４（ａ）、（ｃ）の場合時計回り、図
４（ｂ）、（ｄ）の場合反時計回りにできることがわか
る。ｎ次振動モードの場合では、リング形状に沿って２
ｎ箇所に節部が発生する。すなわち、ｐ回位相角をシフ
トすれば、移動体の１回転当たりのステップ数は、ｐ×
２ｎとなる。
るケースを示しており、位相角度の調整により、移動体
の回転方向を、図４（ａ）、（ｃ）の場合時計回り、図
４（ｂ）、（ｄ）の場合反時計回りにできることがわか
る。ｎ次振動モードの場合では、リング形状に沿って２
ｎ箇所に節部が発生する。すなわち、ｐ回位相角をシフ
トすれば、移動体の１回転当たりのステップ数は、ｐ×
２ｎとなる。
【００１３】図３は圧電振動子４の電極パターン３０１
の構成を示した図である。 電極パターン３０１は、２
４゜間隔に配置され、図示した各番号は同一番号で全て
接続されている。したがって、本発明の超音波モータを
駆動するために５本のリードが必要となる。
の構成を示した図である。 電極パターン３０１は、２
４゜間隔に配置され、図示した各番号は同一番号で全て
接続されている。したがって、本発明の超音波モータを
駆動するために５本のリードが必要となる。
【００１４】この電極パターンは、振動体１に励振され
る定在波を５ステップだけシフトできると共に、６次の
振動モードを励振する構成となっている。６次振動モー
ドの１波長は６０゜に相当し、半波長である３０゜毎に
節部が位置することになる。したがって、第１実施例
（図１〜図３）に示した超音波モータの構成とすれば、
ｐ＝５、ｎ＝６であるから、移動体の１回転当たりの
ステップ数は、５×２×６＝６０回となり、移動体２の
１回転当たりのステップ角度は６゜とすることが可能と
なる。
る定在波を５ステップだけシフトできると共に、６次の
振動モードを励振する構成となっている。６次振動モー
ドの１波長は６０゜に相当し、半波長である３０゜毎に
節部が位置することになる。したがって、第１実施例
（図１〜図３）に示した超音波モータの構成とすれば、
ｐ＝５、ｎ＝６であるから、移動体の１回転当たりの
ステップ数は、５×２×６＝６０回となり、移動体２の
１回転当たりのステップ角度は６゜とすることが可能と
なる。
【００１５】ここで、図１に示した振動体の形状をＤｉ
ｎｔ＝３０ｍｍ、Ｄｏｕｔ＝４０ｍｍ、Ｈ３＝０．５ｍ
ｍ、Ｈ１＝０．９ｍｍとした場合、振動体の６次の振動
モードにおける共振周波数は２７．４７ｋＨｚとなる。
また、本実施例では、移動体の１回転当たりのステップ
角度を６゜とするために、位相変化の回数ｐと波数ｎの
組合せとして、ｐ：ｎ＝５：６の場合を示したが、他の
ｐとｎ組合せとして、ｐ：ｎ＝１：３０、ｐ：ｎ＝２：
１５、ｐ：ｎ＝３：１０、ｐ：ｎ＝６：５のような組合
せでも、ステップ角度を６゜とすることは可能である。
ｎｔ＝３０ｍｍ、Ｄｏｕｔ＝４０ｍｍ、Ｈ３＝０．５ｍ
ｍ、Ｈ１＝０．９ｍｍとした場合、振動体の６次の振動
モードにおける共振周波数は２７．４７ｋＨｚとなる。
また、本実施例では、移動体の１回転当たりのステップ
角度を６゜とするために、位相変化の回数ｐと波数ｎの
組合せとして、ｐ：ｎ＝５：６の場合を示したが、他の
ｐとｎ組合せとして、ｐ：ｎ＝１：３０、ｐ：ｎ＝２：
１５、ｐ：ｎ＝３：１０、ｐ：ｎ＝６：５のような組合
せでも、ステップ角度を６゜とすることは可能である。
【００１６】（２）第２実施例 図５は、本発明の超音波モータの駆動に関するタイミン
グチャート図である。図５に示すように、スイッチング
を切り替えて、各電極パターン１〜５へ駆動電圧を毎秒
ごとに順次印加する事により、本発明の超音波モータを
毎秒６゜ステップだけ駆動でき、時計等の応用が可能と
なる。
グチャート図である。図５に示すように、スイッチング
を切り替えて、各電極パターン１〜５へ駆動電圧を毎秒
ごとに順次印加する事により、本発明の超音波モータを
毎秒６゜ステップだけ駆動でき、時計等の応用が可能と
なる。
【００１７】
【発明の効果】本発明によれば、電極パターンを有する
圧電振動子と、圧電振動子が固定された弾性体とから構
成される振動体と、振動体に圧接され、圧電振動子の伸
縮運動により摩擦駆動する移動体と、圧電振動子に駆動
するための駆動信号を印加する駆動信号発生回路と、を
有する超音波モータにおいて、ｎ／２×ｐ個（ｎは偶整
数、ｐは整数）に円周方向に対して均等に分割された電
極パターンを有する圧電振動子と、ｐ個おきに設けられ
た電極パターンに、円周方向に対して２ｎの節を生ずる
波を励振するような駆動周波数信号を印加すると共に、
駆動信号をｐ個おきに設けられた電極パターンへ順次切
り換えるて駆動信号を印加する駆動信号発生回路と、移
動体は突起部を有する構成とすることにより、移動体の
ステップ角度を、小さくすることができる。
圧電振動子と、圧電振動子が固定された弾性体とから構
成される振動体と、振動体に圧接され、圧電振動子の伸
縮運動により摩擦駆動する移動体と、圧電振動子に駆動
するための駆動信号を印加する駆動信号発生回路と、を
有する超音波モータにおいて、ｎ／２×ｐ個（ｎは偶整
数、ｐは整数）に円周方向に対して均等に分割された電
極パターンを有する圧電振動子と、ｐ個おきに設けられ
た電極パターンに、円周方向に対して２ｎの節を生ずる
波を励振するような駆動周波数信号を印加すると共に、
駆動信号をｐ個おきに設けられた電極パターンへ順次切
り換えるて駆動信号を印加する駆動信号発生回路と、移
動体は突起部を有する構成とすることにより、移動体の
ステップ角度を、小さくすることができる。
【図１】本発明の超音波モータの振動体外観図である。
【図２】本発明の超音波モータの移動体外観図である。
【図３】本発明の超音波モータの圧電振動子の電極パタ
ーン構成図である。
ーン構成図である。
【図４】本発明の超音波モータの動作原理図である。
【図５】従来の超音波モータの外観図である。
【図６】従来の超音波モータの動作原理図である。
【図７】従来の超音波モータがステップ駆動する時の振
動状態の様子を示した動作説明図である。
動状態の様子を示した動作説明図である。
１ 振動体 ２ 移動体 ３ 圧電振動子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−4767（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−58792（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−217563（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H02N 2/10 - 2/16
Claims (2)
- 【請求項１】 電極パターンを有する圧電振動子と、圧電振動子 が固定された弾性体とから構成される振動体
と、振動体 に圧接され、圧電振動子の伸縮運動により摩擦駆
動する移動体と、圧電振動子 に駆動するための駆動信号を印加する駆動信
号発生回路と、 を有する超音波モータにおいて、 ｎ／２×ｐ個（ｎは偶整数、ｐは整数）に円周方向に対
して均等に分割された電極パターンを有する圧電振動子
と、 ｐ個おきに設けられた電極パターンに、円周方向に対し
てｎの２倍の節を有する波を励振するような駆動周波数
信号を印加すると共に、駆動信号をｐ個おきに設けられ
た電極パターンへ順次切り換えて駆動信号を印加する駆
動信号発生回路と、移動体 は突起部を有する事を特徴とする超音波モータ。 - 【請求項２】 移動体の有する突起部の数は、ｎ／２で
ある請求項１の超音波モータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26420794A JP3280808B2 (ja) | 1994-10-27 | 1994-10-27 | 超音波モータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26420794A JP3280808B2 (ja) | 1994-10-27 | 1994-10-27 | 超音波モータ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08126360A JPH08126360A (ja) | 1996-05-17 |
| JP3280808B2 true JP3280808B2 (ja) | 2002-05-13 |
Family
ID=17399981
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26420794A Expired - Fee Related JP3280808B2 (ja) | 1994-10-27 | 1994-10-27 | 超音波モータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3280808B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103174724B (zh) * | 2013-03-12 | 2015-03-18 | 哈尔滨工业大学 | 夹心式悬臂梁弯曲振动工作模式的可解锁螺母 |
| CN103133491B (zh) * | 2013-03-12 | 2015-04-01 | 哈尔滨工业大学 | 夹心式悬臂梁复合弯曲振动工作模式的可解锁螺母 |
-
1994
- 1994-10-27 JP JP26420794A patent/JP3280808B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08126360A (ja) | 1996-05-17 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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