JPH01110070A - 超音波モータの駆動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は超音波振動エネルギーを利用したモータに関す
る。

（従来の技術） 進行波を応用した超音波モータは低速で高トルクが発生
する等の特徴を持ち、例えば特開昭５９゜１２２３８５
には第５図に示す様なモータが提案されている。

第５図において弾性体１１にはＡ方向に進行する屈曲波
が励振されている。この場合弾性体の表面粒子は楕円振
動をするため、弾性体上に移動体１３を圧接すれば移動
体はＢの方向へ動く。

（発明が解決しようとする問題点） しかし上記の様なモータで直線モータを構成する場合、
第一の欠点は純粋な進行波を励振するために端部からの
反射波を抑圧する特別な配慮が必要なことである。例え
ば弾性板の両端部に進行波を完全に吸収するための特殊
な振動吸収体を接合する必要がある。

第二の欠点は弾性体表面の楕円振動の横方向振動成分が
小さいため移動体の移動速度及びトルクをあまり大きく
する事ができないことである。

第三の欠点は進行波型では振動の節が存在しないため、
支持することができないことである。

本発明はこの様な従来技術の欠点を除去せしめた超音波
モータの駆動方法を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 本発明は弾性体に縦振動と偶数次の屈曲振動を同時に励
振させることにより、弾性体表面に楕円振動を励起する
ことを特徴とする。

（作用） 上記の様な２つの定在波を同時に励振すると、まず定在
波であることから反射波を抑圧するための特別な装置が
不要となる。

また、縦振動の定在波が屈曲振動とは別個に励振される
ため、横方向振動成分を進行波の場合より大きくする二
部ができる。従って高速化、高トルク化が容易にはかれ
る。

さらに振動の節が存在するのでこの部分も強固に支持固
定することができる。

第３図（ａ）は縦振動と２次元屈曲振動の定在波を同時
に駆動するための方法を示している。弾性板１１の裏面
に厚み方向に一様に分極された圧電セラミック板１２が
貼り合せられており、圧電セラミック板の両主面には金
属電極膜３１が設けられている。この電極間に交流電源
３２から２つの振動モードの共振周波数に一致した信号
を入力すると縦振動及び２次元屈曲振動の定在波が弾性
体に励振される。第３図（ｂ）は弾性板を上から見た場
合の２次元屈曲振動の振動モードを示している。また第
３図（Ｃ）は縦振動の変位分布を示している。上記２つ
の振動が弾性体に同時に駆動された場合、弾性体の幅方
向中央部の表面では第３図（ｄ）、（ｅ）に示す様な楕
円振動が励起される。また、弾性体幅方向の端部の表面
では中央部とは逆方向に回転する楕円振動が励起される
。

この構成のモータでは、一般に移動体を圧接するローラ
の数が多いはどモータの推力は大きくなる。しかし第６
図（ａ）に示す一次縦振動６１と一次屈曲振動６２を用
いた超音波モータではローラを１個しか使用できないの
で推力に限界がある。その理由は第６図（ｂ）から明ら
かなように矩形弾性板上の各点で楕円振動の振幅および
回転方向が異なるため、複数のローラを使用すれば各ロ
ーラ間で回転数と方向が異なるためである。

本発明は偶数次の屈曲振動を用いているため。

第３図（ｄ）、　（ｅ）や第４図（ｂ）に示すように回
転方向及び振幅の全く等しい楕円振動が２つの区間で実
現できる。この２つの区間に直径の等しいローラを圧接
すればモータの推力を２倍にすることができる。

さらに他の例を用いて説明する。第４図は１０次の屈曲
振動と１次の縦振動の振幅変位分布を示している。第４
図（ａ）中１１は矩形状弾性板、４２は１次の縦振動の
振幅変位分布、４３は１０次の屈曲振動の振幅変位分布
をそれぞれ示している。第４図（ｂ）は上記２つの振動
を同時に駆動した場合の楕円振動を示すもので、区間Ｂ
と区間にとでは回転方向及び振幅の全く等しい楕円振動
が実現できる。またこれらの区間における楕円振動の振
幅は他の区間に比べてかなり大きい。

従って区間Ｂ及び区間Ｋにそれぞれ直径の等しいローラ
を圧接すれば同一回転数で同方向に回転することになる
。その結果モータの推力を従来モータの２倍にあげるこ
とが可能になる。

（実施例） 以下本発明の実施例について図面を参照しながら説明す
る。

第１図は本発明の実施例を示す図で、弾性板１１の裏面
には両主面に金属電極膜の施された圧電セラミック板１
２が貼り合せられている。この弾性板は縦振動の１次モ
ードと２次元屈曲振動の１次モードの共振周波数が一致
する様に設計されている。弾性板１１の上には移動体（
たとえば紙）１３が置かれ、この紙は回転可能なローラ
ー１４で弾性板の幅方向中央部に点圧接されている。

圧電セラミックに交流信号を入力し、弾性板に縦振動と
２次元屈曲振動の定在波を同時に励振すると、弾性板表
面には楕円振動が励起され、ローラーが回転しながら紙
を送ることができる。

なお、この図ではローラー１４は１個であるが前述のと
おり本願発明では２個設置することができ、推力は２倍
になる。

第２図は本発明の他の実施例を示す図で金属弾性板２１
の裏面に５枚の圧電セラミック板２２が貼り合わせられ
ている。圧電セラミック板は厚み方向矢印の向きに分極
されており、両主面には金属電極膜２３が設けられてい
る。そして圧電セラミック板と金属弾性板とから一対の
電極端子２４が取り出されている。また金属弾性板の表
面にはシート状移動体１３が置かれ、２個の回転自由な
ローラ２６．２７を用いて金属弾性板に圧接されている
。ローラ２６は第１図（ｂ）で示した区間Ｂの中央部に
圧接され、ローラ２７は区間にの中央部に圧接されてい
る。

電極端子２４に交流電圧を印加して共振させると、２つ
のローラは同一方向に同一回転数で回転し、シート状物
質は高速、高推力で移動した。

この様に２個のローラを使用し、２点でシート状物質を
駆動するので、１個のローラーを用いる場合と比較して
２倍の推力が得られることになる。

本実施例では１０１００Ｘ３０Ｘ１のステンレス板が弾
性板２１として使用された。圧電セラミック板には３０
Ｘ８Ｘ０．５ｍｍのものが使用された。また振動子は２
５．３ｋＨｚで駆動された。ローラ２６．２７には銅製
のものが使用された。

（発明の効果） 本発明によれば振動吸収装置が不要で、強固に支持固定
が出来、薄型の高速、高トルク、高推力を有する超音波
モータが実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す図。第２図は本発明の他
の実施例の構成を示す図。第３図（ａ）〜（ｅ）および
第４図（ａ）、（ｂ）、第６図（ａ）、（ｂ）は縦振動
定在波と屈曲振動定在波の励振状態を説明する図。第５
図は従来の超音波モータの原理を示す図。 図中、１１．２１・・・弾性板、１２．２２・・・圧電
セラミック板、１３・・・移動体、１４．２６．２７・
・・ローラー、２３．３１・・・電極、３２−・・電源
、４２．６１−・・１次の縦振動の振幅変位分布、４３
．６２−・・屈曲振動の振幅変位分布をそれぞれ示して
いる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 縦振動と偶数次の屈曲振動とを同時に励振させることを
   特徴とする超音波モータの駆動方法。