JPH0311983A - 超音波モータの駆動方法および超音波モータ用振動子 - Google Patents
超音波モータの駆動方法および超音波モータ用振動子Info
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- JPH0311983A JPH0311983A JP1144902A JP14490289A JPH0311983A JP H0311983 A JPH0311983 A JP H0311983A JP 1144902 A JP1144902 A JP 1144902A JP 14490289 A JP14490289 A JP 14490289A JP H0311983 A JPH0311983 A JP H0311983A
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- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 5
- 238000005452 bending Methods 0.000 claims description 12
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 abstract description 12
- 230000005684 electric field Effects 0.000 abstract description 7
- 238000003466 welding Methods 0.000 abstract 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 3
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
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。
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
するものである。
するものである。
（従来の技術）
超音波用モータとして、従来、両端が固定されていない
弾性板の片面に圧電セラミック板を接着し、長さ方向縦
振動と幅方向屈曲振動の二つの共振周波数を一致もしく
は接近させ、その近傍の周波数の電界を圧電体に印加す
ることにより前記二つの振動を縮退状態で励振する振動
子（以後縦、屈曲多重モード振動子と呼ぶ）を利用する
定在波型超音波モータが提案されている。以下図面を参
照しながら説明する。
弾性板の片面に圧電セラミック板を接着し、長さ方向縦
振動と幅方向屈曲振動の二つの共振周波数を一致もしく
は接近させ、その近傍の周波数の電界を圧電体に印加す
ることにより前記二つの振動を縮退状態で励振する振動
子（以後縦、屈曲多重モード振動子と呼ぶ）を利用する
定在波型超音波モータが提案されている。以下図面を参
照しながら説明する。
まず縦−屈曲多重モード振動子の一例を第３図（ａ）〜
（ｄ）に示す。これは長さ方向の一次の縦振動と幅方向
の一次の屈曲振動を縮退状態で励振する振動子である。
（ｄ）に示す。これは長さ方向の一次の縦振動と幅方向
の一次の屈曲振動を縮退状態で励振する振動子である。
第３図（ａ）は側面図、第３図（ｅ）は正面図である。
厚さ方向に一様に分極した圧電セラミック板３２を弾性
板３１の底面に張り合わせている。このとき弾性板３１
と圧電セラミック板３２は、長さ方向の１次の縦振動モ
ードと幅方向の１次の屈曲振動モードの共振周波数が一
致するような寸法となっている。このような振動子の金
属電極間に２つの振動モードの共振周波数と等しい交流
電圧を印加する事により、第３図（ｂ）、 （ｄ）で表
される振幅変位分布を持つ定在波が励振される。ここで
第３図（ｂ）における３３は長さ方向の１次の縦振動の
変位分布、第３図（ｄ）における３４は幅方向の一次の
屈曲振動の変位分布を示す。
板３１の底面に張り合わせている。このとき弾性板３１
と圧電セラミック板３２は、長さ方向の１次の縦振動モ
ードと幅方向の１次の屈曲振動モードの共振周波数が一
致するような寸法となっている。このような振動子の金
属電極間に２つの振動モードの共振周波数と等しい交流
電圧を印加する事により、第３図（ｂ）、 （ｄ）で表
される振幅変位分布を持つ定在波が励振される。ここで
第３図（ｂ）における３３は長さ方向の１次の縦振動の
変位分布、第３図（ｄ）における３４は幅方向の一次の
屈曲振動の変位分布を示す。
（発明が解決しようとする問題点）
上記振動子を利用した定在波型超音波モータは、従来の
進行波を利用した超音波モータと比較して、速度、駆動
力が共に大きく、駆動方法、弾性板の形状に工夫を凝ら
すことにより、更に高速度・高駆動力化が可能である。
進行波を利用した超音波モータと比較して、速度、駆動
力が共に大きく、駆動方法、弾性板の形状に工夫を凝ら
すことにより、更に高速度・高駆動力化が可能である。
また、長さ方向縦振動と幅方向屈曲振動という２種類の
モード振動を利用しているが、これらの振動の共通な節
は振動子中央部の２点しかない。そのため強固な支持が
困難であるという欠点があった。
モード振動を利用しているが、これらの振動の共通な節
は振動子中央部の２点しかない。そのため強固な支持が
困難であるという欠点があった。
（問題を解決するための手段）
本発明は、弾性板の片方の端部を固定し、固定端部近傍
の上下主面に同時に伸縮する圧電体を設置し、さらに弾
性板中央部の上下主面に互い違いに伸縮する圧電体を設
置したことを特徴とする超音波モータ用振動子とその振
動子を用い、長手方向縦振動−次モードと長手方向屈曲
振動高次モードの共振を使用した超音波モータの駆動方
法である。
の上下主面に同時に伸縮する圧電体を設置し、さらに弾
性板中央部の上下主面に互い違いに伸縮する圧電体を設
置したことを特徴とする超音波モータ用振動子とその振
動子を用い、長手方向縦振動−次モードと長手方向屈曲
振動高次モードの共振を使用した超音波モータの駆動方
法である。
（作用）
第１図（ａ）は本発明における振動子の基本構成例の側
面図である。以下、図面を参照しながら説明する。
面図である。以下、図面を参照しながら説明する。
弾性板１１は端部１２において固定されている。この弾
性板１１の上下主面上の固定端部および長手方向の中央
部にそれぞれ圧電体１３．１４が設けられている。ここ
で、圧電体１３は上下で分極の向きが異なるが、圧電体
１４は上下の分極の向きが等しくなるように設置されて
いる。このように圧電体を設置し、それぞれに交流電源
１５．１６から電界を印加することにより、圧電体１３
は上下で同時に伸縮し、圧電体１４を上下が互い違いに
伸縮する。
性板１１の上下主面上の固定端部および長手方向の中央
部にそれぞれ圧電体１３．１４が設けられている。ここ
で、圧電体１３は上下で分極の向きが異なるが、圧電体
１４は上下の分極の向きが等しくなるように設置されて
いる。このように圧電体を設置し、それぞれに交流電源
１５．１６から電界を印加することにより、圧電体１３
は上下で同時に伸縮し、圧電体１４を上下が互い違いに
伸縮する。
このような振動子において、弾性体１１の長手方向縦振
動１次モードの共振周波数と等しい交流電界を圧電体１
３に印加すると、弾性板１１にはＸ軸方向の振幅が大き
い振動１７が発生する。Ｘ軸方向の変位分布を第１図（
ｂ）に示す。第１図（ｂ）１０１から分かるように、弾
性体の自由端付近が最も大きな振動振幅となる。また、
弾性体１１の長平方向屈曲振動高次モード例えば３次モ
ードの共振周波数と等しい交流電界を圧電体１４に印加
すると、弾性板１１にはＺ軸方向の振幅が大きい振動１
８が発生する。２軸方向の変位の分布を第１図（ｃ）に
示す。第１図（ｃ）１０２がら分がるように、長手方向
屈曲振動も弾性体の自由端付近が最も大きな振動振幅と
なる。ここで長手方向縦振動１次モードと長手方向屈曲
振動高次モードの共振周波数を一致させれば、弾性板の
自由端部近傍において、振動１７と振動１８を合成した
大きな楕円運動１９を得ることができる。
動１次モードの共振周波数と等しい交流電界を圧電体１
３に印加すると、弾性板１１にはＸ軸方向の振幅が大き
い振動１７が発生する。Ｘ軸方向の変位分布を第１図（
ｂ）に示す。第１図（ｂ）１０１から分かるように、弾
性体の自由端付近が最も大きな振動振幅となる。また、
弾性体１１の長平方向屈曲振動高次モード例えば３次モ
ードの共振周波数と等しい交流電界を圧電体１４に印加
すると、弾性板１１にはＺ軸方向の振幅が大きい振動１
８が発生する。２軸方向の変位の分布を第１図（ｃ）に
示す。第１図（ｃ）１０２がら分がるように、長手方向
屈曲振動も弾性体の自由端付近が最も大きな振動振幅と
なる。ここで長手方向縦振動１次モードと長手方向屈曲
振動高次モードの共振周波数を一致させれば、弾性板の
自由端部近傍において、振動１７と振動１８を合成した
大きな楕円運動１９を得ることができる。
また、従来の両端自由の縦−屈曲多重モード振動子では
強固な支持が困難であったが、本発明の方法によれば、
片端支持の振動子を用いているので強固な支持ができる
。
強固な支持が困難であったが、本発明の方法によれば、
片端支持の振動子を用いているので強固な支持ができる
。
（実施例）
以下、本発明の実施例について図を参照にしながら説明
する。
する。
第２図は本発明の超音波モータの実施例の一つを示す図
である。第２図中、２１はステンレス鋼製弾性板、２２
．２３は圧電セラミック板、弾性板２１はボルト２６に
よってステンレス鋼製治具２４および２５に固定されて
いる。振動子の寸法は、弾性板２１が長さ９０ｍｍ、幅
１５ｍｍ、厚さ１．３ｍｍでこの内長さ２０ｍｍの部分
が治具２５．２６に固定されている。また、圧電セラミ
ック板２２．２３はどちらも長さ２５ｍｍ、幅１５ｍｍ
、厚さ１ｍｍである。本振動子において長手方向縦振動
１次モードおよび長平方向屈曲振動３次モードの共振周
波数は２４ｋＨｚとなる。
である。第２図中、２１はステンレス鋼製弾性板、２２
．２３は圧電セラミック板、弾性板２１はボルト２６に
よってステンレス鋼製治具２４および２５に固定されて
いる。振動子の寸法は、弾性板２１が長さ９０ｍｍ、幅
１５ｍｍ、厚さ１．３ｍｍでこの内長さ２０ｍｍの部分
が治具２５．２６に固定されている。また、圧電セラミ
ック板２２．２３はどちらも長さ２５ｍｍ、幅１５ｍｍ
、厚さ１ｍｍである。本振動子において長手方向縦振動
１次モードおよび長平方向屈曲振動３次モードの共振周
波数は２４ｋＨｚとなる。
圧電セラミック板２２に２４ｋＨｚの交流電界を印加し
、圧電セラミック板２３にはそれより位相が９０°進ん
だ交流電界を印加し、さらに、弾性板２１の自由端近傍
上部にステンレス鋼製ローラ２７を０．３ｋｇｆで圧接
したところ、ローラ２７は矢印２８の方向に回転した。
、圧電セラミック板２３にはそれより位相が９０°進ん
だ交流電界を印加し、さらに、弾性板２１の自由端近傍
上部にステンレス鋼製ローラ２７を０．３ｋｇｆで圧接
したところ、ローラ２７は矢印２８の方向に回転した。
縦−屈曲多重モード振動子を用いた超音波モータに比べ
て、圧電セラミックの体積が等しい場合、はぼ同等の起
動駆動力で約１．８倍の最高速度が得られた。
て、圧電セラミックの体積が等しい場合、はぼ同等の起
動駆動力で約１．８倍の最高速度が得られた。
（発明の効果）
以上述べたように、本発明によれば超音波エネルギーを
利用した薄型高駆動力のモータが実現でき、例えばもＯ
Ａ機器等の超薄型化が図れるといった長所を有し、工業
的価値が多大である。
利用した薄型高駆動力のモータが実現でき、例えばもＯ
Ａ機器等の超薄型化が図れるといった長所を有し、工業
的価値が多大である。
第１図（ａ）は本発明の振動子の基本構成の例を示す図
、第１図（ｂ）、（Ｃ）は変位分布図、第２図は実施例
の構成図、第３図（ａ）、（ｃ）は従来型振動子の基本
構成図、第３図（ｂ）、（ｄ）は変位分布図である。 図において、１１．２１３１は弾性板、１２は固定面、
１３は縦振動励振用圧電体、１４は屈曲振動励振用圧電
体、１５．１６は交流電源、１７．１８．１９は振動方
向、１０１、１０２．３３．３４は変位分布、２２は縦
振動励振用圧電セラミック板、２３は屈曲振動励振用圧
電セラミック板、３２は圧電セラミック板、２４．２５
は支持治具、２７はボルト、２８はローラ、２９はロー
ラの回転方向を示す。
、第１図（ｂ）、（Ｃ）は変位分布図、第２図は実施例
の構成図、第３図（ａ）、（ｃ）は従来型振動子の基本
構成図、第３図（ｂ）、（ｄ）は変位分布図である。 図において、１１．２１３１は弾性板、１２は固定面、
１３は縦振動励振用圧電体、１４は屈曲振動励振用圧電
体、１５．１６は交流電源、１７．１８．１９は振動方
向、１０１、１０２．３３．３４は変位分布、２２は縦
振動励振用圧電セラミック板、２３は屈曲振動励振用圧
電セラミック板、３２は圧電セラミック板、２４．２５
は支持治具、２７はボルト、２８はローラ、２９はロー
ラの回転方向を示す。
Claims (2)
- （１）片方の端部を固定し他方の端部を自由にした弾性
板の長手方向縦振動一次モードの共振振動と、長手方向
の屈曲振動高次モードの共振振動を使用し、該弾性板に
接して配置されたローラを回転させることを特徴とする
超音波モータの駆動方法。 - （２）弾性板の片方の端部を固定し、固定端部近傍の上
下主面に圧電体を設置し、さらに弾性板中央部の上下主
面に圧電体を設置したことを特徴とする超音波モータ用
振動子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1144902A JP2847758B2 (ja) | 1989-06-06 | 1989-06-06 | 超音波モータの駆動方法および超音波モータ用振動子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1144902A JP2847758B2 (ja) | 1989-06-06 | 1989-06-06 | 超音波モータの駆動方法および超音波モータ用振動子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0311983A true JPH0311983A (ja) | 1991-01-21 |
| JP2847758B2 JP2847758B2 (ja) | 1999-01-20 |
Family
ID=15372968
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1144902A Expired - Lifetime JP2847758B2 (ja) | 1989-06-06 | 1989-06-06 | 超音波モータの駆動方法および超音波モータ用振動子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2847758B2 (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000038309A1 (fr) * | 1998-12-21 | 2000-06-29 | Seiko Epson Corporation | Actionneur piezo-electrique, compteur de temps et dispositif portable |
| JP2009232642A (ja) * | 2008-03-25 | 2009-10-08 | Taiheiyo Cement Corp | 超音波モータ装置 |
| JP2010104193A (ja) * | 2008-10-27 | 2010-05-06 | Taiheiyo Cement Corp | 超音波モータ |
| JP2010104162A (ja) * | 2008-10-24 | 2010-05-06 | Taiheiyo Cement Corp | 超音波モータ |
| KR20160136027A (ko) * | 2015-05-19 | 2016-11-29 | 대하테크원(주) | 진동 검출 및 에너지 하베스팅 센서 장치 |
| US10236795B2 (en) | 2015-06-12 | 2019-03-19 | Seiko Epson Corporation | Piezoelectric driving device for motor, motor, robot, and pump |
| US10256749B2 (en) | 2015-07-02 | 2019-04-09 | Seiko Epson Corporation | Piezoelectric actuator, motor, robot, and method of driving piezoelectric actuator |
-
1989
- 1989-06-06 JP JP1144902A patent/JP2847758B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000038309A1 (fr) * | 1998-12-21 | 2000-06-29 | Seiko Epson Corporation | Actionneur piezo-electrique, compteur de temps et dispositif portable |
| US6885615B1 (en) | 1998-12-21 | 2005-04-26 | Seiko Epson Corporation | Piezoelectric actuator, time piece, and portable device |
| US7078847B2 (en) | 1998-12-21 | 2006-07-18 | Seiko Epson Corporation | Piezoelectric actuator, timepiece, and portable device |
| US7253552B2 (en) | 1998-12-21 | 2007-08-07 | Seiko Epson Corporation | Piezoelectric actuator, timepiece, and portable device |
| JP2009232642A (ja) * | 2008-03-25 | 2009-10-08 | Taiheiyo Cement Corp | 超音波モータ装置 |
| JP2010104162A (ja) * | 2008-10-24 | 2010-05-06 | Taiheiyo Cement Corp | 超音波モータ |
| JP2010104193A (ja) * | 2008-10-27 | 2010-05-06 | Taiheiyo Cement Corp | 超音波モータ |
| KR20160136027A (ko) * | 2015-05-19 | 2016-11-29 | 대하테크원(주) | 진동 검출 및 에너지 하베스팅 센서 장치 |
| US10236795B2 (en) | 2015-06-12 | 2019-03-19 | Seiko Epson Corporation | Piezoelectric driving device for motor, motor, robot, and pump |
| US10256749B2 (en) | 2015-07-02 | 2019-04-09 | Seiko Epson Corporation | Piezoelectric actuator, motor, robot, and method of driving piezoelectric actuator |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2847758B2 (ja) | 1999-01-20 |
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Legal Events
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