JPH04200283A

JPH04200283A - 超音波モータ

Info

Publication number: JPH04200283A
Application number: JP2332611A
Authority: JP
Inventors: Sei Yoda; 聖依田
Original assignee: Juki Corp
Current assignee: Juki Corp
Priority date: 1990-11-29
Filing date: 1990-11-29
Publication date: 1992-07-21

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、ロータを高速回転可能とした超音波モータに
関する。

〔従来の技術］この種の超音波モータは、圧電セラミックの電気ひず作
用を回転運動に変換して使用する回転機器として提供さ
れている。この姐音波モータは、構造が簡単で小型軽量
であること、応答性が良く制御性が優れているという特
徴を有している。

ところで、このような超音波モータにおいて、円筒状の
ステータの外周にロータを摩擦接触させたモータが提案
されている。この超音波モータ版ステータの電気ひずみ
擦動により、ロータを回転させるようにしたものである
。

第５図は上述した超音波モータの構成を示す平面図であ
り、第６図は第５図の超音波モータのステータを振動さ
せる振動体の平面図である。

これらの図に示す超音波モータは、円筒状のステータ１
０１をその中心１０３で固定し、そのステータ１０１の
外周にロータ１０５を摩擦接触させてなる。また、前記
ステータ１０１には振動体１０７が設けられており、こ
の振動体１０７は圧電円盤１０９に正電極１１１ａ、１
ｌｌｂと負電極１１３ａ、１１３ｂとを接着してなる。

そして、この超音波モータでは、正電極１１１ａと負電
極１１３ａとに電圧Ｅ＋Ｓｉｎωｔを、正電極１１１ｂ
と負電極１１３ｂとに電圧ＥｏＣｏｓωｔをそれぞれ印
加するようにしている。

この超音波モータの振動体１０７は、駆動電圧が印加さ
れていないときには、第７図の（ａ）〜（ｄ）の実線で
示す状態にある。ここで、上述したように駆動電圧が印
加されると、ある時点において該振動体１０７は、第７
図の（ａ）の点線に示すようにひずみ、以下次の時点で
第７図の（ｂ）の点線に、次の次の時点で第７図の（ｃ
）の点線に、さらに次の時点で第７図の（ｄ）の点線に
、また次の時点で再び第７図の（ａ）の点線に、・・・
とういように順次繰り返すことにより、振動体１０７が
公転することになる。これにより振動体１０７の円周面
には回転トルクが発生するので、円周面上にロータを接
触させることによって該ロータを回転させることができ
る。

ところで、上記振動体１０７における周速Ｖ８について
は、 ■、−２πｒ、Δ１　　　　　　　　・・・（１）ここ
で、ｆＩｌは振動体１０７の共振周波数Δ、は振動体１
０７のひずみ量という関係がある。したがって、振動体１０７のひずみ
量Δ１が大きいほど周速Ｖ、ｌ、すなわち回転数が上が
ることになる。

（発明が解決しようとする課題〕しかしながら、上述した従来の超音波モータにあっては
、振動体１０７を構成する圧電円盤１０９の伸び縮み量
が数μｍ程度であって非常に小さいため、ロータの回転
数が上がらないという欠点があった。

本発明は上述した欠点を解消し、ロータの回転数を向上
させた超音波モータを提倶することを目的とする。

［課題を解決するための手段］本発明の超音波モータは、上記目的を達成するため、ロ
ータが所定の固定回転軸を中心に、固定されたステータ
の外周に接触して回転する形式の超音波モータにおいて
、少なくとも二つの縦効果の圧電素子を中心でクロスさ
せ、前記各圧電素子を位相の異なる電圧で駆動できる振
動体と、前記振動体を内部に収容した前記振動体のひず
みに共振可能な筒体と、前記振動体の各圧電素子の軸方
向及び該軸間の中点方向以外の前記筒体外周上に摩擦接
触されたロータとを備えたものである。

〔作用〕

上述したように構成したので、ロータは高速で回転する
。すなわち、振動体は、縦効果の圧電素子で構成した棒
状体を少なくとも二つ設け、その棒状体をその中心部で
クロスさせた構造を有している。この振動体を共振可能
な筒体に内蔵している。したがって、印加された駆動電
圧で振動体は、圧電素子の縦効果により、大きな伸び縮
み量が発生する。これにより筒体も大きくひずむことに
なるので、上記ロータは高速回転する。

〔実施例〕

以下、本発明を図示の実施例を参照して説明する。

第１図〜第４図は本発明に係り、第１図は本発明の超音
波モータの要部を立体的に示す説明図、第２図は同超音
波モータの要部を平面的に示す説明図、第３図は同超音
波モータの要部を側面がら示す説明図、第４図はロータ
の設置位置に関する説明図である。

これらの図に示す超音波モータ１は、ステータ２の外周
にロータ３を摩擦接触させてあり、かっこのロータ３を
所定の固定回転軸に回転可能に軸支させである。ステー
タ２は、共振可能な材質で構成した筒体４と、前記筒体
４の内部に収容した振動体５とからなる。振動体５は、
二つの棒状体６Ｊ、６２を、各棒状体６８，６□の中心
で交互に直角にクロスさせてなる。棒状体６１または６
２は、縦効果の圧電素子を積層して構成したものであり
、縦効果の圧電素子を積層するという効果により大きな
伸びひずみ量が得られるようになっている。前記ロータ
３は、第４図に示すように、前記振動体５の二つの棒状
体６の軸Ａ、Ｂ方向及び該軸Ａ、Ｂの中点Ｃ方向以外の
前記筒体４の外周上（例えばＤ点）に摩擦接触されであ
る。また、上記各棒状体６０．６□には、駆動電圧を印
加するリード線７がそれぞれ接続されている。この棒状
体６０．６ｚの圧電素子には、公知の駆動電源回路（図
示せず）から位相が１８０°異なる駆動電圧が印加され
ている。

このように構成した実施例の動作を以下に説明する。

棒状体６６．及び６□にそれぞれ位相が１８０°異なる
駆動電圧を印加し、棒状体６１の圧電素子を駆動したと
き、棒状体６１の長手方向のＡ点における振動は、長手
方向に第４図に矢印で示す如く大きなひずみを生じるこ
とになる。また、棒状体６２の圧電素子を駆動したとき
、棒状体６□の長手方向のＢ点における振動は同図に矢
印で示す如くＡ点と垂直な方向に大きな振動とひずみを
生じる。したがって、筒体４の円周上の各点においては
、この二つのひずみを合成したものとなる。

この場合、Ａ点とＢ点のひずみが等しいとき、棒状体６
１．及び６□の各軸方向の中点方向の０点ではひずみが
円運動となり、その他の点では楕円運動になる。したが
って、楕円運動している部分（例えば、Ｄ点）にロータ
３を密着させることにより、ロータ３は回転することに
なる（この回転を、自転と呼んでいる）。

また、上記筒体４は、製造上の誤差があり、完全な円で
ないことから、筒体４の重心は棒状体６３，６□の振動
よってずれ、中心の回りを公転している。したがって、
筒体４にロータ３を密着させると、ロータ３は回転運動
をする（この回転を、公転という）。

このように上記実施例では、ひずみが大きいので、ロー
タ３は高速で回転できることになる。

これは、従来の超音波モータで使用されている横効果の
圧電素子円板によるひずみはわずかなものであるが、本
発明の実施例では、縦効果の圧電素子を、多数積層して
棒状体６を構成していることから、ひずみ量が加算され
、大きなひずみ量が得られることになる。このように大
きなひずみ量で筒体４を駆動することになるから、ロー
タ３は高速回転が可能となる。

（発明の効果］以上説明したように本発明によれば、縦効果の圧電素子
で構成した振動体による大きな振動量で筒体を振動させ
たので、ロータから高速回転を得ることができるという
効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の超音波モータの要部を立体的にを示す
説明図、第２図は同超音波モータの要部を平面的に示す
説明図、第３図は同超音波モータの要部を側面的に示す
説明図、第４図は同超音波モータの回転動作の説明図、
第５図は従来の超音波モータを平面的に示す説明図、第
６図は従来モータで使用する振動体の例を示す平面図、
第７図（ａ）〜（ｄ）は超音波モータの回転原理を説明
するための図である。１・・・超音波モータ、２・・・ステータ、３・・・ロ
ータ、４・・・筒体、５・・・振動体、６・・・棒状体
。吊　２　図Ａ第　３　凹 ′４４　図第　５　目第　乙　圃ＥＯＱｌｊ；　　ｔｔＪと第　７　図

Claims

【特許請求の範囲】ロータが所定の固定回転軸を中心に、固定されたステー
タの外周に接触して回転する形式の超音波モータにおい
て、少なくとも二つの縦効果の圧電素子を中心でクロスさせ
、前記各圧電素子を位相の異なる電圧で駆動できる振動
体と、前記振動体を内部に収容した前記振動体のひずみに共振
可能な筒体と、前記振動体の各圧電素子の軸方向及び該軸間の中点方向
以外の前記筒体外周上に摩擦接触されたロータと、を備えた超音波モータ。