JPH04265673A - 超音波モータ - Google Patents
超音波モータInfo
- Publication number
- JPH04265673A JPH04265673A JP3023215A JP2321591A JPH04265673A JP H04265673 A JPH04265673 A JP H04265673A JP 3023215 A JP3023215 A JP 3023215A JP 2321591 A JP2321591 A JP 2321591A JP H04265673 A JPH04265673 A JP H04265673A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- rotor
- stator
- resonance frequency
- torsional
- longitudinal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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- 230000010355 oscillation Effects 0.000 abstract 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
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
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は超音波モータに係り、特
に超音波振動を利用してロータを回転させるように形成
されている超音波モータに関する。
に超音波振動を利用してロータを回転させるように形成
されている超音波モータに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、超音波振動を利用してロータを回
転させるようにした超音波モータが開発されている。
転させるようにした超音波モータが開発されている。
【０００３】このような超音波モータは、円柱状のステ
ータの上面にロータを当接させておき、前記ステータに
周方向に捩じり振動を行なう圧電素子と、軸方向に縦振
動を行なう圧電素子とを設け、捩じり振動と縦振動とを
組合わせることにより、ステータの上面をリサージュ図
形を描くように運動させて、その上面に当接しているロ
ータを回転させるように形成されている。
ータの上面にロータを当接させておき、前記ステータに
周方向に捩じり振動を行なう圧電素子と、軸方向に縦振
動を行なう圧電素子とを設け、捩じり振動と縦振動とを
組合わせることにより、ステータの上面をリサージュ図
形を描くように運動させて、その上面に当接しているロ
ータを回転させるように形成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前記従来の超
音波モータにおいては、捩じり振動用の圧電素子を一定
の周波数により駆動した場合に、ステータの持つ固有の
捩じり方向の共振が発生し、この共振の周波数に基づい
て振動子の捩じり振動が行なわれるとともに、縦方向の
振動用の圧電素子により、上記捩じり共振周波数に応じ
た縦方向の振動が行なわれ、この捩じり共振周波数およ
び縦振動によりロータが回転駆動されるものであるが、
この場合に、ロータ部分に固有の縦方向の共振が生じる
ことが知られている。
音波モータにおいては、捩じり振動用の圧電素子を一定
の周波数により駆動した場合に、ステータの持つ固有の
捩じり方向の共振が発生し、この共振の周波数に基づい
て振動子の捩じり振動が行なわれるとともに、縦方向の
振動用の圧電素子により、上記捩じり共振周波数に応じ
た縦方向の振動が行なわれ、この捩じり共振周波数およ
び縦振動によりロータが回転駆動されるものであるが、
この場合に、ロータ部分に固有の縦方向の共振が生じる
ことが知られている。
【０００５】そして、捩じり方向の共振周波数および縦
方向の共振周波数は、互いに一致しておらず、例えば、
捩じり共振周波数が２０ｋＨｚである時に、縦共振周波
数は３０ｋＨｚ程度の高い数値を示していることがわか
った。
方向の共振周波数は、互いに一致しておらず、例えば、
捩じり共振周波数が２０ｋＨｚである時に、縦共振周波
数は３０ｋＨｚ程度の高い数値を示していることがわか
った。
【０００６】このような前記捩じり共振周波数と縦共振
周波数とが一致しないと、ロータの円滑な回転駆動を行
なうことができず、超音波モータの出力トルクの低下や
回転数の低下を招き、適正な出力特性を得ることができ
なくなってしまうという問題を有している。
周波数とが一致しないと、ロータの円滑な回転駆動を行
なうことができず、超音波モータの出力トルクの低下や
回転数の低下を招き、適正な出力特性を得ることができ
なくなってしまうという問題を有している。
【０００７】本発明は前記した点に鑑みてなされたもの
で、捩じり共振周波数と縦共振周波数とを一致させて出
力特性の向上を図ることのできる超音波モータを提供す
ることを目的とするものである。
で、捩じり共振周波数と縦共振周波数とを一致させて出
力特性の向上を図ることのできる超音波モータを提供す
ることを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
請求項１に記載の発明に係る超音波モータは、互いに逆
方向に振動して捩じり方向の振動を与える一対の捩じり
振動用圧電素子および縦方向の振動を与える縦振動用圧
電素子を備えたステータを設け、このステータに前記捩
じり振動用圧電素子および縦振動用圧電素子をそれぞれ
駆動することにより回転駆動されるロータを同軸状に取
付けてなる超音波モータにおいて、前記ステータのロー
タ対向面に前記ステータの固有の捩じり共振周波数に対
してロータの縦共振周波数がほぼ一致するような接触面
積で前記ロータに当接する突部を形成したことをその特
徴とするものである。
請求項１に記載の発明に係る超音波モータは、互いに逆
方向に振動して捩じり方向の振動を与える一対の捩じり
振動用圧電素子および縦方向の振動を与える縦振動用圧
電素子を備えたステータを設け、このステータに前記捩
じり振動用圧電素子および縦振動用圧電素子をそれぞれ
駆動することにより回転駆動されるロータを同軸状に取
付けてなる超音波モータにおいて、前記ステータのロー
タ対向面に前記ステータの固有の捩じり共振周波数に対
してロータの縦共振周波数がほぼ一致するような接触面
積で前記ロータに当接する突部を形成したことをその特
徴とするものである。
【０００９】また、請求項２に記載の発明は、互いに逆
方向に振動して捩じり方向の振動を与える一対の捩じり
振動用圧電素子および縦方向の振動を与える縦振動用圧
電素子を備えたステータを設け、このステータに前記捩
じり振動用圧電素子および縦振動用圧電素子をそれぞれ
駆動することにより回転駆動されるロータを同軸状に取
付けてなる超音波モータにおいて、前記ロータの厚さ寸
法を前記ステータの固有の捩じり共振周波数に対してロ
ータの縦共振周波数がほぼ一致する寸法に設定したこと
をその特徴とするものである。
方向に振動して捩じり方向の振動を与える一対の捩じり
振動用圧電素子および縦方向の振動を与える縦振動用圧
電素子を備えたステータを設け、このステータに前記捩
じり振動用圧電素子および縦振動用圧電素子をそれぞれ
駆動することにより回転駆動されるロータを同軸状に取
付けてなる超音波モータにおいて、前記ロータの厚さ寸
法を前記ステータの固有の捩じり共振周波数に対してロ
ータの縦共振周波数がほぼ一致する寸法に設定したこと
をその特徴とするものである。
【００１０】
【作用】本発明によれば、ステータにロータに接触する
突部を設け、この突部により、ステータ固有の捩じり共
振周波数とロータの縦共振周波数とをほぼ一致させるよ
うにしているので、ロータを円滑に回転駆動させること
ができ、超音波モータの出力トルクの向上および回転数
の向上を図ることができ、モータの出力特性を著しく高
めることができる。また、ロータの厚さを変化させるこ
とにより、ステータ固有の捩じり共振周波数に対してロ
ータの縦共振周波数をほぼ一致させることができるよう
にしているので、モータの出力特性を著しく高めること
ができるものである。
突部を設け、この突部により、ステータ固有の捩じり共
振周波数とロータの縦共振周波数とをほぼ一致させるよ
うにしているので、ロータを円滑に回転駆動させること
ができ、超音波モータの出力トルクの向上および回転数
の向上を図ることができ、モータの出力特性を著しく高
めることができる。また、ロータの厚さを変化させるこ
とにより、ステータ固有の捩じり共振周波数に対してロ
ータの縦共振周波数をほぼ一致させることができるよう
にしているので、モータの出力特性を著しく高めること
ができるものである。
【００１１】
【実施例】以下、本発明の実施例を図１から図４を参照
して説明する。
して説明する。
【００１２】図１は本発明に係る超音波モータの一実施
例を示したもので、円柱状のステータ１は、外周面に雄
ねじが形成されたステータ支持軸２を有しており、この
ステータ支持軸２の下端部には、基台３が固定されてい
る。この基台３の上面側には、互いに逆方向に振動して
捩じり方向の振動を与える一対の捩じり振動用圧電素子
４が配設されており、この捩じり振動用圧電素子４の上
面側には、前記捩じり振動用圧電素子４の駆動により捩
じり方向の駆動力が与えられる振動子５が装着されてい
る。この振動子５の中途部には、前記振動子５に対して
ステータ支持軸２の軸方向すなわち縦方向の振動を与え
る縦振動用圧電素子６が介設されており、前記捩じり振
動用圧電素子４および縦振動用圧電素子６をそれぞれ同
時に駆動することにより、前記振動子５の上面をリサー
ジュ図形を描くように運動させることができるようにな
されている。
例を示したもので、円柱状のステータ１は、外周面に雄
ねじが形成されたステータ支持軸２を有しており、この
ステータ支持軸２の下端部には、基台３が固定されてい
る。この基台３の上面側には、互いに逆方向に振動して
捩じり方向の振動を与える一対の捩じり振動用圧電素子
４が配設されており、この捩じり振動用圧電素子４の上
面側には、前記捩じり振動用圧電素子４の駆動により捩
じり方向の駆動力が与えられる振動子５が装着されてい
る。この振動子５の中途部には、前記振動子５に対して
ステータ支持軸２の軸方向すなわち縦方向の振動を与え
る縦振動用圧電素子６が介設されており、前記捩じり振
動用圧電素子４および縦振動用圧電素子６をそれぞれ同
時に駆動することにより、前記振動子５の上面をリサー
ジュ図形を描くように運動させることができるようにな
されている。
【００１３】また、前記ステータ支持軸２の上端部には
、内面に雄ねじが形成された連結孔７が形成されており
、この連結孔７には、ロータ支持軸８が螺入されている
。このロータ支持軸８の外周側には、前記ステータ１の
外径寸法と同様の外径寸法を有し前記ステータ１の上面
に当接されるロータ９が軸受１０を介して回転駆動自在
に取付けられており、前記ロータ支持軸８のロータ９の
上部側には、前記ロータ９をステータ１側に付勢するば
ね１１が配設されており、前記ロータ支持軸８の上端部
には、前記ロータ支持軸８に螺合して前記ばね１１を固
定するストッパ１２が配設されている。
、内面に雄ねじが形成された連結孔７が形成されており
、この連結孔７には、ロータ支持軸８が螺入されている
。このロータ支持軸８の外周側には、前記ステータ１の
外径寸法と同様の外径寸法を有し前記ステータ１の上面
に当接されるロータ９が軸受１０を介して回転駆動自在
に取付けられており、前記ロータ支持軸８のロータ９の
上部側には、前記ロータ９をステータ１側に付勢するば
ね１１が配設されており、前記ロータ支持軸８の上端部
には、前記ロータ支持軸８に螺合して前記ばね１１を固
定するストッパ１２が配設されている。
【００１４】また、本実施例においては、前記ステータ
１の振動子５の上面外周縁には、突部１３が形成されて
おり、この突部１３のみにより前記振動子５とロータ９
とを接触させるようになされている。この突部１３は、
ステータ１固有の捩じり共振周波数に対してロータの縦
共振周波数がほぼ一致する幅寸法に形成されるものであ
り、この突部１３の幅寸法が少なくなるに従って縦共振
周波数は低下するようになっている。
１の振動子５の上面外周縁には、突部１３が形成されて
おり、この突部１３のみにより前記振動子５とロータ９
とを接触させるようになされている。この突部１３は、
ステータ１固有の捩じり共振周波数に対してロータの縦
共振周波数がほぼ一致する幅寸法に形成されるものであ
り、この突部１３の幅寸法が少なくなるに従って縦共振
周波数は低下するようになっている。
【００１５】例えば、図２はステータ１の半径ｒを１５
ｍｍ、ステータ１の長さＬを４８ｍｍとし、捩じり共振
周波数が２５ｋＨｚ前後である場合に、ステータ１の中
心部から突部１３までの距離Ｒを変化させていった時の
実験結果を示したもので、この実験結果によれば、距離
Ｒが１０ｍｍを越えた付近から縦共振周波数が急激に低
下することがわかる。そのため、前記突部１３の幅寸法
（ｒ−Ｒ）は、前記特性に基づいて捩じり共振周波数に
対して縦共振周波数が一致するように設定されるもので
あり、この場合は、距離Ｒが１３ｍｍ程度、すなわち、
突部１３の幅寸法が２ｍｍ程度が最も好ましい。
ｍｍ、ステータ１の長さＬを４８ｍｍとし、捩じり共振
周波数が２５ｋＨｚ前後である場合に、ステータ１の中
心部から突部１３までの距離Ｒを変化させていった時の
実験結果を示したもので、この実験結果によれば、距離
Ｒが１０ｍｍを越えた付近から縦共振周波数が急激に低
下することがわかる。そのため、前記突部１３の幅寸法
（ｒ−Ｒ）は、前記特性に基づいて捩じり共振周波数に
対して縦共振周波数が一致するように設定されるもので
あり、この場合は、距離Ｒが１３ｍｍ程度、すなわち、
突部１３の幅寸法が２ｍｍ程度が最も好ましい。
【００１６】なお、前記突部１３は、ステータ１の外周
縁に限定されるものではなく、ステータ１の任意の位置
に環状の突部を設けたり、あるいは、ステータ１の半径
方向に延びる突部を形成したり、さらにその組合せ等、
捩じり共振周波数と縦共振周波数とが同様になるもので
あれば、種々の形状に形成してもよい。
縁に限定されるものではなく、ステータ１の任意の位置
に環状の突部を設けたり、あるいは、ステータ１の半径
方向に延びる突部を形成したり、さらにその組合せ等、
捩じり共振周波数と縦共振周波数とが同様になるもので
あれば、種々の形状に形成してもよい。
【００１７】本実施例においては、前記捩じり振動用圧
電素子４および縦振動用圧電素子６をそれぞれ同時に駆
動することにより、前記振動子５を動作させ、これによ
り、前記ロータ９を回転駆動することができるようにな
っている。
電素子４および縦振動用圧電素子６をそれぞれ同時に駆
動することにより、前記振動子５を動作させ、これによ
り、前記ロータ９を回転駆動することができるようにな
っている。
【００１８】そして、本実施例においては、前記突部１
３により、捩じり共振周波数と縦共振周波数とをほぼ一
致させることができるので、ステータ１の固有の捩じり
共振周波数に適正に対応した縦共振周波数でロータ９を
円滑に回転駆動させることができ、その結果、超音波モ
ータの出力トルクの向上および回転数の向上を図ること
ができ、モータの出力特性を著しく高めることができる
。
３により、捩じり共振周波数と縦共振周波数とをほぼ一
致させることができるので、ステータ１の固有の捩じり
共振周波数に適正に対応した縦共振周波数でロータ９を
円滑に回転駆動させることができ、その結果、超音波モ
ータの出力トルクの向上および回転数の向上を図ること
ができ、モータの出力特性を著しく高めることができる
。
【００１９】また、前記ステータ１固有の捩じり共振周
波数に対してロータ９の縦共振周波数を一致させるため
の他の手段として、前記ロータ９の厚さｔを変化させる
ようにしてもよい。
波数に対してロータ９の縦共振周波数を一致させるため
の他の手段として、前記ロータ９の厚さｔを変化させる
ようにしてもよい。
【００２０】すなわち、図３に示すように、ステータ１
の半径ｒを１５ｍｍ、ステータ１の長さＬを４８ｍｍと
し、ロータ９の厚さｔを６ｍｍから１１ｍｍの間で変化
させた場合、ロータ９の厚さｔが厚くなるに従って縦共
振周波数は低下していくことがわかる。例えば、捩じり
共振周波数が２１．９３ｋＨｚである場合に、ロータ９
の厚さｔが７〜９ｍｍの時に最も高いトルクで駆動する
ことができ、かつ、高回転を得ることができる。
の半径ｒを１５ｍｍ、ステータ１の長さＬを４８ｍｍと
し、ロータ９の厚さｔを６ｍｍから１１ｍｍの間で変化
させた場合、ロータ９の厚さｔが厚くなるに従って縦共
振周波数は低下していくことがわかる。例えば、捩じり
共振周波数が２１．９３ｋＨｚである場合に、ロータ９
の厚さｔが７〜９ｍｍの時に最も高いトルクで駆動する
ことができ、かつ、高回転を得ることができる。
【００２１】さらに、前記ステータ１に突部１３を形成
すると同時に、ロータ９の厚さを変化させるように組合
わせて構成することもできる。
すると同時に、ロータ９の厚さを変化させるように組合
わせて構成することもできる。
【００２２】例えば、図４はステータ１の半径ｒを１５
ｍｍ、ステータ１の長さＬを４８ｍｍとし、ステータ１
の固有の捩じり共振周波数が２４．５ｋＨｚ前後である
場合に、ステータ１の中心部から突部１３までの距離Ｒ
を０，１０，１２，１３ｍｍに設定してロータ９の厚さ
ｔを変化させた時の実験結果を示したもので、この実験
結果によれば、ロータ９の厚さｔは、ステータ１に突部
１３を形成しない時（Ｒ＝０ｍｍ）で、約２１．６ｍｍ
、突部１３の幅寸法が２ｍｍの時（Ｒ＝１３ｍｍ）で、
約１０．６ｍｍに設定すれば、捩じり共振周波数に対し
て縦共振周波数をほぼ一致させることができる。すなわ
ち、これらの結果によれば、ロータ９の厚さｔは、ステ
ータ１の長さＬに対して１０〜５０％の範囲で設定され
ることになり、この場合は、ステータ１に突部１３を形
成することにより、ロータ９の厚さが薄くても、縦共振
周波数を低下させることができる。
ｍｍ、ステータ１の長さＬを４８ｍｍとし、ステータ１
の固有の捩じり共振周波数が２４．５ｋＨｚ前後である
場合に、ステータ１の中心部から突部１３までの距離Ｒ
を０，１０，１２，１３ｍｍに設定してロータ９の厚さ
ｔを変化させた時の実験結果を示したもので、この実験
結果によれば、ロータ９の厚さｔは、ステータ１に突部
１３を形成しない時（Ｒ＝０ｍｍ）で、約２１．６ｍｍ
、突部１３の幅寸法が２ｍｍの時（Ｒ＝１３ｍｍ）で、
約１０．６ｍｍに設定すれば、捩じり共振周波数に対し
て縦共振周波数をほぼ一致させることができる。すなわ
ち、これらの結果によれば、ロータ９の厚さｔは、ステ
ータ１の長さＬに対して１０〜５０％の範囲で設定され
ることになり、この場合は、ステータ１に突部１３を形
成することにより、ロータ９の厚さが薄くても、縦共振
周波数を低下させることができる。
【００２３】したがって、本実施例においても、前記ロ
ータ９の厚さあるいはロータ９の厚さおよび突部１３の
幅寸法を変化させることにより、捩じり共振周波数に対
してロータ９の縦共振周波数をほぼ一致させることがで
き、ロータ９の円滑な回転駆動を行なうことができ、モ
ータの出力特性を著しく高めることができる。
ータ９の厚さあるいはロータ９の厚さおよび突部１３の
幅寸法を変化させることにより、捩じり共振周波数に対
してロータ９の縦共振周波数をほぼ一致させることがで
き、ロータ９の円滑な回転駆動を行なうことができ、モ
ータの出力特性を著しく高めることができる。
【００２４】なお、本発明は前記実施例に限定されるも
のではなく、必要に応じて種々変更することができるも
のである。
のではなく、必要に応じて種々変更することができるも
のである。
【００２５】
【発明の効果】以上述べたように本発明に係る超音波モ
ータは、突部を形成したり、あるいは、ロータの厚さを
変化させることにより、ステータ固有の捩じり共振周波
数に対してロータの縦共振周波数をほぼ一致させること
ができるので、超音波モータの出力トルクの向上および
回転数の向上を図ることができ、モータの出力特性を著
しく高めることができる等の効果を奏する。
ータは、突部を形成したり、あるいは、ロータの厚さを
変化させることにより、ステータ固有の捩じり共振周波
数に対してロータの縦共振周波数をほぼ一致させること
ができるので、超音波モータの出力トルクの向上および
回転数の向上を図ることができ、モータの出力特性を著
しく高めることができる等の効果を奏する。
【図１】本発明に係る超音波モータの一実施例を示す半
断面正面図
断面正面図
【図２】突部の幅寸法と縦共振周波数との関係を示す線
図
図
【図３】ロータの厚さと縦共振周波数との関係を示す線
図
図
【図４】突部の幅寸法を変化させた場合のロータの厚さ
と縦共振周波数との関係を示す線図
と縦共振周波数との関係を示す線図
１ ステータ
２ ステータ支持軸
３ 基台
４ 捩じり振動用圧電素子
５ 振動子
６ 縦振動用圧電素子
８ ロータ支持軸
９ ロータ
１３ 突部
Claims (2)
- 【請求項１】 互いに逆方向に振動して捩じり方向の
振動を与える一対の捩じり振動用圧電素子および縦方向
の振動を与える縦振動用圧電素子を備えたステータを設
け、このステータに前記捩じり振動用圧電素子および縦
振動用圧電素子をそれぞれ駆動することにより回転駆動
されるロータを同軸状に取付けてなる超音波モータにお
いて、前記ステータのロータ対向面に前記ステータの固
有の捩じり共振周波数に対してロータの縦共振周波数が
ほぼ一致するような接触面積で前記ロータに当接する突
部を形成したことを特徴とする超音波モータ。 - 【請求項２】 互いに逆方向に振動して捩じり方向の
振動を与える一対の捩じり振動用圧電素子および縦方向
の振動を与える縦振動用圧電素子を備えたステータを設
け、このステータに前記捩じり振動用圧電素子および縦
振動用圧電素子をそれぞれ駆動することにより回転駆動
されるロータを同軸状に取付けてなる超音波モータにお
いて、前記ロータの厚さ寸法を前記ステータの固有の捩
じり共振周波数に対してロータの縦共振周波数がほぼ一
致する寸法に設定したことを特徴とする超音波モータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3023215A JPH04265673A (ja) | 1991-02-18 | 1991-02-18 | 超音波モータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3023215A JPH04265673A (ja) | 1991-02-18 | 1991-02-18 | 超音波モータ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04265673A true JPH04265673A (ja) | 1992-09-21 |
Family
ID=12104442
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3023215A Pending JPH04265673A (ja) | 1991-02-18 | 1991-02-18 | 超音波モータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04265673A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5625511A (en) * | 1995-01-11 | 1997-04-29 | International Business Machines Corporation | Stepped spindle motor shaft to reduce disk drive acoustic noise |
-
1991
- 1991-02-18 JP JP3023215A patent/JPH04265673A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5625511A (en) * | 1995-01-11 | 1997-04-29 | International Business Machines Corporation | Stepped spindle motor shaft to reduce disk drive acoustic noise |
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