JPH04299081A - 超音波モータ - Google Patents
超音波モータInfo
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- JPH04299081A JPH04299081A JP3062186A JP6218691A JPH04299081A JP H04299081 A JPH04299081 A JP H04299081A JP 3062186 A JP3062186 A JP 3062186A JP 6218691 A JP6218691 A JP 6218691A JP H04299081 A JPH04299081 A JP H04299081A
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- JP
- Japan
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- vibration
- rotor
- ultrasonic motor
- stator
- driving force
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- Granted
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- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims abstract description 15
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 6
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 5
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 abstract description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005484 gravity 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。
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】従来の超音波モータは、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。
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。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の超音波モータにおいては、捩じり振動の周波数と縦
振動の周波数とを一致させるように両圧電素子を励起さ
せる必要があり、その駆動制御に高精度を要求され、高
価な制御装置が必要となり、また、２個の圧電素子を必
要とするために、構造が複雑であるとともに、コストも
高いものであった。
来の超音波モータにおいては、捩じり振動の周波数と縦
振動の周波数とを一致させるように両圧電素子を励起さ
せる必要があり、その駆動制御に高精度を要求され、高
価な制御装置が必要となり、また、２個の圧電素子を必
要とするために、構造が複雑であるとともに、コストも
高いものであった。
【０００４】本発明はこれらの点に鑑みてなされたもの
であり、１種の超音波振動源のみによりロータを回転さ
せることができ、回転が円滑で出力トルクも大きく、回
転動作の制御が容易となり、構造も簡単であり、コスト
も低廉な超音波モータを提供することを目的とする。
であり、１種の超音波振動源のみによりロータを回転さ
せることができ、回転が円滑で出力トルクも大きく、回
転動作の制御が容易となり、構造も簡単であり、コスト
も低廉な超音波モータを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明の超音波モータは、振動付与面をその法線方
向に振動自在としたステータと、このステータに振動を
付与する加振手段と、前記振動付与面に駆動力変換手段
を介して当接するロータとを備えており、前記駆動力変
換手段は、前記振動付与面より受けた振動を前記ロータ
を回転させる駆動力に変換する変換素子により形成され
ている超音波モータにおいて、前記加振手段は前記振動
付与面のロータの中心部における変位速度を外周部にお
ける変位速度より小さくして加振するように形成されて
いる。
に、本発明の超音波モータは、振動付与面をその法線方
向に振動自在としたステータと、このステータに振動を
付与する加振手段と、前記振動付与面に駆動力変換手段
を介して当接するロータとを備えており、前記駆動力変
換手段は、前記振動付与面より受けた振動を前記ロータ
を回転させる駆動力に変換する変換素子により形成され
ている超音波モータにおいて、前記加振手段は前記振動
付与面のロータの中心部における変位速度を外周部にお
ける変位速度より小さくして加振するように形成されて
いる。
【０００６】
【作用】本発明の超音波モータによれば、加振手段によ
りステータが振動させられると、駆動力変換手段たる変
換素子がステータの振動付与面から受けた振動を、ロー
タを回転させる駆動力に変換し、ロータは回転する。そ
して、加振手段が前記振動付与面のロータの中心部にお
ける変位速度を外周部における変位速度より小さくして
加振するために、振動付与面より変換素子が受ける回転
力は、振動付与面の変位速度に応じてロータの中心部が
小さく、外周部が大きいという径方向に適正な大きさと
なり、ロータが円滑に回転し、出力トルクも大きいもの
となる。
りステータが振動させられると、駆動力変換手段たる変
換素子がステータの振動付与面から受けた振動を、ロー
タを回転させる駆動力に変換し、ロータは回転する。そ
して、加振手段が前記振動付与面のロータの中心部にお
ける変位速度を外周部における変位速度より小さくして
加振するために、振動付与面より変換素子が受ける回転
力は、振動付与面の変位速度に応じてロータの中心部が
小さく、外周部が大きいという径方向に適正な大きさと
なり、ロータが円滑に回転し、出力トルクも大きいもの
となる。
【０００７】
【実施例】以下、本発明の実施例を図１から図５につい
て説明する。
て説明する。
【０００８】図１および図２は本発明の超音波モータの
動作原理を示している。
動作原理を示している。
【０００９】図中、符号１はベース体であり、その上面
１ａが振動付与面とされており、その上面１ａを図示し
ない加振機構により上下方向に振動するように形成され
ている。
１ａが振動付与面とされており、その上面１ａを図示し
ない加振機構により上下方向に振動するように形成され
ている。
【００１０】このベース体１の上面１ａ上には、円盤も
しくは円柱状に形成された回転体２が下面に設けた駆動
力変換手段としての複数のブレード３、３…をもって載
置されている。
しくは円柱状に形成された回転体２が下面に設けた駆動
力変換手段としての複数のブレード３、３…をもって載
置されている。
【００１１】各ブレード３は回転体２の下面に鉛直方向
すなわち、ベース体１の上面１ａの法線方向に対して、
それぞれ角θだけ傾斜させて固着されており、その上面
１ａの上下方向の振動より受ける外力を分力し、上面１
ａの接線方向に向う分力成分を取出して、回転体２を回
転させる駆動力に変換させる。すなわち、複数のブレー
ド３、３…は回転体２の中心から同心円Ｏの位置に駆動
力が前記同心円Ｏの同一接線方向に向うようにして固着
されている。
すなわち、ベース体１の上面１ａの法線方向に対して、
それぞれ角θだけ傾斜させて固着されており、その上面
１ａの上下方向の振動より受ける外力を分力し、上面１
ａの接線方向に向う分力成分を取出して、回転体２を回
転させる駆動力に変換させる。すなわち、複数のブレー
ド３、３…は回転体２の中心から同心円Ｏの位置に駆動
力が前記同心円Ｏの同一接線方向に向うようにして固着
されている。
【００１２】次に、移動体の動作原理を説明する。
【００１３】回転体２を回転させる場合には、加振機構
によってベース体１の上面１ａを上下に振動させる。こ
の上面１ａの上下方向の振動を受けた回転体２の各ブレ
ード３が、その振動から受けた外力を移動体２を水平方
向に移動させる駆動力すなわち前記同心円Ｏの同一接線
方向に向う駆動力に変換するため、これらの駆動力によ
って回転体２が回転させられる。
によってベース体１の上面１ａを上下に振動させる。こ
の上面１ａの上下方向の振動を受けた回転体２の各ブレ
ード３が、その振動から受けた外力を移動体２を水平方
向に移動させる駆動力すなわち前記同心円Ｏの同一接線
方向に向う駆動力に変換するため、これらの駆動力によ
って回転体２が回転させられる。
【００１４】しかし、各ブレード３はその下端面を径方
向に向けて配設されているために、各ブレード３に発生
する回転力は径方向に同一のものとなり、ブレード３の
内側部分においては回転力が過大となり、上面１ａとの
間に滑りが発生しているものと推測される。
向に向けて配設されているために、各ブレード３に発生
する回転力は径方向に同一のものとなり、ブレード３の
内側部分においては回転力が過大となり、上面１ａとの
間に滑りが発生しているものと推測される。
【００１５】本発明の超音波モータはこのような滑りが
発生しないようにして、ロータを円滑に回転させるよう
に形成したものである。
発生しないようにして、ロータを円滑に回転させるよう
に形成したものである。
【００１６】図３および図４は、図１および図２に示す
原理を応用した本発明の超音波モータの一実施例を示し
ている。
原理を応用した本発明の超音波モータの一実施例を示し
ている。
【００１７】本実施例の超音波モータは、ステータ１１
を加振手段となる圧電素子１２により円柱状に形成して
いる。この圧電素子１２はステータ１１を軸方向に超音
波によって振動させるものであり、上下面にそれぞれ通
電用の電極１２ａ，１２ｂが固着されている。本実施例
においては、上面に固着されている電極１２ａが中心部
を除去された環状に形成されている。これにより圧電素
子１２に対しては、中心部を除いた外周部分のみに通電
されることとなり、これが原因で圧電素子１２の軸方向
撓みに対するヤング率の当該中心部と外周部との値に差
が生じ、中心部の軸方向の変位速度が外周部の変位速度
より小さく抑えられるようになる。この上の電極１２ａ
が設けられているステータ１１の上面１１ａが振動付与
面となる。ステータ１１の上面１１ａ上に載置されるロ
ータ１３は図１および図２に示す移動体２とほぼ同様に
して形成されている。すなわち、ロータ１３の下面には
上面１１ａの振動を回転方向の駆動力に変換する駆動力
変換手段の変換素子となる複数のブレード１４、１４…
が、ロータ１３の中心を中心とした同心円上に配設され
ている。
を加振手段となる圧電素子１２により円柱状に形成して
いる。この圧電素子１２はステータ１１を軸方向に超音
波によって振動させるものであり、上下面にそれぞれ通
電用の電極１２ａ，１２ｂが固着されている。本実施例
においては、上面に固着されている電極１２ａが中心部
を除去された環状に形成されている。これにより圧電素
子１２に対しては、中心部を除いた外周部分のみに通電
されることとなり、これが原因で圧電素子１２の軸方向
撓みに対するヤング率の当該中心部と外周部との値に差
が生じ、中心部の軸方向の変位速度が外周部の変位速度
より小さく抑えられるようになる。この上の電極１２ａ
が設けられているステータ１１の上面１１ａが振動付与
面となる。ステータ１１の上面１１ａ上に載置されるロ
ータ１３は図１および図２に示す移動体２とほぼ同様に
して形成されている。すなわち、ロータ１３の下面には
上面１１ａの振動を回転方向の駆動力に変換する駆動力
変換手段の変換素子となる複数のブレード１４、１４…
が、ロータ１３の中心を中心とした同心円上に配設され
ている。
【００１８】次に、本実施例の作用を説明する。
【００１９】本実施例の超音波モータによれば、電極１
２ａ，１２ｂを通して圧電素子１２に通電して励起させ
て、ステータ１１の上面１１ａを超音波振動させると、
ロータ１３の下面に固着した各ブレード１４が超音波振
動を、上面１１ａの接線方向であり、かつ、ロータ１３
の回転中心を中心とした同心円の同一接線方向に向いた
駆動力として取出し、これらの駆動力によってロータ１
３はステータ１１と同軸に回転する。
２ａ，１２ｂを通して圧電素子１２に通電して励起させ
て、ステータ１１の上面１１ａを超音波振動させると、
ロータ１３の下面に固着した各ブレード１４が超音波振
動を、上面１１ａの接線方向であり、かつ、ロータ１３
の回転中心を中心とした同心円の同一接線方向に向いた
駆動力として取出し、これらの駆動力によってロータ１
３はステータ１１と同軸に回転する。
【００２０】この際、本実施例においては、圧電素子１
２の上面に設けた電極１２ａの中心部を除去しているた
めに、圧電素子１２は当該中心部を除いた外周部分のみ
に通電されることとなり、圧電素子１２の軸方向撓みに
対するヤング率の当該中心部と外周部との値に差が生じ
、図５に示すように、中心部の軸方向の変位速度が外周
部の変位速度より小さく抑えられるようになる。従って
、各ブレード１４に発生する回転力は、振動付与面であ
るステータ１１の上面１１ａの変位速度に応じてロータ
１３の中心部が小さく、外周部が大きくなり、径方向に
適正な大きさとなり、各ブレード１４と上面１１ａとの
間には滑りが極く小さく抑えられ、ロータ１３が円滑に
回転し、出力トルクも大きいものとなる。
２の上面に設けた電極１２ａの中心部を除去しているた
めに、圧電素子１２は当該中心部を除いた外周部分のみ
に通電されることとなり、圧電素子１２の軸方向撓みに
対するヤング率の当該中心部と外周部との値に差が生じ
、図５に示すように、中心部の軸方向の変位速度が外周
部の変位速度より小さく抑えられるようになる。従って
、各ブレード１４に発生する回転力は、振動付与面であ
るステータ１１の上面１１ａの変位速度に応じてロータ
１３の中心部が小さく、外周部が大きくなり、径方向に
適正な大きさとなり、各ブレード１４と上面１１ａとの
間には滑りが極く小さく抑えられ、ロータ１３が円滑に
回転し、出力トルクも大きいものとなる。
【００２１】このように圧電素子１２の中心部の変位速
度を抑えるためには、１対の電極１２ａ，１２ｂの少な
くとも一方の中心部を除去すればよい。
度を抑えるためには、１対の電極１２ａ，１２ｂの少な
くとも一方の中心部を除去すればよい。
【００２２】本実施例の超音波モータは、ステータ１１
を圧電素子１２によって超音波振動させるだけで、ロー
タ１３を回転させることができ、しかも回転が円滑であ
るとともに出力トルクが大きく、構成が簡単であって、
全体構成を小型に形成することができる。従って、小型
モータの出現が要望されている各種の産業分野に利用す
ることができる。例えば、医療用機器の一種であるファ
イバスコープの先端に設けておいて、レーザメス等の各
種の小型な医療メス等の駆動源として用いることができ
る。また、構成が簡単なため故障が少なく、コストの低
廉化も図ることができる。
を圧電素子１２によって超音波振動させるだけで、ロー
タ１３を回転させることができ、しかも回転が円滑であ
るとともに出力トルクが大きく、構成が簡単であって、
全体構成を小型に形成することができる。従って、小型
モータの出現が要望されている各種の産業分野に利用す
ることができる。例えば、医療用機器の一種であるファ
イバスコープの先端に設けておいて、レーザメス等の各
種の小型な医療メス等の駆動源として用いることができ
る。また、構成が簡単なため故障が少なく、コストの低
廉化も図ることができる。
【００２３】なお、図３から図５に示す実施例は、上向
きの振動付与面となるステータ１１の上面１１ａに、ロ
ータ１３をそれぞれ自重により載置させて、両者が常に
当接するようにしているが、自重以外に更に適当なばね
等を用いて一定の当接力をロータ１３に付与するように
してもよい。また、磁力によってロータ１３をステータ
１１へ当接させるようにしてもよい。この場合には、振
動付与面を水平面に限定しないで、鉛直面や下向の面と
しても、ロータ１３を振動付与面に当接させて移動可能
とさせることができる。特に、この場合は宇宙空間等の
ように、無重力の場において、回転駆動する場合等に極
めて好適である。
きの振動付与面となるステータ１１の上面１１ａに、ロ
ータ１３をそれぞれ自重により載置させて、両者が常に
当接するようにしているが、自重以外に更に適当なばね
等を用いて一定の当接力をロータ１３に付与するように
してもよい。また、磁力によってロータ１３をステータ
１１へ当接させるようにしてもよい。この場合には、振
動付与面を水平面に限定しないで、鉛直面や下向の面と
しても、ロータ１３を振動付与面に当接させて移動可能
とさせることができる。特に、この場合は宇宙空間等の
ように、無重力の場において、回転駆動する場合等に極
めて好適である。
【００２４】また、前記各実施例においては、駆動力変
換手段としてブレード１４を用いたが、これはブレード
に限られず、振動を駆動力に変換できるもので有ればど
の様な構成のものでもよい。
換手段としてブレード１４を用いたが、これはブレード
に限られず、振動を駆動力に変換できるもので有ればど
の様な構成のものでもよい。
【００２５】なお、本発明は前記実施例に限定されるも
のではなく、必要に応じて変更することができる。
のではなく、必要に応じて変更することができる。
【００２６】
【発明の効果】このように本発明の超音波モータは構成
され作用するものであるから、１種の超音波振動源のみ
によりロータを回転させることができ、回転が円滑で出
力トルクも大きく、回転動作の制御が容易となり、構造
も簡単であり、コストも低廉となる等の効果を奏する。
され作用するものであるから、１種の超音波振動源のみ
によりロータを回転させることができ、回転が円滑で出
力トルクも大きく、回転動作の制御が容易となり、構造
も簡単であり、コストも低廉となる等の効果を奏する。
【図１】本発明の超音波モータの回転原理を示す概略説
明図
明図
【図２】図１の回転体の下面側の斜視図
【図３】本発明
の超音波モータの一実施例を示す断面図
の超音波モータの一実施例を示す断面図
【図４】図３の
分解斜視図
分解斜視図
【図５】ロータの半径方向における変位速度特性図
１１ ステータ
１１ａ 上面
１２ 圧電素子
１２ａ，１２ｂ 電極
１３ ロータ
１４ ブレード
Claims (1)
- 【請求項１】 振動付与面をその法線方向に振動自在
としたステータと、このステータに振動を付与する加振
手段と、前記振動付与面に駆動力変換手段を介して当接
するロータとを備えており、前記駆動力変換手段は、前
記振動付与面より受けた振動を前記ロータを回転させる
駆動力に変換する変換素子により形成されている超音波
モータにおいて、前記加振手段は前記振動付与面のロー
タの中心部における変位速度を外周部における変位速度
より小さくして加振するように形成されていることを特
徴とする超音波モータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3062186A JP2980712B2 (ja) | 1991-03-26 | 1991-03-26 | 超音波モータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3062186A JP2980712B2 (ja) | 1991-03-26 | 1991-03-26 | 超音波モータ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04299081A true JPH04299081A (ja) | 1992-10-22 |
| JP2980712B2 JP2980712B2 (ja) | 1999-11-22 |
Family
ID=13192858
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3062186A Expired - Fee Related JP2980712B2 (ja) | 1991-03-26 | 1991-03-26 | 超音波モータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2980712B2 (ja) |
-
1991
- 1991-03-26 JP JP3062186A patent/JP2980712B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2980712B2 (ja) | 1999-11-22 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19990831 |
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| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
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