JPH05219761A - 単相駆動型超音波モータ - Google Patents
単相駆動型超音波モータInfo
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- JPH05219761A JPH05219761A JP4017509A JP1750992A JPH05219761A JP H05219761 A JPH05219761 A JP H05219761A JP 4017509 A JP4017509 A JP 4017509A JP 1750992 A JP1750992 A JP 1750992A JP H05219761 A JPH05219761 A JP H05219761A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】構造が簡単な単相駆動型超音波モータを提供す
ること。 【構成】水晶１には回転軸２等が個着されている。円盤
状の電極板６、７の各々にリング状スペーサ４、５が個
着されている。リング状スペーサ４、５の厚みは、略ｎ
・Ｖ／（２・ｆ）（Ｖは空気中の音速、ｆは水晶１の共
振周波数、ｎは正の整数）でない値に選定されている。
電極板６、７に個着されたリング状スペーサ４、５によ
り、水晶１は適当な圧力でもって挟み込まれている。発
振回路８からの駆動信号により、水晶１は回転軸２、３
を中心として回転する。
ること。 【構成】水晶１には回転軸２等が個着されている。円盤
状の電極板６、７の各々にリング状スペーサ４、５が個
着されている。リング状スペーサ４、５の厚みは、略ｎ
・Ｖ／（２・ｆ）（Ｖは空気中の音速、ｆは水晶１の共
振周波数、ｎは正の整数）でない値に選定されている。
電極板６、７に個着されたリング状スペーサ４、５によ
り、水晶１は適当な圧力でもって挟み込まれている。発
振回路８からの駆動信号により、水晶１は回転軸２、３
を中心として回転する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、水晶等の圧電体を用い
た超音波モータに関し、特に、単相電源信号により駆動
される単相駆動型超音波モータ関する。
た超音波モータに関し、特に、単相電源信号により駆動
される単相駆動型超音波モータ関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、超音波モータの駆動回路を簡
略化すべく、単相駆動型超音波モータが種々開発されて
いる。従来の単相駆動型超音波モータとして、ねじり結
合器を使用したもの（秋山勇治：電気学会誌第111巻第7
号（1991年）pp586-589の図６参照）、啄木鳥型（前記
文献の図９参照）あるいは屈曲モードによるもの（高
野、富川、小笠原：電子情報通信学会技術研究報告US90
-50(1990年）pp29-35の図４乃至図７及び図１７参照）
等がある。
略化すべく、単相駆動型超音波モータが種々開発されて
いる。従来の単相駆動型超音波モータとして、ねじり結
合器を使用したもの（秋山勇治：電気学会誌第111巻第7
号（1991年）pp586-589の図６参照）、啄木鳥型（前記
文献の図９参照）あるいは屈曲モードによるもの（高
野、富川、小笠原：電子情報通信学会技術研究報告US90
-50(1990年）pp29-35の図４乃至図７及び図１７参照）
等がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】前述した各単相駆動型
超音波モータは、ねじり結合器、共振器、ホーン、複数
の突起物から成るステータ等を使用しているため、構造
が極めて複雑になるという問題があった。本発明は、前
記問題点に鑑み成されたもので、構造が簡単な単相駆動
型超音波モータを提供することを目的としている。
超音波モータは、ねじり結合器、共振器、ホーン、複数
の突起物から成るステータ等を使用しているため、構造
が極めて複雑になるという問題があった。本発明は、前
記問題点に鑑み成されたもので、構造が簡単な単相駆動
型超音波モータを提供することを目的としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明の単相駆動型超音
波モータは、一対の電極板と、前記各電極板に個着され
た一対のリング状スペーサと、回転軸に取り付けられ、
前記各リング状スペーサにより挟まれた圧電体とを備
え、前記リング状スペーサの厚みを略ｎ・Ｖ／（２・
ｆ）（Ｖは空気中の音速、ｆは前記圧電体の共振周波
数、ｎは正の整数）でない値にしたことを特徴としてい
る。
波モータは、一対の電極板と、前記各電極板に個着され
た一対のリング状スペーサと、回転軸に取り付けられ、
前記各リング状スペーサにより挟まれた圧電体とを備
え、前記リング状スペーサの厚みを略ｎ・Ｖ／（２・
ｆ）（Ｖは空気中の音速、ｆは前記圧電体の共振周波
数、ｎは正の整数）でない値にしたことを特徴としてい
る。
【０００５】
【作用】１対の電極板に交流駆動信号を供給することに
より、圧電体が回転軸を中心に回転する。
より、圧電体が回転軸を中心に回転する。
【０００６】
【実施例】図１は本発明の単相駆動型超音波モータの一
実施例を示す内部斜視図、図２は図１のＡ−Ａ断面図、
図３は図１の分解斜視図、図４は本発明の単相駆動型超
音波モータの一実施例を示す斜視図であり、各々、同一
部分には同一符号を付している。
実施例を示す内部斜視図、図２は図１のＡ−Ａ断面図、
図３は図１の分解斜視図、図４は本発明の単相駆動型超
音波モータの一実施例を示す斜視図であり、各々、同一
部分には同一符号を付している。
【０００７】図１乃至図４において、圧電体たる水晶１
には回転軸２、３が個着されている。尚、回転軸２、３
は、いずれか一方のみを設けるようにしても良い。円盤
状の電極板６、７の各々に絶縁体の円環によって構成さ
れたリング状スペーサ４、５を個着されている。これら
は固定子として機能する。尚、リング状スペーサ４、５
は必ずしも絶縁体である必要はない。リング状スペーサ
４、５の厚みは、略ｎ・Ｖ／（２・ｆ）（Ｖは空気中の
音速、ｆは水晶１の共振周波数、ｎは正の整数）でない
値に選定されている。電極板６、７に個着されたリング
状スペーサ４、５により、水晶１は適当な圧力でもって
挟み込まれている。回転軸２、３は、電極板６、７の中
心に設けられた孔１０、１１を通って突出している。前
記圧力は、板バネ等の公知技術を用いて得ることが可能
である。このとき、電極板６、７は、固定子であるか
ら、これらが回転しないようにするために絶縁体で構成
された支持具、例えばケース９に固定する。
には回転軸２、３が個着されている。尚、回転軸２、３
は、いずれか一方のみを設けるようにしても良い。円盤
状の電極板６、７の各々に絶縁体の円環によって構成さ
れたリング状スペーサ４、５を個着されている。これら
は固定子として機能する。尚、リング状スペーサ４、５
は必ずしも絶縁体である必要はない。リング状スペーサ
４、５の厚みは、略ｎ・Ｖ／（２・ｆ）（Ｖは空気中の
音速、ｆは水晶１の共振周波数、ｎは正の整数）でない
値に選定されている。電極板６、７に個着されたリング
状スペーサ４、５により、水晶１は適当な圧力でもって
挟み込まれている。回転軸２、３は、電極板６、７の中
心に設けられた孔１０、１１を通って突出している。前
記圧力は、板バネ等の公知技術を用いて得ることが可能
である。このとき、電極板６、７は、固定子であるか
ら、これらが回転しないようにするために絶縁体で構成
された支持具、例えばケース９に固定する。
【０００８】以上のように構成された単相駆動型超音波
モータの動作を説明する。発振回路８の電源を投入し、
電極板６、７に水晶１の共振周波数ｆ（例えば358kHz）
の高周波電圧を供給すれば、水晶１は高周波の回転的振
動をするため、回転軸２、３を中心として、静止してい
るリング状スペーサ４、５に対して相対的に回転する。
この場合、水晶１と発振回路８とで自励発振器となるよ
うに即ち、水晶１と発振回路８とで１つの発振器を形成
するように構成することが可能である。もちろん、周波
数シンセサイザ等の発振器から水晶１に強制的に高周波
電圧を供給し、他励式で駆動することも可能である。リ
ング状スペーサ４、５は、水晶１の大部分を電極に接し
ないようにするので水晶１の振動を妨げない働きがあ
る。しかもリング状スペーサ４、５の厚みｄを略ｎ・Ｖ
／（２・ｆ）でない値に選定すれば、電極板６、７から
の反射音波による水晶１の振動に対する妨害が防げる。
したがって、略ｎ・Ｖ／（２・ｆ）でない厚さのリング
状スペーサ４、５は、水晶の共振を強くし、効率を良く
し、回転を安定させる作用がある。
モータの動作を説明する。発振回路８の電源を投入し、
電極板６、７に水晶１の共振周波数ｆ（例えば358kHz）
の高周波電圧を供給すれば、水晶１は高周波の回転的振
動をするため、回転軸２、３を中心として、静止してい
るリング状スペーサ４、５に対して相対的に回転する。
この場合、水晶１と発振回路８とで自励発振器となるよ
うに即ち、水晶１と発振回路８とで１つの発振器を形成
するように構成することが可能である。もちろん、周波
数シンセサイザ等の発振器から水晶１に強制的に高周波
電圧を供給し、他励式で駆動することも可能である。リ
ング状スペーサ４、５は、水晶１の大部分を電極に接し
ないようにするので水晶１の振動を妨げない働きがあ
る。しかもリング状スペーサ４、５の厚みｄを略ｎ・Ｖ
／（２・ｆ）でない値に選定すれば、電極板６、７から
の反射音波による水晶１の振動に対する妨害が防げる。
したがって、略ｎ・Ｖ／（２・ｆ）でない厚さのリング
状スペーサ４、５は、水晶の共振を強くし、効率を良く
し、回転を安定させる作用がある。
【０００９】次に、本実施例の実験データについて説明
する。Ｙ軸方向の長さＬy＝30mm、Ｚ方向の幅Ｌz＝15m
m、Ｘ方向の厚みＬx＝1mm，2mm，3mm，4mm，5mm，6mm，
7mm，8mm，9mm，10mmからなる直方体形状の１０個の水
晶１の共振周波数ｆ(Hz)をトランスミッション法により
測定したところ図５に示すデータが得られた。
する。Ｙ軸方向の長さＬy＝30mm、Ｚ方向の幅Ｌz＝15m
m、Ｘ方向の厚みＬx＝1mm，2mm，3mm，4mm，5mm，6mm，
7mm，8mm，9mm，10mmからなる直方体形状の１０個の水
晶１の共振周波数ｆ(Hz)をトランスミッション法により
測定したところ図５に示すデータが得られた。
【００１０】図５において、横軸は水晶１のＸ方向の厚
みＬx、縦軸は水晶１の共振周波数ｆである。周波数ｆ
X1、ｆX3及びｆX5は各々、水晶１のＸ方向の基本振動周
波数、第３次高調波周波数、第５次高調波周波数であ
る。周波数ｆy1及びｆy3は各々、水晶１のＹ方向の基本
周波数、第３次高調波周波数である。また、周波数ｆz
は、水晶１のＺ方向の基本振動周波数である。
みＬx、縦軸は水晶１の共振周波数ｆである。周波数ｆ
X1、ｆX3及びｆX5は各々、水晶１のＸ方向の基本振動周
波数、第３次高調波周波数、第５次高調波周波数であ
る。周波数ｆy1及びｆy3は各々、水晶１のＹ方向の基本
周波数、第３次高調波周波数である。また、周波数ｆz
は、水晶１のＺ方向の基本振動周波数である。
【００１１】これら１０個の水晶１の中、回転が起こる
のは、Ｌx＝8mm、Ｌx＝9mmのみであった。この例のよう
に回転を起こすためには、Ｌx、Ｌy、Ｌzの比を適切に
選ぶ必要が有る。Ｌx＝8mm、Ｌy＝30mm、ＬZ＝15mmの水
晶１を用いて、リング状スペーサ４、５の厚みｄをパラ
メータとして変化させて実験したところ、図６に示すデ
ータが得られた。
のは、Ｌx＝8mm、Ｌx＝9mmのみであった。この例のよう
に回転を起こすためには、Ｌx、Ｌy、Ｌzの比を適切に
選ぶ必要が有る。Ｌx＝8mm、Ｌy＝30mm、ＬZ＝15mmの水
晶１を用いて、リング状スペーサ４、５の厚みｄをパラ
メータとして変化させて実験したところ、図６に示すデ
ータが得られた。
【００１２】図６において、横軸はリング状スペーサ
４、５の厚みｄ、縦軸は水晶１の毎分の回転数（ＲＰ
Ｍ）である。この場合、駆動信号は周波数が358kHZ、電
圧が45Ｖで一定であり、室温ｔは30℃において測定し
た。Ｌx＝8mmなので共振周波数ｆは358kHzである。音速
Ｖは、Ｖ＝331.5＋0.6ｔ＝350m/Sとなる。したがって、
Ｖ／（２ｆ）は、0.49mmとなる。図６は、リング状スペ
ーサ４、５の厚みｄが0.49（＝Ｖ／（２ｆ））の整数倍
付近では回転しないことを示している。単相駆動であっ
ても、前記寸法比の水晶１のＬx、Ｌy、Ｌz方向の各振
動モードとそれらの高調波モードとが重ねあわさること
によって楕円振動又は進行波を発生することになり、回
転すると考えられる。
４、５の厚みｄ、縦軸は水晶１の毎分の回転数（ＲＰ
Ｍ）である。この場合、駆動信号は周波数が358kHZ、電
圧が45Ｖで一定であり、室温ｔは30℃において測定し
た。Ｌx＝8mmなので共振周波数ｆは358kHzである。音速
Ｖは、Ｖ＝331.5＋0.6ｔ＝350m/Sとなる。したがって、
Ｖ／（２ｆ）は、0.49mmとなる。図６は、リング状スペ
ーサ４、５の厚みｄが0.49（＝Ｖ／（２ｆ））の整数倍
付近では回転しないことを示している。単相駆動であっ
ても、前記寸法比の水晶１のＬx、Ｌy、Ｌz方向の各振
動モードとそれらの高調波モードとが重ねあわさること
によって楕円振動又は進行波を発生することになり、回
転すると考えられる。
【００１３】この他に、Ｌx＝7.7mm、Ｌy＝14.3mm、Ｌz
＝14.3mmの水晶１についても、図６と類似の実験データ
が得られた。尚、発振回路８からの入力信号電圧をかな
り高くすればリング状スペーサ４、５がなくても回転す
るが、放電しやすくなり、共振が弱く不安定な回転にな
る。したがって、リング状スペーサ４、５は、前述のよ
うに共振を強くし、効率を良くし、回転を安定させる働
きがある。また、Ｌx、Ｌy、Ｌzの比を上記の値の例に
保ち、縮小することにより超小型な超音波モータを実現
できる。
＝14.3mmの水晶１についても、図６と類似の実験データ
が得られた。尚、発振回路８からの入力信号電圧をかな
り高くすればリング状スペーサ４、５がなくても回転す
るが、放電しやすくなり、共振が弱く不安定な回転にな
る。したがって、リング状スペーサ４、５は、前述のよ
うに共振を強くし、効率を良くし、回転を安定させる働
きがある。また、Ｌx、Ｌy、Ｌzの比を上記の値の例に
保ち、縮小することにより超小型な超音波モータを実現
できる。
【００１４】図７は、リング状スペーサ４、５の厚みｄ
を一定値の100μmとし、リング状スペーサ４、５の内径
ｄiを変化させたときの回転数Ｎの変化を示している。
この場合、内径ｄi＝31mmのとき最大の回転が得られ
る。以上述べたように本実施例の単相駆動型超音波モー
タは、一対の電極板６、７と、各電極板６、７に個着さ
れた一対のリング状スペーサ４、５と、回転軸２、３に
取り付けられ、リング状スペーサ４、５により挟まれた
水晶１とを備え、リング状スペーサ４、５の厚みを略ｎ
・Ｖ／（２・ｆ）（Ｖは空気中の音速、ｆは前記圧電体
の共振周波数、ｎは正の整数）でない値にしたことを特
徴としている。
を一定値の100μmとし、リング状スペーサ４、５の内径
ｄiを変化させたときの回転数Ｎの変化を示している。
この場合、内径ｄi＝31mmのとき最大の回転が得られ
る。以上述べたように本実施例の単相駆動型超音波モー
タは、一対の電極板６、７と、各電極板６、７に個着さ
れた一対のリング状スペーサ４、５と、回転軸２、３に
取り付けられ、リング状スペーサ４、５により挟まれた
水晶１とを備え、リング状スペーサ４、５の厚みを略ｎ
・Ｖ／（２・ｆ）（Ｖは空気中の音速、ｆは前記圧電体
の共振周波数、ｎは正の整数）でない値にしたことを特
徴としている。
【００１５】したがって、水晶１が１個でよく又単相交
流駆動により回転させることが可能になり、構造が極め
て簡単になる。また、水晶１と発振回路８とで自励発振
回路を構成できるので、水晶１の起動、駆動回路が簡単
になる。さらに、リング状スペーサ４、５の採用によ
り、共振が強くなると共に効率が良くなり、回転が安定
する。また、極めて簡単な構造で超小型の超音波モータ
を容易に実現することが可能である。
流駆動により回転させることが可能になり、構造が極め
て簡単になる。また、水晶１と発振回路８とで自励発振
回路を構成できるので、水晶１の起動、駆動回路が簡単
になる。さらに、リング状スペーサ４、５の採用によ
り、共振が強くなると共に効率が良くなり、回転が安定
する。また、極めて簡単な構造で超小型の超音波モータ
を容易に実現することが可能である。
【００１６】
【発明の効果】以上述べたように本発明の単相駆動型超
音波モータは、一対の電極板と、前記各電極板に個着さ
れた一対のリング状スペーサと、回転軸に取り付けら
れ、前記各リング状スペーサにより挟まれた圧電体とを
備え、前記リング状スペーサの厚みを略ｎ・Ｖ／（２・
ｆ）（Ｖは空気中の音速、ｆは前記圧電体の共振周波
数、ｎは正の整数）でない値にしたことを特徴としてい
る。
音波モータは、一対の電極板と、前記各電極板に個着さ
れた一対のリング状スペーサと、回転軸に取り付けら
れ、前記各リング状スペーサにより挟まれた圧電体とを
備え、前記リング状スペーサの厚みを略ｎ・Ｖ／（２・
ｆ）（Ｖは空気中の音速、ｆは前記圧電体の共振周波
数、ｎは正の整数）でない値にしたことを特徴としてい
る。
【００１７】したがって、極めて簡単な構造で単相駆動
型超音波モータが構成できる。また、圧電体と発振回路
とで自励発振回路を構成できるので、圧電体の起動、駆
動回路が簡単である。さらに、所定厚みのリング状スペ
ーサの採用により、共振が強くなると共に効率が良くな
り、回転が安定する。また、極めて簡単な構造であるた
め、超小型の超音波モータを容易に実現することが可能
である。
型超音波モータが構成できる。また、圧電体と発振回路
とで自励発振回路を構成できるので、圧電体の起動、駆
動回路が簡単である。さらに、所定厚みのリング状スペ
ーサの採用により、共振が強くなると共に効率が良くな
り、回転が安定する。また、極めて簡単な構造であるた
め、超小型の超音波モータを容易に実現することが可能
である。
【図１】本発明の一実施例を示す部分斜視図。
【図２】図１の実施例のＡ−Ａ断面図。
【図３】図１の実施例の分解斜視図。
【図４】本発明の一実施例を示す斜視図。
【図５】本発明の特性を説明するための特性図。
【図６】本発明の特性を説明するための特性図。
【図７】本発明の特性を説明するための特性図。
１・・・圧電体としての水晶 ２、３・・・回転軸 ４、５・・・リング状スペーサ ６、７・・・電極板 ９・・・ケース １０、１１・・・孔
Claims (1)
- 【請求項１】一対の電極板と、前記各電極板に個着され
た一対のリング状スペーサと、回転軸に取り付けられ、
前記各リング状スペーサにより挟まれた圧電体とを備
え、前記リング状スペーサの厚みを略ｎ・Ｖ／（２・
ｆ）（Ｖは空気中の音速、ｆは前記圧電体の共振周波
数、ｎは正の整数）ではない値にしたことを特徴とする
単相駆動型超音波モータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01750992A JP3273624B2 (ja) | 1992-02-03 | 1992-02-03 | 単相駆動型超音波モータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01750992A JP3273624B2 (ja) | 1992-02-03 | 1992-02-03 | 単相駆動型超音波モータ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05219761A true JPH05219761A (ja) | 1993-08-27 |
| JP3273624B2 JP3273624B2 (ja) | 2002-04-08 |
Family
ID=11945950
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP01750992A Expired - Fee Related JP3273624B2 (ja) | 1992-02-03 | 1992-02-03 | 単相駆動型超音波モータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3273624B2 (ja) |
-
1992
- 1992-02-03 JP JP01750992A patent/JP3273624B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3273624B2 (ja) | 2002-04-08 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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