JPH05268779A - 超音波モータ - Google Patents

超音波モータ

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Publication number
JPH05268779A
JPH05268779A JP4089353A JP8935392A JPH05268779A JP H05268779 A JPH05268779 A JP H05268779A JP 4089353 A JP4089353 A JP 4089353A JP 8935392 A JP8935392 A JP 8935392A JP H05268779 A JPH05268779 A JP H05268779A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
traveling wave
phase
stator
ultrasonic motor
rotor
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP4089353A
Other languages
English (en)
Inventor
Yutaka Ozawa
豊 小澤
Naotaka Komatsu
直隆 小松
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Heavy Industries Ltd filed Critical Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority to JP4089353A priority Critical patent/JPH05268779A/ja
Publication of JPH05268779A publication Critical patent/JPH05268779A/ja
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 ロボットアームの関節機構等の超音波モータ
に関するもので、円筒面上に進行波を発生させるので、
超音波振動がロータ側によく伝わり、超音波モータの取
付けが確実であり、機器が小型化された。 【構成】 進行波の1/4波長分ずらせた2相の圧電体
1に対し各相に互に90°位相のずれた交番電圧をか
け、両相に発生する定在波を合成して発生させた進行波
によりロータ5aを駆動するステータを円筒型にし、ス
テータ1に固着したロータ5aに剛性の低い部分を設
け、ステータの内周面に圧着した取付部材にて取付相手
材に固定した超音波モータ。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はロボットアームの関節機
構等の超音波モータに関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来の回転型超音波モータの一例を図7
および図8に示す。図7においてステータ24は圧電体
01と弾性体04とから成っており、図7矢印の向きか
ら圧電体01を見ると、図8に示すように、圧電体01
に対し分極が施されている。
【0003】図8に示すように、圧電体01はA,B2
相から成り、また各相は+,−で表わされる逆方向に分
極された圧電体01が相隣り合っており、これに正弦波
状に交番電圧を印加すると定在波が同図紙面上に発生す
る。
【0004】そしてA,B両相に印加する電圧の位相を
90°だけずらすことで、両相で独立に発生する定在波
を重ね合わせたものが進行波となって図7のステータ2
4表面に発生し、ステータ24に対し予圧をもって抑え
つけられたスライダ25とリング26から成るロータ0
5が回軸するようになっている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】図7に示した例のよう
に、従来の超音波モータは回転軸に対し垂直な面上に進
行波を発生させるものであり、回転軸に対し平行な円筒
面上に進行波を発生するものは無かった。
【0006】また、円筒面上に進行波を発生することが
可能であっても、ロータとステータの進行波発生面とを
超音波振動がロータ側に伝わるよう密着してやる必要が
あり、このため両者をはめ合せたときに許容されるすき
まは進行波の振幅である数μm以下にせねばならず、組
立て不能となるという問題が考えられる。
【0007】更に円筒面上に進行波を発生するタイプの
超音波モータの取り付けに関して、弾性体部、圧電体部
とも超音波振動を発生しているため、単なるボルト締め
等による固定では同振動を妨げるおそれがあり、この点
においても何らかの工夫が必要になっていた。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は前記従来の課題
を解決したもので、 (1) 発生する進行波の1/4波長分だけずらせて配した
A,B2相の圧電体に対し各相に互に90°位相のずれ
た正弦波状交番電圧をかけ、両相に発生する定在波を合
成して進行波を発生させ、進行波によりロータを駆動す
るステータにおいて、ステータを圧電体の分極方向を径
方向とするため、径方向に内周から外周へ向けて極板、
圧電体、極板、弾性体の順に円環状に配し、かつ圧電体
において発生させる進行波の波長の1/4波長分の長さ
だけ円周方向の位置をずらせて配したA,B2相に分割
されるとともに、各相が1つの分極単位の円周方向の長
さが進行波の波長の1/2波長分に相当し、かつ径方向
に分極、かつ隣接する分極単位同士は互いに逆向きに分
極された1対の分極単位を複数箇並べて構成されるとと
もに、A,B両相に対し位相が90°ずれた交番電圧を
かけられるよう各極板間に配線を施し弾性体の共振周波
数で交番電圧をかけることで弾性体外周表面において進
行波の発生を可能とした。
【0009】(2) (1) のステータとは別に、径方向に内
周から外周へ向けて弾性体、極板、圧電体、極板の順に
円環状に配したステータを用い、弾性体内周表面におい
て進行波の発生を可能とした。
【0010】(3) (1) または(2) において、ロータを構
成する部材のうち、進行波発生面と接触する部位を持つ
部材の一部の剛性を同部材の他の部分の剛性よりも低く
し、同部材の外部から加えられる力により前記剛性の低
い部分に弾性変形を発生させてロータとステータの進行
波発生面との接触面の密着性を維持させた。
【0011】(4) (3) において、部材の一部の剛性を同
部材の他の部分の剛性より低くする部分をステータと超
音波モータ外部の他の部位との固定面に設けた。
【0012】(5) さらに、超音波モータをステータの内
周面に取り付けた取付部材を介して超音波モータの取り
付け相手材に固定した超音波モータである。
【0013】
【作用】まず、円筒面上に進行波を発生させるための作
用については、前記のように本発明では、圧電体の分極
方向を径方向としており、かつ相隣合う圧電体では互い
に逆向きに分極している。
【0014】このため、この部分に電圧を加えると一方
の圧電体は径方向外向きに、また逆方向に分極された圧
電体では径方向内向きに歪み、この電圧を正弦波状の交
番電圧とすることで圧電体の円周面上には定在波が発生
する。
【0015】圧電体は発生させる進行波の波長の1/4
波長分の長さだけ円周方向の位置をずらせてA,B2相
を配しているため、交番電圧の位相を90°ずらせば両
相で別個に発生する定在波を重ね合わすと、圧電体の円
周面表面には進行波が生成される。このとき弾性体の共
振周波数に駆動周波数を合わせれば圧電体円筒面上の進
行波が弾性体表面で増幅されて伝えられる。
【0016】次に、ロータとステータの進行波発生面と
を密着させる作用については、ロータを構成する部材の
うち、進行波発生面と接触する部位を持つ部材におい
て、同部材の一部の剛性を同部材の他の部分の剛性より
も低くしているため、同部材に対し適当な外力を加える
と前述の剛性の低い部分に弾性変形が発生し、この結果
ロータとステータの進行波発生面との接触面に存在する
すきまが減少し、同面における密着性を増大させロータ
の回転が可能となる。
【0017】さらに円筒面上に進行波を発生するタイプ
の超音波モータの取付け手段の作用については、前項で
示した機構をステータ内周面と超音波モータ外部の他の
部位との固定面にも適用する。すなわち、上記超音波モ
ータを取り付ける相手材において、同部材の他の部分に
比べ剛性の低い部分を予め設けるため、同部材に適当な
外力が加わると、この剛性の低い部分が弾性変形を起し
て、ステータ内周面と超音波モータ取り付け相手材とが
密着し、超音波モータが固定されるようになっている。
【0018】さらに、超音波モータをステータの内周面
に取り付けた取付部材を介して超音波モータの取付相手
材に固定する。
【0019】
【実施例】図1に円筒面上に進行波を発生するタイプの
本発明の超音波モータのステータ部分の上面図を示す。
図2は図1のX−X断面図である。図1において、説明
を容易にするため圧電体の肉厚を誇張して描いてある。
1は圧電体、2および3は極板、4は弾性体である。
【0020】図1において、圧電体1はA相、B相に径
方向に分極されており、分極の最小単位の円周方向の長
さは発生する進行波の波長λの1/2に等しくなってい
る。また、隣接する分極単位は互いに逆向きに分極され
ており、図中+で表される分極部が径方向外側へ歪みを
発生するときは、同じ印加電圧に対し−で表される分極
部は径方向内側へ歪みを発生する。
【0021】A相,B相は周方向に互いに進行波の波長
の1/4波長分だけずれて配列されており、このため
A,B両相に対し互いに90°位相の異なる交番電圧を
加えると、圧電体1円筒面表面には内周面、外周面とも
進行波が発生する。
【0022】一方、交番電圧の周波数は圧電体1の外周
面に取り付けられた弾性体4の共振周波数に合わせてあ
るため、相対的に弾性体4円筒面上に発生する進行波の
振幅力が大きくなる。このため、本例とは逆に圧電体1
の内周面に弾性体4を取り付れば内周回転型となる。図
2において、進行波は弾性体4の円筒表面YY’面上に
発生し、円筒方向に移動する。
【0023】図3ないし図6に図1および図2のステー
タの進行波発生面YY’にロータを抑え付け、ステータ
を取付部材を介して超音波モータの取り付け相手材に固
定する第1実施例ないし第4実施例を示す。
【0024】図3は第1実施例で、5aはロータ、6a
はロータ加圧環で、ロータ5aとロータ加圧環6aとは
ねじ部7aにおいてねじ止めされていると同時にロータ
5aのテーパ面8aにおいて接している。
【0025】ロータ5aには切欠き部9aが設けられて
おり、切欠き部9aの剛性がロータ5aの他の部分に比
べ小さくなっている。ロータ5aに対しロータ加圧環6
aを締め込んで行くと、テーパ面8aのくさび作用によ
りロータ5aはテーパ面8aから力を受ける。この結
果、切欠き部9aに対し曲げモーメントが発生し、ロー
タ5aはより大きな力で進行波発生面YY’を加圧する
ことになる。
【0026】10はゴム、11はゴム10の上端面に接
触した加圧板、12はゴム10の下端面に接触し図示し
ていない超音波モータの取付相手材に固定された固定
板、13はボルトで、ボルト13を締め付けると加圧板
11は図下方に下がり、ゴム10は図下方に圧縮され
る。この結果ゴム10は半径方向に膨脹し、これにより
圧電体1の内周面に密着し、圧電体1とゴム10との接
触面における摩擦力により超音波モータは固定板12に
固定される。
【0027】図4は第2実施例で、5bはロータ、6b
は加圧環であるが、図3に示したロータ5aとロータ加
圧環6aのねじ部7aによる直接ねじ止めではなく、ボ
ルト14を介してロータ5bのねじ部7bを締め付け、
ロータ5bとロータ圧縮環6bのテーパ面8bのくさび
作用により第1実施例同様進行波発生面YY’を加圧す
る。9bはロータ5bに設けられた切欠き部である。
【0028】本実施例の取付部材は剛性が小さい切欠き
部15を有するステータ加圧環16、図示していない超
音波モータの取付相手材に固定された固定体17、ボル
ト18からなり、ボルト18を締め込んで行くと、ステ
ータ加圧環16は固定体17のテーパ面19に沿って図
下方に移動する。
【0029】この時ステータ加圧環16は切欠き部15
において剛性が小さくなっているため、八の字形に変形
する。この変形によりステータ加圧環16は圧電体1を
半径方向外向きに押し付けることになり、両者の間に生
じていたすきまを埋め、これによりしまり嵌め状態とな
り、超音波モータは固定体17に固定される。
【0030】図5は第3実施例で、5cはロータ、9c
は切欠き部、20はばねで、ロータ5cの囲りの溝21
にばね20を嵌め込んで、ばね20によりロータ5cは
半径方向内向きに力を受けており、これにより剛性の低
い切欠き部9cに弾性変形が発生し、進行波端面YY’
に対しロータ5cが密着する。ステータに圧着する取付
部材(符号10ないし13)は第1実施例と同じであ
る。
【0031】図6は第4実施例で、5dは上下に相対し
て向い合ったロータ、22は上下のロータ5d間に弓な
りに取り付けたばねで、ばね22のたわみが最大となる
頂点部にステータの進行波発生面YY’が抑え付けられ
ている。
【0032】上下に相対して向い合うロータ5dの間隔
をボルト23により締め込んで行くと、ばね22のたわ
みが増加し、その結果、ばね22はより大きな力でステ
ータの進行波発生面YY’を抑えることになる。ステー
タに圧着する取付部材(符号10ないし13)は第1実
施例と同じである。
【0034】
【発明の効果】本発明により従来実現できなかった円筒
面上に進行波を発生する新しいタイプの超音波モータが
実現できる。
【0035】また本型式の超音波モータは円筒面でロー
タを駆動するという構造上、すべり軸受を兼ねることが
がきるという利点があり、機器の小型化に対して貢献す
る点が大である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のステータ部の断面図である。
【図2】図1のX−X断面図である。
【図3】本発明のステータ部を使用した第1実施例に係
る断面図である。
【図4】本発明のステータ部を使用した第2実施例に係
る断面図である。
【図5】本発明のステータ部を使用した第3実施例に係
る断面図である。
【図6】本発明のステータ部を使用した第4実施例に係
る断面図である。
【図7】従来の超音波モータの構造を示す分解斜視図で
ある。
【図8】図7においてZ矢印方向から見たときの圧電体
の分極を示す図である。
【符号の説明】
1 圧電体 2 極板 3 極板 4 弾性体 5a,5b,5c,5d ロータ 6a,6b ロータ加圧環 7a,7b ねじ部 8a,8b テーパ面 9a,9b,9c 切欠き部 10 ゴム 11 加圧板 12 固定板 13 ボルト 14 ボルト 15 切欠き部 16 ステータ加圧環 17 固定体 18 ボルト 19 テーパ面 20 ばね 21 溝 22 ばね部 23 ボルト

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 発生する進行波の1/4波長分だけずら
    せて配したA,B2相の圧電体に対し、各相に互いに9
    0°位相のずれた正弦波状交番電圧をかけ、両相に発生
    する定在波を合成して進行波を発生させ、該進行波によ
    りロータを駆動するステータにおいて、該ステータを圧
    電体の分極方向を径方向とするため、径方向に内周から
    外周へ向けて極板、圧電体、極板、弾性体の順に円環状
    に配し、かつ前記圧電体において発生させる進行波の波
    長の1/4波長分の長さだけ円周方向の位置をずらせて
    配したA,B2相に分割されるとともに、各相が1つの
    分極単位の円周方向の長さが前記進行波の波長分の1/
    2波長分に相当し、かつ径方向に分極,かつ隣接する分
    極単位同士は互いに逆向きに分極された1対の分極単位
    を複数箇並べて構成されるとともに、A,B両相に対し
    位相が90°ずれた交番電圧をかけられるよう各極板間
    に配線を施し、前記弾性体の共振周波数で交番電圧をか
    けることで前記弾性体外周表面において進行波の発生を
    可能としたことを特徴とする超音波モータ。
  2. 【請求項2】 請求項1のステータとは別に、径方向に
    内周から外周へ向けて弾性体、極板、圧電体、極板の順
    に円環状に配したステータを用い、前記弾性体内周表面
    において進行波の発生を可能とした超音波モータ。
  3. 【請求項3】 請求項1または請求項2において、ロー
    タを構成する部材のうち進行波発生面と接触する部位を
    持つ部材の一部の剛性を同部材の他の部分の剛性よりも
    低くし、同部材の外部から加えられる力により前記剛性
    の低い部分に弾性変形を発生させてロータとステータの
    進行波発生面との接触面の密着性を維持させた超音波モ
    ータ。
  4. 【請求項4】 請求項3において、部材の一部の剛性を
    同部材の他の部分の剛性より低くする部分を他の部位と
    の固定面にも設けた超音波モータ。
JP4089353A 1992-03-16 1992-03-16 超音波モータ Withdrawn JPH05268779A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1032056A2 (en) * 1999-02-26 2000-08-30 Honda Electronics Co., Ltd. Ultrasonic driving motor
US7687973B2 (en) 2007-06-04 2010-03-30 Konica Minolta Opto, Inc. Friction drive actuator and hard disk device using such actuator
FR2981205A1 (fr) * 2011-10-11 2013-04-12 Faurecia Sieges Automobile Actionneur piezoelectrique

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Legal Events

Date Code Title Description
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 19990518