JPH053688A - 超音波モータ - Google Patents
超音波モータInfo
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- JPH053688A JPH053688A JP3177383A JP17738391A JPH053688A JP H053688 A JPH053688 A JP H053688A JP 3177383 A JP3177383 A JP 3177383A JP 17738391 A JP17738391 A JP 17738391A JP H053688 A JPH053688 A JP H053688A
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- 238000005452 bending Methods 0.000 claims description 10
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 abstract description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/10—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
- H02N2/103—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors by pressing one or more vibrators against the rotor
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/20—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators
- H10N30/202—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators using longitudinal or thickness displacement combined with bending, shear or torsion displacement
- H10N30/2023—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators using longitudinal or thickness displacement combined with bending, shear or torsion displacement having polygonal or rectangular shape
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 周囲温度の変化等によって駆動回路の周波数
が変動した場合でも、超音波モータを比較的安定に動作
できるようにする。 【構成】 圧電振動子１の両端を回転軸の外周面に接触
させる。圧電振動子１には４つの電極１５ａ，１５ａ，
１５ｂ，１５ｂを設け、交流電源１６，１７によって構
成される。対角に接続された電極のうち一方の電極１５
ｂには１６ｋによってＶｏｓｉｎｃｕｔの電圧が、１５
ａには交流電源１７によってＶｏｃｏｓｃｕｔの電圧が
印加される。
が変動した場合でも、超音波モータを比較的安定に動作
できるようにする。 【構成】 圧電振動子１の両端を回転軸の外周面に接触
させる。圧電振動子１には４つの電極１５ａ，１５ａ，
１５ｂ，１５ｂを設け、交流電源１６，１７によって構
成される。対角に接続された電極のうち一方の電極１５
ｂには１６ｋによってＶｏｓｉｎｃｕｔの電圧が、１５
ａには交流電源１７によってＶｏｃｏｓｃｕｔの電圧が
印加される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、圧電振動子の機械的共
振を利用してロータや回転軸等を駆動するようにした超
音波モータに関する。
振を利用してロータや回転軸等を駆動するようにした超
音波モータに関する。
【０００２】
【従来の技術】本発明の発明者は、本発明に先立ち、超
音波モータを用いた紙やカード等の送り装置について出
願している。この超音波モータにおいては、駆動源の圧
電振動子として、長手縦振動と偶数次の面内屈曲振動を
行う矩形状の多重モード振動子を用いており、両振動の
共振周波数が一致するよう設計されている。
音波モータを用いた紙やカード等の送り装置について出
願している。この超音波モータにおいては、駆動源の圧
電振動子として、長手縦振動と偶数次の面内屈曲振動を
行う矩形状の多重モード振動子を用いており、両振動の
共振周波数が一致するよう設計されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、長手縦
振動の共振周波数と偶数次の面内屈曲振動の共振周波数
とが等しい多重モード振動子では、共振周波数のＱ値が
高いため、超音波モータを駆動できる周波数の範囲が非
常に狭くなり、周囲温度の変化等が原因で駆動回路の発
振周波数が変動した場合、超音波モータが回転しなくな
る恐れがあった。
振動の共振周波数と偶数次の面内屈曲振動の共振周波数
とが等しい多重モード振動子では、共振周波数のＱ値が
高いため、超音波モータを駆動できる周波数の範囲が非
常に狭くなり、周囲温度の変化等が原因で駆動回路の発
振周波数が変動した場合、超音波モータが回転しなくな
る恐れがあった。
【０００４】本発明は、叙上の先願技術に鑑みてなされ
たものであり、その目的とするところは、周囲温度の変
化等によって駆動回路の周波数が変動した場合でも、比
較的安定に動作できる超音波モータを提供することにあ
る。
たものであり、その目的とするところは、周囲温度の変
化等によって駆動回路の周波数が変動した場合でも、比
較的安定に動作できる超音波モータを提供することにあ
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の超音波モータ
は、圧電振動子を振動させることによってロータや回転
軸等の被駆動部を駆動させるようにした超音波モータに
おいて、前記圧電振動子として、共振周波数の若干異な
る縦振動と屈曲振動とによる多重モード振動子を用いた
ことを特徴としている。
は、圧電振動子を振動させることによってロータや回転
軸等の被駆動部を駆動させるようにした超音波モータに
おいて、前記圧電振動子として、共振周波数の若干異な
る縦振動と屈曲振動とによる多重モード振動子を用いた
ことを特徴としている。
【０００６】
【作用】本発明にあっては、多重モード圧電振動子の縦
振動の共振周波数と屈曲振動の共振周波数とを若干異な
らせたので、超音波モータが動作する駆動周波数の範囲
が広くなる。
振動の共振周波数と屈曲振動の共振周波数とを若干異な
らせたので、超音波モータが動作する駆動周波数の範囲
が広くなる。
【０００７】このため、周囲温度の変化等によって駆動
回路の周波数が変動した場合でも、超音波モータを安定
して駆動できるようになる。
回路の周波数が変動した場合でも、超音波モータを安定
して駆動できるようになる。
【０００８】
【実施例】図１及び図２は、本発明の一実施例による超
音波モータＢを示す正面図及び平面図であって、カード
や紙等の紙葉類を送る送り装置Ａとして用いられてい
る。
音波モータＢを示す正面図及び平面図であって、カード
や紙等の紙葉類を送る送り装置Ａとして用いられてい
る。
【０００９】超音波モータＢは、多重モードの圧電振動
子１、一対の回転軸１８，１９から構成されており、圧
電振動子１は中央部の振動の節の部分を固定子（図示せ
ず）によって支持され、両端を回転軸１８，１９の端部
外周面に加圧接触させられている。また、回転軸１８，
１９は、軸受部（図示せず）によって回転自在に支持さ
れており、中央部外周面にはゴムローラ２０，２１が設
けられている。
子１、一対の回転軸１８，１９から構成されており、圧
電振動子１は中央部の振動の節の部分を固定子（図示せ
ず）によって支持され、両端を回転軸１８，１９の端部
外周面に加圧接触させられている。また、回転軸１８，
１９は、軸受部（図示せず）によって回転自在に支持さ
れており、中央部外周面にはゴムローラ２０，２１が設
けられている。
【００１０】しかして、この圧電振動子１は駆動回路に
よって駆動されると、両端の接触点Ｕ及びＴが楕円振動
し、圧電振動子１と回転軸１８，１９との摩擦によって
両回転軸１８，１９が同方向に回転する。このとき、送
り装置Ａの下の搬送面にカード２２等が送り込まれる
と、ゴムローラ２０，２１によってカード２２等が搬送
される。
よって駆動されると、両端の接触点Ｕ及びＴが楕円振動
し、圧電振動子１と回転軸１８，１９との摩擦によって
両回転軸１８，１９が同方向に回転する。このとき、送
り装置Ａの下の搬送面にカード２２等が送り込まれる
と、ゴムローラ２０，２１によってカード２２等が搬送
される。
【００１１】つぎに、図３ないし図５に従い、超音波モ
ータＢ（特に、圧電振動子１）の動作及び原理について
詳述しよう。図３に示すように、圧電振動子１は、矩形
板状をした圧電基板１４の一方主面に、該基板１４の主
面を４分割するように４つの電極１５ａ，１５ａ，１５
ｂ，１５ｂを設け、他方主面にアース電極（図示せず）
を設けたものである。これらの電極１５ａ，１５ａ，１
５ｂ，１５ｂは、互いに絶縁された状態で個別に設けら
れた後、互いに対角に位置する各電極１５ａ，１５ａ又
は１５ｂ，１５ｂ同志が相互に電気的に接続されてい
る。超音波モータＢの駆動回路は、２つの交流電圧源１
６，１７によって構成されており、対角に接続された電
極のうち一方の電極１５ｂ，１５ｂには交流電圧源１６
によってＶo sin ωｔの電圧が印加されており、他方の
電極１５ａ，１５ａには交流電圧源１７によってＶo co
s ωｔの電圧が印加されている。
ータＢ（特に、圧電振動子１）の動作及び原理について
詳述しよう。図３に示すように、圧電振動子１は、矩形
板状をした圧電基板１４の一方主面に、該基板１４の主
面を４分割するように４つの電極１５ａ，１５ａ，１５
ｂ，１５ｂを設け、他方主面にアース電極（図示せず）
を設けたものである。これらの電極１５ａ，１５ａ，１
５ｂ，１５ｂは、互いに絶縁された状態で個別に設けら
れた後、互いに対角に位置する各電極１５ａ，１５ａ又
は１５ｂ，１５ｂ同志が相互に電気的に接続されてい
る。超音波モータＢの駆動回路は、２つの交流電圧源１
６，１７によって構成されており、対角に接続された電
極のうち一方の電極１５ｂ，１５ｂには交流電圧源１６
によってＶo sin ωｔの電圧が印加されており、他方の
電極１５ａ，１５ａには交流電圧源１７によってＶo co
s ωｔの電圧が印加されている。
【００１２】このようにして、圧電振動子１の電極１５
ａ，１５ａ，１５ｂ，１５ｂに位相がπ／２ずれた電圧
Ｖo cos ωｔ及びＶo sin ωｔが印加されると、圧電振
動子１には、図５に示すように長手方向に伸縮する長手
縦振動モードの振動と、図４（ａ）（ｂ）に示すように
交互に逆向きのＳ字状に屈曲する偶数次の面内屈曲振動
モードの振動とが発生する。そして、長手縦振動モード
の共振周波数（固有振動数）ｆtと面内屈曲振動モード
の共振周波数ｆpが等しいと、両振動モードが合成され
ることにより、圧電振動子１の長手方向両端における電
極１５ａ，１５ｂ間の境界に相当する点Ｕ及びＴでは、
互いに同方向の楕円振動が発生することになるのであ
る。
ａ，１５ａ，１５ｂ，１５ｂに位相がπ／２ずれた電圧
Ｖo cos ωｔ及びＶo sin ωｔが印加されると、圧電振
動子１には、図５に示すように長手方向に伸縮する長手
縦振動モードの振動と、図４（ａ）（ｂ）に示すように
交互に逆向きのＳ字状に屈曲する偶数次の面内屈曲振動
モードの振動とが発生する。そして、長手縦振動モード
の共振周波数（固有振動数）ｆtと面内屈曲振動モード
の共振周波数ｆpが等しいと、両振動モードが合成され
ることにより、圧電振動子１の長手方向両端における電
極１５ａ，１５ｂ間の境界に相当する点Ｕ及びＴでは、
互いに同方向の楕円振動が発生することになるのであ
る。
【００１３】ここで、先願の超音波モータにおいては、
両振動モードの共振周波数が等しくなる（ｆt＝ｆp）よ
うに設計されており、そのために圧電振動子の短辺の長
さと長辺の長さの比が０．２６：１近くとなっている。
この結果、超音波モータの効率（変換効率）ρを示す曲
線は、図７に示すように、駆動周波数ｆが両振動の共振
周波数ｆt＝ｆpと等しい時にピークを示す。従って、駆
動回路の駆動周波数ｆ＝ω／２πが両振動モードの共振
周波数ｆt＝ｆpとほぼ等しい時には超音波モータが安定
して回転するが、駆動周波数ｆが共振周波数ｆt＝ｆpか
ら外れると急激に効率が低下して超音波モータが停止す
る。
両振動モードの共振周波数が等しくなる（ｆt＝ｆp）よ
うに設計されており、そのために圧電振動子の短辺の長
さと長辺の長さの比が０．２６：１近くとなっている。
この結果、超音波モータの効率（変換効率）ρを示す曲
線は、図７に示すように、駆動周波数ｆが両振動の共振
周波数ｆt＝ｆpと等しい時にピークを示す。従って、駆
動回路の駆動周波数ｆ＝ω／２πが両振動モードの共振
周波数ｆt＝ｆpとほぼ等しい時には超音波モータが安定
して回転するが、駆動周波数ｆが共振周波数ｆt＝ｆpか
ら外れると急激に効率が低下して超音波モータが停止す
る。
【００１４】これに対し、本発明の実施例による超音波
モータＢでは、長手縦振動の共振周波数ｆtと偶数次の
面内屈曲振動の共振周波数ｆpを若干異ならせている。
具体的には、圧電振動子１の短辺の長さと長辺の長さの
比を０．２６：１から外し、例えば０．２８：１や０．
２４：１などの比に設計することにより実現することが
できる。この結果、超音波モータＢの効率は若干低下す
るものの、その効率ρを示す曲線は図６に示すように広
がり、駆動周波数ｆが両共振周波数ｆt及びｆpの間でほ
ぼ一定の効率となり、駆動回路の駆動周波数ｆ＝ω／２
πが両共振周波数ｆt，ｆp間の近傍では超音波モータが
安定して回転する。したがって、本発明によると、周囲
温度の変動等によって駆動周波数ｆが多少変動しても超
音波モータは安定に回転する。
モータＢでは、長手縦振動の共振周波数ｆtと偶数次の
面内屈曲振動の共振周波数ｆpを若干異ならせている。
具体的には、圧電振動子１の短辺の長さと長辺の長さの
比を０．２６：１から外し、例えば０．２８：１や０．
２４：１などの比に設計することにより実現することが
できる。この結果、超音波モータＢの効率は若干低下す
るものの、その効率ρを示す曲線は図６に示すように広
がり、駆動周波数ｆが両共振周波数ｆt及びｆpの間でほ
ぼ一定の効率となり、駆動回路の駆動周波数ｆ＝ω／２
πが両共振周波数ｆt，ｆp間の近傍では超音波モータが
安定して回転する。したがって、本発明によると、周囲
温度の変動等によって駆動周波数ｆが多少変動しても超
音波モータは安定に回転する。
【００１５】
【発明の効果】本発明によれば、超音波モータが動作す
る駆動周波数の範囲を広くすることができるので、周囲
温度の変化等によって駆動回路の周波数が変動した場合
でも、超音波モータの効率が急激に変動したり、超音波
モータが停止したりする恐れが少なくなり、超音波モー
タを安定して駆動できるようになる。
る駆動周波数の範囲を広くすることができるので、周囲
温度の変化等によって駆動回路の周波数が変動した場合
でも、超音波モータの効率が急激に変動したり、超音波
モータが停止したりする恐れが少なくなり、超音波モー
タを安定して駆動できるようになる。
【図１】カード等の送り装置に用いられている本発明の
一実施例による超音波モータを示す正面図である。
一実施例による超音波モータを示す正面図である。
【図２】同上の平面図である。
【図３】同上の超音波モータに用いられている圧電振動
子とその駆動方法を示す説明図である。
子とその駆動方法を示す説明図である。
【図４】（ａ）（ｂ）は同上の圧電振動子における偶数
次の面内屈曲振動モードの振動を示す図である。
次の面内屈曲振動モードの振動を示す図である。
【図５】同上の圧電振動子における長手縦振動モードの
振動を示す図である。
振動を示す図である。
【図６】本発明の実施例による超音波モータにおける駆
動周波数と効率との関係を示す図である。
動周波数と効率との関係を示す図である。
【図７】縦振動の共振周波数と屈曲振動の共振周波数が
等しい多重モード振動子を用いた超音波モータにおける
駆動周波数と効率との関係を示す図である。
等しい多重モード振動子を用いた超音波モータにおける
駆動周波数と効率との関係を示す図である。
１ 圧電振動子 １８ 回転軸 １９ 回転軸 ｆ 駆動周波数 ｆt 長手縦振動の共振周波数 ｆp 偶数次の面内屈曲振動の共振周波数
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】 圧電振動子を振動させることによってロ
ータや回転軸等の被駆動部を駆動させるようにした超音
波モータにおいて、前記圧電振動子として、共振周波数
の若干異なる縦振動と屈曲振動とによる多重モード振動
子を用い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 |
|---|---|---|---|
| JP3177383A JPH053688A (ja) | 1991-06-21 | 1991-06-21 | 超音波モータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3177383A JPH053688A (ja) | 1991-06-21 | 1991-06-21 | 超音波モータ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH053688A true JPH053688A (ja) | 1993-01-08 |
Family
ID=16029984
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3177383A Pending JPH053688A (ja) | 1991-06-21 | 1991-06-21 | 超音波モータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH053688A (ja) |
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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-
1991
- 1991-06-21 JP JP3177383A patent/JPH053688A/ja active Pending
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