JPH07222468A - 超音波モータ - Google Patents
超音波モータInfo
- Publication number
- JPH07222468A JPH07222468A JP6031003A JP3100394A JPH07222468A JP H07222468 A JPH07222468 A JP H07222468A JP 6031003 A JP6031003 A JP 6031003A JP 3100394 A JP3100394 A JP 3100394A JP H07222468 A JPH07222468 A JP H07222468A
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- JP
- Japan
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- dynamic vibration
- ultrasonic motor
- vibration
- elastic body
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- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 異音の発生を防止するとともに高出力化を図
った超音波モータを提供する。 【構成】 動吸振器２１は、リング状振動体１５の外周
に圧入して片持ち状とした支持杆２２からなるばね系
と、該支持杆２２の自由端に固定される円盤状のダンパ
２３からなる質量系で構成される。動吸振器２１は中心
角度θ置きにリング状振動体１５の外周に設けられる。
中心角度θで隣り合う動吸振器２１どうしの間隔は、異
音の原因となるリング状振動体１５の振動モードの隣り
合う腹の間隔に相当する間隔とする。
った超音波モータを提供する。 【構成】 動吸振器２１は、リング状振動体１５の外周
に圧入して片持ち状とした支持杆２２からなるばね系
と、該支持杆２２の自由端に固定される円盤状のダンパ
２３からなる質量系で構成される。動吸振器２１は中心
角度θ置きにリング状振動体１５の外周に設けられる。
中心角度θで隣り合う動吸振器２１どうしの間隔は、異
音の原因となるリング状振動体１５の振動モードの隣り
合う腹の間隔に相当する間隔とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は超音波モータに関するも
のである。
のである。
【０００２】
【従来の技術】超音波モータを高出力で駆動すると、異
音が発生しモータ効率が低下する。このため、特開平３
−２３０７７２号公報に開示された超音波モータにおい
ては、駆動モードの次数よりも１つ下の次数のモードを
強制的に発生させるようにし、当該次数における双方の
定在波間に固有振動差を設ける動剛性不均一部により、
いわゆる鳴きと称せられる異音の原因となる不要な次数
の振動モードの発生を防止している。しかしながら、上
記動剛性不均一部は、弾性体のロータ摺動部に深さの異
なるスリットを、異音の原因となる不要な次数の振動モ
ードの発生を阻止する部位に形成したものである。従っ
て、弾性体の基本振動モードに対する剛性は低くなって
いないため、振動効率（振幅／入力電力）即ちモータ効
率が低いという問題点があった。
音が発生しモータ効率が低下する。このため、特開平３
−２３０７７２号公報に開示された超音波モータにおい
ては、駆動モードの次数よりも１つ下の次数のモードを
強制的に発生させるようにし、当該次数における双方の
定在波間に固有振動差を設ける動剛性不均一部により、
いわゆる鳴きと称せられる異音の原因となる不要な次数
の振動モードの発生を防止している。しかしながら、上
記動剛性不均一部は、弾性体のロータ摺動部に深さの異
なるスリットを、異音の原因となる不要な次数の振動モ
ードの発生を阻止する部位に形成したものである。従っ
て、弾性体の基本振動モードに対する剛性は低くなって
いないため、振動効率（振幅／入力電力）即ちモータ効
率が低いという問題点があった。
【０００３】また、特開平３−１５９５８３号に開示さ
れる超音波モータは、圧電体の一部から駆動状態をモニ
タする信号や波形のみだれを検出して異音の発生を防止
する制御を行っている。しかしながら、この制御は駆動
周波数を共振点に近づけないようにするもので、必ずし
も超音波モータが高出力化されるものではない。
れる超音波モータは、圧電体の一部から駆動状態をモニ
タする信号や波形のみだれを検出して異音の発生を防止
する制御を行っている。しかしながら、この制御は駆動
周波数を共振点に近づけないようにするもので、必ずし
も超音波モータが高出力化されるものではない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】超音波モータの異音
は、駆動周波数の共振点より１つ下の振動モードが励起
され、この２つの周波数の差△ｆがうなりの周波数とし
て、可聴周波数域に存在することにより感得される。ま
た、上記異音は周波数の差△ｆの分調波が、可聴周波数
域に存在する場合も感得される。図１０は、正常回転時
の超音波モータの音のスペクトル図であり、駆動周波数
（ａ）より１つ下の振動モード（ｂ）は、可聴周波数域
に存在しない。これに対して、異音発生時では図１１の
超音波モータの音のスペクトル図に示すように、駆動周
波数（ｃ）より１つ下の振動モード（ｄ）との周波数差
△ｆの周波数及び該周波数の分調波（ｅ）が、いずれも
可聴周波数域に存在する。従って、超音波モータの異音
の発生を防止するには、駆動周波数より１つ下の振動モ
ードが発生しないようにすればよい。本発明は上記に鑑
みてなされたもので、異音の発生を防止するとともに高
出力化を図った超音波モータを提供することを目的とす
るものである。
は、駆動周波数の共振点より１つ下の振動モードが励起
され、この２つの周波数の差△ｆがうなりの周波数とし
て、可聴周波数域に存在することにより感得される。ま
た、上記異音は周波数の差△ｆの分調波が、可聴周波数
域に存在する場合も感得される。図１０は、正常回転時
の超音波モータの音のスペクトル図であり、駆動周波数
（ａ）より１つ下の振動モード（ｂ）は、可聴周波数域
に存在しない。これに対して、異音発生時では図１１の
超音波モータの音のスペクトル図に示すように、駆動周
波数（ｃ）より１つ下の振動モード（ｄ）との周波数差
△ｆの周波数及び該周波数の分調波（ｅ）が、いずれも
可聴周波数域に存在する。従って、超音波モータの異音
の発生を防止するには、駆動周波数より１つ下の振動モ
ードが発生しないようにすればよい。本発明は上記に鑑
みてなされたもので、異音の発生を防止するとともに高
出力化を図った超音波モータを提供することを目的とす
るものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め本発明の超音波モータは、圧電素子に交流電界を印加
して、該圧電素子に固着した弾性体に位相の異なる複数
の定在波を励起するとともに、該定在波を合成すること
により進行波を形成し、前記弾性体に圧接した被駆動部
材を摩擦力により一方向へ移動させる超音波モータにお
いて、前記弾性体にばね系と質量系とからなる動吸振器
を設けたことを特徴とする。
め本発明の超音波モータは、圧電素子に交流電界を印加
して、該圧電素子に固着した弾性体に位相の異なる複数
の定在波を励起するとともに、該定在波を合成すること
により進行波を形成し、前記弾性体に圧接した被駆動部
材を摩擦力により一方向へ移動させる超音波モータにお
いて、前記弾性体にばね系と質量系とからなる動吸振器
を設けたことを特徴とする。
【０００７】
【作用及び発明の効果】上記構成の超音波モータは、弾
性体に設けたばね系と質量系とからなる動吸振器によ
り、駆動モード以外の異音発生の原因となる振動モード
を吸収する。従って、高出力で駆動しても異音が発生す
ることがなく、モータ効率の高い超音波モータを提供で
きる効果がある。
性体に設けたばね系と質量系とからなる動吸振器によ
り、駆動モード以外の異音発生の原因となる振動モード
を吸収する。従って、高出力で駆動しても異音が発生す
ることがなく、モータ効率の高い超音波モータを提供で
きる効果がある。
【０００８】請求項２に記載するように、前記弾性体の
基本振動モードの定在波の隣り合う腹の間隔に相当する
距離を置いて前記動吸振器を配置することにより、異音
の発生の原因となる振動モードを効果的に吸収できる。
請求項３に記載するように、前記動吸振器のばね系と質
量系との間に制振要素を介在させたことにより、異音発
生の原因となる振動モードを吸収する吸振効果を高める
ことができる。
基本振動モードの定在波の隣り合う腹の間隔に相当する
距離を置いて前記動吸振器を配置することにより、異音
の発生の原因となる振動モードを効果的に吸収できる。
請求項３に記載するように、前記動吸振器のばね系と質
量系との間に制振要素を介在させたことにより、異音発
生の原因となる振動モードを吸収する吸振効果を高める
ことができる。
【０００９】また、請求項４に記載するように、前記動
吸振器のばね系を複数の板ばねにより形成することによ
り、異音の発生の原因となる振動モードを吸収するため
の、好適なばね系のばね定数に調整することができる。
吸振器のばね系を複数の板ばねにより形成することによ
り、異音の発生の原因となる振動モードを吸収するため
の、好適なばね系のばね定数に調整することができる。
【００１０】さらに、請求項５に記載するように、前記
動吸振器のばね系を前記弾性体に一体形成することによ
り、動吸振器を設けた超音波モータを容易に製作でき
る。
動吸振器のばね系を前記弾性体に一体形成することによ
り、動吸振器を設けた超音波モータを容易に製作でき
る。
【００１１】
【実施例】本発明の実施例を図面を参照して以下に説明
する。図１は本発明に係る円環形超音波モータ１１の断
面図である。ロータ１は肉薄円盤２の外周端部の下面に
断面矩形のリング状突部３を一体形成するとともに、上
面にも同様に断面矩形のリング状突部４を一体形成す
る。前記肉薄円盤２の中心部には挿嵌孔５を形成し、円
環形超音波モータ１１のケーシング１２に回転自在に支
持されたロータ軸１３に挿嵌する。
する。図１は本発明に係る円環形超音波モータ１１の断
面図である。ロータ１は肉薄円盤２の外周端部の下面に
断面矩形のリング状突部３を一体形成するとともに、上
面にも同様に断面矩形のリング状突部４を一体形成す
る。前記肉薄円盤２の中心部には挿嵌孔５を形成し、円
環形超音波モータ１１のケーシング１２に回転自在に支
持されたロータ軸１３に挿嵌する。
【００１２】前記ケーシング１２には弾性体であるステ
ータ１４を固定する。該ステータ１４の外周部のリング
状振動体１５の上面には、所定の中心角度置きにスリッ
ト１６を設けて櫛歯状振動部１７を形成する。リング状
振動体１５の下面には、圧電素子である圧電セラミック
ス１８を接着剤により固着する。また、リング状振動体
１５の外周には、後述する動吸振器２１が設けられる。
そして、前記ロータ軸１３に挿嵌したばね押え板１９と
ロータ１とに付装した皿ばね２０により、ステータ１４
の櫛歯状振動部１７の上面にロータ１のリング状突部３
を圧接する。
ータ１４を固定する。該ステータ１４の外周部のリング
状振動体１５の上面には、所定の中心角度置きにスリッ
ト１６を設けて櫛歯状振動部１７を形成する。リング状
振動体１５の下面には、圧電素子である圧電セラミック
ス１８を接着剤により固着する。また、リング状振動体
１５の外周には、後述する動吸振器２１が設けられる。
そして、前記ロータ軸１３に挿嵌したばね押え板１９と
ロータ１とに付装した皿ばね２０により、ステータ１４
の櫛歯状振動部１７の上面にロータ１のリング状突部３
を圧接する。
【００１３】図２及び図３に示すように前記動吸振器２
１は、リング状振動体１５の外周に圧入して片持ち状と
した支持杆２２からなるばね系と、該支持杆２２の自由
端に固定される円盤状のダンパ２３からなる質量系で構
成される。そして、動吸振器２１は中心角度θ置きにリ
ング状振動体１５の外周に設けられる。中心角度θで隣
り合う動吸振器２１どうしの間隔は、図４に示すように
異音の原因となるリング状振動体１５の振動モードの隣
り合う腹の間隔に相当する間隔とする。
１は、リング状振動体１５の外周に圧入して片持ち状と
した支持杆２２からなるばね系と、該支持杆２２の自由
端に固定される円盤状のダンパ２３からなる質量系で構
成される。そして、動吸振器２１は中心角度θ置きにリ
ング状振動体１５の外周に設けられる。中心角度θで隣
り合う動吸振器２１どうしの間隔は、図４に示すように
異音の原因となるリング状振動体１５の振動モードの隣
り合う腹の間隔に相当する間隔とする。
【００１４】上記した構成の円環形超音波モータ１１
は、既に周知のように圧電セラミックス２１に高周波電
圧を印加すると、ステータ１４のリング状振動体１５に
撓み振動が励振され、櫛歯状振動部１７に位相の異なる
複数の定在波が励起され、該各定在波を合成することに
より円周方向の進行波が生じる。この進行波は、前記櫛
歯状振動部１７の表面上の質点に、進行波の進行方向と
は逆回りの楕円運動を生じさせる。この楕円運動による
摩擦力により、櫛歯状振動部１７の上面に圧接されるロ
ータ１のリング状突部３は、櫛歯状振動部１７の上面を
摺接して進行波の進行方向とは逆方向に回転する。
は、既に周知のように圧電セラミックス２１に高周波電
圧を印加すると、ステータ１４のリング状振動体１５に
撓み振動が励振され、櫛歯状振動部１７に位相の異なる
複数の定在波が励起され、該各定在波を合成することに
より円周方向の進行波が生じる。この進行波は、前記櫛
歯状振動部１７の表面上の質点に、進行波の進行方向と
は逆回りの楕円運動を生じさせる。この楕円運動による
摩擦力により、櫛歯状振動部１７の上面に圧接されるロ
ータ１のリング状突部３は、櫛歯状振動部１７の上面を
摺接して進行波の進行方向とは逆方向に回転する。
【００１５】また、図５の２自由度系の振動モデルで示
すように、主振動系に対する外力の角振動数ωと、副振
動系の固有角振動数ωn＝√（ｋ／ｍ）が等しければ、
主振動系の変位ｘ1は０となる。前記動吸振器２１はこ
の振動工学上周知の原理を用いたもので、主振動系はリ
ング状振動体１５に相当し、副振動系は動吸振器２１に
相当する。
すように、主振動系に対する外力の角振動数ωと、副振
動系の固有角振動数ωn＝√（ｋ／ｍ）が等しければ、
主振動系の変位ｘ1は０となる。前記動吸振器２１はこ
の振動工学上周知の原理を用いたもので、主振動系はリ
ング状振動体１５に相当し、副振動系は動吸振器２１に
相当する。
【００１６】従って、動吸振器２１のばね系である支持
杆２２のばね定数ｋと、質量系であるダンパ２３の質量
ｍを調整することにより、動吸振器２１の固有角振動数
ωnを、超音波モータ１１の駆動周波数の共振点より１
つ下の振動モードの周波数と等しくすることができると
ともに、異音発生の原因となるリング状振動体１５の振
動モードの隣り合う腹の間隔に相当する角間隔θで動吸
振器２１を配置したから、この振動モードが吸収され異
音の発生を防止できる。さらに、不要な異音発生の原因
となる振動モードが吸収されるため、より一層共振点に
近づけたモータ駆動が可能となってモータ効率を向上で
き、高出力化を図ることができる。
杆２２のばね定数ｋと、質量系であるダンパ２３の質量
ｍを調整することにより、動吸振器２１の固有角振動数
ωnを、超音波モータ１１の駆動周波数の共振点より１
つ下の振動モードの周波数と等しくすることができると
ともに、異音発生の原因となるリング状振動体１５の振
動モードの隣り合う腹の間隔に相当する角間隔θで動吸
振器２１を配置したから、この振動モードが吸収され異
音の発生を防止できる。さらに、不要な異音発生の原因
となる振動モードが吸収されるため、より一層共振点に
近づけたモータ駆動が可能となってモータ効率を向上で
き、高出力化を図ることができる。
【００１７】その他、動吸振器２１を設けた利点として
は、 （１）動吸振器２１をリング状振動体１５の外周に配置
したから、吸振効果が大きくなる。 （２）動吸振器２１は異音発生の原因となる振動モード
によっては、リング状振動体１５の外周の全域に亙って
設けることもでき、動吸振器２１の配置位置や個数によ
り、前記振動モードの減衰の度合いを調整できる。 （３）リング状振動体１５の形状、基本振動モードの周
波数によっては、複数の共振点が励起される場合もある
が、この現象に対しても有効に対処できる。 （４）動吸振器２１からのフィードバック信号により、
駆動周波数を最適に制御することもできる。 等が挙げられる。
は、 （１）動吸振器２１をリング状振動体１５の外周に配置
したから、吸振効果が大きくなる。 （２）動吸振器２１は異音発生の原因となる振動モード
によっては、リング状振動体１５の外周の全域に亙って
設けることもでき、動吸振器２１の配置位置や個数によ
り、前記振動モードの減衰の度合いを調整できる。 （３）リング状振動体１５の形状、基本振動モードの周
波数によっては、複数の共振点が励起される場合もある
が、この現象に対しても有効に対処できる。 （４）動吸振器２１からのフィードバック信号により、
駆動周波数を最適に制御することもできる。 等が挙げられる。
【００１８】図６から図９は動吸振器の他の実施例を示
したものである。図６に示す動吸振器３１は、２枚の板
ばね３２，３２の基端部をリング状振動体１５の外周に
圧入してばね系を構成し、自由端に質量系となる矩形状
のダンパ３３を固着したものである。ばね系を２枚の板
ばね３２，３２により構成したことにより、剛性調整が
容易に可能となる。
したものである。図６に示す動吸振器３１は、２枚の板
ばね３２，３２の基端部をリング状振動体１５の外周に
圧入してばね系を構成し、自由端に質量系となる矩形状
のダンパ３３を固着したものである。ばね系を２枚の板
ばね３２，３２により構成したことにより、剛性調整が
容易に可能となる。
【００１９】図７に示す動吸振器４１は、２枚の板ばね
４２，４２の基端部をリング状振動体１５の外周に圧入
してばね系を構成し、自由端に質量系となる矩形状のダ
ンパ４３を固着するとともに、ダンパ４３内に制振要素
４４例えばゴムや高粘性の液体又はシリコーン油等を封
入したものである。これにより、吸振効果をより一層高
めることができる。
４２，４２の基端部をリング状振動体１５の外周に圧入
してばね系を構成し、自由端に質量系となる矩形状のダ
ンパ４３を固着するとともに、ダンパ４３内に制振要素
４４例えばゴムや高粘性の液体又はシリコーン油等を封
入したものである。これにより、吸振効果をより一層高
めることができる。
【００２０】図８に示す動吸振器５１は、リング状振動
体１５の内側に２枚の板ばね５２，５２の基端部をネジ
５４により固定し、その自由端にダンパ５３を固着した
ものである。動吸振器５１の個数や配置位置の調整が容
易になる。尚、上記各実施例の動吸振器は、リング状振
動体１５に個々に取付るようにしたが、リング状振動体
１５とは別体のリング状の取り付け用部材を設けて固定
するようにしてもよい。
体１５の内側に２枚の板ばね５２，５２の基端部をネジ
５４により固定し、その自由端にダンパ５３を固着した
ものである。動吸振器５１の個数や配置位置の調整が容
易になる。尚、上記各実施例の動吸振器は、リング状振
動体１５に個々に取付るようにしたが、リング状振動体
１５とは別体のリング状の取り付け用部材を設けて固定
するようにしてもよい。
【００２１】図９に示す動吸振器６１は、リング状振動
体１５の外周にばね系なす支持杆６２を一体形成したも
ので、その支持杆６２の突出端にダンパ６３を固着した
ものである。これにより、動吸振器を構成する部品点数
を低減でき、動吸振器を設けた超音波モータを容易かつ
安価に製作できる。尚、上記図６〜図９に示した各動吸
振器も中心角度θで配置し、隣り合う動吸振器どうしの
間隔を、図４に示すように異音の原因となるリング状振
動体１５の振動モードの隣り合う腹の間隔に相当する間
隔とする。
体１５の外周にばね系なす支持杆６２を一体形成したも
ので、その支持杆６２の突出端にダンパ６３を固着した
ものである。これにより、動吸振器を構成する部品点数
を低減でき、動吸振器を設けた超音波モータを容易かつ
安価に製作できる。尚、上記図６〜図９に示した各動吸
振器も中心角度θで配置し、隣り合う動吸振器どうしの
間隔を、図４に示すように異音の原因となるリング状振
動体１５の振動モードの隣り合う腹の間隔に相当する間
隔とする。
【図１】本発明に係る超音波モータの断面図である。
【図２】リング状振動体の一部の拡大断面図である。
【図３】動吸振器の配置状態を示したリング状振動体の
一部の拡大平面図である。
一部の拡大平面図である。
【図４】基本振動モードの定在波の腹を示した説明図で
ある。
ある。
【図５】２自由度系の振動モデルを示した説明図であ
る。
る。
【図６】動吸振器の他の実施例を示した断面図である。
【図７】動吸振器の他の実施例を示した断面図である。
【図８】動吸振器の他の実施例を示した断面図である。
【図９】動吸振器の他の実施例を示した断面図である。
【図１０】正常回転時の音のスペクトル図である。
【図１１】異音発生時の音のスペクトル図である。
１ ロータ １１ 円環形超音波モータ １４ ステータ（弾性体） １８ 圧電セラモックス（圧電素子） ２１，３１，４１，５１，６１ 動吸振器 ２２，６２ 支持杆 ２３，３３，４３，５３，６３ ダンパ ３２，４２，５２ 板ばね ４４ 制振要素
Claims (5)
- 【請求項１】 圧電素子に交流電界を印加して、該圧電
素子に固着した弾性体に位相の異なる複数の定在波を励
起するとともに、該定在波を合成することにより進行波
を形成し、前記弾性体に圧接した被駆動部材を摩擦力に
より一方向へ移動させる超音波モータにおいて、 前記弾性体にばね系と質量系とからなる動吸振器を設け
たことを特徴とする超音波モータ。 - 【請求項２】 前記弾性体の基本振動モードの定在波の
隣り合う腹の間隔に相当する距離を置いて前記動吸振器
を配置したことを特徴とする請求項１記載の超音波モー
タ。 - 【請求項３】 前記動吸振器のばね系と質量系との間に
制振要素を介在させたことを特徴とする請求項１又は請
求項２のいずれか１に記載の超音波モータ。 - 【請求項４】 前記動吸振器のばね系を複数の板ばねに
より形成したことを特徴とする請求項１、請求項２又は
請求項３のいずれか１に記載の超音波モータ。 - 【請求項５】 前記動吸振器のばね系を前記弾性体に一
体形成したことを特徴とする請求項１、請求項２又は請
求項３のいずれか１に記載の超音波モータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6031003A JPH07222468A (ja) | 1994-02-01 | 1994-02-01 | 超音波モータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6031003A JPH07222468A (ja) | 1994-02-01 | 1994-02-01 | 超音波モータ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07222468A true JPH07222468A (ja) | 1995-08-18 |
Family
ID=12319402
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6031003A Pending JPH07222468A (ja) | 1994-02-01 | 1994-02-01 | 超音波モータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07222468A (ja) |
-
1994
- 1994-02-01 JP JP6031003A patent/JPH07222468A/ja active Pending
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