JPS6091876A - 超音波モ−タ - Google Patents
超音波モ−タInfo
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- JPS6091876A JPS6091876A JP58197388A JP19738883A JPS6091876A JP S6091876 A JPS6091876 A JP S6091876A JP 58197388 A JP58197388 A JP 58197388A JP 19738883 A JP19738883 A JP 19738883A JP S6091876 A JPS6091876 A JP S6091876A
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- Japan
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- vibrator
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- vibration
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Links
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- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 abstract 2
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- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
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- 229910001369 Brass Inorganic materials 0.000 description 1
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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
- H02N2/02—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
- H02N2/08—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors using travelling waves, i.e. Rayleigh surface waves
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
【発明の詳細な説明】
［発明の技術分野］
本発明は、超音波モータに関し、特に高出方を図った超
音波モータに係わる。
音波モータに係わる。
［発明の技術的背景］
従来から、第１図（ａ）、 （ｂ）に示すような超音波
モータが知られている。この種モータは、圧電振動子２
０と、波動伝播媒体２１と、動体２２とがら構成されて
いる。圧電振動子２ｏは強誘電体、例えばチタン酸バリ
ウムやチタン酸ジルコン酸鉛から成り、高電圧を印加し
て分鴫し、その分極方向に交番電圧を印加すると電歪に
よる振動を生じる。この振動子は、媒体２１の一端に、
その長手方向に隣接配置された各振動子２０ａ、２０ｂ
がら成る。媒体２１は１弾性体であり、かつ電気導体で
ある。超音波信号源２３をリード線２３．２４により振
動子２０ａ、２０ｂに印加すると、例えば一方の振動子
２０ａは媒体の長手方向に伸長するように、他方の振動
子２０ｂは圧縮するよう。
モータが知られている。この種モータは、圧電振動子２
０と、波動伝播媒体２１と、動体２２とがら構成されて
いる。圧電振動子２ｏは強誘電体、例えばチタン酸バリ
ウムやチタン酸ジルコン酸鉛から成り、高電圧を印加し
て分鴫し、その分極方向に交番電圧を印加すると電歪に
よる振動を生じる。この振動子は、媒体２１の一端に、
その長手方向に隣接配置された各振動子２０ａ、２０ｂ
がら成る。媒体２１は１弾性体であり、かつ電気導体で
ある。超音波信号源２３をリード線２３．２４により振
動子２０ａ、２０ｂに印加すると、例えば一方の振動子
２０ａは媒体の長手方向に伸長するように、他方の振動
子２０ｂは圧縮するよう。
に、それぞれ分極方向が異なって設定されているので、
媒体２１は第１図（ｃ）に示す如く加振される。この波
動は、いわば縦波と横波との複合波とも称すべき撓み振
動である。この振動を第４図に示す。振動子２０ａ−ｂ
の長手方向の寸法によって規定される波長λ中の頂点Ｐ
は、第１図（ｄ）に示すように短軸２ｕ、長軸２ｗの楕
円軌跡または円軌跡（ｕ＝ｗ）を描く。媒体２１が動体
２２と接触する頂点Ｐで、波動は方向２６にＶ＝２πｆ
ｕの速度で伝播する。この結果、動体２２は媒体２１と
の摩擦力で波動の進行と逆方向２７に速度■で駆動され
、表面波モータが構成される。なお、振動子に印加する
交番電圧の位相を変更すると、撓み振動の波動は逆方向
になるので、動体の進行方向を変えることができる。こ
の撓み振動は、媒体の変位をＷ、媒体の長手方向の座標
をＸ、時間をｔとするとその波動方程式は、 媒体の断面積、ρは密度、■は断面２次モーメントであ
る。
媒体２１は第１図（ｃ）に示す如く加振される。この波
動は、いわば縦波と横波との複合波とも称すべき撓み振
動である。この振動を第４図に示す。振動子２０ａ−ｂ
の長手方向の寸法によって規定される波長λ中の頂点Ｐ
は、第１図（ｄ）に示すように短軸２ｕ、長軸２ｗの楕
円軌跡または円軌跡（ｕ＝ｗ）を描く。媒体２１が動体
２２と接触する頂点Ｐで、波動は方向２６にＶ＝２πｆ
ｕの速度で伝播する。この結果、動体２２は媒体２１と
の摩擦力で波動の進行と逆方向２７に速度■で駆動され
、表面波モータが構成される。なお、振動子に印加する
交番電圧の位相を変更すると、撓み振動の波動は逆方向
になるので、動体の進行方向を変えることができる。こ
の撓み振動は、媒体の変位をＷ、媒体の長手方向の座標
をＸ、時間をｔとするとその波動方程式は、 媒体の断面積、ρは密度、■は断面２次モーメントであ
る。
上式の一般解を、
ｗ（ｘ、 ｔ） ＝ Ｗ（ｘ）（Ａｇｉｎωｔ＋Ｂｃｏ
ｓωｔ、）とすると、波の伝播速度Ｖ、波長λは。
ｓωｔ、）とすると、波の伝播速度Ｖ、波長λは。
を駆動する接触点は１波長λについて−・点である。
大きな駆動力を得るためには、定まった長さの中に数多
くの接触点が存在すればよい。従って波長λは短い方が
よい。上式から明らかなように、撓み振動では、媒体の
断面積Ａや断面２次モーメン１− Ｉを変えることによ
り、波長λを短かくすることができる。
くの接触点が存在すればよい。従って波長λは短い方が
よい。上式から明らかなように、撓み振動では、媒体の
断面積Ａや断面２次モーメン１− Ｉを変えることによ
り、波長λを短かくすることができる。
第１図に示すモータはリニア型であり、媒体２１の端で
弾性波が反射すると、進行波と反射波が重畳されて定在
波になって、波動は進行せず、動体は左右何れにも駆動
されない。このため、表面波リニアモータは媒体２１の
他端に、振動子２０と同様の構成の振動子２０ ｃ （
２０ｄ、２０ｅ）を設け、弾性波エネルギーを素子Ｒで
吸収する。
弾性波が反射すると、進行波と反射波が重畳されて定在
波になって、波動は進行せず、動体は左右何れにも駆動
されない。このため、表面波リニアモータは媒体２１の
他端に、振動子２０と同様の構成の振動子２０ ｃ （
２０ｄ、２０ｅ）を設け、弾性波エネルギーを素子Ｒで
吸収する。
別法として、リング状に形成された回転型表面波モータ
（第７〜８図）のように媒体を無端形状にするとよい（
特公昭５７−２１９３号、特開昭５４−１６４２０２号
、特開昭５５−１２５０５２号、特開昭５６−１３８４
６９号、特開昭５７−７８３７８号、特開昭５８−９３
４７８号各公報およびＮＩＫＫＥＩ Ｍ、ＥＣＨＡＮＩ
ＣＡＬ １９８３．２．２８、第４４〜４９頁「大トル
クで低速回転する表面波モータ、まず自動焦点カメラで
実用化へ」）。
（第７〜８図）のように媒体を無端形状にするとよい（
特公昭５７−２１９３号、特開昭５４−１６４２０２号
、特開昭５５−１２５０５２号、特開昭５６−１３８４
６９号、特開昭５７−７８３７８号、特開昭５８−９３
４７８号各公報およびＮＩＫＫＥＩ Ｍ、ＥＣＨＡＮＩ
ＣＡＬ １９８３．２．２８、第４４〜４９頁「大トル
クで低速回転する表面波モータ、まず自動焦点カメラで
実用化へ」）。
而して、この種超音波モータは、従来の電磁力を利用し
たモータに比べて低速回転するので、減速機が不要で機
構が簡素化されるという利点がある反面、出力が比較的
小さいという難点がある。
たモータに比べて低速回転するので、減速機が不要で機
構が簡素化されるという利点がある反面、出力が比較的
小さいという難点がある。
このため、前述のように、波長を短かくすることも考え
られるが、媒体の断面積や断面２次モーメントとの相関
により規定されるので、この手法には限界がある。
られるが、媒体の断面積や断面２次モーメントとの相関
により規定されるので、この手法には限界がある。
［発明の目的コ
本発明は成上の従前の難点を解消するためになされたも
ので、超音波モータの駆動力に関与するのは波動伝播媒
体の表面での波動振幅であることに鑑み、該媒体をその
厚さ方向外側に向けて音速の遅い媒質で構成することに
より、駆動力の高い超音波モータを提供せんとするもの
である。
ので、超音波モータの駆動力に関与するのは波動伝播媒
体の表面での波動振幅であることに鑑み、該媒体をその
厚さ方向外側に向けて音速の遅い媒質で構成することに
より、駆動力の高い超音波モータを提供せんとするもの
である。
［発明の好ましい実施例］
以下、本発明の好ましい実施例を図面に沿って詳述する
。
。
第２図において、リニア型超音波モータは、超音波信号
源２３により超音波信号が印加される圧電振動子２０（
２０ａ、２０ｂ）と、振動子によって加振されて撓み振
動を発生する弾性波動伝播媒体２１と、媒体の波動によ
り駆動される動体２２とを備えている。吸収用振動子２
０ ｃ （２０ｄ、２０ｅ）および素子Ｒは第１図の構
成と同一である。
源２３により超音波信号が印加される圧電振動子２０（
２０ａ、２０ｂ）と、振動子によって加振されて撓み振
動を発生する弾性波動伝播媒体２１と、媒体の波動によ
り駆動される動体２２とを備えている。吸収用振動子２
０ ｃ （２０ｄ、２０ｅ）および素子Ｒは第１図の構
成と同一である。
本発明の特徴によれば、媒体２１は、その厚さ方向２８
の外側に向けて音速の遅い媒質２９で構成されている。
の外側に向けて音速の遅い媒質２９で構成されている。
この媒質２９は、媒体２１の厚さ方向２８の面外側に設
けてもよい（第３図）。また、モータは、第２〜３図に
示すリニア型の外、第７〜８図に示す回転型のように、
全体をリング状にし、振動子２０、媒体２１、媒質２９
、動体２２を積層配置してもよい（第９図）。なお、第
２〜３図において、媒質２９を媒体２１の全体に設け、
振動子２０を媒質２９上に配置してもよい。
けてもよい（第３図）。また、モータは、第２〜３図に
示すリニア型の外、第７〜８図に示す回転型のように、
全体をリング状にし、振動子２０、媒体２１、媒質２９
、動体２２を積層配置してもよい（第９図）。なお、第
２〜３図において、媒質２９を媒体２１の全体に設け、
振動子２０を媒質２９上に配置してもよい。
また、第２〜３図、第９図の実施例において媒質２９は
媒体２１に接合した構造であるが、両者を一体とし、媒
体２１の中心部からその厚さ方向外側に向けて漸進的に
音速の遅くなる媒質により構成することもできる。さら
に、一般に、音速の遅い媒質は軟質の弾性体となるので
、その媒質の外面には動体２２に線接触する耐摩耗性被
覆を成膜してもよい。また、以上の実施例では振動子と
して圧電トランスジューサを用いたが、磁歪トランスジ
ューサを用いることもできる。
媒体２１に接合した構造であるが、両者を一体とし、媒
体２１の中心部からその厚さ方向外側に向けて漸進的に
音速の遅くなる媒質により構成することもできる。さら
に、一般に、音速の遅い媒質は軟質の弾性体となるので
、その媒質の外面には動体２２に線接触する耐摩耗性被
覆を成膜してもよい。また、以上の実施例では振動子と
して圧電トランスジューサを用いたが、磁歪トランスジ
ューサを用いることもできる。
第１図、第７〜８図にそれぞれ示す従来のリニア型およ
び回転型モータでは、既述のとおり、波動は伝播媒体２
１中を厚み方向に関して一様に伝播する（第４図）。本
発明では、伝播媒体２１の厚み方向の片側または両側に
向けて音速の遅い媒体２９を段階的に或いは連続的に設
けたがら、伝播波動は音速の遅い媒質に偏倚し、媒質を
媒体の片側に設けたときは第５図、両側に設けたときは
第６図のように伝播する。このことは、媒体表面での波
動振幅が、第４図に示す従来例に比較して、大きくなっ
たことを表わしている。このことは、モータの出力を増
大させる好ましい原因となる。
び回転型モータでは、既述のとおり、波動は伝播媒体２
１中を厚み方向に関して一様に伝播する（第４図）。本
発明では、伝播媒体２１の厚み方向の片側または両側に
向けて音速の遅い媒体２９を段階的に或いは連続的に設
けたがら、伝播波動は音速の遅い媒質に偏倚し、媒質を
媒体の片側に設けたときは第５図、両側に設けたときは
第６図のように伝播する。このことは、媒体表面での波
動振幅が、第４図に示す従来例に比較して、大きくなっ
たことを表わしている。このことは、モータの出力を増
大させる好ましい原因となる。
けだし、モータの出力に関与するのは媒体表面での波動
振幅であって、媒体の内部での波動振幅が大きいことは
不必要だからである。
振幅であって、媒体の内部での波動振幅が大きいことは
不必要だからである。
次のような実験を行なった。
従来例として第８図、本発明の実施例として第９図に夫
々示す回転型モータを構成した。媒体２１には縦波の音
速約３ 、９ ｋ＋ｏ／ ｓｅｅの銅を、媒質２９には
縦波の音速約３ 、４ ｋｍ／ ｓｅｃの黄銅を夫々用
い、圧電振動子２０ａ、２０ｂには交番信号源２３から
２４３）１ｚの超音波を印加した。
々示す回転型モータを構成した。媒体２１には縦波の音
速約３ 、９ ｋ＋ｏ／ ｓｅｅの銅を、媒質２９には
縦波の音速約３ 、４ ｋｍ／ ｓｅｃの黄銅を夫々用
い、圧電振動子２０ａ、２０ｂには交番信号源２３から
２４３）１ｚの超音波を印加した。
印加電圧Ｖｐｐ（ピークピーク）を変えて回転数−トル
ク特性を測定したところ第１０図の垂下特性結果が得ら
れた。同図から明白なように、本発明の実施例によれば
、大幅なトルクの増大が認められた。
ク特性を測定したところ第１０図の垂下特性結果が得ら
れた。同図から明白なように、本発明の実施例によれば
、大幅なトルクの増大が認められた。
［発明の効果］
本発明によれば、波動伝播媒体の厚さ方向外側に向けて
音速の遅い媒質を配設したことにより。
音速の遅い媒質を配設したことにより。
弾性波動エネルギーは該媒質に集中し、その結果。
表面での波動振幅が太き（なるので大きな駆動出力が得
られる。
られる。
第１図（ａ）、（ｂ）はそれぞれ従来のリニア型超音波
モータの平面図、側面図、 第１図（ｂ）、 （ｃ）は第１図（ａ）、（ｂ）に示す
モータの波動伝播媒体における波動の説明図、第２〜３
図は本発明の実施例によるリニア型超音波モータの側面
図、 第４図は第１図（ａ）、（ｂ）に示すモータの波動伝播
媒体の撓み振動を示す図。 第５〜６図は本発明の実施例による超音波モータの波動
伝播媒体の撓み振動を示す図、第７〜８図はそれぞれ従
来の回転型超音波モータの平面図、側面図、 第９図は本発明の他の実施例による回転型超音波モータ
の側面図、 第１０図は第８図に示す従来例および第９図に示す本発
明の実施例における回転数−トルク特性曲線を示す。 ２．０（２０ａ、２０ｂ）・・・・・・・・・・振動子
２１ ・・・・・・・・・・波動伝播媒体２２ ・・・
・・・・・・・動体 ２９ ・・・・・・・・・・媒質 第４図 ２１ 第５図 ９ ど１ 第６図 ｑ 第７図 第８図 手続補正指令書） ■、事件の表示 特願昭５８−１９７３８８号 ２、発明の名称 超音波モータ ３、補正をする者 事件との関係 特許出願人 （２２５）昭和電線電纜株式会社 ４、代理人〒１０３ 東京都中央区日本橋本町３−９−５ ５、手続補正指令書の日付 、− ６、補正の対象 明細書の図面の簡単な説明の欄 ７、補正の内容 明細書第９頁第２行の「第１図（ｂ）、（Ｃ）」を「第
１図（Ｃ）、（ｄ）」と補止する。 手続補正書（自発） ■、事件の表示 特願昭５８−１９７３８８号 ２、発明の名称 超音波モータ ３、補正をする者 事件との関係 特許出願人 （２２５）昭和電線電檻株式会社 ４、代理人〒１０３ 東京都中央区日本橋本町３−９−５ ５５補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄 ６、補正の内容 明細書第３頁第１４行の式
モータの平面図、側面図、 第１図（ｂ）、 （ｃ）は第１図（ａ）、（ｂ）に示す
モータの波動伝播媒体における波動の説明図、第２〜３
図は本発明の実施例によるリニア型超音波モータの側面
図、 第４図は第１図（ａ）、（ｂ）に示すモータの波動伝播
媒体の撓み振動を示す図。 第５〜６図は本発明の実施例による超音波モータの波動
伝播媒体の撓み振動を示す図、第７〜８図はそれぞれ従
来の回転型超音波モータの平面図、側面図、 第９図は本発明の他の実施例による回転型超音波モータ
の側面図、 第１０図は第８図に示す従来例および第９図に示す本発
明の実施例における回転数−トルク特性曲線を示す。 ２．０（２０ａ、２０ｂ）・・・・・・・・・・振動子
２１ ・・・・・・・・・・波動伝播媒体２２ ・・・
・・・・・・・動体 ２９ ・・・・・・・・・・媒質 第４図 ２１ 第５図 ９ ど１ 第６図 ｑ 第７図 第８図 手続補正指令書） ■、事件の表示 特願昭５８−１９７３８８号 ２、発明の名称 超音波モータ ３、補正をする者 事件との関係 特許出願人 （２２５）昭和電線電纜株式会社 ４、代理人〒１０３ 東京都中央区日本橋本町３−９−５ ５、手続補正指令書の日付 、− ６、補正の対象 明細書の図面の簡単な説明の欄 ７、補正の内容 明細書第９頁第２行の「第１図（ｂ）、（Ｃ）」を「第
１図（Ｃ）、（ｄ）」と補止する。 手続補正書（自発） ■、事件の表示 特願昭５８−１９７３８８号 ２、発明の名称 超音波モータ ３、補正をする者 事件との関係 特許出願人 （２２５）昭和電線電檻株式会社 ４、代理人〒１０３ 東京都中央区日本橋本町３−９−５ ５５補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄 ６、補正の内容 明細書第３頁第１４行の式
Claims (1)
- 超音波信号が印加される振動子と、前記振動子によって
加振される波動伝播媒体と、前記媒体の波動により駆動
される動体とを備え、前記媒体を、その厚さ方向外側に
向けて音速の遅い媒質で構成し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 |
|---|---|---|---|
| JP58197388A JPS6091876A (ja) | 1983-10-20 | 1983-10-20 | 超音波モ−タ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58197388A JPS6091876A (ja) | 1983-10-20 | 1983-10-20 | 超音波モ−タ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6091876A true JPS6091876A (ja) | 1985-05-23 |
Family
ID=16373676
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58197388A Pending JPS6091876A (ja) | 1983-10-20 | 1983-10-20 | 超音波モ−タ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6091876A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5006749A (en) * | 1989-10-03 | 1991-04-09 | Regents Of The University Of California | Method and apparatus for using ultrasonic energy for moving microminiature elements |
| JPH0518176Y2 (ja) * | 1987-10-20 | 1993-05-14 |
-
1983
- 1983-10-20 JP JP58197388A patent/JPS6091876A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0518176Y2 (ja) * | 1987-10-20 | 1993-05-14 | ||
| US5006749A (en) * | 1989-10-03 | 1991-04-09 | Regents Of The University Of California | Method and apparatus for using ultrasonic energy for moving microminiature elements |
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