JPS62193571A - 超音波モ−タ - Google Patents
超音波モ−タInfo
- Publication number
- JPS62193571A JPS62193571A JP61034626A JP3462686A JPS62193571A JP S62193571 A JPS62193571 A JP S62193571A JP 61034626 A JP61034626 A JP 61034626A JP 3462686 A JP3462686 A JP 3462686A JP S62193571 A JPS62193571 A JP S62193571A
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- JP
- Japan
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- unit
- driving
- protrusion
- ultrasonic motor
- elastic
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- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000005452 bending Methods 0.000 claims abstract description 23
- 230000005684 electric field Effects 0.000 abstract description 3
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 abstract 4
- 230000000750 progressive effect Effects 0.000 abstract 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 241000270666 Testudines Species 0.000 description 1
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- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 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
- H02N2/10—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
- H02N2/16—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors using travelling waves, i.e. Rayleigh surface waves
- H02N2/163—Motors with ring stator
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】
産業上の利用分野
本発明は圧電体を用いて駆動力を発生する超音波モータ
に関する。
に関する。
従来の技術
近年、圧電セラミック等の圧電体を用いた。駆動体に弾
性振動を励起し、これを駆動力とじた・亀音波モータが
注目されている。
性振動を励起し、これを駆動力とじた・亀音波モータが
注目されている。
以下、図面を参照しなから檀音彼モータの原理について
説明を行う。
説明を行う。
第３図は超音波モータの１例であり、円環形の弾性体１
の円環面の一方に円環形圧電セラミック２を貼合せて、
圧電・駆動体３を構成している。４は耐磨耗性材料のス
ライダ、５は弾性体であり、互いに貼合せられて動体６
を構成している。動体６はスライダ４を介して駆動体３
と接触している。
の円環面の一方に円環形圧電セラミック２を貼合せて、
圧電・駆動体３を構成している。４は耐磨耗性材料のス
ライダ、５は弾性体であり、互いに貼合せられて動体６
を構成している。動体６はスライダ４を介して駆動体３
と接触している。
圧電セラミック２に電界を印加すると、駆動体３の周方
向に曲げ振１す１の進行波が励起されて、Ｊの体６を、
・魅動する。尚、同（２）中の矢印は動体６の回転方向
を示す。
向に曲げ振１す１の進行波が励起されて、Ｊの体６を、
・魅動する。尚、同（２）中の矢印は動体６の回転方向
を示す。
第４図は第３図の超音波モータに使用した圧電セラミッ
ク２の電極構造の１例を示している。同図では円周方向
に曲げ振ｉＪＱ＋が９波のるようにしである。同図にお
いて、人、Ｂはそれぞれ２分の１彼長相当の小領域から
成る電極群で、Ｃ，Ｄはそれぞれ４分の３彼長、４分の
１波長の長さの電極である。従って、Ａの電極群とＢの
電極群とは周方向に４分の１波長（＝９ｏ度）の位相ず
れがある。電極群Ａ、 Ｂ内のｌａ会う小電極部は互
いに反対方向に厚み方向に分極されている。圧電セラミ
ック２の１１１性体１との接着面は第４図に示された面
と反対の面であり、電極はベタ電極である。使用時には
電極群Ａ、 Ｂは第４図に斜線で示されたように、そ
れぞれ短絡して用いられ、ベタ電極が共通電極として用
いられる。
ク２の電極構造の１例を示している。同図では円周方向
に曲げ振ｉＪＱ＋が９波のるようにしである。同図にお
いて、人、Ｂはそれぞれ２分の１彼長相当の小領域から
成る電極群で、Ｃ，Ｄはそれぞれ４分の３彼長、４分の
１波長の長さの電極である。従って、Ａの電極群とＢの
電極群とは周方向に４分の１波長（＝９ｏ度）の位相ず
れがある。電極群Ａ、 Ｂ内のｌａ会う小電極部は互
いに反対方向に厚み方向に分極されている。圧電セラミ
ック２の１１１性体１との接着面は第４図に示された面
と反対の面であり、電極はベタ電極である。使用時には
電極群Ａ、 Ｂは第４図に斜線で示されたように、そ
れぞれ短絡して用いられ、ベタ電極が共通電極として用
いられる。
以上のように構成された超音波モータについてその動作
を以下に説明する。前記圧電体２の電極群人に電圧 Ｖ＝Ｖ（、＠ｓｉｎ（ｗｔ） −−−−−−（１１
Ｖ：電工、ｖｏ：電圧の瞬時値 Ｗ：角周波数、ｔ：時間 全印加すると、１駆動体３ｉｊ円周方向に曲げ振動をす
る。第６図は第３図の超音波モータの）駆動体を直線で
近似した時の斜視図であり、同図ａは圧電体２に電圧を
印加していない時、同図すは圧電体２に電ｊｔｅ印加し
た時の様子を示す。
を以下に説明する。前記圧電体２の電極群人に電圧 Ｖ＝Ｖ（、＠ｓｉｎ（ｗｔ） −−−−−−（１１
Ｖ：電工、ｖｏ：電圧の瞬時値 Ｗ：角周波数、ｔ：時間 全印加すると、１駆動体３ｉｊ円周方向に曲げ振動をす
る。第６図は第３図の超音波モータの）駆動体を直線で
近似した時の斜視図であり、同図ａは圧電体２に電圧を
印加していない時、同図すは圧電体２に電ｊｔｅ印加し
た時の様子を示す。
第６図は動体６と駆動体３の接触状況を拡大して描いた
ものである。前記圧電体２の電極群Ａにｖｏ−ｓｉｎ
（ｗｔ）、電極群ＢにＶｏ−ｃｏｓ （ｗｔ）の互いに
位相がＩＩ ／ ２だけずれた電圧を印加すれば、・％
ｌ／１体３の円周方向に曲げ振動の進行波を作ることが
できる。一般に進行波は振１幅をξとすればξ＝ξｏ−
ｃｏｓ （ｗｔ−ｋｘ）−＝−（２）ξ０：振幅の瞬時
値、ｋ：波数 λ：波長、Ｘ：位置 で表せる。？）式は ξ＝ξ、） −（ｃｏｓ （ｗｔ ）−ｃｏｓＱｃｘ）
＋ｓｉｎ（ｗｔ） −５ｉｎ＠ｘ ） ）・・・・・・
（３） と書き直せ、（３）式は進行波が時間的にＩｆ／２だけ
位相のずれた波ｃｏｓ （ｗｔ）とｓｉｎ （ｗｔ）
、Ｌ−Ｌび位置的にＨ／２だけ位相のずれたｃｏｇＱｃ
ｘ）と５ｉｎ（ｋｘ）との、それぞれの積の和で得られ
ることを示している。前述の説明より、圧電体２は互い
に位置的に１１／２（＝λ／４）だけ位相のずれた電極
群人。
ものである。前記圧電体２の電極群Ａにｖｏ−ｓｉｎ
（ｗｔ）、電極群ＢにＶｏ−ｃｏｓ （ｗｔ）の互いに
位相がＩＩ ／ ２だけずれた電圧を印加すれば、・％
ｌ／１体３の円周方向に曲げ振動の進行波を作ることが
できる。一般に進行波は振１幅をξとすればξ＝ξｏ−
ｃｏｓ （ｗｔ−ｋｘ）−＝−（２）ξ０：振幅の瞬時
値、ｋ：波数 λ：波長、Ｘ：位置 で表せる。？）式は ξ＝ξ、） −（ｃｏｓ （ｗｔ ）−ｃｏｓＱｃｘ）
＋ｓｉｎ（ｗｔ） −５ｉｎ＠ｘ ） ）・・・・・・
（３） と書き直せ、（３）式は進行波が時間的にＩｆ／２だけ
位相のずれた波ｃｏｓ （ｗｔ）とｓｉｎ （ｗｔ）
、Ｌ−Ｌび位置的にＨ／２だけ位相のずれたｃｏｇＱｃ
ｘ）と５ｉｎ（ｋｘ）との、それぞれの積の和で得られ
ることを示している。前述の説明より、圧電体２は互い
に位置的に１１／２（＝λ／４）だけ位相のずれた電極
群人。
Ｂを持っているので、前記電極群のそれぞれにＨ／ ２
だけ位相のずれた電圧を印加すれば１、鳴動体３に曲げ
振動の進行波を作れる。
だけ位相のずれた電圧を印加すれば１、鳴動体３に曲げ
振動の進行波を作れる。
第６図は駆動体３の表面Ａ点が進行波の励起により、長
袖２Ｗ、短軸２ｕの楕円運動をしている様子を示し、駆
動体３上に置かれた動体６が楕円の頂点で接触すること
により、波の進行方向とは逆方向にｖ＝ｗ−ｕの速度で
運動する様子を示している。即ち、動体６は任意の静圧
で駆動体３に押し付けられて、駆動体３の表面に接触し
、動体６と１駆動体３との摩擦力で波の進行方向と逆方
向に速度Ｖで駆動される。両者の間に滑りがある時には
、速度は上記のＶよりも小さくなる。
袖２Ｗ、短軸２ｕの楕円運動をしている様子を示し、駆
動体３上に置かれた動体６が楕円の頂点で接触すること
により、波の進行方向とは逆方向にｖ＝ｗ−ｕの速度で
運動する様子を示している。即ち、動体６は任意の静圧
で駆動体３に押し付けられて、駆動体３の表面に接触し
、動体６と１駆動体３との摩擦力で波の進行方向と逆方
向に速度Ｖで駆動される。両者の間に滑りがある時には
、速度は上記のＶよりも小さくなる。
発明が解決しようとする問題点
呻体６の速度Ｖはまた、
Ｖ ＝ Ｗ−ｕ ｏｃＷ−ξｏ―ｈ ・・・・・・ （
４）ξ０：曲は振動の振幅値 ｈ：・、駆動体の中性面と接触表面との距離で表わせる
。即ち、動体６の速度は！！Ｅ動体３の振幅値ξ０と距
離りに比例する。振幅値ξ０は圧電体の許容歪率によっ
て最大値が決まり、距離りは駆・動体３を構成する１Ｆ
電体２と弾性体１の材料と厚み寸法により決まる。距離
りを太きくしようとすれば厚みを大きくすればよいが、
その時振幅ξ０は減少し、その積を大きくすることはで
きない。
４）ξ０：曲は振動の振幅値 ｈ：・、駆動体の中性面と接触表面との距離で表わせる
。即ち、動体６の速度は！！Ｅ動体３の振幅値ξ０と距
離りに比例する。振幅値ξ０は圧電体の許容歪率によっ
て最大値が決まり、距離りは駆・動体３を構成する１Ｆ
電体２と弾性体１の材料と厚み寸法により決まる。距離
りを太きくしようとすれば厚みを大きくすればよいが、
その時振幅ξ０は減少し、その積を大きくすることはで
きない。
故に動体６の最大速度は決まり、いくらでも大きくする
ことはできない。
ことはできない。
本発明はかかる点に鑑みてなされたもので、簡単な構成
で動体の速度が大きい超音波モータを提供すること全目
的としている。
で動体の速度が大きい超音波モータを提供すること全目
的としている。
問題点を解決するための手段
駆動体を＃ｉ’？成する弾性体の動体との接触面側に突
起体を設け、その突起体の曲げ振動の共振周波数を、突
起体を設置された弾性体から成る１常動体の曲は揚動の
共振周波数と等しくするか、その近傍にないようにした
該突起体を設置する。
起体を設け、その突起体の曲げ振動の共振周波数を、突
起体を設置された弾性体から成る１常動体の曲は揚動の
共振周波数と等しくするか、その近傍にないようにした
該突起体を設置する。
作用
圧電体の許谷歪率限界内での町Ｄυ１体の曲げ振動の振
幅値の減少を小さく押さえ、２駆動体の曲げ振動の中性
面と接触面との距Ｉｎ犬きくするか、あるいは該突起物
の曲げ振動を積極的に利用して横方向の変化ｖｉ拡大す
ることにより、動体の速度を大きくできる。
幅値の減少を小さく押さえ、２駆動体の曲げ振動の中性
面と接触面との距Ｉｎ犬きくするか、あるいは該突起物
の曲げ振動を積極的に利用して横方向の変化ｖｉ拡大す
ることにより、動体の速度を大きくできる。
実施例
以下、図に従って本発明の１実施例について詳細な説明
をする。第１図は本発明の１実施例の切欠き斜視図であ
る。同図において、７は駆動体３を構成する弾性体１の
動体６との接触面側の外径部に設けられた突起体であり
、突起体７の先端に動体６がスライダ４を介して加圧接
触して配置されている。圧電体２に駆動体の共振近傍の
交番電界が印加されると、駆動体３に曲げ振動の進行波
が励起され、突起体７により動体６が移動する。
をする。第１図は本発明の１実施例の切欠き斜視図であ
る。同図において、７は駆動体３を構成する弾性体１の
動体６との接触面側の外径部に設けられた突起体であり
、突起体７の先端に動体６がスライダ４を介して加圧接
触して配置されている。圧電体２に駆動体の共振近傍の
交番電界が印加されると、駆動体３に曲げ振動の進行波
が励起され、突起体７により動体６が移動する。
第２図は第１図に示した１実施例の超音波モータの駆動
部３の平面図である。同図に示されたように、突起体７
は振幅の大きい外周部近辺に配置されている。
部３の平面図である。同図に示されたように、突起体７
は振幅の大きい外周部近辺に配置されている。
第７図は駆動体３の振動の様子を示した斜視図であり、
外周に向って曲げ振動の振幅が大きくなることを示して
いる。（４）式より動体の速度は振幅ξ０が大きい程大
きくなるので、外周部の方が内周部よりも速度が大きく
なる。しかし、圧電体の許容歪率は決っているので、そ
の速度の上１５艮値は決ってしまう。そこで第１図に示
したように、駆動体の最大振幅近傍にのみ突起物を設け
れば１．（駆動体の曲げ１削性の増加は小さいので、中
性面の１立置の変化は小さく、接触面と中性面までの距
離りは突起体により大きくなるので、動体の速度は（４
）式より大きくなる。
外周に向って曲げ振動の振幅が大きくなることを示して
いる。（４）式より動体の速度は振幅ξ０が大きい程大
きくなるので、外周部の方が内周部よりも速度が大きく
なる。しかし、圧電体の許容歪率は決っているので、そ
の速度の上１５艮値は決ってしまう。そこで第１図に示
したように、駆動体の最大振幅近傍にのみ突起物を設け
れば１．（駆動体の曲げ１削性の増加は小さいので、中
性面の１立置の変化は小さく、接触面と中性面までの距
離りは突起体により大きくなるので、動体の速度は（４
）式より大きくなる。
つまり、振幅値の大きい所にのみ突起体７を設置するこ
とにより、距離りをほぼ突起物７の高さの分だけ増加し
、振幅ξ０はほとんど減少させないので速度を増加でき
る。
とにより、距離りをほぼ突起物７の高さの分だけ増加し
、振幅ξ０はほとんど減少させないので速度を増加でき
る。
第８図は本実施例の動作モデル図を示している。
同図よりも、横方向の変位Ｕが有効に拡大されているの
がわかる。
がわかる。
また、突起体７の曲げ撮動■共振周波数を、突起体７を
設置した時の、を動体の曲げ振動の共振周波数に近づけ
れば、突起体７の曲げ振動が加わり、動体の６１ｆはよ
り大きくなる。しかし、実動体の曲げ振動の共振周波数
の近傍にくると、両方の振動の位相が合わなくなって、
動体の速度はかえりて小さくなり、また動作が不安定に
なる。この動作は突起体７の共振周波数が駆動体の共振
周波数よりも高くなる時も同様であり、駆動体の共振周
波数近傍にあると速度の低下と動作の不安定を招く。故
に突起体７の根元からの、駆動力と先端変位の位相差が
ないように、突起体７の共振周波数を、駆動体の共振周
波数に等しくするか、その近傍に来ないようにする。第
９図は突起体７の共振周波数を変えた時の動体の速度を
示している。同口中の点線は動作が不安定なことを示す
。また進行波の進行方向と直角方向の曲げ振動は、動体
の移動に関与しないので、その共振周波数は駆動体の共
振周波数近傍にないようにする。
設置した時の、を動体の曲げ振動の共振周波数に近づけ
れば、突起体７の曲げ振動が加わり、動体の６１ｆはよ
り大きくなる。しかし、実動体の曲げ振動の共振周波数
の近傍にくると、両方の振動の位相が合わなくなって、
動体の速度はかえりて小さくなり、また動作が不安定に
なる。この動作は突起体７の共振周波数が駆動体の共振
周波数よりも高くなる時も同様であり、駆動体の共振周
波数近傍にあると速度の低下と動作の不安定を招く。故
に突起体７の根元からの、駆動力と先端変位の位相差が
ないように、突起体７の共振周波数を、駆動体の共振周
波数に等しくするか、その近傍に来ないようにする。第
９図は突起体７の共振周波数を変えた時の動体の速度を
示している。同口中の点線は動作が不安定なことを示す
。また進行波の進行方向と直角方向の曲げ振動は、動体
の移動に関与しないので、その共振周波数は駆動体の共
振周波数近傍にないようにする。
発明の効果
本発明によれば、簡単な構成で１、駆動体の横方向成分
を拡大できるので、大きな速度全安定に得られる超音波
モータを提供できる。
を拡大できるので、大きな速度全安定に得られる超音波
モータを提供できる。
第１図は本発明の１実施例の超音波モータの切欠き斜？
４．・（２）、第２図は第１図の実施例の、駆動体の平
面図、第３図は従来の円環形超音波モータの切欠き斜視
図、第４図は第３図の超音波モータに用いられている圧
電体の電極構造を示す平面図、第５図は超音波モータの
、駆動体の振動状態を示すモデル図、第６図は超音波モ
ータの原理説明図、第７図は円環形超音波モータの振動
状態を示す斜視図、第８内は本発明の１実施例の突起体
付き駆動体の動作モデル図、第９図は突起体の共振周波
数と動体の相対速度特性図である。 １・・・・・・弾性体、２・・・・・・圧電体、３・山
・・・、枢動体、４・・・・・・スライダ、５・・・・
・弾性体、６・・・・・動体、７・・・・・・突起体。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名第１
図 第３図 第４図 第５図 第６図 第７図 捻向ｒａＴ位置
４．・（２）、第２図は第１図の実施例の、駆動体の平
面図、第３図は従来の円環形超音波モータの切欠き斜視
図、第４図は第３図の超音波モータに用いられている圧
電体の電極構造を示す平面図、第５図は超音波モータの
、駆動体の振動状態を示すモデル図、第６図は超音波モ
ータの原理説明図、第７図は円環形超音波モータの振動
状態を示す斜視図、第８内は本発明の１実施例の突起体
付き駆動体の動作モデル図、第９図は突起体の共振周波
数と動体の相対速度特性図である。 １・・・・・・弾性体、２・・・・・・圧電体、３・山
・・・、枢動体、４・・・・・・スライダ、５・・・・
・弾性体、６・・・・・動体、７・・・・・・突起体。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名第１
図 第３図 第４図 第５図 第６図 第７図 捻向ｒａＴ位置
Claims (1)
- 弾性体と圧電体とから成る駆動体に弾性進行波を励起す
ることにより、上記駆動体上に接触して設置された動体
を移動させる超音波モータにおいて、少なくとも前記弾
性体の動体との接触面上の前記弾性進行波の任意の振幅
値の場所に、その進行波の進行方向の曲げ振動の共振周
波数が、前記駆動体の曲げ振動の共振周波数に等しいか
、又はその近傍にないように設計した突起体を設置し、
該動体が該突起体の先端に接触して配置されることを特
徴とする超音波モータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61034626A JPS62193571A (ja) | 1986-02-18 | 1986-02-18 | 超音波モ−タ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61034626A JPS62193571A (ja) | 1986-02-18 | 1986-02-18 | 超音波モ−タ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62193571A true JPS62193571A (ja) | 1987-08-25 |
Family
ID=12419600
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61034626A Pending JPS62193571A (ja) | 1986-02-18 | 1986-02-18 | 超音波モ−タ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62193571A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6311073A (ja) * | 1986-06-30 | 1988-01-18 | Canon Inc | 振動波により駆動される振動波モータ |
| JPH01315274A (ja) * | 1988-06-14 | 1989-12-20 | Murata Mfg Co Ltd | 圧電モータ |
| JPH02119585A (ja) * | 1988-10-27 | 1990-05-07 | Fuji Electric Co Ltd | 超音波モータ |
| JPH0332373A (ja) * | 1989-06-26 | 1991-02-12 | Seiko Instr Inc | 超音波モータ |
| US11150281B2 (en) | 2018-09-03 | 2021-10-19 | Lenovo (Singapore) Pte. Ltd. | Electric power measurement |
-
1986
- 1986-02-18 JP JP61034626A patent/JPS62193571A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6311073A (ja) * | 1986-06-30 | 1988-01-18 | Canon Inc | 振動波により駆動される振動波モータ |
| JPH0516274B2 (ja) * | 1986-06-30 | 1993-03-03 | Canon Kk | |
| JPH01315274A (ja) * | 1988-06-14 | 1989-12-20 | Murata Mfg Co Ltd | 圧電モータ |
| JPH02119585A (ja) * | 1988-10-27 | 1990-05-07 | Fuji Electric Co Ltd | 超音波モータ |
| JPH0332373A (ja) * | 1989-06-26 | 1991-02-12 | Seiko Instr Inc | 超音波モータ |
| US11150281B2 (en) | 2018-09-03 | 2021-10-19 | Lenovo (Singapore) Pte. Ltd. | Electric power measurement |
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