JPS63268475A - 超音波モ−タ - Google Patents
超音波モ−タInfo
- Publication number
- JPS63268475A JPS63268475A JP62102293A JP10229387A JPS63268475A JP S63268475 A JPS63268475 A JP S63268475A JP 62102293 A JP62102293 A JP 62102293A JP 10229387 A JP10229387 A JP 10229387A JP S63268475 A JPS63268475 A JP S63268475A
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- JP
- Japan
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- ring
- elastic body
- stator
- shaped elastic
- rotor
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- Pending
Links
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- 230000003190 augmentative effect Effects 0.000 abstract 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 abstract 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
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- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
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- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
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- 230000000171 quenching effect 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
- H02N2/16—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、圧電素子および該圧電素子により励振される
リング状弾性体から成る固定子と、該固定子に圧接され
、該固定子に生じる超音波振動の表面進行波によって該
固定子の面上を回動するリング状弾性体である回転子と
から成る超音波モータに関する。
リング状弾性体から成る固定子と、該固定子に圧接され
、該固定子に生じる超音波振動の表面進行波によって該
固定子の面上を回動するリング状弾性体である回転子と
から成る超音波モータに関する。
「従来の技術」
超音波モータは種々の形状（リング状、円板状等）が発
表されているが、リング状あるいは円板状の超音波モー
タはその径方向の特定位置（一般に外径社近）に進行波
のパワー（すなわち超音波振動のパワー）が集中し易く
、固定子のエネルギーを効率良く回転子に伝達させるこ
とができなかった。
表されているが、リング状あるいは円板状の超音波モー
タはその径方向の特定位置（一般に外径社近）に進行波
のパワー（すなわち超音波振動のパワー）が集中し易く
、固定子のエネルギーを効率良く回転子に伝達させるこ
とができなかった。
そこで進行波のパワーを効率良く回転子に伝達するため
に（１）リング状弾性体の厚さを径方向に遠ざかるにつ
れて厚くしたり、（２）リング状弾性体の弾性係数を径
方向に遠ざかるにつれて増加させたり、（３）リング状
弾性体の密度を径方向に遠ざかるにつれて減少させる等
の工夫を行っている。
に（１）リング状弾性体の厚さを径方向に遠ざかるにつ
れて厚くしたり、（２）リング状弾性体の弾性係数を径
方向に遠ざかるにつれて増加させたり、（３）リング状
弾性体の密度を径方向に遠ざかるにつれて減少させる等
の工夫を行っている。
「発明が解決しようとする問題点」
しかしながら、上記の如き従来技術において、（１）の
方法では、リング状弾性体の振動の中立面（リング径方
向に平行）の位置および厚さが径方向位置によって異な
るため、進行波の角速度が径方向位置で一定となっても
、リング状弾性体表面の質点の接線方向速度は径方向位
置によって異なるという欠点があった。
方法では、リング状弾性体の振動の中立面（リング径方
向に平行）の位置および厚さが径方向位置によって異な
るため、進行波の角速度が径方向位置で一定となっても
、リング状弾性体表面の質点の接線方向速度は径方向位
置によって異なるという欠点があった。
また（２）および（３）の方法では、リング状弾性体の
形状は径方向位置によらず一定で、進行波の角速度も一
定となるが、超音波モータの駆動周波数の関係上、リン
グ状弾性体の弾性係数と圧電素子の弾性係数の比率から
、振動の中立面の位置が固定子の厚さ方向の中央付近に
位置し圧電素子の振動の大きさとリング状弾性体表面の
振動の大きさがほぼ同程度となるため、圧電素子に与え
られる負荷（支持等による負荷）がリング状弾性体表面
の振動に影響を及ぼし、効率良く回転子を駆動できない
といった欠点があった。
形状は径方向位置によらず一定で、進行波の角速度も一
定となるが、超音波モータの駆動周波数の関係上、リン
グ状弾性体の弾性係数と圧電素子の弾性係数の比率から
、振動の中立面の位置が固定子の厚さ方向の中央付近に
位置し圧電素子の振動の大きさとリング状弾性体表面の
振動の大きさがほぼ同程度となるため、圧電素子に与え
られる負荷（支持等による負荷）がリング状弾性体表面
の振動に影響を及ぼし、効率良く回転子を駆動できない
といった欠点があった。
本発明はこれらの問題点を解決し、進行波の角速度は径
方向位置によらず一定で、しかも、圧電素子の振動を効
率良く回転子に伝達でき、圧電素子に与えられる負荷が
リング状弾性体表面には影響しにくい超音波モータを提
供することを目的としている。
方向位置によらず一定で、しかも、圧電素子の振動を効
率良く回転子に伝達でき、圧電素子に与えられる負荷が
リング状弾性体表面には影響しにくい超音波モータを提
供することを目的としている。
ｒ問題を解決するための手段」
かかる目的を達成するための本発明の要旨とするところ
は、 圧電素子（３）および該圧電素子（３）によって励振さ
れるリング状弾性体（２）から成る固定子（１）と、リ
ング状弾性体部分を有し前記固定子に圧接され該固定子
面上を回動する回転子（５）とから構成される超音波モ
ータにおいて。
は、 圧電素子（３）および該圧電素子（３）によって励振さ
れるリング状弾性体（２）から成る固定子（１）と、リ
ング状弾性体部分を有し前記固定子に圧接され該固定子
面上を回動する回転子（５）とから構成される超音波モ
ータにおいて。
前記固定子（１）のリング状弾性体（２）部分と前記回
転子（５）のリング状弾性体部分とのうち少なくとも前
記固定子（１）のリング状弾性体（２）部分は、その回
転中心軸の方向に前記固定子（１）と前記回転子（５）
の接触面から遠ざかるにつれて該リング状弾性体部分の
弾性率が増大することを特徴とする超音波モータに存す
る。
転子（５）のリング状弾性体部分とのうち少なくとも前
記固定子（１）のリング状弾性体（２）部分は、その回
転中心軸の方向に前記固定子（１）と前記回転子（５）
の接触面から遠ざかるにつれて該リング状弾性体部分の
弾性率が増大することを特徴とする超音波モータに存す
る。
「作用」
固定子および回転子の少なくとも固定子のリング状弾性
体部分は径方向外側に向って弾性率が固定子に発生する
表面進行波の角速度が径方向位置によらず一定となるよ
うに増加するので、回転子か固定子の径方向のどの位置
に圧接されても駆動される速度は二定となる。
体部分は径方向外側に向って弾性率が固定子に発生する
表面進行波の角速度が径方向位置によらず一定となるよ
うに増加するので、回転子か固定子の径方向のどの位置
に圧接されても駆動される速度は二定となる。
そして固定子と回転子の接触面に向かって厚み方向に弾
性率が減少するので固定子においては圧電素子の振動が
効率良く回転子に伝達できる。
性率が減少するので固定子においては圧電素子の振動が
効率良く回転子に伝達できる。
また、固定子および回転子の接触面と反対側の面に外力
が作用した場合、固定子および回転子いずれにおいても
接触面への影響を軽減することができる。
が作用した場合、固定子および回転子いずれにおいても
接触面への影響を軽減することができる。
「実施例」
以下図面に基づき本発明の一実施例を説明する。各図は
本発明の一実施例を示している。
本発明の一実施例を示している。
第１図は超音波モータを示しており、固定子ｌはリング
状弾性体２と圧電素子３により成り、リング状弾性体２
に回転子５が圧接するよう構成されている。
状弾性体２と圧電素子３により成り、リング状弾性体２
に回転子５が圧接するよう構成されている。
固定子の形状は内径り。、外径ＤＩ、厚さくリング状弾
性体の厚さ）ｔとなっている。
性体の厚さ）ｔとなっている。
第２図は固定子のリング状弾性体２の横断面の一部を示
したものである。
したものである。
まず、第２図に示すような長方形の一様な横断面をもつ
真直はりの振動を考える０弾性率をＥ、断面２次モーメ
ントを！、密度なρ、断面積をＡ、振動数をωとすると
、波の伝播速度Ｖは一般に で与えられる。
真直はりの振動を考える０弾性率をＥ、断面２次モーメ
ントを！、密度なρ、断面積をＡ、振動数をωとすると
、波の伝播速度Ｖは一般に で与えられる。
これを本発明の対象となる円環状弾性体に近似的に適用
させると、半径ｒの位置に生じる進行波の角速度Ｏｒは 「 ｒ ・・・（式２） ％式％ 従って、角速度θｒがｒに関係なく一定になるためには
（式２）より 一＝Ｃ，ｒ’ （Ｃ，は定数）−Ｃ式３）％式％ また密度ρが一定の時は Ｅ＝Ｃ，ρｒ４ ＝Ｃｔｒ’ （ｃｔは定数）’−（式４）となり
、また弾性率Ｅが一定の時は Ｃ＋ ｒ’ ＝Ｃ，−（Ｃ３は定数） ・・・（式５）として表され
る。
させると、半径ｒの位置に生じる進行波の角速度Ｏｒは 「 ｒ ・・・（式２） ％式％ 従って、角速度θｒがｒに関係なく一定になるためには
（式２）より 一＝Ｃ，ｒ’ （Ｃ，は定数）−Ｃ式３）％式％ また密度ρが一定の時は Ｅ＝Ｃ，ρｒ４ ＝Ｃｔｒ’ （ｃｔは定数）’−（式４）となり
、また弾性率Ｅが一定の時は Ｃ＋ ｒ’ ＝Ｃ，−（Ｃ３は定数） ・・・（式５）として表され
る。
第２図において、リング状弾性体２の横断面の下側に示
す図は式３によって得られるリング状弾性体２の径方向
の特性を示したものである０図に示されるようにリング
状弾性体２は にしたがって、弾性率Ｅと密度ρの比で表される比弾性
率Ｅ／ρが（式３）に基づいて増加する様に作成されて
いる為、進行波の角速度θｒが一定に近づく、シたがっ
て、回転子５が半径方向のどの位置に接触しても回転子
５を一定の速度で駆動することができることになる。
す図は式３によって得られるリング状弾性体２の径方向
の特性を示したものである０図に示されるようにリング
状弾性体２は にしたがって、弾性率Ｅと密度ρの比で表される比弾性
率Ｅ／ρが（式３）に基づいて増加する様に作成されて
いる為、進行波の角速度θｒが一定に近づく、シたがっ
て、回転子５が半径方向のどの位置に接触しても回転子
５を一定の速度で駆動することができることになる。
また、密度ρが一定の時は半径ｒが増加するにしたがっ
て弾性率Ｅを（式４）に基づいて増加する様にすればよ
い、また弾性率Ｅが一定の時は半径ｒが増加するに従っ
て密度ρをＣ式５）に基づいて減少させてやればよい。
て弾性率Ｅを（式４）に基づいて増加する様にすればよ
い、また弾性率Ｅが一定の時は半径ｒが増加するに従っ
て密度ρをＣ式５）に基づいて減少させてやればよい。
なお、リング状弾性体２の密度ρと弾性率Ｅは、（式３
）〜（式５）のいずれかの関係が正確に成立するよう設
けることが好ましい、しかしながら本発明においては必
ずしもこのような関係が正確に成立していなくとも充分
な効果を得ることができる。
）〜（式５）のいずれかの関係が正確に成立するよう設
けることが好ましい、しかしながら本発明においては必
ずしもこのような関係が正確に成立していなくとも充分
な効果を得ることができる。
すなわち半径「の増加にともない比弾性率Ｅ／ρが単に
増加する傾向にある程度のものでもよいし、密度ρが一
定の時は半径ｒの増加にともない弾性率Ｅが単に増加す
る傾向にある程度のものでもよい、また弾性率Ｅが一定
の時は半径「の増加にともない密度ρが単に減少する傾
向にある程度のものでもよい０本発明はＥ／ρ、Ｅ、ρ
がそのような傾向になっている程度のものてあっても充
分効果を得ることができる。
増加する傾向にある程度のものでもよいし、密度ρが一
定の時は半径ｒの増加にともない弾性率Ｅが単に増加す
る傾向にある程度のものでもよい、また弾性率Ｅが一定
の時は半径「の増加にともない密度ρが単に減少する傾
向にある程度のものでもよい０本発明はＥ／ρ、Ｅ、ρ
がそのような傾向になっている程度のものてあっても充
分効果を得ることができる。
次に第２図においてリング状弾性体２の横断面の右側に
示す図はリング状弾性体２の厚さ方向に弾性率Ｅを変化
させた場合を示したちのである。
示す図はリング状弾性体２の厚さ方向に弾性率Ｅを変化
させた場合を示したちのである。
リング状弾性体２の圧電素子３＃より厚さ方向に遠ざか
るにしたがって弾性率Ｅが減少するようにしている。
るにしたがって弾性率Ｅが減少するようにしている。
このように弾性率Ｅを圧電素子３側より減少させた場合
、第３図に示すようにｆ！４２図で示したリング状弾性
体２の横断面形状（矩形）は底辺が広い台形と等価形状
となる。横断面形状が台形になると中立軸の位置は矩形
断面の時Ｚ−Ｚの位置であるのに対してｚ’−ｚ’の位
置となり底辺側に移動する。
、第３図に示すようにｆ！４２図で示したリング状弾性
体２の横断面形状（矩形）は底辺が広い台形と等価形状
となる。横断面形状が台形になると中立軸の位置は矩形
断面の時Ｚ−Ｚの位置であるのに対してｚ’−ｚ’の位
置となり底辺側に移動する。
中立軸が底辺側に移動すると底辺側の伸縮量が同一であ
るとすると対辺での伸縮量は矩形断面の場合に比べ増大
する。すなわち固定子ｌの回転子５との接触面の振幅が
増大することになり、接触面上の質点速度が速くなるの
でより効率良く回転子５を駆動することが可山となる。
るとすると対辺での伸縮量は矩形断面の場合に比べ増大
する。すなわち固定子ｌの回転子５との接触面の振幅が
増大することになり、接触面上の質点速度が速くなるの
でより効率良く回転子５を駆動することが可山となる。
第４図は、第２図で説明したようにリング状弾性体２の
径方向外側に向けて弾性率Ｅあるいは比弾性率Ｅ／ρを
増加あるいは密度ρを減少させると同時に、厚さ方向（
圧電素子３側から遠ざかる方向）に弾性率Ｅを減少させ
るための方法を示したもので、リング状弾性体２を厚さ
方向に複数のリング状弾性体で積層している。
径方向外側に向けて弾性率Ｅあるいは比弾性率Ｅ／ρを
増加あるいは密度ρを減少させると同時に、厚さ方向（
圧電素子３側から遠ざかる方向）に弾性率Ｅを減少させ
るための方法を示したもので、リング状弾性体２を厚さ
方向に複数のリング状弾性体で積層している。
リング状弾性体２を構成する各弾性リングは径方向につ
いては第２図の下方の図に示す特性を有している。また
各リング状弾性体の見かけの弾性率Ｅは第４図右側に示
すように最上層の位置ｔｌから最下層の位１１ｔ５にな
るにつれてＥｌからＥ５と増加するようにしである。
いては第２図の下方の図に示す特性を有している。また
各リング状弾性体の見かけの弾性率Ｅは第４図右側に示
すように最上層の位置ｔｌから最下層の位１１ｔ５にな
るにつれてＥｌからＥ５と増加するようにしである。
なお、図において弾性率Ｅを直線状に増加させているか
、直線状でなくてもＥｌからＥ５になるにつれて増加し
ていれば良いことは言うまでもない。
、直線状でなくてもＥｌからＥ５になるにつれて増加し
ていれば良いことは言うまでもない。
以上リング状弾性体２の特性を径方向および厚さ方向に
変化するようにしたが、この手法として、リング状弾性
体２が金属であれば焼入れ等が考えられ、プラスチック
であればＦＲＰ等の複合材を用いることが考えられる。
変化するようにしたが、この手法として、リング状弾性
体２が金属であれば焼入れ等が考えられ、プラスチック
であればＦＲＰ等の複合材を用いることが考えられる。
また１本実施例では、固定子について述べてきたが回転
子５についても同様の事が適用できる。
子５についても同様の事が適用できる。
この場合、厚さ方向の弾性率Ｅの変化は固定子との接触
面方向に減少させれば良く、径方向は固定子の場合と同
じで良い。
面方向に減少させれば良く、径方向は固定子の場合と同
じで良い。
「発明の効果」
本発明に係る超音波モータによれば、固定子および回転
子の少なくとも固定子のリンク状弾性体部分は、リング
の回転中心軸方向で固定子と回転子の接触面から遠ざか
るにつれて弾性率が増大しているので固定子と回転子の
少なくとも固定子の横断面における中立軸の位置が固定
子と回転子の接触面から遠ざかるので、接触面における
質点速度が速くなるとともに接触面と反対側の面に外力
が作用しても接触面への影響が軽減する。そして、リン
グの回転中心軸より径方向に遠ざかるにつれて弾性率を
増加しているので進行波の伝播速度が径方向位置によら
ず一定となるので効率良く駆動できる超音波モータが得
られる。
子の少なくとも固定子のリンク状弾性体部分は、リング
の回転中心軸方向で固定子と回転子の接触面から遠ざか
るにつれて弾性率が増大しているので固定子と回転子の
少なくとも固定子の横断面における中立軸の位置が固定
子と回転子の接触面から遠ざかるので、接触面における
質点速度が速くなるとともに接触面と反対側の面に外力
が作用しても接触面への影響が軽減する。そして、リン
グの回転中心軸より径方向に遠ざかるにつれて弾性率を
増加しているので進行波の伝播速度が径方向位置によら
ず一定となるので効率良く駆動できる超音波モータが得
られる。
また、リング状弾性体部分を複数のリング状弾性体の積
層構造としているため、弾性率を自由に設計できる利点
がある。
層構造としているため、弾性率を自由に設計できる利点
がある。
各図は本発明の一実施例を示しており、第１図は超音波
モータの分解斜視図、第２図は第１図に示す固定子のリ
ング状弾性体部分の横断面図とその機械的特性の一実施
例を示す図、第３図はリング状弾性体の等価断面形状を
示す図、ｔ５４図は複数のリング状弾性体を積層して構
成したリング状弾性体部分を示す図である。
モータの分解斜視図、第２図は第１図に示す固定子のリ
ング状弾性体部分の横断面図とその機械的特性の一実施
例を示す図、第３図はリング状弾性体の等価断面形状を
示す図、ｔ５４図は複数のリング状弾性体を積層して構
成したリング状弾性体部分を示す図である。
Claims (2)
- （１） 圧電素子および該圧電素子によって励振される
リング状弾性体から成る固定子と、リング状弾性体部分
を有し前記固定子に圧接され該固定子面上を回動する回
転子とから構成される超音波モータにおいて、 前記固定子のリング状弾性体部分と前記回転子のリング
状弾性体部分とのうち少なくとも前記固定子のリング状
弾性体部分は、その回転中心軸の方向に前記固定子と前
記回転子の接触面から遠ざかるにつれて該リング状弾性
体部分の弾性率が増大することを特徴とする超音波モー
タ。 - （２） 前記固定子のリング状弾性体部分と前記回転子
のリング状弾性体部分のうち少なくとも前記固定子の該
リング状弾性体部分は、その回転中心軸から径方向に遠
ざかるにつれて弾性率が増加することを特徴とする特許
請求の範囲第１項記載の超音波モータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62102293A JPS63268475A (ja) | 1987-04-24 | 1987-04-24 | 超音波モ−タ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62102293A JPS63268475A (ja) | 1987-04-24 | 1987-04-24 | 超音波モ−タ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63268475A true JPS63268475A (ja) | 1988-11-07 |
Family
ID=14323564
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62102293A Pending JPS63268475A (ja) | 1987-04-24 | 1987-04-24 | 超音波モ−タ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63268475A (ja) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59201684A (ja) * | 1983-04-30 | 1984-11-15 | Canon Inc | 振動波モ−タ |
| JPS59204479A (ja) * | 1983-05-07 | 1984-11-19 | Nippon Kogaku Kk <Nikon> | 超音波モーター |
-
1987
- 1987-04-24 JP JP62102293A patent/JPS63268475A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59201684A (ja) * | 1983-04-30 | 1984-11-15 | Canon Inc | 振動波モ−タ |
| JPS59204479A (ja) * | 1983-05-07 | 1984-11-19 | Nippon Kogaku Kk <Nikon> | 超音波モーター |
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