JPH01110071A - 超音波モータの駆動方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は超音波振動エネルギーを利用したモータに関す
る。

（従来の技術） 進行波を応用した超音波モータは低速で高トルクが発生
する等の特徴を持ち、例えば特開昭５９−１２２３８５
には第６図に示す様なモータが提案されている。

第６図において弾性体１１にはＡ方向に進行する屈曲波
が励振されている。この場合弾性体の表面粒子は楕円振
動をするため、弾性体上に移動体１３を圧接すれば移動
体はＢの方向へ動く。

（発明が解決しようとする問題点） しかし上記の様なモータで直線モータを構成する場合、
純粋な進行波を励振するために端部からの反射波の防止
に特別な配慮をする必要が生じる。例えば弾性板の両端
部に進行波を完全に吸収するための特殊な振動吸収体を
接合する必要がある。

また、弾性体表面の楕円振動の横方向振動成分が小さい
ため移動体の移動速度及びトルクをあまり大きくするこ
とができない。

本発明はこの様な従来の欠点を除去せしめた紙送り用超
音波モータを提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 本発明は弾性体に縦振動と奇数次の屈曲振動の定在波を
同時に励振させることにより、弾性体表面に楕円振動を
励起することを特徴とする。

（作用） 上記の様な二つの定在波を同時に励振すると、まず定在
波であることから反射波を抑圧するための特別な装置が
不要となる。

また、縦振動の定在波が屈曲振動とは別個に励振される
ため、横方向振動成分が進行波の場合より大きい。従っ
て高速、高トルクが実現できる。

第３図（ａ）は縦振動と一次元屈曲振動の定在波を同時
に励振するための一つの方法を示している。弾性板１１
の裏面には厚み方向に一様に分極された圧電セラミック
板が貼り合せられており、圧電セラミック板の両面には
金属電極膜が設けられている。この電極間に２つの振動
モードの共振周波数の交流電気信号を入力すると縦振動
及び−次元屈曲振動の定在波が弾性体に励振される。図
では縦振動定在波の変位分布３１と一次元屈曲振動の定
在波の変位分布３２を示している。また、第３図（ｂ）
は２つの定在波が同時に励振された場合の弾性体表面の
粒子の運動を示す。領域ＡとＣ及び領域ＢとＤとでは互
いに逆方向の楕円振動が励振され、ＡとＢ、　ＣとＤで
は振幅が異なる。

超音波モータでは移動体を圧接するローラが多いほどモ
ータの推力を大きくすることができる。

１１次の屈曲振動と２次の縦振動との２重モード振動子
に例をとり説明する。第４図（ａ）は２種類の振動の振
幅変位分布を示すもので、図中１１は矩形状金属弾性板
、４１．４２はそれぞれ２次の縦振動と１１次の屈曲振
動との振幅変位分布を示している。図から明らかなよう
に矩形弾性板のＡ、　Ｂ、　Ｃの各点では２つの振動の
振幅変位が略等しい。その結果第４図（ｂ）に示すよう
に上記の各点では２つの振動が合成されて振幅が略等し
く回転方向の等しい楕円振動が励起されることになる。

従って上記の３点にローラを圧接すれば各ローラは同一
回転数で同一方向に回転する。

このように１１次の屈曲振動と２次の縦振動との２重モ
ード振動子を用いれば３点でローラが駆動できる。従っ
て該振動子をステータとして用いれば推力の大きい超音
波モータが実現できる。

なお上記の振動モードの組み合わせ以外にも３点駆動の
できる２重モード振動子は多数存在し、一般に奇数次の
屈曲振動と２次の縦振動とを組み合わせればよい。

（実施例） 以下本発明の実施例について図面を参照しながら説明す
る。

第１図は一次縦振動と一次屈曲振動の２重モード振動子
をステータとした超音波モータの構成を示す断面図であ
る。矩形弾性板１１の裏面には厚み方向に分極された圧
電セラミック板１２か貼り合わせられており、この圧電
板の両生面には金属電極膜１５が設けられている。そし
てこれらの電極膜からは一対の電極端子１６が取り出′
されている。矩形弾性板１１の表面にはシート状移動体
１３が置かれ、中心軸廻りに回転のできるローラ１４で
弾性板に圧接されている。電極端子１６に交流電圧を印
加し弾性板を共振させると、シート状移動体１３は高速
で矢印の方向に移動する、。なお、ローラを圧接する位
置は振動節以外であればどこでもよい。

次に他の実施例について説明する。第５図（ａ）はステ
ータにおける弾性板１１に励振される２次の縦振動の応
力分布５２と１１次の屈曲振動の応力分布５３を示して
いる。この関係から上記２種類の振動を同時に効率よく
励振する方法が決まるが、その結果を第５図（ｂ）に示
した。弾性板１１の裏面に圧電セラミック板１２が図示
のように貼り合わせられている。各圧電セラミック板は
矢印の方向に分極されており表裏面には金属電極膜１５
が設けられている。弾性板１１と各圧電セラミック板か
らは図示のように２組の電極端子５４．５５が取り出さ
れている。電極端子５４に交流電圧を印加すると２次の
縦振動が励振でき、電極端子５５に交流電圧を印加する
と１１次の屈曲振動が励振できる。そして位相の９０度
異なった交流電圧をそれぞれの端子に印加した場合には
２次の縦振動と１１次の屈曲振動との２重モード振動子
となる。

第２図は前記ステータとローラを含む構成を示している
。第２図に示した２重モード振動子の表面にシート状移
動体１３を置き、これを３個の回転自由なローラ１４で
圧接する。ローラの圧接位置は第４図に示したＡ、　Ｂ
、　Ｃの各点とする。振動子の２対の電極端子に９０度
位相の異なった交流電圧を印加して共振させると、シー
ト状移動体１３は矢印の方向に移動する。そしてこの場
合の推力はローラを１ケ使用した従来のモータの約３倍
であった。

なお本実施例では寸法が１２０　Ｘ　３０　Ｘ　２ｍｍ
のステンレス製弾性板に厚さ５ｍｍのＰＺＴ系圧電セラ
ミック板を貼り合わせて２重モード振動子とした。また
駆動交流電圧の周波数は４２．２ｋＨｚとした。

（発明の効果） 本発明によれば振動吸収装置が不要で、高速、高トルク
、薄型で推力の大きい超音波モータが実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は本発明の実施例を示す図。第３図、第
４図、第５図は縦振動定在波と奇数次の屈曲振動の定在
波励振状態を示す図。第６図は従来の超音波モータの原
理を示す図。 図中、１１・・・弾性板、１２・・・圧電セラミック板
、１３・・・移動体、１４・・・ローラー、１５・・・
電極、１６．５４゜５５・・・電極端子、３１，４１，
５２・・・縦振動変位分布、３２．４２゜５３、・・屈
曲振動変位分布、をそれぞれ示している。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 縦振動と奇数次の屈曲振動を同時に励振させることを特
   徴とする超音波モータの駆動方法。