JPH01264576A - Ultrasonic motor - Google Patents
Ultrasonic motorInfo
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- JPH01264576A JPH01264576A JP63089623A JP8962388A JPH01264576A JP H01264576 A JPH01264576 A JP H01264576A JP 63089623 A JP63089623 A JP 63089623A JP 8962388 A JP8962388 A JP 8962388A JP H01264576 A JPH01264576 A JP H01264576A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は超音波モータに関し、特に安定な回転動作をさ
せ得るようにしたものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Field of Application] The present invention relates to an ultrasonic motor, and particularly to one that is capable of stable rotational operation.
本発明は、超音波モータにおいて、ロータ及びステータ
間の摩擦係数をヒステリシス現象を生じさせない程度に
小さい値に選定することにより、超音波モータの動作を
一段と安定化し得る。The present invention can further stabilize the operation of an ultrasonic motor by selecting the coefficient of friction between the rotor and stator to a value small enough to prevent hysteresis.
従来超音波モータとして、第8図の構成のものが用いら
れている。第8図において、Iは全体として超音波モー
タを示し、ステータ2及びロータ3を有する。A conventional ultrasonic motor having the configuration shown in FIG. 8 has been used. In FIG. 8, I indicates an ultrasonic motor as a whole, and has a stator 2 and a rotor 3.
ステータ2の環状ステータ固定部2Aは外部のベース(
図示せず)に固定され、可撓性を有するステータ支持部
2Bを介して環状弾性体2Cがステータ固定部2Aに対
して同軸的に支持されている。The annular stator fixing part 2A of the stator 2 is attached to an external base (
(not shown), and an annular elastic body 2C is coaxially supported with respect to the stator fixing part 2A via a flexible stator support part 2B.
弾性体2Cは弾性を有する金属でなり、内面に付着され
た圧電素子でなる圧電体2Dによって振動し得るように
なされている。The elastic body 2C is made of an elastic metal, and is made to vibrate by a piezoelectric body 2D made of a piezoelectric element attached to the inner surface.
弾性体2Cの表面には櫛歯状の凹凸面が形成され、この
凹凸面がロータ3の環状ロータ母材3Aに例えば合成樹
脂でなるスライダ3Bを介して圧接し、ロータ母材3A
の回転力をロータ支持部3Cを介して環状回転出力部3
Dに伝達する。A comb-like uneven surface is formed on the surface of the elastic body 2C, and this uneven surface is pressed against the annular rotor base material 3A of the rotor 3 via a slider 3B made of synthetic resin, for example, and the rotor base material 3A
The rotational force is transmitted to the annular rotational output section 3 via the rotor support section 3C.
Communicate to D.
ところが従来の超音波モータ1においては、ロータ3か
らの駆動出力を増大させるためには、ステータ2に対す
るロータ3の摩擦係数μをできるだけ太き(する必要が
あると考えられており、摩擦係数μを大きくした場合に
ロータ3及びステータ2間の接触部に生ずる摩耗が大き
くなる点を考慮して当該摩耗をできるだけ小さくするよ
うな工夫がされている。例えば特開昭62−23379
号、特開昭62−100178号の場合には、摩擦係数
μをμ〉0゜4程度に選定することにより、駆動効率を
向上させるような構成が示されている。However, in the conventional ultrasonic motor 1, in order to increase the drive output from the rotor 3, it is considered necessary to make the friction coefficient μ of the rotor 3 with respect to the stator 2 as large as possible. In consideration of the fact that the wear that occurs at the contact portion between the rotor 3 and the stator 2 increases when the distance is increased, measures have been taken to minimize the wear as much as possible.For example, Japanese Patent Laid-Open No. 62-23379
In the case of JP-A No. 62-100178, a configuration is shown in which the driving efficiency is improved by selecting the friction coefficient μ to be approximately μ>0°4.
ところが実験によれば、ロータ3及びステータ2間の摩
擦係数μを大きくすると、超音波モータ1の駆動電源の
周波数fに対する超音波モータ1の駆動出力の関係を表
す共振特性曲線にヒステリシス現象が生ずる状態になる
ため、超音波モータ1を安定に駆動し得ない問題がある
ことが分かった。However, according to experiments, when the friction coefficient μ between the rotor 3 and the stator 2 is increased, a hysteresis phenomenon occurs in the resonance characteristic curve representing the relationship between the drive output of the ultrasonic motor 1 and the frequency f of the drive power source of the ultrasonic motor 1. It has been found that there is a problem in that the ultrasonic motor 1 cannot be driven stably because of this.
すなわち摩擦係数μをμ〉0.4程度に選定した超音波
モータlを、第9図に示すように、電源の周波数fを超
音波モータ1が起動し得ない下限周波数f MINに設
定した状態から周波数fを徐々に上昇させて行く場合を
考える。In other words, the ultrasonic motor 1 whose friction coefficient μ is selected to be about μ>0.4 is set with the frequency f of the power source set to the lower limit frequency f MIN at which the ultrasonic motor 1 cannot be started, as shown in FIG. Consider the case where the frequency f is gradually increased from .
周波数fがf−fMINのとき、振幅lxlは共振特性
曲線Kl上の下限動作点PMINを表す値IXMIN
lになっている。When the frequency f is f-fMIN, the amplitude lxl is a value IXMIN representing the lower limit operating point PMIN on the resonance characteristic curve Kl.
It has become l.
この下限動作点P MINO状雇から周波数fを上昇さ
せて行くとき、第1の遷移点PAに対応する周波数fA
に至るまでの間振幅lxlがl XMIN1程度を維持
するために停止状態を表す第1の特性曲線部分KIA上
を移動して行く状態になり、結局超音波モータ1は起動
できないことになる。When increasing the frequency f from this lower limit operating point P MINO, the frequency fA corresponding to the first transition point PA
In order to maintain the amplitude lxl at approximately lxMIN1 until reaching 1, the ultrasonic motor 1 moves on the first characteristic curve portion KIA representing a stopped state, and as a result, the ultrasonic motor 1 cannot be started.
やがて、周波数fが第1の遷移点P、の周波数fAを超
えると、超音波モータ1は起動して第2の特性曲線部分
KIB上の点PCにジャンプし、当該第2の特性曲線部
分KIB上を変化する。Eventually, when the frequency f exceeds the frequency fA at the first transition point P, the ultrasonic motor 1 starts and jumps to the point PC on the second characteristic curve section KIB, change above.
ここで超音波モータ1は周波数fが第1の遷移点PAの
周波数fAより高くなって行けば、これに応じて振幅l
xlが次第に小さくなって行き、やがて上限周波数f
MAXの上限動作点P MAXにおいて停止状態になる
。Here, as the frequency f becomes higher than the frequency fA of the first transition point PA, the ultrasonic motor 1 responds with an amplitude l.
xl gradually becomes smaller, and eventually the upper limit frequency f
Upper limit operating point P of MAX It enters a stopped state at MAX.
ところが、電源の周波数fを一旦上限周波数fM’AX
にした後その周波数を□少しずつ下げて行くと、振幅l
xlが徐々に大きくなって行き、第1の遷移点PAの周
波数fAより低くなれば振幅1x1がますます大きくな
って行く。However, once the frequency f of the power supply is changed to the upper limit frequency fM'AX
□If you lower the frequency little by little, the amplitude l
As xl gradually increases and becomes lower than the frequency fA of the first transition point PA, the amplitude 1x1 gradually increases.
やがて、周波数fが第2の遷移点P、の周波数f8に近
づいて来ると、振幅lxlは急激に低下して周波数fが
周波数fllより低くなったとき振幅1xlの値は第1
の特性曲線部分KIA上の点PDにジャンプして最小振
幅lXMI’Nlになり、結局超音波モータ1は停止す
る。Eventually, when the frequency f approaches the frequency f8 of the second transition point P, the amplitude lxl rapidly decreases, and when the frequency f becomes lower than the frequency fll, the value of the amplitude 1xl becomes the first
The ultrasonic motor 1 jumps to a point PD on the characteristic curve portion KIA and reaches the minimum amplitude lXMI'Nl, and the ultrasonic motor 1 eventually stops.
このようにロータ3及び゛ステータ2間の摩擦係数μが
大きい超音波モータ1においては、駆動型。In this way, the ultrasonic motor 1 in which the coefficient of friction μ between the rotor 3 and the stator 2 is large is a drive type.
源の周波数fを下限周波数f MINから上限周波数f
WAXに上昇させる際には、第10図に示すように点
Px+s Pゎ−PA PCPMAXの特性曲線部
を通るように振幅IXIが変化するのに対して、周波数
fを上限周波数f MAXから下限周波数f MINに
下降させる際には、 点P、□−P、’−7Ps P
D PMINのように、上昇する場合とは異なる特性曲
線部分を通って振幅lxlが変化するようなヒステリシ
ス現象を呈する。source frequency f from lower limit frequency f MIN to upper limit frequency f
When increasing the frequency f to WAX, the amplitude IXI changes so as to pass through the characteristic curve section of the point Px+s P - PA PCP MAX as shown in Fig. 10, while the frequency f changes from the upper limit frequency f MAX to the lower limit frequency. When lowering to f MIN, point P, □-P, '-7Ps P
Like D PMIN, it exhibits a hysteresis phenomenon in which the amplitude lxl changes through a different characteristic curve portion than when it rises.
ところで実際上超音波モータ1をできるだけ高い効率で
駆動しよ)とする場合には、゛振幅lxlが最大値に近
い駆動点P DRYになるような駆動周波数fn*v
(第10図)に電源周波数fを設定することが必要と
なる。By the way, in order to actually drive the ultrasonic motor 1 with as high efficiency as possible, it is necessary to set the driving frequency fn*v such that the amplitude lxl reaches the driving point P DRY close to its maximum value.
It is necessary to set the power supply frequency f to (FIG. 10).
しかし何らかの原因で電源周波数fが変動することによ
り、駆動周波数f DRVが低下したような場合や、温
度変化、負荷変動などによって共振特性曲線Kl自体が
変動したような場合に、駆動点P DIIVが第2の遷
移点P、以下になるような変動が超音波モータ1の駆動
条件に生ずると、超音波モータ1が直ちに停止すると共
に、当該変動条件が解消しても超音波モータ1が駆動動
作状態に復帰できなくなるおそれがある。However, if the drive frequency f DRV decreases due to fluctuations in the power supply frequency f for some reason, or if the resonance characteristic curve Kl itself fluctuates due to temperature changes, load fluctuations, etc., the driving point P DIIV will change. If a fluctuation occurs in the drive conditions of the ultrasonic motor 1 that is below the second transition point P, the ultrasonic motor 1 will immediately stop, and even if the fluctuation condition is resolved, the ultrasonic motor 1 will continue to operate. There is a possibility that it will not be possible to return to the current state.
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、このよう
な不安定な挙動をするおそれをなくし得る超音波モータ
を提案しようとするものである。The present invention has been made in consideration of the above points, and aims to propose an ultrasonic motor that can eliminate the possibility of such unstable behavior.
かかる問題点を解決するため本発明においては、第1の
接触面に進行波振動が形成されるステータ2と、この第
1の接触面に所定の加圧力Noによって接触する第2の
接触面をもつロータ3とを有する超音波モータ1におい
て、第1及び第2の接触面間の摩擦係数μを、共振特性
曲線Kllにヒステリシス現象を生しさせない程度に小
さい値に選定するようにする。In order to solve this problem, the present invention includes a stator 2 in which traveling wave vibration is formed on a first contact surface, and a second contact surface that contacts this first contact surface with a predetermined pressing force No. In the ultrasonic motor 1 having a rotor 3, the friction coefficient μ between the first and second contact surfaces is selected to be a small value to the extent that no hysteresis phenomenon occurs in the resonance characteristic curve Kll.
ロータ3及びステータ2間の摩擦係数μを小さくして行
くと、超音波モータ1の共振特性曲線にヒステリシス現
象が生じな(なる。As the friction coefficient μ between the rotor 3 and the stator 2 is decreased, a hysteresis phenomenon does not occur in the resonance characteristic curve of the ultrasonic motor 1.
そこで当該ヒステリシス現象を生じさせない程度に摩擦
係数μを小さい値に選定すれば、超音波モータ1の駆動
動作は、電源の周波数fに対して安定になる。Therefore, if the friction coefficient μ is selected to be a small value to the extent that the hysteresis phenomenon does not occur, the driving operation of the ultrasonic motor 1 becomes stable with respect to the frequency f of the power source.
以下図面について、本発明の一実施例を詳述する。 An embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
〔1〕駆動原理
第10図との対応部分に同一符号を付して示す第1図に
おいて、本発明による超音波モータ1 (第8図)にお
いては、共振特性曲線Kllにヒステリシス現象を生じ
させないような摩擦係数μを選定する。かかる条件を満
足する摩擦係数μとして、μくμ。(−0,25)に選
定する。[1] Driving Principle In FIG. 1, in which parts corresponding to those in FIG. 10 are given the same reference numerals, the ultrasonic motor 1 according to the present invention (FIG. 8) does not cause a hysteresis phenomenon in the resonance characteristic curve Kll. Select a friction coefficient μ such that: As the friction coefficient μ that satisfies this condition, μ×μ. (-0, 25).
かかる条件下における超音波モータ1ば、駆動電源の周
波数fを下限周波数f MINから上限周波数f MA
Xまで変化させたとき、共振特性曲線に11にヒステリ
シス現象を生しるような挙動をしなくなる。Under such conditions, the ultrasonic motor 1 changes the frequency f of the drive power source from the lower limit frequency f MIN to the upper limit frequency f MA
When changed up to X, the resonance characteristic curve no longer behaves in a manner that would cause a hysteresis phenomenon.
例えば摩擦係数μをμ=μ、(−0,18)に選定した
状態において周波数fを下限周波数f MINから上限
周波数f MAXまで上昇させた場合の超音波モータ1
の挙動は第1図と共に、次のようになる。For example, the ultrasonic motor 1 when the frequency f is increased from the lower limit frequency f MIN to the upper limit frequency f MAX with the friction coefficient μ selected as μ = μ, (-0, 18).
The behavior of is shown in Figure 1 as follows.
すなわち、超音波モータ1は、下限周波数f。INに対
応する下限動作点PMINから、起動開始する周波数f
=f、の起動動作点P1までの停止状態に相当する低出
力曲線部分KIIAを過ぎた後、周波数f2において振
幅lxlがピーク点P2になるまで立上り曲線部KI
IBを通って急速に立ち上がる。That is, the ultrasonic motor 1 has a lower limit frequency f. Frequency f at which activation starts from the lower limit operating point PMIN corresponding to IN
= f, after passing the low output curve portion KIIA corresponding to the stopped state up to the starting operating point P1, the rising curve portion KIIA is maintained until the amplitude lxl reaches the peak point P2 at the frequency f2.
Rise rapidly through IB.
ピーク点P2を通った後超音波モータ1は高出力曲線部
KI ICを通って、振幅lxlがピーク値近傍の値を
もちながらゆっくりと低下して行く動作状態を経過して
、振幅lxlが停止状態に近い低い値になる低出力曲線
部KIID上の上限動作点P MAXに至る。After passing through the peak point P2, the ultrasonic motor 1 passes through the high output curve part KIIC, passes through an operating state where the amplitude lxl slowly decreases while having a value near the peak value, and then the amplitude lxl stops. It reaches the upper limit operating point P MAX on the low output curve section KIID, which has a low value close to the state.
これに対して、周波数fを上限周波数f WAXから下
限周波数f HIMまで降下させて行くと、超音波モー
タ1は低出力曲線部KI ID上の上限動作点P MA
Xから、高出力曲線部KI IC2立上り曲線部KL
IBを順次通って低出力曲線部KI IA上の下限動作
点PMINに移って行く。On the other hand, when the frequency f is lowered from the upper limit frequency f WAX to the lower limit frequency f HIM, the ultrasonic motor 1 reaches the upper limit operating point P MA on the low output curve section KI ID.
From X, high output curve part KI IC2 rising curve part KL
It passes through IB sequentially and moves to the lower limit operating point PMIN on the low output curve section KIIA.
このように、超音波モータ1の共振特性曲線に11にヒ
ステリシス現象が生じないことにより、超音波モータ1
が駆動状態にあるとき、瞬時的に停止状態に落ち込むよ
うな不安定な動作を生じさせないようにし得る。In this way, since no hysteresis phenomenon occurs in the resonance characteristic curve 11 of the ultrasonic motor 1, the ultrasonic motor 1
When the motor is in a driving state, it is possible to prevent unstable operation such as instantaneously dropping into a stopped state.
因に超音波モータ1を駆動周波数f DRVで駆動する
ことにより、駆動点P Dl1%lにおいて駆動してい
るとき、駆動周波数f DRVが変動し、又は温度変化
又は負荷変動によって共振特性曲線が崩れることによっ
て駆動点P DRVが変動してピーク点P2を超えて立
上り曲線部KIIBないし低出力曲線部KIIAに落ち
込んだとしても、共振特性曲線K1.1がヒステリシス
ループをもたないことにより、超音波モータ1は動作状
態が元に戻れば駆動点P DRVを高出力曲線部KII
Cに戻すことができる。Incidentally, by driving the ultrasonic motor 1 at the driving frequency f DRV, when driving at the driving point P Dl1%l, the driving frequency f DRV fluctuates, or the resonance characteristic curve collapses due to temperature changes or load fluctuations. As a result, even if the driving point PDRV changes and exceeds the peak point P2 and falls to the rising curve section KIIB or the low output curve section KIIA, the resonance characteristic curve K1.1 does not have a hysteresis loop, so that the ultrasonic wave When the operating state of motor 1 returns to its original state, the driving point P DRV changes to the high output curve section KII.
It can be returned to C.
実験によれば、第1図について上述したように、ロータ
3及びステータ2間の摩擦係数μが0.25以下になる
ような条件の超音波モータ1においてはヒステリシス現
象が発生しなかったのに対して、摩擦係数μがそれ以上
の超音波モータにおいてはヒステリシス現象が生ずると
共に、そのヒステリシス動作の深さが摩擦係数μが大き
くなればなる程大きくなることを確認し得た。According to experiments, as described above with reference to FIG. 1, the hysteresis phenomenon did not occur in the ultrasonic motor 1 under conditions such that the friction coefficient μ between the rotor 3 and the stator 2 was 0.25 or less. On the other hand, it was confirmed that a hysteresis phenomenon occurs in an ultrasonic motor having a friction coefficient μ greater than that, and that the depth of the hysteresis operation increases as the friction coefficient μ increases.
すなわち第1図の共振特性曲線Kllは、ロータ3及び
ステータ2間の摩擦係数μが、μ−μm= 0.18の
場合であるのに対して、摩擦係数μを、μ=μ、 =0
.34に選定した場合には、第3図の共振特性曲線に1
2で示すように、共振特性曲線に12上に第1及び第2
の遷移点PAI及びFBIが生じることにより、ヒステ
リシス現象が生じるようになったことが分かった。That is, the resonance characteristic curve Kll in FIG. 1 is for the case where the friction coefficient μ between the rotor 3 and the stator 2 is μ−μm=0.18, whereas the friction coefficient μ is μ=μ, =0.
.. 34, the resonance characteristic curve in Fig. 3 has a value of 1.
As shown in 2, the first and second
It was found that the occurrence of the transition points PAI and FBI caused a hysteresis phenomenon.
同様にして摩擦係数μを、ルーμ、 =0.45に選定
した場合には、第4図の共振特性曲線に13で示すよう
に、同様に第1及び第2の遷移点pAz及びP、I□が
発生することにより、超音波モータ1の動作にヒステリ
シス現象が生じたことが分かった。Similarly, if the friction coefficient μ is selected to be 0.45, the first and second transition points pAz and P, as shown at 13 in the resonance characteristic curve in FIG. It was found that a hysteresis phenomenon occurred in the operation of the ultrasonic motor 1 due to the occurrence of I□.
ところが、摩擦係数が小さい第3図の場合の共振特性曲
線に12における第1及び第2の遷移点PAL及びPR
+の周波数fAI及び184間の周波数偏差Δf、に対
して、第4図の共振特性曲線K13における第1及び第
2の遷移点pa2及びPIl□の周波数fA2及びfB
□間の周波数偏差Δf2は大きくなっており、この分第
4図の場合の超音波モータ1の方がヒステリシス動作の
深さが深くなったことを表している。However, in the resonance characteristic curve in the case of FIG. 3 where the coefficient of friction is small, the first and second transition points PAL and PR at 12
+ frequency fAI and the frequency deviation Δf between 184, the frequencies fA2 and fB of the first and second transition points pa2 and PIl□ in the resonance characteristic curve K13 of FIG.
The frequency deviation Δf2 between □ is larger, which means that the ultrasonic motor 1 in the case of FIG. 4 has a deeper hysteresis operation.
因に一般的に言って振動系における共振特性曲線は、例
えば第1図のピーク点P2を中心として対称性が良い曲
線を描く傾向があるのに対して、第1図の場合には、ピ
ーク点P2より低い周波数における立上り曲線部KI
IBがピーク点P2に近づく方向に引き付けられたと同
様の曲線をもっている。Incidentally, generally speaking, the resonance characteristic curve in a vibration system tends to draw a curve with good symmetry centered around the peak point P2 in Fig. 1, for example, whereas in the case of Fig. 1, the resonance characteristic curve Rising curve part KI at a frequency lower than point P2
It has a similar curve as if IB were drawn in a direction approaching peak point P2.
このようにして立上り曲線部がピーク点の方に引きつけ
られる傾向は摩擦係数μを、μ−μm(−〇、25)よ
り大きくした場合(すなわち第3図、第4図の場合のよ
うに)強まって行き、その結果、摩擦係数μがμ−μ2
(=0.34 (第3図))より大きい摩擦係数μ−μ
3(=0.45の場合(第4図))の方がヒステリシス
動作が深くなって行く。This tendency for the rising curve part to be drawn toward the peak point occurs when the friction coefficient μ is made larger than μ-μm (-〇, 25) (i.e., as in the case of Figures 3 and 4). As a result, the friction coefficient μ becomes μ−μ2
(=0.34 (Figure 3)) larger friction coefficient μ−μ
3 (=0.45 (FIG. 4)), the hysteresis operation becomes deeper.
〔2〕実験結果
(1)第1実施例
第2図の試材番号3は、摩擦係数μをμ=μ。(−〇、
25)に選定した場合を示し、ステータ2の弾性体2C
としてステンレス(例えば5US304)、又はインバ
材(例えば42%Ni合金)を用いると共に(以下の実
施例についても同様である)、スライダ3Bとして芳香
族ポリエステル30%及びPTF’Eを70%含有した
高分子材料で構成したものを用いた。[2] Experimental results (1) First example Sample number 3 in Fig. 2 has a friction coefficient μ = μ. (−〇、
25) is selected, and the elastic body 2C of the stator 2
As the slider 3B, stainless steel (for example, 5US304) or Invar material (for example, 42% Ni alloy) is used (the same applies to the following examples). A structure made of molecular material was used.
このとき超音波モータ1の共振特性動作にヒステリシス
現象が発生しなかった。At this time, no hysteresis phenomenon occurred in the resonance characteristic operation of the ultrasonic motor 1.
(2)第2実施例
第2図の試材番号4の実施例は第1図について上述した
ように摩擦係数μを、μ−μ、(−0,18)に選定し
た場合で、スライダ3Bをポリアミドイミド85%、グ
ラファイト12%及びPTFE3%を含有した高分子材
料で構成した。この場合は第1図について上述したよう
に、超音波モータ1の共振特性動作にヒステリシス現象
は発生しなかった。(2) Second Example In the example of sample number 4 in Figure 2, the friction coefficient μ is selected as μ-μ, (-0, 18) as described above in Figure 1, and the slider 3B was composed of a polymeric material containing 85% polyamideimide, 12% graphite, and 3% PTFE. In this case, as described above with reference to FIG. 1, no hysteresis phenomenon occurred in the resonance characteristic operation of the ultrasonic motor 1.
(3)第3実施例
第2図の試材番号5の場合には、スライダ3Bとしてア
ルミ合金の表面を潤滑アルマイト処理したものを適用し
た場合で、この場合の摩擦係数μはμ=0.08であっ
た。この場合にも超音波モータ1の共振特性動作にヒス
テリシス現象が発生しなかった。(3) Third Embodiment In the case of sample number 5 in Fig. 2, an aluminum alloy surface treated with lubricating alumite is used as the slider 3B, and the friction coefficient μ in this case is μ=0. It was 08. Also in this case, no hysteresis phenomenon occurred in the resonance characteristic operation of the ultrasonic motor 1.
(4)ヒステリシス現象が発生した実験例第2図の試材
番号2の場合は、第3図について上述したように、摩擦
係数μを、μ−μg(=0.34)に選定した場合で、
スライダ3Bをビスマレイミド・トリアジン及びポリア
ミドを含有した高分子材料で構成した。(4) Experimental example in which hysteresis phenomenon occurred In the case of specimen number 2 in Figure 2, the friction coefficient μ was selected to be μ - μg (=0.34) as described above with respect to Figure 3. ,
The slider 3B was made of a polymeric material containing bismaleimide triazine and polyamide.
この場合には、第3図について上述したように、超音波
モータ1の動作にヒステリシス現象が発生した。In this case, as described above with reference to FIG. 3, a hysteresis phenomenon occurred in the operation of the ultrasonic motor 1.
また第2図の試材番号1の場合は、第4図について上述
したように摩擦係数μを、μ−μ3(=0゜45)に選
定した場合で、スライダ3Bをフェノール樹脂で構成し
た。In the case of sample No. 1 in FIG. 2, the friction coefficient μ was selected to be μ−μ3 (=0°45) as described above with reference to FIG. 4, and the slider 3B was made of phenol resin.
この場合には第4図について上述したように、超音波モ
ータ1の動作にかなり深いヒステリシス現象が発生した
。In this case, as described above with reference to FIG. 4, a fairly deep hysteresis phenomenon occurred in the operation of the ultrasonic motor 1.
(5)参考例
第2図の「参考」の欄の場合は、スライダ3Bとして試
材番号4の組成の材料を用いると共に、その表面にシリ
コンオイルを塗布した場合で、摩擦係数μはμ−0,0
5であった。(5) Reference example In the case of the "Reference" column in Figure 2, a material with the composition of sample number 4 is used as the slider 3B, and silicone oil is applied to its surface, and the friction coefficient μ is μ− 0,0
It was 5.
このとき超音波モータ1の動作にはヒステリシス現象の
発生はな(、ロータ3の出力も実用に供し得ない程度に
は低下しなかった。At this time, no hysteresis phenomenon occurred in the operation of the ultrasonic motor 1 (and the output of the rotor 3 did not decrease to such an extent that it could not be put to practical use).
〔3〕理論的検討
上述のように種々の実験結果から考察すると、従来行わ
れていたように、回転出力の効率を高めるために摩擦係
数μを高くするようにすれば、効率が上昇すると共に超
音波モータの動作に生ずるヒステリシス現象が深くなる
傾向にあり、当該ヒステリシス現象のために超音波モー
タ1の動作が不安定になるおそれがあったのに対して、
摩擦係数μを小さくすることにより超音波モータ1の共
振特性動作にヒステリシス現象を生じさせないようにす
ることができ、この分超音波モータの動作を一段と安定
化し得る。[3] Theoretical consideration Considering the various experimental results as mentioned above, if the friction coefficient μ is increased in order to increase the efficiency of rotational output, as has been done in the past, efficiency will increase and The hysteresis phenomenon that occurs in the operation of the ultrasonic motor tends to become deeper, and there is a risk that the operation of the ultrasonic motor 1 becomes unstable due to the hysteresis phenomenon.
By reducing the friction coefficient μ, it is possible to prevent a hysteresis phenomenon from occurring in the resonance characteristic operation of the ultrasonic motor 1, and the operation of the ultrasonic motor can be further stabilized.
かくするにつき、摩擦係数μを小さくするようにしたに
もかかわらず、超音波モータ1の回転出力がそれ程小さ
くならないことが確認できた。Thus, it was confirmed that the rotational output of the ultrasonic motor 1 did not become so small even though the friction coefficient μ was made small.
この現象について、従来は摩擦係数μと出力との関係を
、第5図に示すように、ステータ2の弾性体2C及びス
ライダ3B間の摩擦係数μとして、いわゆる静摩擦係数
を基準としてロータ母材3A側に生ずる駆動力を評定し
ていたと考えられるのに対して、実際上振動状態にある
弾性体2C及びスライダ3B間の摩擦状態は、静摩擦係
数では評定しきれない挙動をしていると考えられ、当該
動的な摩擦状態に基づいてたとえ弾性体2C及びスライ
ダ3B間の静摩擦係数が小さい場合にも、ロータ母材3
A側に住する駆動力がさほど低下しない結果を生じてい
るものと考えられる。Regarding this phenomenon, conventionally, as shown in FIG. 5, the relationship between the friction coefficient μ and the output is expressed as the friction coefficient μ between the elastic body 2C of the stator 2 and the slider 3B, and the so-called static friction coefficient is used as a reference for the rotor base material 3A. On the other hand, it is thought that the frictional state between the elastic body 2C and the slider 3B, which are actually in a vibrating state, behaves in a way that cannot be evaluated by the static friction coefficient. Based on the dynamic friction state, even if the static friction coefficient between the elastic body 2C and the slider 3B is small, the rotor base material 3
This is thought to be due to the fact that the driving force on the A side does not decrease much.
すなわち一般に摩擦係数μは次式
で表される。ここでN。は、弾性体2C及びスライダ3
Bが振動していない状態において面接触しているとき加
えられる圧力であり、Foはこの状態においてロータ3
を動かすに必要な力である。That is, the friction coefficient μ is generally expressed by the following formula. N here. is the elastic body 2C and the slider 3
B is the pressure applied when the rotor 3 is in surface contact in a non-vibrating state, and Fo is the pressure applied when the rotor 3 is in surface contact in a non-vibrating state.
is the force necessary to move.
このように弾性体2C及びスライダ3Bが静止状態にあ
るときには、摩擦係数μが大きくなればこれに応じて力
F0が大きくなると考えられ、従来はかかる考え方に基
づいて摩擦係数μを大きくすることにより超音波モータ
1の効率を高める工夫がされていた。In this way, when the elastic body 2C and the slider 3B are in a stationary state, it is thought that as the coefficient of friction μ increases, the force F0 increases accordingly. Conventionally, based on this idea, the force F0 is increased by increasing the coefficient of friction μ. Efforts have been made to increase the efficiency of the ultrasonic motor 1.
ところが同じように加圧力N。を加えていても、第6図
の場合のように弾性体2Cが振動状態にある場合には、
弾性体2Cに符号Rの方向に進行波が発生していると共
に、弾性体2Cの櫛歯2Eの □表面がスライダ3
Bの表面に接触する点SAは、進行波の進行と共に第7
図に示すように楕円軌道上を回転運動をしていると考え
られる。However, the pressure N is the same. Even if the elastic body 2C is in a vibrating state as in the case of Fig. 6,
A traveling wave is generated in the direction of symbol R in the elastic body 2C, and the □ surface of the comb teeth 2E of the elastic body 2C is the slider 3.
The point SA in contact with the surface of B becomes the seventh point as the traveling wave progresses.
As shown in the figure, it is thought to be rotating on an elliptical orbit.
そこで、弾性体2C及びスライダ3Bの接触点SAにお
いては、第5図について上述した静的な摩擦状態とは異
なる動的な摩擦状態が発生しており、そのために次式
%式%(2)
のように、第5図の静的な接触状態においてロータ3を
動かすのに必要な力F。より大きい力F1が符号りの方
向に回転しているロータ3を停止させるために必要にな
ると考えられる。Therefore, at the contact point SA between the elastic body 2C and the slider 3B, a dynamic frictional state different from the static frictional state described above with reference to FIG. The force F required to move the rotor 3 in the static contact condition of FIG. It is believed that a larger force F1 is required to stop the rotor 3 rotating in the direction of the sign.
このような理由によって、たとえ摩擦係数μが小さ(な
ってもロータ3から得られる駆動力はそれ程小さくなら
ないと考えられる。For these reasons, it is thought that even if the friction coefficient μ is small, the driving force obtained from the rotor 3 will not become so small.
〔4〕他の実施例
(1) 上述の実施例においては、共振特性曲線とし
て、電源の周波数fに対してステータ2の接触面の振幅
lxlを用いて表すようにしたが、これに代え、無負荷
状態における回転数、圧電体2Dに流れる電流、弾性体
2Cの進行波を検出することによって得られるピックア
ップ電圧(特開昭59−204477号公報)等を用い
て表現するようにしても、上述の場合と同様の効果を得
ることができる。[4] Other embodiments (1) In the above embodiments, the resonance characteristic curve was expressed using the amplitude lxl of the contact surface of the stator 2 with respect to the frequency f of the power supply, but instead of this, Even if it is expressed using the number of revolutions under no load, the current flowing through the piezoelectric body 2D, the pickup voltage obtained by detecting the traveling wave of the elastic body 2C (Japanese Patent Laid-Open No. 59-204477), etc. The same effects as in the above case can be obtained.
(2)上述の実施例においては、超音波モータ1として
、ロータ3のロータ母材3A上にスライダ3Bを設ける
ことにより、当該スライダ3Bの接触面を弾性体2Cの
接触面に接触させるようにした場合について述べたが、
スライダ3Bを省略してロータ母材3Aを直接接触させ
るようにしても良い。(2) In the above embodiment, the slider 3B is provided on the rotor base material 3A of the rotor 3 as the ultrasonic motor 1, so that the contact surface of the slider 3B is brought into contact with the contact surface of the elastic body 2C. I mentioned the case where
The slider 3B may be omitted and the rotor base material 3A may be brought into direct contact.
上述のように本発明によれば、ロータ及びステータ間の
摩擦係数を超音波モータの共振特性動作にヒステリシス
現象が生じない程度の小さい値に選定するようにしたこ
とにより、超音波モータを一段と安定に駆動し得る。As described above, according to the present invention, the coefficient of friction between the rotor and stator is selected to a small value that does not cause hysteresis in the resonance characteristic operation of the ultrasonic motor, thereby making the ultrasonic motor more stable. can be driven to
第1図は本発明による超音波モータの共振特性曲線を示
す特性曲線図、第2図は実験例を示す図表、第3図及び
第4図は第2図の実験例のうち、試材番号2及び1の場
合の共振特性曲線を示す特性曲線図、第5図及び第6図
は小さい摩擦係数でも実用的な回転出力を得ることがで
きたことの理論的検討に供する断面図、第7図はその櫛
歯2Eの運動を示す路線図、第8図は超音波モータの構
成を示す路線的断面図、第9図及び第10図は従来の問
題点の説明に供する特性曲線図である。
1・・・・・・超音波モータ、2・・・・・・ステータ
、3・・・・・・ロータ、2C・・・・・・弾性体、2
E・・・・・・櫛歯、3A・・・・・・ロータ母材、3
B・・・・・・スライダ。
区 区
□□□ 子
瀝 瀝
述
区
ミ
鵬Fig. 1 is a characteristic curve diagram showing the resonance characteristic curve of the ultrasonic motor according to the present invention, Fig. 2 is a chart showing an experimental example, and Figs. 3 and 4 are sample numbers of the experimental examples in Fig. 2. Characteristic curve diagrams showing the resonance characteristic curves in cases 2 and 1, Figures 5 and 6 are cross-sectional views for theoretical examination of the fact that practical rotational output could be obtained even with a small friction coefficient, Figure 7 The figure is a route diagram showing the movement of the comb teeth 2E, Figure 8 is a route sectional view showing the configuration of the ultrasonic motor, and Figures 9 and 10 are characteristic curve diagrams for explaining the problems of the conventional method. . 1... Ultrasonic motor, 2... Stator, 3... Rotor, 2C... Elastic body, 2
E...Comb teeth, 3A...Rotor base material, 3
B...Slider. District District
Claims (1)
第1の接触面に所定の加圧力によつて接触する第2の接
触面をもつロータとを有する超音波モータにおいて、 上記第1及び第2の接触面間の摩擦係数を、共振特性曲
線にヒステリシス現象を生じさせない程度に小さい値に
選定した ことを特徴とする超音波モータ。[Claims] Ultrasonic waves having a stator in which a traveling wave is formed on a first contact surface, and a rotor having a second contact surface that contacts the first contact surface with a predetermined pressing force. An ultrasonic motor, characterized in that the coefficient of friction between the first and second contact surfaces is selected to be small enough not to cause a hysteresis phenomenon in the resonance characteristic curve.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63089623A JP2585996B2 (en) | 1988-04-12 | 1988-04-12 | Ultrasonic motor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63089623A JP2585996B2 (en) | 1988-04-12 | 1988-04-12 | Ultrasonic motor |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6037583A Division JP2682431B2 (en) | 1994-02-09 | 1994-02-09 | Ultrasonic motor |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01264576A true JPH01264576A (en) | 1989-10-20 |
| JP2585996B2 JP2585996B2 (en) | 1997-02-26 |
Family
ID=13975881
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP63089623A Expired - Lifetime JP2585996B2 (en) | 1988-04-12 | 1988-04-12 | Ultrasonic motor |
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|---|---|
| JP (1) | JP2585996B2 (en) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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- 1988-04-12 JP JP63089623A patent/JP2585996B2/en not_active Expired - Lifetime
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| JPH01107675A (en) * | 1987-10-20 | 1989-04-25 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | ultrasonic motor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2585996B2 (en) | 1997-02-26 |
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