JPH01268465A

JPH01268465A - 超音波モータ

Info

Publication number: JPH01268465A
Application number: JP63096256A
Authority: JP
Inventors: Osamu Nishihara; 修西原
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1988-04-19
Filing date: 1988-04-19
Publication date: 1989-10-26

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】概要超音波振動を利用してなる超音波モータに関し、弾性振
動体上の反射波の発生を少なくするとともに、移動体を
２次元平面上で自在に移動しうる超音波モータの提供を
目的とし、弾性振動体の一方の面に圧電振動子を接着し、該圧電振
動子により弾性振動体を励振して、弾性振動体上に進行
波を発生せしめ、弾性振動体の他方の面に圧接する移動
体を移動するようにした超音波モータにおいて、弾性振
動体をその一部に直線部を形成したループ形状とし、前
記圧電振動子を前記直線部の一方の面に接着した弾性振
動体を複数個設け、該複数の弾性振動体の前記直線部の
他方の面に圧接するように移動体を設け、該移動体を２
次元平面内で移動自在に構成する。

産業上の利用分野本発明は超音波振動を利用してなる超音波モータに関す
る。

超音波の特異な現象を利用した装置は、エレクトロニク
スの発達にともなって、ますます拡大しつつある。なか
でも、超音波振動を駆動力とする超音波モータは、電気
入力によって振動体に微小な弾性往復振動を励振し、こ
の往復運動を移動体の直進運動あるいは回転運動に変換
するものである。

電流と磁界の相互作用によって、駆動力を得る従来のモ
ータに対し、超音波振動する振動体と移動体の間に働（
摩擦力を回転運動あるいは直進運動として取り出すもの
で、■構造が簡単、■小型・軽量、■速い応答性、■高
トルクが可能等の利点を有し、各種ＦＡ、ＯＡ機器等へ
の応用が期待されている。

一方、プリンタやフロッピーディスク等の駆動部分には
直進運動が多く、その駆動源としては、回転型モータの
回転を歯車やブーり等によって直進運動に変換するリニ
アドライブ方式が用いられている。しかし、こうした変
換機構では、構造も複雑になり、機器の大型化も免れな
いため直進運動の力を直接生み出すりニアモータの開発
が望まれており、特に、効率が高く、２次元平面内で移
動体を自在に移動しうるような超音波モータが望まれて
いる。

従来の技術現在、超音波モータにおいては、定在波を用いる方式と
進行波を用いる方式が知られている。定在波方式は定常
楕円振動する振動片によって周期的に移動体を突いて動
かすのに対して、進行波方式は弾性振動体上に進行弾性
波を発生せしめて連続的に移動体に対して駆動力を働か
せるものである。

たわみ振動による進行波方式の超音波モータは、弾性振
動体の一方の面に、電歪部材に２組の電極群を設けた圧
電振動子を接着し、他方の面に移動体を圧接せしめて構
成されている。

圧電振動子のそれぞれの電極群によって励振される定在
波の位相差がπ／２となるように高周波電圧を印加し、
かつ、画電極群の位置的位相差を定在波の１／４波長ず
らすことにより、弾性振動体上にたわみ振動の合成によ
る進行波が生じる。

この超音波振動している弾性振動体の表面部は楕円運動
をしており、その振動の波頭の頂点はわずかに横に動く
性質をもっている。この波頭の上に圧接する移動体が摩
擦力により移動する訳である。

このような原理を用いて、リング状振動体の底面に圧電
振動子を接着し、振動体の上面にリング状移動体を加圧
接触させ、移動体を回転運動させる回転型超音波モータ
が製品化され、更に、板状の弾性振動体の底面に圧電振
動子を接着し、弾性振動体の上面に移動体を加圧接触せ
しめて、移動体を往復運動させるリニア型超音波モータ
が検討されている。

発明が解決しようとする課題しかし、回転型超音波モータに較べ、リニア型超音波モ
ータは、弾性振動体の端部で反射波が発生するため、適
正な進行波が得られず、実用化が遅れているという問題
点があった。

また、移動体を一方向にだけ直進運動させるものだけで
なく、２次元方向に移動が自在で、且つ回転運動も同時
に行えるような超音波モータの提案はなされていなかっ
た。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、そ
の目的とするところは、弾性振動体上の反射波の発生が
少ないとともに、移動体を２次元平面上で自在に移動し
うる超音波モータを提供することである。

課題を解決するための手段弾性振動体の一方の面に圧電振動子を接着し、該圧電振
動子により弾性振動体を励振して、弾性振動体上に進行
波を発生せしめ、弾性振動体の他方の面に圧接する移動
体を移動するように構成する。

弾性振動体をその一部に直線部を形成したループ形状と
し、前記圧電振動子を直線部の一方の面に接着した弾性
振動体を複数個設け、該複数の弾性振動体の直線部の他
方の面に圧接するように移動体を設け、該移動体を２次
元平面内で移動自在にして、上述した課題を解決する。

作　　　用本発明によれば、弾性振動体をループ状に形成しである
ので、弾性波が反射して適正な進行波が発生しないとい
うことが少ない。

さらに、このような反射波が少なく、効率の良い弾性振
動体を複数個同一平面上に設けて、複数の弾性振動体の
直線部に移動体が圧接するようにしたから、移動体が２
次元平面内で移動自在となり、加えて、移動体を回動さ
せることも可能となる。

実　　施　　例本発明の実施例を図面を参照して、詳細に説明すること
にする。

第１図乃至第１２図は本発明の一実施例を説明するため
の図であり、第１図は構成説明図、第２図は圧電振動子
を接着した弾性振動体の斜視図、第３図は同じく平面図
、第４図は同じく側面図、第５図は同じく底面図、第６
図は同じく要部構成説明図、第７図は説明補助図、第８
図は制御装置のブロック図である。

まず、第１図において、１０は弾性振動体であり、弾性
振動体１０は第２図乃至第５図に示すように、直線部１
０ａが形成された長円状（ループ状）に形成されている
。直線部１０ａは他の部分１０ｂよりも若干高くなって
おり、その下面には圧電振動子１２が接着されている。

圧電振動子１２は第６図に示すように、セラミック等か
らなる電歪部材１４の一方の面に銀等からなる電極１６
ａ、ｔ６ｂ、１６Ｃを、他方の面に同じく銀等からなる
電極１７ａ、１７ｂ、１７Ｃを焼付貼着して構成されて
いる。電極１６ａと電極１６ｂはλ／４　（λは圧電振
動子の振動によるたわみ振動波の波長）の間隔をおいて
配設されており、電極１７ａ、１７ｂはそれぞれ４枚づ
つ設けられ、その長さは１枚当たりλ／２となっている
。以下電極１６ａ及び４個の電極１７ａをＡグループの
電極群、電極１６ｂ及び４個の電極１７ｂをＢグループ
の電極群という。

このＡ及びＢグループの電極群に電歪部材の共振周波数
であって位相差がπ／２の高周波電圧をそれぞれ印加す
ることにより、弾性振動体上に進行波が励振される。電
極１６Ｃは移動体の移動速度の制御を行うための信号を
取り出す電極である。

第１図に戻って、１８は基盤であり、基盤１８上には前
記の弾性振動体１０が４個、第７図に示すように、弾性
振動体１０の直線部ｔＯａを一辺と見立てた正方形状に
取りつけられている。

２０は基盤１８に複数の引張りバネ２２を介して取付ら
れた固定板であり、固定板２０の下面には、その下側に
回動自在な複数の球２４ａが配設された案内手段２４が
固着されている。２６は移動体であり、移動体２６は４
個の弾性振動体１０の直線部１０ａの上面と、案内手段
２４により移動可能に挟持され、引張りバネ２２の付勢
力により所定の圧力で、４個の弾性振動体１０の直線部
１０ａに圧接している。

第８図を参照すると、３０は圧電振動子１２の電歪部材
の共振周波数に応じた高周波信号を発振する発振回路で
あり、３２はこの信号の位相をπ／２ずらす移相器であ
る。３４は発振回路３０により発振された高周波信号と
、移相器３２によりπ／２移相した高周波信号とを、制
御手段３６の方向指示信号３６ａに応じて選択的に切り
換える方向制御スイッチである。３８．３８は制御手段
３６のゲイン調整信号３６ｂに応じて高周波信号を所定
の電圧に増幅する高速増幅器であり、４０は電歪部材の
共振周波数の変化を検出し、発振回路３０にフィードバ
ックする周波数自動追従回路である。

然して、移動体２６を移動させるときは、方向制御スイ
ッチ３４により圧電振動子１２のＡグループの電極群に
移相していない高周波電圧を、Ｂグループの電極群にπ
／２移相した高周波電圧を印加すると、第９図に示すよ
うに、弾性振動体１０上の移動体２６との圧接部に進行
波が発生し、この進行波により移動体２６が移動する。

移動体２６をこれと逆方向に移動するときは、方向制御
スイッチ３４により圧電振動子１２のＡグループの電極
群にπ／２移相した高周波電圧を、Ｂグループの電極群
に移相していない高周波電圧を印加すればよい。

移動体２６の移動方向に対して寄与しない弾性振動体に
ついては方向制御スイッチ３４により、圧電振動子１２
のＡ及びＢグループの電極群にそれぞれ同位相の高周波
電圧を印加すれば、第１０図に示すように、弾性振動体
１０上の移動体２６との圧接部に定在波が発生し、弾性
振動体１０と移動体２６の摩擦抵抗が減少し、移動の妨
げにならないようにすることができる。

尚、弾性振動体の直線部の一方の面に圧電振動子を接着
するとともに、他方の面に移動体が圧接するように構成
したのは、圧電振動子による弾性波を効率よく移動体に
作用せしめるためである。

第１１図及び第１２図（Ａ）〜（Ｊ）は移動体の動きを
説明するための図である。

第１２図（Ａ）のように移動体を動かすときは、第１１
図の弾性振動体（ア）及び（つ）にＸ軸止方向に進行波
が発生するように互いにπ／２位相がずれた高周波電圧
を圧電振動子のＡ及びＢグループの電極群にそれぞれ印
加し、弾性振動体（イ）及び（１）の圧電振動子の電極
群には同位相の高周波電圧をそれぞれ印加して弾性振動
体上に定在波を発生させることによりこれを行う。

第１２図（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）については同様に移動
方向と平行に配置された弾性振動体にはその方向に進行
波を、他の弾性振動体には定在波を発生させる。

（Ｅ）〜（Ｊ）については、移動方向のＸ及びｙ方向成
分に応じて圧電振動子の各電極に印加する高周波電圧を
調整しく第８図の高速増幅器３８の増幅率を調整する）
、第１１図の相対する弾性振動体（ア）、（つ）及び（
イ）、（１）にそれぞれ同方向の進行波を発生させるこ
とにより、移動体を自在に移動できる。

第１３図乃至第１８図は他の実施例の説明図であって、
第１３図は圧電振動子を接着した弾性振動体の斜視図、
第１４図は同じく平面図、第１５図は同じく側面図、第
１６図は同じく底面図、第１７図及び第１８図は圧電振
動子を接着した弾性振動体の配置を示す図である。前述
した一実施例と同一の構成部分については同一　の番号
を付し、その違いについてのみ説明することにする。

前述した一実施例と異なるのは弾性振動体の形状と、弾
性振動体の数及び配置である。弾性振動体は第１３図乃
至第１６図に示すように、直線部５０ａが形成された矩
形状に形成され、直線部５０ａは一実施例と同様に他の
部分５０ｂよりも若干高（なっており、その下面には２
つの電極群を有する圧電振動子１２が接着されている。

弾性振動体は、第１７図及び第１８図に示すように８個
設けられ、圧電振動子を接着した直線部５０ａをその一
辺と見立てた正８角形状に配置されている。

移動体を１方向あるいは２次元方向に移動する場合には
、例えば第１７図のように、互いに平行に配置された弾
性振動体に同方向の進行波を発生させ、移動体の移動方
向に応じて圧電振動子に印加する高周波電圧を調整する
ことにより行う。このとき、移動体の移動に寄与しない
弾性振動体があれば、この弾性振動体上には定在波を発
生させておく。

移動体を回転させる場合には、第１８図に示すように、
実線矢印あるいは点線矢印のように進行波を発生させる
ことにより行うことができる。

本実施例は、一実施例と比較して移動体の位置決めや回
転運動の精度を向上することができる。

弾性振動体の数をさらに増やしたり、移動体を回転させ
るときに、移動体を外部から案内する（移動体の回転中
心がずれないようにする）機構等を設ければさらに精度
を向上することができる。

発明の効果本発明は以上詳述したように、弾性振動体を直線部を有
するループ形状とし、この弾性振動体を複数個設け、複
数の弾性振動体の直線部に移動体を圧接せしめて構成し
たから、弾性振動体上に反射波が発生せず、効率が良い
とともに、従来行えなかった移動体の２次元移動が可能
となり、その応用範囲を極めて拡大することができると
いう効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は一実施例の構成説明図、第２図は一実施例の圧電振動子を接着した弾性振動体の
斜視図、第３図は同じく平面図、第４図は同じく側面図、第５図は同じく底面図、第６図は同じく要部構成説明図、第７図は一実施例の説明補助図、第８図は一実施例の圧電振動子への高周波電圧の印加を
制御する装置のブロック図、第９図及び第１０図は弾性振動体上に発生させる進行波
及び定在波の説明図、第１１図及び第１２図（Ａ）〜（Ｊ）は移動体の動きを
説明するための図、第１３図は他の実施例の圧電振動子を接着した弾性振動
体の斜視図、第１４図は同じく平面図、第１５図は同じく側面図、第１６図は同じく底面図、第１７図及び第１８図は他の実施例の説明図である。１０．５０・・・弾性振動体、１２・・・圧電振動子、１８・・・基盤、２０・・・固定板、２２・・・引張りバネ、２４・・・案内手段、２６・・・移動体。２６・　４′１ｆカイト一東Ｉ邑不グリの傅ガく盲！、β月図第１　図一大１ン、イ！Ｉ釦二用・コた５箒＋ｔ、を朕マ力不ト
Ｑ斜才克口第２図第３図〉６２　図０預り　面　図第４図第２図９底第５Ｎ１６ｃ慧２図（’）　ｔ−ｔ７’搏へ説明間第６・図一架ｉ旭イ列０説明キ肝シカ図第７図一家すンへクリ１丁用１シ傭ＩＨｔＦ［慣−９１０７４
図第８〜（Ｂ　りｌしｍ−７・０嘔ち苓νｆ手にＪ乃たオル醪才隈
すＢ２皮ブ羊□ｔｔｊ、ｌ１１１ｍＪａ二ｆｆ１Ｌ！ｅ
ｓるｄＬ　’ｆＴ　Ｓｌｌ／）？ｔＢＵ２１第９図５４．１ｔＪＸ１１ネト上１て肩Ｓ支さ、也ろ定在−シ
皮）Ｏ寛乞口月図第１０図オ珍市力喰ト０ず方きのＶ乞ａ月図第１１図（Ｅ）　　　　　　　　　（Ｆ）　　　　　　　　　　
　　　　　（Ｇ）千り貫カイ＃０ｖ力さの亥ｉｓ月ルｎ第１２図イ第５ｆ）賓プ々ちイ列ｊ＝用１３と５車ノ１主ＪＬ帆
ずカイ杏の料才償しｂ０第１３図第１３０千面区第１４Ｎ１０ａ）ｂ　１３　匹ｑ　０イνす３口　β０第１３図の底１
１図第１６図第１７図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）弾性振動体（１０）の一方の面に圧電振動子（１
２）を接着し、該圧電振動子（１２）により弾性振動体
（１０）を励振して、弾性振動体（１０）上に進行波を
発生せしめ、弾性振動体（１０）の他方の面に圧接する
移動体（２６）を移動するようにした超音波モータにお
いて、弾性振動体（１０）をその一部に直線部（１０ａ）を形
成したループ形状とし、前記圧電振動子（１２）を前記直線部（１０ａ）の一方
の面に接着した弾性振動体（１０）を複数個設け、該複
数の弾性振動体（１０）の前記直線部（１０ａ）の他方
の面に圧接するように移動体（２６）を設け、該移動体
（２６）を２次元平面内で移動自在にしたことを特徴と
する超音波モータ。
（２）前記複数の弾性振動体（１０）のうち、移動体（
２６）の移動に寄与しないものについては、圧電振動子
（１２）により弾性振動体上に定在波を発生せしめ、移
動体（２６）の移動に対する抵抗を少なくしたことを特
徴とする請求項１記載の超音波モータ。
（３）前記圧電振動子（１２）の接着された複数の弾性
振動体（１０）を、直線部（１０ａ）を一辺と見立てた
正２ｎ角形状（ｎ≧２の整数）に配置し、移動体（２６
）を回動可能にしたことを特徴とする請求項１または２
記載の超音波モータ。