JPH01291674A - 超音波振動子及び超音波モータ - Google Patents
超音波振動子及び超音波モータInfo
- Publication number
- JPH01291674A JPH01291674A JP63117827A JP11782788A JPH01291674A JP H01291674 A JPH01291674 A JP H01291674A JP 63117827 A JP63117827 A JP 63117827A JP 11782788 A JP11782788 A JP 11782788A JP H01291674 A JPH01291674 A JP H01291674A
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- JP
- Japan
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- elastic body
- base
- ultrasonic
- standing wave
- cantilever
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- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
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】
［産業上の利用分野コ
本発明は、超音波振動子及びその超音波振動子を利用し
た定在波型超音波モータに関するものである。
た定在波型超音波モータに関するものである。
し従来技術］
従来、超音波モータは進行波型モータと定在波型モータ
とに大別される。超音波モータの基本動作原理は、略楕
円運動が励起される超音波振動子に対して所定圧力で可
動子を当接させ、略楕円運動する各質点と可動子との摩
擦力により可動子を駆動するものである。定在波型超音
波振動子は、高効率振動を実現する構成が得やすいため
に、定在波型モータは進行波型モータに比較して高効率
。
とに大別される。超音波モータの基本動作原理は、略楕
円運動が励起される超音波振動子に対して所定圧力で可
動子を当接させ、略楕円運動する各質点と可動子との摩
擦力により可動子を駆動するものである。定在波型超音
波振動子は、高効率振動を実現する構成が得やすいため
に、定在波型モータは進行波型モータに比較して高効率
。
大出力という長所がある。
［発明か解決しようとする課題］
しかしたがら、従来の超音波振動子では、その構造上、
得られる超音波振動には限界があった。
得られる超音波振動には限界があった。
従って、従来の超音波振動子を用いた超音波モータもま
た、その高出力、高効率化１回転方向・回転数の変化、
負荷変動に対する制御性の向上等を併せもつことには限
界があった。
た、その高出力、高効率化１回転方向・回転数の変化、
負荷変動に対する制御性の向上等を併せもつことには限
界があった。
本発明は上述した問題点を解決するなめになされたもの
であり、その目的は、強力な超音波振動を効率よく発生
すると同時に高度の制御性を有する超音波振動子を提供
することにあり、さらにその超音波振動子を利用した大
出力可能な超音波モータを提供することにある。
であり、その目的は、強力な超音波振動を効率よく発生
すると同時に高度の制御性を有する超音波振動子を提供
することにあり、さらにその超音波振動子を利用した大
出力可能な超音波モータを提供することにある。
［課題を解決するための手段〕
この目的を達成するために、本発明の超音波振動子の構
成は、基部弾性体を設け、その基部弾性体に複数の電気
機械変換素子を収り付け、前記基部弾性体上であって前
記電気機は変換素子によって発生される定在波の節点が
存在する部分の近傍から、前記定在波のｉ＆幅方向に延
出した片持ちはり状弾性体を設けている。
成は、基部弾性体を設け、その基部弾性体に複数の電気
機械変換素子を収り付け、前記基部弾性体上であって前
記電気機は変換素子によって発生される定在波の節点が
存在する部分の近傍から、前記定在波のｉ＆幅方向に延
出した片持ちはり状弾性体を設けている。
また、本発明の超音波モータは、前記超音波振動子と、
前記定在波を含む平面と略直交する方向の振動を前記片
持ちはり状弾性体に励振する第２の電気機械変換素子と
、前記片持ちはり状弾性体に圧接された可動子とを備え
ている。
前記定在波を含む平面と略直交する方向の振動を前記片
持ちはり状弾性体に励振する第２の電気機械変換素子と
、前記片持ちはり状弾性体に圧接された可動子とを備え
ている。
また、基部弾性体を固定する基台を設け、その基部弾性
体と基台を結合する位置を、前記電気機械変換素子によ
って発生される定在波の節点が存在する部分にしている
。
体と基台を結合する位置を、前記電気機械変換素子によ
って発生される定在波の節点が存在する部分にしている
。
［伴用コ
上記の構成を有する本発明の超音波振動子では、電気機
械変換素子を振動させることによって、基部弾性体に定
在波を発生させる。片持ちはり状弾性体の延出している
位置が、基部弾性体上に存在する定在波の節点付近にあ
るため、片持ちはり状弾性体３の自由端の変位が最も大
きくなり、効率よく片持ちはり状弾性体に超音波振動を
発生させることができる。
械変換素子を振動させることによって、基部弾性体に定
在波を発生させる。片持ちはり状弾性体の延出している
位置が、基部弾性体上に存在する定在波の節点付近にあ
るため、片持ちはり状弾性体３の自由端の変位が最も大
きくなり、効率よく片持ちはり状弾性体に超音波振動を
発生させることができる。
また、本発明の超音波モータでは、前記超音波振動子に
よって励振される超音波振動と、第２の電気機械変換素
子によって励振される超音波振動を複合することによっ
て前記片持ちはり状弾性体先端に略楕円運動が発生され
る。その略楕円運動によって、前記片持ちはり状弾性体
に圧接させられた可動子が回転する。
よって励振される超音波振動と、第２の電気機械変換素
子によって励振される超音波振動を複合することによっ
て前記片持ちはり状弾性体先端に略楕円運動が発生され
る。その略楕円運動によって、前記片持ちはり状弾性体
に圧接させられた可動子が回転する。
また、前記電気機械変換素子によって発生する定在波の
節点が存在する部分は、振幅が最も小さいので、結合手
段は基部弾性体の振動を減衰させることなく基台と基部
弾性体とを結合することができる。
節点が存在する部分は、振幅が最も小さいので、結合手
段は基部弾性体の振動を減衰させることなく基台と基部
弾性体とを結合することができる。
［実施例］
以下、本発明を具体化した一実施例を図面を参照して説
明する。
明する。
第１図は超音波モータの横断面図であり、第２図は本実
施例の超音波振動子の構成を示す斜視図である。先ず、
本実施例の構成を説明すると、第１図に示すように第１
ハウジング体１ａ及び第２ハウジング体１ｂよりなる中
空状に形成されたモータ本体１の上部内壁面には、基台
としての円筒状の固定部２が突設されている。その固定
部２には円環形状の基部弾性体３が、その基部弾性体３
の所定位置に突設されたねじ孔３ａ部分において結合手
段としてのボルト４によって固定されている。このボル
ト４は、後述するように基部弾性体３に定在波が発生す
る時に、その定在波の節点の位置で固定部２と基部弾性
体３を固定するようになっている。また、基部弾性体３
上であって、前記定在波の節点のうちの１周期毎の節点
が存在する部分の近傍からは、４本の片持ちはり状弾性
体５が、基部弾性体３の径方向、すなわち、前記定在波
の振幅方向に延出している。固定部２と基部弾性体３の
間には、円環形状を有する厚さ振動モードの圧電素子６
が着設されている。該圧電素子６に印加される交流電圧
によって片持ちはり状弾性体４に上下方向の曲げ振動が
励振される。
施例の超音波振動子の構成を示す斜視図である。先ず、
本実施例の構成を説明すると、第１図に示すように第１
ハウジング体１ａ及び第２ハウジング体１ｂよりなる中
空状に形成されたモータ本体１の上部内壁面には、基台
としての円筒状の固定部２が突設されている。その固定
部２には円環形状の基部弾性体３が、その基部弾性体３
の所定位置に突設されたねじ孔３ａ部分において結合手
段としてのボルト４によって固定されている。このボル
ト４は、後述するように基部弾性体３に定在波が発生す
る時に、その定在波の節点の位置で固定部２と基部弾性
体３を固定するようになっている。また、基部弾性体３
上であって、前記定在波の節点のうちの１周期毎の節点
が存在する部分の近傍からは、４本の片持ちはり状弾性
体５が、基部弾性体３の径方向、すなわち、前記定在波
の振幅方向に延出している。固定部２と基部弾性体３の
間には、円環形状を有する厚さ振動モードの圧電素子６
が着設されている。該圧電素子６に印加される交流電圧
によって片持ちはり状弾性体４に上下方向の曲げ振動が
励振される。
第２図に示すように、基部弾性＃：３の中心内孔側面に
は長さ振動モードの圧電素子７を８個＠設させ、それら
はとなり合った圧電素子の振動位相が逆になるように配
置されている。該圧電素子７に印加される交流電圧によ
って基部弾性体４に径方向の曲は振動か励振される。
は長さ振動モードの圧電素子７を８個＠設させ、それら
はとなり合った圧電素子の振動位相が逆になるように配
置されている。該圧電素子７に印加される交流電圧によ
って基部弾性体４に径方向の曲は振動か励振される。
なお、本発明の超音波振動子は、前記基部弾性体３と片
持はり状弾性体４と圧電素子７とによって構成されてい
る。
持はり状弾性体４と圧電素子７とによって構成されてい
る。
第１図に示すように、前記固定部２には出力軸８か挿通
され、その下部には板はね止め８ａが形成されている。
され、その下部には板はね止め８ａが形成されている。
又、可動子としてのロータ９は、出力軸８に嵌合されて
いる。板ばね止め８ａとロータ９との間には緩衝体１０
と板ばね１１か介装され、その板はね１１の力によりロ
ータ９か前記各片持はり状弾性体５に圧接されている。
いる。板ばね止め８ａとロータ９との間には緩衝体１０
と板ばね１１か介装され、その板はね１１の力によりロ
ータ９か前記各片持はり状弾性体５に圧接されている。
モータ本体１の上部と底部には、前記出力軸８をモータ
本体１に対して回転可能に支持するための軸受１２及び
１３が装着されている。
本体１に対して回転可能に支持するための軸受１２及び
１３が装着されている。
第３図（ａ）、（ｂ）乃至（ｃ）は、片持ちはり状弾性
体５及び基部弾性体３の振動動作を概念的に示す図であ
る。第３図（ａ）に示すように長さ′ｆＲ動モードの圧
電素子７を基部弾性体３に貼りつけ、となり合った圧電
素子の振動位相か逆になるように配置した。圧電素子７
に電圧を印加すると、第３図（ｂ）のように基部弾性体
３は前記圧電素子７が仲ひたｆｌＪ！Ｉは谷になり、縮
んだ側は山となりたわみか生じる。圧電索子７に印加す
る電圧の極性を反転すると、第３図（Ｃ）に示すように
基部弾性体３のたわみも反転する。従って圧電索子７に
交流電圧を印加すれば、基部弾性体３にはその径方向（
第３図においては上下方向）に振動する定在波が発生し
、片持はり状弾性体５には周方向の定常波が発生する。
体５及び基部弾性体３の振動動作を概念的に示す図であ
る。第３図（ａ）に示すように長さ′ｆＲ動モードの圧
電素子７を基部弾性体３に貼りつけ、となり合った圧電
素子の振動位相か逆になるように配置した。圧電素子７
に電圧を印加すると、第３図（ｂ）のように基部弾性体
３は前記圧電素子７が仲ひたｆｌＪ！Ｉは谷になり、縮
んだ側は山となりたわみか生じる。圧電索子７に印加す
る電圧の極性を反転すると、第３図（Ｃ）に示すように
基部弾性体３のたわみも反転する。従って圧電索子７に
交流電圧を印加すれば、基部弾性体３にはその径方向（
第３図においては上下方向）に振動する定在波が発生し
、片持はり状弾性体５には周方向の定常波が発生する。
このとき、片持ちはり状弾性体５の延出している位置が
、基部弾性体３上に存在する前記定在波の節点付近にあ
るため、片持ちはり状弾性体５の自由端は、基部弾性体
３の周方向（第３図においては左右方向）への変位が最
ら大きくなり、一番効率よく片持はり状弾性ｆｋ５に周
方向の定常波を発生することができる。
、基部弾性体３上に存在する前記定在波の節点付近にあ
るため、片持ちはり状弾性体５の自由端は、基部弾性体
３の周方向（第３図においては左右方向）への変位が最
ら大きくなり、一番効率よく片持はり状弾性ｆｋ５に周
方向の定常波を発生することができる。
又、基部弾性体３と固定部２を、前記基部弾性体３上に
存在する前記定在波の節点においてポルト５で固定すれ
ば、結合部分の振幅か小さいことから、他の部分で固定
するのに比べ基部弾性体３の振動をほとんど減衰せずに
固定できる。なお、片持ちはり状弾性体５の長さや形状
は、ロータ９との接触部分における振幅が最大となるよ
うに、片持はり状弾性体５の材質や圧電素子７に印加さ
れる交流電圧の周波数等の条件により選定される。
存在する前記定在波の節点においてポルト５で固定すれ
ば、結合部分の振幅か小さいことから、他の部分で固定
するのに比べ基部弾性体３の振動をほとんど減衰せずに
固定できる。なお、片持ちはり状弾性体５の長さや形状
は、ロータ９との接触部分における振幅が最大となるよ
うに、片持はり状弾性体５の材質や圧電素子７に印加さ
れる交流電圧の周波数等の条件により選定される。
又、片持ちはり状弾性体５は、ロータ９を回転させる際
に、振動を打ち消しあわないように、第３図に示すよう
に基部弾性体上に存在する定在波の一周期毎の節点が存
在する部分の近傍から延出し°ζいる。尚、圧電素子７
は、各圧電素子の分極方向が一致するように設定し、と
なり合った圧電素子の印加電圧位相が逆になるよう交流
電圧を印加することも可能である。
に、振動を打ち消しあわないように、第３図に示すよう
に基部弾性体上に存在する定在波の一周期毎の節点が存
在する部分の近傍から延出し°ζいる。尚、圧電素子７
は、各圧電素子の分極方向が一致するように設定し、と
なり合った圧電素子の印加電圧位相が逆になるよう交流
電圧を印加することも可能である。
次に、ロータ９を回転させる場合は、圧電素子６に交流
電圧を印加して、基部弾性体３を励振すると、各片持は
り状弾性体５には上下方向の振動が励起される。さらに
、圧電素子７に交流電圧を印加して、前記基部弾性体５
を励振すると、前述したように、該片持はり状弾性体５
には周方向の振動か励起される。
電圧を印加して、基部弾性体３を励振すると、各片持は
り状弾性体５には上下方向の振動が励起される。さらに
、圧電素子７に交流電圧を印加して、前記基部弾性体５
を励振すると、前述したように、該片持はり状弾性体５
には周方向の振動か励起される。
すると、各片持はり状弾性体５の先端は、前記上下方向
及び周方向の振動の複合により発生する略楕円軌跡に沿
って振動され、その略楕円振動に基づいてロータ９及び
出力ｆｉｌｌ ８か一体に所定方向へ回転される。そし
て、その凹転運度及び方向は、各圧電索子６及び７に印
加される電圧位相を調整することによって任意に変更さ
れる。
及び周方向の振動の複合により発生する略楕円軌跡に沿
って振動され、その略楕円振動に基づいてロータ９及び
出力ｆｉｌｌ ８か一体に所定方向へ回転される。そし
て、その凹転運度及び方向は、各圧電索子６及び７に印
加される電圧位相を調整することによって任意に変更さ
れる。
本発明は、以上詳述した本実施例に限定されるものでは
なく、その趣旨を逸脱したい範囲において種々の変更を
加えることができる。例えば、上記実施例では基部弾性
体の形状を円環形状とする例について説明したか、定在
波が発生するものならばその形状は円環形状に限定され
るものではなく、例えば四角柱・六角柱形状でもよい。
なく、その趣旨を逸脱したい範囲において種々の変更を
加えることができる。例えば、上記実施例では基部弾性
体の形状を円環形状とする例について説明したか、定在
波が発生するものならばその形状は円環形状に限定され
るものではなく、例えば四角柱・六角柱形状でもよい。
又、基部弾性体を直方体形状にして、本発明の超音波振
動子をリニア超音波モータに応用することも可能である
。又、圧電素子は、基部弾性体の内孔側面に＠設されて
いるが、外周面上に着設してもよい。
動子をリニア超音波モータに応用することも可能である
。又、圧電素子は、基部弾性体の内孔側面に＠設されて
いるが、外周面上に着設してもよい。
また、超音波振動子の駆動素子として圧電素子を使用し
たか、これに限定されるものでなく、電気エネルギーを
機械エネルギーに変換できるその他の素子、例えば電歪
素子、磁歪索子等を用いてらよい。
たか、これに限定されるものでなく、電気エネルギーを
機械エネルギーに変換できるその他の素子、例えば電歪
素子、磁歪索子等を用いてらよい。
［発明の効果コ
本発明の超音波振動子によれば、超音波源として強力な
超音波振動を効率よく発生させることができる。又、本
発明の超音波モータは、上記超音波振動子を好適に利用
することにより大出力を可能とする。又、電気機械変換
素子によって発生される定在波の節点が存在する部分で
、基部弾性体と基台とを結合する手段を用いると、基部
弾性体の振動の減衰を小さく超音波振動子を固定できる
。
超音波振動を効率よく発生させることができる。又、本
発明の超音波モータは、上記超音波振動子を好適に利用
することにより大出力を可能とする。又、電気機械変換
素子によって発生される定在波の節点が存在する部分で
、基部弾性体と基台とを結合する手段を用いると、基部
弾性体の振動の減衰を小さく超音波振動子を固定できる
。
第１図から第３図までは本発明を具体化した実施例を示
すもので、第１図は本発明を適用する実施例の超音波モ
ータの断面図、第２図は実施例の超音波モータを構成す
る超音波振動子の斜視図、第３図は実施例の超音波振動
子の振動動作を概念的に示す図である。 図中、１はモータ本体、２は固定部、３は基部弾性体、
４はボルト、５は片持梁状弾性体、６は圧電素子（厚み
振動モード）、７は圧電素子（長さ振動モード）、８は
出力軸、８ａは板ばね止め、９はロータ、１０は緩衝体
、１１は板ばね、１２゜１３は軸受である。
すもので、第１図は本発明を適用する実施例の超音波モ
ータの断面図、第２図は実施例の超音波モータを構成す
る超音波振動子の斜視図、第３図は実施例の超音波振動
子の振動動作を概念的に示す図である。 図中、１はモータ本体、２は固定部、３は基部弾性体、
４はボルト、５は片持梁状弾性体、６は圧電素子（厚み
振動モード）、７は圧電素子（長さ振動モード）、８は
出力軸、８ａは板ばね止め、９はロータ、１０は緩衝体
、１１は板ばね、１２゜１３は軸受である。
Claims (3)
- １．基部弾性体と、 前記基部弾性体に取り付けられ、前記基部弾性体に定在
波を励振する複数の電気機械変換素子と、前記基部弾性
体上であって、前記電気機械変換素子によって発生され
る定在波の節点が存在する部分の近傍から、前記定在波
の振幅方向に延出した片持はり状弾性体と を備えることを特徴とする超音波振動子。 - ２．請求項１記載の超音波振動子と、 前記定在波を含む平面と略直交する方向の振動を前記片
持ちはり状弾性体に励振する第２の電気機械変換素子と
、 前記片持はり状弾性体に圧接された可動子とを備えるこ
とを特徴とする超音波モータ。 - ３．基台と、 前記基部弾性体上であって、前記電気機械変換素子によ
つて発生される定在波の節点が存在する部分にて、基部
弾性体と基台とを結合する結合手段と を備えることを特徴とする請求項２記載の超音波モータ
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63117827A JPH01291674A (ja) | 1988-05-13 | 1988-05-13 | 超音波振動子及び超音波モータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63117827A JPH01291674A (ja) | 1988-05-13 | 1988-05-13 | 超音波振動子及び超音波モータ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01291674A true JPH01291674A (ja) | 1989-11-24 |
Family
ID=14721226
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63117827A Pending JPH01291674A (ja) | 1988-05-13 | 1988-05-13 | 超音波振動子及び超音波モータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01291674A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5041750A (en) * | 1989-12-15 | 1991-08-20 | Canon Kabushiki Kaisha | Vibration wave driven apparatus |
| US6104123A (en) * | 1997-09-22 | 2000-08-15 | Nikon Corporation | Vibration actuator having a supporting member to support a vibration member |
-
1988
- 1988-05-13 JP JP63117827A patent/JPH01291674A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5041750A (en) * | 1989-12-15 | 1991-08-20 | Canon Kabushiki Kaisha | Vibration wave driven apparatus |
| US6104123A (en) * | 1997-09-22 | 2000-08-15 | Nikon Corporation | Vibration actuator having a supporting member to support a vibration member |
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