JPH05948B2 - - Google Patents
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- JPH05948B2 JPH05948B2 JP59024021A JP2402184A JPH05948B2 JP H05948 B2 JPH05948 B2 JP H05948B2 JP 59024021 A JP59024021 A JP 59024021A JP 2402184 A JP2402184 A JP 2402184A JP H05948 B2 JPH05948 B2 JP H05948B2
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- JP
- Japan
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- electrostrictive element
- electrostrictive
- vibration
- vibration wave
- elements
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-
- 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
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は進行性振動波により駆動する振動波モ
ータの構造に関するものである。
ータの構造に関するものである。
最近実用化されつつある、進行性振動波によつ
て駆動する振動波モータの実施例の概略図が第１
図に示してある。同図で、１は電歪素子で例えば
PZT（チタン酸ジルコン酸鉛）で、２は振動体
で、電歪素子１よりもヤング率が大きい弾性物質
からなり、電歪素子１を接着してある。振動体２
は電歪素子１と共にステータを形成している。３
は移動体で振動体２に対し押圧接触してロータを
形成する。そして図示を省略した振動吸収体を介
して、ステータは基台に取付けられる。
て駆動する振動波モータの実施例の概略図が第１
図に示してある。同図で、１は電歪素子で例えば
PZT（チタン酸ジルコン酸鉛）で、２は振動体
で、電歪素子１よりもヤング率が大きい弾性物質
からなり、電歪素子１を接着してある。振動体２
は電歪素子１と共にステータを形成している。３
は移動体で振動体２に対し押圧接触してロータを
形成する。そして図示を省略した振動吸収体を介
して、ステータは基台に取付けられる。
第２図は電歪素子１と振動体２の関係を示す側
面図である。電歪素子１は複数個の素子１a1，１
a2，１a3…及び１b1，１b2，１b3…が接着されて
おり、そのうちの一群の電歪素子１a1，１a2，１
a3…に対し、他の群の電歪素子１b1，１b2，１b3
…は、振動波の波長λの1/4波長分だけずれて配
置される。一群内での各電歪素子１a1，１a2，１
a3…は1/2波長のピツチで、相隣り合うものの分
極極性が逆になるように配置されている。図中の
＋・−は極性を示している。もう一方の群内での
各電歪素子１b1，１b2，１b3…も同じく1/2波長
のピツチで、相隣り合うものは逆極性である。こ
れら電歪素子が並べられた大きさだけの大きさが
ある一つの電歪素子にして、それを前記のピツチ
に分極処理してもよい。なお、電歪素子の分極両
面には電圧を印加するための電極が蒸着、書込等
により形成される。
面図である。電歪素子１は複数個の素子１a1，１
a2，１a3…及び１b1，１b2，１b3…が接着されて
おり、そのうちの一群の電歪素子１a1，１a2，１
a3…に対し、他の群の電歪素子１b1，１b2，１b3
…は、振動波の波長λの1/4波長分だけずれて配
置される。一群内での各電歪素子１a1，１a2，１
a3…は1/2波長のピツチで、相隣り合うものの分
極極性が逆になるように配置されている。図中の
＋・−は極性を示している。もう一方の群内での
各電歪素子１b1，１b2，１b3…も同じく1/2波長
のピツチで、相隣り合うものは逆極性である。こ
れら電歪素子が並べられた大きさだけの大きさが
ある一つの電歪素子にして、それを前記のピツチ
に分極処理してもよい。なお、電歪素子の分極両
面には電圧を印加するための電極が蒸着、書込等
により形成される。
このような構成の振動波モータで、第３図・第
４図に示すように電歪素子１の厚さ方向（分極方
向）に交流電源９から電圧を印加する。第３図
で、電歪素子１a2に分極の方向に対して交流の駆
動電源９ら正（順方向HA）電圧が印加されると
電歪素子１a2は電界方向即ち厚み方向に伸び電界
と直角な方向には縮む（矢示Ａ）。また隣の電歪
素子１a3には逆方向の電圧が印加されるから、電
歪素子１a3は電界方向に縮み電界と直角な方向に
は伸びる（矢示Ｂ）。このようにして各電歪素子
が伸縮する。そしてそれら電歪素子１には高ヤン
グ率の振動体２が一体的に接着されているから、
伸縮が伝えられて、第４図に示すように振動体２
は曲がる。同図ａは電歪素子１a2に順方向、電歪
素子１a3に逆方向電圧が印加されているときの屈
曲状態を示す。同図ｂは電歪素子１a2に逆方向、
電歪素子１a3に順方向電圧が印加されているとき
である。
４図に示すように電歪素子１の厚さ方向（分極方
向）に交流電源９から電圧を印加する。第３図
で、電歪素子１a2に分極の方向に対して交流の駆
動電源９ら正（順方向HA）電圧が印加されると
電歪素子１a2は電界方向即ち厚み方向に伸び電界
と直角な方向には縮む（矢示Ａ）。また隣の電歪
素子１a3には逆方向の電圧が印加されるから、電
歪素子１a3は電界方向に縮み電界と直角な方向に
は伸びる（矢示Ｂ）。このようにして各電歪素子
が伸縮する。そしてそれら電歪素子１には高ヤン
グ率の振動体２が一体的に接着されているから、
伸縮が伝えられて、第４図に示すように振動体２
は曲がる。同図ａは電歪素子１a2に順方向、電歪
素子１a3に逆方向電圧が印加されているときの屈
曲状態を示す。同図ｂは電歪素子１a2に逆方向、
電歪素子１a3に順方向電圧が印加されているとき
である。
電歪素子１のうち一つの群の電歪素子１a1，１
a2，１a3…にV0にSinωTの交流電圧を印加する。
もう一方の群の電歪素子１b1，１b2，１b3…に
V0CosωTの交流電圧を印加する。従つて各電歪
素子は相隣り合うものどうし分極方向に対し180°
位相がずれ、二つの群どうし90°位相のずれた交
流電圧が印加されて伸縮振動をする。この振動が
伝えられて振動体２は電歪素子１の配置ピツチに
従つて曲げ振動をする。振動体２が一つおきの電
歪素子の位置で出つ張ると、他の一つおきの電歪
素子の位置が引つ込む。一方、前記の如く電歪素
子の一群は他の一群に対し、1/4波長ずれた位置
にあり曲げ振動の位相が90°ずれているため振動
波が合成され進行する。交流電圧が印加されてい
る間、次々と振動が励起されて、進行性曲げ振動
波となつて振動体２を伝わつてゆく。
a2，１a3…にV0にSinωTの交流電圧を印加する。
もう一方の群の電歪素子１b1，１b2，１b3…に
V0CosωTの交流電圧を印加する。従つて各電歪
素子は相隣り合うものどうし分極方向に対し180°
位相がずれ、二つの群どうし90°位相のずれた交
流電圧が印加されて伸縮振動をする。この振動が
伝えられて振動体２は電歪素子１の配置ピツチに
従つて曲げ振動をする。振動体２が一つおきの電
歪素子の位置で出つ張ると、他の一つおきの電歪
素子の位置が引つ込む。一方、前記の如く電歪素
子の一群は他の一群に対し、1/4波長ずれた位置
にあり曲げ振動の位相が90°ずれているため振動
波が合成され進行する。交流電圧が印加されてい
る間、次々と振動が励起されて、進行性曲げ振動
波となつて振動体２を伝わつてゆく。
このときの波の進行状態が第５図ａ，ｂ，ｃ，
ｄに示してある。いま進行性曲げ振動波が矢示
X1方向に進むとする。０を静止状態に於ける振
動体の中心面とする振動状態では鎖線示の状態と
なり、この中立面６は曲げにより応力が拮抗して
いる。中立面６と直交する断面７1についてみる
と、これら二面の交線５1では応力がかからず上
下振動しているだけである。同時に断面７1は交
線５1を中心として左右の振り子振動している。
同図ａに示す状態では断面７1と振動体２の移動
体側１の表面との交線上の点P1は左右振動の右
死点となつており上下向運動だけしている。この
振り子振動は交線５1，５2，５3が波の正側では
（中心面０の上側にあるとき）左方向（波の進行
方向X1と逆方向）の応力が加わり、波の負側
（同じく下側にあるとき）右方向の応力が加わる。
即ち同図ａで交線５2と断面７2が前者のときの状
態で点P2には矢示方向の応力が加わる。交線５3
と断面７3が後者のときの状態で、点P3には矢示
方向の応力が加わる。波が進行し、ｂに示すよう
に波の正側に交線５1がくると、点P1は左方向の
運動をすると同時に上方向の運動をする。ｃでは
点P1は上下振動の上死点で左方向の運動だけす
る。ｄでは点P1は左方向の運動と下方向運動を
する。さらに波が進行し、右方向と下方向の運
動、右方向と上方向の運動を経てａの状態に戻
る。この一連の運動を合成すると点P1は回転楕
円運動をしている。この回転楕円運動は同図ｃに
示すように点P1が移動体３と接する線では矢示
方向で、点P1の運動によつて移動体３がX2方向
に摩擦駆動される。振動体２上のすべての点が、
点P1と同じように、移動体３を順次摩擦駆動す
る。
ｄに示してある。いま進行性曲げ振動波が矢示
X1方向に進むとする。０を静止状態に於ける振
動体の中心面とする振動状態では鎖線示の状態と
なり、この中立面６は曲げにより応力が拮抗して
いる。中立面６と直交する断面７1についてみる
と、これら二面の交線５1では応力がかからず上
下振動しているだけである。同時に断面７1は交
線５1を中心として左右の振り子振動している。
同図ａに示す状態では断面７1と振動体２の移動
体側１の表面との交線上の点P1は左右振動の右
死点となつており上下向運動だけしている。この
振り子振動は交線５1，５2，５3が波の正側では
（中心面０の上側にあるとき）左方向（波の進行
方向X1と逆方向）の応力が加わり、波の負側
（同じく下側にあるとき）右方向の応力が加わる。
即ち同図ａで交線５2と断面７2が前者のときの状
態で点P2には矢示方向の応力が加わる。交線５3
と断面７3が後者のときの状態で、点P3には矢示
方向の応力が加わる。波が進行し、ｂに示すよう
に波の正側に交線５1がくると、点P1は左方向の
運動をすると同時に上方向の運動をする。ｃでは
点P1は上下振動の上死点で左方向の運動だけす
る。ｄでは点P1は左方向の運動と下方向運動を
する。さらに波が進行し、右方向と下方向の運
動、右方向と上方向の運動を経てａの状態に戻
る。この一連の運動を合成すると点P1は回転楕
円運動をしている。この回転楕円運動は同図ｃに
示すように点P1が移動体３と接する線では矢示
方向で、点P1の運動によつて移動体３がX2方向
に摩擦駆動される。振動体２上のすべての点が、
点P1と同じように、移動体３を順次摩擦駆動す
る。
このような駆動される振動波モータの出力を上
げるには、点P1の回転楕円運動の回転半径を大
きくすればできる。回転半径は、振動体２のヤン
グ率の関数となつている。ヤング率が大きいと、
振動波の振幅は小さいから、回転半径は小さくな
り、駆動効率も悪くなる。一方、電歪素子１の伸
縮で振動体が屈曲するには、ヤング率が大きい必
要がある。従つて、ヤング率を小さくして、回転
半径を大きくし、駆動効率を上げるには限界があ
る。
げるには、点P1の回転楕円運動の回転半径を大
きくすればできる。回転半径は、振動体２のヤン
グ率の関数となつている。ヤング率が大きいと、
振動波の振幅は小さいから、回転半径は小さくな
り、駆動効率も悪くなる。一方、電歪素子１の伸
縮で振動体が屈曲するには、ヤング率が大きい必
要がある。従つて、ヤング率を小さくして、回転
半径を大きくし、駆動効率を上げるには限界があ
る。
本発明は上記事態に鑑みなされたもので、駆動
効率が高い振動波モータを提供することを目的と
するものである。
効率が高い振動波モータを提供することを目的と
するものである。
以下、図面に示された本発明の実施例を詳細に
説明する。
説明する。
第６図は本発明を適用する振動波モータの実施
例の要部を現わす一部切欠き図である。
例の要部を現わす一部切欠き図である。
同図で、１０はヤング率の大きい弾性板例えば
ステンレス板、１２，１３は電気−機械エネルギ
ー変換素子としての第一、第二の電歪素子、１
４，１５はヤング率の小さい弾性板で例えば強化
プラスチツク板である。弾性板１０と電歪素子１
２，１３、電歪素子１２と弾性板１４、電歪素子
１３と弾性板１５は夫々固着されており、不図示
の基台に取付けられ、固定体（ステータ）を構成
する。１６，１７は金属などからなる移動体（ロ
ータ）で、夫々ステータの弾性板１４，１５に押
圧接触する。このような構成で本発明の振動波モ
ータは、いわゆるバイモルフ構造となつている。
ステンレス板、１２，１３は電気−機械エネルギ
ー変換素子としての第一、第二の電歪素子、１
４，１５はヤング率の小さい弾性板で例えば強化
プラスチツク板である。弾性板１０と電歪素子１
２，１３、電歪素子１２と弾性板１４、電歪素子
１３と弾性板１５は夫々固着されており、不図示
の基台に取付けられ、固定体（ステータ）を構成
する。１６，１７は金属などからなる移動体（ロ
ータ）で、夫々ステータの弾性板１４，１５に押
圧接触する。このような構成で本発明の振動波モ
ータは、いわゆるバイモルフ構造となつている。
第７図は電歪素子１２，１３の分極状態を示す
ものである。分極のピツチは第２図に示すピツチ
と同じであるが、電歪素子１２と１３では分極方
向が逆向きになつている。なお図示を省略した
が、各ピツチ毎に電歪素子１２の弾性板１４側と
電歪素子１３の弾性板１５側とに夫々導通電極が
設けられ、交流電源９が接続される。
ものである。分極のピツチは第２図に示すピツチ
と同じであるが、電歪素子１２と１３では分極方
向が逆向きになつている。なお図示を省略した
が、各ピツチ毎に電歪素子１２の弾性板１４側と
電歪素子１３の弾性板１５側とに夫々導通電極が
設けられ、交流電源９が接続される。
この振動波モータ交流電源９から駆動電圧を印
加したときの屈曲状態を、第８図に示している。
夫々対応する電歪素子１２a1，１２a2，１２a3…
と１３a1，１３a2，１３a3…とでは極性が逆向き
であるから、一方が伸びると対応するもう一方が
縮む。電歪素子１２b1，１２b2，１２b3…と１３
b1，１３b2，１３b3…とでも同じように動作す
る。従つて弾性板１０を中心として、電歪素子１
２，１３および弾性板１４，１５は屈曲振動す
る。その振動波は、前記のような位相差を持つて
いるので進行性になり、移動体１６，１７を共に
X2方向に駆動する。
加したときの屈曲状態を、第８図に示している。
夫々対応する電歪素子１２a1，１２a2，１２a3…
と１３a1，１３a2，１３a3…とでは極性が逆向き
であるから、一方が伸びると対応するもう一方が
縮む。電歪素子１２b1，１２b2，１２b3…と１３
b1，１３b2，１３b3…とでも同じように動作す
る。従つて弾性板１０を中心として、電歪素子１
２，１３および弾性板１４，１５は屈曲振動す
る。その振動波は、前記のような位相差を持つて
いるので進行性になり、移動体１６，１７を共に
X2方向に駆動する。
このとき屈曲の中立線は弾性板１０の内側に位
置することになる。弾性板１４，１５の厚さを厚
くすると、質点の楕円運動半径を大きくできるか
ら、容易に高出力を得られる。
置することになる。弾性板１４，１５の厚さを厚
くすると、質点の楕円運動半径を大きくできるか
ら、容易に高出力を得られる。
従来の振動波モータであると、ステータの振動
で、ロータの反対側に伝わる振動（第５図で、下
側の振動）は吸収体に吸収され、その分エネルギ
ーを無駄にしていたが、本発明のモータでは両側
の振動を共に有効に利用している。従つて、一層
の高効率化が実現できる。
で、ロータの反対側に伝わる振動（第５図で、下
側の振動）は吸収体に吸収され、その分エネルギ
ーを無駄にしていたが、本発明のモータでは両側
の振動を共に有効に利用している。従つて、一層
の高効率化が実現できる。
なお、電歪素子１２，１３の分極極性方向を各
ピツチ同じにして、駆動交流電圧の電界方向が各
ピツチで逆向きになるよに配線してもよい。
ピツチ同じにして、駆動交流電圧の電界方向が各
ピツチで逆向きになるよに配線してもよい。
また、本発明は実施例に示した回転型のモータ
に限らず、リニアモータにも適用できるものであ
る。
に限らず、リニアモータにも適用できるものであ
る。
以上説明したように、本発明の振動波モータ
は、バイモルフ構造にすることにより、駆動効率
が極めて高いものになる。尚、１２，１３，１
４，１５が振動体を構成する。
は、バイモルフ構造にすることにより、駆動効率
が極めて高いものになる。尚、１２，１３，１
４，１５が振動体を構成する。
第１図は従来の振動波モータの主要部の概略
図、第２図から第５図は振動波モータの駆動原理
を説明する図、第６図は本発明を適用する振動波
モータの主要部の概略図、第７図・第８図はその
駆動を説明する図である。 ９は交流電源、１０は弾性板、１２，１３は電
歪素子、１６，１７は移動体である。
図、第２図から第５図は振動波モータの駆動原理
を説明する図、第６図は本発明を適用する振動波
モータの主要部の概略図、第７図・第８図はその
駆動を説明する図である。 ９は交流電源、１０は弾性板、１２，１３は電
歪素子、１６，１７は移動体である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 振動体１２，１３，１４，１５を有する振動
波モータであつて、 振動体１２，１３，１４，１５は、第一、第二
の電気−機械エネルギー変換素子１２，１３と、
第一、第二の弾性体１４，１５とを有するもので
あり、 第一、第二の電気−機械エネルギー変換素子１
２，１３は、分極極性方向または電圧印加方向が
互いに逆向き方向となるように積重され、 第一、第二の弾性体１４，１５は積重された第
一、第二の電気−機械エネルギー変換素子１２，
１３を挟むように配置されるものである 振動波モータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59024021A JPS60170471A (ja) | 1984-02-10 | 1984-02-10 | 振動波モ−タ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59024021A JPS60170471A (ja) | 1984-02-10 | 1984-02-10 | 振動波モ−タ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60170471A JPS60170471A (ja) | 1985-09-03 |
| JPH05948B2 true JPH05948B2 (ja) | 1993-01-07 |
Family
ID=12126876
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59024021A Granted JPS60170471A (ja) | 1984-02-10 | 1984-02-10 | 振動波モ−タ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60170471A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3059031B2 (ja) * | 1993-09-22 | 2000-07-04 | キヤノン株式会社 | 振動波駆動装置及び振動波駆動装置を備えた装置 |
| WO1997039520A2 (en) * | 1996-04-17 | 1997-10-23 | California Institute Of Technology | High torque ultrasonic motor system |
| JP2005124263A (ja) * | 2003-10-14 | 2005-05-12 | Nano Control:Kk | 積層型圧電アクチュエータ用予圧機構および位置決め装置 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59122385A (ja) * | 1982-12-26 | 1984-07-14 | Toshio Sashita | 超音波振動を利用したモ−タ−装置 |
-
1984
- 1984-02-10 JP JP59024021A patent/JPS60170471A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60170471A (ja) | 1985-09-03 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |