JPH0736709B2 - 圧電モ−タ用ボルト締め超音波楕円振動子 - Google Patents
圧電モ−タ用ボルト締め超音波楕円振動子Info
- Publication number
- JPH0736709B2 JPH0736709B2 JP60231020A JP23102085A JPH0736709B2 JP H0736709 B2 JPH0736709 B2 JP H0736709B2 JP 60231020 A JP60231020 A JP 60231020A JP 23102085 A JP23102085 A JP 23102085A JP H0736709 B2 JPH0736709 B2 JP H0736709B2
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- Japan
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- piezoelectric
- oscillator
- diameter
- bolt
- ultrasonic
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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
- H02N2/103—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors by pressing one or more vibrators against the rotor
-
- 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
- H02N2/0005—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing non-specific motion; Details common to machines covered by H02N2/02 - H02N2/16
- H02N2/001—Driving devices, e.g. vibrators
- H02N2/0045—Driving devices, e.g. vibrators using longitudinal or radial modes combined with torsion or shear modes
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は圧電超音波モータに係わり、さらに詳しくはそ
のステータを構成する超音波楕円振動子の改良に関す
る。
のステータを構成する超音波楕円振動子の改良に関す
る。
本発明者は圧電超音波モータおよび、これを駆動する超
音波楕円振動子に関し、多数の提案をして来た。中でも
片持梁状超音波楕円振動子を用いたモータは実用上優れ
た特性を示すので、特願昭59−172429号を始めとし20余
件の出願をして来た。この片持梁型超音波モータは、低
速・大トルクを高効率で出力できる特徴があるので、実
用上の価値が高い。モータを駆動するには超音波楕円振
動子の共振周波数に一致する正弦波電圧を印加するの
で、高出力を得るには高電圧を要する。従来提案して来
たモータでは、モータのサイズにかかわらず少なくとも
50ボルト程度の電圧を要し、それ以下の電圧を印加して
も有効な出力は得られず、低電圧駆動のできないことが
欠点であつた。
音波楕円振動子に関し、多数の提案をして来た。中でも
片持梁状超音波楕円振動子を用いたモータは実用上優れ
た特性を示すので、特願昭59−172429号を始めとし20余
件の出願をして来た。この片持梁型超音波モータは、低
速・大トルクを高効率で出力できる特徴があるので、実
用上の価値が高い。モータを駆動するには超音波楕円振
動子の共振周波数に一致する正弦波電圧を印加するの
で、高出力を得るには高電圧を要する。従来提案して来
たモータでは、モータのサイズにかかわらず少なくとも
50ボルト程度の電圧を要し、それ以下の電圧を印加して
も有効な出力は得られず、低電圧駆動のできないことが
欠点であつた。
この発明は、従来の片持梁状超音波楕円振動子を用いた
圧電モータが持つていた低電圧駆動ができないという欠
点を解決し、低電圧駆動で大出力が得られる実用性に優
れた圧電モータに用いる超音波楕円振動子を提供するこ
とを目的とする。
圧電モータが持つていた低電圧駆動ができないという欠
点を解決し、低電圧駆動で大出力が得られる実用性に優
れた圧電モータに用いる超音波楕円振動子を提供するこ
とを目的とする。
現在実用化されている超音波振動子は、そのほとんどが
ボルト締めランジユバン型振動子と呼ばれる縦振動を発
生する振動子である。ランジユバン型振動子におけるボ
ルトの役割は圧電素子を締め付けると同時に発生した振
動を金属丸棒からなる共振子に導く作用をするものであ
る。共振子の振動強度は丸棒の断面積で決まるが、一般
に丸棒の方がボルトより径がずつと太いので強度が強過
ぎる。このため丸棒の端部を中空の筒状にして強度調整
をしている。しかし、本発明の対象とする超音波楕円振
動子では、直接縦振動子を締め付けるのではなく、ねじ
り結合子を固定支持し、ねじり結合子の円盤を通して、
縦振動子および圧電素子を締め付ける。したがつて、振
動子強度は円盤の屈曲モードに対する強度で決まるが、
屈曲モードは強度が小さいので、ランジユバン振動子の
場合より細いボルトを用いて強度整合すればよい。
ボルト締めランジユバン型振動子と呼ばれる縦振動を発
生する振動子である。ランジユバン型振動子におけるボ
ルトの役割は圧電素子を締め付けると同時に発生した振
動を金属丸棒からなる共振子に導く作用をするものであ
る。共振子の振動強度は丸棒の断面積で決まるが、一般
に丸棒の方がボルトより径がずつと太いので強度が強過
ぎる。このため丸棒の端部を中空の筒状にして強度調整
をしている。しかし、本発明の対象とする超音波楕円振
動子では、直接縦振動子を締め付けるのではなく、ねじ
り結合子を固定支持し、ねじり結合子の円盤を通して、
縦振動子および圧電素子を締め付ける。したがつて、振
動子強度は円盤の屈曲モードに対する強度で決まるが、
屈曲モードは強度が小さいので、ランジユバン振動子の
場合より細いボルトを用いて強度整合すればよい。
ねじり結合子の振動強度は円盤の厚さ，直径でほぼ決ま
り溝幅，梁の厚さ梁の高さなどで詳細が決まるが、一
方、一般に共振周波数が40KHz附近になるように設計さ
れていることから、振動強度はねじり結合子の円盤の直
径によつて決まると見てよい。直径の大きい円盤には太
いボルトが、小さい円盤には細いボルトが用いられる。
り溝幅，梁の厚さ梁の高さなどで詳細が決まるが、一
方、一般に共振周波数が40KHz附近になるように設計さ
れていることから、振動強度はねじり結合子の円盤の直
径によつて決まると見てよい。直径の大きい円盤には太
いボルトが、小さい円盤には細いボルトが用いられる。
〔実施例〕 以下、本発明を実施例に従つて説明する。
実施例１ 第１図は、本発明の一実施例を示す片持梁状超音波楕円
振子を用いた圧電振動子の構造説明図である。
振子を用いた圧電振動子の構造説明図である。
構造そのものは従来のこの種超音波モータの構造と何ら
異なるところがないので、説明の詳細は省略する。異な
る点はキヤツプボルト８の太さをねじり結合子円盤７の
径に見合う太さに選んだことにあるので、従来例との差
異を図示することはできない。つまり構成は、Pb（ZrT
i）Ｏ３系圧電セラミツク1,2の正電極間同志対向させ、
端子板3,4と重ねてアルミニウム座金５にセツトしたキ
ヤツプボルト８に通し、さらにアルミニウム円盤６を重
ねたのち、キヤツプボルトの先端をねじり結合子７のね
じ孔に嵌め締め付けて、一体化し超高波楕円振動子を構
成した。
異なるところがないので、説明の詳細は省略する。異な
る点はキヤツプボルト８の太さをねじり結合子円盤７の
径に見合う太さに選んだことにあるので、従来例との差
異を図示することはできない。つまり構成は、Pb（ZrT
i）Ｏ３系圧電セラミツク1,2の正電極間同志対向させ、
端子板3,4と重ねてアルミニウム座金５にセツトしたキ
ヤツプボルト８に通し、さらにアルミニウム円盤６を重
ねたのち、キヤツプボルトの先端をねじり結合子７のね
じ孔に嵌め締め付けて、一体化し超高波楕円振動子を構
成した。
この振動子をステータとして、端面つまりねじり結合子
７の梁部の上面中心のねじ孔にロータ９の支持ボルトを
ねじ込むことにより、ロータに圧着力を作用させた。端
子板3,4のリード線に40WHz附近にある共振周波数の正弦
波電圧を印加して、ロータ９を回転し、モータを作動さ
せた。
７の梁部の上面中心のねじ孔にロータ９の支持ボルトを
ねじ込むことにより、ロータに圧着力を作用させた。端
子板3,4のリード線に40WHz附近にある共振周波数の正弦
波電圧を印加して、ロータ９を回転し、モータを作動さ
せた。
ここで、圧電セラミツク振動子、ボルトならびにねじり
結合子のそれぞれの直径を種々変えた場合のモータの動
作特性を調べた。
結合子のそれぞれの直径を種々変えた場合のモータの動
作特性を調べた。
上述した測定結果、すなわち、片持梁状超音波楕円は振
動子を構成するセラミツク振動子およびねじり結合子の
各種サイズに対する締め付けボルトの太さの影響を次の
表に示す。表中の○は３種類のボルトのなかで、もつと
も低電圧で滑らかに回転した場合であり最適条件である
ことを示し、△は使用可能な限界を示し、×は使用に適
さないことを示している。
動子を構成するセラミツク振動子およびねじり結合子の
各種サイズに対する締め付けボルトの太さの影響を次の
表に示す。表中の○は３種類のボルトのなかで、もつと
も低電圧で滑らかに回転した場合であり最適条件である
ことを示し、△は使用可能な限界を示し、×は使用に適
さないことを示している。
なお、表中のセラミツク径は圧電振動子の直径である。
上記表において圧電振動子の直径（D1）に対するボルト
の直径（D2）の比（D2/D1）をまとめて示せば次の通り
である。
上記表において圧電振動子の直径（D1）に対するボルト
の直径（D2）の比（D2/D1）をまとめて示せば次の通り
である。
前記測定結果の表から明らかなように、圧電振動子の直
径（D1）が25mmの小径であるのに対してボルトの直径
（D2）が8mmの大径であると、すなわちD2/D1が1/3であ
ると、50ボルトより低い電圧で駆動する限界であり（△
有り）、それよりもボルトの直径が大きくなると、すな
わちD2/D1が1/3より大きくなると、従来と同様に50ボル
ト以上の電圧が必要となる。
径（D1）が25mmの小径であるのに対してボルトの直径
（D2）が8mmの大径であると、すなわちD2/D1が1/3であ
ると、50ボルトより低い電圧で駆動する限界であり（△
有り）、それよりもボルトの直径が大きくなると、すな
わちD2/D1が1/3より大きくなると、従来と同様に50ボル
ト以上の電圧が必要となる。
一方、圧電振動子の直径（D1）が50mmの大径であるのに
対してボルトの直径（D2）が6mmの小径であると、すな
わちD2/D1が1/8であると、低圧電駆動での回転トルクの
限界であり（△有り）、D2/D1がそれ以上小さくなる
と、即ち圧電振動子の直径（D1）が35mmに対してボルト
の直径（D2）が4mmであつたり（D2/D1＝1/9）、また圧
電振動子の直径（D1）が50mmであるのに対してボルトの
直径（D2）が4mmであると（D2/D1＝1/13）、十分な回転
トルクが得られない（×有り）。このような理由からD2
/D1を1/3〜1/8の範囲に規制することにより、低電圧で
かつ十分な回転トルクを得ることができる。
対してボルトの直径（D2）が6mmの小径であると、すな
わちD2/D1が1/8であると、低圧電駆動での回転トルクの
限界であり（△有り）、D2/D1がそれ以上小さくなる
と、即ち圧電振動子の直径（D1）が35mmに対してボルト
の直径（D2）が4mmであつたり（D2/D1＝1/9）、また圧
電振動子の直径（D1）が50mmであるのに対してボルトの
直径（D2）が4mmであると（D2/D1＝1/13）、十分な回転
トルクが得られない（×有り）。このような理由からD2
/D1を1/3〜1/8の範囲に規制することにより、低電圧で
かつ十分な回転トルクを得ることができる。
以上説明したように本発明では、圧電振動子とねじり結
合子とをボルトで締め付けて、一体化した超音波楕円振
動子において、締め付けボルトの太さを圧電振動子の直
径の1/3から1/8の範囲における、ねじり結合子の振動子
強度と整合する太さに選ぶ構成をとつた。そのためアト
ミツタンスを最大にすることができ、したがつて超音波
モータのステータに用いた場合、より低い電圧を印加し
て、より大きな回転出力を得ることができ。低電圧駆動
の超音波モータのステータに適用できるなどの効果があ
る。
合子とをボルトで締め付けて、一体化した超音波楕円振
動子において、締め付けボルトの太さを圧電振動子の直
径の1/3から1/8の範囲における、ねじり結合子の振動子
強度と整合する太さに選ぶ構成をとつた。そのためアト
ミツタンスを最大にすることができ、したがつて超音波
モータのステータに用いた場合、より低い電圧を印加し
て、より大きな回転出力を得ることができ。低電圧駆動
の超音波モータのステータに適用できるなどの効果があ
る。
第１図は本発明による圧電モータ用ボルト締め超音波楕
円振動子の一実施例を示す正面図である。 1,2……圧電セラミツク振動子、3,4……端子板、５……
キヤツプボルト用座金、６……アルミニウム円盤、７…
…ねじり結合子、８……キヤツプボルト、９……ロー
タ、10……出力シヤフト。
円振動子の一実施例を示す正面図である。 1,2……圧電セラミツク振動子、3,4……端子板、５……
キヤツプボルト用座金、６……アルミニウム円盤、７…
…ねじり結合子、８……キヤツプボルト、９……ロー
タ、10……出力シヤフト。
Claims (1)
- 【請求項１】圧電振動子で発生した縦振動をねじり結合
子でねじり振動に変換して、ねじり結合子の端面に超音
波楕円振動を発生させ、ロータをその楕円振動によつて
回転させる超音波楕円振動子であって、 前記圧電振動子が円盤状のセラミツク体からなり、前記
ねじり結合子の少なくとも前記圧電振動子と対向する側
が円盤状になつており、前記圧電振動子の中央部からね
じり結合子の中央部にかけて挿通された１本のボルトで
締め付けて圧電振動子とねじり結合子とを一体にしたも
のにおいて、 前記圧電振動子の直径の1/3よりも細く、1/8よりも太い
直径を有する前記ボルトを用いたことを特徴とする圧電
モータ用ボルト締め超音波楕用振動子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60231020A JPH0736709B2 (ja) | 1985-10-18 | 1985-10-18 | 圧電モ−タ用ボルト締め超音波楕円振動子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60231020A JPH0736709B2 (ja) | 1985-10-18 | 1985-10-18 | 圧電モ−タ用ボルト締め超音波楕円振動子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6292780A JPS6292780A (ja) | 1987-04-28 |
| JPH0736709B2 true JPH0736709B2 (ja) | 1995-04-19 |
Family
ID=16916996
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60231020A Expired - Lifetime JPH0736709B2 (ja) | 1985-10-18 | 1985-10-18 | 圧電モ−タ用ボルト締め超音波楕円振動子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0736709B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114915208B (zh) * | 2022-07-12 | 2024-03-01 | 合肥工业大学 | 一种纵切复合压电电机 |
-
1985
- 1985-10-18 JP JP60231020A patent/JPH0736709B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6292780A (ja) | 1987-04-28 |
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