JPS62196084A - 超音波モ−タ - Google Patents
超音波モ−タInfo
- Publication number
- JPS62196084A JPS62196084A JP61035966A JP3596686A JPS62196084A JP S62196084 A JPS62196084 A JP S62196084A JP 61035966 A JP61035966 A JP 61035966A JP 3596686 A JP3596686 A JP 3596686A JP S62196084 A JPS62196084 A JP S62196084A
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- Japan
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- electrode
- ultrasonic motor
- piezoelectric
- driving
- traveling wave
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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)
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
本発明は圧電体を用いて駆動力を発生する超音波モータ
に関する。
に関する。
従来の技術
近年、圧電セラミック等の圧電体を用いて超音波振動を
励振することにより、回転成いは直線又は曲線運動をす
る超音波モータが発表され、構造が簡単、小型・軽量な
どの特徴から注目されている。
励振することにより、回転成いは直線又は曲線運動をす
る超音波モータが発表され、構造が簡単、小型・軽量な
どの特徴から注目されている。
以下、図面を参照しながら超音波モータの従来技術につ
いて説明を行う。
いて説明を行う。
第３図は超音波モータの一例であり、円環形の弾性体１
の円環面の一方に圧電体として円環形圧電セラミック２
を貼り合わせて圧電駆動体３を構成している。４は耐摩
耗性のスライダで、６は弾性体であり、互いに貼り合わ
されて動体６を構成している。動体６はスライダ４を介
して駆動体３と接触している。圧電体２に電界を印加す
ると駆動体３の周方向に曲げ振動が励起され、これが進
行波となることにより、動体６が回転する。
の円環面の一方に圧電体として円環形圧電セラミック２
を貼り合わせて圧電駆動体３を構成している。４は耐摩
耗性のスライダで、６は弾性体であり、互いに貼り合わ
されて動体６を構成している。動体６はスライダ４を介
して駆動体３と接触している。圧電体２に電界を印加す
ると駆動体３の周方向に曲げ振動が励起され、これが進
行波となることにより、動体６が回転する。
第４図は第３図の超音波モータに使用した圧電セラミッ
ク２の電極構造の一例を示している。同図では円周方向
に曲げ振動が９波長のるようにしである。同図において
、Ａ、 Ｂはそれぞれ２分の１波長相当の小領域から
成る電極群で、Ｃは４分の３波長、Ｄは４分の１波長の
長さの電極である。
ク２の電極構造の一例を示している。同図では円周方向
に曲げ振動が９波長のるようにしである。同図において
、Ａ、 Ｂはそれぞれ２分の１波長相当の小領域から
成る電極群で、Ｃは４分の３波長、Ｄは４分の１波長の
長さの電極である。
従って、への電極群とＢの電極群とは位置的に４分の１
波長（＝９０度）の位相ずれがある。電極群Ａ、 Ｂ
内の隣合う小電極部は、互いに反対に厚み方向に分極さ
れている。圧電セラミック２の弾性体１との接着面は、
第４図に示された面と反対の面であり、電極はベタ電極
である。使用時には、電極群Ａ、 Ｂは第 図に斜線
で示されたように、それぞれ短絡して用いられる。
波長（＝９０度）の位相ずれがある。電極群Ａ、 Ｂ
内の隣合う小電極部は、互いに反対に厚み方向に分極さ
れている。圧電セラミック２の弾性体１との接着面は、
第４図に示された面と反対の面であり、電極はベタ電極
である。使用時には、電極群Ａ、 Ｂは第 図に斜線
で示されたように、それぞれ短絡して用いられる。
以上のように構成された超音波モータについて、その動
作を以下に説明する。前記圧電体２の電極群Ａにｖｏ・
ｓｉｎ （ωｔ）で表される電圧を印加すると（ただし
、ｖｏは電圧の瞬時値、ωは角周波数、ｔは時間）、駆
動体３は円周方向に曲げ振動をする。
作を以下に説明する。前記圧電体２の電極群Ａにｖｏ・
ｓｉｎ （ωｔ）で表される電圧を印加すると（ただし
、ｖｏは電圧の瞬時値、ωは角周波数、ｔは時間）、駆
動体３は円周方向に曲げ振動をする。
第５図は第３図の超音波モータの一部分の斜視図であり
、同図ａは圧電体２に電圧を印加していない時であり、
同図すは圧電体２に電圧を印加した時の様子を示す。
、同図ａは圧電体２に電圧を印加していない時であり、
同図すは圧電体２に電圧を印加した時の様子を示す。
第６図は動体６と駆動体３との接触状況を拡大して描い
たものである。前記圧電体２の電極群Ａに■。・５ｉｎ
（ωｔ）、他の電極群Ｂに■。喰Ｓ（ωｔ）の互いに位
相がπ／２だけずれた電圧を印加すれば、駆動体３の円
周方向に曲げ振動の進行波を作ることができる。
たものである。前記圧電体２の電極群Ａに■。・５ｉｎ
（ωｔ）、他の電極群Ｂに■。喰Ｓ（ωｔ）の互いに位
相がπ／２だけずれた電圧を印加すれば、駆動体３の円
周方向に曲げ振動の進行波を作ることができる。
一般に、進行波は振幅をξとすると、
ξ−ξ ・Ｃ０５（ωｔ−ｋｘ） ・・・・
・・・・・・・・・・・（１）で表せる。０）式は、 ξ＝ξ。＊ （ｃｏｓ（ωｔ ） −ｃｏｓ（ｋｘ）＋
５１口（ωｔ） ・５ｉｎ（ｋｘ））
・・・・・・・・・・・・・・・◇≧）と書き直
すことができ、（２）式は進行波が時間的にπ／２だけ
位相のずれた波ｃｏｓ（ωｔ）と５ｉｎ（０食）、及び
位置的にπ／２だけ位相のずれたｃｏｓ（ｋｘ）と５ｉ
ｎ（ｋｚ）とのそれぞれの積の和で得られることを示し
ている。前述の説明より、圧電体２は互いに位置的にπ
／２（＝λ／４、ただしλは波長）だけ位相のずれた電
極群Ａ、Ｂを持っているので、駆動体３の共振周波数に
等しい周波数出力を持つ発振器の出力から、それぞれに
時間的にπ／２だけずれた交流電圧を作り、前記電極群
に印加すれば駆動体３に曲げ振動の進行波を作ることが
できる。
・・・・・・・・・・・（１）で表せる。０）式は、 ξ＝ξ。＊ （ｃｏｓ（ωｔ ） −ｃｏｓ（ｋｘ）＋
５１口（ωｔ） ・５ｉｎ（ｋｘ））
・・・・・・・・・・・・・・・◇≧）と書き直
すことができ、（２）式は進行波が時間的にπ／２だけ
位相のずれた波ｃｏｓ（ωｔ）と５ｉｎ（０食）、及び
位置的にπ／２だけ位相のずれたｃｏｓ（ｋｘ）と５ｉ
ｎ（ｋｚ）とのそれぞれの積の和で得られることを示し
ている。前述の説明より、圧電体２は互いに位置的にπ
／２（＝λ／４、ただしλは波長）だけ位相のずれた電
極群Ａ、Ｂを持っているので、駆動体３の共振周波数に
等しい周波数出力を持つ発振器の出力から、それぞれに
時間的にπ／２だけずれた交流電圧を作り、前記電極群
に印加すれば駆動体３に曲げ振動の進行波を作ることが
できる。
第７図は第３図の超音波モータに使用した圧電セラミッ
ク２の電極構造の他の例を示している。
ク２の電極構造の他の例を示している。
同図では円周方向に曲げ振動が９波長のるようにしであ
る。同図において、Ａ、 Ｂはそれぞれ同心円上に配
置され、２分の１波長相当の小領域から成る外側、内側
の電極群で、一方の電極群の電極の中央に、他方の電極
群の電極の境界があるように配置されている。従って、
Ａの電極群とＢの電極群とは４分の１波長の位相のずれ
がある。電極群Ａ、Ｂ内の隣合う小電極部は互いに反対
に厚み方向に分極されている。圧電セラミック２の弾性
体１との接着面は第７図に示された面と反対の面であり
、電極はベタ電極である。使用時にはＡ、 Ｂの電極群
ごとに短絡して用いられる。
る。同図において、Ａ、 Ｂはそれぞれ同心円上に配
置され、２分の１波長相当の小領域から成る外側、内側
の電極群で、一方の電極群の電極の中央に、他方の電極
群の電極の境界があるように配置されている。従って、
Ａの電極群とＢの電極群とは４分の１波長の位相のずれ
がある。電極群Ａ、Ｂ内の隣合う小電極部は互いに反対
に厚み方向に分極されている。圧電セラミック２の弾性
体１との接着面は第７図に示された面と反対の面であり
、電極はベタ電極である。使用時にはＡ、 Ｂの電極群
ごとに短絡して用いられる。
以上のように構成された超音波モータの電極群Ａ、Ｈに
それぞれＶ。−５ｉｎ（ωｔ ）、ｖＯｃｏｓ （ωｔ
）で表される電圧を印加すると、電極群Ａ、Ｂは互い
に位相がπ／２だけずれているので、駆動体３に前記（
２）式を満たす曲げ振動の進行波が得られる。
それぞれＶ。−５ｉｎ（ωｔ ）、ｖＯｃｏｓ （ωｔ
）で表される電圧を印加すると、電極群Ａ、Ｂは互い
に位相がπ／２だけずれているので、駆動体３に前記（
２）式を満たす曲げ振動の進行波が得られる。
第６図は駆動体Ａが進行波によって、長軸２ｗ。
短軸２ｕの楕円運動をしている様子を示し、駆動体３上
に置かれた物体６が楕円の頂点で接触することにより、
波の進行方向とは逆方向にＶ＝ωＵの速度で運動する様
子を示している。即ち動体６は任意の静圧で駆動体３に
押し付けられて、駆動体３の表面に接触し、動体６と駆
動体３との摩擦力で波の進行方向と逆方向に速度Ｖで駆
動される。
に置かれた物体６が楕円の頂点で接触することにより、
波の進行方向とは逆方向にＶ＝ωＵの速度で運動する様
子を示している。即ち動体６は任意の静圧で駆動体３に
押し付けられて、駆動体３の表面に接触し、動体６と駆
動体３との摩擦力で波の進行方向と逆方向に速度Ｖで駆
動される。
両者の間にすべりがある時は、速度が上記のＶよりも小
さくなる。また、上記に示した超音波モータの速度Ｖは
、 ｖ＝ωｕｆＸωξ ・・・・川・・（３）で表す
ことができ、駆動体３の曲げ振動の瞬時値ξ。に比例す
る。そのため、小さな電圧で大きな電流が流れる駆動体
３の共振周波数で駆動すれば、大きな速度が得られる。
さくなる。また、上記に示した超音波モータの速度Ｖは
、 ｖ＝ωｕｆＸωξ ・・・・川・・（３）で表す
ことができ、駆動体３の曲げ振動の瞬時値ξ。に比例す
る。そのため、小さな電圧で大きな電流が流れる駆動体
３の共振周波数で駆動すれば、大きな速度が得られる。
第８図に、駆動周波数とモータの回転数との関係を示す
。同図でｆｏは共振周波数である。
。同図でｆｏは共振周波数である。
発明が解決しようとする問題点
第９図に圧電体の等価回路を示す。同図に示すように圧
電体は、電気的容量Ｃ０，電気系−機械系トランス（変
換係数Ｎ）９機械的弾性定数ＣｌＩｎ。
電体は、電気的容量Ｃ０，電気系−機械系トランス（変
換係数Ｎ）９機械的弾性定数ＣｌＩｎ。
質量工。９機械的損失Ｒｍとで表され、圧電体の電極に
電圧■を印加すると、電気エネルギーが機械エネルギー
に変換され、力Ｆとして出力される。
電圧■を印加すると、電気エネルギーが機械エネルギー
に変換され、力Ｆとして出力される。
圧電体の電極に印加した電圧■により発生する電荷密度
Ｄ３を電極の面積で積分すると電荷Ｑが得られる。この
電荷Ｑを時間微分したものが電流ｉであり、この電流の
うち、電気的容量Ｃ０に流れる以外の電流が電気系−機
械系トランスにより、変位速度ξに変換される。従って
、電荷Ｑによって変位ξが求まることになる。
Ｄ３を電極の面積で積分すると電荷Ｑが得られる。この
電荷Ｑを時間微分したものが電流ｉであり、この電流の
うち、電気的容量Ｃ０に流れる以外の電流が電気系−機
械系トランスにより、変位速度ξに変換される。従って
、電荷Ｑによって変位ξが求まることになる。
従来の電極構造の場合、駆動周波数の交流電圧を印加す
ると駆動周波数以外の周波数成分による電荷も現れ、従
って駆動モード以外の不要振動が励起される。このため
雑音が発生し、加えてモータの効率も低下させている。
ると駆動周波数以外の周波数成分による電荷も現れ、従
って駆動モード以外の不要振動が励起される。このため
雑音が発生し、加えてモータの効率も低下させている。
本発明はかかる点に鑑みて、電極の構造により、駆動振
動モード以外の不要振動を減少させた超音波モータを提
供することを目的としている。
動モード以外の不要振動を減少させた超音波モータを提
供することを目的としている。
問題点を解決するための手段
超音波モータの駆動源である圧電体に電界を印加する各
電極が、励起される進行波の進行方向において、中央近
傍から片端、或いは両端に向かうにつれて細くなる構造
を有し、該進行波の進行方行に２分の１波長の長さを持
つ小電極群から成るものとする。
電極が、励起される進行波の進行方向において、中央近
傍から片端、或いは両端に向かうにつれて細くなる構造
を有し、該進行波の進行方行に２分の１波長の長さを持
つ小電極群から成るものとする。
作 用
上記圧電体の電極構造により、駆動周波数の電界を印加
して発生する電荷のうち、超音波モータを駆動する振動
モード以外の振動に寄与する電荷量が減少する。このた
め、駆動振動モード以外の振動により発生する雑音も減
少し、モータの効率も上昇する。
して発生する電荷のうち、超音波モータを駆動する振動
モード以外の振動に寄与する電荷量が減少する。このた
め、駆動振動モード以外の振動により発生する雑音も減
少し、モータの効率も上昇する。
実施例
以下、実施例を示す。
実施例１
第１図は本発明の一実施例である。同図は前記超音波モ
ータの駆動源である圧電体の電極構造図で、第４図と同
様の動作原理である。同図において、電極群Ａ、Ｂはそ
れぞれ周方向の長さが２分の１波長に相当し、径方向の
長さは中央近傍が最大で、両端に向かうにつれて小さく
なる構造を持った小電極から成り、電極群Ａ、Ｂはそれ
ぞれ短絡されている。またＣは４分の３波長、Ｄは４分
の１波長に相当する電極である。この場合、駆動周波数
の振動に寄与する電荷に対する、不要振動に寄与する電
荷の割合は、第４図のような従来のものと比べて非常に
小さい。従って、駆動周波数以外の不要振動が起こりに
くくなるため、雑音が減少し効率も上がる。
ータの駆動源である圧電体の電極構造図で、第４図と同
様の動作原理である。同図において、電極群Ａ、Ｂはそ
れぞれ周方向の長さが２分の１波長に相当し、径方向の
長さは中央近傍が最大で、両端に向かうにつれて小さく
なる構造を持った小電極から成り、電極群Ａ、Ｂはそれ
ぞれ短絡されている。またＣは４分の３波長、Ｄは４分
の１波長に相当する電極である。この場合、駆動周波数
の振動に寄与する電荷に対する、不要振動に寄与する電
荷の割合は、第４図のような従来のものと比べて非常に
小さい。従って、駆動周波数以外の不要振動が起こりに
くくなるため、雑音が減少し効率も上がる。
実施例２
第２図は本発明の他の実施例である。同図は前記超音波
モータの駆動源である圧電体の電極構造図であり、第７
図と同様の動作原理であり、同図において、Ａ、Ｂはそ
れぞれ円環の外側、内側に２分の１波長相当の底辺を持
つ電極から成る小電極群である。使用時には第７図の場
合と同様に、Ａ、Ｂそれぞれの電極群は、例えば隣接す
る頂点同志を短絡して用いられる。この場合も前記実施
例１の場合と同様な効果が得られる。加えて、本実施例
の場合、駆動面に対して電極総面積を大きくとれるので
、駆動力を大きくできる。従って、駆動力を大きくでき
、しかも雑音を減少させ、高効率を得られる。
モータの駆動源である圧電体の電極構造図であり、第７
図と同様の動作原理であり、同図において、Ａ、Ｂはそ
れぞれ円環の外側、内側に２分の１波長相当の底辺を持
つ電極から成る小電極群である。使用時には第７図の場
合と同様に、Ａ、Ｂそれぞれの電極群は、例えば隣接す
る頂点同志を短絡して用いられる。この場合も前記実施
例１の場合と同様な効果が得られる。加えて、本実施例
の場合、駆動面に対して電極総面積を大きくとれるので
、駆動力を大きくできる。従って、駆動力を大きくでき
、しかも雑音を減少させ、高効率を得られる。
なお、上記実施例においては、回転型のモータについて
記載したが、リニアモータにおいても同様の技術が適用
できることは言うまでもない。
記載したが、リニアモータにおいても同様の技術が適用
できることは言うまでもない。
発明の効果
本発明によれば、雑音が小さく、効率の良い超音波モー
タを提供することができる。
タを提供することができる。
第１図は本発明の一実施例における超音波モータの駆動
源である圧電体の電極構造を示す平面図、第２図は本発
明の他の実施例における電極構造を示す平面図、第３図
は超音波モータの構成を示す一部切欠き斜視図、第４図
及び第７図は従来の超価回路図である。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名第１
図 第２図 第５図 Ｂ 第６図
源である圧電体の電極構造を示す平面図、第２図は本発
明の他の実施例における電極構造を示す平面図、第３図
は超音波モータの構成を示す一部切欠き斜視図、第４図
及び第７図は従来の超価回路図である。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名第１
図 第２図 第５図 Ｂ 第６図
Claims (1)
- 圧電体を駆動源として圧電駆動体弾性進行波を励起し、
その圧電駆動体に当接する動体を摩擦力により移動させ
るよう構成された超音波モータにおいて、上記圧電体に
設けられた各電極が、前記進行波の進行方向において、
中央近傍から片端、或いは両端に向かうにつれて細くな
る構造を有し、前記進行波の進行方向に２分の１波長の
長さを持つ小電極群から成ることを特徴とする超音波モ
ータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61035966A JPS62196084A (ja) | 1986-02-20 | 1986-02-20 | 超音波モ−タ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61035966A JPS62196084A (ja) | 1986-02-20 | 1986-02-20 | 超音波モ−タ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62196084A true JPS62196084A (ja) | 1987-08-29 |
| JPH0479238B2 JPH0479238B2 (ja) | 1992-12-15 |
Family
ID=12456688
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61035966A Granted JPS62196084A (ja) | 1986-02-20 | 1986-02-20 | 超音波モ−タ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62196084A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03164077A (ja) * | 1989-11-17 | 1991-07-16 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 超音波モータ |
| JPH03207278A (ja) * | 1989-12-29 | 1991-09-10 | Canon Inc | 振動波装置 |
| JPH0417581A (ja) * | 1990-05-08 | 1992-01-22 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 超音波モータ |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59156169A (ja) * | 1983-02-23 | 1984-09-05 | Canon Inc | 振動波モーター用制御回路 |
| JPS6091878A (ja) * | 1983-10-21 | 1985-05-23 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 超音波モータ |
| JPS60183981A (ja) * | 1984-02-29 | 1985-09-19 | Showa Electric Wire & Cable Co Ltd | 超音波モ−タ |
| JPS60207469A (ja) * | 1984-03-30 | 1985-10-19 | Showa Electric Wire & Cable Co Ltd | 超音波モ−タ |
-
1986
- 1986-02-20 JP JP61035966A patent/JPS62196084A/ja active Granted
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59156169A (ja) * | 1983-02-23 | 1984-09-05 | Canon Inc | 振動波モーター用制御回路 |
| JPS6091878A (ja) * | 1983-10-21 | 1985-05-23 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 超音波モータ |
| JPS60183981A (ja) * | 1984-02-29 | 1985-09-19 | Showa Electric Wire & Cable Co Ltd | 超音波モ−タ |
| JPS60207469A (ja) * | 1984-03-30 | 1985-10-19 | Showa Electric Wire & Cable Co Ltd | 超音波モ−タ |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03164077A (ja) * | 1989-11-17 | 1991-07-16 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 超音波モータ |
| JPH03207278A (ja) * | 1989-12-29 | 1991-09-10 | Canon Inc | 振動波装置 |
| JPH0417581A (ja) * | 1990-05-08 | 1992-01-22 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 超音波モータ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0479238B2 (ja) | 1992-12-15 |
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