Pl-23 Proc.Sy:1lp U itraso11 Elcctron台Vo1 26、(2005)pp 83-思 4 16-18 NovcnlbcL 2005 平板の縦 1次 一屈曲 2次 モー ドを利用する超音波 モ ー タ の 一 構 成 一 回― 夕 と 2つ の 接 点 を 有 す る構 成 一 Ultrasonic Ⅳlotor Using lSt Longitudinal and 2nd Flexural Vibration l■ odes of a Rectangular Plate O I 所野 岡1 浩 ( 東北 工 大) 、 日村 夷 樹 、 富 川 義 朗 ( 山形 大 工 ) 、 背柳 学 ( 室蘭 工 大 ) HidCki ttnluran Yoshiroオ rbnli(awa(Yalllagata t)niv.). 1セ i(chiro″酪(ano(Tohoku inst.Tech)、 M をi n lをb u A o y a g i ( M u r o r a n i l l s t . T e c h , ) 1 . は じめ に ｀ ￨え 版 振 動 r W ) 縦 振 動 と屈 曲振 動 を 用 い た つい てl l t , 様々な構成 が提 案 さ 超 洋波 モ ー タt 二 ガt , そ υ) 一部l k 実用 に供 され て い る[ 1 - 2 ] i これ デ リブ) 構1 丈l k 構造 が簡 単 で あ る こ と, 比 較 的 高 効 キ な特性 が 得 られ る こ と, 薄 型 構造 に適 して い る こ とな どブ) 特長 を有 してお り, さ まざ まな応 用が 試 7 ガ, れて い る―し か しなが ら, 従 来提 案 され てい た 構 造 は , 駆 動 力 の 取 り出 し方や 振 動 フ) 支持 な どで 多少 ブ) 問題 が あ っ た 、 Fハ 本研究 では, 平 板振 動 子 び) 縦 1 次 振 動 と幅 方 向 の 屈 曲 2 次 振 動 を利 用す る構成 で , 振 動 子 と ― 夕が 2 点 で接 す る構造 を検討 したt , こび) 構 ￨」 造 は 1 点 接 触型 ( 上り t ) 構造 的 に安 定 で あ り, 薄 !!〔構造 に ￨ ) 適して い る[ 3 ] 掟 初に振 動 十構造 を示 し, 次 に F E M 解 析 に k っ て 2 つ ヴ) 共振 周 波 数 の 縮 退 条 件 を求 め た Ⅲ 々に 試 作 した 超 音 波 モ ー タθ) 構造 と負荷 特 最十 性 を 示 した Fig.1で , 振 動 子 σ) 長 さを 4 0 n l n l , セラ ミッ ク ス と ステ ン レスσ) 厚 さをそれ ぞれ l n l n l , 2 n l n l に固定 して 、振動 子 ブ) 幅を変 え る ことに よ り縦 振 動 1 次 モ ー ドと屈 曲振 動 2 次 モ ー ドび) 共振 周 波 教 が 一 致 す る条 件 を求 め た 振 動 子 θ) 幅 と き, 両 モ ー ドは縮 退 し, そ の 共振 1 0 . 7 n l m )σ 周波教 は約 5 5 . 5 k H z であ っ た そ υ) ときげ) 各々 ブ) モー ドノくター ン を F i g . 2 に 示 して い る十 ! F i g3。 に 2 相 で駆動 した場 合 σ) , 突起 先端 の 振 動速 度 の リサ ー ジュ波形 ( 測定結 果 ) を 示 して い る. 横 方 向が縦振 動 に 相 当 し, 屈 曲振 動 σ) 約 3 . 3 倍 の 値 とな っ て い る. こ の 構 成 σ) 場合 , い か に屈 曲振動 を有効 に励振 す るか が , 特 性 向上 の ポ イ ン トとな る こ とが 分 か る な お , 演‖ 定条 W ] で、 スケ ー ル 件 は 卜5 5 . 5 5 6 [ k H z ] , P = 0 , 225[× vる で は 縦 , 横車由と も 0 . l n 1 / s / D iあ 3.試 作超 音 波 モ ー タ の構 造 と負 荷 特性 試 作 した 超音 波 モ ー タの 構 造 を Fig.4に示す。 ロー タの 外周 は,ス テ ー タフ)裏面 に あ る 2つ σ) 2 . 振 動 子 の構 造 A ―― ・D l ― ―々D2 B―― α″ 彰 ０ 一０ 一 宅 ・ 酵Ｅ F i g 1。に 試 作 した振 動 十 を示 して い る。振 動 子 υ)li芹￨;に11「可1文 )kう に 4分 害￨さオした圧 電 セ ￨(a)ヴ ラ ミッ ク スが 接 着 さオして い る1)J な オ)ち 2本目馬区 動 υ) 場合は, 図 ブ) A お よび B 端 子 にそれ ぞれ 9 0 Ⅲ位相 ブ) 異な る入 力信 号 を印加 し, 単 相駆 動 場 合は A , B 端 子を単独 で駆 動 す る こ とにな る よ t l l rl サ l )〕ド面 に1 士 示づ うに 2 ,図 1(b)に 161_ル つ ブ) 突起 が 設 け に , れてい る。突起 の 大 き さは直 さ 2 . 5 n l m であ り, そ の 位 置 は幅 方 径 2 0nlln,高 向屈 山 2 次 振 動 の l o o p ( 振動 σ) 腹) で あ るぃ 後 述 す る k う に これ ら び) 突起 に ロー タを加 圧 接 触 して駆 動 力を取 り出 す Ⅲ また , ス テ ン レ ス部 ヴ) 中央に は図 に示す よ うに , 振 動子 の 支持 と加 1 直ヴ) たy ) にl S _ 径i n l m げ) イ しを設 けて い る[ 3 ] . Piezo―ceramics Stainiess steel (a) Front side Projection bar Pie20-6eramics Stainiess steel (b) Back side Fig.l Stator vibrator with two prqicCtiOn bars. -83- 突 起 に力口圧 接 触 され て い る ス テ ー タは 両 モ ー ドブ) 共通 げ) ノー ドにな っ てい る中央 部 に , 直 径 静 キ ︱ ︱ー ヽ︱ ( b ) Fig.2 (a)l H Longittidillal lllodc. (b)2nd Flcxtira1 11lodc Fig.3 Vibration iocus ofthe top ofprqiectiOn bar. 4 . あ とが き d(rplll) 三 品せ ￨と lt11(Ⅵ ==ド ド ４ ５ ０ ９子 と 10 5 ０ 4.ア 「 'PakanO et al‐ Jpn.J Appl Phys.,38,(1999) ￨〕 3 26. 5 NII(asuga ct al,Inter.」 .Jpn,Soc I〕 1 ' o c i s 1 0 n E n g i n e e r i n g s1,,3(21‐ 998)8. 0 0 20 40 60 80 100 Torque(nlNm) Fig.5 Load charactcristics ofthc ialti・ inotor. -84- ＯＥ ︶ネｏこｏ︻ ︵ やび 写回 ５ ０ ３ iS 28‐11(1989)169. 3 1 朽 りr 他, ￨ 1 本 昨禅 学 会 2 0 0 0 イ lt秋 各研 究 発 表 会, ‖ 古 命flこ ,(200o)986 ０ ３ 1.A Iフ cwaltel・et al,Pl・Oc Of 71h lnter COnfer N o w A c t t l (a 2t 0o 0r 0、) 4 0 7 2. ″ ll Takano et altt Jpn, J Appl, Phys,, Suppl. Fig。 4 StioLiCtut・ c oftllc trial Liitrasollic nlotor. ０ ０ ０ ０ ０ 卸 ８ ０ ６ ４ ２ ち 石 ＞ｏヱ ︵Ｅ Ｏし やｏｃａ∽ ｃ〇一 引用文献 ( a ) B e a r n g ( b ) R o t o r ( c ) V i b r a t o r (d) Supporting jig (e)Spring ０ ４ 催 突 した 超音 波 モ ー タは , ス テ ー タ と ロー タ 2 点 で加圧 接 触 して , が 加1 曲振 動 ブ) 振動 l o o p )θ 駆 動 力を取 り出す こ とに特長 が あ り, 接 触機 構 ジ) 安定性 と薄 型 構 造 に 適 す る な どθ) 特 徴 を有 してい る 試 作 した 振動 子 を用 い て モ ー タを構 J蛇 チ し, 2 1 l・l 駆 動 と単榊駆 動 に よる特性 を測 定 し た 2 相 1 駆動 ヴ) 場合は, 効 率 が 3 5 7 ) を越 し, 安 定 に￨ 口 1 転す るモ ー タが 構成 で きたが, 単 相駆 動 υ) 場合l k , 最 大効率 は 1 0 7 ) 程度 で あ り, 動 作 せ ) く イ 安 定 で浄) った し か し, 単 相駆 動 は 2 相 駆 動 と比 岐 して い くつ か θ) 利点 を有 して い る の で , , に検 討 を加 えた い, 今後 さデ ／ ︶ 一 一只 衛 ／ ／ ／ ／ ヽヽ＼ l nllυ ‖) 孔 ( F i 怒 1(a)参 照 ) が 設 け られ てお り、 こブ) l L を利 用 して ス テ ー タ の 支 持 と ロー タヘ ブ) 力 ￨ ￨ ￨ ￨ :な がされ てい る 加 圧 は同図 に示す よ う に コ イ ル バ ネに k り 行 っ た1 - 図に示す ロー タは , ギ 21unl)ス υテ ン レス製 で あ る( ― 桂7 0 1 u n l , ￨ さ そ ￨に ド 実験 では 長 さ 2 0 n i n l の 振 動 子 で , 直 径 3 0 n l n l )び ― ￨ で クを用 い た構成 モ ) 試み たが , ロ ー タ直 径 は r ― 夕 上突 起 上げ) 接触 角度 フ) 問題 が あ り, 振 動 十 に比 べ てそれ ほ ど小 さ くはで きな いⅢ r‐ 1こ 試 作 した 超 き渡 モ ー タυ) 負荷 特 性 の 一 例 を /■ サ￨ 「i g . 5 は, 振動 了‐ ロ lfig 5に 長 40mlll, ー タl r i 径7 0 n i n l で2 神 駆 動 び) 場合 の 特性 で あ る( ) 駆 r l l 周波 牧 と 人 力 は そ れ ぞ れ 5 5 , 0 9 k H z , ) る 回転 方向 を変 えた場 合 t ) ほと 0 8 ∼1 4 W で ` 骸 ん ど1 司じ特性 が 得 に , れた 、実験 的 に 得 られ た最 ル 大 ト クは, 約 7 0 n l N m で, 最 大効率 は トル ク ヵミ5 0 n l N m げ) とき約 3 5 7 ) であ り, 動作 は安 定 で , 比 較的 高 い 効率 を持 つモ ー タが構成 で きた。 iと この 場 合 相駆 動 に つ い て t ) 検討 した [ 4 - 5 ] 。 人 力は I i「g l ( a ),で 端子 D l と 端 子 E 間 に 印加 し、 端 r D 2 と 端 子 E は 短 絡 す る。 回転 方 向 を変 え る場 合は 、端 子 D 2 と E 間 を馬区動す れ ば よ い。 試作 モ ー タでは , 最 大 トル ク と効率 は , 2 相 駆 動 に比 べ 大幅 に 低 下 した 値 とな つ た。
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