JPH011486A - 超音波モータ - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、超音波振動によりロータを回転して、駆動力
を発生させる超音波モータに関するものである。

〈従来技術〉 円環状または円板状の電歪素子等を振動源として、捩れ
振動を発生させる超音波捩れ振動子は。

特公昭５１−３６３３号、特公昭５２−１４１５６号、
特開昭６１−１２０６７７号及び特開昭６１−１２０６
７８号等に開示されているように種々の構造が提案され
ている。

一方、圧電振動子等を駆動源として用いてステータを構
成し、該ステータによりロータを回動する超音波モータ
は、特開昭５９−９６８８２号等に開示されているよう
に種々存在するが、それらはいずれも、ステータを円環
状等に構成して、多相の駆動電圧を印加することにより
進行波を発生させ、該進行波により、ロータを回動する
ものである。

このため、電圧制御が複雑となるとともに、共振によっ
てのみ駆動力及びその制御を生じさせるものであるから
、形状設計の自由度が無く、設計が面倒である等の欠点
があった。

本発明は、超音波捩れ振動子をステータとして用いて、
前記欠点を除去し得る超音波モータの提供を目的とする
ものである。

〈問題点を解決するための手段〉 本発明は、第１図に示すように、超音波捩れ振動子ａの
端面に積層型圧電アクチュエータｂを配設し、さらに該
積層型圧電アクチュエータｂの端部にロータＣを当接し
、超音波捩れ振動子ａと、積層型圧電アクチュエータｂ
とを所定の位相差を有する交流電源で駆動してなるもの
である。

〈作用〉 超音波捩れ振動子ａは第２図に示すように、その端部周
縁に捩れ共振によりに往復の回動力を生ずる。また積層
型圧電アクチュエータｂは圧電素子を多数積層し、かつ
各圧電素子を電気的に並列接続してなるものであって、
その電圧印加に伴い、頂端に各圧電素子の歪が重畳され
た変位が非共振で発生する。

そして超音波捩れ振動子と、積層型圧電アクチュエータ
とは位相が互いに所定角度（６０〜１２０度、好ましく
は９０度）ずれた交流電源で駆動されるから、積層型圧
電アクチュエータｂが伸張してロータＣと圧接するのと
同期して、超音波捩れ振動子ａの往方向の回動力をロー
タＣに付与するとともに、超音波捩れ振動子ａの復方向
回動時には、積層型圧電アクチュエータｂを収縮してロ
ータＣとの圧接を解除し、該復方向の力をロータＣに作
用させないようにする。面で、超音波捩れ振動子ａでモ
ータの送り方向の力と速度を発生させるとともに、積層
型圧電アクチュエータｂにより、ロータＣとの接続が制
御されることとなる。

そして、この超音波捩れ振動の連続により、ロータＣは
一方向に送られる。

〈実施例〉 添付図面について本発明の一実施例を説明する。

第３．４図について、２ａ、２ｂは、周方向に分極され
、相互に逆位相の周方向の歪振動を生ずるＰＺＴ等から
なる二枚の環状圧電素子であって、その積層体の両側に
金属ブロック３．４が配設される。前記各部材の中心に
は管状連結杆５が挿入され、その螺子６の上下端部を前
記金属ブロック３．４の内面に周設した螺子に螺合して
、環状圧電素子２ａ、２ｂを金属ブロック３．４で挟持
し、而で超音波捩れ振動子ｌを構成している。

さらに前記金属ブロック３の上面周部には、等角度間隔
で、三個の積層型圧電アクチュエータ７が配設される。

前記圧電アクチュエータ７は、圧電素子を多数積層し、
かつ各圧電素子を電気的に並列接続してなるものであっ
て、その電圧印加に伴い、各圧電素子が厚み方向に歪ん
で、その頂端に各歪が重畳された変位が発生する。

そして圧電アクチュエータ７上端には円板状のロータｌ
Ｏが乗載する。このロータｌＯと管状連結杆５内には支
軸１１が挿通し、ロータ１０と支軸１１間にはベアリン
グ１２が支軸１１に対して摺動可能に外嵌する。また、
その支軸１１には押圧鍔片１３が遊嵌し、支軸１１の上
部に螺合して位置決めされたばね受片１４と押圧鍔片１
３間に発条１５が付装され、その付勢圧により押圧鍔片
１３をベアリング１２の内輪の上端に圧接している。そ
してこの発条１５の付勢圧はベアリング１２を介してロ
ータ１０に作用し、該ロータｌＯを圧電アクチュエータ
７に弾接させている。

かかる構成にあって、第９図イ１口の波形図で示すよう
に、前記環状圧電素子２ａ、２ｂにＶ　ｏｓｉｎωｔの
位相の交流電源を接続し、圧電アクチユエータ７に９０
度の位相差を有する交流電源な接続すると、圧電アクチ
ュエーダ７が伸張するのと同期して超音波捩れ振動子ｌ
上面に往方向のねじれが発生する。また圧電アクチュエ
ータ７が収縮するのと同期して超音波捩れ振動子１の復
方向のねじれを生じる。このため、前記圧電アクチュエ
ータフの伸張時には、ロータｌＯとの接合力が強（、圧
電アクチュエータフの収縮時にはその接合力が弱いから
、超音波捩れ振動子ｌの往方向のねじれ力が強くロータ
ｌＯに作用する。従って高周波領域においては、発条１
５が圧接方向に作用していても、ロータｌＯの復方向の
ねじれ力は消去され、該往方向のねじれに伴う回動力の
みがロータｌＯに作用し、その往方向への連続回転を生
ずる。

尚、圧電アクチュエータ７の位相差は、少なくとも６０
〜１２０度の範囲に右いて、駆動力を生ずることが確認
された。

上述の駆動形態にあっては圧電アクチュエータ７の頂端
は楕円軌跡を描くが、その連接制御を効率的に施すため
に、圧電アクチュエータ７への電圧印加を第９図ハに示
すように矩形パルスで施す、　ようにしてもよいにの電
圧印加制御にあっては、往方向のねじれ発生から、復方
向開始に至る間、圧電アクチュエータ７の頂端はロータ
１０に圧接した状態を維持しており、往方向のねじれ力
は効果的にロータｌＯに伝達されることとなる。

第５図は、前記超音波捩れ振動子１の上下端に乗載鍔２
０と１台座部２１を設け１乗載鍔２０の周縁に形成した
乗載段２２にリング状の圧電アクチュエータ２３を嵌着
したものである。

ねじれによる周方向の歪は、第２図で示すように、外側
に行く程太き（なるが、前記構成にあっては乗載鍔２０
により駆動端となる圧電アクチュエータ２３を外方に位
置させることができるから、その−振動当りの送り量が
大きくなる。また圧電アクチュエータ２３の接触面が広
くなって、滑り量が減少して、伝達効率が向上する等の
利点を生ずる。

第６図は、第５図の構成にあって、超音波捩れ振動子ｌ
の上下面に圧電アクチュエータ２３ａ。

２３ｂを配設し、下部の圧電アクチュエータ２３ｂを受
けるロータ２４を固定側としてなるものである。かかる
構成にあっては、圧電アクチュエータ２３ａと圧電アク
チュエータ２３ｂは逆位相とし、一方が伸張していると
きには他方が収縮するようにする。これにより下部のロ
ータ２４を基準として、超音波捩れ振動子ｌのねじれが
生ずるから、その上部のロータｌＯからは二倍の速度及
び出力の回転を取り出し得ることとなる。またはロータ
１０，２４の両者を自由端として、夫々から逆方向の回
転を取出すこともできる。

第７．８図は、超音波捩れ振動子ｌの中心に出力軸３０
を挿通するとともに、前記超音波捩れ振動子ｌの内周面
と出力軸３０の周面間に等角度間隔の四個の圧電アクチ
ュエータ３１を径方向に配設したものであり、該圧電ア
クチュエータ３１の伸張と同期して超音波捩れ振動子ｌ
の往方向ねじれを生じ、かつ圧電アクチュエータ３１の
収縮と同期して超音波捩れ振動子ｌの復方向への復元を
生じるようにし、復元力を出力軸３０側に作用させない
ようにし、超音波捩れ振動子１の内面に生ずる往方向の
回転力を出力軸３０に作用させるようにしたものである
。この構成にあっては、圧電アクチュエータ３１の内端
を出力軸３０に接合するようにしてもよい。

また超音波捩れ振動子ｌの内周面と出力軸３０の周面間
にあって圧電アクチュエータ３１は第９図鎖線で示すよ
うに、その下部位置にも設けて、計へ個配設するように
してもよい。

前記各実施例にあって、圧電アクチュエータ７．２３ａ
、２３ｂ、３１の伸張タイミングを逆とすることにより
ロータ１０の逆方向回転を容易に生じさせることができ
る。

〈発明の効果〉 本発明は、上述のように、圧電アクチュエータ７．２３
ａ、２３ｂ、３１の伸張と同期してその捩れ振動子ｌの
往方向の捩れ力をロータ１０に作用させ、かつ圧電アク
チュエータ７．２３ａ、２３ｂ、３１の収縮と同期して
復方向への捩れ力を発生させるようにし、これにより圧
電アクチュエータ７．２３ａ、２３ｂ、３１に連接制御
機能を生じさせて、往方向への回動力のみをロータｌＯ
に作用させ、これを連続回転させるようにしたものであ
るから、 イ）超音波捩れ振動を駆動源とする新たな超音波モータ
を提供し得る。

口）前記超音波捩れ振動子１と圧電アクチュエータ７．
２３ａ、２３ｂ、３１との駆動タイミングを設定するだ
けで済むから、円環状ステータのように多相の電圧を要
するものと異なり電圧制御が容易となる。

ハ）超音波捩れ振動子ｌは共振により、また積層型圧電
アクチュエータ、２３ａ、２３ｂ、３１は非共振により
夫々駆動するものであるから、共振の組合わせにより出
力を生じさせるものと異なり、製作が容易であり、設計
の自由度が大きく、極小モータ等種々の形状のモータを
構成することができる。

等の優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

添付図面は本発明の実施例を示し、第１図は基本構成を
示す側面図、第２図は捩れ振動モードを示す超音波捩れ
振動子ａの斜視図、第３図は第一実施例を示す斜視図、
第４図は同縦断側面図、第５図は第二実施例を示す縦断
側面図、第６図は第三実施例を示す縦断側面図、第７図
は第四実施例を示す平面図、第８図は同右半分を縦断し
て示す側面図、第９図は超音波捩れ振動子１と圧電アク
チュエータフの信号波形図である。 ｌ：超音波捩れ振動子　２ａ、２ｂ；環状圧電素子　３
．４二金属ブロツク　７：圧電アクチュエータ　ｌＯ：
ローフ　１５：発条　、２３ａ、２３ｂ：圧電アクチュ
エータ　３０：出力軸　３１：圧電アクチュエータ 出願人　　　　　日本特殊陶業株式会社上　　羽　　貞
　　行 黒　　澤　　　　実

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　超音波捩れ振動子の端面に積層型圧電アクチュエータ
   を配設し、さらに該積層型圧電アクチュエータの端部に
   ロータを当接し、超音波捩れ振動子と、積層型圧電アク
   チュエータとを所定の位相差を有する交流電源で駆動し
   てなる超音波モータ。