JPH02131374A - 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 本発明は圧電体の弾性振動を用いて駆動力を発近年、圧
電セラミック等の圧電体を用いた振動体に弾性振動を励
振し、これを駆動力とした超音波モータが注目されてい
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
いて詳細に説明する。

第７図は径方向１次、周方向３次以上の円環形超音波モ
ータの切り欠き斜視図であり、円環形の弾性体１に円環
形圧電体２を貼合せて振動体３を構成している。４は耐
磨耗性材料の摩擦材、５は弾性体であり、互いに貼合せ
られて移動体６を構成している。移動体６は摩擦材４を
介して娠動体３と接触している。圧電体２に電界を印加
すると振動体３の周方向に曲げ娠動の進行波が励起され
、移動体６を駆動する。尚、同図中の矢印は移動体６の
回転方向を示す。

第８図は第７図の超音波モータに使用した圧電体２の電
極構造の一例を示している。同図では円周方向に９波の
弾性波がのるようにしてある。ＡおよびＢはそれぞれ２
分の１波長相当の小領域がら成る電極群で、Ｃは４分の
３波長相当、Ｄは４分の１波長相当の電極である。電極
ＣおよびＤは電極群ＡとＢに位置的に４分の１波長（＝
９０度）の位相差を作るために設けている。電極ＡとＢ
内の隣り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。圧電体２の弾性体１との接着面は、第８図に
示された面と反対の面であり、電極はべ夕電極である。

使用時には、電極群ＡおよびＢは同図に斜線で示したよ
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の圧電体２の電極
ＡおよびＢに Ｖ　ｔ＝Ｖｏｘｓｉｎ（ωｔ）　　　　　　　　−−−
（１）Ｖ２−Ｖｏｘｃｏｓ（ωｔ）　　　　　　　　−
−−（２）ただし、ｖｏ：電圧の瞬時値 ω：角周波数 ｔ；時間 で表される電圧ｖ１およびｖ２をそれぞれ印加すれば、
振動体３には ξ一ξＯＸ（ｃｏｓ（ωｔ）×ｃＯｓ（ｋｘ）＋ｓｉｎ
（　ωｔ）ｘｓｉｎ（ｋｘ））一ξｏ　ｘｃｏｓ（　ω
ｔ−ｋｘ）　　　　　　−−−（３）ただし　ξ；曲げ
振動の振幅値 ξ０：曲げ振動の瞬時値 ｋ　：波数（２π／λ） λ：波長 Ｘ　：位置 で表せる、円周方向に進行する曲げ振動の進行波が励振
される。

第９図は振動体３の表面のＡ点が進行波の励起によって
、長軸２ｗ、短軸２ｕの楕円運動をし、振動体３上に加
圧して設置された移動体６が、楕円の頂点近傍で接触す
ることにより、摩擦力により波の進行方向とは逆方向に
ｖ”ｗｘｕの速度で運動する様子を示している。

機械出力を大きくとるには、振動体の進行方向の変位成
分Ｕを太き《すればよい。そのために、第１０図に示す
ように振動体３に柱状の突起体７を設ける。柱状の突起
体７により、曲げ振動による進行方向の成分Ｕは拡大さ
れるので、機械出力を増大できる。

第１１図は柱状の突起体７近傍の超音波モータの動作の
モデル図である。柱状の突起体７の先端は摩擦材４に接
触して、摩擦力で移動体６を駆動する。柱状の突起体７
の先端の接触面はいつも摩擦材４と平行ではなく、その
角から接触する。

方、柱状の突起体７と摩擦材４との接触は、突起体７の
周方向の幅８がかなりの値（例えば２〜５ｍ　ｍ　）を
持つため、常に一定の状態ではない。また、柱状の突起
体７の接触面の角がでていたりバリが出ていると、ある
瞬間、摩擦材４が突起体７の角と接触するので、摩擦材
４を機械的に損傷したり、接触面積の減少により、動力
伝達が効率良くできないという問題がある。

また、柱状の突起体７と摩擦材４との接触状態が一定し
ないため、低速回転時においてその影響が大きく、特性
が不安定になるという問題がある。

発明が解決しようとする課題 従来の超音波モータは、機械出力の取り出しを柱状の突
起体７でおこなうため、接触状態を一定にできず、摩擦
材４を損傷したり、動力伝達の効率が悪《出力効率が小
さいという問題点がある。

本発明はかかる点に鑑みてなされたもので、超低速回転
が容易に得られ、効率の良い、しかも長寿命で信頼性の
高い超音波モータを提供することを目的としている。

課題を解決するための手段 本発明は、撮動体の内周部または外周部にフランジを設
け、フランジ部を上下両面から移動体で挟持するとした
ものである。

作　　用 振動体の内周部または外周部にフランジを設け、フラン
ジ部を上下両面から移動体で挟持し、振動体を弾性進行
波で励振することにより移動体とフランジ部との接触状
態を一定に保つとともに突起体によって摩擦材を機械的
に損傷せず、効率良く振動体の振動を移動体に伝達する
ことにより、超低速回転で安定に、出力も太き《効率の
良い、しかも長寿命で信頼性の高い超音波モータを実現
するものである。

実施例 実施例１ 以下、図面に従って本発明の実施例１について詳細な説
明を行う。

第１図は本発明の超音波モータの振動体の断面図である
。同図において、弾性体９は圧電体１０と共に娠動体１
１を構成している。１２は振動体１１の内周部ｌ二設け
られたフランジである。また、第２図は、本発明の超音
波モータに１次の振動モードを用いた時の振動姿態と振
動変位を示す図である。さらに、フランジｌ２の上下両
面からフランジ１２を挟持するように移動体１３を設け
ている。ここで、移動体１３は、耐磨耗性摩擦材料でも
、それらの複合構造体でも良《、特に限定されないので
、以下では移動体と略記する。これによりフランジ１２
と移動体１３との接触状態は常に一定となり、超低速回
転でも、従来のように突起体の角による引っ掛かりがな
《安定して回転することができる。また、第３図に示す
ようにフランジ１２の上下両面での曲げ振動による進行
方向の速度成分Ｕを利用するため、効率良《機械出力を
とれる。また突起体７の角で摩擦材４を機械的に損傷す
ることもない。

実施例２ 以下、図面に従って本発明の実施例２について詳細な説
明を行う。

第４図は本発明の超音波モータの振動体の断面図である
。同図において、実施例１と異なる点は、フランジ１２
を振動体外周部に設けた点である。これにより、第２図
に示した様に径方向１次の振動モードでは、振動変位が
径方向に沿って大きくなるので、内周部にフランジを設
けた時に比べて、移動体１３の速度Ｕを増大させるとと
もに、機械的出力を半径倍拡大できるものである。

ここでは、振動体１１を中空構造としたが、第５図（ａ
）の様に円板形振動体１４でも良《、また、円板形振動
体１４の場合には、振動モードも、例えば、第５図（ｂ
）の１次モードだけで無《、同図（ｃ）に示すように径
方向２次モードのような節円１５近傍で支持固定の容易
な高次モードを用いてもよいことは、言うまでもない。

上記、実施例１および実施例２では移動体１３が回転す
ることを前提に述べてきたが、移動体１３を同定し振動
体１１を回転させても良い事は言うまでもない。また、
フランジ１２への加圧方法として、第６図（ａ）〜（Ｃ
）に一例として示す様に移動体１３のネジ締め構造やバ
ネによって行うこともできるがこれに限定されるもので
はない。

発明の効果 本発明では、振動体の内周部または外周部にフランジを
設け、フランジを上下両面から挟持する移動体を設ける
構成とすることにより、突起体のような複雑な形状によ
る加工性の困難さを除き、超低速回転を実現できる。ま
た、移動体とフランジとの接触状態が常に一定であり、
従来のように突起体による摩擦材の損傷も非常に少な《
長寿命で信頼性の高い超音波モータが得られる。さらに
、従来のように弾性進行波による片側の楕円運動だけで
な《フランジの両側の楕円運動を用いるので、機械出力
を大きくでき、負荷変動に対しても影響が上下面で相殺
されるので特性が安定する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例１の超音波モータの振動体の断
面図、第２図は本発明の超音波モータ１こ１次の撮動モ
ードを用いた時の振動姿態と振動変位を示す図、第３図
はフランジと移動体との運動を示す図、第４図は本発明
の実施例２の超音波モータの振動体の断面図、第５図は
本発明の実施例２における円板型超音波モータの振動体
の断面図と振動モードを示す図、第６図は移動体の加圧
方法の一例を示す図、第７図は従来の円環形超音波モー
タの切り欠き斜視図、第８図は第７図の超音波モータに
用いた圧電体の形状と電極構造を示す平面図、第９図は
超音波モータの動作原理の説明図、第１０図は振動体に
突起体を設けた円環形超音波モータの切り欠き斜視図、
第１１図は突起体近傍の超音波モータの動作のモデル図
である。 ９・・・・・・弾性体、１０・・・・・・圧電体、１１
・・・・・・撮動体、１２・・・・・・フランジ、１３
・・・・・・移動体。 代理人の氏名　弁理士　粟野重孝　ほか１名第 図 第 図 第 図 ／Ｚフランン ｌ３抄動俸 半径 ／４ 第 図 第 図 第 図 ｌ３ ／，３ ！？ 第 図 第 図 Ａ 液の進行方向 Ｊ 第１０図 宵１ １図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）圧電体を交流電圧で駆動して、該圧電体と弾性体
   とから構成される振動体に弾性進行波を励振する超音波
   モータにおいて、該振動体の内周部にフランジを設け、
   該フランジを挟持する移動体を設けて成る超音波モータ
   。
2. （２）圧電体を交流電圧で駆動して、該圧電体と弾性体
   とから構成される振動体に弾性進行波を励振する超音波
   モータにおいて、該振動体の外周部にフランジを設け、
   該フランジを挟持する移動体を設けて成る超音波モータ
   。