JPH02266877A - 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） 本発明は電子機器などに用いられる小型モータに関し、
特にローター直径の小さい小型の超音波モータに関する
ものである。

（従来の技術） 超音波モータは従来の電磁モータと比較して、低回転で
高いトルクが得られること、停止保持力を有すること、
電磁ノイズが小さいことなどの利点を有しており、カメ
ラのオートフォーカス用や自動車用パワーモータ等に使
用されている。

第７図及び第８図は従来の超音波モータの構造を示す概
略図であり、リング上の小歯状の突起部を設けた金属円
板５１の突起部の形成さ杵ている面の裏側に二枚の圧電
セラミック円板５２．５３を接着した構造のステーター
５１の上に円板状ローター５４を圧接した構造となって
いる。圧電セラミックス円板５２．５３は偶数等分に分
極の向。

きが厚さ方向に逆向きとなっており、これら二枚の圧電
セラミック円板は分割角度の半分の角度だけずらして接
着されている。

（発明が解決しようとする課題） 第８図かられかるように従来の超音波モータにおいては
、ステーターを構成するために２枚の圧電セラミックス
円板と金属円板を接着しているため、接着工程が難しい
上に接着条件のばらつきに伴う特性のばらつきが大きい
と云う欠点があった。

また、円板の中心部にローターの回転軸を設けるためス
テーターおよびローターの直径を大きくする必要がある
。そのため従来の超音波モータの実用的な最小直径は１
５ｍｍ〜２０龍に限定されていた。

本発明の技術課題は、ローターの直径を小さくし、接着
工程の少ない簡単な構造の超音波モータを提供すること
にある。

本発明の別の技術課題はローターの直径として１５ｍ■
以下の超音波モータを提供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明によれば、楕円運動振動を行う端部を有する圧電
楕円運動振動子と、前記端部を覆うように接触して配さ
れ、前記楕円運動振動を回転軸の回りの回転運動に変換
する振動一回転変換部材とを有する超音波モータにおい
て、前記振動一回転変換部材は前記端部の全周のうち前
記回転軸に対して同一円周上の位置にある複数の部分の
み接触する接触部を有し前記端部に対する接触面積を小
さくするようにしたことを特徴とする超音波モータが得
られる。

（作　用） 本発明の超音波モータにおいては、端部が円を含む楕円
運動を行う圧電楕円運動振動子を用い、この圧電楕円運
動振動子の端部と振動一回転変換部材との接触が振動一
回転変換部材の内面により行われ、この振動一回転変換
部材は、全周のうちの回転軸に対して同一円周上の位置
にある複数部分のみこの圧電楕円運動振動子の端部に接
触するように接触部の面積を小さくしたために、接触に
よるスティフネスが小さくなり圧電楕円運動振動子の振
動に対する影響が少なく、共振周波数の変化などが少な
い超音波モータが得られる。

（実施例） 以下本発明の超音波モータについて図面を用いて詳しく
説明する。

第１図は本発明の実施例に係る超音波モータの構成を示
す図である。

第１図において超音波モータは圧電セラミックス円柱１
１と一面側にこの圧電セラミックス円柱との接点１１　
ａ、　　１１　ｂ、　　１１　ｃ、　　１１　ｄを有す
るリング状支持枠１２とよりなる圧電楕円運動振動子１
１′と、振動回転変換部材１３ｂに駆動軸１３ａが配さ
れたカップ状のローター１３とを有する。

第２図は本発明の超音波モータに用いる圧電セラミック
ス円柱１１を示す斜視図である。

第２図において、圧電セラミックス円柱１１の周面の円
周を４分割した位置に、長さ方向に沿って互い平行な電
極３１．３２，３３．３４が形成されている。この圧電
セラミックスはリング状支持枠１２．１２を挿通して圧
電楕円振動子を構成する。

第３図は本発明の超音波モータに用いる圧電セラミック
ス円柱１１の断面図であり、第３図（ａ）は電極３２．
３４を（＋）、電極３１．３３を（−）にして電圧を印
加した場合の分極の向きを破線の矢印２１で示している
。

第３図（ｂ）は第３図（ａ）のように分極下圧型セラミ
ックス円柱において実線方向の矢印２１で示すように電
極３３．３４を（＋）、電極３１゜３２を（−）にして
電圧を印加した場合の断面の歪みを示す図である。第３
図（ｂ）において電圧は電極３４から３１．電極３３か
ら３２に印加される。そのために分極方向に依存して圧
電セラミックス円柱の周面に沿うように電極３４．３１
間は伸び、電極３３．３２間は縮む。その結果として第
３図（ｂ）において、長さ方向に下側が膨らむように屈
曲する。また、印加電圧の極性が逆向きであれば屈曲も
逆になる。

第４図−（ａ）および第４図（ｂ）は圧電セラミックス
円柱１１に交流電圧を加えた場合の振動状態の説明図で
ある。

電極３３．３４と電極３１．３３間に振動子の共振周波
数に等しい交流電圧を印加した場合、第４図（ａ）のよ
うに白抜き矢印２２の方向に屈曲振動を発生する。電極
３１．３４および３２゜３３を接続して同様に振動子の
共振周波数に等しい周波数の交流電圧を印加すると屈曲
振動の方向は第４図（ａ）の方向とは直角の方向となる
。

従って、以上の二つの方向の屈曲振動の位相を９０″ず
らせること、具体的には、印加される各々の交流駆動電
圧の印加電圧の位相を９０＠ずらせることにより、圧電
セラミックス円柱１１の両端部に、第４図（ｂ）に示す
ような円運動を含む楕円運動を励起することが可能であ
る。

第５図は本発明の実施例に係る超音波モータに用いる振
動一回転変換部材１３ｂの斜視図である。

第５図において、振動一回転変換部材１３の端部内側に
全周にわたって振動一回転変換部材１３′の回転軸１６
の同一円周上の位置に設けられ、回転軸１６に向って突
出した錐状の微小突起部１４が形成され、さらに端部に
この振動一回転変換部材の軸方向に沿って圧電セラミッ
クスの一端から中央に向うように複数個のスリット１５
が形成されている。

第６図は、圧電セラミックス円柱１１の端部に振動一回
転変換部材１３ｂを組み合わせた状態を示す断面図であ
る。

第６図に示したように、圧電セラミックス円柱１１の端
部は先端部がわずかに細くなるようなデーパ面１１ａを
形成したテーパ加工が施されており、振動一回転変換部
材１３と圧電セラミックス円柱１１との咬合を加減する
ことにより振動一回転変換部材１３ｂと圧電セラミック
ス円柱１１の微小突起部１４とテーパ面１１ａとの接触
圧力を：Ｊ！Ｊ節することが出来る。

第５図に示した形状の振動一回転変換部材１３ｂを用い
た場合、圧電セラミックス円柱１１に対してカップ状ロ
ーター１３は端部の錐状の微小突起部１４だけが接触す
ることになる。したがって、圧電セラミックス円柱１１
の全周にわたって接触する場合と比較して接触によるス
ティフネスが小さくなり、圧電セラミックス円柱１１の
振動に対して負荷が軽くなり、共振周波数のずれが少な
くなる。

尚、本実施例においては、圧電楕円運動振動子１１′　
として圧電セラミックス円柱１１を用いたが、バイブ状
圧電セラミックスを使用した場合においても、同様な超
音波モータを構成することができる。

さらに本発明の実施例においては、圧電セラミックス円
柱あるいは圧電セラミックスバイブの側面に設けられた
長さ方向に平行な複数対の電極を有し、この圧電セラミ
ックス円柱の端面が円を含む楕円運動を行う圧電楕円運
動振動子を用いているため、圧電楕円運動振動子そのも
のは接着工程を含まないで構成することが出来るため振
動特性のばらつきが小さく、安定な楕円運動の振動が可
能となる。

（発明の効果） 以上示したように本発明の超音波モータにおいては、駆
動力を発生させるための振動子の形状が単純で、回転あ
るいは楕円運動振動を発生させるための二つの振動モー
ドが同じ屈曲モードであることから、構造が簡単になる
。また楕円運動振動子として棒状の振動子及びこの棒状
の振動子の両端に配される振動一回転変換部材を使用し
ているため振動一回転変換部材の直径、即ちローターの
直径を小さくすることが容易で、ローター直径の小さい
超音波モータを得ることができる。モータの直径として
は、必要なトルクによって変わるが、原理的には１０ｍ
ｍ以下も可能である。

また本発明の超音波モータにおいては、圧電楕円運動振
動子の端部とローターとして用いる振動一回転変換部材
との接触が、回転軸に対して同一円周上の位置にある複
数の部分のみ接触する接触部で行われるため、圧電楕円
運動振動子の振動に対する影響が少なく、共振周波数の
変化などが少ない超音波モータが得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る超音波モータの構成を示
す斜視図、第２図は本発明の実施例に係る超音波モータ
に用い圧電セラミックス円柱を示す斜視図、第３図およ
び第４図は本発明の超音波モータに用いる圧電セラミッ
クス円柱の断面図を用いて楕円運動振動子の動作原理を
説明するための説明図、第５図は本発明の実施例に係る
超音波モータに用いられるカップ状ローグーの構造を示
す斜視図、第６図は本発明の実施例に係る超音波モータ
において、圧電セラミックス円柱とカップ状ローターと
の組み合わせ状態を示す断面図、第７図および第８図は
従来の超音波モータの構造例の説明に供する図である。 図中、１０は駆動軸、１１は圧電セラミックス円柱、１
１′は圧電楕円運動振動子、１２はリング状支持枠、１
３はカップ状ローター　１３′は振動一回転変換部材、
１３ａは駆動軸、１４は微小突起、１５はスリット、１
６は回転軸、３１゜３２．３３．３４は電極、５１は金
属円板、５２゜５３は圧電セラミックス円板である。 第３図 ｊＩｓ４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．楕円運動振動を行う端部を有する圧電楕円運動振動
   子と、 前記端部を覆うように接触して配され、前記楕円運動振
   動を回転軸の回りの回転運動に変換する振動−回転変換
   部材とを有する超音波モータにおいて、 前記振動−回転変換部材は前記端部の全周のうち前記回
   転軸に対して同一円周上の位置にある複数の部分のみ接
   触する接触部を有し前記端部に対する接触面積を小さく
   するようにしたことを特徴とする超音波モータ。