JPH03243176A - 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、超音波振動子に可動子を当接して、該超音波
振動子と該可動子とを相対移動させる超音波モータに関
するものである。さらに詳しくは、超音波モータの振動
子と可動子の接触面の精度に関するものである。

［従来技術］ 超音波モータは、略楕円状の超音波振動を発生する振動
子に可動子を当接させ、両者間の摩擦力により両者を相
対移動させるものである。

超音波モータの振動子の振動振幅は、最大でも数μｍ程
度と非常に小さいので、従来から振動子と可動子の接触
面の表面粗さをそれ以下にする事が考えられていた。こ
れは接触面の表面粗さが、振動振幅よりも大きいと、接
触面が片当りするため安定な動作が期待できないからで
ある。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、超音波モータの振動子と可動子の接触面
の表面粗さだけを振動振幅より小さくしても、該接触面
の平面度か振動振幅以下でなければ、該接触面のうねり
により前記振動子と前記可動子が片あたりする等の問題
が生じる。その結果、前記超音波モータは、安定な動作
が得られず、また、効率が悪いなどの問題点があった。

本発明は、上述した問題点を解決する為になされたもの
であり、超音波モータの振動子と可動子との接触面の平
面度を良くすることにより該振動子と該可動子の接触状
態を改良して、超音波モー夕の動作を容易に安定化し、
さらに該超音波モータの効率を大幅に向上させることを
目的としている。

［課題を解決するための手段］ この目的を達成するために本発明の超音波モータは、略
楕円振動が励起される振動子と、該振動子に当接され該
振動子と相対移動する可動子とを有する超音波モータに
於て、前記振動子に励起される超音波振動の振動振幅の
大きさが前記振動子と前記可動子の各接触面の平面度の
大きさよりも大きくないことを特徴とする。

このとき、前記振動子の前記可動子との接触面の平面度
か、少なくとも該振動子が前記可動子と同時に接触する
領域と略等しい領域にわたって上記条件を満たせばよい
。

あるいは、前記可動子の前記振動子との接触面の平面度
が、該可動子が前記振動子と同時に接触する領域と少な
くとも略等しい領域にわたって、上記条件を満たせばよ
い。

［作用］ 上記の構成を有する本発明の超音波モータは、振動子上
に励起される略楕円振動により、該振動子に当接された
可動子が前記振動子に対し相対移動する。その際、前記
振動子と前記可動子との接触面の平面度は、前記振動子
の超音波振動の振動振幅の大きさより大きくないので、
前記振動子と前記可動子が片あたりすることなく接触す
る。

［実施例］ 以下、本発明を具体化した一実施例を図面を参照して説
明する。

第１図は本発明の第１の実施例の円板状進行波型超音波
モータの概略斜視図である。まず第１図を参照して第１
の実施例の超音波モータの構成及び作用を説明する。回
転型超音波モータ１０は、振動子１１、該振動子１１に
当接されたロータ１３よりなる。前記振動子１１は、円
板形状の第工及び第２圧電体１４　ａＳｌ　４　ｂ、弾
性体１５より戊る。前記第１圧電体１４ａ及び前記第２
圧電体１４ｂは例えば中心角４５°毎に隣り合う領域で
分極方向か逆になるように分極されている（図中では分
極方向を十及び−で表わしている）。前記第１圧電体１
４ａあるいは前記第２圧電体１４ｂの最小振幅位置は、
各々相隣合う前記領域同士の境界位置近傍となり、最大
位置は前記領域の中心近傍位置となる。そして、前記同
圧電体１４ａ１１４ｂは、第１圧電体１４ａの最大振幅
位置と第２圧電体１４ｂの最小振幅位置が重なるように
図中に示すように配置されている。また、各圧電体を図
における上下方向より挟むように公知の電極か配置され
る。このように配置された第１圧電体１４ａの上部には
、前記電極としての機能を兼ねた金属より成る円板状弾
性体１５か配置され、該弾性体１５には振動伝達部材で
ある環状の突起１６が形成されている。前記弾性体１５
は、前記第１圧電体１４ａ及び前記第２圧電体１４ｂに
所定の周波数の電気信号を印加すると、前記突起１６上
に、略楕円振動の進行波が励起されるように形状寸法が
調整されている。前記ロータ１３は、接触部１７で前記
突起１６に当接されていて、該突起１６上に励起される
略楕円振動により回転するように構成されている。ここ
で、前記突起１６の前記接触部１７との接触面１９ａと
、前記接触部１７の前記突起１６との接触面１９ｂは、
各々その平面度が前記突起１６上に励振される略楕円振
動の振幅より大きくならないように、例えば前記突起１
６上に励振される略楕円振動の振幅が２μｍの時、例え
ば１μｍになるように、加工されている。それ故、前記
突起１６と前記接触部１７は、各々の接触面１９ａ及び
１９ｂに於て、該接触面１９　ａ、　１９　ｂの全面に
わたり均一に当接されることが可能となる。上述のよう
に、前記振動子上１と前記ロータ１３が前記接触面１９
　ａ、　１９　ｂの全面で均一に当接されれば、前記超
音波モータ１０の動作が安定になる。

次に、第２図を参照して本発明の第２の実施例の進行波
型リニア超音波モータの構成及び作用を説明する。この
リニア超音波モータ２０は振動子２１、該振動子２１に
当接された可動子２３よりなる。前記振動子２１は、第
１圧電体２４ａ、第２圧電体２４ｂ、弾性体２５及び前
記第１の実施例と同様の公知の電極より戊る。前記第１
及び第２圧電体２４ａ、２４ｂは第２図に示されるよう
に、隣合う領域で分極方向か逆になるように分極されて
いる。そして前述の回転型超音波モータ１０の場合と同
様に、前記第１圧電体２４ａの最大振幅位置と前記第２
圧電体２４ｂの最小振幅位置が重なるように配置されて
いる。このように配置された第１圧電体２４ａの上部に
は、金属より戊る弾性体２５か配置され、該弾性体２５
には振動伝達部材である閉ループ構造を有するレール２
６か形成されている。前記弾性体２５は、前記第１圧電
体２４ａ及び前記第２圧電体２４ｂに所定の周波数の電
気信号を印加すると、前記レール２６上に、略楕円振動
が励起されるように形状寸法か調整されている。前記可
動子２３は、接触部２７で前記レール２６に当接され、
該レール２６上に励起される略楕円振動により該レール
２６に沿って移動するように構成されている。ここで、
前記接触部２７の前記レール２６との接触面２９ｂは、
その平面度か前記レール２６上に励振される略楕円振動
の振幅より大きくならないようにしている。

また、前記レール２６の前記接触部２７との接触面２９
ａは、少なくとも前記可動子２３の長さと略等しい範囲
にわたって、その平面度が前記レール２６上に励振され
る略楕円振動の振幅より大きくならないようにしている
。すなわち例えば前記レール２６上に励振される略楕円
振動の振幅が２μｍの時、各接触面の平面度が、例えば
１μｍになるように、加工されている。それ故、前記レ
ール２６と前記接触部２７は、各々の接触面２９ａ及び
２９ｂに於て、該接触面２９ａ、２９ｂの全面にわたり
均一に当接されることが可能となる。

上述のように、前記振動子２１と前記可動子２３が前記
接触面２９ａ、２９ｂの全面で均一に当接されれば、前
記超音波モータ２０の動作が安定になる。

さらに、第３図を参照して本発明の第３の実施例の円板
状定在波型超音波モータの構成及び作用を説明する。回
転型超音波モータ３０は、振動子３１、該振動子３１に
当接されたロータ３３より成る。前記振動子３１は、円
板形状を有する弾性体３４、該弾性体３４に周方向せん
断振動を励振する第工圧電体３５ａ１前記弾性体３４に
軸方向曲げ振動を励振する第２圧電体３５ｂよりなる。

ここで、前記弾性体３４は、所定の周波数に於て、その
周方向せん断振動と軸方向曲げ振動の共振周波数が略一
致するように形状寸法が調整されている。それ故、前記
第１圧電体３５ａと前記第２圧電体３５ｂに前記所定の
周波数の電気信号を印加すると、前記弾性体３４には略
楕円振動が励起される。上述のように構成された振動子
３０の弾性体３４の接触面３６ａに、前記ロータ３３の
接触部３７の接触面３６ｂを当接すれば、前記略楕円振
動によりロータ３３が回転する。この時、前記弾性体３
４の接触面３６ａと前記ロータ３３の接触面３６ｂの平
面度が、前記第１圧電体３５ａにより前記弾性体３４上
に励振される前記軸方向曲げ振動の振動振幅より大きく
ないようにする。例えば前記弾性体３４上に励振される
前記曲げ振動の振幅が２μｍの時、例えば１μｍになる
ように、加工すると、前記弾性体３４と前記ロータ３３
は、各々の接触面３６ａ及び３６ｂに於て、該接触面３
６ａ、３６ｂの全面にわたり均一に当接されることが可
能となる。上述のように、前記振動子３１と前記ロータ
３３が前記接触面３６ａ、３６ｂの全面で均一に当接さ
れれば、前記超音波モータ３０の動作が安定になる。

さらに、第４図を参照して本発明の第４の実施例の定在
波型リニア超音波モータの構成と作用を説明する。リニ
ア超音波モータ４０は、振動子４１、該振動子４１に当
接され該振動子４１と相対移動するレール４３より戊る
。前記振動子４１は、矩形平板形状を有する弾性体４４
、該弾性体４４に厚さ方向曲げ振動を励振する第１圧電
体４５ａ１前記弾性体に長さ方向伸縮振動を励振する第
２圧電体４５ｂよりなる。前記弾性体４４は、所定の周
波数ｆにおいてその厚さ方向に両端自由２次モードで曲
げ振動し、且つ同一の周波数ｆにおいて長さ方向に両端
１次モードで縦振動するように形状寸法を調節されてい
る。前記第１圧電体４５ａに周波数ｆの交流電圧を印加
して振動させると、前記弾性体４４は曲げ振動２次モー
ドで振動し、さらに前記第２圧電体４５ｂに周波数ｆの
交流電圧を印加して振動させると、前記弾性体４４は縦
振動１次モードで振動する。そのため前記弾性体４４の
所定の位置には各振動が合成され略楕円運動振動が励振
される。上述のように構成された振動子４１の駆動部４
６の接触面４７ａに、前記レール４３の接触面４７ｂを
当接すると前記略楕円振動により前記振動子４１と前記
レール４３は相対移動する。この時、前記駆動部４６の
接触面４７ａと前記レール４３の接触面４７ｂの平面度
が、前記第１圧電体４５ａにより前記弾性体４４上に励
振される前記厚さ方向曲げ振動の振動振幅より大きくな
いようにする。また、前記レール４３の前記接触面４７
ｂは、少なくとも前記振動子４工の長さと略等しい範囲
にわたって、その平面度が前記弾性体４４上に励振され
る厚さ方向曲げ振動の振幅より大きくならないようにす
る。例えば前記弾性体４４上に励振される前記曲げ振動
の振幅か２μｍの時、例えば１μｍになるように加工す
る。すると前記弾性体４４の駆動部４６と前記レール４
３は、各々の接触面４７ａ及び４７ｂに於て、該接触面
４７ａ、４７ｂの全面にわたり均一に当接されることが
可能となる。上述のように、前記振動子４１と前記レー
ル４３が前記接触面４７ａ、４７ｂの全面で均一に当接
されれば、前記超音波モータ４０の動作が安定になる。

尚、本実施例では、上述の４種類の超音波モータを例示
したが、超音波振動が励振される弾性体と該弾性体に当
接した可動子を有するものであれば、同様の効果が得ら
れることは言うまでもない。

また、上記実施例では、振動子に略楕円振動を励振する
素子として圧電体を使用したが、これに限定されるもの
ではなく、電気エネルギーを機械エネルギーに変換でき
るその他の素子、例えば電歪素子、磁歪素子等を用いて
もよい。

その他車発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可
能である。

［発明の効果］ 以上詳述したことから明らかなように、本発明によれば
、超音波モータの振動子と可動子の接触面の平面度を向
上させたので、前記振動子と前記可動子の接触状態が均
一となり、前記超音波モータの動作を容易に安定化する
ことが可能となり、その結果、該超音波モータの効率を
大幅に向上できる。

【図面の簡単な説明】

第１図から第４図までは本発明を具体化した実施例を示
すもので、第１図は、本発明の第１の実施例の円板状進
行波型超音波モータの概略斜視図であり、第２図は、本
発明の第２の実施例の進行波型リニア超音波モータの概
略斜視図であり、第３図は、本発明の第３の実施例の円
板状定在波型超音波モータの概略斜視図であり、第４図
は、本発明の第４の実施例の定在波型リニア超音波モー
タの概略斜視図である。 図中、１０，２０，３０，４０は超音波モータ、１１．
２１．３１．４１は振動子、１３．２３は可動子、３３
は可動子であるロータ、４３は可動子であるレール、１
９ａ、１９ｂ、２９ａ、２９ｂ、３６ａ、３６ｂ、４７
ａ、４７ｂは接触面である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、略楕円振動が励起される振動子と、 該振動子に当接され該振動子と相対移動する可動子とを
   有する超音波モータに於て、 前記振動子に励起される超音波振動の振動振幅の大きさ
   が前記振動子と前記可動子の各接触面の平面度の大きさ
   よりも大きくないことを特徴とする超音波モータ。