JPH04279A - 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、圧電セラミックスからなるランジュバン素子
と移動子からなる超音波モータに関するものである。

（従来の技術） 現在、一般に用いられている電気モータは、電磁作用を
利用して駆動するものであり、その性能は、モータを構
成する磁性材料や伝導材料などの特性に依存するもので
ある。従って、それらの材料の改良により、性能の向上
は、望めるものの、もはや、飛躍的な向上は期待できな
いか、向上はあっても、その程度が微小であるのが寞情
であるこれに対して、最近、新アクチュエータの一翼を
担うものとして、超音波モータが着目されている。超音
波モータは、振動子から出る超音波エネルギーをモータ
の駆動方式とする形式のものである。

このような超音波モータとしては、例えば、研究論文「
超音波駆動モータの試作」　（応用物理５１．７１３＜
１９８２＞：指田年生）には、以下のような超音波モー
タが記載されている。

モータの軸線方向と直交する方向に曲げ振動を発生する
圧電振動子の先端に、振動片を固定し、この振動片の先
端には、振動片の軸線方向に対して交差角度θをなす直
線上に一方向に回転する回転中心を位置させたロータを
配設しており、振動片の先端がロータの周縁と接触する
ようになっている。そして、圧電振動子に電源から電圧
を加えることにより、振動片が超音波振動してその先端
が周期的にロータに接触し、振動片とロータとの摩擦力
により、ロータを回転させるものである。

このように構成される超音波モータは、電気モータに比
べると、■）小型軽量化が可能、２）構造が簡単、３）
効率が高い、４）制御性が優れるなどの利点がある。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、このような超音波モータは、振動するス
テータの移動トルクをロータに伝達する手段が摩擦力に
よっているため、摺動面に摩耗や疲労が生じやすく耐久
性が低く、また効率が低下してしまうなどの問題があっ
た。

（ｌ１題を解決するための手段） 本発明は、超音波振動する弾性振動子に発生したトルク
の移動子への伝達を、接触摩擦ではなく、振動子の先端
に取り付けられた一方向のみに回転するマイクロギアと
、前記マイクロギアと噛み合うギアを移動子に形成して
、双方のギアの噛み合わせによりトルクの伝達を行い、
前述の問題点を解決できる超音波モータに想到した。

本発明は、圧電セラミックスからなるランジュバン素子
と移動子からなる超音波モータであって、前記ランジュ
バン素子は固定され、かつ先端部には、一方向にのみに
回転するマイクロギアを備え、前記移動子の長手方向も
しくは周囲に前記マイクロギアに噛み合うように設けら
れたらギアを備えていることを特徴とする超音波モータ
を提藁する。

（作用） 本発明の超音波モータは、ランジュバン素子からなる振
動子と移動子からなる超音波モータであって、振動子の
先端には、一方向のみに回転するマイクロギアが、また
移動子には、前記マイクロギアと噛み合ったギアが形成
されていることが必要である。

前記ランジュバン素子とは、主に圧電体と金属やセラミ
ンクスなどの弾性体を接合させたものを指し、圧電体の
振幅により弾性体が超音波振動するものである。このよ
うな構造にすると、圧電素子によって、超音波振動する
ランジュバン振動子のトルクが、ギアを介して移動子に
伝達されるため、移動子と振動子の摩擦による摩耗が極
めて少なくなり、前述の問題が、−挙に解決されるから
である。

前記移動子は、いわゆるリニア型あるいは、回転型いず
れでもよい。

前記移動子が、リニア型の場合は、移動子の長手方向に
、また回転型の場合は、前記移動子（ロータ）の円周の
外側、もしくは内側にマイクロギアに噛み合うギアを形
成することが必要である。

また、本発明の振動子の先端の形成されるマイクロギア
は、一方向にのみ回転するため、移動子の移動、あるい
は回転方向は、一方向に限定されてしまう、このため、
２種類の振動子を組み合わせ、それぞれの振動子を必要
に応じて切り換えることにより、移動あるいは回転方向
を制御できる本発明で使用される圧電体は、水晶振動子
やＰＺＴ（チタン酸、ジルコン酸鉛）など種々の圧電体
を使用でき、印加する電圧の加振周波数は任意である。

次に実施例を記載し、駆動原理を説明する。

実施例１ 本実施例は、リニア型超音波モータに関する。

第１図は、本発明の側面図である。チタン酸ジルコン酸
鉛でできた分極済の圧電体１の側面にアルミニウム製の
棒２を接着して、ランジュバン振動子を形成した。

ついで、この素子の先端に一方向にのみ回転するマイク
ロギア３を取りつけ、このマイクロギア３と噛み合うギ
ア５が形成された移動子４を保持して、超音波モータを
得た。

この超音波モータの駆動原理を以下に説明する圧電体に
交流電圧を印加すると、圧電体は振動し、この振動が、
アルミニウム製の棒２により増幅され、ランジュバン振
動子の先端は大きく振幅する。このランジュバン振動子
の先端に取りつけられているマイクロギア３は、第１図
の矢印（実線）の方向にしか回転しない、振動子が伸び
るとマイクロギア３が変位するが、マイクロギア３は、
ギア５と噛み合っており、また、第１図の矢印方向にし
か回転しないため、マイクロギア３の変位量が、そのま
ま移動子４の変位量となる。また、振動子が縮むとき、
マイクロギア３は変位するが、ギア５と噛み合いながら
、第１図の矢印方向に回転するため、移動子４に対して
は何ら力は加わらない。従って、移動子４は慣性で進行
してい゛るか、静止しているかのいずれかである。

このような振動子の伸縮運動により第１図の破線の方向
に移動子４が運動する。

実施例２ 本実施例の超音波モータは、第２図に示す。

第２図は、移動子４の両側に直線状のギアを形成し、そ
れぞれに実施例１と同様のランジュバン振動子とマイク
ロギア３を組み合わせた振動子を設置することにより得
られた超音波モータである。

二の超音波モータには、電磁石Ｍｌ、Ｍ２が取りつけら
れており、電磁石を作動させると、マイクロギア３は、
ギア５から離れるようになっており、作動させる電磁石
を選ぶことにより移動子４に作用する振動子を選択でき
る。このため、振動子ＬＬを選択した場合、移動子４は
十の方向に、また振動子Ｌ２を選択した場合、移動子４
は−の方向に運動するため、移動方向の制御が可能であ
る。

実施例３ 本実施例の超音波モータは、第３図に示す。

第３図は、第１図直線型の移動子４の代わりに回転型の
移動子４（ロータ）を使用した例である。

実施例１と同様にランジュバン振動子が伸縮運動を行う
と回転型移動子は、第３図の矢印（破線）の方向に回転
する。

実施例４ 本実施例の超音波モータは、第４図に示す。

第４図は、回転型移動子４の円周の内側にギア５を形成
した例である。

実施例１と同様にランジュバン振動子が伸縮振動すると
、回転型移動子４は第４図の矢印（破線）で示した方向
に回転する。

（発明の効果） 本発明の超音波モータは、移動子に対するトルクの伝達
が、ギアを介して行われるため、これまでの摩擦力によ
り伝達する場合に比べて摩耗が少なく、また伝達損失が
少ないため、駆動効率が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、リニア型超音波モータ 第２図は、移動方向の制御が可能な超音波モータ ４図は、回転型超音波モータ 圧電体 弾性体（金属棒） マイクロギア 移動子（ロータ） ギア 移動子支持用ギア Ｌｌ、　　Ｌ２ Ｍｌ、Ｍ２ 振動子（ランジュバン振動子と マイクロギアを組み合わせたも の） 電磁石 特許出願１ イビデン株式会社 代表者多賀心一部 ＮＦ２図 第３図 第２図 第４Ａ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　圧電セラミックスからなるランジュバン素子と移動子
   からなる超音波モータであって、前記ランジュバン素子
   は固定され、かつ先端部には一方向にのみ回転するマイ
   クロギアを備え、前記移動子の長手方向もしくは周囲に
   前記マイクロギアに噛み合うよう設けられたギアを備え
   ていることを特徴とする超音波モータ。