JP2000060154A

JP2000060154A - 超音波モータ

Info

Publication number: JP2000060154A
Application number: JP10228201A
Authority: JP
Inventors: Michio Tsukui; 道夫津久井; Shu Kasai; 周笠井; Koji Kobayashi; 幸治小林
Original assignee: Mitsuba Corp
Current assignee: Mitsuba Corp
Priority date: 1998-08-12
Filing date: 1998-08-12
Publication date: 2000-02-25

Abstract

(57)【要約】【課題】複数軸の駆動力を取り出し得る超音波モータ
をコンパクト化する。【解決手段】固定子を構成する弾性体２に、周方向溝
２ｂにより半径方向に分割した複数の共振体をなす内周
側円環状部４と外周側円環状部５とを設け、両円環状部
の底面に圧電素子６を貼り付けると共に、各円環状部に
それぞれ複数の半径方向スリットを設けて周方向にくし
歯状をなす内周側くし歯部４ａ・外周側くし歯部５ａを
それぞれ設け、交流電源１１の高周波電圧を圧電素子に
入力して各円環状部を共振させる。【効果】複数の円環状部が互いに同心的にかつ同一平
面上に配設されるため、モータ装置としての軸線方向長
さを大きく変えることなく、かつ超音波モータにあって
は大トルクを発生し得ることから、ロータの径を大きく
する必要がないためコンパクトな薄型化が可能であり、
複数のモータを必要としかつ取付スペースの制約を受け
る装置に対しても容易にかつ好適に適用し得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波モータに関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、１つの駆動対象を２軸について駆
動するもの（例えば自動車のドアミラーや視覚センサ）
にあっては、２つのモータを用いることから、それらを
配置する上で装置が大型化するという問題があった。特
に、大トルクを必要とする場合にはモータ単体が大型に
なり、上記問題が顕著である。

【０００３】一方、円形弾性体に圧電体を貼り付けて固
定子とし、その圧電体に９０度位相のずれた２相の高周
波電圧を入力して弾性体に進行波を生じさせ、その弾性
体に所定の押圧力をもって同軸的に回転子を接触させる
ことにより、回転子を回転させて駆動力を取り出すよう
にした超音波モータがある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】超音波モータにあって
は、大トルクを発生できることから同一トルクを必要と
するモータにおいてコンパクト化が可能であるため、モ
ータ設置スペースに制約があるような装置に好適であ
る。しかしながら、例えば２軸について駆動する場合に
２つのモータを配置するスペースを確保しなければなら
ないため、より一層のスペース効率の向上が求められ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】このような課題を解決し
て、駆動力を取り出し得る複数軸を有しかつコンパクト
化が可能な超音波モータを実現するために、本発明に於
いては、円形弾性体に圧電体を貼り付けた固定子を有す
る超音波モータであって、前記弾性体が、周方向溝によ
り半径方向に分割されて同一平面上に互いに同心的に配
設された異なる径の複数の共振体をなす円環状部を有
し、前記複数の円環状部にそれぞれ対応しかつ互いに独
立して回転可能な複数の回転子をそれぞれ前記固定子に
対して同軸的に設けたものとした。

【０００６】このようにすることにより、周方向溝によ
り半径方向について分割された複数の共振部が互いに同
心的にかつ同一平面上に配設されることから、軸線方向
には１つのモータと何ら変わらない長さであると共に、
超音波モータにあっては大トルクを発生し得ることか
ら、ロータの径を大きくする必要がないため、コンパク
トな薄型化が可能になる。

【０００７】特に、前記圧電体が、１枚の円環状薄板か
らなり、前記複数の円環状部に対応する共通の分極パタ
ーンが配置されていたり、または、前記圧電体が、１枚
の円環状薄板からなり、前記複数の円環状部にそれぞれ
対応する複数の分極パターンが配置されていたり、さら
に、前記複数の円環状部が互いに連結されていると良
い。これらにより、より一層コンパクト化し得る。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下に添付の図面に示された具体
例に基づいて本発明の実施の形態について詳細に説明す
る。

【０００９】図１は、本発明が適用された超音波モータ
の側断面図である。図１に示されるように、ケース１の
底壁中央部には階段状ボス部１ａが上方に向けて突設さ
れており、その最下段部には、中央に開口を有する円板
状をなす弾性体２がその開口外周部をねじ止めされて同
軸的に固設されている。そのボス部１ａの最上段部に
は、軸受けを介して同軸的かつ回動自在に第１駆動軸３
が支持されている。

【００１０】弾性体２は、ボス部１ａにねじ止めされた
中央環状部から半径方向外向きに延出する外向フランジ
部２ａと、周方向溝２ｂにより半径方向について分割さ
れた共振体の機能をなす内周側円環状部４と外周側円環
状部５とからなる。それら各円環状部４・５は、ボス部
１ａ（第１駆動軸３）に対して同心的に配設されている
と共に、上記周方向溝２ｂの底壁となる連結部６を介し
て互いに連結されている。そして、弾性体２が、中央環
状部及び内周側円環状部４及び外周側円環状部５と、そ
れぞれを連結する外向フランジ部２ａ及び連結部６とに
より一体化されていると共に、弾性体２のケース１への
取り付けを１箇所とすることができ、組み付け性が向上
する。また、両円環状部４・５の底面（図における下
面）には両者に共通の１枚の円環状薄板からなる圧電体
７が貼り付けられている。

【００１１】また、図２に併せて示されるように、各円
環状部４・５の圧電体７を貼り付けられた側とは相反す
る側（図における上部）には、周方向に等ピッチ間隔で
複数の半径方向スリットを設けることにより環状のくし
歯状をなす内周側くし歯部４ａ・外周側くし歯部５ａが
それぞれ形成されている。このようにして固定子が構成
されている。

【００１２】上記共振体をなす各円環状部４・５が互い
に同心的かつ同一平面上に配設されるため、モータ装置
としての軸線方向長さを極力抑制することができる。ま
た、超音波モータの特性として比較的大トルクが得られ
るため、径方向に大型化することもないため、コンパク
トな薄型構造にすることができる。

【００１３】内周側回転子８は、上記第１駆動軸３の軸
受け部分から半径方向外向きに一体的に延出する皿ばね
としての薄肉ディスク部８ａと、その外周部に設けられ
た肉厚の周壁部８ｂとを有し、また、外周側回転子９
は、第１駆動軸３に軸受けを介して回転自在にかつ同軸
的に設けられた円筒状第２駆動軸１０に一体化されてお
り、内周側回転子８と同様に、第２駆動軸１０の軸受け
部分から半径方向外向きに一体的に延出する皿ばねとし
ての薄肉ディスク部９ａと、その外周部に設けられた肉
厚の周壁部９ｂとを有している。

【００１４】そして、内周側円環状部４には内周側回転
子８の周壁部８ｂの軸線方向下端面が、外周側円環状部
５には外周側回転子９の周壁部９ｂの軸線方向下端面
が、それぞれ各薄肉ディスク部８ａ・９ａの皿ばね作用
によりを弾発的に接触している。

【００１５】なお、圧電体７は、１枚の円環状薄板から
なり、図３（ａ）に示すように、設定次数を９次とした
分極パターンが内周側円環状部４と外周側円環状部５と
を共通に配置されて、図３（ｂ）に示すように対応する
Ａ相・Ｂ相に入力交流電圧が印加されるように構成され
る。あるいは図４（ａ）に示すように、１枚の円環状薄
板からなる圧電体７に、設定次数が内周側で１０次、外
周側で９次となるように内周側分極パターン１３と外周
側分極パターン１４との複数（図示例では２つ）の分極
パターンを構成し、図４（ｂ）に示すように、それぞれ
に上記と同様に対応する各Ａ相・Ｂ相に入力交流電圧が
印加されるように構成する。

【００１６】図４の場合、１枚の円環状薄板からなる圧
電体７に同時に複数の分極パターンを作成することがで
き、圧電体７を弾性体２に対して同心的に貼付でき、そ
の作業を一度で行うことができる。そして、各分極パタ
ーン１３・１４にはＡ相とＢ相との位相のずれた入力交
流電圧がそれぞれ交流電源１１・１２により印加され
る。また、各回転子８・９の正転／逆転は２相（Ａ相・
Ｂ相）の位相差によって切り替えられ、例えばＡ相に対
してＢ相を１／４周期進ませることで正転、Ａ相に対し
てＢ相を１／４周期遅らせることで逆転となる。

【００１７】次に、本超音波モータの作動要領について
以下に示す。弾性体２の各円環状部４・５は、半径方向
についての両者の中間部に設けられた上記した連結部６
を介して結合されていることから、両者間に周方向溝２
ｂが設けられていることになり、その周方向溝２ｂを介
して内周側と外周側とに分割されている。したがって、
同一材質からなる各円環状部４・５のそれぞれの共振周
波数は、同次の場合には内周側円環状部４の方が高周波
となるようにそれぞれ異なる。

【００１８】また、１つの圧電体７に対する入力交流電
圧の周波数を各円環状部４・５の各共振周波数毎に対応
させて変化させることにより、入力周波数の変化に応じ
て各回転子８・９毎に別個の駆動力を取り出すことがで
きる。本図示例にあっては、第１駆動軸３を第１の駆動
源とし、第２駆動軸１０を第２の駆動源とする２軸モー
タとして使用可能である。

【００１９】なお、本実施の形態では２軸出力の例につ
いて示したが、弾性体３を半径方向に分割する同心の周
方向溝を径違いで２本以上設けることにより、円環状部
を３つ以上同心的に配設することもでき、その場合には
３つ以上の独立した駆動力を取り出し可能な多重出力モ
ータとなり得る。

【００２０】本発明によれば、内周側共振部４ａと外周
側共振部５ａとで共振周波数や設定次数を調整すること
で、１つの入力（周波数）で同時に２つの出力を得るこ
ともできる。

【００２１】まず、図３に示す内周側円環状部４と外周
側円環状部５とを共通の分極パターンで駆動する場合に
ついて説明する。内周側円環状部４を駆動する場合に
は、例えば６０ｋＨｚの共振周波数を圧電体７に入力す
ることで、内周側円環状部４のくし歯部４ａに進行波が
発生し、内周側回転子８を回転駆動する。また、外周側
円環状部５を駆動する場合には、例えば４０ｋＨｚの共
振周波数を圧電体７に入力することで、外周側くし歯部
５ａに進行波が発生し、外周側回転体９を回転駆動す
る。

【００２２】そして、圧電体７の設定次数は本図示例で
は９次なので、共振体としての円環状部４・５は９次の
設定次数に対してその前後の次数（８次、１０次）でも
大きく共振することになり、例えば５０ｋＨｚの共振周
波数を印加すると、内周側円環状部４が１０次で、外周
側円環状部５が８次の各次数でそれぞれ共振し、内周側
円環状部４と外周側円環状部５とを同時に駆動すること
ができる。

【００２３】次に、図４に示すものでは、１枚の円環状
薄板からなる圧電体７に設定次数１０次の内周側分極パ
ターン１３に６０ｋＨｚの入力交流電圧を印加して、内
周側円環状部４に進行波を発生させることで、内周側回
転子８を回転駆動でき、設定次数９次の外周側分極パタ
ーン１４に４０ｋＨｚの入力交流電圧を印加して、外周
側円環状部５に進行波を発生させることで、外周側回転
子９を回転駆動することができる。従って、圧電体７の
内周側分極パターン１３と外周側分極パターン１４との
それぞれに独立して入力交流電圧を印加すれば、内周側
回転子８と外周側回転子９とを各独立して回転駆動する
ことができ、また、圧電体７の内周側分極パターン１３
と外周側分極パターン１４とに同時に入力交流電圧を印
加すれば、内周側回転子８と外周側回転子９とを同時に
駆動することができる。

【００２４】そして、内周側円環状部４の設定次数の低
次側となる９次の共振周波数と外周側円環状部５の設定
次数の高次側となる１０次の共振周波数とを略一致させ
るように圧電体７の各分極パターン１３・１４並びに共
振体となる円環状部４・５を設定すれば、その共振周波
数を圧電体７の各分極パターン１３・１４のどちらかに
入力することで、１つの入力交流電圧で、内周側円環状
部４と外周側円環状部５とを同時に駆動することも可能
となる。

【００２５】

【発明の効果】このように本発明によれば、周方向溝に
より半径方向に分割した複数の共振体をなす円環状部を
設けたことから、複数の円環状部が互いに同心的にかつ
同一平面上に配設されるため、モータ装置としての軸線
方向長さを大きく変えることなく、かつ超音波モータに
あっては大トルクを発生し得ることから、回転子の径を
大きくする必要がないため、複数の駆動軸を有するモー
タ装置のコンパクトな薄型化が可能になり、取付スペー
ス効率が向上するため、複数のモータを必要としかつ取
付スペースの制約を受ける装置に対しても容易にかつ好
適に適用し得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用された超音波モータの側断面図。

【図２】図１の超音波モータの要部分解組立斜視図。

【図３】（ａ）は圧電体の分極パターンの第１の実施の
形態を示す平面図であり、（ｂ）はその裏面側のＡ相・
Ｂ相の各面電極を示す平面図。

【図４】（ａ）は圧電体の分極パターンの第２の実施の
形態を示す平面図であり、（ｂ）はその裏面側のＡ相・
Ｂ相の各面電極を示す平面図。

【符号の説明】

１ケース、１ａボス部２弾性体、２ａ外向フランジ部、２ｂ周方向溝３第１駆動軸４内周側弾性体、４ａ内周側くし歯部５外周側弾性体、５ａ外周側くし歯部６連結部７圧電体８内周側回転子９外周側回転子１０第２駆動軸１１・１２交流電源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小林幸治群馬県桐生市広沢町１丁目2681番地株式会社ミツバ内Ｆターム(参考） 5H680 AA01 AA08 AA19 BB03 BB17 BB19 BB20 BC00 CC07 DD01 DD23 DD53 DD75 DD87 DD92 DD97 DD98 EE03 FF04 FF08 FF26 FF27 FF33 GG20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】円形弾性体に圧電体を貼り付けた固定子
を有する超音波モータであって、前記弾性体が、周方向溝により半径方向に分割されて同
一平面上に互いに同心的に配設された異なる径の複数の
共振体をなす円環状部を有し、前記複数の円環状部にそれぞれ対応しかつ互いに独立し
て回転可能な複数の回転子をそれぞれ前記固定子に対し
て同軸的に設けたことを特徴とする超音波モータ。
【請求項２】前記圧電体が、１枚の円環状薄板からな
り、前記複数の円環状部に対応する共通の分極パターン
が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の超
音波モータ。
【請求項３】前記圧電体が、１枚の円環状薄板からな
り、前記複数の円環状部にそれぞれ対応する複数の分極
パターンが配置されていることを特徴とする請求項１に
記載の超音波モータ。
【請求項４】前記複数の円環状部が互いに連結されて
いることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか
に記載の超音波モータ。