JP2000060155A - 超音波モータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な構造にて多重出力可能な超音波モータ
を実現する。 【解決手段】 ケース１に固設された弾性体２に、周方
向溝２ｂにより半径方向に分割された互いに同心の複数
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、それらの底面に圧電体７を貼り付ける。各円環
状部にそれぞれくし歯部４ａ・５ａを形成し、各独立し
た回転子８・９の各周壁部８ｂ・９ｂを弾発的に接触さ
せ、交流電源１１により圧電子７に各共振周波数の高周
波電圧を入力して、対応する回転子を駆動する。周方向
溝の底壁となる連結フランジ部６を円環状部の振動中立
面に位置させる。 【効果】 １つの弾性体に対して周方向溝を設けかつと
その底壁を円環状部の振動中立面に位置させるという簡
単な構造で、相互の振動伝播を防止することができ、独
立した駆動力を取り出し得る多軸超音波モータを得るこ
とができる。

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
が、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】そのような超音波モータにおいて、互いに
異なる径の円環状弾性体を同心的に配設してそれぞれの
弾性体に対応させた回転子から複数の駆動力を取り出す
ことが考えられるが、異なる径の別個の円環状弾性体を
同心的に配設しようとすると構造が複雑化するという問
題がある。

【０００６】そこで、弾性体に周方向溝を設けて異なる
径の２つの円環状部を形成することにより各円環状部が
互いに異なる共振周波数を有することになるため、弾性
体の底面に貼り付けた圧電体にそれぞれの共振周波数に
対応する高周波電圧を入力して、各円環状部を別個の駆
動源とすることが考えられる。

【０００７】しかしながら、両円環状部同士が周方向溝
の底壁を介して互いに連結されていることから、一方を
共振させる振動が相互に影響し合ったり、両円環状部が
全体的に一つの共振体として振動してしまう虞がある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】このような課題を解決し
て、簡単な構造にて独立した多重出力可能な超音波モー
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
かつ当該周方向溝の底壁により互いに結合されて同一平
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ると共に、前
記周方向溝の底壁が、その厚さ方向中心を前記複数の円
環状部の隣接するもの同士の軸線方向についての振動中
立面に略一致させる位置に設けられているものとした。

【０００９】このようにすることにより、周方向溝によ
り分割された隣接する円環状部同士がその周方向溝の底
壁により結合されるため、１っの弾性体から複数の円環
状部を形成することができると共に、円環状部の軸線方
向についての振動中立面に概ね位置するように周方向溝
の底壁が設けられていることから、一方の円環状部の振
動が周方向溝の底壁を伝わることがなく、他の円環状部
が振動してしまうことを防止し得る。

【００１０】

【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。

【００１１】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。

【００１２】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、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。

【００１３】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。

【００１４】このようにして形成された共振体をなす円
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。

【００１５】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。

【００１６】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。

【００１７】なお、圧電体７は、１枚の円環状薄板から
なり、図４（ａ）に示すよう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とを構成し、図４（ｂ）に示
すように対応する各Ａ相・Ｂ相に入力交流電圧が印加さ
れるように構成されている。この場合、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。

【００１８】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弾性体４の方が高周波と
なるようにそれぞれ異なる。

【００１９】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。

【００２０】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。

【００２１】そして、本発明によれば、図３に示される
ように、円環状部４・５の軸線方向について中立面とな
る位置（曲げ応力の発生しない位置）に上記連結部６の
中心が位置するように連結部６が設けられている。この
連結部６は、上記周方向溝２ｂを加工すると共に、連結
部６の周方向溝２ｂとは相反する側にも周方向溝２ｃを
加工することにより形成される。この中立面となる位置
は、例えば内周側円環状部４のくし歯部４ａを含んだ曲
げ応力が発生しない位置をコンピュータ解析により求め
られるものであるが、くし歯部４ａの各くし歯が自由に
振動できるので、簡易的にくし歯部４ａを考慮しない
で、円環状部４の中立面を求めても良い。

【００２２】円環状部４・５の一方に加えられた高周波
電圧によりその対応する方が振動した場合に、その振幅
は中立面を中心として振動することになり、振幅が発生
しない中立面に連結部６が設けられているため、連結部
６を介して円環状部４・５の他方に振動が伝わることが
ない。

【００２３】したがって、一方の共振周波数の入力によ
る対応する方の共振による振幅が連結部６を介して他方
に伝わることがなく、相互の振動伝播を防止することが
できるため、共振部の各独立した共振を行わせることが
でき、各駆動軸３・１０から別個の駆動力をそれぞれ独
立して取り出すことができる。

【００２４】

【発明の効果】このように本発明によれば、多軸超音波
モータを構成する際に、各独立した弾性体及びその共振
部を設けることなく、１つの弾性体に対して周方向溝を
設けるだけで複数の駆動軸に対応した複数の共振体をな
す円環状部を形成し、その周方向溝の底壁を円環状部の
軸線方向についての振動中立面に位置させたことから、
相互の振動伝播を防止することができ、円環状部の各独
立した共振を行わせることができ、周方向溝を設けて複
数の円環状部を設けるという簡単な構造により、独立し
た駆動力を取り出し得る多軸超音波モータを得ることが
できる。

【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】図１の要部拡大説明図。

【図４】（ａ）は圧電体の分極パターンを示す平面図で
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・２ｃ 周方
向溝 ３ 第１駆動軸 ４ 内周側円環状部、４ａ 内周側くし歯部 ５ 外周側円環状部、５ａ 外周側くし歯部 ６ 連結部 ７ 圧電体 ８ 内周側回転子、８ａ 薄肉ディスク部、８ｂ 周壁
部 ９ 外周側回転子、９ａ 薄肉ディスク部、９ｂ 周壁
部 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 AA19 BB03 BC00 CC07 DD01 DD23 DD35 DD53 DD65 DD66 DD75 DD85 DD87 DD92 DD97 EE03 FF04 FF26 FF27 FF33

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【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かつ
   当該周方向溝の底壁により互いに結合されて同一平面上
   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
   て同軸的に設けると共に、 前記周方向溝の底壁が、その厚さ方向中心を前記複数の
   円環状部の隣接するもの同士の軸線方向についての振動
   中立面に略一致させる位置に設けられていることを特徴
   とする超音波モータ。