JP2000060156A - 超音波モータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 複数出力可能な超音波モータにおける振動伝
播の影響を防止する。 【解決手段】 圧電体を貼り付けた弾性体２に、周方向
溝２ｃ（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、それぞれにくし歯部を形成し、各独立し
た回転子を弾発的に接触させて、圧電体に、各円環状部
の共振周波数別の設定次数に対応させて分極した内周側
及び外周側電極群を設け、各設定次数の高周波電圧を入
力して、対応する回転子を駆動する。両円環状部を分割
する周方向溝の底壁に貫通孔１４を複数設け、内周側円
環状部４の各電極１３ａ（１３ｂ）間の隙間に対応する
部分である分極処理されていない部分に両円環状部を連
結する連結部６を設ける。 【効果】 各円環状部がそれぞれ自由に振動し易くな
り、貫通孔により振動伝播が分断されて共振部同士が互
いに干渉せず、各独立した駆動力を取り出し得る。

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、円環状の弾性体に同じく円環状を
なす圧電体を貼り付けて形成した固定子と、固定子に同
軸的に設けられかつ弾性体に弾発的に接触するようにさ
れた回転子とを有する超音波モータにおいて、互いに位
相がずれている高周波電圧を２相同時に圧電体に印加す
ることにより、振動体に進行波を発生させて、その振動
により回転子に対する周方向への駆動力を得るようにし
たものがある。

【０００３】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
弾性体に対応させて独立して回転可能に設けた回転子か
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。

【０００４】そこで、弾性体に周方向溝を設けて異なる
径の複数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、１つ
の弾性体に異なる共振体をなす複数の円環状部を設ける
ことができる。その弾性体の底面に圧電体を貼り付け、
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。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記したように設けた
各円環状部を圧電体で振動させるものにあっては、任意
の円環状部を振動させた場合に、周方向溝の底壁を介し
て隣接する円環状部に振動が伝播し、隣接する円環状部
が不要な振動を起こしてしまうと、それに対応する回転
子が回転する虞があり、対象外の駆動軸が回転してしま
うという問題がある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】このような課題を解決し
て、独立した複数の出力が可能であって振動伝播の影響
を防止し得る超音波モータを実現するために、本発明に
於いては、円環状弾性体に円環状圧電体を貼り付けた固
定子と、前記固定子に同軸的にかつ前記弾性体に軸線方
向に弾発的に接触するように設けられた回転子とを有す
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、前記回転子が、前記各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に設けられた複数の回転子か
らなると共に、前記周方向溝の底壁に、該底壁を貫通す
る孔が複数設けられているものとした。これによれば、
隣接する円環状部同士が周方向溝の底壁を介して接続さ
れているが、その底壁を貫通する孔を複数設けたことか
ら、共振対象の円環状部に生じる振動が周方向溝の底壁
を介して隣接する円環状部に伝播することを防止するこ
とができる。

【０００７】特に、前記円環状圧電体に前記複数の円環
状部毎に対応する複数の電極群を設け、前記円弧状孔
が、前記複数の円環状部の隣接するもの同士における内
周側のものの分極された電極毎に対応して設けられてい
ることにより、隣接する円環状部同士がその内周側円環
状部の分極された電極間で接続されることになり、比較
的影響が大となる共振周波数の高い内周側円環状部の振
動の節となる部分で接続されることから、振動の伝播に
よる影響をより一層低減することができる。

【０００８】また、前記弾性体のケース固定部と当該ケ
ース固定部に隣接する円環状部との間に複数の貫通孔を
周方向に配設したことにより、剛性の高いケース固定部
に隣接する円環状部の振動をし易くすることができる。

【０００９】

【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。

【００１０】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。

【００１１】弾性体２は、ボス部１ａにねじ止めされた
中央環状部と、その中央環状部から半径方向外向きに延
出するケース連結部２ａと、周方向溝２ｂにより半径方
向について分割された内周側円環状部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１
ａ（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。

【００１２】なお、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。

【００１３】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。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）である一方の軸線方
向端面には、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】上記した各円環状部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。

【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】圧電体７には、交流電源１１・１２からの
高周波電圧が入力される電極が設けられているが、本発
明によれば、図３に示されるように、内周側円環状部４
に対応するように位置する小径の円環状内周側電極群１
３と、同様に外周側円環状部５に対応するように位置す
る大径の外周側電極群１４とが同心的に設けられて、圧
電体７の分極パターンが構成されている。なお、各電極
群１３・１４は、各回転子８・９を正逆回転可能にする
べく、図における左右対称の略半円弧状をなし、圧電体
７の裏面に設けられた各Ａ相及びＢ相の面電極（図示せ
ず）に対応して構成されている。各回転子８・９の正転
及び逆転は、交流電源１１より供給されるＡ相と交流電
源１２より供給されるＢ相とを位相差によって切り替
え、例えばＡ相に対してＢ相を１／４周期進ませること
で正転となり、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】本実施の形態にあっては、内周側電極群１
３のＡ相を構成する各電極１３ａとＢ相を構成する各電
極１３ｂとにより、内周側電極群１３をそれぞれ６次分
極で構成し、同様に、外周側電極群１４のＡ相を構成す
る各電極１４ａとＢ相を構成する各電極１４ｂとによ
り、外周側電極群１４を５次分極で構成している。した
がって、内周側回転子８を回転させる場合には共振周波
数の６次の高周波電圧を内周側電極群１３に入力して対
応する内周側円環状部４を共振させ、外周側回転子９を
回転させる場合には共振周波数の５次の高周波電圧を外
周側電極群１４に入力して対応する外周側円環状部５を
共振させる。

【００１９】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を挟
むように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。

【００２０】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。

【００２１】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。

【００２２】本発明による弾性体２にあっては、図４に
示されるように、その内周側円環状部４と外周側円環状
部５との間に設けられた周方向溝２ｃ（２ｂ）の底壁
に、その底壁を貫通する貫通孔１５が複数設けられてい
る。それら貫通孔１５は、各電極１３ａ・１３ｂの周方
向長さと同じ長さの長孔状に形成されて、内周側電極群
１３の各電極１３ａ・１３ｂ毎に対応して配設されてい
る。

【００２３】したがって、内周側電極群１３の各電極１
３ａ（１３ｂ）間の隙間に対応する部分であって、内周
側円環状部４の振動の節（分極処理されていない部分）
に両円環状部４・５を連結する前記連結部６が設けられ
ている。上記したように内周側円環状部４の振動による
応力が発生しない箇所に連結部６が設けられていること
から、内周側円環状部４の振動が外周側円環状部５に伝
播することを防止し得る。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。

【００２４】また図４に示されるように、弾性体２のケ
ース１との連結部分である内周側円環状部４の内周側に
は、上記と同様に内周側電極群１３の各電極１３ａ・１
３ｂに対応する複数の円弧状貫通孔１６が周方向に配設
されている。それら複数の貫通孔１６により、上記と同
様に内周側電極群１３の各電極１３ａ（１３ｂ）間の隙
間に対応する部分に、前記したケース連結部２ａが設け
られている。

【００２５】このように、複数の貫通孔１６を間にして
配設された複数のケース連結部２ａを介して内周側円環
状部４がケース１に連結されていることから、全周に渡
るフランジを介して連結されているものに対して剛性が
低くなることから、内周側円環状部４が振動し易くな
る。さらに、本実施の形態にあっては、内周側円環状部
４の振動による応力が発生しない箇所である内周側円環
状部４の振動の節（分極処理されていない部分）にケー
ス連結部２ａを設けており、内周側円環状部４をより一
層振動し易くしている。

【００２６】なお、本実施の形態では弾性体２とケース
１との連結を弾性体２の内周側にしたが、弾性体２の外
周側でケースと連結することもでき、その場合には弾性
体２の外周側にてケース連結部を上記と同様に放射状に
設ければ良い。

【００２７】また、隣接する両円環状部４・５同士を連
結する接続部分１６を設ける位置を内周側電極群１３の
各電極１３ａ（１３ｂ）間の隙間に対応する部分にした
のは、内周側円環状部４の共振周波数が外周側よりも高
く、振動伝播の影響が大となることから、影響の大とな
る方の振動伝播を防止するためである。

【００２８】

【発明の効果】このように本発明によれば、弾性体に設
けた複数の円環状部を分割する周方向溝の底壁に複数の
貫通孔を設けたことから、各円環状部がそれぞれ自由に
振動し易くなると共に、隣接する円環状部に対して貫通
孔により振動伝播が分断されるため、円環状部同士が互
いに干渉しない各独立した駆動力を取り出すことができ
る。特に、貫通孔を内周側の分極された各電極に対応さ
せて配設することにより、共振周波数の高くなる内周側
の分極の節となる部分で内外周の円環状部同士を連結す
ることになり、振動伝播をより一層好適に防止し得る。
また、弾性体のケース固定部側にも複数の貫通孔を周方
向に配設することにより、ケースと固定される部分の剛
性を低くすることができ、隣接する円環状部の振動をし
易くして、駆動効率を高めることができる。

【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】圧電体の分極パターンを示す平面図。

【図４】本発明に基づく弾性体を示す平面図。

【符号の説明】

１ ケース、１ａ ボス部 ２ 弾性体、２ａ ケース連結部、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 １３ 内周側電極群、１３ａ・１３ｂ 電極 １４ 外周側電極群、１４ａ・１４ｂ 電極 １５ 貫通孔 １６ ケース連結部

───────────────────────────────────────────────────── 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 AA00 AA06 AA08 AA19 BB03 BB16 BB19 BB20 CC07 DD01 DD15 DD23 DD35 DD39 DD53 DD66 DD75 DD85 DD87 DD92 DD98 EE03 EE07 EE10 FF08 FF26 FF33

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円環状弾性体に円環状圧電体を貼り付け
   た固定子と、前記固定子に同軸的にかつ前記弾性体に軸
   線方向に弾発的に接触するように設けられた回転子とを
   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、 前記回転子が、前記各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に設けられた複数の回転子からな
   ると共に、 前記周方向溝の底壁に、該底壁を貫通する貫通孔が複数
   設けられていることを特徴とする超音波モータ。
2. 【請求項２】 前記円環状圧電体に前記複数の円環状部
   毎に対応する複数の電極群を設け、 前記貫通孔が、前記複数の円環状部の隣接するもの同士
   における内周側のものの分極された電極毎に対応して配
   設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。
3. 【請求項３】 前記弾性体のケース固定部と当該ケース
   固定部に隣接する円環状部との間に複数の貫通孔を周方
   向に配設したことを特徴とする請求項２に記載の超音波
   モータ。