JP2002058262A

JP2002058262A - 超音波モータ

Info

Publication number: JP2002058262A
Application number: JP2000238449A
Authority: JP
Inventors: Yoshimine Itou; 義峰伊藤
Original assignee: Pacific Industrial Co Ltd; Taiheiyo Kogyo KK
Current assignee: Pacific Industrial Co Ltd; Taiheiyo Kogyo KK
Priority date: 2000-08-07
Filing date: 2000-08-07
Publication date: 2002-02-22

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、出力であるトルクを維持したまま
量産性の良い、低コストな振動子を提案することによ
り、安価な超音波モータを提供する【解決手段】本発明の超音波モータは、円板状および
多角形いずれかの弾性体と、前記弾性体に圧電素子もし
くは、電歪素子を接合してなる振動子と、該振動子に配
設された駆動子と摩擦圧接されてなるロータを有する超
音波モータであって、前記の振動子の構成部材である弾
性体を、上面にプレス工法等によって突状に駆動子４
ａ、４ｂを形成してなる円板状の駆動体部１３と円板状
の弾性体１２とにより構成させると共に、該駆動体部１
３と円板状の弾性体１２とを溶接、ろう付けなどの工法
により一体形成したことを特徴とするものである。ま
た、円板状の駆動体部１３の外形寸法が、振動波の節円
位置１１の寸法より内側になるように規制されたもので
ある。さらに前記の駆動体部１３における円板の外周部
に切り欠き１４を設けたものである。

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係わ
り、圧電素子に超音波領域の電気信号を印加することに
より回転動作する超音波モータに係わり、特に振動子の
構成を量産性の良い形態にすることにより、低コストな
振動子を提供する超音波モータに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に超音波モータの種類として、振動
子に厚み屈曲振動の定在波を起こすいわゆる定在波方式
が知られており、本件出願人は、主振動系の第一の圧電
素子と該主振動系の第一の圧電素子各１個に対応して２
個ずつ配置された方向切替系の第二の圧電素子を構成
し、該第二の圧電素子えの通電を選択することにより、
振動の節直径位置を移動させ、駆動子の動きを変えてロ
ータの回転方向を変える超音波モータ（特願平８−１１
５２１０号、特願平９−５６８１５号）を提案してい
る。以下、図３に基づき従来技術について説明する。図
３（ａ）は、従来の定在波方式超音波モータの概念図を
示し、図３（ｂ）は、図３（ａ）の振動子の圧電素子側
から見た透視図を示し、図３（ｃ）は、図３（ｂ）のＢ
１−Ｂ２の断面における動作波形図を示している。

【０００３】図３（ａ）において、１は円板形の弾性
体、２は圧電素子、３は前記弾性体１に圧電素子２を接
合してなる振動子、４ａ、４ｂは振動子３上に設けられ
た駆動子、５は摩擦材、６は該摩擦材を有する出力軸で
あるロータを示している。ロータ６は、摩擦材５を介し
て振動子３の駆動子４ａ、４ｂと加圧接触している。

【０００４】図３（ｂ）において、圧電素子２は、主振
動系の圧電素子７ａ、７ｂと、前記主振動系の圧電素子
に対応して配設されてなる方向切替系の圧電素子８ａ、
８ｂ９ａ、９ｂにより構成されている。

【０００５】次に、上記定在波方式の超音波モータの動
作について説明する。いま、主振動系の圧電素子７ａ、
７ｂと方向切替系の第二の圧電素子８ａ、８ｂにて屈曲
共振させると、図３（ｂ）に示すように、通電しないエ
リア９ａ、９ｂ上のＡ１−Ａ２線上に振動の節直径がで
きる。図３（ｃ）は、この間の駆動子４ａがロータ側に
曲がったときの動きを示している。つまり、駆動子４ａ
は節直径Ａ１−Ａ２との位置関係により、上下方向に△
ｙ、水平方向に△ｘ同時に変位する。よって、駆動子４
ａに当接しているロータ６は、図３（Ｃ）で右方への力
を受け図３（ｂ）でみると、左回転になる。また、この
ときもう一方の駆動子４ｂは、ロータから遠ざかる姿勢
になり、次の半サイクルでは、駆動子４ｂが働き、駆動
子４ａが休むことになり、かくして交互にロータを回転
する。

【０００６】次に逆回転させるには、主振動系の圧電素
子７ａ、７ｂと方向切替系の第二の圧電素子９ａ、９ｂ
にて行えば、節直径は８ａ、８ｂ上に発生するので、図
３（ｃ）における駆動子４ａが反対の傾きとなり、ロー
タから離れるので右回転が達成される。駆動子４ｂにつ
いても同様である。以上のようにして、ロータの回転
は、方向切替系の圧電素子で行うことができる。

【０００７】また、本件出願人は、上記モータと動作原
理が全く同じで、圧電素子もしくは、電歪素子に超音波
領域の電気信号を印加した際に発生する振動波の節円位
置近傍に段付部を有する振動子を形成し、出力であるト
ルクを向上させた超音波モータも提案している。（特願
２０００−７９８３３）

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】以上のような従来の超
音波モータは、振動子上に配設された駆動子が振動子で
発生した振動によって振動し、ロータを回転させるもの
である。つまり、振動子で発生した振動を減衰すること
なく駆動子に伝播させる必要があるため、振動子と駆動
子を一体に形成するとともに振動子と圧電素子の間は全
面に渡って空隙部がない、つまり中実な構造としてい
た。したがって、上記振動子の形態を製作する方法とし
ては、鋳造、フライス加工などが考えられるものの製造
コストが高くなってしまうという問題があった。

【０００９】

【課題を解決するための手段】以上の問題を解決するた
めに、従来の弾性体の構成を、円板状の弾性体とプレス
工法等によって突状に駆動子を形成してなる円板状の駆
動体部とにより構成させると共に、この両者を溶接、ろ
う付けなどの工法により一体形成させるものであり、そ
の目的は、出力であるトルクを維持したまま量産性の良
い、低コストな振動子を提案することにより、安価な超
音波モータを提供することにある。

【００１０】すなわち、円板状および多角形いずれかの
弾性体と、前記弾性体に圧電素子もしくは、電歪素子を
接合してなる振動子と、該振動子に配設された駆動子と
摩擦圧接されてなるロータを有する超音波モータであっ
て、前記の振動子の構成部材である弾性体を、円板状の
弾性体(１２)と上面にプレス工法等によって突状に駆動
子(４ａ)、(４ｂ)を形成してなる円板状の駆動体部(１
３)とにより構成させると共に、該駆動体部(１３)と弾
性体(１２)とを溶接、ろう付けなどの工法により一体形
成したことを特徴とする超音波モータである。また、円
板状の駆動体部１３の外形寸法が、振動波の節円位置１
１の寸法より内側になるように規制されたことを特徴と
する請求項１記載の超音波モータである。さらに前記の
駆動体部１３における円板の外周部に切り欠き１４を設
けたことを特徴とする請求項１及び請求項２記載の超音
波モータ。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基
づき説明する。図１（ａ）は、本発明の一実施例を示
し、図１（ｂ）は、図１（ａ）の振動子の圧電素子側か
ら見た透視図を示した図である。図１（ａ）において、
１は円板形の弾性体、２は圧電素子、１２は円板状の弾
性体、１３は円板状の駆動体部である。また、４ａ，４
ｂは前記円板状の駆動体部１３の上面に設けられた駆動
子であり、該駆動子４ａ，４ｂはプレス工法等により突
状に押し出し成形されている。また、前記駆動体部１３
と弾性体１２はロー付け等により接合されると共に、該
弾性体１の下面に圧電素子を接合することによって振動
子３を構成させている。５は摩擦材、６は該摩擦材を有
する出力軸であるロータを示している。ロータ６は振動
子３の駆動子４と加圧接触しており、振動子で発生した
振動により回転運動する。この回転動作原理について
は、従来技術と同一のため説明については省略する。

【００１２】上述した本発明の振動子においては、駆動
子４の下面にはプレス工法による凹部が形成されること
になる。一方、弾性体１２と圧電素子２の間は空隙部が
なく、圧電素子２による振動は弾性体１２に伝搬され
る。ここで、弾性体１２と接合された駆動体部１３は、
凹部以外の接合面によって振動が伝搬し、駆動子４ａ、
４ｂにも振動が伝達されることにより、ロータ６を回転
させることができる。また振動子３は、弾性体１２に接
合された圧電素子２に超音波領域の電圧を印加した際に
発生する振動波の節円位置１１の寸法より内側になるよ
うに円板状の駆動体部１３の外形寸法が規制それてい
る。つまり、振動子３としては、弾性体１２と駆動体部
１３の境界に段付部１０が生じる。この段付部１０を備
えた本発明の振動子３は、従来品のような段付部１０を
設けていない場合に比べ、振動子３の屈曲振動が発生し
やすくなるから振動波の発生が大きなる。よって振動変
位が大きくなるため出力向上が図れることになる。

【００１３】以下、本発明の凹部を有した振動子を評価
した結果説明する。本実施例の振動子と従来の振動子と
の差が認められず、本実施例の凹部を有した振動子でも
性能上問題ないことを確認した。

【００１４】図２は、本発明の超音波モータの第二実施
例を示した振動子の駆動子側から見た図である。この発
明においては、図１における円板状の駆動体部１３の外
周部に切り欠き１４を設けたものである。その目的は、
弾性体１との接合の際に、圧電素子との接合面の平坦度
が確保しやすいようにしたものである。

【００１５】また、図１（ｂ）は、圧電素子２を２分割
した場合を示しており、４分割、６分割、８分割等偶数
分割でも本発明は成立する。さらに、図１（ｂ）では、
圧電素子２の分極方向が、＋、−にて２分化されている
が、すべてのエリアを同一方向にして行う、シリーズ接
続でもかまわない。

【００１６】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば円板状の
駆動体部にプレス工法等によって突状の駆動子を形成
し、該駆動体部と弾性体とを接合して振動子を形成する
という簡単な工法により実現できるという実用的効果は
大なるものである。また、本発明によれば振動子に発生
する振動波の節円の発生する位置と一致させて、円板状
の駆動体部部の外形寸法を決めているため、振動の節円
位置を規制する作用を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の超音波モータの第一実施例を示し、
（ａ）はその断面図、（ｂ）は圧電素子側から見た透視
図。

【図２】本発明の超音波モータの第二実施例を示す断
面図。

【図３】従来の超音波モータの概念図を示し、（ａ）
はその断面図、（ｂ）、（ｃ）は、動作説明のための模
式図。

【符号の説明】

１弾性体、２圧電素子、３振動子、４、４
ａ、４ｂ駆動子、５ライニング材、６ロータ、
７ａ、７ｂ主振動系の圧電素子、８ａ、８ｂ、９ａ、
９ｂ方向切替系の圧電素子、１０段付部、１１
節円位置１２円板状の弾性体、１３駆動体
部、１４切り欠き。

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１２年８月２３日（２０００．８．２
３）

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図２

【補正方法】変更

【補正内容】

【図２】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】円板状および多角形いずれかの弾性体と、
前記弾性体に圧電素子もしくは、電歪素子を接合してな
る振動子と、該振動子に配設された駆動子と摩擦圧接さ
れてなるロータを有する超音波モータであって、前記の振動子の構成部材である弾性体を、円板状の弾性
体(１２)と上面にプレス工法等によって突状に駆動子
(４ａ)、(４ｂ)を形成してなる円板状の駆動体部(１３)
とにより構成させると共に、該駆動体部(１３)と弾性体
(１２)とを溶接、ろう付けなどの工法により一体形成し
たことを特徴とする超音波モータ。
【請求項２】円板状の駆動体部１３の外形寸法が、振動
波の節円位置１１の寸法より内側になるように規制され
たことを特徴とする請求項１記載の超音波モータ。
【請求項３】前記駆動体部(１３)における円板の外周部
に切り欠き(１４)を設けたことを特徴とする請求項１お
よび請求項２記載の超音波モータ。