JP2507707B2 - 超音波モ−タ− - Google Patents

超音波モ−タ−

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JP2507707B2
JP2507707B2 JP60202163A JP20216385A JP2507707B2 JP 2507707 B2 JP2507707 B2 JP 2507707B2 JP 60202163 A JP60202163 A JP 60202163A JP 20216385 A JP20216385 A JP 20216385A JP 2507707 B2 JP2507707 B2 JP 2507707B2
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horns
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忠雄 高木
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Nippon Kogaku KK
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02NELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/10Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
    • H02N2/103Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors by pressing one or more vibrators against the rotor
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02NELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/0005Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing non-specific motion; Details common to machines covered by H02N2/02 - H02N2/16
    • H02N2/001Driving devices, e.g. vibrators
    • H02N2/0045Driving devices, e.g. vibrators using longitudinal or radial modes combined with torsion or shear modes

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  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (発明の技術分野) 本発明は超音波振動を利用した超音波モーターに関す
る。
(発明の背景) この種の超音波モーターの試作例としては、1985年8
月18日付けの朝日新聞に掲載されている。この構造は第
3図に示すように、円形の圧電素子1と圧電素子2との
間に銅板3を挟み込み、更にそれらをアルミの輪4と輪
5との間に挟み込み、そしてアルミ製のねじり結合子6
がアルミの輪4の上に載せて不図示のボルトで締めつけ
たものである。この駆動原理としては、圧電素子1及び
2が厚さ方向に縦振動を起こすと、この縦振動がアルミ
の輪4を介してねじり結合子6に伝えられ、ここでねじ
り振動に変換される。このねじり結合子6には、アルミ
の輪4との当接面に該結合子6の直径方向に広い溝が形
成され、該結合子6が上下にたわみやすい構造に成って
いる。このねじり振動により、ねじり結合子6に圧接さ
れていたローター8が回動するという原理である。
(発明の目的) 本発明は、2つの移動子から駆動力を取り出せる超音
波モーターを得ることを目的とする。
(発明の概要) 本発明は、電気信号を受けて機械的振動を発生する一
ユニットの電圧手段と、前記圧電手段を挟み込むように
固着され、前記圧電手段の機械的振動を増幅する2つの
振動子と、前記2つの振動子に加圧接触され、前記2つ
の振動子に生じた振動によって駆動される2つの移動子
と、前記2つの移動子がそれぞれ互いに異なる方向に回
転するように前記振動を回転力に変換する変換手段とを
備えたことを技術的要点としている。
(実施例) 第1図及び第2図は本発明の実施例であり、第1図は
超音波モーターの斜視図、第2図は前記超音波モーター
をカメラのフィルム駆動に用いた場合の説明図である。
第1図において、超音波モーターの構造は、共通電極
板13を2枚の圧電素子11,12で挟み込み、この2枚の圧
電素子11,12をさらにその両側から2個のホーン14,15で
挟み込み、それらを一体にする為にボルト20をそれらの
中心に通し、このボルト20の両端に切られたオネジ部20
a,20bにねじり結合子16,17を螺合してそれらを一体的に
締めつけて構成している。ここでは、図面が超音波モー
ターを分断した時の図であるので、圧電素子及び共通電
極板の描かれている所にはボルト20の軸が示されていな
よう見えるが、実際にはボルト20の軸がホーン14からホ
ーン15まで通っている。また、ねじり結合子16,17の端
面16d,17dには、それぞれローター18,19がボルト21,22
により不図示の加圧部材とスラスト軸受とを用いて加圧
接触させられている。このねじり結合子16,17は、ホー
ン14,15との接触面16e,17eではその直径方向に幅広い溝
部16a,17aと、この溝部16a,17aを有する円柱部16b,17b
と、ロータ18,19との接触面では前記溝部16a,17aの直径
方向に対して一定角度ねじられて形成された凸部16c,17
cとから構成されている。
尚、本発明の圧電手段は、実施例において圧電素子1
1,12と、圧電素子11,12に挟まれた共通電極13と、圧電
素子11,12の共通電極13に対向するそれぞれの面に配置
された電極とから構成されている。また、本発明の振動
子の一方は、実施例においてホーン14とねじり結合子16
とから構成され、他方は、ホーン15とねじり結合子17と
から構成されている。また、本発明の移動子の一方は、
実施例においてロータ18から構成され、他方は、ロータ
19から構成されている。
この超音波モーターの支持方法は、外部固定部にホー
ン14,15の軸方向の振動変位が零もしくは零に近い点、
即ち振動節点を支持体を用いて支持すればよい。
次に、この超音波モーターの動作原理について説明す
る。2個の圧電素子11,12は共に電圧印加により厚み方
向に振動するように分極されていて(即ち、圧電素子の
一方の面は正極に、他方の面は負極になるように分
極)、共通電極板13を挟んで第1図に示すように(+)
及び(−)の符号を用いて示したような方向で配置して
ある。従って、共通電極板13の電極及び圧電素子11,12
のホーン14,15側の電極に、超音波領域の周波数の交流
電圧を印加すると、圧電素子11,12が同時に厚み方向に
伸縮し、ホーン14,15に縦振動が起こる。このホーン14,
15の縦振動がねじり結合子16,17に伝達される。尚、ホ
ーンの接触面14a,14b,15a,15b及びねじり結合子の接触
面16e,17eは、圧電素子11,12の縦振動により生ずる数ミ
クロンの変位の振動を伝達する面であるので、その平面
度、表面荒さ共に高精度で仕上げられている。
前述したようにねじり結合子16,17はその中心部がボ
ルト20によって締めつけられ且つ溝部16a,17aの直径方
向に対して一定角度ねじられて凸部16c,17cが形成され
ているので、ねじり結合子16,17はホーン14,15の縦振動
をねじり振動に変換できる。そして、そのねじり振動に
よって凸部16c,17cの端面16d,17d上の点が楕円運動の軌
跡を描くことにより、端面16d,17dに加圧接触されたロ
ーター18及び19が所定方向に回動される。尚、この回転
方向は、ねじり結合子16,17の溝部16a,17aの径方向と凸
部16c,17cの径方向との関係によって決定されるもので
あり、本実施例のように各ねじり結合子16,17をそれぞ
れ第1図に示したように、溝部16a,17aの径方向を一致
させて凸部16cと17cとの径方向を交差するように構成す
るとローター18がA方向に、またローター19がB方向に
互いに逆方向の回転が得られる。尚、2個のローターを
共に同方向に回転するようにするためには、超音波モー
ターの組上がった状態で前記溝部16a,17aの径方向を同
一方向に、且つ前記凸部16c,17cの径方向を同一方向に
構成すればよいことは容易に分かる。
この種の超音波モーターの特徴は、効率が高く、また
低回転・高トルク型である為、DD(直接駆動)用モータ
ーとしてカメラのフィルム巻上・巻戻しやロボットのア
ーム駆動等、低重量・小空間の要求されるものへの応用
が期待できる。
第2図は本発明により超音波モーターをカメラのフィ
ルム巻上げ・巻戻しに応用した場合の実施例である。こ
のカメラ30の底部分には本発明による超音波モーター31
が設けられている。超音波モーター31が組上がった状態
でねじり結合子32の溝部32a及び凸部32cは、ねじり結合
子16の溝部16a及び凸部16cのそれぞれの径方向と同一方
向となっている。その為に、ローター33と34とは同方向
に回転する。このローター33と34からぞれぞれ動力を伝
達する動力伝達部材35と36はクラッチ機構付の歯車であ
り、このクラッチ機構により動力伝達部材と超音波モー
ターのローターとの連結及び解除を行い、そして外部操
作部材によりクラッチ機構は動力伝達部材35と36とのい
ずれか一方をそれぞれに対応するローターに連結してい
る。この動力伝達部材35と36には、それぞれの同軸上に
かさ歯車37と40とが配置され、このかさ歯車37と40には
フィルム巻上げ軸に固定されたかさ歯車38とフィルム巻
戻し軸に固設されたかさ歯車41とがそれぞれ噛み合って
いる。
フィルムを巻き上げる場合には、動力伝達部材35のク
ラッチ機構が働き(この時は動力伝達部材36のクラッチ
機構は解除となる)、この動力伝達部材35とローター33
とが噛み合う。この時、動力伝達部材35のかさ歯車37が
フィルム巻上げ軸39に設けられたかさ歯車38と噛み合っ
ているので、フィルム巻上げ軸39が駆動されてフィルム
が巻き上げられる。また、フィルムの巻戻しを行う場合
は、カメラの巻戻し外部操作部材(通称、Rボタン)の
操作により、その外部操作部材に連動して動力伝達部材
36のクラッチ機構が働き(この時には動力伝達部材35の
クラッチ機構は解除となる)、動力伝達部材36とロータ
ー34とが噛み合う。この時、動力伝達部材36のかさ歯車
40がフィルム巻戻し軸に設けられたかさ歯車41と噛み合
っているので、フィルム巻戻し軸42が駆動されてフィル
ムが巻戻される。尚、前述したように、クラッチ機構に
より一方のローターが機能している時には他方のロータ
ーは空回転することになるが、他方のローターには何ら
負荷(トルク)が掛かることのないように構成されてい
るので、効率の低下はほとんど生じない。更に、この超
音波モーターでは減速機構がいらない為に、駆動騒音の
大幅な低減や小空間、低重量、低コスト化が十分期待で
きる。
(発明の効果) 以上のように本発明によれば、圧電手段の両側に振動
子と該振動子に加圧接触された移動子とをそれぞれ配置
したことにより、超音波モーターの相反する方向から駆
動力を取り出すことが可能になった。また、一ユニット
の圧電手段の同一の機械的振動をそれぞれ増幅するの
で、駆動回路が小型化でき、スペース効率がよくなり、
低コスト化が可能になった。その為に、超音波モーター
の広い分野への応用が期待できる。
尚、実施例によれば、超音波モーターのねじり結合子
の溝部と凸部との径方向の関係を変えることにより回転
方向を決めることができるので、超音波モーターの制作
上で超音波モーターの2出力の回転方向を簡単に決める
ことができ、例えばカメラに使用した場合などフィルム
の自動巻上げ及び巻戻しに活用できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による超音波モーターの実施例の斜視
図、第2図は前記超音波モーターをカメラのフィルム巻
上げ・巻戻しに使用した場合の実施例の説明図である。 第3図は従来の超音波モーターの試作例の斜視図であ
る。 (主要部分の説明) 11.12……圧電素子 14,15……ホーン 16,17……ねじり結合子 18,19……ローター

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】2つのホーンと、 該2つのホーンの間に挟み込まれた状態で固定され、電
    気信号の入力により発生した機械的振動を前記2つのホ
    ーンの各々に出力する1ユニットの電気機械エネルギー
    変換素子と、 それぞれが前記ホーンに接して配置され、該ホーンに発
    生した機械的振動を回転力に変換する2つの変換手段
    と、 該2つの変換手段に各々加圧接触される2つの相対運動
    部材とを備え、 前記2つの変換手段は、前記2つの相対運動部材がそれ
    ぞれ異なる方向に回転するように設定されていることを
    特徴とする超音波モータ。
  2. 【請求項2】前記変換手段は、それぞれ所定方向に形成
    された溝部と凸部を有する2つのねじり結合子であり、
    各々前記2つの運動部材とホーンとの間に配置されると
    ともに、溝部と凸部の径方向の関係が互いに異なること
    を特徴とする特許請求の範囲第1項記載の超音波モー
    タ。
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