JP2549310B2 - 超音波モータ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は電子機器などに用いられる小型モータに関
し、特にローター直径の小さい小型の超音波モータに関
するものである。

（従来の技術） 超音波モータは従来の電磁モータと比較して、低回転
で高いトルクが得られること、停止保持力を有するこ
と、電磁ノイズが小さいことなどの利点を有しており、
カメラのオートフォーカス用や自動車用パワーモータ等
に使用されている。

第７図及び第８図は従来の超音波モータの構造を示す
概略図であり、リング上の串歯状の突起部を設けた金属
円板51の突起部の形成されている面の裏側に二枚の圧電
セラミック円板52,53を接着した構造のステーター51の
上に円板状ローター54を圧接した構造となっている。圧
電セラミックス円板52,53は偶数等分に分極の向きが厚
さ方向に逆向きとなっており、これら二枚の圧電セラミ
ック円板は分割角度の半分の角度だけずらして接着され
ている。

（発明が解決しようとする課題） 第８図からわかるように従来の超音波モータにおいて
は、ステーターを構成するために２枚の圧電セラミック
ス円板と金属円板を接着しているため、接着工程が難し
い上に接着条件のばらつきに伴う特性のばらつきが大き
いと云う欠点があった。また、円板の中心部にローター
の回転軸を設けるためステーターおよびローターの直径
を大きくする必要がある。そのため従来の超音波モータ
の実用的な最小直径は15mm〜20mmに限定されていた。

本発明の技術課題は、ローターの直径を小さくし、接
着工程の少ない簡単な構造の超音波モータを提供するこ
とにある。

本発明の別の技術課題はローターの直径として15mm以
下の超音波モータを提供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明によれば，両端部とこれらの間に形成された外
周面とを備えた棒状の圧電セラミックスからなり，前記
両端部の内の一端部が楕円運動振動を行う圧電楕円運動
振動子と，前記一端部を覆うように接触して配され，前
記楕円運動振動を回転軸の回りの回転運動に変換する振
動−回転変換部材とを有する超音波モータにおいて，前
記振動−回転変換部材は，開口端部を備えたカップ形状
を有するとともに，前記一端部の全周のうち前記回転軸
に対して同一円周上の位置にある複数部分のみ接触する
接触部を有し，前記接触部は，前記開口端部から前記回
転軸に向かって夫々突出した複数の微小突起からなり，
それによって，前記一端部に対する接触面積を小さくす
るようにしたことを特徴とする超音波モータが得られ
る。

（作 用） 本発明の超音波モータにおいては、端部が円を含む楕
円運動を行う圧電楕円運動振動子を用い、この圧電楕円
運動振動子の端部と振動−回転変換部材との接触が振動
−回転変換部材の内面により行われ、この振動−回転変
換部材は、全周のうちの回転軸に対して同一円周上の位
置にある複数部分のみこの圧電楕円運動振動子の端部に
接触するように接触部の面積を小さくしたために、接触
によるスティフネスが小さくなり圧電楕円運動振動子の
振動に対する影響が少なくなり、共振周波数の変化など
が少ない超音波モータが得られる。

（実施例） 以下本発明の超音波モータについて図面を用いて詳し
く説明する。

第１図は本発明の実施例に係る超音波モータの構成を
示す図である。

第１図において超音波モータは圧電セラミックス円柱
11と一面側にこの圧電セラミックス円柱との接点11a,11
b,11c,11dを有するリング状支持枠12とよりなる圧電楕
円運動振動子11′と、振動回転変換部材13bに駆動軸13a
が配されたカップ状のローター13とを有する。

第２図は本発明の超音波モータに用いる圧電セラミッ
クス円柱11を示す斜視図である。

第２図において、圧電セラミックス円柱11の周面の円
周を４分割した位置に、長さ方向に沿って互い平行な電
極31,32,33,34が形成されている。この圧電セラミック
スはリング状支持枠12,12を挿通して圧電楕円振動子を
構成する。

第３図は本発明の超音波モータに用いる圧電セラミッ
クス円柱11の断面図であり、第３図（ａ）は電極32,34
を（＋），電極31,33を（−）にして電圧を印加した場
合の分極の向きを破線の矢印21で示している。

第３図（ｂ）は第３図（ａ）のように分極下圧電セラ
ミックス円柱において実線方向の矢印21で示すように電
極33,34を（＋），電極31,32を（−）にして電圧を印加
した場合の断面の歪みを示す図である。第３図（ｂ）に
おいて電圧は電極34から31,電極33から32に印加され
る。そのために分極方向に依存して圧電セラミックス円
柱の周面に沿うように電極34,31間は伸び、電極33,32間
は縮む。その結果として第３図（ｂ）において、長さ方
向に下側が膨らむように屈曲する。また、印加電圧の極
性が逆向きであれば屈曲も逆になる。

第４図（ａ）および第４図（ｂ）は圧電セラミックス
円柱11に交流電圧を加えた場合の振動状態の説明図であ
る。

電極33,34と電極31,33間に振動子の共振周波数に等し
い交流電圧を印加した場合、第４図（ａ）のように白抜
き矢印22の方向に屈曲振動を発生する。電極31,34およ
び32,33を接続して同様に振動子の共振周波数に等しい
周波数の交流電圧を印加すると屈曲振動の方向は第４図
（ａ）の方向とは直角の方向となる。

従って、以上の二つの方向の屈曲振動の位相を90゜ず
らせること、具体的には、印加される各々の交流駆動電
圧の印加電圧の位相を90゜ずらせることにより、圧電セ
ラミックス円柱11の両端部に、第４図（ｂ）に示すよう
な円運動を含む楕円運動を励起することが可能である。

第５図は本発明の実施例に係る超音波モータに用いる
振動−回転変換部材13bの斜視図である。

第５図において、振動−回転変換部材13の端部内側に
全周にわたって振動−回転変換部材13′の回転軸16の同
一円周上の位置に設けられ、回転軸16に向って突出した
錐状の微小突起部14が形成され、さらに端部にこの振動
−回転変換部材の軸方向に沿って圧電セラミックス一端
から中央に向うように複数個のスリット15が形成されて
いる。

第６図は、圧電セラミックス円柱11の端部に振動−回
転変換部材13bを組み合わせた状態を示す断面図であ
る。

第６図に示したように、圧電セラミックス円柱11の端
部は先端部がわずかに細くなるようなテーパ面11aを形
成したテーパ加工が施されており、振動−回転変換部材
13と圧電セラミックス円柱11との咬合を加減することに
より振動−回転変換部材13bと圧電セラミックス円柱11
の微小突起部14とテーパ面11aとの接触圧力を調節する
ことが出来る。

第５図に示した形状の振動−回転変換部材13bを用い
た場合、圧電セラミックス円柱11に対してカップ状ロー
ター13は端部の錐状の微小突起部14だけが接触すること
になる。したがって、圧電セラミックス円柱11の全周に
わたって接触する場合と比較して接触によるスティフネ
スが小さくなり、圧電セラミックス円柱11の振動に対し
て負荷が軽くなり、共振周波数のずれが少なくなる。

尚、本実施例においては、圧電楕円運動振動子11′と
して圧電セラミックス円柱11を用いたが、パイプ状圧電
セラミックスを使用した場合においても、同様な超音波
モータを構成することができる。

さらに本発明の実施例においては、圧電セラミックス
円柱あるいは圧電セラミックスパイプの側面に設けられ
た長さ方向に平行な複数対の電極を有し、この圧電セラ
ミックス円柱の端面が円を含む楕円運動を行う圧電楕円
運動振動子を用いているため、圧電楕円運動振動子その
ものは接着工程を含まないで構成することが出来るため
振動特性のばらつきが小さく、安定な楕円運動の振動が
可能となる。

（発明の効果） 以上示したように本発明の超音波モータにおいては、
駆動力を発生させるための振動子の形状が単純で、回転
あるいは楕円運動振動を発生させるための二つの振動モ
ードが同じ屈曲モードであることから、構造が簡単にな
る。また楕円運動振動子として棒状の振動子及びこの棒
状の振動子の両端に配される振動−回転変換部材を使用
しているため振動−回転変換部材の直径、即ちローター
の直径を小さくすることが容易で、ローター直径の小さ
い超音波モータを得ることができる。モータの直径とし
ては、必要なトルクによって変わるが、原理的には10mm
以下も可能である。

また本発明の超音波モータにおいては、圧電楕円運動
振動子の端部とローターとして用いる振動−回転変換部
材との接触が、回転軸に対して同一円周上の位置にある
複数の部分のみ接触する接触部で行われるため、圧電楕
円運動振動子の振動に対する影響が少なく、共振周波数
の変化などが少ない超音波モータが得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る超音波モータの構成を示
す斜視図、第２図は本発明の実施例に係る超音波モータ
に用い圧電セラミックス円柱を示す斜視図、第３図およ
び第４図は本発明の超音波モータに用いる圧電セラミッ
クス円柱の断面図を用いて楕円運動振動子の動作原理を
説明するための説明図、第５図は本発明の実施例に係る
超音波モータに用いられるカップ状ローターの構造を示
す斜視図、第６図は本発明の実施例に係る超音波モータ
において、圧電セラミックス円柱とカップ状ローターと
の組み合わせ状態を示す断面図、第７図および第８図は
従来の超音波モータの構造例の説明に供する図である。 図中、10は駆動軸、11は圧電セラミックス円柱、11′は
圧電楕円運動振動子、12はリング状支持枠、13はカップ
状ローター、13aは駆動軸,13bは振動−回転変換部材,14
は微小突起、15はスリット、16は回転軸、31,32,33,34
は電極、51は金属円板、52,53は圧電セラミックス円板
である。

フロントページの続き (72)発明者 田村 光男 宮城県仙台市太白区郡山６丁目７番１号 株式会社トーキン内 (56)参考文献 特開 平２−36776（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−164285（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−84078（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】両端部とこれらの間に形成された外周面と
   を備えた棒状の圧電セラミックスからなり， 前記両端部の内の一端部が楕円運動振動を行う圧電楕円
   運動振動子と， 前記一端部を覆うように接触して配され，前記楕円運動
   振動を回転軸の回りの回転運動に変換する振動−回転変
   換部材とを有する超音波モータにおいて， 前記振動−回転変換部材は，開口端部を備えたカップ形
   状を有するとともに，前記一端部の全周のうち前記回転
   軸に対して同一円周上の位置にある複数部分のみ接触す
   る接触部を有し，前記接触部は，前記開口端部から前記
   回転軸に向かって夫々突出した複数の微小突起からな
   り，それによって，前記一端部に対する接触面積を小さ
   くするようにしたことを特徴とする超音波モータ。