JP2626810B2 - 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〕 本発明はステータに超音波振動の進行波を発生させて
ロータを回転させる超音波モータに関する。

〔従来の技術〕

従来の此種の超音波モータは、圧電セラミックなどの
振動子が貼付けられた弾性体から成るステータに、ばね
の弾発力によって、パッキンを介し、ロータを圧接する
ことで、ステータの進行波を利用してロータが回転し、
この回転が出力軸に伝達されるようにしている。そのた
め、出力軸の回転が停まっている状態でもステータとロ
ータはばね力で圧接し、出力軸はロックされている状態
となっている。また、特開昭62−207180号公報には、超
音波振動を発生する振動源により進行波を発生させるリ
ング状の振動子と、この振動子に圧接され前記進行波に
より回転して回転軸を回転させる回転子とを有する超音
波振動モータにおいて、前記振動子への回転子の圧電状
態を解除できる圧接状態調整手段即ち電磁クラッチ機構
を設けた超音波振動モータが開示されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記のように、超音波モータは、出力軸の回転が停ま
っている状態でも、該出力軸はロックされている構成が
一般的であるので、超音波モータの出力軸側を手動回転
操作ができないので、他の機構を設ける必要があった。
また上記特開昭62−207180号公報のように、電磁クラッ
チ機構を用いて、ステータとロータの圧接を解除して出
力軸がロックしないようにしている構造のものもみられ
るが構造が複雑となり、大型になってしまうという欠陥
が存した。本発明は上記問題点を除去することを目的と
するものである。

〔問題点を解決する手段〕

上記目的を達成するため、本発明は、カバー２に固設
され、一方の面に振動子６が張設されたリング状のステ
ータ４と、該ステータ４の弾性面に圧接されるロータ10
と、前記カバー２に回転自在に支承され、前記ロータ10
の回転と連動して回転する出力軸８とを備え、前記振動
子６に、コントローラに設けた進行波発生信号発生手段
から進行波発生信号を供給して、前記ロータ10を回転さ
せるようにした超音波モータにおいて、前記コントロー
ラに定在波発生信号発生手段を設ける一方、前記ステー
タ４に定在波を発生させたとき、この定在波の山と谷の
部分に位置して前記ステータ４に低摩擦部材26を設けた
ものである。

〔作用〕

上記した構成において、ロータ10停止時、振動子６に
定在波発生信号を供給し、該信号によってステータ４に
定在波を発生させると、この定在波の振動と低摩擦部材
26との相互作用によって、ロータ10はステータ４に対し
て、手動により、回転自在な状態となる。

〔実施例〕

以下に本発明の構成を添付図面に示す実施例を参照し
て詳細に説明する。

まず、超音波モータの原理について第３図乃至第８図
を参照して説明する。

定在波の発生メカニズム 圧電セラミックスを交互に向きを反転して分極させ、
電圧を印加すると、第３図ａに示すように「伸びる」
「縮む」と交互にひずみが発生する。圧電セラミックス
に印加する電圧の極性を反転すると、第３図ｂに示すよ
うにひずみ方向も反転する。この圧電セラミックスを第
４図ａに示すように弾性体に貼り付け、圧電セラミック
スに電圧を印加してひずみを発生させると、第４図ｂに
示すように弾性体には圧電セラミックスが伸びた側は谷
となり、縮んだ側は山となるたわみが生じる。圧電セラ
ミックスに印加する電圧の極性を反転すると第４図ｃに
示すように弾性体のたわみも反転する。第４図ｄに示す
ように圧電セラミックスに交流電圧を印加すれば、弾性
体には定在波が発生する。定在波とは第４図ｅに示すよ
うに同じ場所で繰り返し上下運動する波のことである。

進行波の発生メカニズム 次にこの定在波を組み合わせて進行波を発生させるメ
カニズムを説明する。第５図ａに示すように、弾性体に
２枚の圧電セラミックスを互いに1/4波長ずらせて、す
なわち、機械的に90゜ずらせて貼り、それぞれの圧電セ
ラミックスに第５図ｂに示すように時間的に90゜位相の
ずれた交流電圧を印加する。２枚の圧電セラミックスA,
Bはそれぞれ第５図ｃ〜ｅに示すように定在波振動をす
るが、その二つの定在波を合成した波Ａ＋Ｂ、すなわ
ち、弾性体の振動は第５図ｆに示すように時間とともに
進む進行波となる。

だ円軌跡と回転原理 弾性体に進行波が励振され、波が第６図a,b,c,d,eと
進んでいくなかで弾性体表面のある１点に着目すると、
その点はａ−ｂ−ｃ−ｄ−ａと動き、この動きを合成す
ると、第６図ｆに示すように進行波の進む方向とは逆回
りのだ円軌跡を描くことが分かる。

進行波が励振されている弾性体の上に、第７図に示す
ように移動体を載せると、このだ円運動の力によって、
移動体は進行波の進む方向とは逆の方向に動かされる。
また、第８図に示すように弾性体をリング形状にし、進
行波を反時計方向に回転させると、その上の回転体は進
行波の方向とは逆の時計方向に回転する。また、進行波
の回転方向を切り替えることにより回転体の回転方向を
切り替えることができる。

以上のことが、進行波方式の超音波モータの回転原理
である。

次に第１図及び第２図を参照して超音波モータの構成
について説明する。

２は取付台を兼ねたカバーであり、これにリング状の
弾性体から成るステータ４が固定されている。ステータ
４の側面には圧電セラミックなどの振動子６が貼り付け
られている。ステータ４の、振動子配設側とは反対側即
ち反振動子側の側面には、中央部が出力軸８にスライド
自在に嵌合するロータ10が対向している。前記ロータ10
の、前記ステータ４と対面する側とは反対側即ちステー
タ側には、中央部が出力軸８にスライド自在に嵌合する
パッキン12が当接している。前記出力軸８の一端は、前
記カバー２の管状部内周面にボールベアリングを介して
回転自在に支承されるとともに、前記出力軸８の他方の
外周面は、ボールベアリングを介して前記カバー２に回
転自在に支承されている。14はばね受けであり、前記出
力軸８に固定されている。前記ばね受け14と前記パッキ
ン12との間にはばね16が弾発配置され、該ばね16の弾発
力により、前記ロータ10は前記ステータ４に圧接してい
る。前記振動子６は、駆動回路18の進行波発生信号発生
手段20と定在波発生信号発生手段22に接続し、該定在波
発生手段22はスイッチ24によって手操作によりオンオフ
制御し得るように構成されている。第９図に示すごと
く、前記ステータ４の弾性面には、該ステータ４に定在
波を発生させたとき、この定在波の山と谷の部分に位置
するように、低摩擦部材26が固設されている。

上記した構成において振動子６に進行波発生信号を流
して、これを超音波振動させると、ステータ４に進行波
が発生し、この進行波によりロータ10を回転させること
ができる。振動子６への、進行波発生信号の供給を停止
すると、ロータ10の回転は停止し、ロータ10は、ばね16
の弾発力でステータ４にロックされる。スイッチ24を操
作して、定在波発生信号発生手段22をオンと成し、該手
段22から振動子６に定在波発生信号を振動子６に供給す
ると、ステータ４に定在波が発生する。この定在波によ
り、ロータ10とステータ４との圧接面が振動し、ロータ
10は、この振動と、低摩擦部材26との相互作用により、
ステータ４に対して自由に回転自在な状態となり、ロー
タ10のステータ４に対するロック即ち固定状態が解除さ
れる。該状態で、出力軸８に外部から回転力を加える
と、出力軸８を軽い力で回転させることができる。

〔効果〕

本発明は、上述の如く、振動子に定在波を発生させる
ことで、出力軸の停止時におけるロック状態を解除させ
ることができる効果が存する。

【図面の簡単な説明】

第１図はブロック説明図、第２図は断面図、第３図は説
明図、第４図は説明図、第５図は説明図、第６図は説明
図、第７図は説明図、第８図は説明図、第９図は説明図
である。 ２……カバー、４……ステータ、６……振動子、８……
出力軸、10……ロータ、12……パッキン、14……ばね
受、16……ばね、26……低摩擦部材

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】カバー２に固設され、一方の面に振動子６
   が張設されたリング状のステータ４と、該ステータ４の
   弾性面に圧接されるロータ10と、前記カバー２に回転自
   在に支承され、前記ロータ10の回転と連動して回転する
   出力軸８とを備え、前記振動子６に、コントローラに設
   けた進行波発生信号発生手段から進行波発生信号を供給
   して、前記ロータ10を回転させるようにした超音波モー
   タにおいて、前記コントローラに定在波発生信号発生手
   段を設ける一方、前記ステータ４に定在波を発生させた
   とき、この定在波の山と谷の部分に位置して前記ステー
   タ４に低摩擦部材26を設けたことを特徴とする超音波モ
   ータ。