JP2724729B2 - 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、電子機器等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等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図は従来例に係る超音波モータの概略
的構造を示す図であり、リング上の串歯状の突起部を設
けた金属円板51の突起部が形成されている面の裏側に二
枚の圧電セラミックス円板52及び53を接着した構造のス
テーター50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及び53は偶数等分に
分極の向きが逆向きとなっており、これら二枚の圧電セ
ラミックス板は、分割角度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７図よりわかるように、従来の超音波モータにおい
ては、ステータ50の超音波振動を平面的にローター54に
伝達しているため、駆動トルクを大きくするためには、
ステーター50及びローター54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少直
径は20〜30mmに限定されていた。

そこで、本発明の技術課題は、ローターの直径を小さ
くした小型の超音波モータを提供することにある。更
に、本発明の他の技術課題は、ローターの直径として20
mm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、棒状弾性体を互いに直角な二つの方
向に屈曲振動の励振を可能とした圧電楕円運動振動子の
中央部に振動伝達用リングを設け、前記圧電楕円運動振
動子を振動の節の部分で支持枠に固定し、該支持枠を開
口端とこの開口端に対向する端面に突出部とを有するカ
ップ状支持具の開口端で固定し、更に前記圧電楕円運動
振動子を前記振動伝達用リングが円筒状ローターに接触
するように該円筒状ローター内に挿入し、該円筒状ロー
タが軸受けを介して前記突出部に回転可能に支持されて
いる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、圧電楕円運動振動
子は、直流電圧を印加して分極し、さらにこの圧電楕円
運動振動子の異なる部分に共振周波数に等しい交流電圧
を印加して、互いに直角な二つの方向に屈曲振動の励振
を可能とした棒状弾性体よりなり、この屈曲振動の位相
を実質的に異なるように交流電圧に位相差を持たせて励
振させると、棒状弾性体の両端部及び中央部で振幅が極
大となる棒状弾性体の中心軸に沿う方向に対して垂直な
面内で楕円振動を生ずる。一方、この時中心軸に沿う方
向に対して隣合う極大部の中点では、振幅が極心となる
振動の節を生じる。このような構成の圧電楕円運動振動
子の中央部に振動伝達用リングを設け、中心に対して対
称位置にある振動の節の部分で支持枠に固定し、この支
持枠をカップ状支持具で支持し、更に円筒状ローター内
に収容して、振動伝達用リングを円筒内に接触し、且
つ、カップ状支持具により軸受けを介して円筒状ロータ
ーを支持し、このカップ状支持具の両端を固定すると、
圧電楕円運動振動子の中央部の楕円振動は、接触してい
る円筒状ローターに伝達され回転させる。

［実施例］ 本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明の実施例に係る超音波モータの構成を
示す一部切欠いた斜視図である。第２図は第１図の超音
波モータの断面図である。これら図において、超音波モ
ータは、圧電楕円振動子12、支持枠11、カップ状支持具
13、軸受け14、振動伝達用リング15、円筒状ローター16
より構成されている。

本発明の実施例に係る超音波モータの組立てを第３〜
第６図を参照しながら説明する。

第３図（ａ）は支持枠の一例を示し、内側及び外側が
共に円形状であり、第３図（ｂ）は支持枠の他の例を示
し、内側が円形の一部を切欠いた形状で、外側が円形状
である。

第４図は第３図に示した支持枠11を用いて、側面の長
さ方向に沿う方向に電極を形成した圧電セラミックス等
の弾性体よりなる棒状楕円運動振動子の振動の節の部分
を支持した場合の斜視図である。第４図に示したよう
に、支持枠11及び11′のうちのいずれか一方よりなる一
対を挿通し、正多角形断面あるいは、円形断面を有する
棒状の棒状圧電楕円運動振動子12の振動の節の部分を支
持する。支持枠11,11′の内側形状は、楕円運動振動子
の断面形状等により選択できる。支持枠の形状が対称的
であるため、楕円運動を励振するための互いに直角な方
向の屈曲振動に対して支持による影響が同じように作用
するため、安定した楕円運動振動の励振が可能である。

第５図は本発明の実施例に係る超音波モータに用いら
れる（ａ）カップ状支持具及び（ｂ）軸受けを夫々示す
斜視図である。

第６図は楕円運動振動子12の中央部に振動伝達用リン
グ15を装着した後、第５図に示した支持枠の付いた楕円
運動振動子の両端部に第５図（ａ）に示した一端に開口
した空洞部及び他端に外方へ延在する突出軸13aを有す
る構造のカップ状支持具13の一対をセットした状態を示
す斜視図である。この図のように、楕円運動振動子12
は、棒状を示し、支持枠11でその振動の節が支持されて
いる。楕円運動振動子12の両端部は、カップ状支持具13
がその空洞部に楕円運動振動子の端部12が微小隙間をも
って、装着されている。支持枠11は、カップ状支持具13
の空洞部開口端13bを挿通して固定される。円筒状ロー
ター16内に収容し、振動伝達用リング15が円筒状ロータ
ー16内に軽く接触するように設け、円筒状ローター16
は、軸受け14を介してカップ状支持具の突出した軸に支
持すると、第１図及び第２図に示すような超音波モータ
が得られる。

第１図及び第２図において、超音波モータの両端の突
出軸13aを支持すると、楕円運動振動子12の中央部が楕
円運動振動することにより振動伝達用リング15は円筒状
ローター16の内壁を擦って円筒状ローター16を回転させ
る。円筒状ローターは、軸受け14によって、回転自在に
支持されているため安定に回転する。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明の超音波モータにおいて
は、駆動力を発生するための振動子の形状が単純で、円
を含む楕円運動振動を発生す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、棒状の振動子を使用し
ているため円筒状ローターの直径を小さくすることが、
容易で、円筒状ローターの直径の小さい超音波モータを
得ることが出来る。

【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
す図、第２図は第１図の断面図、第３図は本発明の実施
例に係る超音波モータに用いられる支持枠を示す図、第
４図は本発明に係る超音波モータの圧電楕円運動振動子
に支持枠を設けた状態を示す斜視図、第５図（ａ）は本
発明に係る超音波モータのカップ状支持具の一例を示す
斜視図、第５図（ｂ）は本発明に係る超音波モータの軸
受けの一例を示す図、第６図は本発明の実施例に係る超
音波モータの要部を示す図、第７図及び第８図は従来例
に係る超音波モータを示す図である。 図中11及び11′は支持枠、12は楕円運動振動子、13はカ
ップ状支持具、13aは突出軸、13bは開口端、15は振動伝
達用リング、16は円筒状ローター、51は金属円板、52,5
3は圧電セラミックス板、54はローターである。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】棒状弾性体を互いに直角な二つの方向に屈
   曲振動の励振を可能とした圧電楕円運動振動子の中央部
   に振動伝達用リングを設け、前記圧電楕円運動振動子を
   振動の節の部分で支持枠に固定し、該支持枠を開口端と
   該開口端に対向する端部に突出部とを有するカップ状支
   持具の該開口端で固定し、更に前記圧電楕円運動振動子
   を前記振動伝達用リングが円筒状ローターに接触するよ
   うに該円筒状ローター内に挿入し、該円筒状ローターが
   軸受けを介して前記突出部に回転可能に支持されている
   ことを特徴とする超音波モータ。