JP2808573B2 - 超音波モータ - Google Patents

超音波モータ

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JP2808573B2
JP2808573B2 JP6286611A JP28661194A JP2808573B2 JP 2808573 B2 JP2808573 B2 JP 2808573B2 JP 6286611 A JP6286611 A JP 6286611A JP 28661194 A JP28661194 A JP 28661194A JP 2808573 B2 JP2808573 B2 JP 2808573B2
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rotor
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重正 佐藤
忠雄 高木
和男 袴田
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Nikon Corp
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Nikon Corp
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  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】本発明は超音波振動を利用した超
音波モータに関するものである。 【0002】 【従来の技術】電気−機械エネルギー変換素子に駆動信
号を印加することにより振動体に超音波振動が発生し、
その振動体の振動により振動体に圧接された移動体が移
動し、駆動力を得る超音波モータが知られている。 【0003】 【発明が解決しようとする課題】超音波モータにおいて
は、大きな駆動力を発生させ、かつ、この駆動力を移動
体から外部の機構に対して、振動の防振を行いながら効
果的に伝える方法が望まれていた。 【0004】本発明は、上記課題を解決することを目的
とする。 【0005】上記目的のために、本発明においては、電
気機械変換素子を備え、該電気機械変換素子に印加され
る駆動信号により振動を発生させる振動子と、前記振動
により前記振動子との間で相対運動を行う相対運動部材
とを有し、前記振動子と前記相対運動部材とは、各々単
独に同一次数の共振振動を発生させた場合、前記振動子
の共振周波数と前記相対運動部材の共振周波数とが異な
り、かつ、前記振動子と前記相対運動部材とを組み合わ
せて振動させた場合、前記相対運動部材の振幅が前記振
動子の振幅よりも小さくなるように構成された超音波モ
ータを提供する。 【0006】 【実施例】図1(A)は本発明の実施例である超音波モ
ータの平面図、図1(B)は前記超音波モータの断面
図、図2は前記超音波モータをユニット化した時の断面
図、図3(A)及び図3(B)は前記超音波モータの回
転子の形状を示す構造図、図4は前記超音波モータの駆
動原理を示す説明図、図5は前記超音波モータの入力周
波数と振幅との特性曲線を示すグラフである。 【0007】図1(A)及び図1(B)に示すように、
振動子としての固定子Sは、電気機械変換素子としての
圧電素子2とその圧電素子2に励振され進行波(表面
波)を生じる弾性体1とからなる。この固定子S上に、
弾性体1と圧接する相対運動部材としてのリング状回転
子3が設置され、この固定子Sとリング状回転子3とか
ら超音波モータが構成されている。このリング状回転子
3は、幅が一定の円環であり、その中心O’が固定子S
の中心Oに対して偏心するように設けられ、このリング
状回転子3は固定子Sの中心Oを回転中心として回動さ
れるように配置されている。この時、このリング状回転
子3は、固定された固定子S上を回動するが、固定子S
に対して任意の偏心量δでふれまわることになる。この
ように、回転子3の中心と固定子Sの中心とを偏心させ
回転子3を回動させると、図1(B)に示す断面図にお
いて、固定子Sの表面1a上を固定子Sと回転子3との
接触部1bが、回転子3の回動に伴って回転中心Oに対
して偏心量δの片振幅で単振動することになり、すなわ
ち、固定子Sの表面1a上で回転子3が接触している摩
擦接触面が、回転子3の回動により表面1a上を径方向
に偏心量δの範囲で移動して時々刻々と固定子Sとの接
触面が変化していることになる。従って、従来のよう
に、回転子3と固定子Sとの接触面が常に変わらずに摩
擦接触されているのとは違い、固定子3の表面1a上を
回転子3の接触面が時々刻々と移動するので、固定子S
の一ヶ所が摩耗により削られることがなく、固定子Sの
表面1a全体を効率良く使うことができるようになって
いる。この偏心量δは次に述べる条件を満足する範囲で
任意に決定される。 【0008】この条件とは、回転子3が偏心して回動し
た場合に、常に固定子Sの表面上を回転子3のリングが
はみ出ずに回動するように設定することである。ここ
で、固定子Sの外径をD、内径をdとし、回転子3の外
径をD’、内径をd’とし、固定子Sのリング幅をa、
リング状回転子3のリング幅をbとすると、条件として
は 【0009】 【数1】 【0010】であるように偏心量δを設定する。図2は
図1の超音波モータをユニットに構成した構造図であ
る。超音波モータは筒状のケース10a及び10b内に
収められており、ケース10aの底に付勢手段(例えば
ゴム等の弾性部材)6を、その付勢手段の上に付勢手段
6の付勢力を均等に伝えるための円板5を、その円板5
の上に超音波モータの固定子Sの振動を吸振する保護用
緩衝材4aを固設し、この保護用緩衝材4a上に超音波
モータの固定子Sを配設している。この固定子Sの中心
はケース10a及び10bの中心と一致するように配設
されている。この固定子Sの内径側には、ケース10a
の内筒に固設されても超音波モータの振動をケース10
aに伝播させないように構成された支持部7を有してい
る。この支持部7は、固定子Sの内側から突出し、図2
に示すようにケース10aの内筒に嵌合するように筒状
に形成され、ケース10aに対して固定子3を位置決め
すると共に固定支持するものであり、固定子Sと一体に
形成されあるいは別部材で形成されていても良い。 【0011】この固定子S上には中心が偏心量δだけ偏
心している回転子3が配設され、回転子3上にはその振
動を吸収する緩衝材4bが、更にその緩衝材4b上にリ
ング部材8が固設されている。リング部材8は、回転子
3の回転をスムースに行わせる為のボールレース9を介
してケース10bに配設されている。このリング部材8
は、ケース10a及び10bの中心が回転中心となるよ
うに、ケース10bの中心と同心に設けされたガイド溝
を有し、そのガイド溝にケース10bの中心を中心にし
て配設されたボールレース9がはまりこみ回転自在に構
成されている。即ち、このリング部材8の形状は、回転
子3に固設される側が偏心しており、ケース10bと当
接する側が固定子Sの中心と一致する偏心リングとなっ
ている。 【0012】従って、このユニット化された超音波モー
タから動力を取り出すには、超音波モータにより回動さ
れるリング部材8の動力を、このユニットを使う機器に
応じて適宜取り出せばよい、例えば、このユニットをカ
メラの撮影レンズ鏡筒に使えば絞り羽根の駆動やレンズ
の駆動等に使える。以上は本発明の一実施例として回転
子3の中心を固定子Sの中心に対して偏心させた場合に
ついて述べたが、これ以外にも図3(A)及び図3
(B)に示すリング状回転子が考えられる。図3(A)
に示すように、リング状回転子31は、外径と内径との
中心を偏心させたリング状に構成しても良い。また、図
3(B)に示すように、リング状回転子32は、楕円形
状に構成しても良い。 【0013】図4は固定子Sと回転子3との動作原理を
示したもので、固定子Sは圧電素子2によって屈曲振動
を起こし、表面に進行波を生じている。この時、固定子
Sの進行波は矢印Pの方向へ進み、表面の粒子P1は楕
円運動をしている。この固定子Sに回転子3を圧接した
場合、回転子3は固定子Sによって表面波を生じ、その
進行方向は矢印Q方向となり、その表面の粒子Q1は同
様に楕円運動を行う。ここで、固定子S及び回転子3は
その材質及び形状により表面波を発生させる振動の振幅
が変化し、固定子及び回転子の振幅を次の3つの場合に
ついて考える。 【0014】第一に、固定子Sの振幅AS が回転子3の
振幅A3 より大きい場合は、即ち図4の状態では固定子
Sと回転子3との接触は、固定子Sの波の山と回転子3
の波の谷とになる。即ち、図4からも明らかなように、
固定子Sの波の山と回転子3の波の谷とを接触点とする
ように固定子Sと回転子3との屈曲固有振動を同一次数
にしている。この場合は、固定子Sと回転子3との接触
点においてはそれぞれの粒子P1及びQ1の運動が反対
方向となり、超音波モータの駆動力は大きくなる。 【0015】第二に、固定子Sの振幅AS と回転子3の
振幅A3 とが等しい場合は、固定子Sと回転子3とが全
面で接触することになる。この場合は、固定子Sの波の
山と谷とで粒子の運動が反対となるので駆動する力は打
ち消し合ってしまう。第三に、固定子Sの振幅AS が回
転子3の振幅A3 より小さい場合は、固定子Sと回転子
3との接触は、固定子Sの波の谷と回転子3の波の山と
になる。この場合は、固定子Sと回転子3との接触点に
おいてはそれぞれの粒子P1及びQ1の運動が反対方向
となり、超音波モータの駆動力は大きくなり、図4の運
動方向とは逆方向となる。 【0016】固定子Sと回転子3との防振を考えた場
合、回転子3はその回転を外部機構へ伝えなければなら
ず、固定子Sに比べて防振を行ないずらくなっている。
従って、前述した駆動力が大きくなる第一の場合と第三
の場合との何方を選択するかを考えると、回転子3の振
幅A3 が固定子Sの振幅AS より小さくなる第一の場合
の方がより良いことになる。そこで、回転子3の振幅A
3 が固定子Sの振幅ASより小さする方法を以下に示
す。 【0017】図5は、固定子Sの共振周波数をfS 、回
転子3の共振周波数をf3 とすると、それぞれの振動数
と振幅との関係を示している。ただし、共振点における
固定子Sと回転子3との振幅は同一振幅であると仮定す
る。固定子Sの共振周波数f S で回転子3が振動させら
れる状態では回転子3の振幅A3 が固定子Sの振幅A S
より小さくなる。従って、固定子Sの振幅を1とした場
合に、回転子3の振幅A3 が所望される大きさ1/Xと
なるように、回転子3の共振周波数f3 を決定するよう
に設計すれば良い。 【0018】 【発明の効果】本発明においては、振動子に発生する運
動と反対向きの運動が相対運動部材に発生するので、超
音波モータの駆動力が大きくなる。また、相対運動部材
の振幅が振動子の振幅よりも小さくなるようにしたの
で、相対運動部材の防振は、小さな振幅に対して行えば
よく、より容易になる。
【図面の簡単な説明】 【図1】図1(A)は本発明の実施例である超音波モー
タの平面図、図1(B)は前記超音波モータの断面図。 【図2】超音波モータをユニット化した時の断面図。 【図3】図3(A)及び図3(B)は前記超音波モータ
の回転子の形状を示す構造図 【図4】超音波モータの駆動原理を示す説明図 【図5】超音波モータの入力周波数と振幅との特性曲線
を示すグラフ 【符号の説明】 1・・・弾性体 2・・・圧電素子 3,31,32・・・回転子 S・・・固定子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 袴田 和男 東京都品川区西大井1丁目6番3号 株 式会社ニコン大井製作所内 (56)参考文献 特開 昭61−102177(JP,A)

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 1.電気機械変換素子を備え、該電気機械変換素子に印
    加される駆動信号により振動を発生させる振動子と、 前記振動により前記振動子との間で相対運動を行う相対
    運動部材とを有し、 前記振動子と前記相対運動部材とは、各々単独に同一次
    数の共振振動を発生させた場合、前記振動子の共振周波
    数と前記相対運動部材の共振周波数とが異なり、かつ、
    前記振動子と前記相対運動部材とを組み合わせて振動さ
    せた場合、前記相対運動部材の振幅が前記振動子の振幅
    よりも小さくなるように構成されていることを特徴とす
    る超音波モータ。
JP6286611A 1994-11-21 1994-11-21 超音波モータ Expired - Lifetime JP2808573B2 (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS61102177A (ja) * 1984-10-25 1986-05-20 Shinsei Kogyo:Kk 表面波駆動モ−タ−

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JPH07322656A (ja) 1995-12-08

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