JP2979454B2 - 超音波モータ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、狭い管路など手の届
かない箇所で作業を行ったり、体内で治療などを行う装
置の駆動源である超音波モータに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、図４に示すブロック図、図５に示
す断面図及び図６に示す超音波振動子のように、複数の
圧電振動体（１９）と複数の端子板（１８）を交互に積
層して２つの座金（１３）、（１１３）で挟み込み、座
金（１３）の他面には、超音波ねじり楕円振動子である
はり本体（１５）を配し、これらを全て１本のボルト
（１６）で固定する。ロータ（１７）は、加圧バネ（１
０５）により超音波ねじり楕円振動子であるはり本体
（１５）に加圧される。動作は、端子板（１８）に電圧
を印加し座金（１３）、（１１３）に縦振動を起こさ
せ、超音波ねじり楕円振動子であるはり本体（１５）に
振動を伝える。これにより超音波ねじり楕円振動子であ
るはり本体（１５）に所定の圧力で接触するロータ（１
７）が回転する構造が知られていた。また、図７に示す
断面図のように、圧電ねじり振動子（２１）と圧電厚み
振動子（２２）を積層して、ケース（４０４）によって
ケーシングされた構造が知られていた。例えば、特開昭
６１−５２１６３号公報や特開昭６１−１２１７７７号
公報に、このような従来の片持梁状ねじり超音波振動子
を用いた超音波モータが開示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の片持梁
状ねじり超音波振動子を用いた超音波モータは、圧電振
動子を積層するため、この間に端子板を挟む必要があり
リードの取り出しや構造が複雑になる。また、中心部に
各部品を固定するための軸やねじが入っており、圧電振
動子に穴を明けるので表面積が減少し振動が低減してし
まうなど、小型化には不向きであった。

【０００４】そこで、この発明の目的は上記課題を解決
するため、端子板や固定するための軸やねじを用いず
に、有効面積を大きく取り構造も簡単にして、縦ねじり
振動をする超音波モータを得ることを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明は複数の振動体と圧電素子に導通性を持た
せて全面で固定し、リード線は振動体から取り出す構造
とした。

【０００６】

【作用】上記のように構成された超音波モータは、第一
の振動体に設けた複数の突起がロータに所定の圧力で接
触することで弾性変形し、振動体の発生する振動波によ
り復元、変形を繰り返すことにより、一方向へロータを
回転させる。

【０００７】

【実施例】（１）第１実施例 以下に、本発明の第１実施例を図面に基づいて説明す
る。本発明の超音波モータのブロック図を図１に、断面
図を図２に、ロータ側振動体の斜視図を図３に示す。図
１において、第一の振動体（７５３）の振動体突起（７
５２）の無い端面に、導通部材を形成した圧電素子（７
５４）を固定する。第二の振動体（７５５）は、導通部
材を形成した圧電素子（７５４）の他面に固定する。振
動体突起（７５２）の突起部上面にロータ（７５１）を
置き、ロータ（７５１）に案内されたばね等の加圧手段
（７５８）を組み込む。ケースなどの支持手段（７５
９）を、ロータ（７５１）が回転可能に組み込み、第一
の振動体（７５３）に固定することで、ロータ（７５
１）が振動体突起（７５２）に加圧支持される。

【０００８】第一の振動体（７５３）には、第一の振動
体リード（７５７）が固定されている。第二の振動体
（７５５）には、第二の振動体リード（７５６）が固定
されている。第一の振動体リード（７５７）及び第二の
振動体リード（７５６）からの駆動信号により、圧電素
子（７５４）は作動し、第一の振動体（７５３）に振動
を伝え振動体突起（７５２）により、ロータ（７５１）
が動作する。

【０００９】図２及び図３において、第一の振動体下面
（１ｅ）に導通部材を形成した圧電素子（３）を固定す
る。第二の振動体（２）は、導通部材を形成した圧電素
子（３）の他面に固定する。第一の振動体（１）の振動
体突起上面（１ｃ）には、ロータ（９）のロータ摺動面
（９ｂ）側を接触させて載せ、加圧ばね（５）はロータ
（９）を案内に組み込む。ケース（４）は、ロータ
（９）を回転可能に支持して組み込み、ケース段部（４
ｂ）を第一の振動体段部（１ｂ）に組み込むことで、ロ
ータ（９）は第一の振動体（１）に加圧される。また、
ケース（４）のロータ（９）支持部には、軸受（８）が
組み込まれている。

【００１０】第一の振動体下面（１ｅ）及び第二の振動
体下面（２ａ）には、各々、リード線Ａ（６），リード
線Ｂ（７）が固定されている。ここで、第一の振動体突
起（１ａ）は、高さの不均一な第一の振動体突起段部
（１ｄ）を有し、その方向は円周上で常に第一の振動体
突起（１ａ）に対し同一方向に形成されている。ケース
取り付け部（４ａ）の円周上には、他に取り付けるため
の穴が複数個空いている。

【００１１】次に、動作について説明する。図示しない
駆動回路から任意の周波電圧をリード線Ａ（６）及びリ
ード線Ｂ（７）を介して、第一の振動体（１）及び第二
の振動体（２）に与えることで、圧電素子（３）にも電
圧が加わり変形し、第一の振動体（１）も変形する。第
一の振動体突起（１ａ）は、第一の振動体支持部（１
ｇ）によって支持され、第一の振動体突起（１ａ）に切
り欠き部（１ｆ）を設けたことで、第一の振動体突起上
面（１ｃ）にロータ（９）が所定の圧力で接触すると、
たわんだ状態と元に戻ろうとする動作により円周方向へ
の送り運動をする。この運動により、ロータ（９）は一
定方向に回転する。

【００１２】（２）第２実施例 図８に示す断面図は、本発明の第２実施例を示す。第１
実施例との違いは、ケース段部（１０４ｂ）を第二の振
動体段部（１０２ａ）に組み込み、リード線Ａ（１０
６）の通る溝を第二の振動体段部（１０２ａ）に設けた
ことである。このようにすると、第二の振動体（１０
２）に衝撃が加わったとしても、ケース（１０４）が吸
収するので圧電素子（１０３）と剥がれることが無くな
る。

【００１３】（３）第３実施例 図９に示す振動体の断面図は、本発明の第３実施例を示
す。第１実施例との違いは、第一の振動体突起（２０１
ａ）の数が３本あることである。このようにすると、接
触点が増えるので安定した動作を得ることが出来る。ま
た、第一の振動体突起（２０１ａ）の数は３本に限ら
ず、３本以上とすることも可能である。

【００１４】（４）第４実施例 図１０に示す振動体の断面図は、本発明の第４実施例を
示す。第１実施例との違いは、第一の振動体突起（３０
１ａ）の形状が元部が太く先端が細い形となっている点
である。このような形状でも必要な動作を得ることが出
来る。また、第一の振動体突起（３０１ａ）の数も増や
すことが可能である。

【００１５】（５）第５実施例 図１１に示す断面図は、本発明の第５実施例を示す。第
１実施例との違いは、ケース（２０４）の外形に凹凸が
無く、第二の振動体（２０２）まで全て覆われているこ
とである。このようにすると細管内など、目の届きにく
い箇所で使用するときに引っ掛かったりせずにすむ。ま
た、外部からの衝撃にも強い構造となっている。

【００１６】（６）第６実施例 図１２に示す断面図は、本発明の第６実施例を示す。第
１実施例との違いは、ケース（３０４）の外周をチュー
ブ（１０）等で覆い、ロータ（１０９）に軸（１１）を
固定したことである。このようにすると液体中での使用
も可能となり、細管内に挿入して分岐点に差しかかった
とき、ロータ（１０９）を駆動することで軸（１１）が
方向を変えて、任意の方向へ進むことができる。

【００１７】（７）第７実施例 図１３に示す断面図は、本発明の第７の実施例を示す。
第６実施例との違いは、ロータ（２０９）に砲弾型ピン
（１２）を固定したことである。このようにすると、例
えば細管内に挿入して遺物等で狭くなった部分を、取り
除いたり押し広げることができる。

【００１８】（８）第８実施例 図１４に示す断面図は、本発明の第８実施例を示す。第
６実施例との違いは、ロータ（３０９）に刃具付きピン
（２０）を固定したことである。このようにすると、例
えば細管内に挿入して遺物等を切り取ったり、新たに穴
を明けることもできる。

【００１９】

【発明の効果】この発明は、以上説明したように動力源
及び超音波モータ駆動回路と、振動体、ロータ及び加圧
手段と、振動体を支持する支持手段から構成される超音
波モータにおいて、圧電素子が従来より小型でも同等の
有効面積が得られ、圧電素子を１枚しか用いずリードの
取り出しを振動体から行うことで、構造を簡素化した超
小型の縦ねじり振動を用いた超音波モータを実現できる
効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の縦ねじり振動を用いた超音波モータの
代表的な構成の一例を示すブロック図である。

【図２】本発明の縦ねじり振動を用いた超音波モータの
第１実施例の断面図である。

【図３】本発明の第一の振動体の第１実施例の斜視図で
ある。

【図４】従来の縦ねじり振動を用いた超音波モータのブ
ロック図である。

【図５】従来の縦ねじり振動を用いた超音波モータの断
面図である。

【図６】従来のはりの上面図である。

【図７】従来のケーシングされた縦ねじり振動を用いた
超音波モータの断面図である。

【図８】本発明の縦ねじり振動を用いた超音波モータの
第２実施例の断面図である。

【図９】本発明の第一の振動体の第３実施例の斜視図で
ある。

【図１０】本発明の第一の振動体の第４実施例の斜視図
である。

【図１１】本発明の縦ねじり振動を用いた超音波モータ
の第５実施例の断面図である。

【図１２】本発明の縦ねじり振動を用いた超音波モータ
の第６実施例の断面図である。

【図１３】本発明の縦ねじり振動を用いた超音波モータ
の第７実施例の断面図である。

【図１４】本発明の縦ねじり振動を用いた超音波モータ
の第８実施例の断面図である。

【符号の説明】

１、２０１、３０１ 第一の振動体 ２、１０２、２０２ 第二の振動体 ３、１０３ 圧電素子 ４、１０４、２０４、３０４、４０４ ケース ５、１０５ 加圧バネ ６、１０６ リード線Ａ ７ リード線Ｂ ８ 軸受 ９、１０９、２０９、３０９ ロータ １０ チューブ １１ 軸 １２ 砲弾型ピン １３、１１３ 座金 １５ はり本体 １６ ボルト １７ ロータ １８ 端子板 １９ 圧電振動体 ２０ 刃具付きピン ２１ 圧電ねじり振動子 ２２ 圧電厚み振動子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 賢二 東京都江東区亀戸６丁目31番１号 セイ コー電子工業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭64−19980（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−121777（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−167682（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−152273（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−150780（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−152378（ＪＰ，Ａ) 実開 平１−67616（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H02N 2/00

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 動力源及び超音波モータ駆動回路と、圧
   電素子（７５４）を有する振動体（７５３、７５５）
   と、圧電素子（７５４）の伸縮運動により振動体（７５
   ３、７５５）に発生する振動波により、ロータ（７５
   １）を摩擦駆動する超音波モータにおいて、一方の端面
   に複数の突起（７５２）を設けると共に、他方の端面に
   圧電素子（７５４）を接合した第一の振動体（７５３）
   と、一方の端面に圧電素子（７５４）を接合した第二の
   振動体（７５５）と、第一の振動体（７５３）の複数の
   突起（７５２）に加圧接触するロータ（７５１）と、ロ
   ータ（７５１）を第一の振動体（７５３）に加圧する加
   圧手段（７５８）と、ロータ（７５１）を案内し加圧手
   段（７５８）を保持し第一の振動体（７５３）もしく
   は、第二の振動体（７５４）に固定された支持手段（７
   ５９）と、第一の振動体（７５３）に固定された第一の
   振動体リード（７５７）と、第二の振動体（７５５）に
   固定された第二の振動体リード（７５６）とを有するこ
   とを特徴とする超音波モータ。
2. 【請求項２】 請求項１記載の超音波モータにおいて、
   圧電素子（７５４）の第一の面と第一の振動体（７５
   ３）及び圧電素子（７５４）の第二の面と第二の振動体
   （７５５）を、圧電素子（７５４）に形成された導通部
   材を介して積層したことを特徴とする超音波モータ。
3. 【請求項３】請求項１記載の超音波モータにおいて、第
   一の振動体（７５３）に設けた複数の突起（７５２）
   が、弾性変形可能であることを特徴とする超音波モー
   タ。
4. 【請求項４】 請求項１記載の超音波モータにおいて、
   ロータ（７５１）が軸部を（１０９）を有し、軸部（１
   ０９）に一部が所定角度変形している案内部材（１１）
   を固定したことを特徴とする超音波モータ。
5. 【請求項５】 請求項１記載の超音波モータにおいて、
   ロータ（７５１）が軸部（２０９）を有し、軸部（２０
   ９）に砲弾形状のピン（１２）を固定したことを特徴と
   する超音波モータ。
6. 【請求項６】 請求項１記載の超音波モータにおいて、
   ロータ（７５１）が軸部（３０９）を有し、軸部（３０
   ９）に偏心した位置に刃具を持つ切削部材（２０）を固
   定したことを特徴とする超音波モータ。
7. 【請求項７】 超音波モータの外周をチューブ（１０）
   で覆った請求項１記載の超音波モータ。