JP3246033B2 - 超音波モータ - Google Patents

超音波モータ

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JP3246033B2
JP3246033B2 JP03936393A JP3936393A JP3246033B2 JP 3246033 B2 JP3246033 B2 JP 3246033B2 JP 03936393 A JP03936393 A JP 03936393A JP 3936393 A JP3936393 A JP 3936393A JP 3246033 B2 JP3246033 B2 JP 3246033B2
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隆利 芦沢
大助 佐谷
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、固定子を構成する弾性
体と電気−機械変換素子との接合構造を改良した超音波
モータに関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、この種の進行波型超音波モータ
は、特公平1−17354等で公知のように、圧電体を
一例とした電気的エネルギーを機械的運動に変換する電
気−機械変換素子(以下、圧電体と称する場合がある)
の伸縮を利用して、弾性体の駆動面に進行波を発生さ
せ、この進行波によって、駆動面に加圧接触した移動体
を駆動させている。
【0003】弾性体は、圧電体に接合することにより一
体化され、これにより、弾性体は圧電体の振動により励
振される。この弾性体と圧電体との接合の方法には、溶
着や接着等の方法がある。しかし、圧電体はキュリー点
が一般的に350°C以下の場合が多く、高温の状態に
さらすことがほとんど不可能であるためと、作業の簡易
さとから、弾性体と圧電体との接合には、一般的に接着
剤を使用する場合が多い。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】前述した弾性体と圧電
体を接合する接着剤は、圧電体の振動を弾性体に確実に
伝達する役割があるために、硬化後に比較的硬度のある
接着剤が好ましい。また、接着剤は、化学反応により硬
化するものが多く、硬化後に収縮する場合がほとんどで
ある。接着剤が収縮した場合に、被着材が接着剤の収縮
方向に引張られる。このため、上記のように硬化後に比
較的硬くなる接着剤の場合には、被着材の引張り応力を
接着剤自体で吸収する作用が小さくなり、被着材が変形
することがあった。
【0005】円環形状の進行波型超音波モータは、弾性
体が中空の形状であり、径に対して断面の幅や高さは非
常に小さい場合が多く、また、櫛歯形状であることか
ら、径方向に変形しやすい。また、弾性体の径が大きく
なると、接着層は硬化後の収縮量も大きくなるので、こ
の接着層の収縮により接合面は内径側に引張られ、その
結果として、駆動面を上にして、変形が中高形状に変形
することが観察される。
【0006】図2は、接着剤の収縮による弾性体及び圧
電体の変形の観察例を示す説明図である。弾性体11の
径をφ50mm以上に大きくした場合に、体積収縮率が
約9%の接着剤によって接合すると、弾性体11の内径
側と外径側との高さ差11a1 は約8μmとなった。接
着剤は、二液タイプエポキシ接着剤を用いた。
【0007】図3は、弾性体の駆動面(弾性体駆動面と
いう)と移動子の摺動面(移動子摺動面という)とを接
触させた様子を示した図である。このとき、移動子2
は、内径側が弾性体駆動面11aに接触するものの、外
径側が弾性体駆動面11aから数μm離れることにな
る。これにより、移動子摺動面22aと弾性体駆動面1
1aとの接触面積が小さくなっていた。このように、接
着層の収縮による弾性体駆動面11aの変形により、移
動子摺動面22aと弾性体駆動面11aとの接触面積が
小さくなり、これにより、超音波モータの起動トルクが
十分に得られなかったり、駆動効率が減少したりする、
という問題が発生していた。
【0008】なお、前記観察例は、本発明が解決しよう
とする課題をより具体的に説明するために用いたが、こ
れはほんの一例である。従って、観察例の場合にのみに
本発明が解決しようとする課題が生じるわけではない。
【0009】本発明は、上記問題点を解決するために、
弾性体の変形を低減することによって、移動子との接着
面積を確保し、起動トルクが十分に得られ、駆動効率を
向上させることができる超音波モータを提供することを
目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は、以下の解決手
段によって、前記課題を解決する。なお、実施例に対応
する符号を付して説明するが、これに限定されるもので
はない。すなわち、本発明による超音波モータは、駆動
信号により励振される電気−機械変換素子12及びその
電気−機械変換素子に接合され前記励振により駆動面1
1aに振動波を生ずる弾性体11を有する固定子1と、
前記弾性体11の駆動面11aに加圧接触し、前記振動
波によって駆動される移動子2と、を含む超音波モータ
において、前記電気−機械変換素子と前記弾性体とを接
合する、硬化時の体積収縮率が3%以下である低収縮率
の接着剤を用いた接着層13を設けたことを特徴とす
る。
【0011】この場合に、前記接着剤は、エポキシ樹脂
とポリアミン樹脂とのうち少なくとも一方を含むことを
特徴とすることができる。前記振動波は、進行性振動波
であり、前記弾性体の径が50mm以上であることを特
徴とすることができる。
【0012】
【作用】上記解決手段によると、圧電体12と弾性体1
1との接合に用いる接着剤は、硬化時の収縮率が低いた
めに、弾性体11の中高変形は低減される。従って、弾
性体駆動面11aと移動子摺動面22aとの接触面積の
低下が改善され、起動トルクが十分に得られ、移動子の
駆動効率の向上が図れる。
【0013】
【実施例】(第1実施例)以下、図面などを参照しなが
ら、実施例をあげて、さらに詳しく説明する。図1は、
本発明による超音波モータの第1実施例を示した図であ
る。固定子1は、駆動信号により励振する圧電体12
と、その圧電体12に接合され前記励振により駆動面1
1aに進行性振動波を生ずる弾性体11とから構成され
ている。固定子1は、不図示の支持体により支持されて
いる。
【0014】移動子2は、不図示の移動目的物体に接続
される移動子母材21と、移動子母材21に接合され、
摺動面22aによって弾性体11の駆動面11aに加圧
接触されている摺動材22とから構成されている。圧電
体12と弾性体11とは、硬化時の収縮率が低い接着剤
を用いた接着層13(図2参照)によって接合されてい
る。
【0015】図2は、接着剤の収縮により変形した弾性
体及び圧電体を説明するための図である。接着層13の
接着剤が収縮すると、弾性体11の接合面11bにせん
断応力を受けた状態となり、接合面11bが内径側(図
2の右側)に引張られる。弾性体11は、接合面11b
以外には外力がかからないために、結果的には、駆動面
11aの内径側が中高となるように変形する。接着層1
3は、弾性体11と圧電体12の中間に存在するが、弾
性体11と圧電体12の剛性を比較すると、材質や厚さ
等により弾性体11の方が剛性が大きくなるために、弾
性体駆動面11aの内径側が中高変形となる。
【0016】接着層13の接着剤は、硬化時の収縮率が
低いと、駆動面11aの外径側と内径側の高さ差11a
1 を小さくできる。具体的には、硬化時の体積収縮率が
3%以下の接着剤を用いれば、駆動面11aの外径側と
内径側の高さ差11a1 を2μm以下にできることが観
察された。このように、弾性体駆動面11aの外径側と
内径側の高さ差11a1 を2μm以下にできると、移動
子2を加圧接触させたときに、弾性体駆動面11aや移
動子摺動面22aの表面粗さや、移動子2と弾性体11
との加圧接触による移動子2及び固定子1の微小な弾性
変形により隙間がなくなるように作用する。従って、移
動子摺動面22aと弾性体駆動面11aとの接触面積を
低下させることがなくなり、駆動効率が減少するという
問題は解消でき、起動トルクも十分に得られるようにな
る。
【0017】また、次に説明する効果もある。弾性体1
1や圧電体12が接着剤により変形した状態は、弾性体
11や圧電体12に残留歪が生じていることであるが、
特に、圧電体12に残留歪があると、圧電体12の伸縮
変形に余計な消費電力を必要とすることがある。したが
って、圧電体12の変形を低減することによっても、消
費電流の増大を防止し、駆動効率を向上させることがで
きる。
【0018】また、図3に示したように、弾性体11の
幅よりも小さな幅を持つ移動子2を接触させた場合に
は、弾性体駆動面11aと移動子摺動面22aの外径側
とに生じる隙間22a1 をさらに小さくすることがで
き、移動子摺動面22aと弾性体駆動面11aとの接触
状態がより良好となる。
【0019】体積収縮率が3%以下の接着剤としては、
一液タイプエポキシ系接着剤であるボンドE30〔コニ
シ(株)製〕、2210〔(株)スリーボンド製〕、シ
アノアクリレート系の接着剤であるスーパースリーセメ
ント1000〔(株)スリ−ボンド製〕等があり、本実
施例において好適な結果が得られている。
【0020】(第2実施例)図4は、本発明による超音
波モータの第2実施例を示した図である。固定子3は、
駆動信号により励振する圧電体32と、圧電体に接合さ
れ前記励振により駆動面31aに進行性振動波を生ずる
櫛歯形状の弾性体31と、弾性体の薄板部31bを介
し、弾性体31を支持する固定環33及び押さえ環34
から成る支持体35とから構成されている。
【0021】移動子4は、不図示の移動目的物体に接続
される接続部41cと薄板部41bとを有する移動子母
材41と、移動子母材41に接合され摺動面42aで弾
性体31の駆動面31aに加圧接触されている摺動材4
2とから構成されている。圧電体32と弾性体31と
は、硬化時の体積収縮率3%以下の接着剤を用いた接着
層により接合されている。
【0022】この実施例でも、弾性体31と圧電体32
とを硬化時の体積収縮率3%以下の接着剤により接合し
たことにより、弾性体31及び圧電体32の変形の低減
の効果が第1実施例とほぼ同様に成されている。この実
施例の弾性体31及び移動子母材41は、薄板部31
b、41bを有しているために、移動子4を固定子3に
わずかに加圧するだけで、薄肉部31bが弾性変形し
て、移動子摺動面42aと弾性体駆動面31aとを接触
させたときの移動子摺動面42aの外径側に生じる隙間
をなくすことができる。移動子4の固定子3に対する加
圧を低減できることは、弾性体31の振動の拘束を低減
できるので、ある値の振動振幅値にするための印加電圧
や電流を小さくすることができる。従って、消費電力を
低減できる、という効果がある。
【0023】(第3実施例)第1実施例及び第2実施例
では、体積収縮率が3%以下の接着剤を用いたが、第3
実施例では、体積収縮率が1%以下の接着剤を用いた。
なお、第3の実施例は、第1実施例又は第2実施例と略
同様な構成であるので、詳細な説明や図は省略する。体
積収縮率が1%以下の接着剤を用いると、駆動面11
a,31aの外径側と内径側の高さ差が1μm未満にな
ることが観察され、移動子摺動面22a,42aと弾性
体11,31の駆動面11a,31aとの接触面積が低
下することを低減できるとともに、駆動効率の減少を低
減でき、さらに大きな効果がある。
【0024】体積収縮率が1%以下の接着剤としては、
主剤のエポキシ樹脂に硬化剤のポリアミン樹脂を混合さ
せた接着剤であるデブコンS−208〔デブコン社
製〕、エポキシ樹脂にポリアミド樹脂を混合させた接着
剤であるデブコンS−30〔デブコン社製〕等があり、
本実施例において好適な結果が得られる。
【0025】(変形例)以上説明した実施例に限定され
ず、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明
に含まれる。第1及び第2の実施例では、接着剤の体積
収縮率を3%以下の場合に大きな効果が生じるとした
が、例えば、4%や5%のように体積収縮率がやや小さ
な接着剤でも、弾性体の中高変形をそれなりに防止で
き、移動子摺動面と弾性体駆動面との接触面積の低下を
十分に防止できる。また、前記各実施例では電気−機械
変換素子を圧電素子として説明したが、電歪素子を用い
てもよい。
【0026】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、弾
性体と圧電体との接合に用いる接着剤を低収縮率のもの
にしたことにより、硬化時の固定子の変形を低減するこ
とができた。これにより、弾性体駆動面と移動子摺動面
との接触面積の低下を防止することができ、超音波モー
タの駆動効率を向上させることができるとともに、起動
トルクも十分に得られるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による超音波モータの第1実施例を説明
する概略図である。
【図2】固定子の中高変形を説明する図である。
【図3】移動子と弾性体に生ずる隙間を説明する図であ
る。
【図4】本発明による超音波モータの第2実施例を説明
する概略図である。
【符合の説明】
1、3 固定子 2、4 移動子 11、31 弾性体 11a、31a 駆動面 12、32 圧電体 13 接着層 21、41 移動子母材 22、42 摺動材 22a、42a 摺動面 35 支持体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−197271(JP,A) 特開 平3−222679(JP,A) 特開 平3−207280(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02N 2/00

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 駆動信号により励振される電気−機械変
    換素子及びその電気−機械変換素子に接合され前記励振
    により駆動面に振動波を生ずる弾性体を有する固定子
    と; 前記弾性体の駆動面に加圧接触し、前記振動波によって
    駆動される移動子と;を含む超音波モータにおいて、 前記電気−機械変換素子と前記弾性体とを接合する、
    化時の体積収縮率が3%以下である低収縮率の接着剤を
    用いた接着層を設けたことを特徴とする超音波モータ。
  2. 【請求項2】 前記接着剤は、エポキシ樹脂とポリアミ
    ン樹脂とのうち少なくとも一方を含むことを特徴とする
    請求項1に記載の超音波モータ。
  3. 【請求項3】 前記振動波は、進行性振動波であり、前
    記弾性体の径が50mm以上であることを特徴とする請
    求項1又は請求項2に記載の超音波モータ。
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