JPH02214478A

JPH02214478A - 超音波モータ

Info

Publication number: JPH02214478A
Application number: JP1035753A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Kuwabara; 保雄桑原; Takao Saeki; 佐伯　孝夫; Naofumi Fujie; 直文藤江
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 1989-02-15
Filing date: 1989-02-15
Publication date: 1990-08-27
Also published as: US4980599A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は振動体に発生する振動を駆動源とした超音波モ
ータに関するもので、特に振動体の改良に関するもので
ある。

（従来の技術）特開昭６２−２４７７７５号公報に開示された従来の超
音波モータの構造を第３図と第４図に示す。また、従来
の超音波モータに使用されていた振動体６の断面図を第
５図に示す。

円板状の振動体６には円環状の振動子７が貼り付けられ
ている。振動体６の接触部６ａには移動体２が当接して
いる。

振動体６は、その中心部がカバーｉｔに固定されている
。移動体２はスプリング３によってゴム状弾性体４を介
して振動体６に押し付けられている。移動体２の中心部
、には回転軸ｌが挿入されており、該回転軸ｌによって
移動体２が振動体６と同軸に保持されている。回転軸ｌ
は、カバー１１とケース１０にそれぞれ圧入された一対
のベアリング９ａ、９ｂによって回転自在に支承されて
いる。

振動子７に所定の交流信号が入力されると、振動体６が
接線方向θや法線方向Ｚ、および半径方向ｒに向かって
振動する。接線方向θや法線方向２の振動は、振動体６
の接触部６ａを周回する進行波を形成する。そして、振
動体６に押し付けられた移動体２が進行波の周回に従っ
て回転する。

従来の超音波モータでは、接触部６ａの径方向幅ａを振
動子７の径方向幅すに比べて小さく（即ち、ａ≦ｂ）設
定して、振動体６に発生する進行波のエネルギーを接触
部６ａに集中させて、モータの出力をできるだけ大きく
している。

（発明が解決しようとした課題）ところで、発明者らの実験によって、接触部ａの径方向
幅が振動子の径方向幅すに比べて大きくなり過ぎると、
振動体に発生するθ方向の振動振幅が小さくなり、移動
体の回転速度が低下することが判明した。また、接触部
ａの径方向幅が振動子の径方向幅すに比べて太き（なり
過ぎると、モータの出力が低下することが判明した。

逆に、接触部の径方向幅ａが振動子の径方向幅すに比べ
て小さ（なり過ぎても、接触部に発生するθ方向の振動
振幅が小さくなり、移動体の回転速度が低下することが
判明した。また、接触部ａの径方向幅が振動子の径方向
幅すに比べて小さ（なり過ぎても、やはりモータの出力
が低下することが判明した。

そこで本発明は、接触部の径方向幅ａと振動子の径方向
幅すとの最適な関係を提案し、接触部ａに発生するθ方
向の振動振幅を増大させることを第一の技術的課題とし
た。

また、本発明は、接触部の径方向幅ａと振動子の径方向
幅すとの最適な関係を提案し、モータの出力を高めるこ
とを第二の技術的課題とした。

〔発明の構成］（課題を解決するための手段）前述した第一の技術的課題を達成するために講じた技術
的手段は、接触部の径方向幅ａと振動子の径方向幅すの
比を、０．０９≦ａ　／　ｂ≦０．４５の範囲に設定し
たことである。

前述した第二の技術的課題を達成するために講じた技術
的手段は、接触部の径方向幅ａと振動子の径方向幅すの
比を、０．０９≦ａ　／　ｂ≦０．３６の範囲に設定し
たことである。

（作用）接触部の径方向幅ａと振動子の径方向幅すの比ａ　／　
ｂが０．４５を越えると、振動体の剛性が高くなり過ぎ
、振動体に発生するθ方向の振動振幅が小さくなる。

また、接触部の径方向幅ａと振動子の径方向幅すの比ａ
　／　ｂが０．０９未満になると、振動体の剛性が低く
なり過ぎ、振動体に不要な振動が発生して振動体に発生
するθ方向の振動振幅が小さくなる。

接触部の径方向幅ａと振動子の径方向幅すの比ａ　／　
ｂが０．０９≦ａ　／　ｂ≦０．４５の範囲に設定され
ると、振動体の剛性が適当な値になり、振動体に発生す
るθ方向の振動振幅が大きくなる。

さらに接触部の径方向幅ａ、、ｌ！：振動子の径方向幅
すの比ａ　／　ｂが０．３６を越えると、振動体の共振
周波数が低くなり過ぎ、モータの効率が悪化する。

また、接触部の径方向幅ａと振動子の径方向幅すの比ａ
　／　ｂが０．０９未満になると、振動体に発生するθ
方向の振動振幅が小さくなり過ぎ、モータの効率が悪化
する。

接触部の径方向幅ａと振動子の径方向幅すの比ａ　／　
ｂが０．０９≦ａ　／　ｂ≦０．３６の範囲に設定され
ると、共振周波数が高く、しかも振動体に発生するθ方
向の振動振幅が大きくなるので、モータの効率が高くな
る。

（実施例）以下、添付図面に基づいて、本発明の好ましい一実施例
を説明する。本実施例装置は、振動体１６以外の部分は
第３図、第４図に示す従来装置と同じ構成を有している
。そこで、振動体１６についてのみ詳細に説明し、他の
部分の説明は省略することにする。なお、本実施例の説
明の中で、従来装置と同一の番号符号は従来装置に相当
する部分を示すものとした。

第１図は本実施例装置に適用された振動体１６の断面図
である。振動体１６はりん青銅で作られている。振動体
１６は大径リング部１６ｂと小径リング部１６ｃの間が
薄肉ｍｔｓｄを介して連続となった形状を有している。

大径リング部１６ｂの一面には円環状の振動子１７が導
電接着されている。また、振動子１７の反対側には、多
数のくし歯１８が一定ピッチで形成されている。くし歯
１８の頂部は、移動体（図示せず）に当接する接触部１
６ａとなっている。

振動体１６は、小径リング部１６ｃに開けられた螺子孔
１９が螺子（図示せず）によって締め付けられることに
よりカバー１１に固定される。

振動子１７は、超音波モータの進行波発生用の素子であ
る。振動子１７は、例えば実開昭５９−６６３９２号公
報等に紹介されており、公知なので、詳細な説明は省略
する。振動子１７に適当な交流電力を印加することによ
り振動子１７が伸縮し、振動体１６上に進行波振動が生
起される。

前述したように、振動子１７が振動すると、振動体１６
上には接線方向θに向かう振動と、厚み方向２に向かう
振動と、半径方向ｒに向かう振動が発生する。この中で
、進行波の発生に関係する振動は接線方向θおよび厚み
方向２に向かう振動のみである。また、移動体の回転速
度に関係する振動は接線方向θに向かう振動のみである
。それゆえに、接線方向θに向かう振動の振幅が大きく
なるほど移動体が高速で回転し、移動体から取り出され
るエネルギーが増大する。

そこで接触部１６ａの径方向幅ａと振動子１７の径方向
幅すの比ａ　／　ｂを変化させ、振動体１６上に発生し
た接線方向θに向かう振動の振幅を接触部１６ａ上の一
点Ｐにおいて測定した。その結果を第１表および第２図
に示す。なお、点Ｐは接触部１６ａの中点である。

接触部１６ａの径方向幅ａと振動子の径方向幅すの比ａ
　／　ｂが０．４５を越えると、振動体１６の剛性が高
くなり過ぎ、振動体１６に発生するθ方向の振幅が８（
μｍ）未満になる。

また接触部１６ａの径方向幅ａと振動子１７の径方向幅
すの比ａ　／　ｂが０．０９未満になると、振動体１６
の剛性が低くなり過ぎ、主に振動体１６のｒ方向の振動
の振幅が大きくなる。従って、振動体１６に発生するθ
方向の振幅が小さくなり、８（μｍ）未満になる。

接触部の径方向幅ａと振動子の径方向幅すの比ａ　／　
ｂが０．０９≦ａ　／　ｂ≦０．４５の範囲に設定され
ると、振動体の剛性が適当な値になり、接触部に発生す
る進行波の振幅が８（μｍ）以上になる。

特に、ａ　／　ｂの値が０．３６付近に設定されると、
振動体１６に発生するθ方向の振幅が最大になり、最も
好ましい。

ところで、モータの出力Ｐは出力トルクＴと移動体の回
転速度Ｎの積に比例し、第（１）式のように定義される
。

Ｐ＝（トルクＴ）×（回転速度Ｎ）・・・（１）ここで
、超音波モータでは、トルクＴがスプリング３の押し付
は力によって決定されるので、トルクＴを定数と見なす
ことにする。すると、モータの出力Ｐは回転速度Ｎに比
例するものと考えることができる。即ち、Ｐｏｃ（回転速度Ｎ）・・・（２）さて、移動体の回転速度Ｒは、振動体１６に発生するθ
方向の振幅ｌ、振動体１６の共振周波数ｆ、振動体１６
の半径Ｒによって定まり、第（３）式のように定義され
る。

（共振周波数ｆ）×（振幅りＮ＝ｍ　・２π×（半径Ｒ）ただし、ｍは定数。

・・・（３）ここで、半径Ｒを定数と見なすと、回転速度は共振周波
数ｆと振幅ｌによって定まり、第（４）式のように定義
される。

Ｎ＝ｎ・　（共振周波数ｆ）ｘ（、振幅ｌ）・・・（４
）ただし、ｎは定数。

第（２）式と第（４）式から、出力Ｐは共振周波数「と
振幅２の積に比例することがわかる。即ち、ｐｏｃ（共
振周波数ｆ）×（振幅ｆｆｉ　）　・（５）そこで、共
振周波数ｆと振幅ｌの積を計算した。

その結果を第１表（次頁）および第２図に示す。

接触部１６ａの径方向幅ａと振動子の径方向幅すの比ａ
　／　ｂが０．３６を越えたり、または０．０９未満に
なると、共振周波数ｆと振幅での積が３３０（μｍ７秒
）未満になるので、超音波モータの出力低下により効率
が悪化し、振動子１７の発熱が大きくなる。

接触部の径方向幅ａと振動子の径方向幅すの比ａ　／　
ｂが０．０９≦ａ　／　ｂ≦０．３６の範囲に設定され
ると、共振周波数ｆと振幅ｌの積が３３０（μｍ７秒）
未満になるので、超音波モータの出力が上がる。この時
、超音波モータの効率が高くなり、振動子１７の発熱が
低減される。特に、ａ　／　ｂの値が０．１８≦ａ　／
　ｂ≦０．２７に設定されると、超音波モータの出力が
最大になり、極めて好ましい。

〔発明の効果〕

請求項第（１）項記載の発明によれば、接触部の径方向
幅ａと振動子の径方向幅すの比ａ　／　ｂが０．０９≦
ａ　／　ｂ≦０．４５の範囲に設定されている。従って
、振動体の剛性が適当な値になり、振動体に発生するθ
方向の振動振幅が大きくなる。

また、請求項第（２）項記載の発明によれば、接触部の
径方向幅ａと振動子の径方向幅すの比ａ　／　ｂが０．
０９≦ａ　／　ｂ≦０．３６の範囲に設定されている。

従って、振動体の共振周波数が高くなり、しかも振動体
に発生するθ方向の振動振幅が大きくなるので、モータ
の効率が高（なる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の好ましい一実施例装置に適用される振
動体を描いた断面図である。第２図は第１図に描かれた振動体の特性を測定した特性
図である。第３図は従来の超音波モータを描いた断面図である。第４図は従来の超音波モータを描いた斜視図である。第５図は従来の超音波モータに使用されていた振動体の
断面図である。ｌ・・・回転軸、２・・・移動体、３・・・スプリング
。４・・・ゴム状弾性体、６・・・振動体、７・・・振動
子９ａ、９ｂ・・・ヘアリング、１Ｇ・・・ケースｌｌ
・・・カバー、１６・・・振動体、１６ａ・・・接触部
１丁・・・振動子、１８・・・くし歯、１９・・・螺子
孔。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）　振動子に交流電力を供給することによって振動
体に進行波を発生させ、該進行波により前記振動体の接
触部に当接した移動体を摩擦駆動する超音波モータにお
いて、前記接触部の径方向幅ａと前記振動子の径方向幅ｂの比
が、０．０９≦ａ／ｂ≦０．４５である超音波モータ。
（２）　前記接触部の径方向幅ａと前記振動子の径方向
幅ｂの比が、０．０９≦ａ／ｂ≦０．３６である請求項
（１）記載の超音波モータ。
（３）　前記接触部がくし歯上に形成されていることを
特徴とした請求項（１）または（２）記載の超音波モー
タ。