JPH02250680A - 超音波モータ - Google Patents

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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は超音波モータ、特に進行波型の超音波モータに
関するものである。

［発明の概要］ 本発明は、移動子（ロータ）が表面に加圧接触されてい
る振動体くステータ）を圧電素子で加振して、前記振動
体の表面に進行波（弾性表面波）を発生させ、該進行波
で移動子を移動（回転）させるようにした進行波型の超
音波モータにおいて、前記振動体の表面に発生する進行
波の負側の半周期部分に、移動子を接触させる構成とす
ることにより、 移動子の振動体への加圧力を高めて、発生トルク特性を
向上させることができるようにすると共に、進行波の進
行方向と同じ方向へ移動子を移動（回転）できるように
したものである。

［従来の技術］ 進行波型の超音波モータは一般に第９図に示したように
、移動子１０１と、該移動子１０１が表面に加圧接触さ
れる振動体１０２と、該振動体１０２を加振し、その表
面に進行波を発生させる圧電素子１０３とを備えていて
、該圧電素子１０３で振動体１０２で加振することによ
り振動体１０２の表面に発生する進行波で移動子１０！
を動かして回転力を得るようにな９ている。１０４は摩
凍材である。

その原理は振動体１０２の表面に沿って一方向に進行す
る波があると、その表面の各点は楕円軌道を描くことを
利用するものである・ ［発明が解決しようとする課題］ ところで、上記従来の進行波型超音波モータにおいては
、第１０図に示したように振動体１０２の表面に発生す
る進行波１０５の正側の半周期部分の頂部（波の頂部）
１０５ａに移動子１０１を接触させていたために次に述
べるような問題点があった。

（１）進行波型超音波モータの一般的な特徴として回転
数（ｒｐｍ）が速いことが挙げられる。

その理由は、進行波の各点における楕円運動の回転周期
が概して速く、またほぼ固定されているためであり、小
型化していくと回転数は益々速くなり、メカニカル・ア
クチエエータ用としては設計上、取扱いが不便である。

そして、従来の超音波モータにあっては、楕円運動のう
ちでも最も速度の速い進行波の正側の半周期部分の頂部
（波の頂部）に移動子１０１を接触させていたために、
この傾向が強かった。

（２）進行波の波の頂部に移動子１０１を接触させるた
めに、移動子１０１に余り大きな加圧力を掛けることが
できず、発生トルクが少なかった。

また進行波の波の頂部に移動子ｌＯ！を接触させるため
は移動子１０１がたわまないように移動子１０１の剛性
を大きくしなければならず、移動子１０１の共振点が高
くなるので振動体１０２からの振動が吸収されにくい。

（３）振動体１０２と移動子１０１の接触が進行波の正
側の半周期部分の頂部に限られ、殆んど点接触の状態に
なるので、振動体１０２や移動子１０１の接触面の面精
度が要求され、面精度が悪いと、所謂片当り状態になり
やすく、片当り状態になると移動子１０１に不要の振動
が生じ、これが所謂可聴ノイズ等の原因になっていた。

また低速度回転時に回転ムラが発生しやすく、性能が不
安定であり、また第１１図に示すように静特性上、負荷
トルクが大きくなると急停止してしまうことがある。

本発明は上記従来の欠点を解消した進行波型超音波モー
タを提供することを課題として為されたものである。

［課題を解決するための手段］ 移動子を振動体の表面に接触させ、該振動体を圧電素子
で加振することにより、振動体の表面に発生する進行波
で前記移動子を移動させて、回転力を得るようにした進
行波型超音波モータにおいて、 前記移動子を、弾性体の表面に生じる進行波の負側の半
周期部分（波の底部）に接触させる構成とした。

［作用］ 移動子を振動体の表面に生じる進行波°の負側の半周期
部分に接触させるので、進行波の進行方向と同じ方向に
移動子を移動させることができる。

また移動子を撓ませて進行波の負側の半周期部分に接触
させるので、移動子の剛性を弱める一方、これに対する
加圧力を高めることにより、移動子と振動体との接触面
積を増大させて、トルク特性を向上させると共に、移動
子の剛性を弱めることで移動子の共振点を低くして不要
の振動を吸収させることができる。

［実施例］ 次に本発明の超音波モータを第１〜８図を参照して説明
する。

第１〜２図において、１は進行波型の超音波モータであ
り、該超音波モータｌは、モータハウジングのベース板
２に軸受３で回転可能に支持されている回転軸４に、移
動子としてのロータ５を最上部にし、振動子としてのス
テータ６を中間にし、加振部材としての圧電素子７を最
下部にした状態で取付けると共に、前記軸受３の外周に
取付けたブラケット８で前記圧電素子７とステータ６を
ベース板２上に固定的に取付ける一方、前記ロータ５を
リング状の皿ばね９、皿ばね沖え１０．ＥＪ。

ング−１１とからなるロータ加圧機構１２により所定の
圧カスチータロに押付けるようになっている。

そして、前記圧電素子７でステータ６を加振すると、該
ステータ６の表面には進行波が発生し、該進行波と同方
向にロータ５が回転するようになっている。

前記ロータ５は金属製のロータ基板１３の下面（ステー
タ６との接触面）に摩擦材１４を取付けることにより形
成されていて、所謂ばねつけはあるが剛性は比較的弱く
、断面形状は均一になるように形成されている。

そして前記ロータ５の摩擦材１４は圧縮歪δ。

がたわみδ８よりも小さい素材で形成されていて、ロー
タ５をａ−夕加圧機Ｎｌ１１２により所定の加圧力Ｐで
加圧したときに、第３図に示したようにロータ５はステ
ータ６に表面に発生する進行波の負側の半３周期部分に
接触するようになっている。

前記ステータ６は弾性材によって円板状に作られている
と共に、その表面（ロータ５との接触面側）には、軸受
孔１５を中心にして同心円上に円形状の突起１６が設け
られていて、該突起１６の上面にロータ５が加圧接触さ
れるようになっている。そして、ステータ６を圧電素子
７で加振するとステータ６の表面は、進行波が生じるよ
うになっている。

前記円形状の突起１６には所定間隔ごとに多数のスリッ
ト１６ａ・・・１６ａが形成されていて、これによりス
テータ６の曲げの中性軸を圧電素子７側に移動させロー
タ５とステータ６の接触面の変位を拡大させる増幅器と
しての機能を果している。

また圧電素子７はステータ６に進行波を発生させるため
のものであり、第１．第２の２枚の円形の圧電セラミッ
ク１７．１８の上、下面を、これと略同形の共通電極１
９（該共通電極１９は第１の圧電セラミック１７の下面
に印刷されている）を介して重ね合わせて接合すると共
に、前記第２の圧電セラミック１８の下面には第２の圧
電セラミック専用の電極２０が設けられている。そして
、前記第１の圧電セラミック１７の上面をステータ６の
下面に貼付けることにより、圧電素子７はステータ６に
取付けられている。

前記第１．第２の２枚の圧電セラミック１７゜１８は周
方向に８分割（分極）され、交互に（一つおきに）伸び
領域（電圧を加えると伸びる十領域）と縮み領域（電圧
を加えると縮む一領域）になっていて、これら２枚の圧
電セラミック１７゜１８は１／４λ（λは共振波長）だ
け位相をずらした状態で前記共通電極Ｉ９を介して接合
されている。そして、前記第１の電圧セラミック１７に
は共通電極１９に接続したハーネス２１及びステータ６
（該ステータ６は導電体で作られていて、第１の圧電セ
ラミック１７に電気的に接続されている）に接続したハ
ーネス２２を介して所定の電圧が印加され、また第２の
圧電セラミック１８には前記共通電極１９に接続したハ
ーネス２１及び第２の圧電セラミック専用の電極２０に
接続されたハーネス２３を介して所定の電圧が印加され
るようになっている。

２４は振動変位等を検出するためのセンサ電極であり、
該センサ電極２４は前記第２の圧電セラミック専用の電
極２０の外周部の一部を分極することにより形成されて
いる。また２５は第１．第２の圧電セラミック１７．１
８に挟着されている共通電極１９にハーネス２１を接続
するためのハーネス接続用の切欠部であり、該切欠部２
５は前記センサ電極２４と回転軸を中心として、対称位
置に形成されていて、センサ電極２４を設けることによ
る振動の歪を補償するようになっている。

実施例の超音波モータは上記のような構成であって、前
記第１．第２の圧電セラミックＩ７．！８に、それぞれ
位相を９０°ずらした電圧を印加すれば位置と位相のず
れた二つの定在波が発生し、これら二つの定在波によっ
て進行波が合成されることになる。そして、前記したよ
うにロータ５は進行波の負側の半周部分に接触されてい
るので、ロータ５は進行波の進行方向に回転振動される
ことになるのである。

なお第４〜７図は摩擦材１４の圧縮歪とたわみを測定し
たグラフであり、圧縮歪よりもたわみが大きいことが明
らかになっている。

そして、このことは第８図Ａ−Ｃに示したように、４行
波の波頂部におけるロータ５のたわみ変形の曲率が進行
波より大きくなると、たわみの支点が次第に波斜面へ移
動し、ロータ５の波頂部への接触が弱くなり、ステータ
６の反力が減少し始める一方、波底部については逆に反
力が増加して摩擦材Ｉ４が圧縮され、その結果、ロータ
５は進行波の波頂部乃至正側の半周期部分への接触が弱
まり、波底部乃至負側の半周期部分への接触が強くなる
ためであると考えられる。

［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あっては移
動子（ロータ）を、振動子（ステータ）の表面に生じる
進行波の負側の半周期部分に接触させる構成としたので
次に述べるような効果がある。

（り進行波の進行方向と同方向に移動子を移動させるこ
とができる。

（２）移動子を加圧力によりたわませて進行波の負側の
半周期部分に接触させるので加圧力を上げることができ
、加圧力を上げることにより摩擦力を増やして、発生ト
ルクを上げることができる（Ｆ＝μＮ）。

（３）たわみやすくするために移動子の剛性を弱くする
ことができ、移動子の剛性を弱くするとその共振点が低
くなるので振動体からの不要な振動を吸収し、所謂鳴き
（ノイズ）の発生を防止する。

（４）移動子の剛性を弱めるため、移動子の肉厚を薄く
することができ、そのぶん超音波モータ全体をコンパク
ト化（薄肉化）することができる。

（５）移動子がたわんで振動体の表面になじむかたちに
なるので振動体の面積度が多少悪くても、片当りになる
ことはない。

また移動子がたわんで進行波の負側の半周期部分に広範
囲に接触するので、従来の進行波の正側の半周期部分の
頂部に移動子を接触させる（ノーマルタイプ）ものに較
べて第１１図の特性図に示すように低速回転が得やすく
なり、メカニカル・アクチュエータ用として取り扱いの
便利なものになる。また負荷トルクが増加しても、従来
のノーマルタイプのように急停止してしまうことはない
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の超音波モータの分解斜視図、第２図は
断面図、第３図は原理説明図、第４図〜７図は摩擦材の
圧縮歪とたわみの特性図、第８図Ａ−Ｃはロータが進行
波の正側の半周期部分の頂部から負側の半周期部分の底
部へ接触していく過程を示す説明図、第９図は従来例の
分解斜視図、第１０図は超音波モータの原理説明図、第
１１図は超音波モータのトルク特性図である。 ｌ・・・超音波モータ、５・・・ロータ、６・・・ステ
ータ、７・・・圧電素子。 外ｉ名 （ｍｍ） 第７図 明細書 １．事件の表示 平成１年特許願第６９８８８号 ２、発明の名称 超音波モータ ３、補正をする者 事件との関係　　出願人 （２１８）　　ソニー株式会社 ４、代理人〒１０４

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　移動子と、該移動子がその表面に加圧接触され
   ている振動体と、該振動体を加振し、その表面に進行波
   を発生させる圧電素子とを備えていて、前記移動子を、
   振動体の表面に生じる進行波の負側の半周期部分に接触
   させたことを特徴とする超音波モータ。