JPH02285977A - 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、定在波の超音波振動を利用し、楕円運動によ
り回転力を得る超音波モータに係り、より詳細には、縦
振動を発生させる駆動源と、上記縦振動を伝幡される共
振器と、該共振器に接触することにより上記縦振動を伝
幡され、共振器と接触した面の反対側の面に楕円振動を
発生させる振動片と、上記振動片に圧接され、上記楕円
振動により回転駆動される回転子とを具備してなる超音
波モータに関する。

［従来の技術］ 超音波モータに関する従来技術としては、例えば特開昭
６１−５２１６３号公報に開示された技術がある。この
技術は、第６図にて示すごとく、圧電振動子１２片持梁
捻り超音波振動子２、及び回転子（ロータ）３等より構
成することにより、片持梁の長さに沿った軸を中心とし
梁の両側が逆位相で屈曲振動を行う屈曲モードと捻りモ
ードが結合した捻り、屈曲振動をする超音波振動子２の
端面に圧着されたロータ３を面内で回転させるとともに
、圧電振動子ｌに印加する高周波振動電圧の周波数を変
えることにより、ロータ３を可逆回転させるようにした
ものである。

［発明が解決しようとする課題］ 上記従来の超音波モータにおいては、超音波楕円振動子
の主共振又は副共振のいずれかの周波数の電圧を印加す
ることにより、ロータ３を時計回り、反時計回りのいず
れの方向にも可逆回転できるものである。

しかし、上記ロータ３の可逆回転手段の場合には、主共
振の周波数の電圧を印加した際にはロータ３が勢いよく
回転するが、副共振のときは逆回転してもトルクが極め
て小さく、回転数も低いものとなるという大きな欠点が
あった。

又、回転数を上げるためにはロータ３の圧着力を弱める
という手段があるが、トルクが得にくくなり、実用性に
欠けるという欠点がある。さらに、副共振点は主共振点
に比して反応が弱いため、副共振の周波数を見つけにく
いという問題点があった。

本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みなされたもので
あって、実用的、かつ可逆回転可能な超音波モータを提
供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 第１図（ａ）　、　（ｂ）　、　（ｃ）は、本発明に係
る超音波モータ１０の基本構成を示すものである９図に
示すように超音波モータ１０は、複数に分割され（図で
は４分割を例示）縦振動を発生させる駆動ｉｌ［（積層
圧電素子）１１と、軸対称に少なくとも４分割した共振
小片１２にて構成され上記縦振動を伝幡される共振器１
３と、該共振器１３に接触することにより上記縦振動を
伝幡され、共振器１３と接触した面の反対側の面に楕円
振動を発生させる振動片１４と、上記振動片１４に圧接
され、上記楕円振動により回転駆動される回転子１５と
より構成してあり、上記４分割された積層圧電素子１１
及び電８ｉｌ１６は極性が対面するように配置構成しで
ある。なお、１７で示すのは着脱可能な組付用板、１８
で示すのは締め付は用ボルト、１９で示すのは絶縁塗料
である。

［作用］ 上記構成においては、第１図（ｂ）の上部に示す図にお
けるＡに対応する圧電素子１１に電圧が印加されると、
振動片１４の基台円板部には斜線で示す部分にのみ縦振
動が伝達されてホーン形状の突起先端に楕円運動が生じ
、回転子１５が反時計回りに回転する。又、同様にＡに
対応する圧電素子に電圧が印加されると、回転子１５が
時計回りに回転する。

［実施例］ 以下、図面を用いて本発明の実施例について詳細に説明
する。なお、以下の説明において、第１図にて示した構
成部と同様の構成部には同一符号を付して説明するもの
とする。

（第１実施例） 第２図（ａ）　、　（ｂ）　、　（ｃ）は、本発明に係
る超音波モータ１０を示す斜視図及び平面図である。

図に示すように超音波モータｌＯは、４分割（４分割に
限定されない）され縦振動を発生させる積層圧電素子１
１と、軸対称に少なくとも４分割した共振小片１２にて
構成され上記縦振動を伝幡される共振器１３と、該共振
器１３に接触することにより上記縦振動を伝幡され、共
振器１３と接触した面の反対側の面に楕円振動を発生さ
せる振動片１４と、上記振動片１４に圧接され、上記楕
円振動により回転駆動される回転子１５とより構成して
あり、上記４分割された積層圧電素子１１及び電極１Ｇ
は、極性が対面するように配置構成しである。なお、第
２図（ｃ）は第１図（ａ）のＸ−Ｘ線方向矢視図である
。

振動片１４は、基台円板１４ａと、基台円板１４ａの軸
心に対して軸対称に形成されたホーン形状の突起１４ｂ
とより構成しである。基台円板１４ａには、突起１４ｂ
の長平方向に対して直交する方向位置に互に対向する切
欠き２１を２ケ所その外周部に設けである。４つに分割
された各積層圧電素子１１ブロツクのそれぞれには、シ
リコンワニスが塗布されており、隣接する積層圧電素子
１１ブロツクと絶縁されるようになっている。

積層圧電素子１１及び共振小片１３の各ブロックは、プ
レート１７を介して仕切られるとともに、振動片１４の
突起１４ｂに対して左右に線対称に配置された状態で締
付はボルト（図示せず）を介して締付は固定され、その
後、プレート１７を引き抜くことにより４分割に組立構
成されている。プレート１７は、積層圧電素子１１のブ
ロックと共振器１３を同位置に正確に配置するためのも
のである。

４分割された積層圧電素子１１と電極１６の各ブロック
は、第２図（ａ）にて示すように極性Ａ−Ａ、Ｂ−Ｂが
対面するように配置しである。

２３で示すのは、積層圧電素子１１を構成する圧電素子
である。

上記構成よりなる超音波モータ１０において、振動片１
４のホーン形状突起１４ｂに対して左右に線対称に配置
された４分割の圧電素子２３のうちＡで示す部分に電圧
を印加すると縦振動が発生し、この発生した縦振動は同
様に４分割された共振小片１７に伝達（伝＠）され、さ
らに振動片１４の基台円板１４ａの斜線（ハンチング）
で示すＣの部分に伝達される。この際、切欠き２１のた
めに撓み易くなった基台円板１４ａは、伝達される縦振
動により大きく撓み、これにより突起１４ｂの先端部に
大きな伝達力の楕円運動が発生する。従って、振動片１
４に圧接された回転子Ｉ５が高トルクにて回転される。

又、４分割された圧電素子２３のうちＢで示す部分に電
圧を印加すると、上記Ａで示す部分に電圧を印加した場
合と同様に基台円板１０ａのＤ−Ｄで示す部分に縦振動
が伝達され、振動片１４の突起１４ｂの先端には、Ａで
示す部分に電圧を印加した場合とは逆回転方向の大きな
伝達力の楕円運動が発生する。従って、この場合には回
転子１５が高トルクにて回転される。

以上のように本実施例によれば、電圧を印加する圧電素
子２３の位置（第２図（ａ）におけるＡ−Ａ、Ｂ−Ｂ）
を変えて操作することにより、振動片１４の突起１４ｂ
先端に右回り、左回りの楕円運動を発生させることがで
き、回転子１５を正逆回転させることができる。又、振
動片１４に設けた切欠き２１の作用により、突起１４ｂ
先端部に大きな伝達力の楕円運動が発生するので、回転
子１５を高トルクにて正逆回転させることができ、実用
的な超音波モータ１０を従供することができる。又、プ
レート１７を用いて組立性の向上が図れる。

なお、第１図にて示す構成も、本実施例の範晴に属する
ものである。

（第２実施例） 第３図（ａ）　、　（ｂ）に本発明の第２実施例を示す
。

本実施例は、振動片１４の基台円板１４ａを軸方向に一
体的に延設して共振部分１４ｃを構成し、又、共振部分
１４ｃの底面部に軸方向の溝２２を十文字形状に形成し
て構成しである。なお、第３図（ａ）　、　（ｂ）は、
それぞれ突起１４ｂのホーン形状の変形例を示すもので
ある。その他の構成部は、第１実施例と同様であるので
、図示及び説明を省略する。

本実施例の構成によれば、圧電素子２３からの縦振動は
振動片１４の共振部分１４ｃに伝達され、振動片１４の
基台円板１４ａに損失なしに直接伝達される。又、共振
部分１４は溝２２にて分割されているので、第１実施例
における共振小片１２と同様に作用する。従って、本実
施例によれば、振動片１４が第１図における共振器１３
とが一体構成となっているので、振動片１４と振動器１
３の接触面で生ずる縦振動の伝達ロスをなくすことがで
き、効率良く縦振動を振動片１４に伝達できるので、伝
達トルクを橿めて増大させることができる。又、部品点
数が減少するので、組立性が向上する。

（第３実施例） 第４図（ａ）　、　（ｂ）に本発明の第３実施例を示す
。

本実施例は、振動片１４の突起１４ｂを４個に設定して
構成するとともに、圧電素子２３及び電８ｉ１６を８個
のブロックに分割構成し、各ブロックの極性が対面する
ように配設して積層しである０分割された各圧電素子２
３は、振動片１４の４個の突起１４ｂに対して左右に線
対称に配置しである。又、積層圧電素子１１を軸方向に
挾むように配置された２個の共振器１３も同様に８分割
してあり、共振小片１２が形成されている。その他の構
成は第１実施例と同様であるので、同様の構成部には同
一符号を付してその説明を省略する。

本実施例においては、第４図（ｂ）においてＡ。

Ｃで示す部分に対応する位置の圧電素子２３に電圧を印
加すると縦振動が発生し、第１実施例と同様にして上下
２個の８分割された共振小片１２により励振され、振動
片１４先端に楕円運動を発生して回転子Ｉ５が時計回り
方向に回転される。

又、第４図（ｂ）においてＢ、Ｄで示す部分に対応する
位置の圧電素子２３に電圧を印加すると、第１実施例と
同様の作用により回転子１５が反時計回り方向に回転す
る。

以上のように本実施例によれば、第１実施例の作用、効
果に加えて、上Ｆ′２個の共振器Ｉ３を分割構成したの
で、縦振動はさらに強く励振される。又、突起１４ｂの
数を増加しであるので、回転子Ｉ５に回転力を伝達し易
くなり、回転子１５に対するスラスト方向からの力に対
しても強くなる利点がある。

（第４実施例） 第５図に本発明の第４図実施例を示す。本実施例は、圧
電素子２３は分割せずに配置し、電極１６及び共振器１
３を４個に分割構成して振動片１４の突起１４ｂに対し
て左右に線対称に配置して構成したものである。その他
の構成は第１実施例と同様であるので、同一構成部には
同一符号を付してその説明を省略する。

本実施例においては、電極１６に接している圧電素子２
３の部分だけから縦振動が発生するので、振動片１４は
第１実施例と同様に軸対称に相対向する基台円板１４ａ
のみ振動し、可逆の楕円振動を突起１４ｂ先端に発生さ
せることができる。

本実施例によれば、第１実施例の効果に加えて、圧電素
子２３を分割してないことから組付性の向上、部品点数
の低減化を図ることができる利点がある。

［発明の効果］ 以上のように本発明によれば、実用的であり、かつ可逆
回転可能な超音波モータを提供できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は、本発明に係る超音波モータの基本構成
を示す斜視図、第１図（ｂ）　、　（ｃ）は、第１図（
ａ）の要部の説明図。 第２図（ａ）は、本発明に係る超音波モータの第１実施
例を示す一部の部品を省略した斜視図、第２図（ｂ）　
、　（ｃ）は第２図（ａ）の要部の組付状態斜視図及び
平面図。 第３図（ａ）　、　（ｂ）は、本発明に係る超音波モー
タの第２実施例を示す一部省略図。 第４図（ａ）　、　（ｂ）は、本発明に係る超音波モー
タの第３実施例を示す斜視図及びその要部の平面図。 第５図は、本発明に係る超音波モータの第４実施例を示
す斜視図。 第６図は、従来技術の説明図である。 １１・・・駆動源 １２・・・共振小片 １３・・・共振器 １４・・・振動片 １５・・・回転子

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）縦振動を発生させる駆動源と、 上記縦振動を伝幡される共振器と、 該共振器に接触することにより上記縦振動を伝幡され、
   共振器と接触した面の反対側の面に楕円振動を発生させ
   る振動片と、 上記振動辺に圧接され、上記楕円振動により回転駆動さ
   れる回転子と、 を具備する超音波モータにおいて、 上記共振器を軸対称に少なくとも４分割した共振小片に
   て構成し、軸を挟んで対向する共振小片が同位相にて振
   動され、該同位相にて振動される共振小片に隣接する他
   の共振小片は静止状態となる様に上記駆動源を操作し、
   上記回転子を可逆回転可能にしたことを特徴とする超音
   波モータ。
2. （２）上記駆動源は、圧電素子と電極にて構成され、こ
   れらが上記共振小片に対応する位置に分割されて配置さ
   れたことを特徴とする請求項（１）に記載の超音波モー
   タ。
3. （３）上記駆動源は、圧電素子と電極にて構成され、該
   電極のみが上記共振小片に対応する位置に分割されて配
   置されたことを特徴とする請求項（１）に記載の超音波
   モータ。