JPH02303375A - 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、固定子に加圧された可動子を弾性進行波で駆
動するように構成した超音波モータにかかり、詳しくは
、前記弾性進行波を°発生する固定子の駆動部の構造に
関するものである。

［従来の技術］ 従来のこの種の超音波モータとして、特開昭６３−７３
８８７号公報に掲載された技術が知られている。

第３図は従来の超音波モータを示す縦断面図、第４図（
ａ）は第３図の超音波モータの駆動時における固定子の
くし歯の周方向及び半径方向の動きを示す平面図、第４
図（ｂ）は同じく＜シ歯の法線方向の動きを示す断面図
である。

第３図において、４１は超音波モータの外殻を形成する
ケース、４２はケース４１の開口部のカバー、４３は固
定子である。前記固定子４３の外周部には肉厚の駆動部
５１が形成され、その駆動部５１の上面には多数の＜Ｉ
、ｍ４９が突設されるとともに、駆動部５１の下面には
圧電体４４が固着されている。４５はライナー４６を介
して前記固定子４３の前記くし歯４９に加圧された可動
ミ４７は前記可動子４５と一体に回転する回転軸１ある
。前記回転軸４７の大径鍔部４８の下側にＣ４可動子４
５を固定子４３に向けて加圧する皿ば才５０が配設され
ている。

上記のように構成された従来の超音波モータ１−おいて
、圧電体４４に高周波電力が印加される２前記圧電体４
４の変形に伴って固定子４３の駆王部５１に弾性進行波
が発生する。この弾性進行迦により駆動部５１のくし歯
４９は、第４図（ａ）に示すように、周方向Ａ及び半径
方向Ｂに変位きれるとともに、第４図（ｂ）に示すよう
に法線フ向Ｃにも変位される。なお、第４図（ａ）の鎖
側は停止時におけるくし歯４９の原位置を示す。イして
、くし歯４９の各方向の変位が合成されることにより、
くし歯４９の表面上の質点に楕円運動が生起し、その楕
円運動に伴い固定子４３と可批子４５との接触面に摩擦
力が発生する。したが１で、前記摩擦力で可動子４５に
回転モーメント力作用し、可動子４５と一体に回転軸４
７が回転さ−、　　れる。

１　　　［発明が解決しようとする課題］１　　　とこ
ろで、この種の超音波モータにおいて、可動子４５に作
用する回転モーメントの大きさは、：　　一般に、くし
歯４９の周方向Ａの変位量に依存す２、　　る。即ち、
圧電体４４が発生した振動エネルギー５　　をくし歯４
９の周方向Ａの動きに変換する効率が５　　よい程、モ
ータの効率が向上することになる。

しかしながら、従来の超音波モータにおいては、第３図
に示すように、可動子４５を加圧する部分「　　におけ
るくし歯４９の肉厚が一定となっているの１　　で、第
４図（ｂ）に示すように、モータ回動時にくし歯４９が
その慣性で法線方向Ｃに大きな変位量で首振り運動を行
う。したがって、圧電体４４］　　が発生した振動エネ
ルギーのうち駆動部５１の首ｊ　゛　振り運動に消費さ
れる比率が高くなり、その分、くし歯４９を周方向Ａに
変位させるエネルギーが：　　減少する。また、＜Ｉ、
、ｍ４９の首振り運動量が増大すると、それに伴い、前
記くし歯４９の半径方向Ｂにおける変位量も増加するた
め、固定子４３のくし歯４９に対し可動子３５が半径方
向Ｂに摺接して、そこに摩擦熱及びこじれが発生する。

その結果、従来は、圧電体４４の振動エネルギーが首振
り、摩擦熱及びこじれとして無駄に消費され、可動子４
５に作用する回転モーメントが減少して、モータの効率
が低下する要因を有していた。

そこで、本発明の課題は、振動エネルギーを駆動部の周
方向の変位に効率よく変換して、モータの効率を向上で
きる超音波モータを提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記課題を解決するために、本発明の超音波モータは、
固定子の外周部に圧電体の変形に伴い弾性進行波を発生
する駆動部を設け、その駆動部には弾性進行波により駆
動される可動子を加圧するとともに、駆動部にはその肉
厚が外周側ほど薄くなるように傾斜面を形成したもので
ある。

［作用］ 本発明の超音波モータにおいては、駆動部にその肉厚が
外周側ほど薄くなるように傾斜面が形成されているので
、駆動部の外周側の質量が減少する。このため、モータ
起動時の慣性による駆動部の法線方向における首振り運
動が抑制されるとともに、それに応じ、駆動部の半径方
向における変位量も減少する。したがって、圧電体の振
動エネルギーが駆動部を周方向に変位させるエネルギー
として効率よく使用される。その結果、可動子に作用す
る駆動モーメントを増大させて、モータ効率を向上する
ことができる。

［実施例］ 以下、本発明を具体化した実施例を図面に基づいて説明
する。

第１図は本発明の一実施例による超音波モータを示す縦
断面図、第２図（ａ）は第１図の超音波モータの停止時
における固定子及び可動子の加圧部分を拡大して示す部
分断面図、第２図（ｂ）は同じく起動時の状態を示す部
分断面図である。

第１図に示すように、この実施例の超音波モータのハウ
ジング１はベース２と、前記ベース２の上方を覆うカバ
ー３とから構成されている。ベース２の中央部にはベア
リング１７が圧入され、その内輪１７ａには回転軸２０
が挿入固定されている。前記回転軸２０には、ハウジン
グ１の下方へ突出する出力部２１と、ベアリング１７の
下面に当接する鍔部２２と、上端の連結部２３とが一体
的に形成されている。

前記回転軸２０の連結部２３には、ホルダ１８が面接合
またはスプライン結合等の回り止め手段を介して相対回
動不能に挿入されている。前記ホルダ１８とベアリング
１７との間にはシム３４が介装されている。そして、ホ
ルダ１８を回転軸２０の上端に座金１５を介して螺子１
９によって締付けることにより、回転軸２ｏ、ベアリン
グ１７の内輪１７ａ、ホルダ１８及びシム３４がそれぞ
れ一体して回転可能に連結されている。

ベース２の中央部上面に突設された支持環部４には、固
定子６がその内孔７に挿着されている。

前記固定子６はりん青銅等の金属弾性材料で形成されて
いて、内周側に位置する肉厚の保持部８と、外周側に位
置する肉厚の駆動部９と、前記駆動部９及び保持部８を
連結する薄肉の連結部１０とを一体的に備えている。前
記保持部８はベース２の支持面１１に接合した状態で螺
子１２によって固定される。前記駆動部９の上面には全
周にわたって多数のくし歯１３が一定ピッチで突設され
ている。換言すれば、前記駆動部９の上面には全周にわ
たって、中心を通る多数の溝が一定ピッチで刻設されて
いる。そして、前記＜［１３の上面には、駆動部９の肉
厚が外周側ほど薄くなるように傾斜面１６が形成されて
いる。

また、前記駆動部９の下面には、セラミックス材料等で
リング状に成形された圧電体１４が図示しない導電性の
接着材を介して固着されている。

前記圧電体１４はフレキシブルプリント基板３１及びそ
の端部の通常のプリント基板３２を介してコネクタ３３
に接続されている。そして、圧電体１４に高周波電圧が
印加されると、圧電体１４の伸縮変形に伴い駆動部９に
超音波振動、即ち、弾性進行波が発生する。

前記固定子６に対し上方から加圧するように、ホルダ１
８には可動子２４が、面接合またはスプライン結合等の
回り止め手段を介して相対回動不能に挿着されている。

前記可動子２４はアルミニウム等の金属材料で円板状に
構成されていて、その上面には環状突起２５が突設され
るとともに、外周には厚肉部２６がリング状に形成され
ている。

そして、前記厚肉部２６の下面は柔軟性を有するライナ
ー２８を介して固定子６の前記傾斜面１６に対接してい
る。

前記可動子２４の環状突起２５とホルダ１８との間には
、可動子２４を固定子６に向けて加圧する皿ばね３０が
挟着されている。前記皿ばね３０と環状突起２５との間
には、可動子２４の振動伝播を規制するゴムリング２７
が介装されている。

なお、皿ばね３０の加圧力は前記シム３４の厚みを変更
することによって適宜に調整できる。

次に、上記のように構成された本実施例の超音波モータ
の動作を説明する。

超音波モータの停止時には第２図（ａ）に示すように、
皿ばね３０の加圧力で可動子２４の肉厚部２６がライナ
２８を介してくし歯１３の傾斜面１６に加圧されている
。この状態で、圧電体１４に高周波電力が印加されると
、その圧電体１４の伸縮変形に伴い、固定子６の駆動部
９に弾性進行波が発生する。そして、この弾性進行波は
駆動部９に沿って周回し、その過程で、弾性進行波の振
幅かくし歯１３によって拡大される。これにより、第２
図（ｂ）に示すように、駆動部９が上方に変位されて、
くし歯１３の傾斜面１６がライナ２８を介して可動子２
４の厚肉部２６に圧接される。

ところで、駆動部９に弾性進行波が発生すると、くし歯
１３は周方向Ａ、半径方向Ｂ及び法線方向Ｃ（第４図参
照）にそれぞれ変位される。ところが、本実施例の超音
波モータによれば、くし歯１３の上面に駆動部９の肉厚
が外周側ほど薄くなるように傾斜面１６が形成されてい
るので、駆動部９の外周側の質量が減少している。この
ため、モータ起動時における駆動部９の慣性による法線
方向Ｃの運動、つまり、首振り運動が抑制されるととも
に、それに応じ、駆動部９の半径方向Ｂにおける変位量
も減少する。したがって、圧電体１４の振動エネルギー
が、従来のように首振り、摩擦熱及びこじれとして無駄
に消費されることなく、くし歯１３を周方向Ａに変位さ
せるエネルギーとして効率よく使用される。

その結果、くし歯１３の表面上の質点に周方向に大きく
変位する楕円運動が生起し、その際の摩、振部動力で可
動子２４に大きな回転モーメントが作用する。それ故、
可動子２４、ホルダ１８及び回転軸２０を効率よく回転
させることができる。

なお、くし歯１３に傾斜面１６が形成されていても、超
音波モータの回転時には、第２図（ｂ）に示すように、
その傾斜面１６がライナ２８の柔軟作用によって厚肉部
２６に密接されるので、可動子２４が固定子６に対し片
当りの状態で接触丈るおそれはない。この結果、可動子
２４とくし歯１３との接触面積が拡大し、超音波モータ
の効率が向上する。

ところで、」上記実施例では、駆動部９が多数のくし歯
１３を備え、そのくし歯１３の上面に傾斜面１６が形成
されているが、本発明はこれに限定されるものではなく
、くし歯を備えない駆動部の上面に傾斜面を形成して実
施してもよい。しかしながら、上記実施例のように、く
し歯１３を備えた駆動部９に傾斜面１６を形成して実施
した場合には、駆動部９に生じた弾性進行波かくし爾１
３により拡大されるため、それに伴ない、くし歯１３の
周方向における変位量を効率よく増大できるという特有
の効果が得られる。

また、上記実施例の超音波モータは可動子２４が回転運
動を行なうように構成されているが、可動子が直線運動
するように構成したリニア型の超音波モータに本発明を
応用して具体化することも可能である。

［発明の効果］ 以上に詳述したように、本発明の超音波モータは、固定
子の一方の面に貼着した圧電体の変形に伴って弾性進行
波を発生する駆動部を設け、その駆動部の他の面に弾性
進行波により駆動される可動子を加圧するとともに、駆
動部にはその肉厚が外周側ほど薄くなるように傾斜面を
形成したものであるから、モータ起動時の慣性による駆
動部の法線方向における首振り運動が抑制され、それに
よって、駆動部の半径方向における変位量も減少し、振
動エネルギーを駆動部の周方向の変位に効率よく変換し
て、モータの効率を向上できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による超音波モータを示す縦
断面図、第２図は第１図の超音波モータにおいて固定子
及び可動子の加圧部分を拡大して示す部分断面図、第３
図は従来の超音波モータを示す縦断面図、第４図は第３
図の超音波モータにおいて駆動部の動きを示す説明図で
ある。 図において、 ６：固定子、　　　　　９：駆動部、 １３：＜Ｌ歯、　　　　１４：圧電体、１６：傾斜面、
　　　　２４：可動子 である。 なお、図中、同−符号及び同一記号は同一または相当部
分を示すものである。 特許出願人　アイシン精機株式会社 外１名

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　一方の面に貼着した圧電体と、その圧電体の変
   形に伴って他方の面に弾性進行波を発生する駆動部とを
   有する固定子と、前記固定子の駆動部に加圧され、その
   駆動部に発生した弾性進行波により駆動される可動子と
   を具備し、 前記固定子の駆動部には、その肉厚が外周側ほど薄くな
   るように傾斜面を形成したことを特徴とする超音波モー
   タ。
2. （２）　前記固定子の駆動部は、可動子を加圧する多数
   のくし歯を備えていることを特徴とする請求項１に記載
   の超音波モータ。