JPH03139177A - 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 本発明は圧電体の弾性振動を用いて駆動力を発生する超
音波モータに関するものであａ従来の技術 近低　圧電セラミック等の圧電体を用いた振動体に弾性
振動を励振し　これを駆動力とした超音波モータが注目
されていも 以下、図面を参照しながら超音波モータの従来技術につ
いて詳細に説明すも 第８図は径方向１次、周方向３次以上の振動モードで励
振される円環形超音波モータの切り欠き斜視図であり、
円環形の弾性体１に円環形圧電体２を貼り合せて振動体
３を構成していも　円環状の弾性体ｌ上には円周方向に
沿って等間隔に突起体４が設けられていも　５は弾性体
　６は耐摩耗性の摩擦材であり、互いに貼り合せられて
移動体７を構成していも　移動体７は摩擦材６を介して
振動体３と加圧接触していも　圧電体２に電界を印加す
ると振動体３の周方向に曲げ振動の進行波が励起され　
移動体７を図中の矢印方向に駆動すム 第９図は第８図の超音波モータに使用した圧電体２の下
面に形成された電極構造の一例を示すものであも　同図
では円周方向に９波の弾性波が励振されるようにしてあ
７）。ＡおよびＢはそれぞれ２分の１波長相当の小領域
から成る電極群で、Ｃは４分の３波長相ＫＤは４分の１
波長相当の電極であ４　電極ＣおよびＤは電極群ＡとＢ
に位置的に４分の１波長（＝９０度）の位相差を作るた
めに設けていも　電極ＡとＢ内の隣り合う小電極部は互
いに反対の極性に厚み方向に分極されていも　圧電体２
の弾性体１との接着面（よ　第９図に示された面と反対
の面であり、電極はベタ電極であム　駆動時には　電極
群ＡおよびＢは同図に斜線で示したよう４ミ　それぞれ
短絡して用いられも以上のように構成された超音波モー
タの圧電体２の電極ＡおよびＢに Ｖ＋　−Ｖｓ　ｘ　５ｉｎ（（１）　ｔ）　　　　　　
　　−−−（１）Ｖ２＝ＶＩ　ｘ　ｃｏｓ（ｗ　ｔ）　
　　　　　　　−−−（２）ただＬＶ・：電圧の瞬時値 ω：角周波数 ｔ：時間 で表される電圧■１およびｖ２をそれぞれ印加すれは振
動体３には ξ−ξｅ　ｘ　（ｃｏｓ（ωｔ）ｘ　ｃｏｓ（ｋｘ）＋
５ｉｎ（（Ｌ）ｔ）ｘ　５ｉｎ（ｋｘ））＝ξ―ｘ　ｃ
ｏｓ（ωｔ−ｋｘ）　　　　　　−−−（３）ただし　
　ξ：　曲げ振動の振幅値 ξ・：曲げ振動の瞬時値 に：波数（２π／λ） λ：　波長 Ｘ：位置 で表せ黴　円周方向に進行する曲げ振動の進行波が励振
される。

第１０図は振動体３の表面のＡ点が進行波の励起によっ
て、長軸２Ｗ、短軸２ｕの楕円運動をし振動体３上に加
圧して設置された移動体７カ交　楕円の頂点近傍で接触
することにより、摩擦力により波の進行方向とは逆方向
にＶ−ω×ｕの速度で運動する様子を示している。　（
突起間の間隙部は図示せず省略していも　） 発明が解決しようとする課題 このような円形形の振動体を用いた　従来の構成の超音
波モータは回転運動を得るものであり、例えば直線運詠
　揺動運動等を直接に得るものは実現されていなかっ九 更く　従来の超音波モータで（友　回転数あるいはトル
クを変換するに（友　ギヤ変速装置等に連結する必要が
あっ九 また　等間隔で突起体４を円周方向の全周に設けること
ζよ　加工精度や製造コストあるいは信頼性（可聴音の
発生等）等の点で問題があった本発明はこの様な課題を
解決し得る超音波モータを提供するものであａ 課題を解決するための手段 前記課題を解決するための技術的手段１友　円環状の振
動体く　円周方向の範囲の一部に突起体を設Ｃす、前記
突起体上に移動体を加圧接触させることであ翫 作用 前記手段の作用は次の様になａ　節板　振動体に突起体
を一部に設けることにより、突起体が移動体に及ぼす力
（友　全体として直線状になす事が可能となり、移動体
と突起体との接触部において、移動体を直接に直線方向
に駆動できも　その結果前記突起に加圧接触する移動体
（ｉ、直線運詠　揺動運動等が可能となる。

また　高精度加工を必要とする突起体（主　円周方向の
範囲の一部にのみ限定されるので、振動体の加工が容易
となり、製造コストも低減される。

また信頼性も向上する。

実施例 実施例１ 以下、図面に従って本発明の第１の実施例について詳細
な説明を行う。

第１図（ａ）は本発明の直線運動型超音波モータの振動
体の断面１ｆｉ、（ｂ）、　（Ｃ）はそれぞれ２次及び
１次の振動モードの場合に対応した平面図であム　同図
（ａ）において、弾性体ｌは圧電体２と共に振動体３を
構成し　振動体３上に（よ１つ以上の突起体８力丈　円
周方向の範囲の一部に部分的に設けられている。さらに
図示してはいない力（移動体９へ　突起体８との加圧接
触面には耐摩擦材が設けられている。同図（ｂ）、　（
ｃ）（よ　それぞれ　径方向の中間に最大振幅を持つ２
次の振動モードおよび１次の振動モードに対応した突起
体８と棒状の移動体９の構成を示している。

また　第２図（ａ）！友　　本実施例の直線運動型超音
波モータにおける圧電体２の電極構造の一例を示すもの
であり、同図（ｂ）は突起体８と電極配置との位置関係
を示す図である。図に示したようニ＋十−一で示す分極
方向に分極された圧電体２上の電極１０を同図（ｂ）の
ように交互に配線することによって、従来例の（１）、
　（２）式の各定在波の合成で弾性進行波（３）式を励
振する。この場合、部分的に設ける突起体８の配置場所
によって、各定在波間への影響が異なるので、各定在波
を発生させるに際し突起体８は等しい負荷（質量、剛性
等）となるように配置することが好ましい力交　この点
（よ　必ずしも必須条件ではない。

そして第１図のようへ　直線状の移動体９の上面（突起
体８との接触面とは反対の面）をリニア・ガイド等を介
して加圧することて　移動体９を突起体８に加圧接触さ
せ、移動体９を直線運動させることができる。この時、
必要に応じて移動体９の側面！ζ　移動方向を規制する
案内ガイドを設けてもよい。

上述のような簡単な構成により、移動体９に直線往復運
動をさせることができるととも艮　形状精度や寸法精度
を必要とする突起体８を、従来の様に円周方向の全範囲
にわたって設ける必要がないので、振動体の加工が簡単
になると共に振動体の製造上の歩留まりが向上する。

上記第１の実施例では弾性進行波を励振する交互に電極
を配置した電極構造を例示した力（第３図（ａ）、　（
ｂ）のような従来例のような電極構造でもよ（−図（ａ
）Ｉｔ、　　圧電素子と弾性体との接着面側の電極構成
であり、図（ｂ）は下面側の電極構成である。この場合
でＬ　突起体８との関係＜ｉ　　Ａ、　　Ｂで駆動され
る各弾性波に対して均等負荷となるようにＣまたはＤ位
置で均等に設けるほうが好ましい。まｔへ　　第４図の
ように　突起体８による負荷が各弾性波に対して均等に
なるように　左右にｓｉｎ波またはＣＯＳ波のいずれか
を位置的に４分の１波長く９０度）ずらせて弾性定在波
を励振する電極構造としてもより〜　−例として第５図
にＧ、　　Ｈで４分の１波長ずらせた電極構造を示九　
図（ａ）は弾性体との接着面側に形成された電極構成を
示し　図（ｂ）は下面側に形成された電極構成を示すも
のであム　この啄　突起体８ζ上　０−１／４か１／２
〜３／４あるい（友１／４〜１／２か３／４〜１波長間
に設ければよい。この場合、弾性進行波のように位相の
変換によって移動体９の進行方向を変えずく　いずれか
の定在波で、たとえ（ｉ　　Ｅの電極にｓｉｎ波または
ＣＯ３波で励振することによって、突起体８（友楕円運
動でなく半円状に一方向に振動するために最大振幅点で
しか接触しない移動体９の移動方向を決定できる。逆凶
　Ｆの電極に位置的に４分の１１長ずれたｃｏｓ波また
はｓｉｎ波を励振することによって逆方向に移動体９を
運動させることができも　この配置（よ　どちらか一方
の弾性波のみを用いて駆動するたべ　弾性進行波のよう
に各定在波間の振幅値や共振特性などのバランスを考慮
する必要がなく、回路構成も単純化できる。

実施例２ 以下、第６図に基づき本発明の第２の実施例について詳
細な説明を行う。

第６図（ａ）、　（ｂ）ｉ友　　第２の実施例の超音波
モータの断面図と下面図であム　同図において、従来の
実施例と異なる点（上　移動体１１の回転中心１３が振
動体３の中心軸１２上にないことである。この構成によ
り、回転数やトルクを両者の半径比に応じて自由に制御
できる。−例を示せは従来の半径１０ｍｍの超音波モー
タの回転数を６００ｒｐｍと仮定すれは　本発明の構成
を有する超音波モータで、半径１００ｍｍの移動体を駆
動ずれは　回転数（よ　半径比に応じて６０　ｒ　ｐｍ
にすることができ、　トルクも半径比に応じて増加でき
　る。

従来の超音波モータで（表　この様な事を行なうにはギ
アー変速器等を必要とした力士　本実施例で（表　その
様なものは必要としな（も 実施例３ 以下、図面に従って本発明の第３の実施例について詳細
な説明を行う。

第７図（上　本発明の第３の実施例の超音波モータの正
面図である。同図において、本発明の超音波モータの構
成（よ　任意の角度にのみ突起体８を複数個部分的に設
置す、扇状の移動体や半径方向に伸びた移動体１４を任
意の角度に駆動するものである。この構成により、回転
半径を移動体１４の長さによって任意に設定できるとと
もＣ，、必要な範囲のみ駆動するので、従来の超音波モ
ータのよう番へ　　むやみに円環状の全領域にわたって
突起体を設ける必要もなく、それによる面精度の確保や
面精度不良による可聴音の発生も皆無となも上払　第２
の実施例及び第３の実施例において！表　駆動電極と突
起体との関係を述べていない力士第１の実施例で述べた
方法を適用できることは言うまでもなｔ℃　また　移動
体のガイドについて耘記載していない力（筒状でも凹型
でも移動体の動きを阻害しなければどんな形状でもかま
わなし）。

同様に振動体と移動体の加圧方法についてＬ　振動体の
中心でバネやベアリング等で加圧して耘外部で加圧する
構成としてもよ−さらく　振動体と移動体との界面に凝
着等が起こる場合、耐摩耗性の摩擦材が必要であるが　
摩擦材（よ　移動体でも振動体の突起体上でもどちらに
設けてもかまわなシモ　　例え（瓜　突起体が１つ力＼
　移動体との接触時に常に一箇所の突起体で接触すると
きは　突起体の移動体との接触面に摩擦材を貼合わせる
方が移動体の形状が大きい場合には有利である。

発明の効果 本発明でｉｔ　　振動体に１つ以上の突起体を部分的に
設ける構成により、直線運動や円弧状に揺動する移動体
颯　様々な形態をとることができる。

また　従来の構成のような弾性進行波で正逆回転をさせ
るだけでなく、　１つの定在波でも簡単に正逆回転がで
きるので、弾性進行波のように各定在波のバランスを調
整しなくてもよい構成とすることができ、各定在波間の
バランスのくるいによる可聴音の発生等が皆無で、安定
性や信頼性の高いものである。

更く　直線運動への変換にギアー等の変換器を用いずに
済へ　部分的に設けた突起体にのみ必要な精度の加工を
行なえばよく、低コストで安定性や信頼性の高い超音波
モータを実現するものであム

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例の超音波モータの説明は
　第２図（友　本発明の第１の実施例の突起体と電極配
置の関係諷　第３図は本発明の第１の実施例の電極構造
は　第４図は本発明の第１の実施例の電極と突起体の関
係医　第５図は第４図における電極の構造医　第６図は
本発明の第２の実施例の超音波モータの説明は　第７図
は本発明の第３の実施例の超音波モータの説明図　第８
図は従来の円環形超音波モータの切り欠き斜視医第９図
は第８図の超音波モータの圧電体の形状と電極構造は　
第１０図は超音波モータの動作原理の説明図であム

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）圧電体を交流電圧で駆動して、前記圧電体と弾性
   体とから構成される振動体に弾性波を励振し、前記振動
   体に加圧接触する移動体を駆動する超音波モータにおい
   て、前記振動体に１つ以上の突起体を部分的に設け、前
   記突起体に移動体を加圧接触することを特徴とする超音
   波モータ。
2. （２）振動体上に部分的に設けられた突起体が、位相の
   異なる１組の電極によって励振される２つの弾性波に対
   して、前記電極に等しく配分されるように構成されたこ
   とを特徴とする請求項１記載の超音波モータ。