JPH03273881A - 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、圧電セラミック等の圧電体を用いて弾性波を
励振することにより駆動力を発生する超音波モータに関
するものである。

従来の技術 近年、圧電体を用いて構成し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る
。

以下、図面を参照しながら超音波モータの従来技術につ
いて説明を行う。

第７図は、従来の円環形超音波モータの一部切り欠き斜
視図である。同図において、４は複数個の突起体３を有
する円環膨強性基板１の底面に円環形圧電体２を貼合せ
て構成した振動体である。

ここで、円環膨強性基板ｌの材質としては、従来は、鉄
鋼、ステンレス鋼、真鍮等の金属が使用されている。ま
た、６は耐摩耗性の摩擦材５を結合した移動体で、振動
体４に加圧接触して設置されている。

圧電体２には２組の駆動電極（図示省略）が構成されて
おり、上記駆動電極に所定の位相差を有する２つの交流
電圧をそれぞれ印加すると圧電体２は伸縮振動をし、弾
性基板１は伸縮に対して抵抗するように働くので、バイ
メタルと同様の効果により、撓み振動の進行波が振動体
４に励振される。振動体４０表面の任意の点は撓み振動
の進行波により楕円軌跡を描いて運動する。突起体３は
この楕円軌跡の横方向（進行波の進行する方向成分）の
変位を拡大する。振動体４の突起体３に加圧接触して設
置された移動体６は拡大された横方向の変位によって摩
擦駆動されて回転する。

発明が解決しようとする課題 超音波モータは、圧電体と弾性基板とから成る振動体に
数ミクロン程度の振幅の撓み振動の進行波を励振し、こ
の進行波による横方向変位を突起体で拡大して、突起体
先端に加圧接触して設置された移動体を駆動するモータ
である。

従って、撮動体に撓み振動の進行波を効率良く励振する
ためには、弾性基板は圧電体の伸縮に対して抵抗するだ
けの剛性が必要であり、そのため弾性基板は鉄、ステン
レス、真鍮等の金属等、剛性の大きい材料に制約される
。

従来の円環型超音波モータのように撓み振動を励振する
ための弾性体と横方向変位拡大のための突起体を、金属
を用いて一体で構成するためには、突起体を形成する方
法として、切削加工が一般的であり、突起体形成のため
の機械加工時間が長くなることによって、モータの製造
コストが高くなるという課題があった。また、このよう
な金属材料は、比重が大きいため、モータの総重量が大
きくなるという課題もあった。

さらに、弾性基板を金属で構成した際には、金属製の移
動体と加圧接触させてモータを構成した場合には、均一
な摩擦接触状態が維持できず、安定したモータ特性が得
られないと同時に騒音が発生するため、移動体側の接触
面に耐摩耗性を有する摩擦材を結合する必要があった。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、機械加工
の省略による製造コストの低価格化、モータ重量の軽量
化、摩擦材の省略による製造工程の簡略化を実現した超
音波モータを提供することを目的とするものである。

課題を解決するための手段 請求項１０本発明は、弾性基板に圧電体を結合した振動
体に、移動体を加圧接触させ、前記振動体に撓み振動の
進行波を励振することにより、前記振動体及び前記移動
体との間の摩擦力を介して、前記移動体を移動させる超
音波モータにおいて、前記圧電体の伸縮に対して抵抗す
る前記弾性基板が繊維強化プラスチックによって構成さ
れていることを特徴とする超音波モータである。

請求項４０本発明は、圧電体を有する振動体に、移動体
を加圧接触させ、前記振動体に撓み振動の進行波を励振
することにより、前記振動体及び前記移動体との間の摩
擦力を介して、前記移動体を移動させる超音波モータに
おいて、前記圧電体に、その圧電体の伸縮に対して抵抗
する金属製またはセラミック製弾性基板が取り付けられ
、また、その金属製またはセラミック製弾性基板部のも
う−方の面に繊維強化プラスチックからなる弾性部が取
り付けられたことを特徴とする超音波モータである。

作用 本発明においては、圧電体の伸縮に対して抵抗する弾性
基板を、強化繊維を用いて剛性を高めた繊維強化プラス
チックにて構成するか、あるいは圧電体の伸縮に対して
抵抗する金属製またはセラミック製弾性基板の一面に圧
電体を結合し、この金属製またはセラミック製弾性基板
のもう一方の面に、強化繊維を用いて剛性を高めた繊維
強化プラスチックからなる弾性部を形成するかのいずれ
かの方法により、超音波モータの振動体を構成すること
により、振動体に励振された撓み振動の進行波による横
方向の変位を拡大するための突起体部を、繊維強化プラ
スチックにて構成出来る。この突起体部で横方向の変位
を拡大することにより、モータ特性を大きく落とすこと
なく、振動体の質量を小さくすることができる。

また、突起体部を繊維強化プラスチックにて構成するこ
とにより、摩擦材を省略することができ、モータの製造
工程を簡略化することができる。

実施例 以下に本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明の一実施例である超音波モータの主要部
構成の部分拡大断面図である。同図（ａ）において、複
数の突起体１０ａを有する繊維強化プラスチックよりな
る弾性基板１０の底面には、圧電体１１が接着されて、
振動体１２を構成している。また、この振動体１２に移
動体１３を加圧接触して設置することにより、超音波モ
ータを構成している。

また、同図（ｂ）において、金属製弾性基板２０の底面
に圧電体２１が接着され、さらに金属製弾性基板２０の
もう一方の面に、複数の突起体２２ａを有する繊維強化
プラスチックよりなる弾性部２２を形成することにより
、振動体２３を構成している。また、この振動体２３に
移動体２４を加圧接触して設置することにより、超音波
モータを構成している。なお、同図には弾性基板２０に
金属を用いているが、セラミックを用い構成することも
、全く同様に可能である。

なお、上記二つの実施例においては、振動体１２．２３
の突起体部１０ａ、２２ａを繊維強化プラスチックで構
成することにより、移動体１３．２４に結合すべき耐摩
耗性を有する摩擦材を無くすことが出来る。

次に、上記実施例の動作を説明する。

上記実施例において、突起体２２ａは、撓み振動の進行
波による横方向変位を拡大して、加圧接触して設置され
た移動体２４を駆動する。従って、突起体２２ａの剛性
は、負荷トルクによって突起体２２ａが横方向に大きく
変形しないだけの剛性を有していれば、金属製弾性基板
２０の剛性よりも小さくてもよい。本発明では、上記の
ことに着目して、変位拡大作用をする弾性部２２を強化
繊維を用いることで剛性を高めた繊維強化プラスチック
で構成している。この変位拡大部に必要な剛性は、超音
波モータの加圧力によって異なるため、繊維強化プラス
チ・ンクに含まれる強化＊維の含有量を調整することで
、変位拡大部の剛性を調整することができる。

さらに、比較的小さな出力トルクしか必要のない場合に
は、第１図（ａ）に示した様に、変位拡大部１０ａだけ
でなく、弾性基板全体１０を繊維強化プラスチックで構
成することも可能である。

次に、本発明を具体的実施例によって、更に詳しく説明
する。

（実施例１） まず、４０重量％のガラス繊維と６０重量％のポリフェ
ニレンサルファイド樹脂との混練物を圧縮成形すること
により、第２図の様に突起部を有する比重が１．６４で
ある繊維強化プラスチック製の弾性基板３０を得た。次
に、この弾性基板３０の底面に圧電体３１を接着するこ
とにより、円環型振動体３２を構成した。さらに、この
振動体３２にプラスチック製の移動体３３を加圧接触し
て設置することにより、第２図に示すような円環型超音
波モータを構成した。

上記構成とすることにより、弾性基板３０を真鍮にて構
成した場合に比較して、円環型振動体３２の重量を約１
１５にすることが可能である。

（実施例２） まず、３０重量％の炭素繊維と７０重量％のポリエーテ
ルエーテルケトン樹脂との混練物を射出成形することに
より、第３図の様に突起部を有する比重が１．４４であ
る繊維強化プラスチック製の弾性基板４０を得た。次に
、この弾性基板４０の底面に圧電体４１を接着すること
により、円板型振動体４２を構成した。さらに、この振
動体４２にアルミニウム製の移動体４３を加圧接触して
設置することにより、第３図に示すような円板型超音波
モータを構成した。

上記構成とすることにより、弾性基板４０を鉄鋼にて構
成した場合に比較して、円板型振動体４２の重量を約１
／６にすることが可能である。

（実施例３） まず、３０重量％の炭素繊維と７０重量％のポリエーテ
ルサルホン樹脂との混練物を射出成形することにより、
第４図の様に突起部を有する比重が１．４７である繊維
強化プラスチック製の弾性部５０を得た。次に、この弾
性部５０の底面に鉄鋼製弾性基板５１を接着し、さらに
この鉄鋼製弾性基板５１の底面に圧電体５２を接着する
ことにより、円環型振動体５３を構成した。さらに、こ
の振動体５３にアルミニウム合金製の移動体５４を加圧
接触して設置することにより、第４図に示すような円環
型超音波モータを構成した。

上記構成とすることにより、弾性基板５１を鉄鋼単体に
て構成した場合に比較して、円環型振動体５３の重量を
少なくとも１／２以下にすることが可能である。

（実施例４） まず、３０重量％のガラス繊維と７０重量％のポリエー
テルエーテルケトン樹脂との混練物を射出成形すること
により、第５図の様に突起部を有する比重が１．５２で
ある繊維強化プラスチック製の弾性部６０を得た。次に
、この弾性部６０の底面にステンレス鋼製弾性基板６１
を接着し、さらにこのステンレス鋼製弾性基板６１の底
面に圧電体６２を接着することにより、円板型振動体６
３を構成した。さらに、この振動体６３にプラスチック
製の移動体６４を加圧接触して設置することにより、第
５図に示すような円板型超音波モータを構成した。

上記構成とすることにより、弾性基板６１をステンレス
鋼単体にて構成した場合に比較して、円板型振動体６３
０重量を少なくとも１７２以下にすることが可能である
。

（実施例５） まず、３０重量％のガラス繊維と７０重量％のポリエー
テルイミド樹脂との混練物をステンレス鋼製弾性基板７
１上にトランスファ成形することにより、ステンレス鋼
製弾性基板７１と突起部を有し比重が１．５１である繊
維強化プラスチック製の弾性部７０とを一体成形固定し
た。次に、この一体成形固定体の底面に圧電体７２を接
着することにより、円板型振動体７３を構成した。さら
に、この振動体７３にアルミニウム製の移動体７４を加
圧接触して設置することにより、第６図に示すような円
板型超音波モータを構成した。

上記構成とすることにより、金属製弾性基板７１上に繊
維強化プラスチツク製弾性部を一体成形することにより
、金属製弾性基板と繊維強化プラスチツク製弾性部との
接着工程を省略することで工程削減ができ、さらに低コ
スト化が可能となる。

上記５つの具体的実施例において、変位拡大部を構成す
る４ｍ維強化プラスチックに含まれる強化繊維の含有量
は、超音波モータの加圧力に応じて調整可能であるが、
１ｍｍ金含有量１０重量％未溝の場合には、突起部の剛
性向上のための効果が不足であり、また繊維含有量が５
０重量％を越える場合には、成形方法あるいは樹脂の流
動性によっても異なるが、成形が困難となるため、１０
重量％以上５０重量％以下であることが望ましい。

さらに上記５つの具体的実施例において、移動体の材質
としては、プラスチック、アルミニウム。

アルミニウム合金等を用いたが、これらに限定されるも
のではなく、移動体として比重の小さな材料を用いるこ
とで、超音波モータの振動体の重量だけでなく、モータ
の総重量の軽量化を実現することができる。

発明の詳細 な説明したように、本発明は、圧電体の伸縮に対して抵
抗する弾性基板を、強化繊維を用いて剛性を高めた繊維
強化プラスチックにて構成するか、あるいは圧電体の伸
縮に対して抵抗する金属製弾性基板の一面に圧電体を結
合し、この金属製弾性基板のもう一方の面に、強化繊維
を用いて剛性を高めた繊維強化プラスチックからなる弾
性部を形成するかのいずれかの方法により、超音波モー
タの振動体を構成することにより、振動体に励振された
撓み振動の進行波による横方向の変位を拡大するための
突起体部を形成するための複雑な機械加工を必要とせず
、モータの製造コストの低価格化と同時にモータ重量の
軽量化を実現することができる。

また、変位拡大部をｍｉｓ強化プラスチックにて構成す
ることにより、摩擦材を省略することができ、超音波モ
ータのモータ特性を大きく落とすことなく、モータの製
造工程の簡略化を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である超音波モータの主要部
構成の部分拡大断面図、第２図は本発明の一実施例であ
る円環型超音波モータの主要構成部を一部断面で示した
分解斜視図、第３図は本発明の他の実施例である円板型
超音波モータの主要構成部を一部断面で示した分解斜視
図、第４図は本発明の他の実施例である円環型超音波モ
ータの主要構成部を一部断面で示した分解斜視図、第５
図、第６図は本発明の具体的実施例である円板型超音波
モータの主要構成部を一部断面で示した分解斜視図、第
７図は従来の円環型超音波モータの主要構成部を一部断
面で示した分解斜視図である。 １・・・弾性基板、２．１１．２１．３１．４１．５２
．６２．７２・・・圧電体、３、　ｌＯａ、２２ａ・・
・突起体、４．１２．２３．３２．４２．５３．６３．
７３・・・振動体、５・・・摩擦材、６．１３．２４．
３３．４３．５４．６４．７４・・・移動体、１０．３
０，４０・・・繊維強化プラスチツク製弾性基板、２０
．５１．６１．７１・・・金属製弾性基板、２２．５０
．６０．７０・・・′ａｉ′１１強化プラスチック製弾
性部。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）弾性基板に圧電体を結合した振動体に、移動体を
   加圧接触させ、前記振動体に撓み振動の進行波を励振す
   ることにより、前記振動体及び前記移動体との間の摩擦
   力を介して、前記移動体を移動させる超音波モータにお
   いて、前記圧電体の伸縮に対して抵抗する前記弾性基板
   が繊維強化プラスチックによって構成されていることを
   特徴とする超音波モータ。
2. （２）弾性基板を構成する繊維強化プラスチックの強化
   繊維の含有率が、重量含有率にて、１０％以上５０％以
   下の範囲にあることを特徴とする請求項１記載の超音波
   モータ。
3. （３）弾性基板を構成する繊維強化プラスチックの強化
   繊維が、炭素繊維，ガラス繊維より選ばれた少なくとも
   一種類以上の繊維を含むことを特徴とする請求項１記載
   の超音波モータ。
4. （４）圧電体を有する振動体に、移動体を加圧接触させ
   、前記振動体に撓み振動の進行波を励振することにより
   、前記振動体及び前記移動体との間の摩擦力を介して、
   前記移動体を移動させる超音波モータにおいて、前記圧
   電体に、その圧電体の伸縮に対して抵抗する金属製また
   はセラミック製弾性基板が取り付けられ、また、その金
   属製またはセラミック製弾性基板部のもう一方の面に繊
   維強化プラスチックからなる弾性部が取り付けられたこ
   とを特徴とする超音波モータ。
5. （５）金属製またはセラミック製弾性基板上に形成され
   た繊維強化プラスチックの強化繊維の含有率が、重量含
   有率にて、１０％以上５０％以下の範囲にあることを特
   徴とする請求項４記載の超音波モータ。
6. （６）金属製またはセラミック製弾性基板上に形成され
   た繊維強化プラスチックの強化繊維が、炭素繊維，ガラ
   ス繊維より選ばれた少なくとも一種類以上の繊維を含む
   ことを特徴とする請求項４記載の超音波モータ。