JPH0374182A - 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】 Ａ、産業上の利用分野 本発明は、固定子に進行性振動波を発生させて移動子を
駆動する超音波モータに関する。

Ｂ、従来の技術 第７図は従来の円環状超音波モータの一部を示す断面図
である。

ステータ（固定子）１は、リング状の弾性体ｌａにリン
グ状の圧電体１ｂを一体的に接着して戊る。ロータ（移
動子）２は、ロータ母材２ａにスライダ材２ｂを接着し
て戊り、ロータ母材２ａには、その中立軸近傍から径方
向にフランジ部２ｃが突設され、その外縁に支持部材（
不図示）が一体成形される。そして、不図示の加圧部材
による加圧力が支持部材を介してロータ２に伝達され、
これによりスライダ材２ｂの下面（接触面）が弾性体１
ａの駆動面に加圧接触される。このスライダ材２ｂは、
ロータ２の駆動効率を向上させるためのものであり、摩
擦係数が大きく耐摩耗性に優れた材料から成る。

このような構成において、圧電体１ｂに交流電圧を印加
すると、これに屈曲振動が生じて弾性体１ａに進行性振
動波が発生し、この振動波に゛よりロータ２が摩擦駆動
される。

Ｃ０発明が解決しようとする課題 ところで、駆動中にスライダ材２ｂとロータ母材２ａと
が剥離するのを防止するため、スライダ材２ｂのロータ
母材２ａとの接着面の径方向の幅すをある程度以上にし
て接着面積を大きくする必要がある。そこで従来は、上
記接着面の径方向幅すを十分な接着強度が得られる大き
さに設定しており、これによりスライダ材２ｂの弾性体
１ａとの接触面も一意的に比較的大きな幅すとなり、こ
のため次のような問題があった。

すなわち５弾性体１ａの駆動面に発生する進行性振動波
の振幅、波長２円周方向の速度は、ロータ２の回転中６
悲からの距離に依存しており、このため回転中６党から
の位置によってスライダ材２ｂが弾性体１ａから受ける
摩擦駆動力が異なる。

そして従来のように接触面の径方向の幅が大きい場合に
は内径側と外径側とで上述の摩擦駆動力の差異も大きく
なり、これによりスライダ材２ｂと弾性体１ａとの間に
相対的なすべりが生じ、このすべりによる摩擦損失によ
り駆動効率が低下するという問題がある。

また、リニア型の超音波モータにおいても、移動子にお
ける固定子との接触面のｌｌｌ１？（進行性振動波の進
行方向と直交する方向の＠）が大きい場合には、接触面
内での接触状態の差異、加圧力の不均一等によって生ず
るその幅方向の摩擦駆動力の差異により各部分で摩擦損
失があるという不都合がある。

本発明の技術的ＭＩＭは、上記接触面が受ける摩擦駆動
力の差異をその幅方向で極力小さくして駆動効率を改善
することにある。

００課題を解決するための手段 一実施例を示す第１図により説明すると、本発明は、圧
電体１ｂ、および圧電体１ｂの励振によって進行性振動
波を発生する弾性体１ａを有する固定子１と１弾性体１
ａに接触面２２ｃを介して加圧接触され進行性振動波に
よって駆動される移動子２０とを備えた超音波モータに
適用される。

そして、上記接触面２２ｃにおける進行性振動波の進行
方向と直交する方向の幅ａを、移動子本体２１の同方向
の幅すよりも小さくし、これにより上記技術的課題を解
決する。

Ｅ０作用 移動子２０の接触面２２ｃの幅ａ、すなわち進行性振動
波の進行方向と直交する方向の幅が移動子本体２１の同
方向のＩｌｂよりも小さくなっているので、移動子２０
と弾性体１ａとの接着強度を充分に保ちながらも移動子
２０が駆動されたときに接触面２２ｃの内径側と外径側
とで上述の摩擦駆動力の差異が無視できるほど小さくな
り、これによりスライダ材２ｂと弾性体１ａとの間のす
ベリによる駆動効率の低下を最小限に抑えることができ
る。

なお１本発明の詳細な説明する上記り項およびＥ項では
、本発明を分かり易くするために実施例の図を用いたが
、これにより本発明が実施例に限定されるものではない
。

Ｆ、実施例 第１図〜第３図により本発明を円環状の１転型超音波モ
ータに適用した場合の一実施例を説明する。なお、第７
図と同様な箇所には同一の符号を付して説明する。

第２図は本発明に係る超音波モータの斜視図。

第３図はその断面図である。ステータ（固定子）ｌは、
例えばりん青銅、ステンレスまたはインバー等から成る
リング状弾性体１ａと、この弾性体１ａに接着されたリ
ング状圧電体１ｂとから構成されている。ステータ１に
は、その弾性体１ａの外周面に位置する中立軸近傍から
径方向にフランジ部１ｄが一体成形され、そのフランジ
部１ｄが、環状の支持部材３の上面に接着されている。

支持部材３の外縁は、固定筒５とこの固定筒５に螺合さ
れた押え環４とに挟持されている。

一方、ロータ２０は、リング状のロータ母材２１にリン
グ状のスライダ材２２を接着して収り、固定筒５の内部
に設置される。ロータ母材２１には、その中立軸近傍か
ら径方向にフランジ部２１ｃが突設され、その外縁に支
持部材３０が一体成形されている。そして、加圧部材６
による加圧力がボールベアリング８を介して支持部材３
０、すなわちロータ２０に伝達され、これＬこよりスラ
イダ材２２の下面（接触面）２２０力１弾性体１ａの駆
動面に加圧接触される。ボールベア１ノフグ８は、押え
環８ａと剛球８ｂとから成る。

ここで、第１図に示すように、スライダ材２２は、旋盤
加工により内径側および外径側に面２２ａ、２２ｂがそ
れぞれ形成され、これにより、スライダ材２２の弾性体
Ｌａとの接触面２２ｃの径方向の幅ａ、すなわち進行性
振動波の進行方向と直交する方向の幅は、ロータ母材２
１への接着面２２ｄの同方向の幅すよりも小さくされる
。

次に、実施例の動作を説明する。

圧電体↓ｂに交流電圧が印加されると、圧電体１ｂに屈
曲振動が生じて弾性体１ａの駆動面に進行性振動波が発
生し、この振動波によりロータ２が駆動される。このと
き、スライダ材２２の接触面２２ｃの＠ａが従来より小
さくなっているので、進行性振動波による摩擦駆動力の
差異が径方向でほとんどなく、従来のようにすベリが生
じる゛ことがない、また、ロータ母材２１との接着面２
２ｄの４１ｉＴｂは、従来と同じであるので、上記振動
波によりロータ母材２１とスライダ材２２とが剥離する
おそれがない。

また以上では、旋盤加工によりスライダ材２２を加工し
た例を示したが、第４図および第５図は、ラッピング（
研磨加工）によりスライダ材２２を加工した例をそれぞ
れ示している。

第４図（ａ）の例は、ロータ母材２１に接着されたスラ
イダ材２３の下部に第４図（ｂ）に示すような形状のラ
ッピング工具Ｓ上を当接させ、スライダ材２３の円周方
向に沿ってこれを移動させることによりラッピングを行
うものである。これによりスライダ材２３に面２３ａ、
２３ｂが形成され、その結果、弾性体部動面への接触面
２３ｃの幅ａがロータ母材２ａへの接着面２３ｄの幅す
より小さくなる。

第５図（ａ）の例は、まず、ロータ母材２ａに接着され
たスライダ材２４を第５図（ｂ）に示すように半径Ｒ１
の球面を持つラッピング工具５２に当接させ、ロータ２
０をその軸Ｑ回りに回転さてラッピングを行い、スライ
ダ材２４に面２４ａを形成する。次いで、第５図（ｃ）
に示すように半径Ｒ２の球面を持つラッピング工具５３
に同様にスライダ材２４を当接させて回転させ１面２４
ｂを形成する。これにより上述と同様に接触面２４ｃの
ｆｉａを接着面２４ｄの＠ｂより小さくできる。

さらに第６図（ａ）は、スライダ材２５の接触面２５ｃ
を球面とした例を示している。これは、半径Ｒ３の球面
を持つラッピング工具（不図示）内でロータ２０を回転
させることにより形成される。これにより接触面２５ｃ
は、ロータ２０の回転軸悲を中心とした半径Ｒの球面と
なる。これによれば以下に示すような効果がある。

すなわち、上述したように加圧部材６にて弾性体１ａに
加圧されるロータ２ｏは、第６図（ｂ）に示すようにス
ラスト方向に撓む、このため第１図の実施例のように接
触面２２ｃを平面とした場合には、図示の如く角部Ａが
弾性体１ａと接゛触し。

すなわち線接触となる。このため１弾性体１ａからの摩
擦駆動力がスライダ材２２に均等に伝達されず、これに
起因して回転むらや正逆転時の性能差、回転速度の経時
的変化が発生するという不都合がある。

第６図（ａ）の例によれば、スライダ材２５の接触面２
５ｃが球面となっているので、ロータ２０が弾性体１ａ
に加圧されてロータ２０がスラスト方向に撓んでも、接
触面２５ｃと弾性体１ａの駆動面とが面接触となるので
上述のような不都合は生じない。また、球面を有するラ
ッピング工具を用いて接触面２５ｃの加工ができるので
、加工性がよく、加えて加工後の面の荒さが小さく、円
周方向における面のうねりを小さくすることができる。

なお、上述の実施例ではスライダ材を略左右対称の形状
としたが、スライダ材と弾性体との接触面の幅がロータ
母材への接着面の幅よりも小さいものであれば良く、そ
の形状は問わない。例えば、上述の実施例ではスライダ
材がロータ母材の外周側と内周側とに対してそれぞれ斜
面を形成するような形状となっているが、ロータ母材の
内周側。

外周側のいずれか一方にのみ斜面を形成した形状として
も良い。

また以上では、円環状のロータを有する超音波モータに
て説明したが、円盤状のロータを有するものにも本発明
を適用できる。さらに回転型超音波モータに限定されず
、リニア型の超音波モータにも本発明を適用でき、この
場合にも上述した摩擦駆動力の差異が小さくなり各部分
における摩擦損失が防止される。

さらに、弾性体１ａとの接触部となるスライダ材２２を
ロータ母材２１に接着したロータ２０を用いた例を示し
たが、このロータ母材と接触部とが一体とされたロータ
を用いた超音波モータにも本発明を適用できる。

ここで、第８図も参照して上記ロータ２０のスライダ材
２２について更に詳しく説明しておく。

第８図において、上述したようにロータ２０は、リング
状のロータ母材２１と１弾性率の高い′薄板状のフラン
ジ部２１ｃと、リング状のロータ支持部３０が一体成形
され、ロータ母材２１の下面にスライダ材２２が接着さ
れた構造となっている。

そして、一体内に構成されたロータ母材２１とスライダ
材２２は、ステータ１の弾性体１ａの進行性振動波によ
り振動するが、ロータ母材２１とロータ支持部３０との
間に弾性率の高い上記フランジ部２１ｃが介在されてい
るため、ロータ２０の振動はロータ支持部３０までは達
しないようになっている。これによりロータ２０の振動
の減衰を抑え効率の低下を防止している。

ところで、スライダ材２２のロータ母材２１への接着面
の径方向幅すは、ロータ２０をステータｌに加圧する荷
重に耐えられること、ステータｌの振動によりロータ母
材２Ｌ力刊区動される際に充分な駆動性能が得られるこ
と、スライダ材２２が充分な強度で接着できることなど
の諸条件を満足する値とされる。またスライダ材２２の
弾性体１ａとの接触面２２ｃ、の径方向幅ａも最も良好
な駆動性能が得られる値とされる。本出願人は、上記ス
ライダ材２２の幅ａ、ｂの組合せを複数個設定して超音
波モータの駆動実験を行い、その結果、１１１１ａがｂ
の７割以下、すなわちａ＜ｏ、７ｂとすることにより良
好な駆動性能が得られることを見出した。具体的には、
ロータ母材２１の径方向の幅すを１．５ｍｍ、スライダ
材２２の接触面２２Ｃの径方向の幅ａを０．９ｍｍ　（
０，６ｂ）としたところ良好な駆動性能が得られている
。

さらにロータ支持部３０の径方向の幅Ｃは、加圧部６に
よる荷重を受けるのに十分な幅（ｂよりも大きく、例え
ば３ｍｍ程度）とされるが、これは、上述したようにロ
ータ支持部３０が無振動部であり、＠ｃがある程度大き
く剛性が高くても問題がないからである。

また本実施例のスライダ材２２は、ポリテトラフルオロ
エチレンにガラス繊維および二硫化モリブデンを混合し
た合成樹脂から成り、この組成のスライダ材を介してロ
ータ２０を弾性体１ａに加圧することにより、ロータ側
の耐磨耗性が大幅に向上するとともに動摩擦係数などの
摩擦性能が安定し、超音波モータの長寿命化および駆動
特性の安定化が図れる。

ここで、ロータ母材２１とスライダ材２２の厚さおよび
弾性係数を第１表に示す。

第１表 これによれば、スライダ材２２の曲げ剛性は、ロータ母
材２１の約１７２５００程度であり、したがってスライ
ダ材２２をロータ母材２■に一体的に設けても、それに
よってロータ母材２１に生ずる振動の減衰は完全に無視
でき、モータ性能に悪影響を及ぼすことはない。

なお第９図〜第１１図にスライダ材の変形例をそれぞれ
示す。

第９図は、ロータ母材２１に接着される１Ｉｌｂの接着
面と、ステータ１の弾性体１ａと接触する幅ａの接触面
とを有する段付きのスライダ材２２Ａを用いた例を示し
ている。また第１０図は、ロータ母材２１の下面にリン
グ状の凹部２１Ａを形威し、ここに幅ａのスライダ材２
２Ｂを嵌め込んで保持するようにしたものである。さら
に第１１図は、ロータ母材２１の下面内側に凹部２１Ｂ
を形成し、ここに上記スライダ材２２Ｂを嵌め込み凹部
２１Ｂの壁面でスライダ材２２Ｂの外周面を支持する例
を示している。さらにまた第１２図は、ロータ母材２１
の下面内側に凸部２１Ｇを形成し、ここにスライダ材２
２Ｂを嵌め込み凸部２１Ｃの壁面でスライダ材２２Ｂの
内周面を支持するようにしたものである。この第９図〜
第１２図の構成によっても課題を遠戚できる。

Ｇ９発明の効果 本発明によれば、移動子の弾性体との接触面の幅（弾性
体に発生する進行性振動波の進行方向と直交する方向の
幅）を、移動子本体の同方向の幅よりも小さくしたので
、回転型の超音波モータにおいては、移動子本体と弾性
体との接着強度を充分に保ちながらも上記接触面の内径
側と外径側とで固定子により受ける摩擦岨動力の差異を
無視できる程度に小さくすることができ、移動子と弾性
体との間の相対的なすベリを防止できる。したがってこ
のすベリに起因する摩擦損失による陳動効率低下が防止
される。

また、リニア型の超音波モータにおいても、本発明によ
り上記摩擦間動力の差異を小さくでき、各部分での摩擦
損失を防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明の一実施例を示し、第１図は本
発明に係る超音波モータのステータとロータとの接触部
を示す断面図、第２図は超音波モータの全体構成を示す
斜視図、第３図はその断面図である。 第４図および第５図はそれぞれ別実施例を示し、第４図
（ａ）および第５図（ａ）はステータとロータとの接触
部を示す断面図、第４図（ｂ）および第５図（ｂ）、（
Ｃ）はラッピング工具およびラッピング方法をそれぞれ
説明する断面図、第６図（ａ）、（ｂ）は更に別実施例
を示す超音波モータの部分断面図、第７図は従来の超音
波モ゛−タの構成を示す部分断面図である。 第８図はスライダ材の幅と支持部材の幅との関係を説明
する図、第９図〜第１２図はスライダ材の変形例をそれ
ぞれ示す図である。 （ ｂ ２工 ２ｃ ：ステータ ：圧電体 二〇−タ母材 ：接触面 ａ ０ ２ ２ｄ ：弾性体 二ロータ ：スライダ材 ：接着面

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 圧電体、および該圧電体の励振によって進行性振動波を
   発生する弾性体を有する固定子と、前記弾性体に接触面
   を介して加圧接触され前記進行性振動波によって駆動さ
   れる移動子とを備えた超音波モータにおいて、 前記接触面における前記進行性振動波の進行方向と直交
   する方向の幅を、前記移動子本体の同方向の幅よりも小
   さくしたことを特徴とする超音波モータ。