JPH0393483A - 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、定在波型超音波モータに関するものであって
、特に大出力の超音波モータに関するものである。

［従来技術］ 定在波型超音波モータの動作原理は、略楕円運動が励起
される超音波振動子に対して所定圧力で移動子を当接さ
せ、略楕円運動する各質点と移動子との摩擦力により移
動子を駆動するものである。

定在波型超音波振動子は、高効率振動を実現する構成が
得やすいために、定在波型モータは進行波型モータに比
較して高効率，大出力という長所ががある。

従来の定在波型モータに利用される超音波振動子は、略
楕円運動を高効率に励起するために、弾性体と励振体と
の接触面では単一方向振動を、また一方、弾性体と移動
子との接触面では楕円振動を行う固有振動モードを有す
る機械共振系を用いることで略楕円運動を得ている。

上述のような超音波モータは、主に超音波振動子の形状
寸法により共振周波数が決定されている。

該超音波振動子は、騒音を発生しないために該共振周波
数を２０［ＫＨｚｌ以上にする必要があり、その結果大
きさが制限され、大出力化できなかった。

そこで、複数の超音波振動子を用いた超音波モータが、
特開昭６３−３９４７４号公報に提案されている。これ
らは、第３図に示されるように、平行な２つの超音波振
動子間にレールを挾持する構成をとっており、それぞれ
定在波を励振し、該２つの超音波振動子に挾持されたレ
ールに対して相対運動を行うものである。このような超
音波モータにおいて大出力を実現するためには、該複数
の超音波振動子における駆動速度を一致しなければなら
ない。それには、該超音波振動子の共振周波数か又は振
動振幅を所望値にする必要がある。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上述の超音波モータにおいて、前記複数
の超音波振動子の共振周波数が大略一致している時は、
励振電源装置は１組で良いが、共振周波数が一致してい
ない時は複数の電源装置を用い、振幅を調節する必要が
ある。また、複数の超音波振動子の共振周波数を一致さ
せるといっても、超音波振動子の形状寸法のみで所望の
共振周波数を得るには、非常に高精度な機械精度が必要
になり実際には困難であった。

本発明は、上述した問題点を解決するためになされたも
のであり、複数の超音波振動子の励振用電源装置を１組
しか必要とせず、また大出力動作が可能な超音波モータ
を提供する事にある。

［課題を解決するための手段］ この目的を達成するために本発明の超音波モータは、振
動方向が相互に略直交する少なくとも２方向の定在波を
励振する超音波振動子と、該超音波振動子に当接された
可動子とを具備し、前記超音波振動子と該可動子とが相
対運動を行う超音波モータにおいて、前記超音波振動子
を少なくとも２つ以上備え、該複数の超音波振動子のう
ち１つを基準振動子とし、それ以外の超音波振動子すべ
てに共振周波数調節手段を備えるという構成をとってい
る。

また、上述の超音波モータにおいて、前記共振周波数調
節手段として前記超音波振動子の一部に着設された電気
機械変換素子と、該電気機械変換素子に電気的に接続さ
れた少なくともインダクタンス分を有するインピーダン
ス素子とを具備するという構成をとっている。

［作用］ 上記の構成を有する本発明の超音波モータにおいては、
電源装置に接続された複数の超音波振動子を略同一周波
数で励振し、同一振幅で略楕円振動させる。該複数の超
音波振動子の１つである基準振動子以外は、共振周波数
調節手段により前記基準振動子の共振周波数と完全に一
致する様に調整される。その結果、各超音波振動子の駆
動速度が等しくなる。

【実施例］ 以下、本発明を具体化したー実施例を図面を参照して説
明する。

第１図乃至第２図は、本実施例の超音波モータを示す図
である。本実施例の超音波モータは、第１超音波振動子
２０及び第２超音波振動子３０より構成されている。超
音波振動子２０は、略直交する２面を備える板状弾性体
２１の一面に、長さ振動モードで振動し、該弾性体２１
に曲げ振動を励振するための第１圧電体２２が着設され
ている。

該弾性体２ｌにおいて、前記着設面と略直交する側面に
は、長さ振動モードで振動し、該弾性体２１に縦振動を
励振するための第２圧電体２３ａ及び２３ｂが着設され
ている。

前記弾性体２１の長手方向中心には、該弾性体２１を固
定するための固定ポルト２４ａ及び２４ｂが固定されて
おり、他の一端は基台２５に固定されている。

前記ｉｆ圧電体２２の上面には、正電極２６が着設され
ている。

また、前記第２圧電体２３ａ及び２３ｂの上面には、正
電極２７ａ及び２７ｂが着設されている。

該圧電体２２及び２３の他の一面は基台２５に接地され
ている。該電極２６，２７ａ乃至２７ｂは、同一電源装
置に接続されている。

以上のように構成された第１超音波振動子２０を基本振
動子とし、第２超音波振動子３０は前記第２圧電体２３
の着設面と同一面に、電極を兼ね備えた制御用の第３圧
電体２８ａ及び２８ｂが着設され、該第３圧電体２８ａ
及び２８ｂには、インピーダンス素子としして可変イン
ダクタンスコイル２９（以下、単にコイル２９と呼ぶ）
が電気的に接続された構成となっている。

さらに、前記第１超音波振動子２０及び第２超音波振動
子３０の端部には、駆動子４ｌが着設され、レール４２
を扶持している。該レール４２を扶持する圧着力を与え
るために、前記基台２５の一部にバネガイド４３が形成
され、コイルバネ４４が取付けられている。そして、前
記圧着力を調節するために、前記バネガイド４３にはバ
ネ押え４５が取付けられている。

そして、前記基台２５には、ローラベアリング４６を用
いたレールガイド４７ａ及び４７ｂが着設され、該基台
２５の横ゆれを防止する構造となっている。

更に該弾性体２１は、第３図に示すように、その厚さ方
向に所定の周波数ｆにおいて両端自由端２次モードで曲
げ振動するようその形状寸法により調節されている。ま
た大略同一の周波数ｆにより長さ方向に両端自由端１次
モードで縦振動するよう形状寸法により調節されている
。

一般に、弾性体中を伝播する縦振動の共振周波数は、該
弾性体の長さに依存する。また弾性体の厚さ方向の曲げ
振動の共振周波数は、前記長さ及び厚さに依存する。従
って、前述のような弾性体２１を設計する事は容易であ
り、公知であるためその詳細は省略する。

以上のように構成された超音波振動子２０及び３０の作
用を以下に説明する。

まず、第１圧電体２２に前記所定周波数ｆの交流電圧を
印加して振動させると、前記弾性体２１は曲げ振動２次
モードで共振する。

次に第２圧電体２３ｇ及び２３ｂに周波数ｆの交流電圧
を印加して振動させると該弾性体２１は縦振動１次モー
ドで振動する。このとき、前記第１圧電体と第２圧電体
２３に印加する電圧の振幅及び位相を調節すると、前記
弾性体２１には、任意の形状の略楕円振動を発生する事
が可能である。

このとき、前記超音波振動子２０及び３０は、その弾性
体２１の寸法や前記第１圧電体２２及び第２圧電体２３
の着設位置が完全に同一ではないために、前記曲げ振動
及び縦振動の共振周波数はわずかにずれている。そこで
、前記第３圧電体２８に接続されたコイル２９のインダ
クタンスの値を変えていくと、該第３圧電体２８の電気
容量とインダクタンスとが並列反共振するようになり、
該第３圧電体２８の弾性が急激に変化する。その結果、
前記第２超音波振動子３０の縦振動の共振周波数が制御
でき、所望の周波数において共振振動させる事が可能で
ある。

よって、前記第１超音波振動子２０と第２超音波振動子
３０の縦振動共振周波数を完全に一致させる事は容易で
ある。上述の超音波モータ１０は、縦振動により推力を
発生するので、該周波数において駆動すると高出力動作
が可能となる。加えて、適時に制御を行うための周波数
制御回路を追加する事により、常に前記方向の共振周波
数を一致させる事ができる。尚、上記実施例では縦振動
のみを一致させるように周波数の制御手段を設けたが、
大負荷動作させる時は、曲げ振動の共振周波数をも：Ａ
節し、浮揚力を増大させる事も可能である。

また、前記振動子の振動モードは、縦振動，曲げ振動せ
ん断振動，ねじ振動など、種々の振動モードの組合せの
利用が考えられ、高次モードを利用してもよい。さらに
、上記実施例は振動子の駆動素子として圧電体を使用し
たが、これに限定されるものではなく、電気エネルギー
を機械エネルギーに変換できるその他の素子、例えば電
歪素子、磁歪素子等を用いてもよい、また、実施例では
超音波振動子の形状を平板状とする例について説明した
が、その形状は平板形状に限定されるものではなく、棒
状，方形状，円板状，円環状及び円筒状等を用いても良
い。その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変
形が可能である。

［発明の効果］ 以上詳述したことから明らかなように、本発明によれば
、複数の超音波振動子を用いても、励振用電源を１組し
か必要とせず、また大出力動作が可能な超音波モータを
得る事ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明を具体化した実施例を示すも
ので、第１図は本実施例の超音波モータの側面図及び正
面図、第２図は上記超音波モータの第１図におけるＡ−
Ａ−断面図である。また、ＩＪａ図は従来の超音波モー
タの図である。 図中、１０は超音波モータ、２０は第１超音波振動子、
３０は第２超音波振動子、２８は第３圧電体（電気機械
変換素子）、２９は可変インダクタンスコイル（インピ
ーダンス素子）である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、振動方向が相互に略直交する少なくとも２方向の定
   在波が励振される超音波振動子と、該超音波振動子に当
   接された可動子とを具備する超音波モータにおいて、 前記超音波振動子を少なくとも２つ以上備え、該複数の
   超音波振動子のうち１つを基準振動子とし、それ以外の
   超音波振動子すべてに共振周波数調節手段を備える事を
   特徴とする超音波モータ。 ２、請求項１記載の超音波モータにおいて、前記共振周
   波数調節手段として、前記超音波振動子の一部に着設さ
   れた電気機械変換素子と、該電気機械変換素子に電気的
   に接続された少なくともインダクタンス分を有するイン
   ピーダンス素子とを具備する事を特徴とする超音波モー
   タ。