JPH04125077A - 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、カードリーダー・ライター等に用いられる小
型モータに関し、特にローター直径が小さい割に、トル
クの大きい小型モータの構造に関するものである。

（従来の技術） 超音波モータは従来の電磁モータと比較して。

低回転で高いトルクが得られること、停止保持力を有す
ること、電磁ノイズが小さいことなどの特徴を有してお
り、カメラのオートフォーカス用や自動車用パワーモー
タ等に使用されている。

第７図は従来のカードリーダー・ライターの一構造例を
示す斜視図である。第７図において、ｔｉ磁式モータ５
１のシャフトと回転自在に支持されたローラー５２がゴ
ムベルト５３によって接続されて、構成されている。

（発明が解決しようとする課題） 第７図かられかるように、従来のカードリーダー・ライ
ターに用いられる電磁式モータ５１には高速回転の小型
モータを使用し、比較的大きいトルクを得る方法として
、ギヤを利用するため、搬送機構が複雑であると共に、
駆動が間接的であるため高速応答は望めない。また、ベ
ルトを使うため構造がさらに複雑になる。また一般に電
磁モータはコイルを使用しているため電磁ノイズの影響
が大きいという欠点がある。

そこで１本発明の技術的課題は１以上の欠点を除去し、
ローターの直径を小さくした小型でトルクの大きいカー
ドリーダー−ライターに用いられ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） 本発明によれば、圧電セラミックス中空円柱の外周面に
交差指電極を施して形成した圧電縦振動子及び圧電捩り
振動子の振動の節部を支持具で支持して同軸上に配置し
、前記圧電縦振動子の端面と前記捩り振動子の端面との
間にリング状あるいは円板状のロータを挾むように圧接
し、前記ロータに固定された中空円柱状のローラを前記
圧電縦振動子及び圧電捩り振動子を含むように配置し。

前記中空円柱状ローラを前記支持具に固定された軸受け
により回転自在に支持するように構成したことを特徴と
する縦−捩り振動子圧接型超音波モータが得られる。

（作　用） 本発明においては、伸縮振動を行う圧電縦振動子と捩り
振動を行う圧電捩り振動子の端面を対向させ、これらの
端面間に、リング状あるいは円板状のロータを挾んだの
で、ロータの回転に伴ってこのロータに固定され、前記
圧電縦振動子と捩り振動子の周囲に配された中空円柱状
のローラが回転する。

（実施例） 以下１本発明の超音波モータについて図面を用いて詳し
く説明する。

第１図は本発明の縦−捩り振動子圧接型超音波モータの
一橋造例を示す断面図である。第１図において、縦振動
子８の一方の端面を支持具１ｏに固定し、この支持具１
０を軸受け１１で支持して。

同様に圧電捩り振動子６の一方の端面を支持具１２に固
定し、この支持具１２を軸受け１３で支持して、それぞ
れの振動子６，８の他方の端面１０．１２同士を対向さ
せ、これらの振動子６゜８の端面の間で、軸受け１１及
び１３によって回転自在に支持されたロータ１４を両側
がら挾むようにし、前記ロータ１４と一体に回転するロ
ーラ１５を前記圧電セラミックス中空円柱績−捩り振動
子を含むように形成している。また、ロータ１４には、
軸受け１１．１３の少なくとも一方をバネ１６で軸方向
に付勢することで振動子６，８の端面が押し付けられて
いる。第１図において。

捩り振動子６の変位と同期して縦振動子８の長さが伸び
ると、ローラ１５は二つの振動子６．８に挾まれて捩り
変位の方向にロータ１４と一体に回転する。

第２図は第１図の超音波モータに用いられる捩り振動子
６の一橋造例を示す斜視図である。第２図において、プ
レス成形によって製造された圧電セラミックス中空円柱
７の外周面に円柱の長さ方向に対して４５＠の方向の交
差指電極６ａ、６ｂが印刷により形成されそれぞれ同じ
側の端部を共通電極６ｃ、６ｄに接続され二端子を形成
する。

これらの電極６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄは導電性材料を含
むペーストを印刷して形成されている。

この交差指電極６ａ、６ｂを用いて分極処理を施すと分
極方向は前記交差指電極６ａ、６ｂの長さ方向と直角な
方向となる。この状態で交差指電極６ａ、６ｂに交流電
圧を印加すると、電圧の極性が分極時の電圧の極性と同
じ場合は分極の方向に伸び歪が発生し、電圧の極性が分
極時の極性と逆の場合は分極の方向に縮み歪が発生する
。分極方向に伸びあるいは縮み歪が発生した場合１分極
方向と直角な方向にはこれらと反対に縮みあるいは伸び
歪が発生する。以上の結果として前記圧電セラミックス
中空円柱７に捩り変位が発生する。

第３図は第１図の超音波モータに用いられる縦振動子８
の構造例を示す斜視図である。第３図において、圧電セ
ラミックス中空円柱９の外周面に円周方向に平行に交差
指電極８ａ、８ｂが形成され縦電極８ｃとこの電極と中
心軸に関して対称位置にある図示しない縦電極とによっ
て夫々二端子とされている。この交差指電極８ａ、　８
ｂを用いて分極処理を施すと分極方向は前記交差指電極
８ａ、８ｂの長さ方向と直角な方向となる。この状態で
前記交差指電極８ａ、８ｂに交流電圧を印加すると、電
圧の極性が分極時の電圧の極性と同じ場合は分極の方向
に伸び歪が発生し、電圧の極性が分極時の極性と逆の場
合は分極の方向に縮み歪が発生する。この結果として前
記圧電セラミックス中空円柱９は長さ方向に伸縮振動す
る。

第４図（ａ）、及び（ｂ）は本発明の縦振動子別の構造
例を示す図である。第３図においては、圧電セラミック
ス中空円柱の外周面に円周方向と平行な方向に交差指電
極を施した場合について説明したが、第４図（ａ）に示
すように圧電セラミックス中空円柱９の外周面に円柱の
長さ方向と平行な方向に交差指電極８８′、８ｂ′を施
して構成した縦振動子８′としても良く、更に、第４図
（ｂ）に示すように圧電セラミックス中空円柱９′の外
周面３８及び内周面３８′のほぼ全面に電極を形成して
構成した圧電縦振動子８′としても同様の効果が得られ
る。

第５図は本発明の縦−捩り振動子圧接型超音波モータの
もう一つ構造例を示す断面図である。第５図において、
第３図で示されるものと同様な構造の圧電縦振動子１７
の一方の端面を支持具１８に固定し軸受け１９に支持さ
れたものを二組、それぞれ他方の端面を対向させ、前記
二組の圧電縦振動子１７．１７の間に、第２図で示され
るものと同様な構造の圧電捩り振動子２０を配置し、こ
の圧電捩り振動子２０の節点を、この圧電捩り振動２０
内部に設けられた支持リング２１によって固定し、更に
圧電捩り振動子２０の両端部と前記二組の圧電縦振動子
１７．１７の他方の端面の間に前記軸受け１９によって
ロータ２２．２３を挾むように圧接し、前記ロータ２２
．２３と一体に回転する回転自在に支持されたローラ２
４を前記圧電セラミックス中空円柱績−捩り振動子を含
むように形成するとともに、前記軸受け１９の少なくと
も一方をバネ２５で軸方向内側に付勢して。

ロータ２２，２３に各振動子の端面を押し付けている。

第５図において、捩り振動子２０の変位と同期して縦振
動子１７の長さが伸びると、ロータ２２゜２３は二つの
振動子に挾まれて捩り変位の方向にローラ２４と一体に
回転する。

第６図は本発明の縦−捩り振動子圧接型超音波モータの
更にもう一つの構造例を示す斜視図であり、第３図及び
第４図で示されたものと同様の構造を有する縦振動子２
５の一方の端面を支持具２６に固定し軸受け２７で支持
し、同様のに第２図で示されたものと同様の構造を有す
る圧電捩り振動子２８の一方の端面を支持具２９に固定
し。

それぞれの圧電振動子２５．２８の他方の端面を対向さ
せ、これらの圧電振動子の端面の間に軸受け３０によっ
て回転自在に支持されたロータ３１を挾むように圧接し
、前記ロータ３１と一体に回転するローラ３２を前記圧
電セラミックス中空円柱績−捩り振動子を含むように形
成し、更に前記軸受け２７と３０にシャフト３３を貫通
するように構成し、支持具２９側からバネ３４で圧電振
動子の端面をロータ３１に押し付け、ナツト３５で固定
している。第６図において、捩り振動子２８の変位と同
期して縦振動子２５の長さが伸びると。

ローラ３２は二つの振動子に挾まれて捩り変位の方向に
ロータ３１と一体に回転する。

これらの場合の回転数及びトルクは駆動周波数が一定の
場合、捩り振動及び縦振動の振動振幅の大きさによって
決まる第１図、第５図、第６図に示した本発明の超音波
モータにおいては、捩り振動子６，２０．２８と縦振動
子８，１７．２５は独立しているため、それぞれの共振
周波数はそれぞれの振動子の寸法を独立に調整すること
で共振周波数を一致させることが出来る。従って、捩り
振動子６，２０．２８と縦振動子８，１７．２５は各々
の共振周波数で駆動することが可能となり。

捩り振動の振動振幅と縦振動の振動振幅を大きくするこ
とが可能となる。また、捩り振動に対して共振周波数が
高い縦振動を１／４λで駆動することにより振動子より
短い寸法で捩り振動の共振周波数に一致する共振周波数
の縦振動子が出来る。

尚、ローラ１５．２４．３２の回転方向は捩り振動駆動
電圧と縦振動駆動電圧の位相の何れかを１８０”変化さ
せることにより可能である。

（発明の効果） 以上説明したように１本発明の超音波モータにおいては
、駆動力を発生するための圧電振動子の形状が単純で１
通常一般的に適用されているプレス成形技術により容易
に製造することが可能な圧電セラミックス中空円柱を用
いて、この外周面にこれも一般的な技術である電極印刷
を施すことにより圧電捩り振動子及び圧電縦振動子が得
られるため、製造が容易で接着工程や複雑な加工工程に
よる特性のばらつきの少ない超音波モータが得られる。

更に本発明の超音波モータにおいては、圧電捩り振動子
及び圧電縦振動子の共振周波数をそれぞれ単独に調整し
て一致させることが可能であるため、それぞれの振動振
幅を大きくすることが出来る。従って、トルクの大きな
超音波モータが得られる。また１本発明の超音波モータ
の構造によればローラが圧電振動子を含むような構造で
あるため構造がシンプルで小型化・薄型化が可能であり
１例えば、カードリーダ・ライター等においても搬送機
構が簡単になる。更に１本発明の超音波モータはダイレ
クトドライブであるため高速応答が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の縦−捩り振動子圧接型超音波モータの
一構造例を示す断面図、第２図は第１図の超音波モータ
に用いられる捩り振動子６の構造を示す斜視図、第３図
は第１図の超音波モータに用いられる縦振動子８の構造
例を示す斜視図、第４図（ａ）及び（ｂ）は本発明の超
音波モータに用いられる別のタイプの縦振動子の他の構
造例を示す斜視図、第５図は本発明の縦−捩り振動子圧
接型超音波モータの別の構造例を示す斜視図、第６図は
本発明の縦−捩り振動、子圧接型超音波モータの更に別
の構造例を示す斜視図、第７図は従来の電磁式モータを
有するカードリーダー・ライターの構成例を示す斜視図
である。 図中、６，２０．２８は捩り振動子、６ａ、６ｂ、８ａ
、８ｂは交差指電極、７，９は圧電セラミックス中空円
柱、８，１７．２５は縦振動子。 １０．１２，１８，２６．２９は支持具、１１゜１３．
１９，２７．３０は軸受け、１４，２２゜２３．３１は
ロータ、１５．２４．３２はローラ。 １６．３４はバネ、２１は支持リング、３３はシャフト
、３５はナツト、５１は電磁式モータ。 ５２はローラ、５３はゴムベルトである。 第 図 第２図 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．圧電セラミックス中空円柱の外周面に交差指電極を
   施して形成した圧電縦振動子及び圧電捩り振動子の各々
   少くとも１つを振動の節部を支持具で支持して同軸上に
   配置し、前記圧電縦振動子の端面と前記捩り振動子の端
   面との間にリング状あるいは円板状のロータを挾むよう
   に圧接し、前記ロータに固定された中空円柱状のローラ
   内に前記圧電縦振動子及び圧電捩り振動子を含むように
   配置し、前記中空円柱状ローラを前記支持具に固定され
   た軸受けにより回転自在に支持するように構成したこと
   を特徴とする超音波モータ。