JPH04165970A - 円環型超音波モータ - 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円
環型超音波モータに関するものである。

従来の技術 近ζ　圧電セラミック等の圧電体を貼合わせた振動体に
弾性振動を励振し　これを駆動源とした超音波モータカ
丈　例えば−眼レフ用のレンズ駆動用モータなどの応用
として注目されている。

以下、図面を参照しながら円環型超音波モータの従来技
術について詳細に説明する。

第７図は径方向１次、周方向３次以上の振動モードで励
振される円環型超音波モータの径方向の振動変位分布図
で、第８図は従来の円環型超音波モータの切り欠き斜視
図である。

第８図において、円環状の弾性体８に円環状圧電体９を
貼合わせて振動体１０を構成している。

振動体１０上には円環状に等間隔に突起体１１が設けら
れている。　１２は耐磨耗性材料から成る摩擦材、　１
３は弾性体であり、互いに貼合わせて移動体１４を構成
している。移動体１４１’Ａ　　その自重あるいは負荷
または図示しない圧接手段等により、摩擦材１２を介し
て振動体１０に加圧接触している。

圧電体９に電界を印加すると振動体１０の周方向に曲げ
振動の進行波が励振され　移動体１４を駆動する。鑞　
同図中の矢印は移動体１４の回転方向を示す。

第９図は第８図の円環型超音波モータに使用した圧電体
９の電極構造の一例を示している。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である。

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
当の電極である。

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る。

電極ＡとＢ内の隣り合う小電極部は、　厚み方向にかつ
反対方向に分極されている。

圧電体９の弾性体８との接着面（衣　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る。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に　
それぞれ短絡して用いられる。

以上のように構成された円環型超音波モータの圧電体９
の電極ＡおよびＢに Ｖ＋　＝Ｖ９　Ｘ　５ｉｎ（ωｔ）　　　　　　　　−
−−（１）Ｖ２　＝Ｖａ　ｘ　ｃｏｓ（ωｔ）　　　　
　　　　−−−（２）ただし　■ｌｌ：電圧の瞬時値 ω：　角周波数 ｔ：時間 で表される電圧Ｖ１および■２をそれぞれ印加すれば振
動体１０には ξ＝ξｅ　ｘ　（ｃｏｓ（ωｔ）ｘ　ｃｏｓ（ｋｘ）＋
５ｉｎ（ωｔ）ｘ　５ｉｎ（ｋｘ））−ξθ×Ｃ０８（
ωｔ−ｋｘ）　　　　　　−−−（３）ただし　ξ　：
曲げ振動の振幅値 ξｌ！＝曲げ振動の瞬時値 ｋ　：波数（２π／λ） λ　：波長 Ｘ　：位置 で表せる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１０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１０
上に加圧して設置された移動体１４力丈　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。

発明が解決しようとする課題 上記従来例においては　横方向変位１」を拡大してモー
タの回転速度を向上させるために　弾性体８には多数の
突起体１１が設けられている。

この場合、例えば各突起体の高さや幅などの寸法ばらつ
きは　共振周波数ずれ・出力トルク・効率や騒音等のモ
ータ特性に直接影響する。従って、多数の突起体１１の
加工は精度よく行なう必要がある。

さらに　移動体１４は、　突起体１１との摩擦力により
駆動される。従って、移動体１４の摩擦材１２とそれに
接触する突起体１１との平面精度力（モータ特性や騒音
等に対して重要な要素となっている。

この様に従来の円環型超音波モータにおいては、振動体
上に設けた突起体１１と移動体を構成する摩擦材１２と
を精度よく加工する必要がある。そのため機械加工時圃
　加工精度さらにコストの観点からも問題がある。

また　振動体の静止状態における平面精度を向上させ、
振動体自身が不要振動の無い理想的な振動をすると仮定
して耘　径方向には第８図のような振動変位量分布を持
板　現実には、　移動体との完全な接触状態を得ること
は不可能である。

さらに　接触状態の良否がモータ特性のばらつきや騒音
の発生源等のモータとして実用上大きな問題を有してい
る。

そこで、本発明は上記従来の問題を解決する円環型超音
波モータの提供を目的としている。

課題を解決するための手段 上記問題を解決する手段（瓜　振動体に突起体部または
凹部を形成し　その形成面と接触する側の移動体を構成
する弾性体に凹部を設け、凹部を覆うように摩擦材を貼
合わぜた移動体および振動体構成とするものである。

作用 本発明の円環型超音波モータは、　振動体の突起体部ま
たは凹部と接触する面の移動体を構成する弾性体に凹部
を設け、その凹部を覆うように摩擦材を貼合わせた移動
体構成とすることにより、凹部上の摩擦材に振動体の突
起体部の加圧力が加えられた時に　摩擦材の両端固定条
件時の変形により突起体の面に沿う柔構造上なるた２６
．振動体と移動体との接触が容易に確保できるものであ
る。

また　上記柔構造のために進行波を発生する各定在波振
幅のアンバランスから生じる不要振動成分の吸収により
、騒音の発生を防止でき、ばらつきの少ない安定したモ
ータ特性を得ることができるものである。

実施例 以下、図面に従って本発明の実施例について詳細な説明
を行う。

（第１実施例） 第１図は本発明の円環型超音波モータの第１の実施例に
おける移動体の断面図である。

同図において、弾性体１には、　振動体の突起体部に接
する側に円環状の凹部４を設け、さらに凹部４面を少な
くとも覆うように摩擦材２が弾性体１に貼合わされて円
環状の移動体３が構成されている。

この移動体３に　突起体を有する振動体が第８図の場合
と同様？へ　摩擦材２を介して加圧することにより円環
型超音波モータが構成されている。

本実施例では、　移動体を上記の様に構成したので、第
９図のＡ、　　Ｂ電極で発生する定在波間の振幅ばらつ
きによる不要振動や原理的に生じる径方向の振動変位の
傾きが凹部４を設けることにより、凹部４上の摩擦材２
が振動変位分布に沿うように変形することで吸収できる
。

その結果　平面精度への許容範囲が拡大でき、機械加工
への制約や騒音の発生を無くすることができる。

（第２実施例） 第２図は本発明の円環型超音波モータの第２の実施例に
おける移動体の断面図　第３図は、　本実施例における
振動体の平面図とその断面図である。

Ｑ− 第２図において、移動体３は、　凹部４を持つ弾性体１
に　凸部５を有する摩擦材２を貼り合わせて構成されて
いる。

また　第３図に示す様に　振動体７には、　その外周縁
には到達しないように凹部６が設けられている。

上記凸部５の位置（表　第３図に示した振動体７の凹部
６に相対して設けられるものである。

凹部６の形状は、　例えば第４図（ａ）、　　（ｂ）。

（Ｃ）等のように各種考えられるがこの形状に限定され
るものではない。

本構成の円環型超音波モータは　基本的には平板の円環
である。そして、振動体の変位量よりも深い凹部であれ
ばよいた敦　実施例１や従来例のような突起体の加工時
に生じる歪等の機械加工上の課題（精度、コスト等）が
容易に解決される。

また　振動体と移動体とが何れも平板構成の除振動変位
が微小であるため問題になる加圧接触位置の変動力受　
摩擦材２の凸部５により特定できるたべ　軸の偏芯等に
よる加圧位置の変動の許容範囲が拡大され安定な接触が
得られる。

さら凶　進行波を励振する各定在波の振幅量のばらつき
による不要振動を移動体３の弾性体に形成された凹部４
により吸収できるために　騒音の発生や平面精度不良に
よるモータの出力トルクの低下を防ぐことができるもの
である。

一方、振動体７に設けた凹部６の数は　実施例１や従来
例の突起体に比べて、非常に浅くできるため自由に設定
できる。なぜなら、突起体の高さの２乗に反比例し　厚
みの比例関係で突起体の共振周波数が決定されるた嵌　
突起体の機械強度から振動体の駆動周波数から２倍以上
にする事が安定な特性を得るには必要である。そのた嵌
　凹部６の数の増加によりコギングが少なく低速回転性
などの安定したモータ特性を得ることができる。

（第３実施例） 本発明の第３の実施例を第５図に示す。

第５図に示す様に　本実施例で（訳　振動体７に設けた
凹部６カ（振動体７の外側に設けられて内周縁には到達
しないように形成されている。

本実施例では、　振幅の最大点で駆動するためより高速
化がはかれ　同時に回転半径の比率倍程トルクの向上も
はかれるものである。

（第４実施例） 本発明の第４の実施例を第６図に示−Ｊ−。

本実施例では、　凹部６（友　内周縁と外周縁のいずれ
にも到達しないように振動体の中央部に設けられている
。

本実施例では、　第２実施例と第３実施例の中間的特性
が得られるととも圏　凹部６が第２実施例や第３実施例
の場合のように片端が負荷に対して自由端となら咀　凹
部の機械的剛性が大きくなり負荷に対する安定性が向上
するものである。

蝋　上記各実施例において、突起体の径方向幅は移動体
に設けられた凹部の径方向幅より小さい必要は特になく
、形状に対する制約も無い力受　好ましくは突起体幅よ
り大きい方が不要振動の吸収効果や面に沿う効果を大き
くすることができる。

さら番ζ　第２実施例の凸部を有する摩擦材（主地の実
施例に適用してもなんら問題は生じない。

発明の効果 本発明では、　移動体を構成する弾性体に凹部を設Ｃす
、少なくとも凹部を覆うように摩擦材を形成することに
より、振動体の面精度が悪くても摩擦材の変形により接
触状態を改善することができる。

また　進行波を発生する各定在波の振幅ばらつきによる
不要振動を吸収することができるので騒音の発生を抑制
することができる。

さら置　振動体部に凹部を形成することにより、機械加
工上のコストや機械精度に対する制約条件を突起体を形
成する時よりも大幅に削減できる。

また　凹部の数を増加することによりコギング等のない
モータ特性や安定性の優れた円環型超音波モータが実現
できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の円環型超音波モータの第１の実施例に
おける移動体の断面＠　第２図は本発明明の第４実施例
の振動体の平面図とその断面１第７図は従来の円環型超
音波モータの径方向の振動変位分右図　第８図は従来円
環型超音波モータの切り欠き斜視回　第９図は第８図の
円環型超音波モータに用いた圧電体の形状と電極構造を
示す平面図　第１０図は超音波モータの動作原理の説明
図である。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）　圧電体を交流電圧で駆動して、前記圧電体と突
   起体を有する弾性体とから構成される振動体に径方向１
   次、周方向３次以上の弾性波を励振し、摩擦材と弾性体
   とから構成される移動体の摩擦材を、前記振動体の突起
   体に加圧接触することにより駆動する円環型超音波モー
   タにおいて、前記移動体の弾性体には、前記摩擦材側に
   凹部を設けることを特徴とする円環型超音波モータ。
2. （２）　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径方向１次、周方向３次
   以上の弾性波を励振し、摩擦材と弾性体とから構成され
   る移動体を前記振動体に加圧接触することにより駆動す
   る円環型超音波モータにおいて、前記振動体の弾性体に
   は、そ外周縁及び／または内周縁に到達しない凹部を設
   けると共に、前記移動体の弾性体には、摩擦材側に凹部
   を設け、前記摩擦材には、前記振動体に設けられた前記
   凹部に相対する凸部を設けたことを特徴とする円環型超
   音波モータ。
3. （３）　振動体の弾性体に形成された凹部は、移動体と
   の接触面の径方向の内径側にあり、外周縁には到達しな
   いことを特徴とする請求項２記載の円環型超音波モータ
   。
4. （４）　振動体の弾性体に形成された凹部は、移動体と
   の接触面の径方向の外径側にあり、内周縁には到達しな
   いことを特徴とする請求項２記載の円環型超音波モータ
   。
5. （５）　振動体の弾性体に形成された凹部は、移動体と
   の接触面にあり、前記振動体の外周縁及び内周縁に到達
   しないことを特徴とする請求項２記載の円環型超音波モ
   ータ。