JPH04340382A - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、圧電体の機械的振動を
利用して駆動する超音波モータに関する。

【０００２】

【従来の技術】圧電体の屈曲振動を利用する超音波モー
タでは、例えば特開昭６２−１１４４８１号公報に開示
されているようにステータの振動体を合成高分子材にし
たり、特開昭６２−１９６０８２号公報のように繊維を
含有する複合プラスチック材で構成し、モータの駆動中
の騒音の発生を抑制する手段が取られてきた。

【０００３】

【発明が解決しようとする問題点】しかし、特開昭６２
−１１４４８１号公報のような例では、セラミックであ
る圧電体と合成高分子材との間では機械音響的なインピ
ーダンスには大きな差があり過ぎ、効率よくステータの
表面に進行波を生じさせることができない。

【０００４】また、特開昭６２−１９６０８２号公報で
は複合プラスチック材に多数の切り込みを入れることに
よって、さらに機械音響的なインピーダンスには大きな
差を付けることになっている。

【０００５】そこで本発明は、このような課題の解決に
着目して、効率の良い超音波モータが低コストでつくれ
、しかも耐久性良く維持できるようにしたものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】係る課題を解決するため
に、本発明は次の技術的手段を有している。

【０００７】すなわち、位相の異なる２種類以上の交流
電圧を印加して進行する振動波を生じさせる圧電体を主
体とする振動体を、合成樹脂による一体成形（モールド
）でもって振動拡大体の内部に取り込んでステータを形
成する。その際、合成樹脂の中にセラミックや金属など
の無機物の粉末や単繊維を混入する。

【０００８】また、振動体の振動面に、合成樹脂製の振
動拡大体を接着または融着してステータを構成する。

【０００９】また、振動体を圧電体と金属などの弾性体
との合体構造とし、その弾性体の圧電体が張られてない
側に、多数の突起または穴を設ける。そして、その上に
合成樹脂製の振動拡大体を接着または融着してステータ
を構成する。

【００１０】さらに、振動体の振動面と振動波の進行す
る方向に共に垂直に、多数の矩形金属板またはセラミッ
ク板を支柱として並べ、振動拡大体の中に一体成形する
。

【００１１】

【作用】まずステータにおいて、圧電体に位相の異なる
２種類以上の交流電圧を印加されると、振動体には進行
する振動波が生じる。この振動波は、振動拡大体の表面
で、振動体に結合された合成樹脂の厚み分だけ変位が増
幅される。ここで振動拡大体の表面に接したロータには
摩擦駆動力が生じ、モータが回転する。

【００１２】そして、この進行する振動波の摩擦駆動力
への変換は、合成樹脂の中に混入した無機物によって振
動拡大体の剛性が上がり、より確実になされる。

【００１３】また、振動体の弾性体に設けられた多数の
突起や穴によって、合成樹脂と振動体の結合が向上し、
振動体の変位を有効に振動拡大体に伝達する。

【００１４】さらに、振動拡大体の中に一体成形された
多数の支柱によって、振動体に垂直な方向の剛性だけが
上がり、振動体で生じたこの方向の力を振動拡大体の表
面に効率的に伝達する。

【００１５】

【実施例】以下に、本発明の超音波モータの実施例を添
付図面に基づいて説明する。

【００１６】図１は一実施例の縦断面図で、図中１はス
テータ（固定子）で、振動体２とそれを内部に包み込む
ようにして一体成形（モールド）した複合強化合成樹脂
製の振動拡大体３とからなっている。振動体２は、２枚
の薄いリング状の圧電体４ａ、４ｂを有機系接着剤で張
り合わされたバイモルフ構造となっている。圧電体４ａ
、４ｂは、円周方向に８分割して互いに逆方向に分極し
た領域を有し、それぞれの領域は９０°の位相差をもっ
て合わせられている。振動拡大体３の複合強化合成樹脂
は、ポリイミド系合成高分子材を基材として、それにセ
ラミックスの粉末やカーボンの短繊維を混入している。 またステータ１の形状は、周囲が断面矩形のリングで、
そこから中心にかけては薄い円板になって中心付近でベ
ース５に固定されている。さらに、ステータ１のリング
の底部は、ゴム製の緩衝材６でベース５に支えられてい
る。

【００１７】７はロータで、厚手の金属円板の駆動体８
の中心に、シャフト９を圧入してある。シャフト９は、
駆動体８を挟んでベース５に取り付けられたベアリング
１０ａとカバー１１に取り付けられたベアリング１０ｂ
で支えられている。またロータ７は、皿バネ１２でもっ
て、ベアリング１０ｂを介してステータ１に押し付けら
れている。

【００１８】上記のような構成からなる超音波モータに
おいて、ステータ１の２枚の圧電体４ａ、４ｂのそれぞ
れに９０°の位相差をもった高周波電圧を印加すると、
振動体２は圧電体４ａ、４ｂの張り合わせ面付近を中立
面として屈曲振動を起こす。この振動は、振動拡大体３
の表面に厚み分だけ増幅されて伝えられ、進行する振動
波（進行波）を連続した形で生じさせる，この進行波に
よって振動拡大体３の表面の質点ｍは、図２の動作原理
図に示すように、楕円運動を繰り返す。一方、ロータ７
の駆動体８は皿バネ１２によって、振動拡大体３の楕円
軌跡の頂部の質点ｍで接触するように押し付けられてい
る。よって、振動拡大体３の表面の楕円運動の進行と逆
方向の推進力が駆動体８に加わる。この推進力は、ロー
タ７のシャフト９によって外部に回転駆動力として取り
出される。

【００１９】次に本発明の超音波モータの他の実施例に
ついて説明する。

【００２０】図３は、本発明の超音波モータのステータ
１の構造に係る第２の実施例である。この実施例におい
て、振動体２′は、リング状の金属製の弾性体１３の表
面に多数の突起１４を設け、その裏側に圧電体４′を張
り合わせたユニモルフ構造にしている。この振動体２′
の屈曲振動は、弾性体１３の中に振動の中立面を有する
。そして、振動体２′の突起１４のある側には、複合強
化合成樹脂製の振動拡大体３′を高温で融着している。

【００２１】図４は、本発明の超音波モータのステータ
１の構造に係る第３の実施例である。この実施例におい
て、振動体２の振動面の上に多数の矩形セラミック板の
支柱１５を径方向に衝立状に並べている。そして、振動
体２および支柱１５を合成樹脂で一体化して振動拡大体
３″を成形している。この支柱１５によって、振動拡大
体３″の表面に生じる楕円運動は、面に垂直な方向に強
い力を発する。

【００２２】

【発明の効果】本発明では、圧電体または圧電体と弾性
体で構成する振動体と強化した合成樹脂製の振動拡大体
とを分離したことにより、圧電体と合体して振動する部
材の機械音響的インピーダンスの違いを考慮する必要が
なくなった。

【００２３】次に、振動体と合成樹脂製の振動拡大体を
一体成形または融着して双方の密着性が良くすることに
よって、低コストで振動体の振幅を増大する機能を付加
することができた。しかも、振動拡大体のロータとの摩
擦接触面は一種の摺動材になっていて、ロータ側に新た
に摺動材を張り付けることなく、直接に接触駆動させる
ことができた。また、振動の増幅されたステータの表面
は連続的であるため、進行する振動波の発生が滑らかに
なり、回転ムラや騒音が少なくなった。

【００２４】次に、振動体を構成する弾性体の表面に突
起や窪みで凹凸を付けることによって、振動体と合成樹
脂製の振動拡大体との結合性が大きく高められた。した
がって、振動拡大体の表面で拡大された変位でロータに
確実に駆動力を与えることができ、モータの効率が向上
した。

【００２５】さらに、合成樹脂製の振動拡大体の中に高
剛性の支柱を同時に一体成形することによって、振動拡
大体の振動体の振動面に垂直な方向の剛性を上げること
ができた。したがって、振動拡大体の表面の楕円運動に
おいて、ロータの回転方向の力のみ有効に取り出すこと
ができ、モータの効率が飛躍的に向上した。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における超音波モータの縦断
面を示している。

【図２】超音波モータの動作原理図である。

【図３】本発明の超音波モータのステータに関する他の
実施例である。

【図４】本発明の超音波モータのステータに関する他の
実施例である。

【符号の説明】

１　　ステータ ２、２′　　振動体 ３、３′、３″　　振動拡大体 ４ａ、４ｂ、４′　　圧電体 ５　　ベース ６　　緩衝材 ７　　ロータ ８　　駆動体 ９　　シャフト １１　　カバー １２　　皿バネ １３　　弾性体 １４　　突起 １５　　支柱

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　圧電体などの電気−機械変換子によっ
   て位相の異なる振動の合成された進行波が生じているス
   テータと、該ステータに接触して相対運動するロータな
   どを備えた超音波モータにおいて、ステータが前記電気
   −機械変換子または電気−機械変換子と弾性体とからな
   る振動体と、少なくとも該振動体の一部を内部に置いて
   一体成型（モールド）した合成樹脂製または合成樹脂に
   セラミック粉末などを混入した複合材製の振動拡大体と
   から構成され、振動体で生じた振動変位を拡大してロー
   タの運動を増速することを特徴とする超音波モータ。
2. 【請求項２】　　　　圧電体などの電気−機械変換子に
   よって位相の異なる振動の合成された進行波が生じてい
   るステータと、該ステータに接触して相対運動するロー
   タなどを備えた超音波モータにおいて、ステータが前記
   電気−機械変換子または電気−機械変換子と弾性体とか
   らなる振動体と、該振動体に接着または融着させた合成
   樹脂製または合成樹脂にセラミック粉末などを混入した
   複合材製の振動拡大体とから構成され、振動体で生じた
   振動変位を拡大してロータの運動を増速することを特徴
   とする超音波モータ。
3. 【請求項３】　　前記振動体が電気−機械変換子と弾性
   体の張り合わせであって、該弾性体の表面に多数の突起
   や窪みで凹凸を形成し、振動体と振動拡大体との結合を
   高めたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の
   超音波モータ。
4. 【請求項４】　　前記振動拡大体の内部にあって、前記
   振動体の振動面に垂直に多数の支柱を一体成型（モール
   ド）し、振動拡大体の一方向の剛性のみ高めたことを特
   徴とする請求項１または請求項２記載の超音波モータ。