JPH0438178A - 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（よ　圧電セラミック等の圧電体を用いて弾性波
を励振することにより駆動力を発生する超音波モータに
関すム 従来の技術 近年圧電体を用いて構成した振動体に弾性振動を励振し
　これを駆動力とした超音波モータが注目されていも 以下、図面を参照しながら超音波モータの従来技術につ
いて説明を行う。

第１０図（よ　従来の円環型超音波モータの一部切り欠
き斜視図である。同図において、　４は複数個の突起体
３を有する円環形弾性基板１の底面に円環形圧電体２を
貼合せて構成した振動体である。

ここで、円環形弾性基板１の材質としては　従来（戴　
鉄鏡　ステンレス鏡　真鍮等の金属が使用されていも　
また　６は耐摩耗性の摩擦材５を結合した移動体で、振
動体４に加圧接触して設置されていも また第１１図（友　他の従来例の円板型超音波モータの
一部切り欠き斜視図であも　同図において、４ａは複数
個の突起体３ａを有する円板形弾性基板１ａの底面に円
板形圧電体２ａを貼合せて構成した振動体であも　ここ
で、円板形弾性基板１ａの材質として１よ　従来は　鉄
観　ステンレス属真鍮等の金属が使用されている。ま？
＝６ａは耐摩耗性の摩擦材５ａを結合した移動体で、振
動体４ａに加圧接触して設置されていも さて、上記の従来例において１よ　圧電体２，２ａには
２組の駆動電極が構成されており、上記駆動電極に所定
の位相差を有する２つの交流電圧をそれぞれ印加すると
圧電体２．２ａは伸縮振動をし　弾性基板１．１ａは伸
縮に対して抵抗するように働くのて　バイメタルと同様
の効果により、撓み振動の進行波が振動体４．４ａに励
振されも振動体４．４ａの表面の任意の点は撓み振動の
進行波により楕円軌跡を描いて運動すも　突起体３゜３
ａはこの楕円軌跡の横方向（進行波の進行する方向成分
）の変位を拡大す４　振動体４．４ａの突起体３．３ａ
に加圧接触して設置された移動体６、６ａは拡大された
横方向の変位によって摩擦駆動されて回転すも 発明が解決しようとする課題 超音波モータ（よ　圧電体と弾性基板とから成る振動体
に数ミクロン程度の振幅の撓み振動の進行波を励振し　
この進行波による横方向変位を突起体で拡大して、突起
体先端に加圧接触して設置された移動体を駆動するモー
タであも 従って、振動体に撓み振動の進行波を効率良く励振する
ために（友　弾性基板は圧電体の伸縮に対して抵抗する
だけの剛性が必要であり、そのため弾性基板は金属やセ
ラミック等の剛性の大きい材料に制約されも 従来の超音波モータのように撓み振動を励振するための
弾性体と横方向変位拡大のための突起体を一体で構成す
るためには　突起体を形成する方法として、切削加工が
一般的であり、突起体形成のための機械加工時間が長く
なることによって、モータの製造コストが高くなるとい
う課題があつ九　また　このような金属材料（飄　比重
が大きいた数　モータの総重量が大きくなるという課題
もあっな さらに　弾性基板を金属で構成した際に（よ　金属製の
移動体と加圧接触させてモータを構成した場合には　均
一な摩擦接触状態が維持できず、安定したモータ特性が
得られないと同時に騒音が発生するた数　移動体側の接
触面に耐摩耗性を有する摩擦材を結合する必要があった 本発明は　かかる点に鑑みてなされたもので、機械加工
の省略による製造コストの低価格（１，モタ重量の軽量
（Ｌ　　摩擦材の省略による製造工程の簡略化を目的と
するものであム 課題を解決するための手段 上記の課題を解決するための手段（表　圧電体の伸縮に
対して抵抗する弾性基板を金属またはセラミックにて構
成し　上記弾性基板により励振された撓み振動の進行波
による変位を拡大するための変位拡大部を繊維強化プラ
スチックにて構成することである。

作用 金属またはセラミックにて構成された弾性基板１圏　こ
の弾性基板よりも剛性の小さな繊維強化プラスチックに
て構成された変位拡大部を形成することにより、上記弾
性基板上に一体構成で突起体を形成することなく、変位
拡大作用をもたせることができる。さらに　上記変位拡
大部の移動体との接触面Ｅ、　　少なくとも複数個の溝
を形成することにより、より有効に変位拡大作用を持た
せると同時に　移動体と振動体とのより安定な接触状態
を得ることが可能となも この繊維強化プラスチツク製変位拡大部で、弾性基板に
より励振された撓み振動の進行波による横方向の変位を
拡大することにより、モータ特性を大きく落とすことな
く、振動体の質量を小さくすることができも また　突起体部を繊維強化プラスチックにて構成するこ
とにより、摩擦材を省略することができ、モータの製造
工程を簡略化することができも実施例 （第１実施例） 第１実施例を第１図に示す。

ま哄　３０重量％の炭素繊維と７０重量％のポリフェニ
レンサルファイド樹脂との混練物を射出成形して、第１
図に示す、円環形状で比重が１゜４５である繊維強化プ
ラスチツク製変位拡大部１０１を得た 次にこの円環形変位拡大部１０１の底面へ　ステンレス
鋼製の円環形弾性基板１０２を接着しさらにこの円環形
弾性基板１０２の底面に圧電体１０３を接着することに
より、拡大部１０１、基板１０２、圧電体１０３からな
る円環形の振動体１０４を構成し九 さらに　この振動体１０４に　振動体側の接触面よりも
接触幅の狭いアルミニウム製の移動体１０５を加圧接触
して設置することにより、第１図の円環型超音波モータ
を構成し九 上記の様凶　変位拡大部１０１を繊維強化プラスチック
にて構成することにより、従来例の採番へ突起体を形成
するための複雑な機械加工を必要とせず、しかも金型に
より容易に成形することが可能であａ さらＣミ　　弾性基板を従来例の様にステンレス鋼単体
にて構成した場合に比較して、円環形振動体１０４の重
量を少なくとも１／２以下とすることができへ （第２実施例） 第２実施例を第２図に示す。

まず、４０重量％のガラス繊維と６０重量％のポリフェ
ニレンサルファイド樹脂との混練物を圧縮成形して、移
動体との接触面と底面との幅が異な黴　円環形状で比重
が１．６７である繊維強化プラスチツク製変位拡大部１
１１を得な次にこの円環形変位拡大部１１１の底面に　
底面と同じ幅を有する鉄鋼製の円環形弾性基板１１２を
接着し　さらにこの円環形弾性基板１１２の底面に圧電
体１１３を接着することにより、拡大部１１１、基板１
１２、圧電体１１３からなる円環形の振動体１１４を構
成した さら番ミ　　この振動体１１４　Ｇ、：、　　振動体側
の接触面と同じ接触幅を有するプラスチック製の移動体
１１５を加圧接触して設置することにより、第２図の円
環型超音波モータを構成し１゜ 上記の様に　変位拡大部１１１を移動体との接触面と底
面との幅が異なる形状とすることにより、実施例１の様
に移動体との接触面と底面との幅が同じ形状の場合と比
較して、圧電体１１３により励振される撓み振動の中性
面を下げることができるた敦　撓み振動の進行波による
横方向変位をより有効に拡大することが可能となっ九 さらに　弾性基板を従来例の様に鉄鋼単体にて構成した
場合に比較して、円環形振動体１１４の重量を少なくと
もｌ／２以下にすることが可能であム （第３実施例） 第３実施例を第３図に示す。

まず、３０重量％のガラス繊維と７０重量％のポリエー
テルイミド樹脂との混練物をステンレス製弾性基板１２
２上にトランスファ成形することにより、ステンレス鋼
製弾性基板１２２と比重が１、５１である繊維強化プラ
スチツク製変位拡大部１２１とを一体成形固定し九 次（ミ　この一体成形固定体の底面に圧電体１２３を接
着することにより、円板形振動体１２４を構成し九 さら番ミ　この振動体１２４にプラスチック製の移動体
１２５を加圧接触して設置することにより、第３図の円
板型超音波モータを構成しｔも上記の様に　変位拡大部
１２１を繊維強化プラスチックにて構成することにより
、従来例の様に突起体を形成するための複雑な機械加工
を必要とせず、　しかも金型により容易に成形すること
が可能である。

ま？＝　　弾性基板を従来例の様にステンレス鋼単体に
て構成した場合に比較して、円板形振動体１２４の重量
を少なくとも１／２以下にすることが可能である。

さらへ　金属製３弾性基板１２２上に繊維強化プラスチ
ツク製変位拡大部１２１を一体成形することにより、金
属製弾性基板１２２と繊維強化プラスチツク製変位拡大
部１２１との接着工程を省略することで工程削減ができ
、さらに低コスト化が可能となも （第４実施例） 第４実施例を第４図に示す。

まず、３０重量％の炭素繊維と７０重量％のポリエーテ
ルサルホン樹脂との混練物を射出成形することにより、
第４図の様に　円環形状で比重が１、４７である繊維強
化プラスチツク製変位拡大部１３１を得れ 次に　この円環形変位拡大部１３１を、振動体１３４を
構成した際に振動体１３４に発生する振動変位の最大振
幅発生位置近傍となる位置に　鉄鋼製弾性基板１３２と
接着し　さらにこの鉄鋼製弾性基板１３２の底面に圧電
体１３３を接着することにより、円板形振動体１３４を
構成したさらに　この振動体１３４にアルミニウム合金
製の移動体１３５を加圧接触して設置することにより、
第４図の円板型超音波モータを構成し九上記の様に　繊
維強化プラスチツク製変位拡大部１３１を振動体１３４
を構成した際に振動体１３４に発生する振動変位の最大
振幅発生位置近傍となる位置に設けることにより、撓み
振動の進行波による横方向変位をより有効に拡大するこ
とが可能であも （第５実施例） 第５実施例を第５図に示す。

まず、３０重量％の炭素繊維と７０重量％のポリエーテ
ルエーテルケトン樹脂との混練物を圧縮成形することに
より、第５図の様へ　移動体との接触面に少なくとも複
数個の溝１４６を有す４円環形状で比重が１．４４であ
る繊維強化プラスチツク製変位拡大部１４１を得へ 次に　この円環形変位拡大部１４１の底面にステンレス
鋼製弾性基板１４２を接着し　さらにこのステンレス鋼
製弾性基板１４２の底面に圧電体１４３を接着すること
により、円環形振動体１４４を構成しな さら番へ　この振動体１４４に　振動体側の接触面より
も接触幅の狭いプラスチック製の移動体１４５を加圧接
触して設置することにより、第５図の円環型超音波モー
タを構成し九 上記の様に　繊維強化プラスチック製変位拡大部１４１
上の移動体との接触面に少なくとも複数個の溝１４６を
設けることにより、実施例１の様に溝がない場合に比較
して、移動体１４５と振動体１４４とのより安定な接触
状態が得られ　かつ効率的な機械出力の伝達が可能であ
４ さらに　弾性基板を従来例の様にステンレス鋼単体にて
構成した場合に比較して、円環形振動体１４４の重量を
少なくとも１／２以下にすることが可能である。

（第６実施例） 第６実施例を第６図に示す。

まず、　３０重量％の炭素繊維と７０重量％のポリエー
テルサルホン樹脂との混練物を射出成形することにより
、第６図の様に移動体との接触面に編目状の溝１５６を
有す黴　円環形状で比重が１゜４７である繊維強化プラ
スチツク製変位拡大部１５１を得な 次へ　この円環形変位拡大部１５１の底面に鉄鋼製弾性
基板１５２を接着し　さらにこの鉄鋼製弾性基板１５２
の底面に圧電体１５３を接着することにより、円環形振
動体１５４を構成し九さらに　この振動体１５４に　振
動体側の接触面よりも接触幅の狭いアルミニウム合金製
の移動体１５５を加圧接触して設置することにより、第
６図の円環型超音波モータを構成し旭 上記の様に　繊維強化プラスチック製変位拡大部１５１
上の移動体との接触面に編目状の溝１５６を設けること
により、実施例１の様に溝がない場合に比較して、移動
体１５５と振動体１５４とのより安定な接触状態が得ら
れ　かつ効率的な機械出力の伝達が可能である。

さらに　弾性基板を従来例の様に鉄鋼単体にて構成した
場合に比較して、円環形振動体１５４の重量を少なくと
も１／２以下にすることが可能であａ （第７実施例） 第７実施例を第７図に示す。

まず、３０重量％の炭素繊維と７０重量％のポリフェニ
レンサルファイド樹脂との混練物を射出成形することに
より、第７図の様圏　移動体との接触面に少なくとも複
数個の溝１６６を有すべ円環形状で比重が１．４５であ
る繊維強化プラスチツク製変位拡大部１６１を得九 次へ　この円環形変位拡大部１６１を、振動体１６４を
構成した際に振動体１６４に発生する振動変位の最大振
幅発生位置近傍となる位置番ミ　　鉄鋼製弾性基板１６
２と接着し　さらにこの鉄鋼製弾性基板１６２の底面に
圧電体１６３を接着することにより、円板形振動体１６
４を構成したさらに　この振動体１６４にアルミニウム
製の移動体１６５を加圧接触して設置することにより、
第７図の円板型超音波モータを構成し九上記の様に　繊
維強化プラスチック製変位拡大部１６１上の移動体との
接触面に少なくとも複数個の溝１６６を設けることによ
り、実施例４の様に溝がない場合に比較して、移動体１
６５と振動体１６４とのより安定な接触状態が得られ　
かつ効率的な機械出力の伝達が可能である。

（第８実施例） 第８実施例を第８図に示す。

まず、　３０重量％のガラス繊維と７０重量％のポリエ
ーテルエーテルケトン樹脂との混練物をステンレス製弾
性基板１７２上にトランスファ成形することにより、ス
テンレス鋼製弾性基板１７２と移動体との接触面に少な
くとも複数個の溝１７６を有する比重が１．５２である
繊維強化プラスチツク製変位拡大部１７１とを一体成形
固定した次に　この一体成形固定体の底面に圧電体１７
３を接着することにより、円板形振動体１７４を構成し
九　さらに　この振動体１７４にプラスチック製の移動
体１７５を加圧接触して設置することにより、第８図の
円板型超音波モータを構成した 上記の様！二　繊維強化プラスチック製変位拡大部１７
１上の移動体との接触面に少なくとも複数個の溝１７６
を設けることにより、実施例３の様に溝がない場合に比
較して、移動体１７５と振動体１７４とのより安定な接
触状態が得られ　かつ効率的な機械出力の伝達が可能で
あム また　上記構成とすることにより、弾性基板を従来例の
様にステンレス鋼単体にて構成した場合に比較して、円
板形振動体１７４の重量を少なくとも１／２以下にする
ことが可能である。

さらく　上記構成とすることにより、金属製弾性基板１
７２上に繊維強化プラスチツク製変位拡大部１７１を一
体成形することにより、金属製弾性基板１７２と繊維強
化プラスチツク製変位拡大部１７１との接着工程を省略
することで工程削減ができ、さらに低コスト化が可能と
なも（第９実施例） 第９実施例を第９図に示す。

まず、４０重量％のガラス繊維と６０重量％のポリエチ
レンテレフタレート樹脂との混練物を圧縮成形すること
により、第９図の様（ミ　移動体との接触面に少なくと
も複数個の溝１８６を有する比重が１．７０である繊維
強化プラスチツク製変位拡大部１８１を得九　な耘　上
記複数個の溝１８６は振動体１８４を構成した際に振動
体１８４に発生する振動変位の最大振幅発生位置近傍と
なる位置に設けていも 次番ミ　この変位拡大部１８１の底面にステンレス鋼製
弾性基板１８２を接着し　さらにこのステンレス鋼製弾
性基板１８２の底面に圧電体１８３を接着することによ
り、円板形振動体１８４を構成しな　さら番ミ　　この
振動体１８４にアルミニウム合金製の移動体１８５を加
圧接触して設置することにより、第９図の円板型超音波
モータを構成しな 上記の様に　繊維強化プラスチック製変位拡大部１８１
上に　少なくとも複数個の溝１８６を、振動体１８４を
構成した際に振動体１８４に発生する振動変位の最大振
幅発生位置近傍となる位置に設けることにより、撓み振
動の進行波による横方向変位をより有効に拡大すること
が可能である。

さらＪ二　上記構成とすることにより、弾性基板を従来
例の様にステンレス鋼単体にて構成した場合に比較して
、円板型振動体１８４の重量を少なくとも１／２以下に
することが可能であも上記各実施例において、変位拡大
部を構成する繊維強化プラスチックに含まれる強化繊維
の含有量は　超音波モータの加圧力に応じて調整可能で
ある方丈　繊維含有量がＩＯ重量％未渦の場合に（よ剛
性向上のための効果が不足であり、また繊維含有量が７
０重量％を越える場合に（よ　成形方法あるいは樹脂の
流動性によっても異なる方丈　成形が困難となると同時
に成形物の機械的強度が脆くなるた八　２０重量％以上
５０重量％以下の範囲であることが望ましい。

また　実施例において；よ　強化繊維１表　炭素繊維あ
るいはガラス繊維を用いた方丈　これらに限定されるも
のではなく、上記以外の無機繊維を用いることも同様に
可能であり、さらに剛性を調整するため（二　上記繊維
にグラファイト粉末、四フッ化エチレン粉末　硫化モリ
ブデン粉末　フッ化黒鉛粉末等の無機充填材を組み合わ
せることも可能であも また　移動体の材質として！戴　プラスチッ久アルミニ
ウム　アルミニウム合金等を用いた方丈これらに限定さ
れるものではな東　鉄　ステンレス　真鍮等の比重の大
きな材料を用いることも同様に可能である力（移動体と
して比重の小さな材料を用いることで、超音波モータの
振動体の重量だけでなく、モータの総重量の軽量化を実
現することができる。

さら４二　繊維強化プラスチツク製変位拡大部に形成す
る複数個の溝としてζ戴　第５〜第９実施例に記載のも
のに限定されるものではなく、溝形状溝深さ、溝方向は
　撓み振動の進行波による横方向変位をより有効に拡大
するた敦　あるいは移動体と振動体とのより安定な接触
状態を得るためζへ任意に設定することが可能であム 発明の効果 圧電体の伸縮に対して抵抗する弾性基板を金属またはセ
ラミックにて構成し　上記弾性基板により励振された撓
み振動の進行波による変位を、繊維強化プラスチックに
て構成された変位拡大部にて拡大するように振動体を構
成することにより、振動体に励振された撓み振動の進行
波による横方向の変位を拡大するための突起体部を形成
するための複雑な機械加工を必要とせず、モータの製造
コストの低価格化と同時にモータ重量の軽量化を実現す
ることができも また　変位拡大部を繊維強化プラスチックにて構成する
ことにより、摩擦材を省略することができ、超音波モー
タのモータ特性を大きく落とすことなく、モータの製造
工程の簡略化を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

１０３、　１１３、　　２３、　１３ １５３、　１６３、　　７３、　　　１１０４、　１１
４、　　２４、　１３ １５４、　　６４、　　７４、　　１ １０５、　　１５、　　２５、　１３ １５５、　　６５、　　７５、　１８ １０２、　　１２、　　２２、　１３ １５２、　　６２、　１７２、　１８ 性基板、 １０１、１１１、１２＋、　１３１． １５１、１６１．　１７１．　１８１ プラスチック製変位拡犬訴 代理人の氏名　弁理士　粟野重孝 １４３、 ・・・圧電体 １４４、 ・・・振動恢 １４５、 ・・・移動体 １４２、 ・・・金属装弾 ・・・繊維強化 ほか１名 第１図〜第９図（戴　本発明の超音波モータの実施例の
主要構成を一部断面で示した斜視図　第１０．１１図（
よ　従来の超音波モータの主要構成部を一部断面で示し
た斜視図であ４ 第 図 ＼ ７０４孫勧俸 第 図 第 図 第 図 第 図 襲 図 第 図 第 図 第１０図 ＼ 第１１図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）弾性基板に圧電体を結合した振動体に、移動体を
   加圧接触させ、上記振動体に撓み振動の進行波を励振す
   ることにより、上記移動体を移動させる超音波モータに
   おいて、圧電体の伸縮に対して抵抗する弾性基板を金属
   またはセラミックにて構成し、上記弾性基板により励振
   された撓み振動の進行波による変位を、繊維強化プラス
   チックにて構成された変位拡大部にて拡大するように振
   動体を構成したことを特徴とする超音波モータ。
2. （２）弾性基板に圧電体を結合した振動体に、移動体を
   加圧接触させ、上記振動体に撓み振動の進行波を励振す
   ることにより、上記移動体を移動させる超音波モータに
   おいて、圧電体の伸縮に対して抵抗する弾性基板を金属
   またはセラミックにて構成し、上記弾性基板により励振
   された撓み振動の進行波による変位を、移動体との接触
   面に少なくとも複数個の溝を有する繊維強化プラスチッ
   クにて構成された変位拡大部にて拡大するように振動体
   を構成することを特徴とする超音波モータ。