JPH044771A

JPH044771A - 超音波モータ

Info

Publication number: JPH044771A
Application number: JP2103768A
Authority: JP
Inventors: Akira Utsuki; 宇津木　晃
Original assignee: Japan Electronic Control Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Unisia Automotive Ltd
Priority date: 1990-04-19
Filing date: 1990-04-19
Publication date: 1992-01-09

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、捩れ振動を駆動源として利用する超音波モー
タに関する。

［従来の技術］従来の超音波モータとしては、捩れ振動と縦振動とを組
み合わせ、棒材を捩りながら伸長させると共に捩りをも
とに戻しながら収縮させることで、棒材の端部に接する
ロータを回転させる複合型の超音波モータが知られてい
る。

［発明が解決しようとする課題］ところが、前記従来技術の超音波モータでは、捩れ振動
と縦振動とを発生する２種類の振動体を組み合わせる構
造であるため、その構造が複雑になるという問題点があ
る。

本発明は上述した従来技術の問題点に鑑みなされたもの
で、簡単な構造の新規な超音波モータを提供することを
目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上述した課題を解決するために本発明が採用する構成は
、螺旋方向に伸縮する圧電性材料により円柱状に形成さ
れ、全体として捩れ振動を生じると共に両端部に形成さ
れた可動接触部を有する駆動棒と、該駆動棒の軸方向に
圧電性材料を挟んで設けられ、該圧電性材料に電圧を印
加する電極と、前記駆動棒両端の可動接触部に圧接され
、当該駆動棒の捩れ振動による各可動接触部のそれぞれ
逆方向への回動によって駆動棒の軸方向中央部を中心に
回転するロータとからなることを特徴とする。

〔作用〕

前記構成により、電極を介して圧電性材料に電圧を印加
すると、駆動棒が捩れ、両端の各可動接触部が互いに逆
方向へ回動し、ロータを僅かに回転させる。そこで、圧
電性材料に高周波周期で電圧を印加して駆動棒を超音波
振動させ、ロータを連続的に回転させる。

基づいて説明する。

本実施例の超音波モータは、棒材の捩れ振動を利用して
回転に変換しようとするもので、まず、その構成につい
て説明する。

図中、１はケーシングで、該ケーシング１は有底の円形
皿状に形成され、その周壁ＩＡの内周面に相対向して２
つの支持突起２Ａ、２Ｂが突設されている。３は後述す
るロータ１０を回転駆動すべく、１本の棒状体、又は軸
方向中間で２分割された２本の棒状体を接合してなる駆
動棒で、該駆動棒３は外周に設けた絶縁部３Ｃを介して
全体を軸方向に電気的に２分割された圧電性材料３Ａ。

３Ｂを含んで中実円柱状に形成されると共に、該各圧電
性材料３Ａ、３Ｂは互いに直交する向きの螺旋方向に分
極するように配設され、電圧を印加することでそれぞれ
の螺旋方向に分極してこの螺旋方向に伸縮し、全体とし
て捩れ振動を生じるように設定されている。さらに、各
圧電性材料３Ａ、３Ｂは、軸方向−側の圧電性材料３Ａ
が電圧印加で螺旋方向に伸長し、他側の圧電性材料３Ｂ
が電圧印加で螺旋方向に収縮するように設定され、後述
の可動接触部８Ａ、８Ｂを含め、全体として矢印Ａ、Ａ
方向に捩れるようになっている。なお、この電圧印加に
より、−側の圧電性材料３Ａは軸方向へ僅かに伸長し、
他側の圧電性材料３Ｂは軸方向へ僅かに収縮するが、全
体としては、伸長と収縮で相殺されて軸方向への伸縮変
化は生じない。

４Ａ、４Ｂは圧電性材料３Ａを軸方向両側がら挟むよう
にその外周に配設された電極、５Ａ。

５Ｂは同じく圧電性材料３Ｂを軸方向両側から挾むよう
にその外周に配設された電極で、該各電極４Ａ、４Ｂ、
５Ａ、５Ｂには接続配線６Ａ。

６Ｂ、７Ａ、７Ｂを介して電圧が印加されるようになっ
ている。なお、例えば、電極４Ａ、５Ａがプラスとなる
電圧の印加により各圧電性材料３Ａ、３Ｂが両方ともに
螺旋方向に伸長する材料である場合には、各電極４Ａ、
４Ｂ、５Ａ、５Ｂのうち、一方の電極４Ａ、５Ｂにプラ
スの電圧が印加され、他方の電極４Ｂ、５Ａにマイナス
の電圧が印加される。また、電極４Ａ、５Ａがプラスと
なる電圧の印加により各圧電性材料３Ａ、、、３Ｂの螺
旋方向への伸縮が逆になる場合には、各電極４Ａ、５Ａ
にプラスの電圧が印加され、４Ｂ。

５Ｂにマイナスの電圧が印加される。

一方、駆動棒３の両端部には、ロータ１ｏと直接接触し
て該ロータ１ｏを回転駆動する可動接触部８Ａ、８Ｂが
それぞれ拡径して設けられ、該各可動接触部８Ａ、８Ｂ
には前記支持突起２Ａ。

２Ｂに嵌合し、回転可能に支持される支持穴９Ａ、９Ｂ
が穿設されている。

１０はケーシング１の周壁ＩＡ内に挿嵌され、駆動棒３
によって回転駆動されるロータで、該ロータ１０は、円
盤状に形成された平板部１０Ａと、該平板部１０Ａ中央
に立設された出力軸１０Ｂとから構成されている。１１
はケーシング１の周壁ＩＡ上端部に設けられた皿ばねで
、該皿ばね１１は、基端側（外周側）が周壁ＩＡ上端部
に固定され、先端側がロータ１０の平板部１０Ａを押圧
し、該平板部１０Ａを駆動棒３の各可動接触部８Ａ、８
Ｂに圧接するようになっている。なお、ロータ１０の平
板部１０Ａと皿ばね１１との接触面は、各可動接触部８
Ａ、８Ｂのそれぞれ逆方向への回動により該各可動接触
部８Ａ、８Ｂに圧接された平板部１０Ａが回動できる程
度の摩擦抵抗、即ち、各可動接触部８Ａ、８Ｂと平板部
１０Ａとの間の摩擦抵抗よりも平板部１０Ａと皿ばね１
１との間の摩擦抵抗の方が小さ（なるように、表面処理
が施されている。

本実施例の超音波モータは、以上のように構成されるが
、次にその作用について説明する。

まず、駆動棒３は、接続配線６Ａ、’６Ｂ。

７Ａ、７Ｂを介して各電極４Ａ、４Ｂ、５Ａ。

５Ｂにそれぞれ所定の電圧が印加されることで、−側の
圧電性材料３ＡｂＳ螺旋方向に伸長し、他側の圧電性材
料３Ｂが螺旋方向に収縮して、全体として矢印Ａ方向に
捩れを生じる。そして、電圧の印加を停止すると、自己
の反力でもとの状態に戻る。

ここで、各電極４Ａ、４Ｂ、５Ａ、５Ｂに印加される電
圧は、第５図（イ）に示す鋸歯状波形を有している。即
ち、印加電圧は徐々に高められ、所定時間が経つと、電
圧の印加が停止され、所定時間が経つと再び印加される
。そして、徐々に高められる印加電圧により、駆動棒３
は徐々に捩れ、各可動接触部８Ａ、８Ｂは互いに逆方向
に、第５図（ロ）に示す角速度ω１の変化を辿りながら
徐々に回動する。そして、ロータ１０の平板部１０Ａは
各可動接触部８Ａ、８Ｂの回動によって僅かに回転され
る。なお、この状態で、各可動接触部８Ａ、８Ｂとロー
タ１０の平板部１０Ａとは、静摩擦領域で互いに接触し
、各可動接触部８Ａ、８Ｂが空転することはない。

次いで、各電極４Ａ、４Ｂ、５Ａ；　５Ｂへの電圧の印
加を停止すると、駆動棒３は自己の反力によって、第５
図（ロ）に示す角速度ω２の変化を辿りながら前記電圧
印加時と逆の方向（捩れが戻る方向）へ急激に回動する
。そして、この状態では、各可動接触部８Ａ、８Ｂとロ
ータ１０の平板部１０Ａとの間は動摩擦領域での接触と
なり、摩擦抵抗が大幅に小さくなって各可動接触部８Ａ
。

８Ｂは空転し、皿ばね１１によって押えられたロータ１
０は回転せずに、現状の状態に維持されることになる。

かくして、各圧電性材料３Ａ、３Ｂへの電圧の印加と停
止とを高周波周期で繰り返すことにより、前述した作用
を繰り返してロータ１０が回転する。

また、各圧電性材料３Ａ、３Ｂへ印加する電圧を逆にす
ると、ロータ１０は逆回転することができる。

以上のように、捩れ振動を発生する駆動棒３によってロ
ータ１０を回転駆動する構成としたから、簡単な構造の
新規な超音波モータを提供することができる。

さらに、電圧の印加制御がなされる部分が駆動棒３だけ
で、制御が容易であるため、コスト低減を図ることがで
きる。

なお、本実施例では、駆動棒３を螺旋方向の異なる圧電
性材料３Ａ、３Ｂを用いて互いに直交する向きの螺旋方
向に配設したが、第６図に示すように、駆動棒２０の圧
電性材料２１をすべて単一の螺旋方向に分極するように
配設し、その両端に電極２２Ａ、２２Ｂを設けると共に
、可動接触部２３Ａ、２３Ｂを設ける構成としてもよい
。

また、駆動棒３の圧電性材料３Ａ、３Ｂに印加する電圧
は、第５図（イ）に示すように、駆動棒３を捩るときだ
け徐々に上げながら印加するような設定としたが、第７
図（イ）に示すように、駆動棒３が捩れた状態からもと
に戻やときに、逆の矩形状電圧を印加してもよい。これ
により、第７図（ロ）に示すように、逆の電圧を印加し
ない場合の角速度ω２よりも早い角速度ω３で回動させ
ることができ、より効率的にロータ１０を回転させるこ
とができる。

また、本実施例では、ロータ１０は正、逆回転する構成
としたが、一方向へのみ回転する構成であれば、第８図
に示すような一方面クラッチ３０を設ければよい。即ち
、一方向クラッチ３０は、ケーシング３１の周壁３１Ａ
内に回転可能にロータ３２を装着し、該ロータ３２の外
周に２箇所の切欠き３３．３４を設け、該各切欠き３３
．３４にはそれぞれロータ３２の反時計方向への回転を
規制するボール３５及び該ボール３５を付勢するスプリ
ング３６とを設ける構成とし得る。

一方、駆動棒３に捩れを生じさせる部材として圧電性材
料３Ａ、３Ｂを用いたが、磁力の変化により歪む磁歪性
材料を用いてもよい。

また、駆動棒３は、ケーシング１の周壁ＩＡに設けた支
持突起２Ａ、２Ｂによって駆動棒３両端から回転可能に
支持する構成としたが、駆動軸３の中央部を固定支持し
、各圧電性材料３Ａ、３Ｂによって同定支持部の両側に
均等割合の捩れを生じるように構成してもよい。

さらに、駆動棒４１の捩れ振動を利用して、第９図に示
すように、時計の振り子の変わりに用いてもよい。即ち
、駆動棒４１の一端を基板側に固定し、他端を揺動爪機
構４２に固定し、該揺動爪機構４２を揺動させることに
より、一方の回転方向へ付勢された回転歯車機構４３を
一定速度で回転するように規制する規制手段として用い
てもよい。

また、本実施例では、駆動棒３の両端に、ロータ１０と
接触して回転駆動する可動接触部８Ａ。

８Ｂを拡径して形成したが、第１０図及び第１１図に示
すように、駆動棒５０両端の可動接触部５０Ａ、５０Ｂ
を駆動棒５０中間位置と同径に形成し、ロータ５１の平
板部５１Ａ周縁部に可動接触部５０Ａ、５０Ｂと摺接す
る環状の摺接段部５１Ｂを形成してもよい。これにより
、前記実施例同様の作用、効果を奏することができる。

［発明の効果］以上詳述した通り、本発明によれば、捩れ振動を生じる
と共に両端部に可動接触部を有する駆動棒と、該駆動棒
の圧電性材料に電圧を印加する電極と、前記駆動棒両端
の可動接触部に圧接され、各可動接触部のそれぞれ逆方
向への回動によって回転するロータとから構成したから
、駆動棒の捩れ振動だけによってロータを回転すること
ができ、従来技術のように２種類の振動体を使う必要が
なく、簡単な構造の超音波モータとすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第１１図は本発明の実施例に係り、第１図
は超音波モータを示す縦断面図、第２図は第１図中のｎ
−ｎ矢視方向断面図、第３図は第１図に示す超音波モー
タの平面図、第４図は駆動棒を示す斜視図、第５図（イ
）は駆動棒の圧電性材料に印加する電圧波形を示す特性
線図、第５図（ロ）は第５図（イ）の印加電圧による駆
動棒の各可動接触部で生じる角速度の変化状態を示す特
性線図、第６図は駆動棒の圧電性材料の配設方向の変形
例を示す斜視図、第７図（イ）は駆動棒の圧電性材料に
印加する電圧波形の変形例を示す特性線図、第７図（ロ
）は第７図（イ）の印加電圧による駆動棒の各可動接触
部で生じる角速度の変化状態を示す特性線図、第８図は
一方面クラッチを示す横断面図、第９図は本発明を時計
歯車機構に応用した場合を示す概略図、第１０図は本発
明の超音波モータの変形例を示す縦断面図、第１１図は
第１０図のＭ−刀矢視方向断面図である。３・・・駆動棒、４Ａ、４Ｂ、５Ａ、５Ｂ・・・電極、
１０・・・ロータ。特許出願人　　日本電子機器株式会社代理人　弁理士　　　広　瀬　和　彦第図第１０図一］第１１図

Claims

【特許請求の範囲】

　螺旋方向に伸縮する圧電性材料により円柱状に形成さ
れ、全体として捩れ振動を生じると共に両端部に形成さ
れた可動接触部を有する駆動棒と、該駆動棒の軸方向に
圧電性材料を挟んで設けられ、該圧電性材料に電圧を印
加する電極と、前記駆動棒両端の可動接触部に圧接され
、当該駆動棒の捩れ振動による各可動接触部のそれぞれ
逆方向への回動によって駆動棒の軸方向中央部を中心に
回転するロータとから構成してなる超音波モータ。