JPH057952B2

JPH057952B2 -

Info

Publication number: JPH057952B2
Application number: JP58079411A
Authority: JP
Inventors: Tadao Takagi
Original assignee: Nippon Kogaku KK
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1983-05-09
Filing date: 1983-05-09
Publication date: 1993-01-29
Also published as: JPS59204480A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は超音波振動を利用した超音波モーター
（表面波モーター）に関するものである。

従来より最も一般的に用いられている。電磁力
を利用したモーターは、形状や材料に対する制約
が大きく、また、構造的にも巻き線や、小型で高
出力を得るために希土類の永久磁石を用いる等、
コスト的にも限界を有していた。

この様な状況に対し、従来よりの電磁式モータ
ーに代わるべくアクチユエーターの開発が行なわ
れ、その１つとして、超音波振動を利用したモー
ターが提案され、この超音波振動を利用したモー
ター（以後、超音波モーターと呼ぶ）の試作例と
して、圧電素子等を用いて弾性体表面に表面波を
発生させて、この表面に圧接されたローターを駆
動させる表面波型の超音波モーター（以後、表面
波モーターと呼ぶ）が考案され、既に発表され
た。

このような超音波モーターの基本構成は、例え
ば第１ａ図（平面図）及び第１ｂ図（第１ａ図の
Ｘ−Ｘ矢視断面図）に示すように、円環状の弾性
体１とそれを励振する圧電素子３とから成る固定
子１０と、ロータ（可動子）２とから構成され、
その駆動原理は次のように説明されている。

即ち、圧電素子３に通電すると、弾性体１上に
表面波が発生する。そして、第２図に示すように
弾性体１の表面の１つの点Ａに着目すると点Ａは
長軸ａ、短軸ｂの楕円状の軌跡を描く。その結
果、ローター２は弾性体１との摩擦力で表面波の
進行方向（矢印Ｎ）と逆方向（矢印Ｍ）に駆動さ
れる。

第１ｃ図及び第１ｄ図に基づいて上記表面波モ
ーターの構成及び動作を具体的に述べる。この表
面波モーターの基本構成は、圧電素子３（すなわ
ち、リング状圧電体１１、リング状電極１２、セ
グメント電極群１３）、弾性体１、ローター２か
ら成り、そして圧電素子３とリング状の弾性体１
とは導電性を有する接着剤１５により接着されて
いる。

第１図に示すリング状圧電体１１はその一方の
面全体にリング状電極１２がコートされており、
その他方の面にはセグメント電極群１３がコート
されている。このセグント電極群１３は16個のセ
グメント電極１３ａ〜１３ｐから構成されてい
る。このセグメント電極１３ａは円周方向4/3λ
の長さを有し（λは屈曲振動波長）、その電極１
３ａから180度ずれたセグメント電極１３ｂは同
様にλ／４の長さを有する。このセグメント電極
１３ａと１３ｂとの間に一方の側にはλ／２の長
さのセグメント電極１３ｃ〜１３ｉが位置してお
り、他方の側にはλ／２の長さのセグメント電極
１３ｊ〜１３lpが位置している。前記セグメント
電極１３ｃ〜１３ｉ及び１３ｊ〜１３ｐが接して
いるリング状圧電体１１の各領域は隣接する領域
どうし分極方向が異なるように分極されている。
例えば、セグメント電極１３ｃが接しているリン
グ状圧電体の１１の領域と、セグメント電極１３
ｄが接しているリング状圧電体１１の領域とでは
分極方向が逆になつている。第１ｃ図において、
◎ととは分極方向が逆であることを示してい
る。これらのセグメント電極１３ｃ〜１３ｉ及び
１３ｊ〜１３ｐは駆動（入力）交流印加用電極で
あり、互いに導電性ペイスト１４ａ及び１４ｂに
より互いに接続され、これらは入力端子Ｆ及び(H)
から入力交流電圧が印加されている。セグメント
電極１３ａはリング状圧電体１１の外周端に塗布
された導電性ペイスト１４ｃによりリング状電極
１２と接続されている。このセグメント電極１３
ａには接地端子(G)より接地電位が印加される。す
なわち、このセグメント電極１３ａはリング状電
極１２の引出し電極として働く。また、セグメン
ト電極１３ｂはセグメント電極群の作成工程で形
成されるもので本発明では特に作用を持つもので
はない。リング状圧電体１１のリング状電極１２
側には接着剤１５により黄銅等からなる弾性体１
が固着されている。ローター２はこの弾性リング
１６に対してある接触圧で圧接されている。

端子(F)、(G)間と端子(H)、(G)間とに互いに90度位
相のずれた交流電圧を加えることにより圧電素子
３と弾性体１とに波長λの屈曲振動が生じ、ロー
ター２が回転される。即ち、圧電素子３に通電す
る弾性体１上に表面波が発生する。その表面波を
利用して、ローター２を表面波の進行方向と逆方
向に駆動させる。

しかしながら、この様な超音波モーターは、弾
性体１とローター２間が常時圧接されながら、動
いている為、弾性体１とローター２との間の圧接
間に摩擦が生じ、その摩擦によつて削られた粉が
圧接面に付着するという欠点を有していた。その
ため、使用している間に効率が著しく低下してし
まうという不都合があつた。

本発明は以下の欠点を解決し、駆動中摩擦によ
つて生じる弾性体もしくは可動子の削られた粉
を、常時排出する事により、高効率を維持しうる
超音波振動を利用した超音波モーターを提供する
ことを目的とする。

（実施例）第３図は本発明の第１実施例を示し、表面波モ
ーターの分解斜視図である。

第３図に示すリング状の弾性体４、ローター
５、圧電素子６は、第１ａ図〜第１ｄ図及び第２
図に示す弾性体１、ローター２、圧電素子３（リ
ング状圧電体１１及びリング状電圧１２及びセグ
メント電極群１３）で説明した構成と基本的には
同様である。従来例との違いはローター５の構成
であり、以下、第３図を用いて説明する。第３図
は説明が解決しやすいように円環状の弾性体４と
それを励振する圧電素子６とから成る固定子２０
と、ロータ（可動子）５とを分解して示してあ
る。ローター５（移動体）は弾性体４の圧接面４
ａと圧接する圧接面５ａを有し、圧接面５ａの一
部には凹部５ｂ（付着物除去手段）が設けられて
いる。いま、圧電素子６により弾性体４を励振さ
せてローター５を回動させたものとする。この
時、ローター５は不図示の加圧部材にり弾性体４
に圧接されながら回動する為、弾性体４とロータ
ー５の圧接面に摩耗が生じ、それによつて生じた
粉（付着物）が圧接面に付着する。ところが、ロ
ーター５の圧接面５ａはその一部が凹状（凹部５
ｂ）に加工されている為、上述の付着物はロータ
ー５の回動中に凹部５ｂのエツジ（角部）５ｃも
しくは５ｄにより削り取られる。エツジ５ｃによ
り付着物が削り取られるのはローター５が反時計
方向に回動させられたときであり、エツジ５ｄに
より付着物が削り取られるのはローター５が時計
方向に回動させられたときである。その際、ロー
ター５の凹部５ｂの数は１個以上形成されてあれ
ばよいが、ローター５のバランス上、円周上に等
間隔に配設されているものの方がより望ましく本
実施例では２個設けてある。また、付着物除去手
段である凹部５ｂは本実施例ではローター５に設
けてあり、その理由は、弾性体４に設けるとする
と駆動力として働く弾性体４の表面波に悪影響を
及ぼすことが考えられるのでローター５に設けて
いた。しかし、本実施例の付着物除去手段の凹部
はローター５に設けると限定されるものではな
く、弾性体４に設けることも可能である。

したがつて弾性体４上をローター５が駆動され
たこきは弾性体４圧接面４ａとローター５の圧接
面５ａとの摩擦により両圧接面で摩擦が起こり、
その摩擦により生じた粉が両圧接面上に付着物と
して生じ、表面波モーターの駆動効率を低下させ
ていたが、凹部５ｂを設けたことによりそのエツ
ジ５ｃあるいはエツジ５ｄにより上記付着物を常
に削り取り外部に排出することができた。そのた
め、表面波モーターは上記付着物による効率の低
下を最小限に防止する事が可能となつた。更に、
凹部５ｂのエツジ５ｃ及び５ｄのエツジ方向（第
３図の矢印Ｅ方向）はローター５の半径方向に対
して、両エツジ方向それぞれ外側に開く方向に少
し傾いた状態となるように凹部５ｂはローター５
に形成されている。

次に、本発明の第２実施例を第４図を用いて説
明する。第４図は表面波モーターの分解斜視図を
示す。第２実施例の弾性体４、圧電素子６は従来
例及び第１実施例と同様な構成であるので説明を
省略する。ローター７には凹部７ｂと穴７ｃが加
工されている。そして、この凹部７ｂには、付着
物除去部材８が、組み込まれる。この付着物除去
部材８は、半径方向に向かうに従つて広がつた扇
状部材から形成されている。この付着物除去部材
８の円柱部８ａが、バネ９を通して穴７ｃに挿入
される。したがつて、付着物除去部材８の面８ｂ
は弾性体４の圧接面４ａにバネ９により圧接され
ながら、付着物除去部材８はローター７と共に回
動する。この時、弾性体４の圧接面４ａに付着し
た付着物は付着物除去部材８のエツジ８ｃもしく
は８ｄにより削り取られ外部に排出される。ただ
し、バネ９のバネ力はローター７の不図示の加圧
部材による加圧より弱くなつている。第１実施例
で説明したようにエツジ５ｃ及び５ｄと同様にエ
ツジ８ｃ及び８ｄの付着物除去の働きはローター
７の回転方向によつて決まる。

したがつて、弾性体４上をローター７が駆動さ
れたときは前述したように圧接面４ａと圧接面７
ａとの摩擦によつて生じた付着物は付着物除去部
材８排除される。この時、付着物除去部材８はバ
ネ９により面８ｂが弾性体４の圧接面４ａに押圧
されているので圧接面４ａ上に付着してくる付着
物をより良く排除できる。それにより、表面波モ
ーターは付着物による効率の低下を最小限に防止
する事が可能となつた。

尚、図示した実施例により本発明を説明した
が、本発明は上記の実施例に限定されるものでは
なく、例えば、回転型以外のリニア型表面波モー
ターなどの場合にも適宜変更可能である。

以上の様に本発明によれば、移動体と弾性体と
の間の圧接面に付着物除去手段を設け、超音波モ
ーターを駆動中に弾性体表面及び移動体表面に付
着する摩耗による付着物を常時、付着物除去手段
である例えば凹部のエツジもしくは凹部に設けた
部材などにより削り取り、同時に排出しうる様に
なした事により、高効率を維持しうる超音波モー
ターが提供されたことになる。

【図面の簡単な説明】

第１ａ図は従来の超音波モーター（表面波モー
ター）の主要部を示す平面図であり、第１ｂ図は
第１ａ図のＸ−Ｘ矢視断面図であり、第１ｃ図は
第１ａ図に示す表面波モーターの具体例の平面図
であり、第１ｄ図は第１ｃ図に示す表面波モータ
ーの断面図である。第２図は、超音波モーター
（表面波モーター）の原理を説明する模式図であ
る。第３図は、本発明の第１の実施例を示す表面
波モーターの分解斜視図である。第４図は、本発
明の第２の実施例を示す表面波モーターの分解斜
視図である。〔主要部分の符号の説明〕、１；４……弾性体、
２；５；７……ローター、３；６……圧電素子、
５ｂ；７ｂ……凹部、５ｃ；５ｄ……エツジ部、
８……扇状部材、９……付勢バネ｝Ｘ……付着物
除去手段、１０；２０……固定子。

Claims

【特許請求の範囲】１固定子２０と可動子（５；７）と付着物除去
手段Ｘとを有する超音波モーターであつて、固定子２０は、弾性体４とそれを励振する圧電
素子６とから成り、可動子（５：７）は、弾性体４に圧接されて駆
動されるものであり、付着物除去手段Ｘは、弾性体４または可動子
（５；７）の圧接面側に設けられ、その圧接面に
発生する付着物を除去する超音波モーター。２固定子２０と可動子（５；７）とは、リング
状に形成され、付着物除去手段Ｘは、弾性体４ま
たは可動子（５；７）の圧接面側に形成される凹
部５ｂからなり、凹部５ｂのエツジ部５ｃ，５ｄ
が圧接面上の付着物を取り除くように形成されて
いる特許請求の範囲第１項記載の超音波モータ
ー。３付着物除去手段Ｘは、凹部５ｂの幅が弾性体
４または可動子（５；７）の半径方向に向かうに
従つて広がつているものである特許請求の範囲第
２項記載の超音波モーター。４固定子２０と可動子（５；７）とは、リング
状に形成され、付着物除去手段Ｘは、可動子（５；７）の圧接
面側に形成される凹部７ｂ）と、凹部７ｂ内に設
けられる扇状部材８と、凹部７ｂ内に設けられる
付勢バネ９とから成り、扇状部材８が半径方向に
向かうに従い広がつた形状であつて、そのエツジ
部８ｃ，８ｄが圧接面上の付着物を取り除くよう
に形成され、付勢バネ９が扇状部材８を圧接面側
に向かつて付勢しているものである特許請求の範
囲第１項記載の超音波モーター。