JPH06205592A - 超音波モータ - Google Patents

超音波モータ

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JPH06205592A
JPH06205592A JP5254552A JP25455293A JPH06205592A JP H06205592 A JPH06205592 A JP H06205592A JP 5254552 A JP5254552 A JP 5254552A JP 25455293 A JP25455293 A JP 25455293A JP H06205592 A JPH06205592 A JP H06205592A
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traveling wave
rotor
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02NELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/10Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
    • H02N2/16Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors using travelling waves, i.e. Rayleigh surface waves
    • H02N2/163Motors with ring stator

Abstract

(57)【要約】 【目的】 弾性体と移動子との接触する面に段差を設け
ることで、研磨面を少なくし研磨加工時間を短くする。 【構成】 本発明の超音波モータは、駆動信号により励
振される圧電体2と、圧電体の励振によって進行波が発
生される弾性体2と、弾性体に発生する進行波によって
駆動される移動子4とを備え、弾性体の移動子側の面に
は、移動子に接触する第1の面1bと、第1の面の高さ
に対して0.3mm程度の段差をもって低く形成された
第2の面1c,dとが形成されている。そして、第1の
面は研磨され第2の面は研磨されない。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は超音波振動を利用した超
音波モータに関する。
【0002】
【従来の技術】この種の超音波モータとしては、例えば
特開平2−290171号公報に開示されているものが
あった。従来の超音波モータでは弾性体に発生する振動
の振幅が小さいため、上述の公報では、ロータに接する
側の弾性体の面の平面度を平面研磨加工によって極めて
高精度に加工することの必要性が述べられている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の超音波モータにおいては、弾性体のロータに接
する側の面の全領域を平面研磨加工をしていたので、平
面研磨加工に長時間を要し、製造コストの上昇を招くと
いう問題点があった。そこで、本発明は、性能を低下さ
せることなく製造コストの低減が可能な超音波モータを
提供することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、駆動信号により励振される圧電体2と、この圧電
体の励振によって進行性進行波が発生する弾性体1と、
この弾性体に発生する進行波によって駆動される移動子
4とを備え、弾性体の移動子側の面は、移動子に接触し
研磨される第1の面1bと、この第1の面より研磨され
ない程度の所定の段差をもつ第2の面1c,dとを形成
し、第1の面に発生する進行波の振幅と第2の面に発生
する進行波の振幅とが略同じであるように超音波モータ
を構成した。
【0005】
【作用】本発明によれば、弾性体の移動子側の面に、移
動子に接触する第1の面と、第1の面の高さに対して所
定の段差をもって低く形成された第2の面とを形成した
ので、平面研磨加工の対象領域を従来より狭くすること
ができ、性能を低下させることなく製造コストの低減が
可能になる。
【0006】
【実施例】図1〜図4を参照して、本発明の第1実施例
である超音波モータについて説明する。本実施例の超音
波モータの全体構成を図3(a)、(b)を参照して説明す
る。りん青銅、ステンレスまたはインバー等からなる円
環状の弾性体1の一方の面1A(図3(a)では上面)に
は円板環状の圧電体2が一体的に接着されており、これ
ら弾性体1および圧電体2によりステータ3が構成され
ている。圧電体2が設けられている面と反対側の弾性体
1の他方の面1B(図3(a)では下面)には円環状のロ
ータ4が設けられており、このロータ4は不図示のばね
部材により所定の押圧力で弾性体1の上記他方の面1B
に押圧、接触されている。
【0007】圧電体2には、図3(b)に示すような電極
5a〜5dが形成されている。電極5b、5dはさらに
数個のセグメント(不図示)に分割されており、圧電体
2のうち上述のセグメントに接する部分は、それぞれ隣
り合うセグメントどうしで交互に互い違いに分極されて
いる。本実施例では、圧電体2の分極方向はこの圧電体
2の厚さ方向、すなわち図3(a)の上下方向とされてい
る。
【0008】電極5aを接地し、各電極5b、5dにそ
れぞれ互いに90度位相のずれた周波信号(たとえばV0
sinωt、V0cosωtで表される交流電圧)を供給すると、
この周波信号により圧電体1が励振されて弾性体2に図
4に示すような進行性振動波が形成される。なお、図4
では図示の簡略化のために弾性体2、ロータ4ともにあ
る箇所で切り開いて展開した形で図示してある。
【0009】進行性振動波は図4のNで示す方向に進行
し、振動波の1つの山の頂点Aの付近の粒子の運動に注
目すると、その運動は図4に示すような楕円運動の軌跡
を描いており、運動の方向は弾性体2の表面において振
動波の進行方向Nと逆の方向になる。したがって、弾性
体2の押圧、接触されているロータ4は進行波の進行方
向Nと逆の方向Mに移動する。これにより、ロータ4が
回転駆動される。なお、超音波モータの駆動原理の詳細
は、たとえば特開昭60−245482号公報等に開示
されているので、本明細書に開示した事項以上の説明は
省略する。
【0010】図1は、ステータ3のみを拡大して示した
斜視図、図2は図1の断面部を拡大して示した断面図で
ある。上述のように、ステータ3は本来は回転中心軸O
Oを中心に円環形状をなしているが、図1では断面部1
aの形状を示すために一部破断して描いてある。本実施
例では、図2に示すように、ロータ4の外径・内径間の
幅が弾性体1の外径・内径間の幅より狭く形成され、か
つ、ロータ4に対向する側の弾性体1の面がこのロータ
4の幅に対応して凹凸をもって形成されている。すなわ
ち、ロータ4に対向する側の弾性体1の面1Bは、ロー
タ4に接触する面(第1の面)1bと、この面1bより
1段低くなった面(第2の面)1c、1dとを備えてい
る。面1bおよび面1c、1dは、弾性体1を上からみ
た状態でそれぞれ回転中心軸OOを中心とした同心円環
状に形成され、内周から順に面1c、面1bおよび面1
dが形成されている。
【0011】面1b〜1dを含む弾性体1は、たとえば
旋盤等による機械加工もしくはメタルインジェクション
等による成形加工の後に、面1bが平面研磨されて高精
度の平面度に仕上げられる。また、面1c、1dは面1
bに対し1段低く形成されているので、面1bの平面研
磨加工時には研磨対象から外され、研磨は行われない。
【0012】図2に示すように、弾性体1の外径・内径
間の幅をe、面1bの外径・内径間の幅をf、ロータ4
と弾性体1とが接触する部分の幅(これはロータ4の外
径・内径間の幅に等しい)をg、弾性体1の厚みをh、
面1bと面1c、1dとの段差をiとしたときの、これ
ら変数の条件について説明する。上述のように、本実施
例では、弾性体1の幅eはロータ4の幅gよりも充分広
く、また、面1bの幅fはロータ4の幅gよりやや広く
形成されている。面1bの幅fは、狭くすればするほど
平面研磨加工時に加工時間を短くすることが可能とな
り、コスト低減に大きく寄与する。実際には、f/eを
1/3にすると、平面研磨加工時間は1/3以下になる
ことが実験により得られている。具体的な効果を外径φ
70mmのステータ3で確認したところ、従来は20分
の時間を要していた平面研磨加工が、f/e=1/3に
したところ、6分に短縮することができた。
【0013】段差iの高さが高くなると、ロータ4の駆
動に対して不要なモードの振動が発生し、効率の低下や
騒音の発生に結びつく。従って、段差iはなるべく低く
することが好ましく、面1bの平面研磨加工時に面1
c、1dが研磨されない程度の段差があればよい。言い
換えれば、研磨盤などにより面1bの平面研磨加工をす
る際に、この研磨盤等が微小間隙をもって面1c、1d
に接触しない程度の段差であることが好ましい。一般的
には、弾性体の厚さhの10%以下であることが望まし
く、弾性体1の直径が10〜100mm程度の超音波モ
ータにおいては、0.3mm以下程度であることが好ま
しい。
【0014】この程度の段差であれば、面1bに生じる
進行性振動波の振幅と、面1c、1dに生じる進行性振
動波の振幅とは略同じ程度である。すなわち、面1bと
面1cとでの動体速度はこの所定の段差では変わらない
ことになる。別言すれば、面1bに生じる進行性振動波
の振幅と面1cに生じる進行性振動波の振幅とが同じに
なるように所定の段差が形成されている。
【0015】この弾性体1の断面に注目してみると、ロ
ータ4に対向する側の弾性体1の面1Bと圧電体2が設
けられている弾性体1の面1Aとの略中間位置に中立面
6が存在することになる。すなわち、弾性体1の中立面
6が弾性体の高さ方向の略中央に位置するように所定の
段差が形成されている。図5は本発明の第2実施例であ
る超音波モータを示す図であって、図2と同様にステー
タの断面形状を描いたものである。図2と異なるところ
は、ロータが接触する面10b(図2の面1bに対応す
る)を、弾性体10の外周部に位置させたことである。
図2に示す第1実施例では弾性体1の内周部に設けられ
た面1cと外周部に設けられた面1dとの間に面1bを
位置させているのに対して、本実施例では弾性体10の
外周部に面10bを位置させているので、面4bと面4
cとの間に段差を形成、加工する工程が第1実施例に比
較して減り、更にコスト低減が可能になる。
【0016】なお、この面10bは、弾性体10の内周
側に形成してもよい。また、面4bと面4cとの間の段
差の寸法に関する条件は第1実施例と同様である。圧電
体2ステータ3とロータ4は図2と同符号で示してあ
る。図6は本発明の第3実施例である超音波モータを示
す図であって、図1と同様にステータの斜視図を一部破
断して描いたものである。圧電体2、ステータ3は第1
実施例と同符号で示してある。第1実施例と異なるとこ
ろは、ロータ(不図示)が接触する側の弾性体20に、
その全周にわたって周方向に等間隔に複数の突起21を
設けて、弾性体20を櫛歯形状にしたことである。
【0017】ロータが接触する面20bは、旋盤等によ
る機械加工後もしくはメタルインジェクション等による
成形加工により図6に示す弾性体20が形成された後
に、平面研磨により高精度の平面度に仕上げられる。面
20c、20dは、面20bに対して1段低く形成され
ているので、面20bの平面研磨加工時には研磨対象か
ら外され、研磨は行われない。この段差の寸法に関する
条件は、第1実施例と同様である。
【0018】弾性体20を櫛歯状に形成することによ
り、ロータが接触する面20bも複数形成される。言い
換えれば、図1に示す面1bが図6では多数の面20b
に分割されている。図6に示すような形状に弾性体20
を形成すると、ロータに接触する部分の弾性体20の変
位(図4に示す楕円運動の回転半径)が図1の弾性体1
に比較して大きくなり、駆動効率の向上を図ることがで
きる。なお、弾性体を櫛歯状に形成することの効果につ
いては、特開昭59−178988号公報や特開昭59
−201685号公報等に開示されているため、本明細
書に開示した範囲以上の詳細な説明は省略する。
【0019】なお、本発明の超音波モータは、その細部
が上述の各実施例に限定されず、種々の変形が可能であ
る。一例として、上述の各実施例は回転型超音波モータ
であったが、直線型モータ(リニアモータ)であっても
よい。
【0020】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、弾性体の
移動子側の面は、移動子に接触し研磨される第1の面
と、第1の面より研磨されない程度の所定の段差をもつ
第2の面とを形成しているにも拘わらず、第1の面に発
生する進行波の振幅と第2の面に発生する進行波の振幅
とが略同じであるので、移動子の駆動に対して不要なモ
ードの振動の発生を防止でき、効率の低下や騒音の発生
に結びつかない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例である超音波モータを示す
図であって、そのステータを示す斜視図である。
【図2】図1の破断面1aを拡大して示す断面図であ
る。
【図3】第1実施例の超音波モータを示す断面図であ
る。
【図4】第1実施例の超音波モータの駆動原理を説明す
るための図である。
【図5】本発明の第2実施例である超音波モータのステ
ータを示す断面図である。
【図6】本発明の第3実施例である超音波モータのステ
ータを示す斜視図である。
【符号の説明】
1、4、5 ; 弾性体 2 ; 圧電体 3 ; ロータ

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 駆動信号により励振される圧電体と、 前記圧電体の励振によって進行性進行波が発生する弾性
    体と、 前記弾性体に発生する進行波によって駆動される移動子
    とを備え、 前記弾性体の移動子側の面は、前記進行波の進行方向に
    延びて前記移動子に接触する第1の面と、前記進行波の
    進行方向に延びて、前記第1の面の平面加工時に研磨さ
    れないような所定の段差をもって前記第1の面の高さに
    対して低く形成された第2の面とを形成し、 前記第1の面に発生する進行波の振幅と前記第2の面に
    発生する進行波の振幅とが略同じであるように前記所定
    の段差が形成されていることを特徴とする超音波モー
    タ。
  2. 【請求項2】 請求項1の超音波モータにおいて、 前記段差は前記弾性体の高さの10%以下であることを
    特徴とする超音波モータ。
  3. 【請求項3】 請求項1の超音波モータにおいて、 前記段差は0. 3mm以下であることを特徴とする超音
    波モータ。
  4. 【請求項4】 請求項1の超音波モータにおいて、 前記第2の面は、前記弾性体の幅方向において前記第1
    の面の両側部にそれぞれ形成されていることを特徴とす
    る超音波モータ。
  5. 【請求項5】 請求項1の超音波モータにおいて、 前記第1の面は前記弾性体の幅方向において一方の側部
    に形成され、前記第2の面は前記弾性体の他方の側部に
    形成されていることを特徴とする超音波モータ。
  6. 【請求項6】 請求項1の超音波モータにおいて、 前記弾性体および前記移動子はそれぞれ環状に形成され
    ており、 前記移動子は前記弾性体に生じる波により回転駆動され
    ることを特徴とする超音波モータ。
  7. 【請求項7】 駆動信号により励振される圧電体と、 前記圧電体の励振によって進行性進行波が発生する弾性
    体と、 前記弾性体に発生する進行波によって駆動される移動子
    とを備え、 前記弾性体の移動子側の面は、前記進行波の進行方向に
    延びて前記移動子に接触する第1の面と、前記進行波の
    進行方向に延び、前記第1の面の平面加工時に研磨され
    ないような所定の段差をもって前記第1の面の高さに対
    して低く形成された第2の面とを形成し、 前記弾性体の中立面が前記弾性体の高さ方向のの略中間
    に位置するように前記所定の段差が形成されていること
    を特徴とする超音波モータ。
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