JPH0698569A - 超音波モータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 小型で高出力の超音波モータを得る。 【構成】 振動体２ｄと移動体４ａと、振動体２ｄと移
動体４ａの接触圧方向に分極処理された圧電素子１ｆと
振動波発生回路から構成される超音波モータである。圧
電素子１ｆの振動体２ｄと移動体４ａの接触圧方向の変
位を利用して振動体２ｄに振動波を発生させることによ
り、移動体４ａの振動体２ｄに対する接触圧に対して強
く、小型で高出力を発生できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は圧電素子の伸縮運動を
利用して駆動力を発生させる超音波モータに関するもの
であり、工作機械、及びカメラ等の電子機器での利用が
可能である。

【０００２】

【従来の技術】従来の進行波型超音波モータの進行波発
生方法を図面に基づいて説明する。図８において、交互
に分極処理した圧電素子１ｉを、金属等の振動体２ｇに
接着し、高周波電圧を印加する。圧電素子１ｉは圧電横
効果により、矢印の方向に伸縮しようとする。ところ
が、圧電素子１ｉの片側が振動体２ｇに接着されている
ために屈曲変形をおこし振動体２ｇには図のような定在
波振動が発生する。図９のように位置的に位相をずらし
た電極パターンを有する圧電素子１ｊ、及び１ｋを振動
体２ｈに接着し、時間的に位相の異なる二つの高周波電
圧を印加すると図１０に示したように、それぞれの高周
波電圧で発生した二つの波の合成により進行波が励振出
来る。このような進行波発生方法が知られていた。

【０００３】例えば特開平１ー２８３０７４号公報に従
来の方法で進行波を発生させるための圧電素子の分極パ
ターンの例が開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし従来の進行波発
生の方法を用いた超音波モータでは、下記の課題があっ
た。 （１）圧電素子の分極方向と垂直な方向に発生する変
位、即ち圧電素子の圧電横効果を利用して進行波を励振
していたため圧電素子の発生力が小さく、超音波モータ
から大きな出力を取り出すのが困難だった。

【０００５】（２）圧電素子の変位は移動体と振動体と
の接触方向と垂直方向に働く。これを振動体の屈曲変形
によって移動体と振動体との間に働く接触圧方向の変位
に変換していた。したがって、移動体の振動体への接触
圧に対して振動体の励振力が弱く、大きなトルクを得る
ことが困難であった。

【０００６】そこで、この発明の目的は、従来のこのよ
うな課題を解決するため、進行波の励振方法を改善し、
小型で高出力の得られる進行波型超音波モータを提供す
ることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明は、超音波モータにおいて、圧電素子の圧
電縦効果による移動体と振動体との接触圧方向の圧電素
子の変位を利用して、振動体に進行波を励振させる。

【０００８】

【作用】上記の様に、構成された超音波モータにおいて
は、位置的に位相をずらした電極パターンを有する圧電
素子に位相の異なる二つの高周波電圧を印加すると圧電
素子は移動体と振動体の接触圧方向に伸縮し、これに伴
い発生した二つの定在波の合成により振動体には進行波
が発生する。振動体に圧接された移動体は振動体端面の
楕円運動により回転する。圧電素子の圧電縦効果によ
る、移動体と振動体との接触圧方向の変位を利用して、
振動体に進行波を励振させているため、振動体の励振力
がロータと振動体の接触圧に対して強くなり、超音波モ
ータの機械的出力が大きくなる。

【０００９】

【実施例】以下にこの発明の実施例を図面に基づいて説
明する。 （実施例１）図１には本発明の第一の実施例の縦断面図
を、図２にはブロック図を示す。圧電素子１ｆは振動体
２ｄと支持板３ｂの間に配置され、ボルト５ａとナット
６ａによって締めつけ固定されている。移動体４ａの中
心には軸受け７ａが取りつけられている。軸受け７ａ
は、ボルト５ａのねじ部先端で案内されている。ばね部
材８ａによって、移動体４ａは振動体２ｄに圧接されて
いる。

【００１０】圧電素子１ｆに振動波発生回路１２より位
相の異なる二つの高周波電圧を印加すると振動体２ｄに
は進行波が発生する。移動体４ａは振動体２ｄとの間に
働く摩擦力を介して回転する。モータの出力は移動体４
ａに設けられた出力軸１０ａより取り出すことが出来
る。尚、圧電素子、振動体、支持板の固定はボルト、ナ
ット以外のリングやキーや接着を用いても構わない。ま
た、振動体に凸部を設けて振動体の振動を拡大しても構
わない。

【００１１】図３には本発明の第一の実施例の定在波発
生方法を示す。圧電素子１ａと振動体２ａ、及び圧電素
子１ａと支持板３ａの接触方向に交互に分極処理された
圧電素子１ａは、振動体２ａと支持板３ａの間に配置、
接合されている。圧電素子１ａに高周波電圧が印加され
ると、圧電素子１ａの圧電縦効果により、圧電素子１ａ
は矢印の方向に伸縮し、振動体２ａには定在波が発生す
る。

【００１２】図４には本発明の第一の実施例の圧電素子
電極パターンを示した。図５においては、二つずつの電
極パターンは一組みとして交互に分極処理されている。
これらの電極パターンを一つおきに短絡する。このよう
な圧電素子に位相の異なる二つの高周波電圧を印加する
ことにより進行波が励振される。尚、進行波を励振する
圧電素子は実施例２に示したものでも構わず、実施例１
に示したものに限らない。また定在波で駆動させてもよ
い。

【００１３】（実施例２）図５には本発明の第二の実施
例の縦断面図を示す。圧電素子１ｇおよび１ｈは振動体
２ｅと振動体２ｆの間に配置され、ボルト５ｂとナット
６ｂによって締めつけ固定されている。移動体４ｂの中
心には軸受け７ｂが取りつけられている。軸受け７ｂ
は、ボルト５ｂのねじ部先端で案内されている。振動体
の支持はボルト５ｂでなされ、図示しない支持板に固定
される。ばね部材８ｂによって、移動体４ｂは振動体２
ｅに圧接されている。

【００１４】圧電素子１ｇと圧電素子１ｈに位相の異な
る二つの高周波電圧を印加すると振動体２ｅ、及び２ｆ
には進行波が発生する。移動体４ｂは振動体２ｅとの間
に働く摩擦力を介して回転する。モータの出力は移動体
４ｂに設けられた出力軸１０ｂより取り出すことが出来
る。尚、二つの移動体を振動体２ｅ、及び振動体２ｆの
両側に設けてもよい。また、圧電素子、振動体の固定は
ボルト、ナット以外の構造を用いても構わない。また、
振動体に凸部を設けて振動体の振幅を拡大しても構わな
い。

【００１５】図６には本発明の第二の実施例の定在波発
生方法を示す。圧電素子１ｂと振動体２ｂの接触方向、
及び圧電素子１ｂと振動体２ｃの接触方向に交互に分極
処理された圧電素子１ｂは、振動体２ｂ、及び振動体２
ｃの間に配置、接合されている。圧電素子１ｂに高周波
電圧が印加されると、圧電素子の圧電縦効果により、圧
電素子１ｂは矢印の方向に伸縮し、振動体２ｂ、及び振
動体２ｃには定在波が発生する。

【００１６】図７には本発明の第二の実施例２の圧電素
子の電極パターンの例を示している。図７においては、
四つのパターンに分極処理された二つの圧電素子１ｄ及
び、１ｅを半パターンずらして重ね合わせる。このよう
に構成した圧電素子に位相の異なる二つの高周波電圧を
印加することにより進行波が励振される。尚、進行波を
励振する圧電素子は第一の実施例に示したものでも構わ
ず、第二の実施例に示したものに限らない。また、定在
波で駆動しても構わない。

【００１７】（実施例３）本発明の超音波モータに出力
軸に歯車を固定し、歯車列を介することによってレンズ
を駆動すればカメラのズーム機構が実現でき、歯車列よ
りシャッター羽根を駆動すればカメラのシャッタ機構が
実現でき、歯車列より紙送り機構のローラを駆動すれば
プリンタ等の用紙給送の必要な機器の紙送り機構が実現
でき、歯車列よりワーク固定台を駆動すれば旋盤、フラ
イス盤、組立機のような工作機械の位置決め機構が実現
できる。尚、超音波モータの移動体にピンを設けてカメ
ラのシャッタ羽根を駆動させても構わず、移動体に設け
られた溝でシャッタ羽根駆動ピンを駆動させても構わな
い。また、超音波モータの出力軸に紙送り機構のローラ
を直接取り付けても構わない。

【００１８】以上により本発明の超音波モータはカメラ
のズーム機構、シャッタ機構、プリンタ等の紙送り機
構、工作機械の位置決め機構等への動力源としての利用
が可能である。

【００１９】

【発明の効果】この発明は、以上説明したように、超音
波モータにおいて、移動体と振動体との接触圧方向に分
極された圧電素子を支持板と振動体の間に配置、もしく
は二つの振動体の間に配置し、これをボルト等により締
めつけ固定する構造とし、圧電縦効果による圧電素子の
移動体と振動体との接触圧方向の変位を利用し、振動体
に進行波を励振させることにより、以下に記載する効果
を有する。

【００２０】（１）圧電素子の圧電縦効果による移動体
と振動体との接触圧方向の変位により進行波を励振して
いるため、変位と同方向の移動体の振動体への接触圧に
対して強く、小型で大きな機械的出力が得られる。 （２）圧電素子を振動体にボルト等を利用して締めつけ
固定しているため、超音波モータから高出力を取り出し
ても圧電素子は破壊に対して強い。また、圧電素子の接
着が不要となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施例の超音波モータの縦断面
図である。

【図２】本発明の第一の実施例の超音波モータのブロッ
ク図である。

【図３】本発明の第一の実施例の定在波発生方法を示す
図である。

【図４】本発明の第一の実施例の圧電素子電極パターン
を示す図である。

【図５】本発明の第二の実施例の超音波モータの縦断面
図である。

【図６】本発明の第二の実施例の定在波発生方法を示す
図である。

【図７】本発明の第二の実施例の圧電素子電極パターン
を示す図である。

【図８】従来の定在波発生方法を示す図である。

【図９】従来の進行波発生方法を示す図である。

【図１０】進行波発生の様子を示す図である。

【符号の説明】

１ 圧電素子 ２ 振動体 ３ 支持板 ４ 移動体 ５ ボルト ６ ナット ７ 軸受け ８ ばね部材 ９ ばね押さえ部材 １０ 出力軸 １１ リード線 １２ 振動波発生回路

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電素子の伸縮運動を利用して、振動体
   に振動波を励振させることにより、前記振動体に加圧接
   触された移動体を摩擦駆動させる超音波モータにおい
   て、 前記振動体を支持する支持手段と、 前記振動体と前記支持手段の間に配置され、前記振動体
   と前記移動体との間に働く接触圧方向に分極された一枚
   以上の圧電素子と、 前記圧電素子および前記振動体に振動波を発生させるた
   めの高周波電圧を発生する振動波発生回路とから構成さ
   れ、 前記一枚以上の圧電素子の、前記振動体と前記圧電素子
   との間に働く接触圧方向の伸縮運動を利用して、前記振
   動体に振動波を発生させることを特徴とする超音波モー
   タ。
2. 【請求項２】 圧電素子の伸縮運動を利用して、第一の
   振動体および第二の振動体に振動波を励振させることに
   より、前記第一の振動体に移動体を摩擦駆動させる超音
   波モータにおいて、 前記第一の振動体に加圧接触されるように配置された前
   記移動体と、 前記第一の振動体と前記第二の振動体の間に配置され、
   前記第一の振動体と前記移動体との間に働く接触圧方向
   に分極された一枚以上の圧電素子と、 前記圧電素子および前記振動体に振動波を発生させるた
   めの高周波電圧を発生する振動波発生回路とから構成さ
   れ、 前記圧電素子の、前記振動体と前記圧電素子との間に働
   く接触圧方向の伸縮運動を利用して、前記第一および第
   二の振動体に振動波を発生させることを特徴とする超音
   波モータ。
3. 【請求項３】 請求項１もしくは請求項２の超音波モー
   タにおいて、 移動体に取り付けた出力軸と、前記出力軸からの出力ト
   ルクを伝達するための動力伝達手段と、 前記動力伝達手段と動作可能なシャッタを有するカメラ
   装置。
4. 【請求項４】 請求項１もしくは請求項２の超音波モー
   タにおいて、 移動体に取り付けた出力軸と、 前記出力軸からの出力トルクを伝達するための動力伝達
   手段と、 前記動力伝達手段と動作可能なズーム機構とを有するカ
   メラ装置。
5. 【請求項５】 請求項１もしくは請求項２の超音波モー
   タにおいて、 移動体に取り付けた出力軸と、 前記出力軸からの出力トリルを伝達するための動力伝達
   手段と、 前記動力伝達手段と動作可能なローラとを有する紙送り
   機構。
6. 【請求項６】 請求項１もしくは請求項２の超音波モー
   タにおいて、 移動体に取り付けた出力軸と、 前記出力軸からの出力トルクを伝達するための動力伝達
   手段と、 前記動力伝達手段と動作可能な位置決め部材とを有する
   工作機械。