JPH0744849B2 - 超音波モータ - Google Patents

超音波モータ

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JPH0744849B2
JPH0744849B2 JP60169520A JP16952085A JPH0744849B2 JP H0744849 B2 JPH0744849 B2 JP H0744849B2 JP 60169520 A JP60169520 A JP 60169520A JP 16952085 A JP16952085 A JP 16952085A JP H0744849 B2 JPH0744849 B2 JP H0744849B2
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JP
Japan
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stator
rotor
center
ultrasonic motor
ring
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JP60169520A
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JPS6231379A (ja
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重正 佐藤
忠雄 高木
和男 袴田
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Nikon Corp
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Nikon Corp
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    • HELECTRICITY
    • 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

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  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (発明の技術分野) 本発明は超音波振動を利用した超音波モータに関するも
のである。
(発明の背景) 超音波振動を利用した超音波モータは、その駆動原理
上、表面波を発生する固定子と表面波によって駆動され
る回転子は、その接触面で摩擦力を得るために加圧され
ている。そして、高いトルクを得るためには固定子と回
転子との加圧力を高める必要がある。しかしながら、高
いトルクを得るために加圧力を高めると固定子と回転子
との接触面はその摩擦力によって摩耗し、その摩耗によ
り生じたごみが固定子及び回転子に付着したり、固定子
及び回転子の接触面の面状態が悪化するなど、超音波モ
ータの寿命を短くし且つ得られるトルクも低下させてし
まうという欠点があった。
(発明の目的) 本発明はこれらの欠点を解決し、高いトルクを得るため
に固定子と回転子との加圧力を高めても長寿命で且つ安
定して高いトルクの得られる超音波モータを提供するこ
とを目的とする。
(発明の概要) 本発明は、固定子の中心を回転中心とする回転子の回動
に伴って、前記固定子と前記回転子との接触面に垂直で
且つ前記固定子の中心を通る断面にて、前記固定子と前
記回転子との接触部分の径方向位置及びその接触長の少
なくとも一方が変化するようにしたことを技術的要点と
している。
(実施例) 第1図(A)は本発明の実施例である超音波モータの平
面図、第1図(B)は前記超音波モータの断面図、第2
図は前記超音波モータをユニット化した時の断面図、第
3図(A)及び第3図(B)は前記超音波モータの回転
子の形状を示す構造図、第4図は前記超音波モータの駆
動原理を示す説明図、第5図は前記超音波モータの入力
周波数と振幅との特性曲線を示すグラフである。
第1図(A)及び第1図(B)に示すように、固定子S
は圧電素子2とその圧電素子2に励振され進行波(表面
波)を生じる弾性体1とからなり、この固定子S上に弾
性体1と圧接するリング状回転子3が設置され、この固
定子Sとリング状回転子3とから超音波モータが構成さ
れている。このリング状回転子3は、幅が一定の円環で
あり、その中心O′が固定子Sの中心Oに対して偏心す
るように設けられ、このリング状回転子3は固定子Sの
中心Oを回転中心として回動されるように配置されてい
る。この時、このリング状回転子3は、固定された固定
子S上を回動するが、固定子Sに対して任意の偏心量δ
でふれまわることになる。このように、回転子3の中心
と固定子Sの中心とを偏心させ回転子3を回動させる
と、第1図(B)に示す断面図において、固定子Sの表
面1a上を固定子Sと回転子3との接触部1bが、回転子3
の回動に伴って回転中心Oに対して偏心量δの片振幅で
単振動することになり、すなわち、固定子Sの表面1a上
で回転子3が接触している摩擦接触面が、回転子3の回
動により表面1a上を径方向に偏心量δの範囲で移動して
時々刻々と固定子Sとの接触面が変化していることにな
る。
従って、従来のように、回転子3と固定子Sとの接触面
が常に変わらずに摩擦接触されているのとは違い、固定
子3の表面1a上を回転子3の接触面が時々刻々と移動す
るので、固定子Sの一ヶ所が摩耗により削られることが
なく、固定子Sの表面1a全体を効率良く使うことができ
るようになっている。この偏心量δは次に述べる条件を
満足する範囲で任意に決定される。
この条件とは、回転子3が偏心して回動した場合に、常
に固定子Sの表面上を回転子3のリングがはみ出ずに回
動するように設定することである。ここで、固定子Sの
外径をD、内径をdとし、回転子3の外径をD′、内径
をd′とし、固定子Sのリング幅をa、リング状回転子
3のリング幅をbとすると、条件としては a>2δ+b, δ<(D−D′)/2, δ<(d′−d)/2 であるように偏心量δを設定する。
第2図は第1図の超音波モータをユニットに構成した構
造図である。超音波モータは筒状のケース10a及び10b内
に収められており、ケース10aの底に付勢手段(例えば
ゴム等の弾性部材)6を、その付勢手段の上に付勢手段
6の付勢力を均等に伝えるための円板5を、その円板5
の上に超音波モータの固定子Sの振動を吸振する保護用
緩衝材4aを固設し、この保護用緩衝材4a上に超音波モー
タの固定子Sを配設している。この固定子Sの中心はケ
ース10a及び10bの中心と一致するように配設されてい
る。この固定子Sの内径側には、ケース10aの内筒に固
設されても超音波モータの振動をケース10aに伝播させ
ないように構成された支持部7を有している。この支持
部7は、固定子Sの内側から突出し、第2図に示すよう
にケース10aの内筒に嵌合するように筒状に形成され、
ケース10aに対して固定子3を位置決めすると共に固定
支持するものであり、固定子Sと一体に形成されあるい
は別部材で形成されていても良い。
この固定子S上には中心が偏心量δだけ偏心している回
転子3が配設され、回転子3上にはその振動を吸収する
緩衝材4bが、更にその緩衝材4b上にリング部材8が固設
されている。リング部材8は、回転子3の回転をスムー
スに行わせる為のボールレース9を介してケース10bに
配設されている。このリング部材8は、ケース10a及び1
0bの中心が回転中心となるように、ケース10bの中心と
同心に設けされたガイド溝を有し、そのガイド溝にケー
ス10bの中心を中心にして配設されたボールレース9が
はまりこみ回転自在に構成されている。即ち、このリン
グ部材8の形状は、回転子3に固設される側が偏心して
おり、ケース10bと当接する側が固定子Sの中心と一致
する偏心リングとなっている。
従って、このユニット化された超音波モータから動力を
取り出すには、超音波モータにより回動されるリング部
材8の動力を、このユニットを使う機器に応じて適宜取
り出せばよい、例えば、このユニットをカメラの撮影レ
ンズ鏡筒に使えば絞り羽根の駆動やレンズの駆動等に使
える。
以上は本発明の一実施例として回転子3の中心を固定子
Sの中心に対して偏心させた場合について述べたが、こ
れ以外にも第3図(A)及び第3図(B)に示すリング
状回転子が考えられる。第3図(A)に示すように、リ
ング状回転子31は、外径と内径との中心を偏心させたリ
ング状に構成しても良い。また、第3図(B)に示すよ
うに、リング状回転子32は、楕円形状に構成しても良
い。
第4図は固定子Sと回転子3との動作原理を示したもの
で、固定子Sは圧電素子2によって屈曲振動を起こし、
表面に進行波を生じている。この時、固定子Sの進行波
は矢印Pの方向へ進み、表面の粒子P1は楕円運動をして
いる。この固定子Sに回転子3を圧接した場合、回転子
3は固定子Sによって表面波を生じ、その進行方向は矢
印Q方向となり、その表面の粒子Q1は同様に楕円運動を
行う。ここで、固定子S及び回転子3はその材質及び形
状により表面波を発生させる振動の振幅が変化し、固定
子及び回転子の振幅を次の3つの場合について考える。
第一に、固定子Sの振幅ASが回転子3の振幅A3より大き
い場合は、即ち第4図の状態では固定子Sと回転子3と
の接触は、固定子Sの波の山と回転子3の波と谷とにな
る。この場合は、固定子Sと回転子3との接触点におい
てはそれぞれの粒子P1及びQ1の運動が反対方向となり、
超音波モータの駆動力は大きくなる。
第二に、固定子Sの振幅ASと回転子3の振幅A3とが等し
い場合は、固定子Sと回転子3とが全面で接触すること
になる。この場合は、固定子Sの波の山と谷とで粒子の
運動が反対となるので駆動する力は打ち消し合ってしま
う。
第三に、固定子Sの振幅ASが回転子3の振幅A3より小さ
い場合は、固定子Sと回転子3との接触は、固定子Sの
波の谷と回転子3の波の山とになる。この場合は、固定
子Sと回転子3との接触点においてはそれぞれの粒子P1
及びQ1の運動が反対方向となり、超音波モータの駆動力
は大きくなり、第4図の運動方向とは逆方向となる。
固定子Sと回転子3との防振を考えた場合、回転子3は
その回転を外部機構へ伝えなければならず、固定子Sに
比べて防振を行ないずらくなっている。従って、前述し
た駆動力が大きくなる第一の場合と第三の場合との何方
を選択するかを考えると、回転子3の振幅A3が固定子S
の振幅ASより小さくなる第一の場合の方がより良いこと
になる。そこで、回転子3の振幅A3が固定子Sの振幅AS
より小さくする方法を以下に示す。
第5図は、固定子Sの共振周波数をfS、回転子3の共振
周波数をf3とすると、それぞれの振動数と振幅との関係
を示している。ただし、共振点における固定子Sと回転
子3との振幅は同一振幅であると仮定する。固定子Sの
共振周波数fSで回転子3が振動させられる状態では回転
子3の振幅A3が固定子Sの振幅ASより小さくなる。従っ
て、固定子Sの振幅を1とした場合に、回転子3の振幅
A3が所望される大きさ1/Xとなるように、回転子3の共
振周波数f3を決定するように設計すれば良い。
(発明の効果) 以上のように本発明によれば、回転子の接触面がその回
動により摩擦接触される固定子の表面を径方向に移動す
るので、固定子の一ヶ所のみ回転子により摩耗されるこ
とがなくなり、そして固定子と回転子との加圧力を高め
ても長寿命で安定した高いトルクが得られるという効果
がある。
【図面の簡単な説明】
第1図(A)は本発明の実施例である超音波モータの平
面図、第1図(B)は前記超音波モータの断面図、第2
図は前記超音波モータをユニット化した時の断面図、第
3図(A)及び第3図(B)は前記超音波モータの回転
子の形状を示す構造図、第4図は前記超音波モータの駆
動原理を示す説明図、第5図は前記超音波モータの入力
周波数と振幅との特性曲線を示すグラフである。 (符号の簡単な説明) 1……弾性体,2……圧電素子 3,31,32……回転子 S……固定子

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】圧電素子及び該圧電素子によって励振され
    るリング状弾性体からなる固定子と、該固定子に圧接さ
    れ、該固定子に生じる表面進行波によって該固定子面上
    を該固定子の中心を回転中心として回動するリング状回
    転子とからなる超音波振動を利用した超音波モータにお
    いて、 前記固定子と前記回転子との接触面に垂直な、前記固定
    子の中心を通る断面にて、前記固定子と前記回転子との
    接触部分の径方向位置を前記回転子の回動に伴って変化
    させる為に、前記回転子の中心と前記固定子の中心とを
    偏心させて配置したことを特徴とする超音波振動を利用
    した超音波モータ。
  2. 【請求項2】圧電素子及び該圧電素子によって励振され
    るリング状弾性体からなる固定子と、該固定子に圧接さ
    れ、該固定子に生じる表面進行波によって該固定子面上
    を該固定子の中心を回転中心として回動するリング状回
    転子とからなる超音波振動を利用した超音波モータにお
    いて、 前記固定子と前記回転子との接触面に垂直な、前記固定
    子の中心を通る断面にて、前記固定子と前記回転子との
    接触長を前記回転子の回動に伴って変化させる為に、前
    記回転子を、楕円状、あるいは内径と外径との中心が偏
    心したリング状に形成したことを特徴とする超音波振動
    を利用した超音波モータ。
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JPS6231379A JPS6231379A (ja) 1987-02-10
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Cited By (1)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180137223A (ko) * 2017-06-16 2018-12-27 중앙대학교 산학협력단 미세버블 생성 장치 및 방법

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JPS6231379A (ja) 1987-02-10

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