JPH09154289A - 超音波モータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 超音波モータの駆動源となる圧電体の超音波
振動を、増幅するための突起を備えた弾性体を、低コス
トで高精度に加工できる構造を提案し、さらに高機能化
を実現する。 【解決手段】 弾性体の円板状部材の任意の円周上に複
数の穴を等間隔に設け、この穴の形状と同じ横断面を持
つ同数で同じ長さの棒材を、穴に圧入もしくは接着する
ことで弾性体を構成する。このことで弾性体の円板状部
材と突起部が別々に加工できるため高精度の加工が低コ
ストで可能になる。また棒材の材質を剛性の高いものに
すると、突起部の撓みの弾性による振動の吸収が少なく
なり、突起部の高さを高く設定できるまめ高速駆動が可
能になり、また円板状部材の剛性を低いものにすると、
弾性体の機械的共振周波数を低くでき、このことで駆動
回路のクロックを高速にする必要がないため、低コスト
を図ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波モータに関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、超音波モータは電磁モータに比
べ、単位体積当たりのトルクが高いなどの利点を活かし
た次世代アクチュエータとして注目をあびている。

【０００３】超音波モータの駆動源である圧電体の振動
を増幅する従来の弾性体の斜視図を図４に示す。前記弾
性体は圧電体の振動振幅を増幅するため、円板状部材２
６上の任意の円周上に複数の突起部２７を持った形状を
している。図４において２５は前記円板状部材２６の厚
み寸法、１８は前記円板状部材２６の前記突起部２７の
突出方向の平面、１９は前記円板状部材２６の前記圧電
体を固着する側の平面、２０は前記円板状部材２６の前
記突起部２７の突出方向の平面１８上に設けられた前記
突起部２７の高さ寸法、２３は前記突起部２７先端の平
面、２４は前記円板状部材２６，前記突起部２７の内周
側面２２および前記突起部２７の外周側面２１の共通の
中心線である。

【０００４】前記弾性体は前記圧電体の超音波振動の振
動振幅を増幅するという目的より、前記弾性体の材質の
物性条件として剛性および密度が均一である必要がある
ために、プレスなどの圧力を掛ける工法では剛性，密度
が不均一になるため用いることができず、切削加工によ
って図４のような形状に加工していた。

【０００５】また前記弾性体はその役割より、図４にお
いて前記円板状部材２６の両平面１８，１９の平面度、
前記円板状部材２６の前記突起部２７の突出方向の平面
１８と前記圧電体を固着する側の平面１９との平行度、
前記圧電体を固着する側の平面１９と前記突起部２７先
端の平面２３との平行度、前記突起部２７先端の平面２
３の表面粗さ、前記突起部２７の外周側面２１と前記中
心線２４との同心度、前記突起部２７の内周側面２２と
前記中心線２４との同心度に高い寸法精度が必要とされ
るため、前記弾性体の切削加工は困難である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】図４のような従来の弾
性体の高精度の切削加工は、加工が困難であるためコス
ト高となる。

【０００７】前記弾性体の裏面に前記圧電体を固着しそ
の振動を増幅する増幅率は、前記弾性体の前記突起部２
７の長さによって決定され、前記突起部２７の先端に加
圧接触されたロータを摺動させることで駆動力を取出す
ため、前記ロータの駆動時には前記突起部２７の先端に
振動を阻害する負荷がかかるため、前記弾性体の突起部
２７の長さ寸法２０が長くなると、前記突起部２７の撓
みの弾性で前記圧電体の超音波振動を吸収し、振動の伝
達損失が大きくなるため前記突起部２７の長さ寸法２０
は、前記弾性体の材料の剛性との関係で特定の長さ以下
にしなければならず、前記圧電体の超音波振動の振幅の
増幅率を前記弾性体の突起部２７の長さ寸法２０で稼ぐ
ことができず、高速回転が不可能であった。

【０００８】従来の振動体の構造では、当然ながら前記
弾性体の前記円板状部材２６と前記突起部２７の材質は
同じであるため前記理由から回転速度および、この材料
の摩擦係数で決定されるトルクが共に制限され、さらに
前記弾性体の加工性などを考慮すると、使用できる材質
が限定されて、振動体の径を決定するとほぼ仕様が決ま
り同一径の振動体で、ある一定の回転数以上の出力を取
出すことが不可能であった。

【０００９】

【課題を解決するための手段】これらの目的を達成する
ために本発明における弾性体は、弾性体の円板状部材と
突起部を別々に加工したものを組合せる構造をとる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しながら説明する。

【００１１】（実施の形態１）本発明の第１の実施の形
態における弾性体の組立図を図１に示す。図１において
１は円板状で厚み寸法１２の円板状部材で、前記円板状
部材１の中心９と同じ中心の円８上に等間隔に内径寸法
１３の１２個の円形の穴２を設ける。３は前記円板状部
材１の前記穴２の内径寸法１３と同じ外径寸法１０で長
さ１１が同じの１２本の円柱状の棒材で、前記棒材３を
前記穴２に圧入する側とは逆の自由端のエッジ４は、面
取り加工が施されている。５は前記棒材３の自由端の平
面で、前記棒材３は前記円板状部材１上の平面６側から
圧入し、前記円板状部材１の反対側の平面７に前記圧電
体を固着し、前記振動体を構成する。前記棒材３を前記
円板状部材１に圧入する際に、前記複数の棒材３の自由
端の平面５は所定の平面度に入るように設定する。

【００１２】図１においては前記円板状部材１上に設け
られた穴２は１２個で、円形状をしているが、これ以外
の数でも、その他の多角形でも同様の効果が得られるこ
とは言うまでもない。

【００１３】弾性体は圧電体の振動振幅を増幅するとい
う役割より、前記円板状部材１の前記両平面６，７の平
面度および前記円板状部材１の前記棒材３を圧人する側
の前記平面６と前記円板状部材１の前記圧電体を固着す
る側の前記平面７との平行度、前記棒材３の自由端の前
記平面５と前記円板状部材１の前記圧電体を固着する側
の平面７との平行度、前記棒材３の自由端の前記平面５
の平面度及び面粗さに高い精度が要求されるが、本発明
における構造では前記円板状部材１と前記棒材３を別々
に高精度加工できるため、低コストで高精度な弾性体を
形成できる。

【００１４】なお前記榛材３の自由端側の移動体と接す
る面５のエッジ４は面取り加工してあり不均一なバリな
どを除去し均一な接触を実現する。

【００１５】（実施の形態２）本発明の第２の実施の形
態における弾性体の組立図を図２に示す。図２において
円板状部材１４の中心と同心で任意の径の円上に等間隔
に１２個の穴１５を設け、その内径に雌ネジを形成し、
これと同径同ピッチの雌ネジを端部に備えた同じ長さの
棒材１６を前記穴１５にねじ込み前記弾性体を形成す
る。図２においては前記円板状部材１４に設けられた穴
１５は１２個であるが、これ以外の数でも同様の効果が
得られることは言うまでもない。この時複数の棒材１６
の自由端面の平面度が所定値に納まるように各々ネジで
調整した後に、接着剤などで緩み止めを施す。

【００１６】なお実施の形態１で記載するような各箇所
の高い寸法精度の加工も、円板状部材１４と棒材１６を
別々に加工できるため容易であり、コストの削減につな
がる。また棒材１６の移動体と接する面のエッジ１７は
面取り加工してあり、不均一なバリなどを除去し均一な
接触を行う。

【００１７】（実施の形態３）本発明の第３の実施の形
態における弾性体の組立図を図３に示す。図３において
１は厚み寸法１２の円板状部材で、前記円板状部材１の
中心９と同じ中心の円８上に等間隔に内径寸法１３の１
２個の円形の穴２を設ける。３は前記円板状部材１の前
記穴２の内径寸法１３と同じ外径寸法１０で長さ１１が
同じの１２本の円柱状の棒材で、前記棒材３を前記穴２
に圧入する側とは逆の自由端のエッジ４は、面取り加工
が施されている。５は前記棒材３の自由端の平面で、前
記棒材３は前記円板状部材１上の平面６側から圧入し、
前記円板状部材１の反対側の面７に前記圧電体を固着
し、前記振動体を構成する。前記棒材３を前記円板状部
材１に圧入する際に、前記複数の棒材３の自由端の平面
５は所定の平面度に入るように設定する。

【００１８】前記棒材３の材質を、前記円板状部材１の
材質より剛性の高いものを用いることで、前記棒材３の
平面５に前記ロータを加圧接触させ駆動を行う際に、前
記棒材３の平面５に振動を阻害する負荷がかかっても、
前記圧電体の振動を前記棒材３の撓み弾性で吸収する量
が少なくなるため、円板状部材１の平面７から棒材３の
平面５までの高さ（１１−１２）を高くでき、これによ
って振動振幅の増幅率を突起部の長さで稼ぐことができ
るため、前記ロータの移動速度を速くし、さらに前記棒
材３の材質の摩擦係数と加圧力によって決定されるトル
クの設定も、この材質の選択によって任意に設定するこ
とできる。

【００１９】また前記円板状部材１の材質を剛性の低い
ものにすることで、前記弾性体全体の機械的な共振周波
数が低くなり駆動電圧の周波数も低くできるため、駆動
回路に高速クロックを用いる必要もなく簡素化すること
もできる。

【００２０】

【発明の効果】以上のように本発明は超音波モータの構
成部品を安く、さらに高機能にし回路の簡略化を実現で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態による超音波モータ
の弾性体の組立図

【図２】本発明の第２の実施の形態による超音波モータ
の弾性体の組立図

【図３】本発明の第３の実施の形態による超音波モータ
の弾性体の組立図

【図４】従来の超音波モータの振動体の形状斜視図

【符号の説明】

ｌ，１４，２６ 円板状部材 ２，１５ 穴 ３，１６ 棒材 ４，１７ エッジ ５，６，７，１８，１９，２３ 平面 ８ 円 ９，２４ 中心線 １０ 外径寸法 １１，２０ 長さ寸法 １２，２５ 厚み寸法 １３ 内径寸法 ２１ 突起部の外周側面 ２２ 突起部の内周側面 ２７ 突起部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】超音波振動する圧電体と、この超音波振動
   の振幅を増幅する弾性体とを固着して形成した振動体
   と、この振動体上を摺動するロータを備えた超音波モー
   タにおいて、前記弾性体を円板状部材と、複数の棒材と
   で構成し、前記円板状部材には、任意の同心円周上に等
   間隔で前記棒材とほぼ同じ直径の複数の穴を厚み方向に
   設け、この穴に前記棒材を圧入、もしくは接着にて固定
   したことを特徴とする超音波モータ。
2. 【請求項２】円板状部材の任意の円周上に等間隔で複数
   設けられた穴の内周に雌ネジを形成し、端部に雄ネジを
   形成した棒材を前記穴に螺合した後、接着剤で固定して
   構成した弾性体を有することを特徴とした請求項１記載
   の超音波モー夕。
3. 【請求項３】円板状部材より棒材の剛性を高くしたこと
   を特徴とする請求項１または請求項２記載の超音波モー
   タ。