JPS6292779A - 両相楕円振動子で駆動する超音波モ−タ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は超音波モータに°係わり、さらに詳しくはステ
ータの改良に関する。

〔従来の技術〕

従来は強力な楕円振動を発生する超音波振動子が無かっ
たため、強力な回転トルクを出力し得る超音波モータが
実現されなかった。これに対し、本発明者はスパイラル
モードの超音波振動子、ことに片持梁状超音波楕円振動
子を発明し、これを用いた高効率の超音波モータを提案
して来た（特願昭５１−１７２４２９号）これら既堤案
の超音波モータは動作特性が優れているにもかかわらず
、これら提案の超音波モータは動作特性としてロータの
回転方向が構造上火まっており、電気信号による回転方
向の切り換えが容易でないことが唯一の欠点であった。

この欠点はステータを構成する超音波楕円振動子が発生
する楕円振動の回転の向きが、ねじり結合子の梁と溝と
の角度関係で決まってしまうという構造上の縮合による
ものであった。

〔発明が解決しようとする問題点］ この発明は従来の片持梁状超音波楕円振動子を用いた超
音波モータが持っていたロータを容易に逆回転させるこ
とができないという欠点を解決し、もって汎用性の優れ
た可逆回転型の高効率な超音波モータを提供することを
目的とする。

〔問題を解決するための手段〕

従来の片持梁状超音波楕円振動子を用いた超音波モータ
が不可逆モータであるという問題点は、超音波振動子が
発生する楕円振動の回転の向きがねじり結合子の梁と溝
とのなす角度の正負で決まる宿命的なものであることは
前述した。しかしながら、楕円振動を発生する原理を見
直すと回転の向きを決める別の要因が見えてくる。ねじ
り結合子の梁に発生する楕円振動は梁の台部の円盤の屈
曲運動が元になっており、縦振動が屈曲振動を介してね
じり振動に変換されたものである。したがって振動の軌
跡は締付ボルトの方向に対して傾斜した直線になる筈で
ある。実測された軌跡が楕円になるのは、縦振動とねじ
り振動とが結合するときの位相差によるものと考えられ
る。ねじり結合子を励振する縦振動と梁に発生するねじ
り振動の位相差は、ねじり結合子の励振の仕方がボルト
を支点として、ねじり結合子の三ケ月胆を加振するか、
或は三ケ月脚を支点としてボルトで加振するかによって
反転する。そこで二組の圧電振動子を用意し、一方は従
来通りボルトを支点として三ヶ月腓を加振するのに対し
、他方は直接ボルトを加振するように配置し、これら二
組の圧電素子がそれぞれ独立に励振できるように構成す
ればよい。

このように構成されたものが、本発明者が別途提案した
超音波両相楕円振動子である。

この超音波両相楕円振動子は攪拌機、研摩機を始め種々
の超音波工業の分野で利用できる優れた振動子であるが
、本発明はこの振動子をステータとし、これに圧着され
たロータに逆転可能な回転トルクを発生し得る超音波モ
ータを提供するものである。

発明の要点は超音波両相楕円振動子をステータとして超
音波モータを構成しただけのものであるが、モータを構
成するにはロータをステータに強く圧着する必要があり
、その結果ステータはロータの影響を受けて、全体系と
しての新たな共振系を作る。その結果常識では予測でき
ない事態が発生する。たとえばロータの圧着力を増大す
ると突然ロータが逆転することは、モード縮退型超音波
モータの提案（特願昭５９−１７２４３２号）で詳述し
た。つまり、四端子素子として機能する超音波両相楕円
振動子を用いて可逆回転型超音波モータを構成する実施
例について以下、図面に従って説明する。

〔実施例〕

実施例１ 第１図は、本発明の一実施例を示す原理説明図である。

外径３５關、内径１５龍、厚さ２ｍ重のドーナツ状をし
たＰ　ｂ　　（Ｚ　ｒＴ　ｉ）　Ｏｓ系セラミックから
なる圧電厚み振動子１および３を正電極面同志対向させ
、端子板２と２′とをそれぞれ重ねる。

そして直径３５１ｍ、厚さ１２．５鰭のアルミニウムの
円盤状座金９にセットした直径８■１のキャップボルト
１１に通し、外径３５龍、厚さ７．５ｍｍのアルミニウ
ムのナツトを用いて１００ｋｇ−ｃｍのトルクで締め付
けて一体化した。

さらに、もう−組、前述と同じ圧電厚み振動子６、ンと
端子板５．５′を重ねたものを、キャップボルト１１に
通す。その上に下面の直径が３５ｍｍ、上面の直径が２
５１１、高さが１５＋＊ｍの台形状アルミニウム円盤８
を通したのち、キャップボルト１１の先端をねじり結合
子１０のねし孔に嵌めて、強く締め付けることによりス
テータができ上がる。

ステータ端面すなわち捻り振動子端面の中心には直径４
鰭のボルト孔があり、ロータ１２のシャフト部１２′に
嵌合したポールベアリング１５をコイルスプリング１４
を介して圧着するように４１１のキャップボルト１３で
締め付け、ロータ１２をステータ端面に圧着し、超音波
モータを構成した端子２，２′に約４０ＫＩｌｚ・１０
０ボルトの正佐波電圧を印加したところロータには時計
回わりに強力に回転した。次に上記電圧を端子５．５′
に印加するとロータは同じ回転数で反時計回わりに逆転
した。

実施例２ 実施例１では円盤ロータを用いた可逆回転モータを例示
したが、ここでは第２図に示す部分球面もしくは円錐面
状ロータを用いたモータについてのべる。この機構は先
願の円錐ローラ型超音波モ−夕及び振動子（特開昭６０
−１９７７５１号）で提案したものと基本的には同じで
ある。異なる点は実施例１の場合と同様に圧電厚み振動
子２１゜２３および２４．２６の二組を用い、それぞれ
独立に電圧を印加できるよう四端子構造になっているこ
とである。

電圧を端子２１．２３または２４．２６の２組のいづれ
か一方に印加すると、球面ローラ３２が滑らかに回転し
た。つぎに同じ電源に別の組の端子２４．２６を接続し
たところ同一回転数、同一トルクで回転の向きだけが逆
に回転した。すなわち実施例１の場合と同じく、２組の
圧電厚み振動子を独立に励振できるように片持梁状ねじ
り楕円振動子に組み込んだ両相楕円振動子をステータと
して構成することにより、任意の向きに逆回転させ得る
超音波モータを実現できた。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明では、独立に励振可能な少
なくとも二組の圧電厚み振動子とねじり結合子とをボル
トで締め付けて一体化し、一方の振動子を励振するとボ
ルトを支点としてねじり結合子の三ケ月脚を加振する結
果、結合子の端面である梁の上面の外周部に所望の向き
に振動する楕円振動が生じ、又他方の振動子を励振する
と直接ボルトが加振され結合子端面の外周部には上記と
逆の向きに振動する楕円振動が生じる。その結果この超
音波両相楕円振動子をステータとし、その平坦端面もし
くは、円錐端面に、ちょうど密接して摺動し得る円盤ロ
ーラもしくは円錐ローラを圧着する超音波モータの構成
をとったから、２組の圧電振動子のいづれを励振するか
によって回転の向きを任意に選択できる効果がある。す
なわち制御用モータに不可欠の可逆回転性を賦与できた
ので、制御用を含む汎用モータとして広い応用面に適用
でき実用面を展開できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による両相楕円振動子で駆動する超音波
モータの一実施例を示す正面図、第２図は同じく本発明
の別の実施例を示す正面図である。 １．３，４，６，２１，２３，２４．２６・・・・・・
圧電厚み振動子、２．２’、５．５’、２２゜２２′２
５．２５’・・・・・・端子板、７．２７・・・・・・
円盤状ナツト、８，２８・・・・・・台形円盤、９．２
９・・・・・・キャップボルト用台座、１０．３０・・
・・・・捻り結合子、１１．３１・・・・・・キャップ
ボルト、１２・・・・・・円盤ロータ、１３．３３・・
・・・・ボルト、１４・・・・・・コイルスプリング、
１５．３５・・・・・・ポールベアリング、３１・・・
・・・円錐状ロータ。 屯広也ｒ 第１図 １０・ネヒフｔｆ彦と 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）超音波楕円振動を発生するステータの端面にロー
   タを圧着し回転トルクを得るように構成された超音波モ
   ータにおいて、ねじり結合子と独立に励振可能な少なく
   とも二組の圧電厚み振動子とをボルトで締め付けて一体
   化した超音波両相楕円振動子をステータとして用いるこ
   とを特徴とした超音波モータ。