JPS63117674A - 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 本発明は圧電体を用いて駆動力を発生する超音波モータ
に関する。

従来の技術 近年圧電セラミック等の圧電体を用いた駆動体に弾性振
動を励振し、これを駆動力とした超音波モータが注目さ
れている。

以下、図面を参照しながら超音波モータの従来、技術に
ついて説明を行う。

第１図は超音波モータ本体及び、支持台の斜視図である
。同図は本発明の一実施例を示すものであるが、超音波
モータの本体については従来例と同様であるので、同図
を用いて説明する。円環形の弾性体１は、その円環面の
一方に圧電体として円環形圧電セラミック２が貼合わさ
れて圧電駆動体３を構成している。４は耐磨耗性材料の
スライダ、５は弾性体であり、互いに貼合されて移動体
６を構成している。移動体６は、スライダ４を介して駆
動体３と加圧接触している。圧電セラミック２に電界を
印加すると駆動体３の周方向に曲げ摂動の進行波が励起
され、移動体６を駆動する。

尚、同図中の矢印は移動体６の回転方向を示す。

第３図は第１図の超音波モータに使用した圧電セラミッ
ク２の電極構造の一例を示している。同図では円周方向
に９波長の弾性波がのるようにしである。同図において
、Ａ、Ｂはそれぞれ２分の１波長相当の小領域から成る
電極群で、Ｃは４分の３波長、Ｄは４分の１波長の長さ
の電極である。従って、Ａの電極群とＢの電極群とは位
置的に４分の１波長（＝９０度）の位相ずれがある。

電極群Ａ、Ｂ内の隣り合う小電極部は互いに反対に厚み
方向に分極されている。圧電セラミック２の弾性体１と
の接着面は第３図に示めされた面と反対の面であり、電
極はベタ電極である。使用時には電極群Ａ、Ｂは第３図
に斜線で示されたように、それぞれ短絡して用いられる
。

以上のように構成された超音波モータについて、その動
作を以下に説明する。上記圧電セラミック２の電極群Ａ
に Ｖ−Ｖｌ　ｘｓｉｎ（ωｔ）　　　　　　　　　−−−
（１）で表される電圧を印加すると（ただしｖｌは電圧
の瞬時値、ωは角周波数、ｔは時間）、駆動体３は円周
方向に曲げ振動をする。

第４図は第１図の超音波モータの駆動体を直線近似した
時の斜視図であり、同図（ａ）は圧電セラミック２に電
圧を印加していない時、同図（ｂ）は圧電セラミック２
に電圧を印加した時の様子を示す。

第５図は移動体６と駆動体３の接触状況を拡大して描い
たものである。上記圧電セラミック２の電極群ＡにＶｌ
　ｘｓｉｎ（ωｔ）、他の電極群ＢにＶｌ　ｘｃ。

Ｓ（ωｔ）の互いに時間的に位相がπ／２だけずれた電
圧を印加すれば、駆動体３の円周方向に曲げ振動の進行
波を作ることができる。一般に進行波は振幅をξとすれ
ば ξ−ξ１　ｘｃｏｓ（ωｔ−ｋｘ）　　　　　　　−−
−（２）ただし　ｖｌ　：波の大きさの瞬時値 ｋ　：波数（２π／λ） λ：波長 Ｘ　：位置 で表せる。（２）式は ξ−ξ１×（ｃｏｓ（ωｔ）ｘｃｏｓ（ｋｘ）＋５ｉｎ
（ωｔ）ｘｓｉｎ（ｋｘ））　　　　　−−−（３）と
書き直せ、（３）式は進行波が時間的にπ／２だけ位相
のずれた波ｃｏｓ（ωｔ）と５ｉｎ（ωｔ）、および位
置的にπ／２だけ位相のずれたｃｏｓ（ｋｘ）と５ｉｎ
（ｋＸ）との、それぞれの積の和で得られることを示し
ている。前述の説明より、圧電セラミック２は互いに位
置的にπ／２（＝λ／４）だけ位相のずれた電極群Ａ、
Ｂを持っているので、駆動体３の共振周波数に近傍の周
波数出力を持つ発振器の出力から、それぞれに時間的に
位相のπ／２だけずれた交流電圧を作り、上記電極群に
印加すれば駆動体３に曲げ振動の進行波を作れる。

また、第５図は進行波の励起によって、駆動体の表面の
質点Ａが長軸２　ｗ　ｚ短軸２ｕの楕円運動をしている
様子を示し、駆動体３上に置かれた移動体６が楕円の頂
点で接触することにより、波の進行方向とは逆方向にＶ
−ω×ｕの速度で運動する様子を示している。即ち移動
体６は任意の静圧で駆動体３に押し付けられて、駆動体
３の表面に接触し、移動体６と駆動体３との摩擦力で波
の進行方向と逆方向に速度Ｖで駆動される。両者の間に
すべりがある時は、速度が上記のりよりも小さくなる。

発明が解決しようとする問題点 超音波モータを駆動した場合、駆動体の振動は、駆動体
の移動体と接する面だけでな（、該移動体の反対面、即
ち、圧電セラミック側にも起こっている。従って、上記
超音波モータを支持固定する方法によって、駆動体の振
動が阻害されて振動の振幅が減少し、移動体に対する駆
動力が減少するので、支持方法としては上記振動を阻害
しないことが望ましい。

すなわち、従来の超音波モータは、その支持固定の方法
が悪いと、駆動体の振動が影響を受け、該振動を移動体
に効率良（伝えることができない、という欠点がある。

例えば、金属のような固い面に、上記駆動体の圧電セラ
ミック側を全面接触させることによって駆動体を固定す
ると、該駆動体の振動は阻害されないが、可聴帯域の雑
音が発生する。逆に、フェルト等の軟らかい面に、上記
駆動体の圧電セラミック側を全面接触させることによっ
て駆動体を固定すると、駆動体の振動が阻害されて振動
の振幅が減少し、移動体に対する駆動力が減少し、また
上記超音波モータの支持固定が完全にはできないという
問題点を持つ。

本発明はかかる点に鑑みてなされたもので、駆動体の振
動が阻害されに（＜、また位置固定が正母にできる超音
波モータを提供することを目的としている。

問題点を解決するための手段 駆動体の支持を、該駆動体との接触する面積が小さい、
３箇所以上の複数の突起部を持つ支持台により、該駆動
体を支持固定する。

作　　用 駆動体と支持台の接触面積を小さくできる構造を取るこ
とにより、駆動体の撮動を妨げることな（、また少な（
とも支持台の駆動体との接触部を比較的固くできる構造
により位置固定が正確にできる。

実施例 以下、実施例を示す。

実施例１ 第１図は本発明の一実施例における超音波モータ本体及
び、その支持台の斜視図である。本体の構成は、上記従
来例と同様であるので説明を省略する。本体は、３個の
突起部７と、底部８とからなる支持台９に支持されてい
る。第１図に於ける支持台９の突起部７の径方向の長さ
は、上記駆動体３の径方向の長さに等しく、互いに１２
０度の角度をなし、該突起部７の駆動体３に接する面は
、底部８の底面に対して平行である。また、上記突起部
７の上記駆動体６との接触面は、上記超音波モータの振
動を妨げず、支持位置の精度を保つことができる硬度の
プラスチック等の材質である。尚、上記材質は、上記接
触部に限らず、上記突起部７の一部、該突起部７全体、
或は、底部８を含めた支持台９全体でも構わない。

以上のような支持台９を億えることにより、上記超音波
モータは、その支持固定によって駆動体の弾性振動を妨
げられることな（、その上、支持固定の精度が出せるた
め、効率良く駆動することができる。

実施例２ 第２図は本発明の他の実施例における超音波モータの斜
視図である。第２図における構成及び、支持台９の材質
は、上記実施例１の第１図と同様である。加えて、本実
施例における支持台９の突起部７について、径方向の長
さは、上記駆動体３の径方向の長さに比べて短く、その
上、該駆動体３の弾性撮動における振幅が小さい内１１
の円周に接するように配置されている。上記突起部７を
このような形とすることで、上記実施例１よりも更に駆
動体３の撮動を妨げることなく、支持することができる
。

従って、以上のような支持台９を備えることにより、上
記超音波モータの駆動体の弾性振動を妨げることなく、
その上、支持位置の精度が出せることによって、該超音
波モータを、効率良（駆動することができる。

発明の効果 本発明によれば、駆動体の振動を妨げることがないため
駆動効率のよい、しかも位置固定が正確にできる超音波
モータを実現する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における超音波モータの斜視
図、第２図は本発明の他の実施例における超音波モータ
本体の斜視図、第３図は第１図及び、第２図に用いられ
ている圧電体の形状と電極構造を示す平面図、第４図は
超音波モータの駆動体部の振動状態を示すモデル図、第
５図は超音波モータの原理の説明図である。 １・・・・弾性体、２・・・・圧電セラミック、３・・
・・圧電駆動体、４・・・・スライダ、５・・・・弾性
体、６・・・・移動体、７・・・・突起部、８・・・・
底部、９・・・・支持台。 代理人の氏名　弁理士　中尾敏男　ほか１名第１図 第２図 第３図　　　　Ａ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 弾性体と圧電体とから成る駆動体に交流電圧を印加する
   ことにより弾性進行波を励振し、上記駆動体上に接触し
   て設置された移動体を移動させる超音波モータにおいて
   、３箇所以上の複数の突起を有した支持台の該突起で該
   駆動体を支持することを特徴とする超音波モータ。