JPS63186572A - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、超音波振動を利用したモーター装置、いわゆ
る超音波モーターに関するものである。

〔発明の背景〕

圧電あるいは電歪素子を弾性体に組込んで構成した超音
波振動子と移動子を接触させ、両者の接触面間に超音波
振動による摺動トルクを発生させ、これを駆動力とする
超音波モーターは幾多の公知例（例えば特開昭５９−１
２２３８５）に開示されており、強力で小型、軽量なモ
ーターが実現できることが示されている。この超音波モ
ータにおいては圧電素子あるいは電歪素子に電界を印加
した時に歪みが生ずることを利用し、弾性体上にこれら
の素子を貼付けて高周波電圧を印加して縦波、横波の合
成された進行波を弾性体表面に励起させ、弾性体表面と
加圧接触している移動子を駆動する。

ところで、現状の超音波モーターの移動子には、ステン
レスや真ちゅう材が使われているが、これらは軽量化の
ために薄くすると変形して、モーターとしての機能を失
ってしまうという問題がある。従って、超音波モータを
小型軽量化するには、薄くて軽量で且つ機械的強度の優
れた移動子が望まれる。

（発明の目的〕 本発明の目的は、超音波モーターの移動子を薄くして軽
量で且つ機械的強度の優れたものにし、以て、超音波モ
ーターの軽量小型化を図ることにある。

〔発明の概要） 本発明の超音波モータは、ハネカム構造の移動子を用い
ることによって上記目的を達成するものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を図面を用いて詳述する。

実施例１ 第１図は本発明の実施例に係る超音波モーターの側面図
であり、第２図は移動子（ロータ）１の断面構造図であ
る。第１図において１は全体として円盤形の移動子（ロ
ータ）、２はロータ１と加圧接触するリング状の弾性体
、３は弾性体に着けられた圧電素子である。ロータ１は
第２図に示すようなハネカム構造であり、４は上面板、
５は下面板、６は側板、７はハニカムコア−である。

ロータ１は以下に示すように作られている。

第２図において上面板４および下面板５は、ＪＩＳ規格
での５ＵＳ２２のステンレスであり、外径５０ｍｍ、厚
さ１＋ｎｍである。側板６も同様の材料でてき°ており
、厚さが０．５ｍｍである。ハニカムコア−７はアルミ
ニウム製である。このアルミニウム製ハニカムコア−７
の平面図は第３図に示すとおりであり、１個のコアーは
１辺の長さが約４　ｍｍの六角柱である。このアルミハ
ニカムコア−７と゛上面板４．下面板５．側板６をエポ
キシ系の接着剤で接着しである。この構造のロータでは
、１５ｋｇの荷重でも下面板５の機械的な変形は観察さ
れず、また超音波モーター用ロータとして用いたところ
、十分な性能を発揮した。

また、本実施例のローターは、同寸法の５Ｏ５２２のス
テンレスで作られたロータに比べて、約２５％の軽量化
が実現できた。

実施例２ この実施例はロータにハネカム構造を用いる他に、更に
、弾性体２に着ける圧電素子３の厚さを薄くするように
したものである。

一般に、印加電圧に対する圧電素子の変位量Ｓは、素子
の厚さをｄ、厚み方向に印加する電圧をＶとすると、 で表わされる。ｄ３．は比例定数である。この変位量Ｓ
は超音波モータの駆動トルクに直結する量であるから、
この式から、印加電圧を大きくすれば強力な駆動力が得
られることがわかる。

また、素子の厚みｄを薄くすれば同一印加電圧に対して
変位量を大きくすることができるので、上記と同様の効
果が期待できる。

さらに（１）式においてＶ／ｄ＝一定の条件下ではｄを
薄くすれば、小さな印加電圧Ｖで同じ駆動力を得られる
ことになる。

従来の超音波モータでは、本体は小型であるが圧電素子
あるいは電歪素子の厚さが０．５ｍｍ程度であるため数
十ボルト以上の印加電圧が必要であり装置全体としての
小型軽量化には限界があった。従って、超音波モーター
全体を小型軽量化するためには、乾電池等により１０ボ
ルト以下での駆動が可能であるように圧電素子の厚さを
薄くすることが望ましい。

そこで本実施例２においては、第１図に示す圧電素子３
を弾性体２上に形成する場合、圧電材料としてＰＺＴを
使用し、これをスパッタ法で約５μｍの厚さに蒸着した
。本例では、弾性体２にインバーを使用し、この上に銅
電極を電子ビーム蒸着法により３０００Ａの厚さに蒸着
した。

この上にＰＺＴを高周波反応性マグネトロンスパッタ法
で、酸素とアルゴンの混合雰囲気中で膜厚５μｍになる
ように成膜した。基板温度３００℃とし、成膜後のアニ
ールを５００℃で行ない、結晶性の良い膜が得られた。

このＰＺＴ膜の上に銅電極を電子ビーム蒸着法により蒸
着した。電極配置は公知の第４図に示した配置とした。

この配置で１００℃、３０Ｖの直流電圧を印加して大気
中で分極処理を行なった。電極ピッチは、表面波の波長
の１７２とし、ＰＺＴの分極極性は第４図のように交互
にｅ、ｅ、Φ・・・であるようにした。

次に実施例１と同様の方法で、上面板４．下面板５の厚
さ０．５ｍｍ、側板６の厚さ０．２ｍｍ、アルミハニカ
ムコア−７の厚さ０．５ｍｎ＋でハネカム構造のロータ
１を作製した。

以上のようにして作製した圧電素子とロータを第１図の
ように組み立てて作製した超音波モーターは供給電圧１
．５〜３．０ｖ程度の電圧で十□　　分な駆動力で回転
した。

なお、実施例１ではハニカムコア−の大きさを一辺４ｍ
ｍとしたが、この大きさに限るものではなく、ハニカム
コアの大きさはロータの形状により任意に決めることが
可能である。また、上面板、下面板、側板の厚さも使用
目的により自由に変化させてもよい。しかし下面板につ
いては、薄くなると摩耗によるロータの破損が考えられ
るので、チタンカーバイト等によるコーティングをする
ことが望ましい。

さらにロータ用の材料としては、ステンレスやアルミニ
ウムに限らずチタン等の比重の小さい金属であれば何を
用いてもよい。

圧電材料としてはＰＺＴに限らずＢＴＯ，Ｐｂ（Ｌａ。

Ｔｉ）０３等、圧電性を示すものであれば何を用いても
よく、夫々について結晶性の良い膜を得る条件を選定す
ることにより実施例２と同様の効果が得られる。電極材
料としては銅に限らず導電性材料であれば、金、銀、ア
ルミニウム等、どんな材料でも良い。圧電材料、電極の
厚さは駆動電圧等により適宜選定できることは言うまで
もない。また、薄膜形成法としてはどんな方法でも採用
してよい。

〔発明の効果〕

以上、述べたように、本発明に係る超音波モーターは移
動子にハニカム構造を採用したことにより移動子の機械
的強度を低下させることなく、軽量化が実現できる。さ
らに、圧電素子を薄膜技術により振動体面上に形成する
ことにより低電圧駆動でかつ小型軽量の超音波モーター
とすることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例に係る超音波モーターの側面
図、第２図は本発明の実施例におけるロータの断面図、
第３図はそのロータの平面図、第４図は、圧電素子の電
極配置を示す図である。 １・・・ロータ（８動子）　２・・・弾性体３・・・圧
電または電歪素子４・・・上面板５・・・下面板　　　
　　　６・・・側板７…ハニカムコア

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　振動体に配列固定された交流付勢される圧電素子又
   は電歪素子などの複数個の電気−機械エネルギー変換素
   子の伸縮振動に励起されて該振動体に生ずる進行性振動
   波により、該振動体に接している移動子を摩擦駆動する
   超音波モーターにおいて、前記移動子がハニカム構造を
   持つことを特徴とする超音波モー ター。 ２　圧電素子又は電歪素子が０．１ｍｍ以下の厚さの薄
   膜として振動体の面に形成されている特許請求の範囲第
   １項記載の超音波モーター。