JPS63206176A - 進行波型超音波モ−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】 本発明は、弾性進行波によって駆動する超音波モータに
関するものである。

進行波型（表面波モータと呼ばれるものも含む）超音波
モータは、例えば、本出願人による特開昭５８−１４８
，６８２号公報（特願昭５７−２９．４００号）にも開
示されているように、弾性体に固着した圧電体に高周波
電圧を印加し、ステータ表面に超音波楕円振動を発生さ
せ、加圧接触するロータに回転運動を与えるものであリ
、従来の電磁モータに比べて、巻線がなく、構造が簡単
で、超音波振動エネルギーを用いるため小型、かつ、低
速回転で高トルクが得られ、また、摩擦力駆動のため、
高応答、制御−性にすぐれているという利点があるため
、種々の技術分野において注目されている。

ところが、従来、この超音波モータの弾性体（振動体）
には、その弾性体に加圧接触し、かつ、回転子（ロータ
）の一部を構成しているスライダーの摩耗粉の除去およ
び放熱等を目的として逃げ溝を設ける場合があるが、こ
の逃げ溝を設けたことにより、振動挙動がより複雑にな
り、最適形状および出力φ効率の改善が求められている
。

本発明は、上記の問題を改善するためになされたもので
あり、次のような進行波型超音波モータを提供すること
を目的とする。

ｌ）効率の高い進行波モータ ２）出力の高い進行波モータ ３）耐久性にすぐれた超音波モータ 以下、図面を参照して本発明に係る駆動回路の動作原理
と実施例について詳細な説明を行なう。

くヰ晶５　　造〉 第１図は、従来の超音波モータの全体図であり、第２図
は、その全体図Ａ−Ａ断面を示している。第２図におい
て、ステータ５は１弾性材から出来ている環状の平行な
二平面を有する振動体３にＰＺＴ　（チタン酸ジルコン
酸鉛）等の電歪素子から成る圧電体４を接着しである。

また、ロータ８は、弾性材から出来ている構造体６に、
エンジニアリングプラスチック等の耐摩耗性の高い材質
から成るスライダー７を接着しである。

さらに、ステータ５はケース２にビス９で固定されてお
りスプリング、１０、スペーサ１２およびスナップリン
グ１３によってロータ８との間に一定加圧力が与えられ
ている。なお、ロータ８は、シャフト１１と一体となっ
て回転する。

次に、第３図は従来のステータの斜視図を示す。

このステータには放熱効果を増したり、前記スライダー
７どの加圧接触部の摩耗粉の除去を目的とした逃げ溝を
切っているので、振動体３の一部には、くし歯状の振動
伝達部１０が形成されている。

第４図は、第３図の矢視Ｂ’　−Ｂ’であり、振動体に
接着されている圧電体の電極配置を示している。圧電体
４は、二つのグループに形成された電歪素子群４ａ、４
ｂから成り、その電歪素子群４ａ、４ｂは個々のグルー
プに高周波電圧を印加すると、ステータ５が共振し、定
在波が生ずるように配置され、かつ、相互の定在波の波
長入が等しく、位相が９０度ずれるような位置になって
いる。

第５図は、第３図に示すステータ５の従来の場合の一部
矢視Ｃである。ステータが共振すると、振動伝達部１０
の表面域に図に示すように楕円振動が生じ、その大きさ
は外周側では横掘幅ｔｅｌ、縦振幅Ｕ、また、内周側で
は、横振幅ｕ）２、縦振幅ｕ２の楕円振動となっている
。

第６図は、第３図に示すステータ５のＢ−Ｂ断面である
。これらに示しであるように従来のステータにおいては
、振動伝達部１０の部分はプライス、カッター等によっ
て、適当数の逃げ溝を入れであるため、くし歯状の振動
伝達部の外周幅と内周幅は異なるが厚さＴは一定厚さで
加工がなされている。

次に本発明について説明する。第７図は本発明に示すス
テータの全体図であり、第８図はステータの一部矢視り
であり、第９図は第７図に示されているステータの第１
実施例を示すＥ−Ｅ断面である。

平行な二平面を有する環状の振動体３°を構成する振動
伝達部ｌＯ°の外周幅と内周幅は従来と同じように幅が
異なると共に、さらに、内周厚さでと外周厚さＴも異な
りτ〉Ｔとなるように振動体３°ｂとの固着部が一定勾
配θで、平面に加工されている。ステータが共振すると
、振動伝達部１０″の表面域において楕円振動が生じ、
その大きさは外周側では横振幅ｔ＋／、、縦振幅Ｕ、ま
た、内周側では、横振幅Ｊ２、縦振幅Ｕ″２の楕円振動
となっている。

なお、縦振幅についてみると、その勾配が外内周方向に
おいて一定であり振幅工ステータ半径のように比例関係
にあればロータに駆動力を生じる加圧摩擦力の速度勾配
が一定になり、振動エネルギを有効に使えるので損失を
減少させることが出来るため、ステータの外径、内径、
厚さおよび振動伝達部の形状を上記の関係もしくは、近
似の状態になるようにする。

また、第１０図は、本発明の第２の実施例を示してあり
、振動伝達部１０’の内周側の厚さでか外周側の厚さＴ
に比して厚く、かつ振動伝達部１０′と振動体３’　Ｃ
との固着部は、曲面あるいは、一定曲率ρになるように
加工されている。

第１１図はさらに本発明の他の第３の実施例を示すもの
であり、振動伝達部１０’の幅又が振動体３’　ｄの幅
りよりも狭く振動伝達部１０°と振動体３’　ｃｌとの
固着部が一定勾配、曲面または、一定曲率のいずれかの
形状をしている場合である。

第１２図はまた、本発明の第４の実施例を示すものであ
り、振動伝達部１０゛の幅交が振動体３’　ｅの＠Ｌに
対して漸減し、それらの固着部が一定勾配、曲面または
１曲率のいずれかの形状をしている場合である。

なお、振動体と振動伝達部は、一体の材質で機械加工に
より、形成されている場合を示したが、振動体と振動伝
達部を貼り合わせてあってもよい。

〔作　用〕

ステータ５゛に共振を生ずる２種の高周波電圧をそれぞ
れ電歪素子群４ａ、４ｂに印加すると、振動体３°は励
振され、振動伝達部ｌｏ゛に進行波によって形成される
楕円振動が起こる。

そして、その楕円振動のエネルギによって、振動伝達部
の表面に加圧接触しているスライダーは摩擦駆動される
ので、そのスライダーと一体になっているロータおよび
シャフトが回転することが出来る。

第１３図は、半径方向における振動変位を表わしている
。

従来の場合には、第５図に示される振動伝達部のような
形状をしているので、第１３図に示す半径方向の振動側
変位図の（１）にあるように、縦振幅について言えば内
周側が幾何級数的に外周側よりも小さくなっているため
内周側の縦振幅が有効に使われずロータ８への摩擦駆動
力としては、不均一であり、効率・出力の改善が求めら
れていた。

そこで、５第８図に示すように、本発明においては内周
部の厚さτを外周部の厚さＴよりも厚くしている。今ス
テータ５′の励振周波数および、外周側の縦振幅Ｕの値
が、従来と同じになるようにできているとすると、第１
３図の（２）で示されるように、振動伝達部１０゛のロ
ータ８との接触範囲文において縦振幅の勾配が小さくな
り、内周側の縦振幅ｕ１２が従来の縦振幅ｕ２よりも大
きくなった。

その結果、ロータを駆動する摩擦駆動力が全体として上
昇し、振動エネルギを回転エネルギに有効に変換するこ
とができ、従来に比して数パーセントの効率および出力
改善がはかれた。

なお、縦振幅の勾配は一定で振幅Ｘステータ半径の関係
になっているとロータに駆動力を生ずる加圧摩擦力は周
方向同心円状において一定の速度勾配になり振動エネル
ギを有効に使えて損失が少なくなるので、スライダの耐
摩耗性が向上される。

以上説明したように環状振動体の振動伝達部の厚みにつ
いて外周側よりも内周側を厚くすることにより、内周側
の振動振幅を有効に利用することが出来ようになり、従
来の超音波モータに比し、 ■効率が数パーセント改善される。

■出力が数パーセント改善される。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の超音波モータの全体図、第２図は従来の
超音波モータのＡ−Ａ断面図、第３図は従来のステータ
の斜視図、第４図は圧電体の電極配置図、第５図は従来
のステータの一部斜視図、第６図は従来のステータのＢ
−Ｂ断面図、第７図は本発明の第１の実施例を示すステ
ータの斜視図、第８図は本発明の第１の実施例を示すス
テータの一部斜視図、第９図は本発明の第１の実施例を
示すステータのＥ−Ｅ断面図、第１Ｏ図は本発明の第２
の実施例を示すステータのＥ−Ｅ断面図、第１１図は本
発明の第３の実施例を示すステータのＥ−Ｅ断面図、第
１２図は本発明の第４の実施例を示すステータのＥ−Ｅ
断面図および第１３図は半径方向の振動変位図をそれぞ
れ示すものである。 １・・・・・・カバー、 ３．３″、３’　ｃ、３’　ｄ、３’　ｅ−・・−・振
動体、５．５１・・・・・・ステータ、 ８・・・・・・ロータ、　　１４・・・・・・ポールベ
アリング、１０．１０′、１０’　ｃ、 １０’　ｄ、１０’　ｅ・・・・・・振動伝達部、Ｌ・
・・・・・振動伝達部の幅、 Ｔ、Ｔ’・・・・・・振動伝達部の厚さ、文・・・・・
・ロータの幅、 ｗｌ、ｕｊｌ、ｕ＋２．ｕ；２・・・・・・横振幅、ｕ
ｌ、ｕ２．ｕ’２・・・・・・縦振幅ヤ１１ ’ｌ’７Ｚ旧 う７６山 ケアの 東８目 第１］１３ ヤ１３１２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）電歪素子に高周波電圧を印加し、その電歪素子を接
   着した環状振動体の所定の表面域に生じる進行性振動波
   によって、その環状振動体の表面と接触している回転子
   を摩擦駆動する進行波型超音波モータにおいて、 前記環状振動体は、平行な二平面を有して おり、さらに、回転子の接触し得る前記環状振動体の振
   動伝達部の厚みが内周から外周に向い、漸減しているこ
   とを特徴とする進行波型超音波モータ。 ２）前記振動伝達部の厚みが、内周から外周に向い、平
   面状に一定勾配で漸減していることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の進行波型超音波モータ。 ３）前記振動伝達部の厚みが、内周から外周に向い、曲
   面状に漸減していることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の進行波型超音波モータ。 ４）前記振動伝達部の幅が、環状振動体の幅よりも狭く
   なっていることを特徴とする特許請求の範囲第２項また
   は特許請求の範囲第３項記載の進行波型超音波モータ。 ５）前記振動伝達部の幅が、環状振動体の幅に対して漸
   減していることを特徴とする特許請求の範囲第２項また
   は特許請求の範囲第３項記載の進行波型超音波モータ。