JPS6323575A - 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４図は従来の超音波モータの斜視図であり、円環形の
弾性体１の円環面の一方に圧電体きして円環形圧電セラ
ミック２を貼合せて圧電駆動体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
合せられて移動体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と接触している。圧電体２に電界
を印加すると駆動体３の周方向に曲げ振動の進行波が励
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５図は第４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
、ＡｌＢはそれぞれ２分の１波長相当の小領域から成る
電極で、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の電極とＢの電極とは位置的に４分の１波長
く一９０度）の位相ずれがある。電極Ａ１Ｂ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５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５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。前記圧電体２の電極Ａに Ｖ−Ｖｔ　　ｘｓｉｎ（ωｔ）　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　−−−（１）で表される電圧を
印加するとくただし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６図は第４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）は圧電体２に電圧を印加
していない時、同図１）は圧電体２に電圧を印加した時
の様子を示す。

第７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。前記圧電体２の電極ＡにＶｌ　ｘｓｉｎ
（ωｔ）、他の電極ＢにＶｌ　ｘｃｏｓ（ωｔ）の互い
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とずればξ＝ξｌＸＣ０５（ωｔ
　−ｋｘ　）　　　　　　　−−−（２）ただし　ξ１
　：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−ξ　１　×（ｃｏｓ（ωｔ）ｘｃｏｓ（ｋｘ）＋５
ｉｎ（ωｔ）ｘｓｉｎ（ｋｘ））−ｍ−（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、圧電体２は互いに位置的にπ／２（
−λ／４）だけ位相のずれた電極群Ａ１Ｂを持っている
ので、駆動体３の共振周波数に等しい周波数出力を持つ
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、前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。

第７図は駆動体のＡ点が進行波の励起によって、長軸２
Ｗ　％短軸（移動体の進行方向）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−ωｘＬＩ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。

しかし、実際には移動体および駆動体の接触面には小さ
な凹凸があり、また上記の２面の平面度も数ミクロンの
精度でしか加工できない。ところが、駆動体表面の振動
の振幅は高々１０ミクロン程度であるために、上記２面
の接触は不完全であり、上で述べた速度Ｖを得ることは
できない。

従って、スライダに比較的軟らかい材料を用いていたが
、駆動体の振動の波頭だけでなく大部分がスライダに潜
り込んでしまうので、結果的には大きな速度が得られな
かった。

発明が解決しようとする問題点 以上、説明した様に従来の超音波モータは、駆動体と接
触する移動体の面には、耐磨耗性のスライダが連続的に
構成されていたため、移動体と駆動体の接触は２面の平
面度および平滑度の精度の影響を受けて不完全であり、
移動体の速度は理論値よりも小さいものしか得られてい
ない。

本発明はかかる点に鑑みてなされたもので、大きな速度
が得られ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 駆動体と接触する移動体の面に、断続的に耐磨耗性のス
ライダを構成する。

作　　用 移動体に断続的に耐磨耗性のスライダを構成することに
より、移動体と駆動体の接触面の平面度および平滑度の
精度不足を吸収して、２面の接触をより改善し理論値に
近い速度が得られるようにする。

実施例 以下、図面に従って本発明の実施例について詳細な説明
を行う。

第１図は本発明の１実施例の超音波モータの斜視図図で
ある。同図において、７は圧電体であり、弾性体８と共
に駆動体９を構成している。１０は円周方向に断続的に
構成された耐磨耗性の摩擦材料であるスライダで、弾性
体１１と共に移動体１２を構成している。移動体１２は
スライダ１０を介して駆動体９に加圧接触されている。

圧電体７に駆動体９の共振周波数で時間的に９０度位相
の異なる２つの交流電界を印加すると、駆動体９に曲げ
振動の進行波が励振されて、移動体１２が回転する。

第２図は、第１図の実施例で用いた移動体の平面図であ
る。同図において、１０はスライダであり、円周方向に
断続的に弾性体１１の円環面に構成されている。

第３図は、別の実施例の移動体の平面図である。同図に
おいて、１０はスライダであり、円周方向と共に半径方
向にも断続的に弾性体１１の円環面に構成されている。

以上に述べた構造の移動体を駆動体に加圧接触させれば
、２つの接触面の平面度および平滑度の精度が悪（でも
、２つの面の接触状況が改善される。また、スライダの
材料として比較的堅い材料を用いても効果があるので、
駆動体の振動がスライダに潜り込んでしまうことがなく
、振動の波頭近傍でのみ接触するので、大きな速度を得
ることができる。

発明の効果 本発明によれば、簡単な構造によって、移動体の速度の
大きな超音波モータを提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例の超音波モータの斜視図、第
２図は第１図で用いた移動体の平面図、第３図は別の実
施例の移動体の平面図、第４図は従来の超音波モータの
斜視図、第５図は第４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６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７図は超音波モータ
の原理の説明図である。 ７・・・・・・圧電体、８・・・・・・弾性体、９・・
・・・・駆動体１０・・・・・・スライダ、１１・・・
・・・弾性体、１２・・・・・・移動体。 代理人の氏名　弁理士　中尾敏男　はか１名−〇　− 第３図 第４図 第６図 第７図 乙

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弾性進行波を励振
   することにより、該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、該移動体の該駆
   動体との接触面側に、断続的に耐磨耗性の摩擦材料部を
   設けたことを特徴とする超音波モータ。