JPS63294276A - 振動モータ - 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、ステータの超音波振動によりロータを回転す
る超音波モータに関する。

（従来の技術） 従来、この種の超音波モータとしては、例えば特開昭５
９−１１７４７３＠等が知られている。

この超音波モータにあっては、弾性体と圧電体とから成
るステータと、ステータに加圧接触されたローターとか
ら成り、駆動回路にてステータに進行波を発生させ、加
圧接触されたローターを駆動するように構成されている
。

このためロータを回転自在に支持する保持部材との間に
生じる摩擦力を軽減させるため、ローターと保持部材と
の間にベアリングを入れたスラスト軸受は構造としてい
る。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、このような従来の超音波モータにあって
は、ベアリングによってロータを保持部材に回転自在に
支持する構造としているため、ベアリングが転勤する転
勤面が精度良く加工されていないと、駆動ムラを起こす
原因となり、またベアリングを使用してもある程度の機
械的な損失は避けられず、更にベアリングを使用した分
だけロータの軸受は構造が複雑化するという問題があっ
た。（問題点を解決するための手段） 本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたも
ので、ベアリングによるロータの軸受（プ構造を不要に
し、極めて簡単な構造で且つトルク損失の少ない超音波
モータを提供することを目的とする。

この目的を達成するため本発明にあっては、弾性体と圧
電体から成るステータを超音波振動させ、該ステータに
圧接したロータを駆動する超音波モータに於いて、前記
ロータを少なくとも２つのステータで挾み込んだ構造と
なし、前記一方のステータに定在波を発生させると共に
他方のステータに進行波を発生させる駆動手段を設ける
ようにしたものである。

（作用） このような構成を備えた本発明の超音波モータにあって
は、ロータを挾み込みんだ一方のステータに定在波を発
生させることにより、該ステータと前記ロータとの間に
発生する摩擦力を軽減させることでロータを回転自在に
支持し、この状態で他方のステーターに進行波を発生さ
せることによりロータを低摩擦で回転することができる
。

また２つのステータを備えていることから、一方のステ
ーターに定在波を発生させ、他方のステータに進行波を
発生させると同時に、定在波と進行波を発生するステー
タを切換えることで、ロータを逆転させたり回転速度を
切換えて駆動することが容易にできる。

（実施例） 第１図は本発明による超音波モータの構造の一実施例を
示した断面図でおる。

第１図において、１はケース、２はケース１をビス１０
．１１により固定するベース板であり、ケース１内に圧
縮コイルばね、圧電体５を接着した振動体４、中心に出
力１Ｉｉｌｌ１３ａを一体に設Ｃプたロータ３、圧電体
７を接着した振動体６、振動体６及び圧電体７の振動を
緩衝する緩衝支持部材８の順に組み込まれ、ロータ３の
出力軸３ａはケース１に設けた軸受部１ａに嵌め込まれ
ている。また圧縮コイルばね９はロータ３に対し圧電体
５を接着した振動体４及び圧電体７を接着した振動体６
を圧接させるためのばね力を発生している。

第２図は第１図に示した圧電体５，７、振動体４．６及
びロータ３を展開した斜視図と共にその駆動回路を示す
。

圧電体５は圧電素子５ａ及び５ｂから成り、圧電素子５
ａ及び５ｂは振動体４の振動波の波長λの２分の１ピツ
チに分極形成されている。

圧電体５ａは交流電源１２の一方に接続され、また圧電
素子５ｂはスイッチ１５及び９０°位相器１３を介して
同じく交流電源１２の一方に接続されている。

更に、圧電素子５の他極部５Ｃは交流電源１２の他方に
接続される。

このような圧電体５の駆動回路においてスイッチ１５を
閉じたときには圧電索子５ａに交流電源１２の周波数信
号が直接印加されると共に、９０’位相器１３により＋
９０°又は−９０°の位相差をもった周波数信号がスイ
ッチ１５を介して圧電素子５ｂに印加されるため、圧電
体５により振動体４に進行波が発生し、ロータ３を回転
駆動するようになる。

一方、スイッチ１５を開いたときには圧電素子５ａだ【
プに交流電源１２の周波数信号が印加されるため、振動
体４には定在波が発生し、この定在波の発生で振動体４
とロータ３との摩擦力を軽減させた状態でロータ３を保
持するようになる。

圧電体７及び振動体６は圧電体５及び振動体４と同じ構
造をもっており、圧電体７の圧電素子７ａは交流電源１
２の一方に接続され、また圧電素子７ｂはスイッチ１６
と９０°位相器１３を介して同じく交流電源１２の一方
に接続され、更に圧電体７の他極部７Ｃは交流電源の他
方に抵抗１４を介して接続されている。

このような圧電体７の駆動回路にあっては、スイッチ１
６を閉じたときに圧電体７により振動体６に進行波が発
生し、ロータ３を回転駆動するようになる。一方、スイ
ッチ１６を開いたときには圧電素子７ａだけに交流電源
の周波数信号が印加されるため振動体６には定在波が発
生し、振動体６とロータ３との摩擦力を軽減させた状態
で振動体６はロータ３を保持することになる。

ここで圧電体５及び圧電体７は同一の交流電源１２に接
続されているが、圧電体７側には抵抗１４が接続されて
いるため、圧電体５に印加される電圧と圧電体７に印加
される電圧は異ったものとなり、抵抗１４を備えた圧電
体７側の電圧が低くなる。

次に第１，２図の実施例の動作を説明する。

今、圧電体５側のスイッチ１５を閉じると共に圧電体７
側のスイッチ１６を開いたとすると、圧電体５の圧電素
子５ａに交流電源１２により直接周波数信号が印加され
ると共に圧電素子５ｂには９０°位相器１３で＋９０°
または一９０’の位相差をもった周波数信号が印加され
るため、振動体４には進行波が発生する。このように振
動体４に進行波を発生させた場合、振動体４のロータ３
に接する１つの質点は楕円運動をおこし、これによって
ロータ３が回転するようになる。

このとき振動体６にはスイッチ１６が開かれていること
から圧電体７の圧電素子７ａのみに対する交流電源１２
からの周波数信号の印加で定在波が発生しており、この
定在波の発生で振動体６とロータ３との摩擦力を軽減さ
せた支持状態が作り出され、振動体４に発生した進行波
によってロータ３は低摩擦で回転駆動されるにうになる
。

一方、圧電体に交流電源１２から電圧を印加して振動体
に進行波を発生したときの振動体における１つの質点の
楕円運動の大きさは、印加される電圧に比例して変化し
、その結果、楕円運動の大きざに比例してロータの回転
速度が変化するにうになる。

従って第２図に示す駆動回路において、スイッチ１５を
閉じて圧電体５により振動体４に進行波を発生させ、ス
イッチ１６を開くことで圧電体７により振動体６に定在
波を発生したときのロータ３の回転速度に対し、逆にス
イッチ１６を閉じると共にスイッチ１５を開いて振動体
４に定在波を振動体６に進行波を発生させたときのロー
タ３の回転速度は、振動体６に進行波を発生させるとき
の電圧が抵抗１４によって低くなるため、ロータ３の回
転速度を低速に切換えることができる。

即ち、スイッチ１５と１６のオン・オフ状態を切換える
だけで１つのロータ３を２種類の速度で駆動することが
できる。

また、振動体４と６に発生する進行波の方向が相対的に
逆方向となるように駆動回路に接続すれば、ロータ３を
正逆回転することもできる。この正逆回転の場合には抵
抗１４は使用目的により廃止するようにしてもよい。

第３図は本発明の他の駆動回路を振動体４，６、圧電体
５，７及びロータ３を展開した斜視図と共に示す。

この第３図の実施例にあっては、圧電体５と７のそれぞ
れについて独立に駆動回路を設けており、圧電体５には
交流電源１７．９０’位相器１８、及びスイッチ１９で
成る駆動回路が接続され、一方、圧電体７には交流電源
２０，９０’位相器２１及びスイッチ２２で成る駆動回
路が接続されている。また交流電源１７と２０の周波数
は異なった周波数としている。

ここで、圧電体に電圧を印加し、振動体に進行波を発生
したときに、振動体の１つの質点は楕円運動をおこし、
ある一定時間内に於けるこの楕円運動の回数は印加電圧
の周波数に依存することとなり、楕円運動の回数に比例
してロータの回転速度も変化する。

従って第３図の実施例においては、スイッチ１９と２２
の切換えにより一方の振動体に定在波を発生させ、他方
の振動体に進行波を発生させることにより、１つのロー
タ３を交流電源１７と２１の周波数で定まる２種類の速
度で回転駆動することができる。

更に振動体４と６に発生する進行波の進行方向を相対的
に逆方向となるように駆動回路を接続すればロータ３を
正逆転することもできる。

尚、上記の実施例にあっては圧電体５，７として、圧電
素子５ａ、５ｂ及び他極部５Ｃ１同様に圧電素子７ａ、
７ｂ及び他極部７Ｃを環状に一条に形成した場合を例に
とるものであったが、圧電素子及び（Ｉ！２極部を２条
若しくは３条に分極形成して高い駆動トルクを発生する
ようにしてもよい。

（発明の効果） 以上説明してきたように本発明によれば、１つのロータ
を２つのステータで挟み込んだ構造とし、一方のステー
タに定在波を発生すると共に他方のステータに進行波を
発生するようにしたため、ベアリングによる軸受り構造
を必要とすることなくロータを低摩擦で回転自在に支持
することができ、構造の簡単な超音波モータを得ること
ができる。

またステータが２つ設りられていることから、極めて簡
単な駆動回路によりロータの駆動速度を変化させたり回
転方向を正逆転させることが容易にできる超音波モータ
を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による超音波モータ構造の一実施例を示
した断面図、第２図は超音波モータのステータとロータ
の展開図と共に本発明による駆動回路の一実施例を示し
た説明図、第３図は本発明の駆動回路の他の実施例を示
した説明図である。 １：ケース ２：ベース板 ３：ロータ ３ａ：出力軸 ４．６：振動体 ５．７：圧電体 ５ａ、５ｂ、７ａ、７ｂ　：圧電素子 ５ｃ、７ｃ：他極部 ８：緩衝部材 ９：圧縮コイルばね １０．１１：ビス １２．１７．２’ｌ　：交流電源 １３．１８，２１　：９０°位相器 １４：抵抗

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　弾性体と圧電体から成るステータを超音波振動させ、
   該ステータに圧接したロータを駆動する超音波モーター
   に於いて、 前記ロータを少なくとも２つのステータで挾み込んだ構
   造となし、前記一方のステータに定在波を発生させると
   共に他方のステータに進行波を発生させる駆動手段を設
   けたことを特徴とする超音波モータ。