JPS6356176A - 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１ 本発明は超音波モータに閏する。本発明は、回転子など
の出力部材が回転運動する回転型、あるいは、出力部材
が直進運動するリニア型の超音波モータに利用すること
ができる。

［従来の技術］ 従来より広く用いられているモータは、誘導電動機であ
り、その駆動源として電磁力を応用したものである。

これら従来のモータと異なり、近時、超音波モータが提
供されている。超音波モータは、例えば、特開昭５２−
２９１９２号公報、持分［５９−１７８９８４＠公報に
開示されているように、超音波振動子に高周波電圧を印
加したときに生じる振動運動を、出力部材の回転運動又
は、出力部材の一次元直進運動に変化させるものである
。この超音波モータは従来のモータに比べて界磁巻線等
を必要としないため、構造が簡単で小型になり、低速回
転時においても高トルクが得られるという利点が得られ
るため、最近注目されている。

この超音波モータは、超音波振動子と、超音波振動子を
保持する保持部材と、超音波振動子に接触して配設され
た弾性体と、弾性体と当接する出力部材とからなる。こ
のモータでは、超音波振動子のｆｆｌ音波振動が弾性体
に伝搬されて弾性体に進行性ｉ動波が生じる。そして、
弾性体に生じる進行性振動波によって出力部材が摩擦駆
動される。

さらに産業界では、超音波モータの有用性を向上させる
べく種々の改良が進められている。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明は上記した実情に鑑みなされたもので、その目的
は、トルクを可変できるという利点を持つ超音波モータ
を提供するにある。

［問題点を解決するための手段］ 本発明に係る超音波モータは、 超音波振動子と、 該超音波振動子を保持する保持部材と、該保持部材に対
して相対移動する出力部材と、該超音波振動子と該出力
部材との間に介在し該出力部材と当接し、該超音波振動
子の超音波振動が伝帳されて進行性振動波を生じる弾性
体と、該保持部材および該出力部材のいずれか一方に設
けられ両者を磁力で吸引し該弾性体と該出力部材との当
接ＩＩ力を調整する電磁部材とからなり、該電磁部材の
磁力を調節することによって該保持部材と該出力部材と
の間の出力を調整する構成としたことを特徴とするもの
である。

超音波振動子は電圧を加えると変位を発生する圧電素子
で形成することができる。この場合、超音波振動子は、
チタン哉ジルコン駿鉛、ヂクン酸バリウム、ニオブ酸リ
チウム、硫酸グリシン、ロシエル塩などの圧電効果の大
きな単結晶を用いることができ、また超高周波用として
硫化カドミウムを用いてもよい。また先端の細いボーン
を超音波振動子に設けて、超音波振動によるエネルギー
を集中させる方式にしてもよい。

保持部材は、超音波モータ自体のモータハウジングであ
ってもよく、あるいは、超音波モータが他の製品例えば
カメラに組み込まれる場合にはカメラケースであっても
よい。

弾性体は超音波モータに接触して固定されており、超音
波振動子の超音波振動が伝帳されて進行性振動波を生じ
る。弾性体は鉄鋼材料などの金属材料、硬質ゴムや硬質
樹脂で形成することができる。弾性体の厚みは、超音波
モータの種類に応じて適宜設定されるが、一般的には１
〜５１Ｉ１１程度が好ましい。

出力部材は、弾性体に接触して配設されており、弾性体
に生じる超音波振動によって摩擦駆動され、保持部材に
対して相対移ａする部材である。超音波モータが回転型
の場合には、出力部材は回転子である。また超音波モー
タがリニア型の場合には、出力部材は棒状体である。本
発明にかかる超音波モータでは、出力部材は磁性材料で
形成されている。磁性材料としては、純鉄、炭＊ｍ、珪
ｉ鋼、パーマロイなどが代表的なものである。

本発明に係る超音波モータでは、保持部材および該出力
部材のいずれか一方に電磁部材が設けられている。電磁
部材は、両者を磁力で吸引し、該弾性体と該出力部材と
の当接圧力を調整する機能をもつ。電磁部材は、強磁性
体からなる磁心と、磁心に隣接する電磁コイルとから形
成することができる。磁心を形成する材料は、珪素鋼、
パーマロイ、アモルファス金属などを用いることができ
る。電磁コイルの流れる電流が大きいほど、電磁部材の
吸引力が増す。そのため、出力部材と弾性体との当接圧
力を大きくしたい場合には、電磁コイルに流れる電流を
大きくするとよい。電磁部材は、交流電磁石でも、直流
電磁石でもよい。

［作用］ 本発明に係る超音波モータを使用するにあたっては、超
音波振動子を振動させる。すると、その超音波振動が伝
帳されて弾性体には３ｔＬ行性振初が従来と同様に生じ
る。この結果、進行性振動によって出力部材はＩＩＪ擦
駆動駆動、保持部材に対して相対移動する。なお、超音
波モータが回転うシの場合には、出力部材は回転運動を
し、超音波モータがリニア型の場合には、出力部材は直
進運動をするものである。

どころで本発明に係ろｇ３音波モータにおいては、出力
部材の出力疫合を調整したい場合には、電磁部材に通電
して磁力を生じさせ、これにより磁性材料からなる出力
部材を吸引する。このように吸引すれば、゛電磁部材へ
流れる電流をυＪＩｉｌすることによって、出力部材と
弾性体との間の当接圧力を制御スることがひきる。した
がって出力部材の出力トルクを制御することができる。

また、電磁部材に通電していないときには、出力部材と
弾性体との当接圧力つまり押付力を小にでき、よって出
力部材の空転トルクを小することができる。

［発明の効果コ 本発明に係る超音波モータによれば、ｆｆｌｌｉｔｉ部
材に生じる磁力の大小により、出力部材と弾性体との間
の当接圧力つまり押付力を可変することができるので、
出力部材の出力トルクを制御できる。

また、１ｒｉ磁部材の磁力発生を停止すれば、出力部材
の空転１−ルクを小どＪることができる。

［実施例］ 本発明に係る超音波モータの保持実施例を第１図に示す
。第１実施例に係る超音波モータは、超高波振動子１と
保持部材としてのヨーク２と出力部材３、と弾１１休４
と、電磁部材５とをもつ。

超音波振動子１は、チタン酸ジルコン酸鉛で形成された
板を多数積層して構成した圧電素子であり、その振動は
３５〜４５　Ｋ　ｔ−ｌ　Ｚ程度である。超音波振動子
１はヨーク２の環状の上面部２ａにそってリング状に多
数個配置されている。超音波振動子１は、図示はしない
が、リード線を介して電源に接続されている。

ヨーク２は磁性材料としての圧延鋼板から容器状に形成
されている。

出力部材３は、円板状の回転子３０と、回転子３０の中
央部にＩ？され中央孔３１ａをもつとともに外周部に歯
部３１ｂをもつビニオン３１と、かうなる。ここでビニ
オン３１は、回転子３０の中央孔３０ａに圧入されてい
る。したがってビニオン３１と回転子３０とは一体回転
する。ここでビニオン３１の中央孔３１ａはシャフト５
０ａに所定の隙間を存して遊嵌されており、その結果、
回転子３０はシャフト５０　ａを中心として周方向へ回
転するようにされている。

弾性体４は、肉厚が１〜５ＩＩＩ１１程度外径が４５ｍ
ｍ程度の硬質ゴム材料でリング状に形成されている。

弾性体４の下面は超音波＠幼子１に接着材で接着されて
いる。

電磁部材５は、シャフト５０ａがローレット圧入により
取着された磁心５０と磁心５０の横に装着されたＴ、　
１６　Ｔイル５１とからなる。ここで、電磁コイル５１
の樹脂製の枠体５３の凸部５３ａをヨーク２の孔２ａに
挿通した状態で、凸部５３ａの先端をかしめることによ
り、凸部５３ａの先端部を径大化し、これにより、電磁
部材５は一体化された状態でヨーク２に取着されている
。なお、シャフト５０ａは、非磁性材料としてのステン
レス鋼で形成されている。磁心５０は磁性材料としての
低炭素鋼材料から形成されている。

本実施例に係る超へ波モータを使用するにあたっては、
超音波振動子１に３５〜４５　Ｋ　ｔ−１ｚ程度の高周
波電圧を印加してこれを超音波振動させるとともに、電
磁部材５の電磁コイル５１に通電して電磁コイル５１に
より発生する磁束によりビニオン３１、磁心５０１ヨー
ク２、回転子３０を磁化さＶ、これにより電磁部材５に
磁力を作用さける。このときの押圧力は１０〜１００ｇ
／ｃｍ２程度である。なお、磁束の流れを第１図に破線
φで示ず。

このように磁力が作用すると、出力部材３の回転子３０
は、ヨーク２の上面部２ｂに吸引される。

したがって、電磁部材５の磁力を調節することによって
、出力部材３と弾性体４との当接圧力が調節され、従っ
てビニオン３１の出力トルクの調整がなされる。

また超音波振動子１に電圧を引７１１しＪるが、電磁コ
イル５１に通電しない場合には、電磁１部材５の磁力は
作用しないので、出力部材３の回転子３０とヨーク２と
の間の当接圧力【よさほど作用せず、空転トルクが小に
なる。

本発明に係る超音波し−９の第２実施例を第２図に示す
。第２実施例に係る超音波モータは、前記した第１実施
例の超音波モータと基本的には同一の構成である。その
ため、異なる点を中心として説明り−る。第２実施例に
係るＭ！ｉ音波モータでは、シャフト５０ａが設け１う
れておらず、出力部材３の回転子３０には段付部３０ｃ
が形成されている。

ここでシャフト５０　ａを設けていない理由は部品点数
の削減、非磁性材料からなるシャフト５０ａを廃止し磁
束を大きくすることにより吸引力を大ぎくするためであ
る。

この第２実施例では、第２図に示すように、ヨーク２の
上面部２ｂと回転子３０の段付部３０Ｃとの間の空隙の
間隔は第１実施例に係る超音波モータの場合に比べて狭
くなっている。ここで空隙の磁気抵抗はかなり大きいた
め、第２実施例にかかる電磁部材５で生じる磁界の債は
、増加し、よるで回転子３０とヨーク２との間の吸引力
を増すことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る超音波モータの第１実施例を示
し、要部の縦断面図であり、第２図は、本発明に係る超
音波モータの第２実施例を示し、要部の縦断面図である
。 図中、１は超音波振動子、２はヨーク（保持部材）、３
は出力部材、３０は回転子、３１はビニオン、４は弾性
体、５は電磁部材、５０は磁心、５０ａはシャフト、５
１は１ｆｆｉ磁コイルをそれぞれ示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　超音波振動子と、 該超音波振動子を保持する保持部材と、 該保持部材に対して相対移動する出力部材と、該超音波
   振動子と出力部材との間に介在し該出力部材と当接し該
   超音波振動子の超音波振動が伝幡されて進行性振動波を
   生じる弾性体と、 該保持部材および該出力部材のいずれか一方に設けられ
   両者を磁力で吸引し該弾性体と該出力部材との当接圧力
   を調整する電磁部材とからなり、該電磁部材の磁力を調
   節することによって該保持部材と該出力部材との間の出
   力を調整する構成としたことを特徴とする超音波モータ
   。
2. （２）　保持部材はモータハウジングであり、出力部材
   は該モータハウジングに回転自在に保持された回転子で
   あり、電磁部材は該モータハウジングに保持された磁心
   と該磁心に隣接する電磁コイルとからなる特許請求の範
   囲第１項記載の超音波モータ。