WO2006098375A1

WO2006098375A1 - 超音波モータ

Info

Publication number: WO2006098375A1
Application number: PCT/JP2006/305149
Authority: WO
Inventors: Takefumi Kanda; Koichi Suzumori
Original assignee: Okayama University NUC
Current assignee: Okayama University NUC
Priority date: 2005-03-15
Filing date: 2006-03-15
Publication date: 2006-09-21
Anticipated expiration: 2007-09-15
Also published as: JP5039974B2; JPWO2006098375A1

Abstract

　所望の出力特性を有しながら、取扱いやすい小型の超音波モータを提供する。　中空部を有する筒状として、外周面には周方向に沿って複数の電極を設けるとともに、内周面にも電極を設けて、前記の各電極に所定の電圧を印加することにより基端に対して先端を軸線回りの円形軌跡に沿って振動させる圧電体からなる振動子と、この振動子と同軸上に配置して、基端を前記振動子の先端に当接させたロータと、一端に軸受を介して前記ロータを回転自在に支持するとともに他端を前記振動子の基端側に装着する筒状のケーシングと、前記ロータと前記軸受との間に設けて前記ロータの基端を前記振動子の先端に押圧させる付勢体とを備え、前記振動子の振動にともなって前記ロータを軸線方向に回転させる超音波モータにおいて、前記ロータの基端には、前記振動子側に向けて拡開状としたテーパ面を設け、このテーパ面に前記振動子の先端縁を当接させる。

Description

明細書

超音波モータ

技術分野

[0001] 本発明は、筒型の振動子を駆動源とする超音波モータに関するものである。

背景技術

[0002] 従来、超音波モータは、高トノレク出力であることに加え構造が比較的単純であるため、ミリメートルオーダまたはそれ以下の高出力マイクロモータとして有力視されており、昨今では、カメラに内蔵してオートフォーカスにおけるレンズの焦点距離の調整に用いられたりしている。

[0003] 超音波モータは、用途に応じて多種多様な形態が提案されており、特に高トルク出力が得られる超音波モータとして、橈み振動する筒型の振動子を用レ、た超音波モータが知られている。

[0004] 筒型の振動子を駆動源とする超音波モータでは、振動子の先端を振動子の長手方向と直交する方向に橈ませており、振動子の橈む向きを移動させることにより振動子の先端端面に進行波を励起させることにより橈み振動を生じさせているものである

[0005] このような振動子を用いた超音波モータでは、橈み振動する振動子の節部分をワイャで吊って固定したり、節部分に〇リングを装着したりして振動子を固定し、振動子の両端力も駆動力を取出し可能としている（例えば、非特許文献 1参照。）。

非特許文献 1： Takeshi MORITA, Minoru Kuribayashi KUROSAWA and Toshiro HIG UCHI著「Cylindrical Micro Ultrasonic Motor Utilizing Bulk Lead Zirconate Titanate( PZT)」 Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 38、 1999年、 p. 3347— 3350 発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0006] このような超音波モータは各種の用途に用いられている力利用範囲を拡大させるためにミリオーダーサイズとした超小型の超音波モータが求められているものの、従来の超音波モータをスケールダウンによって小型化すること、加工精度の関係上、極めて困難であるという問題があった。

[0007] しかも、橈み振動を行う振動子を用いた超音波モータの場合には、小型化された振動子の確実な固定が極めて困難であって、固定が不十分となることによって橈み振動のエネルギーが散逸されることとなり、十分な出力特性の超音波モータを提供することが困難となっていた。

[0008] 本発明者らはこのような現状に鑑み、所望の出力特性を有しながら、取扱いやすい小型の超音波モータを提供すべく研究開発を行って本発明を成すに至ったものである。

課題を解決するための手段

[0009] 本発明の超音波モータでは、中空部を有する筒状として、外周面には周方向に沿つて複数の電極を設けるとともに、内周面にも電極を設けて、前記の各電極に所定の電圧を印加することにより基端に対して先端を軸線回りの円形軌跡に沿って振動させる圧電体からなる振動子と、この振動子と同軸上に配置して、基端を前記振動子の先端に当接させたロータと、一端に軸受を介して前記ロータを回転自在に支持するとともに他端を前記振動子の基端側に装着する筒状のケーシングと、前記ロータと前記軸受との間に設けて前記ロータの基端を前記振動子の先端に押圧させる付勢体とを備え、前記振動子の振動にともなって前記ロータを軸線方向に回転させる超音波モータにおいて、前記ロータの基端には、前記振動子側に向けて拡開状としたテーパ面を設け、このテーパ面に前記振動子の先端縁を当接させた。

[0010] さらに、以下の点にも特徴を有するものである。すなわち、

( 1 )前記ロータの基端には、前記テーパ面の内側に、前記振動子の前記中空部に挿入する挿入体を設けたこと。

(2)前記挿入体は、前記振動子側に向けて突出した円錐体とし、この円錐体の周面に前記振動子における前記中空部の先端縁を当接させたこと。

(3)前記テーパ面と前記振動子の外周面とのなす角と、前記円錐体の周面と前記振動子の内周面とのなす角を同じ角度としたこと。

(4)前記振動子の内周面には、前記圧電体よりも高硬度とした筒状の芯材を設けるとともに、この芯材の前記振動子における先端側の端部は前記振動子の先端から突出させて突出端部とし、この突出端部における外周面の先端縁を前記テーパ面に当接させたこと。

発明の効果

[0011] 本発明によれば、中空部を有する筒状として、外周面には周方向に沿って複数の電極を設けるとともに、内周面にも電極を設けて、各電極に所定の電圧を印加することにより基端に対して先端を軸線回りの円形軌跡に沿って振動させる圧電体力なる振動子と、この振動子と同軸上に配置して、基端を振動子の先端に当接させたロータと、一端に軸受を介してロータを回転自在に支持するとともに他端を振動子の基端側に装着する筒状のケーシングと、ロータと軸受との間に設けてロータの基端を振動子の先端に押圧させる付勢体とを備え、振動子の振動にともなってロータを軸線方向に回転させる超音波モータとしたことによって、小型の超音波モータを精度よく形成できる。

[0012] 特に、本発明の超音波モータでは、一端に軸受を介してロータを回転自在に支持するとともに他端を振動子の基端側に装着する筒状のケーシングを設けていることにより、このケーシングを利用して所定位置への超音波モータの配置を行いやすくすることができ、超音波モータの取扱い性を向上させることができる。

[0013] さらに、ロータの基端には、振動子側に向けて拡開状としたテーパ面を設け、このテーパ面に振動子の先端縁を当接させたことによって出力トルクを増大させることができ、小型でありながら高トルク出力の超音波モータとすることができる。

[0014] また、ロータの基端に設けられたテーパ面の内側に振動子の中空部に揷入する揷入体を設けた場合には、筒状とした振動子の軸線上にロータの回転軸を容易に配置でき、ロータを容易に適正位置に配置できる。

[0015] また、挿入体は振動子側に向けて突出した円錐体として、この円錐体の周面に振動子における中空部の先端縁を当接させた場合には、振動子先端の回転運動を、口ータ基端のテーパ面と円錐体の周面とで受けることができ、出力トルクをさらに増大させること力 Sできる。

[0016] 特に、テーパ面と振動子の外周面とのなす角と、円錐体の周面と振動子の内周面とのなす角を同じ角度とすることによって、振動子とテーパ面との接触状態と、及び振動子と円錐体の周面との接触状態とが可及的に等しくなるようにすることができ、いずれか一方に偏って振動子とロータ基端とが接触することを抑制できるので、ロータを効率よく回転させることができる。

[0017] また、振動子の内周面には、圧電体よりも高硬度とした筒状の芯材を設け、この芯材の振動子における先端側の端部を振動子の先端力突出させて突出端部とし、この突出端部における外周面の先端縁をテーパ面に当接させた場合には、ロータの基端部が太径となることを防止でき、さらに小型化された超音波モータとすることができる。

図面の簡単な説明

[0018] [図 1]図 1は本発明の実施形態に係る超音波モータの分解組立図である。

[図 2]図 2は本発明の実施形態に係る超音波モータの縦断面図である。

[図 3]図 3は図 2の X— X断面図である。

[図 4]図 4は本発明の実施形態に係る超音波モータが装着される基板の説明図である。

[図 5]図 5は変容例の超音波モータの要部説明図である。

[図 6]図 6は参考例の超音波モータの要部説明図である。

[図 7]図 7は変容例の超音波モータの要部説明図である。

[図 8]図 8は変容例の超音波モータの要部説明図である。

符号の説明

[0019] 10 振動子

11 振動部

12 台座部

13 中空部

14-1 第 1電極

14-2 第 2電極

14-3 第 3電極

14-4 第 4電極

14-5 内部電極 20 ロータ

21 当接部

22 テーパ面

23 挿入体

30 ケーシング

31 軸受

32 コィノレノ不

33 挿通孔

34 軸受支持壁

35 環状凹部

発明を実施するための最良の形態

[0020] 本発明の超音波モータは、図 1の分解組立図、及び図 2の縦断面図に示すように、筒状とした圧電体で構成した振動子 10と、この振動子 10の先端に基端を当接させながら振動子 10の軸線上に配置した棒状のロータ 20と、一端に軸受 31を介してロータ 2 0を回転自在に軸支するとともに他端を振動子 10の基端側に装着可能とした筒状のケーシング 30と、ロータ 20と軸受 31との間に設けてロータ 20の基端を振動子 10の先端に押圧させる付勢体であるコイルパネ 32とで構成している。

[0021] 振動子 10は、本実施形態では所定の内径の空洞部を有する円筒状としたチタン酸ジルコン酸鈴製セラミックスで構成している。特に、本実施形態では、振動子 10は、最初に、直径 1.3mm、長さ 3.4mmとした円柱状のチタン酸ジルコン酸鉛製セラミックスである円柱基体とし、この円柱基体の一方の端部側を直径 0.8mm、長さ 2.2mmの円柱状に研削して円柱基体に細径の振動部 11を形成し、次いで、円柱基体の中心軸に沿って内径 0.4mmの貫通孔を穿設して中空部 13を設けた円筒状としている。振動子 10は、細径の振動部 11の形成にともなって相対的に太径となった台座部 12を有している。

[0022] その後、振動部 11と台座部 12とが形成された円筒状のチタン酸ジルコン酸鉛製セラミックスである円筒基体には、めっきなどによって全表面に金属膜を製膜しており、円筒基体の外表面を被覆した金属膜を、円筒基体の周方向に沿って複数に分離している。本実施形態では、円筒基体の外周面において円筒基体の長手方向に沿つてレーザビームを走査させることにより金属膜を分離しており、特に、図 2の X—X断面図である図 3に示すように、振動子 10には、円筒基体の周方向に沿って第 1電極 1 4-1と、第 2電極 14-2と、第 3電極 14-3と、第 4電極 14-4の 4つの電極を形成している。

[0023] また、円筒基体の振動部 11側の端部である先端の金属膜と、円筒基体の台座部 12 側の端部である基端の金属膜も除去して、円筒基体の内周面に設けた金属膜と、円筒基体の外周面に設けた第 1〜4電極 14_1〜4と電気的に分離させて、円筒基体の内周面に設けた金属膜を内部電極 14-5としている。

[0024] 本実施形態では、円筒基体の外周面には、第 1〜4電極 14-1〜4の 4つの電極を設けている力電極の数は 4つに限定するものではなぐさらに多数の電極を設けてもよレ、。また、本実施形態では、第 1〜4電極 14-1〜4、及び内部電極 14-5はニッケル金属膜で構成しているが、ニッケル金属膜以外の導電膜で各電極 14-1〜5を形成してもよい。さらに、本実施形態では、振動子 10をチタン酸ジノレコン酸鉛製セラミックスで形成しているが、他の圧電材料で形成してもよい。

[0025] ロータ 20は、本実施形態では、所定の径寸法を有する SUS製の円柱体で構成し、一端の端部を基端として、振動子 10の先端に当接させる当接部 21を設けている。

[0026] 当接部 21は、振動子 10の振動部の径寸法よりも大きくした径寸法を有する円柱体とし、この円柱体の振動子 10側の底面には、図 1に一部切欠させて示すように、振動子 10側に向けて拡開したすり鉢状のテーパ面 22を設けている。ロータ 20は、このテーパ面 22において、図 2に示すように、振動子 10の振動部 11における外周面の端縁と当接するようにしている。

[0027] さらに、当接部 21における振動子 10側の底面には、テーパ面 22の内側に、円筒状の振動子 10の中空部 13に揷入する揷入体 23を設けている。

[0028] し力も、揷入体 23は、振動子 10側に向けて突出させた円錐体とし、この円錐体の周面 24において、図 2に示すように、振動子 10の振動部 11における中空部 13の端縁と当接するようにしている。

[0029] 特に、円錐体の周面 24と振動子 10の内周面とのなす角は、テーパ面 22と振動子 10 の外周面とのなす角と同じ角度としている。 [0030] このように、円錐体の周面 24と振動子 10の内周面とのなす角と、テーパ面 22と振動子 10の外周面とのなす角を同じ角度とすることにより、円錐体の周面 24とテーパ面 22 とがそれぞれ振動子 10と当接する際に、一方が他方よりも強く当接することを抑制して、ほぼ同等の当接状態とすることができる。

[0031] ロータ 20に装着する軸受 31は、本実施形態では四フッ化工チレン樹脂製の円筒体で構成し、円筒体とした軸受 31の中空部 31aにロータ 20を揷通させて軸受 31をロータ 20に装着している。

[0032] 四フッ化工チレン樹脂製の軸受 31は、表面の摩擦抵抗が小さいことによって、軸受 31を介してロータ 20を円滑に回転させることができ、軸受 31として機能させることができる。

[0033] 軸受 31にロータ 20を揷通させる前に、ロータ 20は円筒状となったコイルバネ 32に挿通させ、その後、ロータ 20を軸受 31に揷通させており、図 2に示すように、ロータ 20の当接部と軸受 31との間でコイルパネ 32を挟持状態に保持し、コイルパネ 32の付勢によってロータ 20の基端の当接部 21を振動子 10の先端に押圧させている。本実施形態では、小型が容易なためにコイルバネ 32を用いている力弾性体であれば何を用いてもよく、コイルバネ 32の代わりに皿バネや、円筒状としたゴムチューブなどを用いることちでさる。

[0034] ケーシング 30は、本実施形態ではガラス製の円筒体としており、一方の端部には口ータ 20を揷通させる揷通孔 33を設けた軸受支持壁 34を備え、他方の端部には内周面に環状凹部 35を備え、環状凹部 35に振動子 10の台座部 12を嵌揷可能としている。本実施形態では、ケーシング 30は、外径 1.8mm、内径 1.0mm、長さ 5.8mmとしており、環状凹部 35部分の内径は 1.3mmとしている。

[0035] ケーシング 30は、ガラス製に限定するものではなぐ以下の条件を満たすものであれば何であってもよい。

(1)振動子 10に生じさせた橈み振動でケーシング 30に橈みが生じて、目的とする橈み振動モードの減殺を生じさせなレ、こと。

(2)振動子 10と電気的に絶縁されていること。

(3)軽量であること。すなわち、密度が小さいこと。 [0036] なお、ケーシング 30の材料特定にあたっては、 12種類の材料について有限要素法によるモーダル解析を行った。その結果を表 1に示す。同表中、ヤング率、ポアソン比、及び密度は、「理科年表」（国立天文台編）によるものである。また、モーダル解析結果は、ケーシング 30の最大変位を振動部先端の変位で割った値としている。同表の判定欄はモーダル解析結果が設計条件、即ち、振動モードの条件に合うかどうかを示し、同結果が 0.2未満のものを〇、 0.2以上 0.4未満のものを△、 0.4以上のものを Xとしており、〇が最も好ましぐ△、 Xの順に悪化する。

[0037] [表 1]

[0038] モーダル解析の結果、ケーシング 30は、ヤング率が約 3NZm2以上の材料であることが好ましぐ望ましくは約 5N/m2以上であった。ヤング率が約 5N/m2より小さいほど、振動子 10の橈み振動に共振してケーシング 30が振動し、橈み振動による駆動力が減殺されるとともに、ケーシング 30を介して振動の伝播が生じるおそれがあつた。この場合、ポアソン比の大小とは相関が見られず、絶縁性の材料についてのみ比較をすると石英ガラス、パイレックス (登録商標)ガラスについては上記した条件を満たしていた。

[0039] ケーシング 30に生じた振動は、ケーシング 30の弾性変形であることから、各材料について、ヤング率を密度で割った値により比較を行った結果を表 2に示す。表 2では、表 1に示した材料と同じものについて、ヤング率を密度で割った値について降順に並べている。絶縁性の材料について比較を行うと、表 1と同様の結果が得られる。しかし、金属材料も含めて比較を行った場合には、ヤング率を密度で割った値で条件を満たすかどうか判断できるとはいえなレ、。

[0040] [表 2]

[0041] 超音波モータでは、コイルバネ 32及び軸受 31を順次装着したロータ 20をケーシング 30内に挿入し、ロータ 20の先端をケーシング 30の軸受支持壁 34に設けた挿通孔 33に揷通させ、さらに、ケーシング 30内に振動子 10を揷入してケーシング 30の環状凹部 3 5を振動子 10の台座部 12に嵌着して一体化している。超音波モータでは、ケーシング 30から突出させたロータ 20の先端を出力軸してレ、る。

[0042] ロータ 20の基端に設けた当接部 21には、振動子 10側に向けて拡開したすり鉢状のテーパ面 22を設けていることにより、ロータ 20を振動子 10の軸線上に容易に配置すること力 Sできる。

[0043] さらに、テーパ面 22の内側に振動子 10の中空部 13に揷入する揷入体 23を設けた場合には、この揷入体 23によってロータ 20が振動子 10の規制を受けることにより、振動子 10の軸線上にロータ 20を配置させやすくすることができる。

[0044] ケーシング 30は、振動子 10への嵌着によって装着を行っていることにより、極めて容易にケーシング 30の装着を行うことができ、極めて微小な超音波モータを精度よく形成すること力 Sできる。

[0045] ケーシング 30を振動子 10に嵌着する際には、ケーシング 30が嵌着された振動子 10 の台座部 12が全てケーシング 30で被覆されるのではなぐ図 2に示すように、台座部 1 2の下端はケーシング 30で被覆されないように台座部 12の長さまたは環状凹部 35の長さを設定している。

[0046] このように、台座部 12の下端はケーシング 30から露出させて、露出した第:!〜 4電極 14-1〜4を外部接続端子としている。

[0047] そして、例えば図 4に示すように、超音波モータが立設される基板 40には、第 1電極 14-1と電気的に接続する第 1基板電極 40-1と、第 2電極 14-2と電気的に接続する第 2基板電極 40-2と、第 3電極 14-3と電気的に接続する第 3基板電極 40-3と、第 4電極 14-4と電気的に接続する第 4基板電極 40-4を輪状に設けている。

[0048] 超音波モータを基板 40に立設する場合には、第:!〜 4基板電極 40-1〜4にそれぞれ半田ペーストを塗布し、次いで、第 1基板電極 40-1上に第 1電極 14-1を、第 2基板電極 40-2上に第 2電極 14-2を、第 3基板電極 40-3上に第 3電極 14-3を、第 4基板電極 40-4上に第 4電極 14-4を配置して、半田ペーストの半田をリフローさせて電気的に導通可能としている。

[0049] なお、超音波モータは基板 40に直接的に立設させる場合だけでなぐ基板 40上に適宜のソケット（図示せず）を設けて、このソケットに装着してもよい。

[0050] 本実施形態では、第 1基板電極 40-1には VOsin co tの電位信号を、第 2基板電極 40 -2には- VOcos co tの電位信号を、第 3基板電極 40-3には- VOsin co tの電位信号を、第 4基板電極 40-4には VOcos co tの電位信号を入力している。なお、内部電極 14_5は、第 1〜4基板電極 40_1〜4への電圧印加にともなって、等価的に 0Vとなっている。

[0051] それぞれの電位信号は、第:!〜 4基板電極 40_1〜4を介して第:!〜 4電極 14-1〜4 に入力され、第 1〜4電極 14-1〜4では各電位信号に基づく電位が印加されることによって、振動子 10に物理的な変形を生じさせることができる。

[0052] 特に、振動子 10には、基板 40に接続された基端側を厚肉の台座部 12とし、先端側を薄肉の振動部 11としていることによって、振動子 10では、基端に対して先端を軸線回りの円形軌道に沿って _ω /2 πの周波数で回転させる橈み振動を生じさせることができる。

[0053] ロータ 20は、コイルバネ 32の付勢によって当接部 21を振動子 10の先端に押圧されており、振動子 10の先端の橈み振動にともなって、橈み振動の回転方向と逆方向に回転し、所定のトルクの出力を得ることができる。 [0054] ロータ 20基端の当接部 21には、図 1及び図 2に示すようにテーパ面 22と円錐体状の揷入体 23を設けるのではなぐ図 5に示すように、テーパ面 22のみを設けてもロータ 2 0を十分に回転させることができる。

[0055] このように、当接部 21にテーパ面 22のみを設けた場合には、円錐体状の揷入体 23 を設けない分だけロータ 20を小型化しやすぐ超音波モータをさらに小型化すべく振動子 10、ロータ 20、ケーシング 30、軸受 31、コイルバネ 32をそれぞれスケールダウンした際にも、テーパ面 22を精度よく形成することができるので、当接部 21を振動子 10に確実に当接させて所望の出力を得ることができる。

[0056] なお、図 6に示すように、ロータ 20基端の当接部 21には、円錐体状の挿入体 23のみを設けてもよレ、。

[0057] ただし、円錐体状の挿入体 23を介してロータ 20を回転駆動させる場合には、ロータ 20をケーシング 30に正しく組み付けやすい一方で、大きな出力トノレクが得られない傾向があった。

[0058] すなわち、 V0 = 25V、コイルバネ 32のバネ定数を 0.01N/mmとして、このコイルバネ 32でロータ 20に 5mNの予圧を与えた状態でのロータ 20の起動トルクを測定したこところ、図 5に示すように、ロータ 20基端の当接部 21に円錐体状の挿入体 23のみを設けた場合には、 0.61 μ Νιηであったのに対して、図 5に示すように、ロータ 20基端の当接部 21にテーパ面 22のみを設けた場合には、 1.0 μ Nmであった。

[0059] テーパ面 22は、振動子 10が最も大きく橈む振動子 10の先端外周縁と当接していることによって、振動子 10の先端外周縁とテーパ面 22との接触部分の単位時間当たりの変位量を大きくすることができるので、起動トノレクを向上させることができているものと思われる。

[0060] さらに、図 1及び図 2に示すように、ロータ 20基端の当接部 21にテーパ面 22と、円錐体状の揷入体 23とを設けて、振動子 10の先端外周縁をテーパ面 22に当接させるとともに、振動子 10の中空部 13の先端内周縁を揷入体 23の円錐体の周面 24に当接させた場合には、起動トルクは 1.7 z Nmであった。

[0061] この場合には、ロータ 20と振動子 10とが 2箇所で接触していることにより、ロータ 20により大きな起動トルクを生じさせることができているものと思われる。 [0062] なお、テーパ面 22は、振動子 10における振動部 11の外周面となす角が 30〜60° となるようにして当接させることが望ましぐまた、揷入体 23における円錐体の周面 24 は、振動子 10における中空部 13の内周面となす角が 30〜60° となるようにして当接させることが望ましい。

[0063] なお、 30° よりも小さくした場合には、ロータ 20基端の当接部 21の大きさが長さ方向に大きくなりやす当接部 21の重量が増大することによりロータ 20が回転しにくくなって、ロータ 20から出力される回転量が低下するおそれがある。

[0064] 一方、 60° よりも大きくした場合には、テーパ面 22及び周面 24での振動子 10端縁の滑りが生じるおそれがあり、振動子 10の橈み振動をロータ 20の回転運動に変換する変換効率が低下するおそれがある。

[0065] さらに、前述したように、円錐体の周面 24と振動子 10における中空部 13の内周面とのなす角と、テーパ面 22と振動子 10における振動部 11の外周面とのなす角を同じ角度としておくことにより、円錐体の周面 24とテーパ面 22とがそれぞれ振動子 10と当接する際にそれぞれ同等の当接状態とすることができ、ロータ 20を円滑に回転させることができるので、効率よくトルクを取り出すことができる。

[0066] なお、円錐体の周面 24と振動子 10における中空部 13の内周面とのなす角、及びテーパ面 22と振動子 10における振動部 11の外周面とのなす角は、それぞれ 40〜50° 程度が最も望ましい。

[0067] 本実施形態では、ロータ 20基端の当接部 21には、円錐体状の揷入体 23を設けているが、揷入体 23は円錐体形状に限定するものではなぐ例えば、図 7に示すように、半球体状に形成してもよぐ適宜の形状としてよい。

[0068] また、変容例として、図 8に示すように、筒状とした振動子 10の内周面には、振動子 10を構成する圧電体よりも高強度とした筒状の芯材 15を設け、し力も、芯材 15は振動子 10の先端よりもロータ 20側に突出させて設けて、振動子 10から突出した芯材 15の突出部分を突出端部 15'とし、この突出端部 15'部分にロータ 20を当接させてもよい。

[0069] 特に、突出端部 15'の外周面の先端縁を前記テーパ面に当接させることにより、口ータ 20の当接部 21を小径とすることができるので、ロータ 20を小型化しやすくすることができ、超音波モータのさらなる小型化を可能とすることができる。 [0070] 芯材 15には、アルミナセラミックスゃ窒化珪素セラミックスなどの構造用セラミックスなどを用いることができる。なお、芯材 15は、筒状とした振動子 10の内周面に設ける場合だけでな外周面に設けてもよい。この場合、振動子 10は、台座部 12を振動部 11寄りも必ずしも太径に形成する必要はなぐ振動子 10を囲繞する構造用セラミックスに所要の台座部を設けてもよい。

産業上の利用可能性

[0071] 小型で高出力の超音波モータを提供できるので、カメラにおけるレンズの位置制御だけでなぐ時計などの民生用電気機器製品における鼓動装置や、内視鏡手術などに関連した小型化が必要な医療機器の駆動装置、さらには産業用製造機械の駆動装置、あるいはマイクロロボット用駆動ァクチユエータとして利用できる。

Claims

請求の範囲

[1] 中空部を有する筒状として、外周面には周方向に沿って複数の電極を設けるとともに、内周面にも電極を設けて、前記の各電極に所定の電圧を印加することにより基端に対して先端を軸線回りの円形軌跡に沿って振動させる圧電体からなる振動子とこの振動子と同軸上に配置して、基端を前記振動子の先端に当接させたロータと、一端に軸受を介して前記ロータを回転自在に支持するとともに他端を前記振動子の基端側に装着する筒状のケーシングと、

前記ロータと前記軸受との間に設けて前記ロータの基端を前記振動子の先端に押圧させる付勢体と

を備え、

前記振動子の振動にともなって前記ロータを軸線方向に回転させる超音波モータにおいて、

前記ロータの基端には、前記振動子側に向けて拡開状としたテーパ面を設け、このテーパ面に前記振動子の先端縁を当接させたことを特徴とする超音波モータ。

[2] 前記ロータの基端には、前記テーパ面の内側に、前記振動子の前記中空部に揷入する挿入体を設けたことを特徴とする請求項 1記載の超音波モータ。

[3] 前記挿入体は、前記振動子側に向けて突出した円錐体とし、この円錐体の周面に前記振動子における前記中空部の先端縁を当接させたことを特徴とする請求項 2記載の超音波モータ。

[4] 前記テーパ面と前記振動子の外周面とのなす角と、前記円錐体の周面と前記振動子の内周面とのなす角を同じ角度としたことを特徴とする請求項 3記載の超音波モータ。

[5] 前記振動子の内周面には、前記圧電体よりも高硬度とした筒状の芯材を設けるとともに、この芯材の前記振動子における先端側の端部は前記振動子の先端から突出させて突出端部とし、この突出端部における外周面の先端縁を前記テーパ面に当接させたことを特徴とする請求項 1記載の超音波モータ。