JP2632158B2

JP2632158B2 - 超音波モータ

Info

Publication number: JP2632158B2
Application number: JP62089134A
Authority: JP
Inventors: 敬介本多
Original assignee: Honda Electronics Co Ltd
Current assignee: Honda Electronics Co Ltd
Priority date: 1987-04-11
Filing date: 1987-04-11
Publication date: 1997-07-23
Anticipated expiration: 2012-07-23
Also published as: JPS63257473A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、偏心した穴を持つ非同心リング状圧電体振
動子を使用する超音波モータに関するものである。

従来技術現在提案されている超音波モータは、円環形圧電セラ
ミックの片面に２組の電極群を接着し、それぞれの電極
群によって励振される定在波が位置的に90゜ずれるよう
に電極を位置し、さらにこれら２組の電極群に印加する
交流電界が時間的に90゜位相差がある２組の発振器をそ
れぞれ接続している。

このように構成した従来の超音波モータは、２組の発
振器からそれぞれの電極群に交流電界を印加することに
よって円環形圧電セラミックの周囲の表面に90゜位相が
すれた２つの定在波が発生し、この２つの定在波が合成
された進行波が発生する。従って、円環形圧電セラミッ
クの上に接着された櫛形の振動体の上に円環形の移動体
を載置して接触を強くすると、移動体が進行波によって
移動される。

発明が解決しようとする問題点しかしながら、この従来の超音波モータでは、複数の
電極と、これらの電極に交流電界を印加する２組の発振
器が必要であり、電極の構成が複雑で、また振動体の構
成も複雑であり、コストが高くなるという問題があっ
た。

また、他の超音波モータとして、第16図に示すように
上下面に電極２、３を設けた薄い圧電体振動子（例えば
厚さが1mm、直径が40mm）１を固定子とし、この圧電体
振動子１の側面に被駆動体を接触させて回転するものが
提案されている。

この超音波モータは、圧電体振動子１の電極２、３に
交流電界を印加すると、圧電体振動子１の側面に円盤の
中心を少し外れた点を軸にして円盤が回わるような微細
な変形が生じるものであるが、このように構成した圧電
体振動子１の側面に回転自在に支持された被駆動体を接
触させることにより、微細な変形によって被駆動体を回
転するものである。

しかしながら、この従来の超音波モータは、圧電体振
動子１が薄いので、強力な回転トルクが得られないとい
う問題があった。なお、この回転トルクを強くするため
に、圧電体振動子１の厚さ厚くした場合（例えば厚さ5m
m、直径を30mm）には、厚電体振動子１の側面または上
面からは微細な回転変位は全く得られない。

問題点を解決するための手段本発明は、上記問題点を解決するために、円盤の中心
と該円盤に設けた穴の中心とをずらして設け非同心リン
グ状圧電振動子の１つまたは複数個の対向面、側面また
は穴の内側面と被駆動体を組合わせることを特徴とす
る。また、円盤の中心と該円盤に設けた穴の中心とをず
らして設け、かつ上記円盤の側面から上記穴にかけて切
除部を設けた非同心リング状圧電体振動子の１つまたは
複数個の対向面、側面または穴の内側面と被駆動体を組
合わせることを特徴とする。

作用本発明によれば、円盤の中心と該円盤の穴の中心とを
ずらして設けた非同心リング状圧電体振動子を設けた非
同心リング状圧電体振動子の対向面の電極に交流電界を
印加すると、厚み方向の振動が発生するとともに、この
厚み方向の振動に対して90゜位相がずれた径方向の振動
が発生する。ここで、径方向の振動が発生するとき、穴
が円盤の中心からずれているため、圧電体振動子の対向
面、側面及び穴の内側面に外周方向に移動する進行波が
発生するので、圧電体振動子の対向面、側面及び穴の内
側面と被駆動体を組合わせることにより被駆動体を駆動
することができる。また、盤の中心と該円盤の穴の中心
とをずらして設け、かつ円盤の外側面から上記穴にかけ
て切除部を設けた非同心リング状圧電体振動子の対向面
の電極に同様に交流電界を印加すると、厚み方向の振動
が発生するとともに、この厚み方向の振動に対して90゜
位相がずれた径方向の振動が発生する。ここで、径方向
の振動が発生するとき、穴が円盤の中心からずれてお
り、また、円盤の外側面から上記穴にかけて切除部を設
けることによって、圧電体振動子の対向面に穴に向かう
進行波が発生し、また、圧電体振動子の側面に切除部に
向かう進行波が発生し、さらに、穴の内側面に切除部か
ら互いに反対方向に移動する進行波が発生するので、圧
電体振動子の対向面、側面及び穴の内側面と被駆動体を
組合わせることにより被駆動体を駆動することができ
る。

実施例本発明の実施例を説明する前に原理を説明する。第１
図は、通常のリング状圧電体振動子の平面図及び側面図
で、リング状圧電体振動子４の電極５、６に交流電界を
印加すると、第１図（ｂ）の点線Ａ、Ｂで示すように厚
み方向に振動する。この厚み方向の振動に対して90゜位
相がずれた径方向の振動が点線Ｃ、Ｄに示したように発
生する。この厚み方向の振動が発生して、点線Ａのよう
に厚さ方向に膨張したとき、リングの内径4aは収縮せ
ず、外径4bのみが収縮するので、第１図（ａ）の矢印Ｅ
で示したように進行波が発生する。しかし、第１図
（ｂ）の点線Ｂのように厚み方向に収縮して、第１図
（ａ）の点線Ｄのように圧電体振動子４が径方向に膨張
しても均等に拡大するだけであり、側面に円周方向の進
行波は発生しない。

第２図は、本発明の非同心リング状圧電体振動子の平
面図及び側面図で、圧電体振動子７の電極８、９の交流
電界を印加すると、第２図（ｂ）の点線Ａ、Ｂで示すよ
うに厚み方向の振動が生じる。しかし、穴7aが圧電振動
子７の円形に対して偏心しているため、圧電体振動子７
の穴7aと側面7bが広い部分と狭い部分及び中間の部分の
側面7bへの膨張及び収縮と孔7aの内面7cへの膨張及び収
縮が均一でないので、膨張及び収縮する部分が同方向に
生じたり、反対方向に生じ、従って、圧電体振動子７の
側面7bのそれぞれの部分で第２図（ａ）の矢印Ｃ、Ｄで
示す進行波が発生し、また圧電体振動子７の表面で矢印
Ｅ、Ｆで示す進行波が発生し、さらに穴7aの内面7cと矢
印Ｇ、Ｈに示す進行波が発生することが確認された。

第３図は、本発明の実施例の超音波モータの平面図
で、圧電体振動子７の側面7bの一部に、回転軸10をベア
リング等で支持した回転体の被駆動体11を組合わせるこ
とにより、側面7bに発生した進行波で被駆動体11を駆動
することができる。

第４図は、本発明の他の実施例の超音波リニアモータ
の側面図で、圧電体振動子７の側面7bの一部に耐摩耗性
部材12を固着し、この耐摩耗性部材12とベアリング等で
軸方向に摺動できるように支持した棒状態の被駆動体11
を組合わせることにより、側面7bに発生した進行波で被
駆動体11を駆動することができる。

第５図は、本発明のさらに他の実施例の超音波モータ
の平面図及び側面図で、回転軸10をベアリング等で支持
した回転体の被駆動体11を圧電体振動子７の上面と組合
わせて、圧電体振動子７の上面に発生する進行波によっ
て被駆動体11を駆動することができる。

第６図は、本発明のさらに他の実施例の超音波モータ
の側面図で、圧電体振動子７の上面に耐摩耗部材12を設
け、回転軸10をベアリング等で支持した回転体の被駆動
体11を耐摩耗性部材12と組合わせて、耐摩耗性部材12に
発生する進行波によって被駆動体11を駆動することがで
きる。

第７図は、本発明のさらに他の実施例の超音波モータ
の側面図で、回転軸10をベアリング等で支持した回転体
の被駆動体11を、圧電体振動子７の穴7aの内側面と組合
わせることにより、穴7aの内側面に発生する進行波によ
って被駆動体11を駆動することができる。

なお、本実施例では、周波数を変更することにより進
行波の方向を逆転することができるため、被駆動体11を
反転させることができる。

第８図は、本発明の他の実施例の非同心リング状圧電
体振動子の平面図で、この圧電体振動子７は側面7bから
穴7aにかけて切除部14が設けられている。この圧電体振
動子７の両面の電極に所定の周波数の交流電界を印加す
ると、側面7bにおいて切除部14の対向面近傍からの切除
部14にかけて矢印Ａ、Ｂのように対向する進行波が発生
する。また両端面においては、矢印Ｃ、Ｄのように切除
部14から穴7aの周囲に互いに反対方向に進行する進行波
が発生し、切除部14の穴7aの対向面付近で矢印Ｅのよう
に穴7aの方向に向う進行波が発生し、さらに穴7aの内壁
7cでは、切除部14の近傍で矢印Ｃ、Ｄと同じ方向の進行
波Ｆ、Ｇが発生することが確認された。

このように構成した圧電体振動子７の側面7b、穴7aの
内面7c、端面と被駆動体を組合わせることにより、被駆
動体を駆動することができる。

第９図は、本発明の他の実施例の超音波モータの平面
図で、圧電体振動子７の切除部14の近傍の側面7bの一部
に、回転軸10をベアリング等で支持した回転体の被駆動
体11を組合わせることにより、側面7bに発生した進行波
で被駆動体11を駆動することができる。

第10図は、本発明の他の実施例の超音波モータの平面
図で、圧電体振動子７の切除部14の近傍の穴7aの内面7c
の一部に、回転軸10をベアリング等で支持した回転体の
被駆動体11を組合わせることにより、側面7bに発生した
進行波で被駆動体11を駆動することができる。

第11図は、本発明の他の実施例の超音波モータの平面
図で、圧電体振動子７の切除部14の近傍の端面の一部
に、回転軸10をベアリング等で支持した回転体の被駆動
体11の端面を組合わせることにより、圧電体振動子７の
端面に発生した進行波で被駆動体11を駆動することがで
きる。

第13図は、本発明の他の実施例の非同心リング状圧電
体振動子の斜視図で、第８図の圧電体振動子７の両面に
電極に第８図とは異なった周波数の交流電界を印加する
と、切除部14の近傍の側面7bにおいて、上側は矢印Ａの
ような進行波が発生し、下側で矢印Ｂのような進行波が
発生し、また切除部14の穴7aの内面7cの上側で矢印Ｃの
進行波が発生し、下側で矢印Ｄの進行波が発生すること
が確認された。さらに、この進行波は周波数を変更する
と、方向が逆になることが確認された。

このように構成した圧電体振動子７の側面7b及び穴7a
の内面7cと被駆動体を組合わせることにより、被駆動体
を駆動することができる。

第13図は、本発明の他の実施例の超音波モータの平面
図及び一部断面側面図で、被駆動体11は回転時10をベア
リング等で回転自在に支持され、被駆動体11に空洞13が
設けられ、第13図（ｂ）では、この空洞13の端部13′と
圧電体振動子７の切除部13の近傍の側面7bの下半分が組
合わされ、また第13図（ｃ）では、この空洞13の端部1
3′と圧電体振動子７の切除部13の近傍の側面7bの上半
分が組合わされている。

このように構成することにより、側面7bに発生した進
行波ＡまたはＢで被駆動体11を駆動することができる。

第14図は、本発明の他の実施例の超音波モータの平面
図及び側面図で、回転軸10をベアリング等で回転自在に
支持された被駆動体11は、第13図（ｂ）では、圧電体振
動子７の切除部14の近傍の穴7aの内面7cの上半分と組合
わされ、また第13図（ｃ）では、圧電体振動子７の切除
部14の近傍の穴7aの内面7cの下半分が組合わされてい
る。

このように構成することにより、穴7aの内面7cに発生
した進行波ＡまたはＢで被駆動体11を駆動することがで
きる。

第14図は、本発明の他の実施例の超音波モータの平面
図で、回転軸10のベアリング等で支持した回転体の被駆
動体11は空洞13が設けられ、この空洞14の内面に３つの
圧電体振動子７の切除部14の近傍の端面が組合わされて
いる。これによって、３つの圧電体振動子７の端面に発
生した進行波で被駆動体11を駆動することができる。

なお、上記実施例においては、圧電体振動子７と被駆
動体11との間に耐摩耗性部材を介在させてもよい。ま
た、圧電体振動子７の切除部14をさらに大きくし、円盤
の半分またはそれ以上にしてもよい。

発明の効果以上の説明から明らかなように、本発明は、穴の中心
を円盤の中心に対して偏心させ、またはさらに側面から
穴に切除部を設けた簡単な構造の非同心リング状圧電体
振動子を使用して被駆動体と組合わせたので、非常に製
造が容易で、コストが安く、小型化も容易であるという
利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は同心型リング状圧電体振動子の平面図及び側面
図、第２図は本発明で使用する非同心リング状圧電体振
動子の平面図及び側面図、第３図は本発明の実施例の超
音波モータの平面図、第４図は本発明の他の実施例の超
音波リニアモータの側面図、第５図は本発明のさらに他
の実施例の超音波モータの平面図及び側面図、第６図は
本発明のさらに他の実施例の超音波モータの側面図、第
７図は本発明のさらに他の実施例の超音波モータの平面
図、第８図は本発明で使用する他の実施例の非同心リン
グ状圧電体振動子の平面図、第９図〜第11図は本発明の
他の実施例の超音波モータの平面図、第12図は本発明で
使用する他の実施例の非同心リング状圧電体振動子の斜
視図、第13図は本発明のさらに他の実施例の超音波モー
タの平面図及び一部断面側面図、第14図は本発明のさら
に他の実施例の超音波モータの平面図及び側面図、第15
図は本発明のさらに他の実施例の超音波モータの平面
図、第16図は従来の超音波モータの固定子の斜視図であ
る。７……圧電体振動子、7a……穴、８、９……電極、10…
…回転軸、11……被駆動体、14……切除部。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】円盤の中心と該円盤に設けた穴の中心とを
ずらして設けた非同心リング状圧電体振動子の１つまた
は複数個の対向面、側面または穴の内側面と被駆動体を
組合わせることを特徴とする超音波モータ。
【請求項２】上記非同心リング状圧電体振動子の対向
面、側面または穴の内側面と被駆動体の間に耐摩耗性部
材を介在させたことを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載の超音波モータ。
【請求項３】被駆動体は回転体であることを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載の超音波モータ。
【請求項４】被駆動体は棒状体であることを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載の超音波モータ。
【請求項５】円盤の中心と該円盤に設けた穴の中心とを
ずらして設け、かつ上記円盤の側面から上記穴にかけて
切除部を設けた非同心リング状圧電体振動子の１つまた
は複数個の対向面、側面または穴の内側面と被駆動体を
組合わせることを特徴とする超音波モータ。
【請求項６】上記非同心リング状圧電体振動子の対向
面、側面または穴の内側面と被駆動体の間に耐摩耗性部
材を介在させたことを特徴とする特許請求の範囲第５項
記載の超音波モータ。
【請求項７】被駆動体は回転体であることを特徴とする
特許請求の範囲第５項記載の超音波モータ。
【請求項８】被駆動体は棒状体であることを特徴とする
特許請求の範囲第５項記載の超音波モータ。
【請求項９】被駆動体は空洞を持つことを特徴とする特
許請求の範囲第５項記載の超音波モータ。
【請求項１０】上記切除部は円盤の半分またはそれ以上
であることを特徴とする特許請求の範囲第５項記載の超
音波モータ。