JPH02311183A - 超音波モータ - 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】 及肌曵亘珀 ［産業上の利用分野］ 本発明は可動子に超音波振動子を押圧し、超音波振動子
の発生する超音波撮動に基づく力を、超音波振動子と可
動子との接触面の摩擦により伝達して、可動子を移動さ
せる超音波モータに関する。

［従来の技術］ 超音波モータで１山　基本的に、超音波振動子がその超
音波振動によって微小時は　微小距飄　可動子を移動す
る動作を繰り返し行ない、可動子を連続的に移動してい
る。このとき、超音波振動子が可動子に接触面の摩擦に
より伝達する駆動力の大きさ（上　可動子に対する超音
波振動子の押圧力と接触面の摩擦係数に比例する大きさ
となる。

従来の超音波モータで（よ　こうしたことから、出力効
率の向上を図るために、可動子の接触面に摩擦係数が大
きく耐摩耗性が高い摩擦板を取り付けて、超音波振動子
と可動子との接触面の摩擦により可動子に伝達される力
を大きくすることが行なわれている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上述の構成１表　確かに可動子と超音波
振動子との接触面の摩擦により伝達される力が大きくな
るが、可動子と超音波振動子との問に発生する滑りを低
減することはできず、なお出力効率の向上は不十分であ
つ旭 本発明の超音波モータは上記課題を解決し、出力効率の
向上を図ることを目的とする。

Ｉ胛夏逍滅 かかる目的登達成する本発明の構成について以下説明す
る。

［課題を解決するための手段］ 本発明の超音波モータ（上　可動子に超音波振動子を押
圧し、該超音波振動子の発生する超音波振動に基づく力
を、該超音波振動子と前記可動子との接触面の摩擦によ
り伝達して、前記可動子を移動させる超音波モータにお
いて、前記超音波振動子および／または前記可動子の少
なくとも接触面に複合材よりなり異方性を示す層を設け
、前記可動子押圧方向について該層が備える縦弾性係数
に対する横弾性係数の比を、該層を構成する各成分が有
する前記比より小さくしたことを特徴とする。

［作用］ 上記構成を有する超音波モータにおいては、超音波振動
子と可動子との接触面に、超音波振動子が伝達する駆動
力と可動子に加えられる負荷とによって、対向する２つ
の大きな力が作用する。この力により、可動子および超
音波振動子の内部には強いせん断力が働こうとする。こ
のせん断力（友邦音波振動子および／または可動子の少
なくとも接触面に設けられた層に働き、層は変形して抗
力を発生する。この抗力の向き１上　層を可動子に設け
た場合には駆動力により発生する反力と同方向となり、
層を超音波振動子に設けた場合には負荷により発生する
反力と同方向となるが、抗力の大きさ匝　層の横弾性係
数に、超音波振動子と可動子との接触期間に生ずる微小
の変形量を乗じた値となる０層（友　可動子押圧方向に
ついて層が備える縦弾性係数に対する横弾性係数の比を
、層を構成する各成分が有する上記の比より小さくした
ものであるから、その横弾性係数は小さく、本発明の超
音波モータで（よ　この抗力は大きな値にはならない。

この結果、上記の層の抗力の値（：、可動子や超音波振
動子のそれぞれに駆動力や負荷によって発生する反力の
値を加えた値が、可動子と超音波振動子とが滑らない限
界イ直　即ち両部材間の静摩擦係数に両部材の押圧力を
乗算した値を越えることは少なく、可動子と超音波振動
子との滑りが減少し、滑りに伴う出力損失は低減される
。なお、上述した層の変形により蓄えられる弾性エネル
ギは時間遅れを伴い平滑化さ槓　可動子に駆動力として
作用する。

従来のように、摩擦係数が大きく、耐摩耗性が高い摩擦
板を用いると、超音波振動子が伝達する駆動力を大きく
することはできるが、可動子および超音波振動子が上述
の強いせん断力によって変形し発生する抗力（表　摩擦
板や可動子自体が等刃材であって上記の横弾性係数が大
きいために大きな値となる。このため、変形につ札　そ
の抗力に、可動子や超音波振動子のそれぞれに駆動力や
負荷によって発生する反力を加えた値が、ついには両部
材間が滑らない限界値を越え、可動子が超音波振動子よ
り滑る現象が発生し、駆動力の伝達が不十分になる。

本発明１表　この点を解消したものである。従って、高
い出力効率が得られる。

［実施例］ 以上説明した本発明の構成・作用を一層明らかにするた
めに、以下本発明の超音波モータの好適な実施例につい
て説明する。第１図は本考案−実施例としての超音波モ
ータの側面は　第２図はその可動子の底面図である。

この超音波モータ１表　第１図に示すように、リニア型
であって、長尺の可動子１の底面１ａに超音波振動子３
を押圧し、超音波振動子３の上端面３ａに発生する質点
の楕円運動の力に伴う可動子１の移動方向の力を、この
上端面３ａと可動子１の底面１ａとの摩擦により伝達し
て、可動子１を長手方向に移動するものである。

可動子１（上　断面が長方形を有する長尺のものであっ
て、本体部５とその底面５ａに設けられた異方性を示す
層７からなる。

本体部５１表　　金属材料等から楕成さ瓢　所定の大き
さの摩擦力を得るために必要な硬度が備えられている。

異方性を示す層７（友　第１図の側面図及び第２図の底
面図に示すように　細径のロッド９を可動子の移動方向
に対して直交方向に配列すると共に、ロッド９間に微小
間隔を設け、その間に樹脂材料等の高分子材料を充填し
たもので、本体部５の底面５ａに接着されている。ロッ
ド９の材料としては、セラミックスやガラスファイバな
ど、一般的に弾性係数が大きく硬度の高いものが用いら
れる。

充填される樹脂材１１として１友　ロッド９の弾性係数
より小さく硬度の小さいものが用いられる。

この複合構造により、この層７は、全体として可動子１
の押圧方向（厚み方向）についての縦弾性係数に対する
横弾性係数の比が、層７を構成するロッド９および樹脂
材１１が有する上記の比より小さくなっている。

超音波振動子３は、上端面３ａに質点の楕円運動を励起
するために、所定の弾性係数を有する材料を所定形状に
形成してなるものである。質点の楕円運動は、本体の上
面３ｂおよび底面３Ｃに取　　′り付けた圧電素子１３
による上下方向の屈曲振動と、本体の両側面３ｄに取り
付けた圧電素子１５による水平方向の伸縮振−動によっ
て励起される。

これら圧電素子１３．　１５１．：１１　　図示しない
電源より所定の位相差で所定周波数の交流電圧が印加さ
れる。

こうして構成した実施例の超音波モータにおいて１友　
各圧電素子１３，１５により超音波振動子３の上端面３
ａの各質点が楕円運動し、質点のそれぞれが可動子１の
底面１ａに微小時間接触して、微小距亀　可動子１を移
動する動作を繰り返し、可動子１を連続移動する。

このとき、超音波振動子の上端面３ａの各質点が可動子
１に伝達する駆動力（よ　質点が可動子１Ｅ押圧する力
に比例する大きさとなる。この超音波振動子３が伝達す
る駆動力と可動子１に加えられる負荷とによって、超音
波振動子３と可動子１との接触面には対向する２つの大
きな力が作用する。この力により、可動子１の層７には
強いせん断力が働いて、層７は可動子移動方向に変形す
る。

層７は、この変形によって、駆動力により可動子１に発
生している反力と同方向に抗力を発生するが、抗力の大
きさは、層７の横弾性係数に、超音波振動子３と可動子
１との接触期間に生ずる微小の変形ｌを乗じた値である
から、大きな値にはならない。

従って、可動子１に発生している駆動力の反力、に上記
の層７の抗力を加えた値が、可動子１と超音波振動子３
とが滑らない限界イ直　即ち両部材間の静摩擦係数に両
部材の押圧力を乗算した値を越えることはなく、可動子
１と超音波振動子３との滑りが減少し、滑りに伴う出力
損失は低減される。

なお、層７の変形により蓄えられる弾性エネルギは時間
遅れを伴い平滑化さ札　可動子に駆動力として作用する
。

以上説明したように本実施例の超音波モータによれＩｆ
、　　ロッド９および樹脂材１１により異方性を示す層
７を可動子１の底面に設けたから、超音波振動子３と可
動子１との接触面における滑りの低減を実現しながら、
超音波振動子３と可動子１との接触面の摩擦により伝達
される力を大きくでき、これまでにない高い出力効率を
得ることが可能となるという優れた効果を奏する。また
、滑りが発生しにくいのでモータの動作の安定化も図る
ことができる。

さらに、層７の弾性係数は、ロッド９および樹脂材１１
の組合せによって比較的容易に調整できるから、設計の
自由度が高く、通用する超音波モータに最適な縦弾性係
数に対する横弾性係数の比を得ることができる。

加えて、実施例の超音波モータ（Ａ　可動子１に弾性係
数を調節した層７を接着したものであるから、可動子１
については共振の防止等のための最適条件が得られるよ
うに、超音波振動子３については振動等の最適条件が得
られるように、これまでと同様な設計ができる。さらに
層７の振動条件等を利用してよりよい条件を実現するこ
ともできるから、設計の自由度の向上を図ることができ
るという効果を奏する。

以上本発明の一実施例について説明したが、本発明はこ
うした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の
要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し
得ることは勿論である０例えば本発明１よ　進行波形モ
ータ、定在波形モータのどちらにも適用してもよい。ま
た、リニア形のほか、円盤形モータに適用してもよい。

異方性を示す層（表　可動子以外にも、超音波振動子あ
るいは超音波振動子および可動子の双方に設けてもよい
。この層としては、微細径のファイバを可動子の押圧方
向（厚み方向）に揃えて並べた層や、超音波振動子また
は可動子の一部の組織に特定の材料を含ませて弾性係数
の縦横比を所望の値に設定したでもよい、可動子全体を
こうした層により形成してもよい。

λ肛辺突１ 以上詳述したように、本発明の超音波モータによれ（′
Ｌ　複合材よりなり異方性を示す層を超音波振動子およ
び／または可動子の少なくとも接触面に設けたから、超
音波振動子と可動子との接触面における滑りの低減を実
現しながら、超音波振動子と可動子との接触面の摩擦に
より可動子に伝達する力を大きくでき、これまでにない
高い出力効率を得ることが可能となるという優れた効果
を奏する。また、滑りが発生しにくいのでモータの動作
の安定化も図ることができるという利点もある。

さら１ミ　異方性を示す層は複合材よりなるから、縦弾
性係数に対する横弾性係数の比を容易に調整でき、設計
の自由度が高く、適用する超音波モータに最適な比を簡
単に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明一実施例としての超音波モータの側面医
　第２図はその可動子の底面図である。 １・・・可動子　　１ａ・・・可動子底面３・・・超音
波振動子 ５・・・可動子本体部　７・・・異方性を示す層１３．
１５・・・圧電素子

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　可動子に超音波振動子を押圧し、該超音波振動子の
   発生する超音波振動に基づく力を、該超音波振動子と前
   記可動子との接触面の摩擦により伝達して、前記可動子
   を移動させる超音波モータにおいて、 前記超音波振動子および／または前記可動子の少なくと
   も接触面に複合材よりなり異方性を示す層を設け、前記
   可動子押圧方向について該層が備える縦弾性係数に対す
   る横弾性係数の比を、該層を構成する各成分が有する前
   記比より小さくしたことを特徴とする超音波モータ。