JPH03118780A - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、定在波型超音波モータに関するものである。

［従来技術］ 定在波型超音波モータの動作原理は、略楕円運動が励振
される超音波振動子に対して所定圧力で移動子を当接さ
せ、略楕円運動する各質点と移動子との摩擦力により移
動子を駆動するものである。

定在波型超音波振動子は、高効率振動を実現する構成が
得やすいために、定在波型モータは進行波型モータに比
較して高効率、大出力という長所がある。

従来の定在波型モータに利用される超音波振動子は、略
楕円運動を高効率に励起するために、弾性体と励振体と
の接触面では単一方向振動を、また一方、弾性体と移動
子との接触面では楕円振動を行う固有振動モードを有す
る機械共振系を用いることで略楕円運動を得ている。こ
のような超音波モータは、特願昭６３−２３４４５０号
、特願平１−４６８６６号に提案されている。

しかしながら、これら超音波モータにおいては単一の弾
性体に２方向の振動を励振しているため、その形状寸法
に大きな制限がある。また、構造上の不完全性から前記
２方向振動が結合しやすいという欠点があった。

そこで、振動方向毎に弾性体を分割し、各々を独立励振
させる超音波モータが特願昭６２−２９２７３０号に提
案されている。その従来例を第４図に示す。

ここで、ホルダ１００は有底円筒状を成し、機枠などの
図示しない位置固定の部材に固定されるものである。ホ
ルダ１００の底部には回転軸１２０が摺動可能に嵌合さ
れており、回転軸１２０の一端部に螺合されたナツト１
４０とホルダ１００内の底面との間には、予圧状態のコ
イルスプリング１５０とスラストベアリング１６０とが
介挿され、これにより、回転軸１２０が回転可能な状態
でナツト１４０側へ常時付勢されている。

固定側振動部材１８０は、上記ホルダ１００に対して同
心に固定されており、回転軸１２０が遊嵌される貫通孔
２００が形成され、ホルダ１００に固定された軸断面正
方形状のボス部２２０と、ボス部２２０の外周の４面か
ら四方へ同じ長さだけ突設され、軸心を含む平面内に位
置する矩形の平板部２４０と、この平板部２４０の外周
側の一隅を相互に連結する円環状の環状圧接部２６０と
から構成されている。また、２８０，４００は圧電素子
、３２０は可動側振動部材、３６０は平板部、３８０は
環状圧接部である。

［発明が解決しようとする課８］ 上述の超音波モータにおいて、安定した動作を行なうた
めには、超音波モータの振動面全体を同相で励振しなけ
ればならない。しかし、実際には振動面に励振振動以外
の不要振動が発生しやすく、その結果安定、高効率な動
作が困難であった。

本発明は、上述した問題点を解決するためになされたも
のであり、超音波モータの振動面全体を同相で励振する
必要がなく、不要振動が発生しにくいので、超音波振動
子の形状の自由度が大きく、また安定、高効率動作が可
能な超音波モータを得ることをその目的としている。

［課題を解決するための手段］ この目的を達成するために本発明の超音波モータは、略
直交する２方向振動の合成により相対的に略楕円振動を
励振する複数の超音波振動子を備えた定在波型超音波モ
ータにおいて、第１の電気機械変換素子が取付けられ、
少なくとも曲げ振動が励振される第１の弾性体と、第２
の電気機械変換素子が取付けられ、少なくとも縦振動が
励振される第２の弾性体と、該弾性体のいずれか一方の
略振動の腹の位置に形成された駆動子とを具備する。

さらに、前記弾性体のいずれか一方は矩形平板形状を有
し、他の一方の弾性体をレールとするという構成をとっ
ている。

［作用］ 上記の構成を有する本発明の超音波モータにおいて、一
方の弾性体に曲げ振動が励振され、他の一方の弾性体に
縦振動が励振される。このとき、該２方向振動の一方の
振動変位が最大となる時に、他方の振動の振動速度が最
大となり、かつ両振動振幅の略腹の位置で接触する移動
速度となるよう駆動電圧により調整されている。その結
果、該２つの弾性体は相対運動を行う。

Ｃ実施例〕 以下、本発明を具体化した一実施例を図面を参照して説
明する。

第１図乃至第３図は、本実施例の超音波モータである。

本実施例の超音波モータ１００に用いられる第１の超音
波振動子２０は、矩形平板形状を有し黄銅材により構成
された弾性体２１に、第１圧電体２２が着設されている
。該第１圧電体２２は厚さ方向に分極され、長さ振動モ
ードで振動し、その結果前記弾性体２１に縦振動が励振
される。

前記第１の超音波振動子２０はその振動の節点に形成さ
れた支持部２３において、ホルダ２４によってヨーク２
５に結合されている。また、該弾性体２１の端部には駆
動部２６が形成されている。

該ヨーク２５は両端部においてローラベアリング２７に
より支持され、弾性材料より形成されたレール２８に圧
着されている。該レール２８は、ボルト２９により基台
３０に固定されている。更に、該レール２８には第２圧
電体３１が着設されており、第２の超音波振動子４０を
形成している。該第２圧電体３１は厚さ方向に分極され
、長さ振動モードで振動し、その結果前記レール２８に
曲げ振動の定在波が励振されるものである。

また、前記第１圧電体２２には正電極４１が着設され、
前記第２圧電体３１には正電極４２が着設されており、
前段レール２Ｂは共通電極として接地されている。

前記第１の超音波振動子２０は、所定の周波数ｆにおい
て両端自由端１次モードで縦振動するようその形状寸法
により調節されている。また、前記第２の超音波振動子
４０は大略周波数ｆ／２において曲げ振動するようその
形状寸法により調節されている。これら２つの振動子は
各々単一の振動に共振振動すればよいので、その形状寸
法の自由度は大きい。

以上のように構成された超音波モータ１００の作用を第
２図を参照しつつ以下に説明する。

まず、正電極４１に周波数ｆの交流電圧を印加して前記
第１圧電体２２を振動させると、前記第１の超音波振動
子２０は第２図（ａ−１）のような速度分布を有する振
動が励振される。同時に、正電極４２に周波数ｆ／２の
交流電圧を印加して前記第２圧電体３０を振動させると
、前記第２の超音波振動子４０は第２図（ａ−２）のよ
うな振幅分布を有する振動が励振される。

このとき、前記第１の超音波振動子２０の振動の腹であ
る端部に形成された駆動部２６を、該第２の超音波振動
子４０の振動の腹の位置Ａ点に当接すると、該第１の超
音波振動子２０は前記２方向振動の位相により決定され
る方向に駆動力を受ける。そして、前記第１の超音波振
動子２０が１周期振動し、第２図（ｃ−１）の状態にな
ったときに、前記第２の超音波振動子の腹の位置Ｂ点に
くるよう、印加電圧を調節して速度を設定すると、該第
１の超音波振動子２０はまた駆動力を受ける。

このように、前記２方向振動の周波数と印加電圧により
決定される速度を選ぶことにより、該第１の超音波振動
子２０は連続して所定方向に駆動力を受ける。

次に、前記レール２８を円環形状にした回転型超音波モ
ータの構成について、第３図に基づき説明する。同図に
おいて、第１図と同じ符号の付された各部材は、前記詳
述した各構成部材と同一である事を意味している。

第２の超音波振動子４０を形成するレール２８は円環形
状を有しており、ゴムローラ４３によって回転可能なよ
うに支持されている。

上述のように構成された超音波モータ１００において、
超音波振動子２０及び４０を励振すると、レール２８は
前述の駆動力を受は一定速度で回転する。

尚、上記実施例では縦振動１次モードを例にとって説明
したが、さらに高次モードを利用する事も可能である。

また、上記実施例は振動子の駆動素子として圧電体を使
用したがこれに限定されるものではなく、で電気エネル
ギーを機械エネルギーに変換できるその他の素子、例え
ば電歪素子、磁歪素子等を用いても良い。また、超音波
振動子の形状を平板状とする例について説明したが、そ
の形状は平板形状に限定されるものではなく、円板状２
円環状。

円筒状、棒状、方形状等を用いても良い。その他、本発
明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変型が可能である。

［発明の効果］ 以上詳述したことから明らかなように、本発明によれば
、超音波モータにおいて、超音波振動子の形状の自由度
が大きく、また安定で高効率な動作が可能な超音波モー
タを実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図から第３図までは本発明を具体化した実施例を示
すもので、第１図は本実施例の超音波モータの側面図、
第２図は超音波振動子の速度及び振幅分布図、第３図は
回転型超音波モータの一実施例の平面図、第４図は従来
の超音波モータの側面図である。 図中、１００は超音波モータ、２０は第１の超音波振動
子、２１は弾性体、２２は第１圧電体、２８はレール、
３１は第２圧電体、４０は第２の超音波振動子である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、略直交する２方向振動の合成により相対的に略楕円
   振動を励振する複数の超音波振動子を備えた定在波型超
   音波モータにおいて、 第１の電気機械変換素子が取付けられ、少なくとも曲げ
   振動が励振される第１の弾性体と、第２の電気機械変換
   素子が取付けられ、少なくとも縦振動が励振される第２
   の弾性体と、 該弾性体のいずれか一方の略振動の腹の位置に形成され
   た駆動子とを具備することを特徴とする超音波モータ。 ２、請求項１記載の超音波モータにおいて、前記弾性体
   のいずれか一方は矩形平板形状を有し、他の一方の弾性
   体をレールとする事を特徴とする超音波モータ。