JPH03198672A

JPH03198672A - 超音波モータ

Info

Publication number: JPH03198672A
Application number: JP1334993A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Fukuoka; 修一福岡; Masahiko Akagishi; 正彦赤岸
Original assignee: FDK Corp
Current assignee: FDK Corp
Priority date: 1989-12-26
Filing date: 1989-12-26
Publication date: 1991-08-29

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）この発明は、圧電セラミックスなどの圧電素子に高周波
の交流電圧をかけて振動させ、その振動を利用して機械
的な回転運動をつくりだす超音波モータに関する。

（従来の技術）最近実用化された超音波モータについては、例えば日経
メカニカル１９８９年８月２１日号の１１４〜１２０頁
に詳しく解説されている。

従来の回転型の超音波モータには円環型のものと円板型
の構造があるが、いずれもロータとステータの接触面は
ロータ回転軸と直交する平面であり、ロータのその平面
部分に円環型または円板型の圧電セラミックスが配置さ
れ、高周波信号によって゛駆動される弾性振動が平面上
で円を描くように進行する。ロータはこの圧電セラミッ
クスの平面上に適宜な摩擦材をもって接触しており、前
記のように円を描く弾性振動の進行波に従ってロータが
回転する。

（発明が解決しようとする課題）前述した従来の円環型または円板型の超音波モータでは
、大きな回転トルクを得るためには圧電セラミックスの
径を大きくしなければならず、この面で用途が限定され
る。また、特に円板型の超音波モータの場合、弾性振動
の進行波が円の中心側と外周側とで同じ角速度で進行す
るため、圧電セラミックスおよびそれに設ける電極の構
造が非常に複雑になる。

この発明は前述した従来の問題点に鑑みなされたもので
、径の小さな構造で大きな回転トルクが得られるととも
に圧電体の構造も簡単な超音波モータを提供することに
ある。

（課題を解決するための手段）そこでこの発明では円筒形の超音波モータを開発した。

つまり゛、互いの内周面と外周面とが接した２重円筒体
の一方がロータ、他方がステータであり、ステータ円筒
体の前記ロータ円筒体との接触周面は圧電体からなり、
その圧電体部分に弾性振動による円周方向の進行波を発
生させるための電極列が形成され、前記ロータ円筒体の
前記ステータ円筒体との接触周面は摩擦材からなる。

（作　用）前記ステータ円筒体の周面に円周方向の弾性振動による
進行波が生じ、その進行波に従ってロータ円筒体が回転
する。

（実施例）第１図、第２図、第３図は本発明の一実施例による超音
波モータを示している。１０は中空円筒形のステータ円
筒体、２０はステータ円筒体１０の内周に同軸に嵌め合
わされたロータ円筒体である。この実施例ではロータ円
筒体２０は円筒軸を中心に回転駆動されるだけでなく、
円筒軸に沿って直動するようにも構成されている。

ステータ円筒体１０の最外周は円筒形の金属ケース１１
からなり、その内周面には硬質ゴム層１２が貼り合わさ
れており、さらにその内周面に円筒形圧電セラミックス
１３が嵌め込まれて一体化されている。

第３図に示すように、円筒形圧電セラミックス１３の内
周面の中央部分には回転用電極列１４が形成され、その
両側には直動用電極列１５と１６が形成されている。回
転用電極列１４は円筒軸方向に細長い短冊状の電極が円
周方向に所定の間隔をおいて配列されたもので、弾性振
動の１／４波長分だけ位置のずれた２つの電極群を含ん
でいる。

この回転用電極列１４に９０度の位相差のある２つの交
流電源を接続することで、この電極列１４が形成された
部分の円筒形圧電セラミックス１３の内周面に弾性振動
による円周方向の進行波を発生させることができる。そ
の進行波の回転方向は電極列１４の駆動の仕方で切替え
ることができる。

直動用電極列１５と１６は細いリング状の電極を円筒軸
方向に所定の間隔をおいて配列したもので、前記と同様
に進行波の１／４波長分だけ位置のずれた２つの電極群
を含んでおり、２相の交流電源で電極列１０．１６を駆
動することにより、電極列１５．１６が形成された部分
の円筒形圧電セラミックス１３の内周面において弾性振
動による軸方向の進行波を発生させることができる。そ
の進行波の進行方向も正逆に切替えることができる。

第２図に示すようにロータ円筒体２０の中央部分の外周
面には幅の広い摩擦材帯２２が一体に形成されており、
その両側に幅の狭い摩擦材帯２１と２３が一体に形成さ
れている。中央の幅広の摩擦材帯２２は円筒形圧電セラ
ミックス１３における回転用電極列１４が形成された部
分に接触し、同様に摩擦材帯２１と２３は直動用電極列
１５と１６が形成された部分に接触する。この接触関係
はロータ円筒体２０の直動範囲内において保たれる。

以上の構成において、ロータ円筒体２０を回転させる場
合、まず直動用電極列１５と１６に所定の直流電圧を印
加し、この部分の円筒形圧電セラミックス１３を収縮さ
せ、この部分の内径を拡大する。これによって摩擦材帯
２１．２３と圧電セラミックス１３との間の摩擦が大幅
に低下し、摩擦材帯２１．２３と圧電セラミックス１３
との接触がロータ円筒体２０の回転の障害にならない。

この状態で前述のように回転用電極列１４に所定の交流
信号を印加し、この部分の圧電セラミ・ツクス１３の内
周面に弾性振動による円周、方向の進行波を発生させる
。するとこの部分に摩擦材帯２２でもって接触している
ロータ円筒体２０が、前記円周方向の進行波に従って回
転する。

またロータ円筒体２０を軸方向に直動させる場合には、
前記と反対に回転用電極列１４に所定の直流電圧を印加
し、この部分の圧電セラミックス１３の内径を拡大し、
この部分と摩擦材帯２２との摩擦を大幅に低下させる。

この状態で直動用電極列１５．１６に所定の交流信号を
印加し、この部分の圧電セラミックス１３の内周面に軸
方向に進む弾性振動を発生させる。するとこの部分に摩
擦材帯２１．２３でもって接触しているロータ円筒体２
０が前記進行波に従って軸方向に直動する。

（発明の効果）以上詳細に説明したように、この発明による超音波モー
タは、互いの内周面と外周面とが接した２重円筒体の一
方をロータとし他方をステータとする円筒形とし、両者
の接触する円筒面に沿って円周方向に進む弾性振動を発
生させてロータを回転させるようにしたので、円筒体の
径が小さくても軸方向の長さを大きくとれば回転トルク
を大きくすることができる。つまり細長い超音波モータ
で大きな回転トルクを発生させることができる。

また軸長が大きくても円周方向に進む弾性振動の表面速
度は軸方向のどこでも同じなので、円板型超音波モータ
のように複雑な電極配列にはならない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による超音波モータの斜視図
、第２図は同上実施例のロータ円筒体の斜視図、第３図
は同上実施例のステータ円筒体の断面図である。１０・・・ステータ円筒体１１・・・金属ケース１２・・・硬質ゴム層１３・・・円筒形圧電セラミ・ソクス１４・・・回転用電極列１５．１６・・・直動用電極列２０・・・ロータ円筒体２１．２２．２３・・・摩擦材帯

Claims

【特許請求の範囲】

互いの内周面と外周面とが接した２重円筒体の一方がロ
ータ、他方がステータであり、ステータ円筒体の前記ロ
ータ円筒体との接触周面は圧電体からなり、その圧電体
部分に弾性振動による円周方向の進行波を発生させるた
めの電極列が形成され、前記ロータ円筒体の前記ステー
タ円筒体との接触周面は摩擦材からなることを特徴とす
る超音波モータ。