JPH0374178A - 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、超音波モータに関するものである。

［従来技術］ 従来、電気的な振動を機械的な振動に変換して超音波振
動を発生させるために、電歪あるいは磁歪素子を利用し
た電気機械変換素子が用いられている。超音波振動子は
これらの電気機械変換素子に共振弾性体を着設し、振幅
の大きな超音波振動を得るように構成されている。電歪
素子は磁歪素子に比べその蓄積エネルギが大きいため、
男在では電歪を利用したＰＺＴ系圧電セラミックが用い
られていることが多い。

上記超音波振動子では、機械強度が大きい、内部損が小
さい、また安価であるという点から、主にアルミニウム
、黄銅等の金属材料が共振弾性体の材料として用いられ
てきた。

一方、上述のような超音波振動子を好適に利用して、超
音波モータの開発が盛んに行われている。

超音波モータの動作原理は、略楕円振動が励起される超
音波振動子に対して、所定圧力で可動子を当接させ、略
楕円振動する各質点と可動子との摩擦力により可動子を
駆動するものである。

このような超音波モータは構造が簡単であるために、前
記超音波振動子の占める体積が非常に大きく、該超音波
振動子の小型化、軽量化がモータ特性に大きな影響を与
えでいる。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、超音波モータにおいて大きな体積を占め
る超音波振動子の弾性体に金属を用いているので、超音
波モータの軽量化が困難であった。

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、駆動効率が良く軽量な超音波モータを得る事
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、交
流電気信号が印加される事により超音波振動が発生する
圧電体と、該圧電体の振動により励振される弾性体とを
具備する超音波振動子を備えた超音波モータにおいて、
該圧電体と該弾性体とが高分子材料により構成されてい
るという構成をとっている。

また上述の超音波モータにおいて、前記圧電体と前記弾
性体とが直接接合されてい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高分
子材料で構成された超音波振動子に交流電気信号を印加
すると、該超音波振動子の所定の部位に大振幅の略楕円
振動が励振される。このとき、該超音波振動子の圧電体
と弾性体はその材質を選ぶ事によりインピーダンス整合
がとられているので、高効率で超音波振動を励振してい
る。該超音波振動子に所定圧力で可動子を当接すると、
該可動子が所定方向に駆動される。

［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。

本実施例に用いる超音波振動子は、例えば特願平１−４
６８６６号の願書に添付された明細書及び図面に見られ
るような略直交する２方向の定在波を励振する超音波振
動子を用いる。その構成の一例を第１図及び第２図に示
す。

超音波振動子１１は、矩形平板形状を有する弾性体２１
の上面に、該弾性体２１に曲げ振動を励振するための第
１圧電体２２が着設されている。

該弾性体２１において、前記着設面と略直交する側面に
は、該弾性体２１に縦振動を励振するための第２圧電体
２３ａ及び２３ｂが着設されている。

前記弾性体２１の長平方向中心には、該弾性体２１を固
定するための固定ボルト２４ａ及び２４ｂが固定されて
いる。該固定ボルト２４ａ及び２４ｂの他の一端は、基
台２５ａ及び２５ｂに固定されている。

前記第１圧電体２２の上面には、正電極２６が着設され
ている。また前記第２圧電体２３ａ及び２３ｂの上面に
は、正電極２７ａ及び２７ｂが着設されている。該圧電
体２２及び２３の他の一面は基台２５に接地されている
。

さらに該弾性体２１は、その厚さ方向に所定の周波数ｆ
において両端自由端２次モードで曲げ振動するようその
形状寸法により調節されている。

また同一の周波数ｆにより長さ方向に両端自由端１次モ
ードで縦振動するよう形状寸法により調節されている。

一般に、弾性体中を伝播する縦振動の共振周波数は、該
弾性体の長さに依存する。また弾性体の厚さ方向の曲げ
振動の共振周波数は、前記長さ及び厚さに依存する。従
って、前述のような弾性体２１を設計する事は容易であ
る。

以上のような構成を有する超音波振動子においては、縦
振動と曲げ振動の合成により前記弾性体２１に略楕円振
動が励振される。この楕円形状は、印加電圧の振幅又は
位相を調節する事により、任意に制御可能である。

以上のように構成された超音波振動子１１において、前
記圧電体２２及び２３の材質を高分子材料、例えばポリ
フッ化ビニリデン（以下、ＰｖＤＦと略す）等とする。

このＰＶＤＦとは、強電場下でポーリングし、安定な分
極を膜中に付与した分極化高分子であり、分子形態の鎖
が双極モーメントをもつ原子を含むために、電場中で大
きな圧電・焦電性を示すものである。

一方、該超音波振動子１１の弾性体２１を、前記圧電体
２２及び２３と機械的性質の近い、又はほぼ同等な高分
子材料で構成し、両者を直接接合する。その結果、ＰＺ
Ｔ系の無機質圧電体と金属弾性体とを用いた従来の超音
波振動子に比べ、振動振幅などの振動特性をあまり変化
させる事なく、はるかに軽量の超音波振動子を得る事が
できる。

ＰＶＤＦ等の高分子圧電体は、このほか耐衝撃性がある
、可撓性がある、音響インピーダンスが小さいなどの高
分子特有の利点に加え、駆動電界による性能劣化や経時
劣化が少むいなど、無機圧電材料にはない種々の特徴を
もつ。

上述した超音波振動子１１を好適に利用したリニア超音
波モータの構成についで、第３図に基づき説明する。

同図において、第１図及び第２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。

リニア超音波モータ３１は、前記超音波振動子１１の最
大振幅を与える端部に、駆動部３２が形成され、支持部
材３３によりレール３４に圧着された構成をとっている
。

該圧着力を与えるための圧着機構は、前記レール３４と
前記支持部材３３との間に配置され、ローラベアリング
３５により支持された第１のガイド３６と、コイルバネ
３７及びバネガイド３８゜バネおさえ３つより構成され
ている。これは該バネガイド３８に付けられたスクリュ
ーミゾにそってバネおさえ３９を回転させ、前記コイル
バネ３７の長さを変化させて前記圧着力を調整するもの
である。

一方、前記支持部材３３には、該リニア超音波モータ３
１の横ずれを防止するための第２のガイド４０がボルト
４１により固定されている。該第２のガイド４０はロー
ラベアリング４２でレール３４を保持するという構成を
とっている。

さらに、該リニア超音波モータ３１は、ヨーイングを防
止するための第１の支持材４３及びローリングを防止す
るための第２の支持材４４が形成されている。

以上のように構成したリニア超音波モータ３１に交流電
気信号を印加すると、前記駆動部３２に略楕円振動が発
生し、前記レール３４との摩擦力に起因する駆動力を受
け、同図中矢印Ｂの方向へ移動する。

なお、上記実施例では定在波型リニア超音波モータを例
にとり説明したが、これに限定されるものではなく、進
行波型超音波モータ、回転型超音波モータなど、種々の
モータに用いても同様な効果が得られる。

また、超音波振動子の弾性体及び圧電体を矩形平板とす
る例について説明したが、円板状、円筒状、円環状、方
形状、棒状等、種々の形状をとることが可能である。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が
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
、高効率励振が可能で軽量な超音波振動子を得る事がで
き、該超音波振動子を好適に利用する事により駆動効率
が良く軽量な超音波モータを得る事ができる。

【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に用いる超
音波振動子の上面図、第２図はその側面図、第３図（ａ
）は本リニア超音波モータの側面図、第３図（ｂ）は第
３図（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 図中、１１は超音波振動子、２１は弾性体、２２は第１
圧電体、２３は第２圧電体、３１はリニア超音波モータ
である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、交流電気信号が印加される事により超音波振動が発
   生する圧電体と、 該圧電体の振動により励振される弾性体とを具備する超
   音波振動子を備えた超音波モータにおいて、 該圧電体と該弾性体とが高分子材料により構成されてい
   る事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、前記圧電体と前記弾性体とが直接
   接合された事を特徴とする超音波モータ。