JPH06189569A

JPH06189569A - 超音波モータ

Info

Publication number: JPH06189569A
Application number: JP43A
Authority: JP
Inventors: Masaya Nozaki; 真哉野崎
Original assignee: Zexel Corp
Current assignee: Bosch Corp
Priority date: 1992-12-16
Filing date: 1992-12-16
Publication date: 1994-07-08

Abstract

(57)【要約】【目的】超音波モータの小型化を図る【構成】ハウジング１には、固定子２を固定する一
方、円筒部３１を有する回転子３を回転自在に支持させ
る。固定子２には、２つの腕部２２，２２を形成する。
腕部２２の先端部には、弾性変形部２４を形成する。弾
性変形部２４の側面２４ｂには、スリット２５を形成す
る。スリット２５の深さは、弾性変形部２４の幅の半分
より深くする。弾性変形部２４の外面２４ａは、中央点
Ｐが最も外側へ突出するよう円弧面とする。弾性変形部
２２，２２は、円筒部３１に僅かの隙間をもって挿入す
る。２つの弾性変形部２４，２４間には、多数の圧電変
換素子６１を積層した積層体６を挿入配置する。積層体
６の両端面を弾性部材２４，２４にそれぞれ固着する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、圧電変換素子を用い
た超音波モータに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の超音波モータとしては、
特開昭６１ー２２４８８６号公報に記載のものが知られ
ている。この超音波モータは、ハウジングに固定された
固定子と、ハウジングに回転可能に支持された軸状の回
転子とを備えている。固定子には、圧電変換素子を積層
してなる積層体の一端が固定されいる。この積層体の他
端は回転子の外周に対向しており、そこには弾性部材が
設けられている。

【０００３】上記構成の超音波モータにおいて、圧電変
換素子に電圧を印加すると、圧電変換素子が伸長し、ひ
いては各積層体が伸長する。積層体が伸長すると弾性部
材が回転子の外周に接触する。そして、積層体がさらに
伸長すると、弾性部材が弾性変形し、回転子との接触箇
所が回転子の回転方向へ変位する。この結果、回転子が
微小回転する。したがって、圧電変換素子に高周波電圧
を印加と、回転子は間欠的に連続回転する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】超音波モータには、そ
れを小型化したいという要望があったが、次の理由によ
り小型化をするにも限度があった。すなわち、弾性部材
が回転子に押圧接触したとき、弾性部材を支持する固定
子には弾性部材に作用する押圧力と等しい大きさの反力
が作用する。したがって、固定子の強度を高いものにす
る必要がある。しかも、高周波電圧の印加によって圧電
変換素子が高速で伸縮を繰り返すため、圧電変換素子を
積層してなる積層体は、ほとんど振動状態になる。この
ような振動状態の積層体を支持するには、固定子の重量
を大きくしてその慣性を大きくする必要がある。

【０００５】ところが、固定子の強度を大きくし、かつ
その重量を大きくすると、固定子が大型化してしまい、
この結果超音波モータ全体が大型化してしまう。勿論、
固定子の強度および重量を小さくすれば、モータ全体を
小型化することができるが、そのようにすると弾性部材
が回転子に押圧接触したときの押圧力が弱くなってしま
い、回転効率が低下してしまう。

【０００６】この発明は、上記問題を解決するためにな
されたもので、回転効率を低下させることなく、小型化
を達成することができる超音波モータを提供することを
目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記の目的
を達成するために、ハウジングに固定された固定子と、
ハウジングに変位可能に支持された可動子と、上記固定
子と上記可動子とのいずれか一方に設けられ、印加され
る電圧に応じて伸縮する圧電変換素子が積層された積層
体と、この積層体の伸縮方向を向く端面に設けられ、積
層体の伸長時に上記固定子と上記可動子とのいずれか他
方に押圧接触して弾性変形することにより上記可動子を
変位させる弾性部材とを備えた超音波モータにおいて、
上記弾性部材を上記積層体の伸縮方向を向く両端面にそ
れぞれ設けたことを特徴とするものである。

【０００８】

【作用】積層体が伸長すると、その両面に設けられた各
弾性部材が、固定子と可動子とのうちの積層体が設けら
れていない他方に突き当たって弾性変形する。各弾性部
材の弾性変形により可動子が変位せしめられる。

【０００９】このように、各弾性部材はそれぞれ弾性変
形するが、各弾性部材が積層体の両端面に設けられてい
るので、一方の弾性部材を変形させる押圧力と他方の弾
性部材を変形させる押圧力とは相殺される。したがっ
て、固定子と可動子とのうちの積層体を支持する一方
に、弾性部材を変形させる押圧力が作用することはな
い。よって、当該一方の強度を高くする必要がない。ま
た、当該一方は、積層体の振動を受けることがなく、し
たがって当該一方の重量を大きくする必要がない。

【００１０】

【実施例】以下、この発明の実施例について図１〜図３
を参照して説明する。まず、図１および図２に基づいて
この発明の一実施例について説明するに、図１はこの発
明に係る回転型超音波モータＡを示すものであり、図１
（Ａ）はその縦断面図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）のＸ−
Ｘ矢視断面図である。

【００１１】図１に示すように、この超音波モータＡ
は、ハウジング１、固定子２および回転子（可動子）３
を主な構成要素としている。ハウジング１は、底部１１
ａを有する円筒状の本体１１と、この本体１１の開口部
を覆う蓋体１２とから構成されている。本体１１の底部
１１ａの中央部には、貫通孔１１ｂが形成されている。
一方、蓋体１２の外面中央部には、突出部１２ａが形成
され、内部には内面から突出部１２ａの先端面まで貫通
する支持孔１２ｂが形成されている。

【００１２】回転子３は、互いに同心でかつ一体に形成
された円筒部３１と軸部３２とからなるものであり、円
筒部３１はその開口部を底部１１ａ側に向けてハウジン
グ１内に配置されている。一方、軸部３２は、支持孔１
２ｂに挿通され、軸受４，４を介して蓋体１２に回転自
在に支持されている。勿論、回転子３は、その軸線をハ
ウジング１の軸線Ｌに一致させて配置されている。

【００１３】固定子２は、直方体状をなす基部２１と、
この基部２１の両側部から互いに同方向へ平行に延び出
す２つの腕部２２とからなるものであり、基部２１の中
央部には、腕部２２と逆方向に突出するねじ部２３が形
成されている。そして、ねじ部２３が上記貫通孔１１ｂ
に挿通され、ナット５によってハウジング１に固定され
ている。

【００１４】腕部２２は、その先端部が回転子３の円筒
部３１に挿入されており、そこには回転子３を回転させ
るための弾性変形部（弾性部材）２４が腕部２２と一体
に形成されている。弾性変形部２４は、円筒部３１の内
周面に押圧接触して変形することにより、回転子３を回
転させるためのものであり、次のように構成されてい
る。

【００１５】すなわち、円筒部３１の内周面と対向する
弾性変形部２４の外面２４ａは、円筒部３１の内周面の
半径より小さな曲率半径を有する円弧面によって形成さ
れており、図１（Ｂ）に示すように、当該円弧面は、弾
性変形部２４の幅方向における中央点Ｐが円筒部３１の
内周面に最も接近するように配置されている。なお、中
央点Ｐと円筒部３１の内周面との間の距離をＤとしたと
き、距離Ｄは、０＜Ｄ≦０.５μｍ程度に設定するのがよい。

【００１６】また、弾性変形部２４の一側面２４ｂに
は、スリット２５が形成されている。このスリット２５
が形成されることにより、弾性変形部２４が変形可能に
なっている。この場合、このスリット２５の長さは、弾
性変形部２４の円筒部３１への挿入長さより長くなって
おり、スリット２５の深さは、弾性変形部２４の幅の半
分より深くなっている。したがって、中央点Ｐが円筒部
３１の内周面に押圧接触すると、弾性変形部２４は、図
２（Ｃ）に示すように、スリット２５の側面２４ｂ側の
幅が狭くなるように変形する。そして、このように変形
すると、中央点Ｐが側面２４ｂ側へ変位することにな
る。

【００１７】上記のように構成された２つの弾性変形部
２４は、図１（Ｂ）に示すように、軸線Ｌに関して点対
称になるように配置されている。

【００１８】上記弾性変形部２４，２４間には、積層体
６が装着されている。積層体６は、印加される電圧に応
じて伸縮する圧電変換素子６１を複数個積層してなるも
のであり、外側に位置する２つの圧電変換素子６１，６
１が弾性変形部２４，２４の内面に接着等の手段によっ
てそれぞれ固着されている。積層体６の最も外側に位置
する２つの圧電変換素子６１，６１は、高周波電源（図
示せず）に接続されており、外側の圧電変換素子６１，
６１間に所定の電圧を印加すると、積層体６が円筒部３
１の内周面と中央点Ｐとの間の隙間の２倍以上の長さを
もって伸長するようになっている。したがって、圧電変
換素子６１，６１に所定の電圧を印加すると、中央点
Ｐ，Ｐが回転子３の円筒部３１の内周面にそれぞれ突き
当たることになる。しかも、弾性変形部２４，２４が軸
線Ｌに関して点対称に配置されているので、中央点Ｐ，
Ｐは、円筒部３１の内周面に同時に突き当たる。

【００１９】次の、上記構成の超音波モータＡの作用に
ついて説明する。図２（Ａ）に示すように、積層体６が
伸長していない初期状態では、中央点Ｐ，Ｐが円筒部３
１の内周面から離れている。圧電変換素子６１に電圧を
印加して積層体３を伸長させると、図２（Ｂ）に示すよ
うに、中央点Ｐ，Ｐが円筒部３１の内周面に突き当た
る。

【００２０】積層体３がさらに伸長すると、中央点Ｐ，
Ｐが円筒部３１の内周面を押圧する。換言すれば、中央
点Ｐ，Ｐは、円筒部３１の内周面により互いに接近する
方向へ押圧される。すると、図２（Ｃ）に示すように、
スリット２５の側面２４ｂ側の幅が狭くなるように弾性
変形部２４が変形する。この変形により、中央点Ｐ，Ｐ
が側面２４ｂ，２４ｂ側へ向かって変位する。このと
き、中央点Ｐ，Ｐが円筒部３１の内周面に接触した状態
を維持しつつ変位するので、円筒部３１が中央点Ｐ，Ｐ
の変位に追随して図２（Ｃ）の矢印方向へ回転する。

【００２１】次に、圧電変換素子６１，６１への電圧の
印加を中断すると、積層体６が縮んで初期状態に戻る。
その後、再度電圧を印加すると、上記と同様にして回転
子３が回転する。したがって、圧電変換素子６１，６１
に高周波電圧を印加すると、回転子３は間欠的に連続回
転する。なお、圧電変換素子６１に印加する高周波電圧
の周波数は、通常、２０Ｈｚ程度若しくはそれ以上にす
るのがよい。

【００２２】ここで、上記の高周波モータＡにおいて
は、２つの弾性変形部２４，２４が円筒部３１の内周面
に突き当たるので、各弾性変形部２４を変形させる押圧
力は相殺される。したがって、弾性変形部２４を弾性変
形させる押圧力が腕部２２に作用することはない。よっ
て、固定子２の強度を高めたる必要がない。しかも、積
層体６はそれ自体の中心を基点として振動するのであ
り、腕部２２を振動の基点としていない。したがって、
固定子２の重量を大きくする必要がない。このように、
固定子２の強度および重量を大きくする必要がないの
で、それを小型化することができ、ひいては超音波モー
タＡを小型化することができる。また、固定子２を小型
化したとしても、それが押圧力を受けたり、振動を受け
たりすることがないので、回転効率が低下することはな
い、。

【００２３】次に、この発明の他の実施例について説明
する。図３（Ａ），（Ｂ）はこの発明に係るリニア型の
超音波モータＢを示すものであり、この超音波モータＢ
においては、棒状をなす可動子７が用いられている。こ
の場合、可動子７の断面形状は円形であるが、四角形の
ものが用いられることもある、可動子７は、その軸線を
ハウジング（図示せず）の軸線Ｌと一致させて軸線Ｌ方
向へ移動自在に支持されている。また、可動子７には、
その長手方向へ延びる長孔７１が形成されている。長孔
７１は、その中心線を軸線Ｌと一致させて形成されてい
る。

【００２４】上記長孔７１内には、固定子２′が挿入さ
れている、この固定子２′は、スリット２５，２５が弾
性変形部２４，２４の同一方向を向く側面２４ｂ，２４
ｂに形成されている点以外、上記固定子２と同様に構成
されている。そこで、同様な部分には同一符号を付して
その説明を省略する。

【００２５】上記の超音波モータＢにおいては、積層体
６を伸長させて中央点Ｐ，Ｐを長孔７１の内面に突き当
てると、中央点Ｐ，Ｐが矢印方向へ変位する。これによ
って、可動子７も同方向へ移動する。

【００２６】なお、この発明は、上記の実施例に限定さ
れるものでなく、その要旨を逸脱しない範囲において適
宜変更可能である。例えば、図１に示す実施例におい
て、固定子２をハウジング１に回転自在に設けて回転子
とする一方、回転子３をハウジング１に固定して固定子
（可動子）としてもよい。この場合には、積層体６が回
転子に設けられることになる。なお、固定子および可動
子とハウジングとの関係を逆にしてよいことは、図３に
示す実施例においても同様である。

【００２７】また、上記の実施例においては、弾性部材
たる弾性変形部２４を固定子２の腕部２２に一体に形成
しているが、弾性部材を固定子２と別体に形成してもよ
い。例えば、固定子２を板状のものとする一方、積層体
６をその伸縮方向において２分し、各半部を固定子２の
各面に固定する。そして、各半部の固定子２側と逆側の
端面に積層体をそれぞれ固着する。また、弾性部材とし
て弾性変形部２４と異なる形状のものを用いてもよいの
は勿論である。

【００２８】さらに、図３に示す実施例の超音波モータ
Ｂにおいては、固定子２の一端部をハウジングに固定し
た片持ち構造になっているが、図３（Ｂ）において想像
線で示すように、固定子２を左右対称に形成し、両持構
造にしてもよい。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、この発明の超音波
モータによれば、弾性部材を上記積層体の伸縮方向にお
ける両外面にそれぞれ設けているから、回転効率を低下
させることなく、超音波モータを小型化することができ
るという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を示す図であって、図１
（Ａ）はその縦断面図であり、図１（Ｂ）は図１（Ａ）
のＸ−Ｘ矢視断面図である。

【図２】図１に示す実施例の作用を説明するための図で
あって、図２（Ａ）は積層体が伸長していない初期状態
を示す図であり、図２（Ｂ）は積層体が伸長して中央点
Ｐが回転子の円筒部の内周面に突き当たった状態を示す
図であり、図２（Ｃ）は積層体がさらに伸長して回転子
が回転した状態を示す図である。

【図３】この発明の他の実施例を示す図であって、図３
（Ａ）はその一部を省略して示す縦断面図であり、図３
（Ｂ）は図３（Ａ）のＹ−Ｙ矢視断面図である。

【符号の説明】

Ａ超音波モータＢ超音波モータ１ハウジング２固定子２′ 固定子３回転子（可動子）６積層体７可動子２４弾性変形部（弾性部材）６１圧電変換素子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ハウジングに固定された固定子と、ハウ
ジングに変位可能に支持された可動子と、上記固定子と
上記可動子とのいずれか一方に設けられ、印加される電
圧に応じて伸縮する圧電変換素子が積層された積層体
と、この積層体の伸縮方向を向く端面に設けられ、積層
体の伸長時に上記固定子と上記可動子とのいずれか他方
に押圧接触して弾性変形することにより上記可動子を変
位させる弾性部材とを備えた超音波モータにおいて、上
記弾性部材を上記積層体の伸縮方向を向く両端面にそれ
ぞれ設けたことを特徴とする超音波モータ。