JPH06269183A

JPH06269183A - 超音波モータ

Info

Publication number: JPH06269183A
Application number: JP5078723A
Authority: JP
Inventors: Tadao Takagi; 忠雄高木
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1993-03-12
Filing date: 1993-03-12
Publication date: 1994-09-22
Also published as: US5451827A

Abstract

(57)【要約】【目的】固定子の温度変化に対する性能の変化や接着
部の耐侯性の劣化、高コスト化等を解決し、その固定子
の性能を損なわない支持形態を実現する。【構成】所定の処理を施すことにより電気エネルギー
を機械エネルギーに変換が可能になる材料からなり、そ
の所定の処理が施され両面に電極を有する第１部分１ａ
及びその第１部分１ａ以外の部分であって少なくとも前
記材料の存在しない部分１ｃを有する第２部分１ｂから
構成される固定子１と，固定子の第２部分１ｂの前記材
料の存在しない部分を用いて、固定子１を支持する支持
部材３１と，固定子の第２部分に接触し、前記電極に印
加された周波電圧により、その第２部分に発生する進行
性の振動波によって駆動される移動子４とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超音波振動を利用した
超音波モータに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の超音波モータとしては、
例えば特公平１−１７３５３号公報のようなものがあっ
た。そこでは、金属等からなる弾性体と圧電体等からな
る電気機械変換素子部とを接着して、固定子（ステー
タ）を構成していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前述した従来
の超音波モータにおいては、異なる種類の材料を接着す
ることにより、温度変化に対する性能が変動したり、接
着部の耐侯性が劣化したり、又は、複数個の材料を用い
ることにより、高コスト化する等の多くの問題を有して
いた。

【０００４】そこで、本発明は、固定子の温度変化に対
する性能の変化や接着部の耐侯性の劣化、又は、高コス
ト化等の問題を解決し、さらに、その固定子の性能を損
なわない支持形態を有する超音波モータを提供すること
を目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、以下のような
解決手段により、前記課題を解決する。なお、理解を容
易にするために、第１実施例に対応する符号を付して説
明するが、これに限定されるものではない。すなわち、
本発明による超音波モータ第１の解決手段は、所定の処
理を施すことにより電気エネルギーを機械エネルギーに
変換が可能になる材料からなり、その所定の処理が施さ
れ両面に電極を有する第１部分（１ａ）及びその第１部
分以外の部分であって少なくとも前記材料の存在しない
部分（１ｃ）を有する第２部分（１ｂ）から構成される
固定子（１）と，前記固定子（１）の前記第２部分（１
ｂ）の前記材料の存在しない部分（１ｃ）を用いて、前
記固定子（１）を支持する支持部材（３１）と，前記固
定子（１）の前記第２部分（１ｂ）に接触し、前記電極
に印加された周波電圧により、その第２部分（１ｂ）に
発生する進行性の振動波によって駆動される移動子
（４）とを有することを特徴とする。

【０００６】第２の解決手段では、第１の解決手段の超
音波モータにおいて、前記固定子は、前記材料が圧電材
料であり、前記所定の処理が分極処理であることを特徴
とすることができる。

【０００７】第３の解決手段では、第１の解決手段の超
音波モータにおいて、前記固定子は、前記第２部分の前
記材料の存在しない部分が空孔（１ｃ）であることを特
徴とすることができる。

【０００８】

【作用】本発明においては、以上のように固定子の第１
部分（駆動部）と第２部分（作用部）とを同一材料によ
って一体に構成したので、温度変化に対する性能の変化
や接着部の耐侯性の劣化が防止でき、さらに低コスト化
が可能になる。また、第１部分（駆動部）と第２部分
（作用部）との間に設けられた前記材料の存在しない部
分を支持するようにしたので、固定子の性能を損なわな
い状態での支持が可能になる。

【０００９】

【実施例】以下、図面などを参照しながら、実施例をあ
げて、さらに詳しく説明する。図１〜図５は、本発明に
よる超音波モータの第１実施例を示す図である。固定子
１は、図１又は図２に示すように、全体が同一の材料に
よって一体的に形成されている。固定子１の材料として
は、所定の処理を施すことにより電気エネルギーを機械
エネルギーに変換することが可能になる材料であって、
本実施例では、ＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛）を用い
た場合を開示してある。従って、ここでは所定の処理と
は分極処理をいう。

【００１０】固定子１は、分極処理が施され、固定子１
の下方部分には、移動子４と接触する面と直交する両側
面に電極群２と電極３を有している（図５参照）。この
部分を第１部分１ａと呼ぶ。固定子１は、この第１部分
１ａ以外の部分を第２部分１ｂと呼ぶ。固定子１は、第
２部分１ｂに少なくともＰＺＴの存在しない空孔１ｃが
設けられている。空孔１ｃの形状は、長方形でも楕円で
もあってもよい。

【００１１】電極群２と電極３との間には、周波電圧が
印加され、これにより第１部分１ａが長手方向、すなわ
ち電極群２の配列方向に伸縮する。この第１部分１ａが
伸縮すると、図１に示すように、空孔１ｃの上側の部分
１ｄを支点にして、櫛歯部分１ｅに進行性の振動波が発
生する。なお、図２においては、固定子１の長手方向の
断面形状（櫛歯部分１ｅを含む断面形状）は略正方形で
あるが、長方形、台形又は円形であってもよい。

【００１２】移動子４は、固定子１の第２部分１ｂに接
触し、発生した進行性の振動波によって駆動される。こ
の進行性の振動波によって、移動子４が駆動されること
は、例えば、特公平１−１７３５３号公報等に開示され
ているので、ここでは詳細な説明は省略する。

【００１３】この実施例の固定子１には、図１に示すよ
うに、支持部材３１が設けられている。支持部材３１の
支持部３１ａは、固定子１の少なくともＰＺＴの存在し
ない空孔１ｃに挿入されている。支持部３１ａは、剛性
が低く設計されているので、固定子１の振動を固定部３
１ｂとの間で減衰させることができる。また、支持部３
１ａは、固定子１の空孔１ｃの上側部分１ｄにおいて固
定子１と接触するが、上側部分１ｄは、支点であって固
定子１における最も振動の小さい部分であるために、支
持に最も適している。

【００１４】図３は、本発明による超音波モータの第１
実施例の固定子を説明するための図である。図３（ａ）
は、固定子の正面図であり、図３（ｂ）は、電極配列
と、進行性の振動波の波長との関係を説明する図であ
り、電極４個分が１波長に相当することを示している。

【００１５】図４は、固定子１の分極配列と、周波電圧
の印加方法との関係を説明する図であって、図３のＣ−
Ｃ断面図である。周波電圧の印加は、図４に示すよう
に、Ａ相電圧とＢ相電圧を、電極群２を介して空間的に
交互に印加する。Ａ相電圧とＢ相電圧とは、時間的に互
いにπ／２の位相を有している。分極配列は、電極２個
分づつ同方向に分極された組が、交互に逆方向に配列し
てある。電極３は、共通電極である。これにより、進行
性の振動波が発生する原理は、本出願人による特開昭６
０−２４５４８２号公報に開示したので、詳細な説明は
省略する。

【００１６】図５は、本発明による超音波モータの第１
実施例の制御回路を示すブロック図である。発振器５か
ら出力される周波電圧（一般に、２０ＫＨｚ〜２００Ｋ
Ｈｚ程度の超音波帯域）は、増幅器６により増幅され、
端子ＡからＡ相電圧として固定子１に入力される。ま
た、発振器５から出力される周波電圧は、分岐して移相
器７にも入力され、ここでπ／２だけ移相され、増幅器
８により増幅されたのち、端子ＢからＢ相電圧として固
定子１に入力される。端子Ｐは、超音波モータ（１、
４）又は固定子１の振動状態を検出した信号であり、周
波数制御回路９は、その信号に応じて発振器５の周波数
を制御する。

【００１７】図６〜図８は、本発明による超音波モータ
の第２実施例（固定子を円環形状にした場合）を示す図
である。なお、以下の各実施例では、前述した第１実施
例と同じ機能を有するものには同じ番号を付記してあ
る。第２実施例では、固定子１は、図６に示すように、
円環形状の場合を示している。この固定子１は、製作の
都合上、図７に示すように、櫛歯部分１ｅの方形方向の
幅が、半径方向に伸びるに従って幅広くなってもよい
し、隣合う櫛歯部分１ｅ間の溝の幅が半径方向に伸びる
に従って幅広くなってもよい。また、空孔１ｃの孔幅
は、半径方向に伸びるに従って幅広くなってもよい。な
お、図７においては、電極２、３の厚み幅を、図２に示
したように誇張して描いてはいない。

【００１８】第２実施例では、図６に示すように、固定
子１に円環形状の支持部材３２が設られている。但し、
図６は、下方（移動子１のない側）から見た図である。
固定子１は、第１実施例と同様に、少なくともＰＺＴの
存在しない空孔１ｃ（図７参照）に、支持部材３２の支
持部３２ａが挿入されている。支持部３２ａは、剛性が
低く設計されているので、固定子１の振動を固定部（不
図示）との間で減衰させることができる。

【００１９】図８は、図７の第１部分１ａの断面図であ
る。この形状により、進行性の振動波が発生する原理
も、本出願人による特開昭６０−２４５４８２号公報に
開示してあるので、詳細な説明は省略する。

【００２０】図９（ａ）は、本発明による超音波モータ
の第３実施例の固定子を示す正面図である。移動子４と
の関係は、第１実施例と同様であるので、図中には記載
していない。図９（ｂ）は、電極配列と、進行性の振動
波の波長との関係を説明する図であり、電極２個分が１
波長に相当することを示している。第１実施例との相違
点は、第２部分１１のＰＺＴの存在しない部分１１ｃ
と、電極１２との両方が、１波長中に２個づつ存在して
いるところである。

【００２１】図１０（ａ）は、本発明による超音波モー
タの第４実施例の固定子を示す正面図である。移動子と
の関係は、第１実施例と同様であるので、図中には記載
していない。図１０（ｂ）は、電極配列と、進行性の振
動波の波長との関係を説明する図であり、電極２個分が
１波長に相当することを示している。第１実施例との相
違点は、電極２２が、１波長中に２個にしてあるところ
にある。

【００２２】なお、第３、第４実施例において、電極配
置と進行性の振動波の波長の関係としては、本出願人に
よる特開昭６０−２４５４８２号公報の第１０図〜第１
３図に開示した型と同様であり、Ａ相とＢ相の配線をそ
れぞれまとめることができるという利点がある。

【００２３】以上説明した実施例に限定されず、種々の
変形や変更が可能であって、それらも本発明に含まれ
る。固定子１の材料としては、所定の処理を施すことに
より電気エネルギーを機械エネルギーに変換することが
可能になる材料であれば、第１実施例に開示したＰＺＴ
（ジルコン酸チタン酸鉛）に限定されない。例えば、他
の圧電材料や、電歪材料、磁歪材料等であってもよい。
また、少なくとも第２部分の固定子１と同一の材料が存
在しない部分１ｃは、前記各実施例に開示した空孔に限
定されない。例えば、剛性の低い金属や樹脂、無機材料
等によって構成してもよい。

【００２４】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、固定子
は、第１部分（駆動部）と第２部分（作用部）とを同一
材料によって一体に構成したので、温度変化に対する性
能の変化や接着部の耐候性の劣化が防止でき、また、低
コスト化が可能になる。また、第１部分（駆動部）と第
２部分（作用部）との間に設けられた前記材料の存在し
ない部分を支持するようにしたので、固定子の性能を損
なわない状態での支持が可能になる。さらに、接着層が
存在しない構造であるので、高温環境下における使用も
可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による超音波モータの第１実施例（リニ
ア型）を示す図である。

【図２】第１実施例の超音波モータを展開して示す斜視
図である。

【図３】第１実施例の固定子を説明するための図であ
る。

【図４】図３のＣ−Ｃ断面図である。

【図５】第１実施例の制御回路を示すブロック図であ
る。

【図６】本発明による超音波モータの第２実施例（円環
型）を示す図である。

【図７】第２実施例の固定子及び移動子を示す斜視図で
ある。

【図８】第２実施例の固定子を示す図である。

【図９】本発明による超音波モータの第３実施例の固定
子を示す正面図である。

【図１０】本発明による超音波モータの第４実施例の固
定子を示す正面図である。

【符号の説明】

１、１１、２１固定子２、１２、２２電極群３電極４移動子３１、３２支持部材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の処理を施すことにより電気エネル
ギーを機械エネルギーに変換が可能になる材料からな
り、その所定の処理が施され両面に電極を有する第１部
分及びその第１部分以外の部分であって少なくとも前記
材料の存在しない部分を有する第２部分から構成される
固定子と；前記固定子の前記第２部分の前記材料の存在
しない部分を用いて、前記固定子を支持する支持部材
と；前記固定子の前記第２部分に接触し、前記電極に印
加された周波電圧により、その第２部分に発生する進行
性の振動波によって駆動される移動子と；を有すること
を特徴とする超音波モータ。
【請求項２】請求項１に記載の超音波モータにおい
て、前記固定子は、前記材料が圧電材料であり、前記所定の
処理が分極処理であることを特徴とする超音波モータ。
【請求項３】請求項１に記載の超音波モータにおい
て、前記固定子は、前記第２部分の前記材料の存在しない部
分が空孔であることを特徴とする超音波モータ。