JPH01136576A - 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】 技術分野 本発明は、超音波モータの改良に関するものである。

従来技術 超音波モータは、通常、相対移動可能に設けられ且つ互
いに圧接された２部材を備え、それらの圧接面に弾性表
面波を発生させて該２部材を相対移動させるように構成
される。たとえば、回転式モータでは、上記２部材が、
位置固定の振動部材とこの振動部材に圧接させられた状
態で一軸廻りに回転可能に設けられた回転体とから構成
されており、振動部材の圧接面上の一点の軌跡が楕円を
描くような振動モードで振動部材が振動させられる。

発明が解決すべき問題点 ところで、一般に、振動部材を励振するための超音波振
動発生素子は一方向振動であるため、圧接面上の一点の
軌跡が楕円を描くような振動モードで振動部材を振動さ
せるに際しては、超音波振動発生素子の取り付は部分で
は一方向振動であるが圧接面では楕円振動となる機械共
振系が形成されるように、振動部材の形状および大きさ
などが決定されるのが普通である。このため、超音波振
動発生素子の単一の固有振動モードにて励起される振動
部材の圧接面に発生させられる楕円振動の長径／短径比
は超音波振動発生素子の形状によって決定されるので、
超音波モータの制御が困難となる場合があるという欠点
があった。

問題点を解決するための手段 本発明は以上の事情を背景として為されたものであり、
その要旨とするところは、ｔａ＋第１圧接面を備え、そ
の第１圧接面が一方向の振動モードにて振動するように
構成された第１振動部材と、（ｂ）その第１振動部材に
取りつけられてその第１振動部材を励振する第１超音波
振動発生素子と、（Ｃ）前記一方向において前記第１振
動部材と相対移動可能に設けられるとともに前記第１圧
接面と圧接させられる第２圧接面を備え、その第２圧接
面が前記一方向と異なる方向の振動モードにて振動する
ように構成された第２振動部材と、（ｄｌその第２振動
部材に取りつけられて第２振動部材を励振する第２超音
波振動発生素子とを、含むことにある。

作用および発明の効果 このようにすれば、第１振動部材が第１超音波振動発生
素子により励振されてその圧接面が一方向に振動する振
動モードにて振動させられる一方、第２振動部材が第２
超音波振動発生素子により励振されてその圧接面が一方
向と異なる方向に振動する振動モードにて振動させられ
ることにより、第１振動部材の圧接面と第２振動部材の
圧接面との間が相対移動させられる。

一般に、振動部材の単一方向の固有振動の振動数は、そ
の単一方向の固有振動と直交する方向の振動部材の大き
さには影響されない。また、前記第１振動部材を励振す
る第１超音波振動発生素子はその第１振動部材の第１圧
接面の振動方向と直角な面内に貼り着けられるとともに
、前記第２振動部材を励振する第２超音波振動発生素子
はその第２振動部材の第２圧接面の振動方向と直角な面
内に貼り着けられる。このため、前記第１振動部材およ
び第２振動部材とこれらを励振する第１超音波振動発生
素子および第２超音波振動発生素子との取り付は面積を
振動部材自身の固有振動モードに影響を与えることなく
大きくできるので、振動の振幅を自由に変更でき、制御
特性を損なうことなく所望のモータ出力を得ることがで
きるのである。

ここで、超音波モータがリニアモーフ形式であれば前記
第１振動部材と第２振動蔀材とは一直線方向に沿って相
対移動させられる。しかし、超音波モータが回転モータ
形式であれば第１振動部材と第２振動部材とは一軸まわ
りに相対回転させられる。この場合、好適には、第１振
動部材はその第１圧接面が周方向の振動モードにて振動
するように構成され、第２振動部材はその第２圧接面が
前記軸心方向の振動モードにて振動するように構成され
る。

実施例 以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。

第１図において、ホルダ１０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１０の底部には回転軸１２が摺動可能に嵌合
されており、回転軸１２の一端部に螺合されたナツト１
４とホルダ１０内の底面との間には、予圧状態のコイル
スプリング１５とスラストベアリング１６とが介挿され
、これにより、回転軸１２が回転可能な状態でナツト１
４側へ常時付勢されている。

固定側振動部材１８は、上記ホルダ１０に対して同心に
固定されており、第２図および第３図に詳しく示されて
いるように、回転軸１２が遊嵌される貫通穴２０が形成
され、ホルダ１０に固定された軸断面正方形状のボス部
２２と、ボス部２２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
２４と、この平板部２４の外周側の一隅を相互に連結す
る円環状の環状圧接部２６とから構成されている。

このような形状に構成されているため、各平板部２４の
長手方向中央部両面に一対ずつ貼着された圧電素子２８
に高周波駆動信号が供給されると、環状圧接部２６の軸
方向の一面に設けられた第１圧接面３０が専ら周方向に
おいて振動するような振動モードで、固定側振動部材１
８が振動させられるようになっている。本実施例では、
この固定側振動部材１８が第１振動部材として、また上
記圧電素子２８が第１超音波振動発生素子としてそれぞ
れ機能する。

回転軸１２の他端部には、本実施例では第２振動部材と
して機能する可動側振動部材３２が固定されている。可
動側振動部材３２は、第４図および第５図に詳しく示さ
れているように、回転軸１２の他端部が嵌着された軸断
面正方形状のボス部３４と、ボス部３４の外周の４面か
ら四方へ同じ長さだけ突設され、軸心に直角な平面内に
位置する矩形の平板部３６と、この平板部３６の外周側
の端部を相互に連結し、前記環状圧接部２６の第１圧接
面３０に圧接させられる第２圧接面４２を有する円環状
の環状圧接部３８とから構成されている。このような形
状に構成されているため、平板部３６の長手方向中央部
両面に一対ずつ貼着された圧電素子４０に高周波駆動信
号が供給されると、環状圧接部３８の軸方向の一面に第
１圧接面３０に対向して設けられた第２圧接面４２が専
ら軸心方向において振動するような振動モードで、可動
側振動部材３２が振動させられるようになっている。本
実施例では、上記圧電素子４０は第２超音波振動発生素
子として機能する。

上記のように構成された超音波モータにおいては、図示
しない制御装置からの駆動信号が圧電素子２８および４
０へ供給されると、固定側振動部材１８が圧電素子２８
により励振されてその第１圧接面３０が周方向に振動す
る振動モードにて振動させられる一方、可動側振動部材
３２が圧電素子４０により励振されてその第２圧接面４
２が周方向と直角な軸心方向に振動する振動モードにて
振動させられることにより、固定側振動部材１８と可動
側振動部材３２とが相対回転させられる。

すなわち、制御装置から圧電素子２８および４゜へ供給
される各駆動信号間には、第１圧接面３゜および第２圧
接面４２上の互いに対向する１点が可動側振動部材３２
の振動により最接近し第１および第２圧接面３０．４２
における圧着力が最大となる時に、固定側振動部材１８
の周方向振動が略最大となるようにする一定の位相関係
が設けられている。そして、上記各駆動信号の位相関係
を反転させることにより超音波モータの回転方向が反転
させられるとともに、上記各駆動信号の振幅が共に増減
されることにより超音波モータが所望の回転速度に制御
される。本実施例の超音波モータでは、固定側振動部材
１８が位置固定に設けられるから、回転軸１２から出力
されたトルクが利用される。

本実施例においては、固定側振動部材１８はその第１圧
接面３０が周方向において振動する振動モードで専ら振
動させられるように構成されており、可動側振動部材３
２はその第２圧接面４２が軸心方向において振動する振
動モードで専ら振動させられるように構成されている。

一般に、振動部材において単一方向の固有振動がある場
合には、それを励振する圧電素子は上記単一方向と直交
する面内において設けられるとともに、固有振動数はそ
の単一方向の振動と直交する方向の振動部材の大きさに
依存しない。したがって、前記固定側振動部材１８およ
び可動側振動部材３２とこれらを励振する圧電素子２８
および圧電素子４ｏとの取り付は面積をそれぞれの振動
モードに影響を与えることなく太き（できるので、振動
の振幅を自由に変更でき、制御特性を損なうことなく所
望のモータ出力を得ることができるのである。たとえば
、平板部２４および３６では、その板厚ｔおよびｔ゛を
一定にすれば幅寸法りおよびｈ’を変更しても周方向の
固有振動数は殆ど影響されないので、幅寸法りおよびｈ
゛を大きくして圧電素子２８および４０との接触面積を
大きくすることにより、大きな出力トルクを得ることが
できるのである。

以上、本発明の一実施例を図面に基づいて説明したが、
本発明はその他の態様においても適用される。

たとえば、前述の実施例の超音波モータにおいては、固
定側振動部材１８が位置固定に設けられ、可動側振動部
材３２が回転可能に設けられて回転軸１２からトルクが
出力されるように構成されているが、反対に、可動側振
動部材３２が位置固定とされ、固定側振動部材１８が回
転可能に設けられても何等差支えない。

また、前述の実施例の固定側振動部材１８および可動側
振動部材３２には、各々４枚の平板部２４および３６が
設けられているが、２枚、３枚、或いは５枚以上であっ
てもよいし、各平板部２４および３６は、ボス部２２お
よび３４または環状圧接部２６および３８と別部材であ
ってもよい。

また、前述の実施例では、固定側振動部材１８および可
動側振動部材３２の各々の平板部２４および３６の両面
には一対（２個）の圧電素子３８および４０がそれぞれ
貼り着けられていたが、圧電素子３８および４０は１個
ずつ貼り着けられてもよいし、平板部２４および３６に
おいてひとつおきに貼り着けられてもよいのである。

また、前述の超音波モータにおいては、回転可能に設け
られた可動側振動部材３２に固定された回転軸１２から
回転駆動力が出力されるように構成されているが、可動
側振動部材が固定側振動部材に対して一直線に沿って相
対移動可能に設けられた所謂リニアモータ形式にも構成
され得る。この場合には、固定側振動部材に設けられる
第１圧接面は上記−直線と平行に形成され、可動側振動
部材の第２圧接面はその第１圧接面の一部に圧接させら
れる。

また、前述の実施例においては、第１圧接面３０が周方
向へ固有振動させられるように固定側振動部材１８が構
成されており、第２圧接面４２が上記周方向と直交する
方向、すなわち軸心方向へ固有振動させられるように可
動側振動部材３２が構成されていたが、第１圧接面３０
と第２圧接面４２の振動方向は直角を成していなくても
、互いに異なる方向であれば一応の効果が得られるので
ある。

なお、上述したのはあくまでも本発明の一実施例であり
、本発明はその精神を逸脱しない範囲において種々変更
され得るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例の一部を切り欠いた正面図
である。第２図および第３図は、第１図の固定側振動部
材の平面図、および一部を切り欠いた正面図である。第
４図および第５図は、第１図の可動側振動部材の平面図
、および一部を切り欠いた正面図である。 １８；固定側振動部材（第１振動部材）２８：圧電素子
（第１超音波振動発生素子）３０：第１圧接面 ３２：可動側振動部材（第２振動部材）４０：圧電素子
（第２超音波振動発生素子）４２：第２圧接面 出願人　　ブラザー工業株式会社 裁］図 第２図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）第１圧接面を備え、該第１圧接面が一方向の振動
   モードにて振動するように構成された第１振動部材と、
   該第１振動部材に取りつけられて該第１振動部材を励振
   する第１超音波振動発生素子と、前記一方向において前
   記第１振動部材と相対移動可能に設けられるとともに前
   記第１圧接面と圧接させられる第２圧接面を備え、該第
   ２圧接面が前記一方向と異なる方向の振動モードにて振
   動するように構成された第２振動部材と、該第２振動部
   材に取りつけられて該第２振動部材を励振する第２超音
   波振動発生素子と、を含むことを特徴とする超音波モー
   タ。
2. （２）前記第１振動部材および第２振動部材は、共通の
   軸心まわりに相対回転可能に設けられたものであり、該
   第１振動部材は前記第１圧接面が周方向の振動モードに
   て振動するように構成されたものであり、該第２振動部
   材は前記第２圧接面が前記軸心方向の振動モードにて振
   動するように構成されたものである特許請求の範囲第１
   項に記載の超音波モータ。