JPH01202175A

JPH01202175A - 超音波モータの弾性体

Info

Publication number: JPH01202175A
Application number: JP63024410A
Authority: JP
Inventors: Kazuki Higashide; 一規東出
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1988-02-03
Filing date: 1988-02-03
Publication date: 1989-08-15

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】［従来の技術］従来から、圧電素子の電歪作用を回転運動に変換して駆
動力を得る超音波モータが周知である。

この超音波モータは低速度で高トルクが得られ、応答性
が良く磁力線がでないなど、従来の電磁モータにない特
徴がある。

このような超音波モータは、所定の電力が供給されるこ
とによりたわみ振動を発生する円環状の圧電素子と、こ
れが貼りつけられ圧電素子の動きに応じた運動をする弾
性体と、この弾性体に強く圧着して回転する回転体を有
している。

そして、圧電素子のたわみ運動に応じて弾性体に生じた
円周方向の進行波によって、これに圧接されている回転
体に回転運動を与えるのである。

なお、例えば特開昭５９−１７８９８８号公報には、弾
性体の形状等を改良して回転速度を上昇させることにつ
いての記載がある。そして、この公報には、弾性体をそ
の厚さ方向において、ヤング率のことなる２つの材料で
構成し、弾性体の水平方向の移動距離を大きくし、回転
速度を上げることについての記載もある。

［発明が解決しようとする課題］上述のような従来の超音波モータにあっては、円周方向
の進行波を発生する際に、同時に半径方向へ移動する進
行波が発生する。これは、圧電素子の運動の一部が全く
無駄な弾性体の半径方向の進行波に変換されていること
を意味する。従って、この半径方向の進行波によって本
来回転体の回転に利用されるべきエネルギが浪費され、
超音波モータのトルクを低下させ、効率を悪化させる原
因となっていた。

また、上述の特開昭５９−１７８９８８号公報における
弾性体は、その厚み方向のみを改良の対象としており、
半径方向の進行波の発生を防止できるものではない。

［課題を解決するための手段］この発明に係る超音波モータの弾性体は、円環状の圧電
素子が貼りつけられ、圧電素子の動きを回転体に伝達す
る超音波モータの弾性体において、圧電素子に貼りつけ
られた外周部と、この外周部の内側に連続し外周部よりヤング率の大きい
材料で構成された内周部と、を有することを特徴とする。

［作用］このような超音波モータの弾性体は、円環状の圧電素子
が貼りつけられているので、圧電素子の動きに応じてそ
の円周方向に進行波を生じる。そして、この進行波を圧
接されている回転体に伝達し、これを回転する。ここで
、この発明の弾性体は圧電素子に貼りつけられた外周部
と、この外周部の内側に連続し外周部よりヤング率の大
きい材料で構成された内周部とからなっている。このた
め、外周部の運動に伴って発生する弾性体の半径方向の
進行波をを効に抑制することができる。そして、これに
よって超音波モータの効率を改善することができる。

［実施例］本発明の一実施例に係る超音波モータの弾性体について
図面に基づいて説明する。

この発明に係る弾性体の正面断面図を第１図に示す。

弾性体１０は円板状に形成されており、外周部１２、内
周部１４、中心部１６および接続部１８からなっている
。そして、外周部１２および内周部１４は同じ厚みを有
する肉厚の円環状に形成されている。また、中心部１６
は肉厚の円板状、接、続部１８は肉薄の円環状に形成さ
れている。

ここで、この発明において特徴的なことは、外周部１２
と内周部１４が別の材質で形成されていることである。

すなわち、この実施例においては、外周部１２をしんち
ゅうで形成し、内周部１４を銅で形成しである。そして
、しんちゅうのヤング率は１０．０６Ｘ１０　　Ｎ／ｍ
２であり、銅のヤＯレグ率は１２．９８Ｘ１０】ＯＮ／　ｍ２であるため、
内周部１４は外周部によりヤング率が２９％大きい材料
で形成されていることになる。ここで、この例では外周
部１２と内周部１４は接着剤で接着することによって一
体化しである。また、固定部１６、接続部１８は内周部
１４と同じ銅で一体形成しである。

第２図には、この発明に係る弾性体１０が適用される超
音波モータ１００の全体構成が示しである。ベースプレ
ート２０の中心部２０ａは厚くなっており、ここに弾性
体１０の中心部１６がネジ（図示せず）によって固定さ
れている。また、ベースプレート２０の周縁部にはカバ
ー２２がやはりネジ（図示せず）°によって固定されて
いる。

弾性体１０の外周部１２の図における下側には、円環状
の圧電素子２４が貼りつけられている。また、弾性体１
０の図における上側には、出力軸２６ａを存する回転体
２６が弾性体１２と同心状に配置されている。そして、
この回転体２６の弾性体１０の外周部１２に対応する部
位には、ライニング材２８が貼りつけられている。

また、回転体２６は板バネ３０によって弾性体１０に押
付けられているため、ライニング材２８が弾性体１０の
外周部１２に接触する。なお、ベアリング３２は、回転
体２６の出力軸２６ａを回転可能に保持するものである
。

このような超音波モータ１００にあって、円環状の圧電
素子２４に所定の高周波電流を供給すると、圧電素子２
４がこれに応じて伸縮し、弾性体１０に円周方向の進行
波が生じる。特に、圧電素子２４は弾性体の外周部１２
に貼りつけられているため、この外周部１２に円周方向
の進行波を生じる。そして、この９弾性体１０の運動は
その特定の１点に管口すれば、楕円運動をしている。こ
のため、弾性体１０に圧接されている回転体２６が回転
される。

ここで、この発明においては、弾性体１０がヤング率の
小さな材料であるしんちゅうからなる外周部１２とヤン
グ率の大きな材料である鋼からなる内周部１４とををし
ている。このため、圧電素子２４の運動は外周部１２に
十分に伝えられるが、内周部１４は外周部１２に応じた
運動をしにくくなっている。すなわち、内周部１４は外
周部１２と比較してヤング率の小さな堅い材料で形成さ
れているため、弾性変形しに＜＜、外周部１２の運動に
伴う２Ｆ径方向の進行波を宵効に阻止する。

第３図にこの実施例の超音波モータ１００の実験結果を
示す。図中口部で示したのがしんちゅうの外周部１２、
銅の内周部１４からなるこの実施例の弾性体１０を用い
た結果であり、○印で示したのが全体がしんちゅうで形
成された従来の弾性体１０を用いた比較例である。この
ようにこの発明によって、所定の出力トルクＴを得る際
の超音波モータの効率ηめ大幅な改善がなされることが
理解される。なお、この実験に用いた圧電素子２４は外
径６０ｍｍ、内径４５ｍｍ、厚さ０．５ｍ＋ｓであり、
この発明の弾性体１０は外周部１２が外径６０ｗｍ、内
径４５ｍ１、厚さ４　ｍｎでその内側に外径４５市の内
周部１４が貼りつけられたものである。

また、従来例の弾性体１０の外形は同一である。

なお、」二連の実施例においては、外周部１２と内周部
１４に別の材料を用い、両者を貼りつけて弾性体１０を
形成したが、これに限らず各種の方法で形成することが
できる。例えば、同一の材料で一体として形成された弾
性体１０の内周部１４を焼入れし、内周部１４のヤング
率を大きくしても良い。

また、詳細な実験によれば、内周部１４の材質として、
外周部１２の祠質より１０％以上大きい祠料を用いれば
、同一トルクＴを得る際の効率ηの十分な改善が行える
ことが分かっている。

「発明の効果コ以」：説明したように、この発明によれば、弾性体の外
周部と内周部のヤング率を変更することにより、半径方
向の進行波を抑制することができ、外周部より効率よく
回転力を取出すことができる。

そして、これによってモータの効率を改善することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係る超音波モータの弾性
体の正面断面図、第２図は同実施例の弾性体を適用した
超音波モータの全体構成を示す正面断面図、第３図は同
実施例におけるトルクと効率の関係を示す特性図である
。１０　・・・　弾性体１２　・・・　外周部１４　・・・　内周部２４　・・・　圧電素子２６　・・・　回転体１００　　・・・　超音波モータ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）　円環状の圧電素子が貼りつけられ、圧電素子の
動きを回転体に伝達する超音波モータの弾性体において
、圧電素子が貼りつけられた外周部と、この外周部の内側に連続し外周部よりヤング率の大きい
材料で構成された内周部と、を有することを特徴とする超音波モータの弾性体。