JPH01318564A

JPH01318564A - 超音波モータ

Info

Publication number: JPH01318564A
Application number: JP63151889A
Authority: JP
Inventors: Yuji Yamazaki; 雄司山崎
Original assignee: Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1988-06-20
Filing date: 1988-06-20
Publication date: 1989-12-25

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】（イ）産業上の利用分野この発明は、超音波モータに関する。

（ロ）従来の技術第５図、第６図及び第７図は、従来の超音波モーフを示
し、第５図は超音波モーフの概略構成図、第６図は超音
波モータの進行波発生状態を示す説明図、第７図は超音
波モーフによる物体移動原理を示す説明図である。

従来の超音波モーフは、第５図に示すように、弾性体５
１と弾性体５１の下面を一周する多数の圧電セラミック
ス５２とから構成されている。弾性体５１の下面に貼着
される１／２波長の多数の圧電セラミックス５２は、上
・下２層構造とし、と・下に配置される各圧電セラミッ
クス５２はそれぞれ１／４波長ずつ位置ずれさせて配置
しである。ぞして、上・下方向に重合する各圧電セラミ
ックス５２には、つまり上側圧電セラミックス５２には
ｓｉｎωもの波を、下側圧電セラミックス５２にはＣＯ
５ωｔの波を印加するように設定している。

この超音波モーフでは、第６図に示すように電界によっ
°ζ、弾性体５１に進行波が生じる。つまり、ｓｉｎ波
（第６図の実線波）とｃｏｓ波（第６図の破線波）が生
じる。この進行波（最大エネルギー）が弾性体５１を周
回する。従って、第７図で示すように弾性体５１の上部
に移動物体５３を配置する時、電界を加えることによっ
て住じる進行波を受けて、移動物体５３が摩擦力により
進行波の進む方向と反対方向へ進む。つまり、移動物体
５３が弾性体５１上を回転する。

（ハ）発明が解決しようとする課題上記、従来の超音波モータは圧電セラミックスに電界を
加え、弾性体に進行波を発生させることで、移動物体を
回転させる方式である。このため、進行波を発生させる
ために弾性体が必要となる許かりてな（、圧電セラミッ
クスを分極させ、ｌ／４波長ずつ位置ずれさせた状態で
接合しなければならず構造が複雑である。また、移動物
体と弾性体との摩擦力の調整は、移動物体の押しつけ力
により機構的に行うものである。従って、摩擦力の調整
を簡易に実行し１７ない不利があった。

この発明は、上記課題を解消させ、構造が簡易で摩擦力
調整の容易な超音波モーフを提供することを目的とする
。

（ニ）課題を解決するための手段及び作用この目的を達
成させるために、この発明の超音波モータでは、次のよ
うな構成としている。

超音波モータは、それぞれ所定角度量いて配置された複
数の圧電セラミックスの一端を基板に、他端を固定円板
に止着すると共に、駆動軸を備え回転可能に軸受された
回転用円板を前記固定円板に対し一定間隔を存して対向
配置し、前記圧電セラミックスに、時分割的に順次電圧
を印加し、前記固定円板と前記回転用円板の接点が周方
向に移動するようにして構成している。

このような構成を有する超音波モータでは、基板に対し
一定長さを有する、例えば３木の圧電セラミックスを１
２０度角それぞれ開いた状態で配置している。そして、
この３木の圧電セラミックスの−に端には固定円板（固
定ディスク）が固着しである。つまり、固定円板は３木
の柱（圧電セラミックス）により支持されている。この
固定円板と対向する回転可能な円板（回転ディスク）と
は、常態において一定間隔を開いて配備されている。

いま、各圧電セラミックスに対し時分割的に順次電圧を
印加するとき、電圧印加を受けた圧電セラミックスは伸
長する。圧電セラミックスが伸長することで、固定円板
は伸長した圧電セラミックスに対応する部分が持ち上げ
られ、上方に位置する回転可能な円板に当接する。この
時、回転可能な円板には上方への圧接力が作用する。こ
の上方への圧接力により、回転可能な円板はこの圧接点
において僅かに上方へ移動するが、回転可能な円板は軸
受けされており上・下動が阻止されている。

従って、回転可能な円板はこの圧接力を吸収し得す、こ
の上方への圧接力が回転可能な円板の回転方向への押圧
力、つまり水平分力として作用し、回転可能円板は圧接
摩擦力により回動する。かくして、各圧電セラミックス
に対し、順次電圧を印加することで固定円板と回転可能
な円板との圧接点が変化し、つまり圧接点が一周する結
果となるため、回転可能な円板が回転する。

（ホ）実施例第１図は、この発明に係る超音波モーフの具体的な一実
施例を示す要部断面図である。

超音波モーフは、下面に基板（ベース部材）１１を備え
た上開口有底の函体ｌと、この函体１に内装配備された
複数の圧電セラミックス２と、この圧電セラミックス２
の上端に止着された固定円板３と、函体１に軸承された
回転可能な円板４とから構成されている。

圧電セラミックス２は、実施例では３本の棒体を使用し
、各圧電セラミックス２ａ、２ｂ、２ｃは基板１１に対
し１２０度角開いた状態で配置され、基端を固定してい
る。一定長さを有する圧電セラミックス２は、圧電効果
を有する材料、例えばＰＺＴ（ジルコンチタン酸塩）の
薄板を積層した積層型であり、且つ薄形状の安価な市販
品を使用している。この圧電セラミックス２ａ、２ｂ。

２ｃは、電圧の印加により力学的なひずみ、つまり伸長
する性質を有する。この圧電セラミックス２ａ、２ｂ、
２ｃの上端には、一定の直径を有する固定円板（固定デ
ィスク）３が取付けである。

つまり、固定円板３は３本の支柱（圧電セラミックス）
２ａ、２ｂ、２Ｃにより固定支持されている。

前記回転可能な円板４は、実施例では上記固定円板３と
同一直径を有する回転可能ディスクで、面内中央に駆動
軸（回転伝達軸）４１を一体に突設している。この駆動
軸４１が、函体１の上開口部１２に備える軸受け１３に
より軸承されている。

この回転可能円板４は、上記固定円板３に対し所定距離
（僅かな間隙）を開いて対向状に配置しである。

このような構成を有する超音波モータでは、常態におい
て、固定円板３と回転可能円板４とは、僅かな一定間隔
を開いて配備されている。

超音波モーフの駆動は、各圧電セラミックス２ａ、２ｂ
、２Ｃに対し順次電圧を印加することで実行される。今
、圧電セラミックス２ａに対し電圧を印加するとき、電
圧印加を受けた圧電セラミックス２ａが伸長する。圧電
セラミックス２ａが伸長することで、固定円板３は伸長
した圧電セラミックス２ａに対応する部分が持ち上げら
れ、上方に位置する回転可能な円板４に当接する〔第２
図（Ａ）参照〕、この時、回転可能な円板４には上方へ
の圧接力（圧接点Ａ）が作用する。この上方への圧接力
により、回転可能な円板４はこの圧接黒人において僅か
に上方へ移動するが、回転可能な円板４は軸受け１３さ
れており、上・下動が阻止されている。従って、回転可
能な円板４はこの圧接力を完全には吸収し得す、この上
方への圧接力が回転可能な円板４の回転方向への押圧力
、つまり水平分力として作用し、回転可能円板４は圧接
摩擦力により回動する。次いで、第２図（Ｂ）で示すよ
うに圧電セラミックス２ｂに電圧を印加する。これによ
り、圧電セラミックス２ｂが伸長し、固定円板３は伸長
した圧電セラミックス２ｂに対応する部分が持ち上げら
れ、に方に位置する回転可能円板４に当接する。当接に
よる圧接力は、前述と同様に回転可能円板４に対し水平
分力として作用し、回転可能円板４は圧接摩擦力で回動
する。この後、圧電セラミックス２ｃに電圧を印加する
ことで、同様に回転可能円板４を回動させる。

かくして、各圧電セラミックス２ａ、２ｂ１２Ｃに対し
、順次、電圧を印加し、且つこの電圧印加を繰り返し続
行することで（位相を１２０度すつずらせて、つまり時
分割された電圧を印加することで）、第３図に示すよう
に固定円板３と回転可能な円板４間の圧接点への位置が
変化し、つまり圧接黒人が周回する結果となるため、回
転可能な円板（駆動軸４１）４が回転する。

固定円板３よ回転可能な円板４との圧接摩擦力の調整に
際し°ζは、第４図（八）及び第４図（Ｂ）で示すよう
に、圧電セラミックス２ａ、２ｂ、２Ｃに対しオフセッ
ト電圧を印加することで、対処し得る。つまり、第４図
（Ａ）に示すように固定円板３と回転可能な円板４との
対向距離が広すぎる場合において、各圧電セラミックス
２ａ１２ｂ１２（二に対し一定の電圧をそれぞれに印加
して、各圧電セラミックを一定長さ伸長させ、固定円板
３と回転可能円板４との対向距離を小さく設定する。

この間隙設定状態を常態設定とし、各圧電セラミックス
２ａ、２ｂ、２ｃに対し、順次、電圧を印加することで
、固定円板３と回転可能円板４との圧接摩擦力を容易に
調整し得る。

尚、実施例では圧電セラミックス２を３本使用した例を
示したが、この発明はこれに限らず、例えば６本或いは
３６０木の圧電セラミックスをそれぞれ等角度量いて円
陣状に配置しても良い。圧電セラミックス２の本数が増
加する程、回転可能な円板４の円滑な回転力が得られる
。

（へ）発明の効果この発明では、以上のように、複数の圧電セラミックス
にて固定円板を支持し、この固定円板に対し回転可能円
板を所定路８１開いて対向状に配置することとしたから
、各圧電セラミックスに対し順次、電圧を印加すること
で、固定円板と回転可能円板との圧接点を移動周回させ
、圧接摩擦力により回転可能円板を回転させ得る。

従って、従来のように振動波を利用したＩ′Ｉｉ！擦力
による回転方式と異なり、振動波を発生させる弾性体が
不用であり、且つ圧電セラミックスの配置構成等の複雑
構造が解消される。また、回転可能円板と固定円板との
圧接摩擦力の調整も極めて簡易に実行できる。更に、圧
電セラミックスは積層型で且つ薄形４にの市販品を使用
し得るため、安価であり、モータ自体を薄型に出来る等
、発明目的を達成した優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、実施例超音波モータを示す要部断面図、第２
図（Δ）は、圧電セラミックスに電圧を印加した状態を
示す説明図、第２図（Ｂ）は、圧電セラミックスに電圧
を印加した状態を示す説明図、第３図は、固定円板と回
転可能円板との圧接点の移動を示す説明図、第４図（Ａ
）は、固定円板と回転可能円板との対向距離を示す説明
図、第４図（Ｂ）は圧電セラミックスにオフセット電圧
を印加し、固定円板と回転可能円板との対向距離を小さ
く設定した状態を示す説明図、第５図は、従来の超音波
モータを示す概略構成図、第６図は、Ｉｒｔ来の超音波
モータの進行波を示す説明図、第７図は、従来の超音波
モータによる物体移・υＪ原理を示す説明図である。２：圧電セラミックス、　　３：固定円板、４：回転可
能円板。第１図第２図（Ａ）＼１１第２図（’Ｂ”）第３図第４　図（Ａ）第４図（Ｂ）第５図第６図第７図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）それぞれ所定角度を開いて配置された複数の圧電
セラミックスの一端を基板に、他端を固定円板に止着す
ると共に、駆動軸を備え回転可能に軸受された回転用円
板を前記固定円板に対し所定間隔を存して対向配置し、
前記圧電セラミックスに、時分割的に順次電圧を印加し
、前記固定円板と前記同転用円板の接点が周方向に移動
するようにして成る超音波モータ。