JPH02266876A

JPH02266876A - 超音波モータ

Info

Publication number: JPH02266876A
Application number: JP1083918A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Shimizu; 洋清水; Tetsuo Yoshida; 哲男吉田; Mitsuo Tamura; 光男田村
Original assignee: Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 1989-04-04
Filing date: 1989-04-04
Publication date: 1990-10-31
Anticipated expiration: 2011-10-30
Also published as: JP2549309B2

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】（産業上の利用分野）本発明は電子機器などに用いられる小型モータに関し、
特にローター直径の小さい小型の超音波モータに関する
ものである。

（従来の技術）超音波モータは従来の電磁モータと比較して、低回転で
高いトルクが得られること、停止保持力を有すること、
電磁ノイズが小さいことなどの利点を有しており、カメ
ラのオートフォーカス用や自動車用パワーモータ等に使
用されている。

第７図及び第８図は従来の超音波モータの構造を示す概
略図であり、リング上の小歯状の突起部を設けた金属円
板５１の突起部の形成されている面の裏側に二枚の圧電
セラミック円板５２．５３を接着した構造のステーター
５１の上に円板状ローター５４を圧接した構造となって
いる。圧電セラミック円板５２．５３は偶数等分に分極
の向きが厚さ方向に逆向きとなっており、これら二枚の
圧電セラミック板は分割角度の半分の角度だけずらして
接着されている。

（発明が解決しようとする課題）第８図かられかるように従来の超音波モータにおいては
、ステーターを構成するために２枚の圧電セラミック円
板と金属円板を接着しているため、接着工程が難しい上
に接着条件のばらつきに伴う特性のばらつきが大きいと
云う欠点があった。また、円板の中心部にローターの回
転軸を設けるためステーターおよびローターの直径を大
きくする必要がある。そのため従来の超音波モータの実
用的な最小直径は１５龍〜２０鰭に限定されていた。

本発明の課題は、ローターの直径を小さくし、接着工程
の少ない簡単な構造の超音波モータを提供することにあ
る。

本発明の別の課題はローターの直径として１５關以下の
超音波モータを提供することにある。

（課題を解決するための手段）本発明によれば、楕円運動振動を行う端部を有する圧電
楕円運動振動子と、前記端部を覆うように内周面で接触
して配され、前記楕円運動振動を回転軸の回りの回転運
動に変換する振動一回転変換部材とを有する超音波モー
タにおいて、前記端部は、前記内周面のうち、前記回転
軸に対して同一円周上の位置にある複数部分のみ接触す
る接触部を有し、前記内周面に対する接触面積を小さく
するようにしたことを特徴とする超音波モータが得られ
る。

（作　用）本発明の超音波モータにおいては、端面が円を含む楕円
運動を行う圧電楕円運動振動子を用い、この圧電楕円運
動振動子の端部と振動一回転変換部材の内周面との接触
がこの圧電振動子の回転軸に対して同一円周上の位置に
ある複数部分のみ接触する接触部で行われるため、この
振動回転変換部材の内周面に対する接触面積が小さ（圧
電楕円運動振動子の振動に対する影響が少なく、共振周
波数の変化などが少ない超音波モータが得られる。

（実施例）以下本発明の超音波モータについて図面を用いて詳しく
説明する。

第１図は本発明の実施例に係る超音波モータの構成を示
す図である。

第１図において、超音波モータは圧電セラミックス円柱
１１の両端部に金属リング１０あるいは金属円板１０′
を接合して構成した圧電楕円運動振動子１１’　とこの
圧電楕円運動振動子１１′の振動の節の部分に設けられ
たリング状支持枠１２と振動一回転変換部材１３ｂと、
駆動軸１３ａを配したカップ状ローター１３とを有する
。

第２図は本発明の超音波モータに用いる圧電楕円運動振
動子１１’の構成の一例を示す斜視図である。この図に
おいて、圧電セラミックス円柱１１には円周を４分割す
る位置に、長さ方向に平行に電極３２，３４，３１．３
３が設けられている。一方この圧電セラミックス円柱１
１の両端に金属リング１０もしくは金属円板１０＝が設
けられている。

第３図は本発明の超音波モータに用いる圧電セラミック
ス円柱１１の断面図であり、第３図（ａ）は電極３２．
３４を（＋）、電極３１．３３を（−）にして電圧を印
加した場合の分極の向きを破線の矢印２１で示している
。

第３図（ｂ）は第３図（ａ）のように分極した圧電セラ
ミックス円柱において電極３３．３４を（＋）、電極３
１．３２を（−）にして実線の矢印２２で示すように電
圧を印加した場合の断面の歪みを示す図である。

第３図（ｂ）において電圧は電極３４から３１、電極３
３から３２に印加される。そのために分極方向に依存し
て圧電セラミックス円柱１１の周面に沿うように電極３
４．３１間は伸び、電極３３゜３２間は縮む。その結果
として第３図（ｂ）において、長さ方向に下側が膨らむ
ように屈曲する。

また、印加電圧の極性が逆向きであれば屈曲も逆になる
。

第４図（ａ）および第４図（ｂ）は圧電セラミックス円
柱１１に交流電圧を加えた場合の振動状態の説明図であ
る。

電極３３．３４と電極３１．３２間に振動子の共振周波
数に等しい交流電圧を印加した場合、第４図（ａ）のよ
うに白抜き矢印２３の方向に屈曲振動を発生する。電極
３１．３４および３２゜３３を接続して同様に振動子の
共振周波数に等しい周波数の交流電圧を印加すると屈曲
振動の方向は第４図（ａ）の白抜き矢印２３の方向とは
直角の方向となる。

従りて、以上の二つの方向の屈曲振動の位相を９０’ず
らせること、具体的には各々の駆動電圧の印加電圧の位
相を９０″ずらせることにより、圧電セラミックス円柱
１１の両端部に、第４図（ｂ）の矢印２４に示すような
円運動を含む楕円運動を励起することが可能である。

実際に超音波モータを構成する場合には、ローターとの
接触の効率を高めるために圧電セラミックス円柱１１の
少なくとも一方の端面に金属リング１０あるいは金属円
板１０′を接合して圧電楕円運動振動子１１′を構成す
る場合が多い。

第５図は本発明の超音波モータに用いる圧電楕円運動振
動子１１′端面の形状の一例を示す斜視図であり、端面
の全周にわたって微小突起１４及びこの微小突起の間に
、この端面から中央に向って長さ方向に沿って錐状の溝
が形成されている。

この微小突起及び溝は、金属円柱に設けられても、この
金属円柱より内側の圧電セラミックスに至るまで設けら
れても良く、要するに圧電楕円運動振動子１１′の端面
から中央に向って形成されていれば良い。

第６図は圧電楕円運動振動子１１′の端部にカップ状ロ
ーラー１３を組み合わせた状態を示す断面図である。

第６図に示したように、カップ状ローラー１３の内壁面
は開口部の直径が前記圧電楕円運動振動子１１′の端部
外径よりわずかに大きく、底部の直径が前記圧電楕円運
動振動子１１′の端部外径よりわずかに小さく形成され
ている。圧電楕円運動振動子１１′と振動一回転変換部
材１３ｂは軸方向１５に圧接されている。

第５図に示した端面形状の圧電楕円運動振動子１１′を
用いた場合、圧電楕円運動振動子１１′とカップ状ロー
ラー１３とは錐状の微小突起１４だけが接触することに
なる。したがって、圧電楕円運動振動子１１′の全周に
わたって接触する場合と比較して接触によるスティフネ
スが小さくなり、圧電楕円運動振動子１１′の振動に対
して負荷が軽くなり、共振周波数のずれが少なくなる。

更に、本発明によれば、圧電セラミックス円柱あるいは
圧電セラミックスバイブの側面に設けられた長さ方向に
平行な複数対の電極を有し、この圧電セラミックス円柱
の端面が円を含む楕円運動を行う圧電楕円運動振動子を
用いているため、圧電楕円運動振動子そのものは接着工
程を含まないで構成することが出来るため振動特性のば
らつきが小さい安定な楕円運動の励振が可能となる。

（発明の効果）以上示したように本発明の超音波モータにおいては、駆
動力を発生させるための振動子の形状が単純で、回転あ
るいは楕円運動振動を発生させるための二つの振動モー
ドが同じ屈曲モードであることから、構造が簡単になる
。

また、棒状の楕円運動振動子及び振動一回転変換部材を
使用しているためローターの直径即ち振動一回転変換部
材の直径を小さくすることが容易で、ローター直径の小
さい超音波モータを得ることができる。モータの直径と
しては、必要なトルクによって変わるが、原理的には１
０ｍ＋ｅ以下も可能である。

また、本発明の超音波モータにおいては、圧電楕円運動
振動子の端部と振動一回転変換部材との内周面の接触が
回転軸に対して同一円周上の位置にある複数部分のみ接
触する接触部で行われ、この接触部は、内周面に対する
接触面積を小さくするようにし、て構成されているため
圧電楕円運動振動子の振動に対する影響が少なく、共振
周波数の変化などが少ない超音波モータが得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る超音波モータの構成を示
す斜視図、第２図は本発明の実施例に係る超音波モータ
に用いる圧電楕円運動振動子を示す斜視図、第３図およ
び第４図は本発明の実施例に係る超音波モータに用いる
圧電セラミックス円柱の断面図を用いて楕円運動振動子
の動作原理を説明するための説明図、第５図は本発明の
実施例に係る超音波モータに用いられる圧電楕円運動振
動子の端面形状を示す斜視図、第６図は本発明の実施例
に係る超音波モータにおいて、圧電楕円運動振動子と振
動一回転変換部材との組み合わせ状態を示す断面図、第
７図および第８図は従来の超音波モータの構造例の説明
に供する図である。図中、１０は金属リング、１０′は金属円板、１１は圧
電セラミックス円柱、１１′は圧電楕円運動振動子、１
２はリング状支持枠、１３はカップ状ローラー　１３ａ
は駆動軸、１３ｂは振動一回転変換部材、１４は微小突
起、１５はスリット、３１．３２．３３．３４は電極、
５１は金属円板、５２．５３は圧電セラミックス円板で
ある。

Claims

【特許請求の範囲】

１．楕円運動振動を行う端部を有する圧電楕円運動振動
子と前記端部を覆うように内周面で接触して配され、前
記楕円運動振動を回転軸の回りの回転運動に変換する振
動一回転変換部材とを有する超音波モータにおいて、前
記端部は、前記内周面のうち、前記回転軸に対して、同
一円周上の位置にある複数の部分のみ接触する接触部を
有し、前記内周面に対する接触面積を小さくするように
したことを特徴とする超音波モータ。