JPH0251377A - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、超音波振動によりロータを回転して、駆動力
を発生させる超音波モータに関するものである。

（従来の技術） 縦−捩り複合圧電振動子をステータとし、ステータの端
面にロータを圧接してこれを回転させる構成の超音波モ
ータは、例えば煎出により提案され、特開昭６１−１２
１７７号公報で開示されている。

このモータは縦振動励振用圧電セラミックスと捩り振動
励振用圧電セラミックスとを重ね合わせ、更に２個の円
柱あるいは円筒状超音波振動体で両側からはさみ一体化
した縦−捩り複合圧電振動子をステータとし、上記縦振
動励振用圧電セラミックスと捩り振動励振用圧電セラミ
ックスとにそれぞれ独立に交流電圧を印加してステータ
の端面に楕円振動を誘起し、この楕円振動を利用してス
テータ端面に圧接したロータに回転運動を与えるもので
ある。

（発明が解決しようとする問題点） 一般に高出力で効率の高い超音波モータを実現するには
ステータの端面に生じる楕円振動の縦方向及び横方向の
振巾を共に出来るだけ大きくする必要がある。

ところで横波の音速は縦波の音速の約６割であることか
ら、上記従来発明の超音波モータに使用されるステータ
の縦振動共振周波数と捩り振動共振周波数とを一致させ
る事は困難である。従って一方の振動を共振駆動すると
他方の振動は必然的に非共振駆動となる。非共振駆動は
共振駆動に比べて極端に振動振巾が小さくなることは言
うまでもない。従ってこの場合に誘起される楕円振動の
振巾は縦方向あるいは俤方向のいずれか一方の振巾が極
端に小さくなるため高出力、高効率な超音波モータを実
現することが困難である。

なお、縦共振と捩り共振とを同時に起こさせる事も可能
ではあるが、この場合には共振周波数が互いに異なるた
め楕円振動が誘起されず、ロータは回転しない。

（問題を解決するための手段） 本発明の目的は捩り振動共振と縦振動共振とを利用して
ロータを回転させる高出力、高効率超音波モータを提供
することにある。

第１図は本発明超音波モータの基本構成例を示すもので
ある。図中１は縦振動励振用圧電セラミックスで円柱状
超音波振動体２と３とではさまれ接着剤等で一体化され
ており、全体で圧電縦振動子を形成している。図中４は
捩り振動励振用圧電セラミックスで、円柱状超音波振動
体５と６ではさまれ接着剤等により一体化されており、
全体で圧電捩り振動子を形成している。図中７はロータ
を示すもので、上記縦振動子と捩り振動子とで圧接され
ている。ここで縦振動子と捩り振動子の共振周波数は等
しくなる様に構成されている。

上記構成になる超音波モータにおいて縦振動子と捩り振
動子とを同時に共振駆動させ、かつ９０°の位相差を与
えるとロータは回転し、回転出力が得られる。

（作用） 本発明超音波モータは以下の原理で駆動される。捩り振
動子を共振させると振動子端面には往復の回転変位が生
じる。一方縦振動子を共振させると振動子は軸方向に伸
縮変位が生じる。往方向回転変位と軸方向伸び変位のタ
イミングを合わせれば、ロータは捩り励振子端面に強く
圧接され摩擦力により回転運動を行なう。復方向回転変
位が生じる際には縦振動子は軸方向に縮み変位が発生す
るので、ロータの受ける圧接力は小さくなり回転しない
。捩り振動振巾はミクロンオーダと小さいが、数１０ｋ
Ｈｚで振動させると振巾の時間積分されたものがロータ
に伝達されるため、ロータは一方向に高速で回転するこ
とになる。

なお本発明モータにおいて捩り振動子とロータとの接触
面における摩擦を大きくし、縦振動子とロータの接触面
における摩擦を小さくする工夫をこらせばモータの効率
は高くなる。

上述のように本発明の構成上の特徴は独立した捩り振動
子と縦振動子とを使用することにある。

従って２つの振動子の共振周波数を一致させることが可
能となり、その結果大振中の捩り変位と伸縮変位が利用
できるため高出力、高効率の超音波モータが実現できる
。

（実施例） 以下本発明の実施例について図面を参照しながら説明す
る。

第２図は本発明実施例の超音波モータを示す図である。

図中１は厚み方向に分極された直径２０Φ、厚さ４ｍｍ
の縦振動励振用圧電セラ目ツクスである。

支持体１０と超音波振動体２，３で上記圧電セラミック
スをはさみ接着剤を用いて一体化しである。。これが縦
振動子となる。図中４は直径２０Φ、厚さ４ｍｍの捩り
励振用圧電セラミックスで周方向に分極されている。縦
振動子と同様にセラミックスと超音波振動体５，６及び
支持体１０を接着剤を用いて一体化し、捩り振動子が形
成されている。捩り振動子の端面中央部にはシャフト８
がネジ込まれている。そしてロータ７がベアリン９を介
して縦振動子と捩り振動子との間に圧接されている。縦
振動子の全長は６８ｍｍ、捩り振動子の全長は４３ｍｍ
、ロータの厚さは１０ｍｍとした。

縦振動励振用圧電セラミックスと捩り振動励振用圧電セ
ラミックスとに独立に２５ｋＨｚ、２００ｖの交流電圧
を印加し、その位相差を９０°とした時ロータが回転し
た。その回転速度は１３０ｒ、ｐ、ｍで、起動トルクは
７ｋｇｆ−ａｍであった。

（発明の効果） 上記実施例からあきらかな様に本発明モータは圧電縦振
動子と圧電捩り振動子とを共振させて駆動するものであ
り、小径で大トルクを発生する超音波モータが得られる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の動作原理を示す図であり、第２図は本
発明実施例を示す図である。図中１・・・縦振動励振用
圧電セラミックス、４・・・捩り振動励振用圧電セラミ
ックス、２．３．５．６・・・超音波振動体、７・・・
ロータ、８・・・シャフト、９・・・ベアリング、１０
・・・支持体をそれぞれ示している。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　圧電縦振動子と圧電捩り振動子の間にロータをはさみ
   、圧接して構成したことを特徴とする超音波モータ。