JPH0284082A

JPH0284082A - 超音波モータ

Info

Publication number: JPH0284082A
Application number: JP63235560A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Imabayashi; 浩之今林; Takeo Kitajima; 北島　剛郎; Takenao Fujimura; 毅直藤村
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1988-09-20
Filing date: 1988-09-20
Publication date: 1990-03-26

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、定在波の超音波振動を利用し、楕円連動によ
り回転力を得る超音波モータに関する。

〔従来の技術〕

超音波モータに関する従来技術としては、例えば特開昭
６１−４９６７０号公報に開示された技術がある。この
超音波モータは、第５図にて示すごとく圧電素子１の両
側に共振器２を配設するとともに一側の共振器２の端面
にねじり振動子３を配置し、これら各部材をボルト４を
介して一定の締付力にて固定し、さらに、前記ねじり振
動子３に回転子５を別体のボルト６を介して圧着固定し
て構成したものである。そして、前記ねじり振動子３の
一面側に一定温さの溝７を形設するとともに、他面側に
この溝７に対して斜めとなるように片持梁８を設けるこ
とにより、梁の屈曲振動を発生させ、捩り・縦画モード
の結合による楕円運動を梁の上面部に発生させて回転子
５を回転させるものである。

又、超音波モータに関連するその他の技術としては、特
開昭６０−１０９７７６号公報、特開昭６１−１９６７
７３号公報、実開昭６２−１９５３９４号公報に開示さ
れた技術がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

−ａ的な超音波モータは、高トルク、高回転を得るため
に最適な回転子圧着力と共振周波数とを必要とするが、
その調整が困難なため、高トルク。

高回転の超音波モータを得ることは再現性の点で十分と
はいえなかった。この調整が困難である要因の１つは、
粱８の上面部の振動挙動が複雑で一様ではないことにあ
る０次に、この具体的な実験例について第６図ａ、ｂを
用いて説明し、その問題点を考察する。なお、この点に
関する概略的説明が特開昭６１−１９６７７３号公報に
開示されている。

第６図ａは、片持梁８の側面方向から見た稜線での振幅
の状態を示すものである。超音波モータ駆動時の水平方
向の振幅１０．１１は、実験の結果梁８のＡ部とＢ部と
では変化がなく、約６，５μｍであった。しかしながら
、垂直方向の振幅１２．１３は、Ａ部の方がＢ部に比し
て３〜４μｍ大きかった。そのために、水平方向の振幅
１０゜１１と垂直方向の振幅１２．１３との合成振幅１
４．１５はＡ部とＢ部とでは方向と大きさに差を生じる
。又、回転子５（第５図参照）を圧着する力１６により
前記合成振幅１４．１５が小さくなるので、それに伴い
、水平方向の振幅１０゜１１も減少するが、この際、水
平方向の振幅１０゜１１の大きさがＡ部とＢ部とでは異
なってくる。

１７で示す線は、回転子圧着力による振幅の減少状態を
示す線である。ところが、Ａ部、Ｂ部とも同一周波数で
振動しているので、この水平方向の振幅１０．１１を水
平速度成分１８．１９に置き換えるとＡ部とＢ部とで速
度差を生じることになり、この梁８の稜線での速度差が
回転子５と梁８の上面部との間でひきすりのごとき現象
を生じさせて回転を減少させ、音を発生し、さらにトル
クにロスを発生させる原因となっていたのである。

又、粱８の上面部の速度方向にも回転を阻害する作用が
あり、この点について第６図すを用いて説明する０図に
示すように、梁８がねじれ振動を生じている状態を想像
線にて示すと、ねじれ振動を生じている梁８の各点Ｃ’
、Ｄ’点（ねじれ振動によるＣ、Ｄ点の変位位置）の速
度方向２１は、稜！２０’　　（梁８の稜線２０がねじ
れ振動で変形した稜線位置）に対して垂直方向を向いて
いる。

しかし、回転子５を回転させなければならない方向は、
各点Ｃ，Ｄとねじり振動子３の軸心とを結んだ線２２に
垂直な方向２３であり、前述の速度方向２１とは異なっ
ているため、回転子５の回転に損失が生じる結果となっ
ていた。又、粱８の中心は振幅が小さく、影響がないよ
うに考えられていたが、梁８の中心部では振幅の方向が
逆転し、振幅挙動は複雑である。従来技術では、梁８に
ボルトが接触していたため、ボルト側面とねじ孔２４と
がこすれ合い、振動エネルギーの損失が大きくなってい
た。

本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みなされたもので
あって、高トルク、高回転を容品かつ安定的に得られる
とともに、無音にて回転子を回転しうるようにした超音
波モータを提供すること目的とする。

（Ｌｌ！題を解決するための手段〕本発明は、縦振動を発生させる圧電素子と、その縦振動
を増幅させる共振器と、増幅された縦振動を梁のねじり
振動に変換して梁上面部に楕円運動を発生させるねじり
振動子と、前記楕円運動を介して回転される回転子を具
備してなる超音波モータにおいて、前記ねしり振動子に
おける梁を、軸心部の梁基部にて一体的に連接され、軸
心に対して軸対称のホーン形状に形設するとともに梁上
面の幅を小さく形成し、さらに、前記粱を回転子連結部
材に対して非接触状態に構成したものである。

〔作　用〕

上記構成においては、圧電素子により発生した振動が共
振器により増幅され、梁の面積比によるホーン効果によ
ってさらに増幅され、回転子に大きな回転力が伝達され
る。又、梁の水平速度成分が一様になり、速度方向は回
転に最も適した方向に近づき、回転が安定して音の発生
がなくなる。

又、梁と連結部材との間の振動エネルギーの損失がなく
なる。

Ｃ実施例〕以下、図面を用いて本発明の実施例について詳細に説明
する。

（第１実施例）第１図は、本発明に係る超音波モータ３０の第１実施例
の構成を示す斜視図である。

図に示すように超音波モータ３０は、圧電素子３１と、
圧電素子３１の両側に配設した共振器３２と、梁３３を
有するねじり振動子３４と、回転子３５と、固定用のボ
ルト３６等より構成してあり、本実施例においては、回
転子３５側から見た場合に、ねじり振動子３４の底溝３
７が梁３３に対して時計方向に傾けである場合、即ち、
回転子３５が反時計方向に回転する超音波モータ３０の
例を示している。

ねじり振動子３４は、基部である円板部３８と粱３３と
より構成してあり、梁３３は、第２図ａにて示すごとく
、円板３８の軸心３９周辺及び反回転方向の側面４０を
軸心３９に対して軸対称にし、さらに、軸心３９の梁下
部４１を残した状態でホーン形状に形設しである。即ち
、梁３３の中央部には、その上面４２からＵ字状の凹部
４３が形設してあり、この凹部４３の底面と円板３８の
板面との間には適宜高さの梁下部４１が残るように設定
しである。Ｕ字形状の凹部４３により、軸心３９を中心
として梁３３の長手方向に分割された２個の梁部が形設
されることになるが、各梁部は、−面側、即ち、前述の
側面４０と反対側の面４４を垂直面、他側の側面４０を
曲面に形設してあり、前述の各梁部の形状は、軸心３９
を中心にして対称に形設しである。又、梁３３の上面４
２の梁＄１４５は最小幅に形設してあり、上面４２は、
その中心ＬＡ４６が軸心３９を通り、軸心３９に直交す
る平面上に設定しである。

５０で示すのは固定ボルトで、この固定ボルト５０は円
板３８．梁下部４１を貫通して突設してあり、この突設
部の螺子部に螺合するすント５１（第１図参照）を介し
て回転子３５を圧着固定しうるように設定構成しである
。固定ボルト５０は、円板３８の細心部の螺子孔に螺着
されるが、梁下部４１にはザグリ５２が形設してあり、
梁３３と固定ボルト５０とが直線的に接触しないように
構成しである。

その他の構成については、従来のものと同様であるので
、その説明を省略する。

上記構成の超音波モータ３０においては、ねじり振動子
３４の粱３３の形状をホーン形状に形設しであるので、
この梁３３の面積比によるホーン効果によって振動、特
に縦振動が増幅される。又、梁３３の上面４２の梁幅４
５を小さく設定しであるので、稜線５５の位置での水平
速度成分の差が小さくなり、速度方向も回転に最も適し
た速度方向に近づけることができる。

又、本実施例においては、梁下部４１にザグリ５２を形
設し、粱３３が固定ボルト５０に接触しないように構成
しであるので、固定ボルト５０の存在にもかかわらす梁
３３中心部での振動の阻害はなく、振動エネルギーが固
定ボルト５０のために損失することがない、又、軸心３
９を中心にして形設した両粱部は、中央部の梁下部４１
を介して一体となっているので、各梁部は干渉し合いな
がら対称に振動する。

以上のように本実施例によれば、梁３３の垂直速度成分
がホーン効果によって増大し、稜線５５での水平速度成
分が同じ大きさに近づき、速度方向も回転方向と一致し
てくるので、従来のような回転を阻害するひきすりのご
とき現象がなくなり、その結果、回転数、トルクが安定
的に上昇し、かつ音の発生もほとんどなくなる。又、固
定ボルト５０により梁３３の振動が阻害されないので、
振動は回転子３５と梁３３上面部のみで伝達され、効率
が著しく向上する。又、固定ボルト５０を一体型ボルト
にしたので、部品点数の削減が図れる。

なお、梁３３のホーン形状は、第３図にて示すように、
軸心３９周辺及び回転方向の側面４４に設けても同様の
効果が得られることは勿論である。

（第２実施例）第４図に本発明の第２実施例を示す、なお、ねじり振動
子３４以外の構成については第１実施例と同様であるの
で、その図示及び説明を省略する。

本実施例は、ねじり振動子３４の粱３３に特徴があり、
本実施例の梁３３は、軸心３９周辺及び回転子の反回転
方向（回転子の回転方向は矢印で示しである）の側面４
０を円板３８軸心３９に対して軸対称に軸心３９の梁下
部４１を残したままホーン形状となって、円板３８上に
複数形設されるように構成したものである。なお、第４
図すは底溝３７の形状を示す（第１実施例も同じ）もの
である、その他の構成は、第１実施例と同様であるので
、その説明を省略する。

上記本実施例によれば、複数の梁３３を設けであるので
、楕円振動を伝達する箇所が増加し、従って、高トルク
の回転を発生させることが可能となる。又、回転子３５
（第１図参照）の保持位置が増えるため、回転子３５の
スラスト方向からの力によるモーメントが作用した場合
であっても、回転が安定する効果がある。その他の作用
、効果は、第１実施例と同様であるので、その説明を省
略する。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、梁に発生する楕円振動を
増幅させて回転子に効率よく伝達することができ、又、
回転子の回転を阻害するひきずり現象をなくして回転損
失を防止するとともに音の発生を抑えることができる。

その結果、高トルク。

高回転を容易かつ安定的に得られるとともに、無音にて
回転子を回転しうるようにした超音波モータを提供でき
るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る超音波モータの第１実施例を示
す斜視図、第２図ａ、ｂは、第１図の要部の拡大斜視図５断面図、第３図は、第２図の要部の変形例を示す斜視図、第４図
ａ、ｂは、本発明に係る超音波モータの第２実施例を示
す斜視図、第５図は、従来技術の斜視図、第６図ａ、ｂは、従来技術の問題点説明用の説明図であ
る。３１・・・圧電素子３２・・・共振器３３・・・梁３４・・・ねじり振動子３５・・・回転子３６・・・固定ボルト３９・・・軸心第１図

Claims

【特許請求の範囲】　縦振動を発生させる圧電素子と、その縦振動を増幅さ
せる共振器と、増幅された縦振動を梁のねじり振動に変
換して梁上面部に楕円運動を発生させるねじり振動子と
、前記楕円運動を介して回転される回転子を具備してな
る超音波モータにおいて、前記ねじり振動子における梁を、軸心部の梁基部にて一
体的に連接され、軸心に対して軸対称のホーン形状に形
設するとともに梁上面の幅を小さく形成し、さらに、前
記梁を回転子連結部材に対して非接触状態に構成したこ
とを特徴とする超音波モータ。