JPH03195377A - 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、超音波振動エネルギを駆動源とする超音波モ
ータの改良に関し、特に圧着機構に関するものである。

［従来技術］ 従来、超音波モータは、超音波振動子に可動子を圧着し
、その圧着力に起因する摩擦力により推力を発生し相対
運動を行なっている。その−従来例を第３図に示す。リ
ニア超音波モータ５１は、超音波振動子５２の最大振幅
を与える端部に駆動部５３が形成され、支持部材５４に
よりレール５５に圧着された構成をとっている。

該圧着力を与えるための圧着機構は、前記レール５５と
前記支持部材５４との間に配置されローラベアリング５
６により支持された第１のガイド５７と、コイルバネ５
８及びバネガイド５９、バネおさえ６０により構成され
ている。これは該バネガイド５９に付けられたスクリュ
ーミゾにそってバネおさえ６０を回転させ、前記コイル
バネ５８の長さを変化させ、前記圧着力を調節するもの
である。

一方、前記支持部材５４には、該リニア超音波モータ５
１の横ずれを防止するための第２のガイド６１がボルト
６２により固定されている。該第２のガイド６１はロー
ラベアリング６３でレール５５を保持するという構成を
とっている。

さらに、該リニア超音波モータ５１は、ヨーイングを防
止するための第１の支持材６４及びロリングを防止する
ための第２の支持材６５が形成されている。

以上のように構成したリニア超音波モータ５１に交流電
気信号を印加すると、前記駆動部５３に略楕円振動が発
生し、前記レール５５との摩擦力に起因する駆動力を受
け、同図中矢印Ｂの方向へ移動する。

［発明が解決しようとする課題］ しかしなから、上述の超音波モータにおいては、その圧
着力は一般に振動の節に加えられるのに対し、摺動部位
は振動の腹である。よって、振動子の弾性体は主に金属
で構成されているといっても、その静歪は数μｍ〜数十
μｍになり、振動振幅と同一オーダーであるために、振
動振幅を吸収してしまい駆動効率が著しく低下するとい
う問題があった。

本発明は、上述した問題点を解決するためになされたも
のであり、圧着力に起因する超音波振動子の歪か発生す
る事なく、高効率、高速度化が可能な優れた超音波モー
タを提供する事をその目的としている。

［課題を解決するための手段］ この目的を達成するために本発明の超音波モータにおい
ては、超音波振動を行なう第１弾性体と、該第１弾性体
に圧着される第２弾性体と、該圧着力を発生する圧着機
構と、前記第１及び第２弾性体との摺動部位に設けられ
た駆動部とを具備し、該第１及び第２弾性体が相対運動
を行なう超音波モータにおいて、前記圧着機構は、ばね
と支持部材より成り、前記第１及び第２弾性体とを挾持
するよう構成されるとともに、前記ばねはその圧着位置
が前記駆動部の略鉛直上となる位置に配置されたという
構成をとっている。

［作用コ 上記の構成を有する本発明の超音波モータにおいては、
圧着機構により、前記超音波振動を行なう第１弾性体に
圧着力を加えても、第２弾性体との摺動部位の鉛直上に
おいてしか圧着力が加わらないので、該弾性体には圧着
力に起因する歪が発生しない。

Ｕ実施例コ 以下、本発明を具体化した一実施例を図面を参照して説
明する。

本発明に用いる圧電アクチュエータとしては、例えば特
願平１−４６８６６号の願書に添付した明細書及び図面
により提案されているような機械共振器を含んだ超音波
振動子を例にとり、第１図を参照しつつ説明する。超音
波振動子１１は、矩形平板形状を有する弾性体２１上面
に、該弾性体２１に曲げ振動を励振するための第１圧電
体２２が着設されている。該弾性体２１において、前記
着設面と略直交する側面には、該弾性体２１に縦振動を
励振するための第２圧電体２３ａ及び２３ｂが着設され
ている。

前記弾性体２１の長手方向中心は、該弾性体２１を固定
するための固定ボルト２４ａ及び２４ｂにより固定され
ている。該固定ポル）２４ａ及び２４ｂの他の一端は、
基台２５ａ及び２５ｂに固定されている。

前記第１圧電体２２の上面には、電極２６が着設されて
いる。また前記第２圧電体２３ａ及び２３ｂの上面には
電極２７ａ及び２７ｂが着設されている。また前記弾性
体２１自身は、アース電極を兼ねており、該弾性体は前
記固定ボルト２４ａ及び２４ｂを介して基台２５ａ及び
２’５ｂに接地されている。　更に該弾性体２１は、そ
の厚さ方向に所定の周波数ｆにおいて両端自由端２次モ
ードで曲げ振動し、且つ同一の周波数ｆにより長さ方向
に両端自由端１次モードで縦振動するように形状寸法を
調節されている。

一般に、弾性体中を伝播する縦振動の共振周波数は、該
弾性体の長さに依存する。また弾性体の厚さ方向の曲げ
振動の共振周波数は、前記長さ及び厚さに依存する。従
って、前述のような弾性体２］を設計する事は容易であ
るので、その詳細は省く。

以上のように構成された超音波振動子１１の作用を以下
に説明する。

まず、第１圧電体２２に周波数ｆの交流電圧を印加して
振動させると、前記弾性体２１は曲げ振動２次モードで
共振し定在波が励起される。

次に第２圧電体２３ａ及び２３ｂに周波数ｆの交流電圧
を印加して振動させると、前記弾性体２１は縦振動１次
モードで振動し定在波が励起される。つまり前記固定ボ
ルト２４ａ及び２４ｂで固定される位置は各定在波の節
となっている。

このとき、前記第１圧電体２２と第２圧電体２３ａ及び
２３ｂに印加する電圧の振幅及び位相を調節すると、前
記弾性体２１には任意の形状の略楕円振動を発生する事
が可能となる。

尚、上記実施例では、縦振動１次モードと曲げ振動２次
モードを励振し、その合成により略楕円振動を発生する
超音波振動子について説明したが、これに限定されるも
のではなく、縦振動、曲げ振動、せん断振動、ねじり振
動など、種々の振動モトの利用が考えられ、また高次モ
ードを利用しても良い。

上述の超音波振動子１１を好適に利用した超音波モータ
の構成を、第２図に基づき説明する。同図において、第
１図と同じ符号の付された各部材は、前記詳述した各構
成部材と同一である事を意味している。

リニア超音波モータ３１は、前記超音波振動子１１にお
いてその縦振動に関し最大振幅を与える両端部に駆動部
３２ａ及び３２ｂが形成されている。該超音波振動子１
１の弾性体２１は、固定ボルト２４ａ及び２４ｂにより
支持部材３３に上下方向可動に支持され、第２弾性体で
あるレール３４に圧着された構成をとっている。

該圧着力を与えるための圧着機構は、前記弾性体２１と
前記支持部材３３との間に配置されたイタバネ３５、バ
ネガイド３６及びバネおさえ３７と、第１ガイド３８、
第１ベアリング３９ａ乃至３９ｄ及びボルト４０ａ、４
０ｂによって構成されている。これは該バネガイド３６
に付けられたスクリューミゾにそってバネおさえ３７を
回転させることによって該バネおさえ３７を上下させ、
前記イタバネ３５の高さを変化させて同図中矢印Ｃ方向
の圧着力を調節するものである。

一方、前記支持部＋；１３３には、該リニア超音波モー
タ３１の横ずれを防止するために第２ガイド４１ａ及び
４１ｂがボルト４２ａ及び４２ｂにより固定されている
。該第２ガイド４１ａ及び４１ｂには第２ベアリング４
３ａ乃至４３ｄが使用されている。

以上のように構成したリニア超音波モータ３１に交流電
気信号を印加すると、前記駆動部３２ａ及び３２ｂに大
振幅の略楕円振動が発生し、その結果前記レール３４と
の摩擦力に起因する駆動力を受け、同図中矢印Ｃ方向へ
移動するものである。

このとき、前記イタバネ３５は弾性体２１とし一ル３４
との摺動部位の鉛直上において圧着力が加わるよう構成
されているので、該圧着力をいくら大きくしても前記弾
性体２１を曲げるような歪は発生しない。よって該圧着
機構に起因する振動吸収や圧電素子の歪がなく、高効率
、高速度化が可能な優れた超音波モータを得る事ができ
る。

以上本発明の実施例について説明したが、本発明はこう
した実施例に同等限定されるものではなく、本発明の要
旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得る
事は勿論である。例えば電気機械変換素子としては、電
歪素子や磁歪素子等機械的振動を電気的振動にエネルギ
変換できるものであればよい。

尚、上記実施例では駆動源とｔ、、　Ｔ：定在波振動を
励振する超音波振動子を用いたが、これに限定されるも
のではなく、進行波を励振する超音波振動子等を用いて
も同様な効果が得られる。

更に、上述の実施例では超音波振動子の形状を平板状と
する例について説明したが、それに限定れるものではな
く方形状、棒状、円筒状、円環状、０ 円板状等柱々の形状が考えられる。

［発明の効果コ 以上詳述したことから明らかなように、本発明によれば
、圧着力に起因する超音波振動子の歪が発生する事なく
、高効率、高速度化が可能な優れた超音波モータを実現
する事かできる。

【図面の簡単な説明】

第１図から第２図までは本発明を具体化した実施例を示
すもので、第１図は、本実施例の超音波振動子の一実施
例を示す図、第２図は、上記超音波振動子を好適に利用
したリニア超音波モータの構成図、第３図は、従来のリ
ニア超音波モータを示す図である。 図中、２１は第１弾性体、３２は駆動部、３３は支持部
材、３４は第２弾性体、３５はイタバネ、３６はバネガ
イド、３７はバネおさえ、３８は第１ガイド、３９は第
１ベアリング、４０はボルトである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、超音波振動を行なう第１弾性体と、 該第１弾性体に圧着される第２弾性体と、 該圧着力を発生する圧着機構と、 前記第１及び第２弾性体との摺動部位に設けられた駆動
   部とを具備し、該第１及び第２弾性体が相対運動を行な
   う超音波モータにおいて、前記圧着機構は、ばねと支持
   部材より成り、 前記第１及び第２弾性体とを挾持するよう構成されると
   ともに、前記ばねはその圧着位置が前記駆動部の略鉛直
   上となる位置に配置された事を特徴とする超音波モータ
   。 ２、請求項１記載の超音波モータにおいて、前記支持部
   材は前記駆動部の略鉛直上で前記第１或いは第２弾性体
   に対し圧着力方向と直交する方向に相対的に運動可能と
   なるように配置された事を特徴とする超音波モータ。