JPH0429574A - 棒状超音波モータ - 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、棒状弾性体に設けられた圧電素子等の電気−
機械エネルギー変換素子に電気エネルギーを供給するこ
とにより、棒状振動子を振動させ、振動子の質点に円又
は楕円運動させることで、振動子に押圧した移動体を摩
擦駆動させる超音波モータの特に圧電素子を挟持する挟
持面の構造に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、超音波モータとしては、円環に曲げ振動を起こし
、摩擦力により移動体を駆動させるタイプのものが、カ
メラ用ＡＦ機構などで、実用化されている。しかし、リ
ング形状であるため、加圧機構を含めたユニットとして
は、意外とコスト高であり、中空を要求されぬモータ用
途としてはコスト上不利である。そこで、中実型で、加
圧系などの構成が容易なタイプのモータとして、第４図
及び第５図に示すような棒状の超音波モータが提案され
ている。

′ｓ４図及び＄５図において、１は先端部の小径軸部１
ａと後端部の大径軸部１ｂとの間にホーン形状のホーン
部ＩＣを形成した金属丸棒からなる中空の振動体で、軸
孔にねじ部１ｄが形成されている。２は振動体１の大径
軸部１ｂと同径の外径に形成された金属丸棒からなる押
え体で、軸心にボルト通し孔２ａが形成されている。３
．４は大径軸部１ｂと同径外径に形成された円環形状の
圧電素子板で、不図示の電極板を介装して振動体１と押
え体２との間に配置される。６は固定ボルトで、押え体
２のボルト通し孔２ａを通して振動体１のねじ部１ｄに
螺着し、圧電素子板３゜４を押え体２と振動体１との間
に挟持固定する。圧電素子板３．４は、例えば−面が共
通電極、他面が直径方向の中心軸線に対して対称の極性
の異なる電極に形成され、一方の圧電素子板３と他方の
圧電素子板４とを９０°の角度ずらすようにして同じ向
きに配置されている。

方の圧電素子板３の２分割電極面を例えば振動体１の後
端面に接触させ、不図示の電極板を介して他方の圧電素
子板４が接し、該他方の圧電素子板４の共通電極を押え
体２の前端面に接触させている。前記電極板と振動体１
との間に交流電圧Ｖ１を、該電極板と押え体２との間に
交流電圧■２を印加することにより、圧電素子板３の厚
み方向における伸縮変位による振動と、圧電素子板４の
厚み方向における伸縮変位による振動との合成により、
振動体１と押え体２カ）らなる棒状の振動子Ａを振動さ
せる。

交流電圧Ｖ１とｖ２とは、振幅及び周波数が共に同じで
、時間的に位相が９０°のずれを有している。

したがって、振動子Ａは軸心を中心として縄飛びの縄の
ような円運動を行うことになる。また、電圧ｖ１とｖ２
どの位相を逆転すると、円運動の正逆回転が逆となる。

なお、この円運動が生じる原理については特開昭６２−
１４１９８０号等により公知であるので、説明は省略す
る。

振動子Ａに励起する振動は、ホーン部ＩＣに振動の山が
位置するように振動モードが設定されていて、振動体１
の先端部に嵌合するロータＲの嵌合先端部と、ホーン部
１ｃに形成される振動の腹の部分との摩擦接触により、
ロータＲを回転駆動する。５はロータＲを振動体１に加
圧接触させるためのスプリングで、固定ボルト６の先端
部と掛止めビン７の先端部との間に掛止められている。

掛止めどン７は、ロータＲの一端部に取り付けられたス
ラストベアリング８のインナーレース部に装着され、ロ
ータＲに対してスプリング５のバネ力を付与する。

（発明が解決しようとする課題） しかし、従来の棒状超音波モータは、圧電素子板３，４
をホルト６により振動体１と押え体２との間に挟持固定
した状態において、第６図に示すように、圧電素子の軸
方向歪み量に差が生した。

これは、圧電素子板を挟持する際、振動体１と押え体２
とが弾性変形し、ボルト６のネジ部に近い内周側、特に
振動体１の内周側に応力が集中することに起因する。

このため、ボルト６を締め付けて圧電素子板３．４を挟
持する際、圧電セラミックスからなる圧電素子板３，４
が割れ易く、また圧電素子板３．４と振動体１、押え体
２とが均一に接触しないことから振動特性にバラツキが
生じ易く、モータの効率低下を招くという問題かあった
。

本発明の目的は、このような従来の問題を解決し、圧電
素子板を歪量に差を生じさせることなく挟持することが
できて、圧電素子板に割れを発生させず、しかも振動特
性を低下させることのない棒状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） 本発明の目的を実現するための手段は、棒状弾性体と押
さえ体との間に電気−機械エネルギ変換素子を配置し、
該弾性体と押さえ体とを軸心部でボルトにより結合して
該電気−機械エネルギ変換素子を挟持した振動子と、該
振動子の弾性体に圧接する移動部材とからなり、該電気
−機械エネルギ変換素子に交流電圧を印加することによ
って該振動子に同形の屈曲モートの振動を異なる複数の
平面内に適当な時間的位相差を有して励起させ、以て該
振動子の表面粒子に円又は楕円運動を行わせて該弾性体
に圧接する移動部材を摩擦駆動する棒状超音波モータに
おいて、該電気−機械エネルギ変換素子に対する該弾性
体及び押さえ体の挟持面を凹面形状としたことを特徴と
する棒状超音波モータにある。

〔作用） 上記した構成の棒状超音波モータは、電気−機械エネル
ギ変換素子に対する振動体及び押さえ体の挟持面が凹面
であるため、振動体及び押さえ体とを結合するボルトの
締結力によって電気−機械エネルギ変換素子の中心部に
過大な応力が加わらず、略均−な挟持圧力で電気−機械
エネルギ変換素子を挟持固定する。

（実施例〕 第１図は本発明による棒状超音波モータの一実施例を示
す振動子の分解状態の断面図である。

本実施例は、圧電素子板３に対する振動体１の挟持面１
ｅを、凹面としたテーパ面（角度α）とし、また圧電素
子板４に対する押え体２の挟持面２ｂと、該挟持面１ｅ
と同様に凹面のテーパ面（角度α′）としている。

このように構成した振動子は、圧電素子板３４を従来例
と同様にポルにより振動体１と押え体２との間に挟持固
定する際、圧電素子板３４は夫々挟持面１ｅ及び２ｂの
外周側から徐々に接触し始る。ボルトを所定値まで締付
けると、振動体１のねし孔１ｄの近傍における挟持面１
ｅ及び、押え体２のボルト孔２ａの近傍における挟持面
２ｂは、歪が大きくなるが、この部分は外周端よりも窪
んでいるため、歪が大きくなった部分によって圧電素子
板３．４に加わる圧力をその他の面による加圧力と略均
−１あるいは外周側圧力をやや大となる状態にすること
が可能となる。

圧電素子板３，４は、締付は時にその外周側から圧力が
徐々に加わり、また過大な圧力が加わることがないため
、割れにくくなる。

また、圧電素子板３．４を略均−な圧力でその全面を加
圧てき、あるいは外周側圧力をやや大ぎくすることがで
きるので、駆動時に圧電素子板３．４の浮きか生したり
、圧力過大部分が生じることかなくなり、振動特性が向
上し、効率が向上する。

なお、押え体２に対するボルトの締付力か作用する位置
は、圧電素子板４よりも離れているため、その分テーバ
の角度α′は、振動体１のテーパの角度αよりも小さく
している。

上記した第１図に示す実施例は、振動体１及び押え体２
の圧電素子板との挟持面を凹面のテパ面としているが、
第２図に示す球面形状としたり、第３図に示すように歪
一定となる曲面形状であってもよく、これらの場合にお
いても、歪を均一化、あるいは外周部の歪をやや大きく
することができる。

第３図に示す実施例は、理論計算により求めた歪一定と
なるような曲線ｆ（ｒ）、あるいは外周側の歪が若干大
きくなるように求めた曲線ｆ　（ｒ）により挟持面の凹
面を形成している。

なお、曲線ｆ　（ｒ）は外周側で大きく、内側で小さい
曲線となる。

第７図は、本発明によるモータを使用して、光学レンズ
の鏡筒を駆動する場合の構成例である。

１２は移動体８と同軸的に接合された歯車で、回転出力
を歯車１３に伝達し、歯車１３と噛み合う歯車をもった
鏡筒１４を回転させる。

移動体８および鏡筒１４の回転位置、回転速度を検出す
るために、光学式エンコーダスリット板１５が歯車１３
と同軸に配置され、フォトカプラ１６で位置、速度を検
出する。

なお、９はバネボス−ト、１０はベアリング、１１はば
ねである。

〔発明の効果〕

本発明によれば、挟持による圧電素子板等の電気−機械
エネルギ変換素子の軸方向歪みが内外周で均一化される
、あるいは任意の歪み分布が得られるため、挟持の際の
圧電素子板の割れが生じにくく、振動特性や効率の良い
モータを得ることができる。

そして、このような棒状超音波モータを駆動源として用
いることにより、コンパクトて高精度な駆動が行える。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による棒状超音波モータの実施例を示す
振動子の分解断面図、第２図及び第３図には夫々他の実
施例を示す振動体の断面図、第４図は従来の棒状超音波
モータの斜視図、第５図はその断面図、第６図はその圧
電素子板の軸方向歪量を示す図、第７図は光学レンズの
鏡筒駆動機構を示す断面図である。 １・・・振動体　　　　　１ｅ・・・挟持面２・・・押
さえ体　　　　２ｂ・・・挟持面３．４・・・圧電素子
板　　６・・・ボルト他４名 ／ 第５図 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　棒状弾性体と押さえ体との間に電気−機械エネルギ
   変換素子を配置し、該弾性体と押さえ体とを軸心部でボ
   ルトにより結合して該電気−機械エネルギ変換素子を挟
   持した振動子と、該振動子の弾性体に圧接する移動部材
   とからなり、該電気−機械エネルギー変換素子に交流電
   圧を印加することによって該振動子に同形の屈曲モード
   の振動を異なる複数の平面内に適当な時間的位相差を有
   して励起さ せ、以て該振動子の表面粒子に円又は楕円運動を行わせ
   て該弾性体に圧接する移動部材を摩擦駆動する棒状超音
   波モータにおいて、 該電気−機械エネルギ変換素子に対する該 弾性体及び押さえ体の挟持面を凹面形状としたことを特
   徴とする棒状超音波モータ。 ２　弾性体及び押さえ体の挟持面は、テーパ形状の凹面
   としたことを特徴とする請求項１に記載の棒状超音波モ
   ータ。 ３　弾性体及び押さえ体の挟持面は、球面形状の凹面と
   したことを特徴とする請求項１に記載の棒状超音波モー
   タ。 ４　弾性体及び押さえ体の挟持面は、電気−機械エネル
   ギ変換素子を均一加圧する曲面形状の凹面としたことを
   特徴とする請求項１に記載の棒状超音波モータ。 ５　請求項１ないし４のいずれかに記載の棒状超音波モ
   ータを含む装置であって、該棒状超音波モータの摩擦駆
   動される移動部材により駆動される出力部材を有する装
   置。