JPH0449874A - 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ζよ　圧電セラミック等の圧電体を用いて弾性波
を励振することにより駆動力を発生する超音波モータに
関し　より詳しくは超音波モータの移動体の構造に関す
ａ 従来の技術 近年圧電体を用いて構成した振動体に弾性振動を励振じ
　これを駆動力とした超音波モータが注目されていも 以下、図面を参照しながら超音波モータの従来技術につ
いて説明を行う。

第７図は　従来の円環型超音波モータの一部切り欠き斜
視図であも 同図において、　４は複数個の突起体１を有する円環形
弾性基板２の底面に円環形圧電体３を貼合せて構成した
振動体であム ７は弾性体５に耐摩耗性の摩擦材６を結合した移動体で
、振動体４に加圧接触して設置されていも また第８図は　従来の円板型超音波モータの一部切り欠
き斜視図であム 同図において、　４ａは複数個の突起体１ａを有する円
板形弾性基板２ａの底面に円板形圧電体３ａを貼合せて
構成した振動体であム ７ａは弾性体５ａに耐摩耗性の摩擦材６ａを結合した移
動体で、振動体４ａに加圧接触して設置されていも ここで、上記各従来例において４１　　弾性体５．５ａ
の材質としてＣヨ　　従来は鉄属　ステンレス鋼等の金
属が使用されており、この弾性体５、５ａに耐摩耗性の
摩擦材６、６ａを接着等の方法により結合することによ
り、超音波モータの移動体７゜７ａを構成していも 圧電体３．３ａには図示しないが２組の駆動電極が構成
されており、上記駆動電極に所定の位相差を有する２つ
の交流電圧をそれぞれ印加すると圧電体３．３ａは伸縮
振動をし　弾性基板２，２ａは伸縮に対して抵抗するよ
うに働くので、バイメタルと同様の効果により、撓み振
動の進行波が振動体４．４ａに励振されも 振動体４．４ａの表面の任意の点は撓み振動の進行波に
より楕円軌跡を描いて運動すム　突起体１、１ａはこの
楕円軌跡の横方向（進行波の進行する方向成分）の変位
を拡大すム　振動体４，４ａの突起体１．１ａに加圧接
触して設置された移動体７．７ａは拡大された横方向の
変位によって摩擦駆動されて回転すム 発明が解決しようとする課題 超音波モータは、　圧電体と弾性基板とから成る振動体
に数ミクロン程度の振幅の撓み振動の進行波を励振し　
この進行波による横方向変位を突起体で拡大して、突起
体先端に加圧接触して設置された移動体を駆動するモー
タであム 従って、上記の様に　耐摩耗性の摩擦材を金属等の弾性
体に結合することにより移動体を構成した場合、振動体
による撓み振動の進行波を効率良く移動体に伝達するた
めに（友　摩擦材の剛性は、モータの負荷ｌ・ルクによ
って摩擦材が横方向（進行波の進行方向）に大きく弾性
変形しないだけの剛性が必要であも また　振動体と移動体が加圧状態で相互に面接触するた
八　振動体による撓み振動の進行波を効率良く振動体に
伝達するためには　加圧接触状態での均一接触を実現す
る必要がある力（接触面に金属やセラミック等の剛性の
大きな材料を用いた場合にζ友　加圧時の縦方向の弾性
変形が小さくなり均一接触を実現することが困難であり
、騒音の発生を伴いモータ効率の低下をきたす。

一方上記の様に　耐摩耗性の摩擦材を金属等の弾性体に
結合することにより移動体を構成した場合においてｋｊ
ｉ！擦材の厚みを薄くした際にはモータの加圧力によっ
ても異なる力丈　騒音の発生を伴いモータ効率の低下を
起こす場合があったこれ（友　摩擦材の厚みを薄くする
ことで、移動体の縦方向の弾性変形が小さくなり、均一
接触が実現できなくなることと、不要振動に対する機械
的品質係数（Ｑ、）が大きくなることに起因するものと
思われる力（実用上大きな課題となムさら１二　上記の
様へ　耐摩耗性の摩擦材を金属等の弾性体に結合するこ
とにより移動体を構成した場合、金属材料は比重が大き
いた八　移動体の重量が大きくなり、結果としてモータ
の総重量が大きくなることにより、超音波モータの軽量
化を図る際に　限界が生じてくム 本発明（訳　かかる点に鑑みてなされたもので、均一接
触を実現してモータ効率を向上し　移動体の部品点数の
削減及び接着工程の省略による製造工程の簡略化と同時
にモータ重量の軽量化を目的とするものである。

課題を解決するための手段 本発明Ｃヨ　　弾性基板に圧電体を結合した振動体に　
移動体を加圧接触させ、上記振動体に撓み振動の進行波
を励振することにより上記移動体を移動させる超音波モ
ータにおいて、移動体を繊維強化樹脂複合体にて構成す
る。

作用 移動体を繊維強化樹脂複合体にて構成することにより、
強化繊維により摩擦接触面の微小な範囲での剛性を高め
ることができると同時に　大きな範囲での弾性を大きく
することにより、振動体と移動体との接触面のうねりを
吸収する面補正効果を持たせ、平面性を確保することが
できるた敢振動体による撓み振動の進行波を効率良く移
動体に伝達することが可能となム また　移動体を繊維強化樹脂複合体にて構成することに
より、摩擦材を金属弾性体に結合した構成よりも移動体
の部品点数を削減すると同時に接着工程の省略による製
造工程を簡略化することができも さら番ミ　　移動体を繊維強化樹脂複合体にて構成する
ことにより、摩擦材を金属弾性体に結合した構成よりも
移動体の重量を低減することができ、従って超音波モー
タの軽量化を実現することができも 実施例 以下、図面に従って本発明の一実施例について詳細な説
明を行う。

（第１実施例） 第１図に本発明の超音波モータの第１実施例である円環
型超音波モータの主要部の外観を示す。

第２図は本発明の一実施例である超音波モータの主要部
構成の部分拡大側面図であム　同図において、　２３は
複数個の突起体２０を有するステンレス鋼製の弾性基板
２１の底面に圧電体２２を貼合わせて構成した振動体で
あａ　さらく　２４は繊維強化樹脂複合体にて構成した
移動体であり、この移動体２４を振動体２３に加圧接触
して設置することにより、超音波モータを構成するもの
であも 振動体２３により励振された撓み振動の進行波による横
方向変位は複数個の突起体２０で拡大され　加圧接触し
て設置された移動体２４の駆動が行なわれも　従って、
移動体２４は、　負荷トルクによって、この移動体２４
の接触面が横方向に大きく弾性変形しないだけの剛性を
有すると同時番ζモータの駆動力を外部に伝達するため
に適度の機械的強度が必要である。

本実施例でＣヨ　　そのために移動体２４を、強化繊維
を用いることで剛性を高めると同時に樹脂単独成分では
不十分な機械的強度を補うためＣミ　　繊維強化樹脂複
合体で構成していも 本実施例の超音波モータで１表　移動体２４と振動体２
３との接触面の幅は同一であム 本実施例では　移動体２４を繊維強化樹脂複合体にて構
成することにより、従来例の様な摩擦材を金属弾性体に
結合するための接着工程を必要とせず、しかも射出成慇
　圧縮成形等の方法により金型を用いて容易に成形する
ことが可能であもさらに　上記移動体構成とすることに
より、移動体２４．３４を従来例の様に摩擦材をステン
レス鋼製弾性体に結合して構成した同寸法の移動体に比
較して、移動体２４．３４の重量を少なくとも１／４以
下にすることが可能であも また　振動体と移動体との接触面のうねりを吸収する面
補正効果が得られ　平面性を確保することができるた敢
　振動体による撓み振動の進行波を効率良く移動体に伝
達すること及び安定した動作が得られ九 （第２実施例） 次１ミ　第２実施例を第３図に示す。本実施例は、円環
型ではなく円板型の超音波モータである。

複数個の突起体３０を有するステンレス鋼製の円板形弾
性基板３１の底面に圧電体３２を接着することにより、
円板形振動体３３が構成されていも また円板形状の移動体３４ζよ　繊維強化樹脂複合体で
形成され　この移動体３４にステンレス鋼製の回転軸３
５を圧入した この移動体３４は振動体３３に加圧接触されるものであ
ム 上記の様に　移動体３４を繊維強化樹脂複合体にて構成
することにより、第１実施例と同様な効果が得られ九 この移動体に必要な剛性は　超音波モータの加圧力によ
って異なるた取　繊維強化樹脂複合体に含まれる強化繊
維の含有量を調整することで、移動体の剛性を調整する
ことができる。

（第３実施例） 第３実施例を第４図に示す。

まず、複数個の突起体４０を有するステンレス鋼製の円
環形弾性基板４１の底面に圧電体４２を接着することに
より、円環形振動体４３を構成した 次級　図の様に突起体４０表面の内周と外周との両端面
とは接触しない構成とした円環形状の繊維強化樹脂複合
体よりなる移動体４４を得池　この移動体４４を振動体
４３に加圧接触して設置することによりで円環型超音波
モータが構成されも移動体を上記の構成とすることによ
り、突起体４０の両端面の角による移動体接触面の機械
的な損傷を避けることができると同時へ　この角の部分
との間欠的な接触も起こさないた敢　より均一な摩擦接
触状態を得ることができ　結果として更に効率良く出力
伝達することができるた敢　モータ効率を向上すること
が可能であも この様な突起体４０の表面の内周と外周との両端面とは
接触しない構成としてＬ　　上記の他に例えば第５図に
示すものかあも　同図（ａ）ζ表　突起体の幅をＷとす
ると、外周部Ｗ／４と内周部Ｗ／４とは接触せず、突起
体の中心部Ｗ／２で突起体と移動体とが接触する構成と
したもＱ　同図（ｂ）は外周部Ｗ／２とは接触せず、内
周部Ｗ／８を面取りすることにより、突起体の内周側３
Ｗ／８で突起体と移動体とが接触する構成としたもα同
図（ｃ）は内周部Ｗ／２とは接触せず、外周部Ｗ／８を
面取りすることにより、突起体の外周側３Ｗ／８で突起
体と移動体とが接触する構成としたものであり、何れの
形状であっても上記に記載したと同様な効果を得ること
ができも また内周部および外周部の逃げ幅１表　特に限定される
ものではない力（突起体の幅によっても異なる力（最小
でも０．１ｍｍ程度の逃げ幅を設けておけばよｔ〜 更に本実施例において叡　摩擦材の接着工程を必要とせ
哄　しかも射出成形　圧縮成形等の方法により金型を用
いて容易に成形することが可能であり、また移動体の重
量を少なくとも１／４以下にすることが可能であム （第４実施例） 第６図に第４実施例を示す。

第４実施例として、まず、複数個の突起体５０を有する
ステンレス鋼製の円板形弾性基板５１の底面に圧電体５
２を接着することにより、円板形振動体５３を構成した 次Ｉ、−第５図の様に突起体５０表面の内周と外周との
両端面とは接触しない構成とした円板形状の繊維強化樹
脂複合体よりなる移動体５４を得た衡　この移動体５４
にステンレス鋼製の回転軸５５を圧入し通 この移動体５４を振動体５３に加圧接触して設置するこ
とにより、円板型超音波モータが構成されも また本実施例においては、　摩擦材の接着工程を必要と
せず、　しかも射出成形　圧縮成形等の方法により金型
を用いて容易に成形することが可能であり、また移動体
の重量を少なくとも１／４以下にすることが可能であム 以上　本発明の実施例について説明を行なった力丈　移
動体を構成する繊維強化樹脂複合体に含まれる強化繊維
の含有量（友　超音波モータの加圧力に応じて調整可能
であり、さらに剛性を調整するため番へ　　上記繊維に
グラファイト粉末　四フッ化エチレン粉太　硫化モリブ
デン粉末　フッ化黒鉛粉末等の無機充填材を組み合わせ
ることも可能であも 発明の効果 本発明の超音波モータは、　移動体を繊維強化樹脂複合
体にて構成することにより、移動体の部品点数の削減及
び接着工程の省略による製造工程の簡略４ｔ　　モータ
重量の軽量化並びに特性の安定化を実現することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の超音波モータの一実施例である円環型
超音波モータの主要構成部を一部断面で円板型超音波モ
ータの主要構成部を一部断面で示した分解斜視医　第４
図は更に他の実施例である円環型超音波モータの主要構
成部を一部断面で示した分解斜視医　第５図は第４図の
実施例における移動体の形状例を示す斜視医　第６図は
更に他の実施例である円板型超音波モータの主要構成部
を一部断面で示した分解斜視＠　第７皿　８図は従来の
円環型超音波モータの主要構成部を一部断面で示した分
解斜視図であム １、１ａ、２０、３０．４０、５０・・・突起体２、２
ａ、　２１、３１．４１、５１・・・弾性基板３、３ａ
、２２、３２．４２、５２・・・圧電体４、４ａ、２３
、３３．４３、５３・・・振動体５、５ａ・・・弾性体
　６、６ａ・・・摩擦材、７．７ａ・・・移動体 ２４、３４、４４、５４・・・移動体 ３５、５５・・・回転観 代理人の氏名　弁理士　粟野重孝　ほか１名第 図 第 図 ２３静体

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）弾性基板に圧電体を結合した振動体に、移動体を
   加圧接触させ、前記振動体に撓み振動の進行波を励振す
   ることにより前記移動体を移動させる超音波モータにお
   いて、前記移動体を繊維強化樹脂複合体にて構成したこ
   とを特徴とする超音波モータ。
2. （２）複数個の突起体を有する弾性基板に圧電体を結合
   した振動体に、移動体を加圧接触させ、前記振動体に撓
   み振動の進行波を励振することにより前記移動体を移動
   させる超音波モータにおいて、前記移動体は、繊維強化
   樹脂複合体にて構成されると共に前記振動体の突起体表
   面の内周と外周との両端とは接触しない構成としたこと
   を特徴とする超音波モータ。