JPH0477554B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は超音波モータ、特に、弾性振動子に進
行弾性波を発生させ、これにより移動体を駆動す
る様な超音波モータに関する。

（従来技術） 超音波モータとは、例えば、固定体と移動体を
備え、これらの固定体と移動体のうち少なくとも
一方は複数の電歪素子で駆動される少なくとも一
つの振動子を含み、前記電歪素子の引出しリード
は駆動電源に接続され、固定体と移動体はトルク
を伝達するために振動子の表面上の少なくとも一
点において互いに押し合い、そして電歪素子に加
える超音波電気エネルギーを機械振動エネルギー
に変換させ、該機械的振動エネルギーを移動体の
一方向運動に変える様な装置であり、この種の装
置に関しては、すでに特開昭52−29192号公報等
で開示されている。

特にここでは機械的振動エネルギーとして、表
面弾性波を用い、該弾性波によつて移動体を摩擦
駆動する様にし、且つ、その際少なくとも一つの
電歪素子の振動によつて定在波を発生させる様な
構成のモータについて述べる。

第１図はこの種のモータの駆動原理を示すもの
で、１を移動体、２を弾性振動子とする。Ｘ軸は
振動子２の表面上に起きる表面波の進行方向を示
しＺ軸をその法線方向とする。

弾性振動子２に不図示の電歪素子により振動を
与えると、表面弾性波が発生し振動子表面上を伝
搬していく。この弾性波は縦波と横波を伴つた表
面波で、その質点の運動は楕円軌道を描く振動と
なる。質点Ａについて着目すると、縦振巾ｕ、横
振巾ｗの楕円運動を行つており、表面波の進行方
向を＋Ｘ方向とすると楕円運動は反時計方向に回
転している。この表面波は一波長ごとに頂点Ａ，
A′……を有し、その頂点速度はＸ成分のみであ
つて、Ｖ＝2πfu（但しｆは振動数）である。そこ
でこの表面に移動体１の表面を加圧接触させると
移動体表面は頂点Ａ，A′……のみに接触するか
ら、移動体１は振動子２との間の摩擦力により矢
印Ｎの方向に駆動されることになる。

矢印Ｎ方向の移動体１は移動速度は振動数ｆに
比例する。又、加圧接触による摩擦駆動を行うた
め縦振巾ｕばかりでなく、横振巾ｗにも依存す
る。即ち、移動体１の移動速度は楕円運動の大き
さに比例し、楕円運動の大きい方が速度が高い。
従つて、移動体速度は電歪素子に加える電圧に比
例する。

第２図は第１図に示した弾性振動子２に表面波
を発生させるための原理を示すものである。３ａ
及び３ｂは弾性振動子２の共振周波数から最も効
率よく弾性波を得ることのできる様な間隔で弾性
振動子２に貼り付けた、例えば、PzT等の電歪素
子であり、３ａは線Ａに、３ｂは線Ｂに接続され
ている。４はこのモータの駆動用の電源であり、
Ｖ＝Vosin〓ｔという電圧を供給しており、図か
らも明らかなように、線ＡにはＶ＝Vosin〓ｔの
電圧が加わる。線Ｂには90°位相シフタ５により
Ｖ＝Vosin（〓ｔ±π／２）の電圧が加えられる。＋、 −は移動体の移動方向により切換える。即ち90°
位相シフタ５によつて＋90°位相をずらす場合と
−90°位相をずらす場合によつて移動体進行方向
が異なる。

(イ)〜(ニ)は時間に応じた振動子２の振動状態を示
し、(イ)はｔ＝2nπ／ω、(ロ)はｔ＝π／2ω＋2nπ／
ω、(ハ)はｔ π／ω＋2nπ／ω、(ニ)はｔ3π／2ω＋2nπ／ωの状態
である。

弾性波は第２図中右方向に進むが、振動子２の
駆動面の任意の質点は反時計方向の楕円運動を行
う。従つて駆動面に圧接される不図示の移動体は
左方向に移動する。

第３図は、以上説明した原理に基づいて構成し
た超音波モータの一従来例を示すもので、図にお
いて、６は回転体、７は摩擦体（例えばゴム）
で、これらは接着されて一体構成とされる。８は
振動子、９は振動吸収部材で、これらはホルダ１
０に取付けられる。回転体６は調圧バネ１１と調
圧ナツト１２により摩擦体７を介して振動子８
に、適度に加圧接触される。そして、振動子８の
表面８ａに、その裏面に固着された不図示の電歪
素子を通じて進行弾性波を発生させる事により、
回転子６が駆動される。振動吸収部材９は振動子
８とホルダ１０との間で振動による悪影響が出な
いよう、例えばフエルトの様な振動を吸収する材
料で出来ている。

以上に述べた従来の超音波モータではその原理
上、回転体６と振動子８を加圧接触させる必要が
あるため、バネ１１等の機械的手段を用いて加圧
接触を行つていた。そのため、第３図のように、
バネ１１と回転体６が接触する事により回転体６
の回転の妨げとなり、モータの効率を悪くしてい
た。

又、機械的にも複雑になり、小型化の妨げにな
つていた。

（目的） 本発明は上述従来例の欠点を除去し、駆動効率
に優れ、構造も簡単で煩雑な調整も不要となる新
規な超音波モータを提供せんとするものである。

（実施例） 第４図は、本発明の一実施例を示すもので、図
中、１３は回転体、１４は永久磁石、５は摩擦体
で、これら１３，１４，１５で示す要素は接着さ
れ一体構成とされている。１６は振動子、１７は
振動吸収部材で、これら１６，１７で示す要素は
接着され、ホルダ１８に取付けられる。ホルダ１
８は磁性体で出来ている。

回転体１３は永久磁石１４の、磁性ホルダ１８
に対する磁力による接着力により、振動子１６に
対し加圧接触させられる。そして、振動子１６の
表面１６ａに、その裏面１６ｂに固着された不図
示の電歪素子を通じて進行弾性波を発生させる事
により、回転子１３が駆動される。

第５図は、本発明の他の実施例を示すもので、
図中２１，２２は永久磁石で、互いに面方向に反
発するように配置されている。２３は回転体、２
４は摩擦体で、これら２２，２３，２４で示す要
素は接着され一体構成とされる。２５は振動子、
２６は振動吸収部材で、２７で示す下ホルダに取
付けられる。永久磁石２１は２０で示す上ホルダ
に取付けられている。上ホルダ２０と下ホルダ２
７は１９ａ，１９ｂ，１９ｃで示すねじビスによ
り結合され、超音波モータを構成する。ここで磁
石２１と２２は接触せず、磁力により互いに反発
し合つている。回転体２３と振動子２５は磁石２
１，２２の互いの磁力による反発力により適度に
加圧接触させられる。そして、振動子２５の表面
２５ａに、その裏面に固着された不図示の電歪素
子を通じて進行弾性波を発生させる事により、回
転体２３が駆動される。

特にこのようなドーナツ形のモータの場合、従
来においては、機械的加圧手段（バネ等）による
加圧は回転体に対し、その回転中心付近では行え
ないため加圧手段と回転体との間の接触による駆
動損失は大きかつたが、本実施例によれば、斯か
る駆動損失がなくなるものである。

以上、２つの実施例では、回転型のモータにつ
いて説明したが、リニア型であつても振動子と移
動体とを加圧接触させるのに磁力を用いる構造は
同様に有効である。

（効果） 以上、説明したように本発明によれば弾性振動
子に弾性進行波を発生させ、これにより被駆動体
としての移動体を駆動する超音波モータとし、振
動子と移動体の加圧接触を磁力発生機構からの磁
力により行うため、必要な圧力だけで弾性振動子
と被駆動体としての移動体が接触し、従来のよう
に被駆動体としての移動体の駆動の妨げになる加
圧手段と被駆動体としての移動体との間の機械的
接触がなく、モータの駆動効率が飛躍的に向上す
る。特に、ドーナツ形のモータについては加圧を
回転中心により近い位置で行う方が接触による損
失が少ない処、ドーナツ形のためそれが行えず、
損失が極めて大きかつたものが、加圧手段と移動
体とが無接触であるためモータの駆動効率が飛躍
的に向上する。

又、加圧するための構造も、磁力により吸着あ
るいは反発する一組の機構を持つだけで済むため
極めて簡単化され小型化できると共に、煩雑な調
整の手間も省ける様になる等、多大の利点が得ら
れる様になる。尚１６又は２５が弾性振動子を構
成し、１３，１５又は２３，２４が被駆動体を構
成し、１４，１８又は２１，２２が磁力発生機構
を構成する。

【図面の簡単な説明】

第１図は弾性振動子の表面弾性波を利用した超
音波モータの原理説明図、第２図は超音波モータ
の駆動方法の説明図、第３図は超音波モータの一
従来例を示す分解斜視図、第４図は本発明に係る
超音波モータの一実施例の分解斜視図、第５図は
本発明の他の実施例の分解斜視図である。 １３；２３……移動体（回転体）、１６；２５
……振動子、１５；２４……摩擦体、１５；２
１，２２……永久磁石、１８……磁性ホルダ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 弾性振動子１６；２５と、被駆動体１３，１
   ５；２３，２４と、 磁力発生機構１４，１８；２１，２２とを有す
   る超音波モータであつて、 前記被駆動体１３，１５；２３，２４は前記弾
   性振動子１６；２５に接触して駆動されるもので
   あり、また前記被駆動体１３，１５；２３，２４
   と前記弾性振動子１６；２５は前記磁力発生機構
   １４，１８；２１，２２からの磁力によつて加圧
   接触されるものである超音波モータ。