JPH0580193U - 超音波モータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 振動体１と移動体５との接触面積が、常にほ
ぼ一定となるようにして、特性の安定な超音波モータを
得ることである。 【構成】 振動体１の端縁部Ｘには、平行状の突起物１
０が設けられている。この突起物１０は移動体５と接触
している。振動体１が伸縮すると、移動体５が駆動され
る。この場合、突起物１０と移動体５との接触面積はほ
ぼ一定に保持される。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は超音波モータの特性を安定にするための改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】

従来の超音波モータの原理は下記の通りである。 図３（Ａ）において、符号１で示す角柱状の部材は弾性体で作られた振動体 である。ここでは、例えば、振動体１の長さＬを、例えば４０mm、高さＨを１０ mmとした。振動体１の下面側には、圧電セラミックスから成る超音波振動子２が 貼り合わせられている。超音波振動子２の表裏両面即ち上面と下面とには金属薄 膜から成る電極３，４が設けられており、上側の電極膜３が振動体１に貼り貼り 合わせられている。超音波振動子２の長さをａ、超音波振動子２からの振動体１ の突出量（オーバーハング量）をｂとしたとき、ａとｂの関係が、ａ：ｂ＝２： １の関係になるように（即ちＬ＝ａ＋２ｂとなるように）設定した。

【０００３】 いま、超音波振動子２の電極３，４の間に、所定の駆動回路を介して交番信号 を印加し、この交番信号の周波数を連続的に変化させると、特定の周波数で超音 波振動子２のアドミッタンスが急激に増大してピークを示す。これを実測して示 したのが図４であり、周波数ｆ₀とｆ₁とｆ₂とでアドミッタンスが急激に増大し 、ピークを示している。アドミッタンスが急激に増大しているということは大電 流が流れているということであり、それぞれが共振モードとなる。これら共振モ ードのうちｆ₂の共振モードにおける振動体１は図３（Ｂ）に示すように、振動 体１の長手方向に伸縮するように振動する。この場合の振幅は印加する電圧によ って変化するが、通常振動体１の先端部は数μｍ程度の振幅で振動する。因みに ｆ₁の共振モードでは超音波振動子２から突出した部分の振動体１が上下方向で かつ互いに逆方向に撓み、波打つように振動する。

【０００４】 図５は、上述の振動体１の共振モードのうち、長手方向に伸縮するｆ₂共振モ ードを利用した超音波モータの基本的構成を示す。 同図において、弾性体によって任意の形状例えば角柱状に成形された振動体１ の少なくとも一面に超音波振動子２が貼着されている。超音波振動子２としては 例えば圧電セラミックスの採用が好ましい。この圧電セラミックス２は、その上 面と下面に形成された金属薄膜の電極３，４の間に交番信号を印加することによ って所定の振動を一体となった振動体１に起こさせる。超音波振動子２は一方の 電極部分例えば上面の電極４部分を振動体１に例えば接着剤等によって貼着する ことによって、振動体１と一体化されている。また、この超音波振動子２と振動 体１との配置関係は、図３に示す原理と同様に、超音波振動子２の長さａと、振 動体１の両端部の超音波振動子２から突出する量（オーバーハング量）ｂとの関 係がａ：ｂ＝２：１の関係になるように設定されている。この場合、振動体１の 振動の振幅が最大となる。

【０００５】 振動体１の一方の端部、例えば端縁部Ｘの近傍には振動時に接触可能な位置に 移動体５が配置されている。移動体５は図示の例ではローラのような回転体であ り、回転軸Ｏを中心に回転可能に設けられている。この移動体５の周面と振動体 １の振動面即ち端縁部（稜線ないし面）Ｘとは平行な関係となるように当接また は接近させて配置されている。更に図示するように、振動体１は、端縁部Ｘと移 動体５の回転軸Ｏを結ぶ線と、振動体１の振動方向と平行な面例えばＸ₂との成 す角度θがほぼ４５°となるように配置されている。もっとも、角度θは４５° である必要は特になく、０°以上９０°未満の範囲で適宜設定できる。即ち、端 縁部Ｘと移動体５の回転軸Ｏを結ぶ線が、振動体１の振動方向と平行な面Ｘ₂に 対して傾いていれば良い。この移動体５は振動体１との間に適度な摩擦が存在し たときに振動体１の振動を受けて移動させられる。したがって、振動体１が収縮 するときには、振動体１の動きは移動体５に対し逃げる方向となるため摩擦力が 低減して移動体５からは遊離される。

【０００６】 振動体１は、振動体１の伸縮振動方向の側面であって移動体５と接する端縁部 Ｘとは逆の側面Ｘ₁を伸縮振動方向に移動しないように規制する支持手段６と、 振動体１の伸縮振動方向の側面と交差する側の側面であって移動体５と接する端 縁部Ｘを有する側面とは逆の側面Ｘ₂を伸縮振動方向には移動自在に支持すると 共に当該振動体１を移動体５側に押しつける付勢手段７とによって支持され、そ れ以外の点において固定されていない。支持手段６は、振動体１の移動体５と接 触する端縁部Ｘの反対側の端部Ｘ₁を少なくとも伸縮振動方向（ｘ方向）へは移 動させないように動きを規制するものである。

【０００７】

【考案が解決しようとする課題】

さて、上述した原理に基づく超音波モータにおいて、問題であるのは、図３か ら明らかなように、移動体（ローラ）５が振動体１の端縁部Ｘを加圧する構造と なっている点である。 このような構造であると、使用の経過に伴って振動体１の端縁部Ｘの摩耗が不 均一となり、摩耗の進行と共に両者の接触面積が増加する。このため、超音波モ ータとしてのトルク、速度等の特性が変化してしまう欠点がある。

【０００８】 本考案の目的は上記欠点を解決するため、上記接触面積がほぼ一定となるように することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するため、本考案は、交番信号が印加されて伸縮するように振 動する振動体と、該振動体を振動させる駆動回路と、上記振動体の一方の端部に 接触する移動体と、を備え、上記振動体の伸縮移動によって上記振動体の端部に 接触する移動体を所定方向に移動させる超音波モータにおいて、前記振動体の端 部の形状が、前記移動体との接触面積が常にほぼ一定となるように形成されてい ることを要旨とする。

【００１０】

【作用】

振動体の端縁部と移動体との接触面積が常にほぼ一定なので、摩耗が進行して も、超音波モータとしての特性はほとんど変化しない。

【００１１】

【実施例】

以下図面に示す本考案の実施例を説明する。 図１は本考案の一実施例を示し、同図（ａ）に示す如く該実施例の基本的構造 は、振動体１の端縁部Ｘに平行状の突起物１０が一体又は別体で、前記θ方向に 設けられていて、これが移動体５と接触するようになっている。このため振動体 １と移動体５との接触面積は常にほぼ一体となる。

【００１２】 図１（ｂ）において、波形発振器８は、ｆ₂モード選択スイッチＳＷ₂を“ＯＮ ”にすることによって発振動作を開始し、前述のｆ₂モードの周波数が発振され る。波形の形状は、通常、正弦波、三角波、矩形波等いずれでもよい。発振器８ から出力された交番信号は増幅器９で増幅され、二つの超音波振動子２の各電極 ３，４間に印加される。二つの超音波振動子２の各電極３，４は電源に対し並列 に接続されている。この駆動回路から印加される交番信号は、振動体１と超音波 振動子２とを含めた全体の弾性的性質からｆ₂共振モードとなる或る周波数の信 号である。

【００１３】 以上のように構成された超音波モータによると、次のように作動する。スイッ チＳＷ₂が“ＯＮ”に切り替えられると、ｆ₂共振モードの周波数の交番信号が発 振器８から出力され、増幅器９において増幅されてから超音波振動子２に印加さ れるので、振動体１がその長手方向即ち伸縮方向（ｘ方向）に振動する。このと き、振動体１の一端Ｘ₁が支持手段６によって振動方向にはその移動が規制され ているため、規制のない自由端側即ち移動体５と接触する端縁部Ｘ側に振動の変 位が現われる。換言すれば、振動体１の端縁部Ｘ側のみが図上Ｂのストローク範 囲で振動する。この振動体１の振動動作のうち右方への移動時即ち伸長時には端 縁部Ｘの突起物１０が移動体５の周面に対して食い込む向きとなるため、移動体 ５を反時計方向に押し回す。一方、振動体１の振動動作のうち左方へ移動時（収 縮時）には端縁部Ｘの突起部８が移動体５の周面に対して逃げる向きとなるため 、振動体１と移動体５の突起物１０との間の摩擦力が減って移動体５は連動しな い。結局、共振モードｆ₂では、移動体５は図示の場合、反時計方向に回転駆動 されることになる。

【００１４】 なお、上述の実施例は本考案の好適な実施の一例であるがこれに限定されるも のではなく、本考案の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能でる。例 えば、前記支持手段６及び付勢手段７は必ずしも設けなくても良い。また図２に 示すように、突起物１０は振動体１とほぼ同方向に設けてもよい。

【００１５】

【考案の効果】

以上説明したように本考案によれば、移動体と振動体端部の突起物との接触面 積が常にほぼ一定に保持されるので、超音波モータとしての特性が安定し、寿命 が長くなる点、実用上種々の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例を示す概略図である。

【図２】上記実施例の変形例を示す概略図である。

【図３】従来の超音波モータの概略構成図である。

【図４】振動体の共振モードを説明するためのグラフで
ある。

【図５】従来の超音波モータの他の概略構成図である。

【符号の説明】

１ 振動体 ２ 超音波振動子 ５ 移動体 Ｘ 振動体端縁部 １０ 突起物

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 交番信号が印加されて伸縮するように振
   動する振動体と、該振動体を振動させる駆動回路と、上
   記振動体の一方の端部に接触する移動体と、を備え、上
   記振動体の伸縮移動によって上記振動体の端部に接触す
   る移動体を所定方向に移動させる超音波モータにおい
   て、 前記振動体の端部の形状が、前記移動体との接触面積が
   常にほぼ一定となるように形成されていることを特徴と
   する超音波モータ。