JPH06106033B2

JPH06106033B2 - 超音波モータ

Info

Publication number: JPH06106033B2
Application number: JP63303453A
Authority: JP
Inventors: 数馬鈴木
Original assignee: Rion Co Ltd
Current assignee: Rion Co Ltd
Priority date: 1988-11-30
Filing date: 1988-11-30
Publication date: 1994-12-21
Anticipated expiration: 2009-12-21
Also published as: JPH02151280A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、超音波モータに関し、とりわけ、圧電素子
が一体に設けられた弾性円板部材に、円板屈曲モードと
円周方向辷りモードの超音波振動を生じさせて駆動力を
取出す超音波モータに関するものである。

〔従来の技術〕従来、この種の超音波モータとして、この発明者の提案
（特願昭61−53664号）になるものがあり、これを第４
図、第５図により説明する。図において、それぞれ矩形
状の厚みモード圧電素子（11）と厚み辷りモード圧電素
子（12）が絶縁板（13）を挟んで一体に結合され、圧電
ユニット（Ｕ）を形成している。圧電ユニット（Ｕ）の
下面にはアダプタ（14）が固着されており、上面には質
量体（16）が固着されている。アダプタ（14）の下面に
はレール状の相対運動体（15）が圧接している。この圧
接力は、ボールベアリングのようなスライド部材（17）
を介して枠部材（18）によって与えられている。質量体
（16）は動作のバランスを保持する。枠部材（18）は、
質量体（16）と一体をなし、はみ出し防止ガイドの役目
と、適度のバネ性をもって、アダプタ（14）と相対運動
体（15）とを互いに圧接させるように機能している。

以上の構成により、圧電ユニット（Ｕ）、アダプタ（1
4）、質量体（16）は互いに一体化されており、圧電ユ
ニット（Ｕ）に高周波の正弦波電圧を加えると、アダプ
タ（14）は往復振動する。このときアダプタ（14）は相
対運動体（15）を蹴るごとくして、互いに直線的に相対
移動する。移動方向は、圧電素子の分極の極性と入力電
圧の極性の選択により決まる。

〔発明が解決しようとする課題〕

以上のような従来の超音波モータは、厚みが薄くなりに
くく、軽量化設計が困難であった。

この発明は上記の問題点を解決するためになされたもの
で、振動部材を共通化して小形、軽量化を達成すること
ができる超音波モータを得ることを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る超音波モータは、単一の円板状部材の両
面および片面の外周縁にそれぞれ円板屈曲モードを起こ
す円板状の圧電素子および円周方向に厚み辷りモードを
起こす円環状の圧電素子が貼着されており、円環状の圧
電素子に固着したアダプタに、ロータのような相対運動
体が圧接される。

〔作用〕

円板状部材の両面に貼着された圧電素子のうちの一方
は、電極が円環溝によって２分割されており、外周の電
極と他方側の圧電素子に並列に、円板状部材の第二次円
板屈曲モードの周波数で発振、振動させると、円側の電
極に同じ周波数の電圧が発生する。この電圧は辷りモー
ドの圧電素子に加えられ、アダプタを介して相対運動体
に回転動作を生じさせる。

〔実施例〕

第１図、第２図はこの発明の一実施例を示し、第１図に
おいて、弾性金属板である円板（１）の外側片面に電極
が２分割された円板状の圧電素子（３）が貼着されてい
る。円板（１）の内側片面には、その中央部に円板状の
圧電素子（２）が、外周縁には円周方向に辷りモードの
振動を発生する円環状の圧電素子（4a）（4b）、および
円環状のアダプタ（６）が貼着、結合されている。圧電
素子（4a）（4b）間には、絶縁板（５）が介挿されてい
る。アダプタ（６）には相対移動体であるロータ（７）
が圧接されている。円板（１）の中心には貫通穴（８）
が形成されている。

辷りモードの圧電素子（4a）（4b）は分極の方向を互い
に逆にして、右回転用および左回転用の役割をそれぞれ
分担する。圧電素子（３）は、第２図に示すように、円
環状の溝（９）によって、電極が円環状の（3a）と円板
状の（3b）に分割されており、圧電素子（２）も含めて
同相に分極されている。圧電素子（３）、（4a）、（4
b）それぞれの共振周波数は、互いに近接して設定され
ている。

次に動作について説明する。自励発振電源により、圧電
素子（３）の電極（3a）と圧電素子（２）に並列に、円
板（１）の第二次円板屈曲モードの周波数で発振、振動
を生じさせる。そうすると、電極（3b）に同じ周波数の
電圧が発生する。この電圧を圧電素子（4a）に結線、入
力すると、ロータ（７）が、例えば、右回転する。上記
の電圧を圧電素子（4b）に入力すると、ロータ（７）は
左回転する。すなわち、ロータ（７）の回転方向の切換
えは、電極（3b）に発生した電圧を、圧電素子（4a）、
（4b）のいずれかに切換え印加したかによって決定され
ることとなる。

以上の動作において、圧電素子（4a）（4b）の位相が円
板（１）の位相より多少（20°程度）遅れるので、理想
的な動作状態が得られ、かつ、切換動作が駆動回路に悪
影響を与えることなく簡単にできる点で、きわめて良好
な結果が得られた。

アダプタ（６）は、アダプタ材であるのと同時に、辷り
モード振動時のランジュバン振動子の役目も兼ねてい
る。ロータ（７）とアダプタ（６）との接触面は、動作
中にキシミ音のような異音が発生せず、かつ、損耗の少
ない材料の組合わせで互いの材料選択が行われる。すな
わち、円板（１）とアダプタ（６）とは、熱膨張係数が
圧電素子のそれと同程度のニッケル鋼などが適し、ロー
タ（７）ないしロータ（７）側への接触面材料は、上記
の特性を満足する材料、例えば銅粉末を混入したフェノ
ール系あるいはポリイミド系の樹脂が適している。

ロータ（７）は、図示しないケース側に設けた軸ベアリ
ングで、位置出しをして圧接バイアスを与えられるよう
に組立てる。円板（１）は、ノードラインすなわち円環
溝（９）の部位で固定することにより、振動時の損失を
最小にすることができる。

駆動の方法は、上記したのの他に、（3a＋２）＋4a……右回転とすると、（3a＋２）＋4b……左回転になる。

という並列接続動作でも一向構わない。この場合、スイ
ッチ切換回路が上記の場合に較べて多少面倒になる。

第３図は辷りモード圧電素子の変形を示し、単一の円環
状の圧電素子（４）を４区分し、第１図の圧電素子（4
a）の役目を（4c）と（4d）の並列で行い、圧電素子（4
b）の役目を（4e）と（4f）の並列で行うようにしたも
ので、同一の作用、効果が得られる。

また、モータの厚みを一段と薄くするためには、辷りモ
ードの共振周波数が高くなるが、円板（１）の円板屈曲
モードもそれに伴って高次モードへ移行してゆき、辷り
共振モードとの一致点を見出すことができる。

なお、円板（１）の貫通穴（８）は必ずしも必要ではな
い。

さらに、モータの全体仕上り重量を軽くするために、円
板（１）の材料をカーボンガラスのような軽いセラミッ
ク材料（比重≒３）でなる弾性部材で形成することが考
えられる。

〔発明の効果〕この発明は、以上の説明から明らかなように、円板の屈
曲モードおよび厚み辷りモードの２つの振動モードを併
発させ、相対運動体をアダプタを介して左右任意の方向
に回転駆動させるようにしたので、薄形化、軽量化を達
成することができ、加えて、構造簡単にして左右切換え
が容易である等の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】第１図はこの発明の一実施例の正断面図、第２図は第１
図のものの一部平面図、第３図は他の実施例の一部平面
図、第４図は従来の超音波モータの正断面図、第５図は
第４図のものの側面図である。（１）…円板状の弾性部材、（２）（３）…板状の圧電
素子、（4a）（4b）…リング状の圧電素子、（６）…ア
ダプタ、（７）…相対運動体。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】円板状の弾性部材と、この弾性部材の両面
にそれぞれ貼着され円板屈曲モードの振動を起こす板状
の圧電素子と、前記弾性部材の片面の外周縁に貼着され
円周方向に厚み辷りモードの振動を起こすリング状の圧
電素子と、このリング状の圧電素子上に固着され相対運
動体が圧接されるアダプタとを備えてなる超音波モー
タ。