JPH072032B2 - 超音波モータ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、圧電セラミックス等の圧電素子による超音波
振動を利用してロータを回転駆動する超音波モータに関
する。

［従来の技術］ 圧電セラミックスに高周波の交流電圧をかけて振動さ
せ、その超音波振動を駆動エネルギ源として使用するこ
の種の超音波モータは、従来の電磁モータと異なり、そ
の動作原理上、低速で高トルクが得られる、小型軽量化
が容易、構造が簡単、保持トルクが大きい、応答性が速
い、非磁性材料で構成できる、減速機構などの動力伝達
機構が不要など、多くの特徴を有することから、現在各
種の超音波モータが提案されている。第４図は捻じり振
動子と縦振動子をロータにその両側から加圧接触させ
た、所謂ロータ・サンドウィッチ型超音波モータの従来
例を示すもので、これを同図において概略説明すると、
１は捻じり振動子、２は縦振動子で、これらは一端面を
対向させて同軸配置され、且つボルト３によって一体的
に結合されている。捻じり振動子１は円筒状に形成され
て、前記ボルト３が貫通する中空ボルト４により締結固
定ており、中央部には周方向に分極されて且つ対極配置
され捻じり振動子１に円周方向に屈曲振動を起こさせる
捻じり振動発生用駆動素子としての圧電素子５と、駆動
用の電極板６が設けられている。一方、縦振動素子２の
中央部には厚み方向に伸びたり縮んだりして縦振動子２
に縦振動を起こさせる縦振動発生用駆動素子としての圧
電素子７と、駆動用電極板８が設けられている。

10は前記捻じり振動素子１と縦振動素子２の互いに対向
する対面、すなわち運動伝達面1a、2a間に位置して前記
ボルト３に回転自在に配設されたロータで、このロータ
10はアルミ合金、ステンレス鋼等によって均一な板厚を
有する円板状に形成されている。運動伝達面1aにはロー
タ10との間の摩擦力を大きくするための低摩擦高摩擦ゴ
ム等による摩擦材11が貼着され、これとは反対に運動伝
達面2aにはロータ10との滑りをよくするためフッ素樹脂
等の低摩擦性樹脂材料12がコーティングされたり、フッ
素樹脂テープが貼着されている。

ボルト３の一端部は捻じり振動素子１を貫通して縦振動
素子２の運動伝達面2aに形成されたねじ孔にねじ込ま
れ、他端部には縦振動子２を捻じり振動子方向に付勢す
る圧縮コイルばね13が装着されており、このばね力によ
って前記捻じり振動子１と縦振動子２をロータ10に所定
圧にて加圧接触させている。なお、中空ボルト４の外端
部にはナット14が螺合されている。15はばね圧調整用ナ
ット、16はワッシャである。

このような構成において、各駆動用電極板６、８に各振
動子１、２の固有振動数と一致し相互に時間的位相差が
０°である高周波電圧Φ₁、Φ₂を印加すると、捻じり振
動子１と縦振動子２にそれぞれ捻じり振動と縦振動が発
生し、これらが互いに干渉を起こして合成されると、円
周方向の進行波となり、捻じり振動子１と縦振動子１の
運動伝達面1a、2aのある任意の質点P₁、P₂に着目すると
これらの質点P₁、P₂は進行波の進行方向と逆向きに楕円
または円運動を行っており、この楕円又は円運動と、こ
れに対向して設けたロータ10との摩擦力によってロータ
10を回転駆動する。各圧電素子５、７に印加する高周波
電圧の位相差を±180°にすると、合成進行波の進む方
向が反対方向となり、ロータ10を逆転させることができ
る。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、従来のこのような超音波モータにおいて
はロータ材質として上述したようにアルミ合金やステン
レス鋼等を使用し、運動伝達面1aに摩擦材11を貼着して
いたが、捻じり振動子１との摩擦相性が悪く、十分な回
転トルクが得られないという問題があった。また、ロー
タ10の厚みが大であったため、縦振動振幅が減衰され、
質点P₁、P₂上にうまく楕円または円運動が形成されない
ことがあり、さらには縦振動素子２の運動伝達面2aとの
摩擦相性も悪く、結果としてロータ10が回転しなかった
り、回転ムラが生じ、安定且つ良好な回転特性が得られ
なかった。

したがって、本発明は上記したような従来の問題点に鑑
みてなされたもので、その目的とするところは、ロータ
と運動伝達面との摩擦特性を改善し、安定且つ良好な回
転特性を得ることができるようにした超音波モータを提
供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明は上記目的を達成するために、捻じり振動子と、
縦振動子とを互いに対向させて同軸上に配設し、これら
両振動子間に回転可能なロータを介在させたロータ・サ
ンドウィッチ型の超音波モータにおいて、前記捻じり振
動子の運動伝達面の摩擦係数を縦振動子の運動伝達面の
摩擦係数より大きく設定し、前記ロータはリン青銅によ
って薄肉円板状に形成されて、前記縦振動子が加圧接触
する面には接触面積を減じる環状突起部が設けられてい
るものである。

［作用］ 本発明においてリン青銅製ロータは捻じり振動素子、縦
振動素子の両運動伝達面との摩擦相性が良好で、十分な
回転トルクを受け、安定且つ確実に回転する。ロータの
環状突起部は縦振動素子との接触面積を減じ、摩擦を軽
減する。また、この突起部によりロータ肉厚が減少する
と、縦振動振幅の減衰が少なく、良好な合成振動が得ら
れる。

［実施例］ 以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて詳細に説明
する。

第１図は本発明に係る超音波モータの一実施例を示す断
面図、第２図はロータの拡大断面図である。なお、図中
第４図と同一部品、部分のものについては同一符号を以
て示し、その説明を省略する。これらの図において、本
実施例は捻じり振動子１と縦振動子２との間に介在さ
れ、これらが加圧接触するロータ10をリン青銅によって
円板状に形成すると共に、ロータ10の縦振動子２が加圧
接触する面の中央部に環状突起部20を一体に突設して構
成したものである。ロータ10の板厚は、環状突起部20が
設けられている中央部分のみが従来のロータと略同一
で、それより外周側が環状突起部20の突出寸法だけ薄く
形成され、これによってロータ10の薄肉、軽量化を図っ
ている。また、環状突起部20は縦振動子２の運動伝達面
2aとの接触面積を減少させ、摩擦軽減を図っている。な
お、21はロータ10の中心に開設された中心孔で、この中
心孔21の周囲に前記環状突起部20が突設され、またボル
ト３が貫通している。

その他の構成は第４図に示した従来モータと同様であ
る。

このような構成からなる超音波モータにおいて、ロータ
材質をリン青銅にすると、従来のアルミ合金やステンレ
ス鋼製のロータと比較して、捻じり振動子１との摩擦特
性を著しく改善することができ、捻じり振動により発生
する回転トルクをロータ10に効率よく伝達することが確
認された。また、環状突起部20によってロータ10を薄形
化すると、振動し易くなるので、縦振動振幅を効率よく
（減衰を小さく）伝搬でき、合成振動による楕円または
円運動をロータ面上に効率よく形成させることができ
る。さらに、環状突起部20によって縦振動子２との摩擦
を軽減させているので、ロータ10が止まったりせず、良
好な回転特性を得ることができる。

なお、環状突起部20の突設位置としては第３図に示すよ
うに半径を大きくし、ロータ外周寄りに突設されるもの
であってもよい。但し、中心から遠くなるためにしたが
って摩擦モーメントが大きくなるため、性能的には上記
実施例と比較して若干劣る。したがって、その場合は摩
擦軽減対策として縦振動子２と環境突起部20との接触面
に潤滑油等を塗布するとよい。

また、上記実施例はいずれも環状突起部20の縦振動子２
との接触面を平端面に形成したが、円弧状の曲面であっ
てもよい。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明に係る超音波モータによれ
ば、捻じり振動子と縦振動子が両側より加圧接触するロ
ータをリン青銅によって薄肉円板状に形成し、縦振動子
と接触する面に環状突起部を一体に突設して構成したの
で、縦振動子との摩擦による損失を軽減でき、また捻じ
り振動および縦振動を効果的に伝搬でき、入力電圧に対
して損失が少なく、さらに良好な回転特性が得られ、高
効率、高性能モータを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る超音波モータの一実施例を示す断
面図、第２図はロータの拡大断面図、第３図はロータの
他の一実施例を示す拡大断面図、第４図はロータ・サン
ドウィッチ型超音波モータの従来例を示す断面図であ
る。 １……捻じり振動子、1a……運動伝達面、２……縦振動
子、2a……運動伝達面、３……ボルト、４……中空ボル
ト、５、７……圧電素子、６、８……駆動用電極板、10
……ロータ、13……圧縮コイルばね、20……環状突起
部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】捩じり振動子と、縦振動子とを互いに対向
   させて同軸上に配設し、これら両振動子間に回転可能な
   ロータを介在させたロータ・サンドウィッチ型の超音波
   モータにおいて、前記捻じり振動子の運動伝達面の摩擦
   係数を縦振動子の運動伝達面の摩擦係数より大きく設定
   し、前記ロータはリン青銅によって薄肉円板状に形成さ
   れて、前記縦振動子が加圧接触する面には接触面積を減
   じる環状突起部が設けられていることを特徴とする超音
   波モータ。