JPH08223947A - 超音波モータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 突起の加工に手間をかけることなく、出力が
大きく、効率のよい超音波モータを提供する。 【構成】 駆動面に振動波を発生する弾性体１１と、弾
性体１１の駆動面に摩擦接触する被駆動面を有し、振動
波により移動する移動子２とを備え、弾性体１１の駆動
面に、ほぼ一定間隔で多数設けられ、かつ、移動子２の
移動方向に対して略直交する方向に設けられた微細溝１
１ｂを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、弾性体と相対運動部材
との摺動面を改良した超音波モータに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】図７は、従来の超音波モータの一例を示
す斜視図、図８は、従来例に係る超音波モータの固定子
を部分的に示す拡大斜視図である。従来の超音波モータ
は、固定子１と移動子２とを備えている。固定子１は、
弾性体１１と、この弾性体１１に接着され、駆動信号を
印加することにより励振する圧電体１２とから構成され
ている。また、移動子２は、移動子母材２１と、この移
動子母材２１に貼付され、固定子１の弾性体１１の駆動
面に接する摺動部材２２とから構成されている。

【０００３】弾性体１１は、駆動面側に多数の突起１１
ａが成形されており（特公平１−４０５９７参照）、こ
の突起１１ａによって、振動の拡大効果を得ている。こ
の突起１１ａは、図８に示すように、突起高さＬを大き
く、突起幅Ｗを小さくすることにより、駆動方向の力が
効率よく得られる。この突起１１ａは、突起高さＬを大
きくしても、突起幅Ｗがある程度小さくならないと、固
定子１の全体の剛性が大きくなってしまうので、振動を
発生させるのに必要なエネルギーが増加して、不利にな
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前述した従来
の超音波モータにおいて、固定子１１は、実際に理想的
な突起形状に加工する場合に、ベース厚Ｌ０と突起１１
ａの高さＬを足した厚みの固定子ブランク材に、図８に
示すように、深い溝加工を施すことになり、加工が難し
かった。また、この突起１１ａの端面は、後加工により
１μｍ以下の平面度に仕上げる必要性があるので、突起
高さは、ベース厚Ｌ０の２〜４倍程度が加工上の限界で
あった。

【０００５】一方、固定子は、突起のない端面にプラス
チックの層を形成するもの（特開昭６３−２２０７７３
号）、突起の端面を円弧状に加工したり、面取りを施す
（特開昭６３−２８３４７５号）等の工夫したもの、摺
動部材の様々な組み合わせたもの等が提案されている。
しかし、前記いずれの提案も、前述したような突起形状
の高さを大きくし、溝幅を小さくすること以上の効果が
ないのが実状である。以上のように、従来の固定子１１
は、加工上の制約により、突起形状を細く、高くするこ
とができず、性能向上のための設計は、自由度が非常に
狭いものであった。本発明の目的は、簡単な構成によ
り、出力が大きく、効率のよい超音波モータを提供する
ことである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、請求項１の発明は、駆動面に振動波を発生する弾性
体と、前記弾性体の駆動面に摩擦接触する被駆動面を有
し、前記振動波により移動する相対運動部材とを備えた
超音波モータにおいて、前記弾性体の駆動面と前記相対
運動部材の被駆動面の少なくとも一方に、微細溝を設け
たことを特徴としている。

【０００７】請求項２の発明は、請求項１に記載の超音
波モータにおいて、前記微細溝は、ほぼ一定間隔で複数
設けられていることを特徴としている。請求項３の発明
は、請求項１又は請求項２に記載の超音波モータにおい
て、前記微細溝は、前記相対運動部材の移動方向に対し
てほぼ直交する方向に設けられることを特徴としてい
る。

【０００８】

【作用】本発明によれば、弾性体の駆動面と相対運動部
材の被駆動面の少なくとも一方に微細溝を設けたので、
その微細溝のエッジ効果により、相対運動部材の被駆動
面の引っ掛かりを利用して、摩擦力を調整し、摩擦駆動
を効率的に行うことができる。このために、超音波モー
タは、加工の困難な、突起形状を設計することなく、駆
動トルク、駆動効率を向上させることができる。

【０００９】

【実施例】

（第１の実施例）以下、図面等を参照して、実施例につ
いて、さらに詳しく説明する。図１は、本発明による超
音波モータの第１の実施例を部分的に示す斜視図、図２
は、第１の実施例に係る超音波モータの微細溝を説明す
る図である。なお、第１及び第２の実施例では、前述し
た従来例と同様な機能を果たす部分には、同一の符号を
付して、重複する説明を適宜省略する。この実施例の固
定子１Ａは、円環状の弾性体１１の下側（圧電体側）が
連続しており、上側（移動子側）に突起（小振動片）１
１ａが形成されている。

【００１０】微細溝１１ｂは、この突起１１ａの上面
に、ほぼ一定間隔で複数設けられている。また、微細溝
１１ｂは、移動子（相対運動部材）２の移動方向に対し
てほぼ直交する方向に設けられる。この微細溝１１ｂ
は、その溝深さＹが０．１〜５μｍ程度が好ましく、ダ
イシングソー又は微細放電加工機等によって加工するこ
とができ、加工後の摺動面に鏡面ラップを施すことが好
ましい。

【００１１】この微細溝１１ｂは、図２（Ｂ）に示すよ
うに、各凹凸部が摺動部材２２に食い込むようにして接
するので、摩擦力が大きくなる。このように、微細溝１
１ｂは、摺動部材２２との間の最適な摩擦係数を得るた
めの役割を果たしており、滑りが生じにくく、駆動効率
がよい、という効果を奏する。なお、突起１１ａは、楕
円運動の振幅を大きくするものであり、この微細溝１１
ｂの機能・作用とは異なるものである。

【００１２】この実施例では、固定子１Ａは、材質がＳ
ＵＳ３０４である直径が約７０ｍｍの円環状の固定子ブ
ランク材に、突起幅Ｗ＝約１ｍｍ、突起高さＬ＝約３ｍ
ｍの突起１１ａを形成した。そして、微細溝１１ｂは、
突起１１ａの上面の円周方向に、ダイシングソーによっ
て、幅１ｍｍの範囲内に、約５０本の溝を等間隔に形成
した。その結果、微細溝１１ｂは、直径方向に角度ピッ
チθ＝約１分、溝幅Ｘ＝約２０μｍ、溝深さＹ’＝約５
０μｍのＵ字形の溝が形成された。加工後に、摺動面に
鏡面ラップを施し、最終的に４０μｍ程度の溝深さＹと
した。

【００１３】この固定子１Ａは、アルミニウム製の移動
子母材２１にプラスチックの摺動部材２２を接着した移
動子２と組み合わせて、円環型超音波モータを組み立
て、駆動実験を行ったところ、微細溝１１ｂがない固定
子と比較して、トルクと効率について、それぞれ約１０
％、約３％の特性の向上がみられた。

【００１４】（第２の実施例）図３は、本発明による超
音波モータの第２の実施例を部分的に示す斜視図であ
る。第２の実施例の固定子１Ｂは、突起１１ａの直径方
向の一部であって、摺動に必要な部分のみに、微細溝１
１ｃを形成したものである。本実施例は、微細溝１１ｃ
の加工時間を短縮することができ、コストダウンを図る
ことができる。

【００１５】第２の実施例では、微細溝１１ｃの溝長さ
をＺ＝約２ｍｍとした以外は、第１の実施例と同様のも
のを作製し、同様の駆動実験を行った結果、略同様の性
能向上が見られた。しかも、加工時間が大幅に短縮され
た。

【００１６】（第３の実施例）図４は、本発明による超
音波モータの第３の実施例を示す図であって、図４
（Ａ）は正面図、図４（Ｂ）は側面図、図４（Ｃ）は平
面図、図４（Ｄ）は底面図である。第３の実施例は、異
形縮退縦Ｌ１−屈曲Ｂ４モード・平板型の超音波モータ
であって、弾性体１１１と、圧電体１１２とから構成さ
れている。弾性体１１１は、矩形平板の一方の面に突起
１１１ａ，１１１ｂが形成され、他方の面に圧電体１１
２ａ，１１２ｂが貼付されている。この超音波モータ
は、２つの圧電体１１２ａ，１１２ｂに高周波電圧Ａ，
Ｂを印加することによって、縦Ｌ１モードの振動と屈曲
Ｂ４モードの振動との複合振動を起こし、突起１１１
ａ，１１１ｂの先端に楕円運動が発生する。この超音波
モータは、不図示の加圧部材によって、相対運動部材１
０２に加圧され、相対運動部材１０２との間に相対運動
が起こる。

【００１７】この実施例の超音波モータは、この突起１
１１ａの下面に微細溝１１１ｂが形成されており、その
微細溝１１１ｂが相対移動部材１０２との間に、最適な
摩擦力を得るための役割を果たしており、滑りが生じに
くく、駆動効率がよい、という効果を奏する。

【００１８】（第４の実施例）図５，図６は、本発明に
よる超音波モータの第４の実施例を示す図であって、図
５は断面図、図６は固定子を示した斜視図である。第４
の実施例は、縦・ねじり振動型の超音波モータであっ
て、固定子２０１は、駆動信号により励振され、電気エ
ネルギーを機械エネルギーに変換する電気−機械変換素
子である圧電体２０４、２０５と、それらの圧電体２０
４、２０５が接合されており、その圧電体２０４、２０
５の励振により１次の縦振動と１次のねじり振動が生じ
ることによって、駆動面Ｄに駆動力が発生する弾性体２
０２、２０３とから構成されている。

【００１９】弾性体２０２、２０３は、厚肉の円筒を縦
に２つに分割した形状の部材であり、その分割面に圧電
体２０４、２０５が挟み込まれいる。圧電体２０４、２
０５は、合計４層から成っており、２層の圧電体２０４
は、圧電定数ｄ₁₅が大きいねじり振動用の圧電体であ
り、残り２層の圧電体２０５は、圧電定数ｄ₃₁が大きい
縦振動用の圧電体である。

【００２０】弾性体２０２、２０３は、高さ方向のほぼ
中心に、圧電体２０４、２０５の積層方向と平行に貫通
孔２０２ｂ、２０３ｂが形成されている（図６参照）。
この弾性体２０２、２０３は、その孔２０２ｂ、２０３
ｂを用いてボルト２１３とナット２１４で固定されるこ
とにより、圧電体２０４、２０５を挟み込むと共に、軸
方向の中心に挿入された固定軸２０７に固定される。

【００２１】移動子２０６は、移動子母材２０６−１
と、固定子２０１の駆動面Ｄに接触する摺動部材２０６
−２とから構成されており、内周部に嵌合されたベアリ
ング等の位置決め部材２０８により、固定軸２０７に対
して位置決めされている。また、移動子２０６は、皿バ
ネやスプリングバネや板バネ等の加圧部材２０９によ
り、固定子２０１の駆動面Ｄに加圧接触させられてい
る。

【００２２】固定軸２０７は、弾性体２０２、２０３の
軸方向に形成された中空部２０２ａ、２０３ａに貫通し
ており、弾性体２０２、２０３等からなる固定子１を固
定すると同時に、移動子２０６を半径方向に位置決めす
るためのものである。この固定軸２０７は、先端にネジ
部が形成されており、加圧部材２０９の加圧量を調整す
るナットなどの調整部材２１０が設けられている。圧電
体２０４，２０５は、駆動信号の印加によって励振され
ると、弾性体２０２，２０３には、ねじり振動と縦振動
がそれぞれ生じる。この縦振動とねじり振動の共振周波
数がほぼ一致したときに、縦振動とねじり振動が同時に
生じ（縮退）、駆動面Ｄに楕円運動が発生し駆動力が生
じて、移動子２０６が回転する。

【００２３】この実施例の超音波モータは、この弾性体
２０２，２０３の駆動面Ｄに微細溝２０１ｂが形成され
ており、その微細溝２０１ｂが移動子２０６との間に最
適な摩擦力を得るための役割を果たしており、滑りが生
じにくく、駆動効率がよい、という効果を奏する。

【００２４】（他の実施例）以上説明した実施例に限定
されず、種々の変形や変更が可能であって、それらも本
発明の範囲内である。例えば、前記各実施例によって説
明した超音波モータに限らず、インパクト型等の他の超
音波モータにも同様に適用することができる。また、第
１〜第３の実施例では、微細溝は、突起の端面に設けた
が、第４の実施例のように、駆動面に直接設けてもよ
い。さらに、微細溝は、固定子側に設けた例で説明した
が、移動子側に設けることもできる。

【００２５】

【発明の効果】以上詳しく説明したように、本発明によ
れば、微細溝のエッジ効果により、相対運動部材の被駆
動面の引っ掛かりを利用して、摩擦力を調整し、摩擦駆
動を効率的に行うことができるので、突起形状の改良だ
けでは実現できない、高トルク、高効率を得ることがで
きた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による超音波モータの第１の実施例を部
分的に示す斜視図である。

【図２】第１の実施例に係る超音波モータの微細溝を説
明する図である。

【図３】本発明による超音波モータの第２の実施例を部
分的に示す斜視図である。

【図４】本発明による超音波モータの第３の実施例を示
す正面図、側面図、平面図及び底面図である。

【図５】本発明による超音波モータの第４の実施例を示
す断面図である。

【図６】第４に係る実施例の超音波モータの固定子を示
した斜視図である。

【図７】従来の超音波モータの一例を示す斜視図であ
る。

【図８】従来例に係る超音波モータの固定子を部分的に
示す拡大斜視図である。

【符号の説明】

１，１Ａ，１Ｂ 固定子 １１ 弾性体 １１ａ 突起 １１ｂ 微細溝 １２ 圧電素子 ２ 移動子 ２１ 移動子母材 ２２ 摺動部材

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 駆動面に振動波を発生する弾性体と、 前記弾性体の駆動面に摩擦接触する被駆動面を有し、前
   記振動波により移動する相対運動部材とを備えた超音波
   モータにおいて、 前記弾性体の駆動面と前記相対運動部材の被駆動面の少
   なくとも一方に、微細溝を設けたことを特徴とする超音
   波モータ。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の超音波モータにおい
   て、 前記微細溝は、ほぼ一定間隔で複数設けられていること
   を特徴とする超音波モータ。
3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２に記載の超音波モ
   ータにおいて、 前記微細溝は、前記相対運動部材の移動方向に対してほ
   ぼ直交する方向に設けられることを特徴とする超音波モ
   ータ。