JP2010016991A - 超音波モータ - Google Patents

Abstract

【課題】ロータの回転力を低下させずに予圧部材とロータとの間を潤滑する超音波モータを提供する。
【解決手段】球形状のロータ１が、ステータ２に接触するように配置されている。ロータ１は、予圧部材３によって上方からステータ２に向かって加圧されている。予圧部材３の内部には潤滑剤が収容されており、ロータ１と予圧部材３との間を潤滑している。ロータ１の表面には、ロータ１の円周方向に沿って、ロータ１の表面に対して窪んだ溝部５が設けられている。溝部５は、ロータ１の全可動範囲に渡って、ステータ２より上方かつ予圧部材３より下方に位置するように設けられている。
【選択図】図１

Description

この発明は超音波モータに係り、特に、ステータに超音波振動を発生させることによりステータに接触するロータを回転させる超音波モータに関する。

近年、超音波振動を利用してロータを回転させる超音波モータが提案され、実用化されている。この超音波モータは、圧電素子を用いてステータに超音波振動を発生させ、ステータに加圧接触するロータを両者間の摩擦力によって回転させるものである。
例えば、特許文献１には、ステータに球状のロータが接触支持され、ステータが振動することによってロータを回転させる超音波モータが記載されている。この超音波モータには、板ばねによってステータ方向に力を加えられてロータに予圧を作用させる予圧部材が設けられている。また、特許文献２には、加圧ばね（予圧部材）によってロータが振動体（ステータ）に加圧支持された超音波モータが記載されている。

特開２００７−１３５３１３号公報 特開平１１−１９６５９１号公報

しかしながら、特許文献１及び２の超音波モータでは予圧部材とロータとの間に潤滑剤を使用すると、潤滑剤がロータの表面を伝わって垂れることがあり、垂れた潤滑剤がロータとステータとの間に浸入すると、ステータとロータとの間の摩擦力が低下してしまい、ロータの回転力が大幅に減少してしまうといった問題点があった。

この発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、ロータの回転力を低下させずに予圧部材とロータとの間を潤滑する超音波モータを提供することを目的とする。

この発明に係る超音波モータは、ステータと、該ステータに接触配置されかつ該ステータに超音波振動を発生させることにより駆動されるロータと、前記ステータに前記ロータを加圧する予圧部材とを備え、前記ロータに段差部が形成されている。予圧部材とロータとの間に潤滑剤を供給したときに、潤滑剤がステータに向かってロータの表面を伝わっても、段差部によって潤滑剤がステータまで伝わってしまうのを抑止する。
前記ロータは球形状であってもよい。
前記段差部は、前記ロータの周方向に沿って形成されていてもよい。
前記ロータと前記ステータとの接触可能範囲に対して、前記段差部が前記予圧部材側に位置するように、前記ロータは回転してもよい。
前記ロータは多軸に回転可能であってもよい。
前記段差部は、前記ロータの表面に対して窪んだ溝部であってもよい。
前記段差部は、前記ロータの表面に対して突出した凸部であってもよい。
前記凸部は、前記ロータに対して取り外し可能であってもよい。
前記凸部は、液体を吸収可能な吸収性材料から構成されてもよい。

この発明によれば、ステータと、ステータに接触配置されるロータと、ステータにロータを加圧する予圧部材とを備えた超音波モータにおいて、ロータに段差部が形成されていることにより、予圧部材とロータとの間に潤滑剤を供給したときに、潤滑剤がロータの表面を伝わってステータに向かって垂れても、段差部によって、潤滑剤がステータまで垂れてしまうのを抑止するので、ロータの回転力を低下させずに予圧部材とロータとの間を潤滑することができる。

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係る超音波モータの可動部分を図１に示す。球形状のロータ１が、ステータ２に接触するように配置されている。ロータ１は、予圧部材３によって上方からステータ２に向かって加圧されている。予圧部材３の内部には、グリス等の潤滑剤が収容されており、ロータ１と予圧部材３との間を潤滑している。ステータ２には、ステータ２を超音波振動させるための図示しない振動手段が接続されている。振動手段によってステータ２が超音波振動することにより、ロータ１が回転するようになっている。

ロータ１には、図示しないジョイントが連結するための孔４が設けられている。ロータ１の表面には、ロータ１の周方向に沿って、ロータ１の表面に対して窪んだ溝部５が設けられている。ここで、溝部５は段差部を構成する。溝部５は、後述するロータ１の全可動範囲に渡って、ステータ２より上方かつ予圧部材３より下方に位置するように設けられている。すなわち、ロータ１とステータ２との接触可能範囲に対して、溝部５が予圧部材３側に位置するように設けられている。

次に、実施の形態１に係る超音波モータの動作について説明する。
図示しない振動手段がステータ２を超音波振動させると、ロータ１は回転する。図２に示されるように、ロータ１は、鉛直線Ｌを中心として３６０°回転が可能である（矢印Ａ）。またこれとともに、溝部５が鉛直線Ｌに対して垂直となるようにロータ１をステータ２上に配置し、その際に、ロータ１の表面に鉛直線Ｌと重なる仮想的な棒６を立てたとすると、鉛直線Ｌに対する棒６のなす角度がある角度θより大きくならない範囲（矢印Ｂ）で回転（傾く）可能である。これらの回転可能な範囲をロータ１の可動範囲という。この範囲でロータ１は回転するので、ロータ１は多軸に回転可能である。なお。この可動範囲は、ロータ１とステータ２との接触可能範囲と同じ大きさの範囲となる。

図１に示されるように、ロータ１は、予圧部材３によってステータ２に向かって加圧されているので、ロータ１と予圧部材３との間の摩擦力を低下させてロータ１の回転を促進する目的で、予圧部材３内に収容された潤滑剤がロータ１と予圧部材３との間を潤滑する。潤滑剤がロータ１と予圧部材３との間を潤滑していると、一部の潤滑剤がロータ１の表面を伝わることがある。潤滑剤がロータ１とステータ２との間に浸入すると、ロータ１とステータ２との間の摩擦力が低下してしまうので、ロータ１の回転力が低下してしまう。しかしながら、ロータ１の表面には溝部５が設けられているので、ロータ１の表面を伝わる潤滑剤は、溝部５に入り込んで溝部５内に保持される。この結果、潤滑剤が溝部５よりもステータ２側に伝わることを抑止する。

このように、ロータ１に溝部５が形成されていることにより、予圧部材３とロータ１との間に潤滑剤を供給したときに、潤滑剤がステータ２に向かってロータ１の表面を伝わっても、溝部５によって、潤滑剤がステータ２まで伝わってしまうのを抑止するので、ロータ１の回転力を低下させずに予圧部材３とロータ１との間を潤滑することができる。

実施の形態１において、周方向に沿って形成された溝部５は、無端状の閉じた形状であるが、この形態に限定するものではない。図３（ａ）に示されるように、円周方向の一部分に溝部が形成されず、両端部を有する開いた形状の溝部５’であってもよい。また、図３（ｂ）に示されるように、螺旋状の溝部５”であってもよい。

実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２に係る超音波モータについて説明する。
この発明の実施の形態２に係る超音波モータは、実施の形態１に対して、ロータの形状を変更したものである。

図４に示されるように、ロータ１１は円柱形状を有し、図示しないジョイントが連結するための孔１４が、ロータ１１の軸方向に設けられている。ロータ１１は、ロータ１１の軸方向を中心に回転可能に、ステータ１２に接触するように配置されている。ロータ１１は、予圧部材１３によって上方からステータ１２に向かって加圧されている。予圧部材１３の内部には、潤滑剤が収容されている。ロータ１１の表面には、ロータ１１の軸方向に沿って、ロータ１１の表面に対して窪んだ溝部１５が設けられている。ここで、溝部１５は段差部を構成する。溝部１５は、ロータ１１の全可動範囲に渡って、ステータ１２より上方かつ予圧部材１３より下方に位置するように設けられている。その他の構成については、実施の形態１と同じである。すなわち、ロータ１１とステータ１２との接触可能範囲に対して、溝部１５が予圧部材１３側に位置するように設けられている。

ロータ１１は、ロータ１１の軸方向を中心として一軸に回転する。実施の形態１と同様に、潤滑剤によってロータ１１と予圧部材１３との間を潤滑するが、潤滑剤の一部がステータ１２に向かってロータ１１の表面を伝わることがある。しかし、ロータ１１の表面に設けられた溝部１５によって、ロータ１１の表面を伝わる潤滑剤が溝部１５に入り込んで溝部１５内に保持される。この結果、潤滑剤が溝部１５よりもステータ１２側に伝わることを抑止する。従って、溝部１５によって、潤滑剤がステータ１２まで伝わってしまうのを抑止するので、ロータ１１の回転力を低下させずに予圧部材１３とロータ１１との間を潤滑することができる。

実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３に係る超音波モータについて説明する。
この発明の実施の形態３に係る超音波モータは、実施の形態１に対して、予圧部材の形状を変更したものである。

図５に示されるように、球形状のロータ２１が、ステータ２２に接触するように配置されている。ロータ２１は、予圧部材２３によって上方からステータ２２に向かって加圧されている。ステータ２２と予圧部材２３とは、環状の板ばね２６を介して弾性的に連結されている。ロータ２１の表面には、予圧部材２３とロータ２１との接触部分より上方に位置するように、ロータ２１の円周方向に沿って、ロータ２１の表面に対して窪んだ溝部２５が設けられている。ここで、溝部２５は段差部を構成する。実施の形態３においても、ステータ２２側に向かってロータ２１の表面を伝わる潤滑剤が溝部２５内に保持されることにより、潤滑剤がロータ２１とステータ２２との接触部分２７まで伝わることを抑止することができるので、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

実施の形態３では、溝部２５を、ロータ２１と予圧部材２３との接触部分よりも上方に設けたが、この形態に限定するものではない。ロータ２１とステータ２２との接触部分よりも上方かつロータ２１と予圧部材２３との接触部分よりも下方に設けてもよく（図５の符合「２５’」に相当）、また、ロータ２１とステータ２２との接触部分２７よりも上方で溝部２５がロータ２１と予圧部材２３との接触部分２８を通り越すような位置に設けてもよい（図５の符合「２５”」に相当）。すなわち、ロータ２１とステータ２２との接触可能範囲に対して予圧部材２３側の位置であればよい。さらに、溝部２５は、円周方向に真っ直ぐに延びる形態に限定するものではなく、図６（ａ）に示されるような波状の溝部２５ａや、図６（ｂ）に示されるようなジグザグ状の溝部２５ｂであってもよい。

実施の形態１〜３において、段差部は、ロータの表面に対して窪んだ溝部であったが、この形態に限定するものではない。図７（ａ）に示されるように、ロータ１の表面に対して突出した凸部３５ａであってもよい。ロータ１の表面を伝わる潤滑剤は、凸部３５ａで堰き止められるので、潤滑剤がステータ２（図１参照）まで伝わってしまうのを防止でき、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。また、凸部は、断面が半円状のものに限定されず、図７（ｂ）に示されるように断面が扇型状の凸部３５ｂであってもよく、また、図７（ｃ）及び（ｄ）にそれぞれ示されるように、凸部の表面に対して窪んだ保持部３５ｃ１及び３５ｄ１が設けられた凸部３５ｃ及び３５ｄであってもよい。

また、図８に示されるように、ロータの下側部分１ａを上側部分１ｂよりも半径を大きくしてそれらの境界に形成された段差を凸部３６としてもよい。
さらに、図９に示されるように、ロータ１の表面に設けられた溝部５にＯリング３７を取り外し可能に嵌め込むことによって凸部を構成してもよい。Ｏリング３７は、溝部５に嵌め込むのではなく、溝部が設けられていないロータの表面に取り外し可能に取り付けてもよい。また、Ｏリング３７は、綿やスポンジ等の液体を吸収可能な吸収性材料で構成することによって、Ｏリング３７まで垂れてきた潤滑剤を吸収保持することもできる。

この発明の実施の形態１に係る超音波モータの可動部分の斜視図である。 実施の形態１に係る超音波モータのロータの可動範囲を説明するための正面図である。 実施の形態１に係る超音波モータのロータに形成された溝部の変形例を示す図である。 実施の形態２に係る超音波モータの可動部分の斜視図である。 実施の形態３に係る超音波モータの可動部分の斜視図である。 実施の形態３に係る超音波モータのロータに形成された溝部の変形例を示す図である。 実施の形態１〜３に係る超音波モータにおいて、ロータに設けられた凸部の様々な形状を示す断面図である。 実施の形態１〜３に係る超音波モータにおいて、ロータに設けられた凸部の別の形状を示す断面図である。 実施の形態１〜３に係る超音波モータにおいて、ロータに設けられた凸部のさらに別の形状を示す断面図である。

符号の説明

１，１１，２１ ロータ、２，１２，２２ ステータ、３，１３，２３ 予圧部材、５，５’，５”，１５，２５，２５’，２５”，２５ａ，２５ｂ 溝部（段差部）、３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄ，３５ｅ，３６ 凸部（段差部）、３７ Ｏリング（凸部）。

Claims (9)

1. ステータと、
   該ステータに接触配置されかつ該ステータに超音波振動を発生させることにより駆動されるロータと、
   前記ステータに前記ロータを加圧する予圧部材と
   を備え、
   前記ロータに段差部が形成されている超音波モータ。
2. 前記ロータは球形状である、請求項１に記載の超音波モータ。
3. 前記段差部は、前記ロータの周方向に沿って形成されている、請求項２に記載の超音波モータ。
4. 前記ロータと前記ステータとの接触可能範囲に対して、前記段差部が前記予圧部材側に位置するように、前記ロータは回転する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の超音波モータ。
5. 前記ロータは多軸に回転可能である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の超音波モータ。
6. 前記段差部は、前記ロータの表面に対して窪んだ溝部である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の超音波モータ。
7. 前記段差部は、前記ロータの表面に対して突出した凸部である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の超音波モータ。
8. 前記凸部は、前記ロータに対して取り外し可能である、請求項７に記載の超音波モータ。
9. 前記凸部は、液体を吸収可能な吸収性材料からなる、請求項７または８に記載の超音波モータ。

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