JP2525592Y2 - 超音波モータ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この考案は、超音波モータ、詳しくは超音波モータに
おけるロータとステータの接触部分の構造に関するもの
である。

［従来の技術］ 超音波振動を利用した超音波モータは、振動波モータ
とも呼ばれ、既に特開昭58-148682号公報や特開昭59-20
1685号公報等によっても周知であり、またカメラ等にも
使用されている。

この超音波モータは、圧電素子等を固定した超音波振
動体からなるステータの表面に、移動体であるロータを
加圧接触させ、圧電素子に位相の異なる交流等の周波電
圧を印加したときに、ステータ表面に生ずる進行性振動
波による振動運動によってステータと接触するロータを
一方向に摩擦駆動するように構成したものである。

この超音波モータは、従来第７図に示す如く、圧電素
子群１を一端面がわに固定した振動体からなるステータ
２の他端面に、リング状のロータ３を加圧接触させて回
転力をリング状のロータ３そのものを出力輪として取り
出すようにした形式のものと、第８図に示すように、圧
電素子群1Aを裏面がわに固定した振動体からなるステー
タ2Aの表面に、中心部に出力軸3Bを一体に有する円板か
らなるロータ3Aを接触させ、このステータ2Aとロータ3A
とを固定台５上に配設してモータケース６内に収納する
と共に、上記出力軸3Bの先端をモータケース６外に延び
出させ、モータケース６の内壁とロータ3Aの表面との間
の出力軸3Bの周りに、加圧用ばね７およびばね受８を配
設してベアリングボール９をロータ3A上に押圧するよう
に構成して回転力を出力軸3Bから取り出すようにした形
式のものとがある。

［考案が解決しようとする課題］ ところで、超音波モータの駆動原理は、上述のように
ステータの表面に発生する進行性振動波による振動の波
の伝播方向の動きを、このステータに圧接しているロー
タが摩擦力を介して受けて一方向に摩擦駆動されるもの
である。

このため、ステータとロータとの両者の摺接部におけ
る摩擦係数はモータの性能を左右する大きな要素とな
る。

ところが、従来の超音波モータは上記の通り、ロータ
のステータに対する摺動面が外気と遮断されていないた
め、湿度による摩擦係数の変化を生じ、性能が劣化する
という欠点があった。特に湿度の高い環境下においては
極端に摩擦係数が低下し、これによって出力トルクが低
下したり、場合によっては起動しないこともあった。ま
た摺動面に付着した水分が乾燥したとき、ロータとステ
ータが貼り付いて起動しないという事故も発生してお
り、更に湿度の高い状態で温度がマイナスになった場合
には、摺動面の水分が凍結し摩擦係数の低下や粘付を生
じ、出力トルクの低下，起動不良という問題が発生して
いた。

従って、本考案の目的は上記従来の欠点を除去し、摺
動面への湿度変化の影響を無くし、湿度の変化によって
性能の劣化を来さない超音波モータを提供するにある。

［課題を解決するための手段および作用］ 本考案の超音波モータは、上記目的を達成するため
に、ステータに固着された圧電素子に、交流駆動電圧を
印加し、ステータ表面に進行性振動波を発生させ、該振
動波により上記ステータ表面に圧接したロータを駆動す
る超音波モータにおいて、 上記ステータとロータとの圧接面の側近で、且つ、該
圧接面におけるステータの振動振幅よりも小さな振動振
幅を有するステータ上に、該ステータとロータにより挟
み付けられたシール部材を配設し、同シール部材によっ
て上記圧接面を外気より遮断したことを特徴とするもの
である。

［実施例］ 以下、図示の実施例によって本考案を説明する。

第1,2図は、本考案の第１実施例を示したものであっ
て、この超音波モータは回転力がロータ13を形成する出
力輪から取り出される形式のモータである。

この第１実施例の超音波モータは、比較的厚味のある
平面形状が環状を呈するステータ12の裏面がわに、円弧
状の圧電素子群11が貼着されており、同圧電素子群11に
は、位相の異なる交流電圧等の周波電圧が印加されるよ
うになっている。上記ステータ12は、第２図にその一部
が拡大して示されるように表面がわの内縁部と外縁部
に、それぞれ起立した周壁12bが形成された断面チャン
ネル状を呈すると共に、両周壁12b内にそれぞれ起立
し、半径方向に多数並設して形成されたステータ振動部
12aとを有して形成されており、上記ステータ振動部12a
の上面はロータ13の摺動部13aが圧接する振動面12cとな
っている。また上記周壁12bの上面はシール受面となっ
ている。

そして、このステータ12の上面に、図示されない押圧
用ばねによって圧接されて配設されたロータ13は、第１
図に示すように比較的厚味のあるドーナッツ板状の板材
で形成されており、その下面がわには中央部に上記ステ
ータ振動部12aの振動面12cに圧接する摺動部13aが形成
され、同摺動部13aを挾んだ内周縁がわと外周縁がわ
の、上記シール受面に対向する位置には同心円状の周溝
13b,13cがそれぞれ穿設されている。この周溝13b,13cは
防湿用のシール部材14a,14bの配置溝であって、同各周
溝13b,13c内にはＯリング状に形成されたシール部材14
a,14bがその下面がわを上記周壁12bのシール受面に圧接
させてそれぞれ収納されてロータ13に固着されている。

このように構成された本実施例の超音波モータにおい
ては、ステータ振動部12aの振動面12cとこれに圧接して
いるロータ13の摺動部13aとは、上記シール部材14a,14b
により外気とは完全に遮断されて防湿状態にある。そし
て、圧電素子群11が印加電圧により動作してステータの
ステータ振動部12aの振動面12cに進行性振動波が発生す
ると、これによって摺動部13aが摩擦駆動されてロータ1
3は一方向に回転する。なおこの際、シール部材14a,14b
はステータ12との間で摺動することになるため、摩擦係
数の小さな材質や高分子材料等の表面に摩擦係数を小さ
くするための、例えば弗素をコーティングしたもの等で
形成することが好ましい。

このように本実施例の超音波モータによれば、ロータ
13の摺動部13aとステータ振動部12aの振動面12cとは、
外気とは遮断されているため、湿度変化や温度変化によ
る湿度の影響を受けることがないので従来の欠点を除去
することができる。

第3,4図は、本考案の第２実施例を示したものであ
る。この実施例の超音波モータは、上記第１実施例にお
ける周壁12b,12bをロータ23がわに設け、防湿用のシー
ル部材24a,24bを平坦面のリングで形成したものであ
り、その他の構成は上記第１実施例のモータと同様であ
る。即ち、裏面がわに圧電素子群21を貼着されたドーナ
ッツ板状のステータ22の表面がわには、第１実施例と同
様に、その中央部に半径方向に多数分割されて起立して
並設されたステータ振動部22aが形成されており、この
ステータ22上に圧接するロータ23は、その下面の中央部
が上記ステータ振動部22aの上面の振動発生面22cに摺接
する摺動部23aとなっていて、同摺動部23aを挾んだ内周
縁がわと外周縁がわとにはステータ22の内周縁部の上面
と外周縁部の上面にそれぞれ対向するように周壁23b,23
cが形成されている。そして、この周壁23b,23cの先端面
には、断面形状が矩形状で上下面が平坦面のＯリングか
らなる防湿用のシール部材24a,24bがそれぞれ固着され
ていて、同両シール部材24a,24bの外表面はステータ22
の内周縁部の上面と外周縁部の上面とにそれぞれ圧接し
ている。

なお、上記第1,第２実施例において、ステータ振動部
12a,22aが多数に分割されて形成されているのは、駆動
効率を向上させるためである。

このように構成された第２実施例の超音波モータにお
いても、ステータ振動部22aの摺動面22cとこれに圧接す
るロータ23の摺動部23aとは、シール部材24a,24bによっ
て外気とは完全に遮断されている。

この第２実施例においては、圧電素子群21に駆動電圧
が印加され、同素子群21の歪によりステータ22に進行性
振動波が発生されると、その振動の振幅はステータ振動
部22aで大きく増幅されて摺動面22cに現われるので、こ
れによってロータ摺動部23aは大きな摩擦力により回転
駆動され、大きな出力トルクが得られる。また、このと
きステータ22の基板における進行性振動波による屈曲運
動の振幅は大きくなることはないためステータ振動部22
aに較べてその振幅は小さい。

従って、この第２実施例の超音波モータによれば、ス
テータ22の振動部22aの屈曲運動の振幅を大きくし、ロ
ータ23に固着されたシール部材24a,24bとステータ22と
の摩擦抵抗を小さくすることができるため、モータの駆
動効率を低下させることなく、ロータとステータの摺接
部を外気と遮断することができ、上記第１実施例の超音
波モータよりも更に湿度の影響が受けない超音波モータ
を構成することができる。

また、上記第２実施例ではシール部材24a,24bをロー
タ23に固着したが、シール部材24a,24bはこれをステー
タ22がわに固着してもよく、この場合にはシール部材は
ロータと摺動することになる。なお、シール部材は必ず
しもステータまたはロータに固定する必要はない。

第５図は、上記第3,4図に示した第２実施例の変形例
である。上記第２実施例においては防湿用のシール部材
24a,24bとして上下面が平坦面を有する板状のＯリング
を用いたが、この変形例においては断面円形のＯリング
をシール部材25a,25bとして用い、これをロータ23の周
壁23b,23cの先端面にそれぞれ穿設した周溝23d,23e内に
嵌合させてロータ23に固着したものである。

このように構成すると、シール部材25a,25bのステー
タ22との接触面積は少なくなるので、更にステータ22と
の摩擦係数を小さくすることができる。

また、今迄述べてきた各実施例は、リング状のロータ
を出力輪とした超音波モータに本案を適用したものであ
るが、次に述べる第３実施例は出力軸付の超音波モータ
に本案を適用したものである。

この第３実施例は第６図に示すように、固定台45上
に、裏面に圧電素子群41を貼着したステータ42を固定
し、同ステータ42の表面の中央に円形台状に突出形成さ
れたステータ振動部42a上に、裏面周縁部に周壁43dを有
し上面中央部に出力軸43bを一体に形成された円板から
なるロータ43を配置し、上記周壁43dの先端面に穿設さ
れた周溝43c内に、Ｏリングからなる防湿用のシール部
材44を嵌着してこれをステータ42の表面周縁部上に圧接
させることにより、上記ステータ振動部42aとこれに摺
接するロータ振動部43aとの防湿状態を保ち、これらを
モータケース46内に上記出力軸43bが外部に突出するよ
うに収納し、ロータ表面の上記出力軸43bの周りに配設
したベアリングボール49を、ケース46の内面とばね受48
との間に配設した押圧用ばね47で加圧することによって
ロータ43をステータ42に回転自在に圧接させるようにし
たものである。

このように構成すれば、シール部材44によってステー
タ振動部42aとロータ摺動部43aとの接触部は完全に防湿
状態が保持されるので、前記実施例のリング状ロータを
出力輪とする形式の超音波モータと全く同様の効果が得
られる。

なお、上記第２実施例および第３実施例における防湿
用シール部材24a,25a,44も摩擦係数の小さな材質や高分
子材料等の表面に摩擦係数を小さくする弗素等をコーテ
ィングしたもので構成することが望ましい。

［考案の効果］ 以上述べたように本考案によれば、ステータ振動部と
ロータ摺動部との摺接面を、同面の側近にロータとステ
ータに挾み込まれて配設したシール部材によって防湿状
態に保つという簡単な構造で、モータ駆動効率を低下さ
せることなく、湿度変化による性能劣化を除去すること
ができる。

また本案によれば摺動部の摩擦粉を飛散しないように
閉じ込めることができるという効果も発揮されるため、
特にリング状ロータを出力輪とする超音波モータの使用
範囲が拡大される。更に摺接面をスリップさせる油等の
侵入も防止できるし、更にまた、ロータとステータの圧
着面の不均一さや圧着力の不均一さによる騒音を減少さ
せるという効果も得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本考案の第１実施例を示す超音波モータの縦
断面図、 第２図は、上記第１実施例におけるステータの要部を示
す部分拡大斜視図、 第３図は、本考案の第２実施例を示す超音波モータの縦
断面図、 第４図は、上記第２実施例におけるステータの斜視図、 第５図は、上記第２実施例の変形例を示す要部拡大断面
図、 第６図は、本考案の第３実施例を示す超音波モータの縦
断面図、 第７図は、リング状ロータを出力輪とする従来の超音波
モータの一例を示す縦断面図、 第８図は、出力軸を有する従来の超音波モータの一例を
示す縦断面図である。 1,1A,11,21,41……圧電素子群 2,2A,12,22,42……ステータ 3,3A,13,23,43……ロータ 14a,14b、24a,24b……シール部材 25a,25b、44……シール部材

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】ステータに固着された圧電素子に、交流駆
   動電圧を印加し、ステータ表面に進行性振動波を発生さ
   せ、該振動波により上記ステータ表面に圧接したロータ
   を駆動する超音波モータにおいて、 上記ステータとロータとの圧接面の側近で、且つ該圧接
   面とは異なる面で、該圧接面におけるステータの振動振
   幅よりも小さな振動振幅を有するステータ上に、該ステ
   ータとロータにより挟み付けられたシール部材を配設
   し、同シール部材によって上記圧接面を外気より遮断し
   たことを特徴とする超音波モータ。