JP2556045B2 - 超音波モ−タ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、超音波振動を利用して回転運動を得る超音
波振動を利用したモータ装置、所謂、超音波モータに関
するもので、特に、低速・高トルクを得る超音波モータ
として利用されるものである。

［従来の技術］ この種の低速・高トルクを得る超音波モータに特開昭
61−277384号公報に掲載の技術がある。

この技術は、分極処理した圧電体を弾性体に固着し、
かつ、横波と縦波が合成された表面信号波を生じている
固定子と、固定子に加圧接触する回転子からなる表面波
モータにおいて、複数の固定子及び回転子を交互に重ね
合せた構造からなるものである。

具体的には、第３図の従来の超音波モータの断面図に
示すように構成されていた。

図において、ケース11に固定板10により固定子13を固
定し、回転子12の固定板９により軸６に固定し、この軸
６は軸受７によって支持されている。前記固定子13は中
央の弾性体３の片面に圧電体2a及び弾性体１を重ねて固
着し、他面に圧電体2b及び弾性体１を重ねて固着した構
造である。この固定子13を上下から回転子12で挟み込
み、加圧スプリング８で交互に加圧接触している。回転
子12は摺動体５を支持体４にライニング処理を施したも
のである。固定子13の圧電体2aは分極処理され、また、
圧電体2bも分極処理され、圧電体2bは圧電体2aに対して
分極配置をλ/4（λ：波長）ずらせて配置されている。

上記のように構成された超音波モータは、夫々の固定
子13の各圧電体の電極に対して、互いに移相が90度ずれ
た高周波電圧を印加すると、両面の弾性体１の裏面に縦
波と横波が合成された進行波が発生し、加圧接触させた
回転子12とが一定方向に回転する。

［発明が解決しようとする問題点］ 上記のように構成された超音波モータは、ケース11に
固定板10によって、中央の弾性体３の片面に圧電体2a及
び弾性体１を重ねて固着し、他面に圧電体2b及び弾性体
１を重ねて固着し構成される固定子13を固定している。

ところが、弾性体１の裏面に発生する縦波と横波が合
成された進行波を、弾性体１の環状に従って効率良く進
行させるには、ケース11の固定板10との固着点から固定
子13と固定板10との固着点までの距離をλ/4程度に設定
する必要がある。

したがって、第３図に示した超音波モータを効率良く
動作させるには、ケース11の径、即ち、モータ径が大き
くなってしまうという問題点を有していた。

一方、他の先行技術として特開昭60−91879号公報、
特開昭62−77068号公報に掲載の技術がある。

前記特開昭60−91879号公報には、固定子に加圧接着
させる回転子を複数多段接続できる技術が開示されてい
る。しかし、固定子と回転子を加圧接触させる圧力調整
については開示するものがない。また、前記特開昭62−
77068号公報には、固定子と回転子の加圧接触部以外の
固定子の半径位置で、固定子をケーシングに固着した技
術が開示されている。しかし、ここにおいても、固定子
と回転子を加圧接触させる圧力調整については開示する
ものがない。

そこで、本発明は上記問題点を解決すべくなされたも
ので、モータ径を大きくすることなく効率良く動作さ
せ、かつ、任意のトルク及び回転速度を設定することが
できる超音波モータの提供を課題とするものである。

［問題点を解決するための手段］ 本発明にかかる超音波モータは、横波及び縦波が合成
された表面進行波を生じさせる固定子と、前記固定子に
加圧接触し、回転自在に配設された回転子と、前記固定
子と回転子との加圧接触部以内の固定子の半径位置で固
着したハウジングとを具備し、前記固定子及び該固定子
に前記ハウジング相互の螺合により調整できる加圧接触
する回転子を複数個相互に重ね合せたものである。

［作用］ 本発明においては、横波及び縦波が合成された表面進
行波を生じさせる固定子に加圧接触し、回動自在に配設
された回転子は、その回転を出力する。このとき、前記
固定子と回転子との加圧接触部以内の半径位置で固定子
をハウジングに固着したものであるから、前記固定子を
構成する弾性体の表面進行波の波長が固定子を固着する
ハウジングとの間を、前記固定子と回転子との加圧接触
部以内の半径位置に設定できるから、その取付け位置を
自由に選択でき、モータの外形を固定子及び回転子の外
形にクラアランス及びハウジングの肉厚を加算した径と
することができ小形化できる。また、この状態で固定子
及び該固定子に加圧接触する回転子を複数個相互に重ね
合せ、そのトルクを大きくすることができる。そして、
固定子と回転子との接触圧力は、ハウジング相互の螺合
により調整できるものであるから、任意のトルク及び回
転速度を設定することができる。

［実施例］ 第１図は本発明の一実施例の超音波モータの断面図で
ある。また、第２図は第１図に示した弾性体の分極処理
の状態を示すものである。

図において、ハウジング21は外側ハウジング21a及び
内側ハウジング21bからなり、外側ハウジング21aの内側
及び内側ハウジング21bの外側には螺子が切ってあり、
相互が螺合するように形成されている。両者の螺合位置
はロックナット21cで互いの回動を停止させるべく、螺
止している。前記外側ハウジング21a及び内側ハウジン
グ21bの中央部には、各々シャフト22a及び出力シャフト
22bがボールベアリング等からなる軸受23a及び軸受23b
によって支承されている。なお、前記軸受23a及び軸受2
3b及び複数の突起51を有する連結部材50は、後述するよ
うに第１回転子40aと第２回転子40bを各々構成するもの
であるが、それ自体は三者が一体に形成されたものであ
る。

また、前記外側ハウジング21aの内側の中央部附近に
は、横波及び縦波が合成された表面進行波を生じさせる
第１固定子30aとして、弾性体31aの外周に沿って形成し
た環状圧接部31a1に対応する裏面、即ち、外側ハウジン
グ21a側の面の外周に、第２図（ａ）の表面図及び第２
図（ｂ）の裏面図で示す分極状態で、環状にセラミック
ス等の圧電体32aを重ねて接合し、圧電体32aの裏面電極
は弾性体31aに導通するように配設し、前記弾性体31aは
螺子によって一体に固着されている。このとき、弾性体
31aは軸受23aの離脱防止用として作用する。

前記第１固定子30aの弾性体31aの外周の環状圧接部31
a1に対向圧接した第１回転子40aが、防振ゴム42a及び板
状弾性体43aを介してシャフト22aに係合されている。前
記第１回転子40aを構成する支持板41aの周囲には環状摩
擦部41alを有しており、前記環状摩擦部41a1は第１固定
子30aの弾性体31aの外周の環状圧接部31alに対向圧接す
る部位にライニング処理を施したものである。第１固定
子30aの弾性体31aの外周の環状圧接部31a1に圧接される
環状摩擦部41a1は、環状摩擦部41a1を有する支持板41a
とシャフト22aとの間に、防振ゴム42a及び板状弾性体43
aを介することにより、その振動の伝達を抑制してい
る。

同様に、前記内側ハウジング21bの内側の中央部附近
には、表面進行波を生じさせる第２固定子30bとして、
弾性体31bの外周に沿って形成した環状圧接部31b1に対
応する裏面、即ち、内側ハウジング21b側の面の外周
に、環状に圧電体32bを重ねて接合した弾性体31bを螺子
によって一定に固着されている。

前記第２固定子30bの弾性体31bの外周の環状圧接部31
b1に対向圧接した第２回転子40bが、防振ゴム42b及び板
状弾性体43bを介して出力シャフト22bを係合されてい
る。前記第２回転子40bを構成する支持板41bの周囲には
環状摩擦部41b1を有しており、前記環状摩擦部41b1は第
２固定子30bの弾性体31bの外周の環状圧接部31b1に対向
圧接する部位にライニング処理したものである。

そして、シャフト22aと出力シャフト22bとの間、即
ち、第１回転子40aと第２回転子40bとの間には、複数の
突起51を有する連結部材50が配設されていて、シャフト
22aに係合されている板状弾性体43aの嵌合凹部43a1と、
出力シャフト22bに係合されている板状弾性体43bの嵌合
凹部43b1とを嵌合状態として連結している。

上記のように構成された本実施例の超音波モータは、
次のように組立てることができる。

まず、外側ハウジング21aの内側に、弾性体31aの外側
ハウジング21a側の面の外周に圧電体32aを重ねて接合し
た第１固定子30aの弾性体31aを螺子で固着する。前記外
側ハウジング21aの軸受23aに、支持板41aを防振ゴム42a
及び板状弾性体43aを介してシャッフ22aに係合してなる
第１回転子40aを挿着する。

同様に、内側ハウジング21bの内側に弾性体31bの内側
ハウジング21b側の面の外周に圧電体32bを重ねて接合し
た第２固定子30bの弾性体31bを螺子で固着する。前記内
側ハウジング21bの軸受23bに、支持板41bを防振ゴム42b
及び板状弾性体43bを介して出力シャフト22bに係合して
なる第２回転子40bを挿着する。

そして、第１回転子40aと第２回転子40bとの間に連結
部材50を配設し、シャフト22aに係合されている板状弾
性体43aの嵌合凹部43al、または出力シャフト22bに係合
されている板状弾性体43bの嵌合凹部43b1と、連結部材5
0の複数の突起51とを嵌合した状態で、外側ハウジング2
1a及び内側ハウジング21bの相互を螺合し、板状弾性体4
3aまたは板状弾性体43bによって、第１固定子30aの弾性
体31aの外周の環状圧接部31a1に対向する第１回転子40a
の支持板41aの環状摩擦部41a1との接触圧力、第２固定
子30bの弾性体31bの外周の環状圧接部31b1に対向する第
２回転子40bの支持板41bの環状摩擦部41b1との接触圧力
を可変する。所定の接触圧力が得られたところで、外側
ハウジング21a及び内側ハウジング21bとの相互の螺合
を、ロックナット21cで螺止する。

このように構成した本実施例の超音波モータは、次の
ように動作する。

第１固定子30a及び第２固定子30bの圧電体32aまたは
圧電体32bの電極に対して、互いに回転方向が逆になる
移相の高周波電圧を印加すると、両面の弾性体31a及び
弾性体31bの裏面に縦波と横波が合成された進行波が発
生し、加圧接触させた第１回転子40a及び第２回転子40b
を一定方向に回転させる。このとき、第１回転子40a及
び第２回転子40bは同一方向に回転し、両者は連結部材5
0で連結されているから、第１回転子40a及び第２回転子
40bのトルクを略２倍程度に大きくすることができる。

このように、上記実施例の超音波モータは、横波及び
縦波が合成された表面進行波を生じさせる固定子と、前
記固定子に加圧接触し、回動自在に配設された回転子
と、前記固定子と回転子との加圧接触部以内の固定子の
半径位置で固着したハウジングとを具備し、前記固定子
及び該固定子に加圧接触する回転子を複数個相互に重ね
合せたものであるから、固定子と回転子との加圧接触部
以内の固定子の半径位置でハウジングに固着するもので
あるから、固定子の外方向に余分なスペースを必要とす
る構成が付帯しないから、超音波モータの径を小さくす
ることができる。このとき、固定子とハウジングとの固
着は、回転子との加圧接触部以内の固定子の半径位置で
ハウジングに固着できるからその位置を任意に選択する
ことができ、固定子に生じさせた進行波を、その取付け
位置により逃すことがないので、効率を良くすることが
できる。

また、上記実施例においては、固定子と回転子の形状
が同一であり、その取付けを対称にしているものである
から、構成部品の規格化（標準化）が容易である。更
に、上記実施例では、ハウジングの相互の螺合深さによ
り、固定子と回転子の接触圧力を得ているが、連結部材
または他の部材により両者の接触圧力を得た場合には、
ハウジングの形状も同一または対称にすることもでき
る。

そして、固定子と回転子との接触圧力は、ハウジング
相互の螺合により調整できるものであるから、任意のト
ルク及び回転速度を設定することができる。また、固定
子の回転子との接触圧力は、多段接続したものにおいて
も、ハウジング相互の螺合により調整でき、固定子と回
転子との接触圧力を一度に、しかも均一に設定すること
ができる。

ところで、上記実施例の超音波モータは、固定子及び
該固定子に加圧接触する回転子を２重に重ね合せたもの
であるが、本発明を実施する場合には、一方のシャフト
側に、更に、回転子を接続することにより、多段接続す
ることができ、その出力トルクを大きくすることができ
る。

［発明の効果］ 以上のように、本発明の超音波モータは、横波及び縦
波が合成された表面進行波を生じさせる固定子と、その
固定子に加圧接触し、回動自在に配設された回転子と、
それらの固定子と回転子との加圧接触部以内の固定子の
半径位置で固着したハウジングとを具備し、前記固定子
及び該固定子に加圧接触する回転子を複数個相互に重ね
合せたものであるから、固定子の外方向に余分なスペー
スを必要とする構成を要しないから、超音波モータの径
を小さくすることができる。また、固定子に生じさせた
進行波を、その取付け位置により逃すことがないので、
効率を良くすることができる。そして、固定子と回転子
との接触圧力は、ハウジング相互の螺合により調整でき
るものであるから、任意のトルク及び回転速度を設定す
ることができる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の一実施例の超音波モータの断面図、第
２図は第１図に示した弾性体の分極処理の状態を示す説
明図、第３図は従来の超音波モータの断面図である。 図において、 21a:外側ハウジング、21b:内側ハウジング 30a:第１固定子、30b:第２固定子 31a:弾性体、31b:弾性体 32a:圧電体、32b:圧電体 40a:第１回転子、40b:第２回転子 50:連結部材 である。 なお、図中、同一符号及び同一記号は、同一または相当
部分を示す。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】横波及び縦波が合成された表面進行波を生
   じさせる固定子と、前記固定子に加圧接触し、回動自在
   に配設された回転子と、前記固定子と回転子との加圧接
   触部以内の固定子の半径位置で固着したハウジングとを
   具備し、 前記固定子及び該固定子に前記ハウジング相互の螺合に
   より調整できる加圧接触する回転子を複数個相互に重ね
   合せたことを特徴とする超音波モータ。