JP2975218B2

JP2975218B2 - 超音波モータ

Info

Publication number: JP2975218B2
Application number: JP4222119A
Authority: JP
Inventors: 正行田中; 幹雄梅田; 徹中澤; 利男高橋; 公一加藤; 浩之中野
Original assignee: ARUPUSU DENKI KK
Current assignee: ARUPUSU DENKI KK
Priority date: 1992-07-29
Filing date: 1992-07-29
Publication date: 1999-11-10
Anticipated expiration: 2014-11-10
Also published as: JPH0654562A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超音波モータに係り、
特に縦振動と捩り振動とのいわゆる複合振動を利用して
ロータを回転させるように形成されている超音波モータ
に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ステータ部での超音波振動を利用
して、ロータを回転させるようにした超音波モータが開
発されている。

【０００３】このような超音波モータは、円柱状のステ
ータ部の端面にロータ部を圧接させておき、前記ステー
タ部に、縦方向の振動を与える縦振動用圧電素子と、互
いに方向に振動して逆捩り方向の振動を与える一対の捩
り振動用圧電素子とを備え、縦振動と捩り振動とを組合
わせることによってステータ部の端面にリサージュ図形
を描くように運動させて、前記端面に圧接されているロ
ータ部を右方向又は左方向へ回転させるように形成され
ている。

【０００４】これを図９に示す超音波モータの概略構造
を示す半断面正面図を用いてさらに説明する。

【０００５】図示超音波モータ１０は、円柱状のステー
タ２０と、該ステータ２０に圧接されているロータ３０
とを２本の保持軸４０,５０によって一体化構造とされ
たものである。前記ステータ２０は、ステータヘッド６
０と、リング状に積層された縦振動用圧電素子７０と、
ホールドブロック８０と、リング状に積層された捩り振
動用圧電素子９０と、ボトムナット１００とが一本の保
持軸４０によって締結固定された構造となっている。な
お、捩り振動用圧電素子９０は、複数個、例えば６個の
扇状の圧電素子片９５ａ…９５ｆを接着剤（不図示）に
よって、接着し、リング状に形成される。そして、リン
グ状の捩り振動用圧電素子９０をそれぞれ捩り方向が時
計回り方向と反時計回り方向とに互い違いとなるよう重
ね合されている。このとき、時計回り方向のリング状の
捩り振動用圧電素子９０の接着部９６ａ，９６ｂ…と、
その上に載置された反時計回り方向のリング状の捩り振
動用圧電素子９０の接着部９６ａ’，９６ｂ’，…とが
一直線状に配置されている。

【０００６】そして、各圧電素子７０，９０の各層の両
端面には、各層の圧電素子７０，９０に電圧を印加する
ための電極板７１，９１が密着して配置され、この電極
板７１，９１には、不図示の電源が接続されている。こ
のような超音波モータ１０では、縦振動用圧電素子７０
による縦振動と、捩り振動用圧電素子９０による捩り振
動とによって、ステータヘッド６０の上端面がリサージ
ュ運動を生じるため、ステータ２０に圧接されているロ
ータ３０が回動させられ超音波モータ１０が構成されて
いる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この超
音波モータ１０を駆動すると、前記一直線状に配置され
た圧電素子の接着部９６ａ’，９６ｂ’，…は弾力性の
ある物質であるため、捩り振動用圧電素子によって生じ
た振動がこの接着部９６ａ’，９６ｂ’，…によって吸
収され、振動エネルギーが損失することとなり、効率よ
くロータに回転エネルギーを伝達することができず、駆
動電力の割に回転トルクが小さいという欠点があった。

【０００８】そこで、本発明は、少ない駆動電力でも、
回転トルクの大きな、高効率な超音波モータを提供す
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の超音波モータ
は、ステータと、該ステータの一端に圧接されて、該ス
テータによって回転駆動されるロータとを備え、ステー
タが軸線方向の振動を与えるリング状の縦振動用圧電素
子部と、軸線周りに正逆方向の捩り振動を与える少なく
とも２層のリング状の捩り振動用圧電素子部と、これら
圧電素子部の端面に当接して圧電素子部を挟む複数個の
ホールド部材とを軸線方向に締結固定され、ロータが保
持軸に回転可能に保持されている超音波モータにおい
て、前記少なくとも２層以上のリング状の捩り振動用圧
電素子部は、前記リング状の捩り振動用圧電素子部の接
線方向に分極された複数個の扇状の圧電素子片が接着さ
れて形成されており、且つ互いに隣接する相の前記各圧
電素子片の接着部が、周方向にずれて配置されているこ
とを特徴とする。

【００１０】

【作用】上記構成の超音波モータにおいては、リング状
の捩り振動用圧電素子を２層以上積層する際に、前記捩
り振動用圧電素子を構成する複数個の圧電素子片の各接
着部をそれぞれの捩り振動用圧電素子の各層において周
方向にずらして配置することによって、各接着層が上ま
たは下層の捩り振動用圧電素子を構成する圧電素子片に
よって、強固に支持されることとなり、捩り振動用圧電
素子によって生じた振動を各接着部により吸収されるこ
とを防止することができる。これにより、捩り振動用圧
電素子によって生じた振動は、その振動のエネルギーが
損失することなく、ロータに伝わるため、高回転トルク
で高効率なモータとなる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の一実施例を、図１から図８を
用いて詳細に説明する。

【００１２】図１は、本発明に係わる超音波モータの一
実施例を示す半断面正面図、図２は、図１に示す超音波
モータのステータ部の一実施例を示す要部分解斜視図、
図３は、捩り振動用圧電素子を示す要部分解斜視図、図
４は、ステータヘッドを示す図で（ａ）は平面図、
（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ´断面図、図５は、ホールドブ
ロックを示す図で（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ
−Ａ´断面図、図６は、ボトムナットを示す図で（ａ）
は底面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ´断面図、図７は、
ロータを示す図で（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ
−Ａ´断面図、図８は、上バネ受けを示す図で（ａ）は
平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ´断面図である。

【００１３】図示超音波モータ１０は、円柱状のステー
タ部２０と、該ステータ部２０の一端面に、例えば１０
個から成る摩擦板１１０が所定間隔で配置され、該摩擦
板１１０に圧接されているロータ部３０とから構成され
ている。そして前記ステータ部２０とロータ部３０と
は、それぞれ外周面に雄ねじ４３が形成された第１の保
持軸４０と、雄ねじ５１が形成された第２の保持軸５０
とによって、一体化構造とされている。前記ステータ部
２０は、ステータヘッド６０と、縦方向（軸線方向）の
超音波振動を生じさせる１０層から成る縦振動用圧電素
子７０と、ホールドブロック８０と、例えば４個の扇状
の圧電素子片９０ａ…９０ｄで構成され、捩り方向（軸
線周り方向）の超音波振動を生じさせる４層から成る捩
り振動用圧電素子９０と、ボトムナット１００とによっ
て構成されている。そして、前記ステータヘッド６０，
ホールドブロック８０，ボトムナット１００及び各圧電
素子７０，９０は、第１の保持軸４０で、軸線方向に２
００〜３００Ｋｇ・ｃｍの強い力で締結固定され、ステ
ータ部２０が構成される。

【００１４】また、ステータヘッド６０，ホールドブロ
ック８０及びボトムナット１００は、前述の如く円柱状
に形成されており、且つ、そのそれぞれの外周面６１，
８１，１０１であって第１の保持軸４０に対して対称の
位置にトルクレンチ（図示せず）によって締め付けると
きの係止部となる一対の凹部６２，８２，１０２が形成
されている。なお、ボトムナット１００の中央に段部１
０４内に形成された第１の保持軸４０を螺合するネジ部
１０３は、本実施例では、貫通して形成されているが、
ステータ部２０の振動によって、第１の保持軸４０の軸
方向への移動するのを防止するためにネジ部１０３の一
端部が封止されるように形成してもよい。また、前記ス
テータヘッド６０に形成された一対の凹部６２は、円柱
の外周面のほぼ中央に、そして、ホールドブロック８０
に形成された一対の凹部８２は、鍔部８３に一端を接
し、他端はトルクレンチ（図示せず）の締付け部の幅に
対応する寸法まで切削され、そして、さらに、ボトムナ
ット１００に形成された一対の凹部１０２は、下端部が
切落されて形成されている。

【００１５】ホールドブロック８０の外周面８１に形成
されている鍔部８３は、ステータ部２０の超音波複合振
動の節となる部位にあるような位置に配置されている。

【００１６】縦振動用圧電素子７０は、圧電材の１枚の
厚さが約０．５mmであってこれを例えば、１０枚積層す
ることによって形成され、各層の間には、電極板（図示
せず）が挟まれて配置されており、該電極板には、これ
も不図示の外部電源から約３００ｖ位の駆動電圧が印加
される。そして、１０層から成る縦振動用圧電素子７０
と電極板とは、所定の接着剤によって相互に固着されて
いる。

【００１７】捩り振動用圧電素子９０は、圧電材の１枚
の厚さが約２mmであって、これを例えば、４層とするこ
とにより、そしてそれぞれ各層は、例えば、約９０度の
扇状であって、４枚の圧電素子片９０ａ，９０ｂ，９０
ｃ，９０ｄをリング状に固着して形成されている。そし
て、リング状に接着剤等によって固着された圧電素子片
９０ａ…９０ｄを４層に積層する際に、素子片の接着部
９１，９１´が所定角度ずれていわゆる互い違いに配置
されており、一直線状に成るように積層はされていな
い。また、圧電素子片９０ａ，…９０ｄは各々接線方向
に分極されており、リング状に接着することによって各
分極軸９２が閉ループを描くように組立て、さらに積層
する際は、閉ループの向きが反時計方向（図中矢印Ａ）
と、時計方向（図中矢印Ｂ）とに逆になるように順次組
立てるものとする。

【００１８】ステータヘッド６０（図４参照）は、円柱
状のアルミニュウム合金材から成り、外周面６１には、
トルクレンチ（図示せず）の係止部となる一対の凹部６
２が切削によって形成されている。さらに、上端面６３
の中央には段部６４が、そして、下端面６５にも段部６
６が形成されており、中心部には雌ネジ６７が切られて
いる。また、上端面６３の外方であって、一対の凹部６
２の形成位置からずれた部位に、例えば、１０片の摩擦
板１１０が、雌ネジ６７を中心で円周上に接着剤（図示
せず）によって固着されている。この摩擦板１１０は、
耐摩耗性に優れた材質から選定される。そして摩擦板１
１０の摩擦面１１１は、平坦であるように研磨されてい
る。

【００１９】ホールドブロック８０（図５参照）は、円
柱状のアルミニュウム合金材から成り、外周面８１に
は、トルクレンチ（図示せず）の係止部となる一対の凹
部８２と鍔部８３とが形成され、上端面８４と下端面８
５とには段部８６，８７が形成されている。

【００２０】ボトムナット１００（図６参照）は、円柱
状のステンレス鋼材（ＳＵＳ材）から成り、外周面１０
１には、トルクレンチ（図示せず）の係止部となる一対
の凹部１０２が切削によって形成され、上端面１０３に
は、段部１０４が形成されている。

【００２１】上述の如く、形成されたステータヘッド６
０，縦振動用圧電素子７０，ホールドブロック８０，捩
り振動用圧電素子９０及びボトムナット１００とは、順
次第１の保持軸４０の軸線方向に積層する。このとき、
トルクレンチによって、それぞれ一対の凹部６２，８
２，１０２を係止部として所定の力で締結固定する。こ
のとき、捩り振動用圧電素子９０の内周部９３と対向す
る第１の保持軸４０の位置には、絶縁部材１２０が巻き
付け等の手段によって保持されている。この絶縁部材１
２０によって、捩り振動用圧電素子９０へ電圧を印加す
る為の電極（図示せず）と第１の保持軸４０との絶縁が
保たれることになる。このようにして、一体化され、複
合振動を生じるステータ部２０が形成される。

【００２２】次にロータ部３０について説明する。ま
ず、ロータ１３０（図７参照）は、円柱状であって、ス
テンレス鋼材（ＳＵＳ材）から成り、その上端面１３１
には、スラストベアリング１４０が係止される段部１３
２と、該段部１３２の中央部に第２の保持軸５０が挿通
される貫通穴１３３が形成されている。さらに円柱状の
外周面１３４には、例えば、９０度づつ対称の位置にロ
ータ１３０の回転力を外部の駆動部材（図示せず）に伝
達係合するための４個のノック穴１３５が形成されてい
る。

【００２３】次にロータ部３０のステータ部２０への組
込みについて説明する。第１の保持軸４０にトルクレン
チによって締結固定され、一体化されたステータ部２０
であって、第１の保持軸４０の先端部４１の中心部に形
成されたネジ部４２に第２の保持軸５０の雄ネジ５１を
螺合させる。そして、第２の保持軸５０を貫通させて、
スラストベアリング１４０が係止されたロータ１３０を
ステータヘッド６０の上端面６３に接着された摩擦板１
１０上に載置する。次に下バネ受１５０，圧縮バネ１６
０，上バネ受１７０及び六角ナット１８０を順次スラス
トベアリング１４０上に載置する。なお、上バネ受１７
０（図８参照）には、中心部に形成された、第２の保持
軸５０と螺合されるネジ部１７１と、トルクレンチ（図
示せず）の係止部となる切欠き部１７２と、圧縮バネ１
６０を保持するための凹部１７３とが形成されている。
そして、上バネ受１７０のネジ部１７１と六角ナット１
８０とによって、いわゆるダブルナット構成となる。そ
して、このダブルナット構成にてステータ部２０の複合
振動による圧縮バネ１６０の緩みがなくなり、安定した
締付け圧力が保持される。

【００２４】このようにしてロータ部３０を保持する第
２の保持軸５０は、ステータ部２０を保持する第１の保
持軸４０の先端部４１に形成されたネジ部４２に螺合さ
れて、あたかも一本の保持軸であるかのように構成され
る。

【００２５】

【発明の効果】上述の如く、本発明の超音波モータは、
扇状の圧電素子片を接着してリング状に形成した捩り振
動用の圧電素子を積層する際に、隣接する各層の圧電素
子片の接着部が周方向にずれて、互い違いになるように
配置したため、各接着層が上層または下層の捩り振動用
圧電素子を構成する圧電素子片によって、強固に支持さ
れることとなり、捩り振動用圧電素子によって生じた振
動を各接着層により吸収されることを防止することがで
きる。これにより、捩り振動用圧電素子によって生じた
振動は、その振動のエネルギーが損失することなく、ロ
ータに伝わるため、各層の接着部を直線上に配した従来
の超音波モータと比較して、高回転トルクで、駆動電力
が少ない高効率な超音波モータを提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る超音波モータの一実施例を示す半
断面正面図。

【図２】図１に示す超音波モータのステータ部の一実施
例を示す要部分解斜視図。

【図３】捩り振動用圧電素子を示す要部分解斜視図。

【図４】ステータヘッドを示す図で、（ａ）は平面図、
（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ´断面図。

【図５】ホールドブロックを示す図で、（ａ）は平面
図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ´断面図。

【図６】ボトムナットを示す図で、（ａ）は底面図、
（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ´断面図。

【図７】ロータを示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は
（ａ）のＡ−Ａ´断面図。

【図８】上バネ受を示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）
は（ａ）のＡ−Ａ´断面図。

【図９】従来の超音波モータを示す半断面正面図。

【符号の説明】

１０超音波モータ２０ステータ部３０ロータ部４０第１の保持軸５０第２の保持軸７０縦振動用圧電素子９０捩り振動用圧電素子９１ａ，…９０ｄ圧電素子片９１，９１´ 接着部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者加藤公一東京都大田区雪谷大塚町１番７号アルプス電気株式会社内 (72)発明者中野浩之東京都大田区雪谷大塚町１番７号アルプス電気株式会社内審査官山下喜代治 (56)参考文献特開昭63−124784（ＪＰ，Ａ) 特開平３−124277（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H02N 2/10 - 2/16

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ステータと、該ステータの一端に圧接さ
れて、該ステータによって回転駆動されるロータとを備
え、ステータが軸線方向の振動を与えるリング状の縦振
動用圧電素子部と、軸線周りに正逆方向の捩り振動を与
える少なくとも２層のリング状の捩り振動用圧電素子部
と、これら圧電素子部の端面に当接して圧電素子部を挟
む複数個のホールド部材とを軸線方向に締結固定され、
ロータが保持軸に回転可能に保持されている超音波モー
タにおいて、前記少なくとも２層以上のリング状の捩り
振動用圧電素子部は、前記リング状の捩り振動用圧電素
子部の接線方向に分極された複数個の扇状の圧電素子片
が接着されて形成されており、且つ互いに隣接する層の
前記各圧電素子片の接着部が、周方向にずれて配置され
ていることを特徴とする超音波モータ。