JP2977676B2

JP2977676B2 - 超音波モータ

Info

Publication number: JP2977676B2
Application number: JP4222120A
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: 1999-11-15
Anticipated expiration: 2014-11-15
Also published as: JPH0654563A

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１本の保持軸４０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６０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４
０によって締結固定された構造となっている。そして、
前記ステータヘッド６０の上端面６１には複数枚の摩擦
板１１０が接着固定されており、該摩擦板１１０がロー
タ３０の端面に圧接されている。また、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、各電極板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が構
成されている。

【０００６】

【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を所定時間回動させると、ステータ２０
を構成するステータヘッド６０の上端面６１に接着固定
された複数枚の摩擦板１１０が、ロータ３０による圧接
力によって、摩耗する。このように摩擦板１１０の摩耗
によって、超音波モータ１０が所望の特性を得ることが
できなくなり、摩擦板１１０の保守修理の必要を生じ
る。この保守修理は、摩擦板１１０のカタ減り等の偏摩
耗を均一面に補修することによって行われる。

【０００７】この摩擦板１１０の偏摩耗を修理の際、ス
テータ２０とロータ３０とが保持される保持軸４５が一
本であるいわゆる一軸構成であると、摩擦板１１０を保
守修理する際、ロータ３０を取り外しても摩擦板１１０
の真ん中に軸４５が飛び出した形になってしまい、保守
修理作業の邪魔になっていた。

【０００８】そこで、本発明は摩擦材の保守作業が容易
な超音波モータを提供することを目的とする。

【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、ステータの上面に摩擦板を介して圧接
されて、ステータによって保持軸を中心に回転駆動され
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リング状の捩り振動用圧電素子部
と、これら２つの圧電素子部の端面に当接してそれぞれ
の圧電素子部を挟む３つのホールド部材とを保持軸を介
して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、保持軸が、
ステータを保持するための第１の保持軸と、ロータを保
持するための第２の保持軸との二軸によって構成され、
第１の保持軸の上端面はステータの上面とほぼ同一面に
位置するところにあり、第１の保持軸に第２の保持軸が
螺合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、ステータ
とロータとを締結固定するための保持軸を、それぞれ別
個の第1及び第2の保持軸として配置することによって、
第2の保持軸をはずすだけで摩擦板の修理作業を容易に
行なえる。

【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（第１のホールド部材）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
（第２のホールド部材）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（第３のホー
ルド部材）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４
０で、軸線方向に２００〜３００ｋｇ・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
ング状に固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、
ステータ部を保持する第1の保持軸と、ロータ部を保持
する第2の保持軸とのいわゆる二軸構成としたので、ロ
ータの回動によって摩擦板が摩耗し、保守修理の必要が
生じた際、ステータ部を構成する部材を第1の保持軸か
ら取り外すことなく、ロータ部とステータ部と間に介在
する摩擦板の保守修理等が容易にできる。

【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

───────────────────────────────────────────────────── 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)参考文献特開平３−60386（ＪＰ，Ａ) 特開昭64−19982（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、該ステータの上面に摩擦板を
介して圧接されて、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
捩り振動を与えるリング状の捩り振動用圧電素子部と、
これら２つの圧電素子部の端面に当接してそれぞれの圧
電素子部を挟む３つのホールド部材とを保持軸を介して
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、保持軸が、前記
ステータを保持するための第１の保持軸と前記ロータを
保持するための第２の保持軸との二軸によって構成さ
れ、前記第１の保持軸の上端面は前記ステータの上面と
ほぼ同一面に位置するところにあり、第１の保持軸に第
２の保持軸が螺合されていることを特徴とする超音波モ
ータ。