JPH0318280A - 超音波モータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、宇宙をはじめとする真空環境下で使用する超
音波モータに係り、特にロータや超音波発振部等の発熱
部分の冷却に好適な超音波モータに関する。

〔従来の技術〕

従来、宇宙用マニピュレータまたは宇宙用ロボットに用
いられるアクチュエータとして−は、次のような技術が
知られている。

（１）戸田他，宇宙用小型マニピュレータの試作研究，
日本航空宇宙学会誌，第３５巻第４０１号，ｐｐ．２９
６〜３０１　（１９８７年６月）（２）山本他，宇宙ス
テーションマニピュレータ用モータ／減速機試験，第３
１回宇宙科学技術連合講演会，ｐｐ．８３２〜８３３　
（１９８７年１０月） ついで、第８図により従来の超音波モータを説明する。

この第８図に示す従来技術では、ベース１にステータ２
が固定されている。

前記ステータ２の外周部には、ピエゾ素子３が貼り付け
られていて、超音波発振部４が形威されている。

前記超音波発振部４には、円環シ一ト５を介してロータ
６が接している。前記円環シート５は、ロータ６に接着
され、超音波発振部４とロータ６との摩擦状態を良好に
保つようになっている。

前記ロータ６は、シャフト７に装着されている。

このシャフト７には、つば８が一体に形威されている。

このつば８には、皿ばね９が結合されている。前記シャ
フト７に形威されたつば８と、皿ばね９とは、皿ばね９
に設けられた切り欠きと、っぱ８に設けられた突起との
かみ合いにより、トルクを確実に伝達するようになって
いる。前記ロータ６は、前記皿ばね９により、ゴムシー
ト１０をはさんでステータ２に設けられた超音波発振部
４に押し付けられている。前記ゴムシート１０は、、ロ
ータ６と皿ばね９間の摩擦力を向上させるようになって
いる。

前記シャフト７は、スラストベアリング１工お−３ー よびジャーナル軸受１２を介してケース１３に回転可能
に支持され、かつころがり軸受１５を介してベース１に
回転可能に支持されている。

前記ケース１３は、ベース１にねじ１４により固定され
ている。

そして、この従来技術ではステータ２に設けられた超音
波発振部４が励磁され、この超音波発振部４から進行波
が発生すると、ロータ６は進行波の波頭に運ばれて回転
し、その回転運動はゴムシート１０，皿ばね９およびっ
ぱ８を介してシャフト７に伝達され、シャフト７が回転
するようになっている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、前記従来技術のうち、前掲文献（ｌ），（２
）に記載の技術は、減速機と、ブラシレスＤＣモータと
、電磁ブレーキと、エンコーダとを組み合わせたもので
ある。しかし、宇宙空間や高真空環境下では、大気圧で
用いるような潤滑油が使用できず、減速機の歯車の真空
潤滑やバックドライバビリテイの悪さが問題となる。

４ このため、減速機を用いないＤＣモータ方式とすること
が望ましいが、ＤＣモータは重量の割りに出力トルクが
小さく、直接駆動は困難である。

また、電源遮断時の安全確保のため、負作動型の電磁ブ
レーキを組み込む必要があるが、このようにするとモー
タ全体の寸法，重量，消費電力ともに巨大となってしま
うので、打ち上げ重量の増加や物理的干渉の問題が発生
する。

ＤＣモータに代わる新しいアクチュエータとして、前記
第８図に示す超音波モータがある。この超音波モータは
、ＤＣモータに比較して、出力トルク対重量の比が大き
いので、減速機を用いる必要がない。ただし、減速機を
用いないことにより、出力１−ルクが不足する場合には
、ステータとロータとを多段に設ける必要がある。また
、超音波モータは摩擦駆動であり、電源遮断時はブレー
キとして機能するため、電磁ブレーキは不要である。

したがって、超音波モータは放熱対策を講じさえすれば
、真空環境下でも十分使用することができる。この放熱
対策を講じないと、ピエゾ素子により超音波を発振する
超音波発振部の温度が上昇し、ピエゾ素子やピエゾ素子
を共振体に接着している接着剤に熱影響が出て故障の原
因となる。従来技術では、超音波モータについて、この
放熱対策が講じられておらず、真空環境下で使用できな
いという問題がある。

本発明の第ｌの目的は、超音波発振部と、ロータの超音
波発振部に摩擦接触する部分から発生する熱を効果的に
放出し得る超音波モータを提供することにある。

本発明の第２の目的は，モータの回転状態を検出可能で
、しかもコンパクトな超音波モータを提供することにあ
る。

本発明の第３の目的は、出力トルクが大きい超音波モー
タを提供することにある。

本発明の第４の目的は、出力トルクが大きく、しかも超
音波発振部とロータとの接触性の良好な超音波モータを
提供することにある。

本発明の第５の目的は、発熱部分を効果的に冷却可能な
超音波モータを提供することにある，本発明の第６の目
的は、ハウジングの内部の発熱部分、およびシャフトの
出力端部と連結された外部構造体の内部にわたって効果
的に冷却可能な超音波モータを提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

前記第１の目的は、ベースとステータとを、ステータか
らベースへ熱伝達可能に構成し、シャフトとロータとを
、ロータからシャフトへ熱伝達可能に構成したことによ
り、達威される。

また、第１の目的は、前記ベースとステータとを一体に
形威し、前記シャフトとロータとを一体に形成したこと
によって、より良く達或される。

さらに、前記第１の目的は、前記シャフトの両端をハウ
ジングの外部に突出させた両軸モータとしたことによっ
て、より一層良好に達威される。

さらにまた、前記第ｌの目的は、前記シャフトの少なく
とも一端部に、放熱板を取り付けたことにより、さらに
良好に達威される。

そして、前記第１の目的は、前記ハウジングのベースと
ケース間に、外径がハウジングの外径よ７ ８ りも大きくかつ内径がハウジングの内径よりも小さい中
空円板状のステータ兼放熱板を、前記ハウジングと同心
円上に取り付け、このステータ兼放熱板の内径側端部に
、前記超音波発振部を設け、前記シャフトとロータとを
、ロータからシャフトへ熱伝達可能に構戊したことによ
っても、達威される。

前記第２の目的は、前記シャフトの一端部に、回転セン
サ兼放熱板を取り付けたことにより、達成される。

前記第３の目的は、前記ステータとロータの組を，シャ
フトの軸方向に多段に取り付けたことにより、達威され
る。

前記第４の目的は、前記シャフトに各段のロータを、ス
プライン結合とセレーション結合のいずれかの結合構造
により連結したことにより、達威される。

前記第５の目的は、前記ハウジングの内部に冷媒を封入
したことにより、達成される。

そして、前記第６の目的は、前記ハウジングを、内部に
回転部を有する外部構造体に載置し、この外部構造体の
回転部とシャフトの出力端部とを連結するとともに、前
記ハウジングの内部と外部構造体の内部とにわたって冷
媒を封入したことにより、達威される。

〔作用〕

本発明では、ベースとステータとを、ステータからベー
スへ熱伝達可能に構成し、シャフトとロータとを、ロー
タからシャフトへ熱伝達可能に構成している。したがっ
て、ステータに設けられた超音波発振部で発生した熱は
ステータからベースを経て外部に放出されるし、またロ
ータの超音波発振部に摩擦接触する部分で発生する熱は
ロータからシャフトを経て外部に放出される。これによ
り、超音波発振部、およびロータの超音波発振部に摩擦
接触する部分の温度が上昇することに起因する故障を未
然に防止することができる。

また、本発明では前記ベースとステータとを一体に形成
し、前記シャフトとロータとを一体に形威している。そ
の結果、ステータからベースへ、またロータからシャフ
トへ効率よく熱伝達されるので、超音波発振部、および
ロータの超音波発振部に摩擦接触する部分で発生する熱
をより一層良好に放出することができる。

さらに、本発明では前記シャフトの両端部をハウジング
の外部に突出させた、いわゆる両軸モータとしている。

その結果、特にロータの超音波発振部に摩擦接触する部
分から発生する熱をシャフトに伝達し、シャフトの両端
部から放出することができるので、より一層効果的に放
熱することが可能となる。

さらにまた、本発明では両軸モータとされた前記シャフ
トの少なくとも一端部に、放熱板を取り付けているので
、ロータの超音波発振部に摩擦接触している部分で発生
する熱を、ロータ→シャフト→放熱板を経てより一層効
果的に放出することができる。

そして、本発明では前記ハウジングのベースとケース間
に、中空円板状のステータ兼放熱板をハウジングと同心
円上に取り付け、このステータ兼放熱板に超音波発振部
を設け、また前記シャフトとロータとを、ロータからシ
ャフ１〜へ熱伝達可能に構成しているので、特に超音波
発振部で発生した熱を、ステータから放熱板を経て外部
に効果的に放出することができる。

また、本発明では前記シャフトの一端部に回転センサ兼
放熱板を取り付けているので、放熱効果の外に、モータ
の回転方向，回転速度等の回転状態を検出することがで
き、しかもこれらの機能を有するにも拘らず、全体をコ
ンパクトにまとめることができる。

さらに、本発明では前記ステータとロータの組を、シャ
フトの軸方向に多段に取り付けているので、出力トルク
を増大させることができる。

さらにまた、本発明では多段に設けられたステータとロ
ータの組の、各ロータをシャフ１〜にスプライン結合ま
たはセレーション結合しているので、出力トルクを大き
くなし得る外、各ロータが軸方向に移動できるので、ば
ねにより超音波発振部にロータの接触部分を的確に接触
させることができ１１ る。

また、本発明では前記ハウジングの内部に冷媒を封入し
、積極的に冷却するようにしているので，ハウジングの
内部に有する発熱部を効果的に冷却することができる。

さらに、本発明では前記ハウジングを、内部に回転部を
有する外部構造体に載置し、この外部構造体の回転部と
シャフトの出力端部とを連結するとともに、前記ハウジ
ングの内部と外部構造体の内部とにわたって冷媒を封入
し、積極的に冷却するようにしているので、ハウジング
の内部や外部構造体の内部に有する発熱部を効果的に冷
却することができる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を第１図〜第７図により説明する
。

第ｌ図は本発明の第１の実施例を示す縦断面図である。

この第１の実施例では、内側ベース１７と、外側ベース
↑９と、ケース２１と、ピエゾ素子２３−１２ による超音波発振部２４を有するステータ２２と、シャ
フト２５と、ロータ２８と、つば３０と皿ばね３１とゴ
ムシート３２の組と、放熱板３３とを備えて構成されて
いる。

前記内側ベース１７と外側ベース１９とケース２１とに
よりハウジングが構成されている。前記内側ベース１７
には、磁気カップリング等の外部構造体（図示せず）と
結合するねじ穴１７′が設けられている。前記外側ベー
スエ９は、ステータ２の超音波発振部２４の円環状のピ
エゾ素子２３を取り付け完了後，内側ベースｌ７に取り
付け面１８を圧入，ろう付け，溶接または接着などの手
段により固着され、ヒートシンクとして機能し、また外
部構造体への伝熱面積を増大させるようになっている。

前記ケース２ｌは、ねじ２０により外側ベース１９に固
定されている。

前記ステータ２２は、前記内側ベースｌ７と一体に形成
されている。このステータ２２には、外縁部の内側に、
円環状のピエゾ素子２３が貼り付けられ、このピエゾ素
子２３により超音波発振部２４が形或されている。

前記シャフト２５は、内側ベース１７に組み込まれたこ
ろがり軸受２６と、ケース２１に組み込まれたころがり
軸受２７とによりハウジングに回転可能に支持されてい
る。前記ころがり軸受２６．２７には、真空軸受が使用
されている。また、シャフト２５は全体として可及的に
太く形威され、かつ両端部をハウジングの外部に突出さ
せた、いわゆる両軸モータに構成されている。

前記ロータ２８は、シャフト２５に一体の形成されてい
る。このロータ２８には、外縁部の内側に円環シ一ト２
９が接着され、前記ロータ２８はこの円環シ一ト２９を
はさんでステータ２２の超音波発振部２４に接している
。

前記つば３０は、シャフト２５に装着され、かつころが
り軸受２７により止着されている。前記皿ばね３工は、
内縁部側がつば３０に設けられた突起と、皿ばね３工に
形威された切り欠きどのかみ合いを介して、つば３０に
結合されている。前記ゴムシ一ト３２は、ロータ２８の
外側に布設されている。そして、前記皿ばね３１により
、ゴムシート３２をはさんでロータ２８を押し、ロータ
２８の外縁部をステータ２２に設けられた超音波発振部
２４に押し付けている。

前記放熱板３３は、シャフ１〜２５のケース２１の外部
に突出された端部に、ボス３４を介して固定されている
。

この第１の実施例の超音波モータでは、ピエゾ素子２３
による超音波発振部２４が励磁されて進行波が発生する
と、ロータ２８が進行波の波頭に運ばれて回転する。前
記ロータ２８が回転すると、その回転トルクはゴムシー
ト３２，皿ばね３１およびつば３０を通じてシャフト２
５に伝達され、シャフト２５が回転する。

そして、ステータ２２の超音波発振部２４で発生した熱
は、超音波発振部２４→ステータ２２→内側ベースｌ７
→外側ベース１９に伝達され、内，外側ベース１７．１
９の広い伝達面積を通じて、磁気カップリング等の外部
構造体（図示せず）に伝達され、外部に放出される。

１５ 一方、ロータ２８の前記超音波発振部２４に摩擦接触す
る部分に発生する熱は、ロータ２８からシャフト２５に
伝達され、この実施例では両軸モータとされているので
、シャフト２５の両端部に向かって流れ、シャフト２５
のころがり軸受２６側では外部構造体を経て外部に放出
され，同シャフト２５のころがり軸受２７側ではボス３
４から放熱板３３へ伝達され、この放熱板３３から大気
に放出される。

そして、この実施例では、内側ベース１７とステータ２
２とが一体に形威され、シャフト２５とロータ２８とが
一体に形成されているので、超音波発振部２４で発生す
る熱はステータ２２→内側ベース１７へ効率よく伝達さ
れ、ロータ２８の超音波発振部２４に摩擦接触している
部分で発生する熱はロータ２８→シャフト２５へ効率よ
く伝達されるため、より一層良好に放熱することができ
る。

さらに、この実施例では両軸モータとし、しかもシャフ
ト２５の一端部に放熱板３３を取り付け−１６ ているので、より一層効果的に放熱することかできる。

したがって、この実施例によれば、超音波発振部２４で
発生する熱，およびロータ２８の超音波発振部２４に摩
擦接触している部分に発生する熱により温度が上昇する
ことに起因する故障、例えばビエゾ素子２３やピエゾ素
子２３を共振体に接着している接着剤に熱影響が出て故
障する１・ラブルを未然に防止することができる。

次に、第２図は本発明の第２の実施例を示す縦断面図で
ある。

この第２の実施例では、ベース３５と、ケース３７と、
ステータ３８と、シャフｌ−４２とロータ４５と、つば
４７と皿ばね４８とゴムシ一ト４９の組と、回転センサ
である磁気式エンコーダのドラム５０と読み取りヘッド
５２の組と、カバー５６とを備えて構成されている。

前記ベース３５には、ねじ３７を介してケース３６が固
定され、前記ベース３５およびケース３６とによりハウ
ジングが構成されている。

前記ステータ３８は、この実施例ではベース３５と別体
に形威され、ねじ４１によりベース３５に固定されてい
る。このステータ３８の外縁部の内側に円環状のピエゾ
素子３９が貼り付けられ、このピエゾ素子３９により超
音波発振部４０が構成されている。

前記シャフト４２は、ベース３５に組み込まれたころが
り軸受４３と、ケース３６に組み込まれたころがり軸受
４４とにより、ハウジングに回転可能に支持されている
。

前記ロータ４５は、この実施例では４２と別体に形威さ
れ、ろう付け等の手段によりシャフト４２に固着されて
いる。このロータ４５の外縁部は、円環シ一ト４６をは
さんでステータ３８に設けられた超音波発振部４０に接
している。

前記つば４７は、シャフト４２と一体に形成されている
。前記皿ばね４８は、内縁部側がつば４７に設けられた
突起と、皿ばね４８に形威された切り欠きどのかみ合い
を介して、つば４７に結合されている。前記ゴムシー１
〜４９は、ロータ４５の外側に布設されている。而して
、前記皿ばね４８の外縁部によりロータ４５を押し、ロ
ータ４５の外縁部を前記ステータ３８に設けられた超音
波発振部４０に押し付けている。

前記磁気式エンコーダのドラム５０は、座金５３をはさ
んでねじ５４によりシャフ１〜４２のころがり軸受４４
側の端部に固定されている。このドラム５０の外周面は
、磁気パターン記録面５１とされている。前記読み取り
ヘッド５２は、ドラム５０の磁気パターン記録面５１に
対峙して配置され、かつねじ５５によりケース３６に固
定されている。前記磁気パターン記録面５工を有するド
ラム５０と、読み取りヘッド５２とにより回転センサが
構成されており、また前記ドラム２０は表面積の広大な
放熱板を兼ねている。

前記カバー５６は、ドラム５０に形或された環状凹溝と
、ケース３６に形成された周溝間に嵌着されており、前
記磁気パターン記録面５１と、読み取りヘッド５２とを
保護している。

前記第２の実施例の超音波モータの回転原理は、１９ 前記第１の実施例と同様である。

この第２の実施例において、超音波発振部４０で発生す
る熱は、ステータ３８→ベース３５を経て外部に放出さ
れる。

また、ロータ４５の超音波発振部４０と摩擦接触する部
分で発生する熱は、ロータ４５→シャフト４２に伝達さ
れ、シャフト４２からころがり軸受４３側の端部に向か
って流れ、外部に放出される一方、ころがり軸受４４側
の端部に向かって流れ、磁気エンコーダのドラム５０か
ら大気に放出される。

したがって、前記超音波発振部４０で発生する熱、およ
びロータ４５の超音波発振部４０と摩擦接触する部分で
発生する熱のいずれをも、効果的に放出することができ
るし、特にこの実施例では広大な表面積を持ったドラム
５０を回転センサ兼放熱板として用いているので、より
一層効率よく放熱することができる。

そして、この実施例では磁気パターン記録面５１を有す
るドラム５０と、読み取りヘッド５２２０ とで構成された回転センサとしての磁気エンコーダを備
えているので、モータの回転状態、つまりモータの回転
方向，回転速度等を検出することがで、きる。

なお、円板型のエンコーダでは共振の懸念があるが、こ
の第２の実施例のようにドラム型のエンコーダでは共振
の問題が生じない。

ついで、第３図は本発明の第３の実施例を示す縦断面図
である。

この第３の実施例では、ベース５７と、ケース５８と、
ステータ兼放熱板６ｌと、シャフト６４と、ロータ６８
と、つば７０と皿ばね７１とゴムシ一ト７２の組とを備
えて構成されている。

前記ベース５７とケース５８とが組み合わされてハウジ
ングが構成されている。

前記ステータ兼放熱板６↑は、中空円板状に形或されて
おり、その外径はハウジングの外径よりも大径に形成さ
れ、内径はハウジングの内径よりも小径に形成されてい
る。このステータ兼放熱板６ｌは、前記ベース５７とケ
ース５８間に介装され、位置決めピン５９によりハウジ
ングと同心円上に位置決めされ、ねじ６０によりハウジ
ングに固定されており、このステータ兼放熱板６１のハ
ウジングの外部に突出した部分が放熱板として機能し、
ハウジングの内部に収容されている部分がステータとし
て機能するようになっている。

前記ステータ兼放熱板６１のステータの部分の内側には
、円環状のピエゾ素子６２が貼り付けられ、このビエゾ
素子６２により超音波発振部６３が構成されている。

前記シャフト６４は、ベース５７に組み込まれたころが
り軸受６５と、ケース５８に組み込まれたスラストベア
リング６６およびジャーナル軸受６７とを介して、前記
ハウジングに回転可能に支持されている。

前記ロータ６８は、内縁部側がシャフト６４にろう付け
等の手段で固着され、外縁部側は円環シ一ト６９をはさ
んで超音波発振部６３に接している。

前記つば７０は、シャフト６４と一体に形或されている
。前記皿ばね７工は、内縁部側がつば７０に設けられた
突起と、皿ばね７１に形成された切り欠きどのはめ合い
を介して結合されている。

前記ゴムシート７２は、ロータ６８の外側に布設されて
いる。そして、皿ばね７１の外縁部により、ゴムシ一ト
７２をはさんでロータ６８の外縁部を押し、このロータ
６８の外縁部を前記超音波発振部６３に押し付けている
。

この第３の実施例の超音波モータも、回転原理について
は前記第ｌの実施例と同様である。

また、この実施例では超音波発振部６３で発生する熱は
、ステータ兼放熱板６ｌのステータの部分から放熱板の
部分およびハウジングに伝達゛され、広い面積を通じて
放出される。

さらに、ロータ６８の超音波発振部６３と摩擦接触する
部分で発生する熱は、ロータ６８からシャフト６４を経
て大気に放出される。

したがって、この実施例においても、超音波発振部６３
で発生する熱、およびロータ６８の超音波発振部６３に
摩擦接触する部分で発生する熱と２３ー も、外部へ効果的に放出することができる。

なお、この実施例において、両軸モータとすると、より
一層効果的である。

続いて、第４図は本発明の第４の実施例を示す縦断面図
である。

この第４の実施例では、シャフト４２の軸方向にステー
タ３８とロータ４５の組が２段重ねて設けられている。

前記シャフト４２には、ハウジングのベース３５に組み
込まれたころがり軸受４３とケース３６に組み込まれた
ころがり軸受４４間のほぼ中間部につば７３が一体に形
或されている。

ステータ３８とロータ４５の第１の組７４と、ステータ
３８とロータ４５の第２の組７５とは、前記ロータ４５
，４５を内側に、つまり前・記つば７３側にロータ４５
，４５を配して、バック・トウ・バックに配置されてい
る。

前記第１の組７４のステータ３８は，ねじ４工によりハ
ウジングのベース３５に固定され、第２の組７５のステ
ータ３８は、ねじ４１によりハウ−２４ー ジングのケース３６に固定されている。

この第４゛の実施例の他の構成については、前記第２の
実施例と同様である。

この第４の実施例の超音波モータでは、ステータ３８と
ロータ４５の組が２段設けられているので、モータの出
力トルグを増大させることができる。

ところで、ステータとロータの組数を多くすると出・カ
トルクは増大するが、相互干渉を考慮すると実際の出力
トルクは、ステータとロータの組数に効率を乗じた値と
なる。

なお、この第４の実施例の他の作用については、前記第
２の実施例と同様である。

進んで、第５図は本発明の第５の実施例を示す縦断面図
である。

この第５の実施例では、ハウジングがベース３５と、中
間ケース７６と、ケース３６とを軸方向に積み重ねて構
成されている。

前記中間ケース７６とケース３６間には、支持ディスク
７７が介装されている。

前記ベース３５と中間ケース７６と支持ディスク７７と
ケース３６とは、長いねじ７８により共締めされている
。

前記ハウジングの内部には、シャフト４２の軸方向にス
テータ３８とロータ４５の組が２段重ねて設けられてい
る。

ステータ３８とロータ４５の第１の組７９と、ステータ
３８とロータ４５の第２の組８０とは、ステータ３８，
３８を内側に、すなわち前記支持ディスク７７側にステ
ータ３８，３８を配して、バック・１〜ウ・バックに配
置されている。

前記第ｌの組７９のステータ３８と、第２の組８０のス
テータ３８と、ねじ８ｌにより支持ディスク７７に共締
めされている。

前記シャフト４２の中間部分には、スプライン溝とスプ
ライン突起のいずれか一方が設けられている。また、シ
ャフト４２のころがり軸受４３側ところがり軸受４４側
には，つば８３，８４が設けられている。前記つば８３
は、シャフト４２に設けられたスプライン溝またはスプ
ライン突起に係合され、かつころがり軸受４３上に設置
されている。前記つば８４は、シャフ１−４２と一体に
形威されている。

前記第ｌ，第２の組７９，８．０のロータ４５には、ス
プライン溝またはスプライン突起のいずれか他方が設け
られており、それぞれシャフト４２にスプライン結合さ
れ、軸方向に移動可能に取り付けられており、スプライ
ン結合部を第５図中に符号８２で示している。また、第
ｌの組７９のロータ４５は、つば８３に突起と切り欠き
とをはめ合わせて結合された皿ばね４８により、同し第
１の組７９のステータ３８に設けられた超音波発振部４
０に押し付けられている。さらに、第２の組８０のロー
タ４５は、っぱ８４に突起と切り欠きとをはめ合わせて
結合された皿ばね４８により、同じ第２の組８０のステ
ータ３８に設けられた超音波発振部４０に押し付けられ
ている。

この第５の実施例の他の構戒については、前記第２の実
施例と同様である。

そして、この第５の実施例の超音波モータでは２７ 第１，第２の組７９．８０のロータ４５がシャフト４２
とスプライン結合されていて、軸方向に移動可能に取り
付けられているので、第１，第２の組７９．８０のステ
ータ３８に設けられた超音波発振部４０に、当該第１，
第２の組７９．８０のロータ４５の外縁部を、当該皿ば
ね４８により的確に接触させることができる結果、性能
を向上させることができる。

なお、この第５の実施例では、スプライン結合に代えて
、セレーション結合としてもよい。

また、この第５の実施例の他の作用については、前記第
２の実施例と同様である。

さらに、第６図は本発明の第６の実施例を示す縦断面図
である。

この第６の実施例では、ハウジングがベース３５と、第
１，第２，第３の中間ケース８５，８６．８７と、ケー
ス３６とをシャフト４２の軸方向に順次積み重ねて構成
されている。

前記ベース３５と第１の中間ケース８５との間、第ｌ，
第２の中間ケース８５．８６の間、第２の−２８− 中間ケース８６とケース３６との間には、第ｌ，第２，
第３の支持ディスク８８，８９．９０が介装されている
。

前記ベース３５と、第ｌ，第２，第３の中間ケース８５
，８６．８７と、第１，第２，第３の支持ディスク８８
，８９．９０と、ケース３６とは、長いねじ９１により
共締めされている。

前記ベース３５と第１の支持ディスク８８との間、第１
，第２の支持ディスク８８．８９の間、第２，第３の支
持ディスク８９．９０の間、第３の支持ディスク９０と
ケース３６との間には、ステータ３８とロータ４５の第
１，第２，第３，第４の組９２，９３，９４．９５の組
がシャフト４２の軸方向に並列に配置されている。

前記第１，第２，第３，第４の組９２，９３，９４．９
５のステータ３８は、ねじ９６によりベース３５、第１
，第２，第３の支持ディスク８８，８９．９０に固定さ
れている。

前記シャフト４には、ころがり軸受４３からころがり軸
受４４の近くに至るまでの長さにねたつて、スプライン
溝とスプライン突起のいずれか一方が設けられている。

また、シャフト４２には、第］，第２，第３，第４のっ
ぽ９８，９９，１００，１０１が設けられている。第１
，第２，第３のっぽ９８，９９，１００は、シャフト４
２に止め輸１０２により止着されており、第４のつば１
０１はシャフト４２と一体に形威されている。

前記第１，第２，第３，第４の組９２，９３，９４．９
５のロータ４５の内縁部には、スプライン溝とスプライ
ン突起のいずれか他方が設けられていて、前記シャフト
４２にスプライン結合され、シャフト４２の軸方向に移
動可能に取り付けられており、第６図にスプライン結合
部を符号９７で示している。

前記第１，第２，第３，第４の組９２，９３，９４．，
９５のロータ４５の外縁部には、前記第１，第２，第３
，第４のっぽ９８，９９，１００．１０１と当該ロータ
４５間に設けられた皿ばね４８により、当該第１，第２
，第３，第４の組９２，９３．９４−，９５のステータ
３８に設けられた超音波発振部４０に押し付けられてい
る。

この第６の実施例では、ステータ３８とロータ４５の組
を４段積み重ねて設置しているので、前記第４，第５の
実施例に比較して、より一層出力トルクを増大させ得る
外は、構戒，作用とも前記第５の実施例と同様である。

次に、第７図は本発明の第７の実施例を示す縦断面図で
ある。

この第７の実施例では、超音波モータ■と、これのシャ
フト１１１に連結された外部構造体としての磁気カップ
リング■とを配備している。

前記超音波モータＩは、ハウジングと、ステータ１０８
と、シャフト１１２と、ロータ１１６と、つば１１８と
皿ばね１１９とゴムシ一ト１２０の組とを備えて構成さ
れている。

前記ハウジングは、ベース１０３とケース１０４とをね
じ１０５で結合して構成されている。前記ベース１０３
とケース１０４の合わせ面には，シール部利１０６が介
装されている。

前記ケース１０４には、冷媒用の注入口１０７３１ が設けられている。

前記ステータ１０８は、ねじ１１１によりベース１０３
に固定されている。このステータ１０８の内側の外縁部
には、円環状のピエゾ素子１０９が貼り付けられ，この
ピエゾ素子１０９により超音波発振部１１０が構成され
ている。

前記シャフト１１２は、ベース１０３に組み込まれたこ
ろがり軸受１１３と、ケース１０４に組み込まれたスラ
ストベアリング１１４およびジャーナル軸受１１５によ
り、ハウジングに回転可能に支持されており、ベース１
０３から突出された部分は磁気カップリング■に挿入さ
れている。

前記ロータ１１６は、その内縁部側がシャフト１１２に
ろう付け等の手段で固着されている。このロータ１１６
の外縁部側は、円環シ一ト１１７をはさんで、前記ステ
ータ１０８に設けられた超音波発振部１１０に接してい
る。

前記っぱ１１８は、シャフト１１２のスラストベアリン
グ１１４側に一体に形成されている。前記皿ばね１１９
は、内縁部側かっぱ１１８に設け３２ られた突起と、皿ばね１１９に形成された切り欠きとの
はめ合いを介してつば１１８に結合されている。前記ゴ
ムシート１２０は、ロータ１１６の外側に布設されてい
る。そして、前記皿ばね１１９の外縁部により、ロータ
１１６を押し、このロータ１１６の外縁部をステータ１
０８に設けられた超音波発振部１．　１　０に押し付け
ている。

前記磁気カップリング■は、筒型のフレーム１２１と、
内側回転体１２５と、シャフト１２７を有する外側回転
体１２６と、内，外側回転体１２５，１２６間に設置さ
れたカツプ１２９とを備えて構成されている。

前記筒型のフレーム１２１の一端部にはフランジ１２２
が一体に形威されており、このフレーム１２１は前記フ
ランジ１２２を超音波モータ■のベース１０３に当接さ
せ、ねじ１２３で止めることにより、前記ベース１０３
に結合されている。

前記ベース１０３とフランジ１２２の合わせ面には、シ
ール部材１２４が介装されている。

前記内側回転体１２５は、前記超音波モータＩのシャフ
ト１１２に圧入等により固着されている。

前記外側回転体１２６は、前記内側回転体１２５を囲む
ように配置されている。

前記シャフト１２７は、外側回転体１２６と一体に形威
され、かつフレーム１２１の他端部に組み込まれたころ
がり軸受１２８により、フレーム１２１に回転可能に支
持されている。このシャフト１２７の一部は、フレーム
１２１の外部に突出されており、この突出された部分に
被回転部（図示せず）が連結される。

前記カツプ１２９は、断面ｂ型に形威され、内側回転体
１２５の外側を囲み、この部分をシールしている。

前記カップ１２９で囲まれた空間と、超音波モータＩの
ハウジングの内部とは、ベース１０３に組み込まれたこ
ろがり軸受１１３の空隙を通じて連通している。

前記超音波モータ■のハウジングのケース１０４に設け
られた注入口１０７からは、例えばフロン，潤滑油等の
冷媒１３０が注入され、この冷媒１３０は超音波モータ
■のハウジングの内部から、磁気カップリング■のカツ
プ１２９で囲まれた空間にわたって充填されている。前
記冷媒１３０の充填後、注入口１０７はかしめたのちろ
う付けする等の手段で封止される。

この第７の実施例では、超音波モータ■が前記第１の実
施例の原理により回転すると、その出力トルクは超音波
モータ■のシャフ１〜１１２を通じて磁気カップリング
■の内側回転体１２５に伝達され、内側回転体１２５が
回転する。前記内側回転体１２５が回転すると、外側回
転体１２６に磁気的に伝達され，この外側回転体１２６
が回転し、磁気カップリング■のシャフト１２７が回転
する。

そして、この第７の実施例では超音波モータＩのステー
タ１０８に設けられた超音波発振部１１０で発生する熱
、ロータ１１６の超音波発振部１１０に摩擦接触してい
る部分で発生する熱，磁気カップリング■の内，外側回
転体１２５，１２６間に発生する熱を、冷媒１３０によ
り積極的に冷却し、除去することができる。

３５一 −３６ なお、この第７の実施例において、特に外部構造体に熱
の発生部分がない場合には、超音波モータ■のハウジン
グの内部にのみ、冷媒１３０を充填してもよい。

〔発明の効果〕

以上説明した本発明の請求項ｌ記載の発明によれば，ベ
ースとステータとを、ステータからベースへ熱伝達可能
に構成し、シャフトとロータとを、ロータからシャフト
へ熱伝達可能に構成しており、ステータに設けられた超
音波発振部で発生した熱はステータからベースを経て外
部に放出されるし、またロータの超音波発振部に摩擦接
触する部分で発生する熱はロータからシャフトを経て外
部に放出されるので、宇宙をはじめとする真空環境下に
おいても超音波発振部、およびロータの超音波発振部に
摩擦接触する部分の温度が上昇することにより起因する
故障を未然に防止し得る効果がある。

また、本発明の請求項２記載の発明によれば、前記ベー
スとステータとを一体に形威し、前記シャフ１〜とロー
タとを一体に形威している結果、ステータからベースへ
、またロータからシャフトへ効率よく熱伝達されるので
、超音波発振部、およびロータの超音波発振部に摩擦接
触する部分で発生する熱をより一層良好に放出し得る効
果がある。

さらに、本発明の請求項３記載の発明によれば、前記シ
ャフトの両端部をハウジングの外部に突出させた、いわ
ゆる両軸モータとしている結果、特にロータの超音波発
振部に摩擦接触する部分から発生する熱をシャフトに伝
達し、シャフトの両端部から放出することができるので
、より一層効果的に放熱し得る効果がある。

さらにまた、本発明の請求項４記載の発明によれば、両
軸モータとされた前記シャフトの少なくとも一端部に、
放熱板を取り付けているので、ロータの超音波発振部に
摩擦接触する部分で発生する熱を、ロータ→シャフト→
放熱板を経てより一層効果的に放出し得る効果がある。

そして、本発明の請求項５記載の発明によれば、前記ハ
ウジングのベースとケース間に、中空円板状のステータ
兼放熱板をハウジングと同心円上に取り付け，このステ
ータ兼放熱板に超音波発振部を設け、また前記シャフト
とロータとを、ロータからシャフトへ熱伝達可能に構成
しているので、特に超音波発振部で発生した熱を、ステ
ータから放熱板を経て外部に効果的に放出し得る効果が
ある。

また、本発明の請求項６記載の発明によれば、前記シャ
フトの一端部に、回転センサ兼放熱板を取り付けられて
いるので、放熱効果の外に、モータの回転方向，回転速
度等の回転状態を検出することができ、しかもこれらの
機能を有するにも拘らず、全体をコンパクトにまとめ得
る効果がある。

さらに、本発明の請求項７記載の発明によれば、前記ス
テータとロータの組を、シャフトの軸方向に多段に取り
付けているので、出力トルクの増大を図り得る効果があ
る。

さらにまた、本発明の請求項８記載の発明によれば、多
段に設けられたステータとロータの組の、各ロータをシ
ャフトのスプライン結合またはセレーション結合してい
るので，出力トルクを大きくなし得る外、各ロータが軸
方向に移動できるので、ばねにより超音波発振部にロー
タの接触部分を的確に接触させることができ、したがっ
て性能の向上を図り得る効果がある。

また、本発明の請求項９記載の発明によれば、前記ハウ
ジングの内部に冷媒を封入し、積極的に冷却するように
しているので、ハウジングの内部に有する発熱部を効率
よく冷却し得る効果がある。

さらに、本発明の請求項１０記載の発明によれば、前記
ハウジングを、内部に回転部を有する外部構造体に載置
し，この外部構造体の回転部とシャフトの出力端部とを
連結するともに、前記ハウジングの内部と外部構造体の
内部とにわたって冷媒を封入し、積極的に冷却するよう
にしているので、ハウジングの内部や外部構造体の内部
に有する発熱部を効率よく冷却し得る効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図，第２図，第３図，第４図，第５図，第６図およ
び第７図は、それぞれ本発明の第１，第２，第３，第４
，第５，第６および第７の実施例ー３９一 を示す縦断面図である。第８図は従来の超音波モータを
示す縦断面図である。 １７・・・内側ベース、１９・・・外側ベース、２１・
・・ケース、２２・・ステータ、２３・・・ピエゾ素子
、２４・・・超音波発振部，２５・・・シャフト、２８
・・・ロータ、３０・・つば、３１・・・皿ばね、３３
・・・放熱板、３５・・・ベース、３６・・・ケース、
３８・・・ステータ、３９・・・ピエゾ素子、４０・・
・超音波発振部、４２・・・シャフト、４５・・・ロー
タ、４７・・・つば、４８・・・皿ばね、５０・・・回
転センサである磁気式エンコーダのドラム、５１・・・
ドラムの磁気パターン記録面、５２・・・読み取りヘッ
ド、５６・・・カバー、５７・・・ベース、５８・・・
ケース、６１・・・ステータ兼放熱板、６２・・・ピエ
ゾ素子、６３・・・超音波発振部、６４・・・シャフト
、６８・・ロータ、７０・・・つば、７１・・・皿ばね
、７３・・・つば、７４・・・ステータとロータの第１
の組、７５・・・同じく第２の組、７６・・・中間ケー
ス、７７・・・支持ディスク、７９・・・ステータとロ
ータの第ｌの組、８０・・・同じく第２の組、８２・・
・スプライン結合部、８３．８４・・・つば、８５〜８
７・・・第１〜−４０− 第３の中間ケース、８８〜９０・・・第１〜第３の支持
ディスク、９２〜９５・・・ステータとロータの第ｌ〜
第４の組、９７・・・スプライン結合部、９８〜１０１
・・・つば、■・・・超音波モータ、１０３・・・ペー
ス，１０４・・・ケース、１０７・・・冷媒用の注入口
、１０８・・・ステータ、１０９・・・ピエゾ素子、１
１０・・・超音波発振部、１１２・・・シャフト、１１
６・・・ロータ、１１８・・・つば、１１９・・・皿ば
ね、■・・・磁気カップリング、１２１・・・筒型のフ
レーム、１２２・・・フレームのフランジ、１２５・・
内側回転体，１２６・・・外側回転体、１２’７・・・
シャフト、１２９・・・カップ、１３０・・・冷媒。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ベースとケースとを組み合わせたハウジングと、超
   音波発振部を有するステータと、ハウジングに回転可能
   に支持されたシャフトと、このシャフトに装着されたロ
   ータと、このロータを前記超音波発振部に押し付けるば
   ねとを備えて構成した超音波モータにおいて、前記ベー
   スとステータとを、ステータからベースへ熱伝達可能に
   構成し、前記シャフトとロータとを、ロータからシヤフ
   トへ熱伝達可能に構成したことを特徴とする超音波モー
   タ。 ２、ベースとケースとを組み合わせたハウジングと、超
   音波発振部を有するステータと、ハウジングに回転可能
   に支持されたシャフトと、このシャフトに装着されたロ
   ータと、このロータを前記超音波発振部に押し付けるば
   ねとを備えて構成した超音波モータにおいて、前記ハウ
   ジングのベースとケース間に、外径がハウジングの外径
   よりも大きくかつ内径がハウジングの内径よりも小さい
   中空円板状のステータ兼放熱板を、前記ハウジングと同
   心円上に取り付け、このステータ兼放熱板の内径側端部
   に、前記超音波発振部を設け、前記シャフトとロータと
   を、ロータからシヤフトへ熱伝達可能に構成したことを
   特徴とする超音波モータ。 ３、ベースとケースとを組み合わせたハウジングと、超
   音波発振部を有するステータと、ハウジングに回転可能
   に支持されたシャフトと、このシャフトに装着されたロ
   ータと、このロータを前記超音波発振部に押し付けるば
   ねとを備えて構成した超音波モータにおいて、前記ハウ
   ジングを、内部に回転部を有する外部構造体に載置し、
   この外部構造体の回転部とシャフトの出力端部とを連結
   するとともに、前記ハウジングの内部と外部構造体の内
   部とにわたつて冷媒を封入したことを特徴とする超音波
   モータ。