JPH0365071A - 超音波モータの出力構造 - 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、複数のステータに進行波を生じさせ、複数の
ステータに圧接したロータを回転させるようにした超音
波モータの出力構造に関し、特にステータよりも大径の
ロータを回転させたり、回転方向が互いに逆向きの大径
ロータ及び小径ロータを同時に回転させたり、多数の小
径ロータを同時に回転させることにより、複数の回転出
力が得られるようにさせたものである。

［従来の技術］ 従来の超音波モータは第６図に示すように圧電素子Ａを
リング状に取付けたステータＢに、摩擦材Ｃを介してロ
ータＤを重ね、ロータＤをステータ側に皿バネＥにより
圧接させている。ロータＤが回転すると皿バネＥを介し
て出力軸Ｆも一体に回転するようになっている。リング
状の圧電素子Ａは２区分されており、それぞれに９０°
位相差のある高周波電圧を印加すると、ステータ３表面
に進行波が生じ、その進行波を受けてロータＤが回転す
るようになっている。さらに進行波を生じさせるステー
タＢには、その振幅を大きくするために、放射状に多数
の溝を切っている。

また超音波モータを正逆回転制御させることが行なわれ
ているが、１つの超音波モータから同時に、正逆回転の
出力を得たり、同時にステータから複数のロータを回転
させる超音波モータは知られていない。

［発明が解決しようとする課題］ 従来の技術で述べたように、円形ステータには、放射状
の多数の切溝が設けられ、各切溝間の突条により振幅の
大きな進行波が得られるようになっている。そのため、
大きなステータを作るには、多数の切溝を精度よくステ
ータに設けなければならないので、それは技術的に困難
であり製造コストが高くなるという問題があった。

また複数の回転出力を同時に得るためには、複数の超音
波モータを使用したり、その他の出力取出構造を使って
いるので経済的ではない。

そこで本発明は、これらの問題を解決するために複数個
のステータを使用し、これらステータに生じる進行波に
より大小の径のロータ又は径が異なる複数のロータを回
転させ、あるいは大径ロータ及び小径ロータを正逆回転
させる超音波モータの出力構造を提供するものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明の超音波モータの出力構造は、外周が円形の複数
のステータを基板に保持させ、各ステータに圧電素子を
リング状に接着して、高周波電圧を印加することにより
同方向の進行波の発生を可能とし、各ステータ間の中心
部から大きく離れた各ステータの進行波発生面に１つの
大径ロータの外周部を接しさせ、バネ材により大径ロー
タを各ステータに圧接させたものである。

正逆回転の出力を同時に得るためには、各ステータ間の
中心部から大きく離れた各ステータの進行波発生面に接
するようにリング状の大径ロータを重ねて第１バネ材に
より大径ロータを各ステータに圧接させ、さらに各ステ
ータを組合せた中心寄りの各ステータの進行波発生面に
接するように小径ロータを重ねて第２バネ材により小径
ロータを各ステータに圧接させ、各ステータに同方向の
進行波を生じさせればよい。

また複数の回転出力を同時に得るためには、各ステータ
の進行波発生面に、径が異なる複数のロータの外周部を
接しさせ、複数の径のロータをバネ材により各ステータ
に圧接させ、各ステータに同方向の進行波を生じさせれ
ばよい。

［作用］ 上記手段の超音波モータの出力構造では、圧電素子の振
動により、ステータに同方向の進行波が生じるようにな
っている。ロータの外周部は、各ステータの進行波発生
面に部分的に圧接させられ、この圧接させられた外周部
の個所から、ステータに発生する進行波を受けてロータ
が回転できるようになっている。よって、ステータを任
意に増やすことにより、ロータの外周部とステータの進
行波発生面との接する個所を増やせる。

また複数のステータ上に、中心部を同一にした大径ロー
タ及び小径ロータを重ね、大径ロータ及び小径ロータが
複数のステータから進行波を受けるようにした場合、ス
テータに同方向の進行波を生じさせると大径ロータと小
径ロータとは逆方向に回転するので、正逆回転の出力を
同時に得ることができる。

さらに各ステータの進行波発生面に、各ステータと外接
するように径が異なる複数のロータの外周部を圧接させ
れば、その圧接個所より進行波を受けて、これら複数の
径のロータが回転するので、複数の回転出力を得ること
ができる。

［実施例］ 本発明の第１実施例を第１図〜第３図により説明する。

基板ｌの中央部にスペースをあけて等間隔に３つのステ
ータ２ａ、　２ｂ、　２ｃが、台材３を介して保持され
る。各ステータ２ａ、　２ｂ、　２ｃは外形が円形であ
って、それぞれの基板ｌ側の外周部には隣り合う領域で
逆向きに分極された多数の圧電素子４が張り付けられて
いる。これら圧電素子４は１．ｔ／４の間隔をあけて２
区分され、この２区分された圧電素子４の電極にそれぞ
れ９０°位相差のある高周波電圧が印加されると、圧電
素子４が振動して、各ステータ２ａ、　２ｂ、　２ｃの
表面に同回転方向の進行波が生じるようになついる。ス
テータ２ａ、　２ｂ、　２ｃの外周部には、放射状の多
数の切溝が設けられ、各切溝間の突条５によって振幅の
大きい進行波が起きるようになっている。各ステータ２
ａ、　２ｂ、　２ａ間の中心部から大きく離れた各ステ
ータ２ａ、　２ｂ、　２ｃの進行波発生面に、大径ロー
タ６が接するように重ねられ、大径ロータ６の中心軸７
が基板ｌに軸受８を介して保持される。また大径ロータ
６の中心軸７と基板１との間に軸受９を介してバネ材１
０が設けられ、大径ロータ６が各ステータ２ａ、　２ｂ
、　２ｃに適度に圧接されるようになっている。

なお、大径ロータ６をステータ２ａ、　２ｂ、　２ｃに
圧接させるために、第３図に示すように台材３°と基板
１°との間にバネ材９゛を設け、大径ロータ６°の中心
軸７°の軸方向規制を中心軸７゛の軸受８゛と基板ｌｏ
との係止で行なうようにしてもよい。

そして、同方向の進行波をステータ２ａ、　２ｂ、　２
ｃに生じさせると、この進行波を受けて、大径ロータ６
が進行波と同方向に回転するようになっている。

本実施例では、ステータを３つ設けたが、それに限定す
るものではなく、任意に複数個のステータを設ければ、
ロータから出力されるトルクを調節することができる。

なお、大径ロータとステータ２ａ、　２ｂ、　２ｃとの
間には摩擦材を介在させる必要がある。

次に本発明の第２実施例を第４図〜第５図により説明す
る。

基板１１の中央部にスペースをあけて等間隔に３つのス
テータ２ａ、　２ｂ、　２ｃが、台材１２を介して保持
される。各ステータ２ａ、　２ｂ、　２ｃの基板１１側
の外周部には、隣り合う領域で逆向きに分極された多数
の圧電素子４が張り付けられている。これら圧電素子４
は、ん／４の間隔をあけて２区分され、この２区分され
た圧電素子４の電極にそれぞれ９０°位相差のある高周
波電圧が印加されると、圧電素子４が振動して、各ステ
ータ２ａ、　２ｂ、　２ｃの表面に同回転方向の進行波
が生じるようになついる。ステータ２ａ、　２ｂ、　２
ｃの外周部には、放射状の多数の切溝が設けられ、各切
溝間の突条５によって振幅の大きい進行波が起きるよう
になっている。

各ステータ２ａ、　２ｂ、　２ａ間の中心部から大きく
離れた各ステータ２ａ、　２ｂ、　２ｃの進行波発生面
に、大径ロータ１３が接するように重ねられ、さらに各
ステータ２ａ、　２ｂ、　２ａ間の中心部側寄りの進行
波発生面に小径ロータ１４が接するように重ねられてい
る。なお、大径ロータ１３及び小径ロータ１４とステー
タ２ａ、２ｂ、　２ｃとの間には、摩擦材を介在させる
必要がある。

ステータ２ａ、　２ｂ、　２ｃ側とは反対の大径ロータ
１３面側には皿バネ１５が設けられ、この皿バネ１５に
よりステータ２ａ、　２ｂ、　２ｃ側に大径ロータ１３
は押し付けられて、大径ロータ１３とステータ２ａ、　
２ｂ、　２ｃとの接触面に適切な圧接力を作用させてい
る。皿バネ１５と大径ロータ１３とが接する面にはゴム
材１６が介在され、ゴム材１６と接触していない側の皿
バネ１５の部分は第一回転軸１７の鍔板１８に固定され
ている。そして、第一回転軸１７は第二回転軸１９の中
心孔に貫通した状態に取付けられているので、二重の出
力軸構造となっている。ステータ２ａ、　２ｂ、　２ｃ
側とは反対の小径ロータ１４の面側には、皿バネ２０が
設けられ、皿バネ２０と小径ロータ１４とが接する面に
はゴム材２１が介在され、第二回転軸１９は皿バネ２０
を介して小径ロータ１４と一体に回転するようになって
いる。なお、皿バネ２０は、小径ロータ１４と第二回転
軸１９の鍔部２２との間を押し開くので、小径ロータ１
４をステータ２ａに圧接させることになり、皿バネ２０
の開き過ぎ防止は、第二回転軸１９と軸受との間に取付
けた止め輸２３によりなされる。さらに第−１第二回転
軸１７．１９は、それぞれ軸受２４．２５にまりケーシ
ング２６に固定されている。

本実施例では、大小２個のロータを設けたが径の異なる
複数のロータを設けて、各径のロータの外周部の一部を
少なくとも円形ステータの進行波発生面の一部と接する
ようにバネ材で圧接すれば、多数のロータを同時に回転
させることもできる。

また前記実施例では、組合された複数のステータの中心
部と、各ロータの中心部とを一致させて配置したが、ロ
ータを少し偏心させて配置しても各ロータは各ステータ
から進行波を受けて回転できる。

［発明の効果］ 本発明の超音波モータの出力構造では、ステータを複数
個設け、表面に同方向の進行波を発生させることにより
、ステータより大きな大径ロータを所定のトルクで回転
させることができる。よって高精度を必要とする大きな
ステータを作成しなくても済むので、製造が容易である
。また大径及び小径ロータを１つの超音波モ、−夕とし
て組込み、同方向の進行波を複数のステータに発生させ
ることにより、２つのロータを同時に正逆回転させるこ
とができる。さらに径が異なる複数のロータを複数のス
テータ間に配置させれば、多数の回転出力が得られる。

これら超音波モータは複数の出力が得られるので、複雑
な動作をする機械に組込む場合にも、装置全体の小型化
を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示す超音波モータの部分
断面図、第２図は同実施例の大径ロータの外周部とステ
ータの進行波発生面との重ね合わせ状態を示す説明図、
第３図は第１実施例と同一の作用効果を示す超音波モー
タの部分断面図、第４図は本発明の第２実施例を示す超
音波モータの部分断面図、第５図は同実施例の大径及び
小径ロータの外周部とステータの進行波発生面との重ね
合わせ状態を示す説明図、第６図は従来の超音波モータ
の断面図である。 ｌ；基板　　　　　２ａ、　２ｂ、　２ｃ；ステータ３
；台材 ６：大径ロータ ９；軸受 １２：台材 １４：小径ロータ １７：第一回転軸 ２２；鍔部 ２６；ケーシング

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）外周が円形の複数のステータを基板に保持させ、
   各ステータに圧電素子をリング状に接着して高周波電圧
   を印加することにより同方向の進行波の発生を可能とし
   、各ステータ間の中心部から大きく離れた各ステータの
   進行波発生面に１つの大径ロータの外周部を接しさせ、
   バネ材により大径ロータを各ステータに圧接させたこと
   を特徴とする超音波モータの出力構造。
2. （２）外周が円形の複数のステータを基板に保持させ、
   各ステータに圧電素子をリング状に接着して高周波電圧
   を印加することにより同方向の進行波の発生を可能とし
   、各ステータ間の中心部から大きく離れた各ステータの
   進行波発生面に接するようにリング状の大径ロータを重
   ねて第１バネ材により大径ロータを各ステータに圧接さ
   せ、さらに各ステータを組合せた中心寄りの各ステータ
   の進行波発生面に接するように小径ロータを重ねて第２
   バネ材により小径ロータを各ステータに圧接させたこと
   を特徴とする超音波モータの出力構造。
3. （３）外周が円形の複数のステータを基板に保持させ、
   各ステータに圧電素子をリング状に接着して高周波電圧
   を印加することにより周方向の進行波の発生を可能とし
   、各ステータの進行波発生面に径が異なる複数のロータ
   の外周部を接しさせ、複数の径のロータをバネ材により
   ステータに圧接させたことを特徴とする超音波モータの
   出力構造。