JPH04105571A - 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、回転トルクの発生源として、縦・捩じり複合
振動子をステータとする超音波モータの改良に関する。

（従来の技術） 縦・捩じり複合振動子をステータに用いた超音波モータ
は、若干長さは長くなるものの、他のタイプの超音波モ
ータ、例えば円板の周方向を伝搬するたわみ進行波を用
いた超音波モータと比べると、小径で高トルクであると
言う特徴がある。また、縦及び捩じり振動とともに、電
気機械結合係数の大きな圧電縦効果により振動可能であ
るため、効率の高いモータが実現可能である等数々の優
れた特徴がある。

第２図に従来の縦・捩じり複合圧電振動子をステータと
し縦、捩じり振動のいずれも共振駆動可能な超音波モー
タを示す。図において、２１は、鍔２２、ボルト２３．
２４から構成される鍔付きの例えばステンレス鋼製のシ
ャフトに溶着により形成したアルミニュウム合金製ヘッ
ドマスである。２５は硬質金属材料から成る鍔（ヘッド
マスリング）で縦と捩じりの共振周波数を一致させる場
合極めて有効な働きをする。２６は縦振動を励振する圧
電セラミック素子であり、この圧電セラミック素子を構
成する圧電セラミツ・り板は厚み方向に分極されている
。また、２７ａ、２７ｂは中間シリンダ、２８は捩じり
振動を励振する圧電セラミック素子であり、この圧電セ
ラミック素子を構成する圧電セラミック板は厚みに平行
で周方向に分極されている。２９はリアマス、３０はナ
ツトである。ナツト３０とヘッドマス２１でボルト２４
を介して圧電セラミック素子２６．２８に圧縮バイアス
応力を加え、モータ駆動時二圧電セラミック素子２６．
２８内に引っ張り応力が生じないようにした、所謂、ス
テータ部分はボルト締めランジュバン型振動子となって
いる。３１はロータ、３２．３３は各々ロータをステー
タ面に圧接するための皿ばね、ナツトである。３４はロ
ータの回転力を他のシステムに伝達されるためのギアで
ある。また、３５は耐摩耗材である。

（発明が解決しようとする課題） アルミニュウム合金をシャフトの鍔２２部に溶着して製
作したヘッドマス２１は、製作時に細かい気泡が残り、
このためにヘッドマス表面に直径２〜１０μｍの微細な
穴が多数存在した。このため、ロータに耐摩耗材を接着
して超音波モータを構成した場合、ヘッドマス表面が粗
れているためにカジリが生じ、耐久性の優れた超音波モ
ータを実現することが難しかった。また、ヘッドマス２
１とボルト２３．２４が一体化されているため、ラッピ
ング等の簡単な方法により平行平面を表現することも難
しかった。超音波モータは通常駆動周波数が３０ｋＨｚ
〜５０ｋＨｚであり、ステータとロータの界面に生ずる
振幅はせいぜい２〜３ｐｍである。このためヘッドマス
表面は１μｍ以下の平面精度が要求される。即ち、優れ
た平行平面精度が達成できなければ、ロフト間の超音波
モータの製造ばらつきが大きくなり、製品の歩留りが大
幅に低下することは避けられないわけであり、従来の構
成では、面精度を出すためには一個一個慎重に時間をか
けてしか製造することが難しかった。また、ヘッドマス
表面を硬質アルマイト処理してヘッドマスの耐摩耗性を
向上させる場合においても、ボルトの部分をマスキング
する必要があり、ボルトが製造の障害になっていた。一
方、ヘッドマス２２とボルト２３．２４部分をステンレ
ス鋼等の高強度の金属で一体物として構成することも可
能であるカミこの場合、ステンレス鋼等の高強度の金属
材料は密度が高いため、ロータとステータの界面で大振
幅動作を行わせることは難しい。

（課題を解決するための手段） 本発明は、中心にボルトを貫通させる穴を有し、鍔２２
に填め合う凹状の内面を有する、例えばステンレス鋼、
Ｃｒ−Ｍｏ鋼などから成る独立に組立可能なヘッドマス
を用いることにより上記従来の超音波モータが抱える諸
問題を解決しようとするものである。

（作用） 本発明に基づく超音波モータの構成例を第１図に示す。

同図において、１１は高強度の金属材料から成るヘッド
マスである。１１の内面は鍔２２の外側面に填め合う円
筒面をなしている。ヘッドマス１１と鍔２２はボルト２
４とナツト３０により相当な圧力（２００ｋｇ／ｃｍ２
以上）で圧接され、一体に振動するようになっている。

また、ヘッドマス１１において、圧電セラミック素子２
６と当接する底部は断面積が大きく、ロータと当接する
シリンダー状になっている部分は断面積が小さく、所謂
、ステップホーンを形成している。従って、ヘッドマス
１１はホーンとしての動作を示し、振動拡大作用のため
ヘッドマス底部に比べてロータ両面において拡大された
振幅を得ることができる。尚、ヘッドマス１１は、鍛造
により製作された金属材料を使用することが可能であり
、溶着により製作されたヘッドマスに生じる微細な穴は
皆無である。また、ヘッドマス１１は独立した製造部品
であるから、ラップ盤による平行平面研磨が容易であり
、極めて簡単に高い平行平面を実現可能である。このた
めにヘッドマス表面と耐摩耗材の摺動部の耐摩耗性の著
しい向上のみならカミ平行平面度が良くなるため、モー
タの製造ロフト間のばらつきも極めて小さくなる特徴が
ある。

（実施例） 以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。

本発明の超音波モータの実施例を第１図に示す。

各部材の直径は１２ｍｍである。厚さ１０ｍｍのヘッド
マス１１の穴にボルト２４を貫通させて鍔２２を凹部に
配置し、厚さ２ｍｍの縦振動用圧電セラミック素子２６
、厚さ３ｍｍの中間シリンダ２７ａ、２７ｂ、厚さ０．
５ｍｍの支持具２０、厚さ２ｍｍの捩じり振動用圧電セ
ラミック素子２８、厚さ１１．５ｍｍのリアマス２９を
ナツト３０でボルト２４を介して締め付けて２００ｋｇ
／ｃｍ２のバイアス圧縮応力状態にステータを組み立て
た。部材は全てステンレス鋼製ある。以上使用したボル
ト２３．２４、鍔２２以外の部材は上下面を平行平面研
磨して平行度１μｍに仕上げられている。該ステータに
耐摩耗材３５を配置したロータ３１をベアリング３６、
皿バネ３２ポルト２３を介してナツト３３で７ｋｇｆの
力で圧接し、本発明の超音波モータを組み立てた。この
超音波モータを５００台製作し、縦及び捩じり振動用圧
電セラミック素子に各々４０Ｖｎｎｓの周波数３２．５
ｋＨｚの電圧を印加して無負荷時回転数Ｎｏ、最大トル
クＴｍａｘを測定した。その結果、ＮＱ＝６５０±５（
ｒ、　ｐ、　ｍ）、ＴｍａＸ＝１．２±０．０１（ｋｇ
ｆ−Ｃｍ）となり、モータ間ばらつきが著しく小さくな
った。また、ロータとステータ間のかじりは製作したモ
ータに全く起こることなく、信頼性が向上した。

上記超音波モータを部材の平行平面研磨を施す事なく５
００台製作した結果、Ｎｏ＝４３０±１００（ｒ、　ｐ
、　ｍ）、Ｔｍａｘ＝０．６±０．３（ｋｇｆ−ａｍ）
となり、モータ間ばらつきが大きくなった。

第２図に示す従来の超音波モータのヘッドマス以外の部
材を平行平面研磨して平行度１μｍに仕上げ、５００台
組み立てた結果、ＮＱ＝６１０±５０（ｒ、　ｐ、ｍ）
、Ｔｍａｘ＝０．８±０．２（ｋｇｆ−ｃｍ）となった
。また、数時間回転させるとロータとステータ間ががじ
ってしまい、回転が停止した。

（発明の効果） 以上詳述した如く、本発明に従った構成の超音波モータ
は全ての部材を平行平面研磨でき、その結果、性能のモ
ータ間ばらつきを小さくでき、また、ロータとステータ
間のかじりが起こらず、信頼性の高い超音波モータを実
現することが出来る。従って、本発明に基づく超音波モ
ータ技術的有用性は計り知れないほど大きく、応用技術
、派生技術の広さも予測しきれないものがある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の超音波モータの実施例の断面図、第２
図は従来の超音波モータの断面図である。 図において、１１．２１はヘッドマス、２２は鍔、２３
．２４はボルト、２５はヘッドマスリング、２６は縦振
動用圧電セラミック素子、２７ａ、２７ｂは中間シリン
ダ、２８は捩じり振動駆動用圧電セラミック素子、２９
はリアマス、３０．３３はナツト、３１はロータ、３４
はギア、３５は耐摩耗材、３６はベアリングを示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　ヘッドマス、縦振動駆動用圧電セラミック素子、中間
   シリンダ、捩じり振動駆動用圧電セラミック素子、リア
   マスの順で配置された部材をヘッドマスと前記リアマス
   と当接する側に配置したナットによりボルトを介して締
   め付ける構成の縦・捩じり複合振動子をステータとする
   超音波モータにおいて、前記ヘッドマスはその中心にボ
   ルトを貫通させる穴を有し、且つボルトに形成された鍔
   を保持する凹状の内面形状を備えていることを特徴とす
   る超音波モータ。