JPH0475476A - 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〕 本発明は航空機や、原子炉内部で使用される作業ロボッ
ト等に適用され、高信鯨性、高速応答性、小型軽量（出
力に比して）、耐ＥＭＩ特性等を持つ超音波モータに関
する。

〔従来の技術〕

超音波モータの第１従来例を第６図に示す。円環を持つ
ロータ０２に外周が内接する円板形ステータＯ１を設け
る。またステータｌの両面に複数組の圧電素子（図示省
略）を取付け、制御器０３から所定の電圧を順次印加す
る。すなわち第６回に示すようにステータ１を径方向に
弾性的に伸長させ、かつその長径が回転するような進行
波を作る。すると接触部ａの摩擦力によりロータ０２は
回転駆動される。

第２従来例を第７図と第８図に示す。円環形のステータ
Ｏ１ａは軸方向の一端面側がスリットで櫛状になってい
る。他の端面には複数の圧電素子０６ａが接着されてい
る。また円環をもったロータ０２ａが同軸に設けられ、
円環の端面と櫛の先が接するようになっている。制御器
から圧電素子０６ａに電圧を印加して、第８図に示すよ
うに櫛の先に進行波を発生させ、ロータ０２ａを駆動す
る。

第３従来例を第９図と第１０図に示す。円板形のステー
タＯ１ｂには同軸にスリット付円環１１がある。

円板形のロータ０２ｂはスリット付円環１１に対応する
溝を持つ、このロータ０２ｂはステータＯ１ｂに同軸に
、溝の底がスリント付円環ＩＩの先端（端面）に接する
ように取付けられる。ステータＯ１ｂには圧電素子０６
ｂが接着され、制御器より電圧を印加し、前記例と同様
にスリント付円環部に進行波を発生させ、ロータ０２ｂ
を駆動する。

第９図中１０はライニングを示す。

（発明が解決しようとする課題〕 上記第１の従来例では１点駆動のためトルクが小さく、
摩耗等によって出力（トルク及び回転数）の低下をまね
きやすい。その上、ステータの弾性変形が生じにくく、
変形による重心移動で芯振れが起こり易い難点があった
。

第２、第３の従来例ではステータの進行波の面外弾性変
形モードが複雑であり、圧電素子によってこの変形を生
じさせるには大きな電圧が必要な上にエネルギ変換効率
（電気的→Ｉ！械的）が悪いという欠点があった。

〔課題を解決するための手段］ 本発明は上記課題を解決するため次の手段を講する。

すなわち、超音波モータとして、円板形の弾性体製のス
テータと、同ステータに同軸に設けられ、周囲に円環を
持つロータと、上記ステータの面上で軸対称にかつ同ス
テータの両面に対向して取付けられる複数組の圧電素子
と、同圧電素子の軸対称の総語に順次所定の電圧を印加
する制御器とを備え、上記ロータの円環内面に上記ステ
ータの外周面が接するように構成される。

〔作用〕

上記手段により、制御器からロータの両面に設けられた
圧電素子の軸対称の総語にロータの回転と逆方向に順次
所定の波形の電圧を印加すると、圧電素子が電圧に応し
て径方向にステータを伸長させ、軸対称に変形させると
ともに、その長径を上記逆方向に回転させる。すなわち
ステータの外周部に軸対称な進行波が回転方向に発生す
る。したがってステータの外周面に接触するロータの円
環内面は摩擦力を介して進行波により駆動され回転する
。また印加電圧を高めることによって駆動力が増加し、
回転数が増加する。

このようにしてロータは軸対称に変形するため、重心移
動がなく、振動が大幅に軽減され、信頼性の高い超音波
モータかえられる。また複数点で駆動されるため大きい
トルクかえられる。

〔実施例〕

本発明の一実施例を第１図から第５図により説明する。

第１図は縦断面図、第２図は第１図の■−■視図、第３
図は電極接続説明図、第４図、第５図は作用説明図であ
る。

第１図にて、ステータ１の本体５は円板形で導電性、弾
性体製である。またロータ２は出力軸ｄを持つ円板でそ
の周囲に同軸に円環Ｃを持つ。さらにその出力軸ｄはス
テータ１に同軸にヘアリング１３を介して回転可能に取
付けられる。円環Ｃの内面は開端側か径の大きいテーバ
状になっている。

またステータ１の外周面もテーパ状になっていて、その
外周面と、ロータ２の円環Ｃの内面とが常に接するよう
に出力軸ｄの他端部は皿バネ１５を介してナツト１４で
止められている。図中１２はステータｌの固定台である
。

ステータ１の面は第２図に示すように軸対称に８つに区
画され、各区画の軸対称な区画毎に、ステータ１の本体
５の両面に面を対向して４＆ｌの圧電素子６ａ、６ｂ、
　６ｃ、　６ｄが接着されている。これらの圧電素子６
ａ〜６ｄの外面には第３図に示すように電極１６ａ〜１
６ｄが設けられ制御器３につながれる。電極は銀などを
蒸着して設けられる。

軸対称な各電極１６ａ〜１６ｄには制御器３から（１）
弐で表される電圧が印加され、ステータ（本体５）はア
ースされる（第２図参照）。

ここでω＝角周波数 ｔ＝待時 間上の構成において、制御器３から各電極１６ａ〜１６
ｄに（１）式で表される電圧が印加されると、電圧に応
じてステータ１は第４図、第５図に示すように、径方向
に軸対称に圧電素子６８〜６ｄにより順次伸長され、楕
円形変形の長径が回転する。すなわち、ステータ１の外
周部に軸対称な進行波が上記回転方向に発生する。した
がってステータ１の外周面に接触するロータ２の円環Ｃ
内面は摩擦力を介して進行波により駆動され進行波方向
と逆方向に回転する。また印加電圧を高めることによっ
て駆動力が増加し、回転数が増加する。

このようにしてロータ２は軸対称に変形するため、重心
ｆの移動がなく、振動が大幅に軽減され、信転性の高い
超音波モータかえられる。また対称な長径部で２点駆動
されるので大きいトルクかえられる。

〔発明の効果〕

本発明は以上に説明したように、次の効果を奏する。

（１）ステータの弾性変形が軸対称なためロータと接す
るステータの駆動点も常に対称な位置にあるので、芯振
れが発生しない。また複数点駆動のため大きい出力トル
クかえられる。

（２）ステータの弾性変形が弾性体の単純なる伸縮のみ
てあり、曲げ変形を含む複雑な変形を伴わないので、圧
電素子に供給する電圧も非常に小さくてすみ、かつ、エ
ネルギ変換効率が従来のもに比し格段によくなる。

（３）すなわち、従来のものに比し大きなトルクを安定
的に効率良く出力できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成図（一部縦断面図）、
第２図は同実施例の■−■視回、第３図は同実施例の電
極接続説明図、第４図と第５図は同実施例の作用説明図
、第６図は第１従来例の構成図、第７図は第２従来例の
構成図、第８図は同従来例の作用説明図、第９図は第２
従来例の構成図、第１０図は同従来例の分解説明図であ
る。 ｌ・・・ステータ、　　　２・・・ロータ、３・・・制
御器、　　　６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ・・・圧電素子。 代理人　弁理士　坂　間　　　暁 外２名 第１図 第３図 第４図 第２図 （変形１） と 第５図 （変形？） （変形３） 第６図 第７図 第８図 第９図 第１０図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　円板形の弾性体製のステータと、同ステータに同軸に
   設けられ、周囲に円環を持つロータと、上記ステータの
   面上で軸対称にかつ同ステータの両面に対向して取付け
   られる複数組の圧電素子と、同圧電素子の軸対称の組毎
   に順次所定の電圧を印加する制御器とを備え、上記ロー
   タの円環内面に上記ステータの外周面が接するように構
   成されていることを特徴とする超音波モータ。