JPH06133571A - 超音波モータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 超音波モータのステータヘッドの上面外周部
に載置する摩擦板の載置部位の選定によって出力特性の
向上を図る。 【構成】 ステータ２０と、ステータ２０の一端に圧接
されて、ステータ２０によって回転されるロータ３０と
から成り、ステータ２０は、縦及び捩り振動用圧電素子
７０，９０と、複数個のホールド部材６０，８０，１０
０とが保持軸４０の軸線方向に締結固定されているもの
であって、ホールド部材のひとつがステータヘッド６０
で、ステータヘッド６０の外周面６１に形成された凹部
６２と対向するステータヘッド６０の上面外周部６３に
は摩擦板１１０が載置されていないことを特徴とする。

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
に逆方向に振動して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、前記ステータ部の端面に圧接さ
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
とを保持軸４０，５０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とが保持軸４０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１１
０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、各圧電素子７０，９０
の両端面には、各圧電素子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、この電極
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６１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１０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は、ステータ２０を組立てるときの締め
付け冶具（図示せず）を係止するために形成されたステ
ータヘッド６０の外周面６１の凹部６２の真上の部位を
含めて複数枚の摩擦板１１０をステータヘッド６０の上
面外周部６３に載置すると、摩擦板１１０を介して圧接
されたロータ３０が回動するとき、高トルクが得られず
効率の悪い超音波モータ１０となる。

【０００７】そこで、本発明は、ロータ３０の回動が高
トルクで高効率な超音波モータ１０を提供することを目
的とする。

【０００８】

【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、ステータの一端に圧接されてステータ
によって回転駆動されるロータとを備え、ステータは、
縦及び捩り振動用圧電素子と、これら圧電素子の端面に
当接して圧電素子を挟む複数個のホールド部材とが保持
軸の軸線方向に締結固定されているものであって、前記
ホールド部材のひとつが、ロータに複数枚の摩擦板を介
して圧接されたステータヘッドであって、該ステータヘ
ッドの外周面に形成された凹部の真上の部位を除くステ
ータヘッドの上面外周部に摩擦板が載置されていること
を特徴とする。

【０００９】

【作用】上記の構成の超音波モータは、ステータヘッド
の外周面に形成された凹部の真上の部位をさけて複数枚
の摩擦板がステータヘッドの上面外周部に載置されたこ
とによって高効率な超音波モータとなる。

【００１０】

【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。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。

【００１１】図示の超音波モータ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３
０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と
によって構成されている。そして前記ステータヘッド６
０，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４０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。

【００１２】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、かつ、そのそれぞれの外周面６１，８
１，１０１であって第１の保持軸４０に対して対称の位
置に締め付けるための冶具である例えばトルクレンチ
（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の中央の段部１０４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。

【００１３】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
動の節となる部位であるような位置に配置されている。

【００１４】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。

【００１５】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，９０ｃ，９
０ｄ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、素子片の固着部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９０
ａ，…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、されに積層する際は、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。

【００１６】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、
締め付け冶具であるトルクレンチ（図示せず）の係止部
となる一対の凹部６２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６
５にも段部６６が形成されており、中心部には雌ネジ６
７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６２の真上の位置からずれた部位に例えば１
０片の摩擦板１１０が５片ずつ凹部６２に対して線対称
に雌ネジ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１１０の摩擦
面１１１は、平坦であるように研磨されている。

【００１７】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８
２と鍔部８３とが形成され、上端面８４と下端面８５と
には段部８６，８７が形成されている。

【００１８】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。

【００１９】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の軸線方向に積層される。このとき、
トルクレンチによってそれぞれ一対の凹部６２，８２，
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、電気的な絶縁部材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
１２０によって、捩り振動用圧電素子９０へ電圧を印加
するための電極（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。

【００２０】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１３２
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。

【００２１】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の雄ねじ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１１０
上に載置する。次に下バネ受１５０，圧縮バネ１６０，
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１７０
（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１６
０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のゆるみがなくなり、安定した
締付け圧力が保持される。

【００２２】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。

【００２３】

【発明の効果】上述の如く、本発明の超音波モータは、
ステータヘッドの外周面に形成された凹部との真上の部
位を除くステータヘッドの上面外周部に、摩擦板が載置
されているので、効率の良い高トルクの超音波モータを
提供することができる。

【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。

【図１０】従来の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。

【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 ６０…ステータヘッド ６１…外周面 62,82,102 …凹部 ７０…縦振動用圧電素子 ９０…捩り振動用圧電素子 １１０…摩擦板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高橋 利男 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 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

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ステータと、該ステータの一端に圧接さ
   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、前記ステータは軸線方向の振動を与える縦振動用圧
   電素子部と、軸線周りの捩り振動を与える捩り振動用圧
   電素子部と、これら圧電素子部の端面に当接して圧電素
   子部を挟む複数個のホールド部材とが保持軸の軸線方向
   に締結固定されている超音波モータにおいて、前記ホー
   ルド部材のひとつがロータに複数枚の摩擦板を介して圧
   接されたステータヘッドであって、該ステータヘッドの
   外周面に形成された凹部の真上の部位を除くステータヘ
   ッドの上面外周部に摩擦板が載置されていることを特徴
   とする超音波モータ。