JPH08191576A - 超音波モータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 超音波モータにおいて、固定子に対する回転
子の接触圧調整の簡単化を図る。 【構成】 固定子１１に電磁コイル１６を設け、回転子
１３を鉄などの磁性体により構成する。圧電素子１５に
通電して固定子１１の環状突部１１ａに進行波を発生さ
せ、回転子１３を回転させる際、電磁コイル１６に通電
する。すると、回転子１３が電磁コイル１６に磁気吸引
力により吸引されて該回転子１３の環状突部１３ａが固
定子１１の環状突部１１ａに圧力をもって接触する。こ
のときの接触圧は電磁コイル１６に流す電流を調節する
ことにより簡単に調節することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は固定子と回転子との接触
圧を得るための構成を改良した超音波モータに関する。

【０００２】

【従来の技術】超音波モータは圧電素子を備えた固定子
と、この固定子に接触する回転子とから構成され、圧電
素子により固定子に振動を付与して該固定子の表面に進
行波を発生させ、その進行波により回転子を回転させる
構成のものである。このように超音波モータは固定子に
発生する進行波を利用して回転子を回転させる構成であ
るため、回転子が固定子から浮き上がらないように両者
は常に安定した接触状態を保つ必要がある。

【０００３】この安定した接触状態を得るために、従来
では図７に示すような加圧機構が用いられていた。図７
において、圧電素子１を備えた固定子２はケーシング３
内に収納されている。ケーシング３には複数本の調節ね
じ４が回転可能に設けられており、その調節ねじ４は固
定子２に設けられた雌ねじ（図示せず）に螺合されてい
る。回転子５はケーシング３内に収納され、固定子２上
に載置されている。この回転子５の回転軸６は固定子２
およびケーシング３に設けられたラジアル軸受７によっ
て支持されていると共に、上端部がケーシング３に設け
られたスラスト軸受８によって支持されている。この構
成において、調節ねじ４を正逆回転操作すると、固定子
２が上下方向に移動し、これに伴い回転子５に対する固
定子２の接触圧が変化するので、調節ねじ４の正逆回転
操作により固定子２と回転子５との接触圧を調節するこ
とにより、両者が常に安定した接触状態を保つようにす
るというものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の加圧機構では、固定子２および回転子５を包囲する
ようなケーシング３を必要とするため、全体が大形化
し、しかも複数本の調節ねじ４、スラスト軸受８等の複
数種の部品を必要とし、構造が複雑化する。また、固定
子２や回転子５の厚さ、スラスト軸受８の組み付け位置
等は超音波モータの１台毎にばらつきがあるため、調節
ねじ４の回転操作量を画一的に定めることができず、１
台毎に調節ねじ４を微調整する必要があって調節作業に
多大な手数を要するという問題があった。

【０００５】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、少部品で小形に構成でき、しかも固定
子と回転子との接触圧の調節が簡単な超音波モータを提
供するにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、圧電素子に電圧を印加することによって振
動を発生する固定子と、この固定子に接触し該固定子の
振動によって回転される回転子とを具備し、前記固定子
および回転子のうち一方或いは双方に電磁コイルを設
け、その電磁コイルに通電することにより回転子を磁気
力によって固定子に接触させる構成としたことを特徴と
するものである。

【０００７】また、前記固定子および回転子のうち一方
に電磁コイルを設けると共に、他方を磁性体または磁石
により形成し、電磁コイルに通電することにより回転子
を磁気力によって固定子に接触させる構成とすることが
できる。

【０００８】この場合、電磁コイルを固定子に設け、回
転子を粉状の磁性体または磁石を混入した樹脂により形
成し、固定子に対する回転子の接触面については粉状の
磁性体または磁石の混入割合が略０とすることが好まし
い。

【０００９】また、固定子および回転子のうち、一方に
多数の電磁コイルを円周方向に並べて構成され、他方に
円周方向に交互に異磁極となるように着磁された磁石を
設け、電磁コイルに通電することにより回転子を磁気力
によって固定子に接触させる構成としても良い。電磁コ
イルの電源は圧電素子の電源と共用する構成であること
が好ましい。

【００１０】

【作用】上記手段によれば、電磁コイルに通電すること
により、回転子を固定子に圧力をもって接触させること
ができる。このとき、電磁コイルに流す電流を調節する
ことにより、回転子と固定子との接触圧を調節できる。

【００１１】また、回転子を粉状の磁性体または磁石を
混入した樹脂により形成することにより、回転子の製作
が容易となる。そして、回転子は固定子との接触面に粉
状の磁性体や磁石が全く含まれておらず、或いは含まれ
ていても極く少量であるので、回転子および固定子の接
触面の摩耗を極力防止できる。

【００１２】更に、円周方向に並べた多数の電磁コイル
と、円周方向に交互に異磁極となるように着磁した磁石
との組み合わせにより、回転子の停止位置精度を向上さ
せることができる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の第１の実施例を図１〜図３に
基づいて説明する。超音波モータの全体の概略構成を示
す図１において、固定子１１は金属例えば銅により円盤
状に形成され、その中心部にはボールベアリングからな
るラジアル軸受１２が嵌着されている。また、固定子１
１の図示上面の外周側には環状突部１１ａが一体に形成
されている。

【００１４】一方、回転子１３は磁性体例えば鉄材によ
り円盤状に形成され、その下面の外周側には環状突部１
３ａが一体に形成されている。そして、この回転子１３
の中心部に貫通固着された回転軸１４が前記ラジアル軸
受１２を介して固定子１１に回転可能に支持されてい
る。この回転子１３の支持状態において、環状突部１３
ａは固定子１１の環状突部１１ａに接触するようになさ
れ、また回転軸１４は固定子１１に対して若干上下に動
き得る状態にラジアル軸受１２に支持されるものであ
る。

【００１５】前記固定子１１の下面の外周側には環状の
圧電素子１５が接着されている。この圧電素子１５には
周方向に沿って多数の電極が設けられ、それら電極は交
互に第１電極および第２電極とされている。このような
圧電素子１５の各第１電極に同一位相の高周波電圧を印
加すると、圧電素子１５が歪み、その歪みによって環状
突部１１ａの上面に定在波が発生する。更に、各第２電
極に第１電極とは位相の異なる高周波電圧を印加する
と、環状突部１１ａの上面に別の定在波が発生し、それ
ら２種の定在波によって所定方向に進む進行波が発生す
る。そして、この進行波により固定子１１に押圧されて
いる回転子１３が推力を受けて所定方向に回転する。

【００１６】さて、固定子１１の環状突部１１ａに囲ま
れた部位の上面には図２にも示すように回転軸１４を中
心にして渦巻状の電磁コイル１６が接着等により固着さ
れている。この電磁コイル１６は銅板とプラスチックフ
ィルムとを重ねて渦巻状に巻回したものを薄くスライス
して構成したものが用いられている。そして、電磁コイ
ル１６には直流電流が流されるようになっており、この
電流により電磁コイル１６が磁界を形成し、その磁界内
に存在する磁性体製の回転子１３が磁気により電磁コイ
ル１６（固定子１１）側に吸引されて環状突部１３ａが
固定子１１の環状突部１１ａに圧力をもって接触するよ
うになる。このとき、回転子１３の固定子１１に対する
接触圧力は電磁コイル１６の磁界の強さ即ち電磁コイル
１６に流す電流の大きさによって変えることができるも
のである。

【００１７】前記圧電素子１５の第１電極および第２電
極に高周波電圧を印加するための電気的構成は図３に示
されている。この図３において、モータ電源１７は商用
の交流電源を直流電源に変換するもの、駆動信号作成回
路１８は圧電素子１５の第１および第２の各電極に印加
する２種類の高周波電圧の周波数および位相に応じた２
種類のパルス状の駆動信号を出力するもので、モータ電
源１７の直流出力および駆動信号作成回路１８の２種類
のパルス状の駆動信号は駆動回路１９に与えられる。そ
して、駆動回路１９は駆動信号作成回路１８から与えら
れる２種類の駆動信号に基づいて、モータ電源１７の直
流電圧を位相の異なる２種類の高周波電圧に変換して圧
電素子１５の第１および第２の各電極に印加するように
なっている。

【００１８】また、電磁コイル１６の直流電源はモータ
電源１７と共用され、そのモータ電源１７の直流出力は
電流制御手段としての可変抵抗器２０を介して電磁コイ
ル１６に与えられる。このとき、電磁コイル１６に印加
される電圧は可変抵抗器２０により回転子１３の環状突
部１３ａが固定子１１の環状突部１１ａに対して安定し
た接触状態を保ち得るような適度な接触圧となるように
調節するものである。

【００１９】このように本実施例によれば、電磁コイル
１６の磁気吸引力により回転子１３を固定子１１に接触
させるようにしたので、固定子１１側に電磁コイル１６
を設け、回転子１３を磁性体により形成するという簡単
な構成で固定子１１と回転子１３とを適度な接触圧で接
触させることができる。このため、図７に示す従来のも
のに比べ、構造が簡単でケーシング３なども不要となる
ので、小形に構成することができる。特に、本実施例で
は、電磁コイル１６が固定子１１の環状突部１１ａの内
側に配置されているので、より小形となる。

【００２０】ここで、電磁コイル１６を磁石に置き換え
ても、回転子１３を磁気吸引力により固定子１１に接触
させることができるが、これでは磁石が設計通りの磁気
力を持たなかった場合には、回転子１３の吸引力に過不
足を生ずるため、安定した接触状態を得ることができな
くなってしまう。

【００２１】しかしながら本実施例では、可変抵抗器２
０により電磁コイル１６に流す電流の大きさを調節する
ことによって固定子１１に対する回転子１３の接触圧を
微調節することができるので、超音波モータの１台毎に
固定子１１に対する回転子１３の接触圧を調整せねばな
らないという事情があっても、その調節を簡単に行うこ
とができる。なお、可変抵抗器２０による電磁コイル１
６の電流調節後は可変抵抗器２０を固定して抵抗値が変
わらないようにするものであり、従って可変抵抗器２０
での調節後はその調節時の抵抗値と同一の抵抗値を有す
る抵抗に置き換えても良い。

【００２２】また、本実施例では、電磁コイル１６の電
源として圧電素子１５に高周波電圧を印加するためのモ
ータ電源１７を使用するので、電磁コイル１６の専用電
源が不要で、より小形に構成できると共に、コスト的に
も有利となる。

【００２３】なお、上記実施例では、回転子１３を磁性
体で形成したが、磁石により形成しても良い。また、回
転子１３を例えば銅製とし、鉄片などの磁性体、或いは
磁石片を取り付ける構成としても良い。更には、電磁コ
イル１６は回転子１３側に設け、固定子１１を磁性体ま
たは磁石により形成するようにしても良い。このとき電
磁コイル１６への通電はスリップリングとブラシによる
周知の給電構成が考えられる。その他、固定子１１と回
転子１３との双方に電磁コイルを設け、その両電磁コイ
ルの磁気吸引力により回転子１３を固定子１１に押圧す
る構成としても良い。

【００２４】また、電磁コイル１６の電源としては、駆
動回路１９の高周波出力を整流回路により整流して直流
化するものであっても良く、この場合、駆動回路１９の
出力電圧の大きさに応じて電磁コイル１６に流れる電流
が変化するように構成することにより、回転子１３をそ
の回転力に応じた圧力で固定子１１に接触させることが
でき、滑り防止に好都合となる。更には、電磁コイル１
６の電源としては交流であっても良い。

【００２５】図４は本発明の第２の実施例を示すもの
で、前記第１の実施例と異なるところは、回転子２１を
樹脂に粉状の磁石Ｍを混入して形成したいわゆるプラス
チックマグネットにより構成したところにある。この場
合、固定子１１への接触面である回転子２１の環状突部
２１ａの下面には環状の樹脂板２２を接着などにより固
着し、これにより固定子１１への回転子２１の接触面が
粉状の磁石の混入割合が「０」となるようにしている。

【００２６】このように回転子２１を樹脂により形成し
たことにより、回転子２１を形成が容易となり、また固
定子１１に対する回転子２１の接触面が樹脂板２２によ
り構成されている場合には、金属製の固定子１１と回転
子２１との摩擦係数が小さくなるので、両者の磨耗を極
力防止することができる。なお、回転子２１を粉状の磁
性体を混入した樹脂により形成するようにしても良い。
また、樹脂板２２を省略し、回転子２１を、環状突部２
１ａの下面部における粉状の磁石、或いは粉状の磁性体
の混入割合が略０となるように形成する構成としても良
い。

【００２７】図５および図６は本発明の第３の実施例を
示すもので、前記第１の実施例と異なるところは、固定
子１１に電磁コイルを構成する多数の電磁コイル２３
ａ，２３ｂを交互に設けると共に、回転子１３の環状突
部１３ａの下面に環状の磁石２４を接着などにより固着
したところにある。この場合、電磁コイル２３ａ，２３
ｂは周方向に例えば１゜の角度ピッチをもって交互に配
設され、磁石２４は周方向に１゜の角度ピッチをもって
交互に異磁極となるように着磁されている。

【００２８】上記構成において、超音波モータの駆動時
には、電磁コイル２３ａ，２３ｂは同一方向の磁界を形
成するように電流が流され、その磁気吸引力により回転
子１３が固定子１１に圧力をもって接触する。そして、
超音波モータの停止時には、圧電素子１５の第１電極お
よび第２電極に印加される高周波電圧の周波数が次第に
低下し（回転子１３の回転数低下）、回転子１３の回転
位置を検出する図示しないエンコーダの検出信号により
回転子１３が停止位置まで回転すると、第１および第２
電極への高周波電圧の印加が停止される。同時に、図示
しない制御装置により例えば電磁コイル２３ａの電流方
向はそまままで、電磁コイル２３ｂの電流方向がそれま
でとは逆となるように制御され、これにより両電磁コイ
ル２３ａ，２３ｂが互いに逆方向の磁界を形成するよう
になされる。すると、例えば磁石２４の例えばＮ極が電
磁コイル２３ａに吸引され、Ｓ極が電磁コイル２３ｂに
吸引されるようになり、これにより回転子１３が目標と
する回転位置で停止する。

【００２９】このように本実施例によれば、回転子１３
の停止時に電磁コイル２３ａ，２３ｂと磁石２４との間
に作用する磁気吸引力により該回転子１３を強制的に停
止させることができるので、回転子１３の惰性回転を抑
制して正確に目標とする回転位置に停止させることがで
き、位置精度が向上する。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、固
定子および回転子のうち一方或いは双方に電磁コイルを
設け、その電磁コイルに通電することにより回転子を磁
気力によって固定子に接触させる構成としたことによ
り、また、固定子および回転子のうちの一方に電磁コイ
ルを設けると共に、他方を磁性体または磁石により形成
し、電磁コイルに通電することにより、回転子を磁気力
によって固定子に接触させる構成としたことにより、回
転子を固定子に対して安定した接触状態を保つような所
要の圧力で接触させることができる。このとき、電磁コ
イルに流す電流を調節することにより、回転子と固定子
との接触圧を調節できるので、その接触圧の調節を容易
に行うことができ、作業性が向上する。しかも、従来と
は異なり、固定子および回転子を収納するケーシングな
どが不要となり、小形に構成することができる。

【００３１】また、回転子を粉状の磁性体または磁石を
混入した樹脂により形成し、その固定子との接触面を粉
状の磁石の混入割合を略０とする構成としたことによ
り、回転子の形成が容易であり、しかも固定子と回転子
との間の摩擦係数を減少することができ、早期摩耗を防
止できる。

【００３２】更に、固定子および回転子のうち一方に多
数の電磁コイルを円周方向に並べ設け、他方に円周方向
に交互に異磁極となるように着磁した磁石を設ける構成
としたことにより、回転子の停止位置精度を向上させる
ことができる。また、電磁コイルの電源を圧電素子の電
源と共用する構成としたことにより、電磁コイル専用の
電源装置が不要となり、より小形となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す超音波モータの縦
断面図

【図２】固定子の平面図

【図３】電気的構成を示すブロック図

【図４】本発明の第２の実施例を示す回転子の縦断面図

【図５】本発明の第３の実施例を示す図２相当図

【図６】回転子の底面図

【図７】従来例を示す図１相当図

【符号の説明】

１１は固定子、１１ａは環状突部、１３は回転子、１３
ａは環状突部、１５は圧電素子、１６は電磁コイル、１
７はモータ電源、１９は駆動回路、２０は可変抵抗器、
２１は回転子、２２はプラスチック板、２３ａ，２３ｂ
は電磁コイル、２４は磁石である。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電素子に電圧を印加することによって
   振動を発生する固定子と、 この固定子に接触し該固定子の振動によって回転される
   回転子とを具備し、 前記固定子および回転子のうち一方或いは双方に電磁コ
   イルを設け、その電磁コイルに通電することにより回転
   子を磁気力によって固定子に接触させる構成としたこと
   を特徴とする超音波モータ。
2. 【請求項２】 圧電素子に電圧を印加することによって
   振動を発生する固定子と、 この固定子に接触し該固定子の振動によって回転される
   回転子とを具備し、 前記固定子および回転子のうち一方に電磁コイルを設け
   ると共に、他方を磁性体または磁石により形成し、電磁
   コイルに通電することにより回転子を磁気力によって固
   定子に接触させる構成としたことを特徴とする超音波モ
   ータ。
3. 【請求項３】 電磁コイルは固定子に設けられ、回転子
   は粉状の磁性体または磁石を混入した樹脂により形成さ
   れ、固定子に対する回転子の接触面は粉状の磁性体また
   は磁石の混入割合が略０であることを特徴とする請求項
   ２記載の超音波モータ。
4. 【請求項４】 圧電素子に電圧を印加することによって
   振動を発生する固定子と、 この固定子に接触し該固定子の振動によって回転される
   回転子とを具備し、 前記固定子および回転子のうち、一方に多数の電磁コイ
   ルを円周方向に並べて構成され、他方に円周方向に交互
   に異磁極となるように着磁された磁石を設け、電磁コイ
   ルに通電することにより回転子を磁気力によって固定子
   に接触させる構成としたことを特徴とする超音波モー
   タ。
5. 【請求項５】 電磁コイルの電源を圧電素子の電源と共
   用する構成であることを特徴とする請求項１ないし４の
   いずれかに記載の超音波モータ。