JPS6264278A - 圧電モ−タ・ダイレクト・ドライブ軸受構造体 - 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、軸受外輪内部に設けたリング状部材の表面に
圧電効果を応用した表面進行波を発生させ、これを回転
トルクとして軸受内輪を駆動する、人工衛星電波受信用
パラボラ型アンテナＪ？よびロボットの関節部分などの
旋回駆動機構等における、圧電モータ・ダイレクト・ド
ライブ軸受構造体に関するものである。

〔従来の技術〕

宇宙に打ち上げられ念人工衛星は、用途目的によって、
軍事用、気象観測用、通信用など種々多くのものがある
が、近年、特例外国においては、テレビ用の衛星が増加
しており、しかも複数の人工衛星から反射される電波を
パラボラ型アンテナで追尾して希望する電波を受信、選
局する際、追尾する方向を定め易くするため、パラボラ
アンテナ内には自動式俯仰旋回機構が組み込まれる。そ
して上記俯仰旋回機構には、電波を自動的に追尾するた
め、通常、自動回転駆動機構が設けられる。

また、近年ロボットの発展も目覚ましく、製造工業のみ
ならず民生用等、各方面に広く利用されている。このロ
ボットにも関節部分等の自動操作の必要上、自動回転駆
動機構が設けられる。

一般に、回転駆動機構を付設した軸受構造体としては、
電動モータおよび減速機を介して外部から回転力が伝達
される方式と、電動モータの回転子を軸受の回転軸に内
蔵、一体化した、いわゆるダイレクト・ドライブ方式と
があり、従来の自動式回転駆動機構は、そのいずれかの
方式を採用していた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、上記のニガ式のうち、前記外部から回転力が
伝達されるものは受信、制御回路用のワイヤを収容する
ため軸部分を中空軸として形成することができるが、電
動モータや減速機が別個に軸受の周辺部に取り付けられ
るため、装置全体が寸法的、重量的に大型化する欠点が
あう、また、前記電動モータを内蔵した軸受構造体は、
寸法的、強度的な制約から、軸を中空形状に形成するこ
とが難しいなどの問題点があった。

本発明は、受信、制御回路用のワイヤを内蔵することが
できるとともに、全体をコンパクトに（ｊｑ成すること
ができる、とくに人工衛星の電波受信用パラボラ型アン
テナおよびロボットの関節部分などの旋回駆動機構等に
おける、自動式回転、駆動装置を提供することを目的と
するものである。

〔問題点を解決するための手段および作用〕リングワッ
シャ状に形成された部材の一方の表面上に圧電素子を配
設して、前記圧電素子に高周波電圧を印加することによ
り、前記リングワッシャ状部材の他方の表面上に表面進
行波を生ぜしめ、前記表面進行波を回転トルクとして利
用した圧電表面波モータｉ既に公知（例えば特開昭５８
−１４８６８２号公報参照）である。

本発明は、上記公知の圧電進行波モータを人工衛星の電
波受信用パラボラ型アンテナおよびロボットの関節部分
などの回転駆動機構に応用したものである。

ところで、上記圧電表面波モータを上記パラボラアンテ
ナ等の回転駆動機構に応用した圧電モータ・ダイレクト
・ドライブ軸受構造体を構成する場合、スラスト方向の
荷重とラジアル方向の分力による振れ運動を規制すると
ともに、内輪に表面進行波が直接伝達され所望の回転ト
ルクを得ること、また受信、制御回路用ワイヤが貫通で
きるように内輪を中空に形成し、しかもコンパクト化、
軽量化を図ることが必要である。

まず本発明は、パラボラアンテナ等の重量を支持するた
め、軸受構造体の上部にラジアルおよびスラスト軸受を
形成する。軸受構造体は、内径部分を段付円筒形に形成
し、その大径部分に軌道溝を刻設するとともに、段部に
上面を軌道面に形成したリングワッシャ状軸受部材を取
シ付けた外輪と、上端がフランジ状に形成された中空円
筒形をなし、前記フランジ状外径面に前記外輪の軌道溝
に対応する軌道溝を刻設するとともに前記フランジ状部
分の肩に前記軌道面に対応する軌道面を形成した内輪と
、前記内輪および外輪の軌道溝および軌道面の間に配設
され、それぞれラジアルおよびスラスト荷重を受けるポ
ールおよび針状ころ等の転動体から構成されている。そ
して、前記外輪の内径面内に設けられた軌道溝と前記内
輪の外径面上に設けられた軌道溝及び転動体で、ラジア
ル分力による撮れ運動を規制する。

外輪の段付部に取シ付けられた前記リングワッシャ状軸
受部材は外輪と一体構造としてもよい。前記リングワッ
シャ状軸受部材は、例えば単式スラスト針状ころ軸受と
する場合、その針状ころの長さは前記内輪の２ランジ状
部分の肩の長さに適合するよう定められる。したがって
、前記ころは、前記リングワッシャ状軸受部材の内径側
に寄せて設置される。

また、前記針状ころ等の転動体が配設される上記りング
ワツシャ状軸受部材の代わりに、潤滑性を有する例えば
フッ素樹脂系のスベリ軸受材を用いてもよい。

さらに１前記転動体は、鋼球又はセラミック球など目的
に応じて材質を選定することができる。

前記転動体に潤滑性を与える必要がある場合、前記転動
体の周りを公知技術である微孔質ポリマ潤滑材（Ｗ、　
１！ｉ、　ＪＡＭＩＳＯＮ：Ｎｌ！ｉＷ　ＤＫＶＫＬＯ
ＰＭＫＮＴＳ　ＩＮＭ工０ＲＯ−ＰＯＲＯＵ８　ＰＯＬ
ＹＭＩ！ｉＲＬＵＢＲ工ＣＡＮ’ｌ”Ｓ、　ＡＭＫＲ工
ＣＡＮＳＯＣ工ＫＴＹ　ＯＩＰ　ＬＵＢＲ工ＣＡＴ工Ｏ
Ｎ　ＥＮＧ工Ｎ］ＩｃＫＲ８，ＰＲ工ＮＴ　Ｎｏ。

８４−ＡＭ　−２Ｄ−２参照）を用いてもよい。

本発明は、軸受構造体に回転トルクを得るために、圧電
素子を配設したリングワッシャ状部材（ステータ）を、
軸受外輪の段部の下方に内輪との間にフロート状態で設
置し、これに対向して内輪の前記フランジ状部分下方の
小径部分の外面上に、前記外輪内径の小径部分の直径よ
りいくぶん小さい外径のツバ状に形成した部材（ロータ
）を配設する。そしてツバ状部材（ロータ）の下面は前
記リングワッシャ状部材の圧電素子によって表面進行波
が発生する面と接触させて配設される。

前記外輪の内径部分く配設される前記圧電素子を配設し
た前記り／グワッシャ状部材（ステータ）の外径は、前
記リングワッシャ状部材が配設される部分の前記外輪内
径より小さく作られる。

前記内輪に伝達される回転トルクの方向の切り換えは、
前記リングワッシャ状部材（ステータ）Ｋ配設された圧
電素子の電極に加えられる高周波電圧の位相を９０度変
えることにより達成することができる。

表面進行波を効果的に伝達するため、前記内輪内のツバ
形状部材（ロータ）の表面に摩擦係数の高い材料（例え
ばゴム系材料）を塗布してもよい。

以上、要するに本発明の圧電モータ・ダイレクト・ドラ
イブ軸受構造体は、上記問題点を解決する手段として、 内径面が段付円筒形をなし、その大径部に軌道溝を刻設
するとともに、段部〈上面を軌道面に形成したリングワ
ッシャ状軸受部材を嵌合した外輪と、 上端がフランジ状に形成され念中空円筒形をなし、前記
フランジ状外径面に前記外輪の軌道溝に対応する軌道溝
を刻設するとともに、前記フランジ状部分の肩に前記リ
ングワッシャ状軸受部材の軌道面に対応する軌道面を有
する内輪と、 前記外輪および内輪の軌道溝および軌道面間にそれぞれ
配設され之転動体 と・を有する軸受構造体において、 圧電素子が配設されたリングワッシャ状部材（ステータ
）を前記外輪および内輪間に設置するとともに、前記内
輪の小径部分にツバ伏部材（ロータ）を固定して前記リ
ングワッシャ状部材（ステータ）と対向せしめ、圧電素
子に高電圧を印加することによシ前記リングワッシャ状
部材（ステータ）の表面に表面進行波を発生させ、該表
面進行波により前記ツバ状部材にトルクを伝達して軸受
内輪を回転するようにしたことを特徴とする圧電モータ
・ダイレクト・ドライブ軸受構造体、 を提供し、駆動機構および受信および制御用ワイヤのい
ずれをも構造体に内蔵し、コンパクト化艷、−・よび軽
量化を達成した自動回転駆動機構を得ることができた。

ところで、圧１素子を利用して表面進行波を発生させこ
れにより内輪を駆動する場合、前記内輪小径部に固定し
たツバ状部材（ロータ）と前記圧電素子を配設したリン
グワッシャ状部材（ステータ）とを密接するため、両者
の間に圧力を加える必要があり、ま念前記すングワッシ
ャ伏部材の表面進行波が発生する表面部分と表面進行波
を受は回転トルクが伝達される前記内輪のツバ状部材の
表面は変動荷重が加わった場合でも常に密接保持させて
おく必要があるので、前記リングワッシャ状部材（ステ
ータ）をフロート状態に維持するとともに、その下方に
皿バネを配設し、前記外輪の底部は底蓋で閉鎖する必要
がある。

上記のフロート状態は、回転方向の切換えが行われると
き非常に有用な作用をする。すなわち、圧電表面波モー
タは回転を停止したとき、接触面が密着して再起動がな
かなかできない場合があるが、この現象を荷重とバネ弾
性力を利用することにより防ぐことができるからである
。

前述の状態で、前記圧電素子に高周波電圧が印加される
とき、リングワッシャ状部材（ステータ）を固定してお
かないと、前記ツバ状部材（ロータ）に回転トルクが伝
達されずに、前記表面進行波の反作用によシ、前記圧電
素子を配設した前記リングワッシャ状部材（ステータ）
自体が回転してしまう。そこで、上記の現象を防止する
ため、前記リング状ワッシャ状部材（ステータ）の裏面
から中心軸に平行な複数の支柱を立て、前記底蓋に設け
た貫通孔を通して、前記圧電素子が配設されたリングワ
ッシャ状部材（ステータ）を回転方向に固定しておかな
ければならない。

前記底蓋には、前記支柱が挿入される孔が穿孔されてお
り、この孔は前記支柱の直径よシいくぶん大きく、かつ
前記支柱は軸方向に自由に動けるようなストロークを有
している。このため、前記リングワッシャ形状部材（ス
テータ）は、軸方向に対して自由に動くことができると
ともに、円周方向にもすこしばかり動くことができる。

そこで、本発明を実施する際、前記圧電モータ・ダイレ
クト・ドライブ軸受構造体において、前記軸受構造体の
下面を底蓋で閉鎖し、前記圧電素子を配設したリングワ
ッシャ状部材（ステータ）を皿バネにより前記ツバ状部
材（ロータ）に向かって押圧するとともに、前記リング
ワッシャ状部材（ステータ）の裏面から複数の支柱を垂
直に延長し、該支柱を底蓋のガイド孔を貫通させること
により、前記リングワッシャ状部材（ステータ）自体−
が回転してしまうのを防止するとともに該部材をツバ状
部材（ロータ）に密接し、表面進行波を効果的に伝達さ
せることにより、ロータおよびステータを密接させると
ともに、荷重の変動を吸収し、回転方向の切り換えを容
易にすることができた。

さらに、内輪すなわちツバ状部材（ロータ）の回転を適
切に制御するため、ツバ状部材（ロータ）の外周に位置
検出用のマークを刻設するとともに、外輪の外径面から
軸心に垂直な孔を設け、そこにセンナを設置しておくの
が好ましい。

そこで、本発明を実施する際さらに、前記圧電モータ・
ダイレクト・ドライブ軸受構造体において、前記ツバ状
部材（ロータ）の外周面にマークを刻み、前記外輪の外
径面より軸心に直角な孔を設けてこの孔に位置検出用セ
ンサを取り付け、ロータの回転角を感知制御するように
したことにより、ロータすなわち内輪の回転位置をつね
に正確に感知、制御することができ九。

なお、本発明では、圧電モータ・ダイレクト・ドライブ
軸受構造体に例えばパラボラアンテナの頭部を支えるた
めのスラスト荷重が負荷されるとき、前記荷重は前記内
輪を経て、前記リングワッシャ状軸受部材（スラスト軸
受）で支持されることになる。

しかし、前記り／グワツシャ状軸受部材は前記外輪側に
配設（従来は、内輪側に配設されるとこが多かった。）
されており、シかも、荷重を支持する部分は軸心に近い
ところにある。このため、軸心に向かった偶力が働くと
とＫなる。

この偶力作用が前記内輪内に設けられたツバ状部材（ロ
ータ）と、前記ツバ状部材に前記表面進行波を伝達する
リングワッシャ状部材（ステータ）との接触表面に影響
があってはならない。

何故ならば、回転トルクは、摩擦駆動によって得られる
ためである。

し九がって、前記の偶力作用は、前記外輪のリングワッ
シャ状部材が配設される肩の部分の支持面積、荷重及び
スパン長さの関係から最適条件を求めることが必要であ
る。

〔実施例〕

以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

本発明実施例の縦断面図を示す第１図において、ｌは外
輪で、その内径面１７は段部１２を有する段付円筒形を
なし、その大径部には半円形の軌道溝１５が形成され、
段部１２にはその上面が軌道面を形成するリングワッシ
ャ状軸受部材６が嵌合、固定されている。

２は上端がフランジ状に形成され九中空円筒形をなす内
輪で、フランジ状外径面には、前記外輪の軌道溝１５に
対応する軌道溝１６が形成されている。フランジ状部分
の肩１３は軌道面を形成する。内輪２の下部の小径部に
は回転トルクを受けるツバ状部材すなわちロータ５が嵌
合、固定されている。

内輪２と外輪１とは、それらの軌道溝１５．１６および
軌道面におりてボール８および針状ころ７等の転動体を
介して組み合わされ、前記外輪１は内輪２の軌道溝１６
およびボールまたは軸受部材６を介してラジアル分力を
支持し、前記リングワッシャ状軸受部材６は内輪２のフ
ランジ状部分の肩１３および転動体７を介してスラスト
荷重を支持することにより、ラジアルおよびスラスト軸
受を形成している。

ラジアル分力による振れ運動の規制は、外輪１の軌道溝
１５と内輪の軌道溝１６およびその間に配設された転動
体８によって行われる。

４は、リングワッシャ状部材で構成され、外輪１の小径
部と内輪２の小径部の間に設置されたステー　タ本体で
、その裏面には、圧電素子３が配設されている。

ステータ本体４は、外輪１の中で７０−トした状態で配
設され、底蓋１１上に配設された皿バネ１９のバネ弾性
により、ロータ５に密接するよう適当な圧力が加えられ
る。

ＥＥ圧電素子に高周波電圧を印加することによ夕、ステ
ータ４の表面部分９に進行波が発生する。セしてロータ
５は、中心軸と垂直な平面部分１０において、圧電、素
子３が配設されたステータ本体４０表回通行波が発生す
る表面部分９からの摩擦駆動による回転トルクを受ける
。

ロータ５の回転トルクを受ける平面部分１０には摩擦係
数の高い材料が塗布されている。

さらに、ロータ５の外周１８に位置検出用マークが刻ま
れていて、回転位置の検出を外輪１内に配設され九位置
検出センサ２１で行なう。

ま之、ステータ本体４は、圧電素子３に高周波電圧を印
加すると、前述した通シフロート状態で外輪１の中に配
設されているので、回転トルクがロータ５に伝達されず
ステータ本体４自体が回転してしま゛うことがおる。こ
の現象を防止するため、ステータ４の裏面から下向きに
延長する複数の支柱ｍが底蓋１１内に設けられたガイド
孔ｎに挿入されて込る。ガイド孔ρは、支柱囚の直径よ
りいくぶん大きくなっていて、回転方向の切り換えを容
易にする九めステータ本体４が円周方向に少しばかり回
転することを許すようＫなっている。

１４は、受信、制御用のワイヤを示す。

第２図は、ステータ本体４に配設された圧電素子３の電
極面を示す。電極（９）、３１はアースＥを挾んでほぼ
半円周ずつ設けられている。

回転方向の切換えは、第２図の電極刃、３１に印加する
高周波電圧の位相を９０度ずらすことにより、正転、逆
転の選択ができる。

第３図は、第２図の電気回路図を示す。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明の圧電モータ・ダイレクト・
ドライブ軸受構造体は、従来の回転駆動機構に比べ非常
にコンパクトかつ軽量なものであり、自動追尾パラボラ
型アンテナの旋回駆動機構用のみではなく、産業用、民
生用ロボットの関節機構への適用などその応用範囲は広
い。

しかも、内輪が中空に形成されているため、従来装置の
外部に配置されていた受信、制御回路用ワイヤ等を装置
の内部に配置することができることになり、自動回転装
置を有しない固定式パラボラ型アンテナと遜色のない大
きさの、コンパクトかつ軽量の、圧電モータ・ダイレク
ト・ドライブ軸受構造体を用いた自動旋回機構を備えた
パラボラ型アンテナを得ることができる。ま九運転中に
誤ってワイヤを破損させるようなことがないので、安全
性の面からもきわめて好ましいことである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による圧電モータ・ダイレクト・ドラ
イブ軸受構造体実施例の縦断側面図。 第２図は、圧電素子が配設されたステータの電極面を示
す図。 第３図は、圧電素子の電気回路図。 １・・・外輪　　　　　　２・・・内輪３・・・圧電素
子　　　　４・・・ステータ本体４・・・リングワッシ
ャ状部材（ステータ本体）５・・・ツバ吠部材（ロータ
） ６・・・リングワッシャ状軸受部材 ７．８・・・転動体　　　９・・・表面部分１０・・・
平面部分　　　　１１・・・底蓋１２・・・（外輪段部
の）肩 １３・・・（内輪フランジ状部分の）肩１４・・・ワイ
ヤ　　　　　１５，１６・・・軌道溝１７・・・段付円
筒形内面　１８・・・ロータ外周１９・・・皿バネ　　
　　　美・・・支柱２１・・・位置検出センサ　η・・
・ガイド孔（資）、３１・・・電極 代理人　弁理士　深　町　　　　　進 第１図 第２図　　　　　　　　第３図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）内径面が段付円筒形をなし、その大径部に軌道溝
   を刻設するとともに、段部に上面を軌道面に形成したリ
   ングワツシヤ状軸受部材を嵌合した外輪と、 一端がフランジ状に形成された中空円筒形をなし、前記
   フランジ状外径面に前記外輪の軌道溝に対応する軌道溝
   を刻設するとともに、前記フランジ状部分の肩に前記リ
   ングワツシャ状軸受部材の軌道面に対応する軌道面を有
   する内輪と、 前記外輪および内輪の軌道溝間および軌道面間にそれぞ
   れ配設された転動体、 とを有する軸受構造体において、 圧電素子が配設されたリングワツシヤ状部材を前記外輪
   および内輪間に設置するとともに、前記内輪の小径部分
   にツバ状部材を固定して前記リングワツシヤ状部材と対
   向せしめ、圧電素子に高電圧を印加することによりリン
   グワツシヤ状部材の表面に表面進行波を発生させ、該表
   面進行波により前記ツバ状部材にトルクを伝達して軸受
   内輪を回転するようにしたことを特徴とする圧電モータ
   ・ダイレクト・ドライブ軸受構造体。
2. （２）軸受構造体の下面を底蓋により閉鎖し、前記圧電
   素子を配設したリングワツシヤ状部材を皿バネにより前
   記ツバ吠部材に向かつて押圧するとともに、前記リング
   ワツシヤ状部材の裏面から複数の支柱を垂直に延長し、
   該支柱を底蓋のガイド孔に貫通させることにより前記リ
   ングワツシヤ状部材自体が回転するのを阻止するととも
   に該部材をツバ状部材に密接し、表面進行波が効果的に
   伝達されるようにした特許請求の範囲第１項記載の圧電
   モータ・ダイレクト・ドライブ軸受構造体。
3. （３）前記ツバ状部材の外周面にマークを刻み、前記外
   輪の外径面より軸心に直角な孔を設けてこの孔に位置検
   出用センサーを取付け、内輪の回転角を感知制御するよ
   うにした特許請求の範囲第１項記載の圧電モータ・ダイ
   レクト・ドライブ軸受構造体。