JPS63213478A - ロ−タの圧着径が変化する超音波モ−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〕 本発明は超音波モータに係わり、さらに詳しくはそのロ
ータ／ステータ間の圧着方式の改良に関　−する。

〔従来の技術〕

本発明は、先願の「重心回転型超音波モータ」特願昭６
２−１１３７４号の応用特許である。すなわち、重心型
超音波モータは回転電場によって重心が回転運動をする
超音波回転振動子をステータとし、その外周に圧接され
たロータを回転させるモータである。ロータの外周面を
ステータに圧接する方式と、ロータの内周面をステータ
に圧接する方式がある。

前記外周圧接方式では、ロータが圧接されるステークの
位置がステータの円周の一点に固定されるので摩耗し易
いなどの問題点がある。一方前記圧接内周方式では、フ
ラフープの原理でロータを回転させるのでロータが同時
にステータに圧接されるのは一点だが、その圧接点がス
テータの円周を毎秒駆動周波数に等しい回転数で回転す
るので、ロータは自転と同時公転する。公転速度は駆動
周波数に等しいが、自転速度はステータの円周と、ロー
タの内周の長さの差に依存し、差がなければ０、差が大
きくなる程高速になる筈である。しかし、ロータとステ
ータの半径の差が重心の回転半径より大きくなるとロー
タを公転させるのが困難になり、同時に自転もしなくな
る０重心の回転半径は数μｍであるから、ロータが公転
できるようにステータに圧接させるのはきわめて困難な
ことがこのモータの欠点であった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

この発明は、先願の「重心回転型超音波モータ」が持っ
ていた、ステータの周わりを公転する状態でロータをス
テータに圧着させるのは困難であり、したがってロータ
に大きな回転トルクを発生させるのは困難であるという
問題点を解決し、回転トルクの大きいモータを提供する
ことを目的とする。

〔問題を解決するための手段〕

本発明によるロータの圧着径が変化する超音波モータの
原理を理解しやすくするため、仮にロータの内径が伸縮
自在の弾性体でできているとしよう、ステータが励振さ
れていない状態では、ロータの内周はステータに密着し
ており、ロータ／ステータ両者の径は同じである。ステ
ータが励振されると、振動の強さに応じてロータの内周
にステータから離そうとする浮力がステータ円周面の法
線方向、つまり放射径状に一様に作用するので、ばねが
弱いほど内径が大きくなり、ステータ径との差が大きく
なり、ステータ径との差が大きくなるので、自転速度が
早くなる筈である。

しかし、実際に柔らかい弾性体を用いると、浮力はとも
かくとして円周に沿って発生する回転トルクを受けたと
き弾性体が変形して、振動に伴うトルクを吸収してしま
うので、ロータを回転させることができない、ロータを
回転させるには円周方向の振動を受けても変形せず、し
かも円周に沿う実効長が変わらねばならない、この解決
策の一案は、ロータに支持された金属製の平板ばねを複
数個ステータ外周面に圧着する方法である。また別の案
は、ステータの外周と整合する弧状輪靴を、ロータ外周
に保持されたばねでステータに圧着する方法である。ば
ねが強いほど静止保持力、始動電圧、発生トルク共に大
きくなる。

〔実施例〕

次に本発明に係る超音波モータの実施例を図とともに説
明する。第１図、第２図ならびに第３図は、それぞれ別
の実施例を示す図である。

第１図においてｌは圧電セラミックからなる超音波回転
振動子、２は接地電極、３は平板ばね、５はディスク・
ロータ、５．は爪である。

第２図において１１は超音波回転振動子、１２は接地電
極、１３は平板ばね、１４は輪靴（リングシュー）、１
５はディスク・ロータである。

また第３図において２１は超音波回転振動子、２３は平
板ばね、２５はディスク・ロータ、２５＋　は四角窓、
２６．２７．２８．２９は電極である。

本発明の実施例に係る超音波モータの動作原理を第３図
とともに説明する。　ｔ’ｂ　（ＺｒＴｉ）　Ｏｓの圧
電セラミックからなる外径４０ｆｆｎ＋、内径１５ｍｎ
＋、厚さ２ａ＋ｍの円板を半円づつ逆極性となるように
厚さに沿って分極する。そして片面にはほぼ全面に接地
電極を施し、他面の正、負分極領域にはそれぞれ直角に
開いた扇状電極２６．２７．２８．２９を施し、正極性
電極には（＋）記号、負極性電極には（−）記号をマー
キングして超音波回転振動子２１を構成した。

中心に４１ａｍ　Ｘ　４１ｍｎ＋の四角窓２５．のあい
た直径７０１、厚さ２ｍｌ１１のアルミニウムのディス
ク・ロータ２５の窓２５１　に、前記超音波回転振動子
２１を嵌めた。。

窓２５．には、厚さ０．２ｍｍの平板ばね２３が４枚そ
れぞれ一端固定２３１、一端自由２３□０片持梁状にセ
ントされているので、ばね２３の中心部を窓２５．のコ
ーナに向って押し広げ、その中に超音波回転振動子２１
を嵌めた。平板ばね２３は超音波回転振動子２１の円周
に沿って変形し１．振動子２１の外周のほぼ全周に圧着
力を作用する。このように構成されたディスク・ロータ
２５が回転し、振動子２１の外周からはずれないように
ケーシングし、圧着径が変化する超音波モータができ上
った。

電極２６と電極２８に４５ＫＨｚの正弦波電圧を印加し
、電極２７と電極２９には周波数・振幅が前者と等しく
、位相だけが±π／４異なる電圧を印加した。

電圧を大きくして行くと超音波回転振動による浮力が大
きくなり、ばねの圧着力とバランスする。

このバランスしたときの電圧をしきい値電圧と名付けた
が、電圧がしきい値電圧をこすとロータ２５の圧着実行
径が振動子２１の径より大きくなるので、ロータ２５は
回転を始める。ばね力を強くするとしきい値電圧が高く
なり、しかもより強い回転トルクが得られる。

ディスク・ロータ２５の窓２５１が四角の場合は平板ば
ね２３による圧着力がばね２３に沿って分布し、振動子
２１の円周に沿って一様な圧着力を作用させることはで
きない。圧着力を一様にし、接触面積を広げるほど滑か
な回転と安定したトルクが得られる。

第１図はこれを実施した例であり窓が同窓に変わりミば
ね３も両端自由で、ディスク・ロータ５から滑らないよ
うに爪５Ｉで滑り止めとなっている。この方法で圧着力
をより一様にすることができ、１５０ｒｐｎ＋、　２０
０ｇ−ｃｍの出力を得た。さらに強いトルクを得るため
には、より大きな圧着力をより一様に作用させねばなら
ない。

このために用いられたのが第２図の実施例で示す輪軸１
４であり、内径４０１１１ｍｌ、外径４４１１１１％厚
さ２ｍｓ＋の鋼リングを四半円状に４分割し、シリコン
ゴムリング１３と回転振動子１１との間に嵌め込まれて
いる０輪軸１４とゴムリング１３の反発力とを用いて３
００ｒｐｍ＋、１ｋｇ−Ｃｍの出力が得られた。

第４図はさらに別の実施例を示す図で、超音波回転振動
子３１が駆動リング３２に嵌め込まれている。

この駆動リング３２は、例えば鉄、黄銅あるいはエンジ
ニアリングプラスチックなど硬質でかつ若干の弾性を有
する材質で作られ、この例の場合、内周部が前記回転振
動子３１と接する２つの弧状の当接部３３と、この当接
部３３．３３間を連結する２つの弧状の幅狭部３４とか
ら構成されて、全体として円環状になっている。前記幅
狭部３４は回転振動子３１から若干離れて、モータを駆
動する際にバネ部材として機能し、前記当接部３２を回
転振動子３１の外周に圧着する作用を有している。

第５図は駆動リング３２の変形例を示す図で、この例の
場合、駆動リング３２が３つの弧状の当接部３３と、こ
れらを互に連結する３つの弧状の幅狭部３４とから構成
されいる。

第６図は駆動リング３２の別の変形例を示す図で、この
例の場合、幅狭部３４の中間位置にケーシング３５への
取り付けるためのネジ孔３６が形成されている。この駆
動リング３２が、ケーシング３５に内嵌。

支持されている。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明では超音波回転振動子をス
テータとする超音波モータにおいて、超音波回転振動子
の振幅に応じて、ロータの圧着径の実効値が増大するよ
うに構成した。そのため、ロータに回転トルクを生じさ
せるに必要な圧着力を振動子が発生する振動の強さに応
じて強くすることができ、モータのトルクを強化する効
果がある。

しかも、圧接点が振動子の外周を駆動周波数に等しい回
転数で公転するので、時間平均をとるとロータとステー
タとは全周で圧接することになり摩耗防止の効果がある
。ことに輪軸を用いるとロータとステータとの圧着力は
全周に且つて時間的にも空間的にも一様となり、より強
力なトルクでより回転むらなく滑らかな回転が得られる
効果がある。

以上述べたように本発明は、超音波回転振動子を用いた
重心回転型超音波モータを出力の大きい、より実用範囲
の広いモータとしての性能を飛躍的に向上させたもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図ならびに第３図は、本発明の各実施例に
係る超音波モータの構成原理図、第４図。 第５図ならびに第６図は回転振動子を嵌入したそれぞれ
の駆動リングの平面図、第７図ならびに第８図はケーシ
ングの平面図ならびに一部を断面にした側面図である。 １　、１１．２１．３１・・・超音波回転振動子、３．
２３・・・平板ばね、１３・・・ゴムリング、１４・・
・輪軸、５　、１５．２５・・・ディスク・ロータ、３
２・・・駆動リング、３５・・・ケーシング。 第１図 第２図 第３１図 第４図 第５図 第６図 」６３４

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）．　円形圧電体に１次モードの共振が励起される
   ように構成された超音波回転振動子をステータとし、こ
   れにロータの内周を圧接させることにより、摩擦力を介
   してロータに回転トルクを生ぜしめる超音波モータにお
   いて、超音波回転振動子の振幅に応じて、ロータの圧着
   径の実効値が増大するように構成されたことを特徴とす
   る超音波モータ。
2. （２）．　特許請求の範囲第（１）項記載の超音波モー
   タにおいて超音波回転振動子の振幅に応じてロータの圧
   着径の実効値を増大させる手段として、ロータの圧着力
   にばねの力を利用し、振動子の振幅の大きさに応じてロ
   ータに作用する超音波回転振動による浮力とのバランス
   を利用したことを特徴とする超音波モータ。
3. （３）．　特許請求の範囲第（１）項記載の超音波モー
   タにおいて、ロータの圧着径の実効値を変化させる手段
   として、ステータの外周と整合する弧状の輪靴を複数個
   ステータの外周に配し、ロータの外周部に保持されたば
   ねで圧着する構成としたことを特徴とする超音波モータ
   。