JPH02119581A - 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〕 本発明は超音波モータに関する。

（従来の技術） 最近、圧電素子にて発生した縦方向（厚み方向）の振動
を片持梁状結合子に伝達して該結合子の端面に楕円モー
ド振動を発生させ、この結合子端面に発生する楕円モー
ド振動により、結合子端面に圧着したロータ（回転子）
を回転駆動する超音波モータが開発されている。

かかる超音波モータにおいては、結合子、即ち、楕円モ
ード振動発生部の材質は音響的振動特性の良好なアルミ
ニウム、ジュラルミン等を用いる場合が多い。ところが
、このような材質からなる結合子におけるロータとの接
合面、即ち、ロータへの摩擦トルク伝達面は、ロータと
の接触トルク伝達の際に摩耗が生じ、超音波モータの性
能、ｒｆ命が劣化するという欠点を存するため、かかる
欠点を改善するための種々の提案がなされている。

例えば、結合子（楕円振動発生部分）をセラミックで製
作したり、又はセラミックを結合子にコーティングする
方法（特開昭６０−１０９７７６号公報）、ロータと結
合子の摺動面に油膜を形成する方法（特開昭６３−３６
６０号公報）、ロータと結合子との間に弾性薄膜を設け
る方法（特開昭６３−１２４７８５号公報）等が提案さ
れている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、それぞれ次のような問題点を有してい
るため満足できるものではなかった。

即ち、まず、結合子にセラミックをコーティングする技
術であるが、現在の技術ではかかるコーティングを行う
には高価な設備が必要となり、極めてコスト高なものと
なる。又、結合子自体をセラミックで製作する技術は、
コスト的にみて上記セラミックコーティングの場合より
もコスト高になるものと考えられる。

又、ロータと結合子の摺動面に油膜を形成する技術にお
いては、長期間にわたって一定の油膜をその機能が維持
できるように供給し、かつ、膜厚をコントロールするこ
とは極めて困難であり、しかも、かかる条件を満足させ
るような給油装置が必要となり、この場合も極めてコス
ト高なものとなる。

ロータと結合子との間に弾性薄膜を設ける技術において
は、結合子とロータとの間の摩擦摺動によりトルク伝達
を行う際に弾性薄膜が著しく摩滅するので、弾性薄膜の
耐摩耗性が超音波モータ自体の寿命に大きな影響を与え
るものと考えられる。

又、弾性薄膜は金属に比して耐摩耗性の点で問題がある
。さらに、金属と弾性薄膜の接着は、それぞれの線膨張
率の差から接着界面で剥離し易いという大きな問題があ
る。

本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みなされたもので
あって、極めて簡単な構成で性能のよい、かつ寿命の長
い超音波モータを安価にて提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するために本発明に係る超音波モータに
おいては、結合子の超音波楕円振動が発生する面にロー
タを圧接し、前記楕円振動を駆動源として前記ロータを
回転せしめるように構成してなる超音波モータにおいて
、前記結合子における前記超音波楕円振動発生面に、ス
テンレスもしくはＨＲＣ４０以上の鉄もしくはセラミッ
クにて構成した摩擦トルク伝達用ピンを前記超音波楕円
振動発生面より突設して構成しである。

この場合、上記摩擦トルク伝達用ピンは、大径の頭部と
頭部よりも小径の小径軸部とより構成され、頭部と小径
軸部の段部にて前記ピンの前記超音波楕円振動発生面か
らの突出高さが一定となるように構成されるのが望まし
い。

又、超音波楕円振動発生面付近に、振動発生面と平行な
孔部を設け、前記孔部に、その上面部が前記振動発生面
より突出するように摩擦トルク伝達用ピンを挿入固定し
、ロータと前記ピンとを線接触させるように構成しても
よい。

〔作　用］ 上記構成においては、結合子の楕円振動発生面に楕円振
動が発生すると、その振動が摩擦トルク伝達ピンを介し
てロータを回転させる。このとき、摩擦によりトルクが
ロータに伝達されるが、伝達ピンの硬度が高く、耐摩耗
性を存するので、摺動面（トルク伝達面）での回転条件
が安定し、超音波モータ寿命が延命化される。さらに、
ピンと回転子が線接触することにより接触面積が減少し
、回転が安定し、音の発生がなくなる。

〔実施例〕

以下、図面を用いて本発明の実施例について詳細に説明
する。

（第１実施例） 第１図は、本発明に係る超音波モータ１の第１実施例の
構成を示す正面図であり、説明の都合上一部を断面にし
である。第２図は、第１図の要部の拡大斜視図、第３図
は、第１図の要部を分解した斜視図である。

図に示すように超音波モータ１は、圧電素子２と、圧電
素子２の両側に配設した共振器（カラー）３．粱４を存
する結合子５と、固定用のポル１６と、固定用ボルト６
の上部に軸受７を介して回転自在に支承されたロータ８
と、ロータ８と梁４の先端面（楕円振動発生面）９との
間に介装され、粱４の先端面９に固定された摩擦トルク
伝達用のピン１０と、皿ばね１１を介してロータ８を梁
４の先端面９のピン１０の上面に圧着するための圧着力
調整用ナツト１２等より構成しである。

１３で示すのは端子板である。

結合子５は、基部である円板部１４と梁４とより構成し
てあり、梁４は、第３図にて示すごとく、軸心部に形設
した凹部１５により軸心１６を中心として２個の梁部に
分割構成したホーン形状に形設しである。そして、各梁
部は、−面側１７を垂直面、他面側１８を曲面に形設し
てあり、各梁部の形状は軸心１６を中心にして対称に形
設しである。即ち、梁４は、その形状をホーン形状に形
設することにより、そのホーン効果によって振動、特に
縦振動が増幅されるように構成しである。

固定ボルト６は、円板部１４及び梁の基部を貫通して突
設してあり、この突設軸部にロータ８を回転自在に支承
するとともに、その軸端部のねじ部１９に螺合する圧着
力調整用すｙ　）　１２．皿ばね１１を介してロータ８
を所定の圧着力にてピン１０の上面に圧着接触させうる
ように設定構成しである。

各梁部の先端面９は、その中心線が軸心１６を通り、軸
心１６に直交する平面上に設定しである。そして、各梁
部の先端面９には、摩擦伝達用のピン１０がそれぞれ固
定しである。ピン１０は、ＨＲＣ４０以上の鋼、ステン
レスもしくはセラミックスにて構成しである。又、ピン
ｌＯは、第２図にて示すようにピン頭部２１と、ピン頭
部２１よりも小径の圧入軸部２２とより構成してあり、
圧入軸部２２を各梁部の先端面９に形設した軸心１６方
向の孔２３に圧入することにより、ピン１０を各先端面
９に圧入固定しである。又、ピンｌＯの圧大深さは、段
部２４にて決定される。

ロータ８は、皿ばね１１．ナツト１２を介して各ピン１
０の上面２５に圧接されており、各ピン１０の上面２５
を介してロータ８に回転トルクが伝達されるように構成
しである。

上記構成の超音波モータ１においては、圧電素子２にて
発生した縦方向（厚み方向）の振動が結合子５に伝達さ
れ、結合子５の先端面９に楕円振動が発生する。先端面
９にはピンｌＯが圧入固定しであるので、ピン１０も先
端面９とともに楕円振動を行う。ロータ８は、ピンｌＯ
の上面２５に圧接されているので、ピン１０の上面２５
からロータ８に回転トルクが伝達され、ロータ８が回転
する。

以上のように本実施例においては、各梁部先端面９にて
発生する楕円振動をピンｌＯを介してロータ８に伝達し
ているので、従来は耐摩耗性音響的振動特性の優れた材
料という必ずしも合致しない条件を満足することが超音
波モータ材料に要求されていたが、これら各特性を結合
子５とピン１０とで分担することが可能となり、従って
、より特性のよい材料を用いることにより、耐摩耗性、
音響的振動特性の極めて向上した超音波モータ１の製作
が可能となる。

又、ピン１０は圧入による固定のため簡単に組付けでき
、自動組立も可能となる。又、ピン１０の段部２４によ
りピン１０の突出量が決定されるため、複数のピン１０
を圧入固定する場合にロータ８との均一な接触が可能と
なり、ピン１０圧入後のピン１０上面の後加工によるピ
ン高さ調整が不要となる。

以上のことから本実施例によれば、簡単な構成で耐摩耗
性７音響的振動特性が優れ、極めて性能のよい、安価で
長寿命の超音波モータ１を製作することができるもので
ある。

（第２実施例） 第４図ａ、ｂ、第５図に本発明の第２実施例を示す０本
実施例の特徴は、第１実施例におけるピン１０の圧入軸
部２２をねじ軸部３０に形設し、各梁部先端面９に設け
たねじ孔３１に螺着自在に構成した点である。その他の
構成は、第１実施例と同様であるので、同様の構成部に
は同一符号を付してその説明を省略する。

上記構成によれば、ピン１０を各梁部先端面９に対して
着脱することができ、従って、ピン１０が摩耗したらそ
の交換が容易となる。その結果、超音波モータ１の寿命
をより延命化できる利点がある。その他の作用、効果は
、第１実施例と同一であるのでその説明を省略する。

（第３実施例） 第５１１ａ、ｂ、ｃに本発明の第３実施例を示す。

本実施例は、第１実施例におけるピン１０を第６図すに
て示すように円柱状ピン１０に形設し、このピン１０を
、梁４における各梁部の先端部に先端面９と平行に形設
した孔４０に圧入固定して構成したものである。孔４０
は、先端部９に孔４０の軸心方向に一定幅の開口部４１
が形成されるように形設してあり、孔４０にピン１０を
圧入した際にピン１０の上面部が先端面９よりも上方に
突出するように構成しである。

その他の構成は、第１実施例と同様であるので、同様の
構成部には同一符号を付してその説明を省略する。

上記構成によれば、ピン１０とロータ８とは径方向に線
接触し、結合子５からの楕円振動はこの線接触部により
ロータ８に伝達される。この場合、線接触で伝達される
楕円運動は１つの軌道を描き、速度方向は回転方向に一
致してくる。又、接触面積が小さいので、回転トルク伝
達時の音の発生を減少できる利点がある。又、ピン１０
の組付けも極めて簡単である。

その他の作用、効果は、第１実施例と同一であるのでそ
の説明を省略する。

なお、ピン１０の形状は円柱形に限定されるものではな
く、例えば第６図ｄ、ｅ、（にて示すように正断面三角
形状、正断面矢印形状、正断面凸形状に形設してもよい
。

上記各種のピン形状でも同様の効果が得られ、特に第６
図ｆの形状によればピン１０と各梁部との連結が強固と
なる利点がある。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、結合子に要求されていた
音響的振動特性と耐摩耗性を結合子と摩擦トルク伝達用
ピンにて分担することができ、極めて簡単な構成で性能
のよい、かつ安価で長寿命の超音波モータが得られるも
のである。

【図面の簡単な説明】

第】図は、本発明に係る超音波モータの第１実施例を示
す一部を断面にした正面図、 第２図は、第１図の要部の斜視図、 第３図は、第１図の要部の分解斜視図、第４図ａは、本
発明に係る超音波モータの第２実施例を示す一部を断面
にした正面図、第４図すは、第４図ａの要部の斜視図、
第５図は、第４図ａの要部の分解斜視図、第６図ａは、
本発明に係る超音波モータの第３実施例を示す一部を断
面にした正面図、第６図す、　　ｃは、第６図ａの要部
の斜視図、第６図ｄ、ｅ、ｆは、第６図ａの要部の他の
構成例を示す斜視図である。 ５・・・結合子 ８・・・ロータ ９・・・楕円振動発生面 ｌＯ・・・ピン

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）結合子の超音波楕円振動が発生する面にロータを
   圧接し、前記楕円振動を駆動源として前記ロータを回転
   せしめるように構成してなる超音波モータにおいて、 前記結合子における前記超音波楕円振動発生面に、ステ
   ンレスもしくはＨＲＣ４０以上の鉄もしくはセラミック
   にて構成した摩擦トルク伝達用ピンを前記超音波楕円振
   動発生面より突設して構成したことを特徴とする超音波
   モータ。
2. （２）摩擦トルク伝達用ピンは、大径の頭部と頭部より
   も小径の小径軸部とより構成され、頭部と小径軸部の段
   部にて前記ピンの前記超音波楕円振動発生面からの突出
   高さが一定となるように構成したことを特徴とする請求
   項１記載の超音波モータ。
3. （３）超音波楕円振動発生面付近に、振動発生面と平行
   な孔部を設け、前記孔部に、その上面部が前記振動発生
   面より突出するように摩擦トルク伝達用ピンを挿入固定
   し、ロータと前記ピンとを線接触させるように構成した
   ことを特徴とする請求項１記載の超音波モータ。