JPH03222678A - 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、例えば、自動車等の限られたスペース内で小
型モータとして好適に用いられる超音波モータに関する
。

〔従来の技術Ｊ 第７図に従来技術の超音波モータを示す。

図中、ｌは超音波モータのケーシングで、該ケーシング
１は扁平な有底筒状に形成されたケース２と、該ケース
２の開口端側に着脱可能に取付けられ、この開口端側を
施蓋するようになった略円板状のカバー３とから構成さ
れ、前記ケース２の底部側中央には後述の軸受１０を収
容するための軸受収容部２Ａが軸方向下向きに突設され
ている。また、前記カバー３の中央部には、後述の軸受
１１を取付けるべく軸方向に穿設された軸受取付穴３Ａ
と、該軸取付穴３Ａの外周側に位置し。

後述する弾性体５の環状固定部５Ａが固定される厚肉の
環状部３Ｂとが設けられている。そして、該ケーシング
１内には後述の超音波振動子４、弾性体５および回転子
６等が収容されている。

４はチタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ
）等の圧電性材料によってリング状に形成された超音波
振動子で、該超音波振動子４は後述する弾性体５の外周
側リング部５Ｃ上面に接着等の手段で固着され、外部か
ら高周波電圧を印加させることにより、超音波振動を発
生するようになっている。

５は真鍮、銅合金またはアルミニウム等の金属材料によ
って略円板状に形成された弾性体で、該弾性体５は、そ
の内周側に位置して厚肉に形成された環状固定部５Ａと
、該環状固定部５Ａから径方向外向きに延設され、該環
状固定部５Ａよりも薄肉に形成された環状板部５Ｂと、
該環状板部５Ｂの外周側から軸方向下向きに突設され、
その横断面が略台形状に形成された外周側リング部５Ｃ
とからなり、該リング部５Ｃの下面側には全周に亘って
多数の凹凸部５Ｄが形成されている。

そして、該リング部５Ｃの上面側には前記超音波振動子
４が固着されている。また、該弾性体５は環状固定部５
Ａが前記カバー３の環状部３Ｂによって下向きに押圧さ
れ、該カバー３に対して固定されるようになっている。

そして、該弾性体５は超音波振動子４の超音波振動に共
振し、リング部５Ｃの凹凸部５Ｄ側表面に表面波を発生
する。

６は凹凸部５Ｄの下側表面に所定の荷重で押圧され、弾
性体５の表面波によって回転駆動される回転子で、該回
転子６は略円板状に形成され、その外周側は厚肉のロー
タ部６Ａとなり、内周側は後述の出力軸９とスプライン
結合されるようになっている。そして、該回転子６のロ
ータ部６Ａは後述の皿ばね７により、弾性体５の凹凸部
５Ｄの下面側に常時押付けられ、この凹凸部５Ｄに接触
しつつ回転するようになっている。７は付勢手段として
の皿ばねで、該皿ばね７は環状のゴムシート８を介して
回転子６を弾性体５に所定の付勢力をもって押圧し続け
るようになっている。

９はケーシング１内に軸受１０，１１を介して回転可能
に配設された出力軸で、該出力軸９の一端側には、前記
回転子６の内周側とスプライン結合するスプライン溝部
９Ａと、皿ばね７を保持する大径のばね保持部９Ｂと、
軸受１０をケース２の軸受収容部２Ａとの間で挟持する
軸受保持部９Ｃとが設けられ、該出力軸９の他端側はケ
ーシング１外に突出している。１０．１１は軸受を示し
、該軸受１０はスラスト軸受によって構成され、前記ケ
ース２の軸受収容部２Ａと出力軸９の軸受保持部９Ｃと
の間で、該出力軸９を回転可能に支持している。また、
軸受１１はラジアル軸受によって構成され、前記カバー
３の軸受取付穴３Ａ内で出力軸９を回転可能に支持して
いる。

このように構成された超音波モータでは、超音波振動子
４に高周波電圧を印加すると、該超音波振動子４が超音
波振動を発生し、これに弾性体５が共振して、弾性体５
の凹凸部５Ｄ表面に表面波が発生する。そして、この表
面波により、弾性体５の凹凸部５Ｄに接触する回転子６
が回転し、出力軸９から回転出力が導出されるようにな
っている。

このために、超音波モータは小型、軽量でシンプルな構
造であるにも拘らず、低速で高トルクを発生するという
特徴を有する。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、前述した従来技術の超音波モータにおいては
、皿ばね７により回転子６を弾性体５の凹凸部５Ｄに強
く押付けるようにしているから、回転子６の回転時に弾
性体５の凹凸部５Ｄと回転子６のロータ部６Ａとが摩耗
接触して摩耗することがあり、この摩耗により、回転子
６が皿ばね７によって徐々に上側に持ち上げられ、皿ば
ね７の付勢力が徐々に低下してしまう。

このため、従来技術では、弾性体５の表面波を回転子６
に効果的に伝達できず、出力軸９の回転速度にバラツキ
が生じて回転力が低下し、超音波モータの耐久性、寿命
を向上できないという問題がある。

本発明は上記従来技術の問題に鑑みなされたもので、本
発明は弾性体への回転子の付勢力を調整でき、寿命や耐
久性を向上できるようにした超音波モータを提供するこ
とを目的している。

〔課題を解決するための手段〕

上述した課題を解決するために、本発明が採用する構成
の特徴は、ケーシング内に外部からの給電によって伸縮
し、付勢手段の付勢力を調整する付勢力調整手段を設け
たことにある。

［作用］ 上記構成により、弾性体と回転子との摩耗によって付勢
手段による付勢力が低下した場合でも、付勢力調整手段
によって前記付勢力を調整でき、弾性体に回転子を所定
の付勢力で付勢し続けることができる。

（実施例］ 以下、本発明の実施例を第１図ないし第６図に基づいて
説明する。なお、実施例では前述した第７図に示す従来
技術と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を
省略するものとする。

まず、第１図ないし第４図に第１の実施例を示す。

図中、２１は扁平な有底筒状に形成され、カバー３と共
にケーシング１を構成するケースで、該ケース２１は前
述の従来技術で述べたケース２とほぼ同様に形成されて
いるものの、該ケース２１の底部には軸受収容部２１Ａ
の径方向に位置して、後述の圧電体２６等を収容する環
状溝２１Ｂが周設されている。

２２は回転子６の下側に配設され、該回転子６と出力軸
９のばね保持部９Ｂとの間に挟持された付勢手段として
の皿ばねで、該皿ばね２２は従来技術で述べた皿ばね７
とほぼ同様に形成されているものの、該皿ばね２２の下
面側には後述のベアリング２３を保持する保持溝２２Ａ
が全周に亘って周設されている。２３は皿ばね２２を回
転可能に支持するベアリングで、該ベアリング２３は前
記保持溝２２Ａおよび環状板２４の保持溝２４Ａの間に
保持されている。２５は環状板２４の下側に設けられ、
環状に形成された絶縁体で、該絶縁体２５は後述の電極
板２７と前記環状板２４とを絶縁するようになっている
。

２６は絶縁体２５の下側に設けられ、ＰＺＴ等の圧電素
子で環状に形成された付勢力調整手段としての圧電体で
、該圧電体２６の上、下面には、第２図ないし第４図に
示す如く電極板２７．２７が蒸着等の手段により薄膜状
に設けられ、該各電極板２７は各リード線２８を介して
コントロールユニット（図示せず）に接続されている。

そして、該圧電体２６は皿ばね２２の下側に位置して環
状板２４、絶縁体２５に接着等の手段により固着され、
前記ケース２１の環状溝２１Ｂ内に配設されている。こ
こで、該圧電体２６は外部から圧力を受けて縮小すると
、各電極板２７間に起電力を生じさせると共に、逆に該
電極板２７間に外部から電圧を印加すると、これにより
上下方向に伸縮するから、皿ばね２２による回転子６へ
の付勢力を検出する圧力センサとして用いることができ
ると共に、皿ばね２２の付勢力を適宜に調整する付勢力
調整手段として用いられるようになっている。

なお、前記コントロールユニットは、弾性体５と回転子
６との間に摩耗がない初期状態で、圧電体２６から出力
される検出電圧を基準値として記憶するようになってお
り、この基準値に比較して検出電圧が変化したときには
、これに応じて圧電体２６を伸縮させるべく、各電極板
２７間にプラスまたはマイナスの電圧を印加する印加電
圧演算回路等が設けられている。

本実施例による超音波モータは上述の如き構成を有する
もので、その基本動作については従来技術によるものと
格別差異はない。

そこで、本実施例の特徴である圧電体２６の付勢力調整
動作について説明する。

まず、当該超音波モータの停止時には、圧電体２６から
の検出電圧に基づき皿ばね２２の付勢力を検出し、弾性
体５等の熱膨張で付勢力が基準値よりも大きいときには
、圧電体２６にマイナスの電圧を印加し、該圧電体２６
を縮小（収縮）させることによって皿ばね２２の付勢力
を小さくできる。

そして、当該超音波モータを長時間駆動し、弾性体５の
凹凸部５Ｄと回転子６のロータ部６Ａとに摩耗が生じて
皿ばね２２により付勢力が基準値よりも小さくなったと
きには、当該超音波モータの停止時に圧電体２６から出
力される検出電圧が基準値よりも低下するから、この場
合にはモータを駆動時に、圧電体２６にプラスの電圧を
印加して、該圧電体２６を伸長（膨張）させ、この付勢
力の低下分だけ皿ばね２２を上方に押し上げて、皿ばね
２２による付勢力を基準値まで増大させることができ、
回転子６を弾性体５に対して所定の押圧で押付けること
ができる。

か（して、本実施例によれば、圧電体２６を伸縮させる
ことによって、皿ばね２２の付勢力を調整できるから、
弾性体５と回転子６との間の押圧力を常に一定に保つこ
とができ、弾性体５の凹凸部５Ｄから回転子６のロータ
部６Ａへ確実に表面波を伝達することができると共に、
出力軸９の回転速度のバラツキや出力の低下を防止する
ことができ、当該超音波モータの寿命を延ばすことがで
き、耐久性の向上を図ることができる等、種々の効果を
奏する実用化が可能になる。

次に、第５図および第６図に本発明の第２の実施例を示
し、本実施例の特徴は、リング状の圧電体に替えて、４
個の直方体状の圧電素子からなる圧電体を用いるように
したことにある。なお、本実施例では前記第１の実施例
と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略
するものとする。

図中、３１，３１．・・・は直方体状の圧電素子からな
る例えば４個の圧電体で、該各圧電体３１は環状板２４
の下側に９０度の間隔をもって４個配設されている。そ
して、該各圧電体３１の上。

下面には、前述の第１の実施例で述べた電極板２７と同
様に蒸着手段によって固着された電極板３２．３２が設
けられ、該各電極板３２にはそれぞれリード線３３．３
３が接続されている。また、上側の各電極板３２の上に
は絶縁体３４が設けられている。

か（して、このように構成される本実施例でも、前記第
１の実施例とほぼ同様の作用、効果を得ることができる
が、特に、本実施例においては、圧電体を直方体の圧電
体３１で構成することによって、第１の実施例に比べて
、その製造工程において、作業性の向上を図ることがで
きる。

なお、前記第２の実施例のように直方体の圧電体３１を
複数個環状板２４の下に均等に配設して用いる場合には
、これらの圧電体３１，３１．・・・を、圧力センサと
して用いる圧電体３１と、付勢力調整手段として用いる
圧電体３１とに別々に分離して用いるようにしてもよく
、この場合には超音波モータ駆動時にも付勢力を検出し
、その検出電圧により付勢力の調整を行うようにするこ
とも可能である。

〔発明の効果１ 以上、詳述した通り、本発明によれば、ケーシング内に
付勢力調整手段を設け、付勢手段の付勢力を調整するよ
うにしたから、回転子と弾性体の摩擦接触によって両者
が摩耗し、付勢手段の付勢力が低下した場合でも、付勢
力調整手段に外部から電圧を印加して該付勢力調整手段
を伸縮させることにより、前記付勢手段の付勢力を定荷
重に保つことができる。従って、弾性体の表面波を回転
子に確実に伝達することができ、出力軸の回転速度のバ
ラツキや出力の低下等を防止することができ、当該超音
波モータの寿命を延ばして耐久性を向上させることがで
きる上に、例えば自動車用パワーウィンドウ、サンルー
フ等の開閉用駆動モータとして使用できる等、種々の利
用が可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は本発明の第１の実施例を示し、第
１図は超音波モータの縦断面図、第２図は第１図中の要
部拡大断面図、第３図は環状板、圧電体等を示す正面図
、第４図は第３図中の矢示■−ＩＶ方向断面図、第５図
および第６図は第２の実施例を示し、第５図は第３図と
同様の正面図、第６図は第５図中の矢示ＶＩ−ＶＩ方向
断面図、第７図は従来技術の超音波モータを示す縦断面
図である。 １・・・ケーシング、４・・・超音波振動子、５・・・
弾性体、６・・・回転子、２２・・・皿ばね、２３・・
・ベアリング、２４・・・環状板、２５．３４・・・絶
縁体、２６゜３１・・・圧電体（付勢力調整手段）、２
７．３２・・・電極板、２８．３３・・・リード線。 第 １ 図 第 図 ４ ７ ６ 第 図 ３ 第 図 第 図 第４図 第７図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　ケーシングと、該ケーシング内に配設され、外部から
   高周波電圧を印加することにより振動を発生する超音波
   振動子と、該超音波振動子と共にケーシング内に配設さ
   れ、該超音波振動子の振動に共振して表面波を発生する
   弾性体と、該弾性体と接触するようにケーシング内に設
   けられ、該弾性体の表面波により回転駆動される回転子
   と、該回転子を弾性体に常時付勢すべく、前記ケーシン
   グ内に設けられた付勢手段とからなる超音波モータにお
   いて、前記ケーシング内には外部からの給電によって伸
   縮し、前記付勢手段の付勢力を調整する付勢力調整手段
   を設けたことを特徴とする超音波モータ。