JPH0412679A - 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。

（従来技術） 従来、この種の超音波モータにおいては、特開昭６２−
２０７１８０号公報に示されているように、クラッチフ
ィルの非励磁状態に基き第２円盤部材がコイルスプリン
グにより付勢されてボールベアリング及び第１円盤部材
を介し回転子を一定の接触圧にて振動子に圧接させた状
態にあるとき、圧電素子を励振させれば、回転子が振動
子から生じる進行波に応じ回転し回転軸を回転させ、一
方、クラッチコイルの励磁状態に基き第２円盤部材がフ
ィルスプリングに抗しステータにより吸引されて振動子
に対する回転子の接触状態を解除して回転子及び回転軸
を回転自由な状態におくようにしである。

（発明が解決しようとする課題） しかし、このような構成においては、上述のよぅにクラ
１．チコイルの励磁時には回転軸の回転状態が自由にな
るものの、フィルスプリングの付勢力に打勝つような電
磁力をステータから発生させるためには、クラッチコイ
ル及びステータの形状寸法を大きくしなければならず、
その結果、超音波モータとしての形状寸法及び重量が不
必要に大きくなるという不具合が生じる。

ソコテ、本発明は、このようなことに対処すべく、超音
波モータにおいて、圧電素子を有効に活用して、振動子
と回転子との間の圧接或は解離を行うようにして、コン
パクト化及び軽量化を図ろうとするものである。

（課題を解決するための手段） かかる課題の解決にあたり、本発明の構成は、筒状ケー
シングと、このケーシング内に同軸的に回転可能に軸支
した回転軸と、この回転軸に同軸的に遊嵌するように前
記ケーシングの一軸方向端内壁に固着されて交流入力に
応じ超音波振動を生ずる環状第１圧電素子と、前記回転
軸に同軸的に遊嵌するように前記第１圧電素子に固着さ
れて同第１圧電素子の超音波振動に応じ進行波を生ずる
環状振動子と、前記ケーシング内に前記回転軸と共に同
軸的に回転するように組付けられて前記振動子に対向す
る回転子と、この回転子に対し前記振動子とは他側にて
前記ケーシング内に前記回転軸に遊嵌するように組付け
られて直流入力の印加により伸長し前記回転子を前記振
動子に圧接させてその進行波により回転させ前記直流入
力の非印加により短縮し前記回転子を前記振動子から解
離させて停止させる環状第２圧電素子とを備えるように
したことにある。

（作用） このように本発明を構成したことにより、前記第１圧電
素子及び第２圧電素子に交流入力及び直流入力をそれぞ
れ印加すれば、前記第１圧電素子が超音波振動を発生し
、これに伴い前記振動子が進行波を生じる。一方、前記
第２圧電素子が前記直流入力に応じ伸長して前記回転子
を前記振動子に圧接すると、前記回転子が前記振動子か
らの進行波に応じ回転し前記回転軸を回転させる。一方
、前記第１圧電素子及び第２圧電素子を前記交流入力及
び直流入力から遮断すると、前記第１圧電素子からの超
音波振動及び前記振動子からの進行波が消滅し、一方、
前記第２圧電素子がその短縮により前記回転子を前記振
動子から解離させて停止させる。

（発明の効果） このように、前記第２圧電素子の伸縮により前記回転子
の前゛起振動子との圧着解離を行うようにしたので、こ
の種の超音波モータの軽量化及びコンパクト化を実現で
きる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を図面により説明すると、第１
図において符号１０は段付円筒状ケーシングを示してお
り、このケーシング１０内には、回転軸２０が、その両
軸端部を、ケーシングｌＯの両生径部１１．１２内に両
スリーブベアリング１１ａ、１２ａを介し同軸的に回転
可能に軸支して嵌装されている。また、この回転軸２０
の中間部位には、環状の鍔２１が同軸的に一体的に形成
されており、この鍔２１は、その上面に形成した環状凹
所２１ａ内に嵌装してなるボールベアリング２２を介し
、ケーシング１０の中径部１３の上壁１３ａに下方から
回転自在に当接している。

ピエゾ積層体３０は、複数の環板状ピエゾ素子３１、　
　・・・、３１を同軸的に積層重合して形成してなるも
ので、このピエゾ積層体３０は、その中空部を回転軸２
０の中間部位に同軸的に遊嵌腰かつその外周面をケーシ
ング１０の中径部１３の内周面に環状空隙を介し対向さ
せるようにして、中径部１３内にて、上端ピエゾ素子３
１の上面を鍔２１の下面に同軸的に固着して組付けられ
ている。かかる場合、ピエゾ積層体３０の各ピエゾ素子
３１に高直流電圧が加わると、各ピエゾ素子３１が鍔２
１の下面を基準にして同軸的に下方へ伸長する。一方、
各ピエゾ素子３１への高直流電圧が消滅すると、各ピエ
ゾ素子３１が鍔２１の下面を基準に同軸的に上方へ短縮
する。但し、この短縮下にて、ピエゾ積層体３０の下端
ピエゾ素子３１がケーシング１０の大径部１４内に延出
してい中空円板４０は、その中空部を回転軸２０の中間
部位に同軸的に遊嵌し、かつその外周面をケーシング１
０の大径部１４の内周面に環状空隙を介し対向させるよ
うにして、同大径部１４内にてピエゾ積層体３０の下端
ピエゾ素子３１に下方から同軸的に固着されているもの
で、この中空円板４０には、原板状回転子５０が大径部
１４内にて下方から同軸的に固着されている。かかる場
合、回転子５０の中空部は回転子２０の中間部位に遊嵌
されており、同回転子５０の外周面は、大径部１４の内
周面に環状空隙を介し対向している。

埋板状ピエゾ素子６０は、ケーシング１ｏの大径部１４
内にて回転子５０と同軸的に位置しており、このピエゾ
素子６０の下面は大径部１４の底壁内面に固着されてい
る。しかして、このピエゾ素子６０は、交流電圧を受け
て、大径部１４の底壁内面を基準として上下に超音波振
動を生じる。

埋板状振動子７０は、その下面にて、ピエゾ素子６０の
上面に同軸的に固着されており、この振動子７０の上面
は、回転子５０の下面により選択的（こかつ同軸的に圧
接されるべく同回転子５０の下面に環状狭隙を介し対向
している。しかして、振動子７０はピエゾ素子６０の超
音波振動を受けて進行波を発生する。このことは、回転
子５０がピエゾ積層体３０の伸長により振動子７０に圧
接されているとき、回転子５０が振動子７０の進行波を
受けて回転力を生じることを意味する。

以上のように構成した本実施例において、ピエゾ積層体
３０の各ピエゾ素子３１に高直流電圧を印加するととも
にピエゾ素子６０に交流電圧を印加すれば、ピエゾ積層
体３０が各ピエゾ素子３１の伸長に応じ回転軸２０の鍔
２１を基準に下方へ同軸的に伸長し、これに伴い中空円
板４０が回転軸２０と同軸的に下方へ向けて変位し回転
子５０を振動子７０に同軸的に圧接させる。一方、ピエ
ゾ素子６０が交流電圧に応答して超音波振動を発生し振
動子７０から進行波を生じさせる。

このように回転子５０が振動子７０に圧接するとともに
振動子７０が進行波を生じると、回転子５０が振動子７
０からの進行波を受けて回転し、これに伴い回転軸２０
が、ポールベアリング２２、中空円板４０、ピエゾ積層
体３０及び鍔２１と共に回転子５０に連動してこれと同
一方向に回転する。かかる状態において、ピエゾ積層体
３０への高直流電圧の印加及びピエゾ素子６０への交流
電圧の印加が停止されると、ピエゾ積層体３０が各ピエ
ゾ素子３１の短縮に応じ上方へ短縮し、これに伴い中空
円板４０が上方へ変位して回転子５０を振動子７０から
上方へ向は解離させる。また、振動子７０の進行波がピ
エゾ素子６０からの超音波振動の消滅に伴い消滅する。

かかる場合、回転子５０が上述のように振動子７０から
解離しているので、回転軸２０は、外部から自由に比較
的小さな力でもって回転可能となる。

以上説明したように、回転子５０と振動子７０との間の
選択的圧接をピエゾ積層体３０への高直流電圧の選択的
印加により達成しつつ、ピエゾ素子６０からの超音波振
動に伴う振動子７ｏからの進行波により回転子５０を回
転させるようにしたので、超音波モータの回転に必要な
回転子５ｏと振動子７０との圧接状態が、比較的形状寸
法の小さい軽量なピエゾ積層体３ｏの作動により実現さ
れ得る。その結果、超音波モータの小型化及び軽量化が
達成され得る。また、ピエゾ積層体３ｏの各ピエゾ素子
３１は、小電流で応答性よく作動するので、接続線とし
て必要となるワイヤハーネスの小径化が可能となる。

次に、前記実施例の変形例について第２図を参照して説
明すると、この変形例においては、回転軸２０Ａが、前
記実施例にいう回転軸２ｏに代えて、ケーンングｌＯ内
に各スリーブベアリングｌｌａ、１２ａを介し同軸的に
回転可能に軸支されている。埋板状スプリング２５は、
スリーブベアリング１２ａ内にてケーシング１０の小径
部１２の底壁状に着座してその弾力により回転軸２０Ａ
を受承し゛ている。また、前記実施例にいうピエゾ積層
体３０が、ケーシング１ｏの中径部ｔｓ内＋、：：て、
その上端ピエゾ素子３１を中径部１３の土壁に固着する
ようにして、回転軸２０Ａの中間部位に同軸的に遊嵌さ
れており、このピエゾ積層体３０の外周面は、前記実施
例と同様に環状空隙を介し中径部１３の内周面に対向し
ている。

また、中空円板２３が、前記実施例にいう中空円板４０
に代えて採用され、ケーシング１０の大径部１４内にて
回転軸２０Ａの下方部に同軸的に嵌着されている。この
中空円板２３の上面に形成した環状凹所２３ａ内には、
ボールベアリング２４が嵌装されており、このボールベ
アリング２４は、ピエゾ積層体３０を、その下端ピエゾ
素子３１にてスプリング２５の作用のもとに相対回動自
在に下方から当接することにより受承している。

この中空円板２３の下面には、前記実施例にいう回転子
５０が同軸的に固着されてスプリング２５に抗し振動子
７０に選択的に当接すべく対向している。その他の構成
は前記実施例と同様である。

このように構成した本変形例において、前記実施例と同
様に、ピエゾ積層体３０の各ピエゾ素子３１に高直流電
圧を印加するとともにピエゾ素子６０に交流電圧を印加
すれば、ピエゾ積層体３０が各ピエゾ素子３１の伸長に
応じケーシングｌＯの中径部１３の土壁を基準に下方へ
同軸的に伸長し、これに伴い中空円板２３が回転軸２Ｏ
Ａ及びボールベアリング２４と共に同軸的にスプリング
２５に抗し下方へ向けて変位し回転子５０を振動子７０
に圧接させる。一方、ピエゾ素子６０が交流電圧に応答
して超音波振動を発生し振動子７０から進行波を生じさ
せる。

このように回転子５０が振動子７０に圧接するとともに
振動子７０が進行波を生じると、回転子５０が振動子７
０からの進行波を受けて回転し、これに伴い回転軸２Ｏ
Ａが中空円板２３及びボールベアリング２４と共に回転
子５０に連動してこれと同一方向に回転する。かかる状
態において、ピエゾ積層体３０への高直流電圧の印加及
びピエゾ素子６０への交流電圧の印加が停止されると、
ピエゾ積層体３０が各ピエゾ素子３１の短縮に応じ上方
へ短縮し、これに伴い中空円板２３がボールベアリング
２４と共にスプリング２５の付勢のもとに上方へ変位し
て回転子５０を振動子７０から上方へ向は解離させる。

また、振動子７０の進行波がピエゾ素子６０からの超音
波振動の消滅に伴い消滅する。かかる場合、回転子５０
が上述のようにスプリング２５の作用のもとに振動子７
゜から解離しているので、回転軸２ＯＡは、外部から自
由に比較的小さな力でもって回転可能となる。

以上説明したように、回転子５０と振動子７０との間の
選択的圧接をピエゾ積層体３０への高直流電圧の選択的
印加によりスプリング２５に抗して達成しつつ、ピエゾ
素子６０からの超音波振動に伴う振動子７０からの進行
波により回転子５０を回転させるようにしたので、超音
波モータの回転に必要な回転子５０と振動子７０との圧
接状態が、比較的形状寸法の小さい軽量なピエゾ積層体
３０の作動により実現され得る。その結果、超音波モー
タの小型化及び軽量化が達成され得る。かかる場合、回
転軸２ＯＡの回転と共に回転する構成部材は、前記実施
例とは異なり中空円板２３、ホールベアリング２４及び
回転子５０のみであって、ピエゾ積層体３０は回転しな
い。従って、超音波モータとしての回転部材の慣性モー
メントが前記実施例の場合に比べて小さくなり、その結
果、超音波モータとしての回転に対する応答性が良くな
る。また、ピエゾ積層体３０が、上述のごとく、回転し
ないので、各ピエゾ素子３１〜３１と外部接続導線との
間に必要なスリップリングが省略される。従って、各ピ
エゾ素子３１〜３１と外部接続導線との間の電気的接続
構造がより一層簡単になる。なお、その他の効果は前記
実施例と同様である。また、この変形例で採用したスプ
リング２５は、省略して実施してもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す断面図、及び第２図は
前記実施例の変形例を示す断面図である。 符　　号　　の　　説　　明 ｌＯ・・・ケーシング、２０．２０Ａ・・・回転軸、３
０・・・ピエゾ積層体、５０・・・回転子、６０・・・
ピエゾ素子、７０・・・振動子。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　筒状ケーシングと、このケーシング内に同軸的に回転
   可能に軸支した回転軸と、この回転軸に同軸的に遊嵌す
   るように前記ケーシングの一軸方向端内壁に固着されて
   交流入力に応じ超音波振動を生ずる環状第１圧電素子と
   、前記回転軸に同軸的に遊嵌するように前記第１圧電素
   子に固着されて同第１圧電素子の超音波振動に応じ進行
   波を生ずる環状振動子と、前記ケーシング内に前記回転
   軸と共に同軸的に回転するように組付けられて前記振動
   子に対向する回転子と、この回転子に対し前記振動子と
   は他側にて前記ケーシング内に前記回転軸に遊嵌するよ
   うに組付けられて直流入力の印加により伸長し前記回転
   子を前記振動子に圧接させてその進行波により回転させ
   前記直流入力の非印加により短縮し前記回転子を前記振
   動子から解離させて停止させる環状第２圧電素子とを備
   えるようにした超音波モータ。