JPH0533690U - 超音波モータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ステータからロータへの伝達効率を高めると
共に、製品寿命を安定化させる。 【構成】 ステータ１５の表面には、圧電セラミックス
１６が貼着され、周面の互いに対向する位置にプラステ
ィックの伝達部材１７、１８が固着されている。伝達部
材１７には、押圧ローラ３４が他方の伝達部材１８側に
向かって押圧されている。他方の伝達部材１８には、第
１の出力軸２７に取り付けられたロータ２６が回転可能
に当接している。そして、伝達部材１７、１８の押圧ロ
ーラ３４およびロータ２６と当接する面１７ａ、１８ａ
を円弧状の凹面としている。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、圧電素子に径方向の伸縮振動モードと面内屈曲振動モードを付与し てこの圧電素子の周面に発生する楕円動作によりロータを回転させる超音波モー タに関する。

【０００２】

【従来の技術】

図５は、従来の超音波モータの概略構成を示す平面図である。同図において、 ５０は円盤状のステータで、表面にドーナツ状の圧電セラミックス５１が貼着さ れている。５２は、ステータ５０の周面の互いに向き合う位置Ａ点に固着された 断面が矩形状をした伝達部材で、所定の摩擦伝達力を得るためにプラスティック で形成されている。 ５３は押圧部材で、架け渡されたシャフト５５に押圧ローラ５４を回転自在に 支持しており、圧縮スプリング５６により押圧ローラ５４が伝達部材５２側に押 圧されるように付勢されている。 他方の伝達部材５２には、回転軸５８に取り付けられたロータ５７の周面が回 転可能に当接し、ロータ５７と一体的に回転する回転軸５８は図示しないケース に枢支されて、一端がケースから突出して出力軸を構成している。

【０００３】 このような構成において、圧電セラミックス５１に、図６（ａ）に示すように 径方向の伸縮振動モードと図６（ｂ）に示すような図中上下方向の面内屈曲振動 モードとを付与し、これらの振動周波数の位相をずらすと、図６（ｃ）に示すよ うにステータ５０の中心線を通る水平線上の周面の２点（図中Ａ点）において、 互いに反対方向に回転する楕円動作が発生する。 このステータ５０のＡ点における楕円動作は、伝達部材５２を介してロータ５ ７に伝達されて、出力軸５８から回転動作として取り出すことができる。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】 しかしながら、上述した従来の超音波モータにおいては、ロータと押圧ローラ に挟持され、これらロータと押圧ローラに押圧されたステータの伝達部材の形状 が単に断面矩形状を呈しており、伝達部材とロータおよび押圧ローラとは点接触 をする構造となっている。このため、ステータの固定が不安定となり、ステータ 周面の楕円動作がロータに充分伝達されずに伝達効率が悪いといった欠点がある 。 また、ロータおよび押圧ローラとの接触部分における伝達部材の摩耗が激しく、 これによってモータの製品寿命を短縮するといった不都合が生じる。 本考案は上記した従来の欠点あるいは不都合に鑑みてなされたもので、その目 的とするところは、ステータからロータへの伝達効率を高めると共に製品寿命を 安定化させた超音波モータを提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】

この目的を達成するために、本考案は、圧電素子を有する円板状のステータと 、このステータの周面に当接し回転自在に支持されたロータと、このロータと反 対側の前記ステータ周面に配設され前記ロータ側にステータを押圧する押圧子と 、前記ステータの周面の前記ロータおよび押圧子が当接する部位に取り付けられ た伝達部材とからなり、前記圧電素子に径方向の伸縮振動モードと面内屈曲振動 モードを付与して前記ステータの周面に発生する楕円動作により前記伝達部材を 介して前記ロータを回転させる超音波モータであって、前記伝達部材の前記ロー タおよび前記押圧子が当接する面を円弧状の凹面としたものである。

【０００６】

【作用】

伝達部材のロータおよび押圧子と接触する部分を円弧状の凹面としたことによ って、接触部分が点接触から面接触となる。

【０００７】

【実施例】

以下、本考案の一実施例を図に基づいて説明する。図１は本考案に係る超音波 モータの分解斜視図、図２は同じく平面図、図３は同じく平断面図、図４は同じ く側断面図である。これらの図において、１は上部に開口部を有するケースで、 底面部２と側面部６とからなる。底面部２の中央部には、スリット３ａを有する 鍵穴状の軸受穴３が穿設され、端部には、別の軸受穴４が穿設されている。これ ら軸受穴３、４には、軸受１０ａ、１０ｂが嵌合して固定される。 側面部６の右側面部６ａには２つのねじ孔６ｂが設けられ、左側面部から上下 側面部にかけて肉厚状の一対の載置部７が、また上下側面部に互いに向き合うよ うに突出した一対のガイド部８が、それぞれ設けられている。 載置部７の上面には、ねじ孔７ａが設けられ、ガイド部８の上面には、ねじ孔 ８ａが、また対向する面８ｂには、ガイド面が設けられている。

【０００８】 １２は、全体が弾性体からなる薄板状の防振材で、中心穴１２ａを有する。 １５は、円板状のステータで中心穴１５ａを有し、表面および裏面にドーナツ 状の圧電セラミックス１６が貼着されている。ステータ１５の周面の互いに対向 する位置に一対のプラスティックからなる矩形状の伝達部材が固着されており、 この伝達部材の外端面１８ａは、円弧状の凹面に形成されている。 １９は、圧電セラミックス１６に電気的に接続されたリード線である。

【０００９】 ２０は、大径の歯車で、第２の出力軸２１に取り付けられている。 ２６は、小径の歯車で、下面にロータ２６が一体形成され、第１の出力軸２７ に取り付けられている。

【００１０】 ３０は、押圧部材で、中央に貫通孔３１が、また左側部に末広がり状に突出形 成された一対の脚部３２がそれぞれ設けられている。脚部３２の側面３２ａには 、ガイド面が、またガイド面３２ａと直行する面３２ｂには、当接面がそれぞれ 設けられている。 また、押圧部材３０の脚部３２に挟まれてほぼ中央の高さ位置に、一部が押圧 部材３０に埋設された鍔３３が突出している。押圧部材３０の貫通孔３１には固 定軸３５が圧入固定されており、この固定軸３５には、押圧子である押圧ローラ ３４が回転自在に支持されている。 ３７は、Ｕ字状のばねである。

【００１１】 ４０は、平板状のカバーで、前記ケース１の軸受穴３、４に対応した位置に軸 受穴４１、４２が穿設されると共に、ねじ４５が挿入されるねじ取付孔４３が穿 設されている。 ４４ａ、４４ｂは、軸受穴４１、４２に嵌合固定される軸受である。

【００１２】 以下、組立方法を説明する。 まず、ケース１の軸受穴３、４に軸受１０ａ、１０ｂをそれぞれ嵌合固定する 。 次に、防振材１２およびステータ１５を積層状態にして、それぞれの中央穴１ ２ａと１５ａとをケース１の底面板３の軸受穴３に位置合わせしながら底面板３ に載置する。同時に、ステータ１５のリード線１９を軸受穴３のスリット３ａか らケース１の外へ導出する。 このとき、弾性体で形成された防振材１２は、モータ本体の防振機能を有する と共に、リード線１９を保護し同時に絶縁し、さらに、リード線１９と圧電セラ ミックス１６との半田付けの厚み分を吸収してステータ１５を水平に保つ用に機 能し、またステータ１５がケース１の軸受１０ａに接触しないためのスペーサと して機能するものである。

【００１３】 引き続き、小径歯車２５の第１の出力軸２７をケース１の軸受１０ｂに挿入し て回転自在に支持する。このとき、ロータ２６の周面は、ステータ１５の伝達部 材１８に接触して位置している。 次に、押圧部材３０の脚部３２のガイド面３２ａが、ケース１のガイド部８の ガイド面８ｂ間に挟持されるように、押圧部材３０をケース１内に収納する。 しかるのち、Ｕ字状のばね３７をケース１のガイド部８と右側面部６ａ間に収 納し、ねじ３８をねじ孔６ｂに螺入して先端をばね３７の一端側を押圧させる。

【００１４】 これにより、図３に示すようにばね３７の他端側が押圧部材３０の脚部３２の 当接面３２ｂを押圧し、押圧部材３０をガイド面８ａをガイドとして、ステータ １５側に押圧するので、押圧ローラ３４が伝達部材１７をロータ２６側に押圧さ れ、他方の伝達部材１８を所定の押圧力でロータ２６の周面に押圧する。この押 圧力は、ねじ３８を側面部６ａから進出退出させることによって、調節する。 このとき、伝達部材１７、１８の外端面１７ａ、１８ａが円弧状の凹面に形成 されており、この外端面１７ａ、１８ａと圧接された押圧ローラ３４とロータ２ ６とで、ステータ１５は図３中左右、上下方向の動きを規制されてケース１内で 固定保持される。

【００１５】 また、押圧部材３０の鍔３３が、ステータ１５の上端面に位置して、ステータ １５の上方への浮き上がりを防止している。 次に、大径歯車２０の第２の出力軸２１をケース１の軸受１０ａに挿入して回 動自在に支持する。 最後に、カバー４０をケース１に被せて、ねじ４５によってケース１に取り付 け、第１、第２の出力軸を軸受４４ａ、４４ｂに嵌合して回転自在に支持する。

【００１６】 以下、動作を説明する。 圧電セラミックス１６に電圧を印可して、径方向の伸縮振動モードと面内屈曲 振動モードとを付与し、これらの振動周波数の位相をずらすと、ステータ１５の 伝達部材１７、１８が固着されている周面において、楕円動作が生じる。 この楕円動作は、ロータ２６に所定の押圧力で押圧している伝達部材１８を介 してロータ２６に回転動作として伝達する。 この回転動作は、第１の出力軸２７から高回転として出力されると同時に、小 径の歯車２５を介して大径の歯車２０に伝達され、第２の出力軸２１を回転させ る。第２の出力軸２１に出力される回転は、大径の歯車２０によって、減速され て、低回転かつ高トルクとして出力される。 この場合、小径の歯車２５と大径の歯車２０との歯車比を変えることによって 、減速率を適宜選択することができる。

【００１７】 このように、第２の出力軸２１において、低回転かつ高トルクの回転が出力さ れることによって、高トルクを得るために、伝達部材１８のロータ２６への押圧 力を必要以上に高めることがないために、伝達部材１７、１８の必要以上の摩耗 を防止することができる。 また、伝達部材１７、１８の外端面１７ａ、１８ａを円弧状の凹面としている ので、押圧ローラ３４、ロータ２６との接触が面接触となり、このためにロータ ２６への摩擦伝達力が高まり、これによっても、伝達部材１８のロータ２６への 押圧力を必要以上に高めることがなくなる。また、面接触となっているために、 伝達部材１７、１８の摩耗が軽減される。

【００１８】 また、ロータ２６を伝達部材１８を介して回転させる反力によって振動するス テータ１５を、従来においてはステータ１５の中央穴１５ａあるいはステータ１ ５の外周の一部にゴム等を介して弾性的に保持して振動を防止していたが、保持 が完全でなく、ステータ１５の位置が定まらず、このためにステータ１５がロー タ２６を回転させる力とステータ１５自身が微動する力とに分散されて、モータ としての効率が低下していた。 本実施例においては、伝達部材１７、１８の外端面１７ａ、１８ａを円弧状の 凹面としたことによって、これら伝達部材１７、１８を介してステータ１５の上 下、左右の動きを両ローラ３４、２６との２点によって規制してケース１に強固 に固定し、これにより伝達部材のロータへの伝達効率を向上させている。

【００１９】 また、本実施例においては、押圧ローラ３４を回転自在に支持している固定軸 ３５を押圧部材３０に固定した構造となっているが、他の実施例として、押圧部 材３０に軸受を設けて、この軸受に固定軸３５を回転自在に支持して、押圧ロー ラ３４を固定軸３５に取り付けて、固定軸３５の先端をケース１の外へ延長する ことによって、この固定軸３５を第３の出力軸として機能させることができる。 この場合、押圧部材３０がばね３７で付勢されて微移動可能なので、第３の出 力軸３５から得られる回転は、第１の出力軸２７から得られる回転よりも低トル クとなる。

【００２０】 このような構成とすることによって、前述した第１、第２の出力軸２７、２１ とこの第３の出力軸３５とを適宜選択することによって、１つのモータによって 、低回転から高回転、また低トルクから高トルクの幅広いニーズに対応すること が可能である。 なお、本実施例では、第１の出力軸２７の他に第２の出力軸２１からも回転を 得る構造としたが、これに限定されることなく、従来からある一般的な構造であ る第１の出力軸２７のみの超音波モータに適用できることはいうまでもないこと である。

【００２１】

【考案の効果】

以上説明したように本考案によれば、伝達部材のロータおよび押圧子の接触す る部分を円弧状の凹面とすることにより、接触する部分が点接触から面接触とな り、これにより、伝達部材からのロータへの伝達動作が安定し、伝達効率が向上 する。また、接触部分における伝達部材の摩耗が軽減されることと、面接触によ る摩擦伝達力の向上からロータに対する押圧力を軽減できることにより、モータ の製品寿命が長くすることができる。 また、ロータおよび押圧子に挟持されたステータの固定が安定し、ステータか らの伝達動作が分散されず、このため伝達部材のロータへの伝達効率が向上する 効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案に係る超音波モータの分解斜視図であ
る。

【図２】本考案に係る超音波モータの平面図である。

【図３】本考案に係る超音波モータの平断面図である。

【図４】本考案に係る超音波モータの側断面図である。

【図５】従来の超音波モータの概略構成を示す平面図で
ある。

【図６】超音波モータの動作原理を示す説明図である。

【符号の説明】

１ ケース １２ 防振材 １５ ステータ １６ 圧電セラミックス １８ 伝達部材 １８ａ 外端面 ２０ 大径の歯車 ２１ 第２の出力軸 ２５ 小径の歯車 ２７ 第１の出力軸 ３０ 押圧部材 ３４ 押圧ローラ ４０ カバー

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電素子を有する円板状のステータと、
   このステータの周面に当接し回転自在に支持されたロー
   タと、このロータと反対側の前記ステータ周面に配設さ
   れ前記ロータ側にステータを押圧する押圧子と、前記ス
   テータの周面の前記ロータおよび押圧子が当接する部位
   に取り付けられた伝達部材とからなり、前記圧電素子に
   径方向の伸縮振動モードと面内屈曲振動モードを付与し
   て前記ステータの周面に発生する楕円動作により前記伝
   達部材を介して前記ロータを回転させる超音波モータに
   おいて、前記伝達部材の前記ロータおよび前記押圧子が
   当接する面を円弧状の凹面としたことを特徴とする超音
   波モータ。