JPH07298650A

JPH07298650A - 超音波モータ

Info

Publication number: JPH07298650A
Application number: JP6080151A
Authority: JP
Inventors: Toshifumi Koike; 敏文小池
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1994-04-19
Filing date: 1994-04-19
Publication date: 1995-11-10

Abstract

(57)【要約】【構成】円盤状の弾性体１と、弾性体１の端面に密着し
て設けられた円環状の圧電素子２とを有するステータ３
と、ステータ３の表面３ａに対向して設けられたロータ
４と、ロータ４を弾性体１に押しつけるばね部材５と、
ステータ３とロータ４の中心軸に設けられロータ４と共
に回転する出力軸６と、出力軸６を支持する軸受８，９
と、ステータ３が取付けられたベース７と、ステータ
３，ロータ４及び軸受８，９を囲みベースに取付けられ
たカバー１０とを含む超音波の、軸受の外側に軸シール
部材１４，ベースとカバーの接合部にガスケット１５，
ベースまたはカバーに電流導入端子１６をそれぞれ設け
た。【効果】どのような使用環境でも、大気中と同様な安定
した超音波モータの特性と寿命が得られ、摺動部からの
摩耗粉の外部への飛散が防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、圧電素子により弾性体
を励振し、弾性体表面に進行波を発生させ、この弾性体
表面にロータを押しつけ、弾性体表面とロータ表面の間
に生じる摩擦力によりロータを回転させる進行波型超音
波モータに係り、特に、超音波モータの使用環境によら
ずに安定したモータ特性が得られる超音波モータに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の回転型超音波モータは、図３に示
すように、円盤状の弾性体１と弾性体１の一端面に密着
して設けらた圧電素子２とからなるステータ３がベース
７に取付けられている。ステータの表面３ａに対向しス
テータ３と同軸上にロータ４が設けられており、ロータ
４はばね部材５によりステータ３に押付けられている。
ロータ４の中心にはロータ４と共に回転する出力軸６が
設けられており、軸受８，９で支持されている。ステー
タ３やロータ４はカバー１０で覆われており、カバー１
０はベース７に取付けられている。また、圧電素子２に
は超音波モータ駆動回路１２からケーブル１１が接続さ
れており、圧電素子２へ高周波電圧が印加される。この
ように構成することにより、高周波電圧を印加された圧
電素子２は高周波振動をするため、ステータ３の表面３
ａに進行波が励起される。このため、ばね部材５により
ステータ３に押付けられたロータ４は、ステータの表面
３ａとロータ４の表面４ａのあいだに生じる摩擦力によ
り回転し、ロータ４に結合された出力軸６が回転するよ
うになっていた。また、ステータの表面３ａやロータ４
の表面４ａは、表面改質材料や高分子材料などで構成さ
れており、安定した摩擦力が得られるように考慮されて
いる。

【０００３】このような進行波型の超音波モータは、特
開平2−261077 号公報に記載されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、出力
軸６を支持する軸受８は、一般に転がり軸受や滑り軸受
が用いられており、軸受隙間があるため、モータ内部と
モータ外部は連通していた。また、ケーブル１１が通っ
ているカバー１０の孔１３とケーブル１１との間や、ケ
ーブル１１内部の導線と被覆との間、ベース７へのカバ
ー１１の取付接合部７ａにも隙間があるため、これらの
部分でもモータ内部とモータ外部は連通していた。この
ため、超音波モータのカバー内は、超音波モータの使用
環境と同一の雰囲気になっていた。ところで、超音波モ
ータでは、弾性体１の表面１ａとロータ４の表面４ａと
の摩擦特性がモータの性能を、摩耗特性がモータの寿命
を決定しており、その使用条件，使用環境，要求寿命に
適した材質が選ばれている。例えば、大気中と真空中で
は、一般に摺動材の摩擦摩耗特性が大きく異なるため、
大気中で使用する超音波モータと真空中で使用する超音
波モータとでは、弾性体とロータの材質をそれぞれの使
用環境に適したものに変更する必要があった。しかし、
現状では、超音波モータの摺動状態は完全に解明されて
おらず、使用環境に適した最適な材質を見出すために
は、多くの試行錯誤的な実験を積み重ねる必要があり、
容易なことではなかった。

【０００５】また、超音波モータは、摺動による摩擦力
で駆動力を得ているが、摺動による摩耗粉の発生は避け
られない。半導体製造装置などのように、クリーンを要
求される用途では、発生した摩耗粉が外部に飛散しない
ことが求められる。しかし、従来の超音波モータは、軸
受やケーブル貫通箇所などの隙間から摩耗粉が外部に飛
散する可能性が大きく、クリーン度の点で適用が困難で
あった。また、真空中で使用する場合は、超音波モータ
の動作（ステータとロータの摺動）によりガスが発生
し、圧力を上昇させることがあった。更に、雰囲気圧力
が変化するような環境下では、軸受隙間部を気体と共に
摩耗粉が通過し、軸受内に摩耗粉が入り、軸受の寿命が
大幅に低下し、ステータとロータの摺動部が寿命になる
前に超音波モータが回転不能となるという問題もあっ
た。

【０００６】本発明の目的は、圧電素子により進行波を
発生させる超音波モータにおいて、超音波モータの使用
環境が変化しても、ステータ及びロータの摺動部の材質
を変更する必要がなく、モータ特性の変化がなく、か
つ、超音波モータで発生した摩耗粉のモータ外部への飛
散が無いクリーンで長寿命な超音波モータを提供するこ
とにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は出力軸がベースまたはカバーの外部に露出
する部分の軸受より外部に軸シール部材を設け、ベース
とカバーの接合部にガスケットを設け、ベースまたはカ
バーに電流導入端子を設けたものである。

【０００８】

【作用】出力軸がベース又はカバーの外部に露出する部
分の軸受より外部に軸シール部材を設け、ベースとカバ
ーの接合部にガスケットを設け、ベースまたはカバーに
電流導入端子を設けることにより、超音波モータは密閉
構造となるため、超音波モータ内部は一定の雰囲気環境
に保たれる。このため、超音波モータの使用環境が変化
しても、超音波モータ内部の環境は変化しないため、ス
テータ及びロータの摺動部の材質を変える必要がなく、
モータ特性の変化も生じない。また、超音波モータが密
閉構造となるため、超音波モータ内部で発生した摩耗粉
が外部へ飛散することがないため、クリーンである。更
に、超音波モータの外部の雰囲気圧力が変化しても、モ
ータ内部からモータ外部への気体の流れは発生しないた
め、気体に混入した摩耗粉が軸受内部に入ることがな
く、軸受の寿命が低下することがない。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１から図３を用い
て説明する。図１は本発明の超音波モータの断面図、図
２は本発明の超音波モータの軸シール部の一例を示す部
分断面図、図３は本発明の超音波モータの電流導入端子
部の一例を示す部分断面図である。円盤状の弾性体１と
弾性体１の一端面に密着して設けられた圧電素子２とか
らなるステータ３は、弾性体１の剛性を小さくし振動し
やすくするために、圧電体２の設置部の内周部が薄肉に
なっており、最内周部でベース７に固定されている。圧
電素子２は、ステータ３の表面３ａに進行波を発生する
ように、分極・配置されている。ステータ３の表面３ａ
に対向しステータ３と同軸上にロータ４が設けられてお
り、ロータ４はばね部材５によりステータ３に押付けら
れている。ロータ４の中心にはロータ４と共に回転する
出力軸６が設けられており、一端がベース７の中心に開
けた孔を通し外部に突出している。ベース７にはカバー
１０が取付けられている。ベース７には軸受８が、カバ
ー１０には軸受９が設置されており、出力軸６を支持し
ている。ベース７に取付けられた軸受８の外側には軸シ
ール部材１４が設けられている。軸シール部材は、例え
ばゴム製のＯリングや磁性流体シールなどが使用可能で
ある。図２に、軸シール部材１４としてＯリングを用い
た場合の軸シール部の一例を示す。本例では、シール性
能を確実にするためにＯリングを二段としているが、一
段でも良い。また、Ｏリングの摩擦力の低減と寿命の観
点から、Ｏリング部へのグリースの充填やＯリングを低
摩擦材料（例えば四ふっ化エチレン樹脂）でコーティン
グすることが望ましい。カバー１０のベース７への取付
部には、ガスケット１５が設けられている。本実施例で
はガスケットとしてゴム製のＯリングの場合を示してい
るが、軟金属性のガスケットを用いることも可能であ
る。カバー１０には電流導入端子１６が取付けられてい
る。超音波モータ駆動回路１２からのケーブル１１は電
流導入端子１６に接続され、モータ内部でケーブル２２
を使用し圧電素子２へ接続されている。電流導入端子１
６は、金属製のピン２１をセラミックスで封止したもの
が真空から加圧環境下まで使用可能で好適である。図３
に電流導入端子部の一例を示す。ベース７の内側の圧電
素子２に対向する部分には配電用の基板１８が設けられ
ている。基板１８には、金属性のソケット１９があり、
圧電素子２に接続されたケーブル２２の接続端子部１８
ａからソケット１９に配線が施されている。カバー１０
に取付けられた電流導入端子１６のピン２１は、カバー
１０をベース７に取付けることにより、ソケット１９に
挿入されるような位置関係に設けられているため、カバ
ー１０を取付けることにより、自動的にピン２１がソケ
ット１９と接続される。また、電流導入端子１６にはコ
ネクタ２０を用いてケーブル１１を接続するようにして
ある。このように構成することで、図１の実施例に比べ
組立性が改善される。なお、図１では省略したが、電流
導入端子１６とカバー１０の接合部にガスケット（例え
ばＯリング）２２を用いる。

【００１０】このように構成することにより、超音波モ
ータは密閉構造となり、超音波モータの内部１７と超音
波モータの外部とを隔離することができる。このため、
超音波モータの使用環境が真空，大気以外のガス雰囲気
中，液体中などの場合でも、大気中と全く同様に使用で
きる。また、超音波モータの内部１７は、大気状態に保
たれるため、超音波モータで最も重要なステータ３とロ
ータ４の材質を使用環境に適したものに変更する必要が
なく、使用環境によらず大気中と同一の特性と寿命の超
音波モータが実現できる。また、超音波モータが密閉構
造となっているため、超音波モータ内で発生した摩耗粉
が、超音波モータ外部へ飛散することがない。さらに、
使用雰囲気が真空の場合、超音波モータの動作（ステー
タ３とロータ４の摺動）による放出ガスがモータの外部
に出ることはなく、真空環境の圧力を上昇させることも
ない。雰囲気圧力が変化しても軸受隙間内を気体が流れ
ることがなく、気体の流れに乗った摩耗粉が軸受内に混
入することがなくなり、異物に起因する軸受の異常摩耗
やトルクの増大を防止でき、摺動部の寿命まで超音波モ
ータを使用できる。本実施例によれば、各種の環境下で
超音波モータを使用する場合、超音波モータの構成部材
を各使用環境用に変更することなく、大気中と同様の特
性を得ることができる。また、外部への摩耗粉の飛散や
放出ガスがないためクリーン度を要求される用途への適
用が可能である。

【００１１】

【発明の効果】本発明によれば、超音波モータを密閉構
造にすることができるため、どのような使用環境でも、
超音波モータの構成部材の材質を大気中で使用する場合
と同一にでき、大気中と同様な安定した超音波モータの
特性と寿命が得られる。また、摺動部からの摩耗粉の外
部への飛散が防止でき、クリーンな超音波モータが得ら
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の超音波モータの実施例を示す断面図。

【図２】本発明の超音波モータの軸シール部分の一例を
示す部分断面図。

【図３】本発明の超音波モータの電流導入端子部の一例
を示す断面図。

【図４】従来の超音波モータを示す断面図。

【符号の説明】

１…弾性体、２…圧電素子、３…ステータ、４…ロー
タ、５…ばね部材、６…出力軸、７…ベース、８，９…
軸受、１０…カバー、１４…軸シール部材、１５…ガス
ケット、１６…電流導入端子。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】円盤状の弾性体と，前記弾性体の一端面に
密着して設けられた円環状の圧電素子とを有するステー
タと，前記弾性体の他端面に対向して前記ステータと同
軸上に設けられたロータと，前記ロータを前記弾性体に
押しつけるばね部材と，前記ステータが取り付けられた
ベースと，前記ベースに取り付けられ、前記ステータと
前記ロータ及びばね部材を取り囲んで設けたカバーと，
ロータの中心に設けられ前記ロータと共に回転し一部が
前記ベースまたはカバーの外部に露出した出力軸と、出
力軸を支持する軸受とを有する超音波モータにおいて、
前記出力軸が前記ベースまたは前記カバーの外部に露出
する部分の軸受より外部に軸シール部材を設け、前記ベ
ースと前記カバーの接合部にガスケットを設け、前記ベ
ースまたは前記カバーに電流導入端子を設けたことを特
徴とする超音波モータ。