JPH11206154A - 超音波モータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 超音波モータのトルクを大きくする。 【解決手段】 ベース板１に回転不能に取り付けられた
ガイド部材２の外径部に円環型圧電セラミック３を支持
する手段として、弾性質接着剤４を用いてある。これに
よりガイド部材２と円環型圧電セラミック３との直接接
触の回避及び弾性的支持によりトルクの発生を大きくし
てある。また、ガイド部材２の外径部に突起部２ｂを形
成し、圧電セラミック３の内径部３ｂに切欠部３ａを設
け、これら両者の対向部に形成される間隙に弾性質接着
剤４を充填することにより、相対回転の防止を図るとと
もにトルクの発生を大きくしてある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の技術分野】本発明は超音波モータに関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】周知の通り超音波モータはコイルや磁石
がないので小形化に適し、かつ印加電圧の制御により所
望の回転数が得られるため小形機器用モータとして多く
採用されつつある。超音波モータには、いくつかの種類
があるが、その中の１つとして円環型圧電セラミックを
振動体として採用したものがある。

【０００３】振動体としての円環型圧電セラミックは、
高周波電界の印加により超音波振動を発生させるもので
あるので、なるべく振幅の大きい振動すなわち共振状態
を得ることが必要とされる。そのために円環型圧電セラ
ミックは、モ−タの本体に強固に固定するのではなく、
なるべく少ない面積で支持し、その支持も弾性支持とす
ることが望ましい。

【０００４】このような円環型圧電セラミックの支持手
段としては、例えば圧電円板の中心孔にウレタンスプリ
ングを嵌め込み、その中心にキャップボルトを通して締
め付けるようにしたものがある（例えば、特開昭６３−
１８１６７７号公報）。これはボルトの締め付けによ
り、スプリングの外形を大きくして圧電円板を強く支持
可能とすることを図ったものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術において
は、圧電円板の内径部とウレタンスプリングの反発力に
より生じる係合面の摩擦力により圧電円板が支持されて
いるため、トルクの伝達の際に滑りが生じてしまい、エ
ネルギ−の損失が大きくなり大きなトルクが得られない
という問題がある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の問題を解決するた
めに、本発明の超音波モータは、円環型圧電セラミック
の内径部とガイド部材の外径部との間に設けられた間隙
に弾性質接着剤が充填されていることにより、圧電セラ
ミックの支持機構に弾性を与えてトルクの発生を大きく
するとともに超音波モータの組立を容易にしてある。

【０００７】また他の手段では、圧電セラミックの内径
部に少なくとも１箇所以上の切欠部を設け、ガイド部材
の外径部にこの切欠部に対応する突起部を形成し、これ
らの切欠部と突起部との間の間隙に上記の弾性質接着剤
が設けてあるようにして、ガイド部材と圧電セラミック
との間の結合を図ってある。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明は、ガイド部材と円環型圧
電セラミックとを固定することによって振動体が構成さ
れ、この円環型圧電セラミックの外周部に接触するロー
タが設けてあり、円環型圧電セラミックに高周波電界を
印加することによって発生する超音波振動によってロー
タを回転させる超音波モータにおいて、円環型圧電セラ
ミックの内径部にガイド部材が間隙を有して嵌合すると
ともに、この間隙には弾性質接着剤が充填されていると
ころに特徴がある。

【０００９】また、円環型圧電セラミックの内径部の複
数箇所に切欠部を設け、ガイド部材には切欠部に対向す
る突起部を形成し、これら切欠部と突起部との間に生じ
た間隙に弾性質接着剤を設けるとよい。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の一実施例について図面を参照
して説明する。初めに図７〜９を参照して一実施例の構
成の概要について説明する。ベース板１の上面に多段円
筒状に形成されたベース板の突出部１ａの３段目の段差
部１ｃの位置に実質的に厚円板状のガイド部材２が支持
されている。ガイド部材２に円環型圧電セラミック３が
弾性質接着剤の一例としてのエポキシ系の接着剤４を介
して支持されて振動体が構成されている。

【００１１】ガイド部材２の上面には、ペース板１の突
出部１ａの上部に嵌合している取付部材５の下端面が当
接している。取付部材５は上端に形成された凹部から挿
入された皿ビス６によってベース板１の突出部１ａの上
端部に固定されている。ガイド部材２は、皿ビス６の締
め付け力によりベース板１に上下方向へ移動不能に固定
されている。なお、ガイド部材２は下端面に形成された
位置決めピン部２ａがベース板１の上面に設けられた凹
部からなる係合部１ｂに係合することにより、周方向へ
の回転を阻止可能としてある。

【００１２】円環型圧電セラミック３の外周部には、こ
れと接触して回転するロータ７が設けてある。ロータ７
は、多数のロータ片８をリブ状のつなぎ部材９によって
一体に連結したものによって構成してある。ロ−タ片８
の内側部は、円環型圧電セラミック３の外周部との接触
面となっており、なるべく大きな面積かつ大きな押圧力
で接触することが望まれる部分である。各ロ−タ片８の
内周部は円環型圧電セラミック３の外周部との接触面積
を大きくする形状としてある。ここで、ロ−タ７の回転
方向に対して直交する方向に凹部Ｈが設けてある（図９
参照）。凹部Ｈは、ロ−タ片８に高精度を要求すること
なく常に円環型圧電セラミック３の外周面に対してロ−
タ７が接触するようにしたものである。

【００１３】ロータ７の外周部には、コイルばねをリン
グ状に結合してなる押圧手段１０が設けてある。押圧手
段１０は、各ロータ片８を円環型圧電セラミック３の外
周面に向って押圧する方向に付勢しており、この付勢力
によってロータ片８と円環型圧電セラミック３の外周面
との摩擦力が大きくなるようにしてある。

【００１４】円環型圧電セラミック３の両側面（上下）
には、それぞれ所定の間隔を有する状態にガイド板１
１，１２が設けてある。各ガイド板１１，１２の対向面
には、図７，９に示すように、それぞれロータ片８の係
合部８ａ，８ｂと係合する凹部１１ａ，１２ａが形成し
てある。ロータ７が回転すると、これらの係合部８ａ，
８ｂが凹部１１ａ，１２ａと係合することによって両ガ
イド板１１，１２がロータ７に従動して回転可能として
ある。

【００１５】下側のガイド板１１の内周部は、ベース板
１の突出部１ａの最下段に回転自在に嵌合しており、上
側のガイド板１２の内周部は、取付部材５の取付部に回
転自在に嵌合している。

【００１６】下側のガイド板１１には、これと一体の結
合フック１１ｂが４か所に形成してあり、各先端部に形
成された爪部によって上側のガイド板１２の上面を支持
することにより両ガイド板を一体化してある（図８参
照）。上側のガイド板１２の外周部には歯車の歯形１２
ｂが形成してあり、ガイド板１２を出力歯車として機能
させるようにしてある。

【００１７】次に円環型圧電セラミック３の支持状態に
ついて詳しく説明する。図１は図７の中央部に位置する
要素だけを示したものであるが、ガイド部材２と円環型
圧電セラミック３を平面的に示すと図２のようになって
いる。ガイド部材２は、内周部から一定の範囲の部分が
取付部材５の下端部５ａの下側に位置しているため、外
径部の４箇所に形成された突起部２ｂだけが表れてい
る。４つの突起部２ｂの内、図の右側に位置するものは
下端部に位置決めピン部２ａを有している。

【００１８】円環型圧電セラミック３の内径部には、ガ
イド部材の突起部２ｂに対応する位置にそれぞれ切欠部
３ａが設けてある。突起部２ｂと切欠部３ａとを対向さ
せた状態で、この両者間には所定の間隙が生じるように
してあり、この間隙には接着剤４が流し込まれて充填さ
れている。すなわち、接着剤４によってガイド部材２に
円環型圧電セラミック３を支持させてある。接着剤４に
よってのみ円環型圧電セラミック３をガイド部材２に支
持するものであるため、振動の発生が極めて良好となる
上に切欠部３ａにより円環型圧電セラミック３の回転を
阻止可能としてあるため大きなトルクが得られる。

【００１９】なお、接着剤としては、高トルク及び高精
度のモータには接着強度が高いエポキシ樹脂系やアクリ
ル樹脂系やシアノアクリレ−ト系の接着剤が用いられ
る。低トルクの小型モータについてはゴム系の液状硬化
型接着剤が用いられる。ゴム系の液状硬化型接着剤とし
ては、クロロプレン系接着剤、ニトリルゴム系接着剤、
天然ゴム系接着剤、ＳＢＲ接着剤、ポリウレタン系接着
剤、ポリエステル系接着剤、塩化ビニル系接着剤、シリ
コンゴム系接着剤などを挙げることができる。特にシリ
コンゴム系接着剤は耐熱温度が高く、ゴム硬度の設定が
容易なので低トルクの小型モータ用として適している。

【００２０】ここで超音波モータへの円環型圧電セラミ
ック３の組込要領について説明する。初めに図３に示す
ように、円環型圧電セラミック３の内径部３ｂにガイド
部材２の外径部を遊嵌し、ガイド部材の各突起部２ｂと
円環型圧電セラミックの各切欠部３ａとが対向するよう
に作業テーブル（図示せず。）上にセットし、各突起部
と各切欠部との間に形成された間隙に接着剤４を流し込
んで充填して両者を振動体とする。図４はベース板１の
平面の状態を示している。

【００２１】次に、図７に示すように、ベ−ス板１にガ
イド板１１をセットする。この後で、図３の振動体の内
周部２ｃをベース板の突起部１ａに挿通し、ガイド部材
２の下面をベース板１の３段目の段差部１ｃの上面に当
接させる。さらにガイド部材の位置決めピン部２ａをベ
ース板１上の係合部１ｂに係合させてガイド部材２を水
平方向へ回転不能とする。続いて押圧手段１０やガイド
板１２等を組み込んだ後に（図７，８参照）、ベース板
の突起部１ａに取付部材５を被せ、皿ビス６で固定する
ことにより組立が完了する。予めガイド部材２と円環型
圧電セラミック３とを接着剤４により振動体としてある
ため、従来技術において用いていたスプリング等を不要
とする上に組込工数も少なくできる。

【００２２】図５は他の実施例の振動体を示している。
ガイド部材１２の外径部を図３のガイド部材の外径部よ
りもやや小さくし、位置決めピン部１２ａと４つの突起
部１２ｂとは別個に形成してある。各突起部１２ｂの先
端部は円環型圧電セラミック１３の内径部との間にわず
かな間隙を生じる程度の大きさとしてある。円環型圧電
セラミック１３の内径部には小さな円弧状の切欠部１３
ａが設けてある。この実施例における振動体の組立は、
突起部１２ｂと切欠部１３ａとを対向させる必要がない
ので、円環型圧電セラミック１３をガイド部材１２に遊
嵌し、各突起部１２ｂ，１２ｂと円環型圧電セラミック
１３の内径部とによって囲まれるような状態で形成され
た空隙に接着剤１４を流し込んで充填することにより振
動体としている。

【００２３】この接着剤として上記の弾性質接着剤を採
用すれば、円環型圧電セラミック１３を弾性体によって
ガイド部材１２に支持していることになるので、超音波
振動の発生を効果的なものとすることができる。また，
突起部１２ｂ及び切欠部１３ａの存在によりガイド部材
１２と円環型圧電セラミック１３との間の相対回転を阻
止可能としてあるので、滑りを防いでトルクの発生を大
きくすることができる。

【００２４】図６も同じく振動体の他の実施例を示して
いる。この例では、ガイド部材２２の突起部２２ｂを小
さくしてあること以外は図３と同様の構成としてある。
なお、この実施例における同一名称に関する符号につい
ては２０代の数値を採用してある。この実施例ではガイ
ド部材２２と円環型圧電セラミック２３との接触面を小
さくしてあるため、超音波振動の発生を大きくする効果
がある。

【００２５】本発明は上記実施例以外にも、突起部や切
欠部の数又は形状あるいは大きさの異なるものも採用可
能であり、接着剤等も上述のものに限るものではない。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、円環型圧電セラミック
の内径部にガイド部材が間隙を有して嵌合するとともに
この間隙には弾性質接着剤が充填されているため、円環
型圧電セラミックの振動特性に対して効率のよい支持が
可能となり、大きなトルクが得られる。また、円環型圧
電セラミックの内径部の複数箇所に切欠部が設けてあ
り、ガイド部材には切欠部に対向する突起部が形成して
あり、弾性質接着剤は切欠部と突起部との間の間隙に設
けてあるので、円環型圧電セラミックとガイド部材との
滑りによる損失を防ぐことができるため支持効率がよく
なり、さらに大きなトルクが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ガイド部材と円環型圧電セラミックとからなる
振動体をベース板に取り付けた状態を示す断面図であ
る。

【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。

【図３】一実施例の振動体の平面図である。

【図４】一実施例のベース板の平面図である。

【図５】他の実施例の振動体の平面図である。

【図６】さらに他の実施例の振動体の平面図である。

【図７】一実施例の全体構成の断面図（図８のＢ−Ｂ線
断面図）である。

【図８】図７の一部切欠平面図である。

【図９】円環型圧電セラミックとガイド部材とロ−タと
接着剤及び弾性部材をそれぞれ上下から見た状態を示す
平面図及び下面図である。

【符号の説明】

１ ベース板 ２，１２，２２ ガイド部材 ２ｂ，１２ｂ，２２ｂ 突起部 ３，１３，２３ 円環型圧電セラミック ３ａ，１３ａ，２３ａ 切欠部 ３ｂ，１３ｂ，２３ｂ 内径部 ４，１４，２４ 弾性質接着剤 ７ ロータ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガイド部材と円環型圧電セラミックとを
   固定することによって振動体が構成され、当該円環型圧
   電セラミックの外周部に接触するロータが設けてあり、
   上記円環型圧電セラミックに高周波電界を印加すること
   によって発生する超音波振動によって上記ロータを回転
   させる超音波モータにおいて、 上記円環型圧電セラミックの内径部に上記ガイド部材が
   間隙を有して嵌合するとともにこの間隙には弾性質接着
   剤が充填されていることを特徴とする超音波モータ。
2. 【請求項２】 請求項１において、上記円環型圧電セラ
   ミックの内径部の複数箇所に切欠部が設けてあり、上記
   ガイド部材には上記切欠部に対向する突起部が形成して
   あり、上記弾性質接着剤は上記切欠部と上記突起部との
   間の間隙に設けてあることを特徴とする超音波モータ。