JPH1146485A - 超音波モータ及びロータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 締付けトルクの管理が容易で、所望の回転特
性を得ることができる超音波モータを提供する。 【解決手段】 ロータ２は、縦振動を捩じり振動に変換
するスリット１２を有する。ロータ２が圧接されるステ
ータ１が縦振動を生じると、ロータ２には捩じり振動が
生じる。縦振動はロータ２の浮力となり、捩じり振動は
ロータ２の回転力となる。従って、ロータ２は回転す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波モータ及び
これに用いられるロータに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】超音波モータとして図１０に示すような
定在波型のものがある。この超音波モータは、ロータ８
０及びステータ８１から構成されている。ステータ８１
はブロック８２〜８４、圧電素子８５，８６及び電極板
８７，８８から構成され、それぞれが一本のボルト８９
により締付けられて連結されている。又、前記ロータ８
０には、ステータ８１の上面から突き出た前記ボルト８
９が嵌挿され、ロータ８０とステータ８１とは、ナット
９０により締付けられて圧接されている。前記ブロック
８３の周面には、複数のスリット８３ａが形成されてい
る。

【０００３】この超音波モータは、電極板８７，８８に
高周波電圧が印加されると、圧電素子８５，８６は縦振
動を発生する。ステータ８１に伝搬した縦振動はブロッ
ク８３に形成したスリット８３ａによりステータ８１に
捩じり振動を発生させる。そして、この縦振動と捩じり
振動とが合成されてロータ８０と接触するステータ８１
の接触面に生じる楕円振動によって、ロータ８０が回転
するようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ロータ８０
の回転特性は、スリット８３ａの形状や、スリット８３
ａが形成された前記ブロック８３の締付け状態等に基づ
き変化する。

【０００５】しかしながら、前記ブロック８３のスリッ
ト８３ａは、ブロック８３がブロック８４と圧電素子８
６との間にボルト８９により締付けられる際にその締付
けトルクに基づいて、よじれや、ゆがみが起こることが
あり、所望の回転特性を得るためには、その締付けトル
クの管理が難しかった。

【０００６】本発明の目的は、締付けトルクの管理が容
易で、所望の回転特性を得ることができる超音波モータ
を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決しようとする手段】請求項１に記載の発明
は、ステータにロータを圧接させて、前記ステータに生
じる振動に基づいて前記ロータを回転させる超音波モー
タにおいて、前記ステータに生じる振動は縦振動であ
り、前記ロータは、前記縦振動を捩じり振動に変換する
振動変換手段を有することを要旨としている。

【０００８】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の超音波モータにおいて、前記振動変換手段は、スリッ
トであることを要旨としている。請求項３に記載の発明
は、請求項２に記載の超音波モータにおいて、前記スリ
ットは、傾斜していることを要旨としている。

【０００９】請求項４に記載の発明は、ステータに生じ
る縦振動に基づいて回転する超音波モータのロータにお
いて、前記縦振動を捩じり振動に変換する振動変換手段
を有することを要旨としている。

【００１０】請求項５に記載の発明は、請求項４に記載
の超音波モータのロータにおいて、前記振動変換手段
は、スリットであることを要旨としている。。請求項６
に記載の発明は、請求項５に記載の超音波モータのロー
タにおいて、前記スリットは、傾斜していることを要旨
としている。

【００１１】請求項１に記載の発明によれば、ステータ
に縦振動が生じ、ステータに圧接されたロータには振動
変換手段により捩じり振動が生じる。前記縦振動はロー
タの浮力となり、捩じり振動はロータの回転力となるた
め、ロータは回転する。従って、この超音波モータで
は、ステータに捩じり振動を発生させる手段を必要とし
ない。その結果、ステータの締付けトルクの管理が容易
となる。

【００１２】請求項２に記載の発明によれば、ロータが
有する前記振動変換手段は、スリットであるため、強い
捩じり振動が発生され、効率よく所望の回転特性を得る
ことができる。

【００１３】請求項３に記載の発明によれば、スリット
は傾斜しているため、強い捩じり振動が発生され、効率
よく所望の回転特性を得ることができる。請求項４に記
載の発明によれば、ステータに縦振動が生じると、振動
変換手段により捩じり振動が発生される。前記縦振動は
ロータの浮力となり、捩じり振動はロータの回転力とな
るため、ロータは回転する。従って、このロータは、圧
接されるステータに捩じり振動を発生させる手段を必要
としない。その結果、ステータの締付けトルクの管理が
容易となる。

【００１４】請求項５に記載の発明によれば、前記振動
変換手段は、スリットであるため、強い捩じり振動が発
生され、超音波モータは効率よく所望の回転特性を得る
ことができる。

【００１５】請求項６に記載の発明によれば、スリット
は傾斜しているため、強い捩じり振動が発生され、効率
よく所望の回転特性を得ることができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した実施の
形態を図１〜図４に従って説明する。図１は、超音波モ
ータの全体の斜視図を示す。図２は、超音波モータの分
解斜視図を示す。図３は、超音波モータの要部縦断面図
を示す。図４は、ロータ２の底面を示す。

【００１７】超音波モータは、ステータ１、ロータ２を
備えている。ステータ１は第１及び第２ブロック３，
４、第１及び第２圧電素子５，６、第１及び第２電極板
７，８を備えている。

【００１８】第１ブロック３は導電性金属よりなり、本
実施形態ではアルミ合金にて形成されている。第１ブロ
ック３は円柱体であって、その中心軸部には軸線方向に
貫通するネジ孔３ａが形成されている。第２ブロック４
は導電性金属よりなり、本実施形態ではアルミ合金にて
形成されている。第２ブロック４は円柱体であって、そ
の中心軸部には軸線方向に貫通するネジ孔４ａが形成さ
れている。第２ブロック４の下面４ｃには、収納凹部４
ｄが形成されている。

【００１９】前記第１ブロック３の下面３ｃと、第２ブ
ロック４の上面４ｂの間には、第１及び第２圧電素子
５，６と、第１及び第２電極板７，８が配設されてい
る。詳述すると、第１ブロック３の下面３ｃから第２ブ
ロック４の上面４ｂに向かって、第１電極板７、第１圧
電素子５、第２電極板８、第２圧電素子６の順に積層さ
れる。

【００２０】第１及び第２圧電素子５，６は円板状に形
成され、その中心部に貫通孔５ａ，６ａがそれぞれ形成
されている。又、第１及び第２圧電素子５，６は、分極
方向がそれぞれ上下逆になるように形成されている。

【００２１】第１及び第２電極板７，８は円板状に形成
され、その中心部に貫通孔７ａ，８ａがそれぞれ形成さ
れている。又、第１及び第２電極板７，８の周面には端
子片７ｂ，８ｂがそれぞれ形成され、この端子片７ｂ，
８ｂ間に高周波交流電圧が印加される。

【００２２】そして、第１及び第２ブロック３，４はボ
ルト９で締結される。詳述すると、図３に示すように、
第１及び第２ブロック３，４は、上記した順序で積層さ
れた第１及び第２圧電素子５，６と第１及び第２電極板
７，８を挟んだ状態で、ボルト９が第２ブロック４の収
容凹部４ｄ内のネジ孔４ａから第１ブロック３のネジ孔
３ａに螺合されることにより、締結される。

【００２３】尚、図３に示すように、予め定めた順序で
積層された第１及び第２圧電素子５，６、第１及び第２
電極板７，８の貫通孔５ａ〜８ａには円筒状の絶縁カラ
ー１０が配設され、そのカラー１０内を前記ボルト９が
貫通するようにしている。そして、ボルト９に対して第
１及び第２圧電素子５，６、第１及び第２電極板７，８
がそれぞれ電気的に絶縁状態となるように構成してい
る。

【００２４】又、ボルト９には、前述したように第１及
び第２ブロック３，４と螺合されるネジ部９ａと、ネジ
部９ａの先端から径を細くして軸方向に延びるポール部
９ｂと、ポール部９ｂの先端に形成された先端ネジ部９
ｃが形成されている。そして、第１及び第２ブロック
３，４がボルト９で締結された状態では、前記ポール部
９ｂの略中間位置から先端側が第１ブロック３の上面３
ｂから突出される。

【００２５】前記第１ブロック３の上面３ｂには、ロー
タ２が配設されている。ロータ２はステンレス鋼にて形
成された円柱体であって、その中心軸部には軸線方向に
貫通する貫通孔２ａが形成されている。又、ロータ２の
上面２ｂには第１の収容凹部２ｄが形成され、更に第１
の収容凹部２ｄの底面には第２の収容凹部２ｅが形成さ
れている。ロータ２の下面２ｃにはライニング材１１が
設けられ、同ライニング材１１が前記第１ブロック３の
上面３ｂと当接する。そして、第１ブロック３の上面３
ｂと当接するライニング材１１の面を接触面１１ａとし
ている。

【００２６】ロータ２の下部外周面には、振動変換手段
としての複数のスリット１２が形成されている。詳述す
ると、図４に示すように、複数のスリット１２は等角度
間隔に形成され、ロータ２の下面２ｃ（ライニング材１
１の接触面１１ａ）からみた各スリット１２の切り口
は、外周面から中心に向かってそのほぼ中間位置まで延
びている。そして、そのロータ２の下面２ｃからみた各
スリット１２の切り口から、それぞれ各スリット１２は
ロータ２の中心軸線に対してそれぞれ同じ傾斜角度に傾
斜するように切り込み形成されている。本実施形態では
ロータ２の外周面からみて各スリット１２は、反時計回
りの斜め上方に、ロータ２のほぼ中間位置まで延びて形
成している。

【００２７】前記ステータ１とロータ２は前記ボルト９
とナット１３とで締め付けられ、ロータ２がステータ１
に対して摺動回転可能に圧接される。詳述すると、ロー
タ２の第２の収容凹部２ｅにボールベアリング１４を嵌
合させるとともに、ボールベアリング１４の内周面１４
ａに前記第１ブロック３の上面３ｂから突出された前記
ポール部９ｂを貫通させ、前記先端ネジ部９ｃをロータ
２の第１の収容凹部２ｄに突出させる。そして、その突
出した先端ネジ部９ｃにバネ受け１５及び円盤板バネ１
６を嵌挿した状態で、同先端ネジ部９ｃにナット１３を
螺合させ締め付ける。この締め付けによって、板バネ１
６及びバネ受け１５を介してボールベアリング１４のイ
ンナレース１４ｂが下方に押圧される。すると、ボール
ベアリング１４のアウタレース１４ｃを介してロータ２
がステータ１に圧接される。このとき、ロータ２はボー
ルベアリング１４により摺動回転可能となっている。

【００２８】このように構成された超音波モータのステ
ータ１は、図示しない電圧印加装置から第１及び第２電
極板７，８に所望の高周波交流電圧が印加されると、第
１及び第２圧電素子５，６が縦振動を発生する。

【００２９】詳述すると、第１電極板７は、第１ブロッ
ク３を介し、ボルト９を経て第２ブロック４に電気的に
接続されているため、第２電極板８を共通にして、第１
及び第２圧電素子５，６には、上下逆の極性で高周波交
流電圧が印加される。そして、第１及び第２圧電素子
５，６の分極方向は上下が逆であるため、第１圧電素子
５が伸びる場合には、第２圧電素子６も伸び、第１圧電
素子５が縮む場合には、第２圧電素子６も縮む。従っ
て、第１及び第２圧電素子５，６が大きな振幅の縦振動
を発生する。

【００３０】ステータ１にて発生された縦振動はロータ
２に伝達される。すると、ロータ２に形成したスリット
１２にて捩じり振動が発生し、前記縦振動がロータ２に
浮力を与え、捩じり振動がロータ２に回転力を与える。
従って、ロータ２が回転する。

【００３１】次に上記のように構成した超音波モータの
特徴的な作用効果を以下に記載する。 （１）本実施形態では、ロータ２にスリット１２を形成
したため、ステータ１が縦振動を発生すると、ロータ２
のスリット１２によりロータ２は捩じり振動を発生す
る。従って、ロータ２が回転する。その結果、ステータ
１中にスリット等の捩じり振動を発生させる手段を必要
としなくなり、ブロック３，４間を締付ける際の締付け
トルクの管理が容易となる。

【００３２】（２）本実施形態では、ロータ２が捩じり
振動を発生し、自身を回転させるため、ナット１３を取
り外してスリット１２の形状が異なるロータ２を交換す
るだけで、容易に回転特性の異なる超音波モータとする
ことができる。従って、異なる回転特性の超音波モータ
のステータを同一のステータとすることができ、複雑な
構成となるステータの標準化が可能となる。その結果、
超音波モータのコストの低減が期待できる。

【００３３】（３）本実施形態では、ステータ１は縦振
動のみを発生できればよいため、ステータのサイズを小
さくすることができる。 （４）本実施の形態では、ステータ１の第１及び第２ブ
ロック３，４をアルミ合金で構成した。従って、超音波
モータの重量は軽量化される。

【００３４】尚、発明の実施の形態は、上記実施形態に
限定されるものではなく、以下のように実施してもよ
い。 ○上記実施形態では、ボルト９にてステータ１を構成す
る部材３〜８を締結して連結するとともに、ボルト９と
ナット１３にてステータ１とロータ２とを圧接させると
したが、ステータを構成する部材を連結する手段と、前
記圧接させる手段は別々に設けたものでもよく、例え
ば、図５に示すように、ステータ１は、軸部１７ａにネ
ジがなく、前記軸部１７ａの一端に頭部１７ｂが形成さ
れたリベット１７をステータ１を構成する部材の貫通孔
３ａ〜８ａに貫通させ、樫め止め等により強く連結した
構成とし、ロータは、外部からの押圧により所定の面に
圧接させる構成としてもよい。このようにしても、上記
実施の形態の効果の（１）〜（４）と同様の効果を得る
ことができる。

【００３５】○上記実施の形態のロータ２は、振動変換
手段を有するロータであれば、どのようなロータであっ
てもよい。例えば、ロータ２を図６（ａ），（ｂ）に示
すロータ２１に変更してもよい。図６（ａ）はロータ２
１の上面図を示し、図６（ｂ）はロータ２１の側面図を
示す。このロータ２１は、下面、即ち前記ステータ１と
の接触面にライニング材２２が備えられ、外周面からみ
て上面から複数のスリット２３が時計回りの斜め下方向
に、ロータ２１のほぼ中間位置まで延びて形成されてい
る。このようにしても、上記実施の形態の効果の（１）
〜（４）と同様の効果を得ることができる。

【００３６】○又、ロータ２を図７（ａ），（ｂ）に示
すロータ３１に変更してもよい。図７（ａ）はロータ３
１の上面図を示し、図７（ｂ）はロータ３１の側面図を
示す。このロータ３１は、下面、即ち前記ステータ１と
の接触面にライニング材３２が備えられ、外周面からみ
て下面から複数のスリット３３が反時計回りの斜め上方
向に、上面まで延びて形成されている。このようにして
も上記実施の形態の効果の（１）〜（４）と同様の効果
を得ることができる。又、このように切り口が上下面に
貫通するスリット３３は、切削加工にて容易に形成する
ことができる。

【００３７】○又、ロータ２を図８に示すロータ３５に
変更してもよい。このロータ３５は円柱体の本体３６の
下面に等角度間隔に複数個の振動変換手段としての接触
片３７が配設されている。この接触片３７は、本体３６
の下面からみて時計回りの斜め下方向に延びて形成され
ている。そして、接触片３７の下面、即ち前記ステータ
１との接触面にはライニング材３８が備えられている。
このようにしても上記実施の形態の効果の（１）〜
（４）と同様の効果を得ることができる。

【００３８】○上記実施の形態のステータ１は、縦振動
を発生できるステータであれば、どのようなステータで
あってもよい。例えば、ステータ１を図９（ａ）に示す
ステータ４１に変更してもよい。このステータ４１は、
ロータ２との接触面側のブロック４２に円柱状にくり貫
いた凹部４３が形成されている。このようにすると、ス
テータ４１で生じる縦振動が、ロータ２に効率良く伝達
される。

【００３９】○又、ステータ１を図９（ｂ）に示すステ
ータ５１に変更してもよい。このステータ５１は、上端
のブロック５２及び下端のブロック５３が上下に短く形
成されている。このようにすると、超音波モータの形状
が短くなり小型化される。

【００４０】○又、ステータ１を図９（ｃ）に示すステ
ータ６１に変更してもよい。このステータ６１は、ロー
タ２との接触面側のブロック６２が接触面側に向かうほ
ど径が小さく形成されている。このようにすると、ステ
ータ６１で生じる縦振動が、ロータ２に効率良く伝達さ
れる。

【００４１】○又、ステータ１を図９（ｄ）に示すステ
ータ７１に変更してもよい。このステータ７１は、上端
のブロック７２が長く、下端のブロック７３が短く形成
されている。

【００４２】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、ステー
タの締付けトルクの管理が容易に行なえる超音波モータ
を提供することができる。

【００４３】請求項２及び３に記載の発明によれば、請
求項１に記載の発明の効果に加えて、効率よく所望の回
転特性を得ることができる超音波モータを提供すること
ができる。

【００４４】請求項４に記載の発明によれば、ステータ
の締付けトルクの管理が容易に行なえる超音波モータの
ロータを提供することができる。請求項５及び６に記載
の発明によれば、請求項４に記載の発明の効果に加え
て、効率よく所望の回転特性を得ることができる超音波
モータのロータを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施の形態における超音波モータの全体の斜
視図。

【図２】本実施の形態における超音波モータの分解斜視
図。

【図３】本実施の形態における超音波モータの要部縦断
面図。

【図４】本実施の形態におけるロータの底面を説明する
ための説明図。

【図５】別例における超音波モータの要部縦断面図。

【図６】（ａ）別例におけるロータの上面図。（ｂ）別
例におけるロータの側面図。

【図７】（ａ）別例におけるロータの上面図。（ｂ）別
例におけるロータの側面図。

【図８】別例におけるロータの斜視図。

【図９】（ａ）〜（ｄ）別例におけるステータの側面
図。

【図１０】従来技術における超音波モータの全体の斜視
図。

【符号の説明】

１，４１，５１，６１，７１…ステータ、２，２１，３
１，３５…ロータ、１２，２３，３３…スリット、３７
…接触片。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 久保田 和政 愛知県豊橋市大岩町字小山塚20番地 本多 電子 株式会社内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ステータ（１，４１，５１，６１，７
   １）にロータ（２，２１，３１，３５）を圧接させて、
   前記ステータ（１，４１，５１，６１，７１）に生じる
   振動に基づいて前記ロータ（２，２１，３１，３５）を
   回転させる超音波モータにおいて、 前記ステータ（１，４１，５１，６１，７１）に生じる
   振動は縦振動であり、前記ロータ（２，２１，３１，３
   ５）は、前記縦振動を捩じり振動に変換する振動変換手
   段（１２，２３，３３，３７）を有することを特徴とす
   る超音波モータ。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の超音波モータにおい
   て、 前記振動変換手段（１２，２３，３３，３７）は、スリ
   ット（１２，２３，３３）であることを特徴とする超音
   波モータ。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の超音波モータにおい
   て、 前記スリット（１２，２３，３３）は、傾斜しているこ
   とを特徴とする超音波モータ。
4. 【請求項４】 ステータ（１，４１，５１，６１，７
   １）に生じる縦振動に基づいて回転する超音波モータの
   ロータにおいて、 前記縦振動を捩じり振動に変換する振動変換手段（１
   ２，２３，３３，３７）を有することを特徴とする超音
   波モータのロータ。
5. 【請求項５】 請求項４に記載の超音波モータのロータ
   において、 前記振動変換手段は（１２，２３，３３，３７）、スリ
   ット（１２，２３，３３）であることを特徴とする超音
   波モータのロータ。
6. 【請求項６】 請求項５に記載の超音波モータのロータ
   において、 前記スリット（１２，２３，３３）は、傾斜しているこ
   とを特徴とする超音波モータのロータ。