JP2000116160A - 超音波モータ - Google Patents
超音波モータInfo
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- JP2000116160A JP2000116160A JP10282886A JP28288698A JP2000116160A JP 2000116160 A JP2000116160 A JP 2000116160A JP 10282886 A JP10282886 A JP 10282886A JP 28288698 A JP28288698 A JP 28288698A JP 2000116160 A JP2000116160 A JP 2000116160A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 与圧が不要で、ステータの構造が簡単な超音
波モータを提供することを目的とする。 【解決手段】 ステータ１の薄肉円管構造を有する外筒
部３の自由端に円環状のピエゾ素子７を固定し、このピ
エゾ素子７を囲むようにロータ９が所定の間隔を隔てて
非接触配置されている。ロータ９はステータ基部２に固
定された軸受５，６に回転自在に保持されたシャフト８
に固定されている。ここで、ピエゾ素子７に電圧をかけ
ることでピエゾ素子７を弾性変形させ、ロータ９に対し
て複数の点接触を与えるようにする。電圧をかける位置
をずらしていくことにより、点接触の位置を周方向に移
動させ、これを繰り返していくことで、ピエゾ素子７の
外周長とロータ９の内周長との違いにより、ステータ１
に対してロータ９に相対的な回転差が得られ、これがロ
ータ９の回転となる。
波モータを提供することを目的とする。 【解決手段】 ステータ１の薄肉円管構造を有する外筒
部３の自由端に円環状のピエゾ素子７を固定し、このピ
エゾ素子７を囲むようにロータ９が所定の間隔を隔てて
非接触配置されている。ロータ９はステータ基部２に固
定された軸受５，６に回転自在に保持されたシャフト８
に固定されている。ここで、ピエゾ素子７に電圧をかけ
ることでピエゾ素子７を弾性変形させ、ロータ９に対し
て複数の点接触を与えるようにする。電圧をかける位置
をずらしていくことにより、点接触の位置を周方向に移
動させ、これを繰り返していくことで、ピエゾ素子７の
外周長とロータ９の内周長との違いにより、ステータ１
に対してロータ９に相対的な回転差が得られ、これがロ
ータ９の回転となる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は超音波モータに関
し、特にピエゾ素子を駆動源とする超音波モータに関す
る。
し、特にピエゾ素子を駆動源とする超音波モータに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】ピエゾ素子を駆動源とする超音波モータ
としては、一般に振動体をなすステータと、回転体をな
すロータと、このロータを回転自在に保持する軸受とか
ら構成されている。ステータは、たとえば、リング状に
形成された弾性体の一方の端面に異なる分極処理のピエ
ゾ素子を交互に多数周設して構成される。これらのピエ
ゾ素子を位相変調した超音波電圧で順次駆動していくこ
とにより、円周方向に時間と共に移動する振動が局所的
に発生し、これがリング状の弾性体の他方の端面に伝え
られる。ロータは、ステータと同様に、リング状に形成
され、その弾性体の他方の端面に圧接配置されているの
で、弾性体の円周方向に移動する振動によって回転力が
与えられ、回転されることになる。
としては、一般に振動体をなすステータと、回転体をな
すロータと、このロータを回転自在に保持する軸受とか
ら構成されている。ステータは、たとえば、リング状に
形成された弾性体の一方の端面に異なる分極処理のピエ
ゾ素子を交互に多数周設して構成される。これらのピエ
ゾ素子を位相変調した超音波電圧で順次駆動していくこ
とにより、円周方向に時間と共に移動する振動が局所的
に発生し、これがリング状の弾性体の他方の端面に伝え
られる。ロータは、ステータと同様に、リング状に形成
され、その弾性体の他方の端面に圧接配置されているの
で、弾性体の円周方向に移動する振動によって回転力が
与えられ、回転されることになる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の超音波
モータは、ロータをステータに対してスラスト方向に予
圧をかけなければならないため、非駆動時には常にブレ
ークがかかった状態になっており、誘導モータのように
非駆動時にロータが空転するようなモータの代替にする
ことができない。また、ステータからロータへの駆動力
の伝達を効率よく行うため、ステータを櫛形などの複雑
な形状にしなければならないという問題点があった。
モータは、ロータをステータに対してスラスト方向に予
圧をかけなければならないため、非駆動時には常にブレ
ークがかかった状態になっており、誘導モータのように
非駆動時にロータが空転するようなモータの代替にする
ことができない。また、ステータからロータへの駆動力
の伝達を効率よく行うため、ステータを櫛形などの複雑
な形状にしなければならないという問題点があった。
【０００４】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
のであり、与圧が不要であり、ステータが簡単な形状を
有する超音波モータを提供することを目的とする。
のであり、与圧が不要であり、ステータが簡単な形状を
有する超音波モータを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、ピエゾ
素子を駆動源とする超音波モータにおいて、弾性変形が
円周方向に移動するよう超音波電圧により制御駆動され
る円環状のピエゾ素子と、前記ピエゾ素子を保持するス
テータと、前記ステータに回転自在に保持されたシャフ
トに固定され、前記ピエゾ素子の内径よりも小さくて外
周面が前記弾性変形により前記ピエゾ素子の内周面と接
触可能な外径を有するロータと、を備えていることを特
徴とする超音波モータが提供される。
素子を駆動源とする超音波モータにおいて、弾性変形が
円周方向に移動するよう超音波電圧により制御駆動され
る円環状のピエゾ素子と、前記ピエゾ素子を保持するス
テータと、前記ステータに回転自在に保持されたシャフ
トに固定され、前記ピエゾ素子の内径よりも小さくて外
周面が前記弾性変形により前記ピエゾ素子の内周面と接
触可能な外径を有するロータと、を備えていることを特
徴とする超音波モータが提供される。
【０００６】上記構成によれば、ステータのピエゾ素子
は円環状に一体成形された単純な形状を有し、全体の弾
性変形によりロータに対して複数の点接触を与えるよう
にした。ピエゾ素子とロータとの接触点が周方向に移動
していくことにより、ピエゾ素子とロータとの接触面の
径の違いによる周長の違いで、ロータに回転力が与えら
れる。ピエゾ素子の弾性変形によりロータに回転力を与
える構成であるため、与圧が不要であり、非駆動時には
ステータとロータとの接触はないので、ロータを空転さ
せることが可能である。
は円環状に一体成形された単純な形状を有し、全体の弾
性変形によりロータに対して複数の点接触を与えるよう
にした。ピエゾ素子とロータとの接触点が周方向に移動
していくことにより、ピエゾ素子とロータとの接触面の
径の違いによる周長の違いで、ロータに回転力が与えら
れる。ピエゾ素子の弾性変形によりロータに回転力を与
える構成であるため、与圧が不要であり、非駆動時には
ステータとロータとの接触はないので、ロータを空転さ
せることが可能である。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図１は本発明の超音波モータの構
成を示す図であって、（Ａ）はピエゾ素子を通る回転軸
に垂直な平面で切った断面を示し、（Ｂ）は（Ａ）のａ
−ａ矢視断面を示している。図示のように、ステータ１
は、二重円筒状の形状を有し、ステータ基部２と、外筒
部３と、これらを結ぶ連結部４とにより一体に形成され
ている。ステータ基部２は、その内側に二つの軸受５，
６を収容している。外筒部３は、その自由端側の内壁面
にピエゾ素子７が固着されている。この外筒部３は、薄
肉円管構造を有している。ただし、その外筒部３は、ピ
エゾ素子７の変形を妨げず、かつ、回転力を保持する強
度を有している。
を参照して説明する。図１は本発明の超音波モータの構
成を示す図であって、（Ａ）はピエゾ素子を通る回転軸
に垂直な平面で切った断面を示し、（Ｂ）は（Ａ）のａ
−ａ矢視断面を示している。図示のように、ステータ１
は、二重円筒状の形状を有し、ステータ基部２と、外筒
部３と、これらを結ぶ連結部４とにより一体に形成され
ている。ステータ基部２は、その内側に二つの軸受５，
６を収容している。外筒部３は、その自由端側の内壁面
にピエゾ素子７が固着されている。この外筒部３は、薄
肉円管構造を有している。ただし、その外筒部３は、ピ
エゾ素子７の変形を妨げず、かつ、回転力を保持する強
度を有している。
【０００８】ピエゾ素子７は、円環状に一体成形された
単純な形状を有している。軸受５，６は、シャフト８を
回転自在に軸支しており、そのシャフト８には、ロータ
９が圧入により固着されている。このロータ９は、外径
がピエゾ素子７の内径よりも小さく、ロータ９の外径と
ピエゾ素子７の内径との差が０．００５ｍｍ〜０．１ｍ
ｍとなるように設定され、好ましくは０．０５ｍｍ程度
となるようにしている。このため、ピエゾ素子７とロー
タ９とは所定間隔を置いて非接触に配置されているの
で、非駆動時は、ロータ９に何ら負荷はかからず、ロー
タ９は、自由に空転することができる。さらに、このロ
ータ９の外周の表面には、スラスト方向に延びる微細な
溝１０が周設されており、ピエゾ素子７との間の空間に
存在する空気を逃がすことができる。これにより、超音
波モータを駆動する際に、軸受５，６、ピエゾ素子７、
ロータ９で発生した熱を、ピエゾ素子７とロータ９との
間の空間に加え、複数の微細な溝１０を通じて有効に放
熱することができるようにしている。
単純な形状を有している。軸受５，６は、シャフト８を
回転自在に軸支しており、そのシャフト８には、ロータ
９が圧入により固着されている。このロータ９は、外径
がピエゾ素子７の内径よりも小さく、ロータ９の外径と
ピエゾ素子７の内径との差が０．００５ｍｍ〜０．１ｍ
ｍとなるように設定され、好ましくは０．０５ｍｍ程度
となるようにしている。このため、ピエゾ素子７とロー
タ９とは所定間隔を置いて非接触に配置されているの
で、非駆動時は、ロータ９に何ら負荷はかからず、ロー
タ９は、自由に空転することができる。さらに、このロ
ータ９の外周の表面には、スラスト方向に延びる微細な
溝１０が周設されており、ピエゾ素子７との間の空間に
存在する空気を逃がすことができる。これにより、超音
波モータを駆動する際に、軸受５，６、ピエゾ素子７、
ロータ９で発生した熱を、ピエゾ素子７とロータ９との
間の空間に加え、複数の微細な溝１０を通じて有効に放
熱することができるようにしている。
【０００９】次に、以上のような構成の超音波モータの
動作について説明する。図２は本発明の超音波モータの
動作を説明する図であって、（Ａ）はピエゾ素子を通る
回転軸に垂直な平面で切った断面を示し、（Ｂ）は
（Ａ）のａ−ａ矢視断面を示している。ピエゾ素子７
は、その内外周面に互いに絶縁された複数の電極膜が分
散配置されており、それらの任意の組み合わせに超音波
電圧を印加することによってピエゾ素子７を楕円状に弾
性変形させる。ピエゾ素子７がたとえば図示のように水
平方向に短軸を持つ楕円形状に変形されたとすると、ピ
エゾ素子７の内径の最も小さい位置の二つの接触点α，
βがロータ９の外周面に接触することになる。
動作について説明する。図２は本発明の超音波モータの
動作を説明する図であって、（Ａ）はピエゾ素子を通る
回転軸に垂直な平面で切った断面を示し、（Ｂ）は
（Ａ）のａ−ａ矢視断面を示している。ピエゾ素子７
は、その内外周面に互いに絶縁された複数の電極膜が分
散配置されており、それらの任意の組み合わせに超音波
電圧を印加することによってピエゾ素子７を楕円状に弾
性変形させる。ピエゾ素子７がたとえば図示のように水
平方向に短軸を持つ楕円形状に変形されたとすると、ピ
エゾ素子７の内径の最も小さい位置の二つの接触点α，
βがロータ９の外周面に接触することになる。
【００１０】ここで、ピエゾ素子７に電圧をかける位置
を変えて、楕円の変形方向を変化させていくと、ピエゾ
素子７とロータ９との接触点α，βが周方向に移動して
いく。楕円の変形方向を順次変化させていって、接触点
α，βをそれぞれ１回転させると、ピエゾ素子７の内周
長とロータ９の外周長には差があるため、ロータ９の位
置はピエゾ素子７と相対的に０．０５πずれることにな
る。このように、以上の動作を繰り返していくことによ
り、ロータ９はステータ１に関して回転することにな
る。
を変えて、楕円の変形方向を変化させていくと、ピエゾ
素子７とロータ９との接触点α，βが周方向に移動して
いく。楕円の変形方向を順次変化させていって、接触点
α，βをそれぞれ１回転させると、ピエゾ素子７の内周
長とロータ９の外周長には差があるため、ロータ９の位
置はピエゾ素子７と相対的に０．０５πずれることにな
る。このように、以上の動作を繰り返していくことによ
り、ロータ９はステータ１に関して回転することにな
る。
【００１１】また、ピエゾ素子７に電圧をかける位置を
変えていく方向を切り換えることにより、ロータ９の回
転方向を変えることができ、楕円の変形方向の速度をコ
ントロールすることにより、ロータ９の回転数を変える
ことができる。さらに、楕円に変形させる力をコントロ
ールすることにより、伝達トルクが変わり、回転トルク
を変えることができる。
変えていく方向を切り換えることにより、ロータ９の回
転方向を変えることができ、楕円の変形方向の速度をコ
ントロールすることにより、ロータ９の回転数を変える
ことができる。さらに、楕円に変形させる力をコントロ
ールすることにより、伝達トルクが変わり、回転トルク
を変えることができる。
【００１２】図３は本発明の超音波モータの別の実施の
形態を示す図であって、（Ａ）はピエゾ素子を通る回転
軸に垂直な平面で切った断面を示し、（Ｂ）は（Ａ）の
ｂ−ｂ矢視断面を示している。図３において、図１およ
び図２に示した構成要素と同じまたは同等の要素につい
ては同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。
形態を示す図であって、（Ａ）はピエゾ素子を通る回転
軸に垂直な平面で切った断面を示し、（Ｂ）は（Ａ）の
ｂ−ｂ矢視断面を示している。図３において、図１およ
び図２に示した構成要素と同じまたは同等の要素につい
ては同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００１３】円環状のピエゾ素子７は、薄肉円管構造の
外筒部３の外周の自由端側に固着されている。ロータ９
は、その内周面がピエゾ素子７の外周面と対峙するよう
に所定の間隔を置いて配置されており、軸受５，６によ
って回転自在に軸支されたシャフト８に固定されてい
る。
外筒部３の外周の自由端側に固着されている。ロータ９
は、その内周面がピエゾ素子７の外周面と対峙するよう
に所定の間隔を置いて配置されており、軸受５，６によ
って回転自在に軸支されたシャフト８に固定されてい
る。
【００１４】ここで、ピエゾ素子７に電圧をかけること
により、ピエゾ素子７を楕円形に変形させて円周上の２
点でロータ９の内周面に接触させるようにする。次い
で、ピエゾ素子７に電圧をかける位置を変えて、楕円の
変形方向を変化させていくことにより、その接触点を周
方向に移動させ、これを繰り返していくことにより、楕
円の変形方向を順次変化させていって、ピエゾ素子７の
外周長およびロータ９の内周長の差の違いで、ロータ９
は回転されることになる。
により、ピエゾ素子７を楕円形に変形させて円周上の２
点でロータ９の内周面に接触させるようにする。次い
で、ピエゾ素子７に電圧をかける位置を変えて、楕円の
変形方向を変化させていくことにより、その接触点を周
方向に移動させ、これを繰り返していくことにより、楕
円の変形方向を順次変化させていって、ピエゾ素子７の
外周長およびロータ９の内周長の差の違いで、ロータ９
は回転されることになる。
【００１５】以上、本発明をその好適な実施の形態につ
いて説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定さ
れることなく、各種変形が可能である。たとえば、ピエ
ゾ素子７を変形させる形状は、必ずしも楕円ではなく、
おむすび形や、さらには４角形、５角形などの多角形の
形状が可能である。これにより、楕円形の変形による２
点駆動よりも多点駆動が可能になり、振動が少なくなっ
てより滑らかな回転を得ることが可能になる。
いて説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定さ
れることなく、各種変形が可能である。たとえば、ピエ
ゾ素子７を変形させる形状は、必ずしも楕円ではなく、
おむすび形や、さらには４角形、５角形などの多角形の
形状が可能である。これにより、楕円形の変形による２
点駆動よりも多点駆動が可能になり、振動が少なくなっ
てより滑らかな回転を得ることが可能になる。
【００１６】また、ピエゾ素子７と対向するロータ９の
表面に形成した空気逃げ用の微細な溝１０は、形状にこ
だわることなく、ディンプルやポーラス状のものでも可
能であり、さらに加工時の面粗度をコントロールするこ
とでも可能である。また、高速で回転させない場合に
は、故意に空気逃げの構造を作る必要はない。
表面に形成した空気逃げ用の微細な溝１０は、形状にこ
だわることなく、ディンプルやポーラス状のものでも可
能であり、さらに加工時の面粗度をコントロールするこ
とでも可能である。また、高速で回転させない場合に
は、故意に空気逃げの構造を作る必要はない。
【００１７】
【発明の効果】以上説明したように本発明では、円環状
のピエゾ素子を変形させることによりロータと接触させ
るようにし、その変形を円周方向にずらして接触点を移
動させていくことにより、ピエゾ素子とロータとの周長
の違いでロータを回転させるように構成にした。これに
より、ピエゾ素子の変形によりロータに接触させる構造
のため、ピエゾ素子に与圧をかける必要がなく、非駆動
時には、ピエゾ素子とロータとは接触していないので、
ロータは空転することができる。また、ピエゾ素子は非
常に簡単な円環状に形成するため、ステータの構成を簡
単にすることができる。さらに、ピエゾ素子への印加電
圧を変えて楕円に変形させる力をコントロールすること
により、伝達トルクを自由に設定することができる。
のピエゾ素子を変形させることによりロータと接触させ
るようにし、その変形を円周方向にずらして接触点を移
動させていくことにより、ピエゾ素子とロータとの周長
の違いでロータを回転させるように構成にした。これに
より、ピエゾ素子の変形によりロータに接触させる構造
のため、ピエゾ素子に与圧をかける必要がなく、非駆動
時には、ピエゾ素子とロータとは接触していないので、
ロータは空転することができる。また、ピエゾ素子は非
常に簡単な円環状に形成するため、ステータの構成を簡
単にすることができる。さらに、ピエゾ素子への印加電
圧を変えて楕円に変形させる力をコントロールすること
により、伝達トルクを自由に設定することができる。
【図１】本発明の超音波モータの構成を示す図であっ
て、（Ａ）はピエゾ素子を通る回転軸に垂直な平面で切
った断面を示し、（Ｂ）は（Ａ）のａ−ａ矢視断面を示
している。
て、（Ａ）はピエゾ素子を通る回転軸に垂直な平面で切
った断面を示し、（Ｂ）は（Ａ）のａ−ａ矢視断面を示
している。
【図２】本発明の超音波モータの動作を説明する図であ
って、（Ａ）はピエゾ素子を通る回転軸に垂直な平面で
切った断面を示し、（Ｂ）は（Ａ）のａ−ａ矢視断面を
示している。
って、（Ａ）はピエゾ素子を通る回転軸に垂直な平面で
切った断面を示し、（Ｂ）は（Ａ）のａ−ａ矢視断面を
示している。
【図３】本発明の超音波モータの別の実施の形態を示す
図であって、（Ａ）はピエゾ素子を通る回転軸に垂直な
平面で切った断面を示し、（Ｂ）は（Ａ）のｂ−ｂ矢視
断面を示している。
図であって、（Ａ）はピエゾ素子を通る回転軸に垂直な
平面で切った断面を示し、（Ｂ）は（Ａ）のｂ−ｂ矢視
断面を示している。
１……ステータ、２……ステータ基部、３……外筒部、
４……連結部、５，６……軸受、７……ピエゾ素子、８
……シャフト、９……ロータ、１０……溝、α，β……
接触点。
４……連結部、５，６……軸受、７……ピエゾ素子、８
……シャフト、９……ロータ、１０……溝、α，β……
接触点。
Claims (4)
- 【請求項１】 ピエゾ素子を駆動源とする超音波モータ
において、 弾性変形が円周方向に移動するよう超音波電圧により制
御駆動される円環状のピエゾ素子と、 前記ピエゾ素子を保持するステータと、 前記ステータに回転自在に保持されたシャフトに固定さ
れ、前記ピエゾ素子の内径よりも小さくて外周面が前記
弾性変形により前記ピエゾ素子の内周面と接触可能な外
径を有するロータと、 を備えていることを特徴とする超音波モータ。 - 【請求項２】 前記ロータの外周面にスラスト方向に延
びる空気逃げ用の微細な溝部が周設されていることを特
徴とする請求項１記載の超音波モータ。 - 【請求項３】 前記ステータが前記ピエゾ素子を保持す
る部分は、前記ピエゾ素子の変形動作を妨げず、かつ、
回転力を保持する強度を持った薄肉円管構造を有するこ
とを特徴とする請求項１記載の超音波モータ。 - 【請求項４】 ピエゾ素子を駆動源とする超音波モータ
において、 弾性変形が円周方向に移動するよう超音波電圧により制
御駆動される円環状のピエゾ素子と、 前記ピエゾ素子を保持するステータと、 前記ステータに回転自在に保持されたシャフトに固定さ
れ、前記ピエゾ素子の外径よりも大きくて内周面が前記
弾性変形により前記ピエゾ素子の外周面と接触可能な内
径を有するロータと、を備えていることを特徴とする超
音波モータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10282886A JP2000116160A (ja) | 1998-10-05 | 1998-10-05 | 超音波モータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10282886A JP2000116160A (ja) | 1998-10-05 | 1998-10-05 | 超音波モータ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000116160A true JP2000116160A (ja) | 2000-04-21 |
Family
ID=17658375
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10282886A Pending JP2000116160A (ja) | 1998-10-05 | 1998-10-05 | 超音波モータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000116160A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011125608A1 (ja) * | 2010-03-31 | 2011-10-13 | 株式会社ニコン | モータ装置、モータ装置の製造方法及びロボット装置 |
-
1998
- 1998-10-05 JP JP10282886A patent/JP2000116160A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011125608A1 (ja) * | 2010-03-31 | 2011-10-13 | 株式会社ニコン | モータ装置、モータ装置の製造方法及びロボット装置 |
| US8796905B2 (en) | 2010-03-31 | 2014-08-05 | Nikon Corporation | Motor device, method of manufacturing motor device, and robot device |
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