JPH02303377A - 超音波モータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は可動子をばね手段によって固定子に加圧し、そ
の固定子に発生した弾性進行波により可動子を駆動する
ように構成した超音波モータに係り、詳しくは、ばね手
段と可動子との接合部の構造に関するものである。

［従来の技術］ 従来のこの種の超音波モータとして、特開昭６３−７３
８８７号公報に掲載された技術が挙げられる。

第３図は従来の超音波モータを示す縦断面図、第４図は
第３図の超音波モータにおいて固定子と可動子との接触
部分を拡大して示す部分断面図、第５図は第４図の超音
波モータで使用されている皿ばねの加圧力の分布状態を
示す説明図である。

第３図において、４１は超音波モータの外郭となるケー
ス、４２はケース４１を閉じるカバー、４３は固定子、
４４は前記固定子４３に配設された圧電素子、４５はラ
イナー４６を介して固定子４３に接合すべく配置された
可動子、４７は前記可動子４５と一体に回転する回転軸
である。前記回転軸４７の大径鍔部４８の下側には、可
動子４５の薄肉部４９を押圧する皿ばね５０が配設され
ている。また、回転軸４７の下部にはスナップリング５
１によってシム５２が保持されていて、このシム５２の
厚みを選択することにより、皿ばね５０の押圧力を適宜
に調整できるように構成されている。

上記のように構成された従来の超音波モータにおいて、
圧電素子４４に高周波電圧が印加されると、圧電素子４
４の変形に伴って固定子４３に弾性進行波が発生し、こ
の弾性進行波によって固定子４３の表面上の質点に楕円
運動が生起する。そして、この楕円運動に伴い固定子４
３と可動子４５に固定されたライナー４６との接触面に
摩擦力が発生し、その摩擦力で可動子４５に回転モーメ
ントが作用して、可動子４５と一体に回転軸４７が回転
される。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、この種の超音波モータの出力は、−鰻に、固
定子４３とライナー４６との摩擦係数及び皿ばね５０の
加圧力に依存する。しかしながら、従来の超音波モータ
において皿ばね５０の加圧力を大きく設定した場合、第
４図に拡大して示すように、その加圧力で可動子４５の
薄肉部４９及び固定子４３の薄肉部５４がそれぞれ彎曲
されて、固定子４３と可動子４５に固着されたライナー
４６とが片当りの状態で圧接される。また、皿ばね５０
はそれ自身のばね特性からして、第５図に矢印で示すよ
うに、周方向の加圧力が不均一となっているので、固定
子４３に対し可動子４５を各部均一な力で加圧すること
が困難である。

したがって、固定子４３と可動子４５に固着されたライ
ナー４６との摩擦係数及び圧接力の変動幅が大きくなり
、回転むらまたはトルクむらが生じて、モータ出力が不
安定になることが予想される。しかも、摩擦係数及び圧
接力が不安定な状態では、可動子４５に固定子４３とは
異なる周波数の固有振動が生じ、異音が発生するという
不都合も想定される。そして、これらの理由によって、
従来は超音波モータの高出力化が妨げられていた。

そこで、本発明の課題は、簡単な構造によってばね手段
の加圧力を可動子の周方向龜一様に分布させ、回転むら
及びトルクむら、並びに、異音の発生を抑制でき、もっ
て、高出力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。

［課題を解決するための手段］ 本発明にかかる超音波モータは、圧電素子の変形により
弾性進行波を発生する固定子に弾接するように配置され
て弾性進行波によって駆動される可動子と、その可動子
を固定子の方向に向けて加圧するばね手段と、そのばね
手段の加圧力を受けるように可動子に配設された突起と
から構成されている。

［作用］ 本発明の超音波モータにおいては、可動子にばね手段の
加圧力を受ける突起が配設されているため、ばね手段の
加圧力が突起に沿って可動子に一様に分布される。また
、可動子はばね手段の加圧力に係合する部分において突
起により補強されるから、ばね手段の加圧力で可動子に
彎曲が生じるおそれがなくなり、固定子と可動子とが常
に安定した接触面を介して圧接される。したがって、固
定子及び可動子に固定されたライナーの摩擦係数及び圧
接力が安定化し、回転むら及びトルクむらが抑制される
とともに、可動子の固有振動が抑制されて、異音の発生
が防止される。その結果、圧電素子に高電力を供給して
、高いモータ出力を支障なく得ることができる。

［実施例コ 以下、本発明を具体化した実施例を図面に基づいて説明
する。

第１図は本発明の一実施例による超音波モータの縦断面
図、第２図は第１図の超音波モータに装備された可動子
を示す斜視図である。

この実施例の超音波モータのハウジング１はベース２と
、前記ベース２の上方を覆うカバー３とから構成されて
いる。ベース２の中央部には支持筒４が内方に突出した
状態で形成されている。前記支持筒４にはベアリング１
７が圧入され、支持筒４の張出部５によって内方への移
動が規制されている。前記ベアリング１７の内輪１７ａ
に回転軸２０が下方から挿着されている。前記回転輪２
０はハウジング１の下方へ突出する出力部２１と、ベア
リング１７の下面に当接する鍔部２２と、上端の連結部
２３とを備えていて、前記鍔部２２によってハウジング
１の内方への移動を規制している。

前記回転軸２０の連結部２３には、ホルダ１８が面接合
またはスプライン結合等の回り止め手段を介して相対回
動不能に挿入されている。前記ホルダ１８とベアリング
１７との間にはシム３４が介装されている。そして、ホ
ルダ１８の上部凹所１８ａに座金１５を収容して、螺子
１９を回転軸２０の上端に締付けることにより、前記座
金１５でホルダ１８が抜は止めされるとともに、シム３
４が挾持され、その状態で、回転軸２０、ベアリング１
７の内輪１７ａ１ホルダ１８、及びシム３４がそれぞれ
一体回転可能に連結される。

ベース２の支持筒４の外周は固定子６の内孔７を挿着し
ている。固定子６は小径リング部８、大径リング部９及
び薄肉部１０から、りん青銅等の金属弾性材料で一体的
に構成されている。前記小径リング部８はベース２の支
持筒１１に接合した状態で螺子１２によって固定されて
いる。前記大径リング部９の上面には全周にわたって多
数のくし歯１３が一定ピッチで突設されている。

前記固定子６の大径リング部９の下面には、セラミック
ス材料等でリング状に成形された圧電素子１４が図示し
ない導電性の接着材を介して固着されている。前記圧電
素子１４はフレキシブルプリント基板３１及びその端部
に配設されたプリント基板３２を介してコネクタ３３に
接続されている。そして、前記圧電素子１４に高周波電
力が印加されると、圧電素子１４の伸縮変形に伴い固定
子６の大径リング部９に弾性進行波、すなわち、超音波
振動が発生する。

前記固定子６に対し上方から接合するように、ホルダ１
８には可動子２４が面接合またはスプライン結合等の回
り止め手段を介して相対回動不能に挿着されている。前
記可動子２４はアルミニウム等の金属材料で円板状に形
成されていて、その外周にはリング状凸部２６が下向に
突設されている。そして、前記リング状凸部２６の下面
はライナー２８を介して固定子６の＜［１３に対接して
いる。

前記可動子２４の上方においてホルダ１８には、可動子
２４を固定子６に向けて加圧するばね手段としての皿ば
ね３０が挿入され、ホルダ１８の」１端鍔部１８ｂによ
って上方から抑圧保持されている。

また、前記皿ばね３０の外周縁と対応する位置において
、可動子２４の上部には環状突起２５が一体形成されて
いる。前記環状突起２５の内周には、皿ばね３０の外周
縁、すなわち、加圧作用部３０ａを受けるばね受は部２
５ａが切欠形成されている。ばね受は部２５ａと加圧作
用部３０ａとの間には、弾性部材としてのゴムリング２
７が介装されている。なお、皿ばね３０の加圧力は前記
シム３４の厚みを変更することによって適宜に調整され
ている。

次に、上記のように構成された本実施例の超音波モータ
の動作を説明する。

固定子６に固着された圧電素子１４に高周波電力が印加
されると、その圧電素子１４が歪み、固定子６に弾性進
行波が発生する。この弾性進行波は固定子６の大径リン
グ部９に沿って周回し、その過程で、弾性進行波の振幅
が大径リング部°９のくし歯１３によって拡大される。

すると、くし歯１３の表面上の質点には楕円運動が生起
され、この楕円運動に伴い、固定子６と可動子２４に固
定されたライナー２８との接触面に摩擦力が発生する。

そして、この摩擦力で可動子２４に回転モ−メントが作
用し、これによって、可動子２４、ホルダ１８及び回転
軸２０が一体に回転される。

このように、本実施例の超音波モータにおいて−は、可
動子２４の上面に皿ばね３０の加圧作用部３０ａを受け
る環状突起２５が一体形成されているため、１１１１ば
ね３０の加圧力がその環状突起２５に沿って可動子２４
の周方向に一様に分布される。

また、皿ばね３０の加圧作用部３０ａに係合する部分で
可動子２４が環状突起２５により補強されるため、皿ば
ね３０の加圧力で可動子２４に彎曲が生じるおそれがな
くなり、固定子６と可動子２４とが常に安定した接触面
を介して圧接される。

したがって、可動子２４に固定されたライナー２８及び
固定子６間の摩擦係数及び圧接力が安定化し、回転むら
及びトルクむらが抑制される。また、可動子２４に固定
されたライナー２８及び固定子６が安定して圧接する状
態では、可動子２４に固定子６とは異なる周波数の固有
振動が発生しにくくなり、可動子２４及び皿ばね３０等
における異音の発生が防止される。その結果、圧電素子
１４に高電力を供給して、高いモータ出力を支障なく得
ることができる。

しかも、環状突起２５が可動子２４に一体状に固定され
ているため、可動子２４と皿ばね３０とめ間に別部品を
介装する場合と比較して部品点数が少なくなり、軽量で
かつ組付は容易な構造により、皿ばね３０の加圧力を安
定化させることができる。更に、本実施例においては、
環状突起２５と皿ばね３０との間に弾性部材としてのゴ
ムリング２７が介在しているので、可動子２４の振動が
１１１１ばね３０側に伝わりにくくなり、振動エネルギ
ーの減衰を抑制することができる。

なお、上記実施例では環状突起２５が可動子２４に一体
形成されているが、本発明を実施する場合にはこれに限
定されるものではなく、環状突起２５と可動子２４とを
分割して形成し、それらを接着剤または溶接等の固着手
段で予め一体に固定したのちに組付けることもできる。

或いは、環状突起２５は所定のピッチに配設した突起と
して使用することもできる。しかしながら、前記環状突
起２５を可動子２４に一体形成した本実施例によれば、
環状突起２５の精度が向上し、その分、皿ばね３０の加
圧力を可動子２４の周方向に均一に分布できるという特
有の効果が得られる。

また、本実施例の超音波モータは可動子２４が回転運動
を行なうように構成されているが、可動子が直線運動す
るように構成したリニア形の超音波モータに本発明を応
用して具体化することも可能である。勿論、この場合に
は、上記実施例の環状突起２５は直線状の突起または所
定のピッチに配設した突起とすることができる。

［発明の効果コ 以上、詳述したように、本発明の超音波モータは、圧電
素子によって弾性進行波を発生する固定子と、その固定
子に弾接するように配置された弾性進行波により駆動さ
れる可動子と、その可動子を固定子に向けて加圧するば
ね手段と、そのばね手段の加圧力を受けるように可動子
に配設された突起とから構成したものであるから、至っ
て簡単な構造により、ばね手段の加圧力を可動子の周方
向に一様に分布させ、回転むら及びトルクむら、並びに
、異音の発生を抑制でき、もって、高出力を得ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による超音波モータの縦断面
図、第２図は第１図の超音波モータに装備された可動子
を示す斜視図、第３図は従来の超音波モータを示す縦断
面図、第４図は第３図の超音波モータにおいて固定子と
可動子との接触部分を拡大して示す部分断面図、第５図
は第３図の超音波モータで使用されている皿ばねの加圧
力の分布状態を示す説明図である。 図において、 ６：固定子、　　　　　１４：圧電素子、２４：可動子
、　　　　　２５：環状突起、３０：皿ばね である。 なお、図中、同−符号及び同一記号は同一または相当部
分を示すものである。 特許出願人　アイシン精機株式会社 外１名

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）圧電素子によって弾性進行波を発生する固定子と
   、 前記固定子に弾接するように配置されて、前記弾性進行
   波によって駆動される可動子と、 前記可動子を前記固定子に向けて加圧するばね手段と、 前記ばね手段の加圧力を受けるように前記可動子に配設
   された突起と を具備することを特徴とする超音波モータ。
2. （２）前記突起は、可動子と一体的に形成された環状突
   起としたことを特徴とする請求項１に記載の超音波モー
   タ。
3. （３）前記環状突起とばね手段との間に弾性部材が介在
   していることを特徴とする請求項１または請求項２に記
   載の超音波モータ。