JPH0352571A - 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】 髪裏上ム旦且上１ 本発明は、超音波モータに関するものである．え米立韮
薯 現在、進行波を利用した超音波モータが、各種の分野に
おいて使用されつつあることは、周知のところである． 今、ここで、このような超音波モータの典型的な構成を
略図により示すと、添付図面の第６図のとおりである。

すなわち、この超音波モータにおいては、出力軸１が、
円板状のベース２に軸受３を介して回転自在に支持され
ており、また、ベース２の１面上には、出力軸ｌと同軸
に円盤状の共振体４が固着されているが、共振体４の１
而（第６図で見て上面）の上には、これとほぼ同一の外
径を有している環状円盤状の回転体５が、出力軸１と同
軸に且つその１面（第６図で見て下面）が共振体４の１
面と接触するように載置されている。また、出力軸１の
頂部と、回転体５の他面（第６図で見て上面）との間に
は、それらを弾性的に連結するための弾性体として、中
空切頭円すい形状の本体６。から成る皿ばね６が、圧縮
状態に配置されており、その頂縁部６，及び底縁部６２
において、それぞれ、出力軸１及び回転体５に係止され
ている。

更に、共振体４の他面（第６図で見て下面）には、電歪
性を有する環状の圧電素子ないしは振動体７が固着され
ている．なお、この超音波モータにおいては、皿ばね６
の底縁部６２と、回転体５の他面との間には、環状の当
て座８が配置されており、両者の間の係止を図っている
。また、これらの共振体４，回転体５、皿ばね６などは
、カップ状のケース９の内部に収納されており、ケース
９は、その開放周縁部において、べ一ス２の外周縁に固
着されており、更に、出カ軸１の１端部が、ケース８の
底部の中心部に設置されたいる軸受１０を介して回転自
在に支持されている。

このような構成を有している超音波モータは、共振体４
をその他面に固着された圧電素子７により振動させるこ
とにより共振体４の１面に進行波を生じさせ、この進行
波を共振体４に皿ばね６を介して圧接されている回転体
５に伝達し、更に、この進行波を皿ばわ５６介して出カ
軸１に伝達するようになっている。

なお、上記のように、この超音波モータにおいては、出
力軸１と、回転体５とが弾性体としての中空切頭円すい
形状を有する皿ばね６を介して連結されているが、これ
は、超音波モータの性質上、出カ軸１を円滑に駆動する
ためには、共振体４に回転体５を一定の力により圧接さ
せ続ける必要があるために使用されるものであり、また
、この目的のために、弾性体６として、板ばねや、巻き
ばねを使用すると、超音波モータは、小形で且つ薄型に
組み立てられるという特徴を発揮することができなくな
るので、皿ばね６が使用されるものである。このために
、この皿ばね６は、圧縮付勢（プリセット）されること
により、回転体５が、共振体４に一定の力により、圧接
され続けるようにしている。

また、この皿ばね６においては、ぞの本体６。の頂縁部
６，及び底縁部６２に、負荷時に高応力が発生するが、
従来の超音波モータ用の皿ばね６においては、第７及び
８図に、それぞれ、平面図及び縦断面図により拡大して
示すとおり、出力軸１と回転体５との間における回転力
の伝達を確実とするために、それぞれ、係止用切り込み
ａｌｌ及び６２１を形或してある。

ここで、このような典型的な構成を有している従来の超
音波モータにおける皿ばね６の機能を考察すると、次ぎ
のようになる。

上記のように、共振体４の他面、すなわち、第６図で見
て下面に発生させた表面波を、回転体５により回転駆動
力に効率良く変換させるために、回転体５を共振体４に
圧接し続けるための圧縮付勢を行う機能と、回転体５か
らの回転駆動力を、底縁部６２に形成された係止用切り
込み６２，から受け取り、これを？縁部６Ｉに形成され
た係止用切り込み６■を介して出力軸１に伝達する機能
との２機能を有するものであることは、明らかなところ
である。

そして、回転体５と、皿ばね６との間において回転駆動
力を授受するための手段として、第６図に示すように、
回転体５の皿ばね６の圧接面に、高分子材料製の環状の
当て座８を張り付け、その上がら皿ばゎ６を圧縮付勢す
ることにより圧接させ、皿ばね６の底縁ＷＰｅ　２の係
止用切り込み６■１を利用して当て座８に突き差し、パ
ックラッシュ（すなわち、伝達ｆｌｕが有する寸法誤差
、あるいは、他の理由のために存在する微少なすきまを
指すものであるが、これが存在すると、正逆回転の変換
の端部において、回転に遊びが生ずる〉を防止するよう
にしている。

なお、出力軸１に対する皿ばね６の本体６。の頂縁部６
，における係止用切り込み６■は、皿ばね６が出力軸１
へ接触する箇所において、嵌合接触する凸状部を加工す
ることが可能であり、従って、皿ばね６の底縁部６２と
、回転体５の１面との間において使用している当て座８
に対応する部材を使用することは、？要とされない。

しかしながら、このような回転駆動力の伝達手段を使用
すると，皿ばね６の本体６。の底縁部６２における係止
用切り込み６２１が、高分子材料製の薄い当て座８を突
き差すことにより係止しているので，当て座８は，繰り
返しの正逆回転の回転駆動力を受けて行く間に、当て座
８の材料を形成している繊維が次第に切断されて行き、
係止状態が緩くなり、バ・ンクラッシュが増大し、つい
には、当て座８との係止機能が無くなることとなる。

その外、当て座８を形成している高分子材料は、その特
性として、係止用切り込み６■，による圧接により、常
時、その近傍で高応力を発生するために、経年劣化を起
こし、次第にじん性が失われ、すなわち、回転駆動力を
伝達する耐力が失われ、もろくなり、ついには、当て座
８の係止機能が無くなるようになる。

また、従来は、高分子材料製の当て座８と、鉄鋼材料製
の阻ばね６の本体６。との間における摩擦係数が大きい
という特長を利用する目的で、この当て座８が設けられ
るものであるが、当て座８をｆ吏用するために、部品点
数が１点多くなるだけでは無く、回転体５に当て座８を
焼き付ける工程、又は、接着による張り付け工程をも余
分に必要とするという欠点を有している。

日が　゛しよう　　る１・ そこで、本発明は、従来の超音波モータの回転体の上の
当て座と、皿ばねとの間における上記のような種々の問
題点のあることに鑑がみ、このような問題点を解決し、
回転駆動力の新規な伝達手段としての超音波モータ用皿
ばわを開発し、この新規な伝達手段を使用した新規な改
良された超音波モータを得ることを、その課題とするも
のである。

二　　　゛するｔ・めの 本発明においては、この課題を解決するために、皿ばね
の本体の底縁部ないしは外周縁部に、一様な折り返し部
を設け、この折り遅し部に、数個の切り欠き溝を放射方
向に設け、これらの切り欠き溝の角部に形成される鋭利
な返り部を利用し、皿ばねを圧縮付勢の下に置くことに
より、その逼り部？回転体に食い込ませ、回転体に皿ば
ねを係止させることを特徴とするものであり、このよう
な手段を採用することにより、回転体と皿ばねとが直接
的に圧接し、回転駆動力が、回転体から皿ばねへ直接的
に伝達され、このようにして、両者の間にバックラッシ
ュの発生することを防止し、それと同時に、超音波モー
タの組立作業を簡単化することが可能となるものである
。

丸一益−１ 以下、本発明をその実施例を示す添付図面の第１〜５図
に基づいて、詳細に説明をする。

まず、第１図は、本発明に係る皿ばねの１実施例が、平
面図により示してあるが、この皿ばね１６の本体１６．
の頂縁部１６，には、出力軸に係止するための係止用切
り込み１６■を数涸、周辺方向に等間隔に形戒されてお
り、また、底縁部ないしは外周縁部１６２には、係止用
切り欠き渭１６２，を数個、同様に、周辺方向に等間隔
に設ける外、底縁部１６２の全周に渡り、上部への折り
返し１６，を、ある高さに設けてある（第２及び３図参
照）。

？た、第４図には、第３図を、その矢印■の方向に見た
拡大図が示されているが、この図から分かるように、係
止用切り欠き溝１６■５には、皿ばね本体ｌ６。

を、同図で見て、上方からプレスにより打ち抜くことに
より係止用切り欠き溝１６■１を形成する際に、皿ばね
１６の本体１６ｌｌの下面、すなわち、回転体５の１面
、あるいは、その上面（第６図参照）に面する側に、返
り部１６，が形成されるようにする。なお、このように
して形成される底縁部１６２の折り返し部１６，は、大
きく反り返す必要は無く、その外周縁部が、皿ばね１６
の本体１６ｏの底縁部１６２の下面から，若干浮上して
いる程度であっても良い。

−ｆｆｉ的に、皿ばわ１６の本体１６．を圧縮して（皿
ばねは，圧縮だけで使用する）使用する際に、底縁部１
６，が半径方向に拡大し、すなわち、外径が微量ながら
大きくなる．しかしならが、本発明による皿ばね１６に
おけるように、その本体１Ｂ．の底縁部１６２の近傍に
おいて折り返し部１６，を設けることにより、外径の変
化を拘束することとなり、従って、ばね定数が大きくな
るという性質が現れる． ？もそも、超音波モータ内に皿ばねを使用する理由は、
限られた空間内に、出力軸と、回転体との間に必要とさ
れる弾性体を、効率良く装着することができることにあ
る．この場き、ばね定数が大きければ、板厚を薄くシて
行くか、あるいは、内外径を大きくして行くかの、いず
れかの方法により対処をする以外には、方法が無い．し
かしながら、板厚が適切であるものを求めようとしても
、その厚さの製品が製造されていなければ、これを入手
することは不可能であり、また、内外径を大きくしよう
としても、皿ばねの収容空間には制限があるために、不
可能なことが多い． これに対し、本発明におけるように、皿ばね本体１６ｏ
の底縁部１６■に、折り返し部１６，に食い込んで停止
用切り欠き溝１６２１を設けることにより、折り返し部
１６，による外周における拘束を排除することであり、
その切り欠き渭１６２１の個数を適切に選択することに
より、折り返し部１６，の無い皿ばねの特性に近似した
、新たな特性を得ることに外ならないことは、容易に分
かるところである．？た、皿ばね本体１６．の底縁部１
６２に形成される切り込み溝ｌ６２，の個数は、２個で
は顕著にばね定数が小さくなる性質は現れず、３明から
始めて現れるようになる。一方，６１［１ｉ１から１２
涸までの切り欠き溝１８■１の個数は、ばね定数を制御
する際の適切な関数であるが、しかしながら、切り欠き
溝１６■１の個数が多過ぎると、例えば、切り欠き溝１
６２１の個数が１８個も設けられると、初期反力が極端
に減少し、正常な皿ばね１６の荷重一たわみ曲線は、得
られないようになる。

なお、本実施例においては、回転体５の皿ばね１６との
接触面には、別段の加工を施すこと無く、皿ばねの本体
１６．の底縁部１６２を圧接する方法となっている。

次ぎに、本発明の他の実施例を、第５図について説明を
する。

この実施例においては、皿ばね１６の本体１６ｏとして
は、第一実施例のものと同一のものを使用するものであ
るが、回転体１５の本体ｌ５。と、皿ばわ１Ｇの本体１
６。の底縁部１６■との接触面に、皿ばね１６の本？１
６．の底縁部１６２に設けられた係止用切り欠き溝１６
２，に対応して突起部１５１を設けるものである．そし
て、この突起部１５，の基部の直径ロ。は、皿ばね１６
の本体１６。に形成された切り欠き溝１６，１の直径よ
りも若干大きなものとすると共にその高さは、皿ばね１
６の本体１６。の厚さにほぼ等しいような寸法とすると
良い．なお、このように回転体１５の本体１５。に形成
される突起部１５．を、回転体１５の中心に対して配置
する直径としては、一般的には、皿ばね１６の本体１６
。の底縁部１６．に形戒された折り返し部１６，の直径
とほぼ同一とするものとする．それぞれ、このように、
突起部１５１及び切り欠き溝１６■，を形成された回転
体１５の本体１５。及び皿ばね１６の本体１６。を組み
立てる場合には、各突起部１５を対応する各切り欠き溝
１６２１に合わせた後、皿ばわ１６に圧縮付勢を掛けて
行くと、皿ばね１６の切り欠き溝ｌ６，１の返り部１６
，は、回転体１５の本体１５。に、その突起部１５，の
ふもとの近傍部分において、徐々に食い込んで行き、係
止するようになる．この場合、規定された圧縮付勢とな
るまで、皿ばね１６を押圧してたわませて行くと、その
外径が、わずかではあるが拡大し、従って、その本体１
６。に形成された切り欠き溝１６２Ｉの返り部１６，も
微゛少景だけ半径方向外方向に移動をするだけでは無く
、突起部１５．の高さが低く、また、その直径Ｄ。も小
さいので、皿ばわ１６の底縁部１６２の係止用切り欠き
溝１６２，の＠壁面に接触し、皿ばね１６の荷重特性を
損なわせるようなことは無い。

免旦曵匁１ 本発明は、上記のような横戒及び作用を有しているので
、その効果としては、次ぎのようになる。

■皿ばねの底縁部の係止用切り欠き溝に返り部が形成さ
れているので、その相手方である回転体の皿ばわとの接
触面に食い込むことにより係止し、従って、パックラッ
シュが全く発生しなくなること ■従来のように高分子材料製の当て座を使用しないので
、当て座の摩耗・剥離や、繊維の切断などによる係止力
の低下や、パックランジュなどが、全く発生しないこと ■部品点数が１点滅少し、また、回転体ｌ＼の当で座の
焼き付けや、接着などのための位置合わせなどの工程も
無くなり、組立作業が容易となり、生産性が向上し、組
立費用も減少すること などである。

【図面の簡単な説明】

第ｌ図は、本発明の１実施例による皿ばねを示す平面図
、第２図は、その一部の正面図、第３図は、第１図の■
一■線による切断正面図、第４図は、第３図の矢印■の
方向に見た拡大部分図、第５図は、本発明の他の実施例
を示す第４図と同様な拡大部分図、第６図は、従来の典
型的な超音波モータを示す略縦断面、第７図は、それに
使用されている皿ばわを示す部分平面図、第８図は、そ
の縦断面図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. １．出力軸を回転自在に支持しているベースの１面上に
   円盤状の共振体をその１面において固着し、その１面に
   、出力軸の軸心と同一の軸心を有する環状の回転体をそ
   の１面において接触するように配置し、また、出力軸と
   、回転体とを、それらの間に圧縮状態に配置された弾性
   体としての中空切頭円すい形状の本体部分から成る皿ば
   ねを、その頂縁部及び底縁部において、それぞれ、係止
   することにより相互に連結すると共に回転体を共振体に
   圧接させ、更に、共振体をその他面に固着された圧電素
   子により振動させることにより共振体の１面の上に進行
   波を生じさせ、この進行波を共振体の１面に圧接された
   回転体に伝達することによりこの回転体を回転させ、こ
   の回転体の回転を皿ばねを介して出力軸に伝達するよう
   になっている超音波モータにおいて、その中空切頭円す
   い形状の皿ばねが、その底縁部に、ある高さを有する折
   り返し部を一様に形成し、この祈り返し部に、放射方向
   に数個の係止用切り欠き溝を形成し、各係止用切り欠き
   溝には、折り返し部の回転体に面する側に、返り部が形
   成されるようにしたことを特徴とする超音波モータ。
2. ２．回転体に、皿ばねに形成された係止用切り欠き溝に
   対応して突起部を形成した請求項１記載の超音波モータ
   。