JPH04236173A - 超音波モーター - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は棒状に形成された振動子
を駆動源とし、摩擦力によりローターを回転する超音波
モーターに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、振動の合成によって振動弾性体の
表面粒子に円、または楕円運動を励起させ、その表面に
摩擦接触する部材と該弾性体とを相対移動させる超音波
モーターが提供されている。

【０００３】超音波モーターとして、円環形状に形成さ
れた形式、また棒状に形成された形式が提案されている
が、これらはいずれも駆動のための振動を発生させるた
めのステータを構成する振動弾性体と、該振動弾性体に
形成される駆動振動を回転力に変換するローター等の回
転変換部材とを摩擦接触させ、摩擦力により該回転変換
部材を回転させるという基本的な駆動原理は同じである
。

【０００４】円環形状の超音波モーターを例えばオート
フォーカスの駆動源としてレンズ鏡筒に使用する場合、
ギヤ等の伝達機構を用いずに、ローターの回転出力を直
接フォーカスレンズに付与することができるといった利
点があるが、円環形状の形式の超音波モーターは、製作
コストの点において棒状の形式の超音波モーターに比べ
て不利であるといった難がある。

【０００５】棒状超音波モーターは、円環形状の超音波
モーターのように、例えばレンズを取り囲むように配置
することができないため、歯車等の伝達機構を介してロ
ーターの回転力をフォーカスレンズに伝達する構成とす
ることになる。

【０００６】

【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、棒
状超音波モーターを駆動源とし、伝達機構を介して被駆
動部材を駆動する場合、ローターの回転力を被駆動部材
に伝達する歯車等の回転出力部材に高負荷が加わると、
ローターの回転が不安定となり、最悪の場合ステータ振
動の共振状態から外れて回転が停止するため、ステータ
が振動しているのにローターがその場所で止まっている
ことによる音の発生（キーキー音）を起こしたり、ステ
ータとローターとの間で異常摩耗が発生するという問題
があった。

【０００７】一方棒状超音波モーターをレンズ鏡筒に搭
載した場合、歯車等の伝達機構を介してローターの回転
力をフォーカスレンズに伝達するという従来の電磁モー
ター使用時の構造と同様の比較的簡単な構成をとること
ができ、コスト面において製作コスト面で不利な円環形
状の超音波モーターをレンズ鏡筒に搭載した場合よりも
トータルコストでは有利となる。

【０００８】しかしながら近年更にコスト面が重要視さ
れつつあることから棒状超音波モーター自体もコストダ
ウンさせる必要性が生じてきている。そこで棒状超音波
モーターそのものに着目すると特開平２−９７２８１号
等で示されるように、超音波モーターのローターの軸受
部にベアリング等の高価な軸受を使用しているものが多
い。

【０００９】ベアリングを使用しているのは、超音波モ
ーターには不可欠な加圧部材の加圧スラスト力をロータ
ー自体が受けながら回転する必要があることから、極力
加圧スラスト力の影響を受けずに回転することが目的で
あるが、コスト面では非常に不利という問題があった。

【００１０】また特開平２−９７２８１号で示されるよ
うに、ローターの回転は加圧バネを介して出力軸に伝達
している為、ローター回転中に加圧バネのひずみ、たわ
み、ビビリを出力軸が受けてしまい出力軸に負荷がかか
ると出力軸の回転が不安定になりがちになるという問題
があった。

【００１１】本発明の目的は、このような従来の問題を
解決し、軸受部にベアリングを必要とせず、また高負荷
時の異常摩耗等の発生を防止できると共に、スムーズな
回転を得ることができる超音波モーターを提供すること
にある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の目的を実現する
ための超音波モーターの構成は、振動弾性体に電気−機
械エネルギー変換素子を固定し、該素子への交流電界の
印加により該振動弾性体に駆動振動を励起させる振動子
と、該振動弾性体と摩擦接触して回転する回転部材と、
該回転部材と摩擦接触して回転出力を取り出す回転出力
部材と、該回転出力部材の回転を保証する支持部材と、
該回転出力部材に付勢力を付与して該回転出力部材と該
回転部材との間及び、該回転部材と該振動弾性体との間
に摩擦力を付与する加圧手段とを備え、該支持部材と該
回転出力部材との間の摩擦力（Ｆ１　）、該回転出力部
材と該回転部材との間の摩擦力（Ｆ２　）、該回転部材
と該振動弾性体との間の摩擦力（Ｆ３　）を、Ｆ１　＜
Ｆ２　＜Ｆ３ となるようにしたことを特徴とする。

【００１３】

【作用】上記した構成の超音波モーターは、バネ等の加
圧手段による付勢力が回転出力部材に伝えられ、回転出
力部材に回転部材の出力が摩擦接触により伝達されるこ
とになる。

【００１４】また、モーターの駆動中に回転出力部材に
過負荷が加わっても、回転部材は回転する。

【００１５】

【実施例】以下本発明を図面に示す実施例に基づいて詳
細に説明する。図１は本発明による超音波モーターの一
実施例を示し、図１の（ａ）は平面図、図１の（ｂ）は
（ａ）の縦断面図である。１は金属材料からなる円柱形
状の振動弾性体、２は振動弾性体１の外径と同径の外径
を有する金属材料からなる押え体、３ａ〜３ｅは振動弾
性体１の外径と同径の外径に形成された円環形状の圧電
素子板、４ａ〜４ｅは圧電素子板３ａ〜３ｅの電極板で
あり、振動弾性体１と押え体２との間に、該電極板４ａ
〜４ｅと圧電素子板３ａ〜３ｅを図示の如く交互に配設
し、押え体２を通してボルト５を振動弾性体１に螺着す
ることにより、これらを一体に固定し、超音波モーター
Ａのステータを構成している。

【００１６】超音波モーターＡは、ステータの電極板４
ａ〜４ｅに不図示の電源回路から位相の異なる交流電圧
を印加することにより、圧電素子板３ａ〜３ｅが機械的
振動をステータに形成し、これら振動の合成によってス
テータに縄飛びのような運動を励起し、ステータの前端
部に摩擦接触する後記のローター６を摩擦駆動する。６
はローターで、後端部（摩擦接触部）６ａを振動弾性体
１のテーパ部１ａに当接させ、後記する加圧バネ１０に
よる加圧により適切な摩擦力を得ている。７は歯車７ａ
を有する摩擦安定材料からなる回転出力部材で、後端面
とローター６の端面との間でフリクション結合している
。この歯車７ａは、ローター６の回転を外部に伝達する
ためのものである。

【００１７】ローター６と回転出力部材７とのフリクシ
ョン結合のフリクション力は、加圧バネ１０により発生
し、その力は振動弾性体１とローター６との摩擦力より
小さくなるように（摩擦係数が小さくなるように）設定
されている。即ち回転出力部材７に外部から回転力を与
えても、ローター６はステータに対する摩擦力が回転出
力部材７に対する摩擦力よりも大きいために回転するこ
とはなく、回転出力部材７のみが回転することになる。

【００１８】一方、回転出力部材７の内径部に、該回転
出力部材７に対して回転方向では一体的に動き、スラス
ト方向では自由度を持った樹脂等の低摩擦部材の回転出
力軸受部材８を設け、該回転出力軸受部材８は軸９に回
転可能に嵌合している。尚該軸９は前記ボルト５に圧入
され、ボルト５と一体化されている。１０は加圧バネで
あり、回転出力部材７のフランジ部７ｂを押圧し、その
押圧力で振動弾性体１とローター６、ローター６と回転
出力部材７との間に摩擦力が発生するように構成してい
る。加圧バネ１０は回転出力軸受部材８を押圧し、この
回転出力軸受部材８を平板形状の保持部材１１に圧接さ
せて加圧バネ１０の加圧力を保持している。

【００１９】回転出力軸受部材８と保持部材１１との圧
接部の摩擦力は回転出力部材７とローター６との摩擦力
より小さく設定されている。即ち回転出力軸受部材８と
保持部材１１の摩擦力Ｆ１　、回転出力部材７とロータ
ー６の摩擦力Ｆ２　、ローター６と振動弾性体１との摩
擦力Ｆ３　の関係は、Ｆ１　＜Ｆ２　＜Ｆ３　となるよ
うに設定されている。なお、保持部材１１はプッシュナ
ット１２により軸９に対して抜け止めされ、軸９との回
り止め機構（二方取り）により軸９に対しての回転を止
められている。またこの超音波モーターＡは、保持部材
１１を不図示の固定部材に対し、ビス穴１１ａ，１１ｂ
を通して不図示のビスによりビス止めすることにより固
定されることになる。

【００２０】次に超音波モーターＡの動作説明を行なう
。まず、電極板４ａ〜４ｅに交流電圧が印加されると、
圧電素子板３ａ〜３ｅが振動し、振動弾性体１を介して
ローター６が所定方向に回転することになる。なお、回
転方向は、印加する例えば位相の異なる２つの交流電圧
の位相の進みを逆にすることにより行なわれる。

【００２１】ローター６の回転により、ローター６と摩
擦結合している回転出力部材７が回転することになる。 その際、回転出力軸受部材８も回転出力部材７と共に回
転することになるが、前述したように摩擦力のバランス
により、保持部材１１と回転出力軸受部材８との間で摺
動して回転するので、回転出力部材７とローター６との
間はすべらず、ローター６の回転力を回転出力部材７の
ギヤ部７ａにより外部に出力を伝達することができる。 なお、回転出力部材７の回転と共に加圧バネ１０も回転
することになるが、加圧バネ１０はスラスト方向へ加圧
するだけで、加圧バネ１０を介さずに回転を伝達する構
造であるため、回転出力部材７の回転に対して、加圧バ
ネ１０のネジレ、ひずみ、たわみ、ビビリ等を受けずに
回転出力部材７の回転はスムーズに行なわれる。

【００２２】また、回転出力部材７に高負荷が加わった
場合には、ローター６の回転が不安定となったり、ある
いは回転が停止する前に、ローター６が回転出力部材７
に対してすべり出し、ローター６とステータとの間に、
回転出力部材７からの高負荷が伝達されることがない。

【００２３】図２は実施例２を示す。なお、図１に示す
符号と同一の部材には同一の符号を付してその説明は省
略する。１０１はローターで、後端部（摩擦接触部）１
０１ａを振動弾性体１のテーパ部１ａに当接させ加圧バ
ネ１０による加圧により振動弾性体１との間で適切な摩
擦力を得ている。１０２は歯車１０２ａを有する摩擦安
定材料製の回転出力部材で、後端部とローター１０１の
端面との間でフリクション結合している。この歯車１０
２ａは、ローター１０１の回転を外部に伝達するもので
ある。

【００２４】ローター１０１と回転出力部材１０２との
フリクション結合のフリクション力は加圧バネ１０によ
り発生し、その力は振動弾性体１とローター１０１との
摩擦力より小さくなるように（摩擦係数が小さくなるよ
うに）設定されている。すなわち回転出力部材１０２に
外部から回転力を与えても、ローター１０１はステータ
（振動弾性体１）に対する摩擦力が回転出力部材１０２
に対する摩擦力よりも大きいために回転することはなく
、回転出力部材１０２のみが回転することになる。

【００２５】一方、回転出力部材１０２の内径部に樹脂
等の低摩擦部材の回転出力軸受部材１０３を設け、該回
転出力軸受部材１０３はフランジ部１０３ａの端面と回
転出力部材１０２の端面との間でフリクション結合して
いる。該回転出力部材１０２と該回転出力軸受部材１０
３とのフリクション結合のフリクション力は、加圧バネ
１０により発生し、その力はローター１０１と回転出力
部材１０２との摩擦力より小さくなるように設定されて
いる。

【００２６】即ち回転出力軸受部材１０３と回転出力部
材１０２の摩擦力Ｆ１　、回転出力部材１０２とロータ
ー１０１の摩擦力Ｆ２　、ローター１０１と振動弾性体
１との摩擦力Ｆ３　の関係は、Ｆ１　＜Ｆ２　＜Ｆ３　
となるように設定されている。回転出力軸受部材１０３
はピン部１０３ｂ，１０３ｃを設けており、保持部材１
０４の穴１０４ａ，１０４ｂに嵌合することにより、該
回転出力軸受部材１０３を回転方向に対してはロックし
、スラスト方向に対しては自由度を持つように配置して
いる。このことにより、加圧バネ１０で摩擦力Ｆ１　，
Ｆ２　，Ｆ３　を発生させている。尚保持部材１０４は
プッシュナット１２により軸９に対して抜け止めされ、
軸９との回り止め機構（二方取り）により軸９に対して
の回転を止められている。またこの超音波モーターＢは
保持部材１０４を不図示の固定部材に対し、ビス穴１０
４ｃ，１０４ｄを通して不図示のビスにより、ビス止め
することにより固定されることになる。また図１（第１
の実施例）と同様超音波モーターＢの出力は回転出力部
材１０２のギヤ部１０２ａにより外部に伝達される。

【００２７】次に超音波モーターＢの動作説明を行なう
。まず電極板４ａ〜４ｅに交流電圧が印加されると、圧
電素子板３ａ〜３ｅが振動し、振動弾性体１を介してロ
ーター１０１が所定方向に回転することになる（回転方
向は印加する例えば位相の異なる２つの交流電圧の位相
の進みを逆にすることにより行なわれる）。ローター１
０１の回転によりローター１０１と摩擦結合している回
転出力部材１０２が回転することになる。その際前述し
たように摩擦力のバランスにより、回転出力軸受部材１
０３と回転出力部材１０２との間で摺動して回転するの
で回転出力部材１０２とローター１０１との間はすべら
ず、ローター１０１の回転力を回転出力部材１０２のギ
ヤ部１０２ａにより外部に出力を伝達することができる
。尚加圧バネ１０はスラスト方向の加圧をするだけで加
圧バネ１０を介さずに回転を伝達する構造である為、回
転出力部材１０２の回転に対して加圧バネ１０のネジレ
、ひずみ、たわみ、ビビリ等を受けずに回転出力部材１
０２の回転はスムーズに行なわれる。

【００２８】また図１に示す実施例と同様に回転出力部
材１０２に高負荷が加わった場合には、ローター１０１
の回転が不安定となったり、あるいは回転が停止する前
に、ローター１０１の回転出力部材１０２に対してすべ
り出し、ローター１０１とステータとの間に、回転出力
部材１０２からの高負荷が伝達されることがない。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、振
動子と回転部材との摩擦力Ｆ３　と、回転部材と回転出
力部材との摩擦力Ｆ２　と、回転出力部材とモーター軸
受部材をなす支持部材との摩擦力Ｆ１　の各摩擦力関係
をＦ１　＜　　Ｆ２　＜Ｆ３　とし、超音波モーターの
回転メカシーケンス内に加圧バネ等の加圧手段を含めな
い構造、すなわち、加圧バネを介して超音波モーターの
回転部材の回転を回転出力部材に伝えない構造としたこ
とにより、従来のように軸受部にベアリング等の高価な
部品を使用することなく安価なモーターを製造できると
いう効果がある。

【００３０】また出力ギヤ等の回転出力部材に高負荷が
かかっても、ローター等の回転部材の回転が不安定また
は停止する前に、回転部材が回転出力部材に対してすべ
り出すことにより、振動子（ステータ）と回転部材間の
異常摩耗、異音発生を防止することができる。

【００３１】さらに回転部材の回転は加圧部材を介さず
に回転出力部材に伝える構造である為、回転出力部材、
回転部材の回転には、バネひずみ、ヒビリ、たわみ、ネ
ジレ等を生じさせることなくスムーズな回転のモーター
を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による超音波モーターの一実施例を示す
図。

【図２】本発明による超音波モーターの他の実施例を示
す図。

【符号の説明】

Ａ，Ｂ…超音波モーター　　　　　　　　　　　　１…
振動弾性体２…押え体　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　３ａ〜３ｅ…圧電素子板 ４ａ〜４ｅ…電極板　　　　　　　　　　　　　　　　
５…ボルト６，１０１…ローター　　　　　　　　　　
　　　　７，１０２…回転出力部材 ８，１０３…回転出力軸受部材　　　　　　９…軸１０
…加圧バネ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
１１，１０４…保持部材 １２…プッシュナット

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　振動弾性体に電気−機械エネルギー変
   換素子を固定し、該素子への交流電界の印加により該振
   動弾性体に駆動振動を励起させる振動子と、該振動弾性
   体と摩擦接触して回転する回転部材と、該回転部材と摩
   擦接触して回転出力を取り出す回転出力部材と、該回転
   出力部材の回転を保証する支持部材と、該回転出力部材
   に付勢力を付与して該回転出力部材と該回転部材との間
   及び、該回転部材と該振動弾性体との間に摩擦力を付与
   する加圧手段とを備え、該支持部材と該回転出力部材と
   の間の摩擦力（Ｆ１　）、該回転出力部材と該回転部材
   との間の摩擦力（Ｆ２　）、該回転部材と該振動弾性体
   との間の摩擦力（Ｆ３　）を、 Ｆ１　＜Ｆ２　＜Ｆ３ となるようにしたことを特徴とする超音波モーター。
2. 【請求項２】　　請求項１において、支持部材は振動弾
   性体に対して回転可能に保持され、該支持部材と回転出
   力部材との間に加圧手段を設けたことを特徴とする超音
   波モーター。
3. 【請求項３】　　請求項１において、支持部材は振動弾
   性体に対して加圧手段の加圧力作用方向に移動可能に保
   持されると共に、回転方向には回転不能に保持され、該
   加圧手段の加圧力を該支持部材に作用させるように構成
   したことを特徴とする超音波モーター。