JPH072030B2

JPH072030B2 - 超音波モータ

Info

Publication number: JPH072030B2
Application number: JP1184554A
Authority: JP
Inventors: 昭守河島; 信治相良
Original assignee: Mitsubishi Steel Mfg Co Ltd; Fukoku Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Steel Mfg Co Ltd; Fukoku Co Ltd
Priority date: 1989-07-19
Filing date: 1989-07-19
Publication date: 1995-01-11
Anticipated expiration: 2010-01-11
Also published as: JPH0352571A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、超音波モータに関するものである。

従来の技術現在、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１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
面（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6₀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6₁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、ベース２の外周縁に
固着されており、更に、出力軸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、この進行波を皿ばね56を介して出力
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、出力軸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6₀の頂縁部6₁
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6₁₁
及び6₂₁を形成してある。

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6₂₁から受け取り、これを頂縁部6₁に形成された係止
用切り込み6₁₁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、その上から皿ばね６を圧縮付勢す
ることにより圧接させ、皿ばね６の底縁部6₂の係止用切
り込み6₂₁を利用して当て座８に突き差し、バックラッ
シュ（すなわち、伝達機構が有する寸法誤差、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6₀の頂縁部6₁に
おける係止用切り込み6₁₁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、必要とされない。

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6₀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、バッ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6₂₁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
の皿ばね６の本体6₀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を使用するために、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。

発明が解決しようとする課題そこで、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
ばねを開発し、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。

課題を解決するための手段本発明においては、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、この折り返し部に、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、その返り部を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。

実施例以下、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16₀の頂
縁部16₁には、出力軸に係止するための係止用切り込み1
6₁₁を数個、周辺方向に等間隔に形成されており、ま
た、底縁部ないしは外周縁部16₂には、係止用切り欠き
溝16₂₁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16₃を、ある
高さに設けてある（第２及び３図参照）。

また、第４図には、第３図を、その矢印IV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16₂₁には、皿ばね本体16₀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16₂₁を形成する際に、皿ばね16の本体16₀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16₄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16
₂の折り返し部16₃は、大きく反り返す必要な無く、その
外周縁部が、皿ばね16の本体16₀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。

一般的に、皿ばね16の本体16₀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16₂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。しかしながら、本発明による皿ばね16におけるよう
に、その本体16₀の底縁部16₂の近傍において折り返し部
16₃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。

そもそも、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。この場合、ばね定数が大きければ、板厚を薄くして
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16₀の
底縁部16₂に、折り返し部16₃に食い込んで係止用切り欠
き溝16₂₁を設けることにより、折り返し部16₃による外
周における拘束を排除することであり、その切り欠き溝
16₂₁の個数を適切に選択することにより、折り返し部16
₃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。

また、皿ばね本体16₀の底縁部16₂に形成される切り込み
溝16₂₁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個から始めて現れるようになる。一
方、６個から12個までの切り欠き溝16₂₁の個数は、ばね
定数を制御する際の適切な個数であるが、しかしなが
ら、切り欠き溝16₂₁の個数が多過ぎると、例えば、切り
欠き溝16₂₁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−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
₀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図について説明す
る。

この実施例においては、皿ばね16の本体16₀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15₀と、皿ばね16の本体16₀の底縁部
16₂との接触面に、皿ばね16の本体16₀の底縁部16₂に設
けられた係止用切り欠き溝16₂₁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15₁の基部の直
径D₀は、皿ばね16の本体16₀に形成された切り欠き溝16
₂₁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16の本体16₀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15₀に
形成される突起部15₁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16₀の
底縁部16₂に形成された折り返し部16₃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16₂₁
を形成された回転体15の本体15₀及び皿ばね16の本体16₀
を組み立てる場合には、各突起部15₁を対応する各切り
欠き溝16₂₁に合わせた後、皿ばね16に圧縮付勢を掛けて
行くと、皿ばね16の切り欠き溝16₂₁の返り部16₄は、回
転体15の本体15₀に、その突起部15₁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16₀に形成された切
り欠き溝16₂₁の返り部16₄も微少量だけ半径方向外方向
に移動をするだけでは無く、突起部15₁の高さが低く、
また、その直径D₀も小さいので、皿ばね16の底縁部16₂
の係止用切り欠き溝16₂₁の奥壁面に接触し、皿ばね16の
荷重特性を損なわせるようなことは無い。

発明の効果本発明は、上記のような構成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ねとの接
触面に食い込むことにより係止し、従って、バックラッ
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、バックラッシュなどが、全く発生しないこ
と部品点数が１点減少し、また、回転体への当て座の焼
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１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
III-III線による切断正面図、第４図は、第３図の矢印I
V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ねを示す部分平面図、第８図
は、その縦断面図である。 15……回転体、15₁……突起部、16……皿ばね、16₁……
頂縁部、16₂……底縁部、16₂₁……掛止用切り欠き溝、1
6₃……折り返し部、16₄……返り部。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項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、この折り返し部に、
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。
【請求項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。