JPH11206157A - 超音波モータおよび超音波モータ付き電子機器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 装置構成全体の公差を減少させ、装置構成の
小型化を図るとともに、装置構成全体の公差に対しても
一定のトルクを発生させる。 【解決手段】 ロータ体２３を支持軸１３に支持させた
状態で、圧電素子２１の励振に基づいて屈曲振動する振
動体２２により前記ロータ体２３を回動させる超音波モ
ータにおいて、前記ロータ体２３に荷重安定領域の変位
で一定の押圧力を加える皿状弾性部材２６を前記ロータ
体２３から突出する前記支持軸１３の突出部１３ａに設
けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、時計、カメラのオ
ートフォーカス、ブラインドの開閉、X−Yステージ等の
駆動に用いられ、振動体とロータ体を押圧する方式の超
音波モータに係り、特に、支持軸に固定した皿状弾性部
材もしくは板状弾性部材を用いて振動体とロータ体を押
圧する超音波モータ及び超音波モータ付き電子機器の改
良に関する。

【０００２】

【従来の技術】近時、圧電素子に接合した振動体に進行
波を発生させ、振動体を所定の押圧力でロータ体に圧接
し、ロータ体を可動させる超音波モータが注目されてい
る（例えば、特公昭６２−９２７８１号公報参照）。ま
た、回転運動方式の超音波モータは、図１２、１３に示
すように、超音波装置を支持する支持板１０１と、支持
板１０１の上に配置された圧電素子リード１０２と、支
持板１０１に固定された中心軸１０３と、中心軸１０３
に固定された振動体１０４と、振動体１０４の下面に接
合された圧電素子１０５と、振動体１０４の突起１０４
ａに当接されたロータ１０６と、ロータ１０６と中心軸
１０３の間に設けられたブシュ１０７と、ロータ１０６
の外側に設けられた重錘１０８と、ロータ１０６の回転
中心に固定されたピボット１０９と、ピボット１０９に
押圧付勢される板状の押えばね１１１と、押えばね１１
１を保持する押えばね座１１２と、押えばね座１１２と
押えばね１１１を固定する止めねじ１１３から構成され
ている（例えば、特開平８−１０７６８６号公報参
照）。

【０００３】これによれば、圧電素子１０５に励振信号
が入力されると、圧電素子１０５は励振して振動体１０
４に屈曲振動波を生じさせ、振動体１０４上の突起１０
４ａを周期的にロータ１０６に当接させる。ここで、押
さえばね１１１はピボット１０９に押圧付勢して、ロー
タ１０６と突起１０４ａの圧接部に摩擦力を生じさせ
る。そして、この摩擦力により、ロータ１０６は所定の
方向へ回転運動する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、押さえ
ばね座１１２、中心軸１０３、振動体１０４、ロータ１
０５の公差が積み重なると、押さえばね１１１の変位量
が変化し、適正な範囲からはずれてしまい、押圧力は過
剰もしくは不足し、超音波モータに適正なトルクが発生
しないという問題を有する。

【０００５】加えて、上記板状の押さえばね１１１の押
圧力は、変位量に対して比例するため、適正な押圧力を
示す変位量の範囲は狭い。また、板状の押さえばね１１
１では、ロータ１０６から離れた位置に固定用の押さえ
ばね座１１２を必要とするため、超音波モータのサイズ
が大きくなってしまう。

【０００６】本発明の目的は、以上の課題を鑑み、装置
構成全体の公差を減少させ、装置構成の小型化を図ると
ともに、装置構成全体の公差に対しても一定のトルクを
発生させる超音波モータ、および超音波モータ付き電子
機器を提供する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】まず、本発明に用いる皿
状弾性部材の特性について説明する。図１は、皿ばねと
コイルばねについて変位量と荷重の関係を比較したグラ
フである。即ち、皿ばねの場合、当初、弾性変形の変位
が増加するにつれて荷重も直線的に増加するものの、あ
る変位を越えると荷重が一定になる荷重安定領域が存在
する。これを利用すれば、荷重安定領域では、変位を変
化させても、一定の押圧力を加えることができる。一
方、コイルばねの場合、変位が増加するにつれて荷重も
直線的に増加し、荷重安定領域は存在しない。

【０００８】即ち、本発明は、請求項１に記載するよう
に、ロータ体を支持軸に支持させた状態で、圧電素子の
励振に基づいて屈曲振動する振動体により前記ロータ体
を回動させる超音波モータにおいて、前記ロータ体に荷
重安定領域の変位で一定の押圧力を加える皿状弾性部材
を前記ロータ体から突出する前記支持軸の突出部に設け
たことを特徴とする。

【０００９】これによれば、圧電素子が励振されると、
圧電素子の励振に基づいて振動体に屈曲振動波が生じ、
振動体はロータ体に周期的に当接する。皿状弾性部材
は、荷重安定領域の変位でロータ体に一定の押圧力を加
え、該押圧力は振動体とロータ体とを圧接させて一定の
摩擦力を生じさせ、該摩擦力はロータ体を一定速度で回
動させる。したがって、振動体、ロータ体、支持軸の公
差が積算され、皿状弾性部材の変位が変化しても、ロー
タ体の回動速度、超音波モータのトルクは一定に保たれ
る。

【００１０】また、皿状弾性部材を支持軸の突出部に設
け、支持軸以外に据え付け用の他の部材を必要としない
ようにしたので、装置構成の公差を減少させるとともに
装置全体の小型化が図られる。また、請求項２に記載す
るように、請求項１記載の超音波モータにおいて、前記
皿状弾性部材の中心部に中心孔を設け、前記中心孔に前
記支持軸の突出部を挿通させた状態で、前記中心孔の周
縁部で前記ロータ体に押圧力を加え、さらに、前記皿状
弾性部材の外縁部を支持し、前記支持軸の突出部に固定
される外縁部支持部材を備えたことを特徴とする。

【００１１】これによれば、皿状弾性部材の中心孔の周
縁部によりロータ体に一定の押圧力を加える。また、外
縁部支持部材は、皿状弾性部材の外縁部を支持し、支持
軸の突出部に固定するので、他の場所に皿状弾性部材据
え付け用の他の部材を必要としない。また、請求項３に
記載するように、請求項２記載の超音波モータにおい
て、前記外縁部支持部材は前記支持軸の突出部に係止さ
れる係止部を有することを特徴とする。

【００１２】これによれば、部品点数を減少させること
により、装置構成を簡素化するとともに、装置構成の公
差をさらに減少させる。また、請求項４に記載するよう
に、請求項１記載の超音波モータにおいて、前記皿状弾
性部材の外縁部を前記ロータ体に直接圧接させ、さら
に、前記支持軸の突出部に回動自在に支持されるととも
に、前記皿状弾性部材の中心部に設けた中心孔の周縁部
を支持する鍔部を有する転がり軸受部材を備えたこと特
徴とする。

【００１３】これによれば、皿状弾性部材の外縁部はロ
ータ体に一定の押圧力を加える。また、転がり軸受部材
は、鍔部で皿状弾性部材の中心孔の周縁部を支持し、支
持軸と離れた場所に皿状弾性部材の据えつけ用の部材を
必要としない。また、支持軸の周りを回動するので、皿
状弾性部材をロータ体と一体に回動させ、ロータ体の可
動を妨げない。

【００１４】また、請求項５に記載するように、請求項
１記載の超音波モータにおいて、前記皿状弾性部材の中
心部に設けた中心孔の周縁部を前記支持軸の突出部に固
定し、さらに、前記皿状弾性部材の外縁部を圧接させる
とともに、前記ロータ体の内周面に設けられた転がり軸
受の静止した内輪に押圧力を伝達する押圧力伝達部材を
備えたことを特徴とするこれによれば、皿状弾性部材の
外縁部は押圧力伝達部材を押圧し、該押圧力は転がり軸
受の内輪を介してロータ体へ伝達され、ロータ体の可動
は妨げられない。

【００１５】また、皿状弾性部材の中心部に設けた中心
孔の周縁部を前記支持軸の突出部に固定するので、支持
軸から離れた場所に他の据え付け用部材を必要としな
い。また、請求項６に記載するように、請求項１記載の
超音波モータにおいて、前記皿状弾性部材の中心部に設
けた中心孔の周縁部を前記支持軸の突出部に固定し、さ
らに、前記皿状弾性部材の外縁部の押圧力を伝達すると
ともに、前記ロータ体に回動自在に当接する転がり軸受
伝達部材を備えたことを特徴とする。

【００１６】これによれば、転がり軸受伝達部材によ
り、押圧力をロータ体に伝達するとともに、前記ロータ
体上で自在に回転するので、ロータ体の可動を妨げな
い。また、皿状弾性部材の中心部に設けた中心孔の周縁
部を前記支持軸の突出部に固定するので、支持軸から離
れた場所に他の据え付け用部材を必要としない。また、
請求項７に記載するように、請求項１から請求項６の何
れかに記載の超音波モータにおいて、前記皿状弾性部材
は中心部に中心孔を設けた円錐形状であることを特徴と
する。

【００１７】これによれば、優れた荷重安定領域が得ら
れる。また、請求項８に記載するように、請求項１から
請求項６の何れかに記載の超音波モータにおいて、前記
皿状弾性部材は中心部に中心孔を設けた円錐形状であっ
て、外縁部もしくは中心孔の周縁部の少なくとも一方に
鍔を設けたことを特徴とする。

【００１８】これによれば、ロータ体の押圧もしくは皿
状弾性部材の支持が確実に行われる。また、請求項９に
記載するように、請求項１から請求項６の何れかに記載
の超音波モータにおいて、前記皿状弾性部材は中心部に
中心孔を設けた円錐形状であって、前記円錐面に剛性を
下げる窓孔を設けたことを特徴とする。

【００１９】これによれば、荷重の小さい荷重安定領域
が調整される。また、請求項１０に記載するように、ロ
ータ体を支持軸に支持させた状態で、圧電素子の励振に
基づいて屈曲振動する振動体により前記ロータ体を回動
させる超音波モータにおいて、前記ロータ体に変位に比
例した押圧力を加える板状弾性部材を前記ロータ体から
突出する前記支持軸の突出部に設けたことを特徴とす
る。

【００２０】これによれば、圧電素子が励振されると、
圧電素子の励振に基づいて振動体に屈曲振動波が生じ、
振動体はロータ体に周期的に当接する。板状弾性部材
は、変位に比例した押圧力をロータ体に加えて、ロータ
体と振動体とを圧接して摩擦力を生じさせ、該摩擦力に
よりロータ体を回動させる。また、板状弾性部材を支持
軸の突出部に設けることで、支持軸から離れた場所に他
の据え付け用部材を必要としない。したがって、装置構
成の公差が減少されるとともに、装置構成の小型化が図
られる。

【００２１】また、請求項１１に記載するように、請求
項１０記載の超音波モータにおいて、前記板状弾性部材
は、円環状であることを特徴とする。これによれば、優
れた弾性性能が得られる。また、請求項１２に記載する
ように、請求項１０記載の超音波モータにおいて、前記
板状弾性部材は、円環状であるとともに、前記円環面に
剛性を下げる窓孔を設けたことを特徴とする。

【００２２】これによれば、小さい荷重の領域で優れた
性能が得られる。また、請求項１３に記載するように、
超音波モータ付き電子機器において、請求項１から請求
項１２の何れかに記載の超音波モータを備えたことを特
徴とする。これによれば、本発明を適用した超音波モー
タ付き電子機器が実現される。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、図２〜図１０を参照して本
発明に係わるの実施の形態を詳細に説明する。 ｛実施の形態１｝図２は、本発明を超音波モータに適用
した実施の形態１の断面図を示し、図３は、皿ばね２６
の斜方方向の構造およびその変形例を示す図である。

【００２４】本実施の形態は、超音波モータを支持する
支持板１１と、支持板１１上に配置された圧電素子リー
ド１２と、支持板１１に固定する本発明の支持軸として
の中心軸１３と、圧電素子リード１２に接続された圧電
素子２１と、圧電素子２１に接合された振動体２２と、
振動体２２の上方に突出する突起２２ａと、振動体２２
上の突起２２ａに圧接される本発明のロータ体としての
ロータ２３と、ロータ２３の内周面に設けられた転がり
軸受２４と、転がり軸受２４の上面に設置されたスペー
サ２５と、スペーサ２５の上面に圧接する本発明の皿状
弾性部材としての皿ばね２６と、皿ばね２６の外縁部２
６ａに当接するとともに中心軸の上面に止め具２８によ
り固定された外縁部支持部材２７から構成されている。

【００２５】ここで、中心軸１３は、剛性材料からなる
略柱状体であり、ロータ２３の上方へ突出する突出部１
３ａを有する。そして、振動体２２を固定支持し、ロー
タ２３を回動自在に支持し、皿ばね２６を突出部１３ａ
を利用して据え付ける。圧電素子２１は、略円盤状に成
形され、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、ニオブ酸リチ
ウム、タンタル酸リチウム等で作製されている。また、
周方向へ扇形状に１２等分に分割され、隣り合った２個
の分割部を１組の分極処理部として、６組の分極処理部
を設ける。分極処理は、各組の分極処理部の分割部が交
互に分極処理の方向を反対となるように施す。ここで、
分極処理の方向は、正方向として、振動体２２との接合
面に向かって正の電界を印加し、逆方向として振動体２
２と接合面に向かって負の電界を印加した。

【００２６】圧電素子１１の非接合面には、各分割部に
対応した略扇形状の電極パターンをＣＶＤ等の手段で形
成し、分極処理部を一つ置きに短絡している。そして、
一方の電極パターンは圧電素子リード１２に接続された
第１リード線１２ａに結線し、他方の電極パターンは第
２リード線１２ｂに結線されている。また、振動体２２
との接合面には、全面電極が形成されている。そして、
一方の電極パターンと他方の電極パターンを９０゜位相
の異なる励振信号を入力し、それぞれの電極パターンを
９０゜位相ををずらして励振させ、振動体２２の周方向
に進行波を発生させる。

【００２７】なお、定在波方式を用いる場合、突起２２
ａを分割部の境界について１つおきに配置する。そし
て、正方向へ駆動させるときは、一方の電極パターンに
励振信号を入力して励振させ、振動体２２に定在波を発
生させる。また、逆方向へ駆動させるときは、他方の電
極パターンに同位相の励振信号を入力して励振させ、ロ
ータ２２に前記定在波と９０゜位相の異なる定在波を発
生させる。

【００２８】振動体２２は、圧電素子１１に対応した円
盤状であり、その材質は例えばアルミ合金、ステンレ
ス、黄銅等の弾性材料からなる。また、圧電素子１１の
分割部の境界に対応する位置に等間隔で、柱状の突起２
２ａを設けている。ロータ２３は、円盤状であり、その
中心部は中心軸１３を挿通させる挿通孔を設けている。
そして、突起２２ａから摩擦力を加えられて所定の方向
へ回転される。

【００２９】転がり軸受２４は、中心軸１３の周面に固
定され断面凹状に成形した円環状の内輪２４ａと、ロー
タ２３の内周面に固定され断面凹状に成形した円環状の
外輪２４ｂと、内輪と外輪の凹状部に組み込まれた複数
の球状体２４ｃからなる。そして、ロータ２３が所定の
方向へ回転すると、内輪２４ａは静止した状態で、球状
体２４ｃはその場で回転し、外輪２４ｂはロータ２３と
供に回転する。

【００３０】スペーサ２５は剛性の柱状体であり、転が
り軸受２４の静止する内輪２４ａの上面に配置されて、
皿ばね２６の押圧力をロータ２３に伝達する。皿ばね２
６は、図３（ａ）に示すように、外縁部２６ａに向かっ
て広がる円錐形状であり、中心部には円状の中心孔２６
ｂを形成している。また、この材料としては、ばね特性
を示す例えば、鋼、ステンレス、ベリリウム銅、リン青
銅である。この作り方としては、上記材料を用いた扇形
状の薄板の両縁部を溶接、接着剤等の手段で固定して円
錐状とし、円錐形の中心部を切削して中心孔２６ｂを形
成する。そして、前述したような荷重安定領域内で変位
させて使用し、一定の押圧力をロータ２３に加える。

【００３１】また、皿ばね２６には、図３（ｂ）に示す
ように、円錐面に矩形状の複数の窓孔２６ｃを設けても
よい。これによれば、剛性を低下させ、荷重安定領域を
低荷重に調整する。なお、窓孔２６ｃは単数設けてもよ
いし複数設けてもよく、窓孔２６ｃの形状は、円状、楕
円状、三角状、多角形状、その他の形状にいずれでもよ
い。

【００３２】また、図３（ｃ）に示すように、皿ばね２
６の外縁部２６ａおよび中心孔２６ｂの周縁部に、一定
の幅を有した環状の鍔２６ｄ，２６ｅを設けてもよい。
これによれば、外縁部支持部材２７およびスペーサ２５
との接触面積を増加させて確実な支持、押圧を行う。な
お、上記鍔は皿ばね２６の外縁部２６ａもしくは中心孔
２６ｂの周縁部の何れか一方に設けてもよい。

【００３３】外縁部支持部材２７は、剛性材料を用いて
作製し、円盤状の本体２７ａと、円盤状の本体２７ａの
外縁部に皿ばね２６へ向かって垂直に突出する円環状の
突出部２７ｂからなり、円盤状の本体２７ａの中心部に
は、止め具２８を挿通させる止め具孔２７ｃを形成す
る。そして、外縁部支持部材２７の突出部２７ｂに変位
させた皿ばね２６の外縁部２６ａを当接させて支持す
る。

【００３４】止め具２８は、例えば、断面Ｔ字状のねじ
であり、外縁部支持部材２７の止め具孔２７ｃに挿通し
て、中心軸１３に形成されたねじ溝に係止し、外縁部支
持部材２７をねじ止めして固定する。以上の構成によれ
ば、皿ばね２６の中心孔２６ｂに中心軸１３の突出部１
３ａを挿通させ、変位させた状態の皿ばね２６の外縁部
２６ａを外縁部支持部材２７の突出部２７ｂに支持し、
外縁部支持部材２７の止め具孔２７ｃに止め具２８を挿
通させて中心軸突出部１３ａの上端に固定する。したが
って、皿ばね２６を中心軸１３の突出部１３ａを利用し
て支持することになる。

【００３５】次に、図２に基づいて、超音波モータの動
作について説明する。先ず、圧電素子２１の一方の電極
パターンと他方の電極パターンに９０゜位相の異なる励
振信号を入力すると、各電極パターンはそれぞれ９０゜
位相の異なる励振を行う。圧電素子２１に接合する振動
体２２は、屈曲振動して進行波を生じ、振動体２２に一
体に設けられた突起２２ａは、楕円運動を行う。この楕
円運動を行う突起は、楕円運動の縦方向について原点位
置から頂点位置にいたるまでの間にロータ２３に当接す
る。

【００３６】一方、荷重安定領域の範囲で変位した皿ば
ね２６の中心孔２６ｂの周縁部は、スペーサ２５に押圧
力を加え、この押圧力はスペーサ２５を介して転がり軸
受２４の静止する内輪２４ａに伝達される。転がり軸受
２４は下方への押圧力をロータ２３に伝え、ロータ２３
は原点位置から頂点位置にある突起２２ａに圧接され
る。この圧接により、ロータ２３は周方向へ摩擦力を加
えられ、所定の方向へ回転される。

【００３７】このとき、皿ばね２６の変位量が荷重安定
領域の範囲で変化した場合、押圧力は変化せず一定に保
たれ、ロータ２３に一定の摩擦力が加えられ、ロータ２
３は一定の速度で回転される。以上より、本実施の形態
によれば、皿ばね２６を用いて、荷重安定領域の範囲で
変位量が変化した場合、押圧力を一定に保つようにした
ので、振動体２２、ロータ２３、中心軸１３等の公差が
積算されたとしても、超音波モータの回転数およびトル
クは一定に保たれる。

【００３８】また、皿ばね２６の中心孔２６ｂを中心軸
１３の突出部１３ａに挿通させ、皿ばね２６を変位させ
た状態で中心軸１３の突出部１３ａを利用して支持、固
定するようにしたので、中心軸１３から離反した場所に
据え付け用の他の部材を必要せず、装置全体の公差が減
少されるとともに装置全体の小型化が図られる。また、
皿ばね２６の中心孔２６ｂの周縁部は、転がり軸受２４
の静止する内輪２４ａを押圧するようにしたので、皿ば
ね２６の磨耗が防止され、ロータ２３の回転も妨げられ
ない。

【００３９】図４は、実施の形態１の変形の形態に係わ
る断面構造を示す図である。変形の形態例は、実施の形
態１と略同様の構成であり、外縁部支持部材２７と止め
具２８を一体に備えた一体型外縁部支持部材２９を設け
た点に特徴を有する。一体型外縁部支持部材２９は、断
面Ｔ字状であり、本発明の係止部としてのＴ字状の突出
部２９ａにねじが切られており、この突出部２９ａのね
じと中心軸１３の突出部１３ａに形成したねじ溝を係止
して、一体型外縁部支持部材２９を中心軸１３に固定す
る。

【００４０】これによれば、部品点数を少なくすること
になり、装置構成の簡素化が図られるとともに装置全体
の公差が減少される。 ｛実施の形態２｝図５は、本発明を超音波モータに適用
した実施の形態２の断面構造を示す図である。

【００４１】本実施の形態は、実施の形態１と略同様の
構成であり、皿ばね２６の外縁部２６ａをロータ２３の
上面に直接当接させ、さらに、皿ばね２６の中心孔２６
ｂの周縁部を支持するとともに、中心軸１３の突出部１
３ａ上端に固定された本発明の転がり軸受部材としての
例えばフランジ付き転がり軸受３１と、フランジ付き転
がり軸受け３１を上方から止める止め具３２とを備えた
点を特徴とする。

【００４２】ここで、フランジ付き転がり軸受３１は、
断面凹状に成形した円環状の内輪３１ａと、断面凹状で
円環状の外輪３１ｂと、内輪３１ａと外輪３１ｂの凹状
部に組み込まれた複数の球状体３１ｃからなる。さら
に、外輪３１ｂの外周面に円環状の鍔部３１ｄを設け、
皿ばね２６の中心孔２６ｂの周縁部を支持する。そし
て、内輪２４ａは静止した状態で、球状体２４ｃはその
場で回転し、外輪２４ｂは皿ばね２６とともに回転す
る。

【００４３】次に、この超音波モータの動作を説明す
る。振動体２２の突起２２ａが周期的にロータ２３に圧
接し、ロータ２３は周方向へ摩擦力を加えられ、中心軸
１３の回りを所定の方向へ回転される。このとき、皿ば
ね２６は、外縁部２６ａでロータ２３を一定の力で押圧
し、また、ロータ２３およびフランジ付き転がり軸受３
１の外輪３１ｂとともに中心軸１３の回りを回転する。

【００４４】したがって、実施の形態１と同様の効果が
得られるのはもちろんのこと、皿ばね２６は、ロータ２
３とともに回転するようにしたので、ロータ２３の回転
を妨げず、皿ばね２６、ロータ２３の磨耗は防止され
る。 ｛実施の形態３｝図６は、本発明を超音波モータに適用
した実施の形態３の断面構造を示す図である。

【００４５】本実施の形態は、実施の形態１と略同様の
構成であり、皿ばね２６の中心孔２６ｂを中心軸１３の
上端面に配して、上方から止め具３５で押さえて支持す
る。一方、皿ばね２６の外縁部２６ａを当接する押圧力
伝達部材３４を中心軸１３に挿通自在に設け、さらに、
押圧力伝達部材３４と転がり軸受２４の内輪２４ａの間
にスペーサ３３を配した点に特徴を有する。

【００４６】ここで、押圧力伝達部材３４は、円盤状で
あり、中心部に中心軸１３を挿通自在とする円形の挿通
孔３４ａを設ける。そして、皿ばね２６の押圧力をスペ
ーサ３３に伝達する。これによれば、皿ばね２６の外縁
部２６ａは押圧力伝達部材３４の端部を押圧し、この押
圧力は、押圧力伝達部材３４の挿通孔３４ａの周縁部に
よりスペーサ３３に伝達され、転がり軸受２４の静止す
る内輪２４ａを介してロータ２３に伝達される。

【００４７】したがって、本実施の形態によっても、実
施の形態１と同様な効果が得られるのはもちろんのこ
と、ロータ２３の回転を妨げずにロータ２３に押圧力が
伝達される。 ｛実施の形態４｝図７は本発明を超音波モータに適用し
た実施の形態４の断面構造を示す図である。

【００４８】本実施の形態は、実施の形態１と略同様の
構成であり、皿ばね２６の中心孔２６ｂ周縁部を中心軸
１３の上端面に配して、上方から止め具３５で押さえて
支持しする一方、皿ばね２６の外縁部２６ａを当接する
支持部材３６を中心軸１３に挿通自在に設け、支持部材
３６の下方の突出部に内接する転がり軸受伝達部材３７
を設けた点を特徴とする。

【００４９】ここで、転がり軸受伝達部３７は、支持部
材３６に固定された断面凹状で環状の内輪３７ａと、内
輪３７ａに対向する断面凹状で環状の外輪３７ｂと、外
輪３７ｂと内輪３７ａとの間に組み込まれた複数の球状
体３７ｃから構成されている。そして、球状体３７は、
ロータ２３の回転に伴い、その場で回転する、これによ
れば、皿ばね２６の外縁部２６ａは支持部材３６を押圧
し、この押圧力は、支持部材３６、転がり軸受３７の球
状体３７ｃを介して、ロータ２３に伝達される。また、
球状体３７ｃはその場で回転するのでロータ２３の回転
を妨げない。

【００５０】したがって、本実施の形態によっても、実
施の形態１と同様な効果が得られるのはもちろんのこ
と、ロータ２３の回転は妨げられない。 ｛実施の形態５｝図８は本発明を超音波モータに適用し
た実施の形態４の断面構造を示す図であり、図９は円盤
ばね３９の斜視方向からの構造を示す。

【００５１】本実施の形態は、本実施の形態１と略同様
の構成であり、皿ばね２６の代わりに本発明の板状弾性
部材としての円盤ばね３９を用い、円盤ばね３９の外縁
部３９ａを外縁部支持部材２７で支持し、変位させた状
態で中心孔３９ｂの周縁部をスペーサ４１で支持した点
を特徴とする。ここで、円盤ばね３９は、図９（ａ）に
示すように、円盤形の中心に中心孔３９ｂを設けた円環
状であり、材料としては、ばね特性を示す例えば、鉄、
ステンレス、ベリリウム銅、リン青銅である。また、こ
の弾性特性は、コイルばねと同様に変位に比例したリニ
アな特性を示す。

【００５２】また、円盤状ばね３９は、図９（ｂ）に示
すように、低荷重での変位に対応させるため、円周面に
複数の円弧状の窓孔３９ｃを設けて剛性を低下させても
よい。窓孔３９ｃの形状は、矩形状、円状、楕円状、三
角状、多角形状、その他の形状にいずれでもよい。以上
の構成によれば、円盤ばね３９の中心孔３９ｂに中心軸
１３の突出部１３ａを挿通させ、円盤ばね３９を変位さ
せた状態で外縁部３９ａを外縁部支持部材２７で支持す
るとともに、外縁部支持部材２７の挿通孔２７ｃに止め
具２８を挿通させ中心軸突出部１３ａの上端に固定する
ようにしたので、円盤ばね３９の支持に別の場所に据え
付け用の他の部材を必要としない。

【００５３】次に、この超音波モータの動作について説
明する。先ず、圧電素子２１の一方の電極パターンと他
方の電極パターンに９０゜位相の異なる励振信号を入力
すると、各電極パターンはそれぞれ９０゜位相の異なる
励振を行う。圧電素子２１に接合する振動体２２は、屈
曲振動して進行波を生じ、振動体２２に一体に設けられ
た突起２２ａは、楕円運動を行う。この楕円運動を行う
突起は、楕円運動の縦方向について原点位置から頂点位
置にいたるまでの間にロータ２３に当接する。

【００５４】一方、円盤ばね３９の中心孔３９ｂの周縁
部は、スペーサ４１に押圧力を加え、この押圧力はスペ
ーサ４１を介して転がり軸受２４の静止する内輪２４ａ
に伝達される。転がり軸受２４は下方への押圧力をロー
タ２３に伝え、ロータ２３は原点位置から頂点位置にあ
る突起２２ａに圧接される。この圧接により、ロータ２
３は周方向へ摩擦力を加えられ、所定の方向へ回転され
る。

【００５５】以上より、本実施の形態によれば、中心軸
１３の突出部１３ａを利用することで、別の場所に円盤
ばね３９据え付け用の他の部材を必要としないようにし
たので、装置全体の公差を減少させるとともに装置全体
の小型化が図られる。 ｛実施の形態６｝図１０は、本超音波モータを適用した
超音波モータ付き電子機器のブロック図を示す。

【００５６】本電子機器は、振動体５１と、振動体５１
により可動される移動体５２と、移動体５２と振動体５
１とを加圧する加圧機構５３と、移動体５２と連動して
可動する伝達機構５４と、伝達機構５４の動作に基づい
て運動する出力機構５５を備えることにより実現する。
ここで、超音波モータ付電子機器としては、例えば、電
子時計、計測器、カメラ、プリンタ、印刷機、工作機
械、ロボット、移動装置に適用される。

【００５７】伝達機構５４には、例えば、歯車、摩擦車
等の伝達車を用いる。出力機構５５には、例えば、カメ
ラにおいてはシャッタ駆動機構、レンズ駆動機構を、電
子時計においては指針駆動機構、カレンダ駆動機構を、
工作機械においては刃具送り機構、加工部材送り機構等
を用いる。また、移動体５２に出力軸を取り付け、出力
軸からトルクを伝達する動力伝達機構を有する構成にす
れば、超音波モータ自体で駆動機構が実現される。

【００５８】

【発明の効果】以上より、本発明によれば、皿状弾性部
材および板状弾性部材を支持軸の突出部に設け、支持軸
以外の場所に据え付け用の他の部材を必要としないよう
にしたので、装置構成全体の公差が減少されるとともに
装置全体の小型化が図られる。また、皿状弾性部材は、
荷重安定領域の変位でロータ体に一定の押圧力を加え、
ロータ体に一定の摩擦力を加えて一定速度で回動するよ
うにしたので、振動体、ロータ体、支持軸の公差が積算
され、皿状弾性部材の変位量が変化しても、超音波モー
タのトルクは一定に保たれる。

【図面の簡単な説明】

【図１】皿ばねとコイルばねについて変位量と荷重の関
係を比較したグラフである。

【図２】本発明を超音波モータに適用した実施の形態１
の断面構造を示す説明図である。

【図３】（ａ）は図２に係わる皿ばねの斜方方向の構造
を示し、（ｂ）、（ｃ）はその変形例を示す説明図であ
る。

【図４】図２に係わる変形の形態に係わる断面構造を示
す説明図である。

【図５】本発明を超音波モータに適用した実施の形態２
の断面構造を示す説明図である。

【図６】本発明を超音波モータに適用した実施の形態３
の断面構造を示す説明図である。

【図７】本発明を超音波モータに適用した実施の形態４
の断面構造を示す説明図である。

【図８】本発明を超音波モータに適用した実施の形態５
の断面構造を示す説明図である。

【図９】（ａ）は図８に係わる円盤ばねの斜視方向の構
造を示し、（ｂ）はその変形例を示す説明図である。

【図１０】本超音波モータを適用した超音波モータ付き
電子機器のブロックを示す説明図である。

【図１１】従来技術に係わる超音波モータの断面構造を
示す説明図である。

【図１２】図１１に係わる斜視方向の分解構造を示す説
明図である。

【符号の説明】

１１ 支持板 １２ 圧電素子リード １３ 中心軸（支持軸） １３ａ 突出部 ２１ 圧電素子 ２２ 振動体 ２２ａ 突起 ２３ ロータ（ロータ体） ２４ 転がり軸受 ２５ スペーサ ２６ 皿ばね（皿状弾性部材） ２６ａ 外縁部 ２６ｂ 中心孔 ２７ 外縁部支持部材 ２８ 止め具 ２９ 一体型外縁部支持部材 ３１ フランジ付き転がり軸受 ３２ 止め具 ３３ スペーサ ３４ 押圧力伝達部材 ３５ 止め具 ３６ 支持部材 ３７ 転がり軸受伝達部材 ３９ 円盤ばね（板状弾性部材）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 賢二 千葉県千葉市美浜区中瀬１丁目８番地 セ イコーインスツルメンツ株式会社内 (72)発明者 山中 崇史 千葉県千葉市美浜区中瀬１丁目８番地 セ イコーインスツルメンツ株式会社内

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロータ体を支持軸に支持させた状態で、
   圧電素子の励振に基づいて屈曲振動する振動体により前
   記ロータ体を回動させる超音波モータにおいて、 前記ロータ体に荷重安定領域の変位で一定の押圧力を加
   える皿状弾性部材を前記ロータ体から突出する前記支持
   軸の突出部に設けたことを特徴とする超音波モータ。
2. 【請求項２】 前記皿状弾性部材の中心部に中心孔を設
   け、前記中心孔に前記支持軸の突出部を挿通させた状態
   で、前記中心孔の周縁部で前記ロータ体に押圧力を加
   え、さらに、前記皿状弾性部材の外縁部を支持し、前記
   支持軸の突出部に固定される外縁部支持部材を備えたこ
   とを特徴とする請求項１記載の超音波モータ。
3. 【請求項３】 前記外縁部支持部材は前記支持軸の突出
   部に係止される係止部を有することを特徴とする請求項
   ２記載の超音波モータ。
4. 【請求項４】 前記皿状弾性部材の外縁部を前記ロータ
   体に直接圧接させ、さらに、前記支持軸の突出部に回動
   自在に支持されるとともに、前記皿状弾性部材の中心部
   に設けた中心孔の周縁部を支持する鍔部を有する転がり
   軸受部材を備えたこと特徴とする請求項１記載の超音波
   モータ。
5. 【請求項５】 前記皿状弾性部材の中心部に設けた中心
   孔の周縁部を前記支持軸の突出部に固定し、さらに、前
   記皿状弾性部材の外縁部を圧接させるとともに、前記ロ
   ータ体の内周面に設けられた転がり軸受の静止した内輪
   に押圧力を伝達する押圧力伝達部材を備えたことを特徴
   とする請求項１記載の超音波モータ。
6. 【請求項６】 前記皿状弾性部材の中心部に設けた中心
   孔の周縁部を前記支持軸の突出部に固定し、さらに、前
   記皿状弾性部材の外縁部の押圧力を伝達するとともに、
   前記ロータ体に回動自在に当接する転がり軸受伝達部材
   を備えたことを特徴とする請求項１記載の超音波モー
   タ。
7. 【請求項７】 前記皿状弾性部材は中心部に中心孔を設
   けた円錐形状であることを特徴とする請求項１から請求
   項６の何れかに記載の超音波モータ。
8. 【請求項８】 前記皿状弾性部材は中心部に中心孔を設
   けた円錐形状であって、外縁部もしくは中心孔の周縁部
   の少なくとも一方に鍔を設けたことを特徴とする請求項
   １から請求項６の何れかに記載の超音波モータ。
9. 【請求項９】 前記皿状弾性部材は中心部に中心孔を設
   けた円錐形状であって、前記円錐面に剛性を下げる窓孔
   を設けたことを特徴とする請求項１から請求項６の何れ
   かに記載の超音波モータ。
10. 【請求項１０】 ロータ体を支持軸に支持させた状態
    で、圧電素子の励振に基づいて屈曲振動する振動体によ
    り前記ロータ体を回動させる超音波モータにおいて、 前記ロータ体に変位に比例した押圧力を加える板状弾性
    部材を前記ロータ体から突出する前記支持軸の突出部に
    設けたことを特徴とする超音波モータ。
11. 【請求項１１】 前記板状弾性部材は、円環状であるこ
    とを特徴とする請求項１０記載の超音波モータ。
12. 【請求項１２】 前記板状弾性部材は、円環状であると
    ともに、前記円環面に剛性を下げる窓孔を設けたことを
    特徴とする請求項１０記載の超音波モータ。
13. 【請求項１３】 請求項１から請求項１２の何れかに記
    載の超音波モータを備えたことを特徴とする超音波モー
    タ付き電子機器。