JPS63103675A - 超音波モ−タ− - Google Patents

超音波モ−タ−

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JPS63103675A
JPS63103675A JP61249228A JP24922886A JPS63103675A JP S63103675 A JPS63103675 A JP S63103675A JP 61249228 A JP61249228 A JP 61249228A JP 24922886 A JP24922886 A JP 24922886A JP S63103675 A JPS63103675 A JP S63103675A
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JP
Japan
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stator
rotor
ring
ultrasonic motor
pressurizing means
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JP61249228A
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Etsuo Tanaka
田中 悦男
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02NELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/10Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
    • H02N2/16Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors using travelling waves, i.e. Rayleigh surface waves
    • H02N2/163Motors with ring stator

Landscapes

  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

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、圧電素子および該圧電素子により励振される
リング状弾性体から成る固定子と、該固定子に圧接され
、該固定子に生じる超音波振動の表面進行波によって該
固定子の面上を回動するリング状弾性体である回転子と
から成る超音波モーターに関し、固定子と回転子との加
圧手段を改良したものである。
「従来の技術」 従来の超音波モーターとしては、例えば第7図に示すよ
うなものがある。
同図において、超音波モーターは下側ケース1aと上側
ケース1bとに支持収納されており、圧電体2aとそれ
に励振されるリング状弾性体2bとより成る固定子2と
、回転子3とにより超音波モーターが構成され、固定子
2が弾性体4を介して下側ケース1aに圧接されている
。固定子2と弾性体4は、図示せぬ公知の手段により下
側ケース1aに対して回転不能に固定されている。
回転子3の上には支持体5が邑接され、支持体5から出
力軸5aが上側ケースlbの外へ延びている。支持体5
はスラストベアリング7とそれを押す圧縮バネ8とによ
り回転子3に圧接されており下側ケースla、上側ケー
ス1bに対しては回動可能である。圧縮バネ8の弾撥力
により超音波モーターは弾性体4に圧接され、同じ弾撥
力により固定子2と回転子3とが圧接している。
すなわち、この従来例では、弾性体4.スラストベアリ
ング7、圧縮バネ8が加圧手段を構成していて、圧着力
のみを固定子29回転子3に伝え、その回転力を円滑に
出力軸5aに取り出せるように配置されている。
「発明が解決しようとする問題点」 しかしながら、上記の如き従来の技術では、加圧手段が
、a音波モーターの厚さに重畳するように、すなわちス
ラスト方向に設けられている。このために、超音波モー
ター自体の厚みが薄いにもかかわらず、−ケースを含む
全体の厚みは厚くなってしまう。
すなわち、従来技術による構成では、モーター内に無駄
な容積が多くなりやすく、装置全体を小型化しずらく、
設計上不合理である、という欠点があった。
さらに、従来技術による配置であると、スラストベアリ
ング部の厚さを充分確保できないのでその内部に組み込
んである転動体(通常は鋼球)の直径が小さいものに制
限される。この結果転動体のころがり摩擦が増加して、
出力軸に円部な回転が得られないばかりか、摩擦により
モーターの効率が低下するという欠点がある。
また転動体に直径が小さいものを使用すると。
スラストベアリングの負荷荷重も制限されることになり
、充分な加圧力を付与できなくなる。従って、進行波に
よって、固定子上の回転子がバウンドし、充分なトルク
が得られないばかりか、バウンドによる固定子と回転子
の衝突によって異常騒音を発生させる原因にもなるとい
う欠点がある。
これらは、スラストベアリング部を大きくして大きな転
動体を使用すれば解決できるように思われるが、従来技
術による配置では、モーターの厚みがさらに増大して、
必然的にモーターの大型化を招いてしまうことになる。
すなわち従来技術による配置では、大きな加圧手段をモ
ーター内に収納することが困難であるという、根本的な
問題点があった。
「問題点を解決する為の手段」 上記の問題点を解決するための本発明の要旨とするとこ
ろは、 圧電素子および該圧電素子により励振されるリング状弾
性体から成る固定子と、該固定子に生じる超音波振動の
表面進行波によって該固定子の面上を回動するリング状
弾性体である回転子とから成る超音波モーターにおいて
、 前記回転子の外周側あるいは内周側に該回転子と一体的
に設けられた軌道輪と、該軌道輪に加圧し該軌道輪を介
して前記回転子を前記固定子に圧接する加圧手段とを備
えるとともに、前記加圧手段を前記回転子及び固定子の
側方の、前記回転子あるいは固定子とほぼ同じ高さ位置
に配設したことを特徴とする超音波モーターに存する。
「作用」 加圧手段を回転子及び固定子の側方の、回転子あるいは
固定子とほぼ同じ高さ位置に配置したので、従来技術の
欠点であった本体部の厚さを減じさせ、全体としてより
偏平な超音波モーターを構成し得る。
「実施例」 以下、゛図面に基づき本発明の各種実施例を説明する。
第1図は本発明の第1実施例に係る超音波モーターの横
断面図である。
下側ハウジングlogと上側ハウジングlObとで内部
に収納空間を有するハウジング10が形成されている。
下側ハウジング10aの外周部には雄ねじ10cが1側
ハウジング10bの内周部には雌ねじlodが設けられ
、互いに締結されて、一体となり、内部にモータ一本体
を収納するハウジング10を形成するようになっている
上側ハウジング10bに穴10gが穿設され。
下側ハウジング10aにはピンlOeが植設されている
。さらに、円形断面を有するゴムプラスチック等の弾性
材料でつくられたリング状の弾性体11が下側ハウジン
グ10aの内面に接着固定されている。
通電により振動を発生する圧電体12とリング状弾性体
13とが組み合わされた固定子12aとが一体となって
弾性体11に弾性支持され、固定子12aに回転子14
が組み合わされている0回転子14は、後述する本発明
の加圧手段によって固定子12aの表面に対して、回転
摺動可能なように圧着されている。
圧電体12に発生した振動は、ハウジングlOに拘束さ
れることなく、リング状弾性体13に伝達され、固定子
12aが回転子14との接触面に効率よく進行波を励起
させることができるようになっている。
リング状弾性体13に穴13aが開設され、穴13aに
下側ハウジング10aに立設されたピン10eが遊びを
持って嵌合しており、リング状弾性体13および圧電体
12の回転を防止し、上下方向(スラスト方向)の運動
のみを許容するようになっている。
回転子14を上方から支持するための支持体15が設け
られており、支持体15と回転子14とは接着等の手段
により結合されて一体となって回転するようになってい
る。また支持体15の中心には、出力取り出し用の軸1
5aが、上側ハウジング10bの中央に設けられた穴か
ら外部へ向かって突出するように設けられている。
固定子12aに発生した進行波によって駆動された回転
子14の回転運動は支持体15を経由して軸15aから
ハウジングlOの外部へ出力されるようになっている。
また支持体15の外周は回転子14.固定子12aのリ
ング状弾性体13.および圧電体12の外周を囲むよう
に立下がり、その下端に、全周にわたりリング状の軌道
輪16が設けられている。軌道輪16の上面には、円形
断面を持つ案内溝16aが設けられている。案内溝16
aは転動体17を嵌合案内するものである。
転動体17は球体であって、ベアリングポール等が使用
されており、軌道輪16の全周にわたって案内溝16a
J:をころがり循環可能なように多数個光てんされてい
る。
軌道輪16に転動体17を押し付ける押え輪18が軌道
輪16の上方に配設されており、その下面には、円形断
面を持つミゾ18aが設けられ、転動体17と接触して
いる。
押え輪18に突起18bが設けられ、突起18bは上側
ハウジング10bに設けられた穴Logに挿入されてお
り、押え輪18は回転方向の運動を制約され、上下方向
(スラスト方向)の動きの自由度が与えられるようにな
っている。
押え輪18の上には上端が上側ハウジング10bの天井
に接触し、下端が押え輪18と接触して押え輪18を下
方に押し下げる方向に力が発生するばね19が張設され
ている。
、上記、圧電体12.リング状弾性体13から成る固定
子12aと回転子14との外周部側方に配置された、転
動体17.押え輪18.ばね19によって本実施例の加
圧手段が構成されている。
圧縮バネ19の力は、押え輪18.転動体17、軌道輪
16.支持体159回転子14と伝達されて、前述した
ように回転子14と固定子12aとを圧着するようにな
っている。
次に本実施例の作動を説明する。
圧電体12に通電されると、これが振動して、リング状
弾性体13上に超音波の進行波が発生する0回転子14
はリング状弾性体13に圧着されているので、回転子1
4はリング状弾性体13の進行波によって回転駆動され
る。支持体15は回転子14と固着されて一体となって
いるので回転子14とともに回転する。
そこで支持体15の外周に設けられた軌道輪16と押え
輪18との間にはさまれてばね19の圧着力を伝達して
いる転動体17は、ころがりながら支持体15の外周を
循環する。
不回転部材である押え輪18と回転部材である支持体1
5との間には、転動体17を介して押え輪18による加
圧力が作用しているが中庸に介在している転動体17が
ころがり部材であるために支持体15は、すべり摩擦に
よる損失を受けることなく、円滑に高効率に回転するこ
とが可能である。
以上のような支持体15の回転によって、その中心に設
けられた軸15aが回転し、回転子14の回転が外部へ
出力される。
第2図および第3図は第2実施例を示している。第1実
施例と同一機能を有する部材は、同一の番号を付し、作
動および機能が同一のものは説明を省略する。
第2図は、第2実施例の横断面図であって、第3図は一
部を破断して示した斜視図である。
本実施例においては、上側ハウジング10bの天井部に
転動体17の案内溝10fが設けられている。転動体1
7は、その中央部に穴17aが設けられた円板状をして
おり、穴17aの作用によって直径方向に、撓んで弾性
力が発生するようになっている。すなわちリング状をし
た弾性を有する部材になっているわけである。
転動体17の直径を案内溝10fと支持体15に設けら
れた軌道輪16の案内溝16aとの間隔より若干大きく
しておけば、第2図のように挿入された時には直径方向
に若干たわんで、案内溝16aを下方へ押す方向へ弾性
力が発生するようになっている。従って転動体17の変
形による弾性力は、支持体15を介して1回転子14と
固定子12aとを圧着するように作用する。
すなわち本実施例では、第1実施例におけるばね19の
圧縮作用を、転動体17の弾性変形による弾性力によっ
て代用していることになる。徒って本実施例の加圧手段
は、転動体17により構成されている。
支持体15の回転によって転動体17が案内溝16a上
をころがりながら支持体15の外周を循環していること
は第1実施例と同様である。
第4図および第5図は第3実施例を示している。
本実施例は、転動体17を固定子12aおよび回転子1
4の内側へ配置し、支持体15の外周に出力用の歯車t
abを設けである。転動体17にばね性を持たせて、加
圧力を発生させていることは第2実施例と同様であるが
、第5図に示すように、転動体17の外側の形状を球面
状にしである。
本実施例では、転動体17の外側の形状を球面状にしで
あるので、転動体17の循環が円滑に行なえるようにす
るとともに、前記球面状にしであることにより軌道15
cの中に、より多数の転動体17を配設することができ
、また歯車15bを利用して容易かつ確実に出力を取り
出すことができる。
第6図は前記第2実施例および第3実施例における転動
体17の変形例を示している。
前記第2実施例、第3実施例において転動体17は円板
状をしており、穴17aは第6図(a)に示すように円
形であったが転動体17をプラスチックで作る場合には
第6図(b)に示すように星形その他の形状でも良い、
第6図(b)に示すようにすると1弾性変形しやすくよ
り安定した加圧力が得られる。また上記第2.第3実施
例において、転動体はゴムあるいはプラスチックなどの
弾性材料で作られた球体であっても良いことはもちろん
である。
尚、上記各実施例においては、回転子14と、支持体1
5及び軌道輪16とを別体に設けたが、適当な材質のも
のがあれば、3つの要素14゜15.18を一体に形成
してもよい。
「発明の効果」 本発明によれば、加圧手段を回転子及び固定子の側方の
、回転子あるいは固定子とほぼ同じ高さ位置に配置した
ので超音波モータ一本体を偏乎小型に構成できるという
効果がある。
また各実施例の如く構成すれば、加圧手段の転動体を大
型化することにより、回転部材の摩擦抵抗が減って、モ
ーター内の機械効率が向とし、より小型より少ない電力
でより大きな出力を得ることができるという効果がある
さらに転動体は、より大きな加圧力に耐えることができ
るので、加圧力に対する設計上の自由度が増大するとい
う効果もある。
また第2、第3実施例によれば転動体が加圧力を発生し
ているので、バネ等別の加圧手段が不要となり、より単
純な構造で構成できるようになったので、従来技術によ
るよりも安価に製造できるという効果もある。
さらに従来この種の超音波モーターは圧電体、固定子、
回転子等は、リング状をしており、その中心部は空洞で
あり、第3実施例では、この空洞部を利用して加圧手段
を構成したので、加圧手段を外周に設けるものに比ベモ
ータ一本体の外周を小径にできるという効果がある。
また、第3実施例では、転動体の循環が円筒に行なわれ
、かつ軌道内へより多数の転動体を充てんできるので、
回転部の運動がより円筒になる。
またモーターの外周が歯車等の出力手段と兼用できるの
で、より単純な動力装置を得ることができるという効果
がある。
第6図(b)に示すような形状にすれば転動体をプラス
チック等の成形品で作ることができ、量産性が向上する
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の第1実施例に係る超音波モーターの
横断面図、第2図は第2実施例に係る超音波モーターの
横断面図、第3図は同じく一部を破断して示した斜視図
、第4図は第2実施例に係る超音波モーターの横断面図
、第5図は第4図V−V&!位置の中心部の断面図、第
6図は転動体の変形例の正面図、第7図は従来例に係る
超音波モーターの横断面図である。 12a・・・固定子     14・・・回転子15・
・・支持体      16・・・軌道輪16a・・・
案内溝     17・・・転動体19・・・圧縮ばね f5支位鉢 第1図 ヒフ N2図 第5図 笥1図 第5図 ((2)                (b)第6
図 第7図

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)圧電素子および該圧電素子により励振されるリン
    グ状弾性体から成る固定子と、該固定子に生じる超音波
    振動の表面進行波によって該固定子の面上を回動するリ
    ング状弾性体である回転子とから成る超音波モーターに
    おいて、 前記回転子の外周側あるいは内周側に該回転子と一体的
    に設けられた軌道輪と、該軌道輪に加圧し該軌道輪を介
    して前記回転子を前記固定子に圧接する加圧手段とを備
    えるとともに、前記加圧手段を前記回転子及び固定子の
    側方の、前記回転子あるいは固定子とほぼ同じ高さ位置
    に配設したことを特徴とする超音波モーター。
  2. (2)加圧手段を軌道輪に当接する転道体と、該転道体
    を押すばねとから構成したことを特徴とする特許請求の
    範囲第1項記載の超音波モーター。
  3. (3)加圧手段は、それ自体が弾性を有し、軌道輪に弾
    接する転道体としたことを特徴とする特許請求の範囲第
    1項記載の超音波モーター。
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