JP3595649B2 - Ultrasonic motor - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の技術分野】
本発明は超音波モータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
振動体としての円環型圧電セラミックは、高周波電界の印加により超音波振動を発生させるものであるので、なるべく振幅の大きい振動すなわち共振状態を得ることが必要とされる。そのために円環型圧電セラミックは、モータの本体に強固に固定するのではなく、なるべく少ない面積で支持し、その支持も弾性支持とすることが望ましい。
【０００３】
このような圧電セラミックの支持手段としては、例えば圧電円板の中心孔にウレタンスプリングを嵌め込み、その中心にキャップボルトを通して締め付けるようにしたものがある（例えば、特開昭６３−１８１６７７号公報）。これはボルトの締め付けにより、スプリングの外径を大きくして圧電円板を強く支持可能とすることを図ったものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術においては、圧電円板の内径部とウレタンスプリングの反発力により生じる係合面の摩擦力により圧電円板が支持されているため、トルクの伝達の際に滑りが生じてしまい、エネルギーの損失が大きくなり大きなトルクが得られない問題がある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するために、本発明の超音波モータは、ベース板に設けられているガイド部材に円環型圧電セラミックの内周部を固定することにより振動体を構成し、この円環型圧電セラミックの外周部にこれと接触するロータを設け、円環型圧電セラミックに電界を印加することによって発生する振動によってロータを回転させる形式の超音波モータについて以下の手段を採用したものである。
【０００６】
上記した円環型圧電セラミックの内周部には上記したガイド部材が嵌合するとともに切欠部が設けてあり、この切欠部にはガイド部材に設けてある突起部が係合することにより周方向への滑りを生じないようにしてある。
【０００７】
ガイド部材には、円環型圧電セラミックの内周部と接触する複数のガイド部が設けてあり、このガイド部材が円環型圧電セラミックの内周部に嵌合したときに、これらのガイド部が線接触状態で支持可能としてある。またこのガイド部材には、ベース板に設けてある係合部と係合してガイド部材の周方向への回転を阻止する位置決めピン部が設けてある。
【０００８】
さらに上記したガイド部材には、円環型圧電セラミックの上端面を厚さ方向に係止する複数のつば部が設けてある。これらのつば部は、円環型圧電セラミックの内周部を部分的に固定するものであり、円環型圧電セラミックの振動体としての機能を著しく妨げるものではない。
【０００９】
上記したガイド部材による円環型圧電セラミックの支持は、このガイド部材にばね座金やコイルスプリング等の弾性部材を用いて、弾性付勢力を与えることによって行なうようにしてある。弾性部材は、ガイド部材を貫通するようにベース板に一体に設けてある突出部に嵌合し、この突出端部に取付部材を固定することによって取り付けてある。
【００１０】
ガイド部材による円環型圧電セラミックの弾性支持を得るために、円環型圧電セラミックの内周部に位置するガイド部材の厚さは、円環型圧電セラミックの厚さよりも小さく形成してある。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の超音波モータは、ベース板に設けられているガイド部材に円環型圧電セラミックの内周部が固定されて振動体が構成され、円環型圧電セラミックの外周部にはこれと接触するロータが設けてあり、円環型圧電セラミックに電界を印加することによって発生する超音波振動によってロータを回転させる超音波モータについて適用したものである。
【００１２】
上記した円環型圧電セラミックの内周部にはガイド部材が嵌合するとともに、この内周部には切欠部が設けてあり、ガイド部材には切欠部に係合する突起部と、この突起部以外の部分で円環型圧電セラミックの内周部と接触する複数のガイド部と、円環型圧電セラミックの上端面をその厚さ方向に阻止するつば部と、ベース板に設けてある係合部と係合してガイド部材の周方向の回転を阻止する位置決めピン部とを設け、ベース板には、ガイド部材を貫通する突出部を形成し、突出部の突出端部には取付部材が固定してあり、ガイド部材の円環型圧電セラミックの内周部に位置する部分の厚さは当該円環型圧電セラミックの厚さよりも小に形成してあり、ガイド部材と取付部材との間には弾性部材が設けられている。
【００１３】
【実施例】
以下、本発明の一実施例について図面を参照して説明する。
初めに図５，６を参照して一実施例の構成の概要について説明する。
ベース板１上面に、多段円筒状に形成された突出部１ａの中程の位置に実質的に厚円板状のガイド部材２が支持してある。このガイド部材２には振動体としての円環型圧電セラミック３が取り付けてある。
【００１４】
円環型圧電セラミック３は、後述するように内周部がガイド部材２に形成されたガイド部との接触によって支持され、上端面は、ガイド部材の上部に突出するように形成されたつば部２ａによって支持されている。なお、ガイド部材２は下端面に形成された位置決めピン部２ｂがベース板１の上面に設けられた係合部１ｂに係合することにより、周方向への回転を阻止可能としてある。
【００１５】
ガイド部材２の上面には、ベース板１の突出部１ａに遊嵌した弾性部材であるばね座金４の下端面が当接している。ばね座金４は、突出部１ａの上端に固定された取付部材５によってガイド部材２を円環型圧電セラミック３の厚さ方向へ弾性付勢している。取付部材５は皿小ねじ６によってベース板１の突出部１ａの上端部に固定してある。なお、弾性部材としては、ばね座金の他皿ばねやコイルばねを用いてもよい。
【００１６】
円環型圧電セラミック３の外周部には、これと接触して回転するロータ７が設けてある。ロータ７は、多数のロータ片８をリブ状のつなぎ部材９によって一体に連結したものによって構成してある。
【００１７】
ロータ７の外周部には、コイルばねをリング状に結合してなる押圧手段１０が設けてある。押圧手段１０は、各ロータ片８を円環型圧電セラミック３の外周面に向って押圧する方向に付勢しており、この付勢力によってロータ片８と円環型圧電セラミック３の外周面との摩擦力が大きくなる。
【００１８】
円環型圧電セラミック３の両側面には、それぞれ所定の間隔を有する状態にガイド板１１，１２が設けてある。各ガイド板の対向面にはそれぞれロータ片８の係合部８ａ，８ｂと係合する凹部１１ａ，１２ａが形成してある。ロータ７が回転すると、これらの係合部８ａ，８ｂが凹部１１ａ，１２ａと係合することによって両ガイド板１１，１２が従動して回転可能としてある。
【００１９】
下側のガイド板１１の内周部は、ベース板１の突出部１ａの最下段に回転自在に嵌合しており、上側のガイド板１２の内周部は、取付部材５の取付部に回転自在に嵌合している。
【００２０】
下側のガイド板１１には、これと一体の給合フック１１ｂが４か所に形成してあり、各先端部に形成された爪部によって上側のガイド板１２の上面を支持することにより両ガイド板を一体化してある。
【００２１】
上側のガイド板１２の外周部には歯車の歯形１２ｂが形成してあり、ガイド板を出力歯車として機能させるようにしてある。
【００２２】
次に図１，２及び図３，４を参照して、本実施例における円環型圧電セラミック３の設置状態について詳しく説明する。
図１，２に示すように、ガイド部材２の外周上部には等角度間隔で４か所に円環型圧電セラミック３を支持するつば部２ａが形成してある。４つのつば部のうちの３つのつば部の下方には、円環型圧電セラミック３の内周部３ａと接触して、この円環型圧電セラミック３を支持するガイド部２ｃが形成してある。そして残りの１つのつば部の下方には、円環型圧電セラミック３の内周面に形成してある半円状の係合部３ｂと係合する突起部２ｄが形成してある。さらにこの突起部２ｄの下端部には、ベース板１に設けてある係合部１ｂに係合してガイド部材２が周方向に回転することを阻止する位置決めピン部２ｂ（既出）が設けてある（図３，４参照）。
【００２３】
円環型圧電セラミック３の内周部３ａその近傍の内縁部は、下端面がベース板１の上面に形成された４か所の耳部１ｄの上面に当接し、上端面はガイド部材２のつば部２ａの下面に当接した状態で支持されている。この支持は既述したように、弾性部材４によって弾性的に支持された状態となっている（図３，４参照）。
【００２４】
また、円環型圧電セラミック３の内周部３ａは、ガイド部材２のガイド部２ｃが線接触状態で支持するとともに、切欠部３ｂに係合する突起部２ｄによって回転不能に支持してある。なお，図１によると、位置決めピン部２ｂとベース板１の係合部１ｂの底部との間やガイド部材２の上端面と取付部材５の下端面との間は互いに接触しているようにも見受けられるが、いずれも隙間が設けてあり、あくまでも円環型圧電セラミック３を少ない接触面積で、そして弾性的に支持して振動体としての機能向上を目指している。
【００２５】
【発明の効果】
本発明は、ガイド部材を介して円環型圧電セラミックを取り付けるようにしてあり、円環型圧電セラミックの内周部に設けてある切欠部と、ガイド部材に設けてある突起部とが係合することにより、この円環型圧電セラミックが最少限の接触によって回転不能に支持されており、振動体としての機能が著しく妨げられることがない。
【００２６】
また、円環型圧電セラミックの内周部の支持は、ガイド部材に形成された複数個のガイド部がその内周部に線接触することによって行なっているので、同様に振動体の機能が著しく妨げられることがない。
【００２７】
また、円環型圧電セラミックの厚さ方向の支持は、ベース板に形成された突出部とガイド部材に形成されたつば部とによって最小面積で挾持してあり、さらにガイド部材は弾性部材によって弾性付勢されているので上記したつば部による支持は弾性的な支持となり、円環型圧電セラミックの振動体としての機能が著しく妨げられることがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の要部の断面図である。
【図２】図１Ａ−Ａ線の断面図である。
【図３】円環型圧電セラミックとガイド部材との嵌合状態を示す平面図である。
【図４】ベース板の上面の状態を示す平面図である。
【図５】本発明の一実施例の全体の構成を示す平面図である。
【図６】図５Ｂ−Ｂ線の断面図である。
【符号の説明】
１ ベース板
１ａ 突出部
１ｂ 係合部
２ ガイド部材
２ａ つば部
２ｂ 位置決めピン部
２ｃ ガイド部
２ｄ 突起部
３ 円環型圧電セラミック
３ａ 内周部
３ｂ 切欠部
４ 弾性部材（ばね座金）
５ 取付部材
７ ロータ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an ultrasonic motor.
[0002]
[Prior art]
The ring-shaped piezoelectric ceramic as a vibrating body generates ultrasonic vibrations by applying a high-frequency electric field, and therefore it is necessary to obtain vibrations having a large amplitude, that is, a resonance state. Therefore, it is desirable that the ring-shaped piezoelectric ceramic is not firmly fixed to the main body of the motor, but is supported by an area as small as possible, and the support is also elastically supported.
[0003]
As a means for supporting such a piezoelectric ceramic, for example, there is a method in which a urethane spring is fitted into a center hole of a piezoelectric disc and a cap bolt is screwed through the center of the urethane spring (for example, JP-A-63-181677). This is intended to increase the outer diameter of the spring by tightening the bolt, thereby enabling the piezoelectric disk to be strongly supported.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In the above prior art, since the piezoelectric disk is supported by the frictional force between the inner diameter portion of the piezoelectric disk and the engaging surface generated by the repulsive force of the urethane spring, slippage occurs at the time of torque transmission, and energy is lost. This causes a problem that a large torque cannot be obtained due to a large loss of the motor.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problem, the ultrasonic motor according to the present invention is configured such that a vibrating body is formed by fixing an inner peripheral portion of an annular piezoelectric ceramic to a guide member provided on a base plate. The following means is adopted for an ultrasonic motor of a type in which a rotor is provided in contact with an outer peripheral portion of a piezoelectric ceramic and the rotor is rotated by vibration generated by applying an electric field to the annular piezoelectric ceramic.
[0006]
The above-mentioned guide member is fitted in the inner peripheral portion of the above-mentioned annular type piezoelectric ceramic and a notch is provided, and a notch is provided in the notch. To prevent slippage.
[0007]
The guide member is provided with a plurality of guide portions that come into contact with the inner peripheral portion of the annular piezoelectric ceramic, and when the guide member is fitted to the inner peripheral portion of the annular piezoelectric ceramic, these guide portions are provided. Can be supported in a line contact state. The guide member is provided with a positioning pin portion which engages with an engagement portion provided on the base plate to prevent the guide member from rotating in the circumferential direction.
[0008]
Further, the above-mentioned guide member is provided with a plurality of flange portions for locking the upper end surface of the annular piezoelectric ceramic in the thickness direction. These flanges partially fix the inner peripheral portion of the ring-shaped piezoelectric ceramic, and do not significantly hinder the function of the ring-shaped piezoelectric ceramic as a vibrating body.
[0009]
The annular piezoelectric ceramic is supported by the guide member by applying an elastic biasing force to the guide member using an elastic member such as a spring washer or a coil spring. The elastic member is fitted to a projecting portion provided integrally with the base plate so as to penetrate the guide member, and is attached to the projecting end by fixing an attaching member.
[0010]
In order to obtain elastic support of the ring-shaped piezoelectric ceramic by the guide member, the thickness of the guide member located at the inner peripheral portion of the ring-shaped piezoelectric ceramic is formed smaller than the thickness of the ring-shaped piezoelectric ceramic.
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
In the ultrasonic motor according to the present invention, the vibrating body is formed by fixing the inner peripheral portion of the ring-shaped piezoelectric ceramic to the guide member provided on the base plate, and the outer peripheral portion of the ring-shaped piezoelectric ceramic is brought into contact therewith. The present invention is applied to an ultrasonic motor that rotates a rotor by ultrasonic vibration generated by applying an electric field to a ring-shaped piezoelectric ceramic.
[0012]
A guide member fits into the inner peripheral portion of the above-mentioned annular piezoelectric ceramic, and a notch is provided in the inner peripheral portion. The guide member has a projection engaged with the notch, A plurality of guide portions which are in contact with the inner peripheral portion of the ring-shaped piezoelectric ceramic at portions other than the portion, a flange portion which blocks an upper end surface of the ring-shaped piezoelectric ceramic in its thickness direction, and a member provided on the base plate. A positioning pin that engages with the mating portion to prevent the guide member from rotating in the circumferential direction; a protrusion that penetrates the guide member is formed on the base plate; and a mounting member is formed on the protrusion end of the protrusion. Is fixed, the thickness of the portion of the guide member located at the inner peripheral portion of the annular piezoelectric ceramic is formed smaller than the thickness of the annular piezoelectric ceramic, and the guide member and the mounting member An elastic member is provided between them.
[0013]
【Example】
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, an outline of a configuration of an embodiment will be described with reference to FIGS.
A substantially thick disc-shaped guide member 2 is supported on the upper surface of the base plate 1 at a middle position of the protruding portion 1a formed in a multi-stage cylindrical shape. An annular piezoelectric ceramic 3 as a vibrator is attached to the guide member 2.
[0014]
The ring-shaped piezoelectric ceramic 3 has an inner peripheral portion supported by contact with a guide portion formed on the guide member 2 as described later, and a top end surface formed with a flange portion protruding above the guide member. 2a. The guide member 2 can be prevented from rotating in the circumferential direction by engaging a positioning pin portion 2b formed on the lower end surface with an engaging portion 1b provided on the upper surface of the base plate 1.
[0015]
A lower end surface of a spring washer 4, which is an elastic member loosely fitted to the projection 1 a of the base plate 1, is in contact with the upper surface of the guide member 2. The spring washer 4 elastically urges the guide member 2 in the thickness direction of the ring-shaped piezoelectric ceramic 3 by the attachment member 5 fixed to the upper end of the protrusion 1a. The mounting member 5 is fixed to the upper end of the protruding portion 1a of the base plate 1 by a flat head screw 6. As the elastic member, a disc spring or a coil spring other than the spring washer may be used.
[0016]
A rotor 7 that rotates in contact with the ring-shaped piezoelectric ceramic 3 is provided on an outer peripheral portion of the ring-shaped piezoelectric ceramic 3. The rotor 7 is composed of a large number of rotor pieces 8 integrally connected by rib-shaped connecting members 9.
[0017]
On an outer peripheral portion of the rotor 7, a pressing means 10 formed by connecting a coil spring in a ring shape is provided. The pressing means 10 urges each rotor piece 8 in a direction to press it toward the outer peripheral surface of the ring-shaped piezoelectric ceramic 3. This urging force causes the rotor piece 8 and the outer peripheral surface of the ring-shaped piezoelectric ceramic 3 to be pressed. Frictional force increases.
[0018]
Guide plates 11 and 12 are provided on both side surfaces of the annular piezoelectric ceramic 3 at predetermined intervals. Concave portions 11a and 12a which engage with the engaging portions 8a and 8b of the rotor piece 8 are formed on the opposing surfaces of the respective guide plates. When the rotor 7 rotates, the engaging portions 8a and 8b engage with the concave portions 11a and 12a, so that the two guide plates 11 and 12 can be driven to rotate.
[0019]
The inner peripheral portion of the lower guide plate 11 is rotatably fitted to the lowermost step of the protrusion 1 a of the base plate 1, and the inner peripheral portion of the upper guide plate 12 is fitted to the mounting portion of the mounting member 5. It is fitted rotatably.
[0020]
The lower guide plate 11 is formed with four feeding hooks 11b integral with the lower guide plate 11, and the upper surface of the upper guide plate 12 is supported by the claw portions formed at the respective distal ends. The guide plate is integrated.
[0021]
A gear tooth profile 12b is formed on the outer peripheral portion of the upper guide plate 12, so that the guide plate functions as an output gear.
[0022]
Next, the installation state of the annular piezoelectric ceramic 3 in the present embodiment will be described in detail with reference to FIGS.
As shown in FIGS. 1 and 2, flanges 2 a for supporting the annular piezoelectric ceramic 3 are formed at four positions at equal angular intervals on the outer periphery of the guide member 2. Below the three flanges of the four flanges, a guide portion 2c that contacts the inner peripheral portion 3a of the annular piezoelectric ceramic 3 and supports the annular piezoelectric ceramic 3 is formed. . A projection 2d that engages with a semicircular engagement portion 3b formed on the inner peripheral surface of the ring-shaped piezoelectric ceramic 3 is formed below the remaining one flange portion. Further, at the lower end of the projection 2d, there is provided a positioning pin 2b (existing) which engages with the engagement portion 1b provided on the base plate 1 to prevent the guide member 2 from rotating in the circumferential direction. (See FIGS. 3 and 4).
[0023]
An inner peripheral portion 3a of the ring-shaped piezoelectric ceramic 3 has an inner edge portion in the vicinity thereof, the lower end surface of which contacts the upper surfaces of four ear portions 1d formed on the upper surface of the base plate 1, and the upper end surface of the guide member 2 It is supported in a state of contact with the lower surface of the flange portion 2a. As described above, this support is in a state of being elastically supported by the elastic member 4 (see FIGS. 3 and 4).
[0024]
The inner peripheral portion 3a of the annular piezoelectric ceramic 3 is supported by the guide portion 2c of the guide member 2 in a line contact state, and is non-rotatably supported by a protrusion 2d that engages with the cutout 3b. According to FIG. 1, the position between the positioning pin portion 2b and the bottom of the engaging portion 1b of the base plate 1 and the position between the upper end surface of the guide member 2 and the lower end surface of the mounting member 5 are in contact with each other. However, a gap is provided in each case, and the ring-shaped piezoelectric ceramic 3 is intended to improve its function as a vibrating body by elastically supporting the ring-shaped piezoelectric ceramic 3 with a small contact area.
[0025]
【The invention's effect】
According to the present invention, the ring-shaped piezoelectric ceramic is attached via the guide member, and the notch provided on the inner peripheral portion of the ring-shaped piezoelectric ceramic engages with the projection provided on the guide member. By doing so, the ring-shaped piezoelectric ceramic is non-rotatably supported by the minimum contact, and the function as the vibrating body is not significantly hindered.
[0026]
In addition, since the inner peripheral portion of the ring-shaped piezoelectric ceramic is supported by a plurality of guide portions formed on the guide member being in line contact with the inner peripheral portion, the function of the vibrator is also remarkable. There is no hindrance.
[0027]
The annular piezoelectric ceramic is supported in the thickness direction with a minimum area between a projection formed on the base plate and a flange formed on the guide member, and the guide member is elastically supported by an elastic member. Since the support is biased, the support by the above-mentioned collar portion becomes an elastic support, and the function of the ring-shaped piezoelectric ceramic as a vibrator is not significantly impaired.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view of a main part of the present invention.
FIG. 2 is a sectional view taken along the line AA of FIG. 1;
FIG. 3 is a plan view showing a fitting state between a ring-shaped piezoelectric ceramic and a guide member.
FIG. 4 is a plan view showing a state of an upper surface of a base plate.
FIG. 5 is a plan view showing the overall configuration of one embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a sectional view taken along the line B-B of FIG. 5;
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Base plate 1a Projecting part 1b Engaging part 2 Guide member 2a Collar part 2b Positioning pin part 2c Guide part 2d Projecting part 3 Annular piezoelectric ceramic 3a Inner peripheral part 3b Notch part 4 Elastic member (spring washer)
5 Mounting member 7 Rotor

Claims (1)

ベース板に設けられているガイド部材に円環型圧電セラミックの内周部が固定されて振動体が構成され、当該円環型圧電セラミックの外周部にはこれと接触するロータが設けてあり、上記円環型圧電セラミックに電界を印加することによって発生する超音波振動によって上記ロータを回転させる超音波モータにおいて、
上記円環型圧電セラミックの内周部には上記ガイド部材が嵌合するとともに、当該内周部には切欠部が設けてあり、
上記ガイド部材には、上記切欠部に係合する突起部と、当該突起部以外の部分で上記円環型圧電セラミックの内周部と接触する複数のガイド部と、上記円環型圧電セラミックの上端面をその厚さ方向に阻止するつば部と、上記ベース板に設けてある係合部と係合して当該ガイド部材の周方向の回転を阻止する位置決めピン部とが設けられており、
上記ベース板には、上記ガイド部材を貫通する突出部が形成してあり、
上記突出部の突出端部には取付部材が固定されており、
上記ガイド部材の上記円環型圧電セラミックの内周部に位置する部分の厚さは当該円環型圧電セラミックの厚さよりも小に形成してあり、
上記ガイド部材と上記取付部材との間には弾性部材が設けられている
ことを特徴とする超音波モータ。An inner peripheral portion of the annular piezoelectric ceramic is fixed to a guide member provided on the base plate to form a vibrator, and a rotor that contacts the outer peripheral portion of the annular piezoelectric ceramic is provided, In an ultrasonic motor that rotates the rotor by ultrasonic vibration generated by applying an electric field to the annular piezoelectric ceramic,
The guide member is fitted to the inner peripheral portion of the annular piezoelectric ceramic, and a cutout portion is provided in the inner peripheral portion,
The guide member includes a protrusion that engages with the notch, a plurality of guides that contact the inner peripheral portion of the annular piezoelectric ceramic at a portion other than the protrusion, A collar portion for blocking an upper end surface in a thickness direction thereof, and a positioning pin portion for engaging with an engagement portion provided on the base plate to prevent rotation of the guide member in a circumferential direction, are provided.
The base plate has a protruding portion that penetrates the guide member,
A mounting member is fixed to the protruding end of the protruding portion,
The thickness of the portion of the guide member located at the inner peripheral portion of the annular piezoelectric ceramic is formed smaller than the thickness of the annular piezoelectric ceramic,
An ultrasonic motor, wherein an elastic member is provided between the guide member and the mounting member.

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