JPH02303372A - 超音波モータ - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、固定子に発生した弾性進行波により可動子を
駆動するように構成した超音波モータに係り、詳しくは
、固定子に対し可動子を加圧する構造に関するものであ
る。

［従来の技術］ 従来のこの種の超音波モータとして、特開昭６３−７３
８８７号公報に掲載された技術を挙げることができる。

第３図は従来の超音波モータを示す縦断面図、第４図は
第３図の超音波モータにおいて固定子と可動子との接触
部分を拡大して示す部分断面図、第５図は第４図の超音
波モータで使用されている皿ばねの加圧力の分布を示す
説明図である。

第３図において、４１は超音波モータの外郭となるケー
ス、４２はケース４１を閉じるカバー、４３は固定子、
４４は前記固定子４３に配設された圧電素子、４５はラ
イナー４６を介して固定子４３に接合配置された可動子
、４７は前記可動子４５と一体に回転する回転軸である
。前記回転軸４７の大径鍔部４８の下側には、可動子４
５の薄肉部４９を押圧する皿ばね５０が配設されている
。

また、回転軸４７の下部にはスナップリング５１により
シム５２が保持されていて、このシム５２の厚みを選択
することにより、皿ばね５０の押圧力を適宜に調整でき
るように構成されている。

上記のように構成された従来の超音波モータにおいて、
圧電素子４４に高周波電圧が印加されると、圧電素子４
４の変形に伴い固定子４３に弾性進行波が発生し、この
弾性進行波により固定子４３の表面上の質点に楕円運動
が生起する。そして、この楕円運動に伴い固定子４３と
可動子４５との接触面に摩擦力が発生し、その摩擦力で
可動子４５に回転モーメントが作用して、可動子４５と
一体に回転軸４７が回転される。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、この種の超音波モータのトルク出力は、一般
に、固定子４３と可動子４５との摩擦係数及び皿ばね５
０の加圧力に依存する。しかしながら、従来の超音波モ
ータにおいては、皿ばね５０の加圧力が固定子４３及び
可動子４５の接触部の内側に作用するため、第４図に拡
大して示すように、その加圧力で可動子４５の薄肉部４
９及び固定子４３の薄肉部５４がそれぞれ彎曲して、固
定子４３と可動子４５とが片当りの状態で圧接される。

また、皿ばね５０はそれ自身のばね特性からして、第５
図に矢印で示すように、周方向の加圧力が不均一となっ
ているので、固定子４３に対し可動子４５を各部均一な
力で加圧することが困難である。したがって、固定子４
３と可動子４５との摩擦係数及び圧接力がそれぞれ不安
定になり、回転むらまたはトルクむらが生じやすく、そ
の結果、超音波モータの高出力化が妨げらちることにな
る。

そこで、本発明の課題は、固定子と可動子とを常に安定
した接触面で圧接させて、回転むら及びトルクむらを防
止でき、もって、高い出力を得ることができる超音波モ
ータの提供にある。

［課題を解決するための手段］ 本発明にかかる超音波モータは、圧電素子により弾性進
行波を発生する固定子と、その固定子に弾接するように
配置され、弾性進行波により駆動される可動子と、その
可動子を固定子に向けて加圧するばね手段と、そのばね
手段と可動子との間に介装され、ばね手段の加圧力を固
定子及び可動子の接触面とほぼ同じ位置でその接触面に
伝える加圧補助部材とから構成されている。

［作用］ 本発明の超音波モータによれば、加圧補助部材がばね手
段と可動子との間に介在して、ばね手段の加圧力を固定
子及び可動子の接触面とほぼ同じ位置でその接触面に伝
えるため、固定子及び可動子の彎曲が防止されるととも
に、ばね手段の加圧力が固定子及び可動子の接触面の各
部に均一に作用する。したがって、固定子と可動子とが
常に安定した接触面を介して圧接され、回転むら及びト
ルクむらが抑制され、その結果、高い出力を得ることが
できる。

［実施例］ 以下、本発明を具体化した実施例を図面に基づいて説明
する。

第１図は本発明の一実施例による超音波モータの縦断面
図、第２図は可動子と回転軸との連結措造が第１図とは
異なる本発明の別の実施例による超音波モータを示す縦
断面図である。

第１図に示すように、この実施例の超音波モータのハウ
ジング１は、略円板状のベース２と、前記ベース２の外
周部に立設固定された側壁筒３と、前記側壁筒３の上端
部内周に螺着された蓋部材４とから構成されている。

前記ベース２の中央環状部５には固定子６の内孔７が挿
着されている。前記固定子６は小径リング部８、大径リ
ング部９及び薄肉部１０とから、りん青銅等の金属弾性
材料で一体的に構成されている。前記小径リング部８は
ベース２の支持面１１に接合した状態で螺子１２によっ
て固定されている。前記大体リング部９の上面には全周
にわたって多数のくし歯１３が一定ピッチで突設されて
いる。

前記固定子６の大径リング部９の下面には、セラミック
ス材料等でリング状に成形された圧電素子１４が図示し
ない導電性の接着材を介して固着されている。そして、
前記圧電素子１４に高周波電圧が印加されると、圧電素
子１４の伸縮変形に伴い固定子６の大径リング部９に弾
性進行波、すなわち、超音波振動が発生する。

前記ベース２の中央開口部１６には軸受１７が圧入され
ている。また、前記蓋部材４の中央部には挿通孔１８が
形成されるとともに、ベアリング１９が固定されている
。そして、前記軸受１７とベアリング１９とに回転軸２
０が挿通支承されている。前記回転輪２０はハウジング
１の外部に突出する出力部２１及びベアリング１９に当
接する大径鍔部２２を備えていて、大径鍔部２２にて出
力部２１側への移動が規制されている。

前記固定子６に対し上方から接合するように、前記回転
輪２０には可動子２４が挿通されている。

前記可動子２４はアルミニウム等の金属材料で成形され
ていて、その外周にはリング状凸部２６が下向に突設さ
れている。そして、前記リング状凸部２６の下面はライ
ナー２８を介して固定子６のくし歯１３に対接している
。

前記可動子２４と回転軸２０の大径鍔部２２との間には
、皿ばね３０、第１ゴムシート３１、加圧補助部材３４
及び第２ゴムシート２９が上下に積層されている。

前記皿ばね３０は、大径鍔部２２の下面に突設した複数
の係止凸部３２に嵌合する係止孔３３を備え、その係止
孔３３で回転軸２０に対し回り止めされ、これにより、
可動子２４を加圧補助部材３４を介して回転軸２０に一
体回転可能に連結する。そして、皿ばね３０は本実施例
のばね手段を構成し、その弾性力で前記加圧補助部材３
４を介して可動子２４を固定子６に加圧する。なお、皿
ばね３０の加圧力は蓋部材４の締付は量を加減すること
によって適宜に調整される。

前記加圧補助部材３４は、アルミニウム等よりなる可動
子２４よりも剛性が高い鉄等の金属材料で形成されると
ともに、可動子２４よりも大きな質量を有している。ま
た、加圧補助部材３４の外周には、前記第２ゴムシート
２９を介して可動子２４のリング状凸部２６の上面に当
接するリング状突起３５が下向きに突設されている。そ
して、加圧補助部材３４は皿ばね３０と可動子２４との
間に介在して、前記リング状突起３５により、皿ばね３
０の加圧力を固定子６及び可動子２４の接触面とほぼ同
じ位置でその接触面に伝えるように構成されている。

なお、前記第１ゴムシート３１は可動子２４の振動に伴
う皿ばね３０及び加圧補助部材３４間の振動音を防止す
る。また、前記第２ゴムシート２９は可動子２４と加圧
補助部材３４との間の振動音を防止する。

次に、上記のように構成された本実施例の超音波モータ
の動作を説明する。

固定子６に固着された圧電素子１４に高周波電力が印加
されると、その圧電素子１４が伸縮変形されて、固定子
６に弾性進行波が発生する。この弾性進行波は固定子６
の大径リング部９に沿って周回し、その過程で、弾性進
行波を生起する楕円運動の振幅が大径リング部９のくし
歯１３によって拡大される。すると、＜Ｌ歯１３の表面
」二の質点の楕円運動によって、固定子６と可動子２４
との接触面に摩擦力が発生する。そして、この摩擦力で
可動子２４に回転モーメントが作用し、これにより、可
動子２４及り回転軸２０が一体に回転される。

ところで、本実施例の超音波モータにおいては、加圧補
助部材３４が皿ばね３０と可動子２４との間に介在して
、そのリング状突起３５が固定子６及び可動子２４の接
触面の真上の位置から可動子２４に係合するため、従来
とは異なり、固定子６及び可動子２４の彎曲が防止され
るとともに、皿ばね３０の加圧力がリング状突起３５に
沿って固定子６及び可動子２４の接触面の各部に均一に
作用する。したがって、固定子６と可動子２４とが常に
安定した接触面を介して圧接され、回転むら及びトルク
むらが抑制され、その結果、高い出力を得ることができ
る。

また、加圧補助部材３４が皿ばね３０と可動子２４との
間に介在して、皿ばね３０の加圧力をリング状突起３５
の周方向に一様に分布するので、圧電素子１４への印加
電圧を高く設定した場合でも、可動子２４に固定子６と
は異なる周波数の固有振動が生起するおそれがない。そ
れ故、皿ばね３０等の異音を防止した状態で、超音波モ
ータの出力を増大させることができる。しかも、本実施
例においては、加圧補助部材３４が可動子２４よりも剛
性が高い材料によって形成され、かつ、可動子２４より
も大きな質量を有しているので、可動子２４の振動が加
圧補助部材３４及び皿ばね３０等に伝わりにくくなる。

なお、上記実施例では、大径鍔部２２と皿ばね３０との
結合を介して可動子２４が回転軸２０と一体して回転可
能に連結されているが、本発明はこれに限定されるもの
ではなく、可動子２４と回転軸２０とを第２図に示す構
造で連結することも可能である。すなわち、第２図に示
す別の実施例においては、回転軸２０の下部３７が両側
面を切除した断面太鼓状に形成されていて、その回転軸
２０の下部３７に可動子２４が相対回転不能に挿通され
ている。この連結構造によれば、可動子２４が回転軸２
０に対し直接結合されているので、可動子２４の回転モ
ーメントを回転軸２０に効率よく伝達することができる
。また、第２図に図示した例とは異なり、回転軸２０の
下部をスプライン状に形成し、ここに可動子２４を相対
回転不能に挿通した場合でも前記と同様の効果が得られ
る。

更に、上記実施例の超音波モータは可動子２４が回転運
動を行なうように構成されているが、可動子が直線運動
するように構成したリニア型の超音波モータに本発明を
応用して具体化することも可能である。

［発明の効果コ 以上に詳述したように、本発明の超音波モータは、圧電
素子の変形により弾性進行波を発生する固定子と、その
固定子に弾接するように配置され、弾性進行波によって
駆動される可動子と、その可動子を固定子に向けて加圧
するばね手段と、そのばね手段と可動子との間に介装さ
れ、ばね手段の加圧力を固定子及び可動子の接触面とほ
ぼ同じ位置でその接触面に伝える加圧補助部材とから構
成したものであるから、固定子と可動子とを常に安定し
た接触面で圧接させて、回転むら及びトルクむらを防止
でき、もって、高い出力を得ることができるという優れ
た効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による超音波モータの縦断面
図、第２図は可動子と回転軸との連結構造が第１図とは
異なる本発明の別の実施例による超音波モータを示す縦
断面図、第３図は従来の超音波モータを示す縦断面図、
第４図は第３図の超音波モータにおいて固定子と可動子
との接触部分を拡大して示す部分断面図、第５図は第３
図の超音波モータで使用されている皿ばねの加圧力の分
布を示す説明図である。 図において、 ６：固定子、　　　　　１４：圧電素子、２４：可動子
、　　　　　３０：皿ばね、３４：加圧補助部材 である。 なお、図中、同−符号及び同一記号は同一または相当部
分を示すものである。 特許出願人　アイシン精機株式会社 外１名

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）圧電素子の変形により弾性進行波を発生する固定
   子と、 前記固定子に弾接するように配置されて、前記弾性進行
   波により駆動される可動子と、 前記可動子を固定子方向に加圧するばね手段と、前記ば
   ね手段と可動子との間に介装され、ばね手段の加圧力を
   固定子及び可動子の接触面とほぼ同じ位置でその接触面
   に伝える加圧補助部材とを具備することを特徴とする超
   音波モータ。
2. （２）前記加圧補助部材は、可動子よりも剛性が高い材
   料により形成され、かつ、可動子よりも大きな質量を有
   していることを特徴とする請求項１に記載の超音波モー
   タ。