JPH05252764A

JPH05252764A - 超音波モータ

Info

Publication number: JPH05252764A
Application number: JP4048283A
Authority: JP
Inventors: Tsuneo Watanabe; 常雄渡辺; Tadao Takagi; 忠雄高木; Daisuke Satani; 大助佐谷; Ryoichi Suganuma; 亮一菅沼; Kunihiro Fukino; 邦博吹野
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1992-03-05
Filing date: 1992-03-05
Publication date: 1993-09-28
Also published as: US5625247A; US5446331A

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】本発明は、進行性振動波を発生する振動体に
より移動体を駆動するように構成される超音波モータに
関し、振動体と移動体とを接触面内において均一に加圧
することができるとともに、加工が容易で、かつ、小型
の加圧機構を備えた超音波モータを提供することを目的
とする。【構成】進行性振動波を発生する振動体４９と、この
振動体４９により駆動される移動体５５とを有し、前記
振動体４９と移動体５５とを加圧機構により加圧接触し
てなる超音波モータにおいて、前記加圧機構を、前記進
行性振動波の進行方向に沿って配置される複数の板バネ
６１により形成して構成する。また、板バネ６１を、同
一板材から一体的に突出形成して構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、進行性振動波を発生す
る振動体により移動体を駆動するように構成される超音
波モータに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、超音波モータは、進行性振動波
を発生する振動体により移動体を駆動するように構成さ
れている。

【０００３】そして、このような超音波モータでは、振
動体と移動体とが、例えば、コイルバネ，皿バネ等を使
用した所定の加圧機構により加圧接触されている。図１
８は、複数のコイルバネからなる加圧機構を有する円環
型の超音波モータを示すもので、図において符号１１
は、ホルダーを示している。

【０００４】ホルダー１１内には、支持部材１３が嵌挿
されており、支持部材１３の中央部には、ステータ１５
が支持されている。ステータ１５の下面には、圧電素子
１７が一体的に接着され、ステータ１５と圧電素子１７
により振動体１９が形成されている。

【０００５】支持部材１３の上部には、ベアリング２８
ｂを介してロータ２１がラジアル方向に規制され、かつ
回転自在に配置されている。このロータ２１の下面に
は、摺動材２３が一体的に接着され、ロータ２１と摺動
材２３により移動体２５が形成されている。

【０００６】また、ロータ２１の上面には、回転力伝達
部材２６がロータ２１と一体的に載置され、切欠２６ａ
等により外部にロータ２１の回転を伝達できるように構
成されている。

【０００７】ホルダー１１の上部には、加圧調整部材２
９が螺合されており、加圧調整部材２９と加圧力伝達部
材２７との間には、加圧機構を構成する複数のコイルバ
ネ３１が所定角度を置いて配置されている。

【０００８】加圧力伝達部材２７と回転力伝達部材２６
との間には、スラストベアリング２８ａが設けられてい
る。上述した超音波モータでは、圧電素子１７に所定の
電圧を印加すると、ステータ１５に進行性振動波が発生
し、この進行性振動波により摺動材２３およびロータ２
１が回転される。

【０００９】また、加圧調整部材２９を回転させて上下
動し、加圧調整部材２９と加圧力伝達部材２７との間隔
を調整することにより、コイルバネ３１の加圧力を調節
することができる。

【００１０】図１９は、単数のコイルバネからなる加圧
機構を有する超音波モータを示すもので、この超音波モ
ータでは、加圧調整部材２９と加圧力伝達部材２７との
間には、一体のコイルバネ３３が配置されている。

【００１１】図２０は、皿バネからなる加圧機構を有す
る超音波モータを示すもので、この超音波モータでは、
加圧調整部材２９と加圧力伝達部材２７との間には、一
対の皿バネ３５が配置されている。

【００１２】上述したコイルバネ３１，３３あるいは皿
バネ３５を使用した超音波モータでは、バネ係数を小さ
く設計することが比較的容易であり、初期の加圧力調整
時あるいは経時的な要因によりバネの撓み量が変化して
も、加圧力の変動を小さく抑えることができ、性能が比
較的安定した超音波モータを得ることができる。

【００１３】特に、皿バネ３５を使用した超音波モータ
では、バネ係数、すなわち、撓み量と荷重との関係が線
形でなく、撓み量の関数であるため、バネ係数Ｋ（δ）
が一定値に近い領域で皿バネ３５を使用するように設計
することにより、さらに撓み量δの変動に対する加圧力
の変動を小さく抑えることができる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の超音波モータでは、加圧力の変動は比較的小
さく抑えられているものの、振動体１９と移動体２５と
の接触面内での加圧力の均一性については全く考慮され
ていないという問題があった。

【００１５】すなわち、例えば、円環型の超音波モータ
では、ステータとロータとの円環状の接触面内で、特
に、円周方向に加圧力が均一に作用していることが望ま
しく、均一に作用していない時には、回転ムラ等の性能
不安定の要因になる。

【００１６】なお、半径方向についても、加圧力が均一
に作用していることが望ましいが、半径方向に関して
は、幅が狭いため、特に大きな問題になることはない。
以下、この接触面内での加圧力の均一性について詳細に
説明する。

【００１７】すなわち、図１９に示したように単一のコ
イルバネ３３を使用する場合には、コイルバネ３３の座
巻近傍では、巻線の粗密が必ず生じ、コイルバネ３３の
ａ点とｂ点では加圧力に差が生じ円周方向の荷重が不均
一となる。

【００１８】また、図１８に示したように複数のコイル
バネ３１を使用する場合には、円周方向に小さなコイル
バネ３１を多数配置するため、コイルバネ３１の固体差
による荷重のバラツキにより、加圧力に差が生じ円周方
向の荷重が不均一となる。

【００１９】さらに、図２０に示したように皿バネ３５
を使用する場合には、加圧力伝達部材２７と皿バネ３５
とが、図のｃ点において円形の線接触となり、加圧力伝
達部材２７はこの接触部から加圧力を受けることになる
が、線接触であるため、皿バネ３５の高さが円周方向で
バラツクと、加圧力伝達部材２７と皿バネ３５とが接触
しない部分が生じ、これにより加圧力に差が生じ円周方
向の荷重が不均一となる。

【００２０】そして、さらに、従来の超音波モータで
は、以下に述べるような欠点があった。すなわち、コイ
ルバネ３１，３３を使用した超音波モータでは、荷重の
変動を少なくするためにバネ係数を小さくしようとする
と、撓み量を大きくする必要があるが、撓み量を大きく
するとコイルバネ３１，３３の全長が長くなり、加圧機
構を含めた超音波モータの寸法が大きくなり、カメラあ
るいはＯＡ機器等の限られたスペースに超音波モータを
収容することが非常に困難になるという問題があった。

【００２１】また、皿バネ３５を使用した超音波モータ
では、皿バネ３５に高い加工精度が要求されるという問
題があった。すなわち、皿バネ３５では、図２１に示す
ように、撓み量δと荷重Ｆとの関係が線形ではなく、ま
た、皿バネ３５の形状を変えると図のａ，ｂ，ｃ，ｄの
ように撓み量と荷重との関係が変化する。

【００２２】従って、例えば、撓み量と荷重との関係が
図のｃになるように形状を決め、設定撓み量がＡの範囲
で使用するように設計すれば、多少撓み量が変化して
も、荷重変動が非常に少ない皿バネが得られるが、一
方、加工寸法がずれると、最初に意図した図のｃのよう
な特性ではなく、ｄあるいはｂ，ａのような特性を示
し、Ａの範囲において、撓み量の変動に対して荷重が大
きく変動する危険性が高く、従って、皿バネに高い加工
精度が要求されることになる。

【００２３】本発明は、かかる従来の問題を解決するた
めになされたもので、振動体と移動体とを接触面内にお
いて均一に加圧することができるとともに、加工が容易
で、かつ、小型の加圧機構を備えた超音波モータを提供
することを目的とする。

【００２４】

【課題を解決するための手段】請求項１の超音波モータ
は、進行性振動波を発生する振動体と、この振動体によ
り駆動される移動体とを有し、前記振動体と移動体とを
加圧機構により加圧接触してなる超音波モータにおい
て、前記加圧機構を、前記進行性振動波の進行方向に沿
って配置される複数の板バネにより形成してなるもので
ある。

【００２５】請求項２の超音波モータは、請求項１にお
いて、前記複数の板バネは、それぞれ分離されているも
のである。請求項３の超音波モータは、請求項１におい
て、前記複数の板バネは、同一板材から一体的に突出形
成されているものである。

【００２６】請求項４の超音波モータは、請求項１ない
し３の超音波モータにおいて、前記複数の板バネは、前
記進行性振動波の進行方向に向けて突出形成されている
ものである。

【００２７】請求項５の超音波モータは、請求項１ない
し３の超音波モータにおいて、前記複数の板バネは、前
記進行性振動波の進行方向に垂直な方向に突出形成され
ているものである。

【００２８】

【作用】本発明の超音波モータでは、振動体と移動体と
が、複数の板バネにより加圧接触され、振動体からの進
行性振動波が移動体に伝達される。

【００２９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて詳細に
説明する。図１は、本発明の超音波モータの第１の実施
例を示すもので、図において符号４１は、円筒状のホル
ダーを示している。

【００３０】ホルダー４１内には、支持部材４３が嵌挿
されており、支持部材４３の中央部には、ステータ４５
が支持されている。ステータ４５の下面には、圧電素子
４７が一体的に接着され、ステータ４５と圧電素子４７
により振動体４９が形成されている。

【００３１】支持部材４３の上部には、ベアリング５８
ｂを介してロータ５１がラジアル方向に規制され、かつ
回転自在に配置されている。このロータ５１の下面に
は、摺動材５３が一体的に接着され、ロータ５１と摺動
材５３により移動体５５が形成されている。

【００３２】また、ロータ５１の上面には、回転力伝達
部材５６がロータ５１と一体的に載置され、切欠５６ａ
等により外部にロータ５１の回転を伝達できるように構
成されている。

【００３３】ホルダー４１の上部には、加圧調整部材５
９が螺合されており、加圧調整部材５９と加圧力伝達部
材５７との間には、加圧機構を構成する複数の板バネ６
１が所定角度を置いて配置されている。

【００３４】加圧力伝達部材５７と回転力伝達部材５６
との間には、スラストベアリング５８ａが設けられてい
る。図２は、加圧調整部材５９と加圧力伝達部材５７と
の間に配置される板バネ６１を径方向から見た図であ
り、板バネ６１の一端には、支持部６１ａが形成され、
他端には、円弧部６１ｂが形成されている。

【００３５】そして、支持部６１ａがピン６３により加
圧調整部材５９に固定され、円弧部６１ｂの外周が、加
圧力伝達部材５７の上面に、加圧力Ｆで当接されてい
る。なお、この実施例では、板バネ６１は、ステンレ
ス，真鍮，青銅等の板材をプレス加工することにより形
成されている。

【００３６】上述した超音波モータでは、圧電素子４７
に所定の電圧を印加すると、ステータ４５に進行性振動
波が発生し、この進行性振動波により摺動材５３および
ロータ５１が回転される。

【００３７】また、加圧調整部材５９を回転させて上下
動し、加圧調整部材５９と加圧力伝達部材５７との間隔
Ｌを調整することにより、板バネ６１の加圧力Ｆを調節
することができる。

【００３８】しかして、以上のように構成された超音波
モータでは、振動体４９と移動体５５とを板バネ６１に
より加圧するようにしたので、バネ係数の小さい板バネ
６１を用いることにより荷重変動を少なくすることがで
きる。

【００３９】なお、板バネ６１のバネ係数は、板厚、作
用点までの距離を変えることにより容易に変更可能であ
り、超音波モータの必要加圧精度に応じて、所定のバネ
係数に設定される。

【００４０】また、板バネ６１は、プレス加工により同
じ形状のものを大量に容易に加工することが可能であ
り、複数配置される板バネ６１の荷重のバラツキが非常
に小さくなり、振動体４９と移動体５５とを接触面内に
おいて均一に加圧することができる。

【００４１】さらに、コイルバネに比較して、板バネ６
１の場合には、その外形寸法を非常に小さくすることが
可能となるため、間隔Ｌ寸法が小さくなり、超音波モー
タの小型化を図ることができる。

【００４２】また、板バネ６１は、バネ係数を決定する
のに設計の自由度が比較的大きく、バネ係数を小さくし
て振動体４９と移動体５５の加圧力を精度良く初期設定
したり、経時的にも加圧力の変動を少なくすることが容
易であり、特性の安定した超音波モータを提供できる。

【００４３】さらに、板バネ６１は、皿バネと異なり、
バネ特性が線形であるため、寸法の誤差によりバネ特性
が激変する可能性を解消することができる。そして、板
バネ６１は、上述した利点を損なうことなく、様々な形
状にすることが容易に可能であるため、設計の自由度を
従来より大幅に向上することが可能になる。

【００４４】図３は、本発明の超音波モータの第２の実
施例の板バネを示すもので、この実施例では、板バネ６
５の両端には、支持部６５ａが形成され、これ等の支持
部６５ａの間に、半楕円状の曲面部６５ｂが形成されて
いる。

【００４５】そして、一方の支持部６５ａがピン６３に
より加圧調整部材５９に固定され、他方の支持部６５ａ
が加圧調整部材５９に当接されている。また、曲面部６
５ｂの外周が、加圧力伝達部材５７の上面に、加圧力Ｆ
で当接されている。

【００４６】この実施例においても第１の実施例とほぼ
同様の効果を得ることができる。図４は、本発明の第３
の実施例における板バネの形状を示した図である。円環
状の板材６７には、所定角度で半楕円形状の複数の突部
を形成することにより複数の板バネ６９が形成されてい
る。

【００４７】これ等の板バネ６９は、図３に示した両持
ちの板バネとほぼ同様の作用をする。この実施例におい
ても第１の実施例とほぼ同様の効果を得ることができる
が、この実施例では、円環状の板材６７に一体的に板バ
ネ６９を形成したので、前述した実施例のように板バネ
をピンにより加圧調整部材に固定する必要がなくなるた
め、組み立て性を向上することができる。

【００４８】図６は、本発明の第４の実施例における板
バネの形状を示した図である。円環状の板材７３には、
中心方向に突出した突出部７３ａと、突出部７３ａの先
端から円周方向に延びるバネ部７３ｂとからなる複数の
板バネ７５が、等間隔で一体形成されている。

【００４９】そして、図７に示されるように、バネ部７
３ｂは、加圧力伝達部材５７を押圧することによって加
圧調整部材５９の圧力を移動体５５に伝達している。こ
の実施例においても第３の実施例とほぼ同様の効果を得
ることができるが、この実施例では、板バネ７５の長さ
を長くとることができるため、バネ係数をより小さく
し、荷重変動を小さくすることが容易に可能になる。

【００５０】図８は、本発明の第５の実施例における板
バネの形状を示した図である。円環状の板材７７には、
外径方向に突出した突出部７７ａと、突出部７７ａの先
端から円周方向に延びるバネ部７７ｂとからなる複数の
板バネ７９が、等間隔で一体形成されている。

【００５１】そして、図９に示されるように、バネ部７
７ｂは、加圧力伝達部材５７を押圧することによって加
圧調整部材５９の圧力を移動体５５に伝達している。こ
の実施例においても第４の実施例とほぼ同様の効果を得
ることができる。

【００５２】図１０は、本発明の第６の実施例における
板バネの形状を示した図である。円環状の板材８１に
は、中心方向に突出した突出部８１ａと、突出部８１ａ
の先端から両側に向けて円周方向に延びるバネ部８１ｂ
とからなる複数の板バネ８３が、等間隔で一体形成され
ている。

【００５３】そして、図１１に示されるように、バネ部
８１ｂは、加圧力伝達部材５７を押圧することによって
加圧調整部材５９の圧力を移動体５５に伝達している。
この実施例においても第５の実施例とほぼ同様の効果を
得ることができるが、この実施例では、突出部８１ａの
両側にバネ部８１ｂが形成されるため、板バネ８３の個
数を増大することが容易に可能となる。

【００５４】このように、板バネ８３の個数を増大する
と、荷重の作用点が増大し、振動体４９と移動体５５と
を接触面内においてより均一に加圧することができる。
図１２は、本発明の第７の実施例における板バネの形状
を示した図である。

【００５５】円環状の板材８５には、外径方向に突出し
た突出部８５ａと、突出部８５ａの先端から両側に向け
て円周方向に延びるバネ部８５ｂとからなる複数の板バ
ネ８７が、等間隔で一体形成されている。

【００５６】そして、図１３に示されるように、バネ部
８５ｂは、加圧力伝達部材５７を押圧することによって
加圧調整部材５９の圧力を移動体５５に伝達している。
この実施例においても第６の実施例とほぼ同様の効果を
得ることができる。

【００５７】図１４は、本発明の第８の実施例における
板バネの形状を示した図である。円環状の板材８９に
は、所定角度をおいて中心方向に突出した複数の突出部
により複数の板バネ９１が、等間隔で一体形成されてい
る。

【００５８】そして、図１５に示されるように、板バネ
９１は、加圧力伝達部材５７を押圧することによって加
圧調整部材５９の圧力を移動体５５に伝達している。こ
の実施例においても第６の実施例とほぼ同様の効果を得
ることができる。

【００５９】図１６は、本発明の第９の実施例における
板バネの形状を示した図である。円環状の板材９３に
は、外径方向に突出した複数の突出部により複数の板バ
ネ９５が、等間隔で一体形成されている。

【００６０】そして、図１７に示されるように、板バネ
９５は、加圧力伝達部材５７を押圧することによって加
圧調整部材５９の圧力を移動体５５に伝達している。こ
の実施例においても第８の実施例とほぼ同様の効果を得
ることができる。

【００６１】

【発明の効果】以上述べたように本発明の超音波モータ
では、振動体と移動体とを板バネにより加圧するように
したので、バネ係数の小さい板バネを用いることにより
荷重変動を少なくすることができる。

【００６２】また、板バネは、プレス加工により同じ形
状のものを大量に容易に加工することが可能であり、複
数配置される板バネの荷重のバラツキが小さくなり、振
動体と移動体とを接触面内において均一に加圧すること
ができる。

【００６３】さらに、コイルバネに比較して、板バネの
場合には、スペースを非常に小さくすることが可能とな
るため、超音波モータの小型化を図ることができる。ま
た、板バネは、バネ係数を決定するのに設計の自由度が
比較的大きく、バネ係数を小さくして振動体と移動体の
加圧力を精度良く初期設定したり、経時的にも加圧力の
変動を少なくすることが容易であり、特性の安定した超
音波モータを提供できる。

【００６４】さらに、板バネは、皿バネと異なり、バネ
特性が線形であるため、寸法の誤差によりバネ特性が激
変する可能性を解消することができる。また、複数の板
バネを同一板材から一体に突出形成することにより、組
み立て性を向上することが容易に可能になる。

【００６５】そして、板バネは、上述した利点を損なう
ことなく、様々な形状にすることが容易に可能であるた
め、設計の自由度を従来より大幅に向上することが可能
になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の超音波モータの第１の実施例を示す断
面図である。

【図２】図１の超音波モータの板バネを径方向から見て
示す断面図である。

【図３】本発明の超音波モータの第２の実施例の板バネ
を径方向から見て示す断面図である。

【図４】本発明の超音波モータの第３の実施例の板バネ
を示す上面図である。

【図５】図４の板バネを図４のＡ方向から見て示す側面
図である。

【図６】本発明の超音波モータの第４の実施例の板バネ
を示す上面図である。

【図７】図６の板バネを図６のＡ方向から見て示す側面
図である。

【図８】本発明の超音波モータの第５の実施例の板バネ
を示す上面図である。

【図９】図８の板バネを図８のＡ方向から見て示す側面
図である。

【図１０】本発明の超音波モータの第６の実施例の板バ
ネを示す上面図である。

【図１１】図１０の板バネを図１０のＡ方向から見て示
す側面図である。

【図１２】本発明の超音波モータの第７の実施例の板バ
ネを示す上面図である。

【図１３】図１２の板バネを図１２のＡ方向から見て示
す側面図である。

【図１４】本発明の超音波モータの第８の実施例の板バ
ネを示す上面図である。

【図１５】図１４の板バネを図１４のＡ方向から見て示
す側面図である。

【図１６】本発明の超音波モータの第９の実施例の板バ
ネを示す上面図である。

【図１７】図１６の板バネを図１６のＡ方向から見て示
す側面図である。

【図１８】従来の超音波モータを示す断面図である。

【図１９】従来の超音波モータを示す断面図である。

【図２０】従来の超音波モータを示す断面図である。

【図２１】皿バネの荷重と撓み量との関係を示す図であ
る。

【符号の説明】

４９振動体５５移動体６１，６５，６９，７５，７９，８３，８７，９１，９
５板バネ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者菅沼亮一東京都品川区西大井１丁目６番３号株式会社ニコン大井製作所内 (72)発明者吹野邦博東京都品川区西大井１丁目６番３号株式会社ニコン大井製作所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】進行性振動波を発生する振動体と、この
振動体により駆動される移動体とを有し、前記振動体と
移動体とを加圧機構により加圧接触してなる超音波モー
タにおいて、前記加圧機構を、前記進行性振動波の進行方向に沿って
配置される複数の板バネにより形成してなることを特徴
とする超音波モータ。
【請求項２】前記複数の板バネは、それぞれ分離され
ていることを特徴とする請求項１記載の超音波モータ。
【請求項３】前記複数の板バネは、同一板材から一体
的に突出形成されていることを特徴とする請求項１記載
の超音波モータ。
【請求項４】前記複数の板バネは、前記進行性振動波
の進行方向に向けて突出形成されていることを特徴とす
る請求項１ないし３のいずれか１項記載の超音波モー
タ。
【請求項５】前記複数の板バネは、前記進行性振動波
の進行方向に垂直な方向に突出形成されていることを特
徴とする請求項１ないし３のいずれか１項記載の超音波
モータ。