JPH11191970A

JPH11191970A - 超音波モータ

Info

Publication number: JPH11191970A
Application number: JP9358523A
Authority: JP
Inventors: Nobumitsu Oda; 修充小田
Original assignee: Asmo Co Ltd
Current assignee: Asmo Co Ltd
Priority date: 1997-12-25
Filing date: 1997-12-25
Publication date: 1999-07-13
Also published as: US6211604B1; US20010022485A1; US6707233B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ステータとロータとの間に介在される摩擦材が
摩耗しても、ステータに対するロータの圧接力の変化を
確実に小さくすることができる超音波モータを提供す
る。【解決手段】皿バネ１９ａは、弾性変形された状態で組
み付けられるとともに、その弾性力がロータ１５をステ
ータ９に対して圧接するための加圧力として利用され
る。そして、該皿バネ１９ａは、所望の弾性力を有し、
かつその全長に対する弾性力の変化量が小さくなる安定
領域内の全長に弾性変形されて組み付けられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は超音波モータに係
り、詳しくはステータに対するロータの圧接力の変化を
小さくすることができる超音波モータ関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】超音波モータは、圧電素子を備えたステ
ータをハウジングに対して固定し、ライニング材（摩擦
材）を取着したロータをハウジングに対して回転可能に
支持し、加圧部材の加圧力に基づいて該ロータをライニ
ング材を介して前記ステータに圧接して構成されてい
る。そして、圧電素子に高周波駆動電圧が印加されると
その圧電素子が振動し、その振動がステータに伝搬され
る。圧電素子の振動に基づいてステータのロータとの接
触面では進行波が生じ、その進行波に基づいてロータが
回転するようになっている。

【０００３】このような超音波モータの加圧部材は、例
えば回転軸にロータから反ステータ側に所定距離だけ離
間した位置に、軸方向に移動不能に組み付けられた係止
部材と、該係止部材とロータとの間に弾性変形させた状
態で介在した皿バネとから構成されている。そして、こ
の皿バネの弾性力によって、ロータはステータに対して
圧接される。

【０００４】ここで、超音波モータの回転特性を所望の
回転特性とするために、ステータに対してロータを所望
の加圧力で圧接するように調整する必要がある。そのた
め、従来では、モータの組付け時にロータと皿バネとの
間に予め所定の厚みの調整ワッシャを介在させ、皿バネ
及び係止部材の組付け後に、ロータに対して加圧力測定
器をステータ側に押し付けて、該ステータに対するロー
タの加圧力を計測する。そして、加圧力が所望の値を満
たさないときには、皿バネ及び係止部材の組付けをばら
して、予め介在させた調整ワッシャを厚みの異なる調整
ワッシャに置換して、ステータに対するロータの加圧力
が調整される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記ロータ
には、ステータと接触する部分にライニング材が取着さ
れている。そのため、ライニング材が摩耗するにつれて
皿バネの撓み量が変化し、その撓み量の変化に基づいて
弾性力が変化して、ステータに対するロータの加圧力が
変化する。

【０００６】従って、従来では、組付け時にステータに
対するロータの加圧力が所望の値を満たしていても、前
記皿バネがその撓み量と弾性力との関係を示す特性曲線
のどの部分を使用して組み付けられているかが不明なた
め、ライニング材の摩耗により皿バネの弾性力が大きく
変化する場合がある。すると、ステータに対するロータ
の圧接力が大きく変化し、個々のモータの回転特性にば
らつきが生じるという問題がある。

【０００７】本発明は、上記問題点を解決するためにな
されたものであって、その目的は、ステータとロータと
の間に介在される摩擦材が摩耗しても、ステータに対す
るロータの圧接力の変化を確実に小さくすることができ
る超音波モータを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め、請求項１に記載の発明は、圧電素子を備えたステー
タをハウジングに対して固定し、摩擦材を取着したロー
タをハウジングに対して回転可能に支持し、加圧手段の
加圧力に基づいて該ロータを摩擦材を介して前記ステー
タに圧接して、前記圧電素子の駆動に基づいてロータを
回転させる超音波モータであって、前記加圧手段には、
弾性変形された状態で組み付けられるとともに、その弾
性力が前記加圧力として利用される弾性部材が備えら
れ、前記弾性部材は、所望の弾性力を有し、かつその撓
み量に対する弾性力の変化量が小さくなる安定領域内の
撓み量に弾性変形されて組み付けられることを要旨とす
る。

【０００９】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の超音波モータにおいて、前記弾性部材は、前記摩擦材
の摩耗前後において前記安定領域内となる特定領域内の
撓み量に弾性変形されて組み付けられることを要旨とす
る。

【００１０】請求項３に記載の発明は、請求項１又は２
に記載の超音波モータにおいて、前記加圧手段は、前記
弾性部材の撓み量の調整を行う調整部材を備えたことを
要旨とする。

【００１１】請求項１に記載の発明によれば、加圧手段
には、弾性変形された状態で組み付けられるとともに、
その弾性力がロータをステータに対して圧接するための
加圧力として利用される弾性部材が備えられる。弾性部
材は、所望の弾性力を有し、かつその撓み量に対する弾
性力の変化量が小さくなる安定領域内の撓み量に弾性変
形されて組み付けられる。従って、弾性部材を安定領域
内の撓み量となるように弾性変形させることから、摩擦
材が摩耗してもステータに対するロータの圧接力の変化
を確実に小さくすることができる。

【００１２】請求項２に記載の発明によれば、弾性部材
は、摩擦材の摩耗前後において前記安定領域内となる特
定領域内の撓み量に弾性変形されて組み付けられる。す
ると、弾性部材の弾性力は、摩擦材が完全に摩耗し尽く
されるまでその変化量が小さくなる。従って、摩擦材が
摩耗してもステータに対するロータの圧接力の変化をよ
り確実に小さくすることができる。

【００１３】請求項３に記載の発明によれば、加圧手段
には、弾性部材の撓み量の調整を行う調整部材が備えら
れる。従って、調整部材にて弾性部材の弾性力の調整を
容易に行うことができることから、ステータに対するロ
ータの加圧力の調整を容易に行うことができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した一実施
の形態を図１〜図３に従って説明する。図１は、超音波
モータの断面図を示す。超音波モータ１のハウジング２
は基台３とカバー４とから構成されている。前記基台３
は、ボールベアリング５を保持するための軸受保持部３
ａと、その軸受保持部３ａの内側開口端から内側に延出
形成された膨出部３ｂと、回転軸６を挿通するための貫
通孔３ｃとを備えている。前記膨出部３ｂには、後記す
るステータ９を固定するためにネジ孔３ｄが設けられて
いる。

【００１５】前記カバー４の上部には、すべり軸受７を
保持するための軸受保持部４ａが形成され、更にその中
央部分には前記回転軸６を挿通する貫通孔４ｂが形成さ
れている。そして、回転軸６は、前記軸受保持部３ａ，
４ａによりそれぞれ保持されたボールベアリング５とす
べり軸受７を介してハウジング２に対して回転可能に支
持されている。

【００１６】又、前記基台３の膨出部３ｂの上面には回
転軸６を挿通する円環状の絶縁プレート８が載置され、
更にその上面にはステータ９が載置されている。このス
テータ９は、圧延鋼板例えば冷間圧延鋼板（ＳＰＣＣ）
よりなる振動板１０と、該振動板１０の内周部下面にロ
ウ付けにて接合されるとともに絶縁プレート８の上面に
載置される円環状の金属基板１１と、該振動板１０の外
周部下面にロウ付けにて接合されるベースリング１２
と、該ベースリング１２の下面に接着剤にて接着される
円環状に形成された圧電素子１３とによって一体に構成
されている。

【００１７】前記振動板１０は、その中央に前記回転軸
６を挿通するための貫通孔１０ａが形成され、前記膨出
部３ｂのネジ孔３ｄと対応する位置にはネジ貫通孔１０
ｂが形成されている。又、前記金属基板１１には、振動
板１０のネジ貫通孔１０ｂと対応する位置にネジ貫通孔
１１ａが形成されている。

【００１８】前記振動板１０の外周部には、その外周端
部から中心に向かってのびる複数のスリット１１ｃが等
間隔に形成されている。又、隣り合うスリット１１ｃ間
には、放射状にのびる櫛歯状部１１ｄが形成されてい
る。櫛歯状部１１ｄは、その先端部がクランク状に屈曲
形成され、上方に屈曲した部分を延出部１０ｅとし、該
延出部１０ｅの先端から外側に水平に延びた部分を接触
部１０ｆとしている。

【００１９】そして、前記ステータ９は、絶縁ワッシャ
１４ａを取り付けたネジ１４をネジ貫通孔１０ｂ，１１
ａから前記絶縁プレート８を介して前記ネジ孔３ｄに螺
合させて基台３に固定される。尚、前記ステータ９と前
記基台３の膨出部３ｂとは、絶縁プレート８及び絶縁ワ
ッシャ１４ａによって電気的に絶縁状態となっている。

【００２０】前記ステータ１０の上面にはステンレス又
はアルミニウム合金よりなるロータ１５が配置され、そ
のロータ１５は前記接触部１０ｆの上面に摩擦材として
のライニング材１６を介して当接するようになってい
る。尚、本実施の形態のライニング材１６は、ポリイミ
ド系樹脂よりなり、厚みが０．３ｍｍで形成されてい
る。

【００２１】前記ロータ１５は、その中央に嵌合孔１５
ａが形成されている。該嵌合孔１５ａには、絶縁カラー
１７が嵌着されている。そして、絶縁カラー１７とロー
タ１５とは、相対回転不能に組付けられている。又、絶
縁カラー１７は、その中央に嵌合孔１７ａが形成されて
いる。該嵌合孔１７ａには前記回転軸６が相対回転不能
に嵌合されている。従って、ロータ１５は、絶縁カラー
１７を介して前記回転軸６に対し一体に組付けられてい
る。

【００２２】前記絶縁カラー１７の上面１７ｂは、加圧
手段を構成する調整部材としての調整ワッシャ１８を介
して図２に示すような皿バネ１９ａと円盤状のプレート
１９ｂとからなる加圧手段を構成する加圧部材１９によ
り加圧されている。この皿バネ１９ａは、その頂部１９
ｃが調整ワッシャ１８に当接し、底部１９ｄがプレート
１９ｂの下面に当接している。又、プレート１９ｂに
は、その中央に前記回転軸６に嵌合する嵌合孔１９ｅが
形成されている。

【００２３】又、前記回転軸６の外周には、前記加圧部
材１９に対応した位置に係合溝６ａが形成されている。
そして、加圧部材１９は、前記回転軸６に対して相対回
転不能に連結され、かつ回転軸６の係合溝６ａにサーク
リップ２０が嵌め込まれて、該クリップ２０により軸方
向にそれ以上上動不能に連結される。そして、加圧部材
１９の加圧力、即ち皿バネ１９ａの弾性力によって、前
記ロータ１５はステータ１０に対して圧接される。尚、
前記ロータ１５と前記加圧部材１９及び前記回転軸６と
は、絶縁カラー１７によって電気的に絶縁状態となって
いる。

【００２４】前記皿バネ１９ａは、本実施の形態ではオ
ーステナイト系ステンレス鋼にて形成され、組付け前の
状態において全長Ｌ１が２．１ｍｍ、厚さが０．８ｍ
ｍ、頂部１９ｃの径が１５ｍｍ、底部１９ｄの径が５２
ｍｍで形成されている。尚、皿バネ１９ａは、図１及び
図２においてこれらの寸法を考慮しないで描かれてい
る。

【００２５】このように形成された皿バネ１９ａは、予
め測定した図３の特性曲線に示すように外部から加えた
荷重に対して全長Ｌ１が変化、即ち撓み量が変化する。
言い換えれば、皿バネ１９ａは、全長Ｌ１の変化に対し
て荷重と同値の弾性力を有することになる。

【００２６】ここで、超音波モータ１の回転特性を所望
の回転特性とするために、ステータ９に対してロータ１
５を２６〜３０［ｋｇｆ］の加圧力で圧接することが好
ましく、本実施の形態では皿バネ１９ａの全長Ｌ１の変
化に対する弾性力の変化量が最少となる３０［ｋｇｆ］
の加圧力で圧接するように調整されている。つまり、ス
テータ９に対してロータ１５が３０［ｋｇｆ］の加圧力
で圧接するように、種々の厚みの調整ワッシャ１８から
選定された調整ワッシャ１８が皿バネ１９ａと絶縁カラ
ー１７との間に介在されて、皿バネ１９ａの全長Ｌ１が
１．２５ｍｍに弾性変形される。

【００２７】因みに、皿バネ１９ａの全長Ｌ１が１．０
〜１．５ｍｍの第１の領域Ａ１は、ステータ９に対して
ロータ１５を２６〜３０［ｋｇｆ］の加圧力で圧接する
ことができ、しかも全長Ｌ１の変化、即ち撓み量の変化
に対する弾性力の変化量が小さくなる安定領域である。
この領域Ａ１は、皿バネ１９ａの使用にあたり望ましい
領域である。従って、モータ１の使用時に、ライニング
材１６が摩耗しロータ１５が下降して皿バネ１９ａの全
長Ｌ１が長くなっても、皿バネ１９ａの弾性力の変化量
が小さいことから、ステータ９に対するロータ１５の圧
接力の変化を小さくすることができる。

【００２８】更に、皿バネ１９ａの全長Ｌ１が１．０〜
１．２ｍｍの第２の領域Ａ２は、前記ライニング材１６
の厚さが０．３ｍｍであることから、ライニング材１６
が完全に摩耗し尽くされるまで、皿バネ１９ａの全長Ｌ
１の変化、即ち撓み量の変化に対する弾性力の変化量が
小さくなる特定領域である。この領域Ａ２は、皿バネ１
９ａの使用にあたりより望ましい領域である。この領域
Ａ２を使用すれば、ステータ９に対するロータ１５の圧
接力の変化を確実に小さくすることができる。

【００２９】尚、皿バネ１９ａの全長Ｌ１が１．５〜
２．１ｍｍの領域は、全長Ｌ１の変化、即ち撓み量の変
化に対する弾性力の変化量がほぼ比例する比例領域Ａ０
である。従って、この領域Ａ０では、皿バネ１９ａの撓
み量の変化に対する弾性力の変化量が大きいことから、
ステータ９に対するロータ１５の圧接力が大きく変化す
るため、この領域Ａ０内での皿バネ１９ａの使用は好ま
しくない。

【００３０】又、皿バネ１９ａの全長Ｌ１が０．８〜
１．０ｍｍの領域は、全長Ｌ１の変化、即ち撓み量の変
化に対する弾性力の変化量が急激に変化する極限領域Ａ
３である。従って、この領域Ａ３ではステータ９に対す
るロータ１５の圧接力が急激に変化することから、この
領域Ａ３内での皿バネ１９ａの使用は好ましくない。

【００３１】前記カバー４の外壁面にはコネクタ２１が
取着されている。該コネクタ２１は、前記圧電素子１３
とリード線２２を介して電気的に接続される。そして、
前記圧電素子１３は、リード線２２及びコネクタ２１を
介して超音波モータ１を駆動制御する図示しないコント
ローラに電気的に接続され、該コントローラから高周波
駆動電圧が供給される。

【００３２】そして、圧電素子１３にコントローラから
の高周波駆動電圧が印加されると、該圧電素子１３は振
動する。圧電素子１３の振動は、ベースリング１２及び
ステータ９の延出部１０ｅを介してロータ１５との接触
面である接触部１０ｆにおいて進行波振動となる。そし
て、接触部１０ｆに圧接されたロータ１５は、その進行
波振動に基づいて回転し回転軸６を回転させる。

【００３３】上記したように、本実施の形態では、以下
に示す特徴がある。（１）本実施の形態では、ステータ９に対してロータ１
５が皿バネ１９ａの全長Ｌ１の変化に対する弾性力の変
化量が最少となる３０［ｋｇｆ］の加圧力で圧接するよ
うに調整した。従って、ライニング材１６が摩耗して皿
バネ１９ａの全長Ｌ１が変化しても、ステータ９に対す
るロータ１５の圧接力の変化が小さくなるため、個々の
モータ１における回転特性のばらつきを軽減することが
できる。

【００３４】尚、本実施の形態では、皿バネ１９ａの弾
性力が３０［ｋｇｆ］となる全長Ｌ１（＝１．２５ｍ
ｍ）、即ち第１の領域（安定領域）Ａ１内の全長Ｌ１で
皿バネ１９ａを弾性変形させて組み付けたが、全長Ｌ１
が第２の領域（特定領域）Ａ２内となるように皿バネ１
９ａを弾性変形させて組み付けるとなおよい。つまり、
第２の領域Ａ２は、ライニング材１６の厚さが０．３ｍ
ｍであることから、ライニング材１６が完全に摩耗し尽
くされるまで、皿バネ１９ａの全長Ｌ１の変化に対する
弾性力の変化量を小さくすることができる領域である。
従って、全長Ｌ１が第２の領域Ａ２内となるように皿バ
ネ１９ａを弾性変形させて組み付けると、ライニング材
１６が摩耗しても、ステータ９に対するロータ１５の圧
接力の変化を確実に小さくすることができる。

【００３５】（２）又、本実施の形態では、皿バネ１９
ａと、ロータ１５に組み付けた絶縁カラー１７との間に
種々の厚さの調整ワッシャ１８を介在させることで、皿
バネ１９ａの弾性力（加圧力）の調整を行うようにし
た。従って、ステータ９に対するロータ１５の加圧力の
調整を容易に行うことができる。

【００３６】尚、本発明は上記形態に限定されることは
なく、本発明の趣旨から逸脱しない領域で以下のように
してもよい。 ○上記実施の形態では、絶縁カラー１７の上面１７ｂに
載置した調整ワッシャ１８とプレート１９ｂとの間に皿
バネ１９ａを介在させたが、他の弾性部材を介在させる
ようにしてもよい。

【００３７】○上記実施の形態では、加圧力を調整する
ために調整ワッシャ１８を使用したが、ワッシャ以外の
調節部材を使用して加圧力を調整するようにしてもよ
い。 ○上記実施の形態では、調整ワッシャ１８を絶縁カラー
１７の上面１７ｂと皿バネ１９ａの間に介在させたが、
皿バネ１９ａとプレート１９ｂとの間、又はプレート１
９ｂとサークリップ２０との間に介在させるようにして
もよい。

【００３８】上記実施の各形態から把握できる請求項以
外の技術思想について、以下にその効果とともに記載す
る。（イ）請求項１〜３のいずれかに記載の超音波モータに
おいて、前記弾性部材（１９ａ）は、皿バネであること
を特徴とする超音波モータ。このように構成しても、ス
テータとロータとの間に介在される摩擦材が摩耗して
も、ステータに対するロータの圧接力の変化を確実に小
さくすることができる超音波モータを提供することがで
きる。

【００３９】（ロ）請求項１〜３或いは上記（イ）のい
ずれかに記載の超音波モータにおいて、前記調整部材
（１８）は、ワッシャであることを特徴とする超音波モ
ータ。このように構成しても、ステータとロータとの間
に介在される摩擦材が摩耗しても、ステータに対するロ
ータの圧接力の変化を確実に小さくすることができる超
音波モータを提供することができる。

【００４０】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
ステータとロータとの間に介在される摩擦材が摩耗して
も、ステータに対するロータの圧接力の変化を確実に小
さくすることができる超音波モータを提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施の形態における超音波モータを示す断
面図。

【図２】皿バネを示す断面図。

【図３】皿バネの荷重特性を示す特性図。

【符号の説明】

２…ハウジング、９…ステータ、１３…圧電素子、１５
…ロータ、１６…摩擦材としてのライニング材、１８…
加圧手段を構成する調整部材としての調整ワッシャ、１
９…加圧手段を構成する加圧部材、１９ａ…弾性部材と
しての皿バネ、Ｌ１…撓み量としての全長、Ａ１…第１
の領域（安定領域）、Ａ２…第２の領域（特定領域）。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧電素子（１３）を備えたステータ
（９）をハウジング（２）に対して固定し、摩擦材（１
６）を取着したロータ（１５）をハウジング（２）に対
して回転可能に支持し、加圧手段（１８，１９）の加圧
力に基づいて該ロータ（１５）を摩擦材（１６）を介し
て前記ステータ（９）に圧接して、前記圧電素子（１
３）の駆動に基づいてロータ（１５）を回転させる超音
波モータであって、前記加圧手段（１８，１９）には、弾性変形された状態
で組み付けられるとともに、その弾性力が前記加圧力と
して利用される弾性部材（１９ａ）が備えられ、前記弾性部材（１９ａ）は、所望の弾性力を有し、かつ
その撓み量（Ｌ１）に対する弾性力の変化量が小さくな
る安定領域（Ａ１）内の撓み量（Ｌ１）に弾性変形され
て組み付けられることを特徴とする超音波モータ。
【請求項２】請求項１に記載の超音波モータにおい
て、前記弾性部材（１９ａ）は、前記摩擦材（１６）の摩耗
前後において前記安定領域（Ａ１）内となる特定領域
（Ａ２）内の撓み量（Ｌ１）に弾性変形されて組み付け
られることを特徴とする超音波モータ。
【請求項３】請求項１又は２に記載の超音波モータに
おいて、前記加圧手段（１８，１９）は、前記弾性部材（１９
ａ）の撓み量（Ｌ１）の調整を行う調整部材（１８）を
備えたことを特徴とする超音波モータ。