JP2524346B2

JP2524346B2 - 超音波モ−タ

Info

Publication number: JP2524346B2
Application number: JP62074955A
Authority: JP
Inventors: 澄夫川合
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1987-03-27
Filing date: 1987-03-27
Publication date: 1996-08-14
Anticipated expiration: 2011-08-14
Also published as: US4918351A; US4871937A; JPS63242184A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］この発明は、超音波モータ、詳しくは超音波モータに
おける振動体の支持構造に関するものである。

［従来の技術］弾性体に圧電素子を固着し、該圧電素子に駆動用交流
電圧を印加することにより弾性体表面に楕円振動を発生
させる振動体と、この振動体に摩擦接触させることによ
って回転駆動される移動体とからなる周知の超音波モー
タにおいては、上記振動体をモータのケース、即ち、固
定枠体に固定する場合、振動体の振動が固定枠体に漏れ
ないようにしなければならない。

そのために振動体の種々の支持構造が従来提案せられ
ている。このうち最も一般的に見られる支持構造は、特
開昭59−96883号公報に示されているように、振動体を
ゴム等の振動吸収体のシートを介して支持する手段であ
る。また特開昭60−96183号公報および特開昭60−21017
4号公報に開示されているように、振動体に補助的な支
持体を取り付け、支持体に定在波を発生させることによ
り定在波の節の部分を固定枠やケースに固定して支持す
る手段も提案せられている。

［発明が解決しようとする問題点］ところが、上記特開昭59−96883号公報に示されたよ
うな従来の支持手段では、次のような問題点がある。即
ち（１）支持にゴム等を使用しているので、振動体の位置
が不安定で決まらない。

（２）超音波モータを駆動するためには、移動体を強い
力で振動体に圧着しなければならないが、圧着力を強く
すると振動体を支持しているゴム等が弾性変形して振動
吸収性が悪化し、モータの効率が悪くなったり、騒音を
発生する。

（３）ゴム等は均一に弾性変形をすることがないので、
振動体と移動体の圧着力分布が不均一になり、モータの
回転ムラを生じたり騒音が発生する。

また、上記特開昭60−96183号公報および特開昭60−2
10174号公報に開示された支持手段においても以下のよ
うな欠点がある。

モータの位置は決まるが、定在波を支持部に作るため
には支持部を比較的長く取る必要があり、モータの支持
スペースがかなり必要となる。即ち、補助振動子（支持
体）を、厚さに対して長さが十分に長く、断面形状が一
定とすると、上記特開昭60−96183号公報、特開昭60−2
10174号公報に示されているように補助振動子の振動数
と長さとの関係は、以下のようになる。

上式は、補助振動子を高さｈ、幅ｂの断面長方形の板
とすると、Ｉ＝bh³/12であることから、さらにと変形できる。

上式において、 l:振動子の長さ β：振動次数に対する定数 E:ヤング率 I:梁（支持体）の断面二次モーメント ρ：支持体の密度 A:梁（支持体）の断面積 ω：振動数 h:支持体の厚さ f:振動体の振動周波数ここで、振動子を、ステンレスの矩形板とすると、一
次の振動では板厚1mmでｌ＝0.54mmとなる。これでは剛
性が高くなりすぎ、屈曲振動がおこり難い。また上式が
成立するためには、ｌは板厚に対して充分大きいという
ことが条件であるからもっと、板厚を薄く、ｌを長くと
って高次のモードで振動させる必要があり、必然的に超
音波モータとしての外径が大きくなってしまう。

安定した圧着力を加えるためには、支持部材とは別に
加圧部材が必要となる。

従って、本発明の目的は上記のような従来の不具合を
解消し、小型で簡単な、かつ振動体の振動損失を小さく
することができる支持構造をもつ超音波モータを提供す
るにある。

［問題点を解決するための手段および作用］本発明では、上記問題点を解決するために、弾性金属体に圧電素子を固着し、該圧電素子に駆動用
交流電圧を印加することにより弾性金属体表面に楕円振
動を発生させるリング状振動体と、同振動体に摩擦接触
させて回転駆動される移動体とからなる超音波モータに
おいて、上記振動体の周方向に沿った円弧状の板バネ部材で形
成され、固定枠に基部を固着されていて、上記振動体
の、上記移動体が摩擦接触する面と異なる面を支持する
と共に、上記振動体を上記移動体に圧着する方向に付勢
する複数個の弾性支持腕を有することを特徴とする。

［実施例］以下、図示の実施例により本発明を説明する。

第1,2図は、本発明の第１実施例を示したものであっ
て、固定枠体１は下端部外周に、振動体および移動体等
を載置して取り付けるための外向フランジ1aを有し、上
端部外周面に抜止リング11を螺合させるための雌ねじ1b
の刻設された円筒体で形成されていて、上記フランジ1a
上には先づ、リング状の弾性薄板からなる支持板２が接
着またはネジ止め等の手段で固着される。

この支持板２には、その外周縁寄りの等間隔位置の３
箇所に、部分円弧状に切り起された弾性支持腕2a,2b,2c
が形成されており、同各支持板2a〜2cの先端部寄りの自
由端部には、先端部を斜下方に向けて折り曲げた支持部
2a₀,2b₀,2c₀が形成されている。この支持部2a₀〜2c₀は
振動体10を弾性的に支持する役目をするもので、その上
面にはシリコンゴム等からなるリング状の防振材３を介
して振動体10が支持されている。

この振動体10は、リング状弾性金属体５の下面に多数
の圧電素子４を固着して形成されていて、該圧電素子４
に駆動用交流電圧を印加することにより弾性体５の表面
に惰円振動を発生させる役目をする。そして、このリン
グ状振動体10の弾性金属体５の上面には、移動体である
筒体からなるロータ７が同ロータの下面に一体に取り付
けられたスライダ６を介して接触している。このロータ
７は固定枠体１の円筒体の外周面に内周面を緊密に嵌合
させて回転自在に配設されていて、その上端面の中程に
はＶ溝からなるボール受溝7aがリング状に穿設されてい
る。このボール受溝7a内には、ボールベアリングと同様
に回転摩擦を少なくする多数のボール８が列設され、そ
の上からボール押えリング９が当接され、抜止リング11
が上記固定枠体１の雌ねじ1bに螺合されるようになって
いる。

上記ロータ７は、抜止リング11を固定枠体１の雌ねじ
1bにねじ込むことによってボール８を介してボール押え
リング９がロータ７を押圧してその下面のスライダ６の
振動体との接触面が振動体10の上面に圧着することによ
り、振動体10に押圧される。

このように構成された本実施例によれば、振動体10が
支持板２の支持腕2a〜2cによってロータ７に圧着される
から特別な圧接機構を必要としないし、また支持腕2a〜
2cは、その腕部の長さおよび板厚，材質等によりバネ定
数を任意に設計できるので、振動体10の振動系に対し、
振動を固定枠体１に伝達せず、かつ支持板２での損失の
少ない最適な設計とすることができる。また支持板２の
占めるスペースは、支持腕が部分円弧状に形成されてい
るため、ラジアル方向は振動体10の内径がわおよび外径
がわにはみ出すことなく、更にスラスト方向にも支持板
２の板厚程度のスペースで済み、モータ自体を小型にす
ることができる。また、振動体10は通常、固定枠体１に
対して回転しないように回転止めを設ける必要がある
が、本発明の場合には、防振材３が滑止めの働きをして
いるので、特に回転止めを設ける必要はない。

第３図〜第５図は、本発明の第２実施例を示したもの
である。本実施例では振動体10を支持する支持腕の構成
が上記第１実施例のものと異なっている。

即ち、本実施例では支持腕は複数本の支持腕、例えば
第３図に示すように３本の弾性支持腕12a,12b,12cで構
成されている。この弾性支持腕12a〜12cは、それぞれ先
端部が上方に傾斜する部分円弧状の弾性導電片で形成さ
れていて、円筒体からなる固定枠体1Aの外向フランジ1A
a上の等間隔位置に各基部を配設され、同各基部を上記
フランジ1Aaを下方から貫通する取付ビス13a〜13cに挿
通され、同各ビス13a〜13cに螺合されるナット15a〜15c
により外向フランジ1Aa上にビス止めされている。そし
て、この各弾性支持腕12a〜12cの各先端部上には導電ゴ
ムからなる支持片16a〜16cがそれぞれ固着されている。
この各支持片16a〜16cは弾性金属体５の圧電素子４とか
らなる振動体10を弾性的に支持すると共に、第５図に示
すように圧電素子４の電極群17a,17bおよび弾性金属体
５に圧接する接点を構成している。また、各支持腕12a
〜12cの各基部には交流電源18へのリード線14a〜14cの
接続端子が取り付けられている。

即ち、超音波モータにおける振動体10は、金属の弾性
体５の片面に、空間的にλ/4の位相ずれを生じるように
２つのグループに分離した圧電素子群4a,4bを貼着して
構成されているものであるが、上記弾性金属体５が圧電
素子群4a,4bのアース電極を兼ねており、この弾性金属
体５に支持片16cを介してアース接点としての支持腕12c
が弾接している。一方、支持腕12a,12bは各々、支持片1
6a,16bを介して上記圧電素子群4a,4bの電極17a,17bに弾
接している。そして、圧電素子群4aには交流電源18か
ら、Ｖ＝V₀sinωｔ、圧電素子群4bには90゜移相器19を
通して90゜位相がずれたＶ＝V₀sin（ωｔ±π/2）の交
流電圧が印加されるようになっている。

このように構成すれば、電極端子を支持腕12a〜12cが
兼ねることができ、また電極端子を振動が伝わらない部
分に設けることができるので、リード線，端子等を破損
することがない。その他の構成は前記第１実施例のもの
と全く同様に構成されているので、同一部材には同一符
号を付し、その説明は省略する。

第６図は、本発明の第３実施例の要部を示した断面図
である。本実施例は支持腕部に発生する振動モードを強
制的に制限するようにしたもので、そのために、基部を
取付ビス20によって固定枠体のフランジ21に固定し自由
端部を上方に向けて傾斜させ、その先端部を斜下方に折
り曲げることにより支持部22aを形成した弾性支持腕22
の自由端部に、腕22の長手方向に直交する、例えば３本
の溝23a,23b,23cを基部と支持部22aとの間に穿設してあ
る。そして、このように形成した支持腕22を複数本、フ
ランジ21上の等間隔位置に配設し、その各支持部22aで
防振材３を介して振動体10を弾性的に支持する。

このように溝23a〜23cを設けると、支持腕22に３つの
定在波がたち、定在波の節が支持腕22の基部と支持部22
aとの間にできる。振動モードを限定することができれ
ば、損失の少なくなるように節を固定することが容易と
なり、支持による振動体の振動損失を最小にすることが
できる。そして、支持部材の振動モードを制限する上か
らも腕部の長さが比較的長くとれる本発明の構成が有効
であることは明らかである。

また、腕部の振動を制限するのに、上記第６図に示し
た実施例では、溝23a〜23cを設けたが、腕の長さ方向に
おいて、腕の断面形状を部分的に変えたり、連続的に変
化することによっても実現できるし、また腕の断面形状
を変えなくても、腕部を形成する部材のヤング率を部分
的に、あるいは連続的に変化しても同様の効果が得られ
る。

［発明の効果］以上述べたように本発明によれば、弾性体の周方向に
沿う円弧形状の複数個の弾性支持腕により振動体を支持
するようにしたので、振動体の支持による振動損失を小
さくすることができ、またこの支持構造をロータの圧着
手段として共用することができるため、モータを小型に
構成することができるという顕著な効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１実施例を示す超音波モータの分
解斜視図、第２図は、上記第１図の超音波モータの断面図、第３図は、本発明の第２実施例を示す超音波モータの要
部の分解斜視図、第４図は、上記第２図の超音波モータの断面図、第５図は、超音波モータの電極端子を示す線図、第６図は、本発明の第３実施例を示す超音波モータの要
部拡大断面図である。１……固体枠体 2a…2c,12a〜12c,22……弾性支持腕４……圧電素子５……弾性体７……移動体（ロータ） 10……振動体

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】弾性金属体に圧電素子を固着し、該圧電素
子に駆動用交流電圧を印加することにより弾性金属体表
面に楕円振動を発生させるリング状振動体と、同振動体
に摩擦接触させて回転駆動される移動体とからなる超音
波モータにおいて、上記振動体の周方向に沿った円弧状の板バネ部材で形成
され、固定枠に基部を固着されていて、上記振動体の、
上記移動体が摩擦接触する面と異なる面を支持すると共
に、上記振動体を上記移動体に圧着する方向に付勢する
複数個の弾性支持腕を有することを特徴とする超音波モ
ータ。