JP2535847B2 - 超音波モ−タ− - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、圧電素子および該圧電素子により励振され
るリング状弾性体から成る固定子と、該固定子に圧接さ
れ、該固定子に生じる超音波振動の表面進行波によって
該固定子の面上を回動するリング状弾性体である回転子
とから成る超音波モーターに関し、固定子と回転子との
加圧手段を改良したものである。

「従来の技術」 従来の超音波モーターとしては、例えば第７図に示す
ようなものがある。

同図において、超音波モーターは下側ケース1aと上側
ケース1bとに支持収納されており、圧電体2aとそれに励
振されるリング状弾性体2bとより成る固定子２と、回転
子３とにより超音波モーターが構成され、固定子２が弾
性体４を介して下側ケース1aに圧接されている。固定子
２と弾性体４は、図示せぬ公知の手段により下側ケース
1aに対して回転不能に固定されている。

回転子３の上には支持体５が当接され、支持体５から
出力軸5aが上側ケース1bの外へ延びている。支持体５は
スラストベアリング７とそれを押す圧縮バネ８とにより
回転子３に圧接されており下側ケース1a,上側ケース1b
に対しては回動可能である。圧縮バネ８の弾撥力により
超音波モーターは弾性体４に圧接され、同じ弾撥力によ
り固定子２と回転子３とが圧接している。

すなわち、この従来例では、弾性体4,スラストベアリ
ング7,圧縮バネ８が加圧手段を構成していて、圧着力の
みを固定子2,回転子３に伝え、その回転力を円滑に出力
軸5aに取り出せるように配置されている。

「発明が解決しようとする問題点」 しかしながら、上記の如き従来の技術では、加圧手段
が、超音波モーターの厚さに重畳するように、すなわち
スラスト方向に設けられている。このために、超音波モ
ーター自体の厚みが薄いにもかかわらず、ケースを含む
全体の厚みは厚くなってしまう。

すなわち、従来技術による構成では、モーター内に無
駄な容積が多くなりやすく、装置全体を小型化しずら
く、設計上不合理である、という欠点があった。

さらに、従来技術による配置であると、スラストベア
リング部の厚さを充分確保できないのでその内部に組み
込んである転動体（通常は鋼球）の直径が小さいものに
制限される。この結果転動体のころがり摩擦が増加し
て、出力軸に円潤な回転が得られないばかりか、摩擦に
よりモーターの効率が低下するという欠点がある。

また転動体に直径が小さいものを使用すると、スラス
トベアリングの負荷荷重も制限されることになり、充分
な加圧力を付与できなくなる。従って、進行波によっ
て、固定子上の回転子がバウンドし、充分なトルクが得
られないばかりか、バウンドによる固定子と回転子の衝
突によって異常騒音を発生させる原因にもなるという欠
点がある。

これらは、スラストベアリング部を大きくして大きな
転動体を使用すれば解決できるように思われるが、従来
技術による配置では、モーターの厚みがさらに増大し
て、必然的にモーターの大型化を招いてしまうことにな
る。

すなわち従来技術による配置では、大きな加圧手段を
モーター内に収納することが困難であるという、根本的
な問題点があった。また、超音波モータを大型化するこ
となく、固定子と移動子との加圧力を大きくすることが
できず、加圧手段を構成するスラストベアリング部の厚
さを十分に確保することができないため、スラストベア
リング部の内部に組み込む転動体の直径を大きくするこ
とができず、超音波モータの効率が低下したり、異音が
発生するという問題点があった。

「問題点を解決する為の手段」 上記の問題点を解決するための本発明の要旨とすると
ころは、 圧電素子と該圧電素子により励振される弾性体とから
なる固定子と、 該固定子に生じる振動により駆動される移動子と、 前記固定子と前記移動子とを加圧接触させる加圧力を
発生する加圧手段と、を備えた超音波モータにおいて、 前記加圧手段は、転動体と、該転動体を回転可能に支
持し前記転動体に加わるスラスト方向の前記加圧力を伝
達する伝達部材とからなるベアリングを少なくとも有し
ており、 前記ベアリングを前記移動子の外側に配設したことを
特徴とする超音波モータに存する。

「作用」 加圧手段を構成する転動体と、該転動体を回転可能に
支持し前記転動体に加わるスラスト方向の前記加圧力を
伝達する伝達部材とからなるベアリングを、移動子の外
側に配設したので、加圧手段を構成するスラストベアリ
ング部の厚さを十分に確保することができ、スラストベ
アリング部の内部に組み込む転動体の直径を大きくする
ことができ、超音波モータを大型化することなく、固定
子と移動子との加圧力を大きくすることができ、超音波
モータの効率が向上し、異音も発生せず、全体としてよ
り小型軽量化のできる超音波モーターを構成し得る。

「実施例」 以下、図面に基づき本発明の各種実施例を説明する。

第１図は本発明の第１実施例に係る超音波モーターの
横断面図である。

下側ハウジング10aと上側ハウジング10bとで内部に収
納空間を有するハウジング10が形成されている。下側ハ
ウジング10aの外周部には雄ねじ10cが上側ハウジング10
bの内周部には雌ねじ10dが設けられ、互いに締結され
て、一体となり、内部にモーター本体を収納するハウジ
ング10を形成するようになっている。

上側ハウジング10bに穴10gが穿設され、下側ハウジン
グ10aにはピン10eが植設されている。さらに、円形断面
を有するゴムブラスチック等の弾性材料でつくられたリ
ング状の弾性体11が下側ハウジング10aの内面に接着固
定されている。

通電により振動を発生する厚電体12とリング状弾性体
13とが組み合わされた固定子12aとが一体となって弾性
体11に弾性支持され、固定子12aに回転子14が組み合わ
されている。回転子14は、後述する本発明の加圧手段に
よって固定子12aの表面に対して、回転摺動可能なよう
に圧着されている。

圧電体12に発生した振動は、ハウジング10に拘束され
ることなく、リング状弾性体13に伝達され、固定子12a
が回転子14との接触面に効率よく進行波を励起させるこ
とができるようになっている。

リング状弾性体13に穴13aが開設され、穴13aに下側ハ
ウジング10aに立設されたピン10eが遊びを持って嵌合し
ており、リング状弾性体13および圧電体12の回転を防止
し、上下方向（スラスト方向）の運動のみを許容するよ
うになっている。

回転子14を上方から支持するための支持体15が設けら
れており、支持体15と回転子14とは接着等の手段により
結合されて一体となって回転するようになっている。ま
た支持体15の中心には、出力取り出し用の軸15aが、上
側ハウジング10bの中央に設けられた穴から外部へ向か
って突出するように設けられている。

固定子12aに発生した進行波によって駆動された回転
子14の回転運動は支持体15を経由して軸15aからハウジ
ング10の外部へ出力されるようになっている。

また支持体15の外周は回転子14,固定子12aのリング状
弾性体13,および圧電体12の外周を囲むように立下が
り、その下端に、全周にわたりリング状の軌道輪16が設
けられている。軌道輪16の上面には、円形断面を持つ案
内溝16aが設けられている。案内溝16aは転動体17を嵌合
案内するものである。

転動体17は球体であって、ベアリングボール等が使用
されており、軌道輪16の全周にわたって案内溝16a上を
ころがり循環可能なように多数個充てんされている。

軌道輪16に転動体17を押し付ける押え輪18が軌道輪16
の上方に配設されており、その下面には、円形断面を持
つミゾ18aが設けられ、転動体17と接触している。

押え輪18に突起18bが設けられ、突起18bは上側ハウジ
ング10bに設けられた穴10gに挿入されており、押え輪18
は回転方向の運動を制約され、上下方向（スラスト方
向）の動きの自由度が与えられるようになっている。

押え輪18の上には上端が上側ハウジング10bの天井に
接触し、下端が押え輪18と接触して押え輪18を下方に押
し下げる方向に力が発生するばね19が張設されている。

上記、圧電体12,リング状弾性体13から成る固定子12a
と回転子14との外周部側方に配置された、転動体17,押
え輪18,ばね19によって本実施例の加圧手段が構成され
ている。

圧縮バネ19の力は、押え輪18,転動体17,軌道輪16,支
持体15,回転子14と伝達されて、前述したように回転子1
4と固定子12aとを圧着するようになっている。

次に本実施例の作動を説明する。

圧電体12に通電されると、これが振動して、リング状
弾性体13上に超音波の進行波が発生する。回転子14はリ
ング状弾性体13に圧着されているので、回転子１はリン
グ状弾性体13の進行波によって回転駆動される。支持体
15は回転子14と固着されて一体となっているので回転子
14とともに回転する。

そこで支持体15の外周に設けられた軌道輪16と押え輪
18との間にはさまれてばね19の圧着力を伝達している転
動体17は、ころがりながら支持体15の外周を循環する。

不回転部材である押え輪18と回転部材である支持体15
との間には、転動体17を介して押え輪18による加圧力が
作用しているが中間に介在している転動体17がころがり
部材であるために支持体15は、すべり摩擦による損失を
受けることなく、円滑に高効率に回転することが可能で
ある。

以上のような支持体15の回転によって、その中心に設
けられた軸15aが回転し、回転子14の回転が外部へ出力
される。

第２図および第３図は第２実施例を示している。第１
実施例と同一機能を有する部材は、同一の番号を付し、
作動および機能が同一のものは説明を省略する。

第２図は、第２実施例の横断面図であって、第３図は
一部を破断して示した斜視図である。

本実施例においては、上側ハウジング10bの天井部に
転動体17の案内溝10fが設けられている。転動体17は、
その中央部に穴17aが設けられた円板状をしており、穴1
7aの作用によって直径方向に、撓んで弾性力が発生する
ようになっている。すなわちリング状をした弾性を有す
る部材になっているわけである。

転動体17の直径を案内溝10fと支持体15に設けられた
軌道輪16の案内溝1aとの間隔より若干大きくしておけ
ば、第２図のように挿入された時には直径方向に若干た
わんで、案内溝16aを下方へ押す方向へ弾性力が発生す
るようになっている。従って転動体17の変形による弾性
力は、支持体15を介して、回転子14と固定子12aとを圧
着するように作用する。

すなわち本実施例では、第１実施例におけるばね19の
圧縮作用を、転動体17の弾性変形による弾性力によって
代用していることになる。従って本実施例の加圧手段
は、駆動体17により構成されている。

支持体15の回転によって転動体17が案内溝16a上をこ
ろがりながら支持体15の外周を循環していることは第１
実施例と同様である。

第４図および第５図は第３実施例を示している。

本実施例は、転動体17を固定子12aおよび回転子14の
内側へ配置し、支持体15の外周に出力用の歯車15bを設
けてある。転動体17にばね性を持たせて、加圧力を発生
させていることは第２実施例と同様であるが、第５図に
示すように、転動体17の外側の形状を球面状にしてあ
る。

本実施例では、転動体17の外側の形状を球面状にして
あるので、転動体17の循環が円滑に行なえるようにする
とともに、前記球面状にしてあることにより軌道15cの
中に、より多数の転動体17を配設することができ、また
歯車15bを利用して容易かつ確実に出力を取り出すこと
ができる。

第６図は前記第２実施例および第３実施例における転
動体17の変形例を示している。

前記第２実施例，第３実施例において転動体17は円板
状をしており、穴17aは第６図（ａ）に示すように円形
であったが転動体17をプラスチックで作る場合には第６
図（ｂ）に示すように星形その他の形状でも良い。第６
図（ｂ）に示すようにすると、弾性変形しやすくより安
定した加圧力が得られる。また上記第2,第３実施例にお
いて、転動体はゴムあるいはプラスチックなどの弾性材
料で作られた球体であっても良いことはもちろんであ
る。

尚、上記各実施例においては、回転子14と、支持体15
及び軌道輪16とを別体に設けたが、適当な材質のものが
あれば、３つの要素14,15,16を一体に形成してもよい。

「発明の効果」 本発明によれば、加圧手段を構成する転動体と、該転
動体を回転可能に支持し前記転動体に加わるスラスト方
向の前記加圧力を伝達する伝達部材とからなるベアリン
グを、移動子の外側に配設したので、加圧手段を構成す
るスラストベアリング部の厚さを十分に確保することが
でき、スラストベアリング部の内部に組み込む転動体の
直径を大きくすることができ、超音波モータを大型化す
ることなく、固定子と移動子との加圧力を大きくするこ
とができ、超音波モータの効率が向上し、異音も発生せ
ず、全体として超音波モータをより小型軽量化すること
ができるという効果がある。

また各実施例の如く構成すれば、加圧手段の転動体を
大型化することにより、回転部材の摩擦抵抗が減って、
モーター内の機械効率が向上し、より小型より少ない電
力でより大きな出力を得ることができるという効果があ
る。

さらに転動体は、より大きな加圧力に耐えることがで
きるので、加圧力に対する設計上の自由度が増大すると
いう効果もある。

また第2,第３実施例によれば転動体が加圧力を発生し
ているので、バネ等別の加圧手段が不要となり、より単
純な構造で構成できるようになったので、従来技術によ
るよりも安価に製造できるという効果もある。

さらに従来この種の超音波モーターは圧電体、固定
子、回転子等は、リング状をしており、その中心部は空
洞であり、第３実施例では、この空洞部を利用して加圧
手段を構成したので、加圧手段を外周に設けるものに比
べモーター本体の外周を小径にできるという効果があ
る。

また、第３実施例では、転動体の循環が円潤に行なわ
れ、かつ軌道内へより多数の転動体を充てんできるの
で、回転部の運動がより円潤になる。またモーターの外
周が歯車等の出力手段と兼用できるので、より単純な動
力装置を得ることができるという効果がある。

第６図（ｂ）に示すような形状にすれば転動体をプラ
スチック等の成形品で作ることができ、量産性が向上す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１実施例に係る超音波モーターの
横断面図、第２図は第２実施例に係る超音波モーターの
横断面図、第３図は同じく一部を破断して示した斜視
図、第４図は第２実施例に係る超音波モーターの横断面
図、第５図は第４図Ｖ−Ｖ線位置の中心部の断面図、第
６図は転動体の変形例の正面図、第７図は従来例に係る
超音波モーターの横断面図である。 12a……固定子、14……回転子 15……支持体、16……軌道輪 16a……案内溝、17……転動体 19……圧縮ばね

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧電素子と該圧電素子により励振される弾
   性体とからなる固定子と、 該固定子に生じる振動により駆動される移動子と、 前記固定子と前記移動子とを加圧接触させる加圧力を発
   生する加圧手段と、を備えた超音波モータにおいて、 前記加圧手段は、転動体と、該転動体を回転可能に支持
   し前記転動体に加わるスラスト方向の前記加圧力を伝達
   する伝達部材とからなるベアリングを少なくとも有して
   おり、 前記ベアリングを前記移動子の外側に配設したことを特
   徴とする超音波モータ。
2. 【請求項２】前記加圧手段の前記加圧力は、ばね部材に
   より発生することを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の超音波モータ。
3. 【請求項３】前記加圧手段の前記加圧力は、弾性変形可
   能な転動体により発生することを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の超音波モータ。