JP2599954B2

JP2599954B2 - 超音波駆動装置

Info

Publication number: JP2599954B2
Application number: JP63077560A
Authority: JP
Inventors: 敬介本多
Original assignee: Honda Electronics Co Ltd
Current assignee: Honda Electronics Co Ltd
Priority date: 1988-03-30
Filing date: 1988-03-30
Publication date: 1997-04-16
Anticipated expiration: 2012-04-16
Also published as: JPH01252178A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、ボールを積層してボール及びステータの摩
耗を分散することにより寿命を長くした超音波駆動装置
に関する。

［従来技術］現在提案されている超音波モータにおいて、リング形
圧電セラミックの片面に２組の電極群を接着し、それぞ
れの電極群によって励振される定在波が位置的にπ/2ず
れるように電極を配置し、またこれらの電極に対応する
リング形圧電セラミックの部分を交互に逆に分極し、さ
らにこれら２組の電極群に印加する交流電界が時間的に
π/2位相差がある２組の発振器をそれぞれ接続するもの
が提案されている。

このように構成した超音波モータは、２組の発振器か
らそれぞれの電極群に交流電界を印加することによって
リング形圧電セラミックの周囲の表面にπ/2位相がずれ
た２つの定在波が発生し、この２の定在波が合成された
進行波が発生する。従って、リング形圧電セラミックの
上に接着された振動体の上にリング形の移動体を載置し
て接触を強くすると、移動体が進行波によって移動され
る。

この超音波モータは振動体に回転体を圧接するため、
回転体あるいは振動体が摩耗し、寿命が短いという欠点
を有している。

この欠点を解決するために、ボールベアリングを使用
した超音波モータが提案されている（特開昭61−295882
号公報参照）。この超音波モータは、第10図に示すよう
にリング形回転体１の凹み1aの内面にゴムやスポンジな
どの弾性体２を装着し、この弾性板２にベアリングのリ
テーナ３に装着した多数のボール４を接触させ、またボ
ール４はステータ５の振動体６に接触するように構成し
ている。従って、弾性板２とボール４の摩擦力はボール
４と振動体６の摩擦力より強く構成されている。なお、
振動体６には圧電体振動子７が接着されている。

このようにして構成した超音波モータは、圧電体振動
子７を駆動して振動体６に進行波を発生すると、ボール
４が僅かに回転しながら回転体１が回転するので、ボー
ル４の摩耗が軽減され、モータの寿命が延びるというも
のである。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、この従来の超音波モータはボール４が
ステータ５の振動体６の上を殆ど回転しないで滑ること
によって振動体６に摩耗が生じ、寿命があまり延びない
という問題があった。

本発明は、２段またはそれ以上にリテーナで等間隔に
支持したボールを積み重ねることにより、押圧力が分散
され、それによって各ベアリングがそれぞれ少しずつ摩
耗していくことにより、寿命が著しく延びる超音波駆動
装置を提供することを目的とする。

［課題を解決するための段］上記目的を達成するために、本発明の超音波胴装置に
おいては、リテーナによりほぼ等間隔に支持された複数
のボールを隣接した上下のボールがそれぞれ２点で接す
るように２段またはそれ以上に積層し、進行波を発生す
るステータと回転体で挟持したことを特徴とする。

また、リテーナ中心軸及び回転体の回転軸を偏心させ
てもよい。

［作用］上記のように構成した超音波駆動装置では、ステータ
に接触しているボールがステータの楕円振動または進行
波によって同一方向に回転すると、２段目のボールは反
対方向に回転する。従って、２段目のボールの上に回転
体を載せると、２段目の逆回転のボールと回転体の摩擦
によって回転体がボールと共に回転する。ここで、一段
目のボールは２段目のボールとの摩擦によって少しずつ
回転し、ステータの接触面でボールの接触位置が少しず
つ変わることにより、ボールが僅かずつ摩耗し、従って
寿命が著しく延長される。また、ボールが３段に重なる
と、３段目のボールは一段目のボールと同方向に回転す
るので、回転体を３段目のボールの上に載せて回転体を
押圧すると、３段のボールだけが回転し、回転体は回転
しないので、この回転体を押圧体とし、ボールを支持す
るリテーナを回転体として使用する。この時、一段目の
ボールは２段目のボールとの接触によりステータの接触
面でボールの接触位置が少しずつ変わることにより、ボ
ールが僅かずつ摩耗し、従って寿命が著しく延長され
る。さらに、ボールを４段に重ねると、４段目のボール
は１段目のボールと逆方向に回転するので、４段目のボ
ールの上に回転体を載せると、４段目のボールと回転体
との摩擦により回転体は４段目のボールと共に回転す
る。この場合にも２段重ねのボールと同様にステータの
接触面でボールの接触位置が少しずつ変わることによ
り、ボールが僅かずつ摩耗し、従って寿命が著しく延長
される。さらにボールを重ねることにより回転体に加え
られた加圧力が各段のボールで分散され、ステータとボ
ールはその接触面で少しずつ位置が変わることによりボ
ールが僅かずつ摩耗し、従って寿命が著しく延長され
る。

また、回転体及びリテーナの中心軸を偏心させること
により、ステータの端面でボールが広い幅で回転するこ
とによりステータ及びボールの摩耗を減少させ、寿命が
著しく延長される。

［実施例］実施例について図面を参照して説明すると、第１図に
おいて、ステータ８の上にリテーナ９でほぼ等間隔に支
持された多数のボール10が載置され、これらのボール10
の上にリテーナ11でほぼ等間隔に支持されたボール12が
載置されるが、これらのボール10、12の互い隣り合った
ボールはそれぞれ２点で接触している。さらに、ボール
12の上に回転体13が載置される。

このように構成した本実施例の超音波駆動装置では、
ステータ８の端面に楕円振動または進行波が発生する
と、ボール10は矢印Ａの方向に回転するとともに、ステ
ータの端面で矢印Ｂの方向に移動する。またボール10の
回転によってボール12は逆方向の矢印Ｃの方向に回転す
るが、このボール12の回転はボール10の移動方向Ｂに対
して回転体13との接触面でボール12が逆方向に回転する
ので、ボール12の回転が抑えられ、回転体13の接触面で
摩擦となり、回転体13はボール12と共に移動する。また
ボール12の回転が抑えられることによって、ボール10の
回転も抑制され、ボール10が僅かずつ回転することによ
りボール10の摩耗が少なくなり、またステータの摩耗も
少なくなり、寿命が延びるという利点がある。さらにボ
ール12と回転体13とは殆ど位置が変わらないので、ボー
ル12と回転体13との摩耗は殆ど生じないという利点があ
る。

次に、第２図を参照すると、ステータ８の上にリテー
ナ９でほぼ等間隔に支持された多数のボール10が載せら
れ、またボール10の上にリテーナ11によってほぼ等間隔
に支持された多数のボール13が載置され、さらに、ボー
ル12の上にリテーナ14によって支持された多数のボール
15が載置されるが、これらのボール10、12、15の互い隣
り合ったボールはそれぞれ２点で接触している。また、
ボール15の上に回転体13が載置される。

このように構成された本発明の超音波駆動装置では、
ステータ８の端面に楕円振動または進行波が発生する
と、ボール10は矢印Ａの方向に回転するとともに、ステ
ータの端面で矢印Ｂの方向に移動する。またボール10の
回転によってボール12は逆方向の矢印Ｃの方向に回転す
る。さらに、ボール12の回転によってボール15はボール
10と同方向の矢印Ａの方向に回転する。

ここで、回転体13の端面でのボール15のＡ方向の回転
はボール10の移動方向Ｂに対して転がる方向になるの
で、回転体13の回転軸13′を止めると、ボール10、12、
16が移動し、回転体13の回転軸13′にトルクが伝わらな
い。ここで、回転体13に端面に凹みを設け、ボール15を
嵌め込んでボール15が回転しないようにすることによ
り、ボール10、12、15と回転体13が共にＢ方向に移動し
て回転する。

このように、ボール15の回転を抑えることによりボー
ル10、12の回転を抑制し、ステータ８の端面においてボ
ール10の回転が少なくなることにより、それぞれの摩耗
が著しく減少し、モータの寿命が著しく延長されるとい
う利点がある。

次に、第３図を参照すると、この超音波駆動装置で
は、ステータ８の上にボール10、12、15が順次重ねら
れ、ボール15の上にリテーナ16でほぼ等間隔に支持され
たボール17が載置され、それぞれ隣接した２つのボール
が点接触されている。さらに、ボール17の上に回転体13
が載置されている。

このように構成した本実施例の超音波駆動装置では、
ボール10が矢印Ａの方向に回転し、ステータ８の端面上
で矢印Ｂの方向に移動すると、ボール12は矢印Ｃの方向
に回転し、さらに、ボール15は矢印Ａの方向に回転し、
またボール17は矢印Ｃの方向に回転する。ここで、ボー
ル17の矢印Ｃ方向の回転は移動方向Ｂに対して回転を抑
制する方向であるので、ボール17の回転が抑えられるこ
とによってボール15、12、10の回転が抑えられ、ステー
タ８の端面においてボール10の回転が少なくなることに
より、ステータ８とボール10の摩耗が著しく減少し、モ
ータの寿命が著しく延長されるという利点がある。

このような超音波駆動装置に使用されるステータ８と
しては、第４図に示すように短い金属ブロック18と長い
金属ブロック19の間に２個の圧電体振動子20、21及び電
極22、23を挟持し、長短の金属ブロック18、19のねじ孔
に、ボルト24の両端のねじ24a、24bを嵌合することによ
り一体に構成する（特願昭62−48517号参照）。そし
て、電極22、23に交流電圧を印加すると、圧電体振動子
20、21は厚み方向に振動し、それによってボルト24のね
じ24a、24bの傾斜による捩りが発生し、これによって金
属ブロック18、19の側面及び端面に一方向の楕円振動ま
たは進行波が発生する。

また、本出願人が提案したステータ（特願昭62−1873
41号参照）では、第５図に示すように、円柱状の圧電体
振動子25の両端面にそれぞれ分割した電極26a、26b及び
電極27a、27bを設ける。そして、電極26a、26b及び電極
27a、27bの隙間28及び29を互いにずらして（この実施例
では90°）設けている。

このように構成したステータ８では、例えば電極26a
と電極27aに交流電圧を印加すると、第６図の矢印Ａで
示すように一方向に回転する回転振動が発生し、また電
極26aと電極27aに交流電圧を印加すると、第６図の矢印
Ｂで示すように逆方向に回転する回転振動が発生する。

これは、例えば電極26aと電極27aに交流電圧を印加し
たとき、電極26aと電極27aが90°ずれているため、第５
図の矢印Ｃに示すように電圧が厚み方向に斜めに作用
し、従って、厚み方向の振動は捩れ回転を生じ、圧電体
振動子25の端面及び側面に矢印Ａに示すような回転振動
が生じるものと思われる。また、電極26bと電極27bに電
圧を印加したときも同様に矢印Ａの方向に回転振動が生
じる。ここで、印加電圧方向を逆にして、電極26bと電
極27aに電圧を印加すると、第５図の矢印Ｄに示すよう
に電圧が逆方向に作用するため、厚み方向の振動は捩れ
回転を生じ、圧電体振動子25の端面及び側面に矢印Ｂに
示すような回転振動が生じる。また、電極26aと電極27b
に電圧を印加したときも同様に矢印Ｂの方向に回転振動
が発生する。

さらに、本出願人が提案したステータ（特願昭62−18
0254号参照）では、第７図に示すように、リング状の圧
電体振動子の外面電極30及び内面電極31をそれぞれ２分
割して分割電極30a、30b、31a、31bを構成し、それらの
分割電極30a、30bの間の隙間32a、32bと分割電極31a、3
1bの間の隙間33a、33bの位置を互いにずらして設ける。
そして、分割電極30aと31aに交流電圧を印加すると、矢
印Ａの方向の楕円振動または進行波が発生し、分割電極
30aと31bに交流電圧を印加すると、矢印Ｂの方向に楕円
振動または進行波が発生する。また、分割電極30bと31a
に交流電圧を印加すると、矢印Ｂの方向の楕円振動また
は進行波が発生し、分割電極30bと31bに交流電圧を印加
すると、矢印Ａの方向の楕円振動または進行波が発生す
る。

第８図を参照して、本実施例の超音波駆動装置の具体
例を説明すると、ケース35にステータ８が底蓋36及び支
持体37で支持され、ステータ８の端面にそれぞれリテー
ナ９、11、14、16で支持されたボール10、12、15、17が
順次積み重ねられ、ばね38で回転体13がボール17に圧接
され、またばね38の一端はケース35に装着されたスラス
トベアリング39で支持されている。また、回転体13の回
転軸13′はケース35に装着されたベアリング40で支持さ
れている。

このように構成された本実施例の超音波駆動装置は従
来の電磁式モータと同様に使用することができる。

また、第９図の超音波駆動装置では、回転体13及びボ
ール10、11、15を支持したリテーナ９、11、14が偏心し
て装着されている。従って、ボール10はステータ８の端
面で広い幅で接触するので、ボール10及びステータ８の
摩耗をさらに減少させることができ、モータとしての寿
命をさらに延ばすことができる。

［発明の効果］本発明は、以上説明したように構成されているので、
回転体と接触しているボールの回転を抑えることによっ
て、ステータと接触しているボールの回転を抑制し、こ
のボールの回転が少なくなることにより、ステータとボ
ールの摩耗が著しく減少し、モータの寿命が著しく延長
されるともに、回転体及びリテーナを偏心させることに
より、さらに摩耗が減少し、さらにモータの寿命が延長
されるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の超音波駆動装置の側面図、第
２図は本発明の他の実施例の超音波駆動装置の側面図、
第３図は本発明の他の実施例の超音波駆動装置の側面
図、第４図は本発明で使用する本出願人が提案した超音
波駆動装置のステータの側面断面図、第５図は本発明で
使用する本出願人が提案した超音波駆動装置のステータ
の斜視図、第６図は第５図のステータで発生する楕円振
動または進行波の方向を示した図、第７図は本発明で使
用する本出願人が提案した超音波駆動装置のステータの
斜視図、第８図は本発明の超音波駆動装置の具体的構成
図、第９図は本発明の超音波駆動装置の他の具体的構成
図、第10図は従来の超音波モータの側面断面図である。８……ステータ、９、11、14、16……リテーナ、10、1
2、15、17……ボール、13……回転体。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】リテーナによりほぼ等間隔に支持された複
数のボールを隣接した上下のボールがそれぞれ２点で接
するように２段またはそれ以上に積層し、進行波を発生
するステータと回転体で挟持したことを特徴とする超音
波駆動装置。
【請求項２】前記リテーナの中心及び回転体の中心を回
転軸より偏心させたことを特徴とする請求項１記載の超
音波駆動装置。