JP2692571B2 - 振動アクチュエータ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は、振動子に生じた振動に
より、この振動子に加圧接触された相対運動部材を駆動
する振動アクチュエータに関する。 【０００２】 【従来の技術】従来より最も一般的に用いられている電
磁力を利用したモータは、形状や材料に対する制約が大
きく、また構造的にも巻き線や、小型で高出力を得るた
めに希土類の永久磁石を用いる等、コスト面でも限界を
有していた。 【０００３】近年、このような電磁式モータに代わるべ
くアクチュエータの開発が行なわれ、その１つとして、
超音波振動を利用した超音波モータが開発されている。
この種の超音波モータの基本構成は、例えば図５（ａ）
およびそのｂ−ｂ線断面図である図５（ｂ）に示すよう
に、輪帯状の弾性体１と、この弾性体１に貼着された電
歪素子２と、輪帯状の移動体３とからなり、弾性体１と
移動体３とは図示しない弾性部材、例えばばねにより互
いに加圧されている。 【０００４】電歪素子２に例えば交流信号を通電する
と、弾性体１に進行性振動波が形成される。ここで、図
６に示すように弾性体１の表面の１つの点Ａに着目する
と、点Ａは長軸１ａ，短軸１ｂで表される長楕円状の軌
跡を描く。この結果、移動体３は弾性体１との摩擦力で
進行性振動波の進行方向（矢印Ｎ）と逆方向（矢印Ｍ）
に駆動される。 【０００５】このように、超音波モータの駆動原理は摩
擦接触を前提としたものであるため、弾性体１と移動体
３との間にある一定の押圧力を加えて移動体３を回転駆
動せしめている。例えば特開昭60-210172号公報に開示
された図７に示す超音波モータでは、圧縮ばねにより両
者を加圧している。 【０００６】図７において、この超音波モータは、環状
のステータ１１と、このステータ１１の裏面に接着され
る電歪素子１２と、ステータ１１に形成される進行性振
動波により回転駆動されるロータ１３と、ステータ１１
を保持する振動吸収体１４と、スラストベアリング１５
を介してロータ１３をステータ１１に加圧するばね１６
と、これらを支持する支持部材１７と、ケースカバー１
８とから成る。上記の構成にてステータ１１には電歪素
子１２により進行性振動波が形成され、ばね１６にてス
テータ１１に加圧されるロータ１３は上記進行性振動波
により駆動され回転する。 【０００７】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
構成による超音波モータにおいては、ロータ１３の上側
から圧縮コイルばね１６で加圧するため、回転軸方向に
厚みのある構造となり小型化しにくいという問題点があ
った。そのため、コイルばねに代えて高さの低い皿ばね
を用いるものも知られているが、皿ばねはばね定数が大
きいから所望の加圧力の制御が難しく、また、加圧力を
均一にしにくいという問題がある。 【０００８】本発明の目的は、高さを低くして加圧力の
制御と均一性を得やすいばねを使用する超音波モータを
提供することにある。 【０００９】 【課題を解決するための手段】一実施例を示す図２に対
応づけて本発明を説明すると、本発明に係わる振動アク
チュ工一タは、電歪素子２６の励振により振動が発生す
るステータなどの振動子２４と、この振動によって駆動
されるロータなどの相対運動部材２７と、この相対運動
部材２７と振動子２４とを加圧接触させるばね部材２２
（２８）とを有する。そして、上述の問題点は、ばね部
材２２（２８）を、基部とこの基部から放射状に延在し
て設けられた複数の脚部２２２（２８２）とで構成し、
各脚部を相対運動部材２７または振動子２４に接触させ
ることで解決される。複数の脚部は、等間隔に設けるの
が好ましい。また、ばね部材の基部をアクチュエータ支
持部２１に固定し、脚部２２２を振動子２４に固定して
もよい。 【００１０】 【作用】ばね部材２２（２８）により振動子２４と相対
運動部材２７とを加圧接触させ、振動子２４に発生する
振動により相対運動部材２７が駆動される。ばね部材２
２（２８）は分割脚部２２２（２８２）を有し、加圧力
の調整が容易であり、加圧力を均一にできる。複数の脚
部２２２（２８２）を等間隔にするとさらに均一に加圧
できる。振動子２４は、ばね２２を介してアクチュエー
タ支持部２１に固定される。 【００１１】なお、本発明の構成を説明する上記課題を
解決するための手段と作用の項では、本発明を分かり易
くするために実施例の図を用いたが、これにより本発明
が実施例に限定されるものではない。 【００１２】 【実施例】図１〜図４により一実施例について説明す
る。超音波モータの縦断面を示し図２のII−II線断面図
である図１およびその分解斜視図である図２において、
２１は円板状のモータ支持台であり、中央に円柱状のね
じ座２１１が突設され、周縁に後述するモータ外筒３２
を螺着するためのビス孔２１２が貫通されている。ねじ
座２１１には略十字形状に形成された板ばね２２がねじ
２３により螺着されている。 【００１３】板ばね２２は、中央の取付け円板部２２１
と、その周縁部から斜め下方に放射状に分割されて延在
する板状の４本の支持脚２２２とを有し、支持脚２２２
の各先端は中央円板部２２１と平行な支持面２２２ａに
形成され、ステータ取付け用のビス孔２２３が貫通され
ている。各支持脚２２２の屈曲とねじりの固有振動数は
後述するステータ２４に生ずる進行性振動波の振動数と
等しくされている。 【００１４】２４はステータであり、円環状の本体２４
１と、本体２４１の内周面から内方に突設された円環状
の接続部２４２とを有する。両部材２４１，２４２の接
続に関し、図２に示す面内における両部材２４１，２４
２の半径方向の中立軸は一致され、接続部２４２に本体
２４１からの振動が伝播しないように考慮されている。
接続部２４２にはねじ孔２４２ａが螺刻され、板ばね２
２の支持面２２２ａとステータ２４における接続部２４
２の下面とを当接させてねじ２５により互いに接続され
る。このステータ２４における本体２４１の裏面には電
歪素子２６が貼着されている。 【００１５】２７はロータであり、ステータ２４と同様
の円環状の本体２７１と、本体２７１の内周面から内方
に突設された円環状の接続部２７２とを有する。両部材
２７１，２７２の接続に関し、図２に示す面内における
両部材２７１，２７２の半径方向の中立軸は一致され、
接続部２７２に本体２７１から振動が伝播しないように
考慮されている。 【００１６】板ばね２８は、中央の取付け円板部２８１
と、その周縁部から斜め上方に放射状に延在する板状の
４本の支持脚２８２とを有し、支持脚２８２の各先端は
中央円板部２８１と平行な支持面２８２ａに形成され、
ステータ取り付け用ビス孔２８３が貫通されている。各
支持脚２８２の屈曲とねじりの固有振動数はロータ２８
に生ずる進行性振動波の振動数と等しくされる。 【００１７】ロータ２７の接続部２７２にはねじ孔２７
２ａが螺刻され、板ばね２８の支持面２８２ａを接続部
２７２の表面に当接させてねじ３４により接続されてい
る。この板ばね２８は、その中央取付け円板部２８１を
軸２９の頂面に形成された円板部２９１に接した状態で
ねじ３０により螺着されている。軸２９にスラストベア
リング３１が嵌合されて円板部２９１に装着される。 【００１８】３２はモータ外筒であり、モータ支持台２
１上にその開放端面を載置してねじ３３により螺着され
る。モータ外筒３２をモータ支持台２１に取付ける前に
おいては、板ばね２２，２８は図３の実線で示すように
元の形状を保つが、モータ外筒３２をモータ支持台２１
に取付けると破線で示すよう変形し、その弾性力にてス
テータ２４とロータ２７とを加圧接触することになる。 【００１９】このように構成された超音波モータにおい
て、図示しない駆動回路から電歪素子２６に例えば交流
信号を供給すると、図４に示すように、ステータ２４に
進行性振動波が形成される。そして、ステータ２４に加
圧接触されているロータ２７にこの進行性振動波が伝播
され、図４に示すとおりその表面に進行性振動波が形成
されつつ回転駆動される。この回転力は、軸２９に伝達
されモータ外筒３２の外部に取り出される。 【００２０】このようにこの実施例によれば、ステータ
２４とロータ２７とを互いに加圧接触させる板ばね２
２，２８がステータ２４とロータ２７とにより囲繞され
た中空空間に完全に収容されており、従来のようにロー
タの外部から圧縮力を作用させるものに比べて回転軸方
向の厚みが著しく薄くなり、小型化に寄与すること大で
ある。また、ステータ２４およびロータ２７の接続部２
４２，２７２が本体２４１および２７１の中立軸にそれ
ぞれ設けられ、そこで板ばね２２，２８と接続したの
で、ロータ表面に進行性振動波が形成される、いわゆる
弾性型ロータを用いた超音波モータの効率を損ねること
もない。 【００２１】また、板ばね２２の円板部２２１をモータ
支持部２１にねじ２３で固定するとともに、脚部２２２
をステータ２４にねじ２５で締結したので、ステータ２
４をモータ支持部２１に対して正確に位置決めできる。
さらに、板ばね２８の中央取り付け円板部２８１を軸２
９にねじ３０で固定するとともに、脚部２８２をロータ
２７にねじ３４で締結したので、ロータ２７を軸２９に
対して正確に位置決めできる。その結果、ばね２２２，
２８２によりステータ２４あるいはロータ２７がそれぞ
れモータ支持部２１や軸２９に位置決めできるから、別
に位置決め機構を付設する必要がなく、小型化、軽量
化、ひいてはコストダウンに寄与する。 【００２２】以上では、十字形状の２枚の板ばね２２，
２８を用いたが、ステータ側またはロータ側にのみ板ば
ねを設けるようにしてもよい。また、放射状に分割され
た複数の分割脚部を備えるばねであれば十字形状の板ば
ねに限らず、薄板円板状のいわゆるダイアフラムを用い
たばね体あるいは皿ばね等でもよい。更に以上では、回
転軸をロータの回転軸心と同軸としたが、偏心させてカ
ムのように用いてもよい。 【００２３】 【発明の効果】本発明によれば、振動子と相対運動部材
を互いに加圧接触させるばね部材を複数の分割脚部を備
えるばね部材として構成したので、加圧力の制御が容易
となり、さらに加圧力を均一にできる。また、ばね部材
をアクチュエータ支持部に固定すれば振動子の位置決め
がこのばね部材を介してできるので、別途位置決め手段
を設ける必要がなく、小形、軽量化に寄与する。

【図面の簡単な説明】 【図１】図２のII−II線に沿った断面図 【図２】超音波モータの全体構成を示す分解斜視図 【図３】図２の板ばねの撓みを説明する断面図 【図４】ステータとロータの進行性振動波を説明する図 【図５】回転型超音波モータの概略構成を説明するもの
で、（ａ）は超音波モータの平面図、図５（ｂ）はその
ｂ−ｂ線断面図 【図６】超音波モータの動作原理図 【図７】従来の超音波モータ例の縦断面図 【符号の説明】 ２１ 支持台 ２２，２８ 板ばね ２４ ステータ ２６ 電歪素子 ２７ ロータ ２９ 軸 ３１ スラストベアリング ３２ モータ外筒 ２２１，２８１ ばね取付円板部 ２２２，２８２ 分割された脚部

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．振動を発生させる振動子と、前記振動により駆動さ
   れる相対運動部材と、前記振動子と相対運動部材とを加
   圧接触させるばね部材とを備える振動アクチュエータに
   おいて、 前記ばね部材は、基部と、この基部から放射伏に延在し
   て設けられた複数の脚部とを有し、前記複数の脚部が前
   記振動子または相対運動部材に接触していることを特徴
   とする振動アクチュエータ。 ２．前記複数の脚部を等問隔に設けたことを特徴とする
   請求項１記載の振動アクチュエータ。 ３．前記ばね部材の基部を振動アクチュエータ支持部に
   位置決め固定し、そのばね部材の脚部を前記振動子に固
   定したことを特徴とする請求項１記載の振動アクチュエ
   ータ。