JPH02294279A - 超音波モータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 Ｌ稟上９１１ｉＪ！ 本発明は、超音波モータに関するものである．【泉立弦
韮 現在、進行波を利用した超音波モータが、各種の分野に
おいて、使用されつつあることは，周知のところである
。

今、ここで、このような超音波モータの典型的な構成を
略図により示すと、添付図面の第５図のとおりである。

すなわち，この超音波モータにおいては、出力軸１が、
その下方部分において、同軸の円盤状の共振体２に、軸
受３を介して回転自在に支持されているが、共振体２の
１面の上には、これとほぼ同一の外径を有している環状
円盤状の回転体４が、出力軸１と同軸に且つその１面が
共振体２の１面と接触するように載置されている。また
、出力軸１の頂部と、回転体４の他面との間には、それ
らを弾性的に連結するための弾性体として、中空切頭円
すい状の本体部分５。から成る皿ばね５が圧縮状態に配
置されており、その頂縁部５１及び底縁部５２において
、それぞれ、出力軸１及び回転体４に係止されている。

更に、共振体２の他面には、電歪性を有する環状の圧電
素子ないしは振動体６が固着されている。

このような楕成を有している超音波モータは、共振体２
をその他面に固着された圧電素子６にて振動させること
により共振体２の１面に進行波を生じさせ、この進行波
を共振体２に皿ばね５を介して圧接されている回転体４
に伝達し、更に、この進行波を皿ばね５を介して出力軸
１に伝達するようになっている． なお、上記のように、この超音波モータにおいては、出
力軸１と、回転体４とが弾性体５を介して連結されてい
るが、これは、超音波モータの性質上、出力軸１を円滑
に駆動するためには、共振体２に回転体４を一定の力で
圧接させ続ける必要があるために使用されるものであり
、また、この目的のために、弾性体５として、板ばねや
、巻きばねを使用すると、超音波モータは、小形で且つ
薄型に組み立てられるという特徴を発揮することができ
なくなるので、皿ばね５が使用されるものである。この
ために，この皿ばね５は、圧縮付勢（ブリセット）され
ることにより、回転体４が、共振体２に一定の力により
、圧接され続けるようにしている。

しかしながら、皿ばね５は、製作費用及び所要寸法など
の点から、圧延薄板材をプレスにより打ち抜くことによ
る、冷間塑性加工により成形されている．このために、
この圧延薄板材をプレス成形する場合に、この薄板材が
その圧延過程において受ける変形に基づき、この圧延薄
板材は、プレス加工の際に、薄板材の圧延方向には成形
され難く、圧延方向と直角方向には成形されやすいとい
う性買を有し、結局、製品の皿ばね５には、方向性が存
在することとなる。このために、製品としての皿ばね５
の底縁部５２は、成形後に平面度を得ることができず、
必ず、くら状となっている．従って、このような形状を
有する皿ばね５を使用すると、回転体４が等分布の圧力
により共振体２を圧接することができず、共振体２から
回転体４への正確な回転力の伝達が行われないという開
題点が生ずる。

更に、このような皿ばね５においては、成形加工後の自
由高さには、加工許容差内において大きな変動があるの
で、一定の圧接力を得るために、その自由高さの変動を
補正するために、皿ばね５ごとに、その荷重特性を測定
し、これに基づいて適当な厚さを有するシムを、その頂
縁部５，と、出力軸１との間に挿入することが現状とな
っている。このために、通常、数種類の厚さのシムを用
意する必要がある．なお、皿ばね５の荷重一たわみ特性
として、第３図の荷重一たわみ線図に示すように、たわ
みの勾配の緩やかな区域、すなわち、ばね定数の小さく
なる区域δ。が存在することがあるが、この区域が大き
ければ、一定の力を得るために必要とするシム？厚さの
段階を少なくすることができ、それだけシムの準備種類
を少なくすることができる訳である。

また、この皿ばね５においては、項縁部５．及び底縁部
５２に、負荷時に高応力が発生するが、従来の超音波モ
ータ用の皿ばね５においては、第８及び７図に、それぞ
れ、平面図及び縦断面図により拡大して現すとおり、出
力軸１と回転体４との間における回転力の伝達を確実と
するために、それぞれ、係止用切り込み５１１及び５２
１を形成してある。このために、特に、底縁部５■に形
成された係止用切り込み５２１の底部に、負荷時に強大
な応力集中が発生する。その結果、皿ばね５の寿命、引
いては、超音波モータの寿命を低下させることとなる。

更には、これらの切り込み５１■，５２，により境界条
件が変わり、皿ばね５の荷重一たわみの関係の計算式が
得られず、その最適設計を行うことができないという問
題点もあった。

従って、このような応力集中を回避するためには、？板
材の材質の運定が、特定のものに制限されることになり
、そのために、価格の高騰を招くこととなる。

以上に、従来の超音波モータに組み込まれている皿ばね
５の種々の問題点を説明をしたが、これを要約すると、
次ぎのようになる。すなわち、■まず、第一に、その頂
縁部５．及び底縁部５２が、それぞれ、形成している内
周縁平面Ｐ１及び外周縁平面Ｐ２は、完全に平面であり
且つ相互に平行でなければならないが、このことは、従
来のように、皿ばね５を薄板材の打ち抜き及び成形加工
により製作されることによっては、絶対に不可能なとこ
ろである。従って、第７図に示すように、その切頭円す
い状の頂縁部５１及び底縁部５■の周縁角部の領域Ｒを
全面的に平面研削加工をし、平行な内周縁平面Ｐ及び外
周縁平面Ｐ，を形成しなければならないが、このために
、周縁角部が鋭利な形状となり、ばね特性が安定しなく
なるという欠点の生ずることの外、研磨加工が必要であ
るので、加工費が高騰する。

■皿ばね５の、荷重一たわみ曲線は、第３図に曲？■と
して現してある勾配の緩やかな範囲δ。が狭く、適性な
圧縮付勢を得るのに適応していない。

■頂縁部５ｌ及び底縁部５■における出力軸１及び回転
体４への取り付け部においては、回転力の伝達を確実と
するために、頂縁部５．及び底縁部５２から、本体部分
の中に、多数の係止用切り込み５１１１５２１を放射方
向に設けることが必要であるが、これらの切り込み５１
　１　＋　５　２　１は、皿ばね５が圧縮された場合に
、応力集中の発生源となり、その破損の原因となる外、
皿ばね５の荷重一たわみ特性をも変化させることとなる
。

■通常、皿ばね５は、精密圧延加工による薄板材を使用
するので、皿ばね５の全面を加工することとなり、これ
に基づく加工歪みの発生が不可避である。

が　゛しようと　る一 そこで、本発明は、従来の超音波モータの皿ばねにおけ
る上記のような種々の問題点のあることに鑑がみ、この
ような問題点を解決することができる新規な改良された
超音波モータ用の皿ばね、ないしは、これを使用した超
音波モータを得ることを、その課題とするものである。

を　′　るための 本発明においては、この課題を解決するために、出力軸
を回転自在に支持している円盤状の共振体の１面に、出
力軸の軸心と同一の軸心を有する環状の回転体をその１
面において接触するように配置し、また、出力軸と、回
転体とを、それらの間に圧縮状態において配置された弾
性体としての中空切頭円すい体状の本体部分から成る皿
ばねを、その頂縁部及び底縁部において、それぞれ、係
止することにより相互に連結すると共に回転体を共振体
に圧接させ、更に、共振体をその他面に固着された圧電
素子により振動させることにより共振体の１面の上に進
行波を生じさせ、この進行波を共振体の１面に圧接され
た回転体に伝達することによりこれを回転させ、この回
転体の回転を、皿ばねを介して出力軸に伝達するように
なっている超音波モータにおいて、皿ばねに、頂縁部及
び底縁部に隣接して、それぞれ、平面状の内周縁非加工
域及び外周縁非？工域を一体に設け、また、その中空切
頭円すい体状の本体部分に、頂縁部から底縁部の近くま
で数個の切り欠き溝を放射方向に形成し、これにより、
各切り欠き溝の間に板ばね部を形成すると共に各切り欠
き溝の底部と底縁部との間に環状の皿ばね部を形成する
ようにした超音波モータを特徴とするものである． また、本発明においては、皿ばねを弾性体として使用す
ると共にこれを回転体として使用するようにすることを
も、特徴とするものである。

丸一豊−１ 以下、本発明をその実施例を示す添付図面の第１〜４図
に基づいて、詳細に説明をする。

まず、第１及び２図に、本発明の第一実施例による皿ば
ね１０が、部分平面図及び縦断面図により示されている
．この実施例による皿ばね１０は、頂縁部１０１及び底
縁部１０２を有する中空の切頭円すい体状の形状の縦断
面を有している。頂縁部１０１及び底縁部１０■の各周
辺部分には、環状平面状の内周縁非加工域１１１及び外
周縁非加工域１１２を、それぞれ、半径方？にある巾ｂ
１及びｂ２を有して中空円すい体状の本体部分１２と、
滑らかな曲面により連接するように、本体部分１２と一
体に形成されている。この場合、内外周縁非加工域１１
．及び１１２は、相互に平行であるようにしてある６更
に、この本体部分１２には、頂縁部１０，から内周縁非
加工域１１．をも含んで、本体部分の軸心Ｘ−Ｘに対し
て平行に、周辺方向に等しい角度間陽で、ある巾を有す
る多数の放射方向の切り欠き講１３を、外周縁非加工域
１０２の内周縁１１■。の近くまで、ある長さに形成し
てある。この場合、各切り欠き溝１３の底部１３。は、
ほぼ半円形状の輪郭を有するようにする。

このように、本体部分１２には、各切り欠き溝１３の間
に、ほぼ扇形の平面輪郭を有する多数の板ばね部１４が
形成されると共に各切り欠き溝１３の底部１３。と、外
周縁非加工域ｌ１■の内周縁１１■。との間に、環状の
皿ばね部１５が、板ばね部１３と一体に形成されるよう
にしてある。

なお、第１図において、符号１６は、外周縁非加工域１
１２にあけられた回転駆動力伝達用穴を現すものである
。

本発明の１実施例は、上記のような構成を有しており、
この実施例による皿ばね１０は、第５図に示すような従
来公知の超音波モータにおける皿ばね５の代わりに使用
されるものであるが、この皿ばね５の代わりに２この実
施例による皿ばね１０を使用すると、次ぎのような作用
及び効果を発揮することができるものである。すなわち ■まず、本実施例による皿ばね１０においては、その本
体部分１２が、板ばね部１４と、皿ばね部１５とから楕
成されているので、第３図の荷重一たわみ線図に曲線１
として示されるように、その特性は、板ばね部１４の特
性曲線Ｌと、皿ばね部１５の特性曲線Ｂとに示す板ばね
と、皿ばねの特性を合わせ持つ曲線■となり、その曲線
ｒの勾配の緩やかにな部分のたわみ量の範囲δ，が、従
来の皿ばねの場合に比べて大きくなり、従って、回転体
４と、出力軸１（第５図参照）との間における皿ばね１
０の圧縮付勢が、好都合に行われることができるように
なる。

■本実施例において、本体部分１２に放射方向に？成さ
れた切り欠き溝１３が、従来公知のものにおいて使用さ
れる皿ばね５に設けられた係止用切り込み５＋１の作用
を行い、回転体４と出力軸１との間における回転力の確
実な伝達に役立つと共に底縁部１０■には、従来のよう
に、係止用切り込み５２１を設けていないので、それに
よる応力集中の発生を防止し、また、これによるばね特
性の変更の生ずることが無い。

■本実施例による皿ばね１０においては、その頂縁部１
０，及び底縁部１０２の周辺部分に、それぞれ、内周縁
非加工域１１．及び外周縁非加工域１１２を形成してあ
り、これらの非加工域ｔｔ，　，１１■は、皿ばね１０
の本体部分１２を、その素材である精密圧延加工により
形成された薄板材から成形する際に、その素材をそのま
ま残すことみより形成され、従って、素材の有する平面
度を、そのまま利用することができるので、本体部分１
２の成形の際に、それらの非加工域１１．，１１２に、
加工歪みの発生することを防止することができる。なお
、必要がある場合には、これらの内周縁非加工域１１１
及び（又は）外周縁非加工域１１２の外面を、仕上げ加
工をすることもできる。

本発明の１実施例は、上記のような構成及び作用並びに
効果を発揮するものであるが、本発明の第二実施例とし
て、この皿ばね１０を回転体４（第４図参照）として作
用させ、同図に示すように、この皿ばね１０を、弾性体
兼回転体２０として、共振体２と、出力軸１との間に直
接的に配置することもできる。

このようにして、この第二実施例によると、超音波モー
タにおいて、従来必須とされていた回転体を省略し、こ
れにより、その部品点数を減少し、製作費を低減し、生
産性を向上させることができるようになる。

九肌み激遇 本発明は、上記のような構成及び作用を有しているので
、その効果としては、その一部については、既に、上に
説明したような効果を有するものであるが、これらの効
果をも含めて本発明の効果を総括して説明すると、次ぎ
のようになる。

■皿ばねの項縁部及び底縁部に、それぞれ、内周縁非加
工域及び外周縁非加工域を設けてあるので、それらの平
面度を得ることが容易であること■皿ばね特性と、板ば
ね特性とを合わせ持った特性を与えることにより、その
荷重一ひずみ線図における特性曲線に、勾配の緩いたわ
み部分を比較的長く設けることができ、従って、圧縮付
勢が容易であること ■底縁部に係止用切り込みを形成しないので、そのため
に生ずることのある応力集中を防止し、また、頂縁部か
ら本体部分に形成された切り欠き溝は、そのまま回転体
から出力軸への回転力の伝達用に使用されるが、この切
り欠き溝の底部には、応力集中の危険が無く、なお、こ
のような切り欠き溝の形成により、皿ばねの特性値の計
算値と、実測値とが、ほぼ一致するようにすることがで
きること ■内外周縁非加工域を残してあるので、素材である精密
圧延加工された薄板材の平面度をそのまま利用し、全面
加工による平面度の破壊を回避することができること ■従来の皿ばねにおいては、本体部分の外周面を全面加
工することにより、その外周面を仕上げした後、その頂
縁部分及び底縁部分を平面研削することにより頂縁部及
び底縁部を形成しているが、このために、本体部分と、
頂縁部及び底縁部との境界線に沿って営利な角部が生じ
、ばね特性が安定しなくなる欠点があったが、本発明に
よると、頂縁部には、内周縁非加工域が形成されており
、たとえ、これを平面研削しても、本体部分の頂部との
間に鋭い角が生ずることが無く、従って、ばね特性が安
定すること ■皿ばねを、その外周縁非加工域の存在により、回転体
として使用することも可能であるので、この場合（ごは
、超音波モータの部品点数を減少し、製作費を低減し、
生産性を向上させることができること ■荷重一たわみ曲線において、勾配の緩やかな区域を長
く取ることができるので、所定の圧縮力を得るために必
要とされる厚さの異なったシムの準種類数を減少させる
ことができることなどである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の１実施例による皿ばねを示す部分平
面図、第２図は、その縦断面図、第３図は、皿ばｂの荷
重一たわみ線図、第４図は、本発明の他の実施例を示す
略縦断面図、第５図は、従来の典型的な超音波モータを
示す略縦断面、第６図は、それに使用されている皿ばね
を示す部分平面図、第７図は、その縦断面図である． １０．２０・・・皿ばね、１０，・・・頂縁部、１０■
・・・底縁部、１１．，１１２・・・内外周縁非加工域
、１２・・・本体部分、ｌ３・・・切り込み溝、１３ｏ
・・・溝底部、１４・・・板ばね部、１５・・・皿ばね
部、１６・・・回転駆動力伝達用穴。 第１図　　　　第２図 第３図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 　１．出力軸を回転自在に支持している円盤状の共振体
   の１面に、出力軸の軸心と同一の軸心を有する環状の回
   転体をその１面において接触するように配置し、また、
   出力軸と、回転体とを、それらの間に圧縮状態において
   配置された弾性体としての中空切頭円すい体状の本体部
   分から成る皿ばねを、その頂縁部及び底縁部において、
   それぞれ、係止することにより相互に連結すると共に回
   転体を共振体に圧接させ、更に、共振体をその他面に固
   着された圧電素子にて振動させることにより共振体の１
   面の上に進行波を生じさせ、この進行波を共振体の１面
   に圧接された回転体に伝達することによりこれを回転さ
   せ、この回転体の回転を、皿ばねを介して出力軸に伝達
   するようになっている超音波モータにおいて、皿ばねに
   、頂縁部及び底縁部に隣接して、それぞれ、平面状の内
   周縁非加工域及び外周縁非加工域を一体に設け、また、
   その中空切頭円すい体状の本体部分に、頂縁部から底縁
   部の近くまで数個の切り欠き溝を放射方向に形成し、こ
   れにより、各切り欠き溝の間に板ばね部を形成すると共
   に各切り欠き溝の底部と底縁部との間に環状の皿ばね部
   を形成するようにしたことを特徴とする超音波モータ。
2. ２．皿ばねが、回転体として使用されるようにした請求
   項２記載の超音波モータ。