JPH02303373A - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、固定子に発生した弾性進行波により可動子を
駆動するように構成した超音波モータに係り、詳しくは
、固定子及び可動子を相互に圧接させる超音波モータの
構造に関するものである。

［従来の技術］ 従来のこの種の超音波モータとして、特開昭６３−７３
８８７号公報に掲載された技術を挙げることができる。

第４図は従来の超音波モータを示す縦断面図、第５図は
第４図の超音波モータにおいて固定子と可動子との圧接
部分を拡大して示す部分断面図、第６図は第４図の超音
波モータで使用されている皿ばねの抑圧力の分布状態を
示す説明図である。

第４図において、４１は超音波モータの外郭をなすケー
ス、４２は前記ケース４１の開口を閉じるカバー、４３
は固定子、４４は前記固定子４３に配設された圧電素子
、４５はライナー４６を介して固定子４３に弾接するよ
うに配置された可動子、４７は前記可動子４５と一体に
回転する回転軸である。前記回転軸４７の大径鍔部４８
の下側には、可動子４５の薄肉部４９を押圧する皿ばね
５０が配設されている。また、回転軸４７の下部にはス
ナップリング５１によりシム５２が保持されていて、こ
のシム５２の厚みを選択することにより、皿ばね５０の
押圧力を適宜に調整できるように構成されている。

上記のように構成された従来の超音波モータにおいて、
圧電素子４４に高周波電圧が印加されると、圧電素子４
４の変形に伴い固定子４３に弾性進行波が発生し、この
弾性進行波により固定子４３の表面上の質点に楕円運動
が生起する。そして、この楕円運動に伴い固定子４３と
可動子４５との圧接面に摩擦力が発生し、その摩擦力で
可動子４５に回転モーメントが作用して、可動子４５と
一体に回転軸４７が回転される。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、この種の超音波モータのトルク出力は、一般
に、固定子４３と可動子４５との摩擦係数及び皿ばね５
０の押圧力に依存する。しかしながら、従来の超音波モ
ータにおいて皿ばね５０の押圧力を大きく設定した場合
、第５図に拡大して示すように、皿ばね５０の押圧力で
可動子４５の薄肉部４９及び固定子４３の薄肉部５４が
それぞれ彎曲されて、固定子４３と可動子４５とがライ
ナー４６を介して点接触の状態で圧接される。更に、皿
ばね５０はそれ自身のばね特性からして、第６図に矢印
で示すように、周方向の押圧力が不均一となっているの
で、固定子４３及び可動子４５を各部均一な力で押圧す
ることが困難である。

したがって、固定子４３と可動子４５との摩擦係数及び
圧接力がそれぞれ不安定になり、回転むらまたはトルク
むらを招く原因となっていた。

また、皿ばね５０の押圧力による固定子４３及び可動子
４５の彎曲を防止するために、それらの剛性を大きく設
計した場合には、固定子４３の振動がケース４１及びカ
バー４２に伝播しやすくなり、振動エネルギーが騒音等
に浪費されて、モータ効率が低下するおそれがあった。

しかも、皿ばね５０は超音波モータの部品点数を増して
、構成Ｊｆ２びに組付作業を複雑にするばかりでなく、
これによって超音波モータの軽量化及び薄形化が妨げら
れることになる。

そこで、本発明の課題は、固定子と可動子とを常に安定
した接触面で圧接させて、回転むら及びトルクむらを防
止できるとともに、振動伝播によるエネルギの損失を低
減して、モータ効率を向」二させ、しかも、部品点数を
削減して、構成＝ＩＩ２びに組付作業を簡略化でき、か
つ、軽量化及び薄形化を促進できる超音波モータの提供
にある。

［課題を解決するための手段］ 本発明にかかる超音波モータは、圧電素子の変形により
弾性進行波を発生する固定子と、その固定子に弾接する
ように配置されて弾性進行波で駆動される可動子と、固
定子または可動子の少なくともいずれか一方または両方
を弾性変形させた状態で、固定子及び可動子を相互に圧
接させる圧接手段とから構成されている。

［作用］ 本発明の超音波モータにおいて、圧接手段により固定子
と可動子とを相互に圧接すれば、固定子または可動子の
少なくともいずれか一方または両方が弾性変形されて、
その変形量に応じた圧接力が固定子と可動子との圧接面
間に作用するため、皿ばね等の別部品を省略した場合で
も、可動子に充分な回転モニメントが作用する。そして
、この圧接状態では、前記弾性変形に基づく押圧力が固
定子と可動子との圧接面の周方向に各部均一に作用する
ので、固定子と可動子とが常に安定した接触面を介して
圧接されて、回転むら及びトルクむらが防止される。ま
た、前記弾性変形状態で・は、固定子の振動がそれを保
持する部分に伝播されにくいため、振動エネルギーが駆
動エネルギーに効率よく変換されて、モータ効率が改善
される。更に、皿ばね等のばね部材を省略して部品点数
を削減できるので、構成並びに組付作業が簡略化される
とともに、軽量化及び薄形化が可能となる。

［実施例］ 以下、本発明を具体化した実施例を図面に基づいて説明
する。

第１図は本発明の一実施例による超音波モータの縦断面
図、第２図は第１図の超音波モータを組付は途中の状態
で示す部分断面図、第３図は本発明の他の実施例による
超音波モータを組付は途中の状態で示す部分断面図であ
る。

第１図及び第２図に示すように、この実施例の超音波モ
ータのハウジング１は、略円板状のベース２と、前記ベ
ース２の外周部に立設固定された側壁筒３と、前記側壁
筒３の上端部内周に螺着された蓋部材４とから構成され
ている。

前記ベース２の中央環状部５には固定子６の内孔７を挿
着している。固定子６は小径リング部８と、大径リング
部９と、前記小径リング部８及び大径リング部９との間
で上方へ所定の角度で屈曲する薄肉部１０とを、りん青
銅等の金属弾性材料で一体的に構成している。前記小径
リング部８はベース２の支持面１１に接合した状態で螺
子１２によって固定されている。前記大径リング部９の
上面には全周にわたって多数のくしｍ１３が一定ピッチ
で突設されている。なお、固定子６は第２図において組
付は前の自然状態で図示され、また、第１図では薄肉部
１０が下方へ弾性変形された組付状態で図示されている
。

前記固定子６の大径リング部９の下面には、セラミック
ス材料等でリング状に成形された圧電素子１４が図示し
ない導電性の接着材を介して固着されている。そして、
前記圧電素子１４に高周波電圧が印加されると、圧電素
子１４の伸縮変形に伴い固定子６に弾性進行波、すなわ
ち、超音波振動が発生する。

前記ベース２の中央開口部１６には軸受１７が圧入され
ている。また、前記蓋部材４の中央部には挿通孔１８が
形成されるとともに、ベアリング１９が固定されている
。そして、前記軸受１７とベアリング１９とには回転軸
２０が挿通支承されている。前記回転軸２０は、ハウジ
ング１の外部に突出する出力部２１及びベアリング１９
に当接する大径鍔部２２を備えていて、大径鍔部２２に
て出力部２１側への移動が規制されている。

前記固定子６に対し上方から接合するように、前記回転
輪２０には可動子２４が挿通されている。

前記可動子２４は中央円板部２５、外周リング部２６及
び中間薄肉部２７からアルミニウム等の金属材料で一体
成形されている。そして、前記外周リング部２６の下面
はライナー２８を介して固定子６のくし歯１３に対接し
ている。

前記可動子２４と回転軸２０の大径鍔部２２との間には
、ゴムシート２９及びスタビライザー３０が介装されて
いる。前記スタビザイラ−３０は鉄等の比較的質量及び
剛性が大きい金属材料で円板状に成形されている。そし
て、スタビザイラ−３０の外周縁には前記ゴムシート２
９を介して可動子２４の中間薄肉部２７に当接するリン
グ状の突起３１が下向きに形成されている。また、スタ
ビザイラ−３０の中央部には大径鍔部２２の下面に突設
した複数の係止凸部３２に嵌合する係止孔３３が穿設さ
れている。

そして、本実施例においては、前記蓋部材４により圧接
手段が構成され、第１図に示すように、蓋部材４の組付
状態においては、可動子２４と固定子６との接合により
、固定子６の薄肉部１０が下方へ弾性変形され、その変
形状態で、固定子６のくし歯１３と可動子２４の外周リ
ング部２６とが相互に圧接される。また、この組付状態
では、前記係止孔３３と係止凸部３２との嵌合を介して
スタビライザー３０６（回転軸２０に対し回り止めされ
、これにより、可動子２４がスタビライザー３０を介し
て回転軸２０に一体回転が可能に連結される。なお、固
定子６と可動子２４との圧接力は薄肉部１０の弾性変形
量に対応するが、そ力弾性変形量は蓋部材４の締付量を
加減することによって適宜に調整される。

次に、上記のように構成された本実施例の超音波モータ
の動作を説明する。

固定子６に固着された圧電素子１４に高周波電力が印加
されると、その圧電素子１４が伸縮変形されて、固定子
６に弾性進行波が発生する。この弾性進行波は固定子６
の大径リング部９に沿って周回し、その過程で、弾性進
行波の振幅が大径リング部９のくし歯１３によって拡大
される。すると、くし歯１３の表面上の質点には楕円運
動が生起され、この楕円運動に伴い、固定子６と可動子
２４との圧接面に摩擦力が発生する。そして、この摩擦
力で可動子２４に回転モーメントが作用し、これにより
、可動子２４及び回転軸２０が一体に回転される。

この超音波モータの駆動時には、固定子６の弾性変形に
基づき可動子２４に作用する加圧力がスタビライザー３
０の突起３１に沿って周方向に均一に分布される。この
ため、圧電素子１４への印加電圧を高く設定した場合で
も、可動子２４に固定子６とは異なる周波数の固有振動
が生起するおそれがなく、異音の発生が抑制される。な
お、可動子２４とスタビライザー３０との間にはゴムシ
ート２９が介在するため、回転軸２０及びハウジング１
側への振動伝播も抑制される。

このように、本実施例の超音波モータにおいては、圧接
手段としての蓋部材４により固定子６と可動子２４とを
組付ければ、固定子６の薄肉部１０が弾性変形されて、
その変形量に応じた圧接力が固定子６と可動子２４との
圧接面間に作用するため、従来の皿ばね等の別部品を省
略した場合でも、可動子２４に充分な回転モーメントを
作用させることができる。そして、この圧接構造によれ
ば、固定子６の弾性変形に基づく押圧力が固定子と可動
子との圧接面の周方向に各部均一に作用するので、固定
子６と可動子２４とが常に安定した接触面で圧接されて
、回転むら及びトルクむらが防止される。

また、固定子６の薄肉部１０が弾性変形している状態で
は、その弾性作用で大径リング部９の振動が固定子６の
保持部である小径リング部８側へ伝播されにくいため、
その骨振動エネルギが駆動エネルギに効率よく変換され
て、モータ効率が改善される。更に、皿ばね等の別部品
を不要にして部品点数を削減できるので、超音波モータ
全体の構成並びに組付作業が簡略化されるとともに、軽
量化及び薄形化が可能となる。しかも、本実施例におい
ては、蓋部材４が側壁筒３に対して螺着されているので
、固定子６と可動子２４との圧接力の調整、つまり、固
定子６の薄肉部１０の弾性変形量の調整を、蓋部材４を
適宜量回動するだけの簡単な操作で容易に行うことがで
きる。

なお、」１記実施例では、蓋部材４を締付けた状態で固
定子６のみが弾性変形するように構成されているが、本
発明を第３図に示すような圧接構造で実施することも可
能である。すなわち、第３図に示す別の実施例において
は、可動子２４の中間薄肉部２７が固定子６側へ屈曲さ
れている。そして、蓋部材４を締付けたときには、可動
子２４の前記中間薄肉部２７と固定子６の薄肉部１０と
が共に弾性変形された状態で、固定子６のくし歯１３と
可動子２４の外周リング部２６とが安定した接触面で相
互に圧接される。この圧接状態は第１図と同様に図示さ
れる。このように構成した場合には、前記実施例とほぼ
同様な作用効果に加え、簡単な構造で弾性変形量を大幅
に増加でき、それに応じて圧接力の調整幅を拡大できる
という特有の効果が得られる。

また、比較的小さな圧接力が要求される場合には、前記
各実施例とは異なり、蓋部材４の締付けにより可動子２
４の中間薄肉部２７のみが弾性変形されるように構成し
てもよい。

更に、本発明を実施する場合には、可動子が直線運動す
るように構成されたリニア形の超音波モータに応用して
具体化することも可能である。

［発明の効果］ 以上に詳述したように、本発明の超音波モータは、圧電
素子により弾性進行波を発生する固定子と、その固定子
に接合配置されて弾性進行波により駆動される可動子と
、固定子または可動子の少なくともいずれか一方または
両方を弾性変形させた状態で、固定子及び可動子を相互
に圧接させる圧接手段とから構成したものであるから、
固定子と可動子とを常に安定した接触面で圧接させて、
回転むら及びトルクむらを防止できるとともに、振動伝
播によるエネルギの損失を低減して、モータ効率を向上
でき、しかも、部品点数を削減して構成並びに組付作業
を簡略化でき、かつ、軽量化及び薄形化に寄与できると
いう優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の一実施例による超音波モータの縦断面
図、第２図は第１図の超音波モータを組付は途中の状態
で示す部分断面図、第３図は本発明の他の実施例による
超音波モータを組付は途中の状態で示す部分断面図、第
４図は従来の超音波モータを示す縦断面図、第５図は第
４図の超音波モータにおいて固定子と可動子との圧接部
分を拡大して示す部分断面図、第６図は第４図−の超音
波モータで使用されている皿ばねの押圧力の分布を示す
説明図である。 図において、 ４：蓋部材、　　　　　６：固定子、 １４：圧電素子、　　　２４：可動子 である。 なお、図中、同−符号及び同一記号は同一または相当部
分を示すものである。 特許出願人　アイシン精機株式会社 外１名

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）圧電素子によって弾性進行波を発生する固定子と
   、 前記固定子に弾接するように配置されて、前記弾性進行
   波により駆動される可動子とを備える超音波モータにお
   いて、 前記固定子と可動子のいずれか一方または両方を弾性変
   形させることにより、前記固定子及び可動子を相互に圧
   接させたことを特徴とする超音波モータ。
2. （２）前記圧接手段は、固定子または可動子の少なくと
   もいずれか一方の弾性変形量を調整可能に構成されてい
   ることを特徴とする請求項１に記載の超音波モータ。