JPH02303374A - 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
駆動するようにした超音波モータにかかり、詳しくは、
固定子及び可動子を相互に圧接させる構造に関するもの
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が知られている。

第５図は従来の超音波モータを示す縦断面図、第６図は
第５図の超音波モータにおいて固定子と可動子との接触
部分を拡大して示す部分断面図、第７図は第５図の超音
波モータにおいて可動子の周方向の各部に作用する力の
分布を示す説明図である。

第５図において、４１は超音波モータの外殻となるケー
ス、４２はケース４１の開口部を閉じるカバー、４３は
固定子、４４は前記固定子４３に配設された圧電体、４
５はライナー４６を介して前記固定子４３に接合配置さ
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、
圧電体４４に高周波電圧が印加されると圧電体４４の変
形に伴って固定子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との接触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５０の加
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の加圧力を大きく設定した場合、第６
図に拡大して示すように、その加圧力で可動子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とが片当り、即ち、点接
触の状態で圧接される。また、皿ばね５０には周方向の
加圧力が不均一になりやすいというばね特１　　性があ
るため、第７図に矢印で示すように、可動子４５に作用
する力が周方向の各部で相違することがある。

これらの理由により、従来の超音波モータにおいては、
固定子４３及び可動子４５間の摩擦係数及び圧接力が不
安定になり、回転むらまたはトルクむらが生じて、モー
タ出力が安定しないことが推定される。しかも、摩擦係
数及び圧接力が不安定な状態では、可動子４５に固定子
４３とは異なる周波数の固有振動が生じ、異音が発生し
やすいという不都合もあった。なお、固定子４３と可動
子４５との片当りを改善するために、従来は、超音波モ
ータの製作に際して当りづけ等の面倒な作業を行ってい
た。

そこで、本発明の課題は、固定子と可動子とを安定した
接触面を介して周方向に均一な力で圧接でき、もって、
回転むら及びトルクむらを抑制して、安定した出力を得
ることができ、しかも、組付が簡単で容易に製作できる
超音波モータを提供することにある。

［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、圧電体の変形により弾
性進行波を発生する固定子と、その固定子に圧接すべく
配置されて、弾性進行波により駆動される可動子と、そ
の固定子または可動子の少なくともいずれか一方を流体
圧により加圧して、固定子及び可動子を相互に圧接させ
る流体加圧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は、流体加圧手段が固定
子または可動子の少なくともいずれが一方を加圧するた
め、その流体圧により固定子と可動子との接触面におけ
る半径方向及び周方向の全体にそれぞれ均一な力が作用
する。したがって、当りづけ等の面倒な作業を行なわな
くても、固定子と可動子とが常に安定した接触面を介し
て相互に圧接され、固定子及び可動子間の摩擦係数及び
圧接力が安定化する。その結果、回転むら及びトルクむ
らが抑制されて、出力が安定するとともに、可動子の固
有振動が抑制されて、異音の発生が防止される。また、
流体圧で加圧するので、名部品の寸法誤差及び組付誤差
を吸収でき、簡単な構成で容易に製作することが可能に
なる。

［実施例］ 以下、本発明の具体化した実施例を説明する。

第１図は流体加圧手段が固定子側に配置された本発明の
一実施例による超音波モータを示す縦断面図、第２図は
第１図の超音波モータにおいて固定子と可動子との接触
部分を拡大して示す部分断面図、第３図は第１図の超音
波モータにおいて可動子の周方向の各部に作用する力の
分布を示す説明図である。

第１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はベース２と、前記ベース２の上方を覆うカバ
ー３によって構成されている。ベース２の中央部にはベ
アリング１７が圧入され、その内輪１７ａには回転軸２
０が下方から挿入固定されている。前記回転軸２０には
ハウジング１の下方へ突出する出力部２１と、ベアリン
グ１７の下面に当接する鍔部２２と、上端の連結部２３
とが一体的に形成されている。

前記回転輪２０の連結部２３には、ホルダ１８が面接合
またはスプライン結合等の回り止め手段を介して相対回
動不能に挿入されている。前記ホルダ１８とベアリング
１７との間にはシム３４が介装されている。そして、ホ
ルダ１８を回転軸２０の上端に座金１５を介して螺子１
９により締付けることにより、回転軸２０、ベアリング
１７の内輪１７ａ１ホルダ１８及びシム３４がそれぞれ
一体となり回転可能に連結される。

ベース２の中央部上面に突設された支持環部５には固定
子６がその内孔７にて挿着されている。

固定子６は小径リング部８、大径リング部９及び薄肉部
ｌＯから、りん青銅等の金属弾性材料で一体的に構成さ
れている。前記小径リング部８はベース２の内側支持面
２ａに接合した状態で、螺子１２により固定されている
。前記大径リング部９の上面には全周にわたって多数の
くし歯１３が一定ピッチで突設されている。

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体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。前記圧電体
１４はフレキシブルプリント基板３１及び通常のプリン
ト基板３２を介してコネクタ３３に接続されている。そ
して、圧電体１４に高周波電圧が印加されると、圧電体
１４の伸縮変形に伴い固定子６の大径リング部９に弾性
進行波、即ち、超音波振動が発生する。

前記固定子６に対し上方から接合するように、ホルダ１
８には可動子２４が、面接合またはスプライン結合等の
回り止め手段を介して相対回動不能に挿通されるととも
に、ホルダ１８の鍔部１８ａにより上方から抜は止め保
持されている。前記可動子２４はアルミニウム等の金属
材料で円板状に構成されていて、その外周には厚内部２
６がリング状に形成されている。そして、前記厚肉部２
６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。

一方、ベース２の外側支持面２ｂと固定子６の大径リン
グ部９との間には、シート状部材３５と流体加圧部材３
６とが介装されている。前記シート状部材３５はフェル
ト等の比較的剛性が大きいい柔軟材料でリング状に形成
されていて、固定子６の圧電体１４の下面に接合配置さ
れている。

前記流体加圧部材３６は、リング状の柔軟袋構成体３７
の内部にゲル物質３８を充填して構成されていて、シー
ト状部材３５の下面に接合配設されている。前記ゲル物
質３８としてはシリコン系高分子材料が好適である。そ
して、本実施例においては、前記流体加圧部材３６によ
り流体加圧手段が構成され、ゲル物質３８の加圧力で固
定子６がシート状部材３５を介して上向きに加圧されて
、固定子６と可動子２４とが相互に圧接される。なお、
流体加圧部材３６の加圧力は、ゲル物質３８の充填量を
加減したり、或いは、前記シム３４の厚みを変更したり
することによって適宜に調整できる。

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に固着された圧電体１４に高周波電圧が印加さ
れると、その圧電体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、くし爾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
との接触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、ホルダ１８及び回転軸２０が一体に回転され
る。

このように、本実施例の超音波モータにおいては、固定
子６にシート状部材３５を介して流体加圧部材３６が接
合配設されていて、ゲル物質３８の流体圧により固定子
６と可動子２４とが相互に圧接される。そして、ゲル物
質３８の流体圧は、その流体特性からして、第２図の矢
印で示すように、固定子６の大径リング部９の半径方向
に均一に分布し、半径方向に対して垂直な方向に作用す
るとともに、第３図の矢印で示すように、可動子２４の
周方向に均一な大きさで分布される。

したがって、従来のような当りづけ等の面倒な作業を行
なわなくても、固定子６と可動子２４とが常に安定した
接触面を介して相互に圧接され、固定子６及び可動子２
４間の摩擦係数及び圧接力が安定化する。その結果、回
転むら及びトルクむらが抑制されて、出力が安定する。

しかも、可動子２４に固定子６とは異なる周波数の固有
振動が発生しにくくなり、異音の発生も防止される。ま
た、ゲル物質３８の流体圧で加圧するので、固定子６、
可動子２４または流体加圧部材３６それ自体に寸法誤差
及び組付誤差があった場合でも、その誤差を効率よく吸
収できる。それ故、各部品に高い精度が要求されず、全
体を簡単に構成できて製作が容易になる。

更に、本実施例では、流体加圧部材３６が固定子６に接
合固定されているため、可動子２４、ホルダ１８及び回
転軸２０等からなる可動部分の重量を増大させることな
く、前述した均一な加圧作用を得ることができる。また
、この場合、固定子６と流体加圧部材３６との間に比較
的剛性の大きいフェルト等からなるシート状部材３５が
介在しているので、固定子６に発生した振動が、流体加
圧部材３６に吸収されることなく、可動子２４に効率よ
く伝播される。

なお、上記実施例では、流体加圧部材３６が固定子６側
に配設されているが、本発明はこれに限定されるもので
はなく、流体加圧部材３６を可動子２４側に配設して実
施することもできる。

第４図は流体加圧手段が可動子側に配置された本発明の
他の実施例による超音波モータを示す縦断面図に示すも
のでである。

ここにおいて、流体加圧部材３６は可動子２４の厚肉部
２６の上面に接合配置されていて、ホルダ１８の大径環
部１８ｂにより位置決めされるとともに、ホルダ１８の
鍔部１８ａにより上方から押え保持されている。

この実施例の構成によっても、ゲル物質３８の流体圧で
固定子６と可動子２４とを常に安定した接触面を介し圧
接させて、前記実施例と同様な効果を得ることができる
。加えて、流体加圧部材３６を可動子２４側に配置した
場合には、そのゲル状部材３８が可動子２４からホルダ
１８への振動伝播を規制するので、ホルダ１８及び回転
軸２０等に異音が発生しにくくなるという特有の効果も
得られる。

また、図余はしないが、流体加圧部材３６を固定子６及
び可動子２４の双方に接合配置して実施した場合でも、
前記実施例とほぼ同様な作用効果が得られる。

更に、上記実施例では、流体加圧手段３６にゲル物質３
８が使用されているが、本発明を実施する場合には、こ
れに限定されるものではなく、水またはオイル等の各種
の流体を使用して実施することも可能である。しかしな
がら、ゲル物質３８を使用した場合には、水等と比較し
て粘度が高いため、流体加圧手段３６の加圧力が超音波
モータを設置した機器の振動による影響を受けにくくな
る。

また、上記実施例で述べた実施例では、流体加圧部材３
６と圧電体１４の間にシート状部材３５を介在させた例
を説明したが、流体加圧部材３６の表面に突起を設け、
流体加圧部材３６が圧電体１４と部分的に接触するよう
にすれば、シート状部材３５は省略可能である。

なお、本実施例の超音波モータは可動子２４が回転運動
を行なうように構成されているが、可動子が直線運動す
るように構成したリニア型の超音波モータに本発明を応
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
体の変形により弾性進行波を発生する固定子と、その固
定子に接合配置されて、弾性進行波により駆動される可
動子と、その固定子または可動子の少なくともいずれか
一方を流体圧により加圧して、固定子及び可動子を相互
に圧接させる流体加圧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安定した接触面を介して周方向
に均一な力で圧接でき、もって、回転むら及びトルクむ
らを抑制して、安定した出力を得ることができ、しかも
、組付が簡単で容易に製作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を示す縦
断面図、第２図は第１図の超音波モータにおいて固定子
と可動子との接触部分を拡大して示す部分断面図、第３
図は第１図の超音波モータにおいて可動子の周方向の各
部に作用する力の分布を示す説明図、第４図は本発明の
他の実施例による超音波モータを示す縦断面図、第５図
は従来の超音波モータを示す縦断面図、第６図は第５図
の超音波モータにおいて固定子と可動子との接触部分を
拡大して示す部分断面図、第７図は第５図の超音波モー
タにおいて可動子の周方向の各部に作用する力の分布を
示す説明図である。 図において、 ６：固定子、　　　　　１４：圧電体、２４：可動子、
　　　　　３５：シート状部材、３６：流体加圧部材、
　　３７：柔軟袋構成体、３８ニゲル物質 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。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）圧電体によって弾性進行波を発生する固定子と、 前記固定子に圧接するように配置されて、前記弾性進行
   波によって駆動される可動子と、 前記固定子または可動子のいずれか一方または双方を流
   体圧により加圧して、固定子及び可動子を相互に圧接さ
   せる流体加圧手段と を具備することを特徴とする超音波モータ。
2. （２）前記流体加圧手段は、剛性の大きいシート状部材
   を介して固定子に接合配置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。
3. （３）前記流体加圧手段は、柔軟袋構成体にゲル物質を
   充填してなることを特徴とする請求項１または請求項２
   に記載の超音波モータ。