JPS63242184A

JPS63242184A - 超音波モ−タ

Info

Publication number: JPS63242184A
Application number: JP62074955A
Authority: JP
Inventors: Sumio Kawai; 澄夫川合
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1987-03-27
Filing date: 1987-03-27
Publication date: 1988-10-07
Anticipated expiration: 2011-08-14
Also published as: US4918351A; JP2524346B2; US4871937A

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］この発明は、超音波モータ、詳しくは超音波モータにお
ける振動体の支持構造に関するものである。

［従来の技術］弾性体に圧電素子を固着し、該圧電素子に駆動用交流電
圧を印加することにより弾性体表面に楕円振動を発生さ
せる振動体と、この振動体に摩擦接触させることによ゛
って回転駆動される移動体とからなる周知の超音波モー
タにおいては、上記振動体をモータのケース、即ち、固
定枠体に固定する場合、振動体の振動が固定枠体に漏れ
ないようにしなければならない。

そのために振動体の種々の支持構造が従来提案せられて
いる。このうち最も一般的に見られる支持構造は、特開
昭５９−９６８８３号公報に示されているように、振動
体をゴム等の振動吸収体のシートを介して支持する手段
である。また特開昭６０−９６１８３号公報および特開
昭６０−２１０１７４号公報に開示されているように、
振動体に補助的な支持体を取り付け、支持体に定在波を
発生させることにより定在波の節の部分を固定枠やケー
スに固定して支持する手段も提案せられている。

［発明が解決しようとする問題点］ところが、上記特開昭５９−９６８８３号公報に示され
たような従来の支持手段では、次のような問題点がある
。即ち（１）支持にゴム等を使用しているので、振動体の位置
が不安定で決まらない。

（２）超音波モータを駆動するためには、移動体を強い
力で振動体に圧若しなければならないが、圧着度を強く
すると振動体を支持しているゴム等が弾性変形して振動
吸収性が悪化し、モータの効率が悪くなったり、騒音を
発生する。

（３）ゴム等は均一に弾性変形をすることがないので、
振動体と移動体の圧青力分布が不均一になり、モータの
回転ムラを生じたり騒音が発生する。

また、上記特開昭６０−９６１８３号公報および特開昭
６０−２１０１７４号公報に開示された支持手段におい
ても以下のような欠点がある。

■モータの位置は決まるが、定在波を支持部に作るだめ
には支持部を比較的長く取る必要があり、モータの支持
スペースがかなり必要となる。即ち、補助振動子（支持
体）の振動は厚さに対して長さｇが上式において、 β：振動次数に対する定数Ｅ：ヤング率 ■＝梁（支持体）の断面二次モーメントρ：支持体の密
度Ａ：梁（支持体）の断面積 ω：振動数ｈ：支持体の厚さｆ：振動体の振動周波数となり、ステンレスの矩形成とすると、−次の振動では
板厚ＩＩＩＩＩＩＩでＲ−０，５４となる。上式が成立
するためには、ｇは板厚に対して充分小さいということ
が条件であり、板厚を薄くするかｇを長くとって高次の
モードで振動させる必要がある。また板厚ＩＩＩＩＩｌ
でｆｆ　−０，５４では屈曲に対する剛性が高く屈曲振
動は起り難い。

■安定した圧青力を加えるためには、ｉ持とは別に加圧
部材が必要となる。

従って、本発明の目的は上記のような従来の不具合を解
消し、小型で簡単な、かつ振動体の振動ｆＨ失を小さく
することができる支持構造をもつ超音波モータを提供す
るにある。

［問題点を解決するための手段および作用］本発明では
、上記問題点を解決するために、弾性体に圧電素子を固
着し、該圧電素子に駆動用交流電圧を印加することによ
り弾性体表面に楕円振動を発生させるリング状振動体と
、同振動体に摩擦接触させて回転駆動される移動体とか
らなる超音波モータにおいて、上記振動体の、上記移動体が摩擦接触する面と異なる面
を支持面とし、同支持面を固定枠に基部を固着された複
数個の弾性支持腕で支持したことを特徴とする。

［実　施　例］以下、図示の実施例により本発明を説明する。

第１，２図は、本発明の第１実施例を示したものであっ
て、固定枠体１は上端部外周に、振動体および移動体等
を載置して取り付けるための外向フランジ１ａををし一
上端部外周面に抜止リング１１を螺合させるための雌ね
じ１ｂの刻設された円筒体で形成されていて、上記フラ
ンジｌａ上には先づ、リング状の弾性薄板からなる支持
板２が接着またはネジ止め等の手段で固着される。

この支持板２には、その外周縁寄りの等間隔位置の３箇
所に、部分円弧状に切り起された弾性支持腕２ａ、２ｂ
、２ｃが形成されており、同各支持腕２ａ〜２ｃの先端
部寄りの自由端部には、先端部を斜下方に向けて折り曲
げた支持部２　ａ　ｏ　。

２ｂｏ、２ｃｏが形成されている。この支持部２　ａ　
ｏ〜２　ｃ　ｏは振動体１０を弾性的に支持する役目を
するもので、その上面にはシリコンゴム等からなるリン
グ状の防振材３を介して振動体１０が支持されている。

この振動体１０は、リング状弾性体５の下面に多数の圧
電素子４を固着して形成されていて、該圧電素子４に駆
動用交流電圧を印加することにより弾性体５の表面に楕
円振動を発生させる役目をする。そして、このリング状
振動体１０の弾性体５の上面には、移動体である筒体か
らなるロータ７が同ロータの下面に一体に取り付けられ
たスライダ６を介して接触している。このロータ７は固
定枠体１の円筒体の外周面に内周面を緊密に嵌合させて
回転自在に配設されていて、その上端面の中程にはＶ溝
からなるボール受溝７ａがリング状に穿設されている。

このボール受溝７ａ内には、ボールベアリングと同様に
回転摩擦を少なくする多数のボール８が列設され、その
上からボール押えリング９が当接され、抜止リング１１
が上記固定枠体１の雌ねじ１ｂに螺合されるようになっ
ている。

上記ロータ７は、抜止リング１１を固定枠体１の雌ねじ
１ｂにねじ込むことによってボール８を介してボール押
えリング９がロータフを押圧してその下面のスライダ６
の振動体との接触面が振動体１０の上面に圧着すること
により、振動体１０に押圧される。

このように構成された本実施例によれば、振動体１０が
支持板２の支持腕２ａ〜２Ｃによってロータフに圧着さ
れるあ・ら特別な圧接機構を必要としないし、また支持
腕２ａ〜２Ｃは、その腕部の長さおよび板厚、材質等に
よりバネ定数を任意に設計できるので、振動体１０の振
動系に対し、振動を固定枠体１に伝達せず、かつ支持板
２での損失の少ない最適な設計とすることができる。ま
た支持板２の占めるスペースは、支持腕が部分円弧状に
形成されているため、ラジアル方向は振動体１０の内径
がわおよび外径がわにはみ出すことなく、更にスラスト
方向にも支持板２の板厚程度のスペースで済み、モータ
自体を小型にすることができる。また、振動体１０は通
常、固定枠体１に対して回転しないように回転止めを設
ける必要があるが、本発明の場合には、防振材３が滑止
めの働きをしているので、特に回転止めを設ける必要は
ない。

第３図〜第５図は、本発明の第２実施例を示したもので
ある。本実施例では振動体１０を支持する支持腕の構成
が上記第１゛実施例のものと異なっている。

即ち、本実施例では支持腕はｉ！数本の支持腕、例えば
第３図に示すように３本の弾性支持腕１２ａ。

１２ｂ、１２ｃで構成されている。この弾性支持腕１２
ａ〜１２ｃは、それぞれ先端部が上方に傾斜する部分円
弧状の弾性導電片で形成されていて、円筒体からなる固
定枠体ＩＡの外向フランジＩＡａ上の等間隔位置に各基
部を配設され、同各基部を上記フランジＩＡａを下方か
らＲ通する取付ビス１３ａ〜１３ｃに挿通され、同各ビ
ス１３ａ〜１３ｃに螺合されるナツト１５ａ〜１５ｃに
より外向フランジＩＡａ上にビス止めされている。

そして、この各弾性支持腕１２ａ〜１２ｃの各先端部上
には導電ゴムからなり、防振と電極の役目をする支持片
１６ａ〜１６ｃがそれぞれ固着されている。この各支持
片１６ａ〜１６ｃは金属の弾性体５と圧電索子４とから
なる振動体１０を弾性的に支持すると共に、第５図に示
すように圧電素子４の電極群１７ａ、１７ｂおよび金属
弾性体５に圧接する電極を構成している。従って、各支
持腕１２ａ〜１２ｃの各基部にはリード線１４ａ〜１４
ｃの接続端子が取り付けられている。

周知のように、超音波モータにおける振動体１０は、金
属の弾性体５の片面に、空間的にλ／４の位相ずれを生
じるように２つのグループに分離した圧電素子群４ａ、
４ｂを貼指して構成されているものであって、振動体１
０を圧電素子群４ａ。

４ｂの一方の電極とし、圧電素子群４ａには交流電源１
８から、Ｖ−Ｖｏｓｉｎ（ＩＪｔ、圧電素子群４ｂには
９０＠位相器１９を通じてλ／４位相ずれたＶ−Ｖｏｓ
ｉｎ　　（ωｔ　　±　ｗ　／２）の交流電圧をそれぞ
れ印加するようになっている。従って、上記支持片１６
ａ〜１６ｃが一方の電極を構成している。

このように構成すれば、電極端子を支持腕１２ａ〜１２
ｃが兼ねることができ、また電極端子を振動が伝わらな
い部分に設けることができるので、リード線、端子等を
破損することがない。その他の構成は前記第１実施例の
ものと全く同様に構成されているので、同一部材には同
一符号を付し、その説明は省略する。

第６図は、本発明の第３実施例の要部を示した断面図で
ある。本実施例は支持腕部に発生する振動モードを強制
的に制限するようにしたもので、そのために、基部を取
付ビス２０によって固定枠体のフランジ２１に固定し自
由端部を上方に向けて傾斜させ、その先端部を斜下方に
折り曲げることにより支持部２２ａを形成した弾性支持
腕２２の自由端部に、腕２２の長手方向に直交する、例
えば３本の溝２３　ａ　＊　　２３　ｂ　＊　　２３　
ｃを基部と支持部２２ａとの間に穿設しである。そして
、このように形成した支持腕２２を複数本、フランジ２
１上の等間隔位置に配設し、その各支持部２２ａで防振
材３を介して振動体１０を弾性的に支持する。

このように溝２３ａ〜２３ｃを設けると、支持腕２２に
３つの定在波がたち、定在波の節が支持腕２２の基部と
支持部２２ａとの間にできる。振動モードを限定するこ
とができれば、損失の少なくなるように節を固定するこ
とが容品となり、支持による振動体の振動損失を最小に
することができる。そして、支持部材の振動モードを制
限する上からも腕部の長さ力（比較的長くとれる本発明
の構成が有効であることは明らかである。

また、腕部の振動を制限するのに、上記第６図に示した
実施例では、溝２３ａ〜２３ｃを設けたが、腕の長さ方
向において、腕の断面形状を部分的に変えたり、連続的
に変化することによっても実現できるし、また腕の断面
形状を変えなくても、腕部を形成する部材のヤング率を
部分的に、あるいは連続的に変化しても同様の効果が得
られる。

［発明の効果］以上述べたように本発明によれば、弾性体の周方向に沿
う円弧形状の複数個の弾性支持腕により振動体を支持す
るようにしたので、振動体の支持による振動損失を小さ
くすることができ、またこの支持構造をロータの圧着手
段として共用することができるため、モータを小型に構
成することができるという顕著な効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１実施例を示す超音波モータの分
解斜視図、第２図は、上記第１図の超音波モータの断面図、第３図
は、本発明の第２実施例を示す超音波モータの要部の分
解斜視図、第４図は、上記第２図の超音波モータの断面図、第５図
は、超音波モータの電極端子を示す線図、第６図は、本
発明の第３実施例を示す超音波モータの要部拡大断面図
である。１・・・・・・・・・・・・固定枠体２ａ　〜２ｃ、　１２ａ　〜１２ｃ、　２２−・−弾性
支持腕４・・・・・・・・・・・・圧電素子５・・・・・・・・・・・・弾性体７・・・・・・・・・・・・移動体（ロータ）１０・・
・・・・・・・振動体

Claims

【特許請求の範囲】

（１）弾性体に圧電素子を固着し、該圧電素子に駆動用
交流電圧を印加することにより弾性体表面に楕円振動を
発生させるリング状振動体と、同振動体に摩擦接触させ
て回転駆動される移動体とからなる超音波モータにおい
て、上記振動体の、上記移動体が摩擦接触する面と異なる面
を支持面とし、同支持面を固定枠に基部を固着された複
数個の弾性支持腕で支持したことを特徴とする超音波モ
ータ。
（２）上記弾性支持腕を、振動体の周方向に沿った円弧
状の板バネ部材で形成したことを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載の超音波モータ。