JP2967230B2 - Ultrasonic motor - Google Patents
Ultrasonic motorInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、超音波モータの移動体の回転支持構造に関
するものである。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a rotating support structure for a moving body of an ultrasonic motor.
本発明は、超音波モータの移動体の回転支持構造にお
いて、回転支持用のベアリングのスラスト方向のアガキ
量を、振動体に発生する振動波の振幅量、あるいは、移
動体に接合された摩擦材摺動面のうねり量のうちの大き
い方の量より大きくすることによって、摩擦材の平坦度
のバラツキに関係なく、振動体の振動を、移動体に効率
良く、伝えることができ、回転性能の優れた超音波モー
タを提供できるようにしたものである。The present invention relates to a rotary support structure for a moving body of an ultrasonic motor, wherein the amount of abrasion in the thrust direction of a bearing for rotation support, the amplitude of a vibration wave generated in the vibrating body, or a friction material joined to the moving body. By making it larger than the larger of the waviness of the sliding surface, the vibration of the vibrating body can be transmitted to the moving body efficiently, regardless of the unevenness of the flatness of the friction material, and the rotation performance can be improved. An excellent ultrasonic motor can be provided.
従来の超音波モータにおいて、移動体の回転支持にベ
アリングを用いる場合、中心軸についてベアリングを介
して移動体を回転可能に組み込んでいたがそのベアリン
グのアガキは小さいもので特別な値には構成されていな
かった。In conventional ultrasonic motors, when a bearing is used to support the rotation of a moving body, the moving body is installed rotatably via the bearing about the center axis, but the abrasion of the bearing is small and it is configured to a special value. I didn't.
超音波モータは、弾性体に接合された圧電素子に、交
流電圧を印加して、その伸縮運動により、振動体にたわ
み振動波を発生させ、その振動体に、加圧接触された移
動体を、摩擦力によって動かすものである。例えば、進
行波型超音波モータの場合、振動体と移動体に接合され
た摩擦材との接触状態は、第３図に示すようになってい
る。摩擦力によって駆動するものであるから、理想的に
は、すべての進行波の波頭が、摩擦材の摺動面に均一に
接触していることが望ましい。しかしながら、圧電素子
に関しても、パターン形状のバラツキ、分極状態のバラ
ツキ等から、真に均等な進行波を発生させることは不可
能である。また、摩擦材の摺動面に関しても、製造上の
バラツキから、接触状態が、真に均一になることは不可
能である。したがって、より効率の高いモータを得るに
は、モータの構造上、上記のバラツキを吸収する部分を
持たなければならない。移動体の回転支持にベアリング
を用いた場合、ベアリングのアガキ部分が、その役目を
する。したがって、ベアリングのアガキ量が、極端に小
さい場合、バラツキを吸収できなくなり、接触状態が不
均一となり、スベリが発生して、モータ性能が悪化す
る。An ultrasonic motor applies an AC voltage to a piezoelectric element bonded to an elastic body, generates a flexural vibration wave in the vibrating body by the expansion and contraction movement, and moves the moving body pressed and contacted to the vibrating body. It is moved by frictional force. For example, in the case of a traveling wave type ultrasonic motor, the contact state between the vibrating body and the friction material joined to the moving body is as shown in FIG. Since it is driven by frictional force, ideally, it is desirable that the wave fronts of all traveling waves uniformly contact the sliding surface of the friction material. However, it is impossible for a piezoelectric element to generate a truly uniform traveling wave due to variations in the pattern shape and polarization state. Also, with respect to the sliding surface of the friction material, it is impossible to make the contact state truly uniform due to manufacturing variations. Therefore, in order to obtain a more efficient motor, it is necessary to have a portion that absorbs the above-mentioned variation in the structure of the motor. When a bearing is used for rotationally supporting the moving body, an abrasion portion of the bearing plays the role. Therefore, when the amount of the bearing is extremely small, the variation cannot be absorbed, the contact state becomes nonuniform, slippage occurs, and the motor performance deteriorates.
そこで、本発明では、従来のこのような課題を解決
し、効率の高いモータを提供することを目的とする。Therefore, an object of the present invention is to solve such a conventional problem and provide a highly efficient motor.
前記の課題を解決するために、本発明においては、移
動体の回転支持に用いられるベアリングのスラスト方向
のアガキ量を、振動体に発生する振動波の振幅量、ある
いは、摩擦材摺動面のうねり量の両者のうちの大きい方
の量より大きくする構造とした。ここで、上記ベアリン
グのスラスト方向のアガキ量とは、第２図（ａ）に示す
ように、外輪201が内輪に対しボールを介して上へ上昇
した状態から、第２図（ｂ）に示すように、外輪204が
内輪に対しボールを介して下へ下降した状態まで変化す
る時の上下方向の全移動量である。In order to solve the above-mentioned problem, in the present invention, the amount of abrasion in the thrust direction of a bearing used for rotationally supporting a moving body, the amplitude of a vibration wave generated in a vibrating body, or the friction material sliding surface. The swell amount is set to be larger than the larger one of the swell amounts. Here, the amount of abrasion in the thrust direction of the bearing is shown in FIG. 2 (b) from the state where the outer ring 201 has risen upward through the ball with respect to the inner ring as shown in FIG. 2 (a). As described above, the total amount of movement in the up-down direction when the outer wheel 204 changes to a state in which the outer wheel 204 has descended below the inner wheel via the ball.
移動体の回転支持に用いられるベアリングのスラスト
方向のアガキ量を、振動体に発生する振動波の振幅量よ
り大きくすることによって、移動体の上下方向の自由度
が増大し、進行波が不均一になっても、移動体は、自動
的に最も安定した接触状態に倣おうとする。また、ベア
リングのスラスト方向のアガキ量を、摩擦材摺動面のう
ねり量より大きくすることによって、自由度が増し、振
動体との接触面が片当りすることを防ぎ、より均一な接
触状態になる。By increasing the amount of vibration in the thrust direction of the bearing used to support the moving body in the thrust direction larger than the amplitude of the vibration wave generated in the vibrating body, the degree of freedom in the up and down direction of the moving body increases, and the traveling wave becomes uneven. , The mobile automatically tries to follow the most stable contact state. In addition, by increasing the amount of abrasion in the thrust direction of the bearing over the amount of undulation of the friction material sliding surface, the degree of freedom increases, preventing the contact surface with the vibrating body from hitting one side, and providing a more uniform contact state. Become.
以上の作用から、振動体の振動を、移動体に効率よく
伝えることができ、効率の高い超音波モータを提供する
ことができる。From the above operation, the vibration of the vibrating body can be efficiently transmitted to the moving body, and a highly efficient ultrasonic motor can be provided.
以下に、本発明の実施例を、図面に基づいて説明す
る。Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
第１図は、本発明による超音波モータの基本構成を示
す。振動体106は、Al等の金属からなり、分極処理され
たPZTの圧電素子107が接着され、中心軸109に、打込ま
れている。振動体106は、圧電素子107による振動を拡大
するために、複数のくし歯状の突起106aを持ち、その先
端面が移動体104との接触面となる。移動体104は、金属
からなる移動体部に、複合プラスチック材からなる摩擦
材105が接着され、中心部にベアリング103の外輪103aが
打込まれている。このベアリング103の内輪103bが振動
体106の中心軸109にセットされ、モータを構成する。ま
た、ベアリング103の内輪103bは、加圧バネ102により、
加圧され、ボール111を介して、振動体106と摩擦材105
の接触面に、加圧力を与える。FIG. 1 shows a basic configuration of an ultrasonic motor according to the present invention. The vibrating body 106 is made of a metal such as Al, and a piezoelectric element 107 of PZT that has been subjected to polarization processing is adhered to the vibrating body 106 and is driven into the central axis 109. The vibrating body 106 has a plurality of comb-shaped protrusions 106 a in order to expand the vibration caused by the piezoelectric element 107, and a tip end surface thereof is a contact surface with the moving body 104. In the moving body 104, a friction material 105 made of a composite plastic material is adhered to a moving body portion made of metal, and an outer ring 103a of a bearing 103 is driven into a center portion. The inner ring 103b of the bearing 103 is set on the central axis 109 of the vibrating body 106, and forms a motor. The inner ring 103b of the bearing 103 is pressed by the pressure spring 102.
The vibrating body 106 and the friction material 105 are pressurized and
Is applied to the contact surface.
実際に、振動体の外径がφ10mmのモータを製作したと
ころ、無負荷状態の振動体の振幅は、１〜２μ程度であ
った。また、摩擦材のうねりは、５〜10μ程度であっ
た。このモータで、ベアリングのアガキ量を様々に変更
して実験したところ、アガキ量が、10μ以下のものは、
極めて、回転性能が悪かった。また、摺動音も大きく、
スベリが発生しているのがわかった。したがって、この
場合、ベアリングのアガキ量は、摩擦材のうねり量より
大きいことが望ましい。Actually, when a motor having an outer diameter of the vibrating body of 10 mm was manufactured, the amplitude of the vibrating body in a no-load state was about 1 to 2 μm. The undulation of the friction material was about 5 to 10 μ. In this motor, the experiment was carried out by changing the amount of abrasion of the bearing in various ways.
The rotation performance was extremely poor. Also, the sliding noise is loud,
It turned out that slipping had occurred. Therefore, in this case, it is desirable that the amount of rake of the bearing is larger than the amount of undulation of the friction material.
本発明は、以上説明したように、超音波モータの移動
体の回転支持構造において、ベアリングを用いた場合、
そのスラスト方向アガキ量を、振動体に発生する振動波
の振幅量、あるいは、摩擦材摺動面のうねり量の両者の
うちの大きい方の量より、大きくすることによって、移
動体の上下方向の自由度が増大し、振動体、及び、摩擦
材のバラツキを吸収して、安定した接触状態となり、効
率の良い超音波モータを提供することができる。The present invention, as described above, in the case of using a bearing in the rotation support structure of the moving body of the ultrasonic motor,
By increasing the amount of the thrust in the thrust direction, which is larger than the larger one of the amplitude of the vibration wave generated in the vibrating body or the undulation amount of the friction material sliding surface, the moving body in the vertical direction is increased. The degree of freedom is increased, the variation of the vibrating body and the friction material is absorbed, and a stable contact state is obtained, so that an efficient ultrasonic motor can be provided.
第１図は、本発明による移動体回転支持構造を有する超
音波モータの断面図、第２図は、本発明によるベアリン
グのアガキ量を示す断面図、第３図は、本発明による超
音波モータの接触状態を示す断面図である。 101……止メネジ 102……加圧バネ 103……ベアリング 104、301……移動体 105、302……摩擦材 106、303……振動体 107……圧電素子 108……リード線 109……中心軸 110……固定台 103a、201、204……外輪 103b、202、205……内輪 111、203、206……ボールFIG. 1 is a cross-sectional view of an ultrasonic motor having a moving body rotation support structure according to the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view showing the amount of aki of a bearing according to the present invention, and FIG. 3 is an ultrasonic motor according to the present invention. It is sectional drawing which shows the contact state. 101 ... female screw 102 ... pressure spring 103 ... bearing 104, 301 ... moving body 105, 302 ... friction material 106, 303 ... vibrating body 107 ... piezoelectric element 108 ... lead wire 109 ... center Shaft 110 ... fixed base 103a, 201, 204 ... outer ring 103b, 202, 205 ... inner ring 111, 203, 206 ... ball
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−114378（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−238473（ＪＰ，Ａ) 実開 平１−61894（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H02N 2/00 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-1-114378 (JP, A) JP-A-1-238473 (JP, A) JP-A-1-61894 (JP, U) (58) Survey Field (Int.Cl. 6 , DB name) H02N 2/00
Claims (3)
材からなる振動体と、前記振動体に圧接され、前記圧電
素子の伸縮運動によるたわみ振動波で摩擦駆動する移動
体を有する超音波モータにおいて、 スラスト方向のあがき量が、前記振動体に発生する振動
波の振幅量、または、前記移動体の前記振動体接触面の
うねり量の大きい方よりも、さらに大きい値の、前記移
動体を支持するベアリングを有することを特徴とする超
音波モータ。An ultrasonic wave comprising a piezoelectric element, a vibrating body made of an elastic material to which the piezoelectric element is fixed, and a moving body which is pressed against the vibrating body and is frictionally driven by a flexural vibration wave caused by the expansion and contraction of the piezoelectric element. In the motor, the moving body has a larger thrust amount in a thrust direction than a larger value of an amplitude of a vibration wave generated in the vibrating body or a undulation amount of the vibrating body contact surface of the moving body. An ultrasonic motor having a bearing for supporting the motor.
を前記振動体に設けた請求項１記載の超音波モータ。2. The ultrasonic motor according to claim 1, wherein a support pin for rotatably supporting the moving body is provided on the vibrating body.
した移動体を有する請求項１記載の超音波モータ。3. The ultrasonic motor according to claim 1, further comprising a moving body having a friction material fixed at a position where said friction material is in contact with said vibrating body.
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