JP2001112273A - 超音波モータ及び超音波モータのステータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 超音波モータの起動停止時に発生する異音を
低減することができる超音波モータ及び超音波モータの
ステータを提供する。 【解決手段】 超音波モータのステータ８は、ハウジン
グに固定するための固定部２１と、同固定部２１の外周
側に配置された薄肉部２２と、同薄肉部２２の外周側に
配置されて、ロータとの接触面及び圧電素子の取付面を
形成する振動部２３とが一体で形成されている。薄肉部
２２は、固定部２１の外周側において、軸線方向に縮幅
されて薄肉とされており、スリット２５によって区画さ
れて放射状に形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波モータ及び
超音波モータのステータに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】超音波モータは、圧電素子が接着された
ステータに対して、回転軸にフランジ状に連結されたロ
ータを加圧部材で圧接させて構成されている。そして、
圧電素子に所定の高周波駆動電圧を印加して同圧電素子
を振動させ、その振動に基づいてステータのロータとの
接触面に進行波を発生させる。この進行波と、ステータ
及びロータ間の摩擦力により、ロータを回転駆動するよ
うになっている。

【０００３】超音波モータは、このような駆動態様を有
するため、ロータの起動応答性は極めて良好なものとな
っている。図５は、このような超音波モータが備えるス
テータの一例を示すもので、図５（ａ）はその平面図、
図５（ｂ）は図５（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図であ
る。同図に示すように、ステータ５０は略リング状に形
成されており、その内周側から径方向に沿ってそれぞれ
固定部５１、薄肉部５２及び振動部５３が一体で形成さ
れている。

【０００４】上記固定部５１は、ステータ５０を固定す
るための台座を形成している。上記薄肉部５２は、上記
振動部５３の振動が固定部５１へと伝達されるのを抑制
するためのもので、上記固定部５１の軸線方向の特に一
側（図５（ｂ）の左側）から縮幅されて薄肉となったリ
ング状に形成されている。

【０００５】上記振動部５３は、上記薄肉部５２の軸線
方向一側（図５（ｂ）の左側）から傾斜面５３ａを介し
て斜めに拡幅されて形成されている。そして、上記振動
部５３には、傾斜面５３ａと同等の深さにて放射状のス
リット５４が形成されており、各隣接するスリット５４
間は振動片５５となっている。振動部５３にこのような
スリット５４を形成しているのは、同振動部５３に発生
する振動を促進するためである。

【０００６】また、上記振動部５３は、上記薄肉部５２
の軸線方向他側（図５（ｂ）の右側）も若干、拡幅され
ており、圧電素子を接着する台座を形成している。この
ような形状を有するステータ５０は、振動部５３に接着
された圧電素子の振動に基づいて同ステータ５０のロー
タとの接触面に進行波を発生させてロータを回転駆動す
るとともに、上記振動が固定部５１へと伝達されること
を薄肉部５２によって抑制している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
ステータ５０を備える超音波モータにおいては、ロータ
の起動応答性が良好である反面、特に負荷が大きい場合
の起動停止時には、急激な応答による負荷変動により、
ロータ及びステータ５０の運動エネルギーの損失又は消
失に起因する衝撃振動が発生し、異音を発生することと
なっていた。そして、超音波モータが、駆動回路による
オン・オフ制御によってその発生トルクが調整される場
合には、同制御の繰り返しによって上記異音は増大され
て不快音を発生していた。

【０００８】本発明の目的は、超音波モータの起動停止
時に発生する異音を低減することができる超音波モータ
及び超音波モータのステータを提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、請求項１に記載の発明は、外周部に圧電素子が取
り付けられてハウジングに固定されたステータと、該ス
テータに圧接されたロータとを備え、該圧電素子の振動
に基づき該ステータの該ロータとの接触面に進行波を発
生し、該進行波に基づいて該ロータを回転する超音波モ
ータにおいて、前記ステータは、前記ハウジングに固定
するための固定部と、該固定部の外周側において、軸線
方向に縮幅されて薄肉とされ、スリットによって区画さ
れて放射状に形成された薄肉部と、該薄肉部の外周側に
配置されて、前記ロータとの接触面及び前記圧電素子の
取付面を形成する振動部とを備えたことを要旨とする。

【００１０】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の超音波モータにおいて、前記振動部は、前記薄肉部に
対して軸線方向に拡幅され、前記スリットに径方向に連
続する振動部側スリットが形成されたことを要旨とす
る。

【００１１】請求項３に記載の発明は、請求項１又は２
に記載の超音波モータにおいて、前記スリットの前記固
定部側端部は、略円弧状に形成されたことを要旨とす
る。請求項４に記載の発明は、ハウジングに固定され、
外周部に取り付けられた圧電素子の振動に基づきロータ
との接触面に進行波を発生し、該進行波に基づいて該ロ
ータを回転する超音波モータのステータであって、前記
ハウジングに固定するための固定部と、前記固定部の外
周側において、軸線方向に縮幅されて薄肉とされ、スリ
ットによって区画されて放射状に形成された薄肉部と、
前記薄肉部の外周側に配置されて、前記ロータとの接触
面及び前記圧電素子の取付面を形成する振動部と、を備
えたことを要旨とする。

【００１２】請求項５に記載の発明は、請求項４に記載
の超音波モータのステータにおいて、前記振動部は、前
記薄肉部に対して軸線方向に拡幅され、前記スリットに
径方向に連続する振動部側スリットが形成されたことを
要旨とする。

【００１３】請求項６に記載の発明は、請求項４又は５
に記載の超音波モータのステータにおいて、前記スリッ
トの前記固定部側端部は、略円弧状に形成されたことを
要旨とする。

【００１４】（作用）請求項１及び４に記載の発明の構
成によれば、上記ステータの薄肉部はスリットによって
区画されて放射状に形成され、周方向への撓みが容易な
緩衝構造となっている。従って、特に超音波モータの起
動停止時において、ロータ及びステータの運動エネルギ
ーの消失又は損失から生じる衝撃振動は緩衝され、ひい
ては同振動に起因して発生する異音の大きさは低減され
る。

【００１５】また、上記固定部及び振動部間には、周方
向に薄肉部及びスリットが繰り返されて、見かけ上、周
方向に弾性係数の異なる構造が形成されるため、上記振
動に起因して発生する異音の大きさは更に低減される。

【００１６】請求項２及び５に記載の発明の構成によれ
ば、上記ステータの振動部には、上記スリットに径方向
に連続する振動部側スリットが形成されている。従っ
て、これらスリット及び振動部側スリットにより、スリ
ット形状を径方向に長くすることができ、周方向への撓
みは更に容易なものとされる。これにより、上記衝撃振
動は更に緩衝され、同振動に起因して発生する異音の大
きさも低減される。

【００１７】また、上記衝撃振動は直接的に周方向の撓
みによって緩衝されるため、上記異音の大きさは効率的
に低減される。さらに、これらスリット及び振動部側ス
リットは、径方向に沿って同時に切削加工される。

【００１８】請求項３及び６に記載の発明の構成によれ
ば、上記スリットの固定部側端部は、略円弧状に形成さ
れている。従って、上記薄肉部の周方向への撓みが容易
とされるとともに、同撓みにより生じる応力を分散させ
ることで、同薄肉部の損傷は防止される。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した一実施
形態について図１〜図４に従って説明する。なお、図３
及び図４においては、説明の便宜上、周方向の幅を誇張
・修正して描画している。

【００２０】図１は、超音波モータ１の断面図を示す。
同図１に示されるように、ハウジング２は基台３とカバ
ー４とから構成され、ハウジング２内に嵌挿された回転
軸５は１組の軸受６，７により回転可能に支持されてい
る。略リング状のステータ８は基台３の上面に止めネジ
９により固定され、その外周部の下面には、圧電素子１
０が接着されている。なお、本実施の形態では圧電素子
１０は、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）で形成されて
いる。ただし、圧電素子１０は、ＰＬＺＴ（チタン酸ジ
ルコン酸ランタン鉛）等の他の圧電材料で形成されるも
のでもよい。

【００２１】ステータ８の上方には回転軸５に対してフ
ランジ状に連結されたロータ１１が配設され、同ロータ
１１は回転軸５に対してスラスト方向に移動可能、且
つ、ラジアル方向に一体回転可能に係合されている。ロ
ータ１１の外周側の下面には摩擦材としての薄板状のラ
イニング材１２が固着され、同ライニング材１２は、ス
テータ８の外周部上面と当接している。なお、ライニン
グ材１２は、例えばポリイミド系樹脂を使用して形成さ
れている。

【００２２】皿バネ１３は、回転軸５に設けられたバネ
係合部５ａにより上方への移動が規制された状態で同係
合部５ａとロータ１１の上面との間に介装されている。
この皿バネ１３によって、ロータ１１はステータ８に圧
接するように下方に付勢されている。

【００２３】圧電素子１０は、進行波振動を発生させる
ための公知の方法で分極処理が施され、その分極された
各箇所の下面に電極板（図示しない）が２組の群をなし
て設けられる。この分極群に９０°位相差の高周波交流
電圧が印加されると、圧電素子１０が振動する。そし
て、この振動がステータ８に伝わり、ロータ１１との接
触面に進行波が発生する。この進行波によりロータ１１
がステータ８に摺動して回転軸５とともに回転するよう
になっている。

【００２４】次に、本実施形態におけるステータ８につ
いて更に詳述する。図２に平面図が示されるように、こ
のステータ８は、圧延鋼板、例えば冷間圧延鋼板（ＳＰ
ＣＣ）にて略リング状に形成されており、その中央部分
は前記回転軸５を挿通する貫通孔２０となっている。そ
して、上記ステータ８には、内周側から径方向に沿って
それぞれ固定部２１、薄肉部２２及び振動部２３が一体
で形成されている。

【００２５】上記固定部２１は、前記基台３にステータ
８を固定するための台座であって、所定角度ごとに前記
止めネジ９を挿通するためのネジ貫通孔２４が形成され
ている。

【００２６】上記薄肉部２２は、上記振動部２３の振動
が固定部２１へと伝達されるのを抑制するためのもの
で、上記固定部２１の軸線方向両側から縮幅されて薄肉
に、且つ、所定角度ごとの放射状に形成されている（図
３及び図４参照）。そして、各隣接する薄肉部２２間は
スリットとしての第１スリット２５となっている。な
お、第１スリット２５の上記固定部２１側端部は、略円
弧状に形成されている。これは、薄肉部２２の周方向へ
の撓みを容易にするとともに、同撓みにより生じる応力
を分散させて薄肉部２２の損傷を防止するためである。

【００２７】上記振動部２３は、上記薄肉部２２の軸線
方向一側（図１の上側）から傾斜面２３ａを介して斜め
に拡幅されて形成された放射状の振動片２６と、同振動
片２６の下方において各隣接する振動片２６を円環状に
連結する連結部２７を有している。この連結部２７の下
面は、前記圧電素子１０を接着する台座となっている。
また、各隣接する振動片２６間は前記第１スリット２５
と径方向に連続する振動部側スリットとしての第２スリ
ット２８となっている。特に、この第２スリット２８
は、上記振動部２３に発生する振動を促進するためのも
のである。

【００２８】なお、図１に示されるように、上記薄肉部
２２の下面と振動片２６の下面（連結部２７の上面）は
同一面上に形成されている。これは、この同一面におい
て径方向に沿って切削加工することにより、第１及び第
２スリット２５，２８を同時に加工するためである。

【００２９】以上詳述したように、本実施形態によれ
ば、以下に示す効果が得られるようになる。 （１）本実施形態では、固定部２１と振動部２３との間
を連結する薄肉部２２を放射状に形成し、各隣接する薄
肉部２２間を振動部２３の第２スリット２８と径方向に
連続した第１スリット２５とする緩衝構造とした。従っ
て、特に超音波モータ１の起動停止時において、ロータ
１１及びステータ８の運動エネルギーの消失又は損失か
ら生じる衝撃振動を緩衝し、ひいては同振動に起因する
モータ起動停止音（異音）の大きさを低減することがで
きる。

【００３０】また、上記固定部２１及び振動部２３間に
は、周方向に薄肉部２２及び第１スリット２５が繰り返
されて、見かけ上、周方向に弾性係数の異なる構造が形
成されるため、上記振動に起因して発生する起動停止音
の大きさを更に低減することができる。

【００３１】なお、このようなステータ８の構造変更に
おいて、超音波モータ１の特性、例えば無負荷回転数、
トルク及び出力をほとんど変えることなく、上記モータ
起動停止音の大きさを約３ｄＢＡ以上抑えられることが
発明者らによって確認されている。

【００３２】（２）本実施形態では、各隣接する薄肉部
２２間の第１スリット２５を振動部２３の第２スリット
２８と径方向に連続して形成した。従って、これら第１
及び第２スリット２５，２８により、スリット形状を径
方向に長くとることができ、周方向に撓みやすくするこ
とができる。これにより、上記衝撃振動を更に緩衝し、
同振動に起因して発生する異音の大きさも低減すること
ができる。

【００３３】また、上記衝撃振動を直接的に周方向の撓
みによって緩衝することができ、上記モータ起動停止音
の大きさを効率的に低減することができる。また、これ
ら第１及び第２スリット２５，２８は、径方向に沿って
同時に切削加工することができる。

【００３４】（３）本実施形態では、第１スリット２５
の中心側を、円弧状に形成した。従って、薄肉部２２の
周方向への撓みを容易にするとともに、同撓みにより生
じる応力を分散させて特にステータ高温時の薄肉部２２
の損傷を防止することができ、ステータ高温時の無負荷
回転数、トルク及び出力を劣化することなく、安定した
特性が得られる。

【００３５】なお、本発明の実施の形態は上記実施形態
に限定されるものではなく、次のように変更してもよ
い。・前記実施形態においては、薄肉部２２の下面と振
動片２６の下面（連結部２７の上面）を同一面上に形成
した。これに対して、振動片２６の下面（連結部２７の
上面）が薄肉部２２の下面よりも下方になるように第２
スリット２８を形成してもよい。この場合においても、
振動片２６の下面（連結部２７の上面）において径方向
に沿って切削加工することにより、第１及び第２スリッ
ト２５，２８を同時に加工することができる。

【００３６】・前記実施形態における振動部２３の形状
は一例であり、その他の形状であってもよい。

【００３７】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１及び４に
記載の発明によれば、超音波モータの起動停止時に発生
する異音を低減することができる超音波モータ及び超音
波モータのステータを提供することができる。

【００３８】請求項２及び５に記載の発明によれば、超
音波モータの起動停止時に発生する異音を更に低減する
ことができる。また、スリット及び振動部側スリットを
径方向に沿って同時に切削加工することができる。

【００３９】請求項３及び６に記載の発明の構成によれ
ば、薄肉部の周方向への撓みを容易にするとともに、同
撓みにより生じる応力を分散させることで、同薄肉部の
損傷を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示す断面図。

【図２】同実施形態の平面図。

【図３】同実施形態の周方向の幅を誇張・修正して示す
部分斜視図。

【図４】同実施形態の周方向の幅を誇張・修正して示す
部分平面図。

【図５】従来の超音波モータのステータを示す平面図及
び断面図。

【符号の説明】

２…ハウジング、８…ステータ、１０…圧電素子、１１
…ロータ、２１…固定部、２２…薄肉部、２３…振動
部、２５…スリットとしての第１スリット、２８…振動
部側スリットとしての第２スリット。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外周部に圧電素子（１０）が取り付け
   られてハウジング（２）に固定されたステータ（８）
   と、該ステータ（８）に圧接されたロータ（１１）とを
   備え、該圧電素子（１０）の振動に基づき該ステータ
   （８）の該ロータ（１１）との接触面に進行波を発生
   し、該進行波に基づいて該ロータ（１１）を回転する超
   音波モータにおいて、 前記ステータ（８）は、前記ハウジング（２）に固定す
   るための固定部（２１）と、該固定部（２１）の外周側
   において、軸線方向に縮幅されて薄肉とされ、スリット
   （２５）によって区画されて放射状に形成された薄肉部
   （２２）と、該薄肉部（２２）の外周側に配置されて、
   前記ロータ（１１）との接触面及び前記圧電素子（１
   ０）の取付面を形成する振動部（２３）とを備えたこと
   を特徴とする超音波モータ。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の超音波モータにおい
   て、 前記振動部（２３）は、前記薄肉部（２２）に対して軸
   線方向に拡幅され、前記スリット（２５）に径方向に連
   続する振動部側スリット（２８）が形成されたことを特
   徴とする超音波モータ。
3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載の超音波モータ
   において、 前記スリット（２５）の前記固定部（２１）側端部は、
   略円弧状に形成されたことを特徴とする超音波モータ。
4. 【請求項４】 ハウジング（２）に固定され、外周部
   に取り付けられた圧電素子（１０）の振動に基づきロー
   タ（１１）との接触面に進行波を発生し、該進行波に基
   づいて該ロータ（１１）を回転する超音波モータのステ
   ータであって、 前記ハウジング（２）に固定するための固定部（２１）
   と、 前記固定部（２１）の外周側において、軸線方向に縮幅
   されて薄肉とされ、スリット（２５）によって区画され
   て放射状に形成された薄肉部（２２）と、 前記薄肉部（２２）の外周側に配置されて、前記ロータ
   （１１）との接触面及び前記圧電素子（１０）の取付面
   を形成する振動部（２３）と、 を備えたことを特徴とする超音波モータのステータ。
5. 【請求項５】 請求項４に記載の超音波モータのステ
   ータにおいて、 前記振動部（２３）は、前記薄肉部（２２）に対して軸
   線方向に拡幅され、前記スリット（２５）に径方向に連
   続する振動部側スリット（２８）が形成されたことを特
   徴とする超音波モータのステータ。
6. 【請求項６】 請求項４又は５に記載の超音波モータ
   のステータにおいて、 前記スリット（２５）の前記固定部（２１）側端部は、
   略円弧状に形成されたことを特徴とする超音波モータの
   ステータ。