JP3608180B2

JP3608180B2 - Ultrasonic motor stator

Info

Publication number: JP3608180B2
Application number: JP13441496A
Authority: JP
Inventors: 大介高畠
Original assignee: Fukoku Co Ltd
Current assignee: Fukoku Co Ltd
Priority date: 1996-04-30
Filing date: 1996-04-30
Publication date: 2005-01-05
Anticipated expiration: 2016-04-30
Also published as: JPH09298892A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波モータのステータに関し、特に、安価で振動効率が良いものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、進行波を利用した超音波モータは、圧電セラミックスに高周波電圧を印加することによりステータに進行波を発生させ、このステータに発生させた進行波によって出力軸に連結されたロータが回転するようになっている。この超音波モータは、ギアなどで減速しなくても低回転で高トルクを得られる駆動用モータとして注目されている。
【０００３】
図１０は従来の超音波モータの振動体の斜視図である。図において、１はステータであり、このステータ１はこの中心から放射状に溝１Ａを切ったものである。２は圧電セラミックスであり、この圧電セラミックス２はステータ１の底に取り付ける。
図１１は特開平６−３１９２７１号公報記載の超音波駆動装置の振動体の平面図である。図において、３はステータであり、このステータ３は、圧電セラミックス４の側面に扇形状の多数の薄板からなる共振板５の内端を圧電セラミックス４の孔にほぼ一致するように合わせて、リング状の合成樹脂６でリング状に接着され、共振板５の外端を圧電セラミックス４の外径より突出してほぼ円形に構成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の超音波モータのステータは、断面がブロック状なので曲げ剛性が強く、振動効率が悪い。また、特開平６−３１９２７１号公報は共振板が圧電セラミックスの円周方向に分割されているため、この共振板の屈曲運動が弱くなり、振動効率が悪い。そして、共振板と圧電セラミックスとの分割電極の位置を合わせなければならないので工数がかかるという問題点があった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の超音波モータのステータは、リング状の平坦な面を有するロータ接触部と、このロータ接触部の内周および外周からそれぞれ下方に延びる支持部と、圧電セラミックスを取り付けるために支持部の下端から延びる脚部とを備えた薄板である。
また、本発明の超音波モータのステータは、長手方向に延びる平坦な面を有する移動体接触部と、この移動体接触部の長手方向の面からそれぞれ下方に延びる支持部と、圧電セラミックスを取り付けるために支持部の下端から延びる脚部とを備えた薄板である。
【０００６】
【作用】
本発明の超音波モータのステータによれば、薄板を使用することによって曲げ剛性が弱くなるので、振動効率が良い。また、薄板を使用することにより振動体を軽量化することができ、しかも、圧電セラミックスにかける電圧が小さくて済むので、エネルギー効率が良い。また、板をプレス加工するだけなので工数がかからない。また、薄板を使用しているので、ステータを溝加工する時に切削時間が短くなる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係る超音波モータのステータの一実施例に圧電セラミックを取り付けた場合の平面図およびそのＡ１−Ａ２断面図である。図において、７はロータ接触部であり、このロータ接触部７は、図示せぬロータが接触するリング状の平坦な面を有する。８は支持部であり、この支持部８は、上記ロータ接触部７の内周および外周からそれぞれ下方に延びている。９は脚部であり、この脚部９は圧電セラミックス２を取り付けるために支持部８の下端から延びている。
したがって、ステータの脚部９がつながっているので、この脚部９と圧電セラミックス２の図示せぬ分割電極の位置とを合わせる必要がない。
【０００８】
次に、図１に示すステータの製造工程について説明する。まず、図２に示すように、リング状の突起１０Ａを設けた上型１０と、上型１０のリング状突起１０Ａに対応する凹部１１Ａおよび図３に示すリング状の薄板１２を位置決めするための凸部１１Ｂを設けた下型１１とを用いる。そして、下型１１の凸部１１Ｂにリング状の薄板１２の穴をはめ込む。そして、図４に示すように、リング状の薄板１２をプレスして、この薄板１２にリング状の凹部１２Ａを形成する。そして、図示せぬカット機でリング状の薄板１２の内径と外径とを任意の大きさに切断してステータを作成する。そして、進行波を発生させる複数の分割電極を持つ圧電セラミックス２をステータの脚部９の底に接着する。
したがって、上記のような形状にプレス加工した薄板１２をステータにすることによって、曲げ剛性が弱くなるので、ステータの振動効率が良くなる。また、薄板１２をプレス加工するだけなので、コストが安くなる。さらに、薄板１２を使用することによりステータを軽量化することができ、しかも、圧電セラミックス２にかける電圧が小さくて済むので、エネルギー効率が良い。
【０００９】
図５は本発明に係る超音波モータのステータの他の実施例に圧電セラミックスを取り付けた場合を示す平面図およびそのＢ１−Ｂ２断面図である。図において、１３はフランジ部であり、このフランジ部１３は脚部９から延長したものであって、超音波モータの図示せぬベースに取り付ける穴１３Ａを設けている。
このように、フランジ部１３をステータの内周に設けたが、ステータの外周に設けてもよいことは勿論である。
【００１０】
図６は本発明に係る超音波モータのステータの他の実施例に圧電セラミックスを取り付けた場合を示す平面図およびそのＣ１−Ｃ２断面図である。図において、１４は溝であり、この溝１４はステータの中心から放射状にロータ接触部７および支持部８に切られている。その他の構成は、図１に示すステータと同様である。
次に、図６に示すステータの製造工程について説明する。まず、進行波を発生させる図示せぬ圧電セラミックス４をステータ７の脚部９の底に接着するところまでは、図１に示すステータの製造工程と同様である。そして、図示せぬ切削装置によって、ステータの中心から放射状の溝１４をロータ接触部７および支持部８に入れる。
なお、プレスあるいはエッチングなどでスリット加工したリング状の図示せぬ薄板を用いれば、このリング状の図示せぬ薄板を図４に示すようにプレスした時に、溝１４を備えたステータを製造することができる。
したがって、薄板１２からなるステータを使用することによって、ブロック状のステータ１より早く溝加工することができる。
【００１１】
図７は本発明に係る超音波モータのステータの他の実施例に圧電セラミックスを取り付けた場合を示す平面図およびそのＤ１−Ｄ２断面図である。図において、１５はロータ接触部であり、このロータ接触部１５は、図示せぬロータが接触するリング状の平坦な面を有する。１６は支持部であり、この支持部１６は、上記ロータ接触部７の内周および外周からそれぞれ斜め下方に延びている。１７は脚部であり、この脚部１７は圧電セラミックス２を取り付けるために支持部１６の下端から延びている。１８は溝であり、この溝１８は、ロータ接触部１５および支持部１６に入っている。
なお、ステータの断面形状は、上記以外の断面形状でも良いことは勿論である。
【００１２】
図８は本発明に係る超音波モータのステータの他の実施例を示す斜視図である。図において、１９は移動体接触部であり、この移動体接触部１９は図示せぬ移動体が接触するための長手方向に延びる平坦な面を有する。２０は支持部であり、この支持部２０は上記移動体接触部１９の長手方向の面からそれぞれ下方に延びている。２１は脚部であり、この脚部２１は圧電セラミックス２２を取り付けるために支持部２０の下端から延びている。
このように、長手方向に延びるステータを用いてもよいことは勿論である。
また、図９に示すように、ステータの長手方向に対して垂直な溝２３を移動体接触部１９および支持部２０に加工してもよいことは勿論である。
また、超音波モータの図示せぬベースに固定するために、脚部２１から延長した図示せぬフランジ部を設けてもよいことは勿論である。
【００１３】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明に係る超音波モータのステータによれば、薄板を使用することによってステータの曲げ剛性が弱くなるので振動効率が良い。また、薄板を使用することにより振動体を軽量化することができ、しかも、圧電セラミックスにかける電圧が小さくて済むので、エネルギー効率が良い。また、板をプレス加工するだけなので工数がかからない。また、薄板を使用しているので、ステータを溝加工する時に切削時間が短くなるなどの効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る超音波モータのステータに圧電セラミックスを取り付けた場合を示す平面図およびそのＡ１−Ａ２断面図である。
【図２】リング状の薄板をプレスするための上型および下型の概略断面図である。
【図３】リング状の薄板を示す平面図である。
【図４】リング状の薄板をプレスしたときの概略断面図である。
【図５】図１の超音波モータのステータを溝加工して圧電セラミックスを取り付けた場合を示す平面図およびそのＢ１−Ｂ２断面図である。
【図６】本発明に係る超音波モータのステータの他の実施例に圧電セラミックスを取り付けた場合を示す平面図およびそのＣ１−Ｃ２断面図である。
【図７】本発明に係る超音波モータのステータの他の実施例に圧電セラミックスを取り付けた場合を示す平面図およびそのＤ１−Ｄ２断面図である。
【図８】本発明に係る超音波モータのステータの他の実施例を示す斜視図である。
【図９】図８の超音波モータのステータを溝加工した斜視図である。
【図１０】従来の超音波モータの振動体を示す斜視図である。
【図１１】従来の超音波駆動装置の振動体を示す平面図である。
【符号の説明】
７ステータ
８ロータ接触部
９内周支持部
１０外周支持部
１１脚部
１２圧電セラミックス[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a stator for an ultrasonic motor, and is particularly inexpensive and has good vibration efficiency.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, an ultrasonic motor using traveling waves generates a traveling wave in a stator by applying a high frequency voltage to piezoelectric ceramics, and a rotor connected to an output shaft is rotated by the traveling wave generated in the stator. It has become. This ultrasonic motor is attracting attention as a drive motor that can obtain a high torque at a low rotation without being decelerated by a gear or the like.
[0003]
FIG. 10 is a perspective view of a vibrator of a conventional ultrasonic motor. In the figure, 1 is a stator, and this stator 1 is obtained by cutting grooves 1A radially from the center. Reference numeral 2 denotes a piezoelectric ceramic. The piezoelectric ceramic 2 is attached to the bottom of the stator 1.
FIG. 11 is a plan view of a vibrating body of an ultrasonic driving device described in Japanese Patent Laid-Open No. 6-319271. In the figure, reference numeral 3 denotes a stator. The stator 3 is formed by aligning the inner end of a fan-shaped resonance plate 5 on the side surface of the piezoelectric ceramic 4 so as to substantially match the hole of the piezoelectric ceramic 4. A ring-shaped synthetic resin 6 is bonded in a ring shape, and the outer end of the resonance plate 5 protrudes from the outer diameter of the piezoelectric ceramic 4 so as to be substantially circular.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, since the stator of the conventional ultrasonic motor has a block-like cross section, the bending rigidity is strong and the vibration efficiency is poor. In Japanese Patent Laid-Open No. 6-319271, since the resonance plate is divided in the circumferential direction of the piezoelectric ceramic, the bending motion of the resonance plate becomes weak and the vibration efficiency is poor. In addition, there is a problem in that man-hours are required because the positions of the divided electrodes of the resonance plate and the piezoelectric ceramic have to be matched.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The stator of the ultrasonic motor of the present invention includes a rotor contact portion having a ring-shaped flat surface, a support portion extending downward from the inner periphery and the outer periphery of the rotor contact portion, and a support portion for attaching piezoelectric ceramics. It is a thin board provided with the leg part extended from a lower end.
The stator of the ultrasonic motor according to the present invention has a moving body contact portion having a flat surface extending in the longitudinal direction, a support portion extending downward from the longitudinal surface of the moving body contact portion, and a piezoelectric ceramic. Therefore, it is a thin plate provided with a leg portion extending from the lower end of the support portion.
[0006]
[Action]
According to the stator of the ultrasonic motor of the present invention, since the bending rigidity is weakened by using a thin plate, the vibration efficiency is good. In addition, by using a thin plate, the vibrating body can be reduced in weight, and the voltage applied to the piezoelectric ceramic can be reduced, so that energy efficiency is good. In addition, man-hours are not required because only the plate is pressed. Moreover, since a thin plate is used, the cutting time is shortened when the stator is grooved.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a plan view when a piezoelectric ceramic is attached to an embodiment of a stator of an ultrasonic motor according to the present invention and a sectional view taken along line A1-A2. In the figure, 7 is a rotor contact portion, and this rotor contact portion 7 has a ring-shaped flat surface with which a rotor (not shown) contacts. Reference numeral 8 denotes a support portion, and the support portion 8 extends downward from the inner periphery and the outer periphery of the rotor contact portion 7, respectively. Reference numeral 9 denotes a leg portion, and the leg portion 9 extends from the lower end of the support portion 8 in order to attach the piezoelectric ceramic 2.
Therefore, since the leg portions 9 of the stator are connected, it is not necessary to match the positions of the leg portions 9 and the divided electrodes (not shown) of the piezoelectric ceramic 2.
[0008]
Next, the manufacturing process of the stator shown in FIG. 1 will be described. First, as shown in FIG. 2, the upper mold 10 provided with the ring-shaped protrusion 10A, the recess 11A corresponding to the ring-shaped protrusion 10A of the upper mold 10 and the ring-shaped thin plate 12 shown in FIG. The lower mold 11 provided with the convex portions 11B is used. Then, the hole of the ring-shaped thin plate 12 is fitted into the convex portion 11 </ b> B of the lower mold 11. Then, as shown in FIG. 4, the ring-shaped thin plate 12 is pressed to form a ring-shaped concave portion 12 </ b> A in the thin plate 12. Then, the stator is created by cutting the inner and outer diameters of the ring-shaped thin plate 12 into arbitrary sizes with a cutting machine (not shown). Then, a piezoelectric ceramic 2 having a plurality of divided electrodes that generate traveling waves is bonded to the bottom of the leg portion 9 of the stator.
Therefore, by using the thin plate 12 that has been pressed into the shape as described above as a stator, the bending rigidity is reduced, so that the vibration efficiency of the stator is improved. Moreover, since the thin plate 12 is only pressed, the cost is reduced. Furthermore, by using the thin plate 12, the stator can be reduced in weight, and the voltage applied to the piezoelectric ceramic 2 can be small, so that energy efficiency is good.
[0009]
FIG. 5 is a plan view showing a case where a piezoelectric ceramic is attached to another embodiment of the stator of the ultrasonic motor according to the present invention and a B1-B2 sectional view thereof. In the figure, reference numeral 13 denotes a flange portion. The flange portion 13 extends from the leg portion 9 and is provided with a hole 13A to be attached to a base (not shown) of the ultrasonic motor.
Thus, although the flange part 13 was provided in the inner periphery of the stator, it is needless to say that it may be provided in the outer periphery of the stator.
[0010]
FIG. 6 is a plan view showing a case where a piezoelectric ceramic is attached to another embodiment of the stator of the ultrasonic motor according to the present invention and a C1-C2 sectional view thereof. In the figure, reference numeral 14 denotes a groove, and the groove 14 is radially cut from the center of the stator into the rotor contact portion 7 and the support portion 8. Other configurations are the same as those of the stator shown in FIG.
Next, the manufacturing process of the stator shown in FIG. 6 will be described. First, the manufacturing process of the stator shown in FIG. 1 is the same up to the point where the piezoelectric ceramic 4 (not shown) that generates the traveling wave is bonded to the bottom of the leg portion 9 of the stator 7. And the radial groove | channel 14 is put into the rotor contact part 7 and the support part 8 from the center of a stator with the cutting device which is not shown in figure.
If a ring-shaped thin plate (not shown) slitted by pressing or etching is used, when the ring-shaped thin plate (not shown) is pressed as shown in FIG. 4, a stator having grooves 14 is manufactured. Can do.
Therefore, the use of the stator made of the thin plate 12 makes it possible to process the groove faster than the block-shaped stator 1.
[0011]
FIG. 7 is a plan view showing a case where a piezoelectric ceramic is attached to another embodiment of the stator of the ultrasonic motor according to the present invention and a D1-D2 sectional view thereof. In the figure, reference numeral 15 denotes a rotor contact portion, and this rotor contact portion 15 has a ring-shaped flat surface with which a rotor (not shown) contacts. Reference numeral 16 denotes a support portion, and the support portion 16 extends obliquely downward from the inner periphery and outer periphery of the rotor contact portion 7. Reference numeral 17 denotes a leg portion, and the leg portion 17 extends from the lower end of the support portion 16 in order to attach the piezoelectric ceramic 2. Reference numeral 18 denotes a groove, and the groove 18 enters the rotor contact portion 15 and the support portion 16.
Needless to say, the cross-sectional shape of the stator may be other than the above.
[0012]
FIG. 8 is a perspective view showing another embodiment of the stator of the ultrasonic motor according to the present invention. In the figure, 19 is a moving body contact portion, and this moving body contact portion 19 has a flat surface extending in the longitudinal direction for contact with a moving body (not shown). Reference numeral 20 denotes a support portion, and the support portion 20 extends downward from the longitudinal surface of the movable body contact portion 19. Reference numeral 21 denotes a leg portion, and the leg portion 21 extends from the lower end of the support portion 20 in order to attach the piezoelectric ceramic 22.
Of course, a stator extending in the longitudinal direction may be used.
Further, as shown in FIG. 9, the groove 23 perpendicular to the longitudinal direction of the stator may be processed into the moving body contact portion 19 and the support portion 20.
Of course, a flange portion (not shown) extending from the leg portion 21 may be provided in order to fix to the base (not shown) of the ultrasonic motor.
[0013]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the stator of the ultrasonic motor according to the present invention, the bending rigidity of the stator is weakened by using a thin plate, so that the vibration efficiency is good. In addition, by using a thin plate, the vibrating body can be reduced in weight, and the voltage applied to the piezoelectric ceramic can be reduced, so that energy efficiency is good. In addition, man-hours are not required because only the plate is pressed. In addition, since a thin plate is used, there is an effect that the cutting time is shortened when the stator is grooved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view showing a case where piezoelectric ceramics are attached to a stator of an ultrasonic motor according to the present invention, and an A1-A2 cross-sectional view thereof.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of an upper die and a lower die for pressing a ring-shaped thin plate.
FIG. 3 is a plan view showing a ring-shaped thin plate.
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view when a ring-shaped thin plate is pressed.
5 is a plan view and a B1-B2 cross-sectional view showing a case where a piezoelectric ceramic is attached by grooving the stator of the ultrasonic motor of FIG. 1; FIG.
FIGS. 6A and 6B are a plan view and a C1-C2 sectional view showing a case where piezoelectric ceramics are attached to another embodiment of the stator of the ultrasonic motor according to the present invention. FIGS.
FIGS. 7A and 7B are a plan view and a D1-D2 cross-sectional view showing a case where piezoelectric ceramics are attached to another embodiment of the stator of the ultrasonic motor according to the present invention. FIGS.
FIG. 8 is a perspective view showing another embodiment of the stator of the ultrasonic motor according to the present invention.
9 is a perspective view in which a groove is formed in the stator of the ultrasonic motor of FIG. 8. FIG.
FIG. 10 is a perspective view showing a vibrating body of a conventional ultrasonic motor.
FIG. 11 is a plan view showing a vibrating body of a conventional ultrasonic drive device.
[Explanation of symbols]
7 Stator 8 Rotor Contact 9 Inner Perimeter Support 10 Outer Perimeter Support 11 Leg 12 Piezoelectric Ceramics

Claims

A thin plate comprising a rotor contact portion having a ring-shaped flat surface, a support portion extending downward from the inner periphery and outer periphery of the rotor contact portion, and a leg portion extending from the lower end of the support portion for attaching piezoelectric ceramics A stator for an ultrasonic motor, comprising:

The stator of an ultrasonic motor according to claim 1, wherein the rotor contact portion is provided with a radial groove from the center of the stator.

A movable body contact portion having a flat surface extending in the longitudinal direction, a support portion extending downward from the longitudinal surface of the movable body contact portion, and a leg portion extending from the lower end of the support portion for attaching piezoelectric ceramics. An ultrasonic motor stator comprising a thin plate provided.

The stator of an ultrasonic motor according to claim 3, wherein the moving body contact portion is provided with a groove perpendicular to the longitudinal direction.