JP3805627B2

JP3805627B2 - Ultrasonic motor and rotor of ultrasonic motor

Info

Publication number: JP3805627B2
Application number: JP2001010383A
Authority: JP
Inventors: 孝福井; 幸一池田
Original assignee: Asmo Co Ltd
Current assignee: Asmo Co Ltd
Priority date: 2000-02-04
Filing date: 2001-01-18
Publication date: 2006-08-02
Anticipated expiration: 2021-01-18
Also published as: JP2001292582A

Description

【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ロータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
超音波モータは、例えば、ステータの外周に設けられた振動部の下面に圧電素子を固定し、そのステータの振動部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により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が印加されると該圧電素子が振動し、その振動に基づいてステータの振動部に進行波振動が生じる。この進行波振動と、ステータ・ロータ間の摩擦力により、ロータ及び回転軸が回転するようになっている。
【０００３】
ところで、このような超音波モータを用いて負荷を駆動する場合、その起動時や停止時において駆動力が急激に変動する。そのため、負荷と回転軸との間や、回転軸とロータとの間で衝撃振動（不要振動）が発生する。そして、このような不要振動がロータの回転軸側から外周側に伝播し、更にロータ外周部からステータの振動部に伝播することによって、該振動部で発生する進行波振動に悪影響を与え、回転むらや出力の低下、異音（騒音）が発生する等の不具合が生じていた。
【０００４】
そこで、このような不具合を解消する技術が、特開平７−２５０４８８号公報に開示されている。該公報の超音波モータでは、ロータ（回転子）の外周部に全周にわたり開口を内周側に向けた溝が形成され、その溝内にゴム系材料よりなる弾性部材が全周又は周方向の所定位置に複数挿設されている。つまり、この弾性部材は、ロータの回転軸側から外周部、更にはステータに伝播される不要振動を減衰し、ステータで発生する進行波振動への悪影響を小さく抑えるようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記公報の超音波モータでは、ロータに取り付ける弾性部材の質量をどの程度に設定すれば不要振動を十分に減衰できるのかが明記されていない。そのため、場合によっては、上記したような不要振動を十分に減衰しきれない虞があった。そこで、ロータに取り付ける弾性部材の質量の好ましい範囲を求めて、ロータからステータに伝播する不要振動を確実に低減し、超音波モータの出力の向上や、騒音・振動を低減することが必要となってきた。
【０００６】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、ロータからステータに伝播する不要振動を確実に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ロータを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するため、請求項１に記載の発明は、圧電素子を備えたステータに対し、該ステータと接触する接触部を備えたロータを圧接させ、圧電素子の駆動に基づいてロータを回転させて、該ロータとともに回転軸を回転させる超音波モータにおいて、前記ロータは、前記回転軸に連結される基部と、前記接触部を有する外周部と、該基部と該外周部との間において凹設された薄肉部とを有するものであって、円環状に形成された弾性樹脂を、前記基部と前記外周部とで囲まれる凹部の薄肉部に取り付けるとともに、弾性樹脂の内周が前記基部に弾性樹脂の外周が前記外周部に当接するように設け、前記弾性樹脂の質量を、その質量増加に対応して異音の発生する回転数が略定常状態となる範囲内に設定した超音波モータである。
【０００８】
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、前記弾性樹脂の質量を、前記定常状態が始まる点に設定した。
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、前記弾性樹脂を、前記ロータの全周にわたって設けた。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の超音波モータにおいて、前記弾性樹脂を、前記ロータの回転バランスが悪化しないように周方向全体に均一に設けた。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４に記載の超音波モータにおいて、前記弾性樹脂を、損失係数が０．０７５以上の材料で形成した。
請求項６に記載の発明は、圧電素子を備えたステータに対し、該ステータと接触する接触部を備えたロータを圧接させ、圧電素子の駆動に基づいてロータを回転させて、該ロータとともに回転軸を回転させる超音波モータにおいて、前記ロータは、前記回転軸に連結される基部と、前記接触部を有する外周部と、該基部と該外周部との間において凹設された円環状の薄肉部とを有するものであって、円環状に形成された弾性樹脂は、前記薄肉部の周方向全体を覆い、かつ弾性樹脂の内周が前記基部に弾性樹脂の外周が前記外周部に当接し、その樹脂を形成する材料が比重１．４５以下のとき、その樹脂の厚さは薄肉部の厚さの１．２５倍以上とした。
【００１１】
請求項７に記載の発明は、ステータと接触する接触部を備えた超音波モータのロータにおいて、前記ロータは、前記回転軸に連結される基部と、前記接触部を有する外周部と、該基部と該外周部との間において凹設された薄肉部とを有するものであって、円環状に形成された弾性樹脂を、前記基部と前記外周部とで囲まれる凹部の薄肉部に取り付けるとともに、弾性樹脂の内周が前記基部に弾性樹脂の外周が前記外周部に当接するように設け、前記弾性樹脂の質量を、その質量増加に対応して異音の発生する回転数が略定常状態となる範囲内に設定した。
【００１４】
従って、請求項１，７に記載の発明によれば、円環状に形成された弾性樹脂をロータにおける基部と外周部とで囲まれる凹部の薄肉部に取り付けるとともに弾性樹脂の内周が前記基部に弾性樹脂の外周が前記外周部に当接するように設け、該弾性樹脂の質量がその質量増加に対応して異音の発生する回転数が略定常状態となる範囲内に設定される。そのため、弾性樹脂の位置決めが容易で、該樹脂を簡単に取り付けることができるとともに、このように質量が設定された弾性樹脂により、ロータの接触部に伝播する不要振動が確実に減衰される。従って、ステータに伝播する不要振動が確実に低減し、ステータ振動部への悪影響が極めて小さく抑えられる。
【００１５】
請求項２に記載の発明によれば、弾性樹脂の質量が、前記定常状態が始まる点に設定されるので、ロータの接触部に伝播する不要振動が確実に減衰されるとともに、該ロータの重量増加が極力抑えられる。
【００１６】
請求項３に記載の発明によれば、弾性樹脂がロータの全周にわたって設けられるので、接触部への不要振動を全周にわたり確実に減衰できる。
【００１７】
請求項４に記載の発明によれば、弾性樹脂がロータの回転バランスが悪化しないように周方向全体に均一に設けられるので、該ロータの回転が安定する。
【００１８】
請求項５に記載の発明によれば、弾性樹脂が損失係数が０．０７５以上の材料で形成されるので、ロータの接触部に伝播する不要振動が確実に減衰され、ステータに伝播する不要振動が確実に低減される。
請求項６に記載の発明によれば、ロータは、回転軸に連結される基部と、接触部を有する外周部と、該基部と該外周部との間において凹設された薄肉部とを有しており、円環状に形成された弾性樹脂は、薄肉部の周方向全体を覆い、かつ弾性樹脂の内周が前記基部に弾性樹脂の外周が前記外周部に当接し、その樹脂を形成する材料が比重１．４５以下のとき、その樹脂の厚さは薄肉部の厚さの１．２５倍以上に設定される。このようにすれば、ロータの接触部に伝播する不要振動が確実に減衰される。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した一実施の形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、超音波モータ１のハウジング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は軸受６，７により回転可能に支持されている。基台３の上面には、円盤状のステータ８がネジ９により固定されている。ステータ８にはその外周側に振動部８ａが形成され、その振動部８ａの下面にはベースリング１０を介して圧電素子１１が固定されている。
【００２２】
ステータ８の上方には、円盤状のロータ１２が配設されている。ロータ１２は、樹脂カラー１３とステータ接触部材１４で構成されている。樹脂カラー１３は、前記回転軸５に設けた２面幅形状の連結部５ａに対して軸方向に移動可能かつ一体回転可能に連結され、ステータ接触部材１４は、その樹脂カラー１３に一体回転可能に連結されている。つまり、ロータ１２は、前記回転軸５の連結部５ａに対して軸方向に移動可能かつ一体回転可能に連結されている。
【００２３】
前記ロータ１２におけるステータ接触部材１４は、前記樹脂カラー１３と連結し回転軸５側にある基部１４ａと、該基部１４ａの外側に凹設される薄肉部１４ｂと、該薄肉部１４ｂの外側に形成される外周部１４ｃとを備えている。
【００２４】
薄肉部１４ｂは、軸方向に薄肉で、図２に示すように円環状に形成されている。この薄肉部１４ｂの上面には、同図２に示すように円環状の弾性樹脂１５が固定されている。弾性樹脂１５は、本実施形態では高減衰シリコーンよりなり、軸方向の断面が周方向の全周にわたって均一な四角形状となるように形成されており、回転バランスが悪化しないようにしている。この場合、弾性樹脂１５は、基部１４ａと外周部１４ｃとで囲まれる凹部の薄肉部１４ｂに取り付けられるので、弾性樹脂１５の位置決めが容易で簡単に取り付けることができる。又、この弾性樹脂１５（高減衰シリコーン）は、損失係数（＝ｋ×減衰係数、ｋは所定の係数）が「０．４５」と高い数値を示す材料であり、振動減衰効果に優れている。又、弾性樹脂１５（高減衰シリコーン）の比重は「１．４５」である。
【００２５】
外周部１４ｃは、その下面にライニング材１６が備えられている。ライニング材１６は、その下面を接触部としての摺接面１６ａとし、該摺接面１６ａは、前記ステータ８の振動部８ａと摺接する。
【００２６】
前記ロータ１２（樹脂カラー１３）の上面には皿バネ１７が配設され、その皿バネ１７の上面には加圧プレート１８が配設されている。そして、皿バネ１７は該プレート１８とロータ１２により圧縮変形させた状態で、該プレート１８が回転軸５（連結部５ａ）に対して回転不能に、かつサークリップ１９によりそれ以上上動不能に連結される。従って、皿バネ１７は、その復元力によってロータ１２の上面を押圧して、該ロータ１２をステータ８に圧接するようにしている。
【００２７】
このような超音波モータ１では、圧電素子１１に所定の高周波駆動電圧が印加されると該圧電素子１１が振動し、圧電素子１１の振動がステータ８の振動部８ａにおいて進行波振動になる。そして、この進行波振動に基づいてロータ１２及び回転軸５が回転し、その回転力が負荷に伝達されるようになっている。
【００２８】
ここで、図３は、前記弾性樹脂１５（高減衰シリコーン）の質量を増加させた場合における超音波モータ１の異音の発生する回転数の変化を示す。尚、この場合、弾性樹脂１５以外は同一条件としている。因みに、超音波モータは、一般に、振幅を増大させて回転数を上げていくと、所定回転数以上でロータ・ステータ間において異常振動が発生し、その異常振動により異音が発生する特性を持つ。従って、異音の発生する回転数とは、その限界の回転数をいう。
【００２９】
図３のＡに示すように、弾性樹脂１５の質量を所定値まで増加させると、超音波モータ１の異音の発生する回転数が１５０［ｒｐｍ］から２２０［ｒｐｍ］まで上昇し、その後、質量を所定値から増加させても異音の発生する回転数が２２０［ｒｐｍ］で一定となる（定常状態になる）。尚、同図３では、定常状態が始まる点の質量を「１．０」としている。
【００３０】
つまり、弾性樹脂１５の質量を「１．０」未満に設定すると、超音波モータ１の異音の発生する回転数が２２０［ｒｐｍ］から低い値となる。これは、弾性樹脂１５の質量不足により振動減衰効果が小さくなり、ロータ１２の中心部で発生した不要振動（モータ１の起動時や停止時等、駆動力が急激に変動する場合に、負荷と回転軸５との間や、回転軸５とロータ１２との間で発生する衝撃振動）がロータ１２の外周部１４ｃを介してステータ８の振動部８ａに伝播し、該振動部８ａで発生する進行波振動に悪影響を与えるためである。
【００３１】
一方、弾性樹脂１５の質量を「１．０」以上に設定すると、超音波モータ１の異音の発生する回転数が２２０［ｒｐｍ］で一定、即ち定常状態となる。これは、弾性樹脂１５の質量が十分となり不要振動が十分に減衰されるので、その不要振動がロータ１２の外周部１４ｃを介してステータ８の振動部８ａに伝播することを確実に抑制できるためである。
【００３２】
従って、弾性樹脂１５の質量が前記定常状態の始まる「１．０」以上の範囲では、ロータ１２からステータ８に伝播する不要振動を確実に低減できる好ましい範囲といえる。そして、本実施形態の超音波モータ１は、弾性樹脂１５の質量が前記定常状態が始まる「１．０」に設定されている。具体的には、本実施形態の弾性樹脂１５は、外径が５４［ｍｍ］、内径が４３［ｍｍ］、径方向の幅が５．５［ｍｍ］に設定されている。又、弾性樹脂１５の厚さは１．０［ｍｍ］としている。因みに、弾性樹脂１５を取着する薄肉部１４ｂの厚さは０．８［ｍｍ］である。つまり、本実施形態の弾性樹脂１５の厚さは、薄肉部１４ｂの厚さの１．２５倍に設定されている。
【００３３】
このように構成された超音波モータ１において、その起動時や停止時等、駆動力が急激に変動すると、負荷と回転軸５との間や、回転軸５とロータ１２との間で衝撃振動（不要振動）が発生し、該振動がロータ１２の回転軸５側から外周側に伝播するが、薄肉部１４ｂ上面の弾性樹脂１５により減衰される。又、薄肉部１４ｂは自身の形状から不要振動を減衰するので、その減衰効果は大である。このように本実施形態では、ロータ１２の回転軸５側から外周部１４ｃ、更にはステータ８の振動部８ａに伝播する不要振動が低減されるので、該振動部８ａで発生する進行波振動への悪影響が小さく抑えられる。
【００３４】
しかも、本実施形態の弾性樹脂１５は、異音の発生する回転数が定常状態となる範囲内、詳しくはその定常状態の始まる点の質量「１．０」となるように上記寸法に設定されているので、弾性樹脂１５により不要振動が十分に減衰され、その不要振動がロータ１２からステータ８に伝播することが確実に抑制される。更に、弾性樹脂１５は定常状態の始まる点の質量に設定したので、自身が軽量ですむ。
【００３５】
従って、本実施形態の弾性樹脂１５は、ロータ１２からステータ８に伝播する不要振動を確実に低減しながら、該ロータ１２の重量増加を極力抑えることができる最適な質量に設定されている。
【００３６】
上記したように、本実施の形態によれば、以下の作用効果を有する。
（１）ロータ１２の薄肉部１４ｂ上面に、異音の発生する回転数が定常状態となる質量（図３において「１．０」）を有する弾性樹脂１５を固定した。このように弾性樹脂１５の質量を設定すれば、ステータ８の振動部８ａに向かう不要振動が弾性樹脂１５により十分に減衰され、図３に示すように、超音波モータ１の異音の発生する回転数が高くなる。つまり、弾性樹脂１５の質量の適正化を行うことで、ロータ１２からステータ８に伝播する不要振動を確実に低減でき、超音波モータ１の出力の向上や、騒音・振動を低減することができる。
【００３７】
（２）弾性樹脂１５の質量は、超音波モータ１の異音の発生する回転数が一定、即ち定常状態が始まる点（図３において「１．０」）に設定されている。そのため、ロータ１２からステータ８に伝播する不要振動を確実に低減しながら、自身が軽量ですむので、該ロータ１２の重量増加を極力抑えることができる。従って、ロータ１２に働く慣性力を小さくすることができ、モータ１の応答性や出力特性に大きな影響を与えるものではない。
【００３８】
（３）弾性樹脂１５が設けられる薄肉部１４ｂは、自身の形状から不要振動を減衰するので、効率よく不要振動を減衰できる。
（４）弾性樹脂１５は、基部１４ａと外周部１４ｃとで囲まれる凹部の薄肉部１４ｂに取り付けられる。従って、弾性樹脂１５の位置決めが容易で、該樹脂１５を簡単に取り付けることができる。
【００３９】
（５）弾性樹脂１５をロータ１２の全周にわたって設けたので、外周部１４ｃへの不要振動を全周にわたり確実に減衰することができる。
（６）弾性樹脂１５をロータ１２の全周にわたって軸方向断面が同一形状となるように（周方向全体に均一になるように）形成し、ロータ１２の回転バランスが悪化しないようにした。従って、安定して回転するロータ１２とすることができる。
【００４０】
（７）弾性樹脂１５を損失係数が「０．４５」と高い数値の高減衰シリコーンで形成したので、ステータ８の振動部８ａに向かう不要振動を確実に減衰することができる。
【００４１】
尚、本発明の実施の形態は、以下のように変更してもよい。
○上記実施形態における弾性樹脂１５の形状、材質、及び、取付位置は、上記形態に限定されるものではない。例えば、薄肉部１４ｂの両面に取り付けるようにしてもよい。又、弾性樹脂１５を複数個設け、周方向に等間隔に配置してもよい。又、弾性樹脂１５を高減衰シリコーン（図３において、Ａにて示されている）で形成したが、振動減衰効果に優れたその他の材料で形成してもよい。
【００４２】
例えば、弾性樹脂１５を、図３のＢに示すＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエンモノマー：損失係数「０．５８」）や、図３のＣに示す一般シリコーン（損失係数「０．０７５」）で形成してもよい。そして、この材料で形成した弾性樹脂１５の質量を超音波モータ１の異音の発生する回転数が略定常状態となる範囲内となるように設定すれば、ロータ１２からステータ８に伝播する不要振動を確実に低減できる。尚、この場合も、弾性樹脂１５の質量を前記定常状態が始まる点に設定すれば、自身を軽量化することができる。
【００４３】
○上記実施の形態では、弾性樹脂１５を比重「１．４５」の樹脂材料を用いて形成し、その樹脂１５の厚さを１．０［ｍｍ］、薄肉部１４ｂの厚さを０．８［ｍｍ］に設定したが、これに限定されるものではない。例えば、薄肉部１４ｂの厚さを０．８［ｍｍ］以外としてもよく、この場合、その樹脂１５の厚さを薄肉部１４ｂの厚さの１．２５倍に設定すればよい。これは、薄肉部１４ｂの厚さを厚くすると該薄肉部１４ｂを振動が伝わり易くなるため、その分、薄肉部１４ｂに対する弾性樹脂１５の厚さを厚くする必要があるためである。このようにすれば、ロータ１２からステータ８に伝播する不要振動を確実に減衰することができる。又、弾性樹脂１５を形成する樹脂材料の比重を「１．４５」以下としてもよい。この場合、その樹脂１５の厚みを薄肉部１４ｂの厚さの１．２５倍以上に設定する必要がある。これは、弾性樹脂１５を形成する樹脂材料の比重を「１．４５」より小さくすると該薄肉部１４ｂを振動が伝わり易くなるため、その分、薄肉部１４ｂに対する弾性樹脂１５の厚さを厚くする必要があるためである。このようにすれば、ロータ１２からステータ８に伝播する不要振動を確実に減衰することができる。
【００４５】
○上記実施の形態では、回転軸５のロータ１２が連結する連結部５ａを２面幅形状としたが、この形状に限定されるものではなく、例えば、連結部を断面Ｄ字状に形成したり、連結部にキーを形成したりしてもよい。この場合、ロータの形状をその連結部の形状に応じて形成する。
【００４６】
○上記実施の形態では、ステータ８を図１のようにしたが、その形状及び構成はこれに限定されるものではない。
○上記実施の形態では、ロータ１２をステータ８に圧接させる手段として皿バネ１７を使用したが、その他の圧接させる手段を用いてもよい。
【００４７】
○上記実施の形態では、振動部８ａにおいて進行波振動が発生する進行波振動型の超音波モータ１に実施したが、定在波振動型超音波モータに実施してもよい。
【００４８】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、ロータからステータに伝播する不要振動を確実に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ロータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施形態の超音波モータの断面図である。
【図２】ロータの分解斜視図である。
【図３】弾性樹脂の質量増加に伴う超音波モータの異音の発生する回転数の変化を示す図である。
【符号の説明】
５…回転軸、８…ステータ、１１…圧電素子、１２…ロータ、１４ａ…基部、１４ｂ…薄肉部、１４ｃ…外周部、１５…弾性樹脂、１６ａ…接触部としての摺接面。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an ultrasonic motor and a rotor of an ultrasonic motor.
[0002]
[Prior art]
In an ultrasonic motor, for example, a piezoelectric element is fixed to the lower surface of a vibration part provided on the outer periphery of a stator, and a rotor connected in a flange shape to a rotation shaft is pressed against the vibration part of the stator by a pressure member. Configured. When a predetermined high-frequency driving voltage is applied to the piezoelectric element, the piezoelectric element vibrates, and traveling wave vibration is generated in the vibration portion of the stator based on the vibration. The rotor and the rotating shaft are rotated by the traveling wave vibration and the frictional force between the stator and the rotor.
[0003]
By the way, when driving a load using such an ultrasonic motor, the driving force varies rapidly at the time of starting and stopping. Therefore, impact vibration (unnecessary vibration) occurs between the load and the rotation shaft, or between the rotation shaft and the rotor. Such unwanted vibration propagates from the rotor rotating shaft side to the outer peripheral side, and further propagates from the rotor outer peripheral portion to the stator vibrating portion, thereby adversely affecting the traveling wave vibration generated in the vibrating portion. There were problems such as unevenness, reduced output, and abnormal noise (noise).
[0004]
Therefore, a technique for solving such a problem is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 7-250488. In the ultrasonic motor of this publication, a groove is formed in the outer peripheral portion of the rotor (rotor) with the opening directed to the inner peripheral side over the entire circumference, and an elastic member made of a rubber-based material is formed in the groove in the entire circumference or circumferential direction. A plurality of them are inserted at predetermined positions. In other words, this elastic member attenuates unnecessary vibration transmitted from the rotating shaft side of the rotor to the outer peripheral portion and further to the stator, and suppresses adverse effects on traveling wave vibration generated in the stator.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, the ultrasonic motor disclosed in the above publication does not specify how much the unnecessary vibration can be sufficiently attenuated by setting the mass of the elastic member attached to the rotor. Therefore, depending on the case, there is a possibility that the unnecessary vibration as described above cannot be sufficiently attenuated. Therefore, it is necessary to obtain a preferable range of the mass of the elastic member attached to the rotor, to surely reduce unnecessary vibration propagating from the rotor to the stator, to improve the output of the ultrasonic motor, and to reduce noise and vibration. I came.
[0006]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an ultrasonic motor and an ultrasonic motor rotor that can reliably reduce unnecessary vibrations that propagate from the rotor to the stator. There is to do.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, the invention according to claim 1 is configured such that a rotor having a contact portion in contact with a stator is pressed against a stator having a piezoelectric element, and the rotor is driven based on driving of the piezoelectric element. In the ultrasonic motor that rotates and rotates the rotating shaft together with the rotor, the rotor includes a base portion connected to the rotating shaft, an outer peripheral portion having the contact portion, and between the base portion and the outer peripheral portion. The elastic resin formed in an annular shape is attached to the thin-walled portion of the recess surrounded by the base and the outer peripheral portion, and the inner periphery of the elastic resin is the base portion. The elastic resin is set so that the outer periphery of the elastic resin is in contact with the outer peripheral portion, and the mass of the elastic resin is set within a range in which the number of rotations at which abnormal noise occurs corresponding to the increase in mass is in a substantially steady state. It is a motor.
[0008]
According to a second aspect of the present invention, in the ultrasonic motor according to the first aspect, the mass of the elastic resin is set to a point where the steady state starts.
According to a third aspect of the present invention, in the ultrasonic motor according to the first or second aspect, the elastic resin is provided over the entire circumference of the rotor.
[0009]
According to a fourth aspect of the present invention, in the ultrasonic motor according to any one of the first to third aspects, the elastic resin is provided uniformly in the entire circumferential direction so as not to deteriorate the rotational balance of the rotor.
[0010]
According to a fifth aspect of the present invention, in the ultrasonic motor according to the first to fourth aspects, the elastic resin is formed of a material having a loss coefficient of 0.075 or more.
According to the sixth aspect of the present invention, a rotor having a contact portion that comes into contact with the stator is pressed against a stator having a piezoelectric element, and the rotor is rotated based on driving of the piezoelectric element, and is rotated together with the rotor. In the ultrasonic motor for rotating the shaft, the rotor includes a base portion connected to the rotation shaft, an outer peripheral portion having the contact portion, and an annular thin wall recessed between the base portion and the outer peripheral portion. The elastic resin formed in an annular shape covers the entire circumferential direction of the thin-walled portion, and the inner periphery of the elastic resin contacts the base portion and the outer periphery of the elastic resin contacts the outer periphery portion. When the material forming the resin has a specific gravity of 1.45 or less, the thickness of the resin is set to 1.25 times or more the thickness of the thin portion.
[0011]
According to a seventh aspect of the present invention, in the rotor of the ultrasonic motor having a contact portion that contacts the stator, the rotor includes a base portion connected to the rotating shaft, an outer peripheral portion having the contact portion, and the base portion. And a thin-walled portion recessed between the outer peripheral portion and an elastic resin formed in an annular shape attached to the thin-walled portion of the concave portion surrounded by the base portion and the outer peripheral portion, The inner circumference of the elastic resin is provided at the base so that the outer circumference of the elastic resin is in contact with the outer circumference, and the mass of the elastic resin is set so that the rotational speed at which abnormal noise occurs corresponding to the increase in mass is substantially steady. It was set within the range.
[0014]
Therefore, according to the first and seventh aspects of the present invention, the elastic resin formed in an annular shape is attached to the thin portion of the recess surrounded by the base portion and the outer peripheral portion of the rotor, and the inner periphery of the elastic resin is attached to the base portion. The outer periphery of the elastic resin is provided so as to come into contact with the outer peripheral portion, and the mass of the elastic resin is set within a range in which the number of rotations at which abnormal noise occurs corresponding to the increase in the mass is in a substantially steady state. Therefore, the positioning of the elastic resin is easy, the resin can be easily attached, and the unnecessary vibration propagating to the contact portion of the rotor is reliably damped by the elastic resin having the mass set in this way. Therefore, unnecessary vibrations propagated to the stator are reliably reduced, and adverse effects on the stator vibration part can be suppressed to a very small level.
[0015]
According to the second aspect of the invention, since the mass of the elastic resin is set at the point where the steady state starts, unnecessary vibration propagating to the contact portion of the rotor is reliably damped and the weight of the rotor Increase is minimized.
[0016]
According to the third aspect of the invention, since the elastic resin is provided over the entire circumference of the rotor, unnecessary vibration to the contact portion can be reliably damped over the entire circumference.
[0017]
According to the invention described in claim 4, since the elastic resin is provided uniformly in the entire circumferential direction so as not to deteriorate the rotation balance of the rotor, the rotation of the rotor is stabilized.
[0018]
According to the fifth aspect of the present invention, since the elastic resin is formed of a material having a loss coefficient of 0.075 or more, the unnecessary vibration that propagates to the contact portion of the rotor is reliably damped, and the unnecessary vibration that propagates to the stator. Is reliably reduced.
According to the invention described in claim 6, the rotor has a base portion connected to the rotating shaft, an outer peripheral portion having a contact portion, and a thin portion recessed between the base portion and the outer peripheral portion. The elastic resin formed in an annular shape covers the entire circumferential direction of the thin-walled portion, and the inner periphery of the elastic resin is in contact with the base and the outer periphery of the elastic resin is in contact with the outer peripheral portion to form the resin. When the material has a specific gravity of 1.45 or less, the thickness of the resin is set to 1.25 times or more the thickness of the thin portion. In this way, unnecessary vibrations that propagate to the contact portion of the rotor are reliably damped.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment of the invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the housing 2 of the ultrasonic motor 1 includes a base 3 and a cover 4, and a rotating shaft 5 fitted in the housing 2 is rotatably supported by bearings 6 and 7. . A disk-shaped stator 8 is fixed to the upper surface of the base 3 with screws 9. A vibration portion 8 a is formed on the outer peripheral side of the stator 8, and a piezoelectric element 11 is fixed to the lower surface of the vibration portion 8 a via a base ring 10.
[0022]
A disk-shaped rotor 12 is disposed above the stator 8. The rotor 12 includes a resin collar 13 and a stator contact member 14. The resin collar 13 is connected to a connecting portion 5a having a two-surface width provided on the rotary shaft 5 so as to be movable in the axial direction and integrally rotatable, and the stator contact member 14 can rotate integrally with the resin collar 13. It is connected to. That is, the rotor 12 is connected to the connecting portion 5a of the rotating shaft 5 so as to be movable in the axial direction and integrally rotatable.
[0023]
The stator contact member 14 in the rotor 12 is connected to the resin collar 13 and formed on the outer side of the base portion 14a on the rotating shaft 5 side, a thin portion 14b that is recessed outside the base portion 14a, and the thin portion 14b. And an outer peripheral portion 14c.
[0024]
The thin portion 14b is thin in the axial direction and is formed in an annular shape as shown in FIG. An annular elastic resin 15 is fixed to the upper surface of the thin portion 14b as shown in FIG. In this embodiment, the elastic resin 15 is made of high-attenuating silicone, and is formed so that the cross section in the axial direction has a uniform quadrangular shape over the entire circumference in the circumferential direction, so that the rotational balance is not deteriorated. In this case, since the elastic resin 15 is attached to the thin-walled portion 14b of the recess surrounded by the base portion 14a and the outer peripheral portion 14c, the elastic resin 15 can be easily and easily positioned. The elastic resin 15 (high damping silicone) is a material having a high loss coefficient (= k × damping coefficient, k is a predetermined coefficient) of “0.45”, and has an excellent vibration damping effect. . The specific gravity of the elastic resin 15 (high damping silicone) is “1.45”.
[0025]
The outer peripheral portion 14c is provided with a lining material 16 on the lower surface thereof. The lower surface of the lining material 16 is a slidable contact surface 16 a as a contact portion, and the slidable contact surface 16 a is in slidable contact with the vibrating portion 8 a of the stator 8.
[0026]
A disc spring 17 is disposed on the upper surface of the rotor 12 (resin collar 13), and a pressure plate 18 is disposed on the upper surface of the disc spring 17. The disc spring 17 is in a state of being compressed and deformed by the plate 18 and the rotor 12 so that the plate 18 cannot rotate with respect to the rotating shaft 5 (connecting portion 5a) and cannot be moved further upward by the circlip 19. Connected. Accordingly, the disc spring 17 presses the upper surface of the rotor 12 by its restoring force so as to press the rotor 12 against the stator 8.
[0027]
In such an ultrasonic motor 1, when a predetermined high-frequency driving voltage is applied to the piezoelectric element 11, the piezoelectric element 11 vibrates, and the vibration of the piezoelectric element 11 becomes traveling wave vibration in the vibrating portion 8 a of the stator 8. And based on this traveling wave vibration, the rotor 12 and the rotating shaft 5 rotate, and the rotational force is transmitted to load.
[0028]
Here, FIG. 3 shows a change in the rotational speed at which abnormal noise occurs in the ultrasonic motor 1 when the mass of the elastic resin 15 (high attenuation silicone) is increased. In this case, the conditions are the same except for the elastic resin 15. By the way, in general, an ultrasonic motor has a characteristic that when the rotation speed is increased by increasing the amplitude, abnormal vibration occurs between the rotor and the stator at a predetermined rotation speed or more, and abnormal noise is generated by the abnormal vibration. . Therefore, the rotational speed at which abnormal noise occurs means the rotational speed at the limit.
[0029]
As shown in FIG. 3A, when the mass of the elastic resin 15 is increased to a predetermined value, the rotational speed at which the abnormal noise of the ultrasonic motor 1 is generated increases from 150 [rpm] to 220 [rpm], and then Even if the mass is increased from a predetermined value, the rotation speed at which abnormal noise occurs is constant at 220 [rpm] (becomes a steady state). In FIG. 3, the mass at the point where the steady state starts is “1.0”.
[0030]
That is, when the mass of the elastic resin 15 is set to be less than “1.0”, the number of rotations at which the ultrasonic motor 1 generates abnormal noise becomes a low value from 220 [rpm]. This is because the vibration damping effect is reduced due to the insufficient mass of the elastic resin 15, and unnecessary vibration generated at the center of the rotor 12 (when the driving force changes rapidly, such as when the motor 1 is started or stopped) (Impact vibration generated between the rotating shaft 5 and between the rotating shaft 5 and the rotor 12) propagates to the vibrating portion 8a of the stator 8 via the outer peripheral portion 14c of the rotor 12, and is generated at the vibrating portion 8a. This is to adversely affect traveling wave vibration.
[0031]
On the other hand, when the mass of the elastic resin 15 is set to “1.0” or more, the rotational speed at which abnormal noise is generated in the ultrasonic motor 1 is constant at 220 [rpm], that is, a steady state. This is because the mass of the elastic resin 15 is sufficient and unnecessary vibrations are sufficiently damped, so that the unnecessary vibrations can be reliably prevented from propagating to the vibrating portion 8a of the stator 8 via the outer peripheral portion 14c of the rotor 12. It is.
[0032]
Therefore, in the range where the mass of the elastic resin 15 is not less than “1.0” where the steady state starts, it can be said that this is a preferable range in which the unnecessary vibration propagating from the rotor 12 to the stator 8 can be surely reduced. In the ultrasonic motor 1 of the present embodiment, the mass of the elastic resin 15 is set to “1.0” at which the steady state starts. Specifically, the elastic resin 15 of the present embodiment has an outer diameter of 54 [mm], an inner diameter of 43 [mm], and a radial width of 5.5 [mm]. The thickness of the elastic resin 15 is 1.0 [mm]. Incidentally, the thickness of the thin portion 14b to which the elastic resin 15 is attached is 0.8 [mm]. That is, the thickness of the elastic resin 15 of the present embodiment is set to 1.25 times the thickness of the thin portion 14b.
[0033]
In the ultrasonic motor 1 configured as described above, when the driving force suddenly fluctuates, such as when the motor is started or stopped, shock vibration occurs between the load and the rotating shaft 5 or between the rotating shaft 5 and the rotor 12. (Unnecessary vibration) occurs and the vibration propagates from the rotating shaft 5 side to the outer peripheral side of the rotor 12, but is attenuated by the elastic resin 15 on the upper surface of the thin portion 14b. Further, since the thin portion 14b attenuates unnecessary vibration from its own shape, the attenuation effect is great. As described above, in this embodiment, unnecessary vibration that propagates from the rotating shaft 5 side of the rotor 12 to the outer peripheral portion 14c and further to the vibrating portion 8a of the stator 8 is reduced, so that the traveling wave vibration generated in the vibrating portion 8a is reduced. The adverse effects of can be kept small.
[0034]
In addition, the elastic resin 15 of the present embodiment is set to the above dimensions so that the rotational speed at which abnormal noise occurs is in a steady state, specifically, the mass “1.0” at the point where the steady state starts. Therefore, the unnecessary vibration is sufficiently damped by the elastic resin 15 and the propagation of the unnecessary vibration from the rotor 12 to the stator 8 is surely suppressed. Furthermore, since the elastic resin 15 is set to the mass at the point where the steady state starts, it can be lightweight.
[0035]
Therefore, the elastic resin 15 of the present embodiment is set to an optimum mass that can suppress an increase in the weight of the rotor 12 as much as possible while reliably reducing unnecessary vibrations propagating from the rotor 12 to the stator 8.
[0036]
As described above, according to the present embodiment, the following operational effects are obtained.
(1) An elastic resin 15 having a mass (“1.0” in FIG. 3) at which the rotational speed at which abnormal noise occurs is in a steady state is fixed to the upper surface of the thin portion 14b of the rotor 12. If the mass of the elastic resin 15 is set in this way, unnecessary vibration toward the vibrating portion 8a of the stator 8 is sufficiently attenuated by the elastic resin 15, and abnormal noise is generated in the ultrasonic motor 1 as shown in FIG. The number of revolutions increases. That is, by optimizing the mass of the elastic resin 15, unnecessary vibration propagating from the rotor 12 to the stator 8 can be reliably reduced, the output of the ultrasonic motor 1 can be improved, and noise and vibration can be reduced. .
[0037]
(2) The mass of the elastic resin 15 is set to a point (“1.0” in FIG. 3) where the rotational speed at which abnormal noise occurs in the ultrasonic motor 1 is constant, that is, the steady state starts. Therefore, the unnecessary vibration transmitted from the rotor 12 to the stator 8 can be reliably reduced, and the weight of the rotor 12 can be suppressed as much as possible because it is lightweight. Therefore, the inertial force acting on the rotor 12 can be reduced, and the response and output characteristics of the motor 1 are not greatly affected.
[0038]
(3) Since the thin portion 14b provided with the elastic resin 15 attenuates unnecessary vibration from its own shape, it can efficiently attenuate unnecessary vibration.
(4) The elastic resin 15 is attached to the thin portion 14b of the recess surrounded by the base portion 14a and the outer peripheral portion 14c. Accordingly, the positioning of the elastic resin 15 is easy, and the resin 15 can be easily attached.
[0039]
(5) Since the elastic resin 15 is provided over the entire circumference of the rotor 12, unwanted vibrations to the outer peripheral portion 14c can be reliably damped over the entire circumference.
(6) The elastic resin 15 is formed so that the axial cross section has the same shape over the entire circumference of the rotor 12 (so as to be uniform over the entire circumferential direction), so that the rotational balance of the rotor 12 is not deteriorated. Therefore, the rotor 12 can be stably rotated.
[0040]
(7) Since the elastic resin 15 is made of high-damping silicone having a high loss factor of “0.45”, unnecessary vibration toward the vibrating portion 8a of the stator 8 can be reliably damped.
[0041]
The embodiment of the present invention may be modified as follows.
The shape, material, and mounting position of the elastic resin 15 in the above embodiment are not limited to the above form. For example, it may be Fit the both sides of the thin-walled portion 14b. Alternatively, a plurality of elastic resins 15 may be provided and arranged at equal intervals in the circumferential direction. Further, although the elastic resin 15 is formed of high damping silicone (indicated by A in FIG. 3), it may be formed of other materials excellent in vibration damping effect.
[0042]
For example, the elastic resin 15 is formed of EPDM (ethylene propylene diene monomer: loss factor “0.58”) shown in FIG. 3B or general silicone (loss factor “0.075”) shown in FIG. 3C. May be. Then, if the mass of the elastic resin 15 formed of this material is set so that the number of rotations in which the noise of the ultrasonic motor 1 is generated is in a range that is in a substantially steady state, there is no need to propagate from the rotor 12 to the stator 8. Vibration can be reliably reduced. In this case as well, the weight of the elastic resin 15 can be reduced by setting the mass of the elastic resin 15 to the point where the steady state starts.
[0043]
In the above embodiment, the elastic resin 15 is formed using a resin material having a specific gravity of “1.45”, the thickness of the resin 15 is 1.0 [mm], and the thickness of the thin portion 14b is 0.8. Although set to [mm], it is not limited to this. For example, the thickness of the thin portion 14b may be other than 0.8 [mm]. In this case, the thickness of the resin 15 may be set to 1.25 times the thickness of the thin portion 14b. This is because if the thickness of the thin portion 14b is increased, vibration is easily transmitted through the thin portion 14b, and accordingly, it is necessary to increase the thickness of the elastic resin 15 with respect to the thin portion 14b. In this way, unnecessary vibrations that propagate from the rotor 12 to the stator 8 can be reliably damped. The specific gravity of the resin material forming the elastic resin 15 may be “1.45” or less. In this case, it is necessary to set the thickness of the resin 15 to 1.25 times or more the thickness of the thin portion 14b. This is because if the specific gravity of the resin material forming the elastic resin 15 is made smaller than “1.45”, vibration is easily transmitted through the thin portion 14b, and accordingly, the thickness of the elastic resin 15 with respect to the thin portion 14b is increased. This is necessary. In this way, unnecessary vibrations that propagate from the rotor 12 to the stator 8 can be reliably damped.
[0045]
In the above embodiment, the connecting portion 5a to which the rotor 12 of the rotating shaft 5 is connected has a two-sided width shape, but is not limited to this shape. For example, the connecting portion is formed in a D-shaped cross section. Alternatively, a key may be formed at the connecting portion. In this case, the shape of the rotor is formed according to the shape of the connecting portion.
[0046]
In the above embodiment, the stator 8 is as shown in FIG. 1, but the shape and configuration are not limited thereto.
In the above embodiment, the disc spring 17 is used as a means for pressing the rotor 12 against the stator 8, but other means for pressing may be used.
[0047]
In the above embodiment, the present invention is applied to the traveling wave vibration type ultrasonic motor 1 in which traveling wave vibration is generated in the vibration unit 8a. However, the present invention may be applied to a standing wave vibration type ultrasonic motor.
[0048]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, it is possible to provide an ultrasonic motor and an ultrasonic motor rotor that can reliably reduce unnecessary vibrations propagating from the rotor to the stator.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of an ultrasonic motor according to an embodiment.
FIG. 2 is an exploded perspective view of a rotor.
FIG. 3 is a diagram illustrating a change in the number of rotations in which an abnormal noise of the ultrasonic motor is generated as the mass of the elastic resin increases.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 5 ... Rotating shaft, 8 ... Stator, 11 ... Piezoelectric element, 12 ... Rotor, 14a ... Base part, 14b ... Thin part, 14c ... Outer peripheral part, 15 ... Elastic resin, 16a ... Sliding contact surface as a contact part.

Claims

In an ultrasonic motor in which a rotor having a contact portion that comes into contact with the stator is pressed against a stator including a piezoelectric element, the rotor is rotated based on driving of the piezoelectric element, and the rotating shaft is rotated together with the rotor.
The rotor has a base connected to the rotating shaft, an outer peripheral part having the contact part, and a thin part recessed between the base part and the outer peripheral part,
An elastic resin formed in an annular shape is attached to the thin portion of the recess surrounded by the base and the outer peripheral portion, and the inner periphery of the elastic resin is in contact with the base and the outer periphery of the elastic resin is in contact with the outer peripheral portion. Provided,
An ultrasonic motor characterized in that the mass of the elastic resin is set in a range in which the number of rotations in which abnormal noise occurs corresponding to the mass increase is in a substantially steady state.

The ultrasonic motor according to claim 1,
An ultrasonic motor characterized in that the mass of the elastic resin is set at a point where the steady state starts.

The ultrasonic motor according to claim 1 or 2,
An ultrasonic motor , wherein the elastic resin is provided over the entire circumference of the rotor .

The ultrasonic motor according to any one of claims 1 to 3,
An ultrasonic motor characterized in that the elastic resin is uniformly provided in the entire circumferential direction so as not to deteriorate the rotational balance of the rotor .

The ultrasonic motor according to claim 1,
An ultrasonic motor , wherein the elastic resin is formed of a material having a loss coefficient of 0.075 or more .

In an ultrasonic motor in which a rotor having a contact portion that comes into contact with the stator is pressed against a stator including a piezoelectric element, the rotor is rotated based on driving of the piezoelectric element, and the rotating shaft is rotated together with the rotor.
The rotor has a base connected to the rotating shaft, an outer peripheral part having the contact part, and an annular thin part recessed between the base and the outer peripheral part,
The elastic resin formed in an annular shape covers the entire circumferential direction of the thin-walled portion, the inner periphery of the elastic resin is in contact with the base portion, the outer periphery of the elastic resin is in contact with the outer peripheral portion, and the material forming the resin has a specific gravity. An ultrasonic motor characterized in that when the thickness is 1.45 or less, the thickness of the resin is 1.25 times or more the thickness of the thin portion .

In the rotor of the ultrasonic motor having a contact portion that contacts the stator,
The rotor has a base connected to the rotating shaft, an outer peripheral part having the contact part, and a thin part recessed between the base part and the outer peripheral part,
An elastic resin formed in an annular shape is attached to the thin part of the recess surrounded by the base and the outer peripheral part, and the inner periphery of the elastic resin is in contact with the base and the outer periphery of the elastic resin is in contact with the outer peripheral part. Provided,
The rotor of an ultrasonic motor, wherein the mass of the elastic resin is set in a range in which the number of rotations in which abnormal noise occurs corresponding to the mass increase is in a substantially steady state.