JP7485210B2 - 超音波モータ - Google Patents

Description

本発明は、超音波モータに関する。

従来、圧電素子によりステータを振動させる超音波モータが種々提案されている。下記の特許文献１には、超音波モータの一例が開示されている。この超音波モータにおいては、振動体において発生した定在波により、移動体を回転させる。振動体の一方主面側に移動体が配置されており、他方主面側に振動体固定具が配置されている。振動体には、移動体の回転軸を挿通させるための小孔が設けられている。振動体固定具は、小孔の周囲及び振動体の振動の節において、振動体の上記主面を固定している。

特開平１０－２４８２７３号公報

振動体は、移動体、すなわちロータを回転させるために力を作用させるときに、ロータ側から反力を受ける。そのため、反力により振動体が回転することを防ぐために、振動体を強固に固定することが必要となる。特許文献１に記載の超音波モータにおいては、小孔の周囲においても振動体を固定している。振動体における小孔の周囲の部分は振動するため、このような部分を強固に固定すると、振動体の振動を阻害することとなる。よって、超音波モータの特性が低下することがある。

本発明の目的は、振動体を効果的に固定することができ、かつ振動体の振動を阻害し難い、超音波モータを提供することにある。

本発明に係る超音波モータは、対向し合う第１の主面及び第２の主面と、前記第１の主面及び前記第２の主面が対向し合う方向に貫通している貫通孔とを含む板状の振動体と、前記振動体の前記第１の主面上に設けられている圧電素子とを有するステータと、前記振動体の前記第２の主面に接触しているロータと、前記振動体の前記第１の主面側に配置されている本体部と、前記本体部から前記振動体側に延びている回り止め部とを有するステータ固定部材とを備え、前記ステータ固定部材の前記回り止め部及び前記ステータの前記貫通孔が、平面視において多角形状を有し、前記回り止め部及び前記貫通孔の頂点の個数が同じであり、前記回り止め部と前記貫通孔とが嵌合している。

本発明に係る超音波モータによれば、振動体を効果的に固定することができ、かつ振動体の振動を阻害し難い。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る超音波モータの正面断面図である。 図２は、本発明の第１の実施形態に係る超音波モータの分解斜視図である。 図３は、本発明の第１の実施形態におけるステータ固定部材の回り止め部及び第１の突出部付近を示す平面図である。 図４は、本発明の第１の実施形態における振動体の貫通孔、及びステータ固定部材の回り止め部付近を示す平面図である。 図５は、本発明の第１の実施形態におけるステータの底面図である。 図６は、本発明の第１の実施形態における第１の圧電素子の正面断面図である。 図７は、各振動モードを説明するための模式図である。 図８（ａ）～図８（ｃ）は、第１の実施形態において励振される進行波を説明するための、ステータの模式的底面図である。 図９は、本発明の第１の実施形態のステータにおける、貫通孔の形状と圧電素子の位置との関係を説明するための底面図である。 図１０は、本発明の第２の実施形態のステータにおける、貫通孔の形状と圧電素子の位置との関係を説明するための底面図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。

なお、本明細書に記載の各実施形態は、例示的なものであり、異なる実施形態間において、構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることを指摘しておく。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る超音波モータの正面断面図である。図２は、第１の実施形態に係る超音波モータの分解斜視図である。

図１に示すように、超音波モータ１は、ステータ２と、ロータ４と、ケース５と、軸部材１０とを有する。ケース５はステータ２及びロータ４を収納している。なお、ケース５は、第１のケース部材としてのステータ固定部材６、及び第２のケース部材としてのキャップ部材１８により構成されている。ステータ２とロータ４とは接触している。ステータ２において生じた進行波により、ロータ４が回転する。一方で、軸部材１０は、ステータ２及びロータ４に挿通されており、ケース５の外側に至っている。ロータ４の回転に伴い、軸部材１０が回転する。もっとも、ロータ４が軸部材１０を含んでいてもよい。以下において、超音波モータ１の具体的な構成を説明する。

図２に示すように、ステータ２は振動体３を有する。振動体３は円板状である。振動体３は第１の主面３ａ及び第２の主面３ｂを有する。第１の主面３ａ及び第２の主面３ｂは互いに対向している。本明細書において、軸方向Ｚとは、第１の主面３ａ及び第２の主面３ｂを結ぶ方向であって、回転中心軸に沿う方向をいう。軸部材１０は、軸方向Ｚと平行に延びている。本明細書においては、軸方向Ｚから見る方向を、平面視または底面視と記載することがある。なお、平面視は、図１における上方から見る方向であり、底面視は、下方から見る方向である。例えば、振動体３の第２の主面３ｂ側から第１の主面３ａ側に見る方向が平面視であり、第１の主面３ａ側から第２の主面３ｂ側に見る方向が底面視である。

振動体３の中央部には貫通孔３ｃが設けられている。振動体３は、貫通孔３ｃに面する内側面３ｄを有する。平面視において、貫通孔３ｃは正五角形状である。すなわち、貫通孔３ｃの平面視における形状は正五角形である。もっとも、貫通孔３ｃの位置及び形状は上記に限定されない。貫通孔３ｃは、軸方向中心を含む領域に位置していればよい。平面視における貫通孔３ｃの形状は、例えば、五角形以外の多角形であってもよい。貫通孔３ｃは、平面視において正多角形状であることが好ましい。さらに、振動体３の形状は円板状には限定されない。平面視における振動体３の形状は、例えば、正六角形、正八角形または正十角形などの正多角形であってもよい。振動体３は適宜の金属からなる。なお、振動体３は必ずしも金属からなっていなくともよい。振動体３は、例えば、セラミックス、シリコン材料または合成樹脂などの他の弾性体により構成されていてもよい。

図１に示すように、振動体３の第１の主面３ａには、複数の圧電素子が設けられている。複数の圧電素子によって振動体３を振動させることにより、進行波を発生させる。

振動体３の第２の主面３ｂにロータ４が接触している。ロータ４は円板状である。ロータ４の中央部には貫通孔４ｃが設けられている。もっとも、貫通孔４ｃの位置は上記に限定されない。貫通孔４ｃは、軸方向中心を含む領域に位置していればよい。さらに、ロータ４の形状は上記に限定されない。ロータ４の形状は、平面視において、例えば、正六角形、正八角形または正十角形などの正多角形であってもよい。

図２に示すように、ステータ固定部材６は、本実施形態ではフランジである。ステータ固定部材６は、本体部７と、回り止め部８とを有する。平面視において、本体部７は円状の形状を有する。本体部７は、振動体３の第１の主面３ａ側に配置されている。本体部７の中央部には第１の突出部７ａが設けられている。第１の突出部７ａは、本体部７の主面と直交する方向に延びている。より具体的には、第１の突出部７ａは、ケース５の内側に突出している。なお、第１の突出部７ａは必ずしも設けられていなくともよい。

第１の突出部７ａに回り止め部８が連ねられている。第１の突出部７ａから、回り止め部８が、振動体３側に向かい延びている。本実施形態では、回り止め部８は第１の突出部７ａと一体として設けられている。回り止め部８は、振動体３の貫通孔３ｃに挿通されている。なお、回り止め部８は、ステータ２の振動体３を固定し、振動体３の回転を抑制する部分である。

図３は、第１の実施形態におけるステータ固定部材の回り止め部及び第１の突出部付近を示す平面図である。図４は、第１の実施形態における振動体の貫通孔、及びステータ固定部材の回り止め部付近を示す平面図である。なお、図４においては、回り止め部８を一点鎖線により示す。

図３に示すように、第１の突出部７ａは、平面視において円状の形状を有する。より具体的には、第１の突出部７ａは円筒状の形状を有する。第１の突出部７ａは、平面視において回り止め部８を囲んでいる。もっとも、第１の突出部７ａの形状は上記に限定されない。

図４に示すように、回り止め部８は、平面視において正五角形状である。よって、回り止め部８及びステータ２の貫通孔３ｃの、平面視における多角形状の頂点の個数は同じである。平面視における回り止め部８の形状は、貫通孔３ｃの形状に応じて、五角形以外の多角形であってもよい。回り止め部８は、平面視において正多角形状であることが好ましい。回り止め部８は外側面８ａを含む。外側面８ａは、ステータ２における振動体３の内側面３ｄに当接している。より具体的には、回り止め部８と貫通孔３ｃとが嵌合している。

回り止め部８には貫通孔８ｃが設けられている。平面視において、貫通孔８ｃは円状の形状を有する。図１に示すように、回り止め部８及び第１の突出部７ａには、連続した１つの貫通孔が設けられている。貫通孔８ｃは該貫通孔の一部である。上記連続した１つの貫通孔、ステータ２の貫通孔３ｃ及びロータ４の貫通孔４ｃに、軸部材１０が挿通されている。なお、軸方向Ｚと直交する方向から見たときに、ステータ２の貫通孔３ｃは、回り止め部８の貫通孔８ｃと重なっている。

ステータ固定部材６の材料としては、例えば、樹脂、金属またはセラミックスを用いることができる。ステータ固定部材６及びステータ２が互いに、電気的に絶縁していることが望ましい。

本実施形態の特徴は、回り止め部８及びステータ２の貫通孔３ｃが、平面視において多角形状を有し、回り止め部８及び貫通孔３ｃの頂点の個数が同じであり、回り止め部８と貫通孔３ｃとが嵌合していることにある。それによって、ステータ２の振動体３を効果的に固定することができる。さらに、ステータ固定部材６において、回り止め部８以外の部分においては振動体３を強固に固定していないため、振動体３の振動を阻害し難い。

以下において、本実施形態の構成をさらに詳細に説明する。

図１に示すように、ステータ固定部材６は第２の突出部７ｂを有する。第２の突出部７ｂは、本体部７から、ケース５の外側に向かい突出している。第２の突出部７ｂは円筒状の形状を有する。第２の突出部７ｂ、第１の突出部７ａ及び回り止め部８に、連続した１つの貫通孔が設けられている。第２の突出部７ｂの内径は、第１の突出部７ａの内径及び回り止め部８の内径よりも大きい。第２の突出部７ｂ内に、第１の軸受け部１９Ａが設けられている。軸部材１０は第１の軸受け部１９Ａに挿通されている。軸部材１０は、第１の軸受け部１９Ａを通り、ケース５の外側に突出している。なお、第２の突出部７ｂは円筒状には限定されず、筒状であればよい。あるいは、ステータ固定部材６には、必ずしも第２の突出部７ｂは設けられていなくともよい。例えば、ステータ固定部材６は第１のケース部材ではなくともよく、ステータ固定部材６とは別の第１のケース部材が設けられていてもよい。もっとも、ステータ固定部材６がケース５の一部であることにより、超音波モータ１の小型化を進めることができる。

キャップ部材１８は突出部１８ａを有する。突出部１８ａはケース５の外側に突出している。突出部１８ａは円筒状である。キャップ部材１８には、例えば、金属、セラミックスまたは樹脂などを用いることができる。本実施形態では、ケース５の第２のケース部材はキャップ部材１８である。もっとも、第２のケース部材はキャップ部材１８には限定されない。ステータ２及びロータ４などが収納されるケースが構成されていればよい。

突出部１８ａ内に第２の軸受け部１９Ｂが設けられている。軸部材１０は、第２の軸受け部１９Ｂに挿通されている。軸部材１０は、第２の軸受け部１９Ｂを通り、ケース５の外側に突出している。

軸部材１０には止め輪１７が設けられている。止め輪１７は、円環状の形状を有する。平面視において、止め輪１７は軸部材１０を囲んでいる。より詳細には、止め輪１７の内周端縁部は軸部材１０内に位置する。止め輪１７は第１の軸受け部１９Ａに、軸方向Ｚにおける外側から当接している。これにより、軸部材１０の位置ずれを抑制することができる。軸部材１０及び止め輪１７の材料としては、例えば、金属または樹脂などを用いることができる。第１の軸受け部１９Ａ及び第２の軸受け部１９Ｂには、例えば、滑り軸受けやベアリングなどを用いてもよい。

ロータ４は、凹部４ａと、側壁部４ｂとを有する。凹部４ａは、平面視において円形である。側壁部４ｂは、凹部４ａを囲んでいる部分である。ロータ４は側壁部４ｂの端面４ｄにおいて、ステータ２と接触している。もっとも、凹部４ａ及び側壁部４ｂは設けられていなくともよい。ロータ４の材料としては、例えば、金属またはセラミックスなどを用いることができる。本実施形態では、ロータ４と軸部材１０とは別体として構成されている。もっとも、ロータ４及び軸部材１０が一体として構成されていてもよい。すなわち、ロータ４が軸部材１０を含んでいてもよい。

ロータ４上には弾性部材１２が設けられている。弾性部材１２は、軸方向Ｚにおいて、ステータ２と共にロータ４を挟んでいる。弾性部材１２は円環状の形状を有する。なお、弾性部材１２の形状は上記に限定されない。弾性部材１２の材料としては、例えば、ゴムまたは樹脂などを用いることができる。もっとも、弾性部材１２は設けられていなくともよい。

ロータ４の第２の軸受け部１９Ｂ側には、バネ部材１６が配置されている。より具体的には、本実施形態のバネ部材１６は金属からなる板バネである。バネ部材１６の中央部には、開口部１６ｃが設けられている。開口部１６ｃに軸部材１０が挿通されている。軸部材１０は幅広部１０ａを有する。軸部材１０の幅広部１０ａにおける幅は、軸部材１０における他の部分の幅よりも広い。なお、軸部材１０の幅は、軸部材１０の軸方向Ｚと直交する方向に沿う寸法である。幅広部１０ａに、バネ部材１６の内周端縁部が当接している。これにより、バネ部材１６及び軸部材１０の間の位置ずれを抑制することができる。もっとも、バネ部材１６の材料及び構成は上記に限定されない。軸部材１０の構成も上記に限定されるものではない。

バネ部材１６から弾性部材１２を介して、ロータ４に弾性力が付与されている。これにより、ロータ４がステータ２に押し当てられている。この場合には、ステータ２及びロータ４の間の摩擦力を高めることができる。よって、ステータ２からロータ４に進行波を効果的に伝搬させることができ、ロータ４を効率的に回転させることができる。従って、超音波モータ１を効率的に回転駆動させることができる。

ロータ４におけるステータ２側の面には、摩擦材が固定されていてもよい。それによって、ステータ２の振動体３とロータ４との間に加わる摩擦力を安定化させることができる。この場合には、ロータ４を効率的に回転させることができ、超音波モータ１を効率的に回転駆動させることができる。

振動体３の第２の主面３ｂ上において、複数の突起部３ｅが設けられている。複数の突起部３ｅは、振動体３における、ロータ４に接触している部分である。各突起部３ｅは、振動体３の第２の主面３ｂから軸方向Ｚに突出している。平面視において、複数の突起部３ｅは円環状に並んでいる。複数の突起部３ｅは、第２の主面３ｂから軸方向Ｚに突出しているため、振動体３において進行波が生じたとき、複数の突起部３ｅの先端はより一層大きく変位する。よって、ステータ２において生じさせた進行波によって、ロータ４を効率的に回転させることができる。なお、複数の突起部３ｅは必ずしも設けられていなくともよい。

図５は、第１の実施形態におけるステータの底面図である。

振動体３の第１の主面３ａには、複数の圧電素子が設けられている。より具体的には、複数の圧電素子は、第１の圧電素子１３Ａ、第２の圧電素子１３Ｂ、第３の圧電素子１３Ｃ及び第４の圧電素子１３Ｄである。複数の圧電素子は、軸方向Ｚに平行な軸を中心として周回する進行波を発生させるように、該進行波の周回方向に沿って分散配置されている。軸方向Ｚから見たときに、第１の圧電素子１３Ａ及び第３の圧電素子１３Ｃは軸を挟んで互いに対向している。第２の圧電素子１３Ｂ及び第４の圧電素子１３Ｄは軸を挟んで互いに対向している。

図６は、第１の実施形態における第１の圧電素子の正面断面図である。

第１の圧電素子１３Ａは圧電体１４を有する。圧電体１４は第３の主面１４ａ及び第４の主面１４ｂを有する。第３の主面１４ａ及び第４の主面１４ｂは互いに対向している。第１の圧電素子１３Ａは、第１の電極１５Ａ及び第２の電極１５Ｂを有する。圧電体１４の第３の主面１４ａ上に第１の電極１５Ａが設けられており、第４の主面１４ｂ上に第２の電極１５Ｂが設けられている。第１の電極１５Ａ及び第２の電極１５Ｂは、第１の圧電素子１３Ａの励振用の電極である。第２の圧電素子１３Ｂ、第３の圧電素子１３Ｃ、及び第４の圧電素子１３Ｄも、第１の圧電素子１３Ａと同様に構成されている。上記各圧電素子の平面視における形状は矩形である。なお、各圧電素子の平面視における形状は上記に限定されず、例えば円形または楕円形などであってもよい。

ここで、第１の電極１５Ａは、振動体３の第１の主面３ａに接着剤により貼り付けられている。この接着剤の厚みは非常に薄い。従って、第１の電極１５Ａは振動体３に電気的に接続される。

なお、進行波を発生させるためには、ステータ２は、少なくとも第１の圧電素子１３Ａ及び第２の圧電素子１３Ｂを有していればよい。あるいは、複数の領域に分割された、１個の圧電素子を有していてもよい。この場合には、例えば、圧電素子の各領域が互いに異なる方向に分極されていてもよい。本明細書では、領域毎に異なる分極方向を有する１個の圧電素子、及び複数の圧電素子を、複数に分極された圧電素子と記載する場合がある。本実施形態では、複数に分極された圧電素子は、振動体３を、周回方向及び径方向に延びる節線を含む振動モードにより振動させる。

図７は、各振動モードを説明するための模式図である。具体的には図７は、平面視したときの振動体３における各領域の振動の位相を示す。＋の符号が付されている領域と、－の符号が付されている領域とは、振動の位相が互いに逆であることを示す。

周回方向に延びる節線の本数をｍとし、径方向に延びる節線の本数をｎとしたときに、振動モードはＢ（ｍ，ｎ）モードで表すことができる。本実施形態においては、Ｂ（ｍ，ｎ）モードを利用する。すなわち、周回方向に延びる節線の本数ｍ、及び径方向に延びる節線の本数ｎが０または任意の自然数であればよい。

ステータ２において、複数の圧電素子を周回方向に分散配置し、駆動することにより進行波を発生させる構造については、例えば、ＷＯ２０１０／０６１５０８Ａ１に開示されている。なお、この進行波を発生させる構造については、以下の説明だけでなく、ＷＯ２０１０／０６１５０８Ａ１に記載の構成を本明細書に援用することにより、詳細な説明は省略することとする。

図８（ａ）～図８（ｃ）は、第１の実施形態において励振される進行波を説明するための、ステータの模式的底面図である。なお、図８（ａ）～図８（ｃ）では、グレースケールにおいて、黒色に近いほど一方の方向の応力が大きく、白色に近いほど他方の方向の応力が大きいことを示す。

図８（ａ）には、三波の定在波Ｘが示されており、図８（ｂ）には、三波の定在波Ｙが示されている。第１～第４の圧電素子１３Ａ～１３Ｄが、中心角９０°の角度を隔てて配置されているとする。この場合、三波の定在波Ｘ，Ｙが励振されるため、進行波の波長に対する中心角は１２０°となる。中心角は、一波の角度１２０°に３／４を掛けた角度９０°で決定する。三波の定在波Ｘの振幅が大きい所定の場所に第１の圧電素子１３Ａを配置し、中心角９０°間隔で第２～第４の圧電素子１３Ｂ～１３Ｄを配置する。この場合、振動の位相が９０°異なる三波の定在波Ｘ，Ｙが励振され、両者が合成されて、図８（ｃ）に示す進行波が生じる。

なお、図８（ａ）～図８（ｃ）における、Ａ＋、Ａ－、Ｂ＋、Ｂ－は、圧電体１４の分極方向を示す。＋は、厚み方向において、第３の主面１４ａから第４の主面１４ｂに向けて分極されていることを意味する。－は、逆方向に分極されていることを示す。Ａは、第１の圧電素子１３Ａ及び第３の圧電素子１３Ｃであることを示し、Ｂは、第２の圧電素子１３Ｂ及び第４の圧電素子１３Ｄであることを示す。

なお、三波の例を示したが、これに限定されず六波、九波、十二波などの場合も同様に位相が９０°異なる２つの定在波が励振され、両者の合成により進行波が生じる。本発明において、進行波を発生させる構成は、図８（ａ）～図８（ｃ）に示した構成に限らず、従来より公知の様々な進行波を発生させる構成を用いることができる。

以下において、本発明の好ましい形態の例を説明する。図３に戻り、本実施形態のように、ステータ固定部材６の本体部７は、第１の突出部７ａを有することが好ましい。これにより、ステータ２をより確実に安定して配置することができる。第１の突出部７ａは、平面視において円形の形状を有することが好ましい。それによって、ステータ２をより一層確実に安定して配置することができる。なお、ステータ固定部材６においては、回り止め部８においてステータ２を強固に固定しているため、第１の突出部７ａにおいてステータ２を強固に固定することを要しない。よって、第１の突出部７ａを有していても、ステータ２の振動体３の振動を阻害し難い。

ここで、本実施形態と異なり、回り止め部８が平面視において円形である場合、第１の突出部７ａによってステータ２を支持するためには、回り止め部８の直径よりも、第１の突出部７ａの直径を大きくする必要がある。これに対して、本実施形態のように、回り止め部８が平面視において多角形である場合には、例えば、該多角形の外接円の直径と、第１の突出部７ａの直径とを同じとしても、第１の突出部７ａによってステータ２を支持することができる。このように、第１の突出部７ａの直径を小さくすることができる。もっとも、上記多角形の外接円の直径よりも第１の突出部７ａの直径を大きくしてもよい。この場合にも、回り止め部８が平面視において円形である場合よりも、第１の突出部７ａの直径を小さくしても、ステータ２を好適に支持することができる。よって、第１の突出部７ａによってステータ２を支持する部分の全体の範囲を、ステータ２の貫通孔３ｃに近づけることができる。従って、ステータ２の振動の阻害を効果的に抑制することができ、超音波モータ１の特性の低下を効果的に抑制することができる。

平面視において、ステータ固定部材６の回り止め部８及びステータ２の貫通孔３ｃが正多角形状であることが好ましい。それによって、超音波モータ１の回転駆動の安定性を容易に高めることができる。

上記のように、回り止め部８及びステータ２の貫通孔３ｃにおいては、平面視においての多角形状における頂点の個数は同じである。回り止め部８の頂点の個数及び貫通孔３ｃの頂点の個数は、５個または７個であることが好ましい。すなわち、回り止め部８及び貫通孔３ｃは、平面視において五角形状または七角形状であることが好ましい。それによって、超音波モータ１を小型にすることができ、かつ振動体を効果的に固定することができる。この理由は以下の通りである。

回り止め部８の平面視における内接円の直径の大きさは、回り止め部８の頂点の個数によらず、軸部材１０の幅に基づく。一方で、回り止め部８の平面視における内接円と外接円との距離は、回り止め部８の頂点の個数が小さいほど長くなる。内接円の直径が一定であり、内接円と外接円との距離が長い場合、外接円の直径は大きくなる。この場合、ステータ２の貫通孔３ｃの直径を大きくする必要がある。ここで、回り止め部８の頂点の個数が５個以上である場合には、内接円と外接円との距離を十分に短くすることができ、外接円の直径を小さくすることができる。よって、貫通孔３ｃの直径を小さくすることができ、ステータ２を小型にすることができる。従って、超音波モータ１を小型にすることができる。

他方、回り止め部８の頂点の個数が多すぎると、回り止め部８の平面視における形状は円形に近づくこととなる。回り止め部８の頂点の個数が７個以下である場合には、ステータ２の振動体３の回転に対する抵抗を効果的に大きくすることができ、振動体３を効果的に固定することができる。

上記のように、ステータ２の振動体３は、Ｂ（ｍ，ｎ）モードにより振動する。振動体３の振動において、径方向に延びる節線はｎ本である。回り止め部８及びステータ２の貫通孔３ｃの、平面視における多角形状の頂点の個数をａとしたときに、ａ≠ｎであることが好ましい。これにより、進行波に定在波が重畳することを抑制できる。よって、進行波においてリップルが生じることを抑制できる。従って、超音波モータ１の性能の低下を抑制することができる。もっとも、個数ａ及び本数ｎの関係は上記に限定されない。

図９は、第１の実施形態のステータにおける、貫通孔の形状と圧電素子の位置との関係を説明するための底面図である。

図９中の一点鎖線は、ステータ２における振動体３の貫通孔３ｃの頂点と、貫通孔３ｃの中心とを結んだ直線を示す。図９に示す５本の直線はそれぞれ、貫通孔３ｃの複数の頂点のうち１つの頂点を通る。各直線は、平面視における各圧電素子の中心を通っていない。ここで、図６に示すように、本実施形態では、圧電体１４の第３の主面１４ａの全面に第１の電極１５Ａが設けられている。同様に、第４の主面１４ｂの全面に第２の電極１５Ｂが設けられている。そのため、図９に示す各直線上に、各圧電素子の第１の電極１５Ａの中心及び第２の電極１５Ｂの中心は位置していない。なお、上述したように、第１の電極１５Ａ及び第２の電極１５Ｂは励振用の電極である。

ステータ２の貫通孔３ｃは平面視において非円状の形状を有するため、周回方向における非対称性を有する。複数の圧電素子の第１の電極１５Ａ及び第２の電極１５Ｂの配置も、周回方向における非対称性を有する。上記のように、平面視において、貫通孔３ｃの頂点と、貫通孔３ｃの中心とを結んだ直線上に、各圧電素子の第１の電極１５Ａ及び第２の電極１５Ｂの中心が位置していないことが好ましい。それによって、貫通孔３ｃの周回方向における非対称性と、複数の圧電素子の第１の電極１５Ａ及び第２の電極１５Ｂの非対称性との一致度を低下させることができる。これにより、進行波に定在波が重畳することを抑制でき、進行波においてリップルが生じることを抑制できる。従って、超音波モータ１の性能の低下を抑制することができる。もっとも、各圧電素子の第１の電極１５Ａ及び第２の電極１５Ｂの配置は上記に限定されない。

なお、圧電体１４上に、励振用の電極及び他の電極が設けられている場合には、励振用の電極の中心が、図９に示す各直線上に位置していないことが好ましい。領域毎に異なる分極方向を有する１個の圧電素子を用いる場合には、励振用の各電極の中心が、ステータの貫通孔の中心と該貫通孔の頂点とを結んだ直線上に位置していないことが好ましい。

ところで、ステータ固定部材６の本体部７及び回り止め部８が異なる材料からなっていてもよい。少なくとも回り止め部８が樹脂からなることが好ましい。それによって、回り止め部８が、ステータ２の振動に影響を及ぼし難い。従って、回転角度の精度を高めることができる。回り止め部８が樹脂からなり、かつ本体部７が金属やセラミックスなどからなる場合、例えば、インサート成形などを用いてステータ固定部材６を形成してもよい。あるいは、回り止め部８及び本体部７を別々に形成した後に、回り止め部８及び本体部７を接合してもよい。

図１０は、第２の実施形態のステータにおける、貫通孔の形状と圧電素子の位置との関係を説明するための底面図である。

本実施形態は、第１の圧電素子２３Ａ、第２の圧電素子２３Ｂ、第３の圧電素子２３Ｃ及び第４の圧電素子２３Ｄが、平面視において円状の形状を有する点で第１の実施形態と異なる。さらに、ステータ２２における振動体３の貫通孔３ｃの形状と、複数の圧電素子の配置との関係が第１の実施形態と異なる。上記の点以外においては、本実施形態の超音波モータは第１の実施形態の超音波モータ１と同様の構成を有する。

図１０中の一点鎖線は、ステータ２２における振動体３の貫通孔３ｃの頂点のうち１つと、貫通孔３ｃの中心とを結んだ直線Ｃである。より具体的には、直線Ｃは、第１の圧電素子２３Ａ及び第４の圧電素子２３Ｄの間を通り、かつ第２の圧電素子２３Ｂ及び第３の圧電素子２３Ｃの間を通る。直線Ｃ以外は図示しないが、ステータ２２における各圧電素子の励振用の電極の中心は、貫通孔３ｃの中心と貫通孔３ｃの頂点とを結んだ直線上に位置していない。

図１０中の２本の二点鎖線は、貫通孔３ｃを挟んで対向し合う２つの圧電素子の電極の中心同士を結んだ直線Ｄ及び直線Ｅである。より具体的には、第１の圧電素子２３Ａ及び第３の圧電素子２３Ｃにおける励振用の電極の中心同士を結んだ直線が直線Ｄである。第２の圧電素子２３Ｂ及び第４の圧電素子２３Ｄにおける励振用の電極の中心同士を結んだ直線が直線Ｅである。本実施形態では、直線Ｄ上及び直線Ｅ上に、貫通孔３ｃの中心が位置する。直線Ｄ及び直線Ｅは直交する。

直線Ｃ及び直線Ｄがなす角θ１の角度は４５°である。同様に、直線Ｃ及び直線Ｅがなす角θ２の角度も４５°である。直線Ｃを対称軸としたときに、第１の圧電素子２３Ａ及び第２の圧電素子２３Ｂと、第３の圧電素子２３Ｃ及び第４の圧電素子２３Ｄとは線対称に配置されている。それによって、進行波におけるリップルが相殺されるため、リップルをより一層抑制することができる。従って、超音波モータの性能の低下をより一層抑制することができる。

本実施形態においては、図１などに示す第１の実施形態と同様に、ステータ固定部材６が構成されている。そのため、第１の実施形態と同様に、回り止め部８及び振動体３の貫通孔３ｃが、平面視において多角形状を有し、回り止め部８及び貫通孔３ｃの頂点の個数が同じであり、回り止め部８と貫通孔３ｃとが嵌合している。それによって、ステータ２の振動体３を効果的に固定することができ、かつ振動体３の振動を阻害し難い。

１…超音波モータ
２…ステータ
３…振動体
３ａ，３ｂ…第１，第２の主面
３ｃ…貫通孔
３ｄ…内側面
３ｅ…突起部
４…ロータ
４ａ…凹部
４ｂ…側壁部
４ｃ…貫通孔
４ｄ…端面
５…ケース
６…ステータ固定部材
７…本体部
７ａ，７ｂ…第１，第２の突出部
８…回り止め部
８ａ…外側面
８ｃ…貫通孔
１０…軸部材
１０ａ…幅広部
１２…弾性部材
１３Ａ～１３Ｄ…第１～第４の圧電素子
１４…圧電体
１４ａ，１４ｂ…第３，第４の主面
１５Ａ，１５Ｂ…第１，第２の電極
１６…バネ部材
１６ｃ…開口部
１７…止め輪
１８…キャップ部材
１８ａ…突出部
１９Ａ，１９Ｂ…第１，第２の軸受け部
２２…ステータ
２３Ａ～２３Ｄ…第１～第４の圧電素子

Claims (4)

1. 対向し合う第１の主面及び第２の主面と、前記第１の主面及び前記第２の主面が対向し合う方向に貫通している貫通孔と、を含む板状の振動体と、前記振動体の前記第１の主面上に設けられている複数の圧電素子と、を有するステータと、
   前記振動体の前記第２の主面に接触しているロータと、
   前記振動体の前記第１の主面側に配置されている本体部と、前記本体部から前記振動体側に延びている回り止め部と、を有するステータ固定部材と、
   を備え、
   前記ステータ固定部材の前記回り止め部及び前記ステータの前記貫通孔が、平面視において正多角形状の形状を有し、前記回り止め部及び前記貫通孔の頂点の個数が同じであり、前記回り止め部と前記貫通孔とが嵌合しており、
   前記振動体が円板状であり、
   前記振動体の厚み方向に変位する振動モードであって、周回方向に延びる節線の本数をｍとし、径方向に延びる節線の本数をｎとしたときに、前記周回方向に延びる節線及び前記径方向に延びる節線の本数を前記ｍ及び前記ｎにより表わされた振動モードがＢ（ｍ，ｎ）モードであり、前記振動体が前記Ｂ（ｍ，ｎ）モードにより振動し、
   前記ｎが自然数であり、前記ステータ固定部材の前記回り止め部及び前記ステータの前記貫通孔の、平面視における正多角形状の形状における前記頂点の個数をａ個としたときに、ａ≠ｎであり、
   平面視において、前記ステータの前記貫通孔の形状が線対称となる対称軸と、前記振動体の前記第１の主面上における前記複数の圧電素子の配置が線対称となる対称軸とが一致しないように、前記貫通孔が設けられている、超音波モータ。
2. 前記ステータ固定部材の前記本体部が、前記振動体側に突出している突出部を有し、
   前記突出部に前記回り止め部が連ねられており、
   平面視において、前記突出部が前記回り止め部を囲んでいる、請求項１に記載の超音波モータ。
3. 前記突出部が、平面視において円状の形状を有する、請求項２に記載の超音波モータ。
4. 前記ステータ固定部材の前記回り止め部の前記頂点の個数、及び前記ステータの前記貫通孔の前記頂点の個数が、５個または７個である、請求項１～３のいずれか１項に記載の超音波モータ。

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