JPH10271854A - 超音波モータのステータ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】接触面の平面度の精度を上げることなく高出力
化を図るとともに、コストアップを抑制することができ
る超音波モータのステータを提供する。 【解決手段】ステータ７は、金属弾性体８及び圧電素子
９を備えている。金属弾性体８は、その固定部８ａの外
周に振動減衰連結部８ｃが形成され、その振動減衰連結
部８ｃの外周には環状の金属振動部８ｄが形成されてい
る。金属振動部８ｄは、その上部内周面には上方に拡開
するように斜めに切り欠いて成形された斜面８ｅが形成
され、上部外周面には溝８ｆが形成されている。さら
に、金属振動部８ｄは、その上面からスリット８ｈが等
角度の間隔に形成され、そのスリット８ｈ間に形成され
た部分を櫛歯８ｉとしている。又、櫛歯８ｉの上端から
外方に延びた溝８ｆによって残された部分を接触片８ｊ
としている。

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に係
り、詳しくはステータの構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、超音波モータのステータにおい
て、焼結体又は切削加工にて成形されたものが提案され
ている。この種のステータでは、数マイクロメータでそ
のロータと接触する振動部を振動させるために、ロータ
との接触面はその平面度を上げる必要があった。又、該
ステータの接触面に接触加圧されるロータ側の接触面も
同様にその平面度を上げる必要があった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、超音波モー
タにおいては近年益々高出力化が望まれている。この超
音波モータの高出力化の要求に伴い、ステータの径を拡
大する傾向にあった。

【０００４】しかしながら、ステータの径の大径化は、
その接触面の平面度をさらに上げる必要があり、大幅な
コストアップにつながっていた。本発明の目的は、接触
面の平面度の精度を上げることなく高出力化を図ること
ができるとともに、コストアップを抑制することができ
る超音波モータのステータ及びその製造方法を提供する
ことにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、外周に環状の金属振動部を備えた金属弾性体を有す
る超音波モータのステータにおいて、前記金属振動部
は、圧電素子が設けられる環状の振動板と、その環状の
振動板上に並設され、該振動板から先端に向かって先細
形状の多数の櫛歯と、該各櫛歯の外方又は内方の少なく
ともいずれか一方に延出形成されたロータと接触する接
触片とから構成した。

【０００６】請求項２に記載の発明は、外周に環状の金
属振動部を備えた金属弾性体を有する超音波モータの製
造方法であって、等角度間隔にスリットを前記金属振動
部の振動板に向かって形成して多数個の櫛歯を成形し、
該金属振動部の内周面又は外周面の少なくともいずれか
一方を切り欠き形成して前記櫛歯を振動板から先端に向
かって先細形状に成形し、その先細形状を形成に伴って
該櫛歯の先端部にロータと接触する接触片を形成するよ
うにした。

【０００７】従って、請求項１に記載の発明によれば、
金属振動部の振動板には互いに分離された櫛歯が多数形
成され、その互いに分離した櫛歯の先端にロータと接触
する接触片がそれぞれ延出形成される。しかも、各櫛歯
は、先端に向かうほど細くなるように形成した。従っ
て、ステータを構成する金属弾性体の各櫛歯及び各接触
片は撓みやすく弾性を有することなる。このように形成
された櫛歯及び接触片は、振動板に設けられた圧電素子
の振動に対してその振動振幅を大きくすることができ、
超音波モータの高出力化につながる。しかも、各櫛歯が
弾性を有することになるため、ロータと接触する部分の
平面度の粗さを吸収することができ、平面度の精度を下
げることができる。その結果、本発明の超音波モータの
ステータは、超音波モータのコストを抑え高出力化に寄
与する。

【０００８】請求項２に記載の発明によれば、該金属振
動部の内周面又は外周面の少なくともいずれか一方を切
り欠き形成するだけで、各櫛歯を振動板から先端に向か
って先細形状に成形することができ、併せて、その先細
形状の形成に伴って該櫛歯の先端部にロータと接触する
接触片が形成される。従って、弾性のある櫛歯を備えた
超音波モータのステータを非常に簡単に加工することが
できる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した第１実
施形態を図１〜図３に従って説明する。図１は超音波モ
ータの断面を示し、モータハウジング１は基台２とカバ
ー３とから構成されている。そして、基台の中央部には
載置部２ａが突出形成され、その載置部２ａの中央部に
は挿通孔２ｂが形成されている。挿通孔２ｂにはボール
ベアリング４が設けられ、該ベアリング４は該挿通孔２
ｂを介してケース１内に嵌挿された回転軸５を回転可能
に支持している。又、カバー３の上部中央に形成した張
り出し凹部３ａにはボールベアリング６が設けられ、該
ベアリング６は回転軸５の基端部を回転可能に支持して
いる。つまり、回転軸５はボールベアリング４，６を介
してモータハウジング１に対して回転可能に支持されて
いる。

【００１０】基台２の載置部２ａの上面にはステータ７
が固着されている。図２はステータの全体斜視図であ
る。ステータ７は、金属弾性体８及び圧電素子９を備え
ている。金属弾性体８は焼結体よりなり、前記基台２の
載置部２ａと対応する中央位置を固定部８ａとしてい
る。その固定部８ａの中央には前記載置部２ａの挿通孔
２ｂと連通する挿通孔８ｂが形成されて前記回転軸５が
嵌挿するようになっている。固定部８ａの外周には肉薄
の振動減衰連結部８ｃが形成され、その振動減衰連結部
８ｃの外周には環状の金属振動部８ｄが形成されてい
る。

【００１１】環状の金属振動部８ｄは、振動減衰連結部
８ｃから外側に延びた断面長方形の環状体であって、そ
の断面長方形の環状体の下部内側と振動減衰連結部８ｃ
とが一体に連結されている。環状の金属振動部８ｄの上
部内周面には、上方に拡開するように斜めに切り欠いて
成形された斜面８ｅが形成されている。又、環状の金属
振動部８ｄの上部外周面には、楔状に切り欠いて成形し
た溝８ｆが形成されている。楔状の溝８ｆは、その上側
の溝面が水平の面で形成され、下側の溝面が斜面で形成
されている。この斜面で形成された下側の溝面の下端位
置は、本実施形態では前記斜面８ｅの下端と一致させて
いる。

【００１２】さらに、環状の金属振動部８ｄは、その上
面から前記斜面８ｅの下端位置までの深さのスリット８
ｈが等角度の間隔に形成されている。そして、そのスリ
ット８ｈ間に形成された部分を櫛歯８ｉとしている。
又、櫛歯８ｉの上端から外方に延びた前記溝８ｆによっ
て残された部分を接触片８ｊとしている。さらに、金属
振動部８ｄにおいて、本実施形態では櫛歯８ｉより下の
部分を振動板８ｋとしている。

【００１３】従って、振動板８ｋから上方に延びた各櫛
歯８ｉの径方向の幅は、前記斜面８ｅ及び溝８ｆにより
上方に向かうほど小さく（即ち、先細に）なる。そし
て、各櫛歯８ｉはその最も小さくなった上部から外方に
前記接触片８ｊをそれぞれ延出した構成となる。

【００１４】前記金属振動部８ｄの振動板８ｋの下面に
は、圧電素子９が接着剤にて接着されている。圧電素子
９は本実施形態ではＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）で
形成されているが、ＰＬＺＴ（チタン酸ジルコン酸ラン
タン鉛）で形成してもよい。尚、環状に形成された圧電
素子９は公知の方法で分極処理が施され、その分極され
た各箇所には公知の電極（図示しない）が設けられてい
る。このように構成されたステータ７は基台２の載置部
２ａに載置され、ネジ１０にてステータ７は基台２に対
して固定されている。

【００１５】ステータ７の上方には円形のロータ１１が
配設されている。ロータ１１はアルミ製であって、中央
には挿入孔１１ａが形成されている。この挿入孔１１ａ
には前記回転軸５の軸嵌合部５ａに挿入され、該ロータ
１１は軸嵌合部５ａに対して軸方向に移動可能でかつ回
転不能に支持されている。従って、ロータ１１を回転さ
せると、回転軸５はロータ１１とともに回転する。

【００１６】ロータ１１は、その外周部が上下方向に突
出した環状のロータ接触部１２が形成されている。その
環状のロータ接触部１２の下面全体に耐磨耗性のあるポ
リイミド系樹脂よりなるライニング材１３が形成されて
いる。そして、本実施形態では、そのライニング材１３
の環状の下面を接触面１３ａとし、該接触面１３ａを接
触片８ｊの上面に当接させている。この接触片８ｊに対
するロータ接触部１２の配置は、前記環状に形成された
接触面１３ａが接触片８ｊの基端部より外側に位置する
ように配置されている。

【００１７】軸嵌合部５ａには加圧プレート１４が挿通
され、加圧プレート１４は軸嵌合部５ａに対して軸線方
向に移動かつ回転不能に支持されている。加圧プレート
１４の下面には、金属板を円錐台形状に形成してなる弾
性部材１５が配設され、該弾性部材１５の下側開口端部
は前記ロータ１１の上面に配設した防振ゴム１６に当接
している。前記加圧プレート１４と前記上側ボールベア
リング６の間の回転軸５にはカラー１７とワッシャ１８
が回転及び軸線方向に移動可能に挿通されている。そし
て、カラー１７とワッシャ１８により加圧プレート１４
を下方に加圧するようになっている。従って、弾性部材
１５は加圧プレート１４により防振ゴム１６を介して前
記ロータ１１を下方に加圧する。その結果、ロータ１１
の該ロータ接触部１２の接触面、即ち本実施形態ではラ
イニング材１３の接触面１３ａは金属振動部８ｄの接触
片８ｊの上面に圧接するようになっている。尚、この圧
接力は前記ワッシャ１８の厚さを変更することにより調
整することができる。

【００１８】そして、公知の方法にて圧電素子９に電圧
を印加することにより、圧電素子９を振動させる。この
振動は振動板８ｋを介して櫛歯８ｉに伝わる。該櫛歯８
ｉに伝わった振動は接触片８ｊに伝わり、その接触片８
ｊの上面に一方向の進行波が発生する。この進行波によ
りロータ１１は回転する。従って、ロータ１１の回転に
より回転軸５は回転することになる。

【００１９】次に、上記のように構成した超音波モータ
のステータの特徴を以下に記載する。 （１）本実施形態では、金属振動部８ｄの振動板８ｋに
互いにスリット８ｈを介して分離された櫛歯８ｉを形成
した。そして、互いに分離した櫛歯８ｉの上端に、外方
に延びる接触片８ｊをそれぞれ形成した。つまり、各櫛
歯８ｉは他の櫛歯８ｉと互いに分離しているとともに、
その各櫛歯８ｉに形成した各接触片８ｊも他の接触片８
ｊと分離している。従って、各櫛歯８ｉ及び各接触片８
ｊは撓みやすく弾性を有することなる。その結果、櫛歯
８ｉ及び接触片８ｊは、振動板８ｋを介して伝わる圧電
素子９の振動に対してその振動振幅を大きくすることが
できる。その結果、超音波モータの高回転化を図ること
ができる。

【００２０】しかも、各櫛歯８ｉ及び各接触片８ｊが弾
性を有することから、接触片８ｊの上面の平面度及び接
触面１３ａの平面度の粗さを吸収することができる。さ
らに、ステータ７とロータ１１の接触する部分の平面度
は一つの櫛歯８ｉ（接触片８ｊ）とロータ１１との間で
考えればよいことから、接触片８ｊの上面の平面度及び
接触面１３ａの平面度の精度は緩和される。その結果、
その分だけ平面度の精度を下げることができるため、コ
ストダウンを図ることができる。

【００２１】（２）本実施形態では、金属弾性体８の金
属振動部８ｄに形成した各櫛歯８ｉは、各櫛歯８ｉの径
方向の幅が上方に向かうほど小さく（即ち、先細に）な
るように形成した。従って、各櫛歯８ｉはロータ１１の
加圧方向に対してさらに弾性が生じるため、各櫛歯８ｉ
は振動板８ｋを介して伝わる圧電素子９の振動に対して
その振動振幅をさらに大きくして接触片８ｊに伝達する
ことができる。その結果、超音波モータの高回転化を図
ることができる。

【００２２】しかも、各櫛歯８ｉがさらに弾性を有する
ことになるため、接触片８ｊの上面の平面度及びロータ
接触部１２における接触面１３ａの平面度の粗さをより
吸収することができる。その結果、その分だけさらに平
面度の精度を下げることができるため、コストダウンを
さらに図ることができる。

【００２３】（３）本実施形態では、該金属振動部８ｄ
の内周面に斜面８ｅを形成するとともに、外周面に溝８
ｆを形成だけで、各櫛歯８ｉを振動板８ｋから先端に向
かって先細形状に成形することができる。従って、弾性
のある櫛歯８ｉを備えた金属弾性体８を非常に簡単に加
工することができる。

【００２４】（４）本実施形態では、金属振動部８ｄに
溝８ｆを形成することにより、接触片８ｊを形成した。
従って、溝８ｆの形成の仕方によって接触片８ｊの厚み
（ロータ１１の加圧方向）を薄くでき、該接触片８ｊに
弾性を付与することができる。従って、平面度の精度を
下げることができ、コストダウンをさらに図ることがで
きる。しかも、接触片８ｊでの振動の振幅を増大させる
ことができ、より高速回転化に寄与することができる。

【００２５】尚、実施の形態は、上記実施形態に限定さ
れるものではなく、以下のように実施してもよい。○図
４及び図５に示すように、接触片８ｊの形状を先端上面
に突部８ｇを形成し、その突部８ｇの上面にロータ接触
部１２をライニング材１３を介して加圧接触させるよう
にして実施してもよい。この場合にも、上記実施形態と
同様な効果を奏することができる。

【００２６】○図６（ａ）（ｂ）及び図７（ｄ）（ｅ）
に示すように、接触片８ｊをその振動板８ｋの外周面よ
りさらに外方に延出形成して実施してもよい。このよう
に形成することにより、金属振動部８ｄ（接触片８ｊ）
はより弾性を有することになり、さらなる高速回転化を
図ることができるとともに、平面精度をさらに下げるこ
とができる。

【００２７】○図６（ｃ）及び図７（ｅ）に示すよう
に、斜面８ｅ又は溝８ｆの下側斜面を階段状にして櫛歯
８ｉが先端ほど先細になるように形成してもよい。この
場合にも上記した実施形態と同様な効果を有する。

【００２８】○図６（ｂ）及び図７（ｂ）に示すように
斜面８ｅ又は溝８ｆの下側斜面を円弧等の曲面形状にし
て櫛歯８ｉが先端ほど先細になるように形成してもよ
い。この場合には上記し実施形態と同様な効果を有す
る。

【００２９】○図７（ｃ）（ｄ）（ｅ）に示すように、
溝８ｆを形成しないで直線状の斜面８ｅ又は階段状の斜
面８ｅのみで櫛歯８ｉが先端ほど先細になるように形成
してもよい。この場合にも上記した実施形態と同様な効
果を有する。

【００３０】○図７（ａ）（ｂ）に示すように、溝８ｆ
のみで櫛歯８ｉが先端ほど先細になるように形成しても
よい。この場合にも上記した実施形態と同様な効果を有
する。

【００３１】○図８（ａ）〜（ｃ）及び図９（ａ）〜
（ｄ）に示すように、振動板８ｋの部分まで達する斜面
８ｅや溝８ｆを形成して実施してもよい。この場合にも
上記した実施形態と同様な効果を有する。

【００３２】○上記実施形態では、焼結体を切削して金
属弾性体８を加工したが、例えば厚みのあるステンレス
鋼板やリン青銅板等を切削加工して形成してもよい。上
記実施の形態から把握できる請求項に記載された技術的
思想以外の技術的思想について、以下にその効果ととも
に記載する。

【００３３】・請求項１に記載の超音波モータのステー
タにおいて、接触片８ｊは振動板８ｋの外周面よりさら
に外方に延出形成してなる。このように形成することに
より、接触片８ｊはより弾性を有することになり、さら
なる高速回転化を図ることができるとともに、平面精度
をさらに下げることができる。

【００３４】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、超音波
モータのコストを抑え高出力化に寄与することのできる
効果を有する。

【００３５】請求項２に記載の発明によれば、弾性のあ
る櫛歯を備えた超音波モータのステータを非常に簡単に
加工することができる効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を具体化した超音波モータの断面図。

【図２】同じくステータの全体斜視図。

【図３】同じくステータとロータの位置関係を説明する
ための要部断面図。

【図４】別例を説明するためのステータの全体斜視図。

【図５】同じくステータとロータの位置関係を説明する
ための要部断面図。

【図６】（ａ）〜（ｃ）別例のステータを説明するため
の要部断面図。

【図７】（ａ）〜（ｅ）別例のステータを説明するため
の要部断面図。

【図８】（ａ）〜（ｃ）別例のステータを説明するため
の要部断面図。

【図９】（ａ）〜（ｄ）別例のステータを説明するため
の要部断面図。

【符号の説明】

７…ステータ、８…金属弾性体、８ａ…固定部、８ｃ…
振動減衰連結部、８ｄ…金属振動部、８ｅ…斜面、８ｆ
…溝、８ｈ…スリット、８ｉ…櫛歯、８ｊ…接触片、８
ｋ…振動板、９…圧電素子、１１…ロータ、１２…ロー
タ接触部、１３…ライニング材、１３ａ…接触面。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外周に環状の金属振動部（８ｄ）を備え
   た金属弾性体（８）を有する超音波モータのステータに
   おいて、 前記金属振動部（８ｄ）は、 圧電素子（９）が設けられる環状の振動板（８ｋ）と、 その環状の振動板（８ｋ）上に並設され、該振動板（８
   ｋ）から先端に向かって先細形状の多数の櫛歯（８ｉ）
   と、 該各櫛歯（８ｉ）の外方又は内方の少なくともいずれか
   一方に延出形成されたロータ（１１）と接触する接触片
   （８ｊ）とから構成した超音波モータのステータ。
2. 【請求項２】 外周に環状の金属振動部（８ｄ）を備え
   た金属弾性体（８）を有する超音波モータの製造方法で
   あって、 等角度間隔にスリット（８ｈ）を前記金属振動部（８
   ｄ）の振動板（８ｋ）に向かって形成して多数個の櫛歯
   （８ｉ）を成形し、 該金属振動部（８ｄ）の内周面又は外周面の少なくとも
   いずれか一方を切り欠き形成して前記櫛歯（８ｉ）を振
   動板（８ｋ）から先端に向かって先細形状に成形し、 その先細形状を形成に伴って該櫛歯（８ｉ）の先端部に
   ロータ（１１）と接触する接触片（８ｊ）を形成するよ
   うにした超音波モータの製造方法。