JPH1141957A - 超音波モータのステータ及び振動板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】高トルクを得ることができ、しかもプレス加工
で形成でき、そのプレス加工の際にプレス金型にかかる
負荷を軽減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】ステータを構成する振動板８は、外周にロ
ータと接触するステータ接触部８ｄを有している。この
ステータ接触部８ｄは、圧電素子１０が固着されたベー
スリング９と接触する基礎辺８ｅと、基礎辺８ｅから径
方向に立ち上げられた延出辺８ｆと、延出辺８ｆから円
周方向に延出され、ロータと面接触するための接触面８
ｇｓを有する接触辺８ｇとから構成される。

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のステ
ータに係り、詳しくは、ステータを構成する振動板の構
造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、鋼板等の板材をプレス加工にて形
成した振動板を用いて製作したステータが提案されてい
る。これは製作のし易さ及びコスト低減を図る上で益々
注目されている。そのステータを用いた超音波モータ
は、例えば、特開平８−２１４５６９号公報に開示され
ている。該ステータは、振動板、該振動板の外周部下面
に接合したベースリング、及び、該ベースリングの下面
に接着した圧電素子を備えている。

【０００３】振動板は、鋼板等の板材をプレス加工にて
形成される。振動板は、中央部に形成した固定部と、そ
の固定部の外周に形成され振動抑制部と、その振動抑制
部の外周に形成されロータと接触する環状のステータ接
触部とからなる。このステータ接触部は、該公報におい
て、外周端部を上方に屈曲形成した形状、断面クランク
状に形成した形状、断面クランク状に形成し、かつ径方
向にスリットを形成し櫛歯状とした形状が示されてい
る。

【０００４】しかしながら、上記したステータ接触部の
いずれの形状も周方向に撓み難い形状なため、圧電素子
の駆動に基づいて生じる進行波振動は、その進行方向の
振動成分が小さい。従って、そのステータを用いた超音
波モータは、高トルクが得られ難い。

【０００５】そこで、上記問題点を解消する技術として
特開平８−２９８７９３号公報に示した超音波モータが
提案されている。この超音波モータのステータは、上記
同様に、振動板（振動体）、該振動板の外周部下面に接
合したベースリング（リング状金属部材）、及び、該ベ
ースリングの下面に接着した圧電素子（電気−機械エネ
ルギー変換素子）を備えている。

【０００６】振動板には、プレス加工により、径方向に
折り曲げられたステータ接触部としての複数の突起と、
各突起の略中央に位置する溝が形成されている。このよ
うにすると、ステータ接触部は周方向に撓み易くなるた
め、圧電素子の駆動に基づいて生じる進行波振動は、そ
の進行方向の振動成分が大きくなる。従って、このステ
ータを用いた超音波モータは、高トルクを得ることがで
きる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、特開平８−
２９８７９３号公報に示した振動板は、一対の櫛歯状の
プレス金型を相対させ、かつ互いの櫛歯が互い違いにな
るように配置して加圧し、板状の振動板を波状に形成す
ることで各突起及び溝が形成される。すると、プレス金
型の櫛歯に過大な負荷が加わることになるため、該金型
の寿命は短くなり、このことが振動板の製造コストの上
昇につながっていた。

【０００８】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、高トルクを得ること
ができ、しかもプレス加工で形成でき、そのプレス加工
の際にプレス金型にかかる負荷を軽減することができる
超音波モータのステータ及びそのステータを構成する振
動板を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、外周にロータと接触するステータ接触部を有した振
動板と、前記振動板の外周部に固着されるベースリング
と、前記ベースリングに固着され、該ベースリングを介
して前記振動板の外周に形成したステータ接触部に進行
波振動を発生させる圧電素子とを備えた超音波モータの
ステータであって、前記振動板のステータ接触部は、前
記ベースリングと接触する基礎辺と、前記基礎辺から径
方向に立ち上げられた延出辺と、前記延出辺から円周方
向に延出され、前記ロータと面接触するための接触面を
有する接触辺とからなることを要旨とする。

【００１０】請求項２に記載の発明は、前記接触辺は、
前記延出辺から円周方向の一方に延出して形成されたこ
とを要旨とする。請求項３に記載の発明は、外周にロー
タと接触するためのステータ接触部を有し、該ステータ
接触部は、圧電素子にて発生した振動を伝搬すための基
礎辺と、前記基礎辺から径方向に立ち上げられた延出辺
と、前記延出辺から円周方向に延出され、前記ロータと
面接触するための接触面を有する接触辺とからなること
を要旨とする。

【００１１】請求項１に記載の発明によれば、延出辺は
ベースリングと接触する基礎辺から径方向に立ち上げら
れ、接触辺は延出辺から円周方向に延出されロータと面
接触するための接触面を有する。すると、ステータ接触
部は、延出辺が径方向に長くのびているので周方向に撓
み易くなる。又、接触辺の接触面とロータとが面接触す
るため、接触辺からロータに振動が効率よく伝搬する。
従って、このステータを用いた超音波モータは高トルク
を得ることができる。又、ステータ接触部はプレス加工
にて形成でき、そのプレス加工の際に、接触辺が形成さ
れる側は自由端であるため、プレス金型には過大な負荷
が加わることはない。従って、プレス金型にかかる負荷
を軽減することができる。

【００１２】請求項２に記載の発明によれば、接触辺は
延出辺から円周方向の一方に延出して形成されることか
ら、圧電素子の駆動に基づく進行波振動は、接触辺がの
びる方向の振動成分が特に大きくなる。従って、このス
テータを用いた超音波モータは接触辺ののびる方向に生
じた進行波振動によって回転するとき、更に高トルクを
得ることができる。

【００１３】請求項３に記載の発明によれば、延出辺は
圧電素子にて発生した振動を伝搬すための基礎辺から径
方向に立ち上げられ、接触辺は延出辺から円周方向に延
出されロータと面接触するための接触面を有する。する
と、ステータ接触部は、径方向に延出辺が長くのびてい
るので周方向に撓み易くなる。又、接触辺の接触面とロ
ータとが面接触するため、接触辺からロータに振動が効
率よく伝搬する。従って、この振動板を備えたステータ
を用いる超音波モータは、高トルクを得ることができ
る。又、ステータ接触部はプレス加工にて形成でき、そ
のプレス加工の際に、接触辺が形成される側は自由端で
あるため、プレス金型には過大な負荷が加わることはな
い。従って、プレス金型にかかる負荷を軽減することが
できる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した実施の
一形態を図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。

【００１５】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、ステータの一部切り欠き斜
視図である。ステータ７は、振動板８、ベースリング
９、圧電素子１０及び基台１１を備えている。振動板８
は円形状の鋼板よりなり、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８
ａ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の外周には幅狭の振動減衰部８ｃ
が形成され、その振動減衰部８ｃの外周には前記回転軸
５の方向から見てクランク状に屈曲形成された環状のス
テータ接触部８ｄが形成されている。

【００１６】ステータ接触部８ｄの下部には環状のベー
スリング９が固着されている。又、ベースリング９の下
面には環状の圧電素子１０が固着されている。尚、圧電
素子１０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。更に、前記固定部８ａの下面には、中央部に貫通
孔１１ａが形成された環状の基板１１が接合されてい
る。

【００１７】又、前記したステータ接触部８ｄは、振動
減衰部８ｃの外周から径方向外側にのび、かつベースリ
ング９と接触する基礎辺８ｅと、その基礎辺８ｅから上
方に垂直に立設した延出辺８ｆと、その延出辺８ｆから
円周方向の一方へ水平にのびる接触辺８ｇとからなる。
つまり、延出辺８ｆは、プレス加工にて基礎辺８ｅから
上方にほぼ直角に向かって径方向に屈曲することによっ
て形成される。又、接触辺８ｇは、同じくプレス加工に
て延出辺８ｆの先端部から円周方向の一方に屈曲するこ
とよって形成される。このとき、接触辺８ｇが形成され
る側は自由端であるため、ステータ接触部８ｄをプレス
加工にて形成するとき、プレス金型には過大な負荷が加
わることはない。

【００１８】このようにすると、ステータ接触部８ｄ
は、延出辺８ｆが径方向に長くのびているため周方向に
撓み易くなる。しかも、接触辺８ｇは延出辺８ｆから円
周方向の一方へのびているため、進行波振動は接触辺８
ｇがのびる方向の振動成分が特に大きくなる。又、接触
辺８ｇは、その上面に後記するロータ１２との接触面８
ｇｓを有し、該接触面８ｇｓにてロータ１２と面接触す
るようになっている。従って、接触辺８ｇとロータ１２
との接触面積が大きいため、接触辺８ｇからロータ１２
に振動が効率よく伝搬する。

【００１９】尚、この場合、延出辺８ｆは径方向に長く
のびていることから、その断面を広くすることが可能で
ある。従って、基礎辺８ｅから接触辺８ｇに伝搬する振
動の効率を向上することが可能である。

【００２０】ステータ７の上方には円形のロータ１２が
配設されている。ロータ１２の中央には挿入孔１２ａが
形成されている。この挿入孔１２ａには前記回転軸５の
軸嵌合部５ａに挿入され、該ロータ１２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１２を回転させると、回転軸５は
ロータ１２とともに回転する。

【００２１】ロータ１２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１３が形成されている。ロー
タ接触部１３はロータ１２の外周に形成された円環体で
あって、そのロータ接触部１３の下面にはライニング材
１４が固着されている。このライニング材１４の下面
は、前記ステータ接触部８ｄの接触辺８ｇの上面に当接
している。

【００２２】前記回転軸５の軸嵌合部５ａには加圧プレ
ート１５ａが挿通され、加圧プレート１５ａ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１５ａ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１５ｂが配設され、該弾性
部材１５ｂの下側開口端部は前記ロータ１２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
１５ａ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及びワッシャ１８が挿通されている。そし
て、弾性部材１５ｂは、加圧プレート１５ａにより防振
ゴム１６を介して前記ロータ１２を下方に加圧する。す
ると、ロータ１２のロータ接触部１３におけるライニン
グ材１４の下面は、ステータ接触部８ｃの接触辺８ｇ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
ことが可能である。

【００２３】そして、このように構成された超音波モー
タは、公知の方法にて圧電素子１０に電圧を印加するこ
とにより、圧電素子１０を振動させる。この振動はベー
スリング９を介して延出辺８ｆに伝わり該延出辺８ｆに
伝わった振動は接触辺８ｇに伝わり、その接触辺８ｇの
接触面８ｇｓに進行波が発生する。この進行波によりロ
ータ１２は回転し、ロータ１２の回転により回転軸５は
回転することになる。

【００２４】このとき、ステータ接触部８ｄは延出辺８
ｆが径方向に長くのびているので周方向に撓み易く、接
触辺８ｇの接触面８ｇｓとロータ１２とは面接触してい
ることから、圧電素子１０にて生ずる振動が効率よく進
行波振動としてロータ１２に伝搬される。従って、この
ステータ７を備えた超音波モータは高トルクになる。

【００２５】しかも、接触辺８ｇは延出辺８ｆから円周
方向の一方へのびているため、進行波振動は接触辺８ｇ
がのびる方向の振動成分が特に大きくなる。従って、接
触辺８ｇののびる方向にロータ１２が回転すると、超音
波モータは更に高トルクになる。従って、一方の回転の
みに特に高トルクが必要とされる装置の駆動源として本
実施形態の超音波モータを使用すれば、モータを特に大
型化することなく高トルクを発生することができるた
め、該装置の小型化に貢献できる。

【００２６】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）ステータ接触部８ｄは、ベースリング９と接触す
る基礎辺８ｅと、その基礎辺８ｅから上方に垂直に立設
した延出辺８ｆと、その延出辺８ｆから円周方向の一方
へ水平にのびる接触辺８ｇとから構成した。このように
構成すると、ステータ接触部８ｄは、延出辺８ｆが径方
向に長くのびているので周方向に撓み易くなる。又、接
触辺８ｇの接触面８ｇｓとロータ１２とが面接触するた
め、接触辺８ｇからロータ１２に振動が効率よく伝搬す
る。従って、超音波モータを高トルクにすることができ
る。

【００２７】（２）又、延出辺８ｆは、プレス加工にて
基礎辺８ｅから上方にほぼ直角に向かって径方向に屈曲
することによって形成され、接触辺８ｇは、同じくプレ
ス加工にて延出辺８ｆの先端部から円周方向に屈曲する
ことよって形成される。このとき、接触辺８ｇが形成さ
れる側は自由端であるため、ステータ接触部８ｄをプレ
ス加工にて形成するとき、プレス金型には過大な負荷が
加わることはない。従って、プレス金型にかかる負荷を
軽減することができ、プレス金型の寿命を延ばすことが
できる。

【００２８】（３）しかも、接触辺８ｇは、延出辺８ｆ
から円周方向の一方へ水平にのびている。従って、圧電
素子１０の駆動に基づく進行波振動は、接触辺８ｇがの
びる方向の振動成分が特に大きくなる。その結果、超音
波モータは接触辺８ｇののびる方向に生じた進行波振動
によって回転するとき、更に高トルクを得ることができ
る。

【００２９】（４）ステータ接触部８ｄの内方には、振
動減衰部８ｃを有している。従って、圧電素子１０にて
生じた振動が振動板８の中心方向へ伝搬する振動を減衰
することができるため、その振動を効率よくロータ１２
に伝搬することができる。その結果、超音波モータの高
トルク化に貢献することができる。

【００３０】尚、本発明は上記形態に限定されることは
なく、本発明の趣旨から逸脱しない範囲で以下のように
してもよい。 ○上記実施の形態では、ステータ接触部８ｄを、振動減
衰部８ｃの外周から径方向外側にのび、かつベースリン
グ９と接触する基礎辺８ｅと、その基礎辺８ｅから上方
に垂直に立設した延出辺８ｆと、その延出辺８ｆから円
周方向の一方へ水平にのびる接触辺８ｇとから構成した
が、この形状に限定されるものではない。

【００３１】例えば、図４及び図５に示すように、延出
辺８ｆを基礎辺８ｅから上方に斜状に立ち上げてもよ
い。このように構成しても、上記実施の形態と同様の効
果を得ることができる。

【００３２】又、図６及び図７に示すように、接触辺８
ｇの先端部を下方に屈曲してもよい。このように構成す
れば、仮に振動板８の形成時に接触辺８ｇの先端部にば
り等が生じてもロータ１２に干渉しないため、ロータ１
２の回転に支障を来すことはない。

【００３３】又、図８及び図９に示すように、延出辺８
ｆを高く立ち上げて形成してもよい。このように構成す
れば、ステータ接触部８ｄは更に周方向へ撓み易くな
り、より振動し易くすることができる。

【００３４】又、図１０及び図１１に示すように、延出
辺８ｆを基礎辺８ｅから上方に緩やかに立ち上げてもよ
い。このように構成すれば、プレス加工時にステータ接
触部８ｄを屈曲形成するための負荷が小さくてよく、プ
レス金型への負荷が軽減できる。

【００３５】又、図１２及び図１３に示すように、延出
辺８ｆを低く立ち上げてもよい。このように構成すれ
ば、ステータ７を薄く形成できるため、超音波モータの
薄型に貢献できる。

【００３６】又、図１４及び図１５に示すように、隣り
合う接触辺８ｇを相対向するように形成してもよい。こ
のように構成すれば、両方向ともに平均して高トルクを
得ることができる。

【００３７】○上記実施の形態では、ステータ接触部８
ｄの内方に振動減衰部８ｃを形成したが、特に形成しな
くてもよい。 ○上記実施の形態では、振動板８をプレス加工にて形成
したが、プレス加工以外の方法で形成してもよい。例え
ば、振動板８を焼結法にて形成してもよく、又切削加工
にて形成してもよい。

【００３８】上記実施の各形態から把握できる請求項以
外の技術思想について、以下にその効果とともに記載す
る。 （イ）前記振動板（８）のステータ接触部（８ｄ）より
内方に位置する部位には、前記圧電素子（１０）にて生
じた振動の該振動板（８）の中心方向への伝搬を抑制す
る振動減衰部（８ｃ）を有することを特徴とする請求項
１又は２のいずれかに記載の超音波モータのステータ。
このように構成すれば、振動減衰部は、圧電素子にて生
じた振動の該振動板の中心方向への伝搬を抑制する。従
って、圧電素子にて生じた振動を効率よくロータに伝搬
することができるため、超音波モータの高トルク化に貢
献することができる。

【００３９】（ロ）請求項１、２、及び、上記（イ）の
いずれかに記載のステータを備えた超音波モータ。この
ように構成すれば、超音波モータは高トルクを得ること
ができる。

【００４０】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
高トルクを得ることができ、しかもプレス加工で形成で
き、そのプレス加工の際にプレス金型にかかる負荷を軽
減することができる超音波モータのステータ及びそのス
テータを構成する振動板を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態の超音波モータの断面図。

【図２】同じくステータの一部切り欠いた斜視図。

【図３】図２においてＡ１矢印方向から見たステータと
ロータを示す部分拡大図。

【図４】別例のステータの一部切り欠いた斜視図。

【図５】図４においてＡ２矢印方向から見たステータと
ロータを示す部分拡大図。

【図６】別例のステータの一部切り欠いた斜視図。

【図７】図６においてＡ３矢印方向から見たステータと
ロータを示す部分拡大図。

【図８】別例のステータの一部切り欠いた斜視図。

【図９】図８においてＡ４矢印方向から見たステータと
ロータを示す部分拡大図。

【図１０】別例のステータの一部切り欠いた斜視図。

【図１１】図１０においてＡ５矢印方向から見たステー
タとロータを示す部分拡大図。

【図１２】別例のステータの一部切り欠いた斜視図。

【図１３】図１２においてＡ６矢印方向から見たステー
タとロータを示す部分拡大図。

【図１４】別例のステータの一部切り欠いた斜視図。

【図１５】図１４においてＡ７矢印方向から見たステー
タとロータを示す部分拡大図。

【符号の説明】

８…振動板、８ｃ…振動減衰部、８ｄ…ステータ接触
部、８ｅ…基礎辺、８ｆ…延出辺、８ｇ…接触辺、８ｇ
ｓ…接触面、９…ベースリング、１０…圧電素子、１２
…ロータ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外周にロータ（１２）と接触するステー
   タ接触部（８ｄ）を有した振動板（８）と、 前記振動板（８）の外周部に固着されるベースリング
   （９）と、 前記ベースリング（９）に固着され、該ベースリング
   （９）を介して前記振動板（８）の外周に形成したステ
   ータ接触部（８ｄ）に進行波振動を発生させる圧電素子
   （１０）とを備えた超音波モータのステータであって、 前記振動板（８）のステータ接触部（８ｄ）は、 前記ベースリング（９）と接触する基礎辺（８ｅ）と、 前記基礎辺（８ｅ）から径方向に立ち上げられた延出辺
   （８ｆ）と、 前記延出辺（８ｆ）から円周方向に延出され、前記ロー
   タ（１２）と面接触するための接触面（８ｇｓ）を有す
   る接触辺（８ｇ）とからなることを特徴とする超音波モ
   ータのステータ。
2. 【請求項２】 前記接触辺（８ｇ）は、前記延出辺（８
   ｆ）から円周方向の一方に延出して形成されたことを特
   徴とする請求項１に記載の超音波モータのステータ。
3. 【請求項３】 外周にロータ（１２）と接触するための
   ステータ接触部（８ｄ）を有し、 該ステータ接触部（８ｄ）は、 圧電素子（１０）にて発生した振動を伝搬すための基礎
   辺（８ｅ）と、 前記基礎辺（８ｅ）から径方向に立ち上げられた延出辺
   （８ｆ）と、 前記延出辺（８ｆ）から円周方向に延出され、前記ロー
   タ（１２）と面接触するための接触面（８ｇｓ）を有す
   る接触辺（８ｇ）とからなることを特徴とする振動板。