WO2022224702A1 - 超音波モータ - Google Patents

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WO2022224702A1
WO2022224702A1 PCT/JP2022/014303 JP2022014303W WO2022224702A1 WO 2022224702 A1 WO2022224702 A1 WO 2022224702A1 JP 2022014303 W JP2022014303 W JP 2022014303W WO 2022224702 A1 WO2022224702 A1 WO 2022224702A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
hole
stator
vibrating body
ultrasonic motor
view
Prior art date
Application number
PCT/JP2022/014303
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
裕之 原田
英秋 樫浦
裕 野々垣
好司 岡本
広貴 堀口
啓 荒井
Original Assignee
株式会社村田製作所
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社村田製作所 filed Critical 株式会社村田製作所
Publication of WO2022224702A1 publication Critical patent/WO2022224702A1/ja

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/10—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
    • H02N2/12—Constructional details

Definitions

  • the present invention relates to ultrasonic motors.
  • Patent Document 1 discloses an example of an ultrasonic motor.
  • a stator is mounted on the upper surface of the mounting portion of the base.
  • a rotor is arranged above the stator.
  • a shaft member is inserted through the insertion hole of the base, the through hole of the stator, and the insertion hole of the rotor.
  • the stator is fixed to the mounting portion of the base by screwing, brazing or bonding.
  • stator when fixing the stator to the base by screwing, brazing, or gluing, additional members such as screws, brazing, or adhesives are required, and the number of steps increases, resulting in high costs.
  • An object of the present invention is to provide an ultrasonic motor that can be made smaller and that can improve productivity.
  • An ultrasonic motor includes a first main surface and a second main surface facing each other, and a through hole penetrating in a direction in which the first main surface and the second main surface face each other. and an inner surface defined by the through-hole; a rotor in contact with the second main surface of the vibrator, a main body disposed on the first main surface of the vibrating body, and a detent extending from the main body toward the vibrating body , wherein the anti-rotation portion has a plurality of protrusions in contact with the inner surface of the vibrating body.
  • the ultrasonic motor of the present invention it is possible to reduce the size and improve productivity.
  • FIG. 1 is a front cross-sectional view of an ultrasonic motor according to a first embodiment of the invention.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of the ultrasonic motor according to the first embodiment of the invention.
  • FIG. 3 is a plan view showing the vicinity of the through hole of the vibrator and the anti-rotation portion of the stator fixing member according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a bottom view of the stator in the first embodiment of the invention.
  • FIG. 5 is a front sectional view of the first piezoelectric element in the first embodiment of the invention.
  • 6(a) to 6(c) are schematic bottom views of the stator for explaining traveling waves excited in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a front cross-sectional view of an ultrasonic motor according to a first embodiment of the invention.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of the ultrasonic motor according to the first embodiment of the invention.
  • FIG. 3 is a plan view showing the vicinity of the through hole
  • FIG. 7 is a front cross-sectional view showing the vicinity of a protrusion of a detent part according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a perspective view showing the vicinity of the anti-rotation portion of the stator fixing member according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a plan view showing the vicinity of the through-hole of the vibrating body and the anti-rotation portion of the stator fixing member according to the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a plan view showing the vicinity of the through hole of the vibrator and the anti-rotation portion of the stator fixing member in the first modification of the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a plan view showing the vicinity of the through hole of the vibrator and the anti-rotation portion of the stator fixing member in the second modification of the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a plan view showing the vicinity of the through-hole of the vibrator and the anti-rotation portion of the stator fixing member in the third modification of the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a plan view showing the vicinity of the through hole of the vibrator and the anti-rotation portion of the stator fixing member in the fourth modification of the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a front cross-sectional view of an ultrasonic motor according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of the ultrasonic motor according to the first embodiment.
  • the ultrasonic motor 1 has a stator 2, a rotor 4, a case 5, and a shaft member 10.
  • a case 5 houses the stator 2 and the rotor 4 .
  • the case 5 is composed of a stator fixing member 20 as a first case member and a cap member 18 as a second case member.
  • the stator 2 and rotor 4 are in contact.
  • a traveling wave generated in the stator 2 causes the rotor 4 to rotate.
  • the shaft member 10 is inserted through the stator 2 and the rotor 4 and reaches the outside of the case 5 . As the rotor 4 rotates, the shaft member 10 rotates.
  • a specific configuration of the ultrasonic motor 1 will be described below.
  • the stator 2 has a vibrating body 3.
  • the vibrating body 3 is disc-shaped.
  • the vibrating body 3 has a first main surface 3a and a second main surface 3b.
  • the first main surface 3a and the second main surface 3b face each other.
  • the axial direction Z is a direction connecting the first main surface 3a and the second main surface 3b and along the rotation center axis.
  • the shaft member 10 extends parallel to the axial direction Z.
  • the direction viewed from the axial direction Z may be described as plan view or bottom view. Note that the plan view is the direction viewed from above in FIG. 1, and the bottom view is the direction viewed from below.
  • the direction seen from the second main surface 3b side of the vibrating body 3 to the first main surface 3a side is the plan view
  • the direction seen from the first main surface 3a side to the second main surface 3b side is the bottom surface. It is sight.
  • a through hole 3c is provided in the central portion of the vibrating body 3.
  • the vibrating body 3 has an inner surface 3d defined by the through hole 3c.
  • the through hole 3c is pentagonal.
  • the through hole 3c may be located in a region including the center in the axial direction.
  • the shape of the through hole 3c in plan view may be, for example, a circle, an ellipse, or a regular polygon such as a regular hexagon, a regular octagon, or a regular decagon.
  • the shape of the vibrating body 3 is not limited to a disc shape.
  • the shape of the vibrating body 3 in plan view may be, for example, a regular polygon such as a regular hexagon, a regular octagon, or a regular decagon.
  • the vibrating body 3 is made of an appropriate metal. Note that the vibrating body 3 does not necessarily have to be made of metal.
  • the vibrating body 3 may be composed of other elastic bodies such as ceramics, silicon material, or synthetic resin, for example.
  • the first main surface 3a of the vibrating body 3 is provided with a plurality of piezoelectric elements.
  • a traveling wave is generated by vibrating the vibrating body 3 with a plurality of piezoelectric elements.
  • the rotor 4 is in contact with the second main surface 3b of the vibrating body 3.
  • the rotor 4 is disc-shaped.
  • a through hole 4 c is provided in the central portion of the rotor 4 .
  • the through hole 4c may be positioned in a region including the center in the axial direction.
  • the shape of the rotor 4 is not limited to the above.
  • the shape of the rotor 4 may be, for example, a regular polygon such as a regular hexagon, a regular octagon, or a regular decagon in plan view.
  • the stator fixing member 20 is a flange in this embodiment.
  • the stator fixing member 20 has a body portion 21 and a detent portion 22 .
  • the body portion 21 has a circular shape.
  • the body portion 21 is arranged on the first main surface 3 a side of the vibrating body 3 .
  • a central portion of the body portion 21 is provided with a first projecting portion 21a.
  • the first protruding portion 21 a extends in a direction perpendicular to the main surface of the body portion 21 . More specifically, the first protrusion 21 a protrudes inside the case 5 .
  • the first projecting portion 21a is cylindrical.
  • the shape of the first projecting portion 21a is not limited to the above, and may be cylindrical.
  • the first projecting portion 21a may not necessarily be provided.
  • the anti-rotation portion 22 extends from the first projecting portion 21a toward the vibrating body 3 side.
  • the anti-rotation portion 22 is provided integrally with the first projecting portion 21a.
  • the anti-rotation portion 22 is inserted through the through hole 3 c of the vibrating body 3 .
  • the anti-rotation portion 22 is a portion that fixes the stator 2 and suppresses rotation of the stator 2 .
  • FIG. 3 is a plan view showing the vicinity of the through-hole of the vibrator and the anti-rotation portion of the stator fixing member in the first embodiment.
  • the anti-rotation portion 22 includes an outer side surface 22a and a plurality of projections 24.
  • a plurality of protrusions 24 are provided on the outer surface 22a.
  • a plurality of protrusions 24 are in contact with the inner side surface 3 d of the vibrating body 3 . Rotation of the stator 2 is thereby suppressed.
  • the anti-rotation portion 22 is substantially pentagonal in plan view. More specifically, the shape of the anti-rotation portion 22 in a plan view is a regular pentagon in which the vicinity of each vertex protrudes outward.
  • a through hole 22c is provided in the anti-rotation portion 22.
  • the through hole 22c has a circular shape.
  • one continuous through hole is provided in the anti-rotation portion 22 and the first projecting portion 21a.
  • Through hole 22c is part of the through hole.
  • a shaft member 10 is inserted through the one continuous through hole, the through hole 3 c of the stator 2 and the through hole 4 c of the rotor 4 .
  • the through hole 3c of the stator 2 overlaps the through hole 22c of the anti-rotation portion 22 when viewed in a direction orthogonal to the axial direction Z. As shown in FIG.
  • the stator fixing member 20 is made of resin. However, the material of the stator fixing member 20 is not limited to the above, and metal or ceramics, for example, can also be used. It is desirable that the stator fixing member 20 and the stator 2 are electrically insulated from each other.
  • a feature of this embodiment is that the anti-rotation portion 22 has a plurality of protrusions 24 and the plurality of protrusions 24 are in contact with the inner surface 3 d of the vibrating body 3 . That is, by providing the projection 24 of the anti-rotation portion 22 in accordance with the shape of the through hole 3c of the vibrating body 3, the stator 2 can be preferably fixed. Therefore, no joint or screwing portion is required to fix the stator 2 . Therefore, no joining or screwing process is required. Furthermore, no additional components such as adhesives, brazing or screws are required. Therefore, the ultrasonic motor 1 can be made compact, and productivity can be improved.
  • the stator fixing member 20 has a second projecting portion 21b.
  • the second protruding portion 21b protrudes from the body portion 21 toward the outside of the case 5.
  • the second projecting portion 21b has a cylindrical shape.
  • One continuous through hole is provided in the second projecting portion 21b, the first projecting portion 21a, and the anti-rotation portion 22.
  • the inner diameter of the second projecting portion 21 b is larger than the inner diameter of the first projecting portion 21 a and the inner diameter of the anti-rotation portion 22 .
  • a first bearing portion 19A is provided in the second projecting portion 21b. The shaft member 10 is inserted through the first bearing portion 19A.
  • the shaft member 10 protrudes outside the case 5 through the first bearing portion 19A.
  • the second projecting portion 21b is not limited to a cylindrical shape, and may be cylindrical.
  • the stator fixing member 20 may not necessarily be provided with the second projecting portion 21b.
  • the stator fixing member 20 may not be the first case member, and a first case member separate from the stator fixing member 20 may be provided.
  • the stator fixing member 20 is a part of the case 5, the miniaturization of the ultrasonic motor 1 can be effectively promoted.
  • the cap member 18 has a projecting portion 18a.
  • the protruding portion 18 a protrudes outside the case 5 .
  • the projecting portion 18a is cylindrical.
  • Metal, ceramics, resin, or the like, for example, can be used for the cap member 18 .
  • the second case member of case 5 is cap member 18 .
  • the second case member is not limited to the cap member 18 .
  • a case in which the stator 2, the rotor 4, and the like are accommodated may be constructed.
  • a second bearing portion 19B is provided in the projecting portion 18a.
  • the shaft member 10 is inserted through the second bearing portion 19B.
  • the shaft member 10 protrudes outside the case 5 through the second bearing portion 19B.
  • a retaining ring 17 is provided on the shaft member 10 .
  • the retaining ring 17 has an annular shape.
  • the retaining ring 17 surrounds the shaft member 10 in plan view. More specifically, the inner peripheral edge of the retaining ring 17 is positioned within the shaft member 10 .
  • the retaining ring 17 contacts the first bearing portion 19A from the outside in the axial direction Z. As shown in FIG. Thereby, the positional deviation of the shaft member 10 can be suppressed.
  • materials for the shaft member 10 and the snap ring 17 for example, metal or resin can be used.
  • sliding bearings or bearings may be used for the first bearing portion 19A and the second bearing portion 19B.
  • the rotor 4 has a concave portion 4a and a side wall portion 4b.
  • the recess 4a is circular when viewed in the axial direction Z.
  • the side wall portion 4b is a portion surrounding the recessed portion 4a.
  • the rotor 4 is in contact with the stator 2 at the end face 4d of the side wall portion 4b.
  • the concave portion 4a and the side wall portion 4b may not be provided.
  • the rotor 4 and the shaft member 10 are configured separately. However, the rotor 4 and the shaft member 10 may be integrally configured.
  • An elastic member 12 is provided on the rotor 4 .
  • the elastic member 12 sandwiches the rotor 4 together with the stator 2 in the axial direction Z.
  • the elastic member 12 has an annular shape. Note that the shape of the elastic member 12 is not limited to the above.
  • a material of the elastic member 12 for example, rubber or resin can be used. However, the elastic member 12 may not be provided.
  • a spring member 16 is arranged on the second bearing portion 19B side of the rotor 4 . More specifically, the spring member 16 of this embodiment is a leaf spring made of metal. An opening 16 c is provided in the central portion of the spring member 16 . The shaft member 10 is inserted through the opening 16c. The shaft member 10 has a wide portion 10a. The width of the wide portion 10 a of the shaft member 10 is wider than the width of other portions of the shaft member 10 . The width of the shaft member 10 is a dimension along the direction perpendicular to the axial direction Z of the shaft member 10 . The inner peripheral edge portion of the spring member 16 is in contact with the wide portion 10a. Thereby, positional deviation between the spring member 16 and the shaft member 10 can be suppressed.
  • the material and configuration of the spring member 16 are not limited to the above.
  • the configuration of the shaft member 10 is also not limited to the above.
  • a friction material may be fixed to the surface of the rotor 4 on the stator 2 side. Thereby, the frictional force applied between the oscillator 3 of the stator 2 and the rotor 4 can be stabilized. In this case, the rotor 4 can be efficiently rotated, and the ultrasonic motor 1 can be efficiently rotationally driven.
  • a plurality of protrusions 3e are provided on the second main surface 3b of the vibrating body 3.
  • the plurality of protrusions 3 e are portions of the vibrating body 3 that are in contact with the rotor 4 .
  • Each protrusion 3 e protrudes in the axial direction Z from the second main surface 3 b of the vibrating body 3 .
  • the plurality of protrusions 3e are arranged in an annular shape. Since the plurality of protrusions 3e protrude from the second main surface 3b in the axial direction Z, when a traveling wave is generated in the vibrating body 3, the tips of the plurality of protrusions 3e are displaced to a greater extent. Therefore, the traveling wave generated in the stator 2 can efficiently rotate the rotor 4 .
  • the plurality of protrusions 3e may not necessarily be provided.
  • FIG. 4 is a bottom view of the stator in the first embodiment.
  • a plurality of piezoelectric elements are provided on the first main surface 3 a of the vibrating body 3 . More specifically, the plurality of piezoelectric elements are a first piezoelectric element 13A, a second piezoelectric element 13B, a third piezoelectric element 13C and a fourth piezoelectric element 13D.
  • the plurality of piezoelectric elements are distributed along the circulating direction of the traveling wave so as to generate a traveling wave circulating around an axis parallel to the axial direction Z. As shown in FIG. When viewed from the axial direction Z, the first piezoelectric element 13A and the third piezoelectric element 13C face each other across the axis.
  • the second piezoelectric element 13B and the fourth piezoelectric element 13D face each other across the axis.
  • FIG. 5 is a front sectional view of the first piezoelectric element in the first embodiment.
  • the first piezoelectric element 13A has a piezoelectric body 14.
  • the piezoelectric body 14 has a third principal surface 14a and a fourth principal surface 14b.
  • the third main surface 14a and the fourth main surface 14b face each other.
  • the first piezoelectric element 13A has a first electrode 15A and a second electrode 15B.
  • a first electrode 15A is provided on the third main surface 14a of the piezoelectric body 14, and a second electrode 15B is provided on the fourth main surface 14b.
  • the second piezoelectric element 13B, the third piezoelectric element 13C, and the fourth piezoelectric element 13D are configured similarly to the first piezoelectric element 13A.
  • Each piezoelectric element has a rectangular shape in plan view. Note that the shape of each piezoelectric element in a plan view is not limited to the above, and may be, for example, an elliptical shape.
  • the first electrode 15A is attached to the first main surface 3a of the vibrating body 3 with an adhesive.
  • the thickness of this adhesive is very thin. Therefore, the first electrode 15A is electrically connected to the vibrating body 3. As shown in FIG.
  • the stator 2 should have at least the first piezoelectric element 13A and the second piezoelectric element 13B. Alternatively, it may have one piezoelectric element divided into a plurality of regions. In this case, for example, each region of the piezoelectric element may be polarized in different directions.
  • WO2010/061508A1 a structure in which a plurality of piezoelectric elements are distributed in the circumferential direction and driven to generate traveling waves is disclosed in WO2010/061508A1, for example. It should be noted that the detailed description of the structure for generating this traveling wave will be omitted by omitting not only the following description but also the configuration described in WO2010/061508A1.
  • FIGS. 6(a) to 6(c) are schematic bottom views of the stator for explaining traveling waves excited in the first embodiment.
  • the closer to black the greater the stress in one direction
  • the closer to white the greater the stress in the other direction.
  • FIG. 6(a) shows a three-wave standing wave X
  • FIG. 6(b) shows a three-wave standing wave Y.
  • the first to fourth piezoelectric elements 13A to 13D are arranged with a central angle of 90°.
  • the central angle is determined by multiplying the angle of one wave of 120° by 3/4 to determine the angle of 90°.
  • the first piezoelectric element 13A is arranged at a predetermined place where the amplitude of the three-wave standing wave X is large, and the second to fourth piezoelectric elements 13B to 13D are arranged at intervals of 90° of the central angle.
  • three standing waves X and Y having vibration phases different by 90° are excited, and the two are combined to generate a traveling wave shown in FIG. 6(c).
  • A+, A-, B+, and B- in FIGS. 6(a) to 6(c) indicate the polarization directions of the piezoelectric body .
  • + means that it is polarized from the third main surface 14a toward the fourth main surface 14b in the thickness direction.
  • - indicates that it is polarized in the opposite direction.
  • A indicates the first piezoelectric element 13A and the third piezoelectric element 13C
  • B indicates the second piezoelectric element 13B and the fourth piezoelectric element 13D.
  • the configuration for generating traveling waves is not limited to the configurations shown in FIGS. 6A to 6C, and various conventionally known configurations for generating traveling waves can be used.
  • the through hole 3c of the vibrating body 3 in the stator 2 has a non-circular shape in plan view, as in the present embodiment.
  • rotation of the stator 2 can be more reliably suppressed by the anti-rotation portion 22 of the stator fixing member 20 .
  • backlash can be suppressed while the ultrasonic motor 1 is rotationally driven, and the rotation angle accuracy can be enhanced.
  • the through hole 3c and the inner side surface 3d of the vibrating body 3 have a shape with a plurality of corners.
  • a shape having a plurality of corners is, specifically, a polygon or a shape in which the vertices of a polygon are curved.
  • a polygonal corner portion means a portion near a vertex.
  • the projection 24 of the anti-rotation portion 22 is in contact with the corner portion of the inner side surface 3 d of the vibrating body 3 . Thereby, the rotation of the stator 2 can be suppressed more reliably.
  • the ultrasonic motor 1 can be driven more reliably and stably, and the rotation angle accuracy can be improved.
  • the anti-rotation portion 22 is substantially pentagonal in plan view. More specifically, the anti-rotation portion 22 has five protrusions 24 .
  • the external shape of the portion between the plurality of protrusions 24 on the outer side surface 22a of the anti-rotation portion 22 is a partial shape of a pentagon. Therefore, in plan view, the outer shape of the portion of the outer surface 22a connected to the two projections 24 is linear.
  • the shape of the portion between the plurality of projections 24 on the outer side surface 22a is preferably a non-circular partial shape.
  • the shape of the portion of the outer surface 22a connected to the two projections 24 may be a curved shape in plan view.
  • the projection 24 extends outward from the outer side surface 22a of the detent 22 in plan view.
  • the projection 24 has a tip surface 24a located at the tip in a plan view.
  • the distal end surface 24a in this embodiment has a curved shape in plan view.
  • the tip surface 24a may have a linear shape in plan view.
  • the tip surface 24a may have a shape in which straight lines and curved lines are combined.
  • the projection 24 also extends in a direction parallel to the direction in which the shaft member 10 extends, that is, in the axial direction Z. It is preferable that the protrusion 24 is provided over the entirety of the anti-rotation portion 22 in the axial direction Z. As shown in FIG. Thereby, the rotation of the stator 2 can be effectively suppressed.
  • the stator fixing member 20 is made of resin.
  • the body portion 21 and the anti-rotation portion 22 of the stator fixing member 20 may be made of different materials.
  • At least the anti-rotation portion 22 is preferably made of resin.
  • the anti-rotation portion 22 is less likely to affect the vibration of the stator 2 . Therefore, it is possible to improve the accuracy of the rotation angle.
  • the stator fixing member 20 may be formed by insert molding, for example. Alternatively, after forming the anti-rotation portion 22 and the main body portion 21 separately, the anti-rotation portion 22 and the main body portion 21 may be joined.
  • the distance from the center of the anti-rotation portion 22 to the tip surface 24a of the projection 24 in plan view is defined as a first distance Lf
  • the distance from the center of the through hole 3c of the vibrating body 3 to the corner portion in plan view is defined as a first distance Lf.
  • a through hole 22c is preferably provided in the central portion of the anti-rotation portion 22 .
  • the through hole 22c is less likely to deform during the press-fitting.
  • the anti-rotation portion 22 is less likely to affect the rotation of the shaft member 10 . Therefore, the ultrasonic motor 1 can be driven more reliably and stably.
  • FIG. 7 is a front cross-sectional view showing the vicinity of the projection of the detent part in the second embodiment.
  • the state shown in FIG. 7 is a state in which the anti-rotation portion 32 is not inserted into the through hole 3c of the vibrating body 3.
  • the one-dot chain line in FIG. 7 shows the vibrating body 3 superimposed on the anti-rotation portion 32 and also shows the position of the through hole 3c of the vibrating body 3.
  • a two-dot chain line in FIG. 7 indicates a boundary between the first projecting portion 21a and the anti-rotation portion 32.
  • the direction in which the anti-rotation portion 32 extends from the main body portion 21 is parallel to the direction in which the shaft member 10 extends and the axial direction Z.
  • FIG. 1 the direction in which the anti-rotation portion 32 extends from the main body portion 21 is parallel to the direction in which the shaft member 10 extends and the axial direction Z.
  • This embodiment differs from the first embodiment in the shape of the tip surface 34a of the protrusion 34 of the anti-rotation portion 32. As shown in FIG. Except for the above points, the ultrasonic motor of this embodiment has the same configuration as the ultrasonic motor 1 of the first embodiment.
  • the tip surface 34a has an inclined portion.
  • the inclined portion is a portion that is inclined with respect to the direction in which the anti-rotation portion 32 extends from the main body portion 21, that is, the axial direction Z.
  • the inclined portion is inclined so as to approach the central side of the stator fixing member as it moves away from the main body portion 21 . That is, it is inclined so as to approach the axial center side of the through hole of the stator fixing member. Therefore, the distal end surface 34a is positioned inward in the direction perpendicular to the axial direction Z as it is separated from the main body portion 21 . Therefore, the farther away from the body portion 21, the shorter the first distance.
  • the anti-rotation portion 32 has a proximal end portion 32d and a distal end portion 32e. A direction connecting the proximal end portion 32d and the distal end portion 32e is parallel to the axial direction Z. As shown in FIG.
  • the base end portion 32d is the end portion on the main body portion 21 side. Lf2 ⁇ Ls ⁇ Lf1, where Lf1 is the first distance at the proximal end 32d and Lf2 is the first distance at the distal end 32e.
  • the anti-rotation portion 32 has a portion where the first distance is longer than the second distance and a portion where the first distance is shorter than the second distance.
  • the anti-rotation portion 32 is press-fitted into the through hole 3c of the vibrating body 3 from the tip portion 32e side.
  • Lf2 ⁇ Ls the anti-rotation portion 32 can be easily press-fitted into the through hole 3c, and the defect rate can be reduced. Therefore, productivity can be effectively improved.
  • Ls ⁇ Lf1 the frictional force between the anti-rotation portion 32 and the vibrating body 3 can be increased, and the rotation of the stator 2 can be effectively suppressed.
  • the ultrasonic motor can be miniaturized because no joints or screwing portions for fixing the stator 2 are required.
  • FIG. 8 is a perspective view showing the vicinity of the anti-rotation portion of the stator fixing member in the third embodiment.
  • This embodiment differs from the second embodiment in that a plurality of recesses 41f are provided near the boundary between the main body portion 41 of the stator fixing member and the anti-rotation portion 32 .
  • Each protrusion 34 extends toward the stator 2 from within each recess 41f. That is, each protrusion 34 extends in a direction parallel to the direction in which the shaft member 10 extends.
  • the ultrasonic motor of this embodiment has the same configuration as the ultrasonic motor of the second embodiment.
  • the vibrating body 3 When the anti-rotation portion 32 is press-fitted into the through hole 3c of the vibrating body 3, the vibrating body 3 actually scrapes the protrusions 34, which may result in small pieces.
  • the vibrating body 3 When the anti-rotation portion 32 is press-fitted into the through hole 3c, the vibrating body 3 relatively moves toward the main body portion 41 side. If a small piece is generated, the small piece will also move toward the main body 41 along with the movement of the vibrating body 3 . At this time, in this embodiment, the small piece can be stored in the concave portion 41f. As a result, it is possible to prevent the small piece from riding on the press-fitting reference surface 41b.
  • the ultrasonic motor can be driven more reliably and stably. Furthermore, in this embodiment, similarly to the second embodiment, the ultrasonic motor can be made smaller and the productivity can be improved.
  • a plurality of recesses 41f are provided in the first projecting portion 41a of the main body portion 41 of the stator fixing member.
  • the main body portion 41 may be provided with a plurality of recesses 41f.
  • the outer shape of the anti-rotation portion is substantially pentagonal in plan view, and the through hole of the vibrating body is pentagonal.
  • examples will be shown in which the outer shape of the anti-rotation portion or the shape of the through hole of the vibrating body, etc., are other than the above shapes.
  • FIG. 9 is a plan view showing the vicinity of the through-hole of the vibrator and the anti-rotation portion of the stator fixing member in the fourth embodiment.
  • This embodiment differs from the first embodiment in the shape of the through-hole 53c of the vibrating body 53 and the anti-rotation portion 52 in plan view. Except for the above points, the ultrasonic motor of this embodiment has the same configuration as the ultrasonic motor 1 of the first embodiment.
  • the through hole 53c of the vibrating body 53 is square in plan view.
  • the anti-rotation portion 52 has a substantially square shape in plan view. More specifically, the shape of the anti-rotation portion 52 in a plan view is a shape in which the vicinity of each vertex of a square protrudes outward. Therefore, the anti-rotation portion 52 has four protrusions 54 .
  • a tip surface 54a of the projection 54 has a linear shape in plan view. However, the tip surface 54a may have a curved shape in plan view, as in the first embodiment.
  • a projection 54 is in contact with a corner portion of the inner surface 53 d of the vibrating body 53 .
  • the through hole 22c of the anti-rotation portion 52 has a circular shape in plan view, as in the first embodiment.
  • This embodiment also does not require joints or screwing portions for fixing the stator 2, nor does it require members such as adhesives, brazing materials, or screws, so that the ultrasonic motor can be made smaller. And productivity can be improved.
  • the through hole 63c of the vibrating body 63 has a circular shape in plan view.
  • Through hole 63c does not have a corner portion.
  • the anti-rotation portion 62A has a substantially circular shape in plan view. More specifically, the shape of the anti-rotation portion 62A in a plan view is a circular shape in which a plurality of portions protrude outward.
  • four projections 24 are arranged dispersedly at every 90°.
  • the number of protrusions 24 is not limited to the above, and a plurality of protrusions 24 may be provided.
  • the tip surface 24 a of the projection 24 has a curved shape along the inner surface 63 d of the vibrating body 63 .
  • the through hole 53c of the vibrating body 53 is square in plan view, as in the fourth embodiment.
  • the anti-rotation portion 62A has a substantially circular shape in plan view, as in the first modification.
  • a projection 54 is in contact with a corner portion of the inner surface 53 d of the vibrating body 53 .
  • the through hole 63c of the vibrating body 63 has a circular shape in plan view, as in the first modification.
  • the anti-rotation portion 62B has a substantially square shape in plan view. More specifically, the shape of the anti-rotation portion 62B in plan view is a shape in which the vicinity of the central portion of each side of the square protrudes outward.
  • the anti-rotation portion 62B has four projections 24. As shown in FIG. Each protrusion 24 is provided at a portion corresponding to each side of the anti-rotation portion 62B.
  • the through-hole 62c of the anti-rotation portion 62B is square in plan view.
  • the through-hole 62c may have a non-circular shape in plan view.
  • the through hole 62c may be polygonal other than square, for example, in plan view.
  • the tip end surface 24a of the projection 24 has a curved shape, as in the first modification.
  • a fourth modification shown in FIG. 13 differs from the fourth embodiment only in the shape of a through hole 62c of a detent portion 62C. Therefore, the through hole 53c of the vibrating body 53 is square in plan view.
  • the anti-rotation portion 62C has a substantially square shape in plan view.
  • the through hole 62c of the anti-rotation portion 62C is square in plan view, as in the third modification.
  • First and second bearing parts 20 Stator fixing Member 21 Main body 21a, 21b First and second protrusions 22 Anti-rotation part 22a Outer surface 22c Through hole 24 Protrusion 24a Tip surface 32 Anti-rotation part 32d Base end 32e Tip Part 34...Protrusion 34a... Tip surface 41... Main body part 41a... First projecting part 41b... Press fitting reference surface 41f... Recessed part 52... Anti-rotation part 53... Vibrating body 53c... Through hole 53d... Inside surface 54... Projection 54a... Tip surface 62A to 62C Whirl-stop portion 62c Through hole 63 Vibrating body 63c Through hole 63d Inner surface

Landscapes

  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

小型にすることができ、かつ生産性を高めることができる、超音波モータを提供する。　本発明の超音波モータ１は、対向し合う第１の主面３ａ及び第２の主面３ｂと、第１の主面３ａ及び第２の主面３ｂが対向し合う方向に貫通している貫通孔３ｃと、貫通孔３ｃに定義される内側面３ｄとを含む板状の振動体３と、振動体３の第１の主面３ａ上に設けられている圧電素子とを有するステータ２と、振動体３の第２の主面３ｂに接触しているロータ４と、振動体３の第１の主面３ａ側に配置されている本体部２１と、本体部２１から振動体３側に延びている回り止め部２２とを有するステータ固定部材２０とを備える。回り止め部２２は、振動体３の内側面３ｄに当接している複数の突起２４を有する。

Description

超音波モータ
　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、基台の載置部の上面にステータが載置されている。ステータの上方にロータが配置されている。基台の挿入孔、ステータの貫通孔及びロータの挿入孔に、軸部材が挿通されている。なお、ステータは、基台の載置部に、ねじ留め、ろう付けまたは接着により固定されている。
特開平１０－２４８２７３号公報
　しかしながら、ステータを基台に、接着により固定する場合、固定の強度を高めるためには、接着する面積を広くする必要がある。ろう付けの場合にも同様である。さらに、ステータを基台に、ねじ留めにより固定する場合、ねじを締結するための面積が必要となる。そのため、上記のいずれの場合においても、超音波モータを小型にすることが困難となる。
　加えて、ステータを基台に、ねじ留め、ろう付けまたは接着により固定する場合、ねじ、ろうまたは接着剤という追加的な部材が必要となり、かつ工程数が増加するため、コストが高くなる。
　本発明の目的は、小型にすることができ、かつ生産性を高めることができる、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、前記貫通孔に定義される内側面と、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、前記回り止め部は、前記振動体の前記内側面に当接している複数の突起を有する。
　本発明に係る超音波モータによれば、小型にすることができ、かつ生産性を高めることができる。
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４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５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６（ａ）～図６（ｃ）は、本発明の第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７は、本発明の第２の実施形態における回り止め部の、突起付近を示す正面断面図である。 図８は、本発明の第３の実施形態におけるステータ固定部材の、回り止め部付近を示す斜視図である。 図９は、本発明の第４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１０は、本発明の第４の実施形態の第１の変形例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１１は、本発明の第４の実施形態の第２の変形例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１２は、本発明の第４の実施形態の第３の変形例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１３は、本発明の第４の実施形態の第４の変形例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。
　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２０、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。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に定義される内側面３ｄを有する。平面視において、貫通孔３ｃは五角形である。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、円形または楕円形、あるいは、正六角形、正八角形または正十角形などの正多角形などであってもよい。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２０は、本実施形態ではフランジである。ステータ固定部材２０は、本体部２１と、回り止め部２２とを有する。平面視において、本体部２１は円状の形状を有する。本体部２１は、振動体３の第１の主面３ａ側に配置されている。本体部２１の中央部には第１の突出部２１ａが設けられている。第１の突出部２１ａは、本体部２１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２１ａは、ケース５の内側に突出している。第１の突出部２１ａは円筒状である。なお、第１の突出部２１ａの形状は上記に限定されず筒状であればよい。第１の突出部２１ａは必ずしも設けられていなくともよい。
　第１の突出部２１ａから、回り止め部２２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２２は第１の突出部２１ａと一体として設けられている。回り止め部２２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２２は、ステータ２を固定し、ステータ２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。
　回り止め部２２は、外側面２２ａと、複数の突起２４とを含む。複数の突起２４は外側面２２ａに設けられている。複数の突起２４は振動体３の内側面３ｄに当接している。これにより、ステータ２の回転が抑制されている。回り止め部２２は、平面視において、略五角形である。より具体的には、回り止め部２２の平面視における形状は、正五角形の各頂点付近が外側に突出した形状である。
　回り止め部２２には貫通孔２２ｃが設けられている。平面視において、貫通孔２２ｃは円状の形状を有する。図１に示すように、回り止め部２２及び第１の突出部２１ａには、連続した１つの貫通孔が設けられている。貫通孔２２ｃ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２２の貫通孔２２ｃと重なっている。
　ステータ固定部材２０は樹脂からなる。もっとも、ステータ固定部材２０の材料は上記に限定されず、例えば、金属またはセラミックスを用いることもできる。ステータ固定部材２０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２２が複数の突起２４を有し、かつ複数の突起２４が振動体３の内側面３ｄに当接していることにある。すなわち、振動体３の貫通孔３ｃの形状に応じて回り止め部２２の突起２４を設けることにより、ステータ２を好適に固定することができる。そのため、ステータ２を固定するための接合部やねじ留め部などを要しない。よって、接合やねじ留めの工程を要しない。さらに、接着剤、ろう材またはねじなどの追加的な部材も要しない。従って、超音波モータ１を小型にすることができ、かつ生産性を高めることができる。
　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２０は第２の突出部２１ｂを有する。第２の突出部２１ｂは、本体部２１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２１ｂは円筒状の形状を有する。第２の突出部２１ｂ、第１の突出部２１ａ及び回り止め部２２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２１ｂの内径は、第１の突出部２１ａの内径及び回り止め部２２の内径よりも大きい。第２の突出部２１ｂ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２１ｂ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２０には、必ずしも第２の突出部２１ｂは設けられていなくともよい。例えば、ステータ固定部材２０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２０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２０がケース５の一部であることにより、超音波モータ１の小型化を効果的に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、軸方向Ｚから見たときに円形である。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。
　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４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５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。
　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６（ａ）～図６（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６（ａ）～図６（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６（ａ）には、三波の定在波Ｘが示されており、図６（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６（ｃ）に示す進行波が生じる。
　なお、図６（ａ）～図６（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６（ａ）～図６（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、平面視において、ステータ２における振動体３の貫通孔３ｃが非円状の形状を有することが好ましい。それによって、ステータ固定部材２０の回り止め部２２により、ステータ２の回転をより確実に抑制することができる。加えて、超音波モータ１の回転駆動中においてバックラッシュを抑制することができ、回転角精度を高めることができる。
　平面視において、振動体３の貫通孔３ｃ及び内側面３ｄが複数のコーナー部を有する形状であることがより好ましい。複数のコーナー部を有する形状とは、具体的には、多角形や、多角形の頂点が曲線状になっている形状などである。本明細書において多角形のコーナー部とは、頂点付近の部分をいう。振動体３の内側面３ｄにおけるコーナー部に、回り止め部２２の突起２４が当接していることがさらに好ましい。それによって、ステータ２の回転をより一層確実に抑制することができる。さらに、軸方向Ｚと直交する方向において、内側面３ｄ及び突起２４の間に過度の圧力が加えられていなくとも、上記回転を抑制できる。そのため、回り止め部２２の貫通孔２２ｃは変形し難い。これにより、回り止め部２２が、軸部材１０の回転に影響を及ぼし難い。従って、超音波モータ１を、より確実に安定的に駆動させることができ、回転角精度を高めることができる。
　図３に示すように、平面視において、回り止め部２２は略五角形である。より具体的には、回り止め部２２は５個の突起２４を有する。平面視において、回り止め部２２の外側面２２ａにおける、複数の突起２４間の部分の外形は五角形の一部の形状である。よって、平面視において、外側面２２ａにおける、２個の突起２４に接続されている部分の外形は直線状の形状である。このように、平面視において、外側面２２ａにおける複数の突起２４間の部分の形状は、非円形の一部の形状であることが好ましい。なお、この場合、平面視において、外側面２２ａにおける２個の突起２４に接続されている部分の形状は曲線状の形状であってもよい。上記構成を有することにより、ステータ２の回転を効果的に抑制することができる。さらに、超音波モータ１の回転駆動中においてバックラッシュを抑制することができる。
　突起２４は、平面視において、回り止め部２２の外側面２２ａから外側に向かい延びている。突起２４は、平面視において先端に位置する先端面２４ａを有する。本実施形態における先端面２４ａは、平面視において曲線状の形状を有する。もっとも、先端面２４ａは、平面視において直線状の形状を有していてもよい。先端面２４ａは、直線及び曲線が組み合わせられた形状を有していてもよい。
　突起２４は軸部材１０が延びる方向に平行な方向、すなわち軸方向Ｚにも延びている。突起２４は、回り止め部２２の、軸方向Ｚにおける全体にわたり設けられていることが好ましい。それによって、ステータ２の回転を効果的に抑制することができる。
　上記のように、ステータ固定部材２０は樹脂からなる。なお、ステータ固定部材２０の本体部２１及び回り止め部２２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２２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２２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。なお、回り止め部２２が樹脂からなり、かつ本体部２１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２０を形成してもよい。あるいは、回り止め部２２及び本体部２１を別々に形成した後に、回り止め部２２及び本体部２１を接合してもよい。
　ここで、平面視における回り止め部２２の中心から突起２４の先端面２４ａまでの距離を第１の距離Ｌｆとし、平面視における振動体３の貫通孔３ｃの中心からコーナー部までの距離を第２の距離Ｌｓとする。本実施形態では、回り止め部２２が貫通孔３ｃに挿通されていない状態においては、Ｌｆ＞Ｌｓである。この回り止め部２２が、振動体３の貫通孔３ｃに圧入されている。そのため、回り止め部２２の突起２４は、振動体３の内側面３ｄを押圧している。これにより、回り止め部２２及び振動体３の間の摩擦力を高めることができる。従って、ステータ２の回転を効果的に抑制することができる。
　回り止め部２２の中央部に貫通孔２２ｃが設けられていることが好ましい。それによって、上記圧入に際しても、貫通孔２２ｃが変形し難い。これにより、回り止め部２２が、軸部材１０の回転に影響を及ぼし難い。従って、超音波モータ１を、より確実に安定的に駆動させることができる。
　図７は、第２の実施形態における回り止め部の、突起付近を示す正面断面図である。図７に示す状態は、回り止め部３２が振動体３の貫通孔３ｃに挿通されていない状態である。図７中の一点鎖線により、振動体３を回り止め部３２に重ねて示し、かつ振動体３の貫通孔３ｃの位置も示す。図７中の二点鎖線は、第１の突出部２１ａ及び回り止め部３２の境界を示す。なお、回り止め部３２が本体部２１から延びる方向は、軸部材１０が延びる方向及び軸方向Ｚと平行であるとする。
　本実施形態は、回り止め部３２の突起３４の先端面３４ａの形状が第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。
　より具体的には、先端面３４ａは傾斜部を有する。傾斜部は、回り止め部３２が本体部２１から延びる方向、すなわち軸方向Ｚに対して傾斜している部分である。傾斜部は、本体部２１から離れるにつれて、ステータ固定部材の中央側に近づくように傾斜している。つまり、ステータ固定部材の貫通孔の軸心側に近づくように傾斜している。そのため、先端面３４ａは、本体部２１から離れるにつれて、軸方向Ｚと直交する方向における内側に位置している。よって、本体部２１から離れるほど第１の距離は短い。
　なお、回り止め部３２は基端部３２ｄ及び先端部３２ｅを有する。基端部３２ｄ及び先端部３２ｅを結ぶ方向は、軸方向Ｚと平行である。基端部３２ｄは本体部２１側の端部である。基端部３２ｄにおける第１の距離をＬｆ１、先端部３２ｅにおける第１の距離をＬｆ２としたときに、Ｌｆ２＜Ｌｓ＜Ｌｆ１である。このように、回り止め部３２は、第１の距離が第２の距離よりも長い部分、及び第１の距離が第２の距離よりも短い部分を有する。
　回り止め部３２は、先端部３２ｅ側から、振動体３の貫通孔３ｃに圧入される。上記のように、Ｌｆ２＜Ｌｓであるため、回り止め部３２を貫通孔３ｃに圧入し易く、不良率を低減することができる。従って、生産性を効果的に高めることができる。加えて、Ｌｓ＜Ｌｆ１であるため、回り止め部３２及び振動体３の間の摩擦力を高めることができ、ステータ２の回転を効果的に抑制することができる。さらに、第１の実施形態と同様に、ステータ２を固定するための接合部やねじ留め部を要しないため、超音波モータを小型にすることができる。
　図８は、第３の実施形態におけるステータ固定部材の、回り止め部付近を示す斜視図である。
　本実施形態は、ステータ固定部材の本体部４１と回り止め部３２との境界付近に、複数の凹部４１ｆが設けられている点において第２の実施形態と異なる。各凹部４１ｆ内から、ステータ２側に向かい、各突起３４が延びている。すなわち、各突起３４は、軸部材１０が延びる方向と平行な方向に延びている。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２の実施形態の超音波モータと同様の構成を有する。
　回り止め部３２を振動体３の貫通孔３ｃに圧入するに際し、実際には、振動体３により突起３４が削られることにより、小片が生じるおそれがある。回り止め部３２を貫通孔３ｃに圧入するに際し、振動体３は相対的に本体部４１側に移動する。小片が生じた場合、振動体３の上記移動と共に、小片も本体部４１側に移動することとなる。このとき、本実施形態においては、小片を凹部４１ｆに収納することができる。これにより、小片が圧入基準面４１ｂに乗り上げることを抑制することができる。よって、小片が本体部４１及びステータ２に挟み込まれることを抑制でき、超音波モータの組み立てに際し、直角度を高めることができる。従って、超音波モータをより確実に安定的に駆動させることができる。さらに、本実施形態においても、第２の実施形態と同様に、超音波モータを小型にすることができ、かつ生産性を高めることができる。
　本実施形態では、ステータ固定部材の本体部４１における第１の突出部４１ａに複数の凹部４１ｆが設けられている。もっとも、第１の突出部４１ａが設けられていない場合においても、本体部４１に複数の凹部４１ｆが設けられていてもよい。
　第１～第３の実施形態では、平面視において、回り止め部の外形が略五角形であり、振動体の貫通孔が五角形である例を示した。以下の第４の実施形態及びその変形例においては、回り止め部の外形または振動体の貫通孔の形状などが上記の形状以外である場合の例を示す。
　図９は、第４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。
　本実施形態は、平面視における振動体５３の貫通孔５３ｃ、及び回り止め部５２の形状が第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。
　振動体５３の貫通孔５３ｃは、平面視において正方形である。回り止め部５２は、平面視において略正方形である。より具体的には、回り止め部５２の平面視における形状は、正方形の各頂点付近が外側に突出した形状である。よって、回り止め部５２は４個の突起５４を有する。突起５４の先端面５４ａは、平面視において直線状の形状を有する。もっとも、先端面５４ａは、第１の実施形態と同様に、平面視において曲線状の形状を有していてもよい。振動体５３の内側面５３ｄにおけるコーナー部に、突起５４が当接している。なお、回り止め部５２の貫通孔２２ｃは、第１の実施形態と同様に、平面視において円状の形状を有する。
　本実施形態においても、ステータ２を固定するための接合部やねじ留め部を要さず、接着剤、ろう材またはねじなどの部材を要しないため、超音波モータを小型にすることができ、かつ生産性を高めることができる。
　以下において、本実施形態と、回り止め部の形状、突起の先端面の形状または振動体の貫通孔の形状のみが第４の実施形態と異なる、第４の実施形態の各変形例を示す。各変形例においても、第４の実施形態と同様に、超音波モータを小型にすることができかつ生産性を高めることができる。
　図１０に示す第１の変形例においては、振動体６３の貫通孔６３ｃは、平面視において円状の形状を有する。貫通孔６３ｃはコーナー部を有しない。回り止め部６２Ａは、平面視において略円状の形状を有する。より具体的には、回り止め部６２Ａの平面視における形状は、円形における複数の部分が外側に突出した形状である。本変形例の回り止め部６２Ａにおいては、４個の突起２４が９０°毎に分散配置されている。もっとも、突起２４の個数は上記に限定されず、複数の突起２４が設けられていればよい。なお、本変形例では、突起２４の先端面２４ａは、振動体６３の内側面６３ｄに沿う、曲面状の形状を有する。
　図１１に示す第２の変形例においては、振動体５３の貫通孔５３ｃは、第４の実施形態と同様に、平面視において正方形である。他方、回り止め部６２Ａは、第１の変形例と同様に、平面視において略円状の形状を有する。振動体５３の内側面５３ｄにおけるコーナー部に、突起５４が当接している。
　図１２に示す第３の変形例においては、振動体６３の貫通孔６３ｃは、第１の変形例と同様に、平面視において円状の形状を有する。他方、回り止め部６２Ｂは、平面視において略正方形状を有する。より具体的には、回り止め部６２Ｂの平面視における形状は、正方形の各辺の中央部付近が外側に突出した形状である。回り止め部６２Ｂは４個の突起２４を有する。各突起２４が、回り止め部６２Ｂの上記各辺に相当する部分に設けられている。回り止め部６２Ｂの貫通孔６２ｃは、平面視において正方形である。このように、貫通孔６２ｃは、平面視において非円状の形状を有していてもよい。貫通孔６２ｃは、平面視において、例えば、正方形以外の多角形であっていてもよい。なお、本変形例では、突起２４の先端面２４ａは、第１の変形例と同様に、曲面状の形状を有する。
　図１３に示す第４の変形例においては、回り止め部６２Ｃの貫通孔６２ｃの形状のみが、第４の実施形態と異なる。よって、振動体５３の貫通孔５３ｃは、平面視において正方形である。回り止め部６２Ｃは、平面視において略正方形状の形である。他方、回り止め部６２Ｃの貫通孔６２ｃは、第３の変形例と同様に、平面視において正方形である。
　上述の通り、例えば、図２に示すステータ固定部材２０に対するステータ２の回転を効果的に抑制する構造として、回り止め部２２の複数の突起２４が、振動体３の貫通孔３ｃに常温（２５±１０℃）で圧入された構造を述べてきた。もっとも、他の構造（不図示）として例えば、回り止め部２２の複数の突起２４が、振動体３の貫通孔３ｃ内に、複数の突起２４及び内側面３ｄの間に隙間が存在する状態において配置された後、加熱することで突起２４が熱変形して固定された構造であってもよい。また、回り止め部２２の複数の突起２４と振動体３の貫通孔３ｃが接着剤で固定された構造であってもよい。
　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
　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
　１６ｄ…内周端縁部
　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
　２０…ステータ固定部材
　２１…本体部
　２１ａ，２１ｂ…第１，第２の突出部
　２２…回り止め部
　２２ａ…外側面
　２２ｃ…貫通孔
　２４…突起
　２４ａ…先端面
　３２…回り止め部
　３２ｄ…基端部
　３２ｅ…先端部
　３４…突起 
　３４ａ…先端面
　４１…本体部
　４１ａ…第１の突出部
　４１ｂ…圧入基準面
　４１ｆ…凹部
　５２…回り止め部
　５３…振動体
　５３ｃ…貫通孔
　５３ｄ…内側面
　５４…突起
　５４ａ…先端面
　６２Ａ～６２Ｃ…回り止め部
　６２ｃ…貫通孔
　６３…振動体
　６３ｃ…貫通孔
　６３ｄ…内側面

Claims (8)

  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、前記貫通孔に定義される内側面と、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、
    　前記回り止め部は、前記振動体の前記内側面に当接している複数の突起を有する、超音波モータ。
  2. 　平面視において、前記振動体の前記貫通孔が非円状の形状を有する、請求項１に記載の超音波モータ。
  3. 　平面視において、前記振動体の前記内側面が複数のコーナー部を有する形状であり、前記内側面の前記コーナー部に、前記回り止め部の前記突起が当接している、請求項２に記載の超音波モータ。
  4. 　平面視において、前記回り止め部における前記複数の突起間の部分の形状が、非円形の一部の形状である、請求項１～３のいずれか１項に記載の超音波モータ。
  5. 　前記突起が、平面視において先端に位置する先端面を有し、
    　前記先端面が、前記回り止め部が前記本体部から延びる方向と平行な方向に対して傾斜している傾斜部を含み、
    　前記傾斜部において、前記本体部から離れるにつれて前記ステータ固定部材の中央側に近づくように、前記先端面が傾斜している、請求項１～４のいずれか１項に記載の超音波モータ。
  6. 　前記ステータ固定部材の前記本体部と前記回り止め部との境界付近に凹部が設けられており、前記凹部内から、前記ステータ側に向かい、前記突起が延びている、請求項１～５のいずれか１項に記載の超音波モータ。
  7. 　前記回り止め部が樹脂からなる、請求項１～６のいずれか１項に記載の超音波モータ。
  8. 　前記回り止め部の中央部に貫通孔が設けられており、該貫通孔に軸部材が挿通されている、請求項１～７のいずれか１項に記載の超音波モータ。
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