WO2023084972A1 - 超音波モータ - Google Patents

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WO2023084972A1
WO2023084972A1 PCT/JP2022/037799 JP2022037799W WO2023084972A1 WO 2023084972 A1 WO2023084972 A1 WO 2023084972A1 JP 2022037799 W JP2022037799 W JP 2022037799W WO 2023084972 A1 WO2023084972 A1 WO 2023084972A1
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WO
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case member
case
ultrasonic motor
shaft member
motor according
Prior art date
Application number
PCT/JP2022/037799
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
亜香里 橋本
英秋 樫浦
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
Priority to JP2023559489A priority Critical patent/JPWO2023084972A1/ja
Priority to CN202280062716.7A priority patent/CN118020245A/zh
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    • 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
    • H02N2/16—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors using travelling waves, i.e. Rayleigh surface waves

Definitions

  • the present invention relates to ultrasonic motors.
  • Patent Document 1 discloses an example of an ultrasonic motor.
  • a stator and a rotor are accommodated in a case composed of a base and a cover.
  • 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.
  • the angle of the rotation axis may deviate during manufacturing. Therefore, the characteristics of the ultrasonic motor may deteriorate. Also, it is difficult to sufficiently miniaturize the ultrasonic motor.
  • An object of the present invention is to provide an ultrasonic motor that can more reliably suppress the deviation of the angle of the shaft member and that can be miniaturized.
  • An ultrasonic motor includes a shaft member, first and second main surfaces facing each other, and side surfaces connected to the first and second main surfaces. and a first bearing portion that supports the shaft member; the first case member is arranged on the second main surface side of the first case member, A case constitutes a case together with the first case member, and has a cup-shaped portion including a bottom portion, a side wall portion connected to the bottom portion, and a second bearing portion supporting the shaft member.
  • a second case member a plate-like vibrating body disposed in the case and including a third principal surface and a fourth principal surface facing each other, and the third principal surface of the vibrating body a stator having a piezoelectric element provided thereon; and a rotor disposed within the case, fixed to the shaft member, and in contact with the fourth main surface of the vibrating body.
  • the ultrasonic motor according to the present invention it is possible to more reliably suppress the deviation of the angle of the shaft member, and to reduce the size.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of an ultrasonic motor according to a first embodiment of the invention.
  • FIG. 2 is a perspective view of a case according to the first embodiment of the invention.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view of the ultrasonic motor according to the first embodiment of the invention.
  • FIG. 4 is a perspective view of the first case member in the first embodiment of the invention.
  • FIG. 5 is a perspective view of a second case member according to the first embodiment of the invention.
  • FIG. 6 is a plan view of the stator in the first embodiment of the invention.
  • FIG. 7 is a front sectional view of the first piezoelectric element in the first embodiment of the invention.
  • FIG. 8(a) to 8(c) are schematic plan views of a stator for explaining traveling waves excited in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a front cross-sectional view showing the vicinity of the tip portion of the shaft member and an example of a positioning jig in the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a front cross-sectional view showing the vicinity of the distal end portion of the shaft member and an example of a positioning jig in a modified example of the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of an ultrasonic motor according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view of the case in the first embodiment.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view of the ultrasonic motor according to the first embodiment.
  • 1 is a cross-sectional view taken along line II in FIG.
  • 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 first case member 6 and a second case member 8.
  • the stator 2 and rotor 4 are in contact. More specifically, the stator 2 has a vibrating body 3 .
  • a rotor 4 is in contact with one main surface of the vibrating body 3 .
  • 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 .
  • the rotor 4 is fixed to the shaft member 10 . Therefore, as the rotor 4 rotates, the shaft member 10 rotates.
  • the axial direction Z is a direction connecting both main surfaces of the vibrating body 3 of the stator 2 and along the center of rotation.
  • the shaft member 10 extends parallel to the axial direction Z.
  • a direction viewed from the axial direction Z is referred to as planar view.
  • the planar view is the direction viewed from above in FIG. 1 .
  • a plan view is a direction viewed from the first case member 6 side to the second case member 8 side.
  • the inner side and the outer side refer to the inner side and the outer side with respect to the case 5 .
  • FIG. 4 is a perspective view of the first case member in the first embodiment.
  • the first case member 6 is a flange in this embodiment.
  • the first case member 6 has a plate-like portion 7A and a first bearing portion 18 .
  • the plate-like portion 7A includes a first main surface 7a, a second main surface 7b, and side surfaces 7d.
  • the first main surface 7a and the second main surface 7b face each other.
  • the first main surface 7a is located outside the case 5 .
  • a first projecting portion 7B and a second projecting portion 7C are provided in the central portion of the plate-like portion 7A.
  • the first protruding portion 7B protrudes outside the case 5 from the plate-like portion 7A.
  • the second protruding portion 7C protrudes inside the case 5 from the plate-like portion 7A.
  • the first projecting portion 7B and the second projecting portion 7C extend in the axial direction Z. As shown in FIG.
  • the first protrusion 7B and the second protrusion 7C are cylindrical.
  • the shapes of the first projecting portion 7B and the second projecting portion 7C are not limited to those described above, and may be cylindrical.
  • a single continuous through hole 7c is provided in the first projecting portion 7B and the second projecting portion 7C.
  • the inner diameter of the first protrusion 7B is larger than the inner diameter of the second protrusion 7C.
  • a first bearing portion 18 is provided in the first projecting portion 7B.
  • the shaft member 10 is inserted through the first bearing portion 18 .
  • the shaft member 10 protrudes outside the case 5 through the first bearing portion 18 .
  • the first case member 6 may not be provided with the second projecting portion 7C.
  • the first case member 6 further has a mounting portion 7D.
  • the mounting portion 7D protrudes in a direction orthogonal to the axial direction Z from the plate-like portion 7A.
  • the ultrasonic motor 1 is attached to the outside at the attachment portion 7D.
  • the plate-like portion 7A has a disk-like shape.
  • the shape of the plate-like portion 7A is not limited to a disc shape.
  • the first case member 6 does not necessarily have the mounting portion 7D.
  • the plate-like portion 7A, the first projecting portion 7B, the second projecting portion 7C, and the mounting portion 7D of the first case member 6 are made of resin.
  • the material of each portion of the first case member 6 is not limited to resin, and metal or ceramics, for example, can also be used.
  • the second case member 8 is arranged on the second main surface 7b side of the first case member 6 .
  • the second case member 8 has a cup-shaped portion 9A and a second bearing portion 19 .
  • the cup-shaped portion 9A includes a bottom portion 9a and side wall portions 9b. Side wall portion 9b is connected to bottom portion 9a.
  • the cup-shaped portion 9A includes an opening 9f.
  • the opening 9f is surrounded by the bottom 9a and the side walls 9b.
  • a projecting portion 9B is provided in the central portion of the bottom portion 9a.
  • the protruding portion 9B protrudes outside the case 5 from the bottom portion 9a.
  • the projecting portion 9B is cylindrical.
  • the shape of the projecting portion 9B is not limited to the above, and may be any shape as long as it is cylindrical.
  • a second bearing portion 19 is provided in the projecting portion 9B.
  • the shaft member 10 is inserted through the second bearing portion 19 .
  • the shaft member 10 protrudes outside the case 5 through the second bearing portion 19 .
  • metal, ceramics, resin, or the like can be used for example.
  • first bearing portion 18 and the second bearing portion 19 sliding bearings made of resin are preferably used.
  • the material of the first bearing portion 18 and the second bearing portion 19 is not limited to resin.
  • the first bearing portion 18 and the second bearing portion 19 are not limited to sliding bearings, and may be bearings, for example.
  • FIG. 5 is a perspective view of the second case member in the first embodiment.
  • the side wall portion 9b of the second case member 8 has four support portions 9d.
  • Each support portion 9d is a portion of the side wall portion 9b that protrudes inward (toward the center of the shaft member).
  • Each support portion 9 d supports the first case member 6 .
  • each support portion 9d is a cut-and-raised portion.
  • the cut-and-raised portion is a portion of the side wall portion 9b cut and raised from the outside to the inside.
  • the side wall portion 9b has four fixing portions 9e.
  • Each fixing portion 9e of the second case member 8 fixes the first case member 6 by a caulking structure, which will be described later.
  • Each fixing portion 9e has a structure in which a part of the opening end of the side wall portion 9b is bent inward.
  • each fixing portion 9e of the present embodiment is formed by partially bending the opening end of the side wall portion 9b by a caulking structure.
  • the inner side of the configuration of the support portion 9d and the fixed portion 9e refers to the inner side of the case 5 in the direction orthogonal to the axial direction Z. As shown in FIG. Note that the configurations of the supporting portion 9d and the fixing portion 9e are not limited to the above.
  • the first case member 6 is fixed by a caulking structure using each fixing portion 9e. More specifically, in plan view, the plurality of supporting portions 9d and the plurality of fixing portions 9e overlap each other. The plate-like portion 7A of the first case member 6 is sandwiched between the fixed portion 9e and the support portion 9d. Thereby, the first case member 6 is fixed to the second case member 8 .
  • a feature of this embodiment is that the side wall portion 9b of the second case member 8 has at least three supporting portions 9d and at least three fixing portions 9e, and the fixing portions 9e provide the first support portion 9e. case member 6 is fixed. As a result, the deviation of the angle of the shaft member 10 can be suppressed more reliably, and the size can be reduced. This is explained below.
  • the first case member 6 is fixed to the second case member 8 while the shaft member 10 is inserted through the first case member 6 and the second case member 8.
  • the case 5 is formed.
  • a force is applied in the axial direction Z in a direction to bring the first case member 6 and the second case member 8 into close contact with each other.
  • the first case member 6 is supported by three or more support portions 9d, the posture of the first case member 6 can be stabilized.
  • the posture of the shaft member 10 can also be stabilized, and the inclination of the shaft member 10 can be suppressed.
  • the first case member 6 is fixed by three or more fixing portions 9e, force can be applied uniformly.
  • the perpendicularity is the perpendicularity to the reference plane of the first case member 6 .
  • the reference surface of the first case member 6 may be the first main surface 7a or the second main surface 7b of the plate-like portion 7A.
  • the first case member 6 is fixed by the second case member 8 by a caulking structure. Therefore, it is not necessary to screw the first case member 6 and the second case member 8 together. Therefore, the ultrasonic motor 1 can be made low-profile and miniaturized.
  • 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 18 from the outside in the axial direction Z. As shown in FIG. Thereby, deviation of the angle 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.
  • FIG. 6 is a plan view of the stator in the first embodiment.
  • the stator 2 has a vibrating body 3.
  • the vibrating body 3 is disc-shaped.
  • the vibrating body 3 has a third main surface 3a and a fourth main surface 3b.
  • the third main surface 3a and the fourth main surface 3b face each other.
  • a through hole 3c is provided in the central portion of the vibrating body 3 .
  • the second projecting portion 7C of the first case member 6 is inserted through the through hole 3c.
  • the position of the through hole 3c is not limited to the above.
  • 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 is not particularly limited, and may be, for example, a circular shape, an elliptical shape, 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.
  • a plurality of piezoelectric elements are provided on the third 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 with the axis interposed therebetween.
  • the second piezoelectric element 13B and the fourth piezoelectric element 13D face each other across the axis.
  • FIG. 7 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 fifth principal surface 14a and a sixth principal surface 14b.
  • the fifth main surface 14a and the sixth 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 fifth main surface 14a of the piezoelectric body 14, and a second electrode 15B is provided on the sixth 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 third 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.
  • a plurality of projections 3e are provided on the fourth 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 fourth 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 in the axial direction Z from other portions of the fourth main surface 3b, when a traveling wave is generated in the vibrating body 3, the tips of the plurality of protrusions 3e are displaced further. do.
  • the rotor 4 is in contact with the protrusion 3e on the fourth main surface 3b. 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.
  • the rotor 4 is disc-shaped. As shown in FIG. 1, a through-hole 4c is provided in the central portion of the rotor 4. As shown in FIG. However, the position of the through hole 4c is not limited to the above. The through hole 4c may be located in a region including the center in the axial direction. Furthermore, 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 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.
  • 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.
  • 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 19 side of the elastic member 12 . More specifically, the spring member 16 of this embodiment is a leaf spring made of metal. A through hole 16 c is provided in the central portion of the spring member 16 . The shaft member 10 is inserted through the through hole 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.
  • 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. 8(a) to 8(c) are schematic plan views of the stator for explaining traveling waves excited in the first embodiment.
  • FIGS. 8(a) to 8(c) in the gray scale, the closer to black, the greater the stress in one direction, and the closer to white, the greater the stress in the other direction.
  • FIG. 8(a) shows a three-wave standing wave X
  • FIG. 8(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 synthesized to generate a traveling wave shown in FIG. 8(c).
  • A+, A-, B+, and B- in FIGS. 8(a) to 8(c) indicate the polarization directions of the piezoelectric body .
  • + means that it is polarized from the fifth main surface 14a toward the sixth 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. 8A to 8C, and various known configurations for generating traveling waves can be used.
  • the plurality of fixing portions 9e of the second case member 8 be evenly arranged in plan view. Thereby, when fixing the first case member 6 to the second case member 8, force can be applied more uniformly. In addition, the first case member 6 can be evenly fixed. As a result, it is possible to more reliably suppress positional deviation and inclination of the first case member 6 with respect to the second case member 8 , and to more reliably suppress angular deviation of the shaft member 10 .
  • the plurality of support portions 9d of the second case member 8 are evenly arranged. Thereby, when fixing the first case member 6 to the second case member 8, the first case member 6 can be more stably supported. Therefore, it is possible to more reliably suppress the deviation of the angle of the shaft member 10 .
  • the plurality of supporting portions 9d and the plurality of fixing portions 9e overlap each other.
  • the force applied to the first case member 6 from each fixing portion 9e can be effectively distributed to each supporting portion 9d. can be done. Therefore, the first case member 6 can be stably fixed to the second case member 8 .
  • the width of the support portion 9d is 2.3 mm.
  • the width of the fixing portion 9e is 2 mm.
  • the width of each of the supporting portion 9d and the fixing portion 9e is the dimension of each of the supporting portion 9d and the fixing portion 9e along the circumferential direction of the side wall portion 9b of the second case member 8 in plan view.
  • the width of the supporting portion 9d is wider than the width of the fixing portion 9e.
  • the first case member 6 has a pair of mounting portions 7D.
  • a pair of mounting portions 7D face each other with the plate-like portion 7A interposed therebetween.
  • the plate-like portion 7A is positioned within the opening 9f of the second case member 8.
  • the mounting portion 7D extends outside the second case member 8.
  • the side wall portion 9b of the second case member 8 is provided with a notch portion 9g. The mounting portion 7D extends outside the second case member 8 from the notch portion 9g.
  • the ultrasonic motor 1 is attached to the outside at the attachment portion 7D.
  • the mounting portion 7D may be screwed to the outside, or may be joined to the outside with an adhesive or the like. Note that the number and arrangement of the mounting portions 7D are not limited to the above. One mounting portion 7D may be provided, or three or more mounting portions 7D may be provided.
  • the plurality of fixing portions 9e of the second case member 8 are not located outside the mounting portion 7D in the axial direction Z. More specifically, it is preferable that the plurality of fixing portions 9e be located inside the mounting portion 7D in the axial direction Z. As shown in FIG. Alternatively, it is preferable that the positions in the axial direction Z of the plurality of fixing portions 9e and the mounting portions 7D are the same. Thereby, when fixing the first case member 6 to the second case member 8, a force can be applied easily and uniformly. Therefore, the perpendicularity of the shaft member 10 can be easily increased. In addition, the ultrasonic motor 1 can be easily attached to the outside at the attachment portion 7D. Therefore, it is possible to improve the accuracy of attaching the ultrasonic motor 1 to the outside.
  • the positions in the axial direction Z of the outer peripheral edge of the first main surface 7a of the plate-like portion 7A and the portion of the mounting portion 7D that contacts the outside are the same. be.
  • the vicinity of the portion of the outer peripheral edge that contacts each fixing portion 9e of the second case member 8 is recessed.
  • the portions in contact with the fixed portions 9e are located inside the portions of the mounting portion 7D in contact with the outside in the axial direction Z. As shown in FIG. With such a configuration, it is possible to more reliably prevent the plurality of fixing portions 9e of the second case member 8 from being positioned outside the mounting portion 7D in the axial direction Z.
  • the first case member 6 is preferably fixed by the second case member 8 with a caulking structure.
  • the first case member 6 when fixing the first case member 6 to the second case member 8, the first case member 6 is moved in a direction corresponding to the inner side of the case 5 from the first main surface 7a side. , can apply force uniformly.
  • displacement and inclination of the first case member 6 with respect to the second case member 8 can be more reliably suppressed. Therefore, the squareness of the shaft member 10 can be increased more reliably. Therefore, it is possible to more reliably suppress the deviation of the angle of the shaft member 10 .
  • productivity since the first case member 6 and the second case member 8 do not need to be fastened with screws, productivity can be improved.
  • the ultrasonic motor 1 can be made low and compact.
  • the fixation of the first case member 6 is not limited to the fixation by the caulking structure.
  • the plurality of fixed portions 9e of the second case member 8 may be portions fixing the first case member 6 with an adhesive, and the first case member 6 is fixed with welding. It can be part.
  • the first case member 6 may be press-fitted into the second case member 8 .
  • the side surface 7d of the plate-like portion 7A of the first case member 6 may have three or more projections projecting outward in the direction orthogonal to the axial direction Z.
  • the plurality of fixing portions 9e are portions of the side wall portion 9b that are in contact with the plurality of protrusions of the plate-like portion 7A.
  • the side wall portion 9b of the second case member 8 may have three or more projections for fixing the first case member 6 by press fitting.
  • the convex portion protrudes inward in a direction perpendicular to the axial direction Z from the side wall portion 9b.
  • the convex portion is the fixing portion 9e.
  • the fixing portion 9e only needs to fix at least one of the first main surface 7a and the side surface 7d of the plate-like portion 7A.
  • each of the plurality of support portions 9d of the second case member 8 is a cut-and-raised portion. More specifically, the support portions 9d and the side wall portions 9b are integrally formed, and the second case member 8 has an opening 9h surrounded by the support portions 9d and the side wall portions 9b. As a result, it is possible to prevent the support portion 9d from peeling off from the side wall portion 9b, and to increase the dimension of the support portion 9d along the direction orthogonal to the axial direction Z. As shown in FIG. Therefore, the first case member 6 can be supported more reliably. In addition, the support portion 9d can be easily provided. Therefore, it is possible to improve productivity and to more reliably suppress the deviation of the angle of the shaft member 10 .
  • the support portion 9d may be provided separately from the side wall portion 9b.
  • the materials of the support portion 9d and the side wall portion 9b may be different from each other, and the support portion 9d may be joined to the side wall portion 9b.
  • FIG. 9 is a front cross-sectional view showing the vicinity of the tip of the shaft member and an example of a positioning jig in the second embodiment.
  • This embodiment differs from the first embodiment in that one end 20a of the shaft member 20 has a conical shape. 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 drawings and reference numerals used in the description of the first embodiment are used to describe the portions of the ultrasonic motor other than the shaft member 20 .
  • the conical shape also includes the case where the tip has a curved surface.
  • An end portion 20a shown in FIG. 9 is an end portion of the shaft member 20 on the second case member 8 side.
  • the conical shape of the end portion 20a facilitates positioning of the ultrasonic motor.
  • a jig 29 shown in FIG. 9 is provided with a conical recess 29c.
  • the shaft member 20 can be positioned easily and more reliably when the case 5 is formed. Therefore, the squareness of the shaft member 20 can be increased more reliably and effectively.
  • the side wall portion 9b of the second case member 8 includes at least three supporting portions 9d and at least three fixing portions 9e. , and the first case member 6 is fixed by a plurality of fixing portions 9e. Therefore, the deviation of the angle of the shaft member 20 can be effectively suppressed.
  • the shape of the end portion 20a of the shaft member 20 is not limited to a conical shape, and may be a pyramid shape. Furthermore, at least one of both end portions of the shaft member 20 may have a conical shape. Therefore, the end portion of the shaft member 20 on the side of the first case member 6 may have a conical shape.
  • the end 20a of the shaft member 20 is convex.
  • the end portion 20a may be concave.
  • the end 30a of the shaft member 30 has a conical recess 30c.
  • the tip 30b of the shaft member 30 is provided with a recess 30c.
  • the recess 30c is conical.
  • the recess 30c may be pyramidal.
  • a jig 39 shown in FIG. 10 is provided with a conical projection 39a.
  • the shaft member 30 since it is not necessary to provide the shaft member 30 with a convex portion, the shaft member 30 can be shortened. Therefore, the ultrasonic motor can be made low-profile and miniaturized.

Landscapes

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

Abstract

軸部材の角度のずれをより確実に抑制することができ、かつ小型化することができる、超音波モータを提供する。　本発明の超音波モータ１は、軸部材１０と、第１，第２の主面７ａ，７ｂと、第１，第２の主面７ａ，７ｂに接続されている側面７ｄとを含む板状部７Ａと、軸部材１０を支持している第１の軸受け部１８とを有する、第１のケース部材６と、第１のケース部材６の第２の主面７ｂ側に配置されており、第１のケース部材６と共にケース５を構成しており、底部９ａと、底部９ａに接続されている側壁部９ｂとを含むカップ状部９Ａと、軸部材１０を支持している第２の軸受け部１９とを有する、第２のケース部材８と、ケース５内に配置されており、対向し合う第３，第４の主面３ａ，３ｂを含む板状の振動体３と、振動体３の第３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、ケース５内に配置されており、軸部材１０に固定されており、振動体３の第４の主面３ｂに接触しているロータ４とを備える。第２のケース部材８の側壁部９ｂが、内側に突出しており、第１のケース部材６の第２の主面７ｂを支持している少なくとも３つの複数の支持部９ｄと、第１のケース部材６の第１の主面７ａ及び側面７ｄのうち少なくとも一方を固定している、少なくとも３つの複数の固定部９ｅとを有する。

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、基台及びカバーにより構成されたケース内に、ステータ及びロータが収納されている。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
　特許文献１に記載のような超音波モータにおいては、製造時などにおいて、回転軸の角度にずれが生じる場合がある。そのため、超音波モータの特性が劣化するおそれがある。また、超音波モータの十分な小型化は困難である。
　本発明の目的は、軸部材の角度のずれをより確実に抑制することができ、かつ小型化することができる、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、軸部材と、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の主面に接続されている側面とを含む板状部と、前記軸部材を支持している第１の軸受け部とを有する、第１のケース部材と、前記第１のケース部材の前記第２の主面側に配置されており、前記第１のケース部材と共にケースを構成しており、底部と、前記底部に接続されている側壁部とを含むカップ状部と、前記軸部材を支持している第２の軸受け部とを有する、第２のケース部材と、前記ケース内に配置されており、対向し合う第３の主面及び第４の主面を含む板状の振動体と、前記振動体の前記第３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、前記ケース内に配置されており、前記軸部材に固定されており、前記振動体の前記第４の主面に接触しているロータとを備え、前記第２のケース部材の前記側壁部が、内側に突出しており、前記第１のケース部材の前記第２の主面を支持している少なくとも３つの複数の支持部と、前記第１のケース部材の前記第１の主面及び前記側面のうち少なくとも一方を固定している、少なくとも３つの複数の固定部とを有する。
　本発明に係る超音波モータによれば、軸部材の角度のずれをより確実に抑制することができ、かつ小型化することができる。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る超音波モータの断面図である。 図２は、本発明の第１の実施形態におけるケースの斜視図である。 図３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４は、本発明の第１の実施形態における第１のケース部材の斜視図である。 図５は、本発明の第１の実施形態における第２のケース部材の斜視図である。 図６は、本発明の第１の実施形態におけるステータの平面図である。 図７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８（ａ）～図８（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、ステータの模式的平面図である。 図９は、本発明の第２の実施形態における軸部材の先端部付近、及び位置決めの治具の例を示す正面断面図である。 図１０は、本発明の第２の実施形態の変形例における軸部材の先端部付近、及び位置決めの治具の例を示す正面断面図である。
　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断面図である。図２は、第１の実施形態におけるケースの斜視図である。図３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。なお、図１は、図２中のＩ－Ｉ線に沿う断面図である。
　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。図２に示すように、ケース５は、第１のケース部材６及び第２のケース部材８により構成されている。図１に戻り、ステータ２とロータ４とは接触している。より具体的には、ステータ２は振動体３を有する。振動体３の一方主面にロータ４が接触している。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は軸部材１０に固定されている。よって、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。本明細書において軸方向Ｚとは、ステータ２の振動体３の両主面を結ぶ方向であって、回転中心に沿う方向をいう。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、平面視と記載する。なお、平面視は、図１における上方から見る方向である。例えば、第１のケース部材６側から第２のケース部材８側に見る方向が平面視である。さらに、本明細書において内側及び外側とは、ケース５を基準とした内側及び外側である。
　図４は、第１の実施形態における第１のケース部材の斜視図である。
　第１のケース部材６は、本実施形態ではフランジである。第１のケース部材６は、板状部７Ａと、第１の軸受け部１８とを有する。板状部７Ａは、第１の主面７ａと、第２の主面７ｂと、側面７ｄとを含む。第１の主面７ａ及び第２の主面７ｂは互いに対向している。第１の主面７ａはケース５における外側に位置している。図１に示すように、板状部７Ａの中央部には、第１の突出部７Ｂ及び第２の突出部７Ｃが設けられている。第１の突出部７Ｂは、板状部７Ａから、ケース５の外側に突出している。第２の突出部７Ｃは、板状部７Ａから、ケース５の内側に突出している。第１の突出部７Ｂ及び第２の突出部７Ｃは軸方向Ｚに延びている。第１の突出部７Ｂ及び第２の突出部７Ｃは円筒状である。なお、第１の突出部７Ｂ及び第２の突出部７Ｃ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７Ｂ及び第２の突出部７Ｃに、連続した１つの貫通孔７ｃが設けられている。第１の突出部７Ｂの内径は、第２の突出部７Ｃの内径よりも大きい。第１の突出部７Ｂ内に第１の軸受け部１８が設けられている。軸部材１０は第１の軸受け部１８に挿通されている。軸部材１０は、第１の軸受け部１８を通り、ケース５の外側に突出している。なお、第１のケース部材６には、第２の突出部７Ｃは設けられていなくともよい。
　図３に示すように、第１のケース部材６は取り付け部７Ｄをさらに有する。取り付け部７Ｄは、板状部７Ａから、軸方向Ｚと直交する方向に突出している。超音波モータ１は、取り付け部７Ｄにおいて外部に取り付けられる。本実施形態では、板状部７Ａは円板状の形状を有する。もっとも、板状部７Ａの形状は円板状には限定されない。第１のケース部材６は、取り付け部７Ｄを必ずしも有していなくともよい。
　第１のケース部材６の板状部７Ａ、第１の突出部７Ｂ、第２の突出部７Ｃ及び取り付け部７Ｄは樹脂からなる。もっとも、第１のケース部材６の上記各部分の材料は樹脂に限定されず、例えば、金属またはセラミックスを用いることもできる。
　第２のケース部材８は、第１のケース部材６の第２の主面７ｂ側に配置されている。第２のケース部材８は、カップ状部９Ａと、第２の軸受け部１９とを有する。カップ状部９Ａは、底部９ａと、側壁部９ｂとを含む。側壁部９ｂは底部９ａに接続されている。図１に示すように、カップ状部９Ａは開口部９ｆを含む。開口部９ｆは、底部９ａ及び側壁部９ｂにより囲まれている。底部９ａの中央部には突出部９Ｂが設けられている。突出部９Ｂは、底部９ａからケース５の外側に突出している。突出部９Ｂは円筒状である。なお、突出部９Ｂの形状は上記に限定されず、筒状であればよい。
　突出部９Ｂ内に第２の軸受け部１９が設けられている。軸部材１０は、第２の軸受け部１９に挿通されている。軸部材１０は、第２の軸受け部１９を通り、ケース５の外側に突出している。第２のケース部材８のカップ状部９Ａ及び突出部９Ｂ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。
　第１の軸受け部１８及び第２の軸受け部１９としては、樹脂からなる滑り軸受けが好適に用いられる。もっとも、第１の軸受け部１８及び第２の軸受け部１９の材料は樹脂には限定されない。さらに、第１の軸受け部１８及び第２の軸受け部１９は滑り軸受けには限定されず、例えば、ベアリングなどであってもよい。
　図５は、第１の実施形態における第２のケース部材の斜視図である。
　第２のケース部材８における側壁部９ｂは、４つの支持部９ｄを有する。各支持部９ｄは、側壁部９ｂにおいて、内側（軸部材中心側）に突出している部分である。各支持部９ｄは、第１のケース部材６を支持している。本実施形態では、各支持部９ｄは切り起こし部である。切り起こし部とは、側壁部９ｂが外側から内側に切り起こされた部分である。さらに、側壁部９ｂは、４つの固定部９ｅを有する。第２のケース部材８の各固定部９ｅは、後述するかしめ構造によって第１のケース部材６を固定している。各固定部９ｅは、側壁部９ｂの開口端の一部が、内側に折り曲げられた構成を有する。より詳細には、超音波モータ１の製造に際し、本実施形態の各固定部９ｅは、かしめ構造によって側壁部９ｂの開口端の一部が折り曲げられることにより形成されている。ここでいう、支持部９ｄ及び固定部９ｅの構成を示す内側とは、軸方向Ｚと直交する方向における、ケース５の内側をいう。なお、支持部９ｄ及び固定部９ｅの構成は上記に限定されない。
　図１に示すように、第１のケース部材６は、各固定部９ｅによるかしめ構造により固定されている。より詳細には、平面視において、複数の支持部９ｄ及び複数の固定部９ｅが重なっている。固定部９ｅ及び支持部９ｄによって、第１のケース部材６の板状部７Ａが挟まれている。これにより、第１のケース部材６が第２のケース部材８に固定されている。
　本実施形態の特徴は、第２のケース部材８の側壁部９ｂが、少なくとも３つの複数の支持部９ｄと、少なくとも３つの複数の固定部９ｅとを有し、複数の固定部９ｅにより第１のケース部材６が固定されていることにある。それによって、軸部材１０の角度のずれをより確実に抑制することができ、かつ小型化することができる。これを以下において説明する。
　超音波モータ１の製造時においては、軸部材１０を第１のケース部材６及び第２のケース部材８に挿通させた状態において、第１のケース部材６を第２のケース部材８に固定することにより、ケース５を形成する。この固定に際しては、第１のケース部材６及び第２のケース部材８を、軸方向Ｚにおいて互いに密着させる方向に力が加えられる。このとき、３つ以上の支持部９ｄによって第１のケース部材６が支持されるため、第１のケース部材６の姿勢を安定化することができる。これに伴い、軸部材１０の姿勢も安定化させることができ、軸部材１０の傾きを抑制することができる。加えて、３つ以上の固定部９ｅにより第１のケース部材６の固定を行うため、力を均一に加えることができる。これにより、第１のケース部材６の第２のケース部材８に対する位置ずれ及び傾きを、より確実に抑制することができる。よって、軸部材１０の直角度をより確実に高めることができる。従って、軸部材１０の角度のずれをより確実に抑制することができる。なお、直角度とは、第１のケース部材６の基準面に対する直角度である。第１のケース部材６の基準面は、板状部７Ａの第１の主面７ａであってもよく、第２の主面７ｂであってもよい。
　さらに、本実施形態においては、第１のケース部材６が、第２のケース部材８によって、かしめ構造により固定されている。そのため、第１のケース部材６及び第２のケース部材８のねじ留めなどを要しない。従って、超音波モータ１を低背化することができ、小型化することができる。
　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、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１８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の角度の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。
　図６は、第１の実施形態におけるステータの平面図である。
　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３の主面３ａ及び第４の主面３ｂを有する。第３の主面３ａ及び第４の主面３ｂは互いに対向している。振動体３の中央部には貫通孔３ｃが設けられている。貫通孔３ｃには、第１のケース部材６の第２の突出部７Ｃが挿通されている。
　なお、貫通孔３ｃの位置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の形状は特に限定されず、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。
　振動体３の第３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は軸を挟んで対向し合っている。第２の圧電素子１３Ｂ及び第４の圧電素子１３Ｄは軸を挟んで対向し合っている。
　図７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５の主面１４ａ及び第６の主面１４ｂを有する。第５の主面１４ａ及び第６の主面１４ｂは対向し合っている。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５の主面１４ａ上に第１の電極１５Ａが設けられており、第６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３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。
　図３に示すように、振動体３の第４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４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４の主面３ｂの他の部分から軸方向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。そして、第４の主面３ｂにおける突起部３ｅにロータ４が接触している。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。
　ロータ４は円板状である。図１に示すように、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。
　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。
　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。
　弾性部材１２の第２の軸受け部１９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、貫通孔１６ｃが設けられている。貫通孔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。
　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、ステータの模式的平面図である。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５の主面１４ａから第６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５に示すように、平面視において、第２のケース部材８の複数の固定部９ｅが均等に配置されていることが好ましい。それによって、第１のケース部材６を第２のケース部材８に固定するに際し、力をより一層均一に加えることができる。加えて、第１のケース部材６を均等に固定することができる。それによって、第１のケース部材６の第２のケース部材８に対する位置ずれ及び傾きをより一層確実に抑制することができ、軸部材１０の角度のずれをより一層確実に抑制することができる。
　平面視において、第２のケース部材８の複数の支持部９ｄが均等に配置されていることが好ましい。それによって、第１のケース部材６を第２のケース部材８に固定する際に、第１のケース部材６をより一層安定して支持することができる。従って、軸部材１０の角度のずれをより一層確実に抑制することができる。
　平面視において、複数の支持部９ｄ及び複数の固定部９ｅが重なっていることが好ましい。この場合には、第１のケース部材６を第２のケース部材８に固定するに際し、各固定部９ｅから第１のケース部材６に加わる力を、各支持部９ｄに効果的に分散させることができる。従って、第１のケース部材６を第２のケース部材８に安定して固定することができる。
　本実施形態においては、支持部９ｄの幅は２．３ｍｍである。固定部９ｅの幅は２ｍｍである。なお、支持部９ｄ及び固定部９ｅのそれぞれの幅は、平面視における、第２のケース部材８の側壁部９ｂの周回方向に沿う、支持部９ｄ及び固定部９ｅのそれぞれの寸法である。このように、支持部９ｄの幅が、固定部９ｅの幅よりも広いことが好ましい。それによって、第１のケース部材６を第２のケース部材８に固定するに際し、各固定部９ｅから第１のケース部材６に加わる力を、各支持部９ｄに、より一層分散させることができる。従って、第１のケース部材６を第２のケース部材８に、より一層安定して固定することができる。
　ところで、図２に示すように、第１のケース部材６は１対の取り付け部７Ｄを有する。１対の取り付け部７Ｄは、板状部７Ａを挟み互いに対向している。図１に示すように、板状部７Ａは、第２のケース部材８の開口部９ｆ内に位置している。他方、図２に戻り、取り付け部７Ｄは第２のケース部材８の外側に延びている。より具体的には、第２のケース部材８の側壁部９ｂには切り欠き部９ｇが設けられている。取り付け部７Ｄは、切り欠き部９ｇから第２のケース部材８の外側に延びている。
　超音波モータ１は、取り付け部７Ｄにおいて外部に取り付けられる。例えば、取り付け部７Ｄにおいて、外部にねじ留めされてもよく、あるいは、接着剤等により外部に接合されてもよい。なお、取り付け部７Ｄの個数及び配置は上記に限定されない。１個の取り付け部７Ｄが設けられていてもよく、３個以上の取り付け部７Ｄが設けられていてもよい。
　軸方向Ｚにおいて、第２のケース部材８の複数の固定部９ｅが、取り付け部７Ｄよりも外側に位置していないことが好ましい。より具体的には、軸方向Ｚにおいて、複数の固定部９ｅが取り付け部７Ｄよりも内側に位置することが好ましい。または、複数の固定部９ｅ及び取り付け部７Ｄの軸方向Ｚにおける位置が同じであることが好ましい。これにより、第１のケース部材６を第２のケース部材８に固定するに際し、容易に均一に力を加えることができる。よって、軸部材１０の直角度を容易に高めることができる。加えて、超音波モータ１を、取り付け部７Ｄにおいて外部に容易に取り付けることができる。よって、超音波モータ１を外部に取り付ける際の精度を高めることができる。
　図２及び図４に示すように、本実施形態においては、板状部７Ａの第１の主面７ａにおける外周縁、及び取り付け部７Ｄの外部に接触する部分の軸方向Ｚにおける位置は同じである。なお、該外周縁における、第２のケース部材８の各固定部９ｅに接触する部分付近が凹状となっている。このように、第１のケース部材６において、各固定部９ｅに接触する部分は、軸方向Ｚにおいて、取り付け部７Ｄにおける外部に接触する部分よりも内側に位置することが好ましい。このような構成とすることにより、軸方向Ｚにおいて、第２のケース部材８の複数の固定部９ｅを、より確実に、取り付け部７Ｄよりも外側に位置しないようにすることができる。
　上記のように、第１のケース部材６は、第２のケース部材８によって、かしめ構造により固定されていることが好ましい。この場合には、第１のケース部材６を第２のケース部材８に固定するに際し、第１のケース部材６に対して、第１の主面７ａ側からケース５の内側に相当する方向に、均一に力を加えることができる。これにより、第１のケース部材６の第２のケース部材８に対する位置ずれ及び傾きを、より一層確実に抑制することができる。よって、軸部材１０の直角度をより一層確実に高めることができる。従って、軸部材１０の角度のずれをより一層確実に抑制することができる。加えて、第１のケース部材６及び第２のケース部材８のねじ留めなどを要しないため、生産性を高めることができる。さらに、超音波モータ１を低背化することができ、小型化することができる。
　もっとも、第１のケース部材６の固定は、かしめ構造による固定には限定されない。例えば、第２のケース部材８の複数の固定部９ｅは、接着剤により第１のケース部材６を固定している部分であってもよく、溶接により第１のケース部材６を固定している部分であってもよい。
　さらに、第１のケース部材６は、第２のケース部材８に圧入されていてもよい。例えば、第１のケース部材６における板状部７Ａの側面７ｄが、軸方向Ｚに直交する方向における外側に突出した３つ以上の凸部を有していてもよい。この場合、複数の固定部９ｅは、側壁部９ｂにおける、板状部７Ａの複数の凸部に当接している部分である。あるいは、第２のケース部材８の側壁部９ｂが、第１のケース部材６を圧入により固定するための３つ以上の凸部を有していてもよい。該凸部は、側壁部９ｂから軸方向Ｚに直交する方向における内側に突出している。この場合、該凸部が固定部９ｅである。本発明においては、固定部９ｅは、板状部７Ａの第１の主面７ａ及び側面７ｄのうち少なくとも一方を固定していればよい。
　図５に示すように、第２のケース部材８の複数の支持部９ｄがそれぞれ、切り起こし部であることが好ましい。より具体的には、各支持部９ｄ及び側壁部９ｂは一体として構成されており、かつ第２のケース部材８は、支持部９ｄ及び側壁部９ｂにより囲まれた開口部９ｈを有する。それによって、支持部９ｄが側壁部９ｂから剥離することを抑制することができ、かつ支持部９ｄの軸方向Ｚと直交する方向に沿う寸法を大きくすることができる。よって、第１のケース部材６をより一層確実に支持することができる。加えて、支持部９ｄを容易に設けることができる。従って、生産性を高めることができ、かつ軸部材１０の角度のずれをより一層確実に抑制することができる。
　もっとも、支持部９ｄは、側壁部９ｂと別体として設けられていてもよい。支持部９ｄ及び側壁部９ｂの材料が互いに異なっていてもよく、支持部９ｄが側壁部９ｂに接合されていてもよい。
　図９は、第２の実施形態における軸部材の先端部付近、及び位置決めの治具の例を示す正面断面図である。
　本実施形態は、軸部材２０の一方の端部２０ａが錐状の形状を有する点において第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。超音波モータの軸部材２０以外の部分の説明には、第１の実施形態の説明に用いた図面及び符号を援用する。なお、本明細書において、錐状は、先端が曲面状である場合も含む。
　図９に示す端部２０ａは、軸部材２０の第２のケース部材８側の端部である。端部２０ａが錐状の形状を有することにより、超音波モータの位置決めを容易に行うことができる。例えば、図９に示す治具２９には、円錐状の凹部２９ｃが設けられている。この凹部２９ｃ及び端部２０ａを互いに嵌合させることにより、ケース５を形成するに際し、軸部材２０の位置決めを容易に、かつより確実に行うことができる。よって、軸部材２０の直角度をより確実に、効果的に高めることができる。加えて、図１に示すように、第１の実施形態と同様に、第２のケース部材８の側壁部９ｂが、少なくとも３つの複数の支持部９ｄと、少なくとも３つの複数の固定部９ｅとを有し、複数の固定部９ｅにより第１のケース部材６が固定されている。従って、軸部材２０の角度のずれを効果的に抑制することができる。
　なお、軸部材２０の端部２０ａの形状は円錐状に限定されず、角錐状であってもよい。さらに、軸部材２０の両端部のうち少なくとも一方が錐状の形状を有していればよい。よって、軸部材２０の第１のケース部材６側の端部が錐状の形状を有していてもよい。
　本実施形態においては、軸部材２０の端部２０ａは凸状となっている。もっとも、端部２０ａは凹状となっていてもよい。例えば、図１０に示す第２の実施形態の変形例においては、軸部材３０の端部３０ａは錐状の凹部３０ｃを有する。より具体的には、軸部材３０の先端３０ｂに凹部３０ｃが設けられている。凹部３０ｃは円錐状である。もっとも、凹部３０ｃは角錐状であってもよい。例えば、図１０に示す治具３９には、円錐状の凸部３９ａが設けられている。この凸部３９ａ及び凹部３０ｃを互いに嵌合させることにより、軸部材３０の位置決めを容易に、かつより確実に行うことができる。よって、軸部材３０の直角度をより確実に、効果的に高めることができる。従って、軸部材３０の角度のずれを効果的に抑制することができる。
　加えて、軸部材３０に凸部を設ける必要がないため、軸部材３０を短くすることができる。従って、超音波モータを低背化することができ、小型化することができる。
　１…超音波モータ
　２…ステータ
　３…振動体
　３ａ，３ｂ…第３，第４の主面
　３ｃ…貫通孔
　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…第１のケース部材
　７Ａ…板状部
　７Ｂ，７Ｃ…第１，第２の突出部
　７Ｄ…取り付け部
　７ａ，７ｂ…第１，第２の主面
　７ｃ…貫通孔
　７ｄ…側面
　８…第２のケース部材
　９Ａ…カップ状部
　９Ｂ…突出部
　９ａ…底部
　９ｂ…側壁部
　９ｄ…支持部
　９ｅ…固定部
　９ｆ…開口部
　９ｇ…切り欠き部
　９ｈ…開口部
　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５，第６の主面
　１５Ａ，１５Ｂ…第１，第２の電極
　１６…バネ部材
　１６ｃ…貫通孔
　１７…止め輪
　１８，１９…第１，第２の軸受け部
　２０…軸部材
　２０ａ…端部
　２９…治具
　２９ｃ…凹部
　３０…軸部材
　３０ａ…端部
　３０ｂ…先端
　３０ｃ…凹部
　３９…治具
　３９ａ…凸部

Claims (10)

  1. 　軸部材と、
    　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の主面に接続されている側面と、を含む板状部と、前記軸部材を支持している第１の軸受け部と、を有する、第１のケース部材と、
    　前記第１のケース部材の前記第２の主面側に配置されており、前記第１のケース部材と共にケースを構成しており、底部と、前記底部に接続されている側壁部と、を含むカップ状部と、前記軸部材を支持している第２の軸受け部と、を有する、第２のケース部材と、
    　前記ケース内に配置されており、対向し合う第３の主面及び第４の主面を含む板状の振動体と、前記振動体の前記第３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、
    　前記ケース内に配置されており、前記軸部材に固定されており、前記振動体の前記第４の主面に接触しているロータと、
    を備え、
    　前記第２のケース部材の前記側壁部が、内側に突出しており、前記第１のケース部材の前記第２の主面を支持している少なくとも３つの複数の支持部と、前記第１のケース部材の前記第１の主面及び前記側面のうち少なくとも一方を固定している、少なくとも３つの複数の固定部と、を有する、超音波モータ。
  2. 　平面視において、前記第２のケース部材の前記複数の固定部が均等に配置されている、請求項１に記載の超音波モータ。
  3. 　前記第１のケース部材が、外部に取り付けられる取り付け部を有し、
    　前記軸部材が延びる方向において、前記第２のケース部材の前記複数の固定部が、前記取り付け部よりも外側に位置していない、請求項１または２に記載の超音波モータ。
  4. 　平面視において、前記複数の支持部及び前記複数の固定部が重なっている、請求項１～３のいずれか１項に記載の超音波モータ。
  5. 　平面視における、前記第２のケース部材の前記側壁部の周回方向に沿う、前記支持部及び前記固定部のそれぞれの寸法を、前記支持部及び前記固定部のそれぞれの幅としたときに、前記支持部の幅が、前記固定部の幅よりも広い、請求項１～４のいずれか１項に記載の超音波モータ。
  6. 　前記第１のケース部材が、前記第２のケース部材によって、かしめ構造により固定されている、請求項１～５のいずれか１項に記載の超音波モータ。
  7. 　前記第２のケース部材の前記複数の支持部がそれぞれ、前記側壁部が外側から内側に切り起こされた切り起こし部である、請求項１～６のいずれか１項に記載の超音波モータ。
  8. 　前記第１の軸受け部及び前記第２の軸受け部が樹脂からなる滑り軸受けである、請求項１～７のいずれか１項に記載の超音波モータ。
  9. 　前記軸部材の一方の端部が錐状の形状を有する、請求項１～８のいずれか１項に記載の超音波モータ。
  10. 　前記軸部材の一方の先端に、錐状の凹部が設けられている、請求項１～８のいずれか１項に記載の超音波モータ。
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