(57)【要約】【課題】  ステータとロータの圧接面における偏磨耗を抑制して異常回転を防止し、寿命を長くすることが可能な超音波モータを提供する。【解決手段】  圧電体１３及び多数の櫛歯１２１を円周配列した櫛歯体１２で構成されるステータ１と、櫛歯１２１に圧接されるロータ２とを備え、ロータ２は櫛歯１２１に圧接される面に櫛歯１２１の径方向の寸法よりも小さい幅の突条体２２Ａを有する。突条体２２Ａは櫛歯１２１の圧接面の領域内で円周方向に沿って径方向の位置が変化されている。ロータ２の回転時に突条体２２Ａは櫛歯１２１に対して径方向に変位されながら圧接されるため、ロータ２とステータ１の圧接面での磨耗はステータ１の圧接面のほぼ全面にわたって生じ、圧接面における偏磨耗の発生が防止され、寿命を高める。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電体及び多数の櫛歯を円周配列した櫛歯体で構成される円形をしたステータと、回転軸に支持されて前記櫛歯に圧接される円形のロータとを備える超音波モータであって、前記ロータは前記櫛歯に圧接される面に当該櫛歯の径方向の寸法よりも小さい幅の突条体を有し、当該突条体は円周方向に沿って径方向の位置が変化されていることを特徴とする超音波モータ。
【請求項２】
前記突条体の径方向の幅寸法は前記櫛歯との圧接により所定の摩擦力となるように設定されていることを特徴とする請求項１に記載の超音波モータ。
【請求項３】
前記突条体は櫛歯の外周面と内周面に接する部分を含む前記櫛歯の径方向の全領域にわたって設けられることを特徴とする請求項２に記載の超音波モータ。
【請求項４】
前記突条体は前記回転軸に対して偏心した円形状であることを特徴とする請求項３に記載の超音波モータ。
【請求項５】
前記突条体は楕円形状であることを特徴とする請求項３に記載の超音波モータ。
【請求項６】
前記突条体は円周方向に複数に等分した各部分において櫛歯の外周面に接し、これらの箇所を連続する直線部分において櫛歯の内周面に接していることを特徴とする請求項３に記載の超音波モータ。
【請求項７】
前記突条体は円周方向を複数の領域に区分し、各区分の径方向の位置が異なる円弧で構成したことを特徴とする請求項３に記載の超音波モータ。
【請求項８】
前記突条体は渦巻状であることを特徴とする請求項３に記載の超音波モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は超音波モータに関し、特にステータとロータの接触部の磨耗による寿命の向上を図った超音波モータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
超音波モータは、複数の圧電体を円周配置したステータと、このステータに所定の圧力で当接した回転可能な円板状あるいは円環状のロータとで構成され、ステータの圧電体に高周波電圧を印加して圧電体を振動させ、この振動を圧電体と一体的に設けた櫛歯体によって円周方向に拡大させて櫛歯体を円周方向に向けて進行波動作させることで、圧電体に摩擦係合しているロータを軸回り方向に回転動作させるものである。そのため、ステータに対してロータを圧接させるための構成が必要であり、この圧力源として従来からバネ手段を用いた超音波モータが提案されている。
【０００３】
例えば、図２は本発明にかかる超音波モータの断面図であるが、この図２を参照して概略構成を説明すると、円板状の台座１１の下側に円周方向に複数の櫛歯１２１を配列した短円筒容器状の櫛歯体１２が一体に設けられており、この櫛歯体１２の上面には円周方向に複数に分極された円形薄板状の圧電体１３が一体的に搭載され、これら圧電体１３と櫛歯体１２とでステータ１が構成される。また、圧電体１３にはフレキシブル基板１４を介して高周波電圧が印加されるようになっている。前記台座１１の中心の軸穴１１２内には円筒状のスリーブ１５が固定され、このスリーブ１５内にはボールベアリング１７が内装され、このボールベアリング１７によって回転軸３が軸支される。この回転軸３には、周壁部２１の上端面が前記櫛歯体１２の各櫛歯１２１に当接された短円筒状をしたロータ２が取着されている。また、スリーブ１５の下端部と前記ボールベアリング１７との軸方向の間に圧縮コイルスプリング１６が介挿され、この圧縮コイルスプリング１６の軸方向の弾性力によってボールベアリング１７及び回転軸３を付勢してロータ２をステータ１の櫛歯１２１に圧接させている。
【０００４】
この超音波モータでは、フレキシブル基板１４を通して圧電体１３に高周波電圧を印加すると、圧電体１３が振動し、これと一体の櫛歯体１２が振動し、円周方向に配列されている複数の櫛歯１２１が円周方向に変位される。そのため、櫛歯１２１に当接しているロータ２の周壁部２１が摩擦力によって円周方向に移動され、ロータ２及びこれと一体の回転軸３が回転駆動される。
【０００５】
また、ステータにロータを圧接させるバネ力を得るために、特許文献１に提案されている超音波モータは、短円筒状をしたロータの周壁部で囲まれる円形のディスク部を薄肉の皿ばねとして形成し、このディスク部で得られるばね力を利用してロータの周壁部をステータの櫛歯部に当接する構成がとられている。この特許文献１によればコイルスプリングが不要になるため、超音波モータの薄型化を実現する上で有利である。
【特許文献１】特開２０００−６０１５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図２を参照して説明した従来の超音波モータ及び特許文献１の超音波モータのいずれも、互いに圧接されるステータ１の櫛歯１２１とロータ２の周壁部２１の各圧接面において、ロータ２の周壁部２１の圧接面の径方向の幅寸法がステータ１の櫛歯体１２の圧接面の径方向の幅寸法よりも小さくされている。例えば、従来では図１０（ａ），（ｂ）に斜視図と平面図を示すように、ロータ２の周壁部２１の圧接面に、周壁部２１と同心の円形（円環状）をした突条体２２を突設し、この突条体２２の端面を圧接面として櫛歯体１２の櫛歯１２１に圧接させている。これはロータ２とステータ１との圧接面における摩擦力を所定値に設定するために、ロータ２の圧接面の幅寸法をステータ１の圧接面の幅寸法よりも小さくし、ロータ２側の圧接面の幅寸法で摩擦力を設定しているためである。これは同時にロータ２をステータ１に組み付けた際の部品公差や組立公差からロータ２がステータ１に対して径方向にずれた場合でもロータ２の圧接面の全面が確実にステータ１の圧接面に圧接させるようにするためでもある。
【０００７】
このように、ロータ２に突条体２２を設けて圧接面の幅寸法をステータ１の櫛歯１２１の圧接面の幅寸法よりも小さくすると、図１１（ａ）に示すように、櫛歯１２１の圧接面はその径方向（幅方向）の一部においてのみロータ２の突条体２２の圧接面と常時圧接されることになり、櫛歯１２１の圧接面はこの圧接した部分のみが磨耗されることになる。この結果、図１１（ｂ）に示すように、櫛歯１２１の圧接面の一部に突条体２２との圧接によって偏磨耗された凹部ないし溝Ｘが発生してしまい、ロータ２とステータ１の各圧接面が正常な状態で圧接しなくなり、両者の摩擦力が変化して回転ムラや偏心回転等の異常回転を起こす要因になり、ひいては超音波モータの寿命が短くなるという問題が生じる。
【０００８】
本発明の目的は、ステータとロータの圧接面における偏磨耗を抑制して異常回転を防止し、かつ寿命を長くすることが可能な超音波モータを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、圧電体及び多数の櫛歯を円周配列した櫛歯体で構成される円形をしたステータと、回転軸に支持されて前記櫛歯に圧接される円形のロータとを備える超音波モータであって、ロータは櫛歯に圧接される面に当該櫛歯の径方向の寸法よりも小さい幅の突条体を有し、当該突条体は円周方向に沿って径方向の位置が変化されていることを特徴とする。
【００１０】
ここで、突条体の径方向の幅寸法は櫛歯との圧接により所定の摩擦力となるように設定される。ここで、突条体は櫛歯の外周面と内周面に接する部分を含み、櫛歯の径方向の全領域にわたって配設される。例えば、突条体は回転軸に対して偏心した円形状とする。あるいは、突条体は楕円形状とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ロータが回転されるときロータの突条体の圧接面はステータの櫛歯の圧接面に対して径方向に変位されながらステータの櫛歯の圧接面に圧接された状態で回転されるため、突条体はステータの圧接面のほぼ全面に摺接しながら回転されることになり、ロータとステータの圧接面によって生じる磨耗はステータの圧接面のほぼ全面にわたって生じ、ステータの圧接面における偏磨耗の発生が防止される。これにより、異常回転が防止され、超音波モータの寿命を高めることが可能になる。
【実施例１】
【００１２】
次に、本発明の実施例を図面を参照して説明する。図１は本発明の実施例１の超音波モータの斜視図、図２はその縦断面図である。また、図３は部分分解斜視図である。これらの図において、モータ取付用の取付穴１１１を有する円板状の台座１１の下側に円周方向に複数の櫛歯１２１を配列した短円筒容器状の櫛歯体１２が一体に設けられており、この櫛歯体１２の上面には円周方向に複数に分極された円形薄板状の圧電体１３が一体的に搭載され、これら圧電体１３と櫛歯体１２とでステータ１が構成される。また、圧電体１３にはフレキシブル基板１４を介して高周波電圧が印加されるようになっている。前記台座１１の中心には軸穴１１２が開口され、内周面に円筒状のスリーブ１５が固定されている。また、このスリーブ１５内にはボールベアリング１７が内装され、このボールベアリング１７によって回転軸３が軸支され、ワッシャ３１により抜け止めされる。この回転軸３には、周壁部２１の上端面が前記櫛歯体１２の各櫛歯１２１に当接された短円筒状をしたロータ２が取着されている。また、スリーブ１５の下端部と前記ボールベアリング１７との軸方向の間に圧縮コイルスプリング１６が介挿されており、この圧縮コイルスプリング１６の軸方向の弾性力によってボールベアリング１７及びこれを支持している回転軸３を上方向に付勢し、この付勢力でロータ２をステータ１の櫛歯１２１に圧接させている。
【００１３】
前記圧電体１３は図には表れないが円周方向に分極パターンが形成されており、各分極パターンはそれぞれ櫛歯体１２に対向位置された状態で櫛歯体１２の上面に接着等によって一体化されている。また、図には表れないが圧電体１３の上面には圧電体１３に電圧を印加するための電極が設けられており、前記フレキシブル基板１４はこの電極に電気接続され、当該フレシキブル基板１４を介して前記圧電体１３に所定の高周波電圧を印加する。
【００１４】
図４（ａ），（ｂ）は前記ロータ２の拡大斜視図と平面図である。ロータ２の周壁部２１は円筒状に形成されており、したがってその端面も円環状に形成され、この端面の外径寸法と内径寸法はそれぞれ櫛歯１２１の端面の外径寸法と内径寸法に略等しく形成されているが、当該端面には軸方向に突出した突条体２２Ａが一体に形成されており、この突条体２２Ａの端面が圧接面として形成されている。この実施例１では前記突条体２２Ａは径方向の幅寸法が一定で、櫛歯１２１の圧接面との摩擦力が所定値となるように設計されている。また、当該突条体２２Ａを軸方向から見たときの形状は円形をした周壁部２１とほぼ同型の円形であるが、その中心はロータ２の中心よりも若干寸法だけ一方向に変位された偏心円として形成されている。すなわち、ロータ２の中心軸方向から見て、突条体２２Ａの中心を偏心させた方向に沿った一方側において突条体２２Ａの外面は周壁部２１の外周面に接し、反対側において突条体２２Ａの内面が周壁部２１の内周面と接するように偏心されている。換言すれば、周壁部２１の外周面と内周面が櫛歯１２１の圧接面での外周面と内周面にそれぞれ径方向に等しくなるように構成した場合には、突条体２２Ａの外面は櫛歯１２１の外周面に接し、反対側において突条体２２Ａの内面が櫛歯１２１の内周面と接するように偏心されることになる。
【００１５】
この超音波モータでは、フレキシブル基板１４を通して圧電体１３に周波数２０ＫＨｚ以上の超音波領域の高周波電圧を印加し、円周方向に分極した圧電体１３を板厚方向に振動させる。この圧電体１３の振動は一体化されている櫛歯体１２に伝達されて櫛歯体１２は板厚方向に振動され、さらに櫛歯体１２のこの振動は円周方向に分離されている櫛歯１２１によって円周方向に変位が拡大された振動に変換される。そのため、櫛歯１２１の圧接面に圧接して摩擦係合しているロータ２の周壁部２１は櫛歯１２１の板厚方向及び円周方向の変位に伴って摩擦駆動され、ロータ２は回転駆動される。このロータ２の回転は回転軸３に伝達され、この回転軸３の回転力は図には表れない歯車等の伝達機構を介して外部機器を回転駆動する。
【００１６】
この超音波モータの回転動作において、ロータ２の突条体２２Ａの圧接面は圧縮コイルスプリング１６のスプリング力によってステータ１の櫛歯１２１の圧接面に圧接されており、この状態でロータ２が回転される。図５（ａ）は当該突条体２２Ａと櫛歯１２１の両圧接面の圧接状態を示す断面図である。この実施例１では、突条体２２Ａは周壁部２１に偏心して設けられており、これは同時にステータ１の櫛歯１２１の圧接面に対して偏心されているので、ロータ２の回転に伴って突条体２２Ａは同図に矢印で示すように櫛歯１２１の圧接面に対して径方向に変位されながら圧接されることになり、突条体２２Ａは櫛歯１２１の圧接面のほぼ全面に摺接しながら回転される。これにより、ロータ２の突条体２２Ａと櫛歯１２１の圧接面において生じる磨耗は、図５（ｂ）に示すように櫛歯１２１の圧接面のほぼ全面にわたって生じることになり、櫛歯１２１の圧接面において偏磨耗が生じることはなく、これにより、異常回転が防止され、超音波モータの寿命を高めることが可能になる。
【実施例２】
【００１７】
図６（ａ），（ｂ）は実施例２の超音波モータのロータの斜視図と平面図である。実施例２ではロータ２に設ける突条体２２Ｂは径方向の幅寸法が一定で、ステータ１の櫛歯１２１の圧接面との摩擦力が所定値となるように設計されていることは実施例１と同じであるが、当該突条体２２Ｂを軸方向から見たときの形状は楕円形に形成されており、その長径方向の外周面はロータ２の前記周壁部２１の外径寸法にほぼ等しく、また短径方向の内周面はロータ２の周壁部２１の内径寸法にほぼ等しくされている。換言すれば、突条体２２Ｂの長径方向の外面は周壁部２１の外周面に接し、短径方向の内面は周壁部２１の内周面に接する構成とされている。換言すれば、突条体２２Ｂの長径方向の外面は櫛歯１２１の外周面に接し、短径方向の内面は櫛歯１２１の内周面に接する構成となる。
【００１８】
実施例２においても、ロータ２の回転に伴って突条体２２Ｂはステータ１の櫛歯１２１の圧接面に対して径方向に変位されるため、突条体２２Ｂは櫛歯１２１の圧接面のほぼ全面に摺接しながら回転される。これにより、ロータ２とステータ１の圧接面によって生じる磨耗はステータ１の圧接面のほぼ全面にわたって生じることになり、ステータ１の圧接面における偏磨耗の発生が防止される。これにより、異常回転が防止され、超音波モータの寿命を高めることができる。
【実施例３】
【００１９】
図７（ａ），（ｂ）は実施例３の超音波モータのロータの斜視図と平面図である。実施例３は、突条体２２Ｃを周方向に４等分した４箇所において当該突条体２２Ｃの外面と内面をそれぞれロータ２の周壁部２１の外周面と内周面、換言すれば櫛歯１２１の外周面と内周面に接した部分を有し、これらの部分を直線又は曲線で連続させた構成としている。すなわち、突条体２２Ｃの外面を円周４箇所の部分において櫛歯１２１の外周面に接し、これら４つの部分を直線で連続させ、しかもこの直線部分ではそれぞれ突条体２２Ｃの内面が櫛歯１２１の内周面に接する形状としている。この構成では、ロータ２の回転に伴って突条体２２Ｃは櫛歯１２１の圧接面に対して径方向に変位されるため、突条体２２Ｃは櫛歯１２１の圧接面のほぼ全面に摺接しながら回転される。これにより、ロータ２とステータ１の圧接面によって生じる磨耗はステータ１の圧接面のほぼ全面にわたって生じることになり、ステータ１の圧接面における偏磨耗の発生が防止される。これにより、異常回転が防止され、超音波モータの寿命を高めることができる。
【実施例４】
【００２０】
図８（ａ），（ｂ）は実施例４の超音波モータのロータの斜視図と平面図である。実施例４では突条体２２Ｄの外面を周方向に８等分した８箇所において周壁部２１の外周面に接し、また、これら８箇所の中間部分において突条体２２Ｃの内面を周壁部２１の内周面に接し、これらの合計１６箇所の部分をそれぞれ直線で連続させた花弁状の形状としている。これにより、ロータ２の回転に伴って突条体２２Ｄは櫛歯１２１の圧接面に対して径方向に変位されながら櫛歯１２１の圧接面のほぼ全面に摺接しながら回転される。これにより、ロータ２とステータ１の圧接面によって生じる磨耗はステータ１の圧接面のほぼ全面にわたって生じることになり、ステータ１の圧接面における偏磨耗の発生が防止される。これにより、異常回転が防止され、超音波モータの寿命を高めることができる。
【実施例５】
【００２１】
本発明にかかる突条体の形状は実施例１〜４に限られるものではなく、他の構成であってもよい。例えば、実施例５として、図９（ａ）は突条体２２Ｄを円周方向に１２の領域に等分し、各領域における突条体の径方向の位置を相違させたものである。ここでは、周壁部２１の外周面に接する領域から内周面に接する領域にわたって径方向に３つの領域に区分し、各領域にそれぞれ分割した突条体２２Ｄの各一部を配設することで、突条体２２Ｄが円周方向及び径方向に順序的に異なる区分領域に配設されるようにしたものである。また、図９（ｂ）は突条体２２Ｅを一端において外面が周壁部２１の外周面に接し、他端において内面が周壁部２１の内周面に接するように渦巻状に形成したものである。このような突条体２２Ｄ，２２Ｅにおいても実施例１〜４と同様の作用効果を得ることができる。
【００２２】
本発明の突条体は、ロータの回転に伴って突条体がステータ、すなわち櫛歯体の圧接面の全面にわたって均等に摺接される構成であれば適用可能である。特に、突条体がロータの中心に対して対称で、かつロータが櫛歯に対して１回転するときに、突条体が櫛歯の圧接面に圧接する領域が径方向に均等に圧接する構成であれば適用可能である。
【００２３】
本発明は特許文献１のようにロータの圧接面での圧接力を得るためにディスク部にバネ性を持たせたロータを備える超音波モータについても同様にしてロータとステータとの圧接面に本発明にかかる突条を設けることで同様な作用効果を得ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】実施例の超音波モータの外観斜視図である。
【図２】図１の超音波モータの軸方向の断面図である。
【図３】図１の超音波モータの部分分解斜視図である。
【図４】実施例１のロータの斜視図と平面図である。
【図５】突条体と櫛歯の圧接面での磨耗状態を示す断面図である。
【図６】実施例２のロータの斜視図と平面図である。
【図７】実施例３のロータの斜視図と平面図である。
【図８】実施例４のロータの斜視図と平面図である。
【図９】実施例５のロータの平面図である。
【図１０】従来の超音波モータのロータの斜視図と平面図である。
【図１１】従来の超音波モータの問題点を説明するための断面図である。
【符号の説明】
【００２５】
１  ステータ
２  ロータ
３  回転軸
１１  台座
１２  櫛歯体
１３  圧電体
１４  フレキシブル基板
１６  圧縮コイルスプリング
１７  ボールベアリング
２１  周壁部
２２，２２Ａ〜２２Ｄ  突条体
１２１  櫛歯
【図１】
2007116757.tif 000003
【図２】
2007116757.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2007116757.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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