(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電素子を備えたステータに対し、該ステータと接触する接触部を備えたロータを圧接させ、圧電素子の駆動に基づいてロータを回転させて、該ロータとともに回転軸を回転させる超音波モータにおいて、
前記ロータは、前記回転軸に連結される基部と、前記接触部を有する外周部と、該基部と該外周部との間において凹設された薄肉部とを有するものであって、
円環状に形成された弾性樹脂を、前記基部と前記外周部とで囲まれる凹部の薄肉部に取り付けるとともに、弾性樹脂の内周が前記基部に弾性樹脂の外周が前記外周部に当接するように設け、
前記弾性樹脂の質量を、その質量増加に対応して異音の発生する回転数が略定常状態となる範囲内に設定したことを特徴とする超音波モータ。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波モータにおいて、
前記弾性樹脂の質量を、前記定常状態が始まる点に設定したことを特徴とする超音波モータ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の超音波モータにおいて、
前記弾性樹脂を、前記ロータの全周にわたって設けたことを特徴とする超音波モータ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の超音波モータにおいて、
前記弾性樹脂を、前記ロータの回転バランスが悪化しないように周方向全体に均一に設けたことを特徴とする超音波モータ。
【請求項５】
請求項１〜４に記載の超音波モータにおいて、
前記弾性樹脂を、損失係数が０．０７５以上の材料で形成したことを特徴とする超音波モータ。
【請求項６】
圧電素子を備えたステータに対し、該ステータと接触する接触部を備えたロータを圧接させ、圧電素子の駆動に基づいてロータを回転させて、該ロータとともに回転軸を回転させる超音波モータにおいて、
前記ロータは、前記回転軸に連結される基部と、前記接触部を有する外周部と、該基部と該外周部との間において凹設された円環状の薄肉部とを有するものであって、
円環状に形成された弾性樹脂は、前記薄肉部の周方向全体を覆い、かつ弾性樹脂の内周が前記基部に弾性樹脂の外周が前記外周部に当接し、その樹脂を形成する材料が比重１．４５以下のとき、その樹脂の厚さは薄肉部の厚さの１．２５倍以上としたことを特徴とする超音波モータ。
【請求項７】
ステータと接触する接触部を備えた超音波モータのロータにおいて、
前記ロータは、前記回転軸に連結される基部と、前記接触部を有する外周部と、該基部と該外周部との間において凹設された薄肉部とを有するものであって、
円環状に形成された弾性樹脂を、前記基部と前記外周部とで囲まれる凹部の薄肉部に取り付けるとともに、弾性樹脂の内周が前記基部に弾性樹脂の外周が前記外周部に当接するように設け、
前記弾性樹脂の質量を、その質量増加に対応して異音の発生する回転数が略定常状態となる範囲内に設定したことを特徴とする超音波モータのロータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波モータ及び超音波モータのロータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
超音波モータは、例えば、ステータの外周に設けられた振動部の下面に圧電素子を固定し、そのステータの振動部に対して回転軸にフランジ状に連結されたロータを加圧部材により圧接させて構成されている。そして、圧電素子に所定の高周波駆動電圧が印加されると該圧電素子が振動し、その振動に基づいてステータの振動部に進行波振動が生じる。この進行波振動と、ステータ・ロータ間の摩擦力により、ロータ及び回転軸が回転するようになっている。
【０００３】
ところで、このような超音波モータを用いて負荷を駆動する場合、その起動時や停止時において駆動力が急激に変動する。そのため、負荷と回転軸との間や、回転軸とロータとの間で衝撃振動（不要振動）が発生する。そして、このような不要振動がロータの回転軸側から外周側に伝播し、更にロータ外周部からステータの振動部に伝播することによって、該振動部で発生する進行波振動に悪影響を与え、回転むらや出力の低下、異音（騒音）が発生する等の不具合が生じていた。
【０００４】
そこで、このような不具合を解消する技術が、特開平７−２５０４８８号公報に開示されている。該公報の超音波モータでは、ロータ（回転子）の外周部に全周にわたり開口を内周側に向けた溝が形成され、その溝内にゴム系材料よりなる弾性部材が全周又は周方向の所定位置に複数挿設されている。つまり、この弾性部材は、ロータの回転軸側から外周部、更にはステータに伝播される不要振動を減衰し、ステータで発生する進行波振動への悪影響を小さく抑えるようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記公報の超音波モータでは、ロータに取り付ける弾性部材の質量をどの程度に設定すれば不要振動を十分に減衰できるのかが明記されていない。そのため、場合によっては、上記したような不要振動を十分に減衰しきれない虞があった。そこで、ロータに取り付ける弾性部材の質量の好ましい範囲を求めて、ロータからステータに伝播する不要振動を確実に低減し、超音波モータの出力の向上や、騒音・振動を低減することが必要となってきた。
【０００６】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、ロータからステータに伝播する不要振動を確実に低減することができる超音波モータ及び超音波モータのロータを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するため、請求項１に記載の発明は、圧電素子を備えたステータに対し、該ステータと接触する接触部を備えたロータを圧接させ、圧電素子の駆動に基づいてロータを回転させて、該ロータとともに回転軸を回転させる超音波モータにおいて、前記ロータは、前記回転軸に連結される基部と、前記接触部を有する外周部と、該基部と該外周部との間において凹設された薄肉部とを有するものであって、円環状に形成された弾性樹脂を、前記基部と前記外周部とで囲まれる凹部の薄肉部に取り付けるとともに、弾性樹脂の内周が前記基部に弾性樹脂の外周が前記外周部に当接するように設け、前記弾性樹脂の質量を、その質量増加に対応して異音の発生する回転数が略定常状態となる範囲内に設定した超音波モータである。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の超音波モータにおいて、前記弾性樹脂の質量を、前記定常状態が始まる点に設定した。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の超音波モータにおいて、前記弾性樹脂を、前記ロータの全周にわたって設けた。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の超音波モータにおいて、前記弾性樹脂を、前記ロータの回転バランスが悪化しないように周方向全体に均一に設けた。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４に記載の超音波モータにおいて、前記弾性樹脂を、損失係数が０．０７５以上の材料で形成した。
請求項６に記載の発明は、圧電素子を備えたステータに対し、該ステータと接触する接触部を備えたロータを圧接させ、圧電素子の駆動に基づいてロータを回転させて、該ロータとともに回転軸を回転させる超音波モータにおいて、前記ロータは、前記回転軸に連結される基部と、前記接触部を有する外周部と、該基部と該外周部との間において凹設された円環状の薄肉部とを有するものであって、円環状に形成された弾性樹脂は、前記薄肉部の周方向全体を覆い、かつ弾性樹脂の内周が前記基部に弾性樹脂の外周が前記外周部に当接し、その樹脂を形成する材料が比重１．４５以下のとき、その樹脂の厚さは薄肉部の厚さの１．２５倍以上とした。
【００１１】
請求項７に記載の発明は、ステータと接触する接触部を備えた超音波モータのロータにおいて、前記ロータは、前記回転軸に連結される基部と、前記接触部を有する外周部と、該基部と該外周部との間において凹設された薄肉部とを有するものであって、円環状に形成された弾性樹脂を、前記基部と前記外周部とで囲まれる凹部の薄肉部に取り付けるとともに、弾性樹脂の内周が前記基部に弾性樹脂の外周が前記外周部に当接するように設け、前記弾性樹脂の質量を、その質量増加に対応して異音の発生する回転数が略定常状態となる範囲内に設定した。
【００１４】
従って、請求項１，７に記載の発明によれば、円環状に形成された弾性樹脂をロータにおける基部と外周部とで囲まれる凹部の薄肉部に取り付けるとともに弾性樹脂の内周が前記基部に弾性樹脂の外周が前記外周部に当接するように設け、該弾性樹脂の質量がその質量増加に対応して異音の発生する回転数が略定常状態となる範囲内に設定される。そのため、弾性樹脂の位置決めが容易で、該樹脂を簡単に取り付けることができるとともに、このように質量が設定された弾性樹脂により、ロータの接触部に伝播する不要振動が確実に減衰される。従って、ステータに伝播する不要振動が確実に低減し、ステータ振動部への悪影響が極めて小さく抑えられる。
【００１５】
請求項２に記載の発明によれば、弾性樹脂の質量が、前記定常状態が始まる点に設定されるので、ロータの接触部に伝播する不要振動が確実に減衰されるとともに、該ロータの重量増加が極力抑えられる。
【００１６】
請求項３に記載の発明によれば、弾性樹脂がロータの全周にわたって設けられるので、接触部への不要振動を全周にわたり確実に減衰できる。
【００１７】
請求項４に記載の発明によれば、弾性樹脂がロータの回転バランスが悪化しないように周方向全体に均一に設けられるので、該ロータの回転が安定する。
【００１８】
請求項５に記載の発明によれば、弾性樹脂が損失係数が０．０７５以上の材料で形成されるので、ロータの接触部に伝播する不要振動が確実に減衰され、ステータに伝播する不要振動が確実に低減される。
請求項６に記載の発明によれば、ロータは、回転軸に連結される基部と、接触部を有する外周部と、該基部と該外周部との間において凹設された薄肉部とを有しており、円環状に形成された弾性樹脂は、薄肉部の周方向全体を覆い、かつ弾性樹脂の内周が前記基部に弾性樹脂の外周が前記外周部に当接し、その樹脂を形成する材料が比重１．４５以下のとき、その樹脂の厚さは薄肉部の厚さの１．２５倍以上に設定される。このようにすれば、ロータの接触部に伝播する不要振動が確実に減衰される。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した一実施の形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、超音波モータ１のハウジング２は基台３とカバー４とから構成され、ハウジング２内に嵌挿された回転軸５は軸受６，７により回転可能に支持されている。基台３の上面には、円盤状のステータ８がネジ９により固定されている。ステータ８にはその外周側に振動部８ａが形成され、その振動部８ａの下面にはベースリング１０を介して圧電素子１１が固定されている。
【００２２】
ステータ８の上方には、円盤状のロータ１２が配設されている。ロータ１２は、樹脂カラー１３とステータ接触部材１４で構成されている。樹脂カラー１３は、前記回転軸５に設けた２面幅形状の連結部５ａに対して軸方向に移動可能かつ一体回転可能に連結され、ステータ接触部材１４は、その樹脂カラー１３に一体回転可能に連結されている。つまり、ロータ１２は、前記回転軸５の連結部５ａに対して軸方向に移動可能かつ一体回転可能に連結されている。
【００２３】
前記ロータ１２におけるステータ接触部材１４は、前記樹脂カラー１３と連結し回転軸５側にある基部１４ａと、該基部１４ａの外側に凹設される薄肉部１４ｂと、該薄肉部１４ｂの外側に形成される外周部１４ｃとを備えている。
【００２４】
薄肉部１４ｂは、軸方向に薄肉で、図２に示すように円環状に形成されている。この薄肉部１４ｂの上面には、同図２に示すように円環状の弾性樹脂１５が固定されている。弾性樹脂１５は、本実施形態では高減衰シリコーンよりなり、軸方向の断面が周方向の全周にわたって均一な四角形状となるように形成されており、回転バランスが悪化しないようにしている。この場合、弾性樹脂１５は、基部１４ａと外周部１４ｃとで囲まれる凹部の薄肉部１４ｂに取り付けられるので、弾性樹脂１５の位置決めが容易で簡単に取り付けることができる。又、この弾性樹脂１５（高減衰シリコーン）は、損失係数（＝ｋ×減衰係数、ｋは所定の係数）が「０．４５」と高い数値を示す材料であり、振動減衰効果に優れている。又、弾性樹脂１５（高減衰シリコーン）の比重は「１．４５」である。
【００２５】
外周部１４ｃは、その下面にライニング材１６が備えられている。ライニング材１６は、その下面を接触部としての摺接面１６ａとし、該摺接面１６ａは、前記ステータ８の振動部８ａと摺接する。
【００２６】
前記ロータ１２（樹脂カラー１３）の上面には皿バネ１７が配設され、その皿バネ１７の上面には加圧プレート１８が配設されている。そして、皿バネ１７は該プレート１８とロータ１２により圧縮変形させた状態で、該プレート１８が回転軸５（連結部５ａ）に対して回転不能に、かつサークリップ１９によりそれ以上上動不能に連結される。従って、皿バネ１７は、その復元力によってロータ１２の上面を押圧して、該ロータ１２をステータ８に圧接するようにしている。
【００２７】
このような超音波モータ１では、圧電素子１１に所定の高周波駆動電圧が印加されると該圧電素子１１が振動し、圧電素子１１の振動がステータ８の振動部８ａにおいて進行波振動になる。そして、この進行波振動に基づいてロータ１２及び回転軸５が回転し、その回転力が負荷に伝達されるようになっている。
【００２８】
ここで、図３は、前記弾性樹脂１５（高減衰シリコーン）の質量を増加させた場合における超音波モータ１の異音の発生する回転数の変化を示す。尚、この場合、弾性樹脂１５以外は同一条件としている。因みに、超音波モータは、一般に、振幅を増大させて回転数を上げていくと、所定回転数以上でロータ・ステータ間において異常振動が発生し、その異常振動により異音が発生する特性を持つ。従って、異音の発生する回転数とは、その限界の回転数をいう。
【００２９】
図３のＡに示すように、弾性樹脂１５の質量を所定値まで増加させると、超音波モータ１の異音の発生する回転数が１５０［ｒｐｍ］から２２０［ｒｐｍ］まで上昇し、その後、質量を所定値から増加させても異音の発生する回転数が２２０［ｒｐｍ］で一定となる（定常状態になる）。尚、同図３では、定常状態が始まる点の質量を「１．０」としている。
【００３０】
つまり、弾性樹脂１５の質量を「１．０」未満に設定すると、超音波モータ１の異音の発生する回転数が２２０［ｒｐｍ］から低い値となる。これは、弾性樹脂１５の質量不足により振動減衰効果が小さくなり、ロータ１２の中心部で発生した不要振動（モータ１の起動時や停止時等、駆動力が急激に変動する場合に、負荷と回転軸５との間や、回転軸５とロータ１２との間で発生する衝撃振動）がロータ１２の外周部１４ｃを介してステータ８の振動部８ａに伝播し、該振動部８ａで発生する進行波振動に悪影響を与えるためである。
【００３１】
一方、弾性樹脂１５の質量を「１．０」以上に設定すると、超音波モータ１の異音の発生する回転数が２２０［ｒｐｍ］で一定、即ち定常状態となる。これは、弾性樹脂１５の質量が十分となり不要振動が十分に減衰されるので、その不要振動がロータ１２の外周部１４ｃを介してステータ８の振動部８ａに伝播することを確実に抑制できるためである。
【００３２】
従って、弾性樹脂１５の質量が前記定常状態の始まる「１．０」以上の範囲では、ロータ１２からステータ８に伝播する不要振動を確実に低減できる好ましい範囲といえる。そして、本実施形態の超音波モータ１は、弾性樹脂１５の質量が前記定常状態が始まる「１．０」に設定されている。具体的には、本実施形態の弾性樹脂１５は、外径が５４［ｍｍ］、内径が４３［ｍｍ］、径方向の幅が５．５［ｍｍ］に設定されている。又、弾性樹脂１５の厚さは１．０［ｍｍ］としている。因みに、弾性樹脂１５を取着する薄肉部１４ｂの厚さは０．８［ｍｍ］である。つまり、本実施形態の弾性樹脂１５の厚さは、薄肉部１４ｂの厚さの１．２５倍に設定されている。
【００３３】
このように構成された超音波モータ１において、その起動時や停止時等、駆動力が急激に変動すると、負荷と回転軸５との間や、回転軸５とロータ１２との間で衝撃振動（不要振動）が発生し、該振動がロータ１２の回転軸５側から外周側に伝播するが、薄肉部１４ｂ上面の弾性樹脂１５により減衰される。又、薄肉部１４ｂは自身の形状から不要振動を減衰するので、その減衰効果は大である。このように本実施形態では、ロータ１２の回転軸５側から外周部１４ｃ、更にはステータ８の振動部８ａに伝播する不要振動が低減されるので、該振動部８ａで発生する進行波振動への悪影響が小さく抑えられる。
【００３４】
しかも、本実施形態の弾性樹脂１５は、異音の発生する回転数が定常状態となる範囲内、詳しくはその定常状態の始まる点の質量「１．０」となるように上記寸法に設定されているので、弾性樹脂１５により不要振動が十分に減衰され、その不要振動がロータ１２からステータ８に伝播することが確実に抑制される。更に、弾性樹脂１５は定常状態の始まる点の質量に設定したので、自身が軽量ですむ。
【００３５】
従って、本実施形態の弾性樹脂１５は、ロータ１２からステータ８に伝播する不要振動を確実に低減しながら、該ロータ１２の重量増加を極力抑えることができる最適な質量に設定されている。
【００３６】
上記したように、本実施の形態によれば、以下の作用効果を有する。
（１）ロータ１２の薄肉部１４ｂ上面に、異音の発生する回転数が定常状態となる質量（図３において「１．０」）を有する弾性樹脂１５を固定した。このように弾性樹脂１５の質量を設定すれば、ステータ８の振動部８ａに向かう不要振動が弾性樹脂１５により十分に減衰され、図３に示すように、超音波モータ１の異音の発生する回転数が高くなる。つまり、弾性樹脂１５の質量の適正化を行うことで、ロータ１２からステータ８に伝播する不要振動を確実に低減でき、超音波モータ１の出力の向上や、騒音・振動を低減することができる。
【００３７】
（２）弾性樹脂１５の質量は、超音波モータ１の異音の発生する回転数が一定、即ち定常状態が始まる点（図３において「１．０」）に設定されている。そのため、ロータ１２からステータ８に伝播する不要振動を確実に低減しながら、自身が軽量ですむので、該ロータ１２の重量増加を極力抑えることができる。従って、ロータ１２に働く慣性力を小さくすることができ、モータ１の応答性や出力特性に大きな影響を与えるものではない。
【００３８】
（３）弾性樹脂１５が設けられる薄肉部１４ｂは、自身の形状から不要振動を減衰するので、効率よく不要振動を減衰できる。
（４）弾性樹脂１５は、基部１４ａと外周部１４ｃとで囲まれる凹部の薄肉部１４ｂに取り付けられる。従って、弾性樹脂１５の位置決めが容易で、該樹脂１５を簡単に取り付けることができる。
【００３９】
（５）弾性樹脂１５をロータ１２の全周にわたって設けたので、外周部１４ｃへの不要振動を全周にわたり確実に減衰することができる。
（６）弾性樹脂１５をロータ１２の全周にわたって軸方向断面が同一形状となるように（周方向全体に均一になるように）形成し、ロータ１２の回転バランスが悪化しないようにした。従って、安定して回転するロータ１２とすることができる。
【００４０】
（７）弾性樹脂１５を損失係数が「０．４５」と高い数値の高減衰シリコーンで形成したので、ステータ８の振動部８ａに向かう不要振動を確実に減衰することができる。
【００４１】
尚、本発明の実施の形態は、以下のように変更してもよい。
○上記実施形態における弾性樹脂１５の形状、材質、及び、取付位置は、上記形態に限定されるものではない。例えば、薄肉部１４ｂの両面に取り付けるようにしてもよい。又、弾性樹脂１５を複数個設け、周方向に等間隔に配置してもよい。又、弾性樹脂１５を高減衰シリコーン（図３において、Ａにて示されている）で形成したが、振動減衰効果に優れたその他の材料で形成してもよい。
【００４２】
例えば、弾性樹脂１５を、図３のＢに示すＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエンモノマー：損失係数「０．５８」）や、図３のＣに示す一般シリコーン（損失係数「０．０７５」）で形成してもよい。そして、この材料で形成した弾性樹脂１５の質量を超音波モータ１の異音の発生する回転数が略定常状態となる範囲内となるように設定すれば、ロータ１２からステータ８に伝播する不要振動を確実に低減できる。尚、この場合も、弾性樹脂１５の質量を前記定常状態が始まる点に設定すれば、自身を軽量化することができる。
【００４３】
○上記実施の形態では、弾性樹脂１５を比重「１．４５」の樹脂材料を用いて形成し、その樹脂１５の厚さを１．０［ｍｍ］、薄肉部１４ｂの厚さを０．８［ｍｍ］に設定したが、これに限定されるものではない。例えば、薄肉部１４ｂの厚さを０．８［ｍｍ］以外としてもよく、この場合、その樹脂１５の厚さを薄肉部１４ｂの厚さの１．２５倍に設定すればよい。これは、薄肉部１４ｂの厚さを厚くすると該薄肉部１４ｂを振動が伝わり易くなるため、その分、薄肉部１４ｂに対する弾性樹脂１５の厚さを厚くする必要があるためである。このようにすれば、ロータ１２からステータ８に伝播する不要振動を確実に減衰することができる。又、弾性樹脂１５を形成する樹脂材料の比重を「１．４５」以下としてもよい。この場合、その樹脂１５の厚みを薄肉部１４ｂの厚さの１．２５倍以上に設定する必要がある。これは、弾性樹脂１５を形成する樹脂材料の比重を「１．４５」より小さくすると該薄肉部１４ｂを振動が伝わり易くなるため、その分、薄肉部１４ｂに対する弾性樹脂１５の厚さを厚くする必要があるためである。このようにすれば、ロータ１２からステータ８に伝播する不要振動を確実に減衰することができる。
【００４５】
○上記実施の形態では、回転軸５のロータ１２が連結する連結部５ａを２面幅形状としたが、この形状に限定されるものではなく、例えば、連結部を断面Ｄ字状に形成したり、連結部にキーを形成したりしてもよい。この場合、ロータの形状をその連結部の形状に応じて形成する。
【００４６】
○上記実施の形態では、ステータ８を図１のようにしたが、その形状及び構成はこれに限定されるものではない。
○上記実施の形態では、ロータ１２をステータ８に圧接させる手段として皿バネ１７を使用したが、その他の圧接させる手段を用いてもよい。
【００４７】
○上記実施の形態では、振動部８ａにおいて進行波振動が発生する進行波振動型の超音波モータ１に実施したが、定在波振動型超音波モータに実施してもよい。
【００４８】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、ロータからステータに伝播する不要振動を確実に低減することができる超音波モータ及び超音波モータのロータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  一実施形態の超音波モータの断面図である。
【図２】  ロータの分解斜視図である。
【図３】  弾性樹脂の質量増加に伴う超音波モータの異音の発生する回転数の変化を示す図である。
【符号の説明】
５…回転軸、８…ステータ、１１…圧電素子、１２…ロータ、１４ａ…基部、１４ｂ…薄肉部、１４ｃ…外周部、１５…弾性樹脂、１６ａ…接触部としての摺接面。
【図１】
0003805627.tif 000002
【図２】
0003805627.tif 000003
【図３】
0003805627.tif 000004