超声波电机的制作方法

1.本发明涉及超声波电机。


背景技术：

2.以往，提出了各种通过压电元件使定子振动的超声波电机。在下述的专利文献1中公开了超声波电机的一个例子。在该超声波电机中，碟形弹簧按压转子，由此使转子和定子密接。在转子的中央组装有轴环。在轴环设置有多个凸部，另一方面，在碟形弹簧设置有多个凹部。轴环的多个凸部和碟形弹簧的多个凹部嵌合，碟形弹簧被定位。由此，可谋求在圆周方向上对转子以及定子均匀地施加压力。进而，转子经由轴环固定于旋转轴。
3.在先技术文献
4.专利文献
5.专利文献1：日本特开2001-054288号公报


技术实现要素：

6.发明要解决的问题
7.在专利文献1的超声波电机中，复杂地组合了旋转轴、转子、轴环以及碟形弹簧。然而，在长期的使用中，持续施加了由于振动、热而造成的应力的情况下，有时在各构件密接的部位产生松动，在旋转轴与碟形弹簧之间等产生位置偏离。因此，有可能产生由于各构件间的接触而造成的异常噪声。
8.本发明的目的在于，提供一种在弹簧构件与轴构件之间不易产生位置偏离的超声波电机。
9.用于解决问题的技术方案
10.本发明涉及的超声波电机具备：定子，具有板状的振动体和压电元件，所述振动体包含相互对置的第一主面和第二主面，所述压电元件设置在所述振动体的所述第一主面上；转子，直接或间接地与所述振动体的所述第二主面接触；板状的弹簧构件，在从所述转子侧朝向所述定子侧的方向上对所述转子赋予弹性力，并具有开口部；以及轴构件，插通到所述弹簧构件的所述开口部，并具有嵌合部，所述弹簧构件的所述开口部的形状在俯视下为非圆形状，所述弹簧构件具有在从所述定子侧朝向所述转子侧的方向上弯曲的凸部，作为所述凸部的前端部的所述开口部的开口端缘部和所述轴构件的所述嵌合部嵌合。
11.发明效果
12.根据本发明涉及的超声波电机，在弹簧构件与轴构件之间不易产生位置偏离。
附图说明
13.图1是本发明的第一实施方式涉及的超声波电机的主视剖视图。
14.图2是本发明的第一实施方式涉及的超声波电机的分解立体图。
15.图3是本发明的第一实施方式中的弹簧构件的俯视图。
16.图4是将图1中的弹簧构件和轴构件嵌合的部分放大了的图。
17.图5是本发明的第一实施方式中的定子的仰视图。
18.图6是本发明的第一实施方式中的第一压电元件的主视剖视图。
19.图7的(a)～图7的(c)是用于说明在本发明的第一实施方式中激励的行波的、定子的示意性仰视图。
20.图8是本发明的第一实施方式的第一变形例中的弹簧构件的俯视图。
21.图9是本发明的第一实施方式的第二变形例中的弹簧构件的主视剖视图。
22.图10是本发明的第一实施方式的第三变形例中的压电元件的俯视图。
23.图11是示出本发明的第一实施方式的第四变形例涉及的超声波电机的、轴构件以及第一轴支承部附近的主视剖视图。
24.图12是示出本发明的第二实施方式中的弹簧构件和轴构件嵌合的部分的主视剖视图。
25.图13是本发明的第一实施方式的第五变形例涉及的超声波电机的主视剖视图。
26.图14是本发明的第一实施方式的第六变形例中的弹簧构件的俯视图。
27.图15是本发明的第一实施方式的第七变形例中的弹簧构件的俯视图。
28.图16是示出本发明的第三实施方式中的弹簧构件和轴构件嵌合的部分的主视剖视图。
29.图17是本发明的第三实施方式中的进行弹簧构件的定位时的、用于说明弹簧构件的移动的、使用了弹簧构件的剖视图以及轴构件的主视图的示意图。
30.图18是示出本发明的第三实施方式的变形例中的弹簧构件和轴构件嵌合的部分的主视剖视图。
31.图19是示出本发明的第四实施方式中的弹簧构件和轴构件嵌合的部分的主视剖视图。
32.图20是示出本发明的第五实施方式中的弹簧构件和轴构件嵌合的部分的主视剖视图。
具体实施方式
33.以下，参照附图对本发明的具体的实施方式进行说明，由此明确本发明。
34.另外，预先指出的是，在本说明书记载的各实施方式是例示性的，能够在不同的实施方式间进行结构的部分置换或组合。
35.图1是本发明的第一实施方式涉及的超声波电机的主视剖视图。图2是第一实施方式涉及的超声波电机的分解立体图。
36.如图1所示，超声波电机1具有定子2、转子4、板状的弹簧构件6、以及轴构件7。定子2和转子4接触。通过弹簧构件6，朝向定子2侧对转子4赋予弹性力。由此，转子4推碰到定子2。通过在定子2中产生的行波，转子4旋转。在此，弹簧构件6和轴构件7嵌合。经由弹簧构件6，转子4和轴构件7成为一体。因此，伴随着转子4的旋转，轴构件7也旋转。以下，对超声波电机1的具体的结构进行说明。
37.如图2所示，定子2具有振动体3。振动体3是圆板状。振动体3具有第一主面3a以及第二主面3b。第一主面3a和第二主面3b相互对置。在本说明书中，所谓轴方向z，是指连结第
一主面3a和第二主面3b且沿着旋转中心的方向。在本实施方式中，轴方向z与轴构件7延伸的方向平行。在振动体3的中央部设置有贯通孔3c。不过，贯通孔3c的位置并不限定于上述。贯通孔3c只要位于包含轴方向中心的区域即可。进而，振动体3的形状并不限定于圆板状。从轴方向z观察的振动体3的形状例如也可以是正六边形、正八边形或正十边形等正多边形。在本说明书中，设多边形还包含顶点的部分为曲线的形状的情况、以及顶点的部分为被进行了倒角的形状的情况。振动体3包含适当的金属。另外，振动体3也可以不必一定要包含金属。振动体3例如也可以由陶瓷、硅材料或合成树脂等其它弹性体构成。
38.在本说明书中，有时将从轴方向z观察的方向记载为俯视或仰视。另外，俯视是从图1中的上方观察的方向，仰视是从下方观察的方向。例如，从振动体3的第二主面3b侧向第一主面3a侧观察的方向为俯视，从第一主面侧3a向第二主面3b侧观察的方向为仰视。
39.如图1所示，转子4与振动体3的第二主面3b接触。转子4是圆板状。在转子4的中央部设置有贯通孔4c。不过，贯通孔4c的位置并不限定于上述。贯通孔4c只要位于包含轴方向中心的区域即可。进而，转子4的形状并不限定于上述。从轴方向z观察，转子4的形状例如也可以是正六边形、正八边形或正十边形等正多边形。
40.转子4经由弹性构件5从弹簧构件6被赋予弹性力。不过，也可以不必一定要设置弹性构件5。
41.在弹簧构件6的中央部，设置有开口部6c。设置有凸部6d，使得包围开口部6c。凸部6d是弹簧构件6中的、在从定子2侧朝向转子4侧的方向上弯曲的部分。更具体地，凸部6d具有研钵状的形状。凸部6d的前端部6e是开口部6c的开口端缘部。
42.图3是第一实施方式中的弹簧构件的俯视图。
43.在俯视下，弹簧构件6的开口部6c具有六边形状的形状。在凸部6d，狭缝部6g分别从开口部6c的六边形状的形状中的各顶点的部分延伸。不过，在凸部6d也可以不设置狭缝部6g。开口部6c的形状并不限定于上述，只要在俯视下为非圆形状即可。所谓非圆形，例如，是指多边形、椭圆、曲线和直线连接而成的形状、或者曲线和曲线连接而成的形状等。
44.弹簧构件6具有多个梁部6f。多个梁部6f在俯视下配置为辐射状。基于多个梁部6f的位移的弹性力被赋予给转子4。不过，也可以不设置多个梁部6f。弹簧构件6在俯视下例如也可以具有圆形或正多边形等形状。
45.图4是将图1中的弹簧构件和轴构件嵌合的部分放大了的图。
46.如图4所示，轴构件7具有嵌合部7a。嵌合部7a是与弹簧构件6嵌合的部分。嵌合部7a具有六棱柱状的形状。不过，嵌合部7a的形状并不限定于上述。嵌合部7a的俯视下的形状例如也可以是多边形、椭圆、曲线和直线连接而成的形状、或者曲线和曲线连接而成的形状等。嵌合部7a包含槽部7b。弹簧构件6中的凸部6d的前端部6e位于槽部7b内。由此，弹簧构件6和轴构件7嵌合。另外，严格来说，嵌合部7a还包含作为槽部7b以外的部分的、不与弹簧构件6嵌合的部分。另外，所谓弹簧构件6和轴构件7嵌合，是指弹簧构件6的开口部6c的形状和轴构件7的嵌合部7a的剖面形状大致相似，且弹簧构件6的凸部6d与嵌合部7a抵接。更具体地，开口部6c的形状是开口部6c的俯视下的形状。嵌合部7a的剖面形状是沿着与轴构件7延伸的方向正交的方向的、嵌合部7a的剖面的形状。不过，优选开口部6c的形状和嵌合部7a的剖面形状相似。在本说明书中，相似的关系包含与一个形状的角部相当的另一个形状的部分为曲线的形状的情况、以及与一个形状的角部相当的另一个形状的部分为被进行了倒角
的形状的情况。
47.本实施方式的特征在于，在从轴方向z观察时，弹簧构件6的开口部6c的形状为非圆形状，凸部6d在从定子2侧朝向转子4侧的方向上突出，凸部6d的前端部6e和轴构件7的嵌合部7a嵌合。由此，在弹簧构件6与轴构件7之间不易产生位置偏离。
48.更详细地，因为开口部6c为非圆形状，所以在弹簧构件6与轴构件7之间不易产生环绕方向上的位置偏离。进而，从弹簧构件6对转子4赋予弹性力，由此从转子4侧对弹簧构件6施加阻力。在此，弹簧构件6的凸部6d突出的方向是与对转子4赋予弹性力的方向相反侧。即，凸部6d在对弹簧构件6施加阻力的方向上突出。由此，凸部6d的前端部6e推碰到轴构件7的嵌合部7a。像这样，始终赋予力，使得弹簧构件6和轴构件7一体化。因而，即使超声波电机1经长期使用而产生了构件的磨损，在弹簧构件6和轴构件7嵌合的部分也不易产生松动。因此，在弹簧构件6与轴构件7之间不易产生位置偏离。
49.以下，对本实施方式的结构更详细地进行说明。
50.如图1所示，超声波电机1具有第一壳体构件8以及第二壳体构件9。第二壳体构件9是帽状，第一壳体构件8是盖状。由第一壳体构件8以及第二壳体构件9构成了壳体。在壳体的内部，配置有弹簧构件6、转子4以及定子2。
51.第一壳体构件8具有第一圆筒突出部8a以及第二圆筒突出部8b。第一圆筒突出部8a向壳体的外侧突出。第二圆筒突出部8b向壳体的内侧突出。第二圆筒突出部8b插通到定子2的振动体3中的贯通孔3c。
52.在第一圆筒突出部8a以及第二圆筒突出部8b，连续地设置有贯通孔8c。贯通孔8c中的、位于第一圆筒突出部8a的部分的宽度比位于第二圆筒突出部8b的部分的宽度宽。在本说明书中，只要没有特别声明，贯通孔或开口部的宽度就是该贯通孔或开口部的沿着与轴方向z垂直的方向的尺寸。在贯通孔8c内的、位于第一圆筒突出部8a的部分，设置有第一轴支承部18。轴构件7插通到贯通孔8c以及第一轴支承部18。轴构件7从第一壳体构件8的贯通孔8c向壳体的外侧突出。另外，第一壳体构件8的结构并不限定于上述。
53.第二壳体构件9具有圆筒突出部9a。圆筒突出部9a向壳体的外侧突出。在圆筒突出部9a设置有贯通孔9c。在贯通孔9c内设置有第二轴支承部19。轴构件7插通到贯通孔9c以及第二轴支承部19。轴构件7从第二壳体构件9的贯通孔9c向壳体的外侧突出。另外，第二壳体构件9的结构并不限定于上述。对于第一轴支承部18以及第二轴支承部19，例如，也可以使用轴承等。
54.如图1所示，转子4具有凹部4a和侧壁部4b。在从轴方向z观察时，凹部4a为圆形。侧壁部4b是包围凹部4a的部分。转子4在侧壁部4b的端面4d处与定子2接触。不过，也可以不设置凹部4a以及侧壁部4b。
55.也可以在转子4中的定子2侧的面固定有摩擦材料。由此，能够使施加在定子2的振动体3与转子4之间的摩擦力稳定化。在该情况下，能够使转子4高效地旋转，能够对超声波电机1高效地进行旋转驱动。
56.在振动体3的第二主面3b上，设置有多个突起3d。多个突起3d是振动体3中的、与转子4接触的部分。各突起3d从振动体3的第二主面3b向轴方向z突出。在从轴方向z观察时，多个突起3d排列为圆环状。因为多个突起3d从第二主面3b向轴方向z突出，所以在振动体3中产生了行波时，多个突起3d的前端位移得更加大。因而，通过在定子2中产生的行波，能够使
转子4高效地旋转。另外，也可以不必一定要设置多个突起3d。
57.图5是第一实施方式中的定子的仰视图。
58.在振动体3的第一主面3a，设置有多个压电元件。更具体地，多个压电元件是第一压电元件13a、第二压电元件13b、第三压电元件13c以及第四压电元件13d。多个压电元件沿着以与轴方向z平行的轴为中心进行环绕的行波的环绕方向分散配置，使得产生该行波。在从轴方向z观察时，第一压电元件13a和第三压电元件13c夹着轴而相互对置。第二压电元件13b和第四压电元件13d夹着轴而相互对置。
59.图6是第一实施方式中的第一压电元件的主视剖视图。
60.第一压电元件13a具有压电体14。压电体14具有第三主面14a以及第四主面14b。第三主面14a和第四主面14b相互对置。第一压电元件13a具有第一电极15a以及第二电极15b。在压电体14的第三主面14a上设置有第一电极15a，在第四主面14b上设置有第二电极15b。第二压电元件13b、第三压电元件13c、以及第四压电元件13d也与第一压电元件13a同样地构成。上述各压电元件的俯视下的形状为矩形。另外，各压电元件的俯视下的形状并不限定于上述，例如，也可以是椭圆形等。
61.在此，第一电极15a通过粘接剂而粘附于振动体3的第一主面3a。该粘接剂的厚度非常薄。因此，第一电极15a与振动体3电连接。
62.另外，为了产生行波，定子2只要至少具有第一压电元件13a以及第二压电元件13b即可。或者，也可以具有被分割为多个区域的一个压电元件。在该情况下，例如，压电元件的各区域也可以在彼此不同的方向上被极化。
63.关于通过在定子2中将多个压电元件分散配置在环绕方向上并进行驱动而产生行波的构造，例如已被wo2010/061508a1公开。另外，关于该产生行波的构造，设为不仅是以下的说明，还通过将wo2010/061508a1记载的结构援引到本说明书中，从而省略详细的说明。
64.图7的(a)～图7的(c)是用于说明在第一实施方式中激励的行波的、定子的示意性仰视图。另外，在图7的(a)～图7的(c)中，在灰色标度上，示出越接近黑色则一个方向上的应力越大，越接近白色则另一个方向上的应力越大。图7中的实线以及虚线的曲线示意性地示出振动的能量的大小。
65.在图7的(a)中示出了三波的驻波x，在图7的(b)中示出了三波的驻波y。设第一压电元件13a～第四压电元件13d相隔中心角90
°
的角度而配置。在该情况下，因为激励三波的驻波x、y，所以相对于行波的波长的中心角成为120
°
。中心角由对一波的角度120
°
乘以3/4而得到的角度90
°
来决定。在三波的驻波x的振幅大的给定的场所配置第一压电元件13a，以中心角90
°
为间隔来配置第二压电元件13b～第四压电元件13d。在该情况下，可激励振动的相位相差90
°
的三波的驻波x、y，两者合成而产生图7的(c)所示的行波。
66.另外，图7的(a)～图7的(c)中的a+、a-、b+、b-示出压电体14的极化方向。“+”意味着在厚度方向上从第三主面14a朝向第四主面14b被极化。
“‑”
表示在相反方向上被极化。“a”表示是第一压电元件13a以及第三压电元件13c，“b”表示是第二压电元件13b以及第四压电元件13d。
67.另外，虽然示出了三波的例子，但是并不限定于此，在六波、九波、十二波等的情况下，也同样地可激励相位相差90
°
的两个驻波，并通过两者的合成而产生行波。在本发明中，产生行波的结构并不限于图7的(a)～图7的(c)所示的结构，能够使用至今为止公知的各种
各样的产生行波的结构。
68.以下，对本发明中的优选的结构进行说明。
69.如图1所示，轴构件7优选与转子4不接触。在本实施方式中，轴构件7插通到转子4的贯通孔4c，但是轴构件7与转子4的开口端缘部不接触。由此，转子4的振动不易传播到轴构件7。因此，能够使超声波电机1稳定地驱动。
70.在本实施方式中，轴构件7中的、插通到转子4的部分的形状为圆柱状。转子4的贯通孔4c的、从轴方向z观察时的形状为圆形。不过，轴构件7的上述部分的形状以及转子4的贯通孔4c的形状并不限定于上述。
71.弹簧构件6的杨氏模量优选比轴构件7的杨氏模量高。或者，弹簧构件6的维氏硬度优选比轴构件7的维氏硬度高。在本实施方式中，弹簧构件6的凸部6d的前端部6e位于轴构件7的槽部7b内。通过是上述那样的杨氏模量或维氏硬度的关系，从而能够使凸部6d的前端部6e更加嵌入到轴构件7。由此，能够使弹簧构件6和轴构件7更加牢固地嵌合。因此，在弹簧构件6与轴构件7之间更加不易产生位置偏离。
72.进而，在是上述那样的杨氏模量或维氏硬度的关系的情况下，也可以不在轴构件7的嵌合部7a预先设置槽部7b。由于弹簧构件6的凸部6d中的前端部6e比轴构件7硬，因此前端部6e嵌入到轴构件7的嵌合部7a。更详细地，在使弹簧构件6和轴构件7嵌合之际，在从轴方向观察时，弹簧构件6如图1所示那样产生位移。在从轴方向z观察时，弹簧构件6产生位移，使得向中央被压缩。此时，产生位移，使得弹簧构件6的开口部6c的宽度变窄。由此，弹簧构件6的前端部6e嵌入到轴构件7的嵌合部7a。然后，在嵌合部7a形成槽部7b，且弹簧构件6和轴构件7嵌合。
73.作为弹簧构件6的材料，例如，能够使用sus304-csp、sus301csp-h等不锈钢弹性材料、磷青铜或锌白铜等。作为轴构件7的材料，例如，能够使用sus430、铝、黄铜或树脂等。在这些情况下，能够满足弹簧构件6的杨氏模量比轴构件7的杨氏模量高这样的关系。进而，例如，在作为轴构件7的材料而使用了sus430的情况下，维氏硬度为hv200以下，在作为弹簧构件6的材料而使用了sus301csp-h的情况下，维氏硬度为hv430以上。像这样，能够满足弹簧构件6的维氏硬度比轴构件7的维氏硬度高这样的关系。而且，如上所述，由于无需在轴构件7的嵌合部7a预先设置槽部，因此能够提高生产效率。
74.在将轴构件7的沿着与轴方向z垂直的方向的尺寸设为轴构件7的宽度时，优选未使弹簧构件6和轴构件7嵌合的状态下的弹簧构件6的开口部6c的宽度比轴构件7的嵌合部7a中的未设置槽部7b的部分的宽度窄。由此，在使弹簧构件6和轴构件7嵌合时，能够使弹簧构件6的凸部6d的前端部6e更加强烈地推碰到轴构件7的嵌合部7a。因此，能够使弹簧构件6和轴构件7更加牢固地嵌合。
75.另外，伴随着弹簧构件6的位移，开口部6c的宽度变化。如上所述，在开口部6c的宽度窄的情况下，因为开口部6c的宽度变化，所以也能够使轴构件7插通到开口部6c。在使弹簧构件6中的凸部6d的前端部6e抵接于轴构件7的嵌合部7a之后，如图1所示那样使弹簧构件6产生位移，由此能够使弹簧构件6和轴构件7适当地嵌合。
76.弹簧构件6的开口部6c的形状优选在从轴方向z观察时为多边形状。进而，轴构件7的嵌合部7a的形状优选在从轴方向z观察时为多边形状。更优选地，弹簧构件6的开口部6c以及轴构件7的嵌合部7a的、从轴方向z观察时的形状为顶点的个数相同的多边形。由此，能
够使弹簧构件6和轴构件7在上述多边形状的形状中的边彼此的部分处接触。因此，在弹簧构件6以及轴构件7中更加不易产生环绕方向上的位置偏离。
77.在本实施方式中，弹簧构件6和轴构件7不经由其它构件地直接嵌合。因此，能够减少部件的件数，能够降低成本。
78.除此以外，弹簧构件6在凸部6d的前端部6e处与轴构件7接触。因此，弹簧构件6和轴构件7接触的面积小。因而，转子4的振动更加不易传播到轴构件7。因此，能够使超声波电机1更加稳定地驱动。
79.优选在弹簧构件6的凸部6d设置有多个狭缝部6g。在该情况下，在制造工序中，能够容易地形成凸部6d。因而，能够提高生产效率。
80.在设置有多个狭缝部6g的情况下，凸部6d具有多个前端部6e。在该情况下，优选在轴构件7的嵌合部7a设置有多个槽部7b。优选地，多个槽部7b在环绕方向上分散配置，各槽部7b和各前端部6e嵌合。在该情况下，能够设为各前端部6e埋入到轴构件7的状态。因而，各前端部6e不易在环绕方向上移动。因此，在弹簧构件6与轴构件7之间更加不易产生位置偏离。
81.优选弹簧构件6具有多个梁部6f。由此，能够容易地增大弹簧构件6的位移。因而，能够容易地且更可靠地增大通过弹簧构件6对转子4赋予的弹性力。因此，能够使转子4和定子2更可靠地密接，能够使超声波电机1更可靠地且高效地驱动。
82.多个梁部6f更优选在环绕方向上均等地配置。由此，能够使对转子4赋予的弹性力在环绕方向上变得均匀。因而，能够使超声波电机1稳定地驱动。
83.进一步优选地，多个梁部6f的个数不是行波的波数的整数倍，且为素数。更具体地，在本实施方式中，利用了三波的行波。相对于此，梁部6f为7个。由此，弹簧构件6不易振动。因而，振动不易传播到轴构件7。因此，能够使超声波电机1更加稳定地驱动。除此以外，还能够抑制由弹簧构件6的振动造成的异常噪声的产生。
84.在从轴方向z观察时，弹簧构件6的梁部6f彼此之间的部分的形状为曲线状。由此，不易产生应力的集中，不易产生弹簧构件6的破损。不过，弹簧构件6的形状并不限定于上述。例如，弹簧构件6也可以不必一定要具有梁部6f。
85.优选在弹簧构件6与转子4之间设置有弹性构件5。由此，转子4的振动被弹性构件5吸收。因而，转子4的振动不易传播到弹簧构件6以及轴构件7。因此，能够使超声波电机1稳定地驱动。作为弹性构件5的材料，例如，能够使用橡胶或树脂等。
86.如图2所示，弹性构件5为环状。弹性构件5具有内周端缘部5a。另一方面，弹簧构件6具有外周端缘部6h。在本实施方式中，外周端缘部6h包含各梁部6f的前端部。弹簧构件6对转子4赋予基于多个梁部6f的位移的弹性力。因而，如图1所示，在超声波电机1中，弹簧构件6在多个梁部6f产生了位移的状态下被配置。更具体地，多个梁部6f的前端部产生位移，使得从转子4远离。
87.弹簧构件6与弹性构件5的内周端缘部5a接触。进而，弹簧构件6的外周端缘部6h与弹性构件5不接触。由此，能够减小弹簧构件6和弹性构件5接触的面积。因而，来自转子4侧的振动不易传播到弹簧构件6以及轴构件7。因此，能够使超声波电机1更加稳定地驱动。
88.以下，示出弹簧构件、压电元件或轴构件等的结构与第一实施方式不同的第一实施方式的第一变形例～第四变形例。在各变形例中，也与第一实施方式同样地，在弹簧构件
与轴构件之间不易产生位置偏离。
89.在图8所示的第一变形例中，弹簧构件26a的梁部26f以及凸部26d的形状与第一实施方式不同。更具体地，从轴方向z观察，将沿着与梁部26f延伸的方向垂直的方向的梁部26f的尺寸设为梁部26f的宽度，此时，随着从弹簧构件26a的中央远离，梁部26f的宽度变窄。由此，能够使施加于梁部26f的应力均匀化。因此，弹簧构件26a更加不易破损。另外，在本变形例中，在凸部26d未设置狭缝部。
90.在图9所示的第二变形例中，与第一实施方式的不同点在于，弹簧构件26b具有弹性体层25。更具体地，弹簧构件26b具有主体部26i。主体部26i具有与第一实施方式的弹簧构件6同样的结构。另外，主体部26i具有第一面26a以及第二面26b。第一面26a和第二面26b在轴方向z上相互对置。第一面26a以及第二面26b之中的第二面26b位于转子4侧。在本变形例中，在第一面26a的整个面设置有弹性体层25。由此，能够抑制弹簧构件26b的振动。因而，能够更加抑制由弹簧构件26b的振动造成的异常噪声的产生。进而，振动更加不易传播到轴构件7。不过，只要在主体部26i的表面的至少一部分设置有弹性体层25即可。例如，也可以在主体部26i的第二面26b的一部分设置有弹性体层25，或者，弹性体层25也可以覆盖主体部26i的表面的整个面。
91.在图10所示的第三变形例中，压电元件23的结构与第一实施方式不同。更具体地，压电元件23是被极化为多个的一个压电元件。压电元件23是圆环状。压电元件23具有多个区域。在图10中，通过不同的影线而示出了不同的区域。压电元件23按每个区域具有不同的极化方向。由此，压电元件23在彼此不同的区域中在彼此不同的相位下振动。多个区域在压电元件23中的环绕方向上排列。更具体地，多个区域包含多个第一a相区域、多个第二a相区域、多个第一b相区域、以及多个第二b相区域。压电元件23将上述各区域各包含3处。另外，压电元件23只要将上述各区域各包含至少一处即可。
92.压电元件23的压电体在第一a相区域和第二a相区域中在彼此相反的方向上被极化。同样地，压电元件23的压电体在第一b相区域和第二b相区域中在彼此相反的方向上被极化。也就是说，压电元件23是被极化为多个的压电元件。
93.压电元件23具有用单点划线示出的多个第一电极15a。各第一电极15a是圆弧状。设置在压电元件23的相邻的区域的第一电极15a彼此不接触。由此，能够对多个第一a相区域及多个第二a相区域和多个第一b相区域及多个第二b相区域施加不同相的信号。另外，设置有第二电极，使得夹着压电体而与第一电极15a对置。多个第二电极也可以与多个第一电极15a同样地设置，或者也可以设置有一个圆环状的第二电极。
94.在图11所示的第四变形例中，与第一实施方式的不同点在于，轴构件27和第一轴支承部28嵌合。轴构件27具有槽部27d。第一轴支承部28具有挡圈28a。挡圈28a位于第一轴支承部28的、轴方向z上的外侧的端部。不过，挡圈28a的配置并不限定于上述。挡圈28a的内周端缘部位于轴构件27的槽部27d内。由此，轴构件27和第一轴支承部28嵌合。通过具有上述结构，从而能够有效地抑制轴构件27的轴方向z上的位置偏离。
95.图12是示出第二实施方式中的弹簧构件和轴构件嵌合的部分的主视剖视图。
96.在本实施方式中，弹簧构件6的开口部6c的宽度以及轴构件37的结构与第一实施方式不同。除了上述的点以外，本实施方式的超声波电机具有与第一实施方式的超声波电机1同样的结构。
97.轴构件37的嵌合部37a不具有槽部。嵌合部37a具有突起部37e。突起部37e遍及整个环绕方向而在与轴方向z垂直的方向上突出。弹簧构件6的凸部6d的前端部6e抵接于突起部37e。由此，弹簧构件6和轴构件37嵌合。另外，弹簧构件6的开口部6c的宽度与轴构件37的嵌合部37a中的、未设置突起部37e的部分的宽度相同。
98.在本实施方式中，弹簧构件6的凸部6d突出的方向也是与对转子4赋予弹性力的方向相反侧。即，凸部6d在从该转子4侧对弹簧构件6施加阻力的方向上突出。由此，凸部6d的前端部6e推碰到轴构件37的嵌合部37a。因而，即使在长期使用下，在弹簧构件6和轴构件37嵌合的部分也不易产生松动。因此，与第一实施方式同样地，在弹簧构件6与轴构件37之间不易产生位置偏离。
99.轴构件37的嵌合部37a也可以具有槽部以及突起部37e这两者。也可以与第一实施方式同样地，弹簧构件6的凸部6d的前端部6e位于槽部内。凸部6d的前端部6e以外的部分也可以与突起部37e抵接。在该情况下，在弹簧构件6与轴构件37之间也不易产生位置偏离。
100.可是，图1所示的转子4的形状并不限定于上述。例如，在图13所示的第一实施方式的第五变形例中，转子24具有一对凹部4a。一个凹部4a与第一实施方式同样地设置在定子2侧。另一个凹部4a设置在弹簧构件6侧。
101.在上述中，在第一实施方式、第一实施方式的第一变形例以及第二变形例中，示出了弹簧构件的例子。以下，示出弹簧构件的进一步的例子。
102.在图14所示的第一实施方式的第六变形例中，设置有框状部26j，使得将多个梁部6f的外周端缘部6h彼此连接。在本变形例中，框状部26j与多个梁部6f设置为分体。更具体地，框状部26j设置在第一面26a。框状部26j具有圆环状的形状。在本变形例中，因为设置有框状部26j，所以能够使弹簧构件26c的姿势稳定化。因此，能够更可靠地抑制弹簧构件26c与轴构件7之间的位置偏离。
103.另外，框状部26j也可以不设置在第一面26a，而设置在第二面26b。或者，框状部26j也可以与多个梁部6f设置为一体。框状部26j也可以不必一定要到达各梁部6f的外周端缘部6h。框状部26j只要将梁部6f彼此连接即可。框状部26j的外周缘的形状并不限定于圆形，也可以是非圆形。同样地，框状部26j的内周缘的形状并不限定于圆形，也可以是非圆形。
104.在图15所示的第一实施方式的第七变形例中，在各梁部6f的包含外周端缘部6h的部分，分别设置有宽幅部26k。宽幅部26k的宽度比梁部6f的其它部分的宽度宽。在本变形例中，宽幅部26k与梁部6f设置为分体。更具体地，多个宽幅部26k设置在第一面26a。宽幅部26k具有矩形状的形状。在本变形例中，因为在各梁部6f设置有宽幅部26k，所以能够使弹簧构件26d的姿势稳定化。因此，能够更可靠地抑制弹簧构件26d与轴构件7之间的位置偏离。
105.另外，多个宽幅部26k也可以不设置在第一面26a，而设置在第二面26b。或者，宽幅部26k也可以与梁部6f设置为一体。宽幅部26k也可以不必一定要到达梁部6f的外周端缘部6h。宽幅部26k的形状并不限定于矩形，例如，也可以是圆形、矩形以外的非圆形等。本变形例中的宽幅部26k以及第六变形例中的框状部26j还能够应用于第一实施方式以外的本发明的结构。
106.在上述的第一实施方式、第二实施方式中，弹簧构件6中的凸部6d的前端为平面状。如图4、图12等所示，前端部6e的剖面中的两处的角落部均为直线和直线连接而成的形
状。不过，前端部6e的上述角落部也可以是曲线状。以下示出该例子。
107.图16是示出第三实施方式中的弹簧构件和轴构件嵌合的部分的主视剖视图。
108.本实施方式与第二实施方式的不同点在于，弹簧构件46中的凸部46d的前端为曲面状。除了上述的点以外，本实施方式的超声波电机具有与第二实施方式的超声波电机同样的结构。
109.在本实施方式中，也与第二实施方式同样地，弹簧构件46的凸部46d的前端部46e抵接于轴构件37的突起部37e。由此，弹簧构件46和轴构件37嵌合。然后，通过从转子4侧对弹簧构件46施加阻力，从而前端部46e推碰到突起部37e。由此，在弹簧构件46和轴构件37嵌合的部分不易产生松动。因此，在弹簧构件46与轴构件37之间不易产生位置偏离。
110.进而，在本实施方式中，凸部46d的前端部46e是曲面状。因此，如图17所示，在使弹簧构件46和轴构件37嵌合时，能够容易地使前端部46e在嵌合部37a的表面上滑动。由此，能够使前端部46e更可靠地到达突起部37e，能够更可靠地进行弹簧构件46的定位。
111.在本实施方式的结构中，优选地，弹簧构件46和轴构件37具有弹簧构件46的杨氏模量比轴构件37的杨氏模量低的关系、以及弹簧构件46的维氏硬度比轴构件37的维氏硬度低的关系中的至少一种关系。在该情况下，弹簧构件46的前端部46e不易嵌入到轴构件37。因而，能够使前端部46e在轴构件37的嵌合部37a的表面上更可靠地滑动。因此，能够更加可靠地进行弹簧构件46的定位。另外，例如，在作为轴构件37的材料而使用了sus430的情况下，作为弹簧构件46的材料，能够使用c5191-1/2h(磷青铜两种)或c7521-1/2h(锌白铜两种)等。在这些情况下，弹簧构件46的维氏硬度比轴构件37的维氏硬度低。不过，也可以是，弹簧构件46的杨氏模量比轴构件37的杨氏模量高，且弹簧构件46的维氏硬度比轴构件37的维氏硬度高。
112.如图16所示，在本实施方式中，前端部46e的剖面中的两处的角落部均为曲线状。更具体地，在与轴方向z平行且穿过轴构件37的中央的剖面中，前端部46e的第一面26a侧的角落部以及第二面26b侧的角落部的双方为曲线状。另外，只要上述剖面中的至少第二面26b侧的角落部的形状为曲线状即可。
113.例如，在图18所示的第三实施方式的变形例中，前端部56e的剖面中的、第一面26a侧的角落部具有直线和直线连接而成的形状。另一方面，第二面26b侧的角落部具有曲线的形状。在弹簧构件56中，与轴构件37抵接的部分是第二面26b侧的角落部。因而，只要该角落部为曲线的形状，就能够使弹簧构件56的前端部56e在轴构件37的嵌合部37a的表面上容易地滑动。因此，与第三实施方式同样地，能够更可靠地进行弹簧构件56的定位。除此以外，在弹簧构件56与轴构件37之间不易产生位置偏离。
114.进而，在本变形例中，能够通过冲裁加工而容易地形成弹簧构件56中的包含曲面状的形状的前端部56e。因此，能够提高生产效率。
115.图19是示出第四实施方式中的弹簧构件和轴构件嵌合的部分的主视剖视图。
116.本实施方式与第三实施方式的不同点在于，在弹簧构件66的包含凸部66d的前端部66e的部分，设置有折返部66l。本实施方式与第三实施方式的不同点还在于，折返部66l中的弯曲的部分为凸部66d的前端部66e。除了上述的点以外，本实施方式的超声波电机具有与第三实施方式的超声波电机同样的结构。
117.在折返部66l中，第一面26a彼此对置的部分位于内侧。凸部66d的前端部66e处的
第二面26b的部分与轴构件37抵接。在本实施方式中，前端部66e也是曲面状。因而，与第三实施方式同样地，能够更可靠地进行弹簧构件66的定位。除此以外，在弹簧构件66与轴构件37之间不易产生位置偏离。
118.折返部66l具有第一部分66m以及第二部分66n。第一部分66m和第二部分66n通过折返部66l中的弯曲的部分而连接。第一部分66m是凸部66d的基端部侧的部分。在与轴方向z平行且穿过轴构件37的中央的剖面中，在将第一部分66m的延长线c1和第二部分66l的延长线c2所成的角的角度设为θ时，在本实施方式中，θ＝0
°
。换言之，折返部66l的弯曲角为180
°
。另外，角度θ并不限定于0
°
。不过，角度θ优选为第一部分66m的延长线c1和与轴方向z垂直的面所成的角的角度以下。由此，能够使凸部66d的前端部66e容易地抵接于轴构件37的突起部37e。
119.图20是示出第五实施方式中的弹簧构件和轴构件嵌合的部分的主视剖视图。
120.本实施方式与第三实施方式的不同点在于，轴构件77的嵌合部77a中的突起部37e以外的部分的宽度比轴构件77中的嵌合部77a以外的部分的宽度窄。除了上述的点以外，本实施方式的超声波电机具有与第三实施方式的超声波电机同样的结构。另外，嵌合部77a中的突起部37e以外的部分与第二实施方式以及第三实施方式同样地为六棱柱状。
121.在本实施方式中，也与第三实施方式同样地，能够更可靠地进行弹簧构件46的定位。除此以外，在弹簧构件46与轴构件37之间不易产生位置偏离。进而，在形成嵌合部77a时，能够还同时形成突起部37e，因此加工变得容易。因此，能够提高生产效率。
122.附图标记说明
123.1：超声波电机；
124.2：定子；
125.3：振动体；
126.3a、3b：第一主面、第二主面；
127.3c：贯通孔；
128.3d：突起；
129.4：转子；
130.4a：凹部；
131.4b：侧壁部；
132.4c：贯通孔；
133.4d：端面；
134.5：弹性构件；
135.5a：内周端缘部；
136.6：弹簧构件；
137.6c：开口部；
138.6d：凸部；
139.6e：前端部；
140.6f：梁部；
141.6g：狭缝部；
142.6h：外周端缘部；
143.7：轴构件；
144.7a：嵌合部；
145.7b：槽部；
146.8：第一壳体构件；
147.8a、8b：第一圆筒突出部、第二圆筒突出部；
148.8c：贯通孔；
149.9：第二壳体构件；
150.9a：圆筒突出部；
151.9c：贯通孔；
152.13a～13d：第一压电元件～第四压电元件；
153.14：压电体；
154.14a、14b：第三主面、第四主面；
155.15a、15b：第一电极、第二电极；
156.18、19：第一轴支承部、第二轴支承部；
157.23：压电元件；
158.24：转子；
159.25：弹性体层；
160.26a、26b、26c、26d：弹簧构件；
161.26a、26b：第一面、第二面；
162.26d：凸部；
163.26f：梁部；
164.26i：主体部；
165.26j：框状部；
166.26k：宽幅部；
167.27：轴构件；
168.27d：槽部；
169.28：第一轴支承部；
170.28a：挡圈；
171.37：轴构件；
172.37a：嵌合部；
173.37e：突起部；
174.46：弹簧构件；
175.46d：凸部；
176.46e：前端部；
177.56：弹簧构件；
178.56e：前端部；
179.66：弹簧构件；
180.66d：凸部；
181.66e：前端部；
182.66l：折返部；
183.66m、66n：第一部分、第二部分；
184.77：轴构件；
185.77a：嵌合部。

技术特征：
1.一种超声波电机，具备：定子，具有板状的振动体和压电元件，所述振动体包含相互对置的第一主面和第二主面，所述压电元件设置在所述振动体的所述第一主面上；转子，直接或间接地与所述振动体的所述第二主面接触；板状的弹簧构件，在从所述转子侧朝向所述定子侧的方向上对所述转子赋予弹性力，并具有开口部；以及轴构件，插通到所述弹簧构件的所述开口部，并具有嵌合部，所述弹簧构件的所述开口部的形状在俯视下为非圆形状，所述弹簧构件具有在从所述定子侧朝向所述转子侧的方向上弯曲的凸部，作为所述凸部的前端部的所述开口部的开口端缘部和所述轴构件的所述嵌合部嵌合。2.根据权利要求1所述的超声波电机，其中，所述轴构件与所述转子不接触。3.根据权利要求1或2所述的超声波电机，其中，所述弹簧构件和所述轴构件具有所述弹簧构件的杨氏模量比所述轴构件的杨氏模量高的关系、以及所述弹簧构件的维氏硬度比所述轴构件的维氏硬度高的关系中的至少一种关系。4.根据权利要求1～3中的任一项所述的超声波电机，其中，所述轴构件的所述嵌合部具有槽部，所述弹簧构件的所述凸部的所述前端部位于所述槽部内，由此所述弹簧构件和所述轴构件嵌合。5.根据权利要求1～4中的任一项所述的超声波电机，其中，所述弹簧构件的所述开口部的形状在俯视下为多边形状。6.根据权利要求5所述的超声波电机，其中，在所述弹簧构件的所述凸部，设置有从所述开口部的多边形状的形状中的多个顶点的部分延伸的多个狭缝部。7.根据权利要求1～6中的任一项所述的超声波电机，其中，所述弹簧构件具有在俯视下配置为辐射状的多个梁部，所述弹簧构件通过所述多个梁部对所述转子赋予弹性力。8.根据权利要求7所述的超声波电机，其中，将连结所述振动体的所述第一主面和所述第二主面且沿着旋转中心的方向设为轴方向，将以所述轴方向为中心进行环绕的方向设为环绕方向，此时，所述弹簧构件的所述多个梁部在所述环绕方向上均等地配置。9.根据权利要求7或8所述的超声波电机，其中，所述压电元件通过使所述振动体振动而产生行波，所述多个梁部的个数不是所述行波的波数的整数倍，且为素数。10.根据权利要求7～9中的任一项所述的超声波电机，其中，在俯视下，将沿着与所述梁部延伸的方向垂直的方向的所述梁部的尺寸设为所述梁部的宽度，此时，随着从所述弹簧构件的中央远离，所述梁部的所述宽度变窄。11.根据权利要求1～10中的任一项所述的超声波电机，其中，所述弹簧构件具有：主体部；和弹性体层，设置在所述主体部的表面的至少一部分。
12.根据权利要求1～11中的任一项所述的超声波电机，其中，还具备：弹性构件，设置在所述弹簧构件与所述转子之间，所述弹簧构件经由所述弹性构件对所述转子赋予弹性力。13.根据权利要求12所述的超声波电机，其中，所述弹性构件为环状，且具有内周端缘部，所述弹簧构件具有外周端缘部，所述弹簧构件与所述弹性构件的所述内周端缘部接触，且所述弹簧构件的所述外周端缘部与所述弹性构件不接触。14.根据权利要求1～13中的任一项所述的超声波电机，其中，所述轴构件的所述嵌合部具有突起部，所述弹簧构件的所述凸部抵接于该突起部。15.根据权利要求1～14中的任一项所述的超声波电机，其中，将一个形状和另一个形状相似这样的关系设为包含与所述一个形状的角部相当的所述另一个形状的部分为曲线的形状的情况、以及与所述一个形状的角部相当的所述另一个形状的部分为被倒角了的形状的情况，此时，所述弹簧构件的所述开口部的俯视下的形状和所述轴构件的所述嵌合部的沿着与所述轴构件延伸的方向正交的方向的剖面的形状相似。

技术总结
本发明提供一种在弹簧构件与轴构件之间不易产生位置偏离的超声波电机。超声波电机(1)具备：定子(2)，具有包含相互对置的第一、第二主面(3a、3b)的板状的振动体(3)和压电元件；转子(4)，直接或间接地与振动体(3)的第二主面(3b)接触；弹簧构件(6)，在从转子(4)侧朝向定子(2)侧的方向上对转子(4)赋予弹性力，并具有开口部(6c)；以及轴构件(7)，插通到弹簧构件(6)的开口部(6c)，并具有嵌合部(7a)。弹簧构件(6)的开口部(6c)的形状在俯视下为非圆形状。弹簧构件(6)具有在从定子(2)侧朝向转子(4)侧的方向上弯曲的凸部(6d)。作为凸部(6d)的前端部(6e)的开口部(6c)的开口端缘部和轴构件(7)的嵌合部(7a)嵌合。的嵌合部(7a)嵌合。的嵌合部(7a)嵌合。


技术研发人员：上林嗣治 浅野宏志 樫浦英秋
受保护的技术使用者：株式会社村田制作所
技术研发日：2022.01.27
技术公布日：2023/9/22