JP2016140130A - 振動波モータ - Google Patents

Abstract

【課題】振動波モータ薄型化を図り、よりコンパクトな構成の振動波モータが要請されている。
【解決手段】本発明の振動波モータは、圧電素子が固定されている振動子と、振動子と接触する摩擦接触面を有する摩擦部材と、振動子を付勢して摩擦接触面に押圧させる押圧部を備えた加圧部材と、振動子に印加される加圧部材による付勢力に対する反力を転動部材を介して受けるカバー部材とを備える。カバー部材は、転動部材を受ける第一の溝部を備え、第一の溝部は、振動子と摩擦部材とが相対移動する方向に延在する。加圧部材は、カバー部材の第一の溝部と協働して転動部材を挟持し、相対移動する方向に延在する第二の溝部を備えた案内部を有している。
【選択図】 図１

Description

本発明は振動子に超音波振動を発生させることにより駆動力を発生する超音波モータ等の振動波モータに関する。

従来から、動作音が無く、低速から高速までの駆動が可能であり、高トルク出力などの特徴を活かして、例えば、カメラやレンズの駆動源として振動波モータが採用されている。

特許文献１に開示された超音波モータは、弾性部材によって振動子が摩擦部材に対して付勢された状態である加圧接触状態で保持されている。その加圧接触状態下において振動子に超音波振動が励起され、振動子の摩擦部材と接している接触部に楕円運動が生じることで、振動子が直進駆動される。この際、振動子は、加圧力の作用する方向と同一線上で溝に挟持されて配置された転動部材が転動することにより案内される。

特開２００９−２６８２３６号公報 特開２００４−３０４８８７号公報

特許文献１に開示された超音波モータにおいて、振動子を加圧する部材と転動部材とは、振動子が摩擦部材の摩擦接触面と接触するように、振動子の加圧方向に沿って配置される。その為、振動子を被駆動部材に加圧接触させる機構に加え、被駆動部材を案内する転動部材や、転動部材を保持するベース部材の厚みが加わる。その結果、加圧方向における超音波モータの大きさが増大し、超音波モータが大型化してしまう。

本発明は、上述の問題に鑑み、振動子に発生する超音波振動等により駆動させる振動波モータにおいて、出力や駆動効率等を減少させることなく、シンプルな構成により薄型化された加圧機構により、薄型でコンパクトな振動波モータを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明の振動波モータは、圧電素子が固定されている振動子と、振動子と接触する摩擦接触面を有する摩擦部材と、振動子を付勢して摩擦接触面に押圧させる押圧部を備えた加圧部材と、振動子に印加される加圧部材による付勢力に対する反力を転動部材を介して受けるカバー部材とを備え、カバー部材は、転動部材を受ける第一の溝部を備え、第一の溝部は、振動子と摩擦部材とが相対移動する方向に延在し、加圧部材は、カバー部材の第一の溝部と協働して転動部材を挟持し、相対移動する方向に延在する第二の溝部を備えた案内部を有している。

本発明によれば、振動子に発生する超音波振動等により被駆動部を駆動させる振動波モータにおいて、出力や駆動効率等を減少させることなく、シンプルな構成により薄型化された加圧機構により、薄型でコンパクトな構成の振動波モータを提供することができる。

本発明の実施例１における超音波モータの分解斜視図である。 本発明の実施例１における振動子と小基台の接合状態を示す拡大斜視図である。 本発明の実施例１における振動板と圧電素子の接合状態を示す拡大斜視図である。 本発明の実施例１における振動子周辺の接合状態を示す拡大斜視図である。 本発明の実施例１における超音波モータの駆動方向と加圧方向とに平行な中央の縦断面図である。 本発明の実施例１における加圧部材の拡大斜視図である。 本発明の実施例１における超音波モータの駆動方向に直交し、加圧方向に平行な面による断面図である。 本発明の実施例２における加圧部材の斜視図である。 本発明の実施例１における加圧部材と転動部材の説明図である。

以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を説明する。尚、以下の実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

以下の各実施例の説明において図面との関連において理解を容易ならしめるべく、振動子と摩擦部材との相対移動方向を「Ｘ軸」と規定し、説明を行う。また、加圧部材により振動子が摩擦部材に対して加圧される方向を「Ｚ軸」、Ｘ軸とＺ軸とに直交する方向を「Ｙ軸」と規定し、説明を行う。

（実施例１）
図１は、本発明の実施例１である振動波モータとしての超音波モータの分解斜視図である。なお、同一部材は同一記号で示されている。１０１は後述する振動子１０４が加圧接触する摩擦接触面１０１ａを備える摩擦部材である。１０２は摩擦部材１０１の摩擦接触面１０１ａに接触する突起部１０２ａを備える振動板であり、１０３は振動板１０２に対して接着材などにより圧着される圧電素子である。そして、振動板１０２に圧電素子１０３が圧着された状態で圧電素子１０３に電圧を印加することで圧電素子１０３に超音波振動等の振動を励起させ、振動板１０２の突起部１０２ａは楕円運動を発生する。なお、振動子１０４は振動板１０２と圧電素子１０３とにより構成される。１０５は振動子１０４を保持するための小基台である。１０６は、加圧部材１０７の押圧部１０７ｄに当接して加圧部材１０７の付勢力により振動子１０４を摩擦部材１０１に付勢する当接部材である。

１０８は加圧部材１０７の案内部１０７ｆに設けられた第二の溝部１０７ａに受け入れられる転動部材である。１０９は第一の溝部１０９ａを備えるカバー部としてのカバー部材である。転動部材１０８は、加圧部材１０７に設けられた第二の溝部１０７ａとカバー部材１０９に設けられた第一の溝部１０９ａとに受け入れられて挟持される。１１０は摩擦部材１０１とカバー部材１０９とを保持するベース部材である。カバー部材１０９とベース部材１１０とは、例えばネジ等で締結される。しかし、カバー部材１０９とベース部材１１０とを一体で作製してもよい。また、摩擦部材１０１もベース部材１１０に対し、例えばネジ等で固定される。しかし、例えば接着や溶着により摩擦部材１０１とベース部材１１０とが固定されてもよい。

図２は、実施例１における振動板１０２と小基台１０５の接合状態を示す拡大斜視図であり、摩擦部材１０１の側から見た図である。図３は、実施例１における振動子１０４における振動板１０２と圧電素子１０３との接合状態を示す拡大斜視図である。

図２に示されるように、振動板１０２は、接着材、溶接等により振動板１０２の接合部１０２ｃにより小基台１０５に接合される。また、振動板１０２の中央部には、２箇所の突起部１０２ａが形成されている。突起部１０２ａの上端面、すなわち、摩擦部材１０１の摩擦接触面１０１ａと当接する面は同一平面上に形成されている。

一方、図３に示されるように、振動板１０２の突起部１０２ａが設けられた面の裏側の裏面部１０２ｂには圧電素子１０３が接着材等により圧着されている。なお、振動板１０２と圧電素子１０３との圧着は、圧着されればその方法は限定されない。圧電素子１０３は複数の圧電素子膜を積層して一体化したものである。そしてこの圧電素子１０３に所望の交流電圧を印加することで圧電素子１０３を励振させ、圧電素子１０３が圧着された振動板１０２は２つの振動モードで振動する。この２つの振動モードの振動位相が所望の位相差となるように設定することで、突起部１０２ａには図２の矢印で示すような楕円運動Ｒが発生する。この楕円運動Ｒを振動子１０４で発生させ、摩擦部材１０１の摩擦接触面１０１ａに伝達することで、摩擦部材１０１に対して振動子１０４を並進駆動させることが可能となる。なお、前述の圧電素子の積層構造や振動モードに関する詳細は特許文献２に記載された内容と同様である為、それらの説明は割愛する。

図４は実施例１の当接部材１０６と振動子１０４と小基台１０５との組み立て状態の斜視図となる。当接部材１０６は振動板１０２の突起部１０２ａが設けられた面の裏側、すなわち、圧電素子１０３の側に取り付けられる。当接部材１０６は突起部１０６ａを備え、後述する加圧部材１０７は突起部１０６ａにて当接部材１０６に当接する。小基台１０５は第一の係合部１０５ａと第二の係合部１０５ｂとを備え、後述する加圧部材１０７と係合する。

図５は、本実施例の超音波モータの並進移動方向及び加圧方向と平行な断面（ＸＺ断面）であって、そのほぼ中心における断面を示した図となる。小基台１０５に設けられた第一の係合部１０５ａと第二の係合部１０５ｂは、加圧部材１０７のプレート状の押圧部１０７ｄに設けられた穴に係合する。具体的には、押圧部１０７ｄには、小基台１０５の円柱形状の第一の係合部１０５ａと係合するようにされた丸穴１０７ｂと、円柱形状の第二の係合部１０５ｂと係合するようにされた長穴１０７ｃが形成されている。丸穴１０７ｂは、第一の係合部１０５ａの円形断面の直径とほぼ同じ若しくは若干大きい直径を有する丸穴形状で構成される。小基台１０５の第二の係合部１０５ｂと係合する長穴１０７ｃは、第二の係合部１０５ｂの円形断面の直径とほぼ同じ若しくは若干大きい直径を有する２つの半円部と、その２つの半円部をつなぐ直線部とから構成されている。長穴１０７ｃの直線部は超音波モータの並進移動方向に伸張している。丸穴１０７ｂ及び長穴１０７ｃに第一の係合部１０５ａ及び第二の係合部１０５ｂがそれぞれ受け入れられることにより、小基台１０５と加圧部材１０７とは、振動子１０４の移動方向に一対で動くことができる。直線部が振動子１０４の移動方向に伸長している長穴１０７ｃに第二の係合部１０５ｂが受け入れられることにより、長穴１０７ｃと第二の係合部１０５ｂとの間には隙間が存在する。これにより、振動子１０４の楕円運動Ｒが、小基台１０５と加圧部材１０７との堅固な係合により低減してしまうことが防止される。

加圧部材１０７の押圧部１０７ｄに対し当接部材１０６に形成された突起部１０６ａが当接するように構成される。後述する加圧部材１０７の弾性により発生する加圧力は、加圧部材１０７の押圧部１０７ｄにおいて突起部１０６ａを介して当接部材１０６に伝達される。これにより、当接部材１０６と接する振動子１０４に加圧力が加わり、振動子１０４は摩擦部材１０１の摩擦接触面１０１ａに対し加圧接触する。なお、本実施例は、当接部材１０６を介して加圧部材１０７の加圧力を振動子１０４に印加させているが、この態様に限定されることなく、加圧部材１０７による振動子１０４への加圧力を印加する態様はいかなる態様であってもよい。従って、当接部材１０６を介することなく、加圧部材１０７により直接的に振動子１０４に加圧力を印加するような構成であってもよい。

図６は実施例１における加圧部材１０７の斜視図である。加圧部材１０７は、プレート状の押圧部１０７ｄと、案内部１０７ｆと、押圧部１０７ｄと案内部１０７ｆとを接続する腕部１０７ｅとを備える。加圧部材１０７の案内部１０７ｆには、球形状の転動部材１０８を受け入れるためのＶ字形状の断面を有し、振動子１０４と摩擦部材１０１とが相対移動する方向（Ｘ軸方向）に延在する第二の溝部１０７ａが形成されている。略矩形形状のプレート状の押圧部１０７ｄの周囲の４箇所に第二の溝部１０７ａを有する案内部１０７ｆを配置している。加圧部材１０７の案内部１０７ｆを覆うようにカバー部材１０９が配置される。カバー部材１０９には、振動子１０４と摩擦部材１０１とが相対移動する方向（Ｘ軸方向）に延在する第一の溝部１０９ａが形成されている。４つの転動部材１０８が、加圧部材１０７の第二の溝部１０７ａとカバー部材１０９の第一の溝部１０９ａとの協働により、それらに受け入れられて挟持される。これにより、振動子１０４と摩擦部材１０１とが相対移動する方向（Ｘ軸方向、以下「相対移動方向」という。）に加圧部材１０７はカバー部材に対してリニアに移動可能に案内される。

加圧部材１０７の案内部１０７ｆが、振動子１０４と摩擦部材１０１とが相対移動する方向と交差する方向に互いに対向配置するように、押圧部１０７ｄの該相対移動方向に延在し離間して対向する縁部において、腕部１０７ｅにより押圧部１０７ｄと案内部１０７ｆとが接続されている。この腕部１０７ｅを、弾性を有し他の部分よりも低い剛性を有するように、即ち、弾性変形可能に構成するようにしてもよい。これにより、４つの腕部１０７ｅにより案内部１０７ｆを独立して変位可能に押圧部１０７ｄに接続することができ、転動部材１０８を介して加圧力の反力をカバー部材１０９に適切に伝えることができる。

図７は、本実施例における超音波モータを振動子１０４の移動方向に直交し、加圧部材１０７による振動子１０４への加圧方向に平行な断面で切った断面図（ＹＺ断面）である。腕部１０７ｅを介して案内部１０７ｆにおいて作用する加圧力に対する反力により、カバー部材１０９に対して転動部材１０８が付勢される。図７において、加圧部材１０７の第二の溝部１０７ａ又は案内部１０７ｆの裏面と押圧部１０７ｄの裏面との間隔を組立状態における距離Ｌとして示されている。この距離Ｌは組み立て前における寸法より小さくされている。これにより、図７に示すように、加圧部材１０７の押圧部１０７ｄには加圧力が働き、案内部１０７ｆの第二の溝部１０７ａにはこの加圧力とは反対方向の反力が働くこととなる。押圧部１０７ｄで作用する加圧力により、振動子１０４を付勢し摩擦部材１０１の摩擦接触面１０１ａに押圧している。

（実施例２）
実施例２は、実施例１で示した加圧部材１０７の変形例である。実施例２における加圧部材１１７の斜視図を図８に示す。図８において実施例１と同一の部材は同一の符号で示している。実施例２においては、加圧部材１１７における案内部１０７ｆの接続態様が実施例１のそれと異なっている。第二の溝部１０７ａを有する案内部１０７ｆは、押圧部１０７ｄの周囲４箇所において弾性を有する腕部１１７ａにより接続されている。更に、相対移動方向と交差する方向（Ｙ軸方向）に互いに対向して配置されている加圧部材１１７の案内部同士が、弾性を有する補強部材１１７ｂにより直接接続されている。腕部１１７ａ及び補強部材１１７ｂの案内部１０７ｆへの接続構成の詳細については、図９を用いて以下に述べる。

図９は、実施例１において転動部材１０８が加圧部材１０７の第二の溝部１０７ａの端部に位置した場合の説明図である。第二の溝部１０７ａを有する案内部１０７ｆは、第二の溝部１０７ａのほぼ中央において腕部１０７ｅにより押圧部１０７ｄに接続されている。図９は、超音波モータの振動子１０４と加圧部材１０７とが駆動されて移動し、転動部材１０８が相対移動方向（Ｘ軸方向）において案内部１０７ｆの第二の溝部１０７ａの端部近傍まで転がった状態を示している。このような状態において、加圧力の反力のモーメントによる変位が第二の溝部１０７ａの両端で図９に示す矢印の方向に発生する。そして、超音波モータの移動ストロークが大きくなるとそれに比例して発生し、転動部材１０８を介して加圧力に対する反力のカバー部材１０９への作用が不安定となったり、加圧部の押圧部１０７ｄによる加圧力が不安定となってしまうおそれがある。

実施例２にかかる加圧部１１７においては、図８に示すように、相対移動方向に延在する案内部１０７ｆの第二の溝部１０７ａの内方側端部の近傍において、案内部１０７ｆは腕部１１７ａにより押圧部１０７ｄに接続されている。更に、案内部１０７ｆは、第二の溝部１０７ａの他方の端部、即ち、押圧部１０７ｄの中心に関して相対移動方向において腕部１１７ａより遠い外方側端部の近傍において、相対移動方向と交差する方向（Ｙ軸方向）に伸張する補強部材１１７ｂにより直接接続されている。

実施例２に係る構成によれば、転動部材１０８が大きな移動ストロークにより相対移動方向において案内部１０７ｆの第二の溝部１０７ａの端部近傍に位置した場合でも、加圧力の反力のモーメントによる変位を抑えることが出来る。これにより、押圧部１０７ｄによる振動子１０４への安定した加圧力の印加を確保することが出来、また、転動部材を介して加圧力の反力を適切にカバー部材１０９に伝えることができる。

以上のとおり、本願発明によれば、シンプルな構成で加圧部による振動子への安定した加圧力を確保しつつ、超音波モータの薄型化を達成することができ、コンパクトな超音波モータを提供することができる。

以上本発明の好適な実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

１０１ 摩擦部材
１０１ａ 摩擦接触面
１０３ 圧電素子
１０４ 振動子
１０６ 当接部材
１０７ 加圧部材
１０７ａ 第二の溝部
１０７ｄ 押圧部
１０７ｅ 腕部
１０７ｆ 案内部
１０８ 転動部材
１０９ カバー部材
１０９ａ 第一の溝部
１１７ 加圧部材
１１７ａ 腕部
１１７ｂ 補強部材

Claims (11)

1. 圧電素子が固定されている振動子と、
   前記振動子と接触する摩擦接触面を有する摩擦部材と、
   前記振動子を付勢して前記摩擦接触面に押圧させる押圧部を備えた加圧部材と、
   前記振動子に印加される前記加圧部材による付勢力に対する反力を転動部材を介して受けるカバー部材と、
   を備え、前記圧電素子により励起された振動により、前記振動子と前記摩擦部材とが相対移動する振動波モータであって、
   前記カバー部材は、前記転動部材を受ける第一の溝部を備え、前記第一の溝部は、前記振動子と前記摩擦部材とが相対移動する方向に延在し、
   前記加圧部材は、前記カバー部材の前記第一の溝部と協働して前記転動部材を挟持し、前記相対移動する方向に延在する第二の溝部を備えた案内部を有することを特徴とする振動波モータ。
2. 前記加圧部材の前記案内部は、前記押圧部に対して弾性変形可能に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の振動波モータ。
3. 前記加圧部材の前記案内部は、弾性変形可能な腕部により前記押圧部に接続されていることを特徴とする請求項２に記載の振動波モータ。
4. 前記加圧部材の前記案内部は、前記相対移動方向と交差する方向において前記押圧部を挟んで対向配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の振動波モータ。
5. 前記相対移動方向に伸張する前記押圧部の縁部が互いに対向して配置されており、二つの前記案内部が前記相対移動方向に離間して腕部により前記縁部の各々に接続されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の振動波モータ。
6. 前記加圧部材の前記案内部は、それぞれ独立して前記押圧部に対して腕部により弾性変形可能に接続されていることを特徴とする請求項５に記載の振動波モータ。
7. 前記相対移動方向と交差する方向において互いに対向する各対の前記案内部同士が、前記相対移動方向と交差する方向に延在する補強部材に弾性変形可能に接続されていることを特徴とする請求項５又は６に記載の振動波モータ。
8. 前記補強部材は前記押圧部の中心に関して前記腕部よりも遠い位置に配置されていることを特徴とする請求項７に記載の振動波モータ。
9. 前記腕部は前記押圧部の中心に近い側の前記第二の溝部の端部の近傍に位置するように前記加圧部材の前記押圧部に接続されており、前記補強部材は前記第二の溝部の他の端部の近傍に位置するように前記案内部に接続されていることを特徴とする請求項８に記載の振動波モータ。
10. 前記押圧部は当接部材を介して前記振動子を付勢することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の振動波モータ。
11. 前記振動波モータは、前記圧電素子により励起された振動が超音波振動である超音波モータであることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の振動波モータ。

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