JPH11146669A - 超音波モータ及び超音波モータ付電子機器 - Google Patents

超音波モータ及び超音波モータ付電子機器

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JPH11146669A
JPH11146669A JP9302965A JP30296597A JPH11146669A JP H11146669 A JPH11146669 A JP H11146669A JP 9302965 A JP9302965 A JP 9302965A JP 30296597 A JP30296597 A JP 30296597A JP H11146669 A JPH11146669 A JP H11146669A
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朗弘 飯野
Masao Kasuga
政雄 春日
Makoto Suzuki
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 振動体を安定に振動させると共に、振動の抑
制を防止する超音波モータおよび超音波モータ付電子機
器を提供する。 【解決手段】 振動体の厚み方向には移動可能とし、厚
み方向と垂直となる径方向には振動体を移動不可とする
固定端から離反する方向へ前記固定端を含めて複数の節
が現れる振動状態を生じると共に、前記振動状態の振幅
方向へ押圧される振動体を備え、前記振動体の振動状態
の振幅方向への押圧に基づいて生じた摩擦力により駆動
する超音波モータにおいて、前記振動体の振動状態の節
および節の近傍を含めた節部に、前記振動状態に合わせ
て弾性変形するとともに、前記振動体を押圧力に抗して
支持する弾性支持部材を備えた。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、アナログ式時計等
の駆動源として用いる超音波モータに係わり、特に、振
動体の固定端から離反する方向の節部を弾性支持部材に
より支持するタイプの超音波モータおよび超音波モータ
付電子機器の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】近時、マイクロモータの分野では、圧電
素子を駆動源として利用する超音波モータが注目されて
いる。超音波モータには、平板矩形状の振動体を用い
て、異なる共振モードを組み合わせる方式、円板状の振
動体を用いて、90゜位相の異なる2つの励振を組み合
わせて進行波を生じさせる方式、振動体に定在波を生じ
させる方式等が知られている。
【0003】図14は、従来技術に係わる超音波モータ
の断面構造を示す。この超音波モータは、所定の分極処
理された圧電素子11と、圧電素子11に接合された振
動体12と、振動体12に当接される移動体15と、移
動体15を押圧するバネ部材211と、バネ部材211
に当接する座金212と、座金212を介してバネ部材
211を留めるストッパー213と、ストッパー21
3、移動体12等を支持する中心軸16と、中心軸16
を固定する固定台17とからなる(特開昭63−305
770号公報参照)。
【0004】そして、圧電素子11の圧電効果により振
動体12を振動させ、振動体12に当接する移動体15
に摩擦力を加えて回転させる。ここで、移動体15は、
十分な摩擦力を加えるため、バネ部材211により十分
に押圧する必要がある。図15は、他の従来技術に係わ
る超音波モータの斜視方向の構造を示す。この超音波モ
ータは、前記超音波モータと略同様の構成であるが、振
動体12の振動節を結んだ節円を3分割する3点を固定
台17上に設けた固定用の突起17aにより支持固定す
る点に特徴を有する(特開平2−142368号公報参
照)。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前者の
ように中心軸16のみで振動体12を支持すると、バネ
部材211による押圧力を大きくしたとき、振動体12
は曲げモーメントにより撓んで反力を生じてしまい、不
安定な振動を伴い、移動体15との接触が不安定とな
る。
【0006】一方、後者の場合、振動体12の撓みは防
止されるものの、振動節は点であるため、突起17aは
振動節の周辺まで及んで振動を抑制する。この傾向は、
超音波モータを小型化すると、さらに助長される。そこ
で、本発明は、以上の技術的課題を解決するためなされ
たものであって、その目的は、振動体を安定に振動させ
ると共に、振動の抑制を防止する超音波モータおよび超
音波モータ付電子機器を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】即ち、上記課題を解決す
る手段は、請求項1に記載するように、固定端から離反
する方向へ前記固定端を含めて複数の節が現れる振動状
態を生じると共に、前記振動状態の振幅方向へ押圧され
る振動体を備え、前記振動体の押圧に基づいて生じた摩
擦力により駆動する超音波モータにおいて、前記振動体
の振動状態の節および節の近傍を含めた節部に、前記振
動状態に合わせて弾性変形するとともに、前記振動体を
押圧力に抗して支持する弾性支持部材を備えたことを特
徴とする。
【0008】これによれば、振動体に押圧力が加えられ
て曲げモーメントが生じたとき、弾性支持部材は押圧力
に抗する力を加えてこの曲げモーメントを緩和し、振動
体の原形状を維持する。また、節部の節以外の部位で
は、振動体の振動状態の振幅方向の変位に合わせて弾性
変形する。したがって、振動体は撓んで反力を生じるこ
ともないので安定な振動を行い、振動体の振動は抑制さ
れない。
【0009】以上の手段にあって、節近傍とは、振動体
の振動状態の振幅方向の変位に対して、弾性支持部材が
追従して弾性変形可能な範囲をいう。弾性支持部材は、
単数もしくは複数箇所に設ける場合、連続する節に沿っ
て帯状に設ける場合のいずれも含まれる。また、振動体
を安定に支持する観点から、3箇所以上に設ける方が好
ましい。
【0010】また、弾性支持部材は、振動体の節部のう
ち、節および節近傍を支持する場合、節の近傍のみを支
持する場合、若しくは節の周囲を環状に支持する場合の
何れも含まれる。弾性支持部材の形状は、振動体を弾性
変形して支持する形状であれば、円柱状、角柱状、円筒
状、コイル状、板ばね状のその他何れの形状も含まれ、
その材質は、材質的に弾性変形するゴム、ウレタン、ま
た、構造的に弾性を有するコイルばね、板ばねも含まれ
る。
【0011】また、振動状態には、固定端に対して平行
な方向に定在波方式、若しくは進行波方式の何れも含ま
れる。また、上記手段にあって、請求項2に記載するよ
うに、前記振動体の振動状態の節部のうち、前記振動体
が押圧された部位に対して最も近接する節部に前記弾性
支持部材を備えた方が好ましい。
【0012】これによれば、振動体に対して弾性支持部
材の支持する節部と押圧される部位の距離は最小とな
り、振動体に生じる曲げモーメントも最小になる。ここ
で、弾性支持部材の支持する節部は、振動体に曲げモー
メントを生じさせない観点から、前記振動体を押圧する
部位と一致する方が望ましい。また、固定端と弾性支持
部材間の振動体の曲げモーメントを緩和する観点から、
固定端との間に振動体が押圧された部位を配置する方が
望ましい。
【0013】また、上記手段にあって、請求項3に記載
するように、前記振動体の振動状態の節部のうち、前記
振動体の固定端の節部に前記弾性支持部材を備えた方が
好ましい。これによれば、弾性支持部材は、振動体の固
定端を補強し、振動体はさらに撓みにくくなり、原形状
を保つ。
【0014】また、上記手段にあって、請求項4に記載
するように、前記摩擦力に基づいて前記振動体の可動が
防止される可動止部材を備えた方が好ましい。これによ
れば、振動体が摩擦力の反作用として可動力を得ても、
可動止部材は振動体に可動力と等しい抗力を加える。し
たがって、振動体は可動することなく、安定した振動を
行う。
【0015】ここで、可動止部材は、振動体と別個に設
ける場合、若しくは、振動体と一体に設ける場合の何れ
も含まれる。また、請求項5に記載するように、超音波
モータ付電子機器は請求項1〜請求項4のいずれかに記
載の超音波モータを備える。これによれば、該超音波モ
ータを駆動源とした超音波モータ付電子機器が実現され
る。ここで、電子機器には電子時計、計測器、カメラ、
プリンタ等の超音波モータの適用可能な機器を全て含
む。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、図1〜図13を参照して本
発明を適用した実施の形態を詳細に説明する。 {実施の形態1}図1は、本発明を超音波モータに適用
した実施の形態1の断面構造を示す。
【0017】本超音波モータは、図1(a)に示すよう
に、圧電素子11と、圧電素子11の表面に接合された
振動体12と、振動体12の上面に設けられた振動拡大
用の突起13と、突起13の上面に設けられた摺動板1
4と、摺動板14に当接するロータ体15と、ロータ体
15および振動体12の中心を貫く中心軸16と、中心
軸16を固定する支持板17と、支持板17と振動体1
2の間に設けられた弾性支持部材18a、18bとを備
える。
【0018】また、中心軸16の上部には加圧機構21
を設け、中心軸16の上端には加圧機構21を圧接する
止具22を設け、中心軸16とロータ体15の間にはベ
アリング23を設けている。図2は、本超音波モータの
圧電素子11の平面構造を示し、(a)は進行波方式
を、(b)は定在波方式を示す。
【0019】ここで、圧電素子11は、同図(a)に示
すように、略円板状であり、周方向に12等分に分割さ
れ、各々の分割部a1…a6、b1…b6は略扇形状で
ある。圧電素子11の表面と裏面には、分割部a1…a
6、b1…b6に対応した略扇形状の電極パターンを形
成し、一方の分割部a1…a6に対応した電極パターン
は第1リード線(図示省略)に結線し、他方の分割部b
1…b6に対応した電極パターンは、第2リード線(図
示省略)に結線している。
【0020】また、隣接する分割部(a1とb1、a2
とb2、…a6とb6)は、一組として同方向に分極処
理され、かつ、隣接する一組の分割部同士は相互に分極
方向が逆転するように処理されている。図中(+)もし
くは(−)とあるのは、分極の方向を示したものであ
る。(+)は、圧電素子11の下面から圧電素子11と
振動体12の接合面に向かって電極パターンに正の電界
を印加して分局処理を施し、(−)は負の電界を印加し
て分極所理を施したことを示す。
【0021】そして、一方の分割部a1…a6と他方の
分割部b1…b6の位相を90゜ずらして励振させ、振
動体の周方向に進行波を発生させる。一方、定在波方式
を用いる場合、同図(b)に示すように、突起13を一
組の分割部(a1とb1、a2とb2、…a6とb6)
の境界に配置する。そして、正方向の駆動力を得たいと
きは、一方の分割部a1…a6を励振させて振動体12
に定在波を発生させ、また、逆方向の駆動力を得たいと
きは、他方の分割部b1…b6を励振させ、振動体12
に前記定在波と90゜位相の異なる定在波を発生させ
る。
【0022】図3は、振動体12および突起13の斜視
方向の構造を示し、図4は、振動体13下部の平面構造
および弾性支持部材18a、18bの構造を示す。振動
体12は、圧電素子11に対応した円板状の円板部と、
中心部から下方へ突出する可動止部材としての突出部1
2aからなり、その材質は、例えばアルミ合金、ステン
レス、黄銅等の弾性材料からなる。
【0023】突出部12aは、図4に示すように、中心
軸16を貫通させる略円筒状であり、その先端の一部は
円弧の2点を直線に結んで切削し、切欠としている。一
方、支持板17には、突出部12aの先端の断面形状に
対応した溝を成形し、突出部12aの先端が中心軸16
の基端部16aに当接するまで押し込み、これにより振
動体12の回転を防止する。そして、振動体12は以下
の様な振動状態を生じる。
【0024】図5は、本超音波モータの振動体12の振
動状態を示し、同図(a)は断面方向の振動状態、同図
(b)は平面方向の振動状態を示す。本実施の形態にお
いて、振動体12は、同図(a)に示すように、本発明
の固定端としての中心軸16に対して軸方向に移動可能
となるとともに軸と垂直方向には移動不可とする固定部
12b(以下、固定端という。)、および固定端12b
から径方向へ離反する部位12cに節を有する2次の振
動状態Aを生じる。ここで、径方向へ離反する部位12
cの節を周方向へつなげると、同図(b)に示すよう
に、振動体12の中心を環状に取り囲む節円Bを形成し
ている。
【0025】一方、図6は、振動体の比較の振動状態を
示し、同図(a)は断面方向の振動状態を、同図(b)
は平面方向の振動状態を示す。この振動体12に1次の
振動状態Cを生じた場合、同図(a)に示すように、径
方向へ固定端12bのみに節を生じ、同図(b)に示す
ように、径方向に節円は生じない。
【0026】突起13は、図3、4に示すように、振動
体12の周方向へ環状に配置され、各々は同一の高さの
角柱状である。そして、振動体12の振動変位を拡大し
てロータ体15に伝達する一方、振動体12へ押圧力を
伝達する。弾性支持部材18a、18bのうち、一方の
弾性支持部材18aは、図4に示すように、振動体12
の節円Bに沿って周方向へ環状に設けられる一方、径方
向へは、固定端12bとの間に突起13を配置させてい
る。これは、固定端12bと弾性支持部材18a間の振
動体12の曲げモーメントを緩和するためである。
【0027】他方の弾性支持部材18bは、振動体12
の固定端12bの周りを環状に設けられている。これ
は、振動体12の固定端12bを補強し、振動体12b
をさらに撓みにくくするためである。弾性支持部材18
a、18bは、帯状であり、その材質は例えばゴム、ウ
レタン等の振動体12より柔らかいものからなり、振動
体12の振動変位に合わせて弾性変形する。一方、振動
体12より硬い材質は、振動変位に合わせて変形しない
ので、振動を抑制してしまう。
【0028】なお、本実施の形態の弾性支持部材18
a、18bは振動状態の節およびその近傍を支持する
が、節の近傍のみを支持してもよい。摺動板14は、図
1に示すように、板状のエンジニアリングプラスチック
製であり、ロータ体15に当接して、適度な摩擦力を発
生させる他、突起13の摩耗を防止する。
【0029】加圧機構21は、例えばコイルばねからな
り、ロータ体15を摺動板14、突起13を介して振動
体12の振幅方向に押圧する。そして、摺動板14とロ
ータ体15との間に摩擦力を生じさせる。次に、図1〜
図5に基づいて、本実施の形態に係わる超音波モータの
動作について説明する。
【0030】先ず、図2(a)に示すように、圧電素子
11の分割部a1、…a6と分割部b1、…b6を位相
90゜異ならせて同時に励振させる。振動体12上に
は、周方向に進行波が発生し、径方向に、図5(a)に
示すように、節が2箇所12b、12cに生じる。この
とき、弾性支持部材18a、18bは、支持する節部の
節以外の部位で、振動体12の振動変位に合わせて弾性
変形するので、振動体12の振動は抑制されない。
【0031】突起13は、図1に示すように、振動体1
2の振動を拡大して伝達し、摺動板14はロータ体15
の下面を摺動する。加圧機構21は、ロータ体15を押
圧し、ロータ体15と摺動板14間に適度な摩擦力を発
生させる。ここで、この押圧力は、突起13を介して振
動体12に加えられ、振動体12に下方向への曲げモー
メントを発生する。
【0032】このとき、弾性支持部材18a、18bは
押圧力に抗する力を加えて曲げモーメントを緩和する。
特に、一方の弾性支持部材18aは、他方の弾性支持部
材18bに比べて突起13から近いので、曲げモーメン
トを大きく減少させる。また、他方の弾性支持部材18
bは、固定端12bを補強する。また、突出部12a
は、振動体12が摩擦力の反作用として回転力を得て
も、振動体12に回転力と等しい抗力を加えるので、振
動体12は回転することもない。
【0033】そして、ロータ体15は中心軸16の回り
を、安定に回転運動する。以上より、本実施の形態によ
れば、振動体12に加えられた曲げモーメントを緩和
し、振動体12の原形状を維持するようにしたので、振
動体12は撓んで反力を生じることもなく、安定な振動
を行う。また、振動体12の振動状態の振幅に合わせて
弾性変形するようにしたので、振動体12の振動は抑制
されない。
【0034】弾性支持部材18aによれば、特に曲げモ
ーメントを緩和するようにしたので、振動体12の原形
状は保たれる。弾性支持部材18bによれば、振動体1
2の固定端を補強するようにしたので、振動体はさらに
撓みにくくなり、原形状は保たれる。突出部12aによ
れば、振動体12に摩擦力の反作用に等しい抗力を加え
るようにしたので、振動体12は回転することなく、安
定した振動を行う。 {実施の形態2}図7は、本発明を超音波モータに適用
した実施の形態2の断面構造を示し、図8は、振動体下
部の平面構造および弾性支持部材の構造を示す。
【0035】本実施の形態は、実施の形態1と略同様の
構成であり、以下共通の構成については、説明を省略す
る。本実施形態の特徴は、振動体12の節円Bを3等分
に分割する点に円柱状の弾性支持部材18cを配置した
点、および振動体12の突出部12a先端と中心軸16
の基端部16aの間に間隙19を設けた点である。
【0036】ここで、弾性支持部材18cを3箇所に配
置したのは、振動体12を面として支持する最小数だか
らである。この態様においても、実施の形態1と同様の
効果が得られる。なお、弾性支持部材18cは、2箇所
以上であれば特に限定されない。また、上記間隙19を
設けることにより、弾性支持部材18cは常に振動体1
2に当接される。したがって、弾性支持部材18cは、
振動体12との間に隙間をが生じて機能を失うこともな
い。 {実施の形態3}図9は、本発明を超音波モータに適用
した実施の形態3の断面構造を示し、図10は、振動体
下部の平面構造および弾性支持部材18aの構造を示
す。
【0037】本実施の形態は、実施の形態1と略同様の
構成であり、図10に示すように、振動体12の突出部
12先端の内周面の一部に断面矩形状の凹部12dを形
成し、一方、中心軸16の一部に断面矩形状の凸部16
bを形成し、両者12d、16bを嵌合して振動体12
の回転止とした点に特徴を有する。また、図10に示す
ように、弾性支持部材18aは振動体12の節円Bの位
置にのみに設けているが、この配置でも曲げモーメント
に対して実施の形態1と同程度の効果が得られる。 {実施の形態4}図11は、本発明を超音波モータに適
用した実施の形態4の断面構造を示し、図12は、振動
体下部の平面構造および弾性支持部材の構造を示す。
【0038】本実施の形態は、実施の形態1と略同様の
構成であり、振動体12中心部に振動体12と別個に本
発明の可動止部材としての回転止部材24を設けた点に
特徴を有する。ここで、回転止部材24は、実施の形態
1の振動体12の突出部12aと同形状であり、その材
質は、例えば、金属、プラスチックからなるが、振動体
12と異なる材質が望ましい。 {実施の形態5}図13は、本発明を超音波モータ付電
子機器に適用した実施の形態5のブロック図を示す。
【0039】本電子機器は、前述の振動体12と、振動
体12により移動される移動体15と、移動体15と振
動体12に押圧力を加える加圧機構21と、移動体11
と連動して可動する伝達機構31と、伝達機構31の動
作に基づいて運動する出力機構32を備えることにより
実現する。ここで、伝達機構31には、例えば、歯車、
摩擦車等の伝達車を用いる。出力機構32には、例え
ば、カメラにおいてはシャッタ駆動機構、レンズ駆動機
構を、電子時計においては指針駆動機構、カレンダ駆動
機構を、工作機械においては刃具送り機構、加工部材送
り機構等を用いる。
【0040】本実施の形態に係わる超音波モータ付電子
機器としては、例えば、電子時計、計測器、カメラ、プ
リンタ、印刷機、工作機械、ロボット、移動装置などに
おいて実現される。また、移動体15に出力軸を取り付
け、出力軸からトルクを伝達するための動力伝達機構を
有する構成にすれば、超音波モータ自体で駆動機構が実
現される。
【0041】
【発明の効果】以上より、請求項1記載の発明によれ
ば、振動体に加えられた曲げモーメントを緩和し、振動
体の原形状を維持するようにしたので、振動体は撓んで
反力を生じることもなく、安定な振動を行う。また、振
動体の振動状態の振幅に合わせて弾性変形するようにし
たので、振動体の振動は抑制されない。
【0042】請求項2記載の発明によれば、振動体に生
じる曲げモーメントを最小にして、振動体の原形状を維
持する。請求項3記載の発明によれば、振動体の固定端
を補強するようにしたので、振動体はさらに撓みにくく
なり、原形状を保つ。請求項4記載の発明によれば、振
動体に可動力と等しい抗力を加えるようにしたので、振
動体は可動することなく、安定した振動を行う。
【0043】請求項5記載の発明によれば、本発明の超
音波モータを備えた超音波モータ付電子機器が実現され
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を超音波モータに適用した実施の形態1
の断面構造を示す説明図である。
【図2】図1に係わる圧電素子の平面構造を示し、
(a)は進行波方式の圧電素子電極パターンを、(b)
は定在波方式の圧電素子電極パターンと振動体突起との
位置関係を示す説明図である。
【図3】図1に係わる振動体および突起の斜視方向の構
造を構造を示す説明図である。
【図4】図1に係わる振動体下部の平面構造および弾性
支持部材の構造を示す説明図である。
【図5】図1に係わる本超音波モータの振動体の振動状
態を示し、同図(a)は断面方向の振動状態、同図
(b)は平面方向の振動状態を示す説明図である。
【図6】振動体の比較の振動状態を示し、同図(a)は
断面方向の振動状態を、同図(b)は平面方向の振動状
態を示す説明図である。
【図7】本発明を超音波モータに適用した実施の形態2
の断面構造を示す説明図である。
【図8】図7に係わる振動体下部の平面構造および弾性
支持部材の構造を示す説明図である。
【図9】本発明を超音波モータに適用した実施の形態3
の断面構造を示す説明図である。
【図10】図9に係わる振動体下部の平面構造および弾
性支持部材の構造を示す説明図である。
【図11】本発明を超音波モータに適用した実施の形態
4の断面構造を示す説明図である。
【図12】図11に係わる振動体下部の平面構造および
弾性支持部材の構造を示す説明図である。
【図13】本発明を適用した超音波モータを電子機器に
適用した実施の形態5のブロック図を示す。
【図14】従来技術に係わる超音波モータの断面構造を
示す説明図である。
【図15】従来技術に係わる超音波モータの斜視方向の
構造を示す説明図である。
【符号の説明】
11 圧電素子 12 振動体 13 突起 14 摺動板 15 ロータ体 16 中心軸 17 支持板 18 弾性支持部材 21 加圧機構 22 止ねじ 23 ベアリング 24 回転止部材 31 伝達機構 32 出力機構

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 振動体の厚み方向には移動可能とし、厚
    み方向と垂直となる径方向には振動体を移動不可とする
    固定端から離反する方向へ前記固定端を含めて複数の節
    が現れる振動状態を生じると共に、前記振動状態の振幅
    方向へ押圧される振動体を備え、前記振動体の押圧に基
    づいて生じた摩擦力により駆動する超音波モータにおい
    て、 前記振動体の振動状態の節および節の近傍を含めた部分
    に、前記振動状態に合わせて弾性変形するとともに、前
    記振動体を押圧力に抗して支持する弾性支持部材を備え
    たことを特徴とする超音波モータ。
  2. 【請求項2】 前記振動体の振動状態の節部のうち、前
    記振動体が押圧された部位に対して最も近接する節部に
    前記弾性支持部材を備えたことを特徴とする請求項1記
    載の超音波モータ。
  3. 【請求項3】 前記振動体の振動状態の節部のうち、前
    記振動体の固定端の節部に前記弾性支持部材を備えたこ
    とを特徴とする請求項1または請求項2に記載の超音波
    モータ。
  4. 【請求項4】 前記摩擦力に基づいて前記振動体が可動
    されることを防止する可動止部材を備えたことを特徴と
    する請求項1〜請求項3のいずれかに記載の超音波モー
    タ。
  5. 【請求項5】 請求項1〜請求項4のいずれかに記載の
    超音波モータを備えたことを特徴とする超音波モータ付
    電子機器。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20170062403A (ko) * 2015-11-27 2017-06-07 캐논 가부시끼가이샤 초음파 모터, 구동 제어 시스템, 광학 기기 및 진동자

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