(57)【要約】【課題】縦振動とねじれ振動を容易に励起することができ、かつ、接着の信頼性を向上させた超音波モータを提供する。【解決手段】中心軸に垂直な断面が矩形状の長さ比率を有する振動子と、振動子の楕円振動発生面に接して振動子の楕円振動発生面と直交する中心軸を回転軸として回転駆動されるロータと、振動子に固定される固定部材と、ロータと固定部材を結合する第１枠と、固定部材に結合される第２枠と、ロータと振動子を圧接させる第１付勢手段と、第２枠と振動子を圧接させる第２付勢手段と、を備え、固定部材と振動子の固定面に沿って、振動子の両端面から均衡するように押圧を行い、回転軸の方向に伸縮する縦１次共振振動と、ねじれ２次又はねじれ３次共振振動と、を合成することにより、楕円振動を形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心軸に垂直な断面が矩形状の長さ比率を有する振動子と、
前記振動子の楕円振動発生面に接して前記振動子の楕円振動発生面と直交する前記中心軸を回転軸として回転駆動されるロータと、
前記振動子に固定される固定部材と、
前記ロータと前記固定部材を結合する第１枠と、
前記固定部材に結合される第２枠と、
前記ロータと前記振動子を圧接させる第１付勢手段と、
前記第２枠と前記振動子を圧接させる第２付勢手段と、を備え、
前記固定部材と前記振動子の固定面に沿って、前記振動子の両端面から均衡するように押圧を行い、
前記回転軸の方向に伸縮する縦１次共振振動と、ねじれ２次又はねじれ３次共振振動と、を合成することにより、楕円振動を形成することを特徴とする超音波モータ。
【請求項２】
前記第１付勢手段及び前記第２付勢手段は、前記固定部材の上と下にそれぞれ配置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】
前記付勢手段は、バネ又は磁石であることを特徴とする請求項１又は請求項２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、超音波モータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、下記特許文献１には、振動子の縦振動とねじれ振動を合成して楕円振動を発生させ、ロータを回転させる超音波モータが提案されている。そして、特許文献１の図１には、振動子の分解斜視図が描かれており、振動子軸方向に対し斜めにカッティングされた弾性体の間に複数枚の圧電素子が挿入された構成となっている。また、圧電素子の正電極は２分割されており、ここでは、それぞれＡ相、Ｂ相と称するものとする。
【０００３】
この超音波モータでは、Ａ相とＢ相に同位相の交番電圧を印加することで、棒状振動子に縦振動を発生させることができる。また、Ａ相とＢ相に逆位相の交番電圧を印加することで、棒状振動子にねじれ振動を発生させることができる。尚、振動子の溝位置を調整して縦振動の共振周波数と、ねじれ振動の共振周波数を、ほぼ一致するようにしておく。そして、Ａ相とＢ相にπ／２位相の異なる交番電圧を印加すると、縦振動とねじれ振動が同時に発生し、棒状弾性体上面に楕円振動を発生させることができる。棒状弾性体の上面にロータを押圧することにより、ロータを時計方向（ＣＷ方向）若しくは反時計方向（ＣＣＷ方向）に回転させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１１７１６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載された超音波モータは、（１）圧電素子と弾性体が必要になる、（２）弾性体を斜めにカットしなければならない、（３）縦振動とねじれ振動の周波数を合わせるために弾性体の一部に溝部を設けなければならない、等の課題があった。それ故、全体として振動子の構成が非常に複雑となるという課題を有していた。
【０００６】
また、一定の強度を得るには、圧電素子に突起や穴を設けることは製造上及び信頼性上困難であるため、圧電素子と弾性体との固定は接着によって行われる。しかし、ロータへの押圧力によるせん断力が接着固定部に発生することにより、接着の信頼性が低下するという課題がある。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、縦振動とねじれ振動を容易に励起することができ、かつ、接着の信頼性を向上させた超音波モータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る超音波モータは、中心軸に垂直な断面が矩形状の長さ比率を有する振動子と、振動子の楕円振動発生面に接して振動子の楕円振動発生面と直交する中心軸を回転軸として回転駆動されるロータと、振動子に固定される固定部材と、ロータと固定部材を結合する第１枠と、固定部材に結合される第２枠と、ロータと振動子を圧接させる第１付勢手段と、第２枠と振動子を圧接させる第２付勢手段と、を備え、固定部材と振動子の固定面に沿って、振動子の両端面から均衡するように押圧を行い、回転軸の方向に伸縮する縦１次共振振動と、ねじれ２次又は、ねじれ３次共振振動と、を合成することにより、楕円振動を形成することを特徴としている。
【０００９】
本発明に係る超音波モータにおいて、第１付勢手段及び第２付勢手段は、固定部材の上と下にそれぞれ配置されていることが好ましい。
【００１０】
本発明に係る超音波モータにおいて、付勢手段は、バネ又は磁石であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る超音波モータは、縦振動とねじれ振動を容易に励起することができ、かつ、接着の信頼性を向上させることができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る超音波モータの構成を示す斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る超音波モータの構成を示す分解斜視図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る超音波モータの構成を示す正面図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る超音波モータの構成を示す側面図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ線における断面図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る超音波モータの構成を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明に係る超音波モータの実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、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。
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の超音波モータの構成を示す斜視図である。図２は、第１実施形態の超音波モータの構成を示す分解斜視図である。図３は、第１実施形態の超音波モータの構成を示す正面図である。図４は、第１実施形態の超音波モータの構成を示す側面図である。図５は、図４のＶ−Ｖ線における断面図である。
【００１４】
第１実施形態の超音波モータは、振動子１１０と、ロータ１２０と、固定部材１３１、１３６と、第１枠１４１と、第２枠１５１と、第１付勢手段としての押圧バネ１６１、１６２と、第２付勢手段としての押圧バネ１６３、１６４と、を備える。
【００１５】
振動子１１０は、中心軸１００ｃに垂直な断面が矩形状の長さ比率を有する圧電素子であり、例えば、圧電セラミックシートで構成する。
【００１６】
ロータ１２０は、略円板状をなし、その下面が振動子１１０の楕円振動発生面１１１に設けた摩擦接触部材１１５、１１６に接している。また、ロータ１２０は、振動子１１０の楕円振動発生面１１１と直交する中心軸１００ｃを回転軸として回転駆動される。ここで、中心軸１００ｃは、超音波モータの上下方向（各図の上下方向）に沿っている。
【００１７】
固定部材１３１は、水平方向（図３の左右方向）に延びる基部１３２と、基部１３２の一方の端部から上向き（同図の上方向）に延びる固定部１３３と、からなる。基部１３２の他方の端部は、振動子１１０の左側面１１３のうち、振動子１１０の節付近に接着固定されている。固定部１３３には、左側面１１３に向かう水平方向に貫通する第１連結孔１３４が形成されている。また、基部１３２には、上下方向に貫通する第２連結孔１３５が設けられている。
【００１８】
一方、固定部材１３６は、固定部材１３１と同様に、水平方向に延びる基部１３７と、基部１３７の一方の端部から上方に延びる固定部１３８と、からなる。基部１３７の他方の端部は、振動子１１０の左側面１１４のうち、振動子１１０の節付近に接着固定されている。固定部１３８には、側面１１４に向かう水平方向に貫通する第１連結孔１３９が形成されている。また、基部１３７には、上下方向に貫通する第２連結孔１４０が設けられている。
【００１９】
第１枠１４１は、水平方向に延びる板状部材の両端から第１案内部１４２、第２案内部１４３がそれぞれ下向きに延びる構成を備える。また、第１枠１４１の水平方向略中央には、第１枠１４１の内面から下方に延びる軸部１０１が設けられている。この軸部１０１が延びる方向は、中心軸１００ｃ上である。
【００２０】
第１案内部１４２と第２案内部１４３は互いに対向して設けられ、第１案内部１４２の内面には第１ガイド溝１４４が、第２案内部１４３の内面には第２ガイド溝１４５（図５）が、それぞれ設けられている。第１ガイド溝１４４と第２ガイド溝１４５は、上下方向に沿って形成され、下端は開放されている。第１ガイド溝１４４と第２ガイド溝１４５の幅及び奥行き形状は、ガイド１０４の第１腕部１０４ａ及び第２腕部１０４ｂを上下方向にそれぞれ案内できるように設定している。
【００２１】
ここで、ガイド１０４は、中心軸１００ｃ上に中心を配置した円環状の部材の外周に、外方へ延びる、第１腕部１０４ａ及び第２腕部１０４ｂを等角度間隔で形成した構成である。
【００２２】
また、第１案内部１４２の下部は、基部１３２及び固定部１３３の上面形状に対応して結合可能な形状を有している。さらに、基部１３２及び固定部１３３と結合したときに第１連結孔１３４に対応する位置に、有底の結合孔１４６を備える。
【００２３】
第２案内部１４３の下部は、第１案内部１４２と同様に、基部１３７及び固定部１３８の上面形状に対応して結合可能な形状を有している。さらに、基部１３７及び固定部１３８と結合したときに第１連結孔１３９に対応する位置に、有底の結合孔１４７を備える。
【００２４】
第２枠１５１は、水平方向に延びる底壁部１５６の両端から第１連結部１５２、第２連結部１５４がそれぞれ上向きに延びる構成を備える。
第１連結部１５２と第２連結部１５４は互いに対向して設けられ、上面には、第１挿入部１５３と第２挿入部１５５が、上方に延びるように、それぞれ形成されている。第１挿入部１５３と第２挿入部１５５は、第１連結部１５２と第２連結部１５４よりも小径の柱状をなしており、固定部材１３１の第２連結孔１３５と固定部材１３６の第２連結孔１４０にそれぞれ挿入可能な位置及び形状を備える。
また、底壁部１５６の内面の略中央には、上方へ突出する半球状の凸部１５７が設けられている。
【００２５】
第１付勢手段としての押圧バネ１６１、１６２は、互いに同一の弾性力及び形状を備える。押圧バネ１６１は、一端がガイド１０４の第１腕部１０４ａに固定され、他端が固定部材１３１の基部１３２に固定されており、その弾性力により、第１腕部１０４ａを基部１３２側へ引き寄せている。押圧バネ１６２は、押圧バネ１６１と同様に、一端がガイド１０４の第２腕部１０４ｂに固定され、他端が固定部材１３１の基部１３７に固定されており、その弾性力により、第２腕部１０４ｂを基部１３７側へ引き寄せている。
【００２６】
したがって、押圧バネ１６１、１６２によって、ガイド１０４が基部１３２側に引き寄せられるため、ガイド１０４と振動子１１０との間に配置されたロータ１２０（摺動部材）の下面が振動子１１０の摩擦接触部材１１５、１１６の上面に圧接される。別言すると、中心軸１００ｃに沿った方向において、ロータ１２０が摩擦接触部材１１５、１１６を介して振動子１１０に圧接される。
【００２７】
第２付勢手段としての押圧バネ１６３、１６４は、互いに同一の弾性力及び形状を備える。押圧バネ１６３は、一端が固定部材１３１の基部１３２に固定され、他端が第２枠１５１の底壁部１５６に固定されており、その弾性力により、第２枠１５１を基部１３２側へ引き寄せている。押圧バネ１６４は、押圧バネ１６３と同様に、一端が固定部材１３６の基部１３７に固定され、他端が第２枠１５１の底壁部１５６に固定されており、その弾性力により、第２枠１５１を基部１３７側へ引き寄せている。したがって、押圧バネ１６３、１６４は、固定部材１３１と振動子１１０との接着面に沿って押圧を行っており、凸部１５７は振動子１１０の下面１１２の節部に当接する。
【００２８】
以上のように、押圧バネ１６１、１６２の弾性力により、振動子１１０の上面としての楕円振動発生面１１１に対して、中心軸１００ｃに沿った方向にロータ１２０が圧接され、押圧バネ１６３、１６４の弾性力により、楕円振動発生面１１１の下面１１２に対して、中心軸１００ｃに沿った方向に第２枠１５１が圧接されている。押圧バネ１６１、１６２と押圧バネ１６３、１６４との弾性力を互いに同一とすることにより、振動子１１０は、中心軸１００ｃに沿った方向において、振動子１１０の両端面から均衡するように押圧される。
【００２９】
なお、押圧バネ１６１、１６２、１６３、１６４は、振動子１１０とロータ１２０及び第２枠１５１との間の圧接力の設定に応じて、任意の弾性力に設定できる。
【００３０】
ここで、ロータ１２０の取り付け構造について説明する。
振動子１１０の楕円振動発生面１１１の上方には、楕円振動発生面１１１から順に、ロータ１２０、第２ベアリング１０５、ガイド１０４、ギア１０３、第１ベアリング１０２が配置される。これらの部材は、中心軸１００ｃに対して同心状に配置される。
【００３１】
まず、第１ベアリング１０２に、ギア１０３が嵌装され、つづいて、あらかじめガイド１０４及び第２ベアリング１０５が嵌装されたロータ１２０が、第１ベアリング１０２に嵌装される。ロータ１２０とギア１０３が接着固定され、摺動部組となる。この摺動部組は、第１枠１４１の第１ガイド溝１４４、第２ガイド溝１４５内に、ガイド１０４の第１腕部１０４ａ、第２腕部１０４ｂをそれぞれ差し込み、かつ、軸部１０１に第１ベアリング１０２を嵌装することにより、第１枠１４１に結合させる。このとき、ガイド１０４の第１腕部１０４ａ、第２腕部１０４ｂは、第１ガイド溝１４４、第２ガイド溝１４５内を中心軸１００ｃの方向に摺動可能である。
【００３２】
次に、振動子１１０に設けられた摩擦接触部材１１５、１１６が、ロータ１２０の下面と接するように、振動子１１０を配置される。振動子１１０の固定部材１３１、１３６は、第１枠１４１にネジ止め固定される。具体的には、第１案内部１４２、第２案内部１４３の下部を固定部１３３、１３８にそれぞれ嵌合させた状態で、第１連結孔１３４及び結合孔１４６に固定ネジ１７１を螺合し、第１連結孔１３９及び結合孔１４７に固定ネジ１７２を螺合することによって、振動子１１０と第１枠１４１を互いに固定する。
【００３３】
つづいて、押圧バネ１６１、１６２の下端を固定部材１３１、１３６にそれぞれ接着固定し、押圧バネ１６１、１６２の上端を第１腕部１０４ａ、第２腕部１０４ｂの内部に接着固定する。この構成において、摺動部組は、押圧バネ１６１、１６２の弾性力によって、ガイド１０４の第１腕部１０４ａ、第２腕部１０４ｂが第１ガイド溝１４４、第２ガイド溝１４５内を摺動しつつ下方に引かれてロータ１２０の下面が摩擦接触部材１１５、１１６にそれぞれ圧接される。
【００３４】
さらに、第２枠１５１の第１挿入部１５３、第２挿入部１５５を、第２連結孔１３５、１４０にそれぞれ挿入する。また、押圧バネ１６３及び押圧バネ１６４の下端を第２枠１５１の底壁部１５６に接着固定し、押圧バネ１６３及び押圧バネ１６４の上端を固定部材１３１、１３６の内部に接着固定する。これにより、第２枠１５１は、押圧バネ１６３、１６４の弾性力によって、中心軸１００ｃの方向において上方に引かれ、底壁部１５６の内面の中央に設けた凸部１５７が振動子１１０の下面に圧接される。第１挿入部１５３及び第２挿入部１５５は、第２連結孔１３５及び第２連結孔１４０内をそれぞれ摺動可能である。また、第１挿入部１５３及び第２挿入部１５５は、押圧バネ１６１、１６２、１６３、１６４の弾性力に対応して、第２連結孔１３５及び第２連結孔１４０から外れない程度の長さを備えている。
【００３５】
以上の構成においては、振動子１１０の駆動により、中心軸１００ｃの方向に伸縮する縦１次共振振動と、ねじれ２次又はねじれ３次共振振動と、が発生し、これらを合成することにより、楕円振動を形成することができる。このとき、押圧バネ１６１、１６２と、押圧バネ１６３、１６４と、で生じる押圧力が、固定部材１３１、１３６と、振動子１１０との接着部（振動子１１０の左側面１１３、右側面１１４との接着面）にかかるせん断力を相殺する。
【００３６】
したがって、固定部材１３１、１３６の接着部に押圧によるせん断力が発生しないため、接着の信頼性が向上する。
さらに、振動子１１０が単一の部材からなり、構造が単純であり、縦振動とねじれ振動を容易に励起することができ、縦振動とねじれ振動を合成することにより楕円振動を形成し、楕円振動によりロータ１２０を回転させ、振動子１１０と固定部材１３１、１３６との接着部に向かって、中心軸１００ｃ方向における両端面である、楕円振動発生面１１１、下面１１２側から均衡するように押圧を行うことで、接着の信頼性を向上させることができる。
【００３７】
（第２実施形態）
図６は、本発明の第２実施形態に係る超音波モータの構成を示す正面図である。
第２実施形態に係る超音波モータにおいては、押圧バネ１６１、１６２に代えて、磁石２８１、２８２、２８３、２８４を用い、押圧バネ１６３、１６４に代えて、磁石２９１、２９２、２９３、２９４を用いている点が第１実施形態に係る超音波モータと異なる。以下の説明では、第１実施形態に係る超音波モータと同様の部材については同じ参照符号を使用し、その詳細な説明は省略する。
【００３８】
第２実施形態の超音波モータは、振動子１１０と、ロータ１２０と、固定部材１３１、１３６と、第１枠２４１と、第２枠２５１と、第１付勢手段としての磁石２８１、２８２、２８３、２８４と、第２付勢手段としての磁石２９１、２９２、２９３、２９４と、を備える。
【００３９】
第１枠２４１は、第１実施形態の第１枠１４１の第１案内部１４２、第２案内部１４３にそれぞれ対応する第１案内部２４２、第２案内部２４３を備える。さらに、中心軸２００ｃに沿った方向において、ガイド１０４の第１腕部１０４ａ、第２腕部１０４ｂに対向する位置に、内側に向かって突出した、磁石取付部２４８、２４９をそれぞれ備える。磁石取付部２４８、２４９の下面には、磁石２８１、２８３がそれぞれ接着固定される。一方、ガイド１０４の第１腕部１０４ａ、第２腕部１０４ｂの上面には、磁石２８２、２８４がそれぞれ接着固定されている。中心軸２００ｃに沿った方向において、磁石２８１と磁石２８２は互いに対向し、磁石２８３と磁石２８４も互いに対向している。磁石２８１と磁石２８２は、その磁力により互い反発しあい、磁石２８３と磁石２８４もその磁力によって互いに反発しあっている。
【００４０】
第２枠２５１において、第１連結部２５２、第１挿入部２５３、第２連結部２５４、第２挿入部２５５、底壁部２５６、凸部２５７は、第１実施形態の第２枠１５１の第１連結部１５２、第１挿入部１５３、第２連結部１５４、第２挿入部１５５、底壁部１５６、凸部１５７にそれぞれ対応する。第２枠２５１の中心軸２００ｃに沿った内側面２５８、２５９には、基部１３２、１３７と対向するように内側に突出した磁石取付部２５８ａ、２５９ａが設けられている。
磁石取付部２５８ａ、２５９ａの上面には、磁石２９２、２９４がそれぞれ接着固定されている。一方、基部１３２の下面には磁石２９１が接着固定され、基部１３７の下面には磁石２９３が接着固定されている。中心軸２００ｃに沿った方向において、磁石２９１と磁石２９２は互いに対向し、磁石２９３と磁石２９４も互いに対向している。磁石２９１と磁石２９２は、その磁力により互い吸引しあい、磁石２９３と磁石２９４もその磁力によって互いに吸引しあっている。
【００４１】
以上の構成においては、振動子１１０の駆動により、中心軸２００ｃの方向に伸縮する縦１次共振振動と、ねじれ２次又はねじれ３次共振振動と、が発生し、これらを合成することにより、楕円振動を形成することができる。このとき、磁石２８１、２８２、２８３、２８４と、磁石２９１、２９２、２９３、２９４と、で生じる押圧力が、固定部材１３１、１３６と、振動子１１０との接着部にかかるせん断力を相殺する。
なお、その他の構成、作用、効果については、第１実施形態と同様である。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
以上のように、本発明に係る超音波モータは、振動子の構成の簡略化や、振動子と枠の接着の信頼性向上に適している。
【符号の説明】
【００４３】
１００ｃ  中心軸
１０１    軸部
１０２    第１ベアリング
１０３    ギア
１０４    ガイド
１０４ａ  第１腕部
１０４ｂ  第２腕部
１０５    第２ベアリング
１１０    振動子
１１１    楕円振動発生面
１１２    下面
１１３、１１４  側面
１１５、１１６  摩擦接触部材
１２０    ロータ
１３１、１３６  固定部材
１３２、１３７  基部
１３３、１３８  固定部
１３４、１３９  第１連結孔
１３５、１４０  第２連結孔
１４１    第１枠
１４２    第１案内部
１４３    第２案内部
１４４    第１ガイド溝
１４５    第２ガイド溝
１４６、１４７  結合孔
１５１    第２枠
１５２    第１連結部
１５３    第１挿入部
１５４    第２連結部
１５５    第２挿入部
１５６    底壁部
１５７    凸部
１６１、１６２  押圧部（第１付勢手段）
１６３、１６４  押圧部（第２付勢手段）
１７１、１７２  固定ネジ
２００ｃ  中心軸
２４１    第１枠
２４２    第１案内部
２４３    第２案内部
２４８、２４９  磁石取付部
２５１    第２枠
２５２    第１連結部
２５３    第１挿入部
２５４    第２連結部
２５５    第２挿入部
２５６    底壁部
２５７    凸部
２５８、２５９  内側面
２５８ａ、２５９ａ  磁石取付部
２８１、２８２、２８３、２８４  磁石
２９１、２９２、２９３、２９４  磁石
【図１】
2011188538.tif 000003
【図２】
2011188538.tif 000004
【図３】
2011188538.tif 000005
【図４】
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【図５】
2011188538.tif 000007
【図６】
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