(57)【要約】【課題】超音波モータの駆動子が移動する速度が速いため、超音波モータの該駆動子の先端部が可動子（ロータやスライダー等）を押圧する時の摩擦力が大きくなり、その結果、可動子を構成する部材の摩耗が早くなってしまうことと、駆動子と可動子が高速で接触することで、駆動子と可動子の部材の摩耗が進むことにより異常音が発生する問題があった。【解決手段】圧電素子を備えたランジュバン型の少なくとも２個の超音波振動子と、前記２個の超音波振動子を所定角度で保持する保持部材と、略Ｖ字型の形状を有し、その頂点部で可動子と接し、その端部で前記２個の超音波振動子と接続された結合部材と、を備えた超音波モータ用駆動子と可動子からなる超音波モータの結合部材と接触する可動子の接点部分にセラミックスで構成された保護部材を取り付ける。そして、可動子の進行方向と同一方向の保護部材の突起部の長さを２ｍｍ以下にする。【選択図】        図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電素子を備えたランジュバン型の少なくとも２個の超音波振動子と、前記２個の超音波振動子を所定角度で保持する保持部材と、略Ｖ字型の形状を有し、その頂点部で可動子と接し、その端部で前記２個の超音波振動子と接続された結合部材と、を備えた駆動子および前記可動子からなる超音波モータにおいて、前記結合部材と接触する可動子の接点部分に保護部材が取り付けられ、可動子の進行方向と同一方向の前記保護部材の突起部の長さが２ｍｍ以下であることを特徴とする超音波モータ。
【請求項２】
前記結合部材と接触する前記保護部材の突起部が鏡面加工されていることを特徴とする請求項１記載の超音波モータ。
【請求項３】
前記保護部材がダイアモンドライクカーボンにてコーティングされていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の超音波モータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カメラレンズのオートフォーカスや半導体製造装置、核融合装置、自動車等の電子機器の駆動に利用される超音波モータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
圧電セラミックスを接着した金属製の超音波振動子に、位相の異なる電圧（ＳＩＮ波あるいはＣＯＳ波）を加えることで、超音波振動子の表面に進行波をおこし、その超音波振動子の先端部を可動子（又は被駆動体ともいう）に加圧接触させることにより、その推力で可動子を移動させる方法で駆動させる超音波モータは多用途で使用されている。
ここで、超音波モータは該超音波振動子に接触している可動子を、該超音波振動子に固着した圧電セラミックスに電圧を加えた際に発生する振動を利用して任意の方向に移動させる為、該超音波振動子と可動子の両方の部材が摩耗してしまう。この課題の対策として超音波モータの可動子と接触する該超音波振動子側の部分を鋼材にて形成し、前記可動子の、該超音波振動子と接触する部分をアルミナセラミックス、ジルコニアセラミックス、炭化珪素セラミックス、窒化珪素セラミックスの何れかで形成することが開示されている。（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平５−２５２７６７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
超音波モータの内で、特開２０００−１５２６７１号公報に二つの超音波振動子を組み込んだ駆動子を複数設けることによって可動子としてのロータを回転させる方法が開示されている。該駆動子の固有振動モードとしては、横振動モードと縦振動モードとがあり、この二つの振動モードの共振周波数を一致させることによって、二つの振動モードは縮退する。よって、このような縮退を生じる共振周波数で、各超音波振動子に異なる位相の電圧をかけると、二つの超音波振動子の変位を合成する駆動子の先端部は、楕円運動を行う。そして、このような複数の駆動子はロータの外周部に当接可能に配置されており、駆動子の楕円運動による駆動力がロータに伝達されてロータが回転する。
【０００５】
この二つの超音波振動子を組み込んだ駆動子による超音波モータを用いて被駆動体（ロータやスライダー等）を回転運動させた場合、１つの超音波振動子による超音波モータと比較して高速駆動する為、可動子は超音波モータの動きによって進行方向に大きい推力を受ける。その為、超音波モータの駆動子の先端部が可動子を押圧する時の摩擦力が１つの超音波振動子による超音波モータを使用する時よりも大きくなり、可動子を構成する部材の摩耗が早くなってしまう。
【０００６】
特開平５−２５２７６７号公報で記載されているように該駆動子と接触する可動子の接触面をアルミナセラミックス、ジルコニアセラミックス、炭化珪素セラミックス、窒化珪素セラミックスの何れかで形成することで摩耗による影響を可動子本体に及ぼすことを防ぐことはできるが、可動子が移動する速度が速いため、超音波モータの該駆動子の先端部が可動子を押圧する時の摩擦力が大きくなり、摩耗量が多いことに変わりはなく、該駆動子と接触する可動子の接触面のセラミックスを高頻度で交換しなければならなかった。
さらに、該駆動子と可動子が接触することで、駆動子と可動子の部材の摩耗が進むことにより異常音が発生する問題があった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明の超音波モータは以下の構成を特徴とする。
【０００８】
即ち、圧電素子を備えたランジュバン型の少なくとも２個の超音波振動子と、前記２個の超音波振動子を所定角度で保持する保持部材と、略Ｖ字型の形状を有し、その頂点部で可動子と接し、その端部で前記２個の超音波振動子と接続された結合部材と、を備えた駆動子および前記可動子からなる超音波モータにおいて、前記結合部材と接触する可動子の接点部分に保護部材が取り付けられ、可動子の進行方向と同一方向の前記保護部材の突起部の長さが２ｍｍ以下であることを特徴とする。
【０００９】
好適な実施形態において、前記結合部材と接触する前記保護部材の突起部が鏡面加工されていることを特徴とする。
【００１０】
好適な実施形態において、前記保護部材がダイアモンドライクカーボンにてコーティングされていることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態に係る超音波モータの可動子（被駆動体に該当する）や駆動子の配置態様や、駆動力の伝達態様などは、前述した特開２０００−１５２６７１号公報に開示した技術と同様である。
ここで、移動を行うための可動子を直線的な移動を行うための可動子とし、その外側面に駆動子を配置すれば、例えば、前述したカメラあるいは半導体装置等の位置決め機構の駆動を行う超音波モータとして使用することができる。
【００１２】
図１に、本発明の実施の形態に係る駆動子の模式的な平面図を示す。
駆動子１は、所定角度（本実施の形態では９０度）で交差するように配置され先端部が相互に結合された二つのランジュバン型振動子３を備える。各振動子３は、超音波領域の電圧をかけられ該電圧に応じて伸縮する圧電素子３ａをその軸心部に備える。ランジュバン型振動子３を構成する各圧電素子３ａは円環状の形状を有しており、各圧電素子３ａの中央の穴にはボルト部材５が挿入されている。ボルト部材５は、両端に雄ねじ部５ａ，５ｂを有するロッド状部材である。各ボルト部材５の後端５ａには、ランジュバン型振動子３を構成するナット状ハウジング部材７が螺合されている。ランジュバン型振動子３を構成する各ナット状ハウジング部材７は、その外面が円柱状に形成され、その内側には、対応する雄ねじ部５ａ，５ｂと螺合する雌ねじ部を有する。さらに、各ナット状ハウジング部材７と、それに対応する圧電素子３ａとの間には、保持部材９が取り付けられている。保持部材９は、両端部に対応するボルト部材５が挿入される穴を有しており、二つの超音波振動子３を、相互に軸心Ａ１，Ａ２が直交する関係となるように支持する。
【００１３】
一対のボルト部材５の前端５ｂには、結合部材１１が取り付けられている。ここで、結合部材１１は、二つの超音波振動子３の変位を合成することによって得られる駆動力を図示省略する可動子に伝達するものであり、一つの合成部１３と、その合成部１３から左右にＶ字状に振り分けられるように配置された二つの先細り部１５及び二つの変位受け部１７とから構成される。
【００１４】
各変位受け部１７は、対応する圧電素子３ａの変位方向すなわち対応する軸心Ａ１，Ａ２方向に亙って横断面積Ｓ２が一定である角柱状部分であり、対応する圧電素子３ａの変位を受ける部分である。さらに、各先細り部１５は、変位受け部１７の変位出力方向下流側に設けられた部分であって、合成部１３に向けて軸心横断面積が減少する形状を有する。これら一対の変位受け部１７及び先細り部１５の内部には、ボルト部材５の前端５ｂと螺合する雌ねじ部が形成されている。さらに、一対の先細り部１５の変位出力方向下流側には、これら先細り部１５を連結し図示しない可動子と接触しうる合成部１３がある。
【００１５】
超音波モータの駆動子１の先端部に該当する合成部１３が可動子に該当する可動子と接触した際に発生する部材の摩耗及び異常音を解決する本発明を比較例と実施例を例示して詳細に説明する。
【００１６】
（比較例１）
図１にて説明した合成部１３と接触して押圧する可動子の接触面に、アルミナ製のスライダー２０を取り付けた。ここで、駆動子１及び合成部１３はアルミニウム合金製を使用した。その後、合成部１３を可動子に取り付けたアルミナ製スライダー２０の面に押圧させて走行試験を行ったところ、駆動した時から大きい異常音が発生した。１０ｍ程走行した後でアルミナ製スライダー２０を確認するとスライダー２０の先端が削れていた。スライダー２０と合成部１３の接触箇所が広い面積で接触して擦れた音が大きい異常音になったと考えられる。
【００１７】
（比較例２）
次に上記で示したアルミナ製のスライダー２０が合成部１３と接触する面の中央近傍に、図３のように直径約７ｍｍのジルコニア製の半球型ボール２１を取り付けた。その後、合成部１３を可動子上のスライダー２０に取り付けた半球型ボール２１の頂点部に押圧させて走行試験を行ったところ、約１００ｍ走行後に異常音が聞こえたので、走行試験を停止した。停止後、スライダー２０に取り付けた半球型ボール２１を確認すると、半球型ボール２１の頂点部分が摩耗し、直径約２．５ｍｍの円形の面になっていた。
【００１８】
（比較例３）
そこで、該アルミナ製のスライダー２０が合成部１３と接触する面の中央近傍に、図４のように直径５ｍｍ、長さ２０ｍｍのアルミナ製の半円柱２２を取り付けた。その後、合成部１３を可動子上のスライダー２０に取り付けた半円柱２２の頂点部に押圧させて走行試験を行ったところ、約５００ｍ走行後に異常音が聞こえたので、走行試験を停止した。停止後、スライダー２０に取り付けた半円柱２２を確認すると、半円柱２２に摩耗が生じ、頂点部が２ｍｍ幅の平面になっていた。
【００１９】
（比較例４）
次に、該アルミナ製のスライダー２０が合成部１３と接触する面上に、図５のようにＴ字型のアルミナ製の保護部材２３を取り付けた。その後、合成部１３を、可動子上のスライダー２０に取り付けた保護部材２３の頂点部に押圧させて走行試験を行った。初めに保護部材２３の突起部の高さを２ｍｍとし、保護部材２３の突起部の幅（可動子の進行方向と同一方向の長さ）を２．５ｍｍと３．０ｍｍの２種類で走行試験を行ったところ、異常音が発生した。
【００２０】
（実施例１）
引き続き、比較例４と同様に保護部材２３の突起部の高さを２ｍｍとし、保護部材２３の突起部の幅（可動子の進行方向と同一方向の長さ）を２ｍｍ、１．５ｍｍの２種類で走行試験を行ったところ、異常音が発生しなかった。
【００２１】
（比較例５）
続いて図５の保護部材２３の突起部の幅（可動子の進行方向と同一方向の長さ）を２ｍｍとし、保護部材２３の突起部の高さを２ｍｍ、４ｍｍ、６ｍｍの３種類で走行試験を行ったところ、いずれも異常音は発生しなかった。
そして、保護部材２３の突起部の高さが２ｍｍの場合は、約１ｋｍまで安定して走行し、走行後、摩耗により保護部材２３は全て削られてしまった。
同様に保護部材２３の突起部の高さが４ｍｍの場合は約２ｋｍ、突起部の高さ６ｍｍの場合は約３ｋｍまで安定して走行し、走行後、摩耗により保護部材２３は全て削られてしまった。
但し、保護部材２３の突起部の高さが６ｍｍの場合、スライダーを目的の位置に位置決めする位置決めテストを行った際に１ｎｍの要求精度以内を満たすことができなかった。この原因としては、保護部材２３の突起部の高さが幅と比較して４倍の長さがあるため、可動子に接触しているスライダー２０も含めた系全体の共振周波数が低下し、制御できなくなった為と考えられる。
【００２２】
（実施例２）
続いて図５の保護部材２３の突起部の幅（可動子の進行方向と同一方向の長さ）を２ｍｍ、高さを４ｍｍとし、保護部材２３の、合成部１３と接触する先端部分及び可動子に接触しているスライダーを鏡面研磨した条件で走行試験を行ったところ、２ｋｍ走行後の保護部材２３の摩耗で削れた量は０．２ｍｍ程度となり、比較例５のスライダーを鏡面研磨しない場合、約２ｋｍの走行試験で保護部材２３の突起部の高さが約４ｍｍ摩耗していたのと比較して、大きく改善した。
【００２３】
さらに、保護部材２３をダイアモンドライクカーボンにてコーティングし、実施例２と同条件で走行試験を行ったところ、２ｋｍ走行後の保護部材２３には摩耗は見られなかった。
【００２４】
以上の実施例で示したようにセラミックス製の保護部材２３を可動子上のスライダー２０に取り付けることによって可動子の摩耗を減らし、且つ異常音の発生を防ぐことが可能になった。
ここで、可動子の進行方向と同一方向の前記保護部材の突起部の長さが２ｍｍ以下であることが好ましい。保護部材の突起部が鏡面加工されていると特に好ましい。前記保護部材がダイアモンドライクカーボンにてコーティングされていると特に好ましい。
【００２５】
但し、これらは実施形態の一つであり、上記の実施例の保護部材はＴ字型の保護部材２３以外の形状でも課題を解決することは可能である。
例えば図６のように可動子上のセラミックス製のスライダー２０に取り付ける保護部材として直方体型のセラミックス製の保護部材２４を取り付ける方法が考えられる。
さらに図７のように可動子上のセラミックス製のスライダー２０の溝部に保護部材として直方体型のセラミックス製の保護部材２５を埋め込むことにより取り付ける方法が考えられる。
他に図８のように可動子上のセラミックス製のスライダー２０に取り付ける保護部材として円柱型のセラミックス製の保護部材２６を取り付ける方法が考えられる。他にも保護部材は摩耗して接触面積が変わらなければ良く、前記円柱型のセラミックス製の保護部材２６をスライダー２０に埋め込む方法も考えられる。
いずれも可動子の進行方向と同一方向の保護部材の長さが２ｍｍ以下であれば課題を解決することが可能である。
【発明の効果】
以上説明したように、本発明により、駆動子と接触する可動子（又は被駆動体ともいう）に取り付けるセラミックスを高頻度で交換することがなくなる。又、弾性体と可動子に取り付けるセラミックスが接触する際に発生する異常音を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る超音波モータ用駆動子の模式的な平面図である。
【図２】図１の駆動子における駆動ヘッドの構成を示す斜視図である。
【図３】スライダーに取り付ける半球型ボール２１の全体図である。
【図４】スライダーに取り付ける半円柱２２の全体図である。
【図５】スライダーに取り付ける保護部材２３の全体図である。
【図６】スライダーに取り付ける保護部材２４の全体図である。
【図７】スライダーに取り付ける保護部材２５の全体図である。
【図８】スライダーに取り付ける保護部材２６の全体図である。
【符号の説明】
１：駆動子
３：ランジュバン型振動子
３ａ：圧電素子
５：ボルト部材
５ａ、５ｂ：雄ネジ部
７：ハウジング部材
９：保持部材
１１：結合部材
１３：合成部
１５：先細り部
１７：変位受け部
２０：スライダー
２１：半球型ボール
２２：半円柱
２３、２４、２５、２６：保護部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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