(57)【要約】    【課題】  高速に位置決めが可能な優れた応答性を発揮することができる超音波モータを提供する。    【解決手段】    出力ギア７とロータ５との間には、皿ばね６が軸方向に圧縮されて挟み込まれている。皿ばね６の上端部は出力ギア７に接合され、その下端部はロータ本体５ａに接合されている。この皿ばね６により、ロータ５と出力ギア７とはそれぞれが一体に回転可能に結合される。皿ばね６は、軸方向に対しての傾動に対して弾性を有し、ロータ２の回転方向に対してはほぼ剛体である。【選択図】      図１
2005237053.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気‐機械エネルギー変換素子により振動が摩擦駆動部に励振される振動子と、前記振動子の前記摩擦駆動部に押圧され、該摩擦駆動部に励振される振動によって前記振動子の軸方向の周りに回転駆動される回転体と、前記回転体の回転を受けて回転される出力伝達部材とを備える超音波モータであって、
前記回転体と前記出力伝達部材との間に配置され、前記回転体を前記振動子の軸方向に沿って前記摩擦駆動部に押し付ける弾性加圧手段を有し、前記弾性加圧手段は、前記回転体と前記出力伝達部材とを一体にかつ同軸に回転可能に結合し、前記回転体が前記振動子の軸方向に対して傾動する方向および前記振動子の軸方向へ弾性を有するとともに、前記回転体の回転方向に対して剛性を有することを特徴とする超音波モータ。
【請求項２】
前記弾性加圧手段は、前記回転体と前記出力伝達部材との間に配置されている弾性部材を含み、該弾性部材は、前記回転体が前記振動子の軸方向に対して傾動する方向および前記振動子の軸方向へ弾性を有し、前記回転体の回転方向に対して剛性を有す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】
前記弾性部材は、板状ばね部材からなることを特徴とする請求項２記載の超音波モータ。
【請求項４】
前記弾性部材は、十字形状のばね部材からなることを特徴とする請求項２記載の超音波モータ。
【請求項５】
前記回転体は、前記振動子の軸上における前記振動子の前記摩擦駆動部近傍位置を中心に傾動することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の超音波モータ。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１つに記載された超音波モータを駆動源として備えることを特徴とする超音波モータを備えた機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気‐機械エネルギー変換素子により振動が励起される振動子を用いた超音波モータ、およびそれを駆動源として備える機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波モータは、摩擦駆動面に楕円運動を発生する振動子と、この振動子の摩擦駆動面に当接され、振動子の摩擦駆動面に発生する楕円運動によって回転駆動されるロータと、ロータの回転を受けて回転される出力ギアとを有する。この超音波モータにおいて、その出力をより大きくし、かつ効率がよい駆動を行うためには、ロータが振動子の摩擦駆動面に対して正しい方向に、正しい圧力で均等に加圧されることが最も重要である。
【０００３】
そのために、出力ギアが出力の反力を受けても、ロータと振動子との接触において、面圧むらを生じないような構成を採用するものがある（例えば特許文献１を参照）。具体的には、ロータが振動子の軸心に対して傾くことが可能なように軸支されており、ロータと同軸で回転する出力ギアが、振動子の軸心を中心として複数の対称位置にロータとの回り止め係合部を有し、回り止め係合部がロータの振動子の軸心に対する傾きを許容するようにラジアル方向およびスラスト方向に遊びを有して係合する。これにより、ロータが振動子の摩擦駆動面に対して正しい方向に、正しい圧力でむらなく均等に加圧される。
【特許文献１】特許公報第３１６４８５７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述の構成では、出力ギアのロータとの回り止め係合部が、ラジアル方向およびスラスト方向に遊び（隙間）を有するので、結果的に周方向にも遊びを有する構成になり、ロータと出力ギアが完全には一体的に回転することができず、特に回転し始めの起動時や回転方向の反転時には、この周方向の遊びが詰まる時間分だけ出力ギアがロータに対して遅れて回転し始める。その結果、高速に位置決めを行うことができないことがある。
【０００５】
また、ロータの振動子の軸心に対する傾きを許容し、かつ出力ギアがロータに対して遅れて回転しないように、周方向の遊びに剛性の低い弾性部材を詰めるということが対策として考えられるが、回転し始めの起動時や回転方向の反転時におけるこの弾性部材の変形が精度の高い位置決めを阻害することになる。
【０００６】
本発明の目的は、高速に位置決めが可能な優れた応答性を発揮することができる超音波モータおよびそれを駆動源として備える機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記目的を達成するため、電気―機械エネルギー変換素子により振動が摩擦駆動部に励振される振動子と、前記振動子の前記摩擦駆動部に押圧され、該摩擦駆動部に励振される振動によって前記振動子の軸方向の周りに回転駆動される回転体と、前記回転体の回転を受けて回転される出力伝達部材とを備える超音波モータであって、前記回転体と前記出力伝達部材との間に配置され、前記回転体を前記振動子の軸方向に沿って前記摩擦駆動部に押し付ける弾性加圧手段を有し、前記弾性加圧手段は、前記回転体と前記出力伝達部材とを一体に回転可能に結合し、前記回転体が前記振動子の軸方向に対して傾動する方向および前記振動子の軸方向へ弾性を有するとともに、前記回転体の回転方向に対して剛性を有することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明は、上記目的を達成するため、請求項１ないし５のいずれか１つに記載された超音波モータを駆動源として備えることを特徴とする超音波モータを備えた機器を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、回転体と出力伝達部材とを結合する弾性加圧手段が、回転体が振動子の軸方向に対して傾動する方向および振動子の軸方向へ弾性を有するとともに、回転体の回転方向に対して剛性を有するので、高速に位置決めが可能な優れた応答性を発揮することができる。
【００１０】
また、出力伝達部材に掛かる出力トルクの反力など、回転成分以外の力は、回転体に影響を及ぼさない。したがって、回転体と振動子の摩擦駆動部との接触面において、面圧むらが生じ難い。さらに、回転体の振動子の摩擦駆動部と接触する面と、回転体の軸が直交しないような誤差がある場合でも、回転体が傾くことが可能であるので、面圧むらが生じ難い。従って、効率がよい駆動が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１２】
（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態に係る超音波モータの構成を示す縦断面図である。
【００１３】
超音波モータは、図１に示すように、振動子１、ロータ５（回転体）、出力ギア７（出力伝達部材）および超音波モータを駆動源とする装置に取り付ける際に用いられる取り付けフランジ８を備える。振動子１、ロータ５、出力ギア７および取り付けフランジ８には、シャフト３が挿通されている。シャフト３の両端には、それぞれナット４，９に螺合されるねじ部が形成されている。また、シャフト３の中間部には、フランジ部３ａが形成されている。
【００１４】
振動子１は、２つの弾性体１ａ，１ｂおよび圧電素子２を有する。圧電素子２は、各弾性体１ａ，１ｂ間に配置されており、各弾性体１ａ，１ｂおよび圧電素子２は、ナット４とシャフト３のフランジ部３ａとの間で所定の挟持力が付与されるように狭持固定されている。弾性体１ａの端部には、耐摩耗性を有する摩擦部材１ｃが設けられている。
【００１５】
ロータ５は、円環形状のロータ本体５ａと、下方にばね性を有する構造体のロータ接触部５ｂとを有し、ロータ接触部５ｂは、接着などによりロータ本体５ａと一体的に接合されている。ロータ５は、ロータ接触部５ｂが振動子１の弾性体１ａの摩擦部材１ｃに接触するように配置されている。ロータ接触部５ｂの摩擦部材１ｃとの接触部位は、その接触幅が小さく、かつ適度なばね性を有するように形成されている。
【００１６】
出力ギア７は、取り付けフランジ８に、シャフト３の周りに回転可能に軸支されている。取り付けフランジ８は、シャフト３に嵌合され、ナット９により固定されている。
【００１７】
出力ギア７とロータ５との間には、皿ばね（弾性加圧手段）６が軸方向に圧縮されて挟み込まれている。皿ばね６の上端部は、出力ギア７にビスやリベットなどによって接合され、その下端部はロータ本体５ａに接着などにより接合されている。この皿ばね６により、ロータ５と出力ギア７とは、一体に回転可能に結合される。また、皿ばね６により、ロータ５のロータ接触部５ｂは、振動子１の摩擦部材１ｃに所定の圧力で加圧接触される。皿ばね６は、軸方向に対しての傾動に対して弾性を有し、回転方向に対してはほぼ剛体である。
【００１８】
このように構成にされた超音波モータを駆動する際には、公知の手段により圧電素子２に交番信号が印加される。これにより、摩擦部材１ｃの表面に楕円運動が形成され、摩擦部材１ｃに加圧接触されたロータ５がシャフト３の周りに回転駆動される。このロータ５の回転に伴い、皿ばね６および皿ばね６によってロータ５と連結された出力ギア７はロータ５と一体的にシャフト３の周りに回転する。
【００１９】
出力ギア７とロータ５を結合する皿ばね６は、ロータ５の軸方向に対しての傾動を許す弾性を有するが、回転方向に対してはほぼ剛体であるので、出力ギア７とロータ５とが回転方向に遊びを形成することなく一体に回転する。その結果、高速位置決めが可能な優れた応答性を有する超音波モータを得ることができる。
【００２０】
また、出力ギア７に掛かるトルクの反力など、回転成分以外の力は、ロータ５の回転に影響を及ぼさない。従って、ロータ５と振動子１の接触において面圧むらが生じ難い。さらに、ロータ５の振動子１の摩擦部材１ｃとの接触面と、ロータ５の回転軸とが互いに直交しないような誤差がある場合でも、皿ばね６が、軸方向やロータ５が軸方向に対して傾動する方向に対して弾性を有するので、ロータ５が軸方向に対して傾くことが可能であり、ロータ５と振動子１の摩擦部材１ｃとの接触面において、面圧むらが生じ難い。
【００２１】
本実施の形態においては、ロータ５と出力ギア７を結合しかつロータ５を摩擦部材１ｃに加圧接触させるための手段として、皿ばね６が用いられているが、これに代えて、他の手段を用いることもできる。
【００２２】
ここで、皿ばね６に代わる他の手段について図２および図３を参照しながら説明する。図２は図１の超音波モータの皿ばね６の代替手段として用いられるばね部材の構成を示す斜視図、図３は図１の超音波モータの皿ばね６の代替手段として用いられる他のばね部材の構成を示す斜視図である。
【００２３】
弾性加圧手段として用いられている皿ばね６に代えて、例えば図２に示すような板状ばね部材１０を用いることができる。この板状ばね部材１０は、中央部１０ｅから四方へそれぞれ延びるアーム部１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄを有する十字形状のばね部材からなる。各アーム部１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄのうち、アーム部１０ａ，１０ｂは、中央部１０ｅより上方側に反っており、図１における出力ギア７の下面に、ビスまたはリベットなどの手段で接合される。また、アーム部１０ｃおよび１０ｄは、中央部１０ｅより下方側に反っており、図１におけるロータ本体５ａの上面に、ビスまたはリベットなどの手段で接合される。各アーム部１０ａ〜１０ｄの端部に形成されている孔は、ビスまたはリベットなどの接合のためのものであり、中央部１０ｅの孔は、シャフト３が通るためのものである。
【００２４】
板状ばね部材１０をロータ本体５ａおよび出力ギア７と接合する際には、まず出力ギア７と板状ばね部材１０のアーム１０ａ，１０ｂが接合され、その後、板状ばね１０のアーム１０ｃ，１０ｄとロータ本体５ａが接合される。ここで、出力ギア７およびロータ本体５ａには、接合手段であるビスまたはリベットの接合用孔が設けられている。
【００２５】
上記皿ばね６は形状としては軸対称形であり、荷重の中心が形状の中心とほぼ一致するなど、剛性に関する対称性に関しては、優れていることが多い。しかし、皿ばね６の材料である板材を圧延で製造する場合、圧延方向とそれに直交する方向で剛性の異方性が生じることがあるので、剛性の異方性が発生する場合がある。その結果、皿ばね６の荷重の中心が形状の中心からずれるというようなイレギュラーが生じ、ロータ５と振動子１の接触において面圧むらが生じる場合がある。
【００２６】
これに対し、板状ばね部材１０においては、アーム部１０ａ，１０ｂの延伸方向がアーム部１０ｃ，１０ｄの延伸方向とほぼ直交するので、アーム部１０ａ，１０ｂの剛性がアーム部１０ｃ，１０ｄの剛性と異なることがあっても、アーム部１０ａ，１０ｂの剛性は同じ延伸方向であるから一致し、同様に同じ延伸方向であるアーム部１０ｃ，１０ｄの剛性も一致する。中央部１０ｅより上方においては、剛性が等しいアーム部１０ａ，１０ｂが対称な位置でばねを構成しているため、荷重の中心が形状の中心からずれるというような剛性むらはない。同様に、中央部１０ｅより下方においては、剛性が等しいアーム部１０ｃ，１０ｄがばねを構成しているため、剛性むらはない。従って、板状ばね部材１０は、製造工程において板材に剛性の異方性が生じたとしても、ロータ５と振動子１の接触において面圧むらが生じるようなことはなく、良好な特性が得られる。
【００２７】
また、他の弾性加圧手段として、例えば図３に示すような、互いに直交するように配置された２枚の板状ばね１１ａ，１１ｂが中央部において連結部１１ｃで連結されたばね部材１１を用いることができる。
【００２８】
なお、上記弾性加圧手段は、上記形状、構成に限定されるものではなく、同様の機能、効果を奏するものであれば、任意の形状、構成のものを用いることができることはいうまでもない。
【００２９】
このように構成された超音波モータは、例えばカメラのフィルム給送機構の駆動源として用いることができる。この場合、フィルムを巻き上げ指示に対して高速に応答することができるとともに、高い精度での巻上げを行うことが可能になる。
【００３０】
よって、上記超音波モータは、高速位置決めが可能なような優れた応答性を要求される機器に対して非常に有用な駆動源として利用することが可能である。
【００３１】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態について図４を参照しながら説明する。図４は本発明の第２の実施の形態に係る超音波モータの構成を示す縦断面図である。本実施の形態は、上記第１の実施の形態とほぼ同様の構成を有するので、同一の部材には、同一の符号を付し、その説明は省略する。そして、ここでは、異なる部分のみを説明する。
【００３２】
本実施の形態においては、図４に示すように、ロータ本体５ａの下端内周部５ｃが、内周に向かってエッジ状に形成されており、この内周部５ｃに対向するシャフト３の部位には、径がやや大きい軸支部３ｂが形成されている。この軸支部３ｂは、内周部５ｃに対して、ロータ５の傾動を阻害しない程度の遊びを有する状態で接する。従って、ロータ５の振動子１に接触する面とロータ５の軸心とが直交しないような誤差があるなどにより、ロータ５が軸方向に対して傾く場合、このロータ５の傾動はシャフト３の軸支部３ｂを回転中心とした傾動となる。そしてロータ５の傾動の回転中心である軸支部３ｂは、ロータ５と振動子１の摩擦部材１ｃとが接する接触面を含む平面近傍に位置するので、ロータ５が傾動する際にロータ接触部５ｂの摩擦部材１ｃと接触する面が径方向に移動することがない。従って、径方向のすべりが生じないので、効率のよい駆動が実現される。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る超音波モータを示す縦断面図である。
【図２】図１の超音波モータの皿ばね６の代替手段として用いられる板ばねの構成を示す斜視図である。
【図３】図１の超音波モータの皿ばね６の代替手段として用いられる板ばねの構成を示す斜視図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る超音波モータの構成を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  振動子
１ａ、１ｂ  弾性体
１ｃ  摩擦部材
２  圧電素子
３  シャフト
３ａ  軸支部
４，９  ナット
５  ロータ
５ａ  ロータ本体
５ｂ  ロータ接触部
６  皿ばね
７  出力ギア
８  取り付けフランジ
１０  板状ばね部材
１１  ばね部材
【図１】
2005237053.tif 000003
【図２】
2005237053.tif 000004
【図３】
2005237053.tif 000005
【図４】
2005237053.tif 000006