(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波モータの回転運動を移動体部の直進運動に変換する超音波モータを用いた直動機構において、固定支持部材と、前記固定支持部材に固定されるとともに、圧電素子を有する振動体に弾性振動を発生するステータと、を有し、径方向側面において前記ステータと接し、前記ステータの弾性振動により摩擦力を介して回転運動に変換されるロータは、前記ロータの円周方向に対して厚みの異なる傾斜部を有するとともに、回転運動される中心部に穴部を有する回転体部として構成され、前記傾斜部に少なくとも一部分が接する突起部を有するとともに前記ロータの回転運動にともない前記固定支持部材に固定されたガイド部材を案内とすることで前記ロータの厚み方向に直動運動される直動体部は、前記ロータの回転運動に伴ない、前記直動体部がロータに適当な圧力をもって加圧接触されるように配置された加圧機構と前記固定支持部材の間に配置されて直動運動される移動体部として構成される超音波モータ付き直動機構。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波モータ付き直動機構を有し、前記移動体部により負荷部材を駆動することを特徴とする電子機器。
【請求項３】
請求項１に記載の超音波モータ付き直動機構を有し、前記移動体部により前記固定支持部材との光学的な強度を可変することを特徴とする電子機器。
【請求項４】
請求項１に記載の超音波モータ付き直動機構を有し、前記移動体部により前記固定支持部材との光学的な距離を可変することを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は圧電素子を有する振動体でロータを摩擦駆動させる超音波モータを用いた直動機構及びそれを用いた電子機器に係わり、特に回転型の超音波モータを用い移動体部を直動運動させる微小位置決め機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、各種電子機器、とりわけ光学機器、医療機器等において微小な位置決めが可能でかつ大きな移動範囲の直線的な動きを要求される用途が多くなっている。このような場合、例えば電磁型のモータと送りネジを組み合わせたり、ボイスコイルモータや可動コイルモータを用いたり、圧電素子を用いたアクチュエータが一般に用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、電磁型のモータと送りネジを組み合わせた場合、機構が複雑で大型化してしまうとともに送り機構でのバックラッシュにより細かな送り量の制御ができなかった。また、モータとして、保持トルクを有するステッピングモータを用いた場合には、小型化に伴なう角度分解能が粗くなり、細かな送り量の制御ができなかった。また、ボイスコイルモータや可動コイルモータを用いた場合には微小な位置決めが難しいと共に、剛性が低く外部の振動により位置がずれてしまうことがあった。特にボイスコイルモータや可動コイルモータは板ばね等と組み合わせて使用することが多く、この場合更に剛性が低下してしまう。そしてこれら電磁力を使うアクチュエータは電磁ノイズの影響を受け易く、また同時に電磁ノイズを発生する為、磁気ディスク等の記録媒体に影響を与えたり、通信で用いられる電波に影響を与える可能性がある。
【０００４】
圧電素子を用いたアクチュエータを用いた場合、微動制御は可能であるが変位は小さく粗動はできない。拡大機構を設けると機構が複雑で大きくなってしまう。
そして、以上に示したようなモータ、アクチュエータの場合には、特定位置に停止している場合に、ステッピングモータを用いた場合を除いて常に通電状態にしておく必要があり、大きな電力を消費してしまうため、小型携帯機器などへの利用には困難をともなっていた。
【０００５】
そこで本発明では、回転型の超音波モータを用い、微動、粗動が可能な小型な直動機構を得ることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は回転型の超音波モータと、超音波モータのロータと連動して回転する回転体部や直動体部等の出力伝達手段により移動体部を直動運動させる超音波モータ付き直動機構を実現させるものである。
【０００９】
請求項１記載の発明によれば、超音波モータの回転運動を移動体部の直進運動に変換する超音波モータを用いた直動機構において、固定支持部材と、前記固定支持部材に固定されるとともに、圧電素子を有する振動体に弾性振動を発生するステータと、を有し、径方向側面において前記ステータと接し、前記ステータの弾性振動により摩擦力を介して回転運動に変換されるロータは、前記ロータの円周方向に対して厚みの異なる傾斜部を有するとともに、回転運動される中心部に穴部を有する回転体部として構成され、前記傾斜部に少なくとも一部分が接する突起部を有するとともに前記ロータの回転運動にともない前記固定支持部材に固定されたガイド部材を案内とすることで前記ロータの厚み方向に直動運動される直動体部は、前記ロータの回転運動に伴ない、前記直動体部がロータに適当な圧力をもって加圧接触されるように配置された加圧機構と前記固定支持部材の間に配置されて直動運動される移動体部として構成される超音波モータ付き直動機構を特徴とする。これによれば、小型・薄型な超音波モータ付き直動機構が実現できる。
【００１０】
請求項２記載の発明によれば請求項１記載の超音波モータ付き直動機構を電子機器に用い、移動体部により負荷部材を駆動することを特徴とする。これにより電子機器の小型化、低電力化、並びに振動等の外乱に強く、また電磁ノイズの影響を受けない電子機器が実現できる。
請求項３記載の発明によれば請求項１記載の超音波モータ付き直動機構を電子機器に用い、移動体部により光学的な強度を可変することを特徴とする。これにより電子機器の小型化、低電力化、並びに振動等の外乱に強く、また電磁ノイズの影響を受けない電子機器が実現できる。
【００１１】
請求項４記載の発明によれば請求項１記載の超音波モータ付き直動機構を電子機器に用い、移動体部により光学的な距離を可変することを特徴とする。これにより電子機器の小型化、低電力化、並びに振動等の外乱に強く、また電磁ノイズの影響を受けない電子機器が実現できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下図１から図１０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２は、本発明の超音波モータを用いた直動機構の第一の例のブロック図を示したものである。超音波モータ１は、圧電素子を有する振動体に弾性振動を発生するステータ２と、ステータの弾性振動により摩擦力を介して回転運動に変換されるロータ７と、ステータとロータに適当な加圧力を与える第１の加圧機構１０で構成されている。ここで、ステータ２は固定支持部材１１に固定されており、ロータ７の回転運動は、回転直動変換機構１２により移動体部１３の直動運動に変換される。
【００１３】
図１は、本発明の超音波モータを用いた直動機構の第一の例を示したものである。円板状の振動体４はその中心を支持板３に固定された中心軸６によって支持されている。振動体４の第1の面には圧電素子５が接合されており、第２の面には振動体４の振動変位を拡大し、ロータ７に回転力を与える突起４ａが設けられている。ロータ４の中心には軸受８が設けられ、その中心を中心軸６で案内している。また軸受８は、その外輪部がロータに固定されており、内輪部は加圧ばね座９を介して中心軸６に一端を固定された第１の加圧機構である加圧ばね１０によって加圧することにより振動体４の突起４ａとロータ７の間に接触圧を与える。ここで、圧電素子５の圧電効果によって振動体４に励振された振動波は摩擦力を介してロータ７の回転力に変換される。なお、本発明に適用可能な超音波モータの具体例については、従来の特許公報に記載されており、詳細な説明は省略する。例えば特開昭５８―１４８６８２公報に進行波型を用いた超音波モータの基本原理および駆動方法が開示されており、また、特開平 ２―２８７２８１号公報には正逆回転が可能な単相駆動型の超音波モータの基本原理および駆動方法が開示されている。特に、後者の方式によれば、特開平７―１７０７７２公報に開示されている自励発振回路を用いた駆動方式が容易に適用できるため、本発明における小型薄型な超音波モータ付き直動機構が実現できる。
【００１４】
回転体部１４はロータ７の円周方向に対して少なくても一つ以上の厚みの異なる傾斜部を有するとともにロータと一体になって回転運動されるように固定されており、回転体部１４の傾斜部に少なくとも一部分が接する突起部を有する直動体部１５が、ロータの回転運動にともないガイド部材１７ａ、１７ｂを案内とすることでロータの厚み方向に直動運動される。直動体部１５の一部には駆動対象となる移動体部１３を有する。ここで、移動体１３と直動体部１５が回転体部１４に適当な圧力をもって加圧接触されるように第２の加圧機構である加圧ばね１６を設けたことにより微小なガタ量を補正することが可能となり、高精度な超音波モータ付き直動機構が実現される。尚、第２の加圧機構である加圧ばね１６における加圧力は、第１の加圧機構である加圧ばねの加圧力よりも小さく設定することにより、超音波モータの駆動力は移動体部の負荷などの外乱に対して影響を受けないため、小型・薄型でも安定し駆動力が得られる超音波モータ付き直動機構が実現できる。
【００１５】
図３は超音波モータを用いた直動機構の第一の例の変形例一を示したブロック図である。基本構成は図１に示したものと変わり無いが、移動体部１３の移動量を移動体検出手段にて検出し、その信号を制御回路に送って、超音波モータ駆動回路にて位置を補正駆動する仕組みを示したものである。
移動体検出手段としては、光の変化量としての強弱、干渉、波長や、磁気の変化量などである。
【００１６】
図４は超音波モータを用いた直動機構の第一の例の変形例二を示した図である。基本的な構成は図１と同じであるが、固定支持部材１１にファイバー２０及びレンズ２４を中心部に配したコネクター２２を取り付けており、同様に移動体部１３にファイバー２１及びレンズ２５を中心部に配したコネクター２３を取り付けることで、超音波モータの回転により移動体部１３を直動させることで、ファイバー２２から出る光の強度をファイバー２１で受光する際の光学的な強度を可変するようにしている。このような構成とすることで、例えば、小型化、低電力化、並びに振動等の外乱に強く、また電磁ノイズの影響を受けない光情報通信用モジュールであるアッテネータが実現できる。
【００１７】
図５は超音波モータを用いた直動機構の第一の例の変形例三を示した図である。基本的な構成は図１と同じであるが、固定支持部材１１にレンズ２６を取り付けており、同様に移動体部１３にレンズ２７を取り付けることで、超音波モータの回転により移動体部１３を直動させることで、光学的な距離を可変するようにしている。このような構成とすることで、例えば、小型化、低電力化、並びに振動等の外乱に強く、また電磁ノイズの影響を受けないカメラ、ビデオカメラ、光ピックアップなどのアイリス機構や、オートフォーカス機構、焦点設定機構が実現できる。
【００１８】
図６は超音波モータを用いた直動機構の第一の例の変形例四を示した図である。基本的な構成は図１と同じであるが、先の実施例では軸受にベアリングを用いていたのに対して、本実施例ではロータ７の中心部にピボット部７ａを設け、固定支持部材１１もしくは支持板３と一体的に構成されているばね座１８に設けた第１の加圧機構である加圧ばね１０によりロータ７を振動体４に加圧接触させている点で異なる。すなわち、小型化に際しても簡易な構造で加圧機構が実現できるため、小型な直動機構が実現できる。
【００１９】
図７は超音波モータを用いた直動機構の第一の例の変形例五を示した図である。本実施例では、固定支持部材１１に直接レンズ２７を設け、回転体部１４はロータと一体化されるとともに中心部にレンズ２７からの光を貫通できる穴部１４ａを設けており、直動体部１５にも直接レンズ２６を埋め込むことで、先の実施例に示した直動装置の更なる小型化を実現するものである。なお、この場合の回転体部１４の駆動は、側面に配した振動体４に生じた微小振動を突起４ａを介して伝えるもので、この場合の第１の加圧機構である加圧ばね１０は回転体部１４の側面より振動体４に対して配されている。なお、本実施例では、直接、振動体４で側面より駆動する場合を示したが、回転体部１４の外周部に歯車を形成し、歯車減速輪列を介してモータより駆動することも可能である。
【００２０】
なお、本実施例の超音波モータ付き直動機構は、回転体部１４が直動体部１５と１点で接触する場合を示したが、３点で接触されるような突起部を有することによれば、移動体部１３と一体に動作する直動体部１５の力の作用点が回転体部に均等かつ安定に作用する為、スムーズに動作するとともに、振動等の外乱に対して強くなる。
｛実施の形態２｝
本発明の実施の形態２について説明する。図８は本発明の超音波モータを用いた直動機構の第二の例を示したもので、図９は本発明の超音波モータを用いた直動機構の第二の例のブロック図を示したものである。先の実施例と基本的な構成は同じであるが、異なる点は、ステータとロータに適当な加圧力を与える第１の加圧機構と、直動体部が回転体部に適当な圧力をもって加圧接触されるように配置された第２の加圧機構とを共通化させたことで、さらに小型・薄型な超音波モータ付き直動機構が実現できる。すなわち、加圧ばね座１８に固定された加圧ばね１０により、ロータと一体的に構成された回転体部１５を加圧接触させるようにしている。
【００２１】
図１０は本発明の超音波モータを用いた直動機構の第二の例の変形例一を示したものである。基本的な構成は図８と同様であるが、移動体部にステージ２８を設けることにより、負荷部材を駆動することで、電子機器の小型化、低電力化、並びに振動等の外乱に強く、また電磁ノイズの影響を受けない電子機器が実現できる。とくに、超小型で微動可能な直動ステージが実現できる。
【００２２】
【発明の効果】
以上のように、本発明は回転型の超音波モータと、回転運動を直動運動に変換するための回転直動変換機構により、超音波モータの回転運動を移動体部の直動運動に変換される超音波モータ付き直動機構を実現させるものであり、これによりバックラッシュがなく高精度で粗動と微動の送りができ、また剛性が強く外部の振動等の影響を受け難い直動機構が構成できる。
【００２３】
また、小型で高出力の超音波モータを使っていることから機構全体の小型・薄型化、並びに磁気の影響を受けずまた他に影響を与えない直動機構が構成できる。また、停止時に消費電力を要しない点も特徴である。
従って、小型で低消費電力で高精度位置決めが可能な超音波モータ付き直動機構並びにそれを用いた電子機器が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の超音波モータを用いた直動機構の第一の例を示したものである。
【図２】本発明の超音波モータを用いた直動機構の第一の例のブロック図を示したものである。
【図３】本発明の超音波モータを用いた直動機構の第一の例の変形例一を示したものである。
【図４】本発明の超音波モータを用いた直動機構の第一の例の変形例二を示したものである。
【図５】本発明の超音波モータを用いた直動機構の第一の例の変形例三を示したものである。
【図６】本発明の超音波モータを用いた直動機構の第一の例の変形例四を示したものである。
【図７】本発明の超音波モータを用いた直動機構の第一の例の変形例五を示したものである。
【図８】本発明の超音波モータを用いた直動機構の第二の例を示したものである。
【図９】本発明の超音波モータを用いた直動機構の第二の例のブロック図を示したものである。
【図１０】本発明の超音波モータを用いた直動機構の第二の例の変形例一を示したものである。
【符号の説明】
１    超音波モータ
２    ステータ
３    支持板
４    振動体
４ａ  突起
５    圧電素子
６    中心軸
７    ロータ
８    軸受
９ 、１８    加圧ばね座
１０    加圧ばね
１１    固定支持部材
１２    回転直動機構
１３    移動体部
１４    回転体部
１５    直動体部
１６    第２の加圧ばね
１７ａ、１７ｂ    ガイド部材
２０、２１    ファイバー
２２、２３    コネクター
２４、２５、２６、２７    レンズ
２８    ステージ
【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】
0004497594.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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