(57)【要約】【課題】超音波振動子の位置決め精度の低下を防止し、被駆動体の駆動精度および駆動効率を向上する。【解決手段】駆動電圧を供給されることにより、異なる２つの振動モードを同時に発生させて出力端に略楕円振動を生じさせる超音波振動子２と、該超音波振動子２の出力端に固定された接触部材３と、該接触部材３により押圧される被駆動体４と、接触部材３と被駆動体４とを密着させる方向に押圧力Ｆを付与する押圧手段５とを備え、該押圧手段５が、超音波振動子２に固定され、該超音波振動子２の振動の節に沿って丸棒部材７を保持する保持部材６と、該保持部材６に保持された丸棒部材７の外周面に周方向に間隔をあけた２カ所において線接触させられるＶ字溝１２ａを有する押圧部材８と、該押圧部材８を超音波振動子２に向けて付勢する付勢部材１１とを備える超音波モータ１を提供する。【選択図】    図１
2007209088.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動電圧を供給されることにより、異なる２つの振動モードを同時に発生させて出力端に略楕円振動を生じさせる超音波振動子と、
該超音波振動子の出力端に固定された接触部材と、
該接触部材により押圧される被駆動体と、
前記接触部材と被駆動体とを密着させる方向に押圧力を付与する押圧手段とを備え、
該押圧手段が、前記超音波振動子に固定され該超音波振動子の振動の節に沿って丸棒部材を保持する保持部材と、該保持部材に保持された丸棒部材の外周面に周方向に間隔をあけた２カ所において線接触させられるＶ字溝を有する押圧部材と、該押圧部材を超音波振動子に向けて付勢する付勢部材とを備える超音波モータ。
【請求項２】
前記保持部材が、前記丸棒部材に係合するＶ字溝を備える請求項１に記載の超音波モータ。
【請求項３】
前記丸棒部材が、前記保持部材に接着されている請求項１または請求項２に記載の超音波モータ。
【請求項４】
前記丸棒部材が、前記押圧部材に接着されている請求項２に記載の超音波モータ。
【請求項５】
前記押圧部材に、そのＶ字溝が前記保持部材に保持されている前記丸棒部材に係合した状態で、前記超音波振動子の幅方向の両側面に微小隙間をあけて対向する位置に延び、超音波振動子の幅方向の移動を規制する規制部材を備える請求項１から請求項３のいずれかに記載の超音波モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、超音波モータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電磁型モータに代わる新しいモータとして超音波モータが注目されている。
従来の超音波モータとしては、特許文献１に開示された構造のものがある。
【０００３】
特許文献１に開示された超音波モータは、一側面に被駆動体に密着させられる接触部材を有し、該接触部材が設けられている側面とは正反対の側面にＶ字溝を有するブロックを有する超音波振動子を備えている。ブロックのＶ字溝は、圧電積層体の振動の節に沿って形成され、該Ｖ字溝に係合する丸棒状の支持部材により押圧力を付与されるようになっている。
【特許文献１】特開２００４−９６９８４号公報
【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、特許文献１の超音波モータにおいては、丸棒状の支持部材が、その長さ方向の中央位置から片持ち梁状に延びる支柱によって支持されており、該支柱を介して、接触部材を被駆動体に接触させる押圧力が超音波振動子に伝達される。このため、この支柱を介して大きな押圧力を加えることにより大きな駆動力を発生する場合には、支柱の支持部材側の先端に支柱を湾曲させる方向の力が作用し、支柱が弾性変形してしまう不都合がある。
【０００５】
また、特許文献１においては、支持部材の長さ方向の両端に、フランジ状のストッパが設けられており、支持部材をブロックのＶ字溝に押し付けた際に、ストッパによってブロックを幅方向に挟むことにより、超音波振動子の幅方向の移動を規制している。しかしながら、このように構成すると、超音波振動子側から受ける幅方向の力も前記支柱の先端に、該支柱を湾曲させる力として作用するため、支柱がさらに弾性変形してしまう不都合がある。
【０００６】
支柱が弾性変形する場合、超音波振動子の位置決め精度が低下するとともに、支持部材とＶ字溝との接触が偏ってしまう結果、被駆動体と接触部材との安定した接触を確保できず、被駆動体の駆動精度および駆動効率が低下するという問題がある。
【０００７】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、超音波振動子の位置決め精度の低下を防止し、被駆動体の駆動精度および駆動効率を向上することができる超音波モータを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、駆動電圧を供給されることにより、異なる２つの振動モードを同時に発生させて出力端に略楕円振動を生じさせる超音波振動子と、該超音波振動子の出力端に固定された接触部材と、該接触部材により押圧される被駆動体と、前記接触部材と被駆動体とを密着させる方向に押圧力を付与する押圧手段とを備え、該押圧手段が、前記超音波振動子に固定され該超音波振動子の振動の節に沿って丸棒部材を保持する保持部材と、該保持部材に保持された丸棒部材の外周面に周方向に間隔をあけた２カ所において線接触させられるＶ字溝を有する押圧部材と、該押圧部材を超音波振動子に向けて付勢する付勢部材とを備える超音波モータを提供する。
【０００９】
本発明によれば、押圧手段の作動によって、超音波振動子の出力端に固定された接触部材を被駆動体に密着させた状態で、超音波振動子に駆動電圧を供給することにより、出力端に略楕円振動を生じさせ、被駆動体を駆動することができる。
超音波振動子に固定された保持部材によって保持された丸棒部材が、押圧部材に設けられたＶ字溝に係合し、付勢部材により押圧部材が超音波振動子に向けて付勢されるので、超音波振動子の接触部材を被駆動体に密着させる押圧力が、付勢部材から押圧部材のＶ字溝、丸棒部材および保持部材を介して超音波振動子に伝達される。
【００１０】
丸棒部材は、保持部材によって超音波振動子の節に沿って保持されており、超音波振動子は丸棒部材の径方向に駆動力を発生する。これに対し、押圧部材のＶ字溝と丸棒部材とを係合させることにより、Ｖ字溝が丸棒部材の外周面に周方向に間隔をあけた２カ所において線接触させられるので、丸棒部材の径方向への超音波振動子の移動が規制される。
【００１１】
この場合に、押圧部材のＶ字溝と丸棒部材とは、丸棒部材の長手方向に沿う直線において線接触させられるので、超音波振動子が丸棒部材の長手方向に変位しても、超音波振動子に作用する押圧力は変化せず、接触部材と被駆動体との安定した接触状態を維持することができる。
【００１２】
また、丸棒部材は、特許文献１のように片持ち梁により押圧力を加えられるのではなく、押圧部材のＶ字溝により押圧力を加えられるので、丸棒部材の径方向への駆動力が作用しても超音波振動子の位置ずれが発生しない。したがって、超音波振動子の位置決め精度の低下を防止し、被駆動体の駆動精度および駆動効率を向上することができる。
【００１３】
上記発明においては、前記保持部材が、前記丸棒部材に係合するＶ字溝を備えることとしてもよい。
このようにすることで、超音波振動子に固定された保持部材に設けられたＶ字溝に丸棒部材が係合され、丸棒部材を超音波振動子の節に沿って簡易かつ確実に保持することができる。
【００１４】
また、上記発明においては、前記丸棒部材が、前記保持部材に接着されていることとしてもよい。また、前記丸棒部材が、前記押圧部材に接着されていることとしてもよい。
このようにすることで、振動による丸棒部材の脱落を防止することができる。
【００１５】
また、上記発明においては、前記押圧部材に、そのＶ字溝が前記保持部材に保持されている前記丸棒部材に係合した状態で、前記超音波振動子の幅方向の両側面に微小隙間をあけて対向する位置に延び、超音波振動子の幅方向の移動を規制する規制部材を備えることとしてもよい。
このようにすることで、Ｖ字溝を丸棒部材に係合させた状態で、押圧部材に設けられた規制部材が超音波振動子の幅方向の両側面に対向する位置に延びるので、規制部材が超音波振動子の側面に接触することにより超音波振動子の幅方向の移動が規制される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、超音波振動子の位置決め精度の低下を防止し、被駆動体の駆動精度および駆動効率を向上することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の第１の実施形態に係る超音波モータ１について、図１〜図３を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る超音波モータ１は、図１に示されるように、略直方体状の超音波振動子２と、該超音波振動子２の出力端に固定された２カ所の接触部材３と、該接触部材３に密接状態に接触させられる被駆動体４と、該被駆動体４と前記接触部材３とを密着させる方向に押圧力Ｆを付与する押圧手段５とを備えている。
【００１８】
超音波振動子２は、図２に示されるように、例えば、矩形板状の圧電セラミックスシート２ａの片側面にシート状の内部電極（図示略）を設けたものを複数枚積層して、略直方体状に形成したものである。この超音波振動子２は、内部電極に接続する外部電極２ｂに駆動電圧を供給することにより、異なる２つの振動モードを同時に発生させて出力端に略楕円振動を生じさせるようになっている。
【００１９】
なお、図中符号２ｃは、圧電セラミックスシート２ａよりも延性の高い金属あるいは樹脂等の材質からなる保護プレートであり、接触部材３および後述する保持部材６と圧電セラミックスシート２ａとの間に発生する応力集中を分散して圧電セラミックスシート２ａを保護し、大きな押圧力Ｆを加えることができるようにするものである。
【００２０】
超音波振動子２の長手方向の中心位置から所定距離離れた位置に固定された接触部材３は、略楕円振動が生ずる出力端に設けられているので、この略楕円振動の間に被駆動体４を蹴るようにして略楕円振動の接線方向に被駆動体４を駆動するようになっている。
一方、超音波振動子２の長手方向の中心位置には、２つの振動モードの節が形成され、該節の位置においては、超音波振動子２の幅方向に沿ういずれの位置においても、ほぼ振動しない領域が設けられている。
【００２１】
前記押圧手段５は、超音波振動子２に固定された保持部材６と、該保持部材６に保持される丸棒部材７と、該丸棒部材７に係合する押圧部材８と、外部構造物（図示略）に固定され前記押圧部材８をシャフト９により揺動可能に取り付けるるベース部材１０と、ベース部材１０と押圧部材８との間に配置され、ベース部材１０に対して押圧部材８を一方向に付勢するスプリング１１とを備えている。保持部材６は、超音波振動子２の前記接触部材３が固定されている側面とは正反対の側面に固定されている。
【００２２】
保持部材６には、前記超音波振動子２の振動の節の位置に、圧電セラミックスシート２ａの積層方向（以下、超音波振動子２の幅方向という。）に沿ってＶ字溝６ａが形成されている。前記丸棒部材７は、保持部材６に設けられたＶ字溝６ａ内に挿入配置され、Ｖ字溝６ａの２つの溝壁に線接触させられることにより、保持部材６に位置決め状態に保持されている。また、丸棒部材７は、保持部材６に位置決め状態に保持された状態で、接着剤により固定されている。
【００２３】
押圧部材８は、略直方体ブロック状に形成され、図２に示されるように、前記シャフト９から離れた位置に、幅方向に間隔を開けて２カ所に突出する突起部１２を備えている。突起部１２間の寸法は、前記超音波振動子２の幅寸法より若干大きく形成されており、超音波振動子２を移動自在に挿入することができるようになっている。
【００２４】
２カ所の突起部１２には、シャフト９に平行なＶ字溝１２ａが一列に形成されている。Ｖ字溝１２ａは、前記丸棒部材７を収容可能な寸法に形成されている。また、Ｖ字溝１２ａは、突起部１２の端面から削り込んだ深い位置に設けられている。これにより、保持部材６に保持された状態の丸棒部材７を突起部１２のＶ字溝１２ａに接触する位置まで挿入すると、２つの突起部１２が超音波振動子２を幅方向に挟む位置に配置され、超音波振動子２を幅方向に位置決めするようになっている。
【００２５】
また、突起部１２のＶ字溝１２ａは、保持部材６のＶ字溝６ａと同様、丸棒部材７を収容すると、該丸棒部材７の外周面に２カ所において線接触することにより、丸棒部材７が径方向に移動するのを阻止するようになっている。これにより、丸棒部材７および該丸棒部材７を固定した保持部材６および超音波振動子２が丸棒部材７の半径方向に位置決め状態に維持されるようになっている。
ベース部材１０は、左右対称形状に形成されており、押圧部材８を左右逆転させて組み付けることもできるようになっている。これにより、組立性を向上することができる。
【００２６】
前記スプリング１１は、例えば、圧縮コイルスプリングであって、図１に示されるように、ベース部材１０に貫通形成されたネジ孔１３内に挿入され、該ネジ孔１３に締結される押しネジ１４によって押圧されるようになっている。スプリング１１は押圧部材８のシャフト９とは反対側の端部に設けられた凹部１６内に一端を配置し、押しネジ１４によって押圧されることにより、ベース部材１０と押圧部材８との間で圧縮され、押圧部材８をベース部材１０から離れる方向に揺動させるよう付勢力を発生するようになっている。
【００２７】
このように構成された本実施形態に係る超音波モータ１の作用について、以下に説明する。
本実施形態に係る超音波モータ１を組み立てるには、図２および図３に示されるように、被駆動体４の表面に接触部材３を接触させるように超音波振動子２を配置する。このとき、超音波振動子２の２つの接触部材３の配列方向を被駆動体４の駆動方向に一致させる。
【００２８】
そして、図３に示されるように、シャフト９によってベース部材１０に連結された押圧部材８を超音波振動子２に近接させる。このとき、ネジ孔１３から押しネジ１４およびスプリング１１を取り外しておく。そして、超音波振動子２の保持部材６に固定されている丸棒部材７を、近接させた押圧部材８のＶ字溝１２ａに収容させる。これにより、押圧部材８のＶ字溝１２ａが丸棒部材７の周方向に離間した２カ所で線接触させられるようになる。
【００２９】
この状態で、ベース部材１０を図示しない外部構造物に固定する。外部構造物への固定は、例えば、ベース部材１０に設けた取り付け孔１５にボルト（図示略）を挿入して外部構造物に締結することにより行われる。
そして、図１に示されるように、ベース部材１０のネジ孔１３内にスプリング１１を挿入し、押しネジ１４をネジ孔１３に締結していくことにより、スプリング１１を圧縮し、押圧部材８の一端に押圧力ｆを加えていく。
【００３０】
これにより、押圧部材８の中央に設けられたＶ字溝１２ａから丸棒部材７に対して、スプリング１１の押圧力ｆの略２倍の押圧力Ｆが作用し、超音波振動子２の接触部材３が被駆動体４に密着させられる。また、このとき、押圧部材８の２つの突起部１２が超音波振動子２の幅方向の両側面に対向する位置まで延びる。これにより、超音波振動子２の幅方向への移動が規制され、超音波振動子２が幅方向にも位置決め状態に維持される。そして、この状態で、超音波モータ１の組立が完了する。接触部材３と被駆動体４との接触圧力は、押しネジ１４を回転させることにより、容易に調節することができる。
【００３１】
このようにして組み立てられた本実施形態に係る超音波モータ１を作動させるには、超音波振動子２を構成する圧電セラミックスシート２ａの内部電極に接続する外部電極２ｂに位相が９０°異なる高周波電圧を供給する。
これにより、超音波振動子２に設けられた接触部材３には、図１および図２に示されるように縦振動モードと屈曲振動モードとがミックスされた略楕円振動が発生し、その略楕円振動の接線方向に沿って被駆動体４のとの間の生ずる摩擦力により、被駆動体４が推進される。
【００３２】
この場合において、被駆動体４を推進する際に、超音波振動子２は、被駆動体４の推進方向とは逆方向に推進力を受けることになる。本実施形態に係る超音波モータ１によれば、保持部材６に接着保持された丸棒部材７が、押圧部材８のＶ字溝１２ａに係合することにより、丸棒部材７の半径方向への移動を規制されているので、超音波振動子２がその長手方向に位置決め状態に維持される。このとき、丸棒部材７がブロック状の押圧部材８に形成されたＶ字溝１２ａにより支持されるので、大きな推進力が作用しても押圧部材８が弾性変形することがなく、超音波振動子２の位置精度を維持することができる。
【００３３】
また、本実施形態に係る超音波モータ１によれば、押圧部材８に設けられた突起部１２が超音波振動子２を幅方向に挟む位置に配置され、振動時の超音波振動子２が幅方向に移動しないように規制するので、超音波振動子２の幅方向の位置精度を維持することもできる。
そして、このように超音波振動子２の位置精度を高く維持することができ、被駆動体４と接触部材３との安定した接触状態を確保することができ、被駆動体４の駆動効率を向上することができるという利点がある。
【００３４】
なお、本実施形態に係る超音波モータ１においては、保持部材６に設けられたＶ字溝６ａに丸棒部材７を保持させた状態で接着剤により固定したが、これに代えて、Ｕ字溝あるいは貫通孔（丸孔、三角孔等）に丸棒部材７を保持させることとしてもよい。また、接着剤により固定することなく、保持部材６と押圧部材８のＶ字溝６ａ，１２ａに挟持させることとしてもよい。
【００３５】
また、本実施形態に係る超音波モータ１においては、保持部材６に丸棒部材７を保持させることとしたが、これに代えて、押圧部材８のＶ字溝１２ａに丸棒部材７を接着状態に保持させることとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の第１の実施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の超音波モータの超音波振動子、被駆動体および押圧部材を示す斜視図である。
【図３】図１の超音波モータの組立方法を説明する分解図である。
【符号の説明】
【００３７】
Ｆ  押圧力
１  超音波モータ
２  超音波振動子
３  接触部材
４  被駆動体
５  押圧手段
６  保持部材
６ａ  Ｖ字溝
７  丸棒部材
８  押圧部材
１１  スプリング（付勢部材）
１２  突起部（規制部材）
１２ａ  Ｖ字溝
【図１】
2007209088.tif 000003
【図２】
2007209088.tif 000004
【図３】
2007209088.tif 000005