(57)【要約】【課題】  振動子に発生する超音波振動による楕円運動により被駆動部を駆動する駆動装置としての超音波モータにおいて、簡単な構成により薄型の超音波モータを実現する案内機構が望まれている。【解決手段】  本発明の駆動装置は、圧電素子が固定された振動子と、振動子と接触する摩擦接触面を有する摩擦部材と、振動子を保持する保持部材と、振動子を摩擦部材に向かって付勢する加圧手段と、保持部材及び加圧手段を収容して加圧手段の反力を受けるベース部材と、摩擦部材及びベース部材に当接する転動部材とを備えている。ベース部材には転動部材を案内する溝が設けられており、転動部材は、ベース部材の溝部と対向する摩擦部材の側面と溝部との間に挟持され、摩擦部材とベース部材との相対移動の際に転動するように構成されている。【選択図】  図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電素子が固定された振動子と、前記振動子と接触する摩擦接触面を有する摩擦部材と、前記振動子を保持する保持部材と、前記振動子を前記摩擦部材に付勢する加圧手段と、前記保持部材及び前記加圧手段を収容して前記加圧手段の反力を受けるベース部材と、前記摩擦部材と前記ベース部材に当接する転動部材とを備え、前記圧電素子に印加された電圧により前記振動子が超音波振動することによって前記摩擦部材と前記ベース部材とが相対移動する駆動装置において、
前記ベース部材には前記転動部材を案内する溝部が設けられており、前記転動部材は、前記ベース部材の溝部と対向する前記摩擦部材の側面と前記溝部との間で挟持され、前記摩擦部材と前記ベース部材との相対移動の際に転動するように構成されていることを特徴とする駆動装置。
【請求項２】
前記ベース部材と前記転動部材は、前記摩擦部材の前記摩擦接触面に対向する対向面から前記加圧手段の加圧方向において突出しないように配置されることを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
【請求項３】
前記摩擦部材と前記ベース部材が相対移動する際の移動範囲を規制する移動範囲規制部材を更に備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の駆動装置。
【請求項４】
前記ベース部材の前記溝部の長さは、前記ベース部材の移動範囲の長さよりも短いことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の駆動装置。
【請求項５】
前記転動部材は球状形状を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の駆動装置。
【請求項６】
前記加圧手段による付勢力に対する反力が作用する部位を含む三角形のそれぞれの頂点に前記転動部材が位置するように前記溝は前記ベース部材に３箇所設けられていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の駆動装置。
【請求項７】
前記ベース部材の溝部と対向する前記摩擦部材の側面に溝部が設けられていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の駆動装置。
【請求項８】
前記ベース部材の溝部と前記摩擦部材の溝部は、Ｖ字形状の断面を有することを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の駆動装置。
【請求項９】
前記ベース部材の溝部と対向する前記摩擦部材の互いに対向する側面は、前記加圧手段の付勢の方向に向かって互いに近づくように傾斜していることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は振動子に超音波振動を発生させることにより駆動力を発生する超音波モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、動作音が無く、低速から高速までの駆動が可能であり、高トルク出力などの特徴を活かして、例えば、カメラやレンズの駆動源として超音波モータが採用されている。特許文献１に開示された超音波モータは、半円筒状の摩擦部材に対して、振動子が付勢された状態、所謂、加圧接触状態で保持されている。その加圧接触状態下で当該振動子に超音波振動が励起されると、振動子の摩擦部材と接している接触部に楕円運動が生じ、振動子が直進駆動される。この際、振動子は、転動部材を介して摩擦部材と連結され、転動部材が転動することにより案内される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２６８２３７号公報
【特許文献２】特開２００４−３０４８８７号公報
【発明の概要】
【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に開示された超音波モータでは、摩擦部材は半円弧部において転動部材と接する為、振動子との摩擦接触面とこれに対向する面との間に転動部材を配置する必要が生じる。その為振動子を被駆動部材に加圧接触させる為の機構に加え、被駆動部材を案内する転動部材と、転動部材を保持するベース部材との厚みが加わり、超音波モータの厚みが大きくなってしまう。
【０００５】
本発明は、上述の問題に鑑み、振動子に発生する超音波振動による楕円運動により駆動する駆動装置としての超音波モータにおいて、簡単な構成により薄型化を実現する案内機構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】
【０００６】
本発明の駆動装置は、圧電素子が固定された振動子と、振動子と接触する摩擦接触面を有する摩擦部材と、振動子を保持する保持部材と、振動子を摩擦部材に向かって付勢する加圧手段と、保持部材及び加圧手段を収容して加圧手段の反力を受けるベース部材と、摩擦部材及びベース部材に当接する転動部材とを備え、圧電素子に印加された電圧により振動子が超音波振動することによって摩擦部材とベース部材とが相対移動するように構成されている。ベース部材には転動部材を案内する溝部が設けられており、転動部材は、ベース部材の溝部と対向する摩擦部材の側面と溝部との間に挟持され、摩擦部材とベース部材との相対移動の際に転動するように構成されている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、振動子に発生する超音波振動による楕円運動により被駆動部を駆動する駆動装置としての超音波モータにおいて、簡単な構成により薄型化を実現する案内機構を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施例１における超音波モータの分解斜視図である。
【図２】図１に示される各部材を組み込んだ状態の斜視図である。
【図３】本発明の実施例１における超音波モータの振動子と保持部材の接合状態を示す拡大斜視図である。
【図４】本発明の実施例１における超音波モータの振動板と圧電素子の接合状態を示す拡大斜視図である。
【図５】本発明の実施例１における超音波モータの駆動方向の断面図である。
【図６】本発明の実施例１における超音波モータの駆動方向と直交する方向の断面図である。
【図７】本発明の実施例１における超音波モータの転動部材部を振動子との摩擦接触面と逆側から見た断面図である。
【図８】本発明の実施例２における超音波モータの駆動方向と直交する方向の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を説明する。尚、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。また、以下の各実施例の説明において図面との関連において理解を容易ならしめるべく、振動子と摩擦部材との相対移動方向を「Ｘ軸」、加圧ばねにより振動子が摩擦部材に対して加圧される方向を「Ｚ軸」、Ｘ軸とＺ軸とに直交する方向を「Ｙ軸」と規定し、説明を行う。
【実施例１】
【００１０】
図１は、本発明の実施例１である駆動装置としての超音波モータ１の分解斜視図である。なお、同一部材は同一記号で図示される。１０１は後述する振動子１０４が加圧接触する摩擦接触面１０１ａを備える摩擦部材である。１０２は摩擦部材１０１の摩擦接触面１０１ａに接触する接触部を備える振動板であり、１０３は振動板１０２に対して接着材などにより圧着されている圧電素子である。そして、振動板１０２に圧電素子１０３が圧着された状態で圧電素子１０３に電圧を印加することにより超音波振動を発生させ、振動板１０２に楕円運動を発生させることができる。なお、振動子１０４は振動板１０２と圧電素子１０３により構成される。１０５は振動子１０４を保持するための保持部材である。１０６は振動子をコイルばね１０７により摩擦部材１０１へ付勢する加圧部材であり、このコイルばね１０７と加圧部材１０６とが本発明の加圧手段となる。尚、振動子１０４を加圧できる加圧手段であればコイルばねに限定されない。コイルばね１０７はばねの弾性による加圧反力を受けるベース部材１０８と当接している。加圧部材１０６は摩擦部材１０１の摩擦接触面１０１ａに対しおおよそ垂直な方向のみ移動可能にベース部材１０８により支持され、振動子１０４を摩擦部材１０１の摩擦接触面１０１ａに対し垂直に加圧している。ベース部材１０８は、保持部材１０５が駆動される方向において保持部材１０５の接触部１０５ａに当接して係合するようにして保持部材１０５を収容する。振動子１０４が圧電素子１０３により発生した超音波振動による楕円運動により摩擦部材１０１の長手方向（Ｘ軸方向）に駆動されると、振動子１０４が接着固定された保持部材１０５も移動する。保持部材１０５の接触部１０５ａに当接して係合するようにして保持部材１０５を収容するベース部材１０８も同様に駆動される。
【００１１】
一方、ベース部材１０８を摩擦部材１０１の長手方向に案内する為に、摩擦部材１０１の摩擦接触面１０１ａに隣接する側面部１０１ｄには、Ｖ字形状の断面を有する第一の溝部１０１ｂが設けられている。但し、第一の溝部１０１ｂの断面の形状はＶ字形状に限定されるものではなく、例えば、後述する実施例２のように台形形状に構成したものであってもよい。
【００１２】
同様にベース部材１０８も第一の溝部１０１ｂに対向する内面にＶ字形状の断面を有する第二の溝部１０８ａを備え、ベース部材１０８は、転動部材１０９を介して摩擦部材１０１の第一の溝部１０１ｂに沿って案内される。
【００１３】
図２は図１の各部品を組み込んだ状態を示す斜視図である。１１０はベース部材１０８の駆動方向の移動量を規制する移動範囲規制部材であり、１１１は移動範囲規制部材１１０を摩擦部材１０１に固定するねじである。以上のように上述した各部材が組み込まれて超音波モータとしてユニット化される。
【００１４】
次に、超音波モータの構成部材の詳細について説明する。図３は、図１における振動板１０２と保持部材１０５の接合状態を説明する拡大斜視図であり、摩擦部材１０１側から見た図である。振動板１０２と保持部材１０５とは接着材、溶接などにより接合部１０２ｂにおいて接合される。図において振動板１０２の中央部には、２箇所の突起部１０２ａが形成されている。突起部１０２ａの上端面、すなわち、摩擦部材１０１の摩擦接触面１０１ａと当接する面は同一平面上に形成される。
【００１５】
一方、図４は摩擦部材１０１側とは逆側から振動子１０４を見た図である。図４に示す振動板１０２の突起部１０２ａが形成されている面の裏面部には圧電素子１０３が接着材などにより圧着されている。なお、振動板１０２と圧電素子１０３の圧着は、圧着されればその態様は限定されない。この圧着素子１０３は複数の圧電素子膜を積層して一体化したものである。そしてこの圧電素子１０３に所望の交流電圧を印加することで励振させ、圧電素子１０３が圧着された振動板１０２に２つの振動モードを励起する。このとき２つの振動モードの振動位相が所望の位相差となるように設定することで、突起部１０２ａには図３の矢印で示すような楕円運動が発生する。この楕円運動を図１に示すように振動子１０４で発生させ、摩擦部材１０１の摩擦接触面１０１ａに伝達することで、摩擦部材１０１に対して振動子１０４を並進駆動させることが可能となる。なお、前述の圧電素子の積層構造や振動モードに関する詳細は特許文献２に記載された内容と同様である為、それらの説明は割愛する。
【００１６】
図５は、振動子１０２の２つの突起部１０２ａの中心部を通る長手（Ｘ軸）方向に沿う直線を含むＸＺ面における断面で超音波モータ１を切断した縦断面図である。加圧部材１０６は圧電素子１０３と当接し、振動板１０２の突起部１０２ａは、摩擦部材１０１の摩擦接触面１０１ａに向かう方向（Ｚ軸方向）にコイルばね１０７により摩擦部材１０１の摩擦接触面１０１ａへ付勢される。振動子１０４は、加圧部材１０６によりコイルばね１０７からの加圧力（付勢力）が付与され、摩擦部材１０１の摩擦接触面１０１ａに対し加圧接触することが可能となっている。そして、前記のとおり突起部１０２ａが楕円運動することにより、振動子１０４は摩擦部材１０１に対し図５の矢印のように図面左右方向（Ｘ軸方向）に駆動される。
【００１７】
一方、振動板１０２が固定された保持部材１０５は振動板１０２に追従して摩擦部材１０１に対し相対的に駆動される。保持部材１０５はベース部材１０８と２箇所の接触部１０５ａで当接し、ベース部材１０８は保持部材１０５に追従して摩擦部材１０１に対し相対的に駆動される。ここで本実施例では保持部材１０５とベース部材１０８は振動子１０４の超音波振動を阻害しない為に適度にクリアランスをもった構成としているが、これは、この当接を有して収容する構造に限ったものではない。保持部材とおおよそ一対に駆動する為に当接されていればよく、例えば、ばね部材により保持部材１０５をＸ軸方向の駆動方向へベース部材１０８に対し付勢を行い、反転駆動時におけるヒステリシスを打ち消す構成等も考えられる。一方、ベース部材１０８は駆動方向に保持部材１０５から駆動力を与えられると同時にコイルばね１０７からの加圧力の反力をうける。
【００１８】
図６は駆動方向と垂直なＹＺ面における超音波モータ１のほぼ中央における横断面図である。ここで１０９は球状形状を有する転動部材である。転動部材は、摩擦部材１０１の側面に形成された第一の溝部１０１ｂとベース部材１０８の内面に形成された第二の溝部１０８ａにそれぞれ当接してこれら溝部の間に挟持される部位である。図６において矢印Ｆは振動子１０４に加圧力を与えるコイルばね１０７の加圧反力であって、作用点１０８ｂにおいてベース部材１０８に作用する。摩擦部材１０１は、作用点１０８ｂに作用する加圧反力を転動部材１０９を介して当接部１０１ｃで受けることで、ベース部材１０８は摩擦部材１０１に対してガタ無く作動することが可能となる。
【００１９】
図７はそれぞれの転動部材の中心を含み、摩擦接触面１０１ａと平行なＸＹ面における超音波モータ１の断面図となる。本実施例では転動部材１０９は３個より構成されるが、これは３個に限られることは無い。ここで、ベース部材１０８は３箇所の第二の溝部１０８ａを有し、それぞれの第二の溝部１０８ａの長さは超音波モータの駆動可能な長さよりも短く設定されている。これは転動部材１０９が、例えば組み立て直後に衝撃や外部からの予期しない力によって移動したとき、転動部材１０９がベース部材１０８の第二の溝部１０８ａの端面１０８ｃに接触した状態で超音波モータが動くことがありうる。その際、転動部材１０８が転動せず滑りながら作動することで摩擦力による影響が増大する。超音波モータの性能劣化の発生を防いでリセット動作を行う為に超音波モータの駆動可能な長さよりも短くして第二の溝部１０８ａが設けられている。具体的なリセット動作は、移動量規制部材１１０の片端、ここでは図７における左側端と当接する位置まで超音波モータを駆動し、その後右側端まで超音波モータを駆動する一連の動作を指す。ここで、第二の溝部１０８ａは移動量規制部材１１０により規制されるベース部材１０８の移動量よりも短く設けられているので、一連の動作の中で転動部材１０９はベース部材の溝の端部の端面１０８ｃに少なくとも１回は当接しながら滑り移動する。
【００２０】
また、超音波モータをレンズ装置等に搭載した場合、レンズ装置等の駆動範囲を超音波モータ１のベース部材１０８に設けられた第二の溝部１０８ａの長さよりも短く設定しておくことで、常に転動部材１０９が転動して滑り摩擦を発生させることなく超音波モータ１を駆動することが可能となる。本実施例では移動量規制部材１１０は摩擦部材１０１とは別部材による構成とした。しかし、超音波モータの移動量が規制されていればよく、例えば摩擦部材に移動量を規制する形状を構成するか、レンズ装置等に組み込んだ際に組み込む対象に突起部を設けて超音波モータの移動量を規制する構成としてもよい。
【００２１】
一方、振動子１０４への加圧手段であるコイルばね１０７の加圧力の作用点１０８ｂは、図７に示すように、３個配置された転動部材同士を線で結んだ三角形内側に配置している。すなわち、３箇所設けられた転動部材を頂点とする三角形の内側にコイルばね１０７の加圧力の作用点１０８ｂが配置されている。これにより加圧反力を３つの転動ボール１０９でバランス良く受けることができる。
【００２２】
摩擦部材１０１に設けられた第一の溝部１０１ｂは振動子１０２と摩擦接触する摩擦接触面１０１ａの側面部１０１ｄに設けているので、本実施例の構成においては、摩擦接触面１０１ａの対向面１０１ｅに案内機構を設ける必要が無い。本実施例の構成によれば、図６に示すように、振動子１０２と摩擦接触する摩擦部材１０１の摩擦接触面１０１ａに対向する対向面１０１ｅとベース部材の上端面１０８ｄとの間の超音波モータ厚み２００を簡単な構成で薄型化することが可能となる。また、ベース部材と転動部材１０９は、加圧手段の加圧方向において摩擦部材１０１の摩擦接触面１０１ａの対向面１０１ｅから突出しないように配置することにより超音波モータの薄型化を図ることができる。
【実施例２】
【００２３】
実施例１の変形例である実施例２を図８に示す。図８は、駆動方向と垂直なＹＺ面における超音波モータ１のほぼ中央における横断面図である。本実施例においては、転動部材を案内する摩擦部材１２１の案内部の形状が実施例１の摩擦部材１０１のそれと異なる。それ以外の構成については実施例１と同様な構成である。
【００２４】
転動部材１０９と当接して案内する摩擦部材１２１の案内部は、Ｖ字形状の断面を有するものとはせず、摩擦部材１２１の形状そのものの断面を略台形形状としている。摩擦部材１２１の断面略台形形状の互いに対抗する非平行面１２１ａにおいて転動部材１０９と当接させることにより、ベース部材１０８に発生する加圧反力を受ける構成としている。即ち、ベース部材の溝部と対向する摩擦部材１２１の互いに対向する側面１２１ａは、加圧手段の付勢の方向に向かって互いに近づくように傾斜しており、転動部材１０９との当接により、ベース部材１０８に発生する加圧反力を受ける構成としている。これにより、薄型の超音波モータを構成することができる。
【００２５】
以上本発明の好適な実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【符号の説明】
【００２６】
１  超音波モータ
１０１    摩擦部材
１０１ａ  摩擦接触面
１０１ｂ  第一の溝部
１０１ｃ  当接部
１０１ｄ  側面部
１０１ｅ  対向面
１０２    振動板
１０２ａ  突起部
１０２ｂ  接合部
１０３    圧電素子
１０４    振動子
１０５    保持部材
１０５ａ  接触部
１０６    加圧部材
１０７    コイルばね
１０８    ベース部材
１０８ａ  第二の溝部
１０８ｂ  作用点
１０８ｃ  端面
１０８ｄ  上端面
１０９    転動部材
１１０    移動範囲規制部材
１１１    ねじ
１２１    摩擦部材
２００    超音波モータ厚み
【図１】
2016082611.tif 000003
【図２】
2016082611.tif 000004
【図３】
2016082611.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2016082611.tif 000009
【図８】
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