JP3184117B2 - 超音波モータ及び超音波モータ付き電子機器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プリンタ、紙送り
装置、工作機械、カメラのズーム機構等の駆動に用いる
超音波モータに係わり、特に、矩形状の周期振動部材を
支持、加圧するタイプの超音波モータに関する。

【０００２】

【従来の技術】近時、可変発振器により所定の周波数の
駆動信号を生成し、前記駆動信号を電力増幅器を介して
圧電素子に印加することで、圧電素子に接合した振動体
に進行波を発生させ、振動体に所定の圧力で接触する移
動体を可動させる超音波モータが知られている（例え
ば、特公昭６２−９２７８１号公報参照）。

【０００３】特に、矩形状の圧電振動板の伸び振動と曲
げ振動（２重モード振動子）を用いた超音波駆動装置
は、振動モードの組合わせ変位により、移動体を直線運
動、回転運動等させることが可能であり、各種用途への
応用が期待されている。図１３は、矩形状振動子を用い
たタイプの超音波モータを示すものである。即ち、本装
置は、高周波電圧の印加により振動をする圧電振動体１
４と、振動体１４に圧接される移動体１１と、振動体１
４の振動節部を支持する支持部材２６と、支持部材２６
の両端部に圧接され、振動体１４と移動体１１を圧接す
る加圧力を付与する加圧部材３３から構成されている
（Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．３１（１
９９２）Ｐｔ．１，Ｎｏ．９ＢＰ３０７９参照）。

【０００４】これによれば、移動体１１は、振動体１４
の伸び振動と曲げ振動の組合わせにより回転される。ま
た、図１４は、同様に矩形状振動子を用いたタイプの超
音波モータを示すものである。本装置は、多層の圧電素
子１４ｈと、圧電素子１４ｈに接合された振動部１４ｉ
からなる振動体１４と、前記振動体１４の振動節部に係
止される円柱状の支持部材２６と、振動体１４の下側に
固定された突起１３と、突起１３に当接する移動体１１
から構成されている（Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙ
ｓ．Ｖｏｌ．３４（１９９５）ｐｐ２７５６−２７５９
参照）。

【０００５】これによれば、移動体１１は、振動体14の
伸び振動と曲げ振動の組み合わせにより生じる突起１３
の楕円振動により、一定の方向に直線運動される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記超
音波モータによれば、支持部材２６に加えて加圧部材３
３が必要なため、装置構成が複雑となると共に、装置全
体が大型化するとともに振動体14の小型化に対して振動
のロスを生じやすいという技術的課題が存在する。

【０００７】また、上記支持部材２６は、通常、圧電振
動体１４にねじ止若しくはピン止構造で係止されて、構
造強度は高くないので、支持部材２６に対して付与する
加圧力は、大きくすることができないという技術的課題
を有する。さらに、圧電振動体１４は、組み込み時のず
れや、移動体11との接触面の不均一等により移動体１１
の移動方向は、目標の方向に対して変動するという技術
的課題を有する。

【０００８】そこで、本発明は以上の技術的課題を解決
するためになされたものであって、装置構成の簡略化、
小型化を図ると共に、圧電振動体の支持構造を強化し、
移動体の移動方向の変動を防止する超音波モータを提供
することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】即ち、以上の技術的課題
を解決する第一の発明は、高周波電圧の印加により周期
的に振動する周期振動部材と、前記周期振動部材の周期
振動に伴って可動される可動体とを備えた超音波モータ
において、前記周期振動部材の振動節部を支持すると共
に、前記周期振動部材と前記可動体とを圧接させる押圧
力を付与する節部支持加圧部材と、を備えたことを特徴
とする。

【００１０】第一の発明の作用としては、接部支持加圧
部材により、周期振動部材を振動節部を支持すると共
に、周期振動部材を加圧し、周期振動部材と移動部材と
に摩擦力を生じさせることから、接部支持加圧部材の他
に加圧部材を設ける必要がない。以上の発明にあって、
周期振動部材は、圧電素子のみからなる場合、圧電素子
に振動体が接合される場合のいずれも含まれる。

【００１１】また、移動体は、駆動対象と一体に成形さ
れる場合、駆動対象と別部材として成形される場合のい
ずれも含まれる。上記技術的課題を解決する第ニの発明
としては、高周波電圧の印加により周期的に振動する周
期振動部材と、前記周期振動部材の周期振動に伴って可
動される可動体とを備えた超音波駆動装置において、前
記周期振動部材の振動節部で嵌合され前記周期振動部材
との係合強度を強化する嵌合支持部材と、を備えたこと
を特徴とする。

【００１２】第二の発明の作用としては、嵌合支持部材
と周期振動部材との係合強度が強化され、嵌合支持部材
に大きな押圧力が加圧されるようにしたので、可動体と
周期振動部材の間に十分な摩擦力が生じる。また、第一
又は第二の発明には、可動方向を安定させる観点から、
前記可動体には移動方向を案内する案内部材が設けられ
る一方、前記案内部材と対になって前記可動体の可動方
向を規制する可動規制部材を備える方が好ましい。

【００１３】また、上記技術的課題を解決する第三の発
明にとしては、高周波電圧の印加により周期的に振動す
る周期振動部材と、前記周期振動に伴って摩擦力を付与
して前記周期振動部材を可動させる摩擦付与部材とを備
えた超音波駆動装置において、前記周期振動部材の可動
方向を案内する案内部材と、前記案内部材と対になって
前記周期振動部材の可動方向を規制する可動規制部材
と、を備えたことを特徴とする。

【００１４】この第三の発明の作用としては、案内部材
と可動規制部材により、周期振動部材は規制された方向
のみに精密に可動されることが可能となる。また、上記
技術的課題を解決する第四の発明としては高周波電圧の
印加により周期的に振動する周期振動部材と、前記周期
振動部材の周期振動に伴って可動される可動体と、前記
周期振動部材の振動節部を支持する節部支持部材とを備
えた超音波駆動装置において、前記可動体に対して前記
可動体と前記周期振動部材とを圧接させる押圧力を付与
する加圧圧接部材と、を備えたことを特徴とする。

【００１５】この第四の発明の作用としては、加圧圧接
部材により、可動体側から押圧力を付与し、可動体と周
期振動部材とを圧接するので、周期振動部材側に加圧す
るための部材を設ける必要がない。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、図１〜図１２を参照して本
発明に係るの実施の形態を詳細に説明する。 ◎実施の形態１ 図１は、第一の発明を超音波駆動装置に適用した実施の
形態１を示すものである。

【００１７】本実施の形態は、本発明の周期振動部材と
しての振動体１４と、振動体１４の下部に固定された突
起１３と、突起１３に当接する本発明の可動体としての
レール１１aと、レール１１aの下面に接し、レール１１
aを案内する回転部材１２と、振動体１４の上面に当接
される本発明の節部支持加圧部材としてのばね部材１７
と、ばね部材１７と振動体１４の間、及びばね部材１７
と固定板１９との間に設置されるゴムシート１５、１
６、１８から構成されている。

【００１８】さらに、振動体１４は、矩形板状であり、
例えば、所定の分極処理された圧電素子で構成されてい
る。また、圧電素子に振動部を面接合したタイプを用い
てもよい。ばね部材１７は、断面Ｖ字状であり、Ｖ字形
の先鋭部でもって振動体１４上の振動節部１４ａをゴム
シート１５介して圧接し、Ｖ字形の二股部の先端は、ゴ
ムシート１6、１８を介して固定板１９に当接させる。

【００１９】次に、本超音波駆動装置の動作について説
明する。高周波電圧が印加された振動体１４は伸び振動
及び曲げ振動を開始し、振動体１４下部に固定された突
起１３は、これら二つの合成振動により所定のタイミン
グでレール１１aに接してレール１１aを水平方向に直線
運動させる。このとき、ばね部材１７は、振動体１４を
動かないように振動節部１４ａを支持すると共に、弾性
変形による加圧力を振動体１４に与え、突起１３とレー
ル１１aの間に十分な摩擦力を生じさせる。よって、ば
ね部材１７の他に振動体１４を加圧する部材を設ける必
要がない。

【００２０】以上により、本実施の形態によれば、一つ
の部材で振動体１４を支持、加圧するようにしたので、
従来技術に係わる加圧するための部材を省略され、装置
構成が簡略化、小型化される。図２は、実施の形態１の
変形の形態に係わる超音波駆動装置を示すものである。

【００２１】本変形の形態は、実施の形態１とほぼ同様
の構成であるが、ゴムシート１５、ばね部材１７を貫通
して振動体１４に固定する柱状止め具２１を備えた点に
特徴を有する。これによれば、ばね部材１７は、振動体
１４の振動節部１４ａを確実に支持するようにしたの
で、振動体１４の振動により振動体１４の支持箇所が振
動節部１４ａから変動することがなく、振動体１４の振
動が安定する。

【００２２】◎実施の形態２ 図３は、第一の発明を超音波駆動装置に適用した実施の
形態２を示すものである。本実施の形態は、移動体１１
bに当接する矩形状の振動体１４と、前記振動体１４の
振動節部１４ａで固定されるばね部材１７ａ、１７ｂ
と、ばね部材１７ａ、１７ｂを支持する固定板１９から
構成されている。

【００２３】詳しくは、ばね部材１７ａ、１７ｂは、板
状体であり、凸状に湾曲されと共に、振動体１４との固
定部は、レの字状に屈曲されている。次に、本実施の形
態の動作についてついて説明する。高周波電圧の印加さ
れた振動体１４は、所定のタイミングで伸び振動及び曲
げ振動を行い、その合成変位により移動体１１bを回転
させる。

【００２４】このとき、実施の形態１同様、ばね部材１
７ａ、１７ｂは、振動体１４を支持すると共に、振動体
１４と移動体１１bとを圧接させる押圧力を付与するの
で、従来技術のような加圧のために用いる部材を用いる
必要がない。図４、５は、実施の形態２に係わる変形の
形態を示すものである。変形の形態に係わる第一の態様
は、図４に示すように、実施の形態２とほぼ同様の構成
であるが、特に、振動体１４の振動節部１４ａの両縁部
に係止溝１４ｂ、１４ｃを設けて、ばね部材１７ａ、１
７ｂを撓ませてその端部を係止した点に特徴を有する。

【００２５】また、変形の形態に係わる第二の態様は、
図５に示すように、実施の形態２とほぼ同様の構成であ
るが、特に、振動体１４の振動節部１４ａの両端部に係
止用突起１４ｄ、１４ｅを設けて、ばね部材１７ａ、１
７ｂを撓ませて係止用突起１４ｄ、１４ｅの移動体１２
対して反対側に掛かり止めた点に特徴を有する。 ◎実施の形態３ 図６は、第二の発明を超音波駆動装置に適用した実施の
形態３を示すものである。

【００２６】本実施の形態は、図６（ａ）に示すよう
に、移動体１１に当接する振動体１４と、振動体１４の
振動節部１４ａに嵌合される本発明の嵌合支持部材とし
ての嵌合支持部材２２から構成されている。さらに、図
６（ｂ）に示すように、振動体１４は、矩形状であり、
振動節部１４ａでは両端から中央部に向けて直方形状に
除かれた凹部１４ｆ、１４ｇを有する構成となってい
る。

【００２７】また、嵌合支持部材２２は、直方体形状の
本体部２２ａと、本体部２２ａの両縁部から突出する柱
状の突出部部２２ｂ、２２ｃから構成されている。これ
にによれば、嵌合支持部材２２の凹部１４ｆ、１４ｇと
振動体１４の凸部２２ｂ、２２ｃとを嵌め合わせて支持
強度を強化し、嵌合支持部材２２に大きな加圧力を負荷
されるようにしたので、振動体１４と移動体１１間に十
分な摩擦力が生じる。

【００２８】また、図７（ａ）（ｂ）は、第二の発明を
横置きタイプの振動体１４に適用した変形の形態を示
す。本変形の形態は、振動体１４の振動節部１４ａの一
端の凹部１４ｆにコの字状の嵌合支持部材２２を嵌め合
わせた点に特徴を有する。これによっても、同様な効果
が得られる。

【００２９】◎実施の形態４ 図８は、第一の発明に係わる移動体の移動方向を改良し
た実施の形態４を示すものである。本実施の形態は、振
動体１４と、振動体の下側に設けた突起１３と、突起１
３に当接するレール１１aと、レール１１aの表面に設け
られた本発明の案内部材としての案内溝１１cと、突起
１３と一体的に設けられた本発明の可動規制部材として
の移動規制部材２３から構成されている。

【００３０】これによれば、案内溝１１cに移動規制部
材２３が入り込み、レール１１aの移動方向を規制する
ようにしたので、レール１１aは振動体１４の振動振れ
の影響を受けず、安定して移動が行われる。図９は、実
施の形態４に係わる変形の形態を示したものである。本
変形の形態は、実施の形態４とほぼ同様の構成である
が、特に、振動体１４の振動節部に嵌合支持部材２２を
嵌め合わせ、嵌合支持部材２２の両先端を移動規制部材
２３として用いた点に特徴を有する。

【００３１】これによっても、実施の形態４と同様な効
果が得られる。 ◎実施の形態５ 図１０は、第三の発明を超音波駆動装置に適用した実施
の形態５を示すものである。本実施の形態は、図１０
（ａ）（ｂ）に示すように、振動体１４と、振動体１４
の下側に設けられた突起１３と、突起１３に当接する本
発明の摩擦付与部材としてのレール１１aと、レール１
１aに固定された本発明の可動規制部材としての移動規
制部材２５と、振動体１４の振動節部１４ａに固定され
た本発明の案内部材としての案内部材２４から構成され
ている。

【００３２】さらに、移動規制部材２５は、板状であ
り、レール１１aに対して垂直に固定されている。ま
た、案内部材２４は、板状の振動体取付け部と断面コの
字部からなり、前記断面コの字部は板状の移動規制部材
２５を入り込まる構造となっている。なお、振動体１４
にはレール１１aと圧接する加圧力が負荷されている。
次に、本超音波駆動装置の動作について説明する。

【００３３】振動体１４の周期振動が突起１３に伝達さ
れると、突起１３とレール１１a間に摩擦力が生じ、振
動体１４がレール１１a上を水平方向に移動する。この
とき、振動体１４は、振動体１４に振動振れが生じたと
しても、案内部材２４と移動規制部材２５により規制さ
れた方向に案内される。以上より、本実施の形態によれ
ば、振動体１４は所定の規制方向以外に変位しないよう
にしたので、振動体１４は規制方向に安定して移動す
る。

【００３４】◎実施の形態６ 図１１は、第四の発明を超音波駆動装置に適用した実施
の形態６を示すものである。本実施の形態は、周期振動
する本発明の周期振動部材としての振動体１４と、振動
節部１４ａで振動体１４を支持する本発明の節部支持部
材としての支持部材２６と、振動体１４に当接する本発
明の可動体としての回転体１１bと、回転体１１bの回転
中心を貫通する加圧圧接部材としての加圧力伝達軸２８
と、加圧力伝達軸２８の先端を受ける一対の軸受け２９
から構成されている。

【００３５】さらに、本実施の形態の加圧機構として
は、図１２に示すように、軸受け２９の移動方向を案内
する案内リング３１と、軸受け２９に対して加圧するば
ね部材３２から構成されている。以上、加圧伝達軸２
８、軸受け２９、案内リング３１、ばね部材３２は本発
明の加圧圧接部材に該当する。ここで、加圧伝達軸２８
は、細長の棒状であり、その両端は先鋭化されている。
また、軸受け２９は、円板状であり、加圧伝達軸２８の
先端を受ける受け部は、凹形状である。また、案内リン
グ３１は、横長の円状であり、中心部が同形状の案内部
を有する。さらに、ばね部材３２は、Ｕ字状に撓んだ形
状であり、その両端は固定部材３３に固定されている。

【００３６】次に、本超音波駆動装置の動作について説
明する。振動体１４は、伸び振動と曲げ振動を周期的に
組合わせて振動する。このとき、ばね部材３２は弾性変
形による加圧力を軸受け２９に負荷し、軸受け２９は振
動体１４の方向に案内リング３１により案内され、軸受
け２９に係止された加圧力伝達軸２８は、回転体１１b
に回転体１１bと振動体１４を圧接させる押圧力を付与
する。

【００３７】この状態で、振動体１４と回転体１１bに
は十分な摩擦力が生じ、回転体１１bは所定の方向に安
定して回転されるので、振動体１４側に加圧機構を設け
る必要がない。これによれば、回転体１１b側から加圧
力を加える構造としたので、振動体側の装置構成が簡略
化、小型化される。

【００３８】◎実施の形態７ 本実施の形態は、２重振動モードの矩形板振動体に対し
て、振動モード変位方向に所定の溝を設けた点に特徴を
有する。これによれば、伸び振動及び曲げ振動の共振周
波数が一致しない場合、所定の溝により上記共振周波数
を一致させるようにしたので、振動体を厳密な精度で加
工し、共振周波数を一致させる必要がなく、振動体の製
造工程が簡略化される。 ◎ 実施の形態８ 図１５は本発明の超音波モータ付き電子機器の実施の形
態のブロック図を示したものである。先の実施の形態に
示した超音波モータを用いて、超音波モータの移動体１
１と一体に動作する伝達機構５０と、伝達機構５０の動
作に基づいて動作する出力機構５１とを設ける構成とす
ることにより超音波モータ付き電子機器が実現できる。
伝達機構５０としては好ましくは歯車や摩擦車等の伝達
車等を用いる。出力機構５１としては好ましくはカメラ
においてシャッタ駆動機構、レンズ駆動機構を、電子時
計においては指針駆動機構、カレンダ駆動機構等を、工
作機械においては刃具送り機構や加工部材送り機構等を
用いる。

【００３９】本発明の超音波モータ付き電子機器として
は好ましくは電子時計、計測器、カメラ、プリンタ、印
刷機、工作機械、ロボット、移動装置などが実現でき
る。更に、移動体に出力軸を取り付け、出力軸からのト
ルクを伝達するための動力伝達機構を有する構成とすれ
ば超音波モータの駆動機構が実現できる。

【００４０】

【発明の効果】以上より、第一の発明によれば、節部支
持加圧部材により周期振動部材を支持加圧するようにし
たので、従来のように加圧部材を設ける必要がなく、装
置構成の簡略化、小型化が図られる。また、第二の発明
によれば、嵌合支持部材により、周期振動部材との係合
強度を強化し、従来より大きな加圧力が嵌合支持部材に
負荷されるようにしたので、可動体に十分な摩擦力が生
じ、安定した可動が図られる。

【００４１】さらに、第一又は第二の発明に案内部材、
可動規制部材を用いれば、可動方向が安定されるまた、
第三の発明によれば、周期振動部材は、規制されたの方
向以外に変位しないようにしたので、振動振れに対して
も安定した可動が図られる。また、第四の発明によれ
ば、周期振動部材側の加圧機構を省略したので、周期振
動部材側の小型化、簡略化が図られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）（ｂ）は、第一の発明を超音波駆動装置
に適用した実施の形態１を示す説明図である。

【図２】図１に係わる変形の形態を示す説明図である。

【図３】第一の発明を超音波駆動装置に適用した実施の
形態２を示す説明図である。

【図４】図３に係わる変形の形態を示す説明図である。

【図５】図３に係わる変形の形態を示す説明図である。

【図６】（ａ）（ｂ）は第二の発明を超音波駆動装置に
適用した実施の形態３を示す説明図である。

【図７】（ａ）（ｂ）は図６に係わる変形の形態を示す
説明図である。

【図８】図１に係わる超音波駆動装置を改良した実施の
形態４を示す説明図である。

【図９】図８に係わる変形の形態を示す説明図である。

【図１０】（ａ）（ｂ）は、第三の発明を超音波駆動装
置に適用した実施の形態５を示す説明図である。

【図１１】（ａ）（ｂ）は第四の発明を超音波駆動装置
に適用した実施の形態６を示す説明図である。

【図１２】（ａ）（ｂ）は、図１１に係わる加圧機構を
示す説明図である。

【図１３】従来技術に係わる超音波駆動装置の構成を示
す説明図である。

【図１４】従来技術に係わる超音波駆動装置の構成を示
す説明図である。

【図１５】本発明の超音波モータ付き電子機器の実施の
形態を示すブロック図である。

【符号の説明】

１１ａ レール １１ｂ 移動体 １１ｃ 案内溝 １２ 回転部材 １３ 突起 １４ 振動体 １５ ゴムシート １６ ゴムシート １７ ばね部材 １８ ゴムシート １９ 固定板 ２１ 柱状止め具 ２２ 嵌合支持部材 ２３ 移動規制部材 ２４ 案内部材 ２５ 移動規制部材 ２６ 支持部材 ２８ 加圧力伝達軸 ２９ 軸受け ３１ 案内リング ３２ ばね部材 ３３ 固定部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−107758（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−140378（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−191988（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−94484（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02N 2/00

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高周波電圧の印加により周期的に振動す
   る振動部材と、 前記振動部材の周期振動に伴って可動される可動体とを
   備えた超音波モータにおいて、 前記振動部材の振動の節部に設けられた溝部で嵌合さ
   れ、前記振動部材との係合強度を強化する嵌合支持部材
   と、を備えたことを特徴とする超音波モータ。
2. 【請求項２】 前記可動体は、可動体の移動方向を案内
   する案内部材を有し、前記振動部材は、前記案内部材と
   対になって前記可動体の可動方向を規制する可動規制部
   材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。
3. 【請求項３】 高周波電圧の印加により周期的に振動す
   る振動部材と、 前記振動部材の周期振動に伴って摩擦力を付与して前記
   振動部材を可動させる摩擦付与部材とを備えた超音波モ
   ータにおいて、 前記振動部材の節部を支持するとともに前記振動部材の
   可動方向を案内する案内部材と、前記案内部材と対にな
   って前記振動部材の可動方向を規制する可動規制部材と
   を備えたことを特徴とする 超音波モータ。
4. 【請求項４】 高周波電圧の印加により周期的に振動す
   る振動部材と、 前記振動部材の周期振動に伴って可動される可動体と、
   前記振動部材の振動節部を支持する節部支持部材とを備
   えた超音波モータにおいて、 前記可動体の中心軸と係合する軸受を加圧して前記可動
   体と前記振動部材とを圧接させる押圧力を付与する加圧
   圧接部材と、を備えたことを特徴とする超音波モータ。
5. 【請求項５】 請求項１ないし請求項４のいずれか１項
   に記載の超音波モータを有し、前記超音波モータの移動
   体と一体に動作する伝達機構と、前記伝達機構の動作に
   基づいて動作する出力機構とを有することを特徴とする
   超音波モータ付き電子機器。