JP2004236445A - 超音波モータ - Google Patents

Abstract

【課題】超音波モータにおいて、振動子の超音波振動を拘束することなく、振動子をモータ構造内の正規位置に安定的に支持する。
【解決手段】超音波モータ１０は、支持ばね部材３０と静止基材３２とからなる押圧支持構造２０を備える。支持ばね部材３０は、第１固定部３４、第２固定部３６及びそれら固定部３４、３６の間に位置する中間固定部３８を有し、中間固定部３８で振動子１４に固定的に連結されるとともに、第１及び第２固定部３４、３６で静止基材３２の一対の取付基部４０に固定される。その状態で支持ばね部材３０は、一対の延長部分４２で、振動子１４の駆動面１２を可動体１８の表面領域２８に押し付けるばね力を発揮する。両取付基部４０への第１及び第２固定部３４、３６の固定位置は、駆動面１２を底とした振動子１４の高さの方向に見て、振動子１４の頂端よりも低く、可動体１８に近接して配置される。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は超音波モータに関し、特に、励振素子によって励振される振動子を、その駆動面を可動体に押し付けた状態で支持する押圧支持構造を有する超音波モータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
振動子の超音波振動を用いて摩擦駆動力を生成する超音波モータは、近年、特に小型精密機器の分野で、様々な被駆動要素を直線又は回転駆動する小型アクチュエータとして広く利用されている。一般に超音波モータは、駆動面を有する振動子と、振動子を励振する励振素子と、振動子の駆動面に当接配置され、振動子の振動に応じて一方向へ移動する可動体とを備えて構成される。振動子は通常、金属、セラミックス等の硬質の弾性体から作製され、また励振素子は通常、圧電セラミックス等の圧電素子から作製される。さらに超音波モータでは、振動子と可動体との間で効率良く摩擦駆動力を発生させるために、振動子の駆動面を所定圧力下で可動体の表面に押し付ける予圧構造が設けられる。
【０００３】
この種の超音波モータにおいて、所望端面が駆動面として作用する短棒状の振動子と、振動子の駆動面以外の面に適宜配置で接合される複数の圧電素子とを備え、個々の圧電素子を所定位相差で変位動作させることにより、摩擦駆動力を発揮するための楕円運動を駆動面に生起させる構成を有したものが知られている。この形式の超音波モータとしては従来、それぞれの一端に駆動面を有する一対の柱状脚部とそれら柱状脚部の他端同士を接続する梁状胴部とを有した門形の振動子を備え、両脚部と胴部との接続領域に形成される振動子の互いに略直交する一対の傾斜肩面に、２つの圧電素子をそれぞれ対応の駆動面に対し４５°の角度を成すように接合したもの（例えば特許文献１参照）と、一端に駆動面を有するとともに他端に互いに略直交する一対の傾斜肩面を有する柱形の振動子を備え、それら傾斜肩面に２つの圧電素子をそれぞれ駆動面に対し４５°の角度を成すように接合したもの（例えば特許文献２参照）とが提唱されている。
【特許文献１】
特開平６−２８４７５５号公報
【特許文献２】
実開平２−１３６４８５号公報
【０００４】
従来の超音波モータでは、前述した予圧構造として一般に、振動子を可動体に接近する方向へ付勢するばねが採用されている。例えば、上記特許文献１に記載される超音波モータでは、門形振動子を収容するケースの上板に、先端を振動子に向けた付勢ピンが上下移動自在に設置され、ケース上板と付勢ピンとの間に配置されたばねが、付勢ピンを振動子に向けて常時付勢する構成を採用している。付勢ピンは、その先端を直接又は間接的に振動子の胴部上面に当接させて、ばねの付勢力を振動子に伝達し、それにより、振動子の一対の駆動面が可動体の表面にばね圧力下で押し付けられる。なおこの構成では、付勢ピンはケース上板に沿って上下方向へ案内支持されており、また付勢ピンと振動子との間には相対変位を抑制し得る相補的嵌合構造が採用されている。したがって、ばね及び付勢ピンは、振動子の駆動面を可動体表面に押し付けた状態で振動子を支持する押圧支持構造とみなすこともできる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
超音波モータにおいては、振動子の駆動面と可動体表面との間に所定の接触圧力を維持するとともに、振動子の超音波振動を拘束することなく、振動子をモータ構造内の正規位置に安定的に支持することが要求される。超音波モータの特性の１つである優れた制御応答性は、このような振動子の安定支持を確保することで、より確実なものとなる。この観点で、前述した従来の超音波モータにおける振動子の予圧構造（押圧支持構造）は、振動子の上方でケースに担持された付勢ピンを振動子の胴部上面にばね圧力下で当接して振動子を支持する構成であるから、振動子の下部領域（すなわち両脚部の駆動面近傍領域）に横方向へ加わる外力に対し、振動子を安定支持することが困難となる傾向がある。しかし、一般に超音波モータは、特に駆動立ち上がり時に、摩擦駆動の反作用として可動体から振動子にその駆動面に沿った方向への反力が加わるものであり、したがって従来の押圧支持構造では、この駆動反力に起因して振動子のふらつきや傾倒が生じることが懸念される。このような問題は、駆動反力のモーメントが比較的大きくなる前述した短棒状（門形ないし柱形）の振動子を有する超音波モータにおいて、顕現することが予測される。
【０００６】
本発明の目的は、振動子の駆動面と可動体表面との間に所定の接触圧力を維持するとともに、振動子の超音波振動を拘束することなく、振動子をモータ構造内の正規位置に安定的に支持することができる、新規かつ有用な押圧支持構造を備えた超音波モータを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、駆動面を有する振動子と、振動子を励振する励振素子と、振動子の駆動面に当接配置され、振動子の振動に応じて一方向へ移動する可動体と、駆動面を可動体に押し付けた状態で振動子を支持する押圧支持構造とを具備する超音波モータにおいて、押圧支持構造は、第１固定部、第２固定部及び第１及び第２固定部の間に位置する中間固定部を有し、中間固定部で振動子に固定的に連結されるとともに、第１及び第２固定部と中間固定部との間に延びる延長部分で、駆動面を可動体に押し付けるばね力を発揮する支持ばね部材と、支持ばね部材の第１及び第２固定部が固定される静止基材とを具備し、静止基材への支持ばね部材の第１及び第２固定部の固定位置が、駆動面を底とした振動子の高さの方向に見て、振動子の頂端よりも低く、可動体に近接して配置されること、を特徴とする超音波モータを提供する。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の超音波モータにおいて、静止基材への支持ばね部材の第１及び第２固定部の固定位置が、前記高さの方向に見て、振動子への支持ばね部材の中間固定部の連結位置よりも低く配置される超音波モータを提供する。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の超音波モータにおいて、静止基材への支持ばね部材の第１及び第２固定部の固定位置が、振動子を中心として可動体の移動方向へ実質的対称に分散して配置される超音波モータを提供する。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の超音波モータにおいて、支持ばね部材が板ばね要素を含む超音波モータを提供する。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の超音波モータにおいて、支持ばね部材から独立して静止配置され、振動子の振動を、可動体の移動に影響を及ぼさない範囲で規制する規制部材をさらに具備する超音波モータを提供する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。全図面に渡り、対応する構成要素には共通の参照符号を付す。
図１は、本発明の第１の実施形態による超音波モータ１０を概略で示す。超音波モータ１０は、駆動面１２を有する振動子１４と、振動子１４を励振する励振素子１６と、振動子１４の駆動面１２に当接配置され、振動子１４の振動に応じて一方向へ移動する可動体１８と、駆動面１２を可動体１８に押し付けた状態で振動子１４を支持する押圧支持構造２０とを備えて構成される。
【００１３】
振動子１４は、所望の一端面が平坦な駆動面１２として作用する短棒状（角柱状）の形態を有し、駆動面１２から離れた他端側に、互いに略直交する方向へ平坦に延設される一対の傾斜肩面２２と、それら肩面２２の間で外方へ突設される支承部２４とを備える。振動子１４は、図１（ａ）の正面視で、一端の駆動面１２の中心と他端の支承部２４の中心とを通る軸線１４ａに関して線対称の形状を有する。両肩面２２は、いずれも駆動面１２に対し略４５°の角度を成して、軸線１４ａに関し左右対称に配置される。支承部２４は、外方へ徐々に拡がって開口する凹所２６を有する皿状要素である。このような構成を有する振動子１４は、アルミニウム、チタン、銅、鉄系金属等の金属材料や、酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、これらの複合物等のセラミックスといった、硬質の弾性体から一体的に作製される。なお振動子１４は、厚さ数ｍｍ程度の薄型構造を有する。
【００１４】
励振素子１６は、振動子１４の一対の肩面２２にそれぞれ接合される一対の圧電素子１６からなる。各圧電素子１６は、圧電セラミックス等の薄板状圧電材料を積層してなる角柱状の形態を有し、積層方向一端面を振動子１４の肩面２２に密着させて、例えば接着剤により肩面２２に強固に接合される。それにより両圧電素子１６は、それぞれの積層方向へ延びる中心線１６ａがいずれも駆動面に対し略４５°の角度を成して配置される。これら圧電素子１６には、図示しない制御回路を介して正弦波電圧がそれぞれに所定（例えば９０°）の位相差で印加され、それによる両圧電素子１６の差動的な変位動作が振動子１４を励振して、摩擦駆動力を発揮するためのいわゆる楕円運動を駆動面１２に生起させる。なお各圧電素子１６は、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）の積層体から構成することが、低電圧で大駆動力を得る点で有利である。また、各圧電素子１６を振動子１４に接合する接着剤としては、十分な接着力が得られるものであれば特に限定されないが、例えばガラスフィラー入りの熱硬化型エポキシ接着剤を使用することができる。
【００１５】
可動体１８は、金属、樹脂等の硬質材料からなり、図示しない案内支持構造を介して、超音波モータ１０の図示しない機台上に所定方向へ移動可能に支持される。可動体１８は、その所定表面領域２８で、振動子１４の駆動面１２に所定圧力下で常時接触して配置され、振動子１４の駆動面１２に生起された楕円運動の方向に応じて、接触面間の摩擦力により一方向（図示矢印）へ移動する。可動体１８の移動方向及び移動速度は、上記した一対の圧電素子１６に印加する正弦波電圧の位相及び周波数制御により制御できる。なお可動体１８は、案内支持構造の構成に応じて、直動及び回動のいずれかの出力動作を遂行できる。
【００１６】
押圧支持構造２０は、振動子１４の駆動面１２を可動体１８に押し付けるばね力を発揮する支持ばね部材３０と、支持ばね部材３０を固定的に支持する静止基材３２とを備える。支持ばね部材３０は、第１固定部３４、第２固定部３６及びそれら第１及び第２固定部３４、３６の間に位置する中間固定部３８を有する板状部材である。支持ばね部材３０は、中間固定部３８で振動子１４に固定的に連結されるとともに、第１及び第２固定部３４、３６で、静止基材３２の所定位置に設けられた一対の取付基部４０に固定される。その状態で支持ばね部材３０は、第１及び第２固定部３４、３６と中間固定部３８との間に延びる一対の延長部分４２で、振動子１４の駆動面１２を可動体１８の表面領域２８に押し付けるばね力を発揮する。
【００１７】
図示実施形態では、支持ばね部材３０は、中間固定部３８を含む剛性支持要素４４と、それぞれに第１及び第２固定部３４、３６並びに延長部分４２を含む一対の板ばね要素４６とを組み合わせて構成される。剛性支持要素４４は、金属、樹脂等の硬質材料からなり、図１（ａ）の正面視で略Ｔ字の外形を有するとともに、Ｔ字の脚に相当する中間固定部３８の末端に、振動子１４の支承部２４に形成した凹所２６の内面形状に対応するテーパ状輪郭が付与される。一対の板ばね要素４６は、金属、樹脂等のばね材料からなり、それぞれの一端に第１及び第２固定部３４、３６を配置してクランク状に曲折する互いに同一の外形を有する。両板ばね要素４６の第１及び第２固定部３４、３６には、支持ばね部材３０を静止基材３２に固定するためのボルト挿通孔４８がそれぞれ貫通形成される。各板ばね要素４６は、第１又は第２固定部３４、３６からクランク状に延長される延長部分４２の末端で、剛性支持要素４４のＴ字の腕に相当する部分に、例えば溶接により強固に接合される。それにより支持ばね部材３０は、図１（ａ）の正面視で、中間固定部３８の中心を通る軸線３０ａに関して線対称となる略Ｍ字の外形を呈する。
【００１８】
図示実施形態では、静止基材３２は、矩形薄板状の主部５０と、主部５０の略平坦な一表面５０ａ上でその矩形輪郭の一縁に沿って離間配置される角柱状の一対の取付基部４０とを備える。主部５０及び取付基部４０は、金属、樹脂等の硬質材料からなり、両取付基部４０が、主部５０の一表面５０ａから一体的に直立状に立設される（図１（ｂ）参照）。各取付基部４０には、支持ばね部材３０を静止基材３２に固定するための雌ねじ５２が形成される。なお、静止基材３２の主部５０は、前述した可動体１８を可動支持する超音波モータ１０の図示しない機台に、固定的に連結することができる。
【００１９】
超音波モータ１０の上記構成要素群は、以下のようにして組み立てられる。
静止基材３２は、一対の取付基部４０が可動体１８の表面領域２８に非接触に近接して位置するように、可動体１８の近傍に設置される。一対の圧電素子１６を接合した振動子１４は、静止基材３２の両取付基部４０の略中間位置で、駆動面１２を表面領域２８に当接させて可動体１８上に搭載される。支持ばね部材３０は、中間固定部３８の末端を振動子１４の支承部２４の凹所２６に嵌入するとともに、第１及び第２固定部３４、３６を静止基材３２の両取付基部４０の上方に近接して配置する。この状態で、図１（ａ）の正面視において、振動子１４の軸線１４ａと支持ばね部材３０の軸線３０ａとが同一直線上に整合配置され、第１及び第２固定部３４、３６のボルト挿通孔４８が両取付基部４０の雌ねじ５２にそれぞれ孔軸線方向へ整合配置される。
【００２０】
そこで、一対のボルト５４をそれぞれ、支持ばね部材３０の第１及び第２固定部３４、３６のボルト挿通孔４８に挿通して、対応の取付基部４０の雌ねじ５２に螺入する。そして、両ボルト５４を適当なトルクで締め付けることにより、支持ばね部材３０の両延長部分４２を構成する板ばね要素４６がそれぞれに撓んで適当なばね力を発揮し、その状態で、支持ばね部材３０の第１及び第２固定部３４、３６が静止基材３２の両取付基部４０に固定されるとともに、中間固定部３８が振動子１４の支承部２４に固定される。なお、好ましくは支持ばね部材３０の中間固定部３８は、その末端で、振動子１４の支承部２４の凹所２６に、例えば接着剤を用いて強固に固定される。このようにして、振動子１４の駆動面１２が適当な接触圧力下で可動体１８の表面領域２８に当接され、超音波モータ１０の組立が完了する。
【００２１】
このようにして組み立てた超音波モータ１０では、押圧支持構造２０における支持ばね部材３０の特徴的形状、及び振動子１４に対する静止基材３２の両取付基部４０の位置関係に起因して、両取付基部４０への支持ばね部材３０の第１及び第２固定部３４、３６の固定位置が、駆動面１２を底とした振動子１４の高さの方向に見て、振動子１４の頂端に位置する支承部２４よりも低く、可動体１８に近接して配置される。つまり、この押圧支持構造２０によれば、支持ばね部材３０のばね力を発揮する両延長部分４２の一端の固定支持箇所が、振動子１４の駆動面１２に近い高さに配置されるので、振動子１４の下部領域（すなわち駆動面１２の近傍領域）に横方向へ加わる外力に対しても、振動子１４が安定して支持されることになる。したがって超音波モータ１０では、例えば駆動立ち上がり時に摩擦駆動の反作用として可動体１８から振動子１４にその駆動面１２に沿った方向への反力が加わったときにも、押圧支持構造２０がこの駆動反力に抗して振動子１４を確実に安定支持することができる。しかもこの構成では、振動子１４と支持ばね部材３０との連結部位が、圧電素子１６を接合する振動子１４の肩面２２よりも高く（すなわち駆動面１２からさらに離れて）配置されるから、押圧支持構造２０が振動子１４の超音波振動を拘束することは回避される。
【００２２】
さらに、押圧支持構造２０によれば、静止基材３２の両取付基部４０への支持ばね部材３０の第１及び第２固定部３４、３６の固定位置が、振動子１４の高さの方向に見て、振動子１４の支承部２４への支持ばね部材３０の中間固定部３８の連結位置よりも低く配置されるから、振動子１４に負荷されるばね力は、駆動面１２を可動体１８の表面領域２８に押し付ける方向へ振動子１４を引き寄せる牽引力となる。その結果、振動子１４に対する安定支持効果が一層向上する。また、静止基材３２の両取付基部４０への支持ばね部材３０の第１及び第２固定部３４、３６の固定位置が、振動子１４を中心として可動体１８の移動方向へ実質的対称に分散して配置されるから、可動体１８の移動方向に左右されることなく、振動子１４を安定的に支持することができる。
【００２３】
このように、超音波モータ１０では、振動子１４の駆動面１２と可動体１８の表面領域２８との間に、摩擦駆動力の生成に必須の所定接触圧力を確実に維持するとともに、振動子１４の超音波振動を拘束することなく、振動子１４をモータ構造内の正規位置に安定的に支持することができる。したがって超音波モータ１０は、優れた制御応答性を高い信頼性の下に実現することができる。
【００２４】
超音波モータ１０は、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、様々な修正を施すことができる。
例えば、振動子１４の駆動面１２は、炭素繊維強化プラスチック等からなる摩擦材料５６によって形成することができる。或いはこの種の摩擦材料を、可動体１８の表面領域２８に設置することもできる。摩擦材料５６は、振動子１４の超音波振動による摩擦駆動力の発生効率を向上させるとともに、駆動面１２及び可動体表面領域２８の寿命を向上させる効果を奏する。
【００２５】
また、支持ばね部材３０の全体を、１つの板ばね要素４６から構成することもできる。この場合、図示のように、振動子１４の支承部２４を中実構造として高さ方向へ延長するとともに、支持ばね部材３０の中央部分を中間固定部３８として、例えばボルト５８により、中間固定部３８を振動子支承部２４に強固に固定することができる。このような一体ばね構造の支持ばね部材３０を採用すれば、図１の構成に比べて、材料費及び組立作業コストを節減することができる。
【００２６】
さらに、支持ばね部材３０の第１及び第２固定部３４、３６を、静止基材３２の両取付基部４０の下側に配置する構成とすることもできる。この場合、各取付基部４０にボルト挿通孔４８が設けられ、第１及び第２固定部３４、３６に雌ねじ５２が設けられる。この構成では、支持ばね部材３０のばね力を第１及び第２固定部３４、３６側で直接的に担持する部位が、図１の構成に比べてさらに可動体１８に近い位置になる。つまり、図１の構成では、支持ばね部材３０のばね力は、第１及び第２固定部３４、３６の上面と対応のボルト５４の頭部との相互係合部位で直接的に担持されるのに対し、図２の構成では、支持ばね部材３０のばね力は、第１及び第２固定部３４、３６の雌ねじ５２と対応のボルト５４の雄ねじとの相互螺合部位で直接的に担持される。したがって、振動子１４の安定支持効果を一層向上させることができる。
【００２７】
さらに、超音波モータ１０は、支持ばね部材３０から独立して静止配置され、振動子１４の超音波振動を、可動体１８の移動に影響を及ぼさない範囲で規制する規制部材６０を補助的に備えることができる。図示の例では、静止基材３２の主部５０の表面５０ａ上で、両取付基部４０の間の所定位置に、一対の規制部材６０が表面５０ａから直立状に立設して配置される。これら規制部材６０は、支持ばね部材３０と静止基材３２との協働による前述した振動子支持機能を補助して、振動子１４を一層高い信頼性の下に安定支持することを可能にする。
【００２８】
図３は、本発明の第２の実施形態による超音波モータ７０を概略で示す。超音波モータ７０は、押圧支持構造における支持ばね部材の構成以外は、前述した第１実施形態による超音波モータ１０と実質的同一の構成を有するので、対応する構成要素には共通の参照符号を付してその説明を省略する。
【００２９】
超音波モータ７０の押圧支持構造７２は、振動子１４の駆動面１２を可動体１８に押し付けるばね力を発揮する支持ばね部材７４と、支持ばね部材７４を固定的に支持する静止基材３２とを備える。支持ばね部材７４は、第１固定部７６、第２固定部７８及びそれら第１及び第２固定部７６、７８の間に位置する中間固定部８０を有する組立板状部材である。支持ばね部材７４は、中間固定部８０で振動子１４に固定的に連結されるとともに、第１及び第２固定部７６、７８で、静止基材３２の一対の取付基部４０に固定される。その状態で支持ばね部材７４は、第１及び第２固定部７６、７８と中間固定部８０との間に延びる一対の延長部分８２で、振動子１４の駆動面１２を可動体１８の表面領域２８に押し付けるばね力を発揮する。
【００３０】
図示実施形態では、支持ばね部材７４は、それぞれに中間固定部８０及び延長部分８２を含む一対の板ばね要素８４と、それぞれが第１及び第２固定部７６、７８として機能する一対の連結要素８６とを組み合わせて構成される。一対の板ばね要素８４は、金属、樹脂等のばね材料からなり、それぞれの中央に中間固定部８０を配置するとともに、中間固定部８０の両側に略直線上に延長部分８２を延設する互いに同一の外形を有する。各板ばね要素８４の中間固定部８０には、支持ばね部材７４を振動子１４に固定的に連結するためのピン圧入孔８８がそれぞれ貫通形成される。一対の連結要素８６は、金属、樹脂等の硬質材料からなり、両板ばね要素８４の長手方向両端の板面にそれぞれ溶接等により強固に固定される。各連結要素８６には、支持ばね部材７４を静止基材３２に固定するための雌ねじ９０がそれぞれ形成される。それら連結要素８６は、一対の板ばね要素８４を、振動子１４の厚みを僅かに超える距離だけ互いに離間して、両者の輪郭が互いに整合する配置で固定的に相互連結する。それにより支持ばね部材７４は、図３（ａ）の平面視で、両板ばね要素８４のピン圧入孔８８を通る軸線７４ａに関して線対称となる略Ｉ字形状を呈する。
【００３１】
超音波モータ７０の構成要素群は、以下のようにして組み立てられる。
静止基材３２は、ボルト挿通孔４８をそれぞれに有する一対の取付基部４０が可動体１８の表面領域２８に非接触に近接して位置するように、可動体１８の近傍に設置される。一対の圧電素子１６を接合した振動子１４は、静止基材３２の両取付基部４０の略中間位置で、駆動面１２を表面領域２８に当接させて可動体１８上に搭載される。支持ばね部材７４は、両板ばね要素８４の間の空所に振動子１４を被接触に収容して配置され（図３（ｂ）参照）、両板ばね要素８４の中間固定部８０のピン圧入孔８８と、振動子１４にその軸線１４ａ上で厚み方向へ貫通形成した対応のピン圧入穴（図示せず）との双方に圧入されるピン９２によって、振動子１４に固定的に連結される。また、両連結要素８６からなる支持ばね部材７４の第１及び第２固定部７６、７８は、静止基材３２の両取付基部４０の下方に近接して配置される。この状態で、図３（ａ）の正面視において、振動子１４の軸線１４ａと支持ばね部材７４の軸線７４ａとが同一直線上に整合配置され、第１及び第２固定部７６、７８の雌ねじ９０が両取付基部４０のボルト挿通孔４８にそれぞれ孔軸線方向へ整合配置される。
【００３２】
そこで、一対のボルト５４をそれぞれ、静止基材３２の両取付基部４０のボルト挿通孔４８に挿通して、支持ばね部材７４の対応の第１及び第２固定部７６、７８の雌ねじ９０に螺入する。そして、両ボルト５４を適当なトルクで締め付けることにより、支持ばね部材７４の両延長部分８２を構成する一対の板ばね要素８４がそれぞれに撓んで適当なばね力を発揮し、その状態で、支持ばね部材７４の第１及び第２固定部７６、７８が静止基材３２の両取付基部４０に固定される。このようにして、振動子１４の駆動面１２が適当な接触圧力下で可動体１８の表面領域２８に当接され、超音波モータ７０の組立が完了する。
【００３３】
このようにして組み立てた超音波モータ７０では、押圧支持構造７２における支持ばね部材７４の特徴的形状、及び振動子１４に対する静止基材３２の両取付基部４０の位置関係に起因して、両取付基部４０への支持ばね部材７４の第１及び第２固定部７６、７８の固定位置が、駆動面１２を底とした振動子１４の高さの方向に見て、振動子１４の頂端１４ｂ（図３（ａ））よりも低く、可動体１８に近接して配置される。つまり、この押圧支持構造７２によれば、支持ばね部材７４のばね力を発揮する両延長部分８２の一端の固定支持箇所が、振動子１４の駆動面１２に近い高さに配置されるので、振動子１４の下部領域（すなわち駆動面１２の近傍領域）に横方向へ加わる外力に対しても、振動子１４が安定して支持されることになる。したがって超音波モータ７０では、例えば駆動立ち上がり時に摩擦駆動の反作用として可動体１８から振動子１４にその駆動面１２に沿った方向への反力が加わったときにも、押圧支持構造７２がこの駆動反力に抗して振動子１４を確実に安定支持することができる。
【００３４】
超音波モータ７０では、振動子１４と支持ばね部材７４との連結部位が、圧電素子１６を接合する振動子１４の肩面２２よりも低く配置されるが、この連結部位に、圧電素子１６によって振動子１４に励振される超音波振動の伝達を阻害し難いピン９２を用いたから、押圧支持構造７２が振動子１４の超音波振動を拘束することは可及的に回避される。なお、振動子１４上のピン９２の配置は、超音波振動の伝達経路を勘案して、振動伝達への影響が最も小さくなる位置を選定することが好ましい。
【００３５】
また、押圧支持構造７２では、静止基材３２の両取付基部４０への支持ばね部材７４の第１及び第２固定部７６、７８の固定位置（すなわちばね力を直接的に担持する部位）が、振動子１４の高さの方向に見て、ピン９２を介した振動子１４への支持ばね部材７４の中間固定部８０の連結位置と、略同一高さに配置されているが、このような構成であっても、第１及び第２固定部７６、７８の固定位置が十分に低く可動体１８に近接して配置されるから、前述した第１実施形態における押圧支持構造２０と同等の振動子安定支持効果が得られる。なお、第１及び第２固定部７６、７８の固定位置は、このような条件を満たす限り、振動子１４への支持ばね部材７４の連結位置よりも高く配置される場合にも、同等の作用効果が得られるものと解される。また、支持ばね部材７４の第１及び第２固定部７６、７８の固定位置が、振動子１４を中心として可動体１８の移動方向へ実質的対称に分散して配置されることによる効果は、前述した押圧支持構造２０と同様である。
【００３６】
このように、超音波モータ７０は、前述した超音波モータ１０と同様に、振動子１４の駆動面１２と可動体１８の表面領域２８との間に、摩擦駆動力の生成に必須の所定接触圧力を確実に維持するとともに、振動子１４の超音波振動を拘束することなく、振動子１４をモータ構造内の正規位置に安定的に支持することができる。したがって超音波モータ７０は、優れた制御応答性を高い信頼性の下に実現することができる。
【００３７】
超音波モータ７０は、超音波モータ１０と同様に、図４（ａ）及び（ｂ）に示すような様々な修正を施すことができる。
例えば、振動子１４の駆動面１２は、炭素繊維強化プラスチック等からなる摩擦材料５６によって形成することができる。或いはこの種の摩擦材料を、可動体１８の表面領域２８に設置することもできる。
また、支持ばね部材７４から独立して静止配置され、振動子１４の超音波振動を、可動体１８の移動に影響を及ぼさない範囲で規制する規制部材６０を補助的に備えることができる。
【００３８】
さらに、支持ばね部材７４を、それぞれに中間固定部８０を含む一対の薄板状の剛性支持要素９４と、それぞれに第１及び第２固定部７６、７８並びに延長部分８２を含む一対の板ばね要素９６とを組み合わせて構成することもできる。この場合、各板ばね要素９６は、第１又は第２固定部７６、７８からクランク状に延長される延長部分８２の末端で、両剛性支持要素９４に例えば溶接により強固に接合される。このような別体構造の支持ばね部材７４を採用すれば、図３の構成に比べて、一対の板ばね要素９６のばね力を発揮し易い構成となる。なお、各剛性支持要素９４の中間固定部８０とピン９２とは、圧入によらずとも、例えば接着剤等により強固に固定することができる。
【００３９】
以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明はそれら実施形態の構成に限定されず、特許請求の範囲の記載内でさらに他の様々な修正及び変更を施すことができる。例えば、本発明の特徴的構成要件である押圧支持構造は、超音波モータの分野で公知の、様々な形状の振動子や様々に配置した励振素子を有する構成に適用でき、同等の作用効果を奏するものである。
【００４０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、振動子の駆動面と可動体表面との間に所定の接触圧力を維持するとともに、振動子の超音波振動を拘束することなく、振動子をモータ構造内の正規位置に安定的に支持することができる、新規かつ有用な押圧支持構造を備えた超音波モータが提供される。したがって本発明によれば、超音波モータの優れた制御応答性を高い信頼性の下に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態による超音波モータの図で、（ａ）正面図、及び（ｂ）平面図である。
【図２】図１の超音波モータの変形例を示す図で、（ａ）正面図、及び（ｂ）平面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態による超音波モータの図で、（ａ）正面図、及び（ｂ）平面図である。
【図４】図３の超音波モータの変形例を示す図で、（ａ）正面図、及び（ｂ）平面図である。
【符号の説明】
１０、７０…超音波モータ
１２…駆動面
１４…振動子
１６…励振素子（圧電素子）
１８…可動体
２０、７２…押圧支持構造
２４…支承部
２８…表面領域
３０、７４…支持ばね部材
３２…静止基材
３４、７６…第１固定部
３６、７８…第２固定部
３８、８０…中間固定部
４０…取付基部
４２、８２…延長部分
４４、９４…剛性支持要素
４６、８４、９６…板ばね要素
５０…主部
５４…ボルト
５６…摩擦材料
６０…規制部材

Claims (5)

1. 駆動面を有する振動子と、該振動子を励振する励振素子と、該振動子の該駆動面に当接配置され、該振動子の振動に応じて一方向へ移動する可動体と、該駆動面を該可動体に押し付けた状態で該振動子を支持する押圧支持構造とを具備する超音波モータにおいて、
   前記押圧支持構造は、
   第１固定部、第２固定部及び該第１及び第２固定部の間に位置する中間固定部を有し、該中間固定部で前記振動子に固定的に連結されるとともに、該第１及び第２固定部と該中間固定部との間に延びる延長部分で、前記駆動面を前記可動体に押し付けるばね力を発揮する支持ばね部材と、
   前記支持ばね部材の前記第１及び第２固定部が固定される静止基材とを具備し、
   前記静止基材への前記支持ばね部材の前記第１及び第２固定部の固定位置が、前記駆動面を底とした前記振動子の高さの方向に見て、該振動子の頂端よりも低く、前記可動体に近接して配置されること、
   を特徴とする超音波モータ。
2. 前記静止基材への前記支持ばね部材の前記第１及び第２固定部の固定位置が、前記高さの方向に見て、前記振動子への該支持ばね部材の前記中間固定部の連結位置よりも低く配置される請求項１に記載の超音波モータ。
3. 前記静止基材への前記支持ばね部材の前記第１及び第２固定部の固定位置が、前記振動子を中心として前記可動体の移動方向へ実質的対称に分散して配置される請求項１又は２に記載の超音波モータ。
4. 前記支持ばね部材が板ばね要素を含む請求項１〜３のいずれか１項に記載の超音波モータ。
5. 前記支持ばね部材から独立して静止配置され、前記振動子の前記振動を、前記可動体の前記移動に影響を及ぼさない範囲で規制する規制部材をさらに具備する請求項１〜４のいずれか１項に記載の超音波モータ。

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