JP2009268240A - リニア駆動型超音波モータ - Google Patents

Abstract

【課題】安定した押圧力を得ることができ、外部装置との関係における制約が少ない、小型のリニア駆動型超音波モータを提供する。
【解決手段】圧電素子を有する超音波振動子と、超音波振動子との間の摩擦力により駆動される被駆動部材と、超音波振動子と被駆動部材との間に摩擦力が生じるように超音波振動子を押圧する押圧部材と、被駆動部材を移動可能に支持する案内手段と、超音波振動子、押圧部材、及び転動部材を収容するケース部材と、を少なくとも具備したリニア駆動型超音波モータであって、ケース部材は、被駆動部材を通すための第１の開口部と、第１の開口部が開口する方向及び押圧部材による押圧方向のいずれにも異なる方向に開口する第２の開口部と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、リニア駆動型超音波モータに関するものである。

従来のリニア駆動型超音波モータとしては、例えば特許文献１記載の振動装置が挙げられる（図３）。ここで、図３は、従来のリニア駆動型超音波モータの構成を示す図であって、（ａ）は分解斜視図、（ｂ）は縦断面図である。

図３に示す振動装置は、振動体９０１を収容したケース９０６、ケース９０６内を通って振動体９０１に接触する移動体９０４、及び、移動体９０４と振動体９０１とを加圧接触させる押圧力（付勢力）を発生する押圧バネ９０５を備えている。押圧バネ９０５は、ケース９０６の外側に取り付けられている。ケース９０６の振動体９０１に面する側には開口部が形成され、押圧バネ９０５の押圧力は、開口部を通して振動体９０１に作用している。すなわち、この振動装置は、押圧バネ９０５がケース９０６の開口部を覆いながらケース９０６の外側に取り付けられた構造をしており、押圧力を発生させる押圧バネ９０５の変形部（開口部を覆っている平面部）が露出している。

特許第３５２４２４８号明細書

しかしながら、特許文献１記載の振動装置では、なんらかの外部装置に取り付ける場合には、押圧バネ９０５の押圧力の変化をさけるために、押圧バネ９０５が外部装置の部材に接触しないように、すなわち、押圧バネ９０５を回避するように配置しなければならないという設計の制限が発生する。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、安定した押圧力を得ることができ、外部装置との関係における制約が少ない、小型のリニア駆動型超音波モータを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るリニア駆動型超音波モータは、圧電素子を有する超音波振動子と、超音波振動子との間の摩擦力により駆動される被駆動部材と、超音波振動子と被駆動部材との間に摩擦力が生じるように超音波振動子を押圧する押圧部材と、被駆動部材を移動可能に支持する案内手段と、超音波振動子、押圧部材、及び案内手段を収容するケース部材と、を少なくとも具備したリニア駆動型超音波モータであって、ケース部材は、被駆動部材を通すための第１の開口部と、第１の開口部が開口する方向及び押圧部材による押圧方向のいずれにも異なる方向に開口する第２の開口部と、を備えることを特徴としている。

本発明に係るリニア駆動型超音波モータにおいて、ケース部材は１つの部材からなることが好ましい。

本発明に係るリニア駆動型超音波モータにおいては、第２の開口部は、前記超音波振動子を通すことが可能な大きさを有しているとよい。

本発明に係るリニア駆動型超音波モータは、安定した押圧力を得ることができ、外部装置との関係における制約が少なく、かつ、小型化可能である、という効果を奏する。

以下に、本発明の実施形態に係る超音波モータ１０（リニア駆動型超音波モータ）について、図１、図２を参照しつつ説明する。なお、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。ここで、図１は、超音波モータ１０の構成を示す分解斜視図であり、図２は、組み立てた状態の超音波モータ１０の外観を示す斜視図である。

図１に示すように、超音波モータ１０は、超音波振動子としての振動子２２、被駆動部材２４、押圧部材２１、ケース部材１１、及び、案内手段としての転動部材２５を備える。以下各部材について詳細に説明する。

振動子２２及びケース部材１１はいずれも略直方体状の外形を備え、ケース部材１１の内部には収容凹部１６が形成されている。この収容凹部１６内には、超音波モータ１０の高さ方向（図１のｚ方向）において上側から順に、押圧部材２１、振動子２２、案内部材２９、転動部材２５が収容されている。

押圧部材２１は、長板状の板バネであり、その長手方向が、超音波モータ１０、ケース部材１１の長手方向（図１（ａ）のｘ方向）に沿うように配置される。転動部材２５はケース部材１１の長手方向に沿って２つずつ２列になるように配置されている。

案内部材２９は、長板状部材を幅方向中心で折り曲げた形状をなしている。この案内部材２９は、折り曲げ部が下側に配置されるようにケース部材１１の収容凹部１６内に収容したときに転動部材２５に対応する位置に、貫通孔であるガイド穴部２９ａをそれぞれ備える。案内部材２９は、収容凹部１６内に設けた係合部（不図示）と係合することによって、その位置が固定されることが好ましい。この構成により、収容凹部１６内においては、４つの転動部材２５が案内部材２９のガイド穴部２９ａの下側から上側へそれぞれ挿通されることによって、転動可能な状態で位置決めされる。

被駆動部材２４は、断面がＤ形の軸状部材であり、平面部２４ａが駆動子２２ａを介して振動子２２に接しており、曲面部２４ｂが転動部材２５に当接している。

収容凹部１６には、被駆動部材２４が駆動される方向（ｘ方向）に沿って第１の開口部１１ｇが形成されている。被駆動部材２４は、この第１の開口部１１ｇを通ってケース部材１１の外側に向けて延出される。

一方、ケース部材１１の収容凹部１６内において、被駆動部材２４は、案内部材２９のガイド穴部２９ａの上側に突出した転動部材２５に当接支持される。被駆動部材２４は、ケース部材１１の長手方向に沿って配置された転動部材２５に支持されることによって、長手方向に移動可能となる。

押圧部材２１は、長手方向の両端部の上面が、押圧ネジ３６（加圧部材）により押圧可能になっている。押圧ネジ３６は、ケース部材１１の上面に設けた貫通孔であるねじ穴１１ｈを通じて、先端が収容凹部１６内に延出している。また、押圧部材２１は、長手方向の中央部の下面が振動子２２の位置決め用の支持部材２３と当接するような配置となっている。ここで、支持部材２３は、振動子２２の長手方向（図１（ａ）のｘ方向）中央に固定されている。また、振動子２２は、超音波振動子（例えば圧電素子）によって構成される。なお、超音波振動子の駆動方法は公知であるため、以下の図においては、振動子２２を駆動するための電気配線は省略している。また、ケース部材１１の収容凹部１６内には、支持部材２３の張り出し部が係合される係合溝（不図示）が形成されている。

また、ケース部材１１には、押圧部材２１による押圧方向（ｚ方向）及び第１の開口部１１ｇが開口する方向（ｘ方向）のいずれにも直交する方向（ｙ方向）に、第２の開口部１１ｐが形成されている。別言すると、第２の開口部１１ｐは、ケース部材１１の側面のうち、第１の開口部１１ｇが設けられた二つの側面１１ｓ１、１１ｓ２と直交する二つの側面１１ｓ３、１１ｓ４にそれぞれ形成されている。なお、第２の開口部１１ｐは、押圧部材２１による押圧方向及び第１の開口部１１ｇが開口する方向のいずれとも直交する方向ではなく、異なる方向又は交差する方向であってもよい。

第２の開口部１１ｐは、少なくとも振動子２２を通すことが可能な大きさ及び形状であることが好ましく、振動子２２に固定された支持部材２３上に押圧部材２１を支持したユニットを通すことができる大きさ及び形状であるとさらに良い。また、二つの側面１１ｓ３、１１ｓ４にそれぞれ形成する第２の開口部１１ｐは、同一の大きさ及び形状であってもよいし、異なっても良い。異なる大きさ及び形状で形成する場合は、少なくとも一方の第２の開口部１１ｐの大きさ及び形状が、少なくとも振動子２２を通すことが可能であることが好ましい。

また、図１、図２に示すように、被駆動部材２４の両端部には、外部装置（不図示）を連結するための連結部３１が設けられており、リニア可動装置を実現することができる。

以上の構成の超音波モータ１０の組立ては次のように行う。
まず、押圧部材２１を、第２の開口部１１ｐから、ケース部材１１の収容凹部１６に入れる。次に、支持部材２３の張り出し部とケース部材１１の係合部とを嵌合することによって、ケース部材１１に振動子２２を固定する。なお、支持部材２３の張り出し部とケース部材１１の係合部とを嵌合しているため、この状態で一体的にハンドリングすることが可能である。

つづいて、第１の開口部１１ｇから被駆動部材２４を挿入する。挿入された被駆動部材２４は、転動部材２５によって支持される。さらに、押圧ネジ３６の収容凹部１６内への延出量を調整することにより、押圧部材２１による押圧力を所望の値に設定する。押圧力の設定後は、例えば押圧ネジ３６をケース部材１１のねじ穴１１ｈに対して接着することによって固定することもできる。なお、押圧力の調整は、押圧部材２１の材質、形状の変更によっても行うことができる。

ケース部材１１は押圧部材２１より十分高い剛性を有しており、ケース部材１１が図示しない外部装置の部材に接触しても、例えば押圧部材２１の撓み量が変わるということがない。そのため、外部装置の設計自由度が向上する。また、押圧部材２１がケース部材１１の外部に露出していないため、ケース部材１１の外形を外部装置にあてつけて取り付けの位置決めに使うことができる。さらに、ケース部材１１に取り付け穴を設けて外部装置に直接取り付けることも可能になる。

なお、被駆動部材が移動可能であれば、案内手段として、例えば、転動することのない半球状の部材を設けたり、第２のケース部材において、被駆動部材と接触する部分に半球状の突起部を設け、又は、接触部分を滑らかな面とするなどの構成を適用することもできる。

以上の構成においては、押圧部材２１が振動子２２を被駆動部材２４に対して押圧することにより、振動子２２と被駆動部材２４との間には摩擦力が生じるため、振動子２２の振動によって被駆動部材２４はその長手方向に移動する。さらに、被駆動部材２４が転動部材２５によって支持されつつ移動することから、安定した押圧力を得ることができる。

また、第２の開口部１１ｐを介してケース部材１１の内部がよく見えるため、組立時やメンテナンス時の作業を容易にできるうえに、動作状況も容易に確認することができる。さらに、振動子２２、押圧部材２１だけでなく、転動部材２５も１つの部材の中に収納する構成となっているため、これらの相対的な位置決め精度が向上し、モータ性能や信頼性の向上につながる。また、第２の開口部１１ｐが、十分な大きさを備えることにより、駆動により生ずる摩耗粉をケース部材１１の外部に出すことができ、モータ性能を長期間にわたり維持することができる。

外部装置に対してケース部材１１を固定することが可能となるため、押圧部材２１による押圧力を安定的に得つつ、幅広いリニア可動装置に適用することができる。

一般に、超音波モータ装置において、主要な構成要件をパッケージしたユニット構造にすることは汎用性、特性安定化の点で有効であるが、小型にすることが求められている。これに対して、従来の超音波モータにおいては、押圧部材（付勢部材）をケース部材に内包した状態で小型化することは、押圧力のばらつきが大きくなりやすく、困難である。しかし、押圧部材をケースに取り付け露出した状態ではケースとして内容物を保護するという機能が不十分である。

これに対して、上述の実施形態に係る超音波モータによれば、押圧部材２１の位置決めが容易にでき、かつ、組立及びメンテナンスも簡易なユニット構造を実現できる。すなわち、箱状のケース部材１１の開口部側に振動子２２、開口部と逆側に押圧部材２１を案内して収容する。よって、小型化が可能となるとともに、剛体であるケース部材１１が押圧部材２１を含む各部材を覆って保護するため、ケース部材１１は外部装置に固定したり、位置決めのために当てつけたり、ということが可能となる。

さらに、１つの部材からなるケース部材１１という閉じられた空間内で、押圧部材２１の押圧力によって、振動子２２が被駆動部材２４に接触するため、異音の発生を防止することができる。また、押圧部材２１、振動子２２のいずれか一方又は両方を位置規制することによって、被駆動部材２４の精密な駆動には不必要な共振の発生を抑えることができる。さらにまた、押圧部材２１と被駆動部材２４との間に振動子２２を配置する構造により、被移動部材２４の移動がスムーズとなる。

以上のように、本発明に係るリニア駆動型超音波モータは、小型機器の精度の高い駆動に適している。

本発明の実施形態に係る超音波モータの構成を示す分解斜視図である。 組み立てた状態の超音波モータの外観を示す斜視図である。 従来のリニア駆動型超音波モータの構成を示す図であって、（ａ）は分解斜視図、（ｂ）は縦断面図である。

符号の説明

１０ 超音波モータ（リニア駆動型超音波モータ）
１１ ケース部材
１１ｇ 第１の開口部
１１ｈ ねじ穴
１１ｐ 第２の開口部
１６ 収容凹部
２１ 押圧部材
２２ 振動子（超音波振動子）
２２ａ 駆動子
２３ 支持部材
２４ 被駆動部材
２４ａ 平面部
２４ｂ 曲面部
２５ 転動部材（案内手段）
２９ 案内部材
２９ａ ガイド孔部
３１ 連結部
３６ 押圧ネジ（加圧部材）

Claims (3)

1. 圧電素子を有する超音波振動子と、
   前記超音波振動子との間の摩擦力により駆動される被駆動部材と、
   前記超音波振動子と前記被駆動部材との間に摩擦力が生じるように前記超音波振動子を押圧する押圧部材と、
   前記被駆動部材を移動可能に支持する案内手段と、
   前記超音波振動子、前記押圧部材、及び前記案内手段を収容するケース部材と、
   を少なくとも具備したリニア駆動型超音波モータであって、
   前記ケース部材は、前記被駆動部材を通すための第１の開口部と、前記第１の開口部が開口する方向及び前記押圧部材による押圧方向のいずれにも異なる方向に開口する第２の開口部と、を備えることを特徴とするリニア駆動型超音波モータ。
2. 前記ケース部材は、１つの部材からなることを特徴とする請求項１に記載のリニア駆動型超音波モータ。
3. 前記第２の開口部は、前記超音波振動子を通すことが可能な大きさを有していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のリニア駆動型超音波モータ。

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