JP2010094017A - 超音波モータ及びそれを備えた搬送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成を有しながらも高いトルク効率を得ることのできる超音波モータ及びそれを備えた搬送装置を提供する。
【解決手段】超音波モータ１は、一面を有する固定部材３０と、固定部材の一面に対向するように配置された移動部材２０と、移動部材の少なくとも一部を固定部材の一面に接触させると共に、移動部材を固定部材に対して移動させるアクチュエータ２７とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、超音波モータ及びそれを備えた搬送装置に関し、さらに詳細には、簡単な構成を有しながらも高いトルク効率を得ることのできる超音波モータ及びそれを備えた搬送装置に関する。

一般に、超音波モータ、たとえば、進行波タイプモータは、振動を発生する振動体と、振動体が振動するとき、振動体との圧着面から発生する摩擦力により回転する接触体とを備える。振動体は、振動を発生するために、可聴周波数以上の高周波電圧を印加する時に圧電効果によって変位又は変形が発生する電界変換素子層を備える。振動体は、固定配置され、固定子としての機能を果たす。接触体は、振動体の変形による振動によって振動体と摩擦しつつ回転するように振動体に対向して配置される。接触体は、回転できるように配置され、回転子として機能する。

特開平４−１７８１７９号公報 特開昭６３−２６２０６９号公報 特開平６−１４１５６３号公報 特開平６−０３８５５８号公報 韓国登録特許第６９２６３１号明細書

しかしながら、このような従来の進行波タイプモータは、振動体が固定され接触体が回転されるように構成されるため、振動体を固定するための固定部、及び接触体が振動体と摩擦接触しつつ回転するように支持するための加圧支持部が必要である。また、回転トルクを向上させるために、接触体を振動体の上面と下面とに対向するように配置された１対の接触体で構成する場合には、二個の接触体を回転トルクの損失無しで接続するために、二個の接触体を一体に接続する接続部が必要である。そのため、モータの構成が複雑になる。

また、従来の進行波タイプモータは、振動体が固定部により固定され、接触体が振動体の微細変形により発生する振動により回転するため、回転トルクを発生する振動体の振動が接触体に伝達する過程で減殺されうる。そのため、従来の超音波モータは、振動体の振動が接触体に伝達される過程での振動減衰によってトルク効率が低下するという問題があった。

そのため、簡単な構成を有しながらも高いトルク効率を得ることのできる新しい超音波モータの開発の必要性が求められている。

本発明の目的は、簡単な構成を有しながらも高いトルク効率を得ることのできる超音波モータ及びそれを備えた搬送装置を提供することにある。

上記の目的を達成すべく、本発明の一実施態様による超音波モータは、一面を有する固定部材と、固定部材の一面に対向するように配置された移動部材と、移動部材の少なくとも一部を固定部材の一面に接触させると共に、移動部材を固定部材に対して移動させるアクチュエータとを備えることを特徴とする。

ここで、移動部材は、固定部材の一面に対向する複数の突起を備え、アクチュエータは、一つ以上の突起を固定部材の一面に接触させると共に、移動部材を固定部材に対して移動させることができる。

突起は、移動部材の両側面に形成されることができる。この場合、固定部材は、第１固定部材になり、該第１固定部材の一面は、第１面になり、モータは、第２面を有する第２固定部材をさらに備えることができる。このとき、移動部材は、移動部材の両側面に形成された突起が第１面と第２面とにそれぞれ対向するように、第１固定部材と第２固定部材との間に配置されることができる。また、アクチュエータは、移動部材の一つ以上の突起を第１面と第２面とに接触させると共に、移動部材を第１固定部材と第２固定部材に対して移動させることができる。

移動部材と固定部材とは、円状でありうる。選択的に、移動部材の少なくとも一部と固定部材の少なくとも一部とは、直線形態でありうる。

実施の形態において、アクチュエータは、移動部材に付着されて電圧印加時に進行波を生成する電界変換素子層を備え、移動部材は、動けるように配置され、進行波により変形されうる少なくとも一つの振動体を備え、固定部材は、振動体に対向するように固定配置され、進行波により振動体が変形されるとき、振動体と摩擦接触する少なくとも一つの接触体を備えることができる。

ここで、振動体は、電界変換素子層を付着した中空板と、中空板に配置され、接触体と対向するように所定間隔を隔てて形成された複数の突起を有した突出部とを備えることができる。

このとき、振動体の中空板は、回転運動又は直線運動するように配置されることができる。

中空板が回転運動するように配置される場合、中空板は円状に形成され、中空板が直線運動するように配置される場合、中空板は楕円状に形成されることが好ましい。また、中空板が、直線部分を有する楕円状に形成される場合、突出部は、中空板の直線部分のうちの少なくとも一部分のみに配置されて、進行波により中空板が変形されるとき、接触体と摩擦接触して中空板が直線運動するように構成されうる。

電界変換素子層は、中空板の第１面と第２面のうちの少なくとも一面に付着された圧電素子層であり、突出部は、中空板の内周面又は外周面に配置され、第１面と第２面のうちの少なくとも一面に形成された複数の突起を備えたリングでありうる。このとき、圧電素子層は、ＰＺＴ（Ｌｅａｄ ｚｉｒｃｏｎａｔｅ ｔｉｔａｎａｔｅ）；ＢａＴｉＯ_３；ＰｂＴｉＯ_３、Ｐｂ[Ｚｒ_ｘＴｉ_１−ｘ]Ｏ_３；ＫＮｂＯ_３；ＬｉＮｂＯ_３；ＬｉＴａＯ_３；Ｎａ_ｘＷＯ_３；Ｂａ_２ＮａＮｂ_５Ｏ_５；Ｐｂ_２ＫＮｂ_５Ｏ_１５；ＰＶＤＦ（Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｄｅｎｅ ｆｌｕｏｒｉｄｅ）のようなポリマー；及びＫＮＮ（Ｓｏｄｉｕｍ ｐｏｔａｓｓｉｕｍ ｎｏｉｂａｔｅ）及びＢｉＦｅＯ_３のような無鉛圧電セラミック（Ｌｅａｄ−ｆｒｅｅ ｐｉｅｚｏｃｅｒａｍｉｃｓ）からなる群から選択された何れか一つで形成されることができる。

圧電素子層が、中空板の第１面と第２面にそれぞれ付着される第１及び第２圧電素子層から構成される場合、第１及び第２圧電素子層は、互いに分極配列が一致するように配置され、時間的な位相差がなく、大きさと周波数とが一致する交流電圧が印加されることができる。この場合、第１及び第２圧電素子層のそれぞれは、＋極と−極とが交互に分極される第１位相Ａと第２位相Ｂとに分けられ、第１位相Ａと第２位相Ｂとの間には、λ／４（ここで、λは、円周方向の一波長の長さ）及び３λ／４分だけギャップを有するように配置された分極配列を有することが好ましい。

選択的に、第１及び第２圧電素子層は、互いにλ／４の空間的な位相差が有する分極配列を有するように配置され、それぞれ９０度の時間的な位相差で大きさと周波数とが一致する交流電圧が印加されることができる。この場合、第１及び第２圧電素子層のそれぞれは、２ｎ（ここで、ｎは、円周方向に生成される進行波の波長数）個の分極面が＋極と−極とに交互に分極された分極配列を有することが好ましい。

複数の突起がリングの第１面と第２面にそれぞれ配置された複数の第１及び第２突起から構成される場合、複数の第１突起は、複数の第突起と大きさ、個数及び配列が同一に形成されたことが好ましい。

接触体は、振動吸収体を介して固定されうる。振動吸収体は、振動吸収材と弾性スプリングのうちの少なくとも一つから構成されることが好ましい。

実施の形態において、少なくとも一つの振動体は、一個の振動体から構成され、少なくとも一つの接触体は、それぞれ振動体の第１面と第２面に対向するように配置された二個の接触体から構成されうる。選択的に、少なくとも一つの振動体は、一個の振動体から構成され、少なくとも一つの接触体は、振動体の第１面と第２面のうちの何れか一つに対向するように配置された一個の接触体から構成されることができる。また、少なくとも一つの振動体は、二個の振動体から構成され、少なくとも一つの接触体は、二個の振動体を間に挟んだ形態で配置された三個の振動体から構成されることができる。この場合、二個の振動体は、それぞれ異なる出力回転軸に固定されることができる。

本発明の他の実施態様による超音波モータ付き搬送装置は、回転できるように配置され、伝達印加時に進行波を生成する電界変換素子層を備える少なくとも一つの振動体、及び振動体に対向するように固定配置され、進行波により振動体が変更されるとき、振動体と摩擦接触する少なくとも一つの接触体を備える超音波モータ、及び超音波モータと接続され、振動体の回転運動を直線運動に変換して、位相対象物に伝達する運動変換ユニットを備えることを特徴とする。

ここで、運動変換ユニットは、振動体と共に回転するように振動体と結合され、直線運動ガイドスロットを有するキャムバレルと、搬送対象物に接続され、直線運動ガイドスロットに挿入されたガイド突出部とを備えることができる。

実施の形態において、搬送対象物は、カメラのレンズ鏡筒内に配置された焦点レンズでありうる。

本発明のさらに他の実施態様による超音波モータ付き搬送装置は、一面を有する固定部材、固定部材の一面に対向して回転できるように配置された移動部材、及び移動部材の少なくとも一部を固定部材の一面に接触させると共に、移動部材を固定部材に対して移動させるアクチュエータを有する超音波モータと、超音波モータと接続され、移動部材の回転運動を直線運動に変換して搬送対象物に伝達する運動変換ユニットとを備えることを特徴とする。

ここで、アクチュエータは、移動部材に付着されて電圧印加時に進行波を生成する電界変換素子層から構成され、移動部材は、回転できるように配置され、進行波により変形されうる少なくとも一つの振動体から構成され、固定部材は、振動体に対向するように固定配置され、進行波により振動体が変形されるとき、振動体と摩擦接触する少なくとも一つの振動体から構成されうる。

運動変換ユニットは、振動体と共に回転するように振動体と結合され、直線運動ガイドスロットを有するキャムバレルと、搬送対象物に接続され、直線運動ガイドスロットに挿入されたガイド突出部とを備えることができる。

搬送対象物は、カメラのレンズ鏡筒内に配置された焦点レンズでありうる。

本発明の多様な実施の形態による超音波モータ及びそれを備えた搬送装置は、固定部材の第１及び第２接触体が振動吸収体によりハウジングに支持固定されるので、従来の超音波モータのように接触体を互いに接続するための接続部を必要としない。したがって、超音波モータの構成が簡単になる。

また、本発明の超音波モータ及びそれを備えた搬送装置は、第１及び第２接触体が固定され振動体が回転するので、従来の超音波モータのように回転トルクを発生する振動体の振動が接触体に伝達される過程で減殺されて、トルク効率が低下するという問題が防止される。

本発明の一実施の形態による超音波モータを示す断面図である。 図１に示す超音波モータの振動体を示す斜視図である。 図１に示す超音波モータの振動体の電界変換素子層の第１圧電素子層の分極配列の一例を例示する平面図である。 図１に示す超音波モータの振動体の電界変換素子層の第２圧電素子層の分極配列の一例を例示する平面図である。 図１に示す超音波モータの振動体の電界変換素子層の第１圧電素子層の分極配列の他の例を例示する平面図である。 図１に示す超音波モータの振動体の電界変換素子層の第２圧電素子層の分極配列の他の例を例示する平面図である。 本発明の一実施の形態による超音波モータの変形例を例示する断面図である。 本発明の一実施の形態による超音波モータの他の変形例を例示する断面図である。 本発明の一実施の形態による超音波モータのさらに他の変形例に適用される振動体を例示する斜視図である。 本発明の一実施の形態による超音波モータのさらに他の変形例に適用される振動体及びそれを適用した例を簡略に示す矢視図である。 本発明の一実施の形態による超音波モータのさらに他の変形例に適用される振動体及びそれを適用した例を簡略に示す断面図である。 本発明の一実施の形態による超音波モータが適用された搬送装置を重心線に対して半分のみを示す部分断面図である。

以下、本発明の良好な実施の形態に係る超音波モータ及びそれを備えた搬送装置を、添付図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施の形態による超音波モータ１を概略的に示す断面図である。

同図に示すように、本発明の超音波モータ１は、進行波タイプの中空型超音波モータであって、ハウジング１０、振動体２０、及び接触体３０を備える。

ハウジング１０は、円筒体１２でありうる。円筒体１２の上部面には、中央に開口１４が形成され、開口１４の周囲の上側には、軸支枝ボス１６が形成されている。軸支枝ボス１６には、出力回転軸１８が開口１４を介して支持ベアリング１７により支持される。

振動体２０は、本発明によって移動部材として機能するものであって、後述するように、アクチュエータ（Ａｃｔｕａｔｏｒ）として機能する電界変換素子層２７の第１及び第２圧電素子層２８、２９に対した可聴周波数以上の高周波の交流電圧を印加する際、微細変位又は変形されて振動を発生し、これにより接触体３０と摩擦接触しつつ回転する。このために、振動体２０は、中空円板２１と突出部２４とを備える。

中空円板２１は、回転力伝達対象物と接続した出力回転軸１８と共に回転するように、中央ホール２２で固定スリーブ２３に固定される。固定スリーブ２３は、出力回転軸１８の下部にキー（図示せず）により固定されている。このような中空円板２１は、ステンレススチール又は青銅材で形成されることができる。

高周波の交流電圧印加時に微細変位又は変形されて振動を発生するために、中空円板２１は、高周波の電圧印加時に進行波を生成する電界変換素子層２７を備える。高周波モータ１のトルク効率を倍加させるために、電界変換素子層２７は、中空円板２１の上面と下面とにそれぞれ付着された第１及び第２圧電素子層２８、２９から構成されることができる。第１及び第２圧電素子層２８、２９のそれぞれは、＋極と−極（たとえば、図２の陰影部分と非陰影部分）とが交互に分極されて、電圧印加時に圧電効果によって微細変位又は変形されて振動を発生する中空円板で形成される。中空円板は、ＰＺＴ（Ｌｅａｄ ｚｉｒｃｏｎａｔｅ ｔｉｔａｎａｔｅ）；ＢａＴｉＯ_３；ＰｂＴｉＯ_３、Ｐｂ[Ｚｒ_ｘＴｉ_１−ｘ]Ｏ_３；ＫＮｂＯ_３；ＬｉＮｂＯ_３；ＬｉＴａＯ_３；Ｎａ_ｘＷＯ_３；Ｂａ_２ＮａＮｂ_５Ｏ_５；Ｐｂ_２ＫＮｂ_５Ｏ_１５；ＰＶＤＦ（Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｄｅｎｅ ｆｌｕｏｒｉｄｅ）のようなポリマー；及びＫＮＮ（Ｓｏｄｉｕｍ ｐｏｔａｓｓｉｕｍ ｎｏｉｂａｔｅ）及びＢｉＦｅＯ_３のような無鉛圧電セラミック（Ｌｅａｄ−ｆｒｅｅ ｐｉｅｚｏｃｅｒａｍｉｃｓ）で形成されることができる。また、中空円板は、約０．１〜１ｍｍ、好ましくは、０．３ｍｍ厚を有することが好ましい。

このように構成された第１及び第２圧電素子層２８、２９は、分極配列が互いに一致するか、又は一定の空間的な位相差を有するように配置されることができる。

図３Ａ及び図３Ｂに示すように、互いに分極配列が一致するように第１及び第２圧電素子層２８、２９を配置する場合、第１及び第２圧電素子層２８、２９のそれぞれは、＋極と−極（たとえば、図３Ａ及び図３Ｂの陰影部分と非陰影部分）とが交互に分極された分極配列を有する第１位相（ｐｈａｓｅ）Ａと第２位相Ｂとに分けられる。第１位相Ａと第２位相Ｂとには、それぞれ正弦波が発生するようにそれぞれ大きさと周波数とが一致するサイン（ｓｉｎｅ）及びコサイン（ｃｏｓｉｎｅ）形態の交流電圧がさらに形成された電極（図示せず）を介して印加される。二つの正弦波が合せられて一つの均一な進行波を形成するためには、二つの正弦波が空間的にλ／４（λ；円周方向に生成される進行波の一波長の長さ）の位相差が存在しなければならず、第１位相Ａと第２位相Ｂとは、互いにλ／４と３λ／４分だけギャップを有して配置され、第１位相Ａと第２位相Ｂとの間のギャップには、電圧が印加されずにセンシング部（図示せず）と接続されたり接地されたりする。

このように形成された第１及び第２圧電素子層２８、２９は、電極配列が互いに一致するように中空円板２１の上面と下面とにそれぞれ配置付着され、同一位相（Ａ又はＢ）には、時間的位相差がなく、大きさと周波数とが同じ交流電圧が印加される。したがって、第１及び第２圧電素子層２８、２９には、一つの進行波が生成され、これにより、第１及び第２圧電素子層２８、２９は、進行波状（波状）の微細変位又は変形を発生する。

図４Ａ及び図４Ｂに示すように、分極配列が互いに一定の空間的な位相差を有するように第１及び第２圧電素子層２８′、２９′を配置する場合、第１及び第２圧電素子層２８′、２９′のそれぞれは、２ｎ（ここで、ｎは、円周方向に生成される進行波の波長数）個の分極面が＋極と−極（たとえば、図４Ａ及び図４Ｂの陰影部分と非陰影部分）とに交互に分極されて形成される。このように形成された第１及び第２圧電素子層２８′、２９′は、分極配列が互いにλ／４の空間的な位相差を有するように中空円板２１の上面と下面とにそれぞれ配置付着され、その上に形成された電極（図示せず）を介してそれぞれ９０度の時間的な位相差で大きさと周波数とが一致する交流電圧が印加される。したがって、第１及び第２圧電素子層２８′、２９′には、一つの進行波が形成され、これにより、第１及び第２圧電素子層２８′、２９′は、進行波状の微細変位又は変形を発生する。

第１及び第２圧電素子層２８、２９又は２８′、２９′に電圧を印加するために、第１及び第２圧電素子層２８、２９又は２８′、２９′の電極には、可撓性プリント回路基板（図示せず）（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ ｂｏａｒｄ：以下、ＦＰＣＢとする）の接続部が接続され、これにより外部電源から電圧が供給される。ＦＰＣＢは、振動体２０の中空円板２１が一定の回転角度範囲、たとえば、現在超音波モータが多く用いられる１眼レンズ反射式カメラの交換レンズに超音波モータを装着する時に必要な約±１４０度の角度範囲で回転する場合には、縒りを発生したり中空円板２１の運動を妨害したりしない。万一、中空円板２１の回転運動量がＦＰＣＢが許容しうる範囲を超えるか、又は回転し続けなければならない場合は、中空円板２１と接着しない第１及び第２圧電素子層２８′、２９′の露出表面（第１及び第２圧電素子層２８′、２９′の適用時）又は中空円板２１の内周面（第１及び第２圧電素子層２８、２９の適用時）の近くに円形接点を有するＰＣＢを付着し、ＰＣＢの円形接点にブラシを接触させる電源供給装置を使用して、外部電源から電圧が常に供給されるようにすることができる。

突出部２４は、中空円板２１が第１及び第２圧電素子層２８、２８又は２８′、２９′の微細変位又は変形により振動する時に接触体３０と摩擦接触する振動体２０の表面に発生する楕円運動の振幅を大きくすることにより、中空円板２１を回転させる回転力を発生する。このために、突出部２４は、接触体３０と対向するように中空円板２１に配置され、複数の突起２６を備えた環状リング２５から構成される。環状リング２５は、中空円板２１の内周面又は外周面に配置されることができる。本実施の形態では、環状リング２５が中空円板２１の外周面に配置された形態を例示した。

複数の突起２６は、環状リング２５の上面及び下面にそれぞれ形成された複数の第１及び第２突起２６ａ、２６ｂを備える。複数の第１及び第２突起２６ａ、２６ｂは、環状リング２５の上面と下面とに所定間隔を隔ててスリット２６ｃを形成することにより形成されることができる。

複数の第１及び第２突起２６ａ、２６ｂは、互いに同じ大きさ、個数及び配列を有するように形成されることができる。しかしながら、本発明は、これに限定されず、設計によって、異なる大きさ、個数及び配列を有するように形成されることができることはもちろんである。

接触体３０は、固定部材として機能するものであって、上述のように、中空円板２１が第１及び第２圧電素子層２８、２９、２８′、２９′により進行波状の微細変位又は変形を発生しつつ振動する時に突出部２４と摩擦接触して突出部２４が中空円板２１を回転させる回転力を発生するようにする。このために、接触体３０は、回転運動を行わないように振動体２０に対向するようにハウジング１０の内部に固定配置される。

接触体２０は、第１及び第２接触体４０、５０を備える。第１及び第２接触体４０、５０は、それぞれ振動体２０の中空円板２１と対応する形態の中空円板から構成される。第１及び第２接触体４０、５０は、それぞれ周辺のエッジに第１及び第２突起２６ａ、２６ｂと接触するように配置された第１及び第２接触リング４１、５１を備える。

振動体２０からの振動がハウジング１０に伝達されるのを防止するために、第１及び第２接触体４０、５０は、振動吸収体６０を介してハウジング１０の内部上面と内部底面とにそれぞれ固定配置される。振動吸収体６０は、振動吸収材６１と弾性スプリング６３とから構成されることができる。本実施の形態で、振動吸収体６０は、振動吸収材６１と弾性スプリング６３の両方から構成されるものと例示及び説明したが、設計によって振動吸収材６１と弾性スプリング６３のうちの何れか一つから構成されうることはもちろんである。

このように第１及び第２接触体４０、５０は、振動吸収体６０によりハウジング１０に支持固定されるので、従来の超音波モータのように接触体を互いに接続するための接続部を必要としない。したがって、超音波モータ１の構成が簡単になる。

また、第１及び第２接触体４０、５０が固定され振動体２０が回転するので、従来の超音波モータのように回転トルクを発生する振動体の振動が接触体に伝達される過程で減殺されて、トルク効率が低下するという問題が防止される。

以上、本発明に係る超音波モータ１は、上面と下面とに電界変換素子層２７を備えた一個の振動体２０と振動体２０の上下に対向配置された二個の接触体４０、５０とを備えるものと例示及び説明したが、振動体２０が動けるように配置され、接触体３０、４０、５０が固定配置された本発明の基本原理又は概念から逸脱しない範囲内で多様な形態で実施できることはもちろんである。たとえば、図５に示すように、本発明に係る超音波モータ１′は、設計によって電界変換素子層２７′を備えた一個の振動体２０′と振動体２０′に対向するように配置された一個の接触体３０′とから構成されることができる。この場合、電界変換素子層２７′は、振動体２０′の下面にのみ形成される。また、振動体２０′の下部には、振動体２０′を接触体３０′に圧着して接触体３０′と摩擦接触しつつ回転するように支持するための加圧支持部８０が設置される。加圧支持部８０は、圧力板８３、皿バネ８５及び弾性部材８７から構成される。圧力板８３は、出力回転軸を支持するベアリング８１の上部に配設される。皿バネ８５は、圧力板８３上に位置して振動体２０′を接触体３０′に圧着させる。弾性部材８７は、皿バネ８５の弾性による圧力を振動体２０′に均一に分布させる。

また、図６に示すように、超音波モータ１′′は、それぞれ上面と下面とに電界変換素子層２７を備えた二個の振動体２０ａ、２０ｂと電界変換素子層２７と対向するように二個の振動体２０ａ、２０ｂの間に配置された三個の接触体３０ａ、３０ｂ、３０ｃとから構成されることができる。この場合、二個の振動体２０ａ、２０ｂは、それぞれ異なる出力回転軸、すなわち、第１及び第２出力回転軸１８ａ、１８ｂに固定されて、互いに異なる回転力伝達対象物（図示せず）に回転力を伝達できる。

また、本発明に係る超音波モータ１は、振動体２０、２０′、２０ａ、２０ｂが接触体３０、３０′、３０ａ、３０ｂ、３０ｃと摩擦接触して回転運動する回転型モータに適用することを例示及び説明したが、上で言及した本発明の基本原理又は概念から逸脱しない範囲内で他の形態のモータにも適用されうることはもちろんである。たとえば、図７及び図８Ａに示すように、超音波モータは、振動体２０′′、又は２０′′′が直線部分２１ａ、２１ｂの上面に突出部２６′を形成し、下面に電界変換素子層２７′′を形成した楕円状の中空板を備えるか、又は上面と下面とに電界変換素子層２７ａ′′を形成した楕円状の中空板２１′と直線部分２１ａ′、２１ｂ′の上面と下面とに突出部２６ａ′を形成した楕円形リング２５′とを備えるように構成し、接触体が直線部分２１ａ、２１ｂ、２１ａ′、２１ｂ′の１ケ所にのみ接触するように構成すると、振動体２０′′又は２０′′′が接触体と摩擦接触して直線運動を行うリニアモータにも適用できる。すなわち、図８Ｂに示すように、振動体２０′′′が中空板２１′と楕円形リング２５′とを備える場合、振動体２０′′′を回転軸に対して回転できるように固定せずに、ガイド部（図示せず）により直線移動できるように固定し、接触体３０ａ′、３０ｂ′を直線部分２１ａ′、２１ｂ′のうちの何れか一つに形成された突出部２６ａ′と対向するように固定配置すると、電界変換素子層２７ａ′′に電圧が印加される時に振動体２０′′′が接触体３０ａ′、３０ｂ′と摩擦接触して直線運動を行うリニアモータでも具現されることができる。

以下では、図１〜図４Ｂを参照して、以上のように構成された本発明の一実施の形態による超音波モータ１の動作を説明する。

まず、振動体２０の電界変換素子層２７の第１及び第２圧電素子層２８、２９又は２８′、２９′のそれぞれに位相差のない交流電圧又は９０度の時間的な位相差を有する交流電圧が印加されると、第１及び第２圧電素子層２８、２９又は２８′、２９′には、一つの進行波が生成され、これにより、第１及び第２圧電素子層２８、２９又は２８′、２９′は、進行波により波状の微細変位又は変形を発生する。その結果、第１及び第２圧電素子層２８、２９又は２８′、２９′を上面と下面とに付着した振動体２０の中空円板２１も、進行波状の微細変位又は変形を発生しつつ振動する。

中空円板２１が振動するに伴い、中空円板２１の外周面に付着された突出部２４の環状リング２５も振動し、これにより環状リング２５の上面と下面とに形成された複数の第１及び第２突起２６ａ、２６ｂは、接触体３０、４０、５０と共に摩擦接触しつつ中空円板２１を回転させる。

中空円板２１が回転するに伴い、中空円板２１を固定した出力回転軸１８は回転し、出力回転軸１８に接続した回転力伝達対象物（図示せず）は回転する。

図９は、本発明の一実施の形態による超音波モータ１が適用された搬送装置１００を示す。

搬送装置１００は、超音波モータ１０１と運動変換ユニット１２０とを備える。

超音波モータ１０１は、搬送対象物、たとえば、カメラのレンズ鏡筒１０３の外周面に設置されたブラケット１０５の周りに設置される。超音波モータ１０１は、第１及び第２接触体４０、５０が振動吸収体６０によりブラケット１０５に固定設置され、中空円板２１が出力回転軸１８に固定されずに運動変換ユニット１２０に接続された点を除いては、図１〜図４Ｂについて説明した本発明の一実施の形態による超音波モータ１と同様である。したがって、超音波モータ１０１についての詳細な説明は省略する。

運動変換ユニット１２０は、超音波モータ１０１の回転力を受ける回転力伝達対象物であって、超音波モータ１０１の振動体２０に接続される。運動変換ユニット１２０は、振動体２０の回転運動を直線運動に変換して直線運動を必要とする搬送対象物である、レンズ鏡筒１０３内に左右に移動できるように配置された焦点レンズ１０７に伝達する。このために、運動変換ユニット１２０は、キャムバレル１２５とガイド突出部１３５とを備える。

キャムバレル１２５は、カメラレンズ鏡筒１０３内に回転できるように配置され、振動体２０と共に回転するように振動体２０の中空円板２１と接続部１１５とを介して結合される。接続部１１５は、第１円筒１１５ａでは、中空円板２１の内周面にねじ結合され、第２円筒１１５ｂでキャムバレル１２５の外周面の上部にねじ結合される。接続円板１１５ｃは、鏡筒１０３の開口１０３ａを貫通して配置され、第１円筒１１５ａと第２円筒１１５ｂとの間を接続する。

キャムバレル１２５には、ガイド突出部１３５を収容する直線運動ガイドスロット１２８が形成されている。直線運動ガイドスロット１２８は、キャムバレル１２５が振動体２０により回転する時にその内部に挿入されたガイド突出部１３５を直線移動、すなわち左右に移動させうるようにする形態、たとえば、螺旋状スロット形態に形成される。

ガイド突出部１３５は、直線運動ガイドスロット１２８に挿入されるように焦点レンズ１０７の外周面の固定ブラケット１３６に固定される。ガイド突出部１３５は、キャムバレル１２５が回転する時に直線運動ガイドスロット１２８に沿って左右に移動して、焦点レンズ１０７を左右に移動させる。このとき、キャムバレル１２５が回転する時に焦点レンズ１０７がキャムバレル１２５と共に回転するのを防止するために、キャムバレル１２５と固定ブラケット１３６との間には、焦点レンズ１０７が回転せずに直線移動、すなわち左右移動のみさせるキーとキー溝のような手段（図示せず）が設置されることができる。

以下、このように構成された搬送装置１００の動作を説明する。

まず、焦点レンズ１０７の焦点を調節するために、超音波モータ１０１が図示しないカメラの調節スイッチを介してオンになって、図１〜図４Ｂを参照して説明した通りに動作すると、接続部１１５を介して振動体２０の中空円板２１と接続したキャムバレル１２５は、中空円板２１と共に回転する。

キャムバレル１２５が回転すると、直線運動ガイドスロット１２８の内部に挿入されたガイド突出部１３５は、直線運動ガイドスロット１２８に沿って左右に移動し、これにより、ガイド突出部１３５を固定した焦点レンズ１０７も、左右に移動する。

このように焦点レンズ１０７が移動して焦点レンズ１０７の焦点が調節された後、超音波モータ１０１がカメラの調節スイッチを介してオフになると、焦点レンズ１０７の焦点調節動作は完了する。

以上では、本発明の好ましい実施の形態について図示し説明したが、本発明は、上述した特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲で請求する本発明の要旨を逸脱しない範囲内で当該発明が属する技術分野における通常の知識を有した者であれば、誰でも多様な変形実施が可能であるはずである。

１、１′、１′′、１０１ 超音波モータ、
１０ ハウジング、
１８、１８ａ、１８ｂ 出力回転軸、
２０、２０′、２０′′、２０′′′、２０ａ、２０ｂ 振動体（移動部材）、
２１ 中空円板、
２６、２６′、２６ａ、２６ａ′、２６ｂ 突出部、
２７、２７′、２７′′、２７ａ′′ 電界変換素子層（アクチュエータ）、
２８、２８′、２９、２９′ 圧電素子層、
３０、３０′、３０ａ、３０ａ′、３０ｂ、３０ｂ′、３０ｃ 接触体（固定部材）、
１００ 搬送装置、
１０３ 鏡筒、
１０７ 焦点レンズ、
１２０ 運動変換ユニット、
１２５ キャムバレル、
１２８ 直線運動ガイドスロット、
１３５ ガイド突出部。

Claims (32)

1. 一面を有する固定部材と、
   前記固定部材の前記一面に対向するように配置された移動部材と、
   前記移動部材の少なくとも一部を前記固定部材の前記一面に接触させると共に、前記移動部材を前記固定部材に対して移動させるアクチュエータと
   を備えることを特徴とする超音波モータ。
2. 前記移動部材は、前記固定部材の前記一面に対向する複数の突起を備え、
   前記アクチュエータは、一つ以上の前記突起を前記固定部材の前記一面に接触させると共に、前記移動部材を前記固定部材に対して移動させることを特徴とする請求項１に記載の超音波モータ。
3. 前記突起は、前記移動部材の両側面に形成されたことを特徴とする請求項２に記載の超音波モータ。
4. 前記固定部材は、第１固定部材であり、該第１固定部材の前記一面は、第１面であり、
   第２面を有する第２固定部材をさらに備え、
   前記移動部材は、前記移動部材の前記両側面に形成された前記突起が前記第１面と第２面とにそれぞれ対向するように、前記第１固定部材と前記第２固定部材との間に配置されたことを特徴とする請求項３に記載の超音波モータ。
5. 前記アクチュエータは、前記移動部材の一つ以上の前記突起を前記第１面と前記第２面とに接触させると共に、前記移動部材を前記第１固定部材と前記第２固定部材に対して移動させることを特徴とする請求項４に記載の超音波モータ。
6. 前記移動部材は、円状であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の超音波モータ。
7. 前記固定部材は、円状であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の超音波モータ。
8. 前記移動部材の少なくとも一部は、直線形態であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の超音波モータ。
9. 前記固定部材の少なくとも一部は、直線形態であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の超音波モータ。
10. 前記アクチュエータは、前記移動部材に付着されて電圧印加時に進行波を生成する電界変換素子層を備え、
    前記移動部材は、動けるように配置され、前記進行波により変形されうる少なくとも一つの振動体を備え、
    前記固定部材は、前記振動体に対向するように固定配置され、前記進行波により前記振動体が変形されるとき、前記振動体と摩擦接触する少なくとも一つの接触体を備えることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の超音波モータ。
11. 前記振動体は、
    前記電界変換素子層を付着した中空板と、
    前記中空板に配置され、前記接触体と対向するように所定間隔を隔てて形成された複数の突起を有した突出部と
    を備えることを特徴とする請求項１０に記載の超音波モータ。
12. 前記振動体は、回転運動と直線運動のうちの何れか一つの運動を行うことができるように配置されたことを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載の超音波モータ。
13. 前記中空板は、円状と楕円状のうちの何れか一つの形状に形成されたことを特徴とする請求項１１に記載の超音波モータ。
14. 前記中空板は、直線部分を有する楕円状に形成され、
    前記突出部は、中空板の直線部分のうちの少なくとも一部分のみに配置されたことを特徴とする請求項１１または請求項１３に記載の超音波モータ。
15. 前記電界変換素子層は、前記中空板の第１面と第２面のうちの少なくとも一面に付着される圧電素子層を備えることを特徴とする請求項１１、請求項１３、および請求項１４のいずれか１項に記載の超音波モータ。
16. 前記圧電素子層は、ＰＺＴ（Ｌｅａｄ ｚｉｒｃｏｎａｔｅ ｔｉｔａｎａｔｅ）；ＢａＴｉＯ_３；ＰｂＴｉＯ_３、Ｐｂ[Ｚｒ_ｘＴｉ_１−ｘ]Ｏ_３；ＫＮｂＯ_３；ＬｉＮｂＯ_３；ＬｉＴａＯ_３；Ｎａ_ｘＷＯ_３；Ｂａ_２ＮａＮｂ_５Ｏ_５；Ｐｂ_２ＫＮｂ_５Ｏ_１５；ＰＶＤＦ（Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｄｅｎｅ ｆｌｕｏｒｉｄｅ）のようなポリマー；及びＫＮＮ（Ｓｏｄｉｕｍ ｐｏｔａｓｓｉｕｍ ｎｏｉｂａｔｅ）及びＢｉＦｅＯ_３のような無鉛圧電セラミック（Ｌｅａｄ−ｆｒｅｅ ｐｉｅｚｏｃｅｒａｍｉｃｓ）からなる群から選択された何れか一つで形成されたことを特徴とする請求項１５に記載の超音波モータ。
17. 前記圧電素子層は、前記中空板の前記第１面と前記第２面にそれぞれ付着される第１及び第２圧電素子層を備え、
    前記第１及び第２圧電素子層は、互いに分極配列が一致するように配置され、時間的な位相差がなく、大きさと周波数とが一致する交流電圧が印加されることを特徴とする請求項１５または請求項１６に記載の超音波モータ。
18. 前記第１及び第２圧電素子層のそれぞれは、＋極と−極とが交互に分極される第１位相Ａと第２位相Ｂとに分けられ、第１位相Ａと第２位相Ｂとの間には、λ／４（ここで、λは、円周方向の一波長の長さ）及び３λ／４分だけギャップを有するように配置された分極配列を有することを特徴とする請求項１７に記載の超音波モータ。
19. 前記圧電素子層は、前記中空板の前記第１面と前記第２面にそれぞれ付着される第１及び第２圧電素子層を備え、
    前記第１及び第２圧電素子層は、互いにλ／４の空間的な位相差が有する分極配列を有するように配置され、それぞれ９０度の時間的な位相差で大きさと周波数とが一致する交流電圧が印加されることを特徴とする請求項１５または請求項１６に記載の超音波モータ。
20. 前記第１及び第２圧電素子層のそれぞれは、２ｎ（ここで、ｎは、円周方向に生成される進行波の波長数）個の分極面が＋極と−極とに交互に分極された分極配列を有することを特徴とする請求項１９に記載の超音波モータ。
21. 前記突出部は、前記中空板の内周面と外周面のうちの何れか一つに配置され、第１面と第２面のうちの少なくとも一面に形成された複数の突起を有したリングを備えることを特徴とする請求項１１に記載の超音波モータ。
22. 前記複数の突起は、前記リングの前記第１面と前記第２面にそれぞれ形成された複数の第１及び第２突起を備え、
    前記複数の第１突起は、前記複数の第２突起と大きさ、個数及び配列が同一に形成されたことを特徴とする請求項２１に記載の超音波モータ。
23. 前記接触体は、振動吸収体を介して固定されたことを特徴とする請求項１０〜２２のいずれか１項に記載の超音波モータ。
24. 前記振動吸収体は、振動吸収材と弾性スプリングのうちの少なくとも一つを備えることを特徴とする請求項２３に記載の超音波モータ。
25. 前記少なくとも一つの振動体が一個配置され、
    前記少なくとも一つの接触体は、それぞれ前記振動体の第１面と第２面に対向するように配置された二個の接触体を備えることを特徴とする請求項１０〜２４のいずれか１項に記載の超音波モータ。
26. 前記少なくとも一つの振動体が一個配置され、
    前記少なくとも一つの接触体は、前記振動体の第１面と第２面のうちの何れか一つに対向するように配置された一個の接触体を備えることを特徴とする請求項１０〜２４のいずれか１項に記載の超音波モータ。
27. 前記少なくとも一つの振動体が二個配置され、
    前記少なくとも一つの接触体は、前記二個の振動体を間に挟んだ形態で配置された三個の振動体を備えることを特徴とする請求項１０〜２４のいずれか１項に記載の超音波モータ。
28. 前記二個の振動体は、それぞれ異なる出力回転軸に固定されたことを特徴とする請求項２７に記載の超音波モータ。
29. 一面を有する固定部材、前記固定部材の前記一面に対向して回転できるように配置された移動部材、及び前記移動部材の少なくとも一部を前記固定部材の前記一面に接触させると共に、前記移動部材を前記固定部材に対して移動させるアクチュエータを有する超音波モータと、
    前記超音波モータと接続され、前記移動部材の回転運動を直線運動に変換して搬送対象物に伝達する運動変換ユニットとを備えることを特徴とする超音波モータ付き搬送装置。
30. 前記アクチュエータは、前記移動部材に付着されて電圧印加時に進行波を生成する電界変換素子層を備え、
    前記移動部材は、回転できるように配置され、前記進行波により変形されうる少なくとも一つの振動体を備え、
    前記固定部材は、前記振動体に対向するように固定配置され、前記進行波により前記振動体が変形されるとき、前記振動体と摩擦接触する少なくとも一つの振動体を備えることを特徴とする請求項２９に記載の超音波モータ付き搬送装置。
31. 前記運動変換ユニットは、
    前記振動体と共に回転するように前記振動体と結合され、直線運動ガイドスロットを有するキャムバレルと、
    前記搬送対象物に接続され、前記直線運動ガイドスロットに挿入されたガイド突出部と
    を備えることを特徴とする請求項３０に記載の超音波モータ付き搬送装置。
32. 前記搬送対象物は、カメラのレンズ鏡筒内に配置された焦点レンズを備えることを特徴とする請求項２９〜３１のいずれか１項に記載の超音波モータ付き搬送装置。

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