JP2011072130A

JP2011072130A - 超音波モータ機構

Info

Publication number: JP2011072130A
Application number: JP2009221365A
Authority: JP
Inventors: Koichi Kudo; 貢一工藤
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2009-09-25
Filing date: 2009-09-25
Publication date: 2011-04-07

Abstract

【課題】部品点数が少なく、構成が簡易で、小型な超音波モータ機構を提供する。
【解決手段】超音波モータ機構は、摩擦部材を有し、所望のパターンの交番電圧を加えられると、縦振動及び２次の屈曲振動を励起する積層型圧電素子と、積層型圧電素子を収容するケース部材と、摩擦部材と摩擦接触し、縦振動と屈曲振動とが同時に励起されることで発生する楕円振動を摩擦部材を通じて受け、楕円振動から駆動力を得てケース部材に対して自身の長手方向にリニアに摺動する摺動部材と、ケース部材と摺動部材との間に配設され、摺動部材を摩擦部材に摩擦接触させるためにケース部材と摺動部材とを互いに向かって牽引する牽引部材と、を具備する。ケース部材は、摺動部材の長手方向に摺動する摺動部材を摺動部材の長手方向にガイドするガイド機構を兼有している。牽引部材は、摺動部材の長手方向に摺動する摺動部材の摺動距離を規制する。
【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、超音波モータ機構に関する。

一般に、超音波モータは、圧電素子からなる振動体の圧電素子に電圧を印加して振動させ、その振動によりこれに接触している移動体（以後、適宜「被駆動体」と称する）を摩擦駆動する。

例えば特許文献１には、電気―機械エネルギー変換により振動する圧電素子等の振動部材と、この振動部材を収容するケース部材と、ケース部材内を通って振動部材に接触し、振動部材によって駆動する被駆動体である接触部材と、この接触部材と振動部材とを加圧接触させる押圧力を発生する付勢部材（押圧部材）とを有し、押圧部材をケース部材の外側に取り付けている振動装置が開示されている。

特開平９−１９１６７０号公報

上述した振動装置において、押圧部材と、圧電素子と、圧電素子を支持し圧電素子を接触部材に摩擦駆動可能に圧接させる支持部材である弾性部材と、ケース部材と、摺動部材でもある接触部材と、接触部材の移動をガイドするガイド部材とが押圧方向に積層し、押圧部材はケースの外側に取り付けている。そのため振動装置が大型化している。また部品点数も多く、振動装置の構成も簡易ではない。

本発明は、これらの事情に鑑みてなされたものであり、部品点数が少なく、構成が簡易で、小型な超音波モータ機構を提供することを目的とする。

本発明は目的を達成するために、摩擦部材を有し、所望のパターンの交番電圧を加えられると、縦振動及び２次の屈曲振動を励起する積層型圧電素子と、前記積層型圧電素子を収容するケース部材と、前記摩擦部材と摩擦接触し、前記縦振動と前記屈曲振動とが同時に励起されることで発生する楕円振動を前記摩擦部材を通じて受け、前記楕円振動から駆動力を得て前記ケース部材に対して自身の長手方向にリニアに摺動する摺動部材と、前記ケース部材と前記摺動部材との間に配設され、前記摺動部材を前記摩擦部材に摩擦接触させるために前記ケース部材と前記摺動部材とを互いに向かって牽引する牽引部材と、を具備し、前記ケース部材は、前記摺動部材の長手方向に摺動する前記摺動部材を前記摺動部材の長手方向にガイドするガイド機構を兼有し、前記牽引部材は、前記摺動部材の長手方向に摺動する前記摺動部材の摺動距離を規制することを特徴とする超音波モータ機構を提供する。

本発明によれば、部品点数が少なく、構成が簡易で、小型な超音波モータ機構を提供することができる。

図１Ａは、本発明の第１の実施形態の超音波モータ機構の正面図である。図１Ｂは、超音波モータ機構の側面図である。図１Ｃは、図１Ａに示すＡ−Ａ線における超音波モータ機構の断面図である。図１Ｄは、駆動している超音波モータ機構の正面図である。図２Ａは、本発明の第２の実施形態における超音波モータ機構の正面図である。図２Ｂは、超音波モータ機構の側面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。
図１Ａ乃至図１Ｄを参照して第１の実施形態について説明する。
図１Ａに示す超音波モータ機構１は、例えば固定部材２に固定される。超音波モータ機構１は、摩擦部材１１を有する積層型圧電素子１３と、積層型圧電素子１３を収容するケース部材１５と、摩擦部材１１と摩擦接触し、ケース部材１５に対して自身の長手方向（長さ方向）にリニアに摺動（駆動・移動）する摺動部材１７と、ケース部材１５と摺動部材１７との間に配設され、摺動部材１７を摩擦部材１１に摩擦接触させるためにケース部材１５と摺動部材１７とを互いに向かって牽引する牽引部材１９と、を有している。

積層型圧電素子１３は、図示しない内部電極に所望のパターンの交番電圧（電荷）を加えられると、縦振動及び２次の屈曲振動を励起する。縦振動と屈曲振動とが同時に励起されると、楕円振動が発生する。摺動部材１７は、摩擦部材１１を通じてこの楕円振動を受け、楕円振動から駆動力を得て、図１Ｄに示すようにケース部材１５に対して摺動部材１７の長手方向にリニアに摺動する。

積層型圧電素子１３は、ケース部材１５において縦・屈曲振動の節付近で接着固定されている。

摺動部材１７は、図１Ｂに示すようにＤ字形状の断面を有する円柱状の被駆動体である。摺動部材１７の平坦な上面１７ａには、摩擦部材１１が接触している。本実施形態では、図１Ａに示すように摺動部材１７は、摺動部材１７の長手方向において、積層型圧電素子１３よりも長く、ケース部材１５よりも短い。摺動部材１７は、摺動部材１７の断面の径方向における全周に渡って形成され、牽引部材１９の一端１９ａが引っ掛かる引っ掛け部である溝部１７ｂを有している。溝部１７ｂは、摺動部材１７の長手方向において、図１Ａに示すように摺動部材１７の両端に配設されており、図１Ａに示すように積層型圧電素子１３と後述する爪部２３とよりも外側に配設されている。

ケース部材１５は、摺動部材１７の長手方向に摺動する摺動部材１７を摺動部材１７の長手方向にガイドするガイド機構２１を兼有している。このガイド機構２１は、図１Ａ乃至図１Ｃに示すように、摺動部材１７の長手方向に直交する直交方向（摺動部材１７の幅方向）において、摺動部材１７の両側から摩擦部材１１と積層型圧電素子１３と摺動部材１７とを挟み込み、摺動部材１７を直交方向における摺動部材１７の側面１７ｃにて保持する一対の爪部２３を有している。つまり摺動部材１７は、ガイド機構２１の爪部２３によって保持されている。

この一対の爪部２３は、図１Ａに示すように摺動部材１７の長手方向において例えば２つ配設されている。また一対の爪部２３は、図１Ｂと図１Ｃとに示すように一方の爪部２３ａと他方の爪部２３ｂとから構成されている。また直交方向において、図１Ｂと図１Ｃとに示すように爪部２３におけるガイド機構２１は、コ字形状を有している。

一対の爪部２３において、一方の爪部２３ａと他方の爪部２３ｂとは、図１Ｃに示すように直交方向において、摺動部材１７の中心１７ｄから等距離離れている。爪部２３は、弾性力を有していても良く、直交方向に広げられ、摺動部材１７を挟み込むようにしても良い。

なお爪部２３の数と配置位置は限定されない。また例えば一方の爪部２３ａと他方の爪部２３ｂとは、摺動部材１７の長手方向と直交方向とからなる平面において、対角線上に配設されていてもよい。

ケース部材１５は、直交方向において一方の爪部２３ａと他方の爪部２３ｂとの間のケース部材１５の底面１５ａに配設され、牽引部材１９の他端１９ｂが引っ掛かる引っ掛け部である突起１５ｂを有している。突起１５ｂは、摺動部材１７の長手方向において、図１Ａに示すように積層型圧電素子１３及び爪部２３よりも外側に配設されており、溝部１７ｂに対向している。ケース部材１５は、例えばネジなどの固定部２５によって固定部材２に固定される。

牽引部材１９は、図１Ａに示すように摺動部材１７を摩擦部材１１に摩擦接触可能に密着させる。牽引部材１９は、図１Ｄに示すように摺動部材１７の長手方向に摺動する摺動部材１７の摺動距離を規制する。牽引部材１９は、図１Ａに示すように一端１９ａにて溝部１７ｂと引っ掛かり、他端１９ｂにて突起１５ｂに引っ掛かる。これにより牽引部材１９は、図１Ａに示すように摺動部材１７の高さ方向においてケース部材１５と摺動部材１７との間（より詳細には、底面１５ａと溝部１７ｂとの間）に配設され、図１Ｂに示すように直交方向において一方の爪部２３ａと他方の爪部２３ｂとの間に配設される。牽引部材１９は、弾性力を有する弾性部材であり、例えばバネである。

このように摺動部材１７は、爪部２３によって保持され、摩擦部材１１と摩擦接触するように牽引部材１９によって摩擦部材１１に向かって牽引されている。

次に本実施形態の動作方法について説明する。
積層型圧電素子１３は、ケース部材１５に収容される。積層型圧電素子１３は、ケース部材１５に収容された際、縦・屈曲振動の節付近でケース部材１５に接着固定されている。

爪部２３は直交方向において外側に向けて広げられ、爪部２３は摺動部材１７を挟み込み、爪部２３は側面１７ｃを保持する。

このとき牽引部材１９は、図１Ａと図１Ｂとに示すように一端１９ａにて突起１５ｂに引っ掛けられ、他端１９ｂにて溝部１７ｂに引っ掛けられる。これにより牽引部材１９は、摺動部材１７を摩擦部材１１に摩擦接触させるためにケース部材１５と摺動部材１７とを互いに向かって牽引する。より詳細には、牽引部材１９は、爪部２３によって保持されている摺動部材１７を、摩擦部材１１と摩擦接触するように摩擦部材１１に向かって牽引する。よって摺動部材１７は、摩擦部材１１に摩擦接触可能に密着する。

ケース部材１５は、固定部２５によって固定部材２に固定される。

積層型圧電素子１３は交番電圧を加えられると、縦振動及び２次の屈曲振動が励起される。縦振動と屈曲振動とが同時に励起されると、楕円振動が発生し、摺動部材１７は、摩擦部材１１を通じて楕円振動を受ける。そして摺動部材１７は、楕円振動から駆動力を得て、図１Ｄに示すように、固定部材２とケース部材１５とに対してリニアに摺動部材１７の長手方向に摺動する。このとき摺動部材１７が摺動部材１７の長手方向に摺動する際、摺動部材１７は、図１Ｄに示すようにガイド機構２１によって摺動部材１７の長手方向への摺動をガイドされる。また摺動部材１７が摺動部材１７の長手方向に摺動する際において、摺動部材１７は、牽引部材１９によって摺動距離を規制される。

このように本実施形態では、ケース部材１５がガイド機構２１を兼有し、牽引部材１９が摺動部材１７を摩擦部材１１に摩擦接触させるために、ケース部材１５と摺動部材１７とを牽引しているために、小型となり、部品点数を少なくでき、構成が簡易にすることができる。

また本実施形態では、牽引部材１９がケース部材１５と摺動部材１７とを牽引する牽引力（弾性力）が、摺動部材１７が楕円振動から得る駆動力よりも大きい場合、図１Ｄに示すように摺動部材１７が摺動部材１７の長手方向に摺動すればするほど、摺動部材１７に対して牽引部材１９の牽引力がより強く作用する。そのため本実施形態では、摺動部材１７が摺動部材１７の長手方向に摺動する際において、牽引部材１９によって摺動部材１７の摺動距離を規制することができる。つまり本実施形態では、牽引部材１９に対して、摺動部材１７を摩擦部材１１に摩擦接触させるためにケース部材１５と摺動部材１７とを互いに向かって牽引する牽引機能と共に、摺動部材１７の摺動に対するストッパーとしてのストッパー機能を持たせることができる。

また本実施形態では、図１Ｃに示すように一方の爪部２３ａと他方の爪部２３ｂとを、直交方向において中心１７ｄから等距離離しているために、ガイド機構２１によって摺動部材１７を摺動部材１７の長手方向により精密にガイドすることができ、爪部２３によってバランスよく摺動部材１７を保持することができる。

また本実施形態では、爪部２３が弾性力を有していても良く、摺動部材１７を容易に挟み込むことができる。

次に図２Ａと図２Ｂとを参照して第２の実施形態について説明する。前述した第１の実施形態と同一部位については同符合を付し、その詳細な説明は省略する。

本実施形態の摺動部材１７は、図２Ａと図２Ｂとに示すように爪部２３が側面１７ｃに当接する側面１７ｃにおける当接部１７ｅよりも高さ方向における下方で、且つこの下方における直交方向に沿って摺動部材１７に圧入され、直交方向において摺動部材１７を貫通し、直交方向において一方の爪部２３ａと他方の爪部２３ｂとの間の距離よりも長い長さを有し、一端１９ａが引っ掛かる引っ掛け部であるピン２７を有している。より詳細には、一端１９ａは、直交方向において一方の爪部２３ａと他方の爪部２３ｂとよりも外側に位置するピン２７の両端２７ａに引っ掛かる。

本実施形態の突起１５ｂは、直交方向においてケース部材１５の側面１５ｃから外側に突出するように側面１５ｃに凸設されている。つまり突起１５ｂは、直交方向において一方の爪部２３ａと他方の爪部２３ｂとよりも外側に配設されている。

また図２Ａに示すように摺動部材１７の長手方向において、突起１５ｂとピン２７とは、爪部２３と同じ位置に配設されている。また図２Ａに示すように摺動部材１７の高さ方向において、突起１５ｂとピン２７とは、爪部２３と同一直線上に配設されている。

本実施形態の牽引部材１９は、一端１９ａにて両端２７ａと引っ掛かり、他端１９ｂにて突起１５ｂに引っ掛かる。これにより牽引部材１９は、摺動部材１７の高さ方向においてケース部材１５と摺動部材１７におけるピン２７との間（より詳細には、突起１５ｂと両端２７ａとの間）に配設され、図２Ｂに示すように直交方向において一方の爪部２３ａと他方の爪部２３ｂとよりも外側に配設される。

本実施形態の動作方法は、第１の実施形態と略同様であるために詳細な説明は省略する。

このように本実施形態では、摺動部材１７にピン２７を圧入し、牽引部材１９を一方の爪部２３ａと他方の爪部２３ｂとよりも外側に配設することで、摺動部材１７の長手方向における超音波モータ機構１の長さを短くすることができる。これにより本実施形態では、超音波モータ機構１をより小型にすることができる。

本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。

１…超音波モータ機構、２…固定部材、１１…摩擦部材、１３…積層型圧電素子、１５…ケース部材、１５ａ…底面、１５ｂ…突起、１５ｃ…側面、１７…摺動部材、１７ａ…上面、１７ｂ…溝部、１７ｃ…側面、１７ｄ…中心、１７ｅ…当接部、１９…牽引部材、１９ａ…一端、１９ｂ…他端、２１…ガイド機構、２３…爪部、２３ａ…一方の爪部、２３ｂ…他方の爪部、２５…固定部、２７…ピン、２７ａ…両端。

Claims

摩擦部材を有し、所望のパターンの交番電圧を加えられると、縦振動及び２次の屈曲振動を励起する積層型圧電素子と、
前記積層型圧電素子を収容するケース部材と、
前記摩擦部材と摩擦接触し、前記縦振動と前記屈曲振動とが同時に励起されることで発生する楕円振動を前記摩擦部材を通じて受け、前記楕円振動から駆動力を得て前記ケース部材に対して自身の長手方向にリニアに摺動する摺動部材と、
前記ケース部材と前記摺動部材との間に配設され、前記前記摺動部材を前記摩擦部材に摩擦接触させるために前記ケース部材と前記摺動部材とを互いに向かって牽引する牽引部材と、
を具備し、
前記ケース部材は、前記摺動部材の長手方向に摺動する前記摺動部材を前記摺動部材の長手方向にガイドするガイド機構を兼有し、
前記牽引部材は、前記摺動部材の長手方向に摺動する前記摺動部材の摺動距離を規制することを特徴とする超音波モータ機構。
前記ガイド機構は、前記摺動部材の長手方向に直交する直交方向において、前記摺動部材の両側から前記摩擦部材と前記積層型圧電素子と前記摺動部材とを挟み込み、前記摺動部材を保持する一対の爪部を有していることを特徴とする請求項１に記載の超音波モータ機構。
前記一対の爪部において、一方の前記爪部と他方の前記爪部とは、前記直交方向において、前記摺動部材の中心から等距離離れていることを特徴とする請求項２に記載の超音波モータ機構。
前記一対の爪部は、弾性力を有しており、前記直交方向に広げられ、前記摺動部材を挟み込むことを特徴とする請求項３に記載の超音波モータ機構。
前記摺動部材は、前記摺動部材の全周に渡って形成され、前記牽引部材の一端が引っ掛かる引っ掛け部を有し、
前記ケース部材は、前記直交方向において一方の前記爪部と他方の前記爪部との間に配設され、前記牽引部材の他端が引っ掛かる引っ掛け部を有し、
前記牽引部材は、前記牽引部材の一端にて前記摺動部材の前記引っ掛け部と引っ掛かり、前記牽引部材の他端にて前記ケース部材の引っ掛け部に引っ掛かることで、前記摺動部材の高さ方向において前記ケース部材と前記摺動部材との間に配設され、前記直交方向において一方の前記爪部と他方の前記爪部との間に配設されることを特徴とする請求項４に記載の超音波モータ機構。
前記摺動部材は、一対の前記爪部が当接する前記摺動部材における当接部よりも高さ方向における下方で、且つ前記下方における前記直交方向に沿って前記摺動部材に圧入され、前記直交方向において前記摺動部材を貫通し、前記直交方向において一方の前記爪部と他方の前記爪部との間の距離よりも長い長さを有し、前記牽引部材の一端が引っ掛かる引っ掛け部を有し、
前記ケース部材は、前記直交方向において前記ケース部材の側面から外側に突出するように前記側面に凸設され、前記牽引部材の他端が引っ掛かる引っ掛け部を有し、
前記牽引部材は、前記牽引部材の一端にて前記摺動部材の前記引っ掛け部と引っ掛かり、前記牽引部材の他端にて前記ケース部材の引っ掛け部に引っ掛かることで、前記摺動部材の高さ方向において前記摺動部材の前記引っ掛け部と前記ケース部材の引っ掛け部との間に配設され、前記直交方向において一方の前記爪部と他方の前記爪部とよりも外側に配設されることを特徴とする請求項４に記載の超音波モータ機構。