JP2012016107A - 振動型駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加圧構造を小型化することができると共に必要な加圧力を得ることができ、加圧力の安定化を図ることが可能となる振動型駆動装置を提供する。
【解決手段】電気−機械エネルギー変換素子が接合された振動板を有し、振動板に形成された接触部に楕円運動が生成可能に構成された振動子と、
振動子の接触部と加圧接触し楕円運動によって該振動子に対して相対移動する被駆動体と、を有する振動型駆動装置であって、
被駆動体の少なくとも一部が強磁性体によって形成されることにより第一磁気部材を構成し、
振動子の少なくとも一部が強磁性体によって形成されることにより、振動子と、振動子の支持部に接合され被駆動体の相対移動する方向に延出するヨークと、によって第二磁気部材を構成し、
第一磁気部材または第二磁気部材のいずれか一方に永久磁石を設け、第一磁気部材と第二磁気部材との磁力による吸引力によって、被駆動体に振動子の接触部を加圧接触させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、超音波モータ等と称される振動型駆動装置に関する。

振動子で被駆動体を駆動する超音波モータ等の振動型駆動装置として、例えば金属弾性部材から形成される振動板と圧電素子（電気−機械エネルギー変換素子）を接着等により一体化した振動子を用いるものがある。
このような振動子を用いる振動型駆動装置において、振動子と被駆動体との加圧力を発生させる方法として磁力を用いるものが提案されている。
特許文献１では、振動子の少なくとも一部に永久磁石を備える振動型駆動装置が提案されている。
また、特許文献２では、被駆動体の少なくとも一部に永久磁石を備える振動型駆動装置が提案されている。
また、特許文献３では、振動子と被駆動体との間の空間に磁気部材を配置した振動型駆動装置が提案されている。この特許文献３の装置では、振動子の第一の面から突出して被駆動体に接触する突起部を形成し、振動子の第一の面と被駆動体との間に磁石を配置して被駆動体を磁力により吸引するように構成されている。

特開２００６−３４０４４３号公報 特開２００５−３５４７８７号広報 特開２００７−３１２５１９号広報

上記した従来例における永久磁石を用いて振動子と被駆動体の加圧力を与える超音波モータ等では、バネによるものと比較すると機構の簡略化が可能である。しかしながら、これらの加圧力の発生に磁力を用いる従来のものにおいては振動子と被駆動体とを加圧接触させる際の加圧構造に、つぎのような課題を有している。
超音波モータが搭載される電子機器等においては、小型化、高密度実装化が常に求められており、超音波モータの加圧構造に対しても、更なる小型化が求められている。
一方で、超音波モータの出力、特に振動子による被駆動体に対する駆動力は振動子と被駆動体の加圧力に依存している。
すなわち、この振動子による被駆動体に対する駆動力は、振動子との加圧接触による摩擦力を介して被駆動体に伝えられ、それにより振動子に対し被駆動体が相対移動される。
したがって、超音波モータの駆動力は加圧接触による摩擦力を発生させる加圧力に依存することとなる。
このようなことから、小型化と、必要な加圧力の得られる加圧構造が求められるが、上記従来のものにはさらなる改善の余地がある。
また、加圧力の発生に磁力を用いる場合においては、加圧力のアンバランスが生じる可能性がある。
磁力により振動子に対する被駆動体が相対移動方向と平行な軸に対する回転力が生じる。その際、例えば寸法精度や取り付け精度により位置ずれや傾きを生じている場合等において、磁石部材と吸着物との距離が近づくほど吸引力が上昇するために、更に加圧力がアンバランスになる可能性がある。
したがって、このような加圧力のアンバランスを生じない構造のものがもとめられる。

本発明は、上記課題に鑑み、加圧構造を小型化することができると共に必要な加圧力を得ることができ、加圧力の安定化を図ることが可能となる振動型駆動装置を提供することを目的とするものである。

本発明の振動型駆動装置は、電気−機械エネルギー変換素子と、前記電気−機械エネルギー変換素子が接合された振動板とを有し、前記振動板に形成された接触部に楕円運動が生成可能に構成された振動子と、
前記振動子の接触部と加圧接触し前記楕円運動によって該振動子に対して相対移動する被駆動体と、を有する振動型駆動装置であって、
前記被駆動体の少なくとも一部が強磁性体によって形成されることにより第一磁気部材を構成し、
前記振動子の少なくとも一部が強磁性体によって形成されることにより、前記振動子と、前記振動子の支持部に接合され前記被駆動体の相対移動する方向に延出するヨークと、によって第二磁気部材を構成し、
前記第一磁気部材または前記第二磁気部材のいずれか一方に永久磁石を設け、該第一磁気部材と該第二磁気部材との磁力による吸引力によって、前記被駆動体に前記振動子の接触部を加圧接触させることを特徴とする。

本発明によれば、加圧構造を小型化することができると共に必要な加圧力を得ることができ、加圧力の安定化を図ることが可能となる振動型駆動装置を実現することができる。

本発明の実施例１の超音波モータ（振動型駆動装置）の構成を説明する斜視図である。 本発明の実施例１における振動子の振動モードを説明する斜視図である。 本発明の実施例１における超音波モータの構成を説明する各方向から示した図である。（ａ）は超音波モータの構成を示す平面図、（ｂ）は超音波モータの構成を示す正面図、（ｃ）は超音波モータにおける主にヨークの部分の構成を示す平面図である。 本発明の実施例２における超音波モータの構成を説明する正面図である。 本発明の実施例３における超音波モータの構成を説明する正面図である。 本発明の実施例４における超音波モータの構成を説明する斜視図である。

本発明の振動型駆動装置では、上記したように磁石から出る磁力線を集中させて磁石が持つ吸着力を効率的に利用するためのヨークを被駆動体の相対移動する方向に延出させる。そして、該振動子に形成された振動子の支持部と、ヨークと、を接合するように構成される。
このようにヨークを被駆動体に沿うように配置しているので、ヨークと被駆動体との間に磁力を発生させることができ、また振動子を形成する振動板の少なくとも一部が強磁性体で形成されており、この部分も被駆動体との磁気加圧力を発生させることができる。
また、振動子の被駆動体との接触部のみが強磁性体で形成されている構成を採ることにより、被駆動体と接するために磁気吸引力を発生させやすく、且つ接触部が直接加圧力を発生させるので相対移動方向と平行な軸に対する回転力の発生を抑えることが可能となる。
また、振動子に形成された支持部を、被駆動体の相対移動の方向に延出させ、ヨークと接合する構成を採ることによって、ヨークにより振動子の保持固定を行うことが可能となる。
また、振動子に形成された支持部とヨークとの接合部を、被駆動体の幅よりも狭い幅とする構成を採ることによって、ヨークの吸引力はこの接合部において大きく発生させることができる。この吸引力を接触部に近づけることができ被駆動体の相対移動方向と平行な軸に対する回転力の発生を抑えることが可能となる。
また、ヨークに永久磁石を配置すると共に、このヨークに配置された永久磁石に被駆動体の相対移動する方向に延出する第二のヨークを設けた構成を採ることによって、大きな加圧力を発生させることができる。
すなわち、ヨーク、永久磁石、第二のヨーク及び被駆動体に形成される磁気部材により、磁気回路を形成して大きな加圧力を発生させることが可能となる。

以下、本発明の実施例について説明する。
［実施例１］
実施例１として、本発明を適用して構成した超音波モータ（振動型駆動装置）の構成例を、図１を用いて説明する。
本実施例の振動形駆動装置としての超音波モータ１０は、主として、振動子１と、振動子１に加圧接触状態で保持される被駆動体６とを備える。
振動子１は、圧電素子（電気−機械エネルギー変換素子）１３と、圧電素子１３が接合され弾性体である振動板１１と、を有している。振動板１１には、被駆動体と接触する接触部１２が設けられている。
被駆動体６は強磁性体である鉄系の金属により形成され、振動子１と接触する部分にはニッケルめっき処理など耐摩耗性を高める処理が施されている。この被駆動体６は第一磁気部材として作用する。
また、磁力線を集中させるためのヨーク３を備え、このヨーク３は、振動子１に形成された支持部１１−２（図３（ａ）参照）と、接合可能に構成されている。また、磁石部材４がヨーク３と平面同士で結合されており、これらの振動子１から磁石部材４までの保持固定が保持部材５によって行われている。
これらのほかに振動子１と外部との電気的な接続を行うフレキシブル基板（不図示）や、被駆動体６のガイド部材等（不図示）を備える。

超音波モータ１０を動作させるには、圧電素子１３に交流電圧を印加して振動子１に２つの面外曲げモードを励振する。
図２にこのとき用いられる振動モードの形状を示す。ＭＯＤＥ−Ａは、振動部１１に図中Ｘ方向に平行に２つの節が現れる面外曲げ一次モードである。ＭＯＤＥ−Ａの振動により、接触部には、Ｚ軸方向（振動板１１と垂直な方向）に変位する振幅が励起される。ＭＯＤＥ−Ｂは振動部１１に図中Ｙ方向に略平行に３つの節が現れる面外曲げ二次モードである。ＭＯＤＥ−Ｂの振動によって、接触部には、Ｘ軸方向（振動板１１と平行な方向）に変位する振幅が励起される。
これら二つのモードを重ね合わせることで、接触部１２の表面に楕円運動が生成可能とされている。
そして、この楕円運動によって接触部１２と加圧接触している被駆動体６を、振動子に対し被駆動体が相対移動される。

図３の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、図１の超音波モータを各方向から示したものである。
図３（ａ）は主に振動子１の構成を説明する超音波モータの平面図である。
図３（ａ）に示すように、振動子１はアルミニウムなど常磁性体金属材により板状に形成される振動板１１を備える。
振動板１１は、略矩形の振動部１１−１、振動部１１−１の側面から対向するように延出している結合部１１−３、結合部１１−３の端部に形成される支持部１１−２とから構成される。
振動部１１−１の平面部の２箇所には、鉄系金属など強磁性体により形成される接触部１２が固定されている。
振動部１１−１のもう一方の面には、図３（ｂ）に示すように圧電素子１３（電気−機械エネルギー変換素子）が結合されている。
振動子１は図３（ａ）に示すＸ、Ｙ方向に略対称形状に形成されている。振動子１の接触部１２を備える面の側に被駆動体６が配置される。
振動子１と被駆動体６のＹ方向の中心がＺ方向から投影したときに一致するように互いの位置が決められている。振動子１と被駆動体６はＸ方向に相対移動を行う。
支持部１１−２はＺ方向から投影したときに被駆動体６と重なる位置に配置されている。また支持部１１−２は被駆動体６よりも幅を狭く形成されている。

図３（ｂ）、（ｃ）に示すように、２つの支持部１１−２は、振動子の振動部１１−１からＸ方向に延出した位置に設けられており、２つの支持部１１−２の被駆動体６と面する側と逆の面には、図中Ｘ方向に延出するように形成されるヨーク３の両端であるヨーク端部３−２が結合されている。
ヨーク端部３−２の幅は支持部１１−２と同じか狭くなるように形成されている。ヨーク３の圧電素子板１３の近傍には磁石部材４が配置される。
磁石部材４は図中Ｚ方向に磁化処理がなされている。磁石部材４には、図中Ｙ方向に延出する保持部材５が固定されている。
保持部材５は常磁性体であるリン青銅板で形成されており、板バネ状の弾性構造を有している。保持部材５の図中Ｙ方向両端部は不図示の枠体に保持固定される。

これらの構成要素により駆動部材１４（図１参照）が形成され、被駆動体６との間に図中Ｘ方向の相対移動力を発生する。
保持部材５により駆動部材１４が保持されており、この保持部材５の弾性構造により、主に図中Ｚ方向、Ｘ及びＹ軸回りの変形自由度を与えることができる。
そのため、駆動部材１４と被駆動体６との間に所望の位置関係に対してずれが生じても、磁気吸引力により互いに倣うように接触状態が与えられる。
本実施例では、以上の駆動部材１４における磁石部材４、ヨーク３、強磁性体による２つの接触部１２によって、第二磁気部材が形成される。
磁石部材４のＹ方向上面、即ち振動子近傍から出る磁力線は略Ｙ方向に向かい、一部は接触部１２を通る。この磁力線は第一磁気部材である被駆動体６を通る。また、磁石部材４から出る磁力線の一部は直接被駆動体６を通る。被駆動体６を通る磁力線の一部はヨーク３のＸ方向に延出している端部に向かう。ヨーク３を通る磁力線は、ヨーク３と接合している磁石部材４に戻る。
このように磁力線が通るようにすると、磁石部材４の磁力を駆動部材１４と被駆動体６との吸引力に有効に用いることができる。

以上の本実施例の構成によれば、超音波モータをつぎのように構成することができる。
磁石部材４を振動子近傍に配置することにより、被駆動体６との距離を少なくして吸引力を得る構成を採ることができる。
また、接触部１２を強磁性体とし、磁石部材４から発生する磁力をこの接触部１２に集める構成を採ることができる。
また、接触部１２を被駆動体６に直接接触させ、吸引力を有効に発生させる構成を採ることができる。
また、ヨーク３を支持部１１−２と結合するように形成し、ヨーク３を被駆動体６の近傍に位置させ、被駆動体６とヨーク３の間にも有効に吸引力を発生させる構成を採ることができる。
また、ヨーク３と磁石部材４とを直接接触させて磁力線を集中させる構成を採ることができる。
また、ヨークに振動子１を保持する作用を併せ持たせ、振動子１を保持するための部品を別に用意する必要の無い構成を採ることができる。
また、駆動部材１４において、被駆動体６との吸引力を主に図３中のＹ方向の中心付近に集中している部位である接触部１２とヨーク端部３−２により発生するようにした構成を採ることができる。これにより、駆動部材１４と被駆動体６とにＹ方向の位置ずれが生じたときにも、磁力によるＸ軸周りのモーメントの発生を抑制するように構成することが可能となる。
このような本実施例の構成によれば、磁力による吸引力、即ち駆動部材１４と被駆動体６との加圧力を小さな部品で十分に発生させることが可能となる。
また、駆動部材と被駆動体６との位置ずれにより生じる加圧力の偏りを小さくすることが可能となる。

［実施例２］
実施例２として、実施例１と異なる形態の超音波モータ（振動形駆動装置）の構成例を、図４を用いて説明する。
なお、図１及び図３に示した、実施例１と同様の構成については説明を省略する。
本実施例においては、振動板１１は鉄系の強磁性体金属で形成されている。本実施例の場合、振動板１１をプレス成形して突起を形成することにより接触部１２を設けてもよい。実施例１と同様に振動板１１に別部材として固定してもよいが、プレス成形することにより工程が簡略化できコストが低減される。
振動子１から図中Ｚ方向下側に向かい、保持部材５、ヨーク３、磁石部材４の順に配置されている。
ヨーク３は図１に示したものと同様にヨーク端部３−２が振動子の支持部１１−２と結合している。
本実施例においては、磁石部材４、ヨーク３、保持部材５に加えて振動板１１が第二磁気部材として作用する。また、ヨーク３、振動板１１、接触部１２は同磁極となる。
本実施例によれば、第一磁気部材として作用する被駆動体６の近傍に位置する振動板１１が、磁気部材として作用するので、吸引力、即ち駆動部材１４と被駆動体６との加圧力を、より効果的に発生させることが可能となる。

［実施例３］
実施例３として、実施例２を変形させた形態の超音波モータ（振動型駆動装置）の構成例を、図５を用いて説明する。
本実施例では、被駆動体６は永久磁石８と摩擦部材７とを結合して形成されている。
この摩擦部材７は、強磁性体であるマルテンサイト系ステンレスに焼入れを施して硬度を高めた状態で用いられる。また、ここでは駆動部材１４には磁石部材は配されていない。
本実施例のように、第一磁気部材側に永久磁石を配置しても同様の効果を得ることができる。

［実施例４］
実施例４として、実施例２を変形させた実施例３とは異なる形態の超音波モータ（振動型駆動装置）の構成例を、図６を用いて説明する。
本実施例では、図４に示す形態における磁石４の開放面に、第二ヨーク９を配置している。
第二ヨーク９の両端は図中Ｘ方向且つ被駆動体６の底面付近に延出している。この第二ヨーク端部９−２の幅は被駆動体６の幅よりも狭く形成されている。
本実施例のように第二ヨーク９を配することで、吸引力、即ち駆動部材１４と被駆動体６との加圧力を更に高めることが可能となる。
また、本実施例においては、振動板１１を常磁性体で形成しても良い。
振動板１１を常磁性体とすることで、実施例１で説明したように駆動部材１４と被駆動体６とにＹ方向の位置ずれが生じたときにも、磁力によるＸ軸周りのモーメントの発生を抑制することが可能となる。

１：振動子
３：ヨーク
４：磁石部材
５：保持部材
６：被駆動体
１０：超音波モータ
１１：振動板
１２：接触部
１３：圧電素子（電気−機械エネルギー変換素子）
１４：駆動部材

Claims (5)

1. 電気−機械エネルギー変換素子と、前記電気−機械エネルギー変換素子が接合された振動板とを有し、前記振動板に形成された接触部に楕円運動が生成可能に構成された振動子と、
   前記振動子の接触部と加圧接触し前記楕円運動によって該振動子に対して相対移動する被駆動体と、を有する振動型駆動装置であって、
   前記被駆動体の少なくとも一部が強磁性体によって形成されることにより第一磁気部材を構成し、
   前記振動子の少なくとも一部が強磁性体によって形成されることにより、前記振動子と、前記振動子の支持部に接合され前記被駆動体の相対移動する方向に延出するヨークと、によって第二磁気部材を構成し、
   前記第一磁気部材または前記第二磁気部材のいずれか一方に永久磁石を設け、該第一磁気部材と該第二磁気部材との磁力による吸引力によって、前記被駆動体に前記振動子の接触部を加圧接触させることを特徴とする振動型駆動装置。
2. 前記振動子のうち前記振動板に形成された前記接触部のみが、強磁性体で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の振動型駆動装置。
3. 前記支持部は、前記振動板の振動部から前記被駆動体の相対移動する方向に延出した位置に形成され、前記被駆動体の相対移動する方向に延出する前記ヨークの端部と接合されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の振動型駆動装置。
4. 前記支持部と前記ヨークとが接合する接合部が、前記被駆動体の幅よりも狭い幅に構成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の振動型駆動装置。
5. 前記ヨークに前記永久磁石を配置すると共に、前記ヨークに配置された永久磁石に前記被駆動体の相対移動する方向に延出する第二のヨークを設けたことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の振動型駆動装置。

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