JP2012044787A - 超音波モータ - Google Patents

Abstract

【課題】構成が簡素で、容易に組み立てることができる超音波モータを提供すること。
【解決手段】超音波モータ１０は、圧電素子１３と保持部材１５と駆動子１７とによって１つのユニットとして組み立てられる振動子１１と、駆動子１７と接触し、駆動子１７から駆動力を伝達されて、楕円振動発生面の平面方向に直交する方向における軸である回転軸１７ａを中心軸として、駆動する駆動するロータ１９と、振動子１１を位置決めする位置決め溝３３を有し、振動子１１を収容するケース部材３１と、ケース部材３１に収容された駆動子１７をロータ１９に向けて押圧する押圧部材３７と、ロータ１９を回転可能に支持するロータ支持部材であるベアリング７３とを具備する。またロータ１９を貫通し、ロータ１９の回転中心となる中心軸（回転軸）１７ａと、駆動子１７とが、一体的に成型されている。
【選択図】 図７

Description

本発明は、例えばデジタルカメラの手振れ補正ユニットやＡＦレンズ等のアクチュエータとして用いられている回転型の超音波モータに関する。

近年、電磁型モータに代わる新しいモータとして、超音波モータが注目されている。超音波モータは、圧電素子などの振動子の振動を利用する。超音波モータは、従来の電磁型モータと比較して、ギアなしで低回転高トルクが得られる点、保持力が大きい点、高分解能である点、静粛性に富む点、磁気的ノイズを発生せず、また、磁気的ノイズの影響を受けない点等の利点を有している。

このような超音波モータは、例えば特許文献１に開示されている。この超音波モータでは、振動子は、互いに重ね合わさっている複数の板状の圧電素子と、圧電素子を上下両側から挟み込む弾性体と、圧電素子の上側に配設されている弾性体の表面に貼り付けられている被駆動体である耐磨耗材とから構成されている。この耐磨耗材には、ロータが押圧されている。

この超音波モータにおいて、振動子は、縦振動と捻り振動とを同時に励起し、これら２つの振動から楕円振動を発生する。楕円振動は、耐磨耗材に伝達され、耐磨耗材を介してロータを回転させる。

また上記とは異なる超音波モータにおいて、振動子は、圧電素子と、圧電素子を保持する保持部材と、圧電素子に配設される駆動子とから構成されている。駆動子には、ロータが直接当接している。そのため電圧が圧電素子に印加すると、縦振動と捻り振動とが励起し、楕円振動が発生し、この楕円振動は駆動子を介して被駆動体であるロータに直接伝達し、ロータが摩擦駆動する。
このような超音波モータにおいて、主要な構成部材がパッケージされ、ユニットとして構成されることが、超音波モータの汎用性と、超音波モータの特性の安定化とをもたらす。

特開平９−１１７１６８号公報

上述した特許文献１に開示されている超音波モータにおいて、振動子には圧電素子と弾性体とが必要となる、縦振動と捻り振動とが励起するために弾性体が圧電素子を挟み込む際に、弾性体を斜めにカットする必要がある、弾性体の一部に溝を配設する必要がある、といったように、超音波モータ（振動子）の構成が複雑になってしまう虞が生じる。

またこの超音波モータでは、振動子を貫通する軸と、振動子に配設される摩擦部材とが別部材となっているために、超音波モータの組立が困難になる虞が生じる。

本発明は、これらの事情に鑑みてなされたものであり、構成が簡素で、容易に組み立てることができる超音波モータ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、中心軸に垂直な断面が長方形状の長さ比率を有し、電圧に応動して縦振動と捻り振動とを励起し、前記縦振動と前記捻り振動とから楕円振動を発生する圧電素子と、前記捻り振動の節の位置にて前記圧電素子を保持する保持部材と、前記圧電素子の楕円振動発生面に配設される駆動子と、前記圧電素子と前記保持部材と前記駆動子とによって１つのユニットとして組み立てられる振動子と、前記駆動子と接触し、前記駆動子から駆動力を伝達されて、前記楕円振動発生面の平面方向に直交する方向における軸を中心に駆動する中空形状のロータと、前記振動子を位置決めする位置決め溝を有し、前記振動子を収容するケース部材と、前記ケース部材に収容された前記振動子を前記ロータに向けて押圧する押圧部材と、前記ケース部材に配設され、前記ロータを回転可能に支持するロータ支持部材と、を具備し、前記ロータを貫通し、前記ロータの回転中心となる中心軸と、前記駆動子とが、一体的に成型されていることを特徴とする超音波モータを提供する。

本発明によれば、構成が簡素で、容易に組み立てることができる超音波モータを提供することができる。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る超音波モータの斜視図である。 図２は、超音波モータの正面図である。 図３は、超音波モータの上面図である。 図４は、図３の４―４線における超音波モータの断面図である。 図５は、図３の５―５線における超音波モータの断面図である。 図６は、図５に示す超音波モータの斜視図である。 図７は、図６の矩形７におけるユニットを含む超音波モータ上部の拡大断面図である。

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１乃至図６を参照して第１の実施形態について説明する。
図３と図４とに示すように、超音波モータ１０は、超音波モータ１０の主要な構成部材である振動子１１を有している。
図３と図４とに示すように、振動子１１は、電圧に応動して、振動子１１の回転軸方向に伸縮する縦振動と振動子１１の回転軸を捩れ軸とする捻り振動とを励起し、これら２つの振動から楕円振動を発生する圧電素子１３と、圧電素子１３の捻り振動の節の位置にて圧電素子１３を保持する圧電素子保持部材（以下、保持部材１５）と、圧電素子１３の楕円振動発生面の一面に配設される駆動子１７とを有している。

図５と図６とに示すように、圧電素子１３は、中心軸に垂直な断面が長方形状の長さ比率を有する。圧電素子１３の上面１３ａは、縦振動と捻り振動とによって楕円振動が発生する圧電素子１３の楕円振動発生面となる。

保持部材１５は、コ字（凹）形状を有し、圧電素子１３の捻り振動の節の位置にそれぞれ嵌め込まれ、例えば接着剤などによってこの節の位置にて固着されている。

駆動子１７は、楕円振動発生面に配設されており、例えば接着剤などによって固着されている。

図５と図６とに示すように、保持部材１５と駆動子１７とは上述したように圧電素子１３に固着されるため、振動子１１は圧電素子１３と保持部材１５と駆動子１７とによって１つのユニットとして組み立てられる。１つのユニットとして組み立てられた振動子１１は、後述するケース部材３１によってパッケージ（内包）される。

また駆動子１７は、後述するロータ１９と接触し、ロータ１９を駆動させる駆動力をロータ１９に伝達する。この駆動子１７には、図６と図７とに示すように回転軸１７ａが一体的に成型されている。回転軸１７ａは、駆動子１７の中心に配設され、ロータ１９の回転中心となる。また回転軸１７ａは、ロータ１９を貫通しており、ロータ１９に当接する駆動子１７の接触面１７ｃに対して直角に立設されている。

この回転軸１７ａには、先端部７１ａが駆動子１７の基端部１７ｂに当接しないように圧入部材であるベアリング７１が圧入される。ベアリング７１は、中空の凸形状を有しており、回転軸１７ａに圧入される圧入部材となる。詳細については後述するが、ベアリング７１にはロータ１９とギア７５とが圧入され、ロータ１９にはベアリング７３が圧入される。そのため回転軸１７ａは、ベアリング７１と、ベアリング７１に圧入されるロータ１９とギア７５と、ロータ１９に圧入されるベアリング７３との位置決め部（中心軸）となる。

また駆動子１７は、接触面１７ｃにて被駆動体であるロータ１９と接触しており、ロータ１９を駆動させる駆動力をロータ１９に伝達する。

このロータ１９は、上述したように、駆動子１７と接触し、駆動子１７から駆動（回転）力を伝達されて、楕円振動発生面の平面方向に直交する方向（Ｚ軸方向）における軸である回転軸１７ａを中心（回転）軸として、駆動（回転）する。

ロータ１９は、中空の凸形形状を有している。つまりロータ１９は開口部１９ａを有しており、この開口部１９ａの周りは隆起している。図７に示すように、ロータ１９の開口部１９ａには、ロータ１９の中心軸である上述した回転軸１７ａが貫通している。開口部１９ａの直径は回転軸１７ａの直径よりも大きく、ロータ１９と回転軸１７ａとの間には空間部１９ｄが形成される。この空間部１９ｄには、上述したように回転軸１７ａに圧入されるベアリング７１が配設されている。

ベアリング７１には、ロータ１９と同様に中空の凸形状を有しているギア７５が圧入される。ギア７５が圧入されているベアリング７１が回転軸１７ａに圧入された際に、ギア７５は、ロータ１９の先端部１９ｆと接触し、ロータ１９と共に回転する。このときベアリング７１は、ギア７５を回転可能に支持するギア支持部材となる。

またギア７５は、図示しない外部の装置と噛み合っており、ロータ１９から伝達された駆動力を図示しない外部の装置に伝達し、装置を駆動する。
またギア７５は、ベアリング７１に圧入される際、ベアリング７１のフランジ部７１ｂに当接し、抜けを防止される。またギア７５は、ベアリング７１の先端部７１ａが駆動子１７に当接しないように、所望の厚みを有している。

またロータ１９の先端部１９ｆには、ロータ１９と同様に中空の凸形状を有しているベアリング７３が圧入される。言い換えるとベアリング７３の開口部７３ａには、ロータ１９の先端部１９ｆが圧入する。

ベアリング７３は、駆動子１７からの駆動力を無駄なくロータ１９に伝達するために、ロータ１９を駆動子１７の接触面１７ｃに向けて押圧し、ロータ１９を回転可能に支持するロータ支持部材である。またこのベアリング７３は、ロータ１９を駆動子１７の接触面１７ｃに押し付け、圧電素子１３が押圧部材３７の押圧力によって後述するケース部材３１から抜き出ることを防止する抜き出し防止部にもなる。このようなベアリング７３は、後述する締結部材７７によってケース部材３１に収容される。

図２と図５と図６とに示すように、圧電素子１３と保持部材１５とは、円筒形状を有するケース部材３１に収容される。つまりケース部材３１は、上述したように、１つのユニットとして組み立てられた振動子１１（圧電素子１３と保持部材１５）をパッケージ（内包・収容）する。

また図４乃至図６に示すように、ケース部材３１は、振動子１１を位置決めする位置決め溝３３を有している。位置決め溝３３は、コ字（凹）形状を有している。位置決め溝３３は、保持部材１５が引っ掛かる窪み３３ａを有している。位置決め溝３３は、ケース部材３１の長手軸方向に沿って配設され、保持部材１５が摺動可能な長溝である。位置決め溝３３は、保持部材１５に対応する位置に配設され、保持部材１５に合わせて２箇所配設されている。保持部材１５が位置決め溝３３に案内されて位置決め溝３３を摺動し窪み３３ａに引っ掛かって位置決めされることで、圧電素子１３を含む振動子１１のＸ軸方向とＹ軸方向との位置決めがなされ、振動子１１は位置決めされた状態でケース部材３１に内包される。つまりケース部材３１は、保持部材１５と位置決め溝３３と窪み３３ａを介して圧電素子１３（振動子１１）をＸ軸方向とＹ軸方向とにおいて位置決め保持している。

また図５と図６とに示すように、ケース部材３１は、底面にコ字（凹）形状の溝部３５を有している。溝部３５には、ケース部材３１に収容された圧電素子１３の底面１３ｂに接触し、圧電素子１３を介して駆動子１７（接触面１７ｃ、振動子１１）をロータ１９に向けて押圧する押圧部材３７が配設されている。押圧部材３７は、例えばコイルバネや板ばねなどである。

図１乃至図４に示すように、ケース部材３１の上面３１ａの縁３１ｂには、上述したベアリング７３が例えばネジ等の締結部材７７によって締結される。ベアリング７３は、ロータ１９を覆う蓋となる。ベアリング７３の外形は、ケース部材３１の外形と略同一である。ベアリング７３の開口部７３ａには、回転軸１７ａとベアリング７１とベアリング７３とが挿通する。また開口部７３ａには、ロータ１９の先端部１９ｆとギア７５の先端部７５ａとが配設される。

ベアリング７３が締結部材７７によって縁３１ｂに締結されロータ１９を覆った際、上述した押圧部材３７が所望の量撓むことで、押圧力が発生し、圧電素子１３が保持部材１５を介して位置決め溝３３に沿って押圧され、駆動子１７がロータ１９に押圧される。

またベアリング７３は、締結部材７７によってケース部材３１の上面３１ａの縁３１ｂに締結された際、上述したようにロータ１９を駆動子１７に向って押し付けて、駆動子１７からの駆動力が無駄なくロータ１９に伝達する。

次に本実施形態における超音波モータ１０の組立方法について説明する。
押圧部材３７は、溝部３５に配設される。
保持部材１５は圧電素子１３の捻り振動の節の位置に例えば接着剤などによって固着され、駆動子１７は楕円振動発生面（上面１３ａ）に例えば接着剤などによって固着される。これにより振動子１１は１つのユニットとして組み立てられる。そして振動子１１が保持部材１５を介して位置決め溝３３を摺動し位置決めされることで、振動子１１のＸ軸方向とＹ軸方向との位置決めがなされ、振動子１１は位置決めされた状態でケース部材３１によってパッケージ（内包）される。
このとき押圧部材３７は、圧電素子１３の底面１３ｂに接触する。

ベアリング７１は、ギア７５に圧入される。このときギア７５は、フランジ部７１ｂに当接し、ギア７５の抜けを防止される。
ベアリング７３は、ロータ１９の先端部１９ｆに圧入される。
またロータ１９は、先端部１９ｆがギア７５の先端部７５ａに当接するように、ベアリング７１に圧入される。

これによりベアリング７１とベアリング７３とロータ１９とギア７５とによって、ユニット８０が組み立てられる。

ユニット８０において、ベアリング７１は、回転軸１７ａに圧入される。このときベアリング７１とロータ１９とギア７５とベアリング７３とは、回転軸１７ａによって位置決めされる。

そしてロータ１９は、駆動子１７の接触面１７ｃに接触する。またベアリング７３は、締結部材７７によってケース部材３１の上面３１ａの縁３１ｂに締結される。これによりロータ１９は、駆動子１７に向けて押圧され駆動子１７の接触面１７ｃと所定の押圧力で強固に当接する。

またベアリング７１が回転軸１７ａに圧入されると同時に、押圧部材３７は圧電素子１３を介して駆動子１７をロータ１９に向けて押圧する。これにより駆動子１７はロータ１９に向けて押圧され、駆動子１７の接触面１７ｃはロータ１９と当接する。

このように駆動子１７とロータ１９、ロータ１９とギア７５とが当接した状態となる。

またベアリング７３は、圧電素子１３が押圧部材３７の押圧力によってケース部材３１から抜き出ることを防止する。

この状態で電圧が図示しないフレキを介して圧電素子１３に印加されると、圧電素子１３は、縦振動と捻れ振動とを励起し、駆動子１７により駆動力がロータ１９に伝達され、ロータ１９と共にギア７５が回転する。

そしてギア７５は、図示しない外部の装置へ駆動力を伝達する。

このように本実施形態では、振動子１１を圧電素子１３と保持部材１５と駆動子１７とによって１つのユニットとして組み立てることができ、弾性体を不要にでき、捩れ振動の周波数調整を行うために、縦振動と捩れ振動とを励起する一般的な超音波モータに配設されている溝部を不要にできるため、超音波モータ１０（振動子１１）の構成を簡素にすることができる。

また本実施形態では、駆動子１７と回転軸１７ａとを一体成型しているために、駆動子１７と回転軸１７ａの位置との精度を向上させることができる。また本実施形態では、回転軸１７ａによって、ベアリング７１とロータ１９とギア７５とベアリング７３とを位置決めすることができる。また本実施形態では、駆動子１７の接触面１７ｃに対して回転軸１７ａを直角にしているために、駆動子１７とロータ１９との位置精度を容易に向上させることができる。またこれらにより本実施形態では、超音波モータ１０の特性を安定でき、超音波モータ１０の組立後の調整作業を減らすことができ、超音波モータ１０を容易に組み立てることができる。

また本実施形態では、駆動子１７と回転軸１７ａとを一体成型しているので、ベアリング７１を回転軸１７ａに圧入すると同時に、ベアリング７１に圧入されているロータ１９を駆動子１７に接触することができる。このように本実施形態では、超音波モータ１０を容易に組み立てることができる。

また本実施形態では、ベアリング７１をギア７５に圧入し、ベアリング７３をロータ１９に圧入し、ロータ１９の先端部１９ｆがギア７５の先端部７５ａに当接するようにベアリング７１をロータ１９に圧入し、ベアリング７１を回転軸１７ａに圧入することで、超音波モータ１０を容易に組み立てることができる。

また本実施形態では、フランジ部７１ｂによって、ギア７５の抜けを防止でき、ベアリング７１が回転軸１７ａに圧入される際、ギア７５をロータ１９に押し付け、ギア７５とロータ１９とを当接させることができる。また本実施形態では、締結部材７７によって締結されるベアリング７３によって、ロータ１９を駆動子１７に向けて押圧でき、ロータ１９を駆動子１７の接触面１７ｃと当接させることができる。これにより本実施形態では、楕円振動を駆動子１７とロータ１９とギア７５とを介して図示しない外部の装置で伝達でき、図示しない外部の装置を駆動させることができ、超音波モータ１０を無駄なく駆動させることができる。

また本発明は、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。

１０…超音波モータ、１１…振動子、１３…圧電素子、１３ａ…上面、１３ｂ…底面、１３ｃ…側面、１５…保持部材、１７…駆動子、１７ａ…回転軸、１７ｂ…基端部、１７ｃ…接触面、１９…ロータ、１９ａ…開口部、１９ｄ…空間部、１９ｆ…先端部、３１…ケース部材、３１ａ…上面、３１ｂ…縁、３３…溝、３３ａ…窪み、３５…溝部、３７…押圧部材、７１…ベアリング、７１ａ…先端部、７１ｂ…フランジ部、７３…ベアリング、７３ａ…開口部、７５…ギア、７５ａ…先端部、７７…締結部材、８０…ユニット。

Claims (2)

1. 中心軸に垂直な断面が長方形状の長さ比率を有し、電圧に応動して縦振動と捻り振動とを励起し、前記縦振動と前記捻り振動とから楕円振動を発生する圧電素子と、
   前記捻り振動の節の位置にて前記圧電素子を保持する保持部材と、
   前記圧電素子の楕円振動発生面に配設される駆動子と、
   前記圧電素子と前記保持部材と前記駆動子とによって１つのユニットとして組み立てられる振動子と、
   前記駆動子と接触し、前記駆動子から駆動力を伝達されて、前記楕円振動発生面の平面方向に直交する方向における軸を中心に駆動する中空形状のロータと、
   前記振動子を位置決めする位置決め溝を有し、前記振動子を収容するケース部材と、
   前記ケース部材に収容された前記振動子を前記ロータに向けて押圧する押圧部材と、
   前記ケース部材に配設され、前記ロータを回転可能に支持するロータ支持部材と、
   を具備し、
   前記ロータを貫通し、前記ロータの回転中心となる中心軸と、前記駆動子とが、一体的に成型されていることを特徴とする超音波モータ。
2. 前記回転軸は、前記ロータに当接する前記駆動子の接触面に対して直角に立設され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。

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