JP2015043668A - 超音波モータ - Google Patents

Abstract

【課題】超音波モータにおいて、製造上不可避な寸法差が固体差として存在するため、ロータと振動子との間で良好な摩擦接触状態を保つことが困難であった。
【解決手段】振動板と、前記振動板に振動を発生させる圧電素子とを有する振動子と、前記振動子を保持する第１の保持部材と、前記第１の保持部材を支持する固定部材とを備え、前記振動板と接触する接触面を有し、前記振動により前記固定部材に対して移動する被駆動体と、前記第１の保持部材と前記固定部材との一方は第１嵌合突起を有し、他方は前記第１嵌合突起を受容する第１位置決め穴を有し、前記第１の保持部材は、前記第１嵌合突起を前記第１位置決め穴に挿嵌することにより、前記接触面に垂直な方向に移動可能に前記固定部材に支持される超音波モータにより解決する。
【選択図】図２

Description

本発明は、振動子に楕円振動を発生させ、その振動により、振動子に対して被駆動体を移動するように駆動する超音波モータに関する。

従来から無音動作、低速から高速までの駆動が可能、高トルク出力などの特徴をいかして、例えば、カメラやレンズの駆動源として超音波モータが採用されている。

たとえば、特許文献１に開示された超音波モータでは、回転軸を有する円環状の被駆動体と複数の振動子とから構成されている。その振動子は被駆動体に対して加圧された摩擦接触状態で、円環状の被駆動体上に所定の間隔を隔てて配置される。

摩擦接触状態では、上記振動子に超音波振動が励起されると、振動子の被駆動体と接している部分に楕円運動が生じ、振動子に対して被駆動体が移動して被駆動体が回転軸を中心に回転駆動する。上記振動子から被駆動体への加圧力は、振動子の中央付近に設定された振動の節にあたる中立軸付近をホルダ部材、押圧部材を介して板バネにより付勢することで得られる。そして、その加圧力の調節は、上記板バネの固定部近傍に設けられたビスと調整ワッシャーによってなされる。

特許第４６６７８３９号 特開２００４−３０４８８７号明細書

しかしながら、特許文献１ に開示された超音波モータにおける振動子の保持機構では、摩擦接触状態を良好に保つことが困難であるという問題があった。

特許文献１に開示された超音波モータでは、被駆動体と接している振動子の部分（以下突起部と称す）が駆動方向に二つ並んだ構成となっている。そのため、被駆動体と良好な摩擦接触状態を保つには、被駆動体の接触面に倣って振動子からの加圧力を均等化するように二つの突起部が駆動方向に多少傾くように連動することが必要となる。

一方、駆動方向と直交する方向（以下、駆動直交方向）における被駆動体と振動子との接触長が短いため、その突起部が倒れやすく、駆動方向と直交する方向に片当たりしてしまうおそれがある。そのため、できるだけ振動子を駆動直交方向に傾けないで、この倒れを軽減することが必要となる。以上のような構成において、保持手段により加圧方向に移動可能に振動子を保持する場合、保持手段と振動子の突起部との間に設ける所定の隙間を大きくすると、突起部は、駆動方向に加圧力を均等化するように適切に連動することができる。

しかし、一方で、駆動直交方向には倒れやすくなる。逆に、その隙間を小さくすると、駆動直交方向への倒れは軽減できるが、駆動方向に加圧力を均等化するように適切に連動することが困難になる。したがって、駆動方向と駆動直交方向とのどちらの方向にも良好な摩擦接触状態を実現することが困難な構成となっていた。

本発明は、上述の問題を解決するためになされたものであり、振動子に発生する楕円振動により被駆動体を駆動する超音波モータにおいて、良好な摩擦接触状態を保つことが可能な超音波モータを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の超音波モータは以下のような構成としている。

振動板と、前記振動板に振動を発生させる圧電素子とを有する振動子と、前記振動子を保持する第１の保持部材と、前記第１の保持部材を支持する固定部材とを備え、前記振動板と接触する接触面を有し、前記振動により前記固定部材に対して移動する被駆動体と、前記第１の保持部材と前記固定部材との一方は第１嵌合突起を有し、他方は前記第１嵌合突起を受容する第１位置決め穴を有し、前記第１の保持部材は、前記第１嵌合突起を前記第１位置決め穴に挿嵌することにより、前記接触面に垂直な方向に移動可能に前記固定部材に支持される超音波モータにより解決する。

本発明によれば、振動子に発生する楕円の振動により被駆動体を駆動する超音波モータにおいて、良好な摩擦状態を保つことが可能な超音波モータを提供することができる。

超音波モータ全体を示す斜視図である。 超音波モータを分解した状態を示す斜視図である。 振動板と第１の保持部材の連結状態を示した拡大斜視図である。 各部材を組込んだ状態を示した拡大断面図である。 各部材を組込んだ状態を示した拡大断面図である。 各部材を組込んだ状態を示した拡大断面図である。 各部材を組込んだ状態を示した拡大断面図である。 ロータが傾いた状態を示した拡大断面図である。 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）のそれぞれ、実施例２における各部材を組込んだ状態を示す拡大断面図である。 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）のそれぞれ、実施例３における各部材を組込んだ状態を示す拡大断面図である。

［実施例１］
以下、図を用いて本発明の実施形態について説明する。なお、本実施例の超音波モータは、デジタルカメラ用のレンズ鏡筒などの駆動用アクチュエータとしてユニット化した回転駆動型モータを例に説明する。

図１および図２は、本発明の一実施形態である超音波モータを示す図である。図１は超音波モータ全体を示す斜視図であり、図２は図１の超音波モータを分解した状態を示す斜視図である。なお、それぞれの図において同一部材は同一符号で図示される。なお、図１においては、図の煩雑さを防ぐため、３組の振動子のうち、手前に示される１組の振動子のみに符号を付している。

超音波モータ１は、被駆動体たるロータ１０１と、ロータ１０１に駆動力を付与する振動子２ａ，２ｂ，２Ｃと、固定部材たる基台１０７と、第１の保持部材１０４と、緩衝材たるフェルト１０５と、第２の保持部材１０６とを具備する。

被駆動体たるロータ１０１は環形状を有し、その一の面に、振動子２ａ，２ｂ，２ｃが摩擦接触する接触面１０１ａを備える。振動子２ａは、振動板１０２と、圧電素子１０３とから構成される。圧電素子１０３は、振動板１０２に、たとえば、接着剤などにより圧着されることによって取り付けられる。圧電素子１０３が圧着される側と反対側の振動板１０２は、ロータ１０１の接触面１０１ａに接触し、摩擦接触状態で加圧され保持される。本実施例では、ロータ１０１の円周を３等分する位置に、３組の振動子２ａ，２ｂ，２ｃのそれぞれの中央が位置するように配置される。そして、それぞれがロータ１０１の環形状の円周方向（実際には、円周の接線方向に）駆動力を付与する。

本実施例では、３組の振動子２ａ，２ｂ，２ｃを例に説明しているが、振動子の個数は３個に限られない。ｎ組(ｎは自然数)の振動子を使用する際に、被駆動体たるロータ１０１の環形状の円周をｎ等分した位置にそれぞれの振動子の中央が位置すればよい。

圧電素子１０３により励起される振動板１０２の振動が、ロータ１０１の接触面１０１ａに伝達されて、振動子２ａに対してロータ１０１が移動する駆動力が生じる。その駆動力が付与されたロータ１０１は、振動子２ａに対してロータ１０２の円周方向に回転する。本実施例のように、ロータ１０１が回転駆動する系では、駆動方向（移動方向）とはロータ１０１が振動子２ａに対して移動する周方向に対応し、駆動直交方向（移動方向と直交する方向）とは、ロータ１０１の径方向に対応する。

固定部材たる基台たる基台１０７は、代表的には、被駆動体たるロータ１０１の環状形状とほぼ対応する環状形状（リング形状）の部材である。基台１０７は、３組の振動子２ａ，２ｂ，２ｃが配置された際に、それぞれの位置に貫通穴１０７ａを有している。以下の説明において、３組の振動子のうち、振動子２ａを代表例として説明するが、振動子２ｂ，２ｃも、振動子２ａと同じ構成および機能を有する。

第１の保持部材１０４は、振動子２ａを直接保持する。第１の保持部材１０４は、その両端付近に２つの第１嵌合突起たるダボ部１０４ｂを有し、基台１０７はダボ部１０４ｂの受容が可能な所定の第１位置決め穴を有する。第１の保持部材１０４のダボ部１０４ｂが基台１０７の所定の第１位置決め穴に挿嵌されて、基台１０７に第１の保持部材１０４が保持される。

これにより、振動子２ａは、基台１０７に対して保持される。また、振動子２ａは、振動子２ａがロータ１０１の環形状の円周の接線方向に延在するように、第１の保持部材１０４に保持される。また、第１の保持部材１０４は、接触面１０１ａと対向する側の基台１０７の面（以下、ロータ対向面１０７ｂ）側で、第１の保持部材１０４に保持される。第１の保持部材１０４は、その中央部に、第１の保持部材１０４の表裏を貫通する開口１０４ｃが形成されている。

また、第２の保持部材１０６にはその両端付近に第２嵌合突起たるダボ部１０６ｂが配置され、基台１０７はダボ部１０６ｂの受容が可能な所定の第２位置決め穴を有する。第２の保持部材１０６は、振動子２ａが基台１０７に対して延在するように、第１の保持部材１０４の開口１０４ｃ内に挿嵌されるように配置され、保持される。また、第２の保持部材１０６は、ロータ対向面１０７ｂ側で、ダボ部１０６ｂが基台１０７の所定の第２位置決め穴に挿嵌されて保持される。すなわち、第１の保持部材１０４と第２の保持部材１０６は、ロータ１０１と基台１０７との間に位置して、基台１０７に保持されることになる。

圧電素子１０３と第２の保持部材１０６との間には、圧電素子１０３の振動を吸収するために、緩衝材たるフェルト１０５が挿入される。第２の保持部材１０６は、第１の保持部材１０４の開口１０４ｃ内で、加圧手段の加圧力を緩衝材たるフェルト１０５を介して振動子２ａに伝達し、振動子２ａをロータ１０１に加圧した状態で接触させる。基台１０７の形状は、振動子２ａがロータ１０１の環形状の円周の接線方向に延在するように、配置できる限り、必ずしも、リング形状には限られない。

固定部材たる基台１０７のロータ対向面１０７ｂと反対側の面（以下、加圧面１０７ｃ）には、加圧手段が取り付けられる。加圧手段は、加圧軸１０８と、板バネ１０９とからなる。

加圧軸１０８は、基台１０７の貫通穴１０７ａに挿嵌され、接触面１０１ａに垂直な方向にのみ移動可能に保持されている。加圧軸１０８は、加圧軸１０８の先端が第２の保持部材１０６に接触した状態で、加圧軸１０８の後端が基台１０７の加圧面１０７ｃから突出する長さを有している。

固定部材たる基台１０７の加圧面１０７ｃには、板バネ１０９が取り付けられる。板バネ１０９は、加圧軸１０８の後端の上に板バネ１０９が位置し、加圧軸１０８の後端を板バネ１０９が押して加圧するように、その両端が２本のビス１１０にて基台１０７に固定されている。板バネ１０９が加圧軸１０８の後端を加圧することにより、加圧軸１０８の先端が第２の保持部材１０６をロータ１０１の方向に付勢する。その付勢により、加圧手段からの加圧力を受けた第２の保持部材１０６は、緩衝材たるフェルト１０５に加圧力を伝達する。そして、第２の保持部材１０６は、フェルト１０５を介して、振動子２ａに対して加圧手段からの加圧力を伝達し、振動子２ａをロータ１０１の接触面１０１ａに加圧して接触させる。

超音波モータは、以上の構成によりユニット化される。実際のレンズ鏡筒などに組み込まれる際には、ロータ１０１をフォーカスやズーム機構に連結して駆動する。

次に、超音波モータの振動子２ａの部分について、さらに、詳細に説明する。図３は図１および２における振動子２ａにおいて、振動板１０２が第１の保持部材１０４と連結する状態を説明するための拡大斜視図であって、ロータ１０１の接触面１０１ａ側からみた図である。

振動板１０２は、その中央に平板部１０２ａと、その両端から振動板１０２の長手方向に向けてそれぞれ延出する２つの腕部１０２ｄとを具備する。その２つの腕部１０２ｄのそれぞれにおいて、平板部１０２ａと反対側に配置される２つの接合部１０２ｃとが、一体で形成されている。

平板部１０２ａの一方の面上には、２か所の突起部１０２ｂが形成される。突起部１０２ｂは、ロータ１０１の接触面１０１ａと当接するように機能する。突起部１０２ｂのそれぞれにおいて、ロータ１０１の接触面１０１ａと当接する接触端面は、その２つの接触端面が同一面となるように形成される。また、突起部１０２ｂのそれぞれの接触端面は、ロータ１０１の接触面１０１ａとの当接状態を良好にするため、製造時には研磨工程などにより、均一な面として、仕上げられる。

一方、平板部１０２ａの突起部１０２が形成される面の反対の面には圧電素子１０３が接着剤などにより圧着されている。圧電素子１０３は複数の圧電素子膜を積層して一体化したものである。圧電素子１０３に接合されたフレキシブルプリント基板（不図示）を介して、所望の交流電圧が印加され、振動板１０２に２つの振動モードを励起する。このとき２つの振動モードの振動位相が所望の位相差となるように設定して、図３の矢印で示すように、突起部１０２ｂに、振動板１０２の長手方向に楕円運動を発生させる。３組の振動子２ａ，２ｂ，２ｃのそれぞれで、ロータ１０１を形成する環形状の同一の円周方向の楕円運動を発生させ、振動子２ａ，２ｂ，２ｃのそれぞれロータ１０１の接触面１０１ａに伝達することで、ロータ１０１を回転駆動させることが可能となる。なお、圧電素子１０３の積層構造や振動モードに関する詳細は、特許文献２に記載されている内容と同様であるため、詳細な説明は省略する。

次に、振動板１０２の両端の接合部１０２ｃは、溶接や接着などにより、第１の保持部材１０４の両端に形成され一段高い平面部１０４ａと接合されて保持される。このとき、振動板１０２の平板部１０２ａは、第１の保持部材１０４の開口１０４ｃを覆うように第１の保持部材１０４に保持されている。このとき、振動子２ａは、第１の保持部材１０４の開口１０４ｃの側に圧電素子１０３が位置するように第１の保持部材１０４に保持されている。圧電素子１０３の上には緩衝材たるフェルト１０５が取り付けられる。

腕部１０２ｄは、平板部１０２ａや接合部１０２ｃに対しては十分に細い形状となっており、平板部１０２ａに発生する振動を接合部１０２ｃに伝達しにくい構成となっている。換言すると、第１の保持部材１０４が、平板部１０２ａに発生する振動を阻害しないように連結するための役割を担っている。

前記のとおり、第１の保持部材１０４の開口１０４ｃには、第２の保持部材１０６が挿嵌され、第２の保持部材１０６が緩衝材たるフェルト１０５を介して平板部１０２ａを加圧する構成となっている。圧電素子１０３が第１の保持部材１０４の開口１０４ｃの側に位置するので、加圧手段からの加圧力の伝達においては、第２の保持部材１０６は緩衝材たるフェルト１０５を介して圧電素子１０３に対して加圧することになる。また、特に、第２の保持部材１０６が緩衝材たるフェルト１０５を介して平板部１０２ａを加圧する箇所は、２つの突起部１０２ｂの間であることが好ましい。この詳細を図４の断面図を用いて、さらに、説明する。

図４（a）、図４（b）、図４（c）および図４（d）のそれぞれは、振動子２ａの各部材が組込まれて基台１０７に保持されて、ロータ１０１上に配置された状態を示す拡大断面図である。図４(a)は、図３における振動板１０２の２か所の突起部１０２ｂの中心を結ぶ線を含む面を切断面とした断面図であって、駆動直交方向からみた断面図となっている。図４(b)は、図４（a）に直交し、中心を通過する断面図であって、駆動方向からみた断面図となっている。図４(c)は、図４(b)に平行で、後述する第１の保持部材１０４のダボ部１０４ｂの中心を通過する断面となっている。図４(d)は、図４(b)に平行で、後述する第２の保持部材１０６のダボ部１０６ｂの中心を通過する断面となっている。

ここで、図４(a)、図４(b)において、理解の便宜上、振動板１０２の２か所の突起部１０２ｂからの距離が等しく、ロータ１０１の軸方向に平行に延在する仮想の中心線２０１を定義する。また、２つの突起部１０２ｂの中間点を通過しロータ１０１の軸方向に平行に延在する仮想の中心線２０２を定義する。中心線２０１と中心線２０２とは、ロータ１０１の環形状の中心軸方向と平行である。

振動板１０２の突起部１０２ｂの接触端面はロータ１０１の接触面１０１ａと当接し、摩擦接触状態にある。また、振動板１０２に圧着される圧電素子１０３が接合され、また、両端の接合部１０２ｃにおいて、２か所の平面部１０４ａで第１の保持部材１０４と接合されている。そして、第１の保持部材１０４の中央の開口１０４ｃに、緩衝材たるフェルト１０５、第２の保持部材１０６が、挿嵌されている。第１の保持部材１０４は２つのダボ部１０４ｂが基台１０７の所定の第１位置決め穴に挿嵌されることで位置決めされ、中心線２０１と平行な方向に移動可能な構成となっている。すなわち、基台１０７は、第１の保持部材１０４の第１嵌合突起たるダボ部１０４ｂが基台１０７の所定の第２位置決め穴へ挿嵌されることにより、ロータ１０１の接触面１０１ａに垂直な方向に移動可能に、前記第１の保持部材１０４を支持する。

第２の保持部材１０６の２つの第２嵌合突起たるダボ部１０６ｂは、基台１０７の所定の第２位置決め穴に嵌合して位置決めされ、中心線２０１と平行な方向にそれぞれ移動可能な構成となっている。すなわち、第２の保持部材１０６のダボ部１０６ｂが基台１０７の所定の第２位置決め穴へ挿嵌されることにより、ロータ１０１の接触面１０１ａに垂直な方向に移動可能に、基台１０７が第２の保持部材１０６の支持を行う。

また、第１の保持部材１０４と第２の保持部材１０６との間には、図４(a)、図４(b)に示すように、わずかな隙間が形成され、接触しないように構成される。

第２の保持部材１０６の基台１０７と対向する面の中央付近には、凸部１０６ｅが設けられている。凸部１０６ｅの形状は、たとえば、第２の保持部材１０６の２つのダボ部１０６ｂの中間点を通り、ロータ１０１の直径方向と並行な方向を軸方向とする仮想の円筒形状２０３の一部の曲面とすることができる。

加圧軸１０８の先端は平面であり、後端は凸部１０６ｅには加圧軸１０８の先端の平面部が接触している。基台１０７の貫通穴１０７ａと加圧軸１０８との間には、製造上の公差を考慮して、僅かな隙間がある。図４(a)に示す駆動直交方向からみると、凸部１０６ｅと加圧軸１０８との接触はロータ１０１の直径方向と平行な方向に延在する線接触となるので、円筒形状２０３の中心を回転中心（駆動直交方向周り）として、傾斜が可能な構成となっている。逆に、図４(b)に示す駆動方向からみると、凸部１０６ｅと加圧軸１０８との接触はロータ１０１の直径方向と平行な方向に延在する線接触となる。したがって、ロータ１０１の接線方向周りに凸部１０６ｅと加圧軸１０８との間の隙間がなく、傾斜できない構成となっている。

一方、第２の保持部材１０６は、ダボ部１０６ｂで基台１０７の穴部に嵌合して位置決めされているため、嵌合ガタの範囲でわずかに傾斜可能な構成となっている。

第１の保持部材１０４のダボ部１０４ｂの表面と基台１０７の所定の位置決め穴の内面との駆動方向（ロータ１０１の周方向）における隙間をＴ１とする。また、第２の保持部材１０６のダボ部１０６ｂの表面と基台１０７の所定の位置決め穴の内面との駆動方向における隙間をＴ２とする。第１の保持部材１０４と第２の保持部材１０６は、隙間Ｔ１、Ｔ２の範囲内で、駆動方向に傾斜できる構成となっている。第１の保持部材１０４と基台１０７の嵌合長をＬ１、第２の保持部材１０６と基台１０７の嵌合長をＬ２とした場合、駆動方向の傾斜可能角度θ１、θ２は下記のように表される。
θ１＝ａｔａｎ（Ｔ１／Ｌ１） ・・・（１）
θ２＝ａｔａｎ（Ｔ２／Ｌ２） ・・・（２）

ここでＴ１＝Ｔ２＝０．１ミリメートル（ｍｍ）、Ｌ１＝Ｌ２＝３ミリメートル（ｍｍ）とすると、傾斜可能角度θ１、θ２は下記のように算出される。
θ１＝θ２
＝ａｔａｎ（０．１０／３）
＝０．０３３ [ラジアン（rad）]
＝１．９ [度（°）] ・・・（３）

このように駆動方向の隙間Ｔ１，Ｔ２と嵌合長Ｌ１、Ｌ２を適切に設定することで、第１の保持部材１０４及び第２の保持部材１０６を駆動方向の傾斜を所望の量の程度に抑えることができる。これにより、駆動方向において、振動板１０２の二つの突起部１０２ｂの接触端面を、ロータ１０１の接触面１０１ａに倣わせることができ、ロータ１０１に対する振動子の駆動方向の荷重均等化の程度を向上させることが可能となる。

次に、加圧軸１０８は、基台１０７の中央付近に形成された穴部に嵌合し、中心線２０１方向にのみ移動可能に保持される。加圧軸１０８の後端側は、先端が面取りされた曲面で、基台１０７に取り付けられた際に、駆動方向にむかった傾斜を有するテーパ形状である。第２の保持部材１０６の凸部１０６ｅに先端が接触するし加圧軸１０８の後端側は、板バネ１０９に接触している。板バネ１０９は、加圧軸１０８の先端を第２の保持部材１０６の凸部１０６ｅに押し付けられるように加圧変形した状態で接触している。板バネ１０９は、その両端部をビス１１０によって基台１０７に固定される。そして、この板バネ１０９の変形による加圧力を、加圧軸１０８、第２の保持部材１０６、緩衝材たるフェルト１０５を介して、圧電素子１０３と一体化された振動板１０２へ伝達し、ロータ１０１へ加圧することが可能となっている。なお、板バネ１０９は、形状を円弧に沿うような形とし、できるだけ長く薄い板材で形成し、バネ定数を小さくするようにしている。そうすることで、部品の誤差が生じた場合でも、加圧力のばらつきを小さく抑えることが可能となる。

なお、本実施例では、振動板１０２を位置決め保持する第１の保持部材１０４と、加圧保持する第２の保持部材１０６がそれぞれ別個に設ける構成としている。ロータ１０１に円周方向にのみそれぞれが移動可能であって、ロータ１０１の径方向には移動しない第１の保持部材１０４と第２の保持部材の進退機構を構成する。したがって、振動板１０２を振動に対する影響が少ない両端の接合部１０２ｃで保持する。そして、緩衝材たるフェルト１０５と圧電素子１０３とを介して、振動板１０２の突起部１０２ｂの接触端面側を、ロータ１０１の接触面１０１ａに対して加圧することが可能となる。また、個体ごとに、製造公差範囲内で圧電素子１０３や緩衝材たるフェルト１０５の厚みの差が生じた場合でも、第１の保持部材１０４と第２の保持部材の進退機構により、固体ごとに生じる寸法の差異を吸収することができ、量産性の高い構成となっている。さらに、落下や衝撃でロータ１０１と基台１０７の間隔が小さくなるような力が働いた場合にも、第１の保持部材１０４と第２の保持部材の進退機構により吸収することができるので、振動板１０２に無理な力が加わらず、破壊を防ぐ効果がある。さらには、このような力は、第２の保持手段１０６から緩衝材たるフェルト１０５を介して、圧電素子１０３および振動子１０２に伝えられるので、振動子１０２や圧電素子１０３を破壊することがない。

図４(c)は、図４(b)に平行な面を示した図であって、第１の保持部材１０４のダボ部１０４ｂの中心を通過する断面を示した図である。第１の保持部材１０４は、ダボ部１０４ｂが基台１０７の所定の位置決め穴に嵌合されて、保持されている。第１の保持部材１０４のダボ部１０４ｂの表面と基台１０７の位置決め穴の内面との駆動直交方向の隙間をＴ３とする。第１の保持部材１０４の駆動直交方向への傾斜は、隙間Ｔ３の範囲に制限される。第１の保持部材１０４と基台１０７の嵌合長をＬ１とした場合、駆動直交方向の傾斜可能角度θ３は下記のように表される。
θ３＝ａｔａｎ（Ｔ３／Ｌ１） ・・・（４）

ここでＴ３＝０．０３ミリメートル（ｍｍ）、Ｌ１＝３ミリメートル（ｍｍ）とすると、傾斜可能角度θ３は下記のように算出される。
θ３＝ａｔａｎ（０．０３／３）
＝０．０１ [ラジアン（rad）]
＝０．６ [度（°）] ・・・（５）

このように駆動直交方向の隙間Ｔ３と嵌合長Ｌ１を適切に設定することで、第１の保持
部材１０４の駆動直交方向への傾斜を制限することができる。これにより、第１の保持部材１０４が駆動直交方向に傾いて、振動板１０２の突起部１０２ｂの上端面とロータ１０１の接触面１０１ａの摩擦接触状態が悪化することを軽減することが可能となる。

以上のような構成により、第１の保持部材１０４がダボ部１０４ｂと基台１０７の所定の位置決め穴に嵌合される際に、駆動方向の隙間Ｔ１よりも駆動直交方向の隙間Ｔ３を小さく設定する。これにより、駆動方向の加圧力の均等化と駆動直交方向の倒れ軽減の両立が可能となる。すなわち、隙間Ｔ１は、ロータ１０１の駆動方向についての第１の保持部材１０４のダボ部１０４ｂの表面と基台１０７の位置決め穴の内面との間の寸法とする。また、隙間Ｔ３は、ロータ１０１の駆動方向と直交する方向についての第１の保持部材１０４のダボ部１０４ｂの表面と基台１０７の位置決め穴の内面との間の寸法とする。この条件で、隙間Ｔ３の寸法を隙間Ｔ１の寸法よりも小さく設定すればよい。これにより、振動板１０２の突起部１０２ｂの上端面とロータ１０１の接触面１０１ａとの間の良好な摩擦接触状態を保つことが可能となる。

図４(d）は、図４(b）に平行な面を示した図であって、第２の保持部材１０６のダボ部１０６ｂの中心を通過する断面である。第２の保持部材１０６は、ダボ部１０６ｂが基台１０７の所定の位置決め穴に嵌合されて、保持されている。第２の保持部材１０６のダボ部１０６ｂと基台１０７の穴部の駆動直交方向の隙間をＴ４とする。そうすると、第２の保持部材１０６の駆動直交方向への傾斜は、隙間Ｔ４の範囲に制限される。第２の保持部材１０６と基台１０７の嵌合長をＬ２とした場合、駆動直交方向の傾斜可能角度θ４は下記のように表される。

θ４＝ａｔａｎ（Ｔ４／Ｌ２） ・・・（６）
ここでＴ４＝０．０３ミリメートル（ｍｍ）、Ｌ２＝３ミリメートル（ｍｍ）とすると、傾斜可能角度θ４は下記のように算出される。
θ４＝ａｔａｎ（０．０３／３）
＝０．０１ [ラジアン（rad）]
＝０．６ [度(°)] ・・・（５）

このように駆動直交方向の隙間Ｔ４と嵌合長Ｌ２を適切に設定することで、第２の保持部材１０６の駆動直交方向への傾斜を制限することができる。これにより、第２の保持部材１０６が駆動直交方向に傾いて、振動板１０２の突起部１０２ｂの上端面とロータ１０１の接触面１０１ａの摩擦接触状態が悪化することを軽減することが可能となる。

第２の保持部材１０６のダボ部１０６ｂと基台１０７の穴部の嵌合においても、駆動方向の隙間Ｔ２よりも駆動直交方向の隙間Ｔ４を小さく設定する。そうすると、駆動方向の加圧力の均等化と駆動直交方向の倒れ軽減の両立が可能となる。これにより、振動板１０２の突起部１０２ｂの上端面とロータ１０１の接触面１０１ａとの間の良好な摩擦接触状態を保つことが可能となる。すなわち、隙間Ｔ２は、ロータ１０１の駆動の方向についての第２の保持部材１０６のダボ部１０６ｂの表面と基台１０７の所定の位置決め穴の内面との間の寸法とする。隙間Ｔ４の寸法は、ロータ１０１の駆動の方向と直交する方向についての第２の保持部材１０６のダボ部１０６ｂの表面と基台１０７の所定の位置決め穴の内面との間の寸法とする。この条件で、隙間Ｔ４の寸法を、隙間Ｔ２の寸法よりも小さく設定すればよい。

図５は、図４(a)に対応した断面図で、ロータ１０１が傾いた状態を示す。図において、振動板１０２の突起部１０２ｂは、ロータ１０１の接触面１０１ａに追従し、摩擦接触状態を保つことができている。

これは、ロータ１０１の傾斜に合わせて、振動板１０２と圧電素子１０３からなる振動子が傾斜し、それに連結された第１の保持部材１０４が傾斜する。さらに、第２の保持部材１０６は、円筒面で形成された凸部１０６ｅの円筒中心を回転中心として、振動子２ａの傾きに追従し、緩衝材たるフェルト１０５を介して傾斜する。

よって、各部材の寸法誤差や組立誤差で傾きが生じた場合や、駆動時の振動や外乱により傾きが生じた場合でも、振動板１０２の２か所の突起部１０２ｂにおける安定した摩擦接触状態を保つことが可能となる。すなわち、ロータ１０１に対する振動子２ａの加圧力の均等化の機能を向上させることが可能となっている。なお、図５の説明では、傾いた状態を分かりやすく説明するため傾き量を誇張して表示している。実際の傾き量は、第１の保持部材１０４と第２の保持部材１０６の基台１０７に対する嵌合隙間Ｔ１及びＴ２の分だけである。

以上のように、本実施例では、振動板１０２を保持する第１の保持部材１０４と第２の保持部材１０６を別個に設ける構成としたので、簡単な構成で振動子を被駆動体に対して安定して加圧することが可能となる。

なお、本実施例では、緩衝材たるフェルト１０５を介して圧電素子１０３の中央付近の広い面積を加圧する構成としたが、振動の節に対応した部分にのみ第２の保持部材１０６に突起を設け、節部付近のみを加圧する構成としてもよい。そうした方が圧電素子１０３の振動をより阻害しないため、消費電力を抑止する効果が期待される。

以上述べてきたように、第１の保持部材１０４のダボ部１０４ｂと基台１０７の穴部の嵌合において、駆動方向の隙間Ｔ１よりも駆動直交方向の隙間Ｔ３を小さく設定することで、駆動方向のイコライズ性と駆動直交方向の倒れ軽減の両立が可能となる。これにより、振動板１０２の突起部１０２ｂの上端面とロータ１０１の接触面１０１ａとの間の良好な摩擦状態を保つことが可能な超音波モータを提供することができる。

また、上記実施例は回転駆動を例に説明したが、これに限定されることはなく、例えば、直線駆動においても適用可能である。その場合、駆動方向とは、円周方向に限られず、被駆動体１０１が移動する方向と定義され、駆動直交方向とは接触面１０１ａに平行で駆動方向と直交する方向に対応する。

［実施例２］
実施例２は実施例１の変形例で、実施例１における基台１０７の穴部と嵌合している第２の保持部材１０６のダボ部１０６ｂをなくした例である。

図６(a)、図６(b)、図６(c)は、各部材を組込んだ状態を示す拡大断面図で、図４(a)、図４(b)、図４(c)にそれぞれ対応している。実施例１と同様の部材には同様の記号を付し、詳細な説明を省略する。図６(a)、図６(b)、図６(c)において、第２の保持部材３０１は、第１の保持部材１０４の中央付近に設けられた開口１０４ｃに挿嵌されて配置されており、中心線２０１および中心線２０２方向にのみ移動可能な構成となっている。これ以外の構成は実施例１と同様であり、ロータ１０１の傾斜に合わせて傾斜可能な構成となっている。

第２の保持部材３０１は、実施例１に比べて軸部がなくなり、よりシンプルな構成となっている。したがって、製造の量産性が向上するため、材料としてはプラスティック樹脂のみならず、金属やセラミックなど幅広い材質から選択することが可能となる。

また、図５のように傾斜時において、実施例１では第１の保持部材１０４と第２の保持部材１０６が振動子を介して別個に傾斜する構造となっていた。しかしながら、実施例２では、第１の保持部材１０４の開口１０４ｃに第２の保持部材１０６が嵌合している。そのため、第１の保持部材１０４の傾きに追従して第２の保持部材１０６が追従して傾斜することができ、第１の保持部材１０４と第２の保持部材１０６が一体的に傾斜することが可能である。

実施例１と同様に、第１の保持部材１０４のダボ部１０４ｂが基台１０７の所定の位置決め穴に嵌合される際に、駆動方向の隙間Ｔ１よりも駆動直交方向の隙間Ｔ３を小さく設定する。それで、駆動方向の加圧力の均等化と駆動直交方向の倒れ軽減の両立が可能となる。これにより、振動板１０２の突起部１０２ｂの上端面とロータ１０１の接触面１０１ａとの間の良好な摩擦接触状態を保つことが可能となる。

［実施例３］
実施例３は実施例１の変形例である。実施例１では、第１の保持部材１０４が第１嵌合突起たるダボ部１０４ｂを有し、基台１０７が所定の位置決め穴を有していた。実施例３では、この第１嵌合突起と位置決め穴の関係を入れ替えた例であり、基台３０３が第１嵌合突起たるダボ部３０３ａを有し、第１の保持部材３０２が所定の位置決め穴を有している。

図７(a)、図７(b)、図７(c)は、各部材を組み込んだ状態を示す拡大断面図で、図４(a)、図４(b)、図４(c)にそれぞれ対応している。実施例１と同様の部材には同様の記号を付し、詳細な説明を省略する。

図において、基台３０３は第１嵌合突起たるダボ部３０３ａを二つ備えており、第１の保持部材３０２の所定の位置決め穴に嵌合している。そのため、第１の保持部材３０２は基台３０３に嵌合して位置決めされるとともに、中心線２０１の方向に移動可能な構成となっている。すなわち、実施例３では、基台３０３は、基台３０３の第１嵌合突起たるダボ部３０３ａが第１の保持部材３０２の所定の位置決め穴へ挿嵌されることにより、ロータ１０１の接触面１０１ａに垂直な方向に移動可能に、第１の保持部材３０２の支持を行う。これ以外の構成は実施例１と同様であり、ロータ１０１の傾斜に合わせて傾斜可能な構成となっている。すなわち、実施例３でも、ダボ部１０４ｂが所定の位置決め穴たる基台１０７の位置決め穴に挿嵌される箇所で、隙間Ｔ１の寸法を、ロータ１０１の駆動方向についての第１の保持部材１０４のダボ部１０４ｂの表面と基台１０７の位置決め穴の内面との間の寸法とする。隙間Ｔ３の寸法を、ロータ１０１の駆動方向と直交する方向についての第１の保持部材１０４のダボ部１０４ｂの表面と基台１０７の位置決め穴の内面との間の寸法とする。この条件において、隙間Ｔ３の寸法を隙間Ｔ１の寸法よりも小さく設定すればよい。

実施例１と同様に、第１の保持部材３０２の所定の位置決め穴に基台３０３のダボ部３０３ａが嵌合される際に、駆動方向の隙間Ｔ１よりも駆動直交方向の隙間Ｔ３を小さく設定する。それで、駆動方向の加圧力の均等化と駆動直交方向の倒れ軽減の両立が可能となる。これにより、振動板１０２の突起部１０２ｂの上端面とロータ１０１の接触面１０１ａとの間の良好な摩擦接触状態を保つことが可能となる。

したがって、実施例１と実施例３との関係を考慮すると、基台１０７，３０３は、次のように、第１の保持部材１０４の支持を行うことになる。つまり、第１の保持部材１０４，３０２と基台１０７，３０３のうちの一方を他方への挿嵌することで、基台１０７，３０３は第１の保持部材１０４の支持を行い、かつロータ１０１の接触面１０１ａに垂直な方向に移動可能となる。

また、実施例３では、平板に穴形状と半抜き形状があるだけのシンプルな形状で保持部材３０２を構成することで、プレス加工による製作を容易にした。これにより、保持部材３０２の金属化による強度アップを安価なコストで実現できる。

１０１ ロータ（被駆動体）
１０１ａ 接触面
１０２ 振動板
１０３ 圧電素子
１０４ 第１の保持部材
１０５ 緩衝材
１０６ 第２の保持部材
１０７ 基台（固定部材）
１０８ 加圧軸（加圧手段）
１０９ 板ばね（加圧手段）
１１０ ビス
Ｔ１ 第１の保持部材と基台の嵌合のおける駆動方向隙間
Ｔ２ 第２の保持部材と基台の嵌合における駆動方向隙間
Ｔ３ 第１の保持部材と基台の嵌合における駆動直交方向隙間
Ｔ４ 第２の保持部材と基台の嵌合における駆動直交方向隙間
３０１ 第２の保持部材（第２実施例）
３０２ 第１の保持部材（第３実施例）
３０３ 基台（第３実施例）

Claims (7)

1. 振動板と、前記振動板に振動を発生させる圧電素子とを有する振動子と、
   前記振動子を保持する第１の保持部材と、
   前記第１の保持部材を支持する固定部材とを備え、
   前記振動板と接触する接触面を有し、前記振動により前記固定部材に対して移動を行なう被駆動体と、
   前記第１の保持部材と前記固定部材とのうちの一方は第１嵌合突起を有し、他方は前記第１嵌合突起を受容する第１位置決め穴を有し、
   前記第１嵌合突起を前記第１位置決め穴に挿嵌することにより、前記第１の保持部材は前記接触面に垂直な方向に移動可能に前記固定部材に支持され、
   前記被駆動体の前記移動の方向と直交する方向についての前記第１嵌合突起の表面と前記第１位置決め穴の内面との間の隙間は、前記被駆動体の前記移動の方向についての前記第１嵌合突起の表面と前記第１位置決め穴の内面との間の隙間よりも小さく設定されている超音波モータ。
2. 前記第１嵌合突起は前記第１の保持部材に配置され、前記第１位置決め穴は前記固定部材に配置されている請求項１に記載の超音波モータ。
3. 前記第１嵌合突起は前記固定部材に配置され、前記第１位置決め穴は前記第１の保持部材に配置されている請求項１に記載の超音波モータ。
4. 前記固定部材に取り付けられる加圧手段と、
   前記加圧手段からの加圧力をうける第２の保持部材であって、前記第２の保持部材は
   前記振動子に前記加圧力の伝達を行って、前記振動子を前記被駆動体に対して加圧して接触させる前記第２の保持部材をさらに備え、
   前記第２の保持部材は第２嵌合突起を有し、前記固定部材は前記第２嵌合突起の受容が可能な第２位置決め穴を有し、
   前記第２嵌合突起を前記第２位置決め穴へ挿嵌することにより、前記第２の保持部材は、前記被駆動体の前記接触面に垂直な方向に移動可能に、前記固定部材に支持され、
   前記被駆動体の前記移動の方向と直交する方向についての前記第２嵌合突起の表面と前記第２位置決め穴の内面との間の隙間は、前記被駆動体の前記移動の方向についての前記第２嵌合突起の表面と前記第２位置決め穴の内面との間の隙間よりも小さく設定されている請求項１から３のいずれか一項に記載の超音波モータ。
5. 前記第１の保持部材は貫通した開口を有し、前記振動子は前記開口を覆うように前記第１の保持部材に保持されていて、
   前記第２の保持部材は、前記開口の中に挿嵌され、前記加圧力の伝達は前記第２の保持部材が前記開口の中において行なうものである請求項４に記載の超音波モータ。
6. 前記圧電素子に取り付けられる緩衝材をさらに備え、
   前記緩衝材は、前記開口の側に前記緩衝材が面するように前記振動子を前記第１の保持部材に保持されていて、
   前記第２の保持部材による前記振動子への前記加圧力の伝達は、前記緩衝材を介しての前記第２の保持部材から前記圧電素子への伝達である請求項５に記載の超音波モータ。
7. 前記第１の保持部材は、プレス加工で製作された平板の形状であることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の超音波モータ。

Images