JP2016059121A

JP2016059121A - 駆動装置

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Publication number: JP2016059121A
Application number: JP2014182054A
Authority: JP
Inventors: 大樹伊藤; Daiki Ito
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2014-09-08
Filing date: 2014-09-08
Publication date: 2016-04-21
Anticipated expiration: 2034-09-08
Also published as: JP6415195B2

Abstract

【課題】振動子に発生する超音波振動による楕円運動により駆動する駆動装置としての超音波モータにおいて、振動子と摩擦部材とを確実にかつ安定して当接させる構成が望まれている。
【解決手段】本発明の駆動装置は、圧電素子及び振動板からなる振動子と、振動子と接触する摩擦接触面を有する摩擦部材と、振動子を保持する保持部材と、保持部材を介して振動子を摩擦部材に加圧する加圧部材とを備え、圧電素子に印加された電圧により振動子が超音波振動することで摩擦部材と振動子とが相対移動する。振動子は、摩擦部材の摩擦接触面に対して、相対移動方向に平行な軸まわりに回転変位可能に摩擦接触面に接する突起部を有している。
【選択図】図４

Description

本発明は振動子に超音波振動を発生させることにより駆動力を発生する超音波モータ等の駆動装置に関する。

従来から、動作音が無く、低速から高速までの駆動が可能であり、高トルク出力などの特徴を活かして、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。特許文献１に開示された超音波モータは、振動子が摩擦部材に対して弾性部材によって付勢された状態である、所謂、加圧接触状態で保持されている。その加圧接触状態下で当該振動子に超音波振動が励起されると、振動子の摩擦部材と接している接触部に楕円運動が生じ、振動子が直進駆動される。この際、振動子を加圧または押圧部材は円筒の一部からなる線接触部を有していて、振動子の駆動方向に直交する軸周りに自在に動き振動子に摩擦部材の摩擦接触面に対して垂直に加圧することができる。

特開２０１３−６６３１７号公報特開２００４−３０４８８７号公報

特許文献１に開示された超音波モータにおいて振動子は、摩擦部材との接触面を平面で構成しており、構成部品の組み立てや加工による誤差が生じると、摩擦部材の摩擦接触面と振動子の当接面に傾きが生じ、摩擦接触面と振動子当接面が不安定な当接となっていた。

本発明は、上述の問題に鑑み、振動子に発生する超音波振動による楕円運動により駆動する駆動装置としての超音波モータにおいて、簡単な構成により振動子当接面と摩擦部材を安定して確実に当接させることを目的とする。

本発明の駆動装置は、圧電素子及び振動板からなる振動子と、振動子と接触する摩擦接触面を有する摩擦部材と、振動子を保持する保持部材と、保持部材を介して振動子を摩擦部材に加圧する加圧部材とを備え、圧電素子に印加された電圧により振動子が超音波振動することで前記摩擦部材と振動子とが相対移動する。振動子は、摩擦部材の摩擦接触面に対して、相対移動方向に平行な軸まわりに回転変位可能に摩擦接触面に接する突起部を有している。

本発明によれば、振動子に発生する超音波振動による楕円運動により被駆動部を駆動する駆動装置としての超音波モータにおいて、振動子と摩擦部材を安定して当接させる構成を提供することができる。

本発明の実施例１における超音波モータの分解斜視図である。本発明の実施例１における超音波モータの振動子と振動子基台との接合状態を示す拡大斜視図である。本発明の実施例１における超音波モータの振動板と圧電素子との接合状態を示す拡大斜視図である。本発明の実施例１における超音波モータの振動子と摩擦部材とが相対移動する方向における超音波モータの断面図である。本発明の実施例１における超音波モータの振動子と摩擦部材とが相対移動する方向に対し直交する方向における超音波モータの断面図である。本発明の実施例１における超音波モータが組み立て誤差を有する場合における図５の断面と同様な超音波モータの断面図である。本発明の実施例２における超音波モータの振動子と摩擦部材とが相対移動する方向における振動子と摩擦部材との拡大断面図である。本発明の実施例２における超音波モータの振動子と摩擦部材とが相対移動する方向に見た振動子と摩擦部材との拡大詳細図である。

以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を説明する。尚、以下の実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、各実施例の説明において図面との関連においての理解を容易にするべく、振動子と摩擦部材との相対移動方向を「Ｘ軸」、加圧ばねにより振動子が摩擦部材に対して加圧される加圧方向を「Ｚ軸」、Ｘ軸とＺ軸とに直交する方向を「Ｙ軸」と規定し、説明を行う。

図１は、本発明の実施例１である駆動装置としての超音波モータ１の分解斜視図である。なお、同一部材は同一記号で図示される。１０１は後述する振動子１０４が加圧接触する摩擦接触面１０１ａを備える摩擦部材である。１０２は摩擦部材１０１の摩擦接触面１０１ａに接触する接触部を備える振動板であり、１０３は振動板１０２に対して接着材などにより圧着されている圧電素子である。そして、振動板１０２に圧電素子１０３が圧着された状態で圧電素子１０３に電圧を印加することにより超音波振動を発生させ、振動板１０２に楕円運動を発生させることができる。なお、振動子１０４は振動板１０２と圧電素子１０３により構成される。１０５は振動子１０４を保持するための保持部としての振動子基台である。１０６は振動子１０４を、加圧部材１０７を介してコイルばね１０８により加圧保持する保持部材である。尚、振動子１０４を加圧できれば加圧手段はコイルばねに限定されない。コイルばね１０８はばねの弾性による加圧反力を受けるベース部材１０９と当接している。ベース部材１０９は、案内溝１０９ａで転動部材１１０と当接し、案内溝１０９ａに沿って転動部材１１０を案内する。ベース部材１０９に対向するカバー部材１１１は、カバー部材１１１に設けられた案内溝１１１ａで転動部材１１０と当接し、案内溝１１１ａに沿って転動部材１１０を案内する。カバー部材１１１は固定部材１１２にねじ１１３により固定される。同時に摩擦部材１０１も固定部材１１２に固定される。

ベース部材１０９は、摩擦部材１０１との相対移動方向において振動子基台１０５の接触部１０５ａと当接するようにして振動子基台１０５を収容する。圧電素子１０３により発生した超音波振動による楕円運動により振動子１０４は摩擦部材１０１に対し摩擦部材１０１の長手方向（Ｘ軸方向）に相対移動する。そして、振動子１０４が接着固定された振動子基台１０５、及び振動子基台１０５を収容したベース部材１０９は摩擦部材１０１に対し摩擦部材１０１の長手方向に相対移動する。上記で説明した振動子１０４と摩擦部材１０１の相対移動する方向（Ｘ軸方向）を相対移動方向と定義する。

次に、超音波モータ１の構成部材の詳細について説明する。図２及び図３は図１における振動板１０２と振動子基台１０５の接合状態を説明する拡大斜視図である。図２は摩擦部材１０１側から見た図である。振動板１０２と振動子基台１０５は接着材、溶接などにより接合部１０２ｂにおいて接合される。図において振動板１０２の中央部には、相対移動方向に離間して並んだ２個の略球面形状を有する突起部１０２ａが形成されている。本実施例においては略球面形状の突起部を２個としたが、振動子１０４を相対移動方向に傾かずに保持する為に、離間して並んだ略球面形状を有する突起部の２個以上の複数設けられていればよい。

一方、図３は摩擦部材１０１側とは逆側から見た図である。図３に示す振動板１０２の突起部１０２ａが形成されている面の裏面部には圧電素子１０３が接着材などにより圧着されている。なお、振動板１０２と圧電素子１０３の圧着は、圧着されればその方法は限定されない。この圧着素子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。そしてこの圧電素子１０３に所望の交流電圧を印加することで励振させ、圧電素子１０３が圧着された振動板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することで、突起部１０２ａには図２の矢印で示すような楕円運動が発生する。この楕円運動を図２に示すように振動子１０４で発生させ、摩擦部材１０１の摩擦接触面１０１ａに伝達することで、摩擦部材１０１に対して振動子１０４を相対移動させることが可能となる。なお、前述の圧電素子の積層構造や振動モードに関する詳細は特許文献２に記載された内容と同様である為、それらの説明は割愛する。

図４は振動板１０２の離間した２つの略球面形状の突起部１０２ａ中心部を通る直線を含むＸＺ面における断面で超音波モータ１を切断した断面図である。保持部材１０６は圧電素子１０３と当接し、振動子１０２の略球面形状の突起部１０２ａは垂直な方向（Ｚ軸方向）にコイルばね１０８により摩擦部材１０１へ付勢される。振動子１０４は、加圧部材１０７を介して保持部材１０６によりコイルばね１０８からの加圧力（付勢力）を受け、摩擦部材１０１に対し摩擦接触面１０１ａで加圧接触することが可能となっている。そして、前記のとおり突起部１０２ａが楕円運動することにより、振動子１０４は摩擦部材１０１に対し図４の左右方向である相対移動方向に相対駆動される。

一方、振動板１０２に固定された振動子基台１０５は振動板１０２に追従して摩擦部材１０１に対し相対駆動される。振動子基台１０５はベース部材１０９と２箇所の接触部１０５ａで当接してベース部材１０９に収容されており、ベース部材１０９は振動子基台１０５に追従して摩擦部材１０１に対し相対移動する。ここで本実施例では振動子基台１０５とベース部材１０９は振動子１０４の超音波振動を阻害しない為に適度にクリアランスをもった構成としているが、これは、この当接を有して収容する構造に限ったものではない。振動子基台１０５とおおよそ一対に駆動する為に当接されていればよく、例えば、ばね部材により振動子基台１０５を相対移動方向へベース部材１０９に対し付勢を行い、反転駆動時におけるヒステリシスを打ち消す構成等も考えられる。一方、ベース部材１０９は相対移動方向に振動子基台１０５から駆動力を与えられると同時にコイルばね１０８からの加圧力の反力を受ける。

加圧部材１０７は、摩擦部材１０１の摩擦接触面１０１ａに対しおおよそ垂直な方向のみに移動可能にベース部材１０９に支持され、加圧部材１０７は保持部材１０６を摩擦接触面１０１ａに対し垂直に付勢している。従って、保持部材１０６は、コイルばね１０８の付勢方向と平行な方向において振動子を変位可能に保持することができる。保持部材１０６は加圧部材１０７との接触部に、摩擦接触面１０１ａに平行であって相対移動方向に直交するＹ軸まわりに振動子が摩擦接触面１０１ａに対し回転変位可能に保持され得る凸部１０６ａを備える。加圧部材１０７は平面状の接触部１０７ａで保持部材１０６の凸部１０６ａと接触することにより凸部１０６ａを中心とした相対移動方向に直交するＹ軸まわりに回転変位可能とされている。また保持部材１０６はベース部材１０９の支持部１０９ｂで支持される。支持部１０９ｂの形状を相対移動方向において保持部材１０６に対しクリアランスを持たせることで、保持部材１０６は凸部１０６ａを中心とした回転変位方向に自在に支持が可能となる。このことにより、例えば摩擦部材１０１の相対移動方向の傾きに応じて常に振動板１０２の略球面形状の突起部１０２ａが摩擦接触面１０１ａに垂直に確実に安定して当接することが可能となる。

なお、保持部材１０６の凸部１０６ａは、相対移動方向に直交するＹ軸に中心軸線が延在する円筒形状で構成されてもよい。即ち、保持部材１０６の凸部１０６ａは、相対移動方向に直交するＹ軸まわりに振動子が摩擦接触面１０１ａに対し回転変位可能に保持され得るような構成であれば、曲面形状等いかなる形状を有することも出来る。

図５は相対移動方向と直交するＹＺ面の断面であって、加圧部材１０７の鉛直方向（Ｚ軸方向）の中心軸に沿う断面図である。ここで突起部１０２ａ部は、振動子１０４が相対移動方向に平行なＸ軸まわりに回転変位可能に形成された円弧形状断面の突起部であり、摩擦部材１０１と点で接触する。

図６は、図５と同様の断面において、それぞれの超音波モータの構成部材に加工公差による形状誤差、例えば接着工程における組み立てによる誤差が発生した場合を示す。かかる場合、上記の本実施例に示されたように、振動板１０２には略球面形状の突起部１０２ａが設けられている。これにより、突起部１０２ａと摩擦接触面１０１ａとの間に相対的な傾きが発生し、突起部の接触が不安定となることを防ぎ、安定した振動子と摩擦部材の接触状態を得ることができる。

図７に示す実施例２は、実施例１の変形型であり、振動板１０２は実施例１の振動板１０２の当接部１０２ａの形状を変えた例である。尚、振動板１０２以外は実施例１と同様な構成である。

図７は振動板１０２と摩擦部材１０１とが圧接されている状態を示した図であり、振動板１０２の中央部を相対移動方向において切断したＸＺ断面図である。ここで振動板１０２は略円筒形状の突起部１０２ｃを備え相対移動方向に線状に摩擦部材１０１の摩擦接触面１０１ａと接触する。

図８も図７の振動板１０２と摩擦部材１０１とが圧接されている状態を示した、相対移動方向に垂直なＹＺ面の断面図である。

上記のとおり、振動子の突起部１０２ａは、相対移動方向にほぼ平行に延在する中心軸線を有する円筒形状で構成されてもよい。即ち、振動子の突起部１０２ａは、相対移動方向に平行な軸まわりに摩擦接触面に対し回転変位可能に摩擦接触面に接するような構成であれば曲面形状等いかなる形状も有することができる。

振動板が上記した構成を有することにより略円筒形状の突起部１０２ｃと摩擦接触面１０１ａとの間に図６と同様な相対的な傾きを発生させることができ、突起部の接触が不安定となることを防ぎ、安定した振動子と摩擦部材の接触状態を得ることができる。

以上本発明の好適な実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。上記実施例においては摩擦部材が矩形形状からなる摩擦接触面を有する直線駆動型の超音波モータについて述べた。しかしこれには限られず、例えば、摩擦部材が円環形状からなる摩擦接触面を有する回転駆動型の超音波モータであっても良い。

１超音波モータ
１０１摩擦部材
１０１ａ摩擦接触面
１０２振動板
１０２ａ突起部
１０２ｂ接合部
１０２ｃ突起部
１０３圧電素子
１０４振動子
１０５振動子基台
１０５ａ接触部
１０６保持部材
１０６ａ凸部
１０７加圧部材
１０８コイルばね
１０９ベース部材
１０９ａ案内溝
１１０転動部材
１１１カバー部材
１１２固定部材
１１３ねじ

Claims

圧電素子及び振動板からなる振動子と、
前記振動子と接触する摩擦接触面を有する摩擦部材と、
前記振動子を保持する保持部材と、
前記保持部材を介して前記振動子を前記摩擦部材に加圧する加圧手段と、
を備え、前記圧電素子に印加された電圧により前記振動子が振動することで前記摩擦部材と前記振動子とが相対移動する駆動装置において、
前記振動子は、前記摩擦部材の前記摩擦接触面に対して、前記相対移動方向に平行な軸まわりに回転変位可能に前記摩擦接触面に接する突起部を有することを特徴とする駆動装置。
前記振動子の前記突起部は曲面形状を有していること特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
前記振動子の前記突起部は球面形状を有していることを特徴とする請求項１または２に記載の駆動装置。
前記振動子の前記突起部は、前記相対移動方向にほぼ平行に延在する中心軸を有する円筒形状で構成されることを特徴とする請求項１または２に記載の駆動装置。
前記突起部は、前記相対移動方向に互いに離間して前記振動子に複数設けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の駆動装置。
前記保持部材は、前記加圧手段による加圧方向とほぼ平行な方向において前記振動子を変位可能に保持することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の駆動装置。
前記加圧手段は、ばね及び前記ばねの付勢力により前記保持部材を加圧する接触部を有する加圧部材を備え、前記保持部材は、前記摩擦接触面に平行であって前記相対移動方向に直交する軸まわりに前記振動子が前記摩擦接触面に対して回転変位可能に前記接触部に加圧される凸部を有してい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駆動装置。
前記保持部材の前記凸部は曲面形状を有することを特徴とする請求項７に記載の駆動装置。
前記保持部材の前記凸部は、前記相対移動方向及び前記加圧手段による加圧方向と直交する方向する方向に中心軸が延在する円筒形状で構成されていることを特徴とする請求項８に記載の駆動装置。