JP3616705B2

JP3616705B2 - 超音波駆動装置、アナログ式時計、及び電子機器

Info

Publication number: JP3616705B2
Application number: JP09622397A
Authority: JP
Inventors: 鈴木　　誠; 朗弘飯野; 賢二鈴木; 崇史山中
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 1997-04-14
Filing date: 1997-04-14
Publication date: 2005-02-02
Anticipated expiration: 2017-04-14
Also published as: JPH10290579A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波モータの構造及び表示手段を用いる超音波駆動装置に係り、特に、回転移動部材の回転運動を上方に伝達する超音波駆動装置、アナログ式時計、及び電子機器の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近時、可変発振器により所定の周波数の駆動信号を生成し、前記駆動信号を電力増幅器を介して圧電素子に印加することで、圧電素子に接合した振動体に進行波を発生させ、振動体に所定の圧力で接触する移動体を可動させる超音波モータが知られている（例えば、特開昭６２？９２７８１号公報参照）。
【０００３】
また、回転運動方式の超音波モータは、図１０、１１に示すように、超音波装置を支持する支持板１１と、支持板１１の上に配置された圧電素子リード１２と、支持板１１にかん合された中心軸１３と、中心軸１３に固定された振動体２２と、振動体２２の下面に接合された圧電素子２１と、振動体２２の突起に対接されたロータ体２３と、ロータ体２３の径方向に接して設けられた重すい２５と、ロータ体２３と中心軸１３の間に設けられたブシュ２４と、ロータ体２３の回転中心に固定されたピボット３１と、ピボット３１に押圧付勢される押えばね３２と、押えばね３２を保持する押えばね座３４と、押えばね座３４と押えばね３２を固定する止めねじ３３から構成されている（例えば、特開平８−１０７６８６号公報参照）。
【０００４】
これによれば、高周波電圧を圧電素子２１に印加すると、圧電素子２１は周方向に伸縮運動を起こし、振動体２２は周期的に垂直方向に振動され、よって、ロータ体２３は回転運動する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記回転方式超音波モータの回転運動をロータ体２３上方に取り出そうとすると、ロータ体２３側面に、例えば、歯車列等からなる複雑な機構を設ける必要がある。
一方、ロータ体２３上面に直接被回転物を設置しようとすると、被回転物は、ロータ体２３上で押えばね３２と衝突し、回転できないという技術的課題が存在する。
【０００６】
本発明は、以上の技術的課題を解決するためなされたものであって、複雑な機構を用いず、押えばねを障害とせずに回転運動を上方に伝達する超音波駆動装置、アナログ式時計、及び電子機器の提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
即ち、本課題を解決するための第１の発明は、高周波電圧の印加により周方向に周期的に伸縮する圧電伸縮部材（例えば、圧電素子２１）と、前記圧電伸縮部材に面接合され該接合面と反対側の面の周方向に突起が設けられ前記圧電伸縮部材の伸縮に伴って前記突起と共に垂直方向に周期的に振動される垂直振動部材（例えば、振動体２２）と、前記垂直振動部材の突起上に対接され前記垂直振動部材の突起の垂直振動に伴って周方向に回転される回転移動部材（例えば、ロータ体２３）と、を備えた超音波駆動装置において、
前記回転移動部材の回転中心に固定された押圧伝達部材（例えば、ピボット３１）と、前記押圧伝達部材に対して前記回転移動部材と垂直振動部材とを圧接させる押圧力を付与する弾性押え部材（例えば、押えばね３２）とを備え、前記押圧伝達部材上には、回転運動伝達部（例えば、回転伝達部３１ａ）が前記弾性押え部材の圧接位置より上方に突出して設けられていることを特徴とする。
【０００８】
次に、本発明の作用について説明する。
弾性押え部材より、押圧力は押圧伝達部材を通じて回転移動部材に伝達され、回転移動部材は垂直振動部材に圧接され、回転移動部材と垂直振動部材の突起との間に十分な摩擦力を生じさせる。
また、押圧伝達部材の回転運動伝達部より、回転移動部材の回転運動は回転移動部材の上方に伝達される。
【０００９】
以上の課題を解決する手段にあって、耐摩耗性を向上させる観点から、前記弾性押え部材と前記押圧伝達部材の間にあって、摩擦を減少させる摩擦軽減部材（例えば、摩擦軽減部材３５）を備えた方が好ましい。
さらに、押圧力を有効に伝達する観点から、前記弾性押え部材と前記押圧伝達部材との非接触面の剛性を高めた摩擦軽減部材を備える方が好ましい。
【００１０】
また、弾性押え部材は、押圧伝達部材を一方向のみならず、複数方向から押圧付勢する場合も含まれ、また、押圧力を鉛直方向に伝達する観点から、複数方向から均等に押圧付勢する方が好ましい。また、一方向から押圧するとき、押圧伝達部材を一箇所、又は、複数箇所で押圧する場合のいずれも含まれる。
また、押圧伝達部材の回転運動伝達部は、押圧伝達部材と一体として成形する場合のみならず、押圧伝達部材とは別部材として成形する場合のいずれも含まれ、さらに、被回転物も含めて成形する場合も含まれる。また、形状としては、円柱状、多角形柱状、円錐状、多角錐状、その他いずれの形状も含まれる。
【００１１】
一方、本課題を解決するための第２の発明は、高周波電圧の印加により周方向に周期的に伸縮する圧電伸縮部材（例えば、圧電素子２１）と、前記圧電伸縮部材に面接合され該接合面と反対側の面の周方向に突起が設けられ前記圧電伸縮部材の伸縮に伴って前記突起と共に垂直方向に周期的に振動される垂直振動部材（例えば、振動体２２）と、前記垂直振動部材の突起上に対接され前記垂直振動部材の突起の垂直振動に伴って周方向に回転される回転移動部材（例えば、ロータ体２３）と、前記圧電伸縮部材及び垂直振動部材を支持すると共に前記回転移動部材の回転中心となる回転支持部材（例えば、中心軸１３）とを備えた超音波駆動装置において、
前記回転移動部材に対して前記回転移動部材と前記垂直振動部材とを圧接させる押圧力を付与する弾性押え部材（例えば、押えばね３２）と、
前記弾性押え部材を介して前記回転支持部材に連結され、且つ、前記弾性押え部材を圧接し前記押圧力を発生させる連結圧接部材（例えば、止め具５３）と、前記回転移動部材の回転運動を上方に伝達する回転運動伝達部材（例えば、回転伝達部材５１）と、を備えたことを特徴とする。
【００１２】
次に、本発明の作用について説明する。
弾性押え部材より、押圧力は回転移動部材に伝達され、回転移動部材は垂直振動部材に圧接されるので、回転移動部材と垂直振動部材の突起との間に十分な摩擦力を生じさせる。
このとき、連結圧接部材は、弾性押え部材を圧接して撓ませ、押圧力を生じさせると共に、弾性押え部材の可動を妨げない。
【００１３】
また、回転運動伝達部材は、回転移動部材とともに回転する。
このとき、回転運動伝達部材は、回転運動を回転移動部材上方に伝達し、被回転物を回転させる。
以上の第２の発明にあって、耐摩耗性を向上させる観点から、前記弾性押え部材と前記連結圧接部材の間にあって、摩擦を減少させる摩擦軽減部材を備える方が好ましい。
【００１４】
また、回転運動伝達部材は、回転移動部材の一箇所のみならず、複数箇所に固定する場合も含まれ、また、被回転物と一体となって成形する場合、連結圧接部材と一体に成形される場合も含まれる。
また、弾性押え部材は、回転移動部材の一箇所のみならず、複数箇所を押圧する場合も含まれる。
【００１５】
また、以上の第１又は第２の発明の実現手段としては、アナログ式時計、電子機器に適用される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図９を参照して本発明に係わるの実施の形態を詳細に説明する。
◎実施の形態１
図１は、本発明を超音波駆動装置に適用した実施の形態１の断面図を示し、図２は上方から見た平面図を示すものである。
【００１７】
即ち、本実施の形態は、超音波装置を設置される支持板１１と、支持板１１上に配置された圧電素子リード１２と、支持板１１を貫通して固定された中心軸１３と、中心軸１３に固定される垂直振動部材としての振動体２２と、振動体２２の下面に接合された本発明の圧電伸縮部材としての圧電素子２１と、振動体２２の上方に突出する垂直振動部材の一部としての突起２２ａと、振動体２２の突起２２ａに圧接される回転移動体としてのロータ体２３と、ロータ体２３と中心軸１３の間にあって、両者の摩擦を軽減するブシュ２４と、ロータ体２３の回転中心に固定された押圧伝達部材としてのピボット３１と、ピボット３１の上部にあって、上方に突出する回転運動伝達部としての回転伝達部３１ａと、ピボット３１に押圧される弾性押え部材としての押えばね３２と、押えばね３２が据え付けられる押えばね座３４と、押えばね座３４と押えばね３２とを固定する止めねじ３３から構成されている。また、回転伝達部３１ａの周面には、例えば、時計に用いる文字盤、時針等の被回転物４１、４２が固定されている。
【００１８】
更に詳細には、圧電素子２１は、円盤状であり、例えば、周方向に扇形状に１２等分に分割され、所定の分極処理が施されており、これを一つおきに同一電極で継ぎ、２本にまとめて取り出し外部との導通を行っている。
振動体２２は、ほぼ円盤状であり、その上面の周方向には、電極の径方向の縁部に対応する箇所に、等間隔に、例えば柱状の突起２２ａを設けている。
【００１９】
また、ロータ体２３は、円柱状であり、その中心部は中心軸１３を挿入するためほぼ平面円形に貫通されている。
ピボット３１は、円柱状の本体部と、本体部より径を絞ったロータ体２３との固定部と、ピボット３１の上半分にあたり径を絞った回転伝達部３１ａから構成され、回転伝達部３１ａは、押えばね３２の位置より上方に突出する。
【００２０】
押えばね３２は、細長の板状体であり、ピボット３１を押圧する部分は、Ｙ字状であり、回転伝達部３１ａを基点に二股に分れる。
次に、図１、２に基づいて、本超音波駆動装置の動作について説明する。
高周波電圧の印加された圧電素子２１は、周方向に周期的に伸縮し、圧電素子２１に接合された振動体２２は、各部で垂直方向に周期的に振動する。
【００２１】
周期的に振動される突起２２ａは、一周期の間に振動の谷から山に該当する振動位置となる。即ち、各突起２２ａは、振動の原点位置から振動の山位置になる間、ロータ体２３に接触して、回転方向に摩擦力を与える。
このとき、押えばね３２は、ピボット３１を介して押圧力をロータ体２３に与えるようにしたので、ロータ体２３と振動体２２の突起２２ａとの間に十分な摩擦力が生じる。
【００２２】
そして、かかる摩擦力により、ロータ体２３は、所定の回転方向に回転される。
このとき、ロータ体２３に固定されたピボット３１及びピボット３１の回転伝達部３１ａは、ロータ体２３に従動されて回転される一方、回転伝達部３１ａを押えばね３２より上方に突出するようにしたので、回転運動は、押えばね３２上方へ伝達され、回転伝達部３１ａの周面に固定された被回転物４１、４２は回転する。
【００２３】
以上より、本実施の形態によれば、ロータ体２３の回転中心上方に回転運動を伝達するようにしたので、複雑な機構を用いる必要もなく、且つ、押えばねを障害とせずに被回転物を回転運動させる。
◎変形の形態
図３は、本発明を超音波駆動装置に適用した変形の形態の断面図を示し、図４は、上方から見た平面図を示すものである。
【００２４】
本変形の形態は、実施の形態１とほぼ同様の構成であるが、ピボット３１を対称軸として、双方向からピボット３１に対して押圧力を付与する押えばね３２ａ、３２ｂと、これを据え付ける押えばね座３４１、３４２と、押えばね座３４１、３４２と押えばね３２を固定する止めねじ３３１、３３２を設けた点を特徴とする。
【００２５】
これによれば、実施の形態１では押えばね３２の押圧力は、ピボット３１に対して非鉛直方向に働くのに対して、本変形の形態の押圧力は、ピボット３１に対して鉛直方向に働くようにしたので、ロータ体２３と振動体２２との間に十分な押圧力が付与されるとともに、押圧力の有効利用が図られる。
◎実施の形態２
図５は、本発明を超音波駆動装置に適用した実施の形態２の断面図を示し、図６は、本装置を上方から見た平面図を示すものである。
【００２６】
本実施の形態は、実施の形態１とほぼ同様の構成であるが、ピボット３１と押えばね３２の間に本発明の摩擦軽減部材としての摩擦軽減部材３５を設けた点に特徴を有する。
摩擦軽減部材３５には、摩擦係数の低い、例えば、テフロンやモリブデン系の材質を用いる。
【００２７】
これによれば、摩擦軽減部材３５により、押えばね３２及びピボット３１の摩擦抵抗を減少させ、摩耗が減少するようにしたので、両部材の耐用年数が向上する。
一方、図７は、実施の形態２に係わる変形の形態を示す説明図である。
本変形の形態は、剛性の高い剛性部材３５ｂの両面に摩擦係数の低い摩擦減少材３５ａを固定した摩擦軽減部材３５を用いた点で相違する。
【００２８】
これによれば、摩擦軽減部材３５の剛性が高くなるようにしたので、押えばね３２の押圧力がロスされることなく、ピボット３１に伝達される。
◎実施の形態３
図８は、本発明を超音波駆動装置に適用した実施の形態３の断面図を、図９は、上方から見た平面図を示すものである。
【００２９】
即ち、本実施の形態は、超音波装置を設置される支持板１１と、支持板１１上に配線された圧電素子リード１２と、支持板１１を貫通して固定された回転支持部材としての中心軸１３と、中心軸１３に固定される垂直振動部材としての振動体２２と、振動体２２の下面に接合された圧電伸縮部材としての圧電素子２１と、振動体２２の上部に突出する垂直振動部材の一部としての突起２２ａと、振動体２２の突起２２ａに圧接される回転移動部材としてのロータ体２３と、ロータ体２３上面周縁部で止めねじや熱カシメ等３３により固定される弾性押え部材としての押えばね３２と、押えばね３２を介して中心軸１３に連結される連結圧接部材としての止め具５３と、ロータ体２３の周縁部で押えばね３２同士の間に止めねじや熱カシメ等５２で固定される回転運動伝達部材としての回転伝達部材５１と、止め具５３と押えばね３２の摩擦を減少させる本発明の摩擦軽減部材としての摩擦軽減部材５４から構成されている。なお、回転伝達部材５１突出部の周面には被回転物４２が固定されている。
【００３０】
更に詳しくは、押えばね３２は、ほぼ平面十字状であり、止め具５３を中心に９０度ごとにロータ体２３の周縁部まで達するばね部（３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ）を有している。
また、回転伝達部材５１は、ほぼ平面十字状であり、ロータ体２３周縁部のばね部（３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ）間からロータ体２３回転中心に向けて伸び、ロータ体２３回転中心部で一体となる腕部（５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄ）と、さらに、前記一体部から上方に向けて突出するほぼ円柱状の突出部５１ｂを有している。
【００３１】
止め具５３は、ほぼ断面Ｔ字状であり、円盤状の圧接部と、円柱状の連結部を有している。
摩擦軽減部材５４は、摩擦係数の低い材料、例えば、テフロンやモリブデン系の材質を用いる。
次に、本実施の形態の動作について説明する。
【００３２】
ロータ体２３は、振動体２２の突起２２ａとの摩擦力により、所定方向に回転される。
このとき、押えばね３２は、ロータ体２３に押圧力を付与し、ロータ体２３は振動体２２に圧接されるので、ロータ体２３と振動体２２の突起２２ａとの間に十分な摩擦力を生じさせる一方、ロータ体２３と共に回転する。
【００３３】
また、止め具５３は、押えばね３２を圧接して撓ませ、前記押圧力を生じさせる一方、押えばね３２を据え付け、その回転運動を妨げない。また、摩擦軽減部材５４は、止め具５３と押えばね３２との摩擦を減少させる。
また、回転伝達部材５１は、ロータ体２３と共に回転される。
このとき、回転伝達部材５１末端の円周運動は、回転伝達部材腕部（５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄ）を介して、回転運動として回転伝達部材突出部５１ｂに伝達される。回転伝達部材突出部５１ｂは、回転運動をロータ体２３の回転中心上方に伝達し、前記突出部５１ｂ周面に固定される被回転物を回転させる。
【００３４】
以上より、本実施の形態によれば、実施の形態１と同様な効果が得られる他、押えばね３２を中心軸１３に連結する止め具５３に据え付けるようにしたので、押えばね座３４が省略され、装置構成が大幅に簡略化され、且つ、小型化される。
さらに、押えばね３２及び止め具５３が摩耗しないようにしたので、両部材の耐用年数が向上する。
【００３５】
【発明の効果】
以上により、第１の発明によれば、回転移動部材の回転中心上方に回転運動を伝達するようにしたので、複雑な機構を用いず、且つ、押えばねを障害とせずに被回転物を回転運動させる。
また、第２の発明によれば、第１の発明の効果を備えた上で、さらに、装置構成の大幅な小型化が図られる。
【００３６】
摩擦軽減部材を用いた発明によれば、摩擦を減少させ、部材を摩耗しないようにしたので、部材の耐用年数が長くなる。
剛性を強化した摩擦軽減部材を用いた発明によれば、押圧力を吸収しないようにしたので、押圧力は無駄なく伝達される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を超音波駆動装置に適用した実施の形態１の断面方向を示す説明図である。
【図２】図１に係わる上方から見た平面を示す説明図である。
【図３】本発明を超音波駆動装置に適用した変形の形態の断面方向を示す説明図である。
【図４】図３に係わる上方から見た平面を示す説明図である。
【図５】本発明を超音波駆動装置に適用した実施の形態２の断面方向示す説明図である。
【図６】図５に係わる上方から見た平面を示す説明図である。
【図７】図５に係わる変形の形態を示す説明図である。
【図８】本発明を超音波駆動装置に適用した実施の形態３を示す説明図である。
【図９】図８に係わる上方から見た平面を示す説明図である。
【図１０】従来技術に係わる超音波駆動装置を示す説明図である。
【図１１】図１０に係わる断面を示す説明図である。
【符号の説明】
１１支持板
１２圧電素子リード
１３中心軸（回転支持部材）
２１圧電素子（圧電伸縮部材）
２２振動体（垂直振動部材）
２２ａ突起（垂直振動部材）
２３ロータ体（回転移動部材）
２４ブシュ
３１ピボット（押圧伝達部材）
３１ａ回転伝達部（回転運動伝達部）
３２押えばね（弾性押え部材）
３３止めねじ
３４押えばね座
３５摩擦軽減部材（摩擦軽減部材）
５１回転伝達部材（回転運動伝達部材）
５２止めねじ
５３止め具（連結圧接部材）
５４摩擦軽減部材（摩擦軽減部材）
４１被回転物
４２被回転物

Claims

振動体と、前記振動体の振動により回転駆動する回転移動部材と、から構成される超音波駆動装置において、
前記回転移動部材の回転中心に設けられ、回転移動部材と共に回転する押圧伝達部材と、
前記回転移動部材を前記振動体に圧接させるために、前記押圧伝達部材に押圧力を付与する弾性押え部材と、を備え、
前記押圧伝達部材は、前記弾性押え部材による押圧位置より上方に突出して設けられた回転運動伝達部材を有し、
前記弾性押え部材は、一端が固定され他端において前記押圧伝達部材に押圧力を付与することを特徴とする超音波駆動装置。
請求項１記載の超音波駆動装置において、前記弾性押え部材と前記押圧伝達部材の間にあって、摩擦を減少させる摩擦軽減部材を備えたことを特徴とする超音波駆動装置。
請求項２記載の超音波駆動装置において、前記弾性押え部材と前記押圧伝達部材との非接触面の剛性を高めた摩擦軽減部材を備えたことを特徴とする超音波駆動装置。
振動体と、前記振動体の振動により回転駆動する回転移動部材と、前記回転移動部材を回転可能に支持する中心軸からなる回転支持部材と、から構成される超音波駆動装置において、
前記中心軸が貫通するように前記回転移動部材に設けられ、回転移動部材と共に回転する弾性押え部材と、
前記回転移動部材を前記振動体に圧接させるために、前記弾性押え部材に押圧力を付与する、前記回転支持部材の先端に設けられた止め具と、
を備え、
前記回転移動部材は、前記弾性押え部材による押圧位置より上方に突出して設けられた回転運動伝達部材を有し、
前記弾性押え部材は、一部分が固定され他部分において前記回転移動部材に押圧力を付与することを特徴とする超音波駆動装置。
請求項４記載の超音波駆動装置において、前記弾性押え部材と前記止め具の間にあって、摩擦を減少させる摩擦軽減部材を備えたことを特徴とする超音波駆動装置。
支持板と、
前記支持板に固定された中心軸と、
前記中心軸に固定された振動体と、
前記振動体の振動により回転駆動する回転移動部材と、
前記回転移動部材を前記振動体に圧接させる弾性押え部材と、から構成される超音波駆動装置において、
前記回転移動部材と共に回転し、前記弾性押え部材による押圧位置より上方に突出して設けられた押圧伝達部材を備え、
前記弾性押え部材は、一部分を前記支持板に固定して撓ませることで生じた押圧力により前記押圧伝達部材を押圧することで、前記回転移動部材を前記振動体に圧接させることを特徴とする超音波駆動装置。
支持板と、
前記支持板に固定された中心軸と、
前記中心軸に固定された振動体と、
前記振動体の振動により回転駆動する回転移動部材と、
前記回転移動部材を前記振動体に圧接させる弾性押え部材と、から構成される超音波駆動装置において、
前記回転移動部材と共に回転し、前記弾性押え部材による押圧位置より上方に突出して設けられた押圧伝達部材を備え、
前記弾性押え部材は、一部分を前記中心軸に固定した止め具により撓ませることで生じた押圧力により前記回転移動部材を押圧することで、前記回転移動部材を前記振動体に圧接させることを特徴とする超音波駆動装置。
請求項１から７のうちいずれかに記載の超音波駆動装置において、前記弾性押え部材は、板状ばねであることを特徴とする超音波駆動装置。
請求項１から８のうちいずれかに記載の超音波駆動装置を備えたことを特徴とするアナログ式時計。
請求項１から８のうちいずれかに記載の超音波駆動装置を備えたことを特徴とする電子機器。