JP4882279B2 - 振動波モータ - Google Patents
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Description
一方、近年は小型化、軽量化という理由から、例えば、振動子や移動子の径が従来の1/3〜1/5倍程度であり、従来の電磁モータよりもやや高トルク出力で、やや低回転出力型である振動波モータ等、従来とは異なった方式の振動波モータが提案されている。
さらに、異音が発生するような状態で振動波モータを駆動すると、振動体と移動体との摺動が安定せず、駆動効率が悪くなり、振動波モータの出力が劣る。
そのため、加圧部材、固定部材、出力部材等は、異音防止機能を損なうことなく小型化し、配置することが必要となっている。
請求項2の発明は、駆動信号により励振され、駆動面に振動波を生じる振動子と、前記駆動面に加圧接触され、前記振動波によって回転駆動される移動子と、前記振動子と前記移動子とを加圧接触させる加圧部材と、前記移動子とともに回転する出力軸と、を備えた振動波モータにおいて、前記出力軸の端部に、略円盤形状に突出した形状であり、前記加圧部材が加圧する方向で前記移動子の位置を直接又は間接的に規制するフランジ部を有し、前記フランジ部と直接又は間接的に接触する前記移動子の接触部であって前記フランジ部により位置を規制される部分の外径は、前記移動子及び前記出力軸それぞれの回転中心の相対的な傾きを抑える所定以上の大きさがあり、前記移動子は、くびれ部を有する形で接続部を備え、前記接続部の外径は、前記接触部が前記フランジ部により位置を規制される部分の外径より大きいこと、を特徴とする振動波モータである。
請求項3発明は、駆動信号により励振され、駆動面に振動波を生じる振動子と、前記駆動面に加圧接触され、前記振動波によって回転駆動される移動子と、前記振動子と前記移動子とを加圧接触させる加圧部材と、前記移動子とともに回転する出力軸と、を備えた振動波モータにおいて、前記出力軸の端部に、略円盤形状に突出した形状であり、前記加圧部材が加圧する方向で前記移動子の位置を直接又は間接的に規制するフランジ部を有し、前記フランジ部と直接又は間接的に接触する側の前記移動子の外径は、前記移動子及び前記出力軸それぞれの回転中心の相対的な傾きを抑える所定以上の大きさがあり、前記駆動面に接触して摺動する前記移動子の摺動部の外径の半径をRとし、前記移動子の、前記フランジ部により位置を規制される側の面の外径の半径をrとしたとき、0.5≦r/R≦0.82を満たすこと、を特徴とする振動波モータである。
請求項4の発明は、請求項1又は請求項2に記載の振動波モータにおいて、前記駆動面に接触して摺動する前記移動子の摺動部の外径の半径をRとし、前記移動子の、前記フランジ部により位置を規制される側の面の外径の半径をrとしたとき、r/R≦1を満たすこと、を特徴とする振動波モータである。
請求項5の発明は、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の振動波モータにおいて、前記振動子を固定する固定部材と、前記出力軸と前記固定部材との位置関係を決める1つの軸受け部とを備えることを特徴とする振動波モータである。
請求項6の発明は、請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載の振動波モータにおいて、前記加圧部材は、前記振動子の前記移動子とは反対側に、前記出力軸の外周面に近接して設けられ、前記出力軸とともに回転すること、を特徴とする振動波モータである。
請求項7の発明は、請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の振動波モータにおいて、前記振動子を固定する固定部材と、前記出力軸と前記固定部材との位置関係を決める1つの軸受け部とを備え、前記加圧部材の少なくとも一部は、前記軸受け部の内径より前記出力軸側に配置されることを特徴とする振動波モータである。
請求項8の発明は、請求項1から請求項7までのいずれか1項に記載の振動波モータにおいて、前記振動子を固定する固定部材と、前記出力軸の前記フランジ部とは反対側の端部付近に設けられ、前記出力軸ともに回転して被駆動部材に駆動力を伝達する出力伝達部材と、前記フランジ部と前記出力伝達部材との間に設けられ、前記固定部材に対して前記出力軸の回転運動の径方向の位置を決め、かつ、前記加圧部材の加圧力を受ける軸受け部とを備え、前記加圧部材は、前記軸受け部と前記出力伝達部材との間に設けられていること、を特徴とする振動波モータである。
請求項9の発明は、請求項1から請求項8までのいずれか1項に記載の振動波モータにおいて、前記振動子を固定する固定部材と、前記出力軸と前記固定部材との位置関係を決める1つの軸受け部とを備え、前記軸受け部は、ベアリングであることを特徴とする振動波モータである。
請求項10の発明は、請求項1から請求項9までのいずれか1項に記載の振動波モータにおいて、前記振動子を固定する固定部材と、前記出力軸と前記固定部材との位置関係を決める1つの軸受け部と、前記軸受け部と前記出力軸との間に配置される前記軸受け部の受け部材とを備えることを特徴とする振動波モータである。
請求項11発明は、請求項10に記載の振動波モータにおいて、前記加圧部材の少なくとも一部は、前記受け部材と前記出力伝達部材との間であって、前記受け部材の外径側に配置されることを特徴とする振動波モータである。
フランジ部は、略円盤形状に突出した形状であり、出力軸の端部に設けられ、加圧部材が加圧する方向で振動子の位置を直接又は間接的に規制し、フランジ部と直接又は間接的に接触する移動子の接触部であってフランジ部により位置を規制される部分の外径は、移動子及び出力軸それぞれの回転中心の相対的な傾きを抑える所定以上の大きさがある。従って、高速回転時等に、移動子が、その回転中心が振れる等により出力軸に対して傾くことを抑制できるので、小型化にともない高速回転させた場合にも、異音の発生が小さく、駆動効率がよく十分な出力を得られる。
図1は、本発明による振動波モータの実施例1を説明する図である。
本実施例の超音波モータ1は、振動子12側を固定とし、移動子15を回転駆動する形態となっている。
弾性体12は、共振先鋭度が大きな金属材料によって形成され、その形状は、略円環形状である。この弾性体12は、櫛歯部12a、ベース部12b、弾性体フランジ部12cを有する。
櫛歯部12aは、圧電体13が接合される面とは反対側の面に、複数の溝を切って形成され、この櫛歯部12aの先端面は、移動子15に加圧接触され、移動子15を駆動する駆動面となる。この駆動面にはNi−P(ニッケル−リン)メッキ等の表面処理がなされ
ている。櫛歯部12aを設ける理由は、進行波の中立面をできる限り圧電体側に近づけ、これにより駆動面の進行波の振幅を増幅させるためである。
ベース部12bは、弾性体12の周方向に連続した部分であり、ベース部12bの櫛歯部12aとは反対側の面には、圧電体13が接合されている。弾性体フランジ部12cは、ベース部12bの厚さの中央に位置し、弾性体12の内周側に突出した略鍔状の部分である。この弾性体フランジ部12cにより、振動子11は、固定部材16に固定されている。
フレキシブルプリント基板14は、その配線が圧電体13の各相の電極に接続されており、このフレキシブルプリント基板14に外部から供給された駆動信号により、圧電体13が伸縮する。
振動子11は、この圧電体13の伸縮により、弾性体12の駆動面に進行波が発生する。本実施例では、4波の進行波として説明する。
摺動面15aは、後述する接続部15cから振動子11側に突出し、弾性体12の駆動面と加圧接触して摺動する面(摺動部)であり、その表面にはアルマイト等の表面処理が施され、耐摩耗性の向上が図られている。
嵌合部15bは、後述する出力軸18に嵌合する部分であり、出力軸18のフランジ部18aと間接的に接触する接触面15d(接触部)を有する。この接触面15dは、その全面がゴム部材22を介してフランジ部18aと接触するように設けられている。
接続部15cは、摺動面15aと嵌合部15bとを接続する略鍔状の部分である。
ゴム部材22は、ゴムにより形成された略円環形状の部材である。ゴム部材22は、ゴムによる粘着性で移動子15と出力軸18とを結合する機能と、移動子15からの振動を出力軸18へ伝えないように振動を吸収する機能を有しており、ブチルゴム等が用いられている。
ベアリング17は、フランジ部18aとギア部材20との間に設けられ、出力軸18の回転運動の径方向の位置を決め、かつ、加圧部材19の加圧力を受ける軸受け部である。ベアリング受け部材21は、ベアリング17の内径側に配置され、ベアリング17は、固定部材16の内径側に配置されている。
このように加圧バネ19は、ギア部材20とベアリング受け部材21との間に設けられているので、移動子15の摺動部から離れた位置で加圧力を加えることができる。従って、加圧バネ19による加圧点のずれ、加圧むら等が移動子に与える影響を小さくできる。
ここで、ベアリング受け部材21は、出力軸18と嵌合する部分を延ばした延長部分21aを有している。ベアリング受け部材21は、延長部分21aを設けなくても、加圧バネ19の加圧力を受けることができるが、延長部分21aを設けて出力軸18との嵌合長を長くすることにより、出力軸18の回転中心の振れをより小さくできる。
発振部101は、制御部102の指令により所望の周波数の駆動信号を発生する部分である。移相部103は、発振部101で発生した駆動信号を90°位相の異なる2つの駆動信号に分ける部分である。
増幅部104,105は、移相部103によって分けられた2つの駆動信号をそれぞれ所望の電圧に昇圧する部分である。
増幅部104,105からの駆動信号は、超音波モータ1に伝達され、この駆動信号の印加により振動体11に進行波が発生し、移動子15が駆動される。
制御部102は、不図示のCPUからの駆動指令を基に、超音波モータ1の駆動を制御する部分である。制御部102は、検出部106からの検出信号を受け、その値を基に、位置情報と速度情報を得て、目標位置に位置決めされるように発振部101の周波数を制御する部分である。
まず、制御部102に目標位置が伝達される。発振部101からは駆動信号が発生し、その信号から移相部103により、90°位相の異なる2つの駆動信号が生成され、増幅部104,105により所望の電圧に増幅される。
駆動信号は、超音波モータ1の圧電体13に印加され、圧電体13は励振され、その励振によって弾性体12には4次の曲げ振動が発生する。圧電体13は、A相とB相とに分けられており、駆動信号は、それぞれA相とB相に印加される。A相から発生する4次曲げ振動とB相から発生する4次曲げ振動とは、位置的な位相が1/4波長ずれるようになっており、また、A相駆動信号とB相駆動信号とは、90°位相がずれているため、2つの曲げ振動は合成され、4波の進行波となる。
進行波の波頭には、楕円運動が生じている。従って、弾性体12の駆動面に加圧接触された移動子15は、この楕円運動によって摩擦駆動される。
本実施例の超音波モータ1による異音低減の効果を評価するために、超音波モータ1と略同様の形状であるが、接触面15dの外径の半径rと摺動面15aの外径の半径Rとの比率r/Rのみが異なる超音波モータのサンプルを複数用意し、実際に同一条件下で駆動し、その異音の発生状況を調べた。
図3の測定結果が示すように、接触面15dの外径の半径rと摺動面15aの外径の半径Rとの比率r/Rは、0.5以上である場合に、出力軸18の回転中心に対する移動子15の倒れが抑制され、異音の静音化に有効である。
なお、接触面15dの外径の半径rは、r/R>1となるような値となると、超音波モータ1の外径の半径よりも大きくなるので、現実的には、r/Rの値は1以下となる。
ただし、接触面15dの外径の半径rは、大きくなるにつれて慣性モーメントが大きくなるので、起動特性が悪くなる等の問題が生じる。そのため、接触面15dの外径の半径rは、r/R≧0.5を満たし、異音低減の効果と駆動特性への影響とを考慮した大きさとすればよい。
また、振動子11の駆動面と移動子15の摺動面15aとの摺動が安定するので、安定した駆動特性が得られる。
さらに、本実施例では、ベアリング部材17と出力軸18との間に配置されたベアリング受け部材21の出力軸18との嵌合長を長くしたので、出力軸18を安定して保持できる。よって、フランジ部18aは、移動子15に安定して加圧力を加えることができ、移動子15の出力軸18に対する倒れを抑制できる。
実施例2の超音波モータ2は、コイルバネ24の径が実施例1に示した超音波モータ1と相違する。なお、以下の各実施例において、実施例1の超音波モータ1と同様の機能を果たす部分には同一の符号を付して、重複する説明は適宜省略する。
本実施例の超音波モータ3は、移動子28及び出力軸29の形状が、実施例1の超音波モータ1とは異なる。
移動子28は、振動子12の駆動面と加圧接触して摺動する摺動面28aと、出力軸29と嵌合する嵌合部28bと、ゴム部材30を介して後述する出力軸29のフランジ部29aとその全面で接触する接触面28dと、嵌合部28bに形成されたくびれ部28eと、摺動面28aと嵌合部28bとを接続する接続部28cを有している。
出力軸29は、一方の端部に略円盤形状のフランジ部29aを有している。このフランジ部29aの径は、移動子28の接触面28dの外径に等しく、接触面28dがフランジ部29aにより位置を規制される部分の外径の半径は、接触面28aの外径の半径に等しい。
接触面28dの外径の半径rと摺動面28aの外径の半径Rとの比率を大きくすることにより、出力軸18に対する移動子28の倒れをさらに小さくできるので、異音の静音化に有効である。
本実施例の超音波モータ4は、移動子31及び出力軸33の形状が、実施例1の超音波モータ1とは異なる。
移動子31は、振動子11の駆動面と加圧接触して摺動する摺動面31aと、後述する出力軸33の出力軸側嵌合部33bと嵌合する嵌合部31bと、ゴム部材32を介して出力軸33のフランジ部33aとその全面で接触する接触面31dとを有する。
出力軸33は、その先端部に略円環形状のフランジ部33aと、移動子31と嵌合する出力軸側嵌合部33bを有する。フランジ部33aは、その径が移動子31の摺動面31a及び接触面31dの外径と等しく、接触面31dの外径の半径(フランジ部33aにより位置が規制される部分の外径の半径)rは、摺動面31aの外径の半径Rと等しく、その比率r/R=1.0である。
本実施例によれば、接触面31dの外径の半径rと摺動面31aの外径の半径Rとが等しいので、移動子31の出力軸33に対する倒れを、さらに小さくできる。従って、異音の発生をさらに小さくできる。
以上説明した実施例に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の均等の範囲内である。
(1)実施例2において、ベアリング受け部材26は、出力軸18との嵌合部分に延長部分を設けず、実施例1のベアリング受け部材21に比べて出力軸18との嵌合部分の長さが短い例を示したが、これに限らず、例えば、実施例1のベアリング部材21と同様に延長部分を設けて嵌合部分を長くし、かつ、加圧バネ24を出力軸18の外周面に近接して設けてもよい。
Claims (11)
- 駆動信号により励振され、駆動面に振動波を生じる振動子と、前記駆動面に加圧接触され、前記振動波によって回転駆動される移動子と、
前記振動子と前記移動子とを加圧接触させる加圧部材と、前記移動子とともに回転する出力軸と、
を備えた振動波モータにおいて、
前記出力軸の端部に、略円盤形状に突出した形状であり、前記加圧部材が加圧する方向で前記移動子の位置を直接又は間接的に規制するフランジ部を有し、
前記フランジ部と直接又は間接的に接触する前記移動子の接触部であって前記フランジ部により位置を規制される部分の外径は、前記移動子及び前記出力軸それぞれの回転中心の相対的な傾きを抑える所定以上の大きさがあり、
前記移動子は、前記出力軸と嵌合する嵌合部を備え、前記嵌合部の内径は、前記接触部が前記フランジ部により位置を規制される部分の内径より小さいこと、
を特徴とする振動波モータ。 - 駆動信号により励振され、駆動面に振動波を生じる振動子と、前記駆動面に加圧接触され、前記振動波によって回転駆動される移動子と、
前記振動子と前記移動子とを加圧接触させる加圧部材と、前記移動子とともに回転する出力軸と、
を備えた振動波モータにおいて、
前記出力軸の端部に、略円盤形状に突出した形状であり、前記加圧部材が加圧する方向で前記移動子の位置を直接又は間接的に規制するフランジ部を有し、
前記フランジ部と直接又は間接的に接触する前記移動子の接触部であって前記フランジ部により位置を規制される部分の外径は、前記移動子及び前記出力軸それぞれの回転中心の相対的な傾きを抑える所定以上の大きさがあり、
前記移動子は、くびれ部を有する形で接続部を備え、前記接続部の外径は、前記接触部が前記フランジ部により位置を規制される部分の外径より大きいこと、
を特徴とする振動波モータ。 - 駆動信号により励振され、駆動面に振動波を生じる振動子と、前記駆動面に加圧接触され、前記振動波によって回転駆動される移動子と、
前記振動子と前記移動子とを加圧接触させる加圧部材と、前記移動子とともに回転する出力軸と、
を備えた振動波モータにおいて、
前記出力軸の端部に、略円盤形状に突出した形状であり、前記加圧部材が加圧する方向で前記移動子の位置を直接又は間接的に規制するフランジ部を有し、
前記フランジ部と直接又は間接的に接触する側の前記移動子の外径は、前記移動子及び前記出力軸それぞれの回転中心の相対的な傾きを抑える所定以上の大きさがあり、
前記駆動面に接触して摺動する前記移動子の摺動部の外径の半径をRとし、前記移動子の、前記フランジ部により位置を規制される側の面の外径の半径をrとしたとき、
0.5≦r/R≦0.82
を満たすこと、
を特徴とする振動波モータ。 - 請求項1又は請求項2に記載の振動波モータにおいて、
前記駆動面に接触して摺動する前記移動子の摺動部の外径の半径をRとし、前記移動子の、前記フランジ部により位置を規制される側の面の外径の半径をrとしたとき、
r/R≦1
を満たすこと、
を特徴とする振動波モータ。 - 請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の振動波モータにおいて、
前記振動子を固定する固定部材と、
前記出力軸と前記固定部材との位置関係を決める1つの軸受け部とを備えること
を特徴とする振動波モータ。 - 請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載の振動波モータにおいて、
前記加圧部材は、前記振動子の前記移動子とは反対側に、前記出力軸の外周面に近接して設けられ、前記出力軸とともに回転すること、
を特徴とする振動波モータ。 - 請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の振動波モータにおいて、
前記振動子を固定する固定部材と、
前記出力軸と前記固定部材との位置関係を決める1つの軸受け部とを備え、
前記加圧部材の少なくとも一部は、前記軸受け部の内径より前記出力軸側に配置されること、
を特徴とする振動波モータ。 - 請求項1から請求項7までのいずれか1項に記載の振動波モータにおいて、
前記振動子を固定する固定部材と、
前記出力軸の前記フランジ部とは反対側の端部付近に設けられ、前記出力軸ともに回転して被駆動部材に駆動力を伝達する出力伝達部材と、
前記フランジ部と前記出力伝達部材との間に設けられ、前記固定部材に対して前記出力軸の回転運動の径方向の位置を決め、かつ、前記加圧部材の加圧力を受ける軸受け部とを備え、
前記加圧部材は、前記軸受け部と前記出力伝達部材との間に設けられていること、
を特徴とする振動波モータ。 - 請求項1から請求項8までのいずれか1項に記載の振動波モータにおいて、
前記振動子を固定する固定部材と、
前記出力軸と前記固定部材との位置関係を決める1つの軸受け部とを備え、
前記軸受け部は、ベアリングであること
を特徴とする振動波モータ。 - 請求項1から請求項9までのいずれか1項に記載の振動波モータにおいて、
前記振動子を固定する固定部材と、
前記出力軸と前記固定部材との位置関係を決める1つの軸受け部と、
前記軸受け部と前記出力軸との間に配置される前記軸受け部の受け部材とを備えること
を特徴とする振動波モータ。 - 請求項10に記載の振動波モータにおいて、
前記加圧部材の少なくとも一部は、前記受け部材と前記出力伝達部材との間であって、前記受け部材の外径側に配置されること
を特徴とする振動波モータ。
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