JP5121058B2 - リニア駆動型超音波モータ - Google Patents

Description

本発明は、リニア駆動型超音波モータに関するものである。

従来のリニア駆動型超音波モータとしては、例えば特許文献１記載の振動装置が挙げられる（図１８）。ここで、図１８は、従来のリニア駆動型超音波モータの構成を示す図であって、（ａ）は分解斜視図、（ｂ）は縦断面図である。

図１８に示す振動装置は、振動体９０１を収容したケース９０６、ケース９０６内を通って振動体９０１に接触する移動体９０４、及び、移動体９０４と振動体９０１とを加圧接触させる押圧力（付勢力）を発生する押圧バネ９０５を備えている。押圧バネ９０５は、ケース９０６の外側に取り付けられている。ケース９０６の振動体９０１に面する側には開口部が形成され、押圧バネ９０５の押圧力は、開口部を通して振動体９０１に作用している。すなわち、この振動装置は、押圧バネ９０５がケース９０６の開口部を覆いながらケース９０６の外側に取り付けられた構造をしており、押圧力を発生させる押圧バネ９０５の変形部（開口部を覆っている平面部）が露出している。

特許文献１記載の振動装置のように、主要な構成要件をパッケージしたユニット構造にすることは汎用性、特性安定化の点で有効である。一方、超音波モータ装置においては、小型かつ高出力にすることが求められている。

特許第３５２４２４８号明細書

特許文献１記載の振動装置においては、ケース９０６の穴に設けられた滑り軸受けで、移動体９０４を移動方向及び移動体９０４の軸周りにガイドする構造をしている。この構造では、移動体９０４は押圧バネ９０５によってケース９０６に押圧されているため、ケース９０６の穴に設けられた滑り軸受けとの接触部の接触圧力が高く、移動体９０４が移動する際に滑り摩擦が大きい。このため、摺動抵抗が大きくなり出力低下の要因となる。また、移動体９０４は振動体９０１によって振動しているために滑り摩擦部における磨耗が促進されるという問題がある。例えばこの部分に一般的に用いられているスラスト軸受けなどのベアリングを使用すると装置の大型化につながってしまう。また、特許文献１記載の振動装置においては、ケース９０６の内部に移動体９０４をガイドするガイド機構を設けることは小型化の観点で困難であり、さらに、小型化を維持しつつ摩擦抵抗の少ないガイド機構をケース内部に構成することも難しい。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、被駆動部材の移動抵抗及び摩擦抵抗を低減しつつ確実にガイドすることができ、かつ、小型化可能なリニア駆動型超音波モータを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るリニア駆動型超音波モータは、圧電素子を有する超音波振動子と、超音波振動子との間の摩擦力により駆動される被駆動部材と、超音波振動子と被駆動部材との間に摩擦力が生じるように超音波振動子を押圧する押圧部材と、被駆動部材に当接する球状の転動部材と、転動部材を介して被駆動部材を移動可能に支持するベース部材と、を少なくとも具備する超音波モータであって、転動部材は、被駆動部材と第１の当接点で当接し、かつ、ベース部材と２つの第２の当接点で当接しており、第１の当接点と２つの第２の当接点とをそれぞれ結ぶ２本の直線の長さが略等しいことを特徴としている。

本発明に係るリニア駆動型超音波モータにおいて、被駆動部材は、少なくとも第１の当接点が存在する範囲内において、曲面を有することが好ましい。

本発明に係るリニア駆動型超音波モータにおいて、転動部材は被駆動部材の真下ではない位置に配置されているとよい。

本発明に係るリニア駆動型超音波モータにおいて、転動部材を複数備えるとともに、転動部材の相対的な位置関係を保持しつつ被駆動部材の駆動方向に案内する案内部材を備えることが望ましい。

本発明に係るリニア駆動型超音波モータにおいて、ベース部材の底面に、転動部材の半径より低い突出部を設けることができる。

本発明に係るリニア駆動型超音波モータにおいて、転動部材を複数備えるとともに、転動部材の相対的な位置関係を保持しつつ被駆動部材の駆動方向に案内するベース案内機構を、ベース部材に設けるとよい。

本発明に係るリニア駆動型超音波モータにおいて、ベース部材は、転動部材側に、２つの第２の当接点に夫々独立して対応する平面を有しているとよい。

本発明に係るリニア駆動型超音波モータにおいて、ベース部材において、隣接する平面の成す角が、直角であることが好ましい。

本発明に係るリニア駆動型超音波モータにおいて、ベース部材において、隣接する平面の成す角が、鈍角であるとよい。

本発明に係るリニア駆動型超音波モータは、被駆動部材を確実にガイドしながら被駆動部材の移動抵抗及び摩擦抵抗を低減可能な構成を備え、さらに小型化を維持又は促進可能である、という効果を奏する。

以下に、本発明に係る超音波モータ１０（リニア駆動型超音波モータ）の実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、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。

(第１実施形態）
第１実施形態及びその変形例に係る超音波モータ１０（リニア駆動型超音波モータ）について、図１から図５を参照しつつ説明する。ここで、図１は、超音波モータ１０の構成を示す図であって、（ａ）は（ｂ）のＩＡ−ＩＡ線における断面図であり、（ｂ）はケース部材１１の長手方向（ｘ方向）の中心において直交する断面図である。図１に示すように、超音波モータ１０は、超音波振動子としての振動子２２、被駆動部材２４、押圧部材２１、転動部材２５、２６、２７、２８、ケース部材１１、及びベース部材１２を備える。以下各部材について詳細に説明する。

振動子２２及びケース部材１１はいずれも略直方体状の外形を備え、ケース部材１１の内部には収容凹部１６が形成されており、ベース部材１２を配置することによって閉じられる開口部１３から外部へ至る。収容凹部１６内には、超音波モータ１０の高さ方向（図１（ａ）のｚ方向）において開口部１３側から順に、振動子２２、押圧部材２１が収容されている。押圧部材２１は、長板状の板バネであり、その長手方向が、超音波モータ１０、ケース部材１１の長手方向（図１（ａ）のｘ方向）に沿うように配置される。なお、ケース部材１１は図１に示す形状以外の形状とすることもでき、また、ケース部材１１という独立した形態を取らない構成も可能である。

押圧部材２１は、長手方向の両端部２１ａ、２１ｂの上面が、ケース部材１１の上面に形成した二つのねじ穴１１ｈから挿入した押圧調整ねじ３６に当接するとともに、中央部２１ｃの下面が振動子２２の位置決め用の支持部材２３と当接するような配置となっている。ここで、支持部材２３は、振動子２２の長手方向（図１（ａ）のｘ方向）中央に固定されている。また、振動子２２は、超音波振動子（例えば圧電素子）によって構成される。なお、以下の図においては、振動子２２を駆動するための電気配線は省略している。

ベース部材１２上には、転動部材２５、２６、２７、２８を介して、被駆動部材２４がケース部材１１の長手方向に沿って移動可能に配置されている。被駆動部材２４は、円筒の一部がカットされたＤカット形状の断面を備えた軸状部材であり、平面部２４ａが駆動子２２ａを介して振動子２２に接しており、曲面部２４ｂが転動部材２５に当接している。

ベース部材１２は、超音波モータ１０の長手方向（ｘ方向）に沿って延び、長手方向に直交する断面形状が略コの字形状をしている。図１（ｂ）に示すように、ベース部材１２の底面１２ｂと側面１２ａ、１２ｃには、球状の転動部材２５、２６、２７、２８が当接する。また、転動部材２５、２６、２７、２８の上には、被駆動部材２４が、曲面部２４ｂと転動部材２５、２６、２７、２８とが互いに当接するように載置される。これにより、被駆動部材２４は、ベース部材１２に対して、長手方向（ｘ方向、駆動方向）に移動可能となる。

超音波モータ１０は、ケース部材１１の収容凹部１６内に押圧部材２１および振動子２２を収容した状態で、ベース部材１２にねじ３７で固定される。その後、ケース部材１１の上面に螺合する二本の押圧調整ねじ３６の収容凹部１６内への延出量を調整することにより、押圧調整ねじ３６の先端が押圧部材２１の両端部２１ａ、２１ｂを押して撓ませ、振動子２２を被駆動部材２４に押し付ける押圧力を発生させる。

このような構成の超音波モータ１０における、ベース部材１２、転動部材２５、２６、２７、２８、及び、被駆動部材２４の位置関係について図２、図３を参照しつつ説明する。なお、転動部材２５、２６、２７、２８は互いに同一外径を備える。ここで、図２は、超音波モータ１０のケース部材１１の長手方向（ｙ方向及びｚ方向に直交する方向（ｘ方向））の中心において直交する断面図であって、図１（ｂ）の拡大図に対応する。図３は、第１の実施形態の第１変形例に係る超音波モータ１１０のケース部材１１の長手方向（ｙ方向及びｚ方向に直交する方向（ｘ方向））の中心において直交する断面図であって、図２に対応する図である。

図２に示すように、ベース部材１２は、その内側において、対向する側面１２ａ、１２ｃと、底面１２ｂと、がそれぞれ互いに直角に交差するような形状を備えている。ベース部材１２内には、被駆動部材２４及び転動部材２５、２６、２７、２８が収容され、転動部材２５、２６、２７、２８は、被駆動部材２４と第１の当接点でそれぞれ当接するとともに、ベース部材１２と二つの第２の当接点でそれぞれ当接している。ここで、転動部材２５と転動部材２７は被駆動部材２４の長手方向に沿って配置されている。また、転動部材２６と転動部材２８は、転動部材２５と転動部材２７に対応するように、被駆動部材２４の長手方向に沿って配置されている。したがって、ベース部材１２及び被駆動部材２４との位置関係については、転動部材２５、２６と転動部材２７、２８は同様であるから、以下の説明においては、転動部材２５、２６について説明し、転動部材２７、２８についての説明は省略する。

ベース部材１２及び被駆動部材２４との位置関係について具体的に説明する。超音波モータ１０においては、転動部材２５は、被駆動部材２４と当接点２５ａ（第１の当接点）で当接し、ベース部材１２の側面１２ａと当接点２５ｂ（第２の当接点）で当接し、さらに、ベース部材１２の底面１２ｂと当接点２５ｃ（第２の当接点）で当接している。ベース部材１２の形状は、当接点２５ａと当接点２５ｂを結ぶ直線Ｌ１の長さと、当接点２５ａと当接点２５ｃを結ぶ直線Ｌ２の長さと、が互いに等しくなるように、被駆動部材２４の曲面部２４ｂの曲率および転動部材２５の外径に対応して、設定されている。また、当接点２５ｂと当接点２５ｃは、当接点２５ａに関して、又は、被駆動部材２４の曲面部２４ｂの曲率中心２４ｃと当接点２５ａを結ぶ直線Ｌ３をベース部材１２側へ延ばした直線に関して、対称な位置にある。

同様に、転動部材２６は、被駆動部材２４と当接点２６ａ（第１の当接点）で当接し、ベース部材１２の側面１２ｃと当接点２６ｂ（第２の当接点）で当接し、さらに、ベース部材１２の底面１２ｂと当接点２６ｃ（第２の当接点）で当接している。ベース部材１２の形状は、当接点２６ａと当接点２６ｂを結ぶ直線Ｌ４の長さと、当接点２６ａと当接点２６ｃを結ぶ直線Ｌ５の長さと、が互いに等しくなるように、被駆動部材２４の曲面部２４ｂの曲率および転動部材２６の外径に対応して、設定されている。また、当接点２６ｂと当接点２６ｃは、当接点２６ａに関して、又は、被駆動部材２４の曲面部２４ｂの曲率中心２４ｃと当接点２６ａを結ぶ直線Ｌ６をベース部材１２側へ延ばした直線に関して、対称な位置にある。

以上の構成の超音波モータ１０においては、被駆動部材２４がベース部材１２側へ押圧された状態で長手方向（ｘ方向）に駆動されると、転動部材２５は被駆動部材２４との当接点２５ａにおいて被駆動部材２４の長手方向の駆動力を受けて転がり運動をする。このとき、ベース部材１２との当接点２５ｂ、２５ｃが、直線Ｌ３を延ばした直線に関して対称な位置にあることにより、当接点２５ｂでころがり接触する長さと、当接点２５ｃでころがり接触する長さと、が互いに同一となる。したがって、転動部材２５とベース部材１２との間ですべりが発生しない。さらに、被駆動部材２４自体はベース部材１２によって押圧されているが、このような構造にすることで当接点２５ｂと当接点２５ｃでの抗力が等しくなり、当接点２５ｂ、２５ｃでの転がり抵抗が均等になるという利点もある。このような作用、効果は転動部材２６においても同様である。

これに対して、仮に、当接点２５ｂ、２５ｃが当接点２５ａに対して非対称な位置にあるとすると、当接点２５ａにおいて駆動力を受けたときに、転動部材２５が回転する方向に沿った当接点２５ｂが描く転動部材２５の表面上の回転長さと、当接点２５ｃが描く転動部材２５の表面上の回転長さと、に差が生じる。このため、当接点２５ｂと当接点２５ｃのどちらかにおいてころがり接触せずにすべり接触する部分が発生する。

また、図３に示す変形例に係る超音波モータ１１０では、ベース部材１１２は、その内側において、底面１１２ｂと、側面１１２ａ、１１２ｃと、がそれぞれなす角が鈍角となるような形状を備えている。この超音波モータ１１０においても、図２に示す超音波モータ１０と同様に、転動部材２５は、被駆動部材２４と当接点２５ａ（第１の当接点）で当接し、ベース部材１１２の側面１１２ａと当接点２５ｂ（第２の当接点）で当接し、さらに、ベース部材１１２の底面１１２ｂと当接点２５ｃ（第２の当接点）で当接している。ベース部材１１２の形状は、当接点２５ａと当接点２５ｂを結ぶ直線Ｌ１１の長さと、当接点２５ａと当接点２５ｃを結ぶ直線Ｌ１２の長さと、が互いに等しくなるように、被駆動部材２４の曲面部２４ｂの曲率および転動部材２５の外径に対応して、設定されている。また、当接点２５ｂと当接点２５ｃは、当接点２５ａに関して、又は、被駆動部材２４の曲面部２４ｂの曲率中心２４ｃと当接点２５ａを結ぶ直線Ｌ１３をベース部材１１２側へ延ばした直線に関して、対称な位置にある。また、このような位置関係は、転動部材２６についても同様である。このような構成によって、この超音波モータ１１０においても、図２に示す超音波モータ１０と同様の作用、効果を奏することができる。

上述のような構造にすることにより、被駆動部材２４が転動部材２５、２６、２７、２８によって、常に滑ることがなく転がり支持されているため、被駆動部材２４の移動抵抗を小さくして出力の低減を防ぎ、磨耗を低減することができる。また、転動部材２５、２６、２７、２８が被駆動部材２４のｚ方向の真下（振動子２２と対向する側）ではなく、両脇、すなわちベース部材１２の側面側に逸れた位置で支持するため、高さ方向（ｚ方向）の寸法を小さくすることができる。このため、この実施形態のような被駆動部材２４や転がり支持構造を内包した超音波モータ１０を小型に構成することが可能となる。

図４は、第１実施形態の第２変形例における超音波モータのベース部材１２の長手方向（ｙ方向及びｚ方向に直交する方向（ｘ方向））の中心において直交する断面図であって、被駆動部材１２４、ベース部材１２、及び転動部材２５、２６、２７、２８の位置関係を示す図である。図４に示すように、被駆動部材１２４は、振動子２２との当接面である平面部１２４ａが、水平方向（ｙ方向）に延びる直線１２ｄに対して角度θをなしている。この場合においても、被駆動部材１２４は、円筒形状の一部をカットしたＤカット形状の断面を備えた軸状部材であり、図１に示す被駆動部材２４と同様に、平面部１２４ａが駆動子２２ａを介して振動子２２に接しており、曲面部１２４ｂが転動部材２５、２６、２７、２８にそれぞれ当接している。転動部材２５を例にとると、被駆動部材１２４と当接点２５ａ（第１の当接点）で当接し、ベース部材１２の側面１２ａと当接点２５ｂ（第２の当接点）で当接し、さらに、ベース部材１２の底面１２ｂと当接点２５ｃ（第２の当接点）で当接している。ベース部材１２の形状は、当接点２５ａと当接点２５ｂを結ぶ直線Ｌ１の長さと、当接点２５ａと当接点２５ｃを結ぶ直線Ｌ２の長さと、が互いに等しくなるように、被駆動部材１２４の曲面部１２４ｂの曲率および転動部材２５の外径に対応して、設定されている。また、当接点２５ｂと当接点２５ｃは、当接点２５ａに関して、又は、被駆動部材１２４の曲面部１２４ｂの曲率中心１２４ｃと当接点２５ａを結ぶ直線Ｌ３をベース部材１２側へ延ばした直線に関して、対称な位置にある。

このような位置関係により、図１、図２記載の超音波モータ１０及び図３記載の超音波モータ１１０と同様に、転動部材２５とベース部材１２との間ですべりが発生しないとともに、当接点２５ｂと当接点２５ｃでの抗力が等しくなり、当接点２５ｂ、２５ｃでの転がり抵抗が均等になる。したがって、当接点２５ａの位置は、振動子２２と被駆動部材２４との当接面１２４ａの角度によらず一定であって、上述のＬ１＝Ｌ２の関係を維持できる。よって、被駆動部材が水平方向に対して傾斜していても、駆動部材２５は転がり運動が可能となるため、組み付けばらつきの影響を低減できる。

図５は、第１実施形態の第３変形例における超音波モータのベース部材１２の長手方向（ｙ方向及びｚ方向に直交する方向（ｘ方向））の中心において直交する断面図であって、被駆動部材２２４、ベース部材１２、及び転動部材２５、２６、２７、２８の位置関係を示す図である。図５に示すように、被駆動部材２２４は、円筒形状の上下部分をカットした略台形状の断面を備えた軸状部材であり、図１に示す被駆動部材２４と同様に、平面部２２４ａが駆動子２２ａを介して振動子２２に接しており、曲面部２２４ｂが転動部材２５、２６、２７、２８にそれぞれ当接している。この超音波モータにおける、ベース部材１２、被駆動部材２２４、及び転動部材２５、２６、２７、２８の位置関係は、図１〜図４に示した超音波モータにおけるものと同様となる。このような構成とすると、被駆動部材２２４の高さ方向サイズを低減できるため、超音波モータ全体としても高さ方向の寸法がさらに小さくでき、小型にできる。

（第２実施形態）
第２実施形態に係る超音波モータ（リニア駆動型超音波モータ）について、図６、図７を参照しつつ説明する。ここで、図６は、超音波モータのベース部材１２の長手方向（ｙ方向及びｚ方向に直交する方向（ｘ方向））に直交し、かつ、転動部材２７、２８を通る断面図であって、被駆動部材２４、ベース部材１２、及び転動部材２５、２６、２７、２８の位置関係を示す図である。図７は、図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線における断面図である。なお、以下の説明では、第１実施形態に係る超音波モータと同様の部材については同じ参照符号を使用する。

第２実施形態に係る超音波モータにおいては、以下の構成が第１実施形態に係る超音波モータ１０と異なる。すなわち、ベース部材１２の底面１２ｂに案内部材４０を配置している。この案内部材４０は、薄い長板の対向する二つの長辺に二つずつ切り欠き部４１、４２、４３、４４を形成してなる。転動部材２５、２６、２７、２８は切り欠き部４１、４２、４３、４４内にそれぞれ収容されて、案内される。切り欠き部４１、４３は案内部材４０の一方の長辺４０ａにおいて所定の間隔を隔てて配置され、切り欠き部４２、４４は案内部材４０の他方の長辺４０ｂにおいて、切り欠き部４１、４３に対応するように、所定の間隔を隔てて配置される。このような構成によって、４つの転動部材２５、２６、２７、２８の配置が一定に保たれる。したがって、転動部材２５、２６、２７、２８への荷重が均等化されるため、特性安定化の効果がある。なお、案内部材４０を樹脂部材とすると、ベース部材１２の底面１２ｂとの摺動性が良好となるため望ましい。
なお、その他の構成、作用、効果については、第１実施形態と同様である。

（第３実施形態）
第３実施形態及びその変形例に係る超音波モータ（リニア駆動型超音波モータ）について、図８、図９、図１０を参照しつつ説明する。ここで、図８は、超音波モータのベース部材１２の長手方向（ｙ方向及びｚ方向に直交する方向（ｘ方向））に直交し、かつ、転動部材２５、２６、２７、２８を通る断面図であって、被駆動部材２４、ベース部材１２、及び転動部材２５、２６、２７、２８の位置関係を示す図である。図９は、図８のＩＸ−ＩＸ線における断面図である。図１０は、ベース部材１２、案内部材４０、突出部３１２ｐ、及び転動部材２５、２６、２７、２８の位置関係を示す断面図であって、図９に対応する図である。なお、以下の説明では、第１実施形態又は第２実施形態に係る超音波モータと同様の部材については同じ参照符号を使用する。

第３実施形態に係る超音波モータにおいては、以下の構成が第１実施形態に係る超音波モータ１０と異なる。すなわち、図８、図９に示すように、ベース部材２１２の底面２１２ｂに２箇所の円柱状の突出部２１２ｐを設け、その上に案内部材４０を配置している。この構成によれば、案内部材４０を薄くしてもベース部材２１２の底面２１２ｂより高い位置に配置されるため、転動部材２５、２６、２７、２８が案内部材４０上に乗り上げることがない。また、案内部材４０を薄くできるため、軽量化が可能となるとともに、案内部材４０の移動抵抗も低減することが可能となる。

また、突出部２１２ｐの形状は円柱形状に限らず、例えば図１０に示すように、ベース部材３１２の長手方向（ｘ方向）の両端付近を高さ方向に突出させて突出部３１２ｐを形成しても良い。このような構成によっても同様の効果が得られ、転動部材２５、２６、２７、２８がベース部材１２の長手方向に抜けないようなストッパ機能も果たすことができる。
なお、その他の構成、作用、効果については、第１実施形態と同様である。

（第４実施形態）
第４実施形態及びその変形例について、図１１、図１２を参照しつつ説明する。ここで、図１１（ａ）は、第４実施形態に係る被駆動部材２４、ベース部材４１２、及び転動部材２５、２６、２７、２８の位置関係を示す断面図であって、図７に対応する図である。図１１（ｂ）は、図１１（ａ）のＸＩＢ−ＸＩＢ線における断面図である。図１２（ａ）は、変形例に係る被駆動部材２４、ベース部材５１２、及び転動部材２５、２６、２７、２８の位置関係を示す断面図であって、図７に対応する図である。図１２（ｂ）は、図１２（ａ）のＸＩＩＢ−ＸＩＩＢ線における断面図である。なお、以下の説明では、第１実施形態に係る超音波モータと同様の部材については同じ参照符号を使用する。

第４実施形態に係る超音波モータにおいては、以下の構成が第１実施形態に係る超音波モータ１０と異なる。すなわち、図１１に示すように、ベース部材５１２の対向する二つの内側面４１２ａ、４１２ｃに切り欠き部４５５、４５６、４５７、４５８（ベース案内機構）をそれぞれ設けている。この切り欠き部４５５、４５６、４５７、４５８は、側面がベース部材４１２の底面４１２ｂと垂直となるように形成されており、その内部には、転動部材２５、２６、２７、２８がそれぞれ配置される。ここで、被駆動部材２４と転動部材２８との当接点４２８ａと、転動部材２８と切り欠き部４５８の側面との当接点４２８ｂと、を結ぶ直線の長さは、当接点４２８ａと、転動部材２８とベース部材４１２の底面４１２ｂとの当接点４２８ｃと、を結ぶ直線の長さに等しい。このような構成において、被駆動部材２４が駆動された場合に、転動部材２５、２６、２７、２８は切り欠き部４５５、４５６、４５７、４５８の範囲において転動する。したがって、被駆動部材２４、ベース部材４１２、転動部材２５、２６、２７、２８、及び切り欠き部４５５、４５６、４５７、４５８の配置が概略定まるため、転動部材２５、２６、２７、２８への荷重を均等化して特性安定させることができるとともに、第２実施形態及び第３実施形態の案内部材が不要となり、部品点数を少なくできる。

これに対して、ベース部材５１２の底面５１２ｂと側面とのなす角度が鈍角となるような形状の切り欠き部５５５、５５６、５５７、５５８（ベース案内機構）内に転動部材２５、２６、２７、２８をそれぞれ配置してもよい（図１２）。この場合において、切り欠き部５５５、５５６、５５７、５５８の側面とベース部材５１２の底面５１２ｂとが交差する角度は、次のように設定する。すなわち、被駆動部材２４と転動部材２８との当接点５２８ａと、転動部材２８と切り欠き部５５８の側面との当接点５２８ｂと、を結ぶ直線の長さが、当接点５２８ａと、転動部材２８とベース部材５１２の底面５１２ｂとの当接点５２８ｃと、を結ぶ直線の長さと同一となるように設定する。
なお、その他の構成、作用、効果については、第１実施形態と同様である。

図１８に示す従来のリニア駆動型超音波モータにおいては、移動体９０４は押圧バネ９０５によって振動体９０１から押圧力を受けているため、移動体９０４とケース９０６の当接部では押圧力による圧力が作用した状態にある。したがって、この当接部での摩擦抵抗が大きくなってしまう。さらに、移動体９０４が駆動される際には、振動体９０１によって常に加振された状態、すなわち強制振動されている状態となる。よって、圧力に加えて強制振動も加わることで移動体９０４とケース９０６の滑り部における磨耗や異音が問題となる。

これに対して、上述の各実施形態及び変形例に係る超音波モータにおいては、被駆動部材の移動時に滑りが発生しないように、ベース部材、被駆動部材、及び転動部材が配置された構造となっているため、磨耗や異音を低減できる。よって、超音波振動子のような振動体を用いて駆動するアクチュエータのガイド構造として特に有効である。

図１３から図１５を参照して、第１実施形態及びその変形例に係る超音波モータによる効果について説明する。図１３は、比較例に係る超音波モータの構成を示す側面図である。図１４は、比較例に係る超音波モータの構成を示す正面図である。図１５は、第１実施形態及びその変形例に係るベース部材と転動部材との位置関係を示す正面図である。なお、図１３、図１４においては、ケース部材の図示を省略している。

比較例に係る超音波モータにおいては、ベース部材６１２が平板状の部材である点が第１実施形態と異なる。このベース部材６１２は、上面６１２ａにおいて転動部材２５、２６、２７、２８と当接し、転動部材２５、２６、２７、２８は被駆動部材２４の曲面部２４ｂに当接する。

このような構成の比較例に係る超音波モータにおいて、振動子２２を用いて被駆動部材２４を加振して駆動する場合には、被駆動部材２４から転動部材２５、２６、２７、２８を介してベース部材６１２にも振動が伝達する。この場合、平板状のベース部材６１２を用いるため、ベース部材６１２の剛性が弱くなり振動子２２の屈曲振動方向に曲げ変形するような振動モードが励起されやすい。また、図１３に点線で示すように、曲げ１次モードに限らず高次のモードも発生する。このような振動が発生することで転動部材２５、２６、２７、２８や被駆動部材２４が安定せず、駆動特性が低下することになる。また、転動部材２５、２６、２７、２８と、被駆動部材２４又はベース部材６１２と、の当接部での磨耗や衝突による異音が増長される。これに対して、仮に、ベース部材６１２の剛性を上げる場合にはベース部材６１２の板厚を増やす必要があり、超音波モータが大型化してしまう。

一方、上述の実施形態及びその変形例に係る超音波モータにおいては、ベース部材１２の底面１２ｂ及び側面１２ａ、１２ｃで転動部材２５、２６、２７、２８と当接するような略凹型の断面形状としている（図１５）。ベース部材１２をこのような断面形状にすると、ベース部材１２の剛性があがり上記のような振動による弊害を回避できる。具体的には、底面部１２ｗの上下方向（ｚ方向）の曲げ変形に対しては、側面部１２ｈが補強機能を有することで剛性があがり、側面部１２ｈの左右方向（ｙ方向）の変形には底面部１２ｗが補強機能を有することで剛性があがる。したがって、図１３に示すような曲げ変形モードの振動が励起されにくい。よって、上述の実施形態及びその変形例に係るベース部材１２の構造は、振動子２２によって常に加振されて駆動されるアクチュエータのガイド構造において小型化と駆動特性向上を実現できる点で特に有効である。

さらに、ベース部材１２を略凹型の断面形状とすることで、転動部材２５、２６、２７、２８を組み込む際に、転動部材２５、２６、２７、２８はベース部材１２の底面１２ｂと側面１２ａ、１２ｃとの二方向で規制されるので、転動部材２５、２６、２７、２８をベース部材１２に置くだけで済む。さらに、転動部材２５、２６、２７、２８の上方から被駆動部材２４を載置するだけで転動部材２５、２６、２７、２８および被駆動部材２４の姿勢が決まるため、位置決め用の治具などが不要である。よって組立性も向上できる利点がある。

また、第２実施形態、第３実施形態及びその変形例では、断面が略コの字状のベース部材に球状の転動部材２５、２６、２７、２８が案内部材又は切り欠き部に案内されて４個配置され、被駆動部材２４の曲面部２４ｂを支持する。個々の転動部材は、被駆動部材２４の曲面部２４ｂ及びベース部材の側面と底面に当接している。さらに、転動部材−被駆動部材の当接点と、ベース部材−転動部材の二つの当接点とを結ぶ二本の直線の長さが略等しくなるようにベース部材の形状が設定されている。
このことにより、被駆動部材２４はベース部材および転動部材２５、２６、２７、２８に対して滑りが発生することなく転がり支持されるので、被駆動部材２４が押圧部材２１によってベース部材の方向に押圧されていたとしても移動抵抗は低減される。また、被駆動部材２４が振動子２２の駆動を受けて振動していても、転動部材２５、２６、２７、２８がベース部材および被駆動部材２４に対して滑ることなく支持するため、磨耗も低減できる。また、このような転がり支持構造を被駆動部材２４の真下ではなく側方にずれた位置に配置されているので、高さ方向の寸法を小さくできており、被駆動部材や転がり支持構造を内包した超音波モータとして小型に構成できる。

以上の説明では、転動部材−被駆動部材の当接点と、ベース部材−転動部材の二つの当接点とを結ぶ二本の直線の長さに着目していたが、本発明の特徴は角度で説明することもできる。ここでは、第１実施形態の第１変形例及び第２変形例を例にとって説明する。図１６は、第１実施形態の第１変形例に係る超音波モータのベース部材１１２の長手方向（ｙ方向及びｚ方向に直交する方向（ｘ方向））の中心において直交する断面図であって、被駆動部材２４、ベース部材１１２、及び転動部材２５、２６、２７、２８の位置関係を示す図である。図１７は、第１実施形態の第２変形例に係る超音波モータのベース部材１２の長手方向（ｘ方向）の中心において直交する断面図であって、被駆動部材１２４、ベース部材１２、及び転動部材２５、２６、２７、２８の位置関係を示す図である。

図１６に示す第１実施形態の第１変形例では、被駆動部材２４と転動部材２５との当接点２５ａと、転動部材２５の中心２５ｅと、を結ぶ直線Ｌ２１は、ベース部材１１２の底面１１２ｂと転動部材２５との当接点２５ｃと、転動部材２５の中心２５ｅと、を結ぶ直線Ｌ２２に対して、角度θ１をなす。一方、直線Ｌ２１は、ベース部材１１２の側面１１２ａと転動部材２５との当接点２５ｂと、転動部材２５の中心２５ｅと、を結ぶ直線Ｌ２３に対して、角度θ２をなし、この角度θ２は角度θ１と等しくなるように、被駆動部材２４、ベース部材１１２、及び転動部材２５の位置関係が設定されている。このように角度を設定したことにより、転動部材２５は、被駆動部材２４からの駆動力を受ける。これにより、転動部材２５は、その中心２５ｅを通り、かつ、直線Ｌ２１に垂直な軸Ａのまわりに回転しようとする。

同様に、被駆動部材２４と転動部材２６との当接点２６ａと、転動部材２６の中心２６ｅと、を結ぶ直線Ｌ２４は、ベース部材１１２の底面１１２ｂと転動部材２６との当接点２６ｃと、転動部材２６の中心２６ｅと、を結ぶ直線Ｌ２５に対して、角度θ３をなす。一方、直線Ｌ２４は、ベース部材１１２の側面１１２ａと転動部材２６との当接点２６ｂと、転動部材２６の中心２６ｅと、を結ぶ直線Ｌ２６に対して、角度θ４をなし、この角度θ４は角度θ３と等しくなるように、被駆動部材２４、ベース部材１１２、及び転動部材２６の位置関係が設定されている。このように角度を設定したことにより、転動部材２６は、被駆動部材２４からの駆動力を受ける。これにより、転動部材２６は、その中心２６ｅを通り、かつ、直線Ｌ２４に垂直な軸Ｂのまわりに回転しようとする。

図１７に示す第１実施形態の第２変形例では、被駆動部材１２４と転動部材２５との当接点２５ａと、転動部材２５の中心２５ｅと、を結ぶ直線Ｌ３１は、ベース部材１２の底面１２ｂと転動部材２５との当接点２５ｃと、転動部材２５の中心２５ｅと、を結ぶ直線Ｌ３２に対して、角度θ５をなす。一方、直線Ｌ３１は、ベース部材１２の側面１２ａと転動部材２５との当接点２５ｂと、転動部材２５の中心２５ｅと、を結ぶ直線Ｌ３３に対して、角度θ６をなし、この角度θ６は角度θ５と等しくなるように、被駆動部材１２４、ベース部材１２、及び転動部材２５の位置関係が設定されている。このように角度を設定したことにより、転動部材２５は、被駆動部材１２４からの駆動力を受ける。これにより、転動部材２５は、その中心２５ｅを通り、かつ、直線Ｌ３１に垂直な軸Ｄのまわりに回転しようとする。

同様に、被駆動部材１２４と転動部材２６との当接点２６ａと、転動部材２６の中心２６ｅと、を結ぶ直線Ｌ３４は、ベース部材１２の底面１２ｂと転動部材２６との当接点２６ｃと、転動部材２６の中心２６ｅと、を結ぶ直線Ｌ３５に対して、角度θ７をなす。一方、直線Ｌ３４は、ベース部材１２の側面１２ａと転動部材２６との当接点２６ｂと、転動部材２６の中心２６ｅと、を結ぶ直線Ｌ３６に対して、角度θ８をなし、この角度θ８は角度θ７と等しくなるように、被駆動部材１２４、ベース部材１２、及び転動部材２６の位置関係が設定されている。このように角度を設定したことにより、転動部材２６は、被駆動部材１２４からの駆動力を受ける。これにより、転動部材２６は、その中心２６ｅを通り、かつ、直線Ｌ３４に垂直な軸Ｄのまわりに回転しようとする。

以上のように、本発明に係るリニア駆動型超音波モータは、小型機器の精度の高い駆動に適している。

本発明の第１実施形態に係る超音波モータの構成を示す図であって、（ａ）は（ｂ）のＩＡ−ＩＡ線における断面図であり、（ｂ）はケース部材の長手方向の中心において直交する断面図である。 本発明の第１実施形態に係る超音波モータのケース部材の長手方向の中心において直交する断面図である。 第１の実施形態の第１変形例に係る超音波モータのケース部材の長手方向の中心において直交する断面図である。 第１実施形態の第２変形例における超音波モータのベース部材の長手方向の中心において直交する断面図である。 第１実施形態の第３変形例における超音波モータのベース部材の長手方向の中心において直交する断面図である。 本発明の第２実施形態に係る超音波モータのベース部材の長手方向に直交し、かつ、転動部材を通る断面図である。 図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線における断面図である。 本発明の第３実施形態に係る超音波モータのベース部材の長手方向に直交し、かつ、転動部材を通る断面図である。 図８のＩＸ−ＩＸ線における断面図である。 第３実施形態に係るベース部材、案内部材、突出部、及び転動部材の位置関係を示す断面図である。 （ａ）は、第４実施形態に係る被駆動部材、ベース部材、及び転動部材の位置関係を示す断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＸＩＢ−ＸＩＢ線における断面図である。 （ａ）は、第４実施形態の変形例に係る被駆動部材、ベース部材、及び転動部材の位置関係を示す断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＸＩIＢ−ＸＩIＢ線における断面図である。 比較例に係る超音波モータの構成を示す側面図である。 比較例に係る超音波モータの構成を示す正面図である。 第１実施形態及びその変形例に係るベース部材と転動部材との位置関係を示す正面図である。 第１実施形態の第１変形例に係る超音波モータのベース部材の長手方向の中心において直交する断面図である。 第１実施形態の第２変形例に係る超音波モータのベース部材の長手方向の中心において直交する断面図である。 従来のリニア駆動型超音波モータの構成を示す図であって、（ａ）は分解斜視図、（ｂ）は縦断面図である。

符号の説明

１０ 超音波モータ（リニア駆動型超音波モータ）
１１ ケース部材
１１ｈ ねじ穴
１２ ベース部材
１２ａ、１２ｃ 側面
１２ｂ 底面
１３ 開口部
１６ 収容凹部
２１ 押圧部材
２１ａ、２１ｂ 端部
２１ｃ 中央部
２２ 振動子（超音波振動子）
２２ａ 駆動子
２３ 支持部材
２４ 被駆動部材
２４ａ 平面部
２４ｂ 曲面部
２５、２６、２７、２８ 転動部材
２５ａ 当接点（第１の当接点）
２５ｂ、２５ｃ 当接点（第２の当接点）
２６ａ 当接点（第１の当接点）
２６ｂ、２６ｃ 当接点（第２の当接点）
３６ 押圧調整ねじ(加圧部）
４０ 案内部材
４１、４２、４３、４４ 切り欠き部
１２４ 被駆動部材
１２４ａ 平面部
１２４ｂ 曲面部
２１２ ベース部材
２１２ａ、２１２ｃ 側面
２１２ｂ 底面
２２４ 被駆動部材
２２４ａ 平面部
２２４ｂ 曲面部
２１２ｐ 突出部
４１２ ベース部材
４１２ａ、４１２ｃ 側面
４１２ｂ 底面
４２７ａ 当接点（第１の当接点）
４２７ｂ、４２７ｃ 当接点（第２の当接点）
４２８ａ 当接点（第１の当接点）
４２８ｂ、４２８ｃ 当接点（第２の当接点）
４５５、４５６、４５７、４５７ 切り欠き部（ベース案内機構）
５１２ ベース部材
５１２ａ、５１２ｃ 側面
５１２ｂ 底面
５２７ａ 当接点（第１の当接点）
５２７ｂ、５２７ｃ 当接点（第２の当接点）
５２８ａ 当接点（第１の当接点）
５２８ｂ、５２８ｃ 当接点（第２の当接点）
５５５、５５６、５５７、５５８ 切り欠き部（ベース案内機構）

Claims (9)

1. 圧電素子を有する超音波振動子と、
   前記超音波振動子との間の摩擦力により駆動される被駆動部材と、
   前記超音波振動子と前記被駆動部材との間に摩擦力が生じるように前記超音波振動子を押圧する押圧部材と、
   前記被駆動部材に当接する球状の転動部材と、
   前記転動部材を介して前記被駆動部材を移動可能に支持するベース部材と、
   を少なくとも具備する超音波モータであって、
   前記転動部材は、前記被駆動部材と第１の当接点で当接し、かつ、前記ベース部材と２つの第２の当接点で当接しており、
   前記第１の当接点と前記２つの第２の当接点とをそれぞれ結ぶ２本の直線の長さが略等しいことを特徴とするリニア駆動型超音波モータ。
2. 前記被駆動部材は、少なくとも前記第１の当接点が存在する範囲内において、曲面を有することを特徴とする請求項１に記載のリニア駆動型超音波モータ。
3. 前記転動部材は、前記被駆動部材の真下ではない位置に配置されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のリニア駆動型超音波モータ。
4. 前記転動部材を複数備えるとともに、前記転動部材の相対的な位置関係を保持しつつ前記被駆動部材の駆動方向に案内する案内部材を備えることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のリニア駆動型超音波モータ。
5. 前記ベース部材の底面に、前記転動部材の半径より低い突出部を設けたことを特徴とする請求項４に記載のリニア駆動型超音波モータ。
6. 前記転動部材を複数備えるとともに、前記転動部材の相対的な位置関係を保持しつつ前記被駆動部材の駆動方向に案内するベース案内機構を、前記ベース部材に設けたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のリニア駆動型超音波モータ。
7. 前記ベース部材は、前記転動部材側に、前記２つの第２の当接点に夫々独立して対応する平面を有していることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のリニア駆動型超音波モータ。
8. 前記ベース部材において、隣接する平面の成す角が、直角であることを特徴とする請求項７に記載のリニア駆動型超音波モータ。
9. 前記ベース部材において、隣接する平面の成す角が、鈍角であることを特徴とする請求項７に記載のリニア駆動型超音波モータ。

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