JP5246918B2 - 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３）。ここで、図３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３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。

特許第３５２４２４８号明細書

しかしながら、特許文献１記載の振動装置では、なんらかの外部装置に取り付ける場合には、押圧バネ９０５の押圧力の変化をさけるために、押圧バネ９０５が外部装置の部材に接触しないように、すなわち、押圧バネ９０５を回避するように配置しなければならないという設計の制限が発生する。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、安定した押圧力を得ることができ、外部装置との関係における制約が少ない、小型の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、第１の収容凹部が形成され、その内部に超音波振動子と押圧部材が収容された第１のケース部材と、被駆動部材を移動可能に支持する案内手段と、第２の収容凹部が形成され、その内部に案内手段が収容された第２のケース部材と、を少なくとも具備し、第１の収容凹部の端面と第２の収容凹部の端面とが互いに接した状態で、第１のケース部材と第２のケース部材とが互いに組みつけられ、第１の収容凹部の端面に被駆動部材の駆動方向に沿って設けられた第１の溝部と、第２の収容凹部の端面に被駆動部材の駆動方向に沿って設けられた第２の溝部とが互いに対向して配置されることで開口部が形成され、被駆動部材が開口部を通って第１のケース部材と第２のケース部材の外側に向けて延出されている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は、安定した押圧力を得ることができ、外部装置との関係における制約が少なく、かつ、小型化可能である、という効果を奏する。

以下に、本発明の実施形態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、図２を参照しつつ説明する。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。ここで、図１は、超音波モータ１０の構成を示す分解斜視図であり、図２は、組み立てた状態の超音波モータ１０の外観を示す斜視図である。

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、第１のケース部材１１、案内手段としての転動部材２５、２６、２７、２８、及び、第２のケース部材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、第１のケース部材１１、及びケース部材１２はいずれも略直方体状の外形を備え、第１のケース部材１１の内部には第１の収容凹部１６が形成されており、ケース部材１２の内部には第２の収容凹部１８が形成されている。

第１の収容凹部１６内には、超音波モータ１０の高さ方向（図１のｚ方向）において開口側（端面１１ｓ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、第１のケース部材１１の長手方向（図１（ａ）のｘ方向）に沿うように配置される。

一方、第２の収容凹部１８内には、超音波モータ１０の高さ方向において開口側（端面１２ｓ側）から順に、案内部材２９、転動部材２５、２６、２７、２８が収容されている。転動部材２５、２６、２７、２８は、第２のケース部材１２の長手方向に沿って２つずつ２列になるように配置されている。

案内部材２９は、長板状部材を幅方向中心で折り曲げた形状をなしている。この案内部材２９は、折り曲げ部が第２のケース部材１２の内部に配置されるように第２の収容凹部１８内に収容したときに転動部材２５、２６、２７、２８に対応する位置に、貫通孔であるガイド穴部２９ａ、２９ｂ、２９ｃ、２９ｄをそれぞれ備える。案内部材２９は、第２の収容凹部１８内に設けた係合部（不図示）と係合することによって、その位置が固定されることが好ましい。この構成により、ケース部材１２の第２の収容凹部１８内においては、４つの転動部材２５、２６、２７、２８が案内部材２９のガイド穴部２９ａ、２９ｂ、２９ｃ、２９ｄの下側から上側へそれぞれ挿通されることによって、転動可能な状態で位置決めされる。

被駆動部材２４は、断面がＤ形の軸状部材であり、第１のケース部材１１と第２のケース部材１２とを互いに組み付けたときに、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。

第１のケース部材１１とケース部材１２は、第１の収容凹部１６の端面１１ｓと第２の収容凹部１８の端面１２ｓとが互いに接した状態で、互いに組み付けられる。この組み付けは、第２のケース部材１２に設けたねじ穴１２ｈにケース止めねじ３７を螺合することによって行う。

第１の収容凹部１６の端面１１ｓには、被駆動部材２４が駆動される方向（ｘ方向）に沿って第１の溝部１１ｇが形成されている。一方、第２の収容凹部１８の端面１２ｓには、第１のケース部材１１と第２のケース部材１２とを互いに組み付けたときに第１の溝部１１ｇに対応するように、第２の溝部１２ｇが形成されている。第１の溝部１１ｇ、第２の溝部１２ｇは、組み付け後に互いに対向して配置されることで開口部１０ｇを形成する。被駆動部材２４は、この開口部１０ｇを通って第１のケース部材１１、第２のケース部材１２の外側に向けて延出される。

一方、第１のケース部材１１、第２のケース部材１２内において、被駆動部材２４は、案内部材２９のガイド穴部２９ａ、２９ｂ、２９ｃ、２９ｄの上側に突出した転動部材２５、２６、２７、２８に当接支持される。被駆動部材２４は、第２のケース部材１２の長手方向に沿って配置された転動部材２５、２６、２７、２８に支持されることによって、ケース部材１２の長手方向、すなわち被駆動部材２４の長手方向に沿って移動可能となる。

押圧部材２１は、長手方向の両端部の上面が、押圧ネジ３６（加圧部材）により押圧可能になっている。押圧ネジ３６は、第１のケース部材１１の上面に設けた貫通孔であるねじ穴１１ｈを通じて、先端が第１の収容凹部１６内に延出している。また、押圧部材２１は、長手方向の中央部の下面が振動子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、超音波振動子の駆動方法は公知であるため、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。また、第１のケース部材１１の第１の収容凹部１６内には、支持部材２３の張り出し部が係合される係合溝（不図示）が形成されている。

図１、図２に示すように、被駆動部材２４の両端部には、外部装置（不図示）を連結するための連結部３１が設けられており、リニア可動装置を実現することができる。

以上の構成の超音波モータ１０の組立ては次のように行う。
まず、押圧部材２１を第１のケース部材１１の第１の収容凹部１６に入れる。次に、支持部材２３の張り出し部と第１のケース部材１１の係合部とを嵌合することによって、第１のケース部材１１に振動子２２を固定する。なお、支持部材２３の張り出し部と第１のケース部材１１の係合部とを嵌合しているため、この状態で一体的にハンドリングすることが可能である。

つづいて、第２の収容凹部１８内において、転動部材２５、２６、２７、２８によって被駆動部材２４が支持された状態のケース部材１２側からケース止めネジ３７で第１のケース部材１１と第２のケース部材１２とを互いに組み付ける。さらに、組み付け後、押圧ネジ３６の第１の収容凹部１６内への延出量を調整することにより押圧部材２１による押圧力を所望の値に設定する。押圧力の設定後は、例えば押圧ネジ３６を第１のケース部材１１のねじ穴１１ｈに対して接着することによって固定することもできる。なお、押圧力の調整は、押圧部材２１の材質、形状の変更によっても行うことができる。

第１のケース部材１１は押圧部材２１より十分高い剛性を有しており、第１のケース部材１１が図示しない外部装置の部材に接触しても、例えば押圧部材２１の撓み量が変わるということがない。そのため、外部装置の設計自由度が向上する。また、押圧部材２１が第１のケース部材１１の外部に露出していないため、第１のケース部材１１の外形を外部装置にあてつけて取り付けの位置決めに使うことができる。さらに、第１のケース部材１１に取り付け穴を設けて外部装置に直接取り付けることも可能になる。

なお、被駆動部材が移動可能であれば、案内手段として、例えば、転動することのない半球状の部材を設けたり、第２のケース部材において、被駆動部材と接触する部分に半球状の突起部を設け、又は、接触部分を滑らかな面とするなどの構成を採用することもできる。

以上の構成においては、押圧部材２１が振動子２２を被駆動部材２４に対して押圧することにより、振動子２２と被駆動部材２４との間には摩擦力が生じるため、振動子２２の振動によって被駆動部材２４はその長手方向に移動する。さらに、被駆動部材２４が転動部材２５、２６、２７、２８によって支持されつつ移動することから、安定した押圧力を得ることができる。

外部装置に対して第１のケース部材１１を固定することが可能となるため、押圧部材２１による押圧力を安定的に得つつ、幅広いリニア可動装置に適用することができる。

一般に、超音波モータ装置において、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が、小型にすることが求められている。これに対して、従来の超音波モータにおいては、押圧部材（付勢部材）をケース部材に内包した状態で小型化することは、押圧力のばらつきが大きくなりやすく、困難である。しかし、押圧部材をケースに取り付け露出した状態ではケースとして内容物を保護するという機能が不十分である。

これに対して、上述の実施形態に係る超音波モータによれば、押圧部材２１の位置決めが容易にでき、かつ、組立及びメンテナンスも簡易なユニット構造を実現できる。すなわち、箱状の第１のケース部材１１の開口部側に振動子２２、開口部と逆側に押圧部材２１を案内して収容する。よって、小型化が可能となるとともに、剛体である第１のケース部材１１が押圧部材２１を含む各部材を覆って保護するため、第１のケース部材１１は外部装置に固定したり、位置決めのために当てつけたり、ということが可能となる。これはケース部材１２について同様である。

さらに、第２のケース部材１２によって閉じられた空間内で、押圧部材２１の押圧力によって、振動子２２が被駆動部材２４に接触するため、異音の発生を防止することができる。また、押圧部材２１、振動子２２のいずれか一方又は両方を位置規制することによって、被駆動部材２４の精密な駆動には不必要な共振の発生を抑えることができる。さらにまた、押圧部材２１と被駆動部材２４との間に振動子２２を配置する構造により、被移動部材２４の移動がスムーズとなる。

また、超音波モータ１０が、第１のケース部材１１と第２のケース部材１２という２つのケース部材からなるため、組立時やメンテナンス時の作業が容易となる。

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。

本発明の実施形態に係る超音波モータの構成を示す分解斜視図である。 組み立てた状態の超音波モータの外観を示す斜視図である。 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）
１０ｇ 開口部
１１ 第１のケース部材
１１ｇ 第１の溝部
１１ｈ ねじ穴
１１ｓ 端面
１２ 第２のケース部材
１２ｇ 第２の溝部
１２ｈ ねじ穴
１６ 第１の収容凹部
１８ 第２の収容凹部
２１ 押圧部材
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（案内手段）
２９ 案内部材
２９ａ、２９ｂ、２９ｃ、２９ｄ ガイド孔部
３１ 連結部
３６ 押圧ネジ（加圧部材）
３７ ケース止めネジ

Claims (1)

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、
   第１の収容凹部が形成され、その内部に前記超音波振動子と前記押圧部材が収容された第１のケース部材と、
   前記被駆動部材を移動可能に支持する案内手段と、
   第２の収容凹部が形成され、その内部に前記案内手段が収容された第２のケース部材と、を少なくとも具備し、
   前記第１の収容凹部の端面と前記第２の収容凹部の端面とが互いに接した状態で、前記第１のケース部材と前記第２のケース部材とが互いに組みつけられ、
   前記第１の収容凹部の端面に前記被駆動部材の駆動方向に沿って設けられた第１の溝部と、前記第２の収容凹部の端面に前記被駆動部材の駆動方向に沿って設けられた第２の溝部とが互いに対向して配置されることで開口部が形成され、
   前記被駆動部材が前記開口部を通って前記第１のケース部材と前記第２のケース部材の外側に向けて延出されていることを特徴とするリニア駆動型超音波モータ。

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