JPH11235061A - 超音波モータおよび超音波モータ付き電子機器 - Google Patents
超音波モータおよび超音波モータ付き電子機器Info
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Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
組み立て後に煩雑な作業なしに加圧力を調整するととも
に、小型で高効率かつ安定な超音波モータおよび超音波
モータ付き電子機器を提供する。 【解決手段】 励振される振動体と前記振動体に当接す
る移動体とを加圧して両者に摩擦力を生じさせる加圧手
段を備え、前記摩擦力により前記移動体を駆動させる超
音波モータにおいて、前記加圧手段は、主に加圧力を加
える主加圧手段と前記主加圧手段の加える加圧力を調整
する加圧力調整手段を有する。
Description
を加圧手段により加圧する超音波モータに係り、特に、
加圧手段の加圧力を振動体、移動体等の組み立て前後で
調整する超音波モータおよび超音波モータ付き電子機器
の改良に関する。
子の圧電効果を利用した超音波モータが注目されてい
る。この超音波モータの一例として、装置を支持する支
持板と、支持板に固定された中心軸と、中心軸に固定さ
れた振動体と、振動体の下面に接合された圧電素子と、
振動体に設けた突起に当接された移動体と、移動体に圧
接する加圧手段とを備えたタイプが知られている。
励振させ、この圧電素子の励振により振動体を弾性振動
させ、この弾性振動により振動体の突起を周期的に移動
体に当接させる一方、加圧手段は移動体と振動体の突起
とに加圧力を加えて、移動体と振動体とに摩擦力を発生
させ、この摩擦力により移動体を駆動する。ここで、加
圧手段の種類としては、図11(a)に示すような板ば
ね101、または、図11(b)に示すような皿形状の
ばね102と、皿形状のばねの加圧力を調整するスペー
サからなるものが知られている(特開平2−28728
1号公報、特開昭63−305770号公報参照)。
ばね101の場合、加圧力は、板ばねの形状、厚みのば
らつき、振動体、移動体等の各部品の厚みのばらつき、
およびこれらの組み立てばらつきにより、加圧力のばら
つきが生じてしまう。この加圧力のばらつきは、振動体
と移動体との摩擦力、移動体の駆動力を変化させ、超音
波モータの個々の特性をばらつかせるという問題を有し
ていた。
を用いる場合、皿形状のばね、振動体、移動体等の各部
品のばらつきをスペーサの厚みで調整して加圧力を調整
するものの、加圧力の調整は、組み立て前に部品の厚み
選別による組み合わせ、または、組み立て後のモータ特
性検査による組み外し、例えば、スペーサの枚数を変更
する等の煩雑な作業が必要になる。さらに、スペーサで
の調整は、わずかな厚みの相違で加圧力が大きく変化す
るため、精度の高い加圧力の調整は困難であり、ひいて
は、装置の大型化、低効率化という問題を有していた。
体、移動体等の組み立て前後における加圧力のばらつき
を防止し、組み立て後に煩雑な作業なしに加圧力を調整
するとともに、小型で高効率かつ安定な超音波モータお
よび超音波モータ付き電子機器を提供する。
示したブロック図である。本発明は、図1に示すよう
に、励振される振動体1と前記振動体1に当接する移動
体2とを加圧して両者に摩擦力を生じさせる加圧手段3
を備え、前記摩擦力により前記移動体2を駆動させる超
音波モータにおいて、前記加圧手段3は、主に加圧力を
加える主加圧手段3aと前記主加圧手段3aの加える加
圧力を調整する加圧力調整手段3bを有することを特徴
とする。
性部材を用いる方式、荷重部材により加圧力を加える方
式、さらには磁力等の吸引反発により加圧力を加える方
式の何れも含まれる。また、弾性部材には、ばね、ゴム
が含まれ、さらに、ばねには、板ばね、放射状の腕を有
するばね、コイルばね等が含まれる。図2は、本発明に
係わる原理を等価的に表した図である。
性係数K1のばねとし、加圧力調整手段3bを小さい弾
性係数K2の3つのばねとし、両ばねを並列に接続した
ものに置き換えられる。そして、一定のたわみ量のもと
では、加圧力調整手段3bの3つのばねを接続、切断す
ることにより、全体の弾性係数をK1+3K2、K1+
2K2、K1+K2、K1から選択し、加圧力を調整す
る。
bにより、組み立て前のみならず組み立て後においても
主加圧手段3aの加える加圧力は調整される。したがっ
て、振動体1、移動体2、加圧手段3の寸法のばらつき
に基づいた加圧力のばらつきは防止されるとともに、振
動体1、移動体2、加圧手段3の寸法精度の管理は容易
になる。
なしに加圧力は調整される。したがって、組み立て後の
加圧力の調整は容易になる。また、組み立て後に、加圧
力調整手段3bの接続、切断により、精度の高い加圧力
の調整を行う。したがって、小型で高効率且つ安定なモ
ータが実現される。また、請求項2記載の発明は、請求
項1記載の超音波モータにおいて、前記加圧手段は板ば
ねであり、前記加圧力調整手段は前記板ばねにスリット
部と前記スリット部の間に短冊部を有することを特徴と
する。
より加圧力を調整するとともに、組み立て後、スリット
部間の短冊部を切断、接続することにより、精度の高い
加圧力の調整を行う。また、請求項3記載の発明は、請
求項1記載の超音波モータにおいて、前記加圧手段は放
射状に伸びた腕を有し、前記主加圧手段は前記腕のうち
所定の幅の主加圧腕部であり、前記加圧力調整手段は前
記腕のうち前記主加圧腕部より幅の狭い加圧力調整腕部
であることを特徴とする。
部により主加圧腕部の加える加圧力を調整するととも
に、組み立て後、加圧力調整腕部の一部を切断、曲げる
ことにより、精度の高い加圧力の調整を行う。また、請
求項4記載の発明は、請求項1記載の超音波モータにお
いて、前記加圧力調整手段は、前記振動体、前記移動
体、前記加圧手段を組み立てた後に、加工されて前記加
圧力を調整することを特徴とする。
融等の方法による。これによれば、振動体等を組み立て
後、加圧力調整手段は加工されて精度の高い加圧力の調
整を行う。また、請求項5に記載の発明は、請求項1か
ら請求項4の何れかに記載の超音波モータにおいて、前
記加圧手段と前記移動体とを一体にしたことを特徴とす
る。
にしたことで、加圧手段を設置する部材を不要にする。
したがって、装置構成の簡略化が図られる。また、請求
項6記載の発明は、超音波モータ付き電子機器におい
て、請求項1から請求項5の何れかに記載の超音波モー
タを備えたことを特徴とする。ここで、電子機器には、
電子時計、計測器、カメラ、プリンタ、印刷機、工作機
械、ロボット、移動装置が含まれる。
ータ付き電子機器が実現される。
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3は、本発明を適用した実施の形態
1に係わる超音波モータの断面構造を示し、図4は、超
音波モータに係わる加圧ばね16の平面構造を示す。
支持板11と、支持板11に基端を固定した中心軸12
と、中心軸12の中央に固定された振動体13と、振動
体13の下面に接合された圧電素子14と、振動体13
の突起13aに当接する移動体15と、移動体15に圧
接した本発明の加圧手段としての加圧ばね16と、移動
体15の下面に固定した摩擦板17を備える。
略柱状体であり、振動体13を固定支持し、また、移動
体15を回動自在に支持する。振動体13は、例えばア
ルミ合金、ステンレス、黄銅等の弾性材料からなる円盤
状である。また、後述する圧電素子14の分割部の境界
に対応する位置に等間隔で、柱状の突起13aを設けて
いる。
チタン酸バリウム、チタン酸鉛、ニオブ酸リチウム、タ
ンタル酸リチウム等で作製され、略円盤状に成形されて
いる。また、周方向へ扇形状に12等分に分割され、1
つおきの分割部を1組の分極処理部として、2組の分極
処理部を設ける。分極処理は、各組の分極処理部の分割
部が交互に分極処理の方向を反対となるように施す。こ
こで、分極処理の方向は、正方向として、振動体13と
の接合面に向かって正の電界を印加し、逆方向として振
動体13との接合面に向かって負の電界を印加した。
各分割部に対応した略扇形状の電極パターンを蒸着、ス
パッタ、印刷、CVD等の手段で形成し、各組の分極処
理部ごとに短絡し、2組の電極パターンを形成してい
る。そして、一方の電極パターンは第1リード線に結線
し、他方の電極パターンは第2リード線に結線されてい
る。一方、振動体13との接合面には、全面に電極を形
成している。そして、一方の電極パターンと他方の電極
パターンのそれぞれに90゜位相の異なる励振信号を入
力して、それぞれの分極処理部を90゜位相をずらして
励振させ、振動体13の周方向に進行波を発生させる。
aを分割部の境界について1つおきに、即ち、定在波を
周方向へ3波長生じさせた場合の節と腹の中間に配置す
る。そして、正方向へ駆動させるときは、一方の分極処
理部に励振信号を入力して励振させ、振動体13の周方
向に3波長分の定在波を発生させる。また、逆方向へ駆
動させるときは、他方の分極処理部に同位相の励振信号
を入力して励振させ、振動体13に前記定在波と90゜
位相の異なる定在波を発生させる。
円盤状であり、下部の中心には中心軸12をはめ込む凹
状穴15aを設け、上面にはピボット15bを設けてい
る。本発明の加圧手段としての加圧ばね16は、図4
(a)に示すように、例えば、ステンレス、ばね鋼等の
金属を用いた板ばね状であり、図示しない設置部材に固
定するベース部16aと、ベース部16aに連続する本
発明の加圧力調整手段としての加圧力調整ばね16b
と、加圧力調整ばね16bに連続する本発明の主加圧手
段としての主加圧ばね16cから構成されている。
矩形体の中心に円形の取付孔161aを形成している。
加圧力調整ばね16bは、板ばねの長手方向に直線状の
スリット部162a,162b,162cを形成し、ス
リット部162a,162b,162c間に短冊部16
3a,163b,163c,163dを形成している。
6角形状の6角形部164aからなる。そして、主加圧
ばね16cは移動体15のピボット15bに主なる加圧
力を加える。一方、加圧力調整ばね16bは、スリット
部162a,162b,162cにより、加圧ばね16
の剛性および弾性係数を下げて、主加圧ばね16cの加
える加圧力を調整する。
体を組み立て後に、例えば、加圧力調整ばね16bの短
冊部163a,163dをレーザー、切断機により切断
して、板ばねの弾性係数をさらに下げ、加圧力を微調整
する。次に、図3、図4に基づいて、本実施の形態の動
作について説明する。先ず、圧電素子14の一方の電極
パターンと他方の電極パターンに90゜位相の異なる励
振信号を入力すると、各分極処理部はそれぞれ90゜位
相の異なる励振を行う。
曲振動するとともに周方向の進行波を生じる。振動体1
3の突起13aは楕円運動を行い、楕円運動の縦方向に
ついて原点位置から頂点位置までの間に移動体15に当
接する。一方、加圧ばね16は、移動体15のピボット
15bに圧接して加圧力を加える。
を加えるとともに、加圧力調整ばね16bのスリット部
162a,162b,162cにより加圧力を調整さ
れ、移動体15に適正な加圧力を加える。そして、この
加圧力は、移動体15と楕円運動の原点位置から頂点位
置の間にある突起22aとを圧接する。移動体15は周
方向へ摩擦力を加えられ、所定の方向へ回転される。
(b)に示すように、加圧力調整ばね16bの短冊部1
63a,163dを切断する加工を行えばよい。このと
き、加圧ばね16の弾性係数は、切断された短冊部16
3a,163dにより、さらに下げられ、加圧力は微調
整される。また、組み立てた状態のままで装置の組み外
し作業を行う必要もない。
で回転され、所定のトルクが得られる。なお、上記加工
で、加圧力が下がりすぎた場合、再び、短冊部163
a,163dを接続する加工を行えばよい。以上より、
本実施の形態によれば、主加圧ばね16cの加える加圧
力を加圧力調整ばね16bにより組み立ての前後で調整
するようにしたので、振動体13、移動体15、加圧ば
ね16等の寸法のばらつきに基づいた加圧力のばらつき
は防止されるとともに、振動体13、移動体15、加圧
ばね16の寸法精度の管理は容易になる。
業の必要なしに加圧力は調整されるようにしたので、組
み立て後の加圧力の調整は容易になる。また、組み立て
後、加圧力調整ばね16bの短冊部163a,163
b,163c,163dの切断、接続により、精度の高
い加圧力の調整をするようにしたので、小型で高効率且
つ安定なモータが実現される。
6の変形の態様についての平面構造を示す。この加圧ば
ね16の加圧力調整ばね16bは、同図(a)に示すよ
うに、板ばねの幅方向にスリット部165a,165
b,165c,165d,165eを形成するととも
に、スリット部165a,165b,165c,165
d,165eの間に短冊部166a,166b,166
c,166dを形成した。
圧力を調整する場合、同図(b)に示すように、短冊部
の一部166cを例えば、溶融して取り除き、加圧力を
微調整する。 {実施の形態2}図6は、本発明を適用した実施の形態
2に係わる超音波モータの断面構造を示す図であり、図
7は、超音波モータに係わる加圧ばね23の平面構造を
示す図である。
移動体22の上方に突出する中心軸21と、中心軸21
に支持され、且つ移動体22の上面に圧接された加圧ば
ね23を設けた点に特徴を有する。なお、実施の形態1
と同様の構成については同一符号を付して説明を省略す
る。
略柱状体であり、上部に側方へ突出する鍔部21aを設
けている。そして、この鍔部21aにより、加圧ばね2
3を支持する。また、移動体22の中心部には、中心軸
21を挿通させる挿通孔222aを設けている。加圧ば
ね23は、図7(a)に示すように、円環状部23b
と、円環状部23bの外縁から四方に放射状に伸びた主
加圧腕部23c,23d,23e,23fと、主加圧腕
部23c,23d,23e,23fの間に設けた加圧力
調整腕部23g,23h,23i,23j,23k,2
3l,23m,23nからなる。
軸21を挿通させる挿通孔23aを設けるとともに、中
心軸21に対して回動自在にする図示しないボールベア
リング等の軸受を有する。主加圧腕部23c,23d,
23e,23fは、所定の腕の幅を有し、移動体22に
主なる加圧力を加える。
3i,23j,23k,23l,23m,23nは、主
加圧腕部23c,23d,23e,23fより腕の幅を
狭くし成形し、移動体22に主加圧腕部23c,23
d,23e,23fより小さい加圧力を加える。そし
て、加圧力調整腕部23g,23h,23i,23j,
23k,23l,23m,23nは、主加圧腕部23
c,23d,23e,23fの移動体22に加える加圧
力を増加方向へ調整する。
整する場合、同図(b)に示すように、加圧力調整腕部
23h,23jを溶融または切断して、移動体22から
離反させ、また、加圧力調整腕部23k,23mを上方
へ曲げ加工して移動体22から離反させる。したがっ
て、移動体22から離反させた加圧力調整腕部23h,
23j,23k,23mは、移動体22に加圧力を加え
ないため、全体の加圧力が減少方向へ微調整される。
腕部23c,23d,23e,23fの移動体22に加
える加圧力を、加圧力調整腕部23g,23h,23
i,23j,23k,23l,23m,23nにより調
整するようにし、さらに、装置の組み立て後、加圧力調
整腕部23h,23j,23k,23mを移動体22か
ら離反するように加工し、加圧力を微調整するようにし
たので、実施の形態1と同様な効果が得られる。 {実施の形態3}図8は、本発明を超音波モータに適用
した実施の形態3の断面構造を示す図であり、図9は、
超音波モータに係わる加圧ばね34の平面構造を示す図
である。
移動体22の上方に突出する中心軸31と、中心軸31
の上部に固定された鍔部材32と、振動体13の突起1
3aに当接させた移動体33と、移動体33と一体に設
けるとともに鍔部材32の下部に当接させた加圧ばね3
4から構成されている。なお、実施の形態1と同様の構
成については同一符号を付して説明を省略する。
33は円環状である。加圧ばね34は、中心に中心軸3
1を挿通させる挿通孔34aを設けた円環状のボールベ
アリング部34bと、ボールベアリング部34bの外縁
から三方へ放射状に伸びた主加圧腕部34c,34d,
34eと、主加圧腕部34c,34d,34eの間に放
射状に伸びた加圧力調整腕部34f,34g,34h,
34i,34j,34kとからなる。
4eは、所定の腕の幅を有し、移動体33に主なる加圧
力を加える。また、加圧力調整腕部34f,34g,3
4h,34i,34j,34kは、主加圧腕部34c,
34d,34eより腕の幅を狭くし成形し、移動体33
に主加圧腕部34c,34d,34eより小さい加圧力
を加える。
34h,34i,34j,34kは、主加圧腕部34
c,34d,34eの移動体33に加える加圧力を増加
方向へ調整する。一方、装置を組み立てた後に加圧力を
微調整する場合、同図(b)に示すように、加圧力調整
腕部34f,34h,34jを溶融または切断して、移
動体33から離反させる。したがって、移動体33から
離反させた加圧力調整腕部34f,34h,34jは、
移動体33に加圧力を加えないため、全体の加圧力を減
少方向へ微調整される。
腕部34c,34d,34eにより移動体33に加える
加圧力を、加圧力調整腕部34f,34g,34h,3
4i,34j,34kにより調整するようにし、さら
に、装置の組み立て後、加圧力調整腕部34f,34
h,34jを移動体33から離反するように加工し、加
圧力を微調整するようにしたので、実施の形態1と同様
な効果が得られる。
することで、加圧ばね設置用の部材点数を減少するよう
にしたので、装置構成の簡略化が図られる。 {実施の形態4}図10は、本発明に係わる超音波モー
タを適用した超音波モータ付き電子機器のブロック図で
ある。
圧電素子41と、圧電素子41の励振により弾性振動さ
れる振動体42と、振動体42により可動される移動体
43と、移動体43と振動体42とを加圧する加圧手段
44と、移動体43と連動して可動する伝達機構45
と、伝達機構45の動作に基づいて運動する出力機構4
6を備えることにより実現する。
は、例えば、電子時計、計測器、カメラ、プリンタ、印
刷機、工作機械、ロボット、移動装置である。伝達機構
45には、例えば、歯車、摩擦車等の伝達車を用いる。
出力機構46には、例えば、カメラにおいてはシャッタ
駆動機構、レンズ駆動機構を、電子時計においては指針
駆動機構、カレンダ駆動機構を、工作機械においては刃
具送り機構、加工部材送り機構等を用いる。
力軸からトルクを伝達する動力伝達機構を有する構成に
して、伝達機構45、出力機構46を用いずに、超音波
モータ自体で駆動機構を実現してもよい。
の加える加圧力を組み立ての前後で調整するようにした
ので、振動体、移動体、加圧手段の寸法のばらつきに基
づいた加圧力のばらつきは防止されるとともに、振動
体、移動体、加圧手段の寸法精度の管理は容易になる。
作業の必要なしに加圧力は調整されるようにしたので、
組み立て後の加圧力の調整は容易になる。また、組み立
て後、加圧力調整手段の切断、接続により、精度の高い
加圧力の調整をするようにしたので、小型で高効率且つ
安定なモータが実現される。
モータの断面構造を示す図である。
示す、(b)は、組み立て後に加工した平面構造を示す
図である。
平面構造を示し、(b)は組み立て後に加工した平面構
造を示す図である。
モータの断面構造を示す図である。
示し、(b)は組み立て後に加工した平面構造を示す図
である。
の断面構造を示す図である。
し、(b)は組み立て後に加工した平面構造を示す図で
ある。
の形態4に係わる超音波モータ付き電子機器のブロック
図である。
ータの加圧部材の平面構造を示す説明図である。
Claims (6)
- 【請求項1】励振される振動体と前記振動体に当接する
移動体とを加圧して両者に摩擦力を生じさせる加圧手段
を備え、前記摩擦力により前記移動体を駆動させる超音
波モータにおいて、 前記加圧手段は、主に加圧力を加える主加圧手段と前記
主加圧手段の加える加圧力を調整する加圧力調整手段を
有することを特徴とする超音波モータ。 - 【請求項2】前記加圧手段は板ばねであり、前記加圧力
調整手段は、前記板ばねにスリット部と前記スリット部
の間に短冊部を有することを特徴とする請求項1記載の
超音波モータ。 - 【請求項3】前記加圧手段は放射状に伸びた腕を有し、
前記主加圧手段は前記腕のうち所定の幅の主加圧腕部で
あり、前記加圧力調整手段は前記腕のうち前記主加圧腕
部より幅の狭い加圧力調整腕部であることを特徴とする
請求項1記載の超音波モータ。 - 【請求項4】前記加圧力調整手段は、前記振動体、前記
移動体、前記加圧手段を組み立てた後に、加工されて前
記加圧力を調整することを特徴とする請求項1記載の超
音波モータ。 - 【請求項5】前記加圧手段と前記移動体とを一体にした
ことを特徴とする請求項1から請求項4の何れかに記載
の超音波モータ。 - 【請求項6】請求項1から請求項5の何れかに記載の超
音波モータを備えたことを特徴とする超音波モータ付き
電子機器。
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