超音波モータ

【課題】この発明は、簡易な構成で、圧電素子の破壊振動速度の向上を図り得るようにして、モータ出力の向上を実現した超音波モータを提供することにある。
【解決手段】縦振動及び屈曲振動を同時に励起して楕円振動を発生する圧電素子１０の縦振動の節に対応する外面に、保持部１５１の設けられた枠部材１５を固着して構成したものである。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えばデジタルカメラの手振れ補正ユニットやＡＦレンズ等のアクチュエータとして用いられている超音波モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、この種の超音波モータは、圧電素子に電圧を印加して縦振動と屈曲振動を励起させて楕円振動を発生させ、この楕円振動を、駆動子を介して被駆動体に伝達し、該被駆動体を摩擦駆動するように構成されている。
【０００３】
このような圧電素子を用いる振動部品においては、圧電素子を、保持枠で振動可能に挟持して圧電振動体を形成し、この圧電振動体を一対のケースで挟持すると共に、振動可能に封止して、外圧による破損の防止を図るようにした構成のものが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
一方、このような圧電素子を備えた超音波モータにおいては、そのモータ出力を高めることが強く要請されている。このモータ出力を高めるには、圧電素子に印加する電力を上げるなどして、圧電素子で励起される振動を大きくすることが必要とされている。
【特許文献１】特開平８−１８３７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に開示される構成では、保持枠で、外力による圧電素子の割れを防止することが可能であるが、圧電素子の振動による内部応力集中による割れを防止することが困難である。このため、モータ出力を上げて、圧電素子の振動を大きくすると、割れや破壊の要因となる振動速度が高まることで、内部応力集中による圧電素子の割れや、破壊を招くという問題を有する。
【０００６】
この発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、簡易な構成で、圧電素子の破壊振動速度の向上を図り得るようにして、モータ出力の向上を実現した超音波モータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明は、駆動子が設けられ、縦振動及び屈曲振動を励起して楕円振動を発生する圧電素子と、前記圧電素子に設けられ、筐体に位置決め保持される保持部材と、前記保持部材を押圧して前記圧電素子の駆動子を被駆導体に摩擦駆動可能に圧接する押圧機構と、前記圧電素子の縦振動の節に対応する外面に固着される補強部材とを備えて超音波モータを構成した。
【０００８】
上記構成によれば、圧電素子は、その縦振動の応力集中部位が補強部材により補強されて応力に対する強度が高められていることにより、その振動に対する耐久性が向上されて、振動による割れや破壊防止の促進が図れ、信頼性の高い安定した摩擦駆動を行うことができる。従って、信頼性の高い安定した摩擦駆動を実現したうえで、圧電素子の破壊振動速度を高めることができて、モータ出力の向上を図ることが可能となる。
【発明の効果】
【０００９】
以上述べたように、この発明によれば、簡易な構成で、圧電素子の破壊振動速度の向上を図り得るようにして、モータ出力の向上を実現した超音波モータを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１１】
図１は、この発明の一実施の形態に係る超音波モータを示すもので、圧電素子１０は、例えば複数の電極板が積層されて矩形状に形成され、各電極に電圧が印加されると、縦振動及び屈曲振動を同時に励起して楕円振動を発生させる。
【００１２】
この圧電素子１０には、その下面の、例えば屈曲振動の腹に駆動子１１が接着剤を用いて所定の間隔に固着され、この駆動子１１は、被駆動体１２に接触されている（図２参照）。この被駆動体１２は、筐体１３にボール等の転動部材１４を介して矢印方向に移動自在に設けられている。
【００１３】
また、圧電素子１０には、その縦振動の節に対応する外周４面を囲んで略ロ形状の枠部材１５が、例えば接着剤を用いて固着されている（図３及び図４参照）。この枠部材１５は、その全周部で圧電素子１０の補強部材として構成され、その両側面側部の略中央部に保持部材を構成する、例えば円柱状の位置決め保持用保持部１５１がそれぞれ突出して形成されている。
【００１４】
この枠部材１５は、その保持部１５１が筐体１３に設けられた位置決め用凹部１３１に挿入され、圧電素子１０の筐体１３への位置決めを実行する。この状態で、枠部材１５の上部には、押圧部材、例えばばね部材１６の中間部が当接される。このばね部材１６は、その両端部が上記筐体１３内に螺子部材１７を用いて所定の撓み量を有して取付けられている。これにより、ばね部材１６は、枠部材１５を付勢して位置決め保持した圧電素子１０の駆動子１１を上記被駆動体１２に摩擦駆動可能に圧接する。
【００１５】
上記圧電素子１０には、その上面側にフレキシブルケーブル１８が例えば導電性接着材を用いて固着され、このフレキシブルケーブル１８を介して図示しない駆動回路と配線接続されている。そして、圧電素子１０は、上記駆動回路（図示せず）を介して電圧が印加され、これに応動して縦振動及び屈曲振動を励起し、楕円振動を発生させ、駆動力を得て駆動子１１を介して駆動力を被駆動体１２に伝達する。
【００１６】
上記枠部材１５は、樹脂材料、金属材料、セラミックスを用いて形成される。詳しくは、金属材料としては、例えば加工性の良い黄銅や、ばね性が良好なベリリウム銅やリン青銅等の合金や、剛性の高いステンレス鋼やジュラルミン等が用いられる。このうちステンレス鋼やジュラルミン等の剛性の高い材料を用い場合には、薄形化が図れて、小形化を図ることが可能となる。
【００１７】
また、上記樹脂材料としては、例えばエポキシ樹脂、ＡＢＳ樹脂、ＰＰＳ樹脂（ポリフェニレンサルファイド樹脂）、ＰＥＥＫ樹脂（ポリエーテルエーテルケトン樹脂）等が用いられる。この樹脂材料を用いて枠部材１５を構成した場合には、金属材料に比して軽量化を図ることが可能となるうえ、射出成形が可能となり、インサート成形法を行うなどして固着工程の簡略化を図ることができる。
【００１８】
その他、樹脂材料としては、ガラス繊維や炭素繊維等のフィラーを充填したＬＣＰ樹脂（液晶ポリマー樹脂）や、チタン酸カリウムのフィラーを充填したＰＰＳ樹脂等の強化プラスチックを用いてもよい。この強化プラスチックを用いた場合には、枠部材１５としての強度、耐熱性、加工寸法精度の向上を図ることが可能となる。
【００１９】
さらに、セラミックスとしては、アルミナ、ジルコニア等が用いられる。このセラミックスを用いた場合には、枠部材１５の高強度化を図ることができるうえ、圧電素子１０と同程度の線膨張率を有する。この結果、圧電素子１０を、例えば熱硬化接着剤を用いて圧電素子１０の外面に固着する場合に、接着硬化させる際の温度変化や硬化後の使用環境の温度変化を受けても、接着層の歪を少なく抑えることができて、簡便にして容易に高品質な固着を実現することが可能となる。
【００２０】
上記構成により、圧電素子１０は、上記駆動回路（図示せず）を介して電圧が印加されると、縦振動及び屈曲振動を同時に励起して楕円振動を発生させ、この楕円振動により駆動力を得て駆動子１１を介して被駆動体１２に伝達し、該被駆動体１２を、転動体１４を介して筐体１３に対して矢印方向に摩擦駆動させる。この際、圧電素子１０は、その縦振動による応力集中を招く縦振動の節に対応する両側面及び上面が枠部材１５により補強されて、その強度が高められていることで、被駆動体１２の安定した高品質な摩擦駆動が実行される。
【００２１】
そして、この圧電素子１０は、縦振動の節が枠部材により補強されて縦振動に対する耐久性が高められていることで、その楕円振動の発生に伴う応力集中による割れや破壊発生の基準となる破壊振動速度が高められている。これにより、圧電素子１０は、その振動速度を高めて、モータ出力の高出力化を図ることができる。
【００２２】
このように、上記超音波モータは、縦振動及び屈曲振動を同時に励起して楕円振動を発生する圧電素子１０の縦振動の節に対応する外面に、保持部１５１の設けられた枠部材１５を固着して構成した。
【００２３】
これによれば、圧電素子１０は、その縦振動の応力集中部位が枠部材１５により補強されて応力に対する強度が高められることにより、その楕円振動に対する耐久性が向上されて、振動による割れや破壊防止の促進が図れて破壊振動速度が向上され、高品質な摩擦駆動を実現することができる。そして、圧電素子１０の破壊振動速度を高められることができることで、モータ出力の高出力化を図ったうえで、信頼性の高い安定した摩擦駆動を行うことが可能となる。
【００２４】
また、この発明は、上記実施の形態に限ることなく、その他、例えば図５乃至図１０に示すように構成してもよく、同様の効果が期待される。但し、この図５乃至図１０に示す各実施の形態においては、上記図１乃至図４に示す実施の形態と同一部分について同一符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【００２５】
図５及び図６に示す実施の形態では、圧電素子１０の縦振動の節に対応する上面側外面には、上記ばね部材１６を介してばね力が付与される保持部材２０が、例えば接着剤を用いて固着されている。この保持部材２０の両端部には、それぞれ例えば円柱状の突起部２０１が突出されて設けられている。
【００２６】
この保持部材２０の突起部２０１は、上記筐体１３の凹部１３１に挿入され、圧電素子１０の筐体１３への位置決めが行われる。この保持部材２０には、例えば上記ばね部材１６が弾性係合され、該ばね部材１６により付勢されて位置決め保持した圧電素子１０の駆動子１１を上記被駆動体１２に摩擦駆動可能に圧接する。
【００２７】
そして、上記圧電素子１０の縦振動の節に対応する外面のうち両側面の略中央には、例えば円盤状に形成した補強部材２１がそれぞれ例えば接着剤を用いて固着されている。この補強部材２１は、例えば上述したように樹脂材料、金属材料、セラミックスのいずれかを用いて形成され、圧電素子１０が縦振動した際の応力集中に対する圧電素子１０の補強を高めて楕円振動の発生による割れや破壊発生の防止を図る。この実施の形態においては、保持部材２０及び補強部材２１が圧電素子１０に対して別体に固着されて配置されている。
【００２８】
また、図７及び図８に示す実施の形態では、上記圧電素子１０の縦振動の節に対応する外面のうち例えば上面及び両側面を囲んで略コ字状の枠部材１５ａが、例えば接着剤を用いて固着されている。この枠部材１５ａは、その上面側部及び両側面側部の全体で補強部材として構成され、その上面側部の両端には、保持部材を構成する、例えば角柱形状の保持部１５１ａがそれぞれ突設されている。
【００２９】
この枠部材１５ａは、その保持部１５１ａが上記筐体１３に設けられた凹部１３１に挿入され、圧電素子１０の筐体１３への位置決めを実行する。この状態で、枠部材１５ａの上面側部には、例えば上記ばね部材１６の中間部が弾性係合され、このばね部材１６により付勢されて位置決め保持された圧電素子１０の駆動子１１を上記被駆動体１２に摩擦駆動可能に圧接する。
【００３０】
上記枠部材１５ａは、例えば上述したように樹脂材料、金属材料、セラミックスのいずれかを用いて形成され、圧電素子１０が縦振動した際の応力集中に対する圧電素子１０の補強を高めて楕円振動の発生による割れや破壊発生を防止する。
【００３１】
また、図９及び図１０に示す実施の形態では、圧電素子１０の縦振動の節に対応する外面のうち例えば上面及び両側面を囲んで略コ字状の枠部材１５ｂが、例えば接着剤を用いて固着されている。この枠部材１５ｂは、その上面側部及び両側面側部の全体で補強部材として構成され、その上面側部の両端には、保持部材である、例えば円柱形状の保持部１５１ｂがそれぞれ突設されている。
【００３２】
上記枠部材１５ｂは、その保持部１５１ｂが上記筐体１３に設けられた凹部１３１に挿入され、圧電素子１０の筐体１３への位置決めを実行する。この状態で、枠部材１５ｂの上面側部には、例えば上記ばね部材１６の中間部が弾性係合され、このばね部材１６により付勢されて位置決め保持された圧電素子１０の駆動子１１を上記被駆動体１２に摩擦駆動可能に圧接する。
【００３３】
そして、圧電素子１０の上面側には、屈曲振動の腹に対応する位置に第２の補強部材２２が、例えば接着剤を用いて所定の間隔に固着されている。この第２の補強部材２２は、上記駆動子１１に対向されて配置されている。そして、この第２の補強部材２２は、圧電素子１０の屈曲振動による応力集中に対する強度を高めて上記枠部材１５１ｂと協働して楕円振動の発生による割れや破壊発生を防止する。なお、この場合には、図９に示したＡの領域、Ｂの領域、またはＣの領域に、図示しないフレキシブルケーブルが固着される。すなわち、フレキシブルケーブルは、補強部材２２と保持部材１５ｂに挟まれた領域（Ａの領域）に固着されるか、補強部材２２と圧電素子１０の上面端部に挟まれた領域（Ｂの領域）で固着されるか、あるいは圧電素子１０の両側面（Ｃの領域）に固着される。なお、上記ＡからＢの領域を複数組合わせた部分で固着してもよい。すなわち、圧電素子１０とフレキシブルケーブルの接続形態は、圧電素子１０の内部の電極形状を変えることで、任意の位置に配置することが可能であり、上記補強部材２２の固着位置を制限するものではない。
【００３４】
上記枠部材１５ｂ及び第２の補強部材２２は、例えば上述したように樹脂材料、金属材料、セラミックスのいずれかを用いて形成され、圧電素子１０が縦振動及び屈曲振動を励起した際の応力集中に対する圧電素子１０の補強を高めて楕円振動の発生による割れや破壊発生を防止する。また、これら枠部材１５ｂ及び第２の補強部材２２は、例えば上述した樹脂材料、金属材料、セラミックスのうち異なる材料を用いて形成するように構成してもよい。
【００３５】
また、上記第２の補強部材２２は、図１乃至図４に示す実施の形態、図５及び図６の示す実施の形態、図７及び図８に示す実施の形態において、同様に電圧素子１０の屈曲振動の腹に対応する上面側部の外面に固着するように構成してもよく、いずれにおいても同様の効果が期待される。
【００３６】
よって、この発明は、上記実施の形態に限ることなく、その他、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々の変形を実施し得ることが可能である。さらに、上記実施の形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組合せにより種々の発明が抽出され得る。
【００３７】
例えば実施の形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】この発明の一実施の形態に係る超音波モータの概略構成を説明するために示した平面図である。
【図２】図１を側面から見た状態を示した平面図である。
【図３】図１の圧電素子を正面から見た状態を示した平面図である。
【図４】図３を側面から見た状態を示した平面図である。
【図５】この発明の他の実施の形態に係る超音波モータの圧電素子を取出して示した平面図である。
【図６】図５の圧電素子を側面から見た状態を示した平面図である。
【図７】この発明の他の実施の形態に係る超音波モータの圧電素子を取出して示した平面図である。
【図８】図７の圧電素子を側面から見た状態を示した平面図である。
【図９】この発明の他の実施の形態に係る超音波モータの圧電素子を取出して示した平面図である。
【図１０】図５の圧電素子を側面から見た状態を示した平面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１０…圧電素子、１１…駆動子、１２…被駆動体、１３…筐体、１３１…凹部、１４…転動部材、１５，５ａ，１５ｂ…枠部材、１５１，１５１ａ，１５１ｂ…保持部、１６…ばね部材、１７…螺子部材、１８…フレキシブルケーブル、２０…保持部材、２０１…突起部、２１…補強部材、２２…第２の補強部材。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
縦振動及び屈曲振動を同時に励起して楕円振動を発生させ、前記楕円振動により駆動力を得て被駆動体を駆動する超音波モータであって、
圧電素子と、
前記圧電素子に設けられ、前記駆動力を前記被駆動体に伝達する駆動子と、
前記圧電素子に設けられ、筐体に位置決め保持される保持部材と、
前記保持部材を押圧して前記圧電素子の駆動子を前記被駆導体に摩擦駆動可能に圧接する押圧部材と、
前記圧電素子の縦振動の節に対応する外面に固着される補強部材と、
を具備することを特徴とする超音波モータ。
【請求項２】
前記補強部材と前記保持部材は、一体的に形成され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】
前記補強部材は、前記圧電素子の縦振動の節に対応する外面の両側面及び下面のうち少なくとも両側面に配置され、前記保持部材は、前記圧電素子の縦振動の節に対応する外面の上面に配置されることを特徴とする請求項２記載の超音波モータ。
【請求項４】
前記補強部材は、前記圧電素子をインサート成形して設けられたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の超音波モータ。
【請求項５】
前記圧電素子の屈曲振動の腹に対応する上面に第２の補強部材が固着されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか記載の超音波モータ。

【図１】