超音波モータ

【課題】細径化が容易な超音波モータを提供すること。
【解決手段】略筒状を呈し、当該超音波モータ1の構成部材を収容するケース10と、成形された金属から成り、前記ケースの長手方向と同方向を長手方向とする弾性体14と、前記弾性体14に設けられた板状圧電素子16-1,16-2と、前記弾性体の一方端部に接触しているロータ12と、を超音波モータに具備させる。前記弾性体14には、前記ロータ12に接触している一方端部から成る接触部14-3と、前記ケース10の端面に対して略垂直を為し、少なくとも１枚以上の前記板状圧電素子16-1,16-2が長手方向に沿って設けられた駆動部14-2と、前記接触部14-3及び前記駆動部14-2を支持する支持部14-1と、を備えさせる。前記ロータ12の回転軸と、前記支持部14-1と、前記接触部14-3と、前記駆動部14-2とは、前記長手方向に沿って同一直線上に位置している。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば圧電素子等の振動子の振動を利用する超音波モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電磁型モータに代わる新しいモータとして、圧電素子等の振動子の振動を利用した超音波モータが注目されている。この超音波モータは、従来の電磁型モータと比較して、ギア無しで低速高推力が得られる点、非駆動時における保持力が高い点、ストロークが長く高分解能である点、静粛性に富む点、及び磁気的ノイズを発生させない点等の利点を有している。
【０００３】
例えば、特許文献１には次のような構成の超音波モータが開示されている。すなわち、特許文献１に開示されている技術では、振動体は、長板状の圧電素子と弾性体とが積層されて成り、全体として直方体形状を呈している。この振動体の長手方向における端部には、接触部が設けられている。この接触部は、回転可能に構成された移動体に対して接触している。そして、圧電素子に所定の電圧が印加されると振動体が振動し、この振動によって移動体が接触部によって摺動される。このとき、振動体の振動及び移動体の移動は、振動体の主平面に対して平行な面内での移動である。なお、振動体及び移動体は、ベースと称される板状部材上に設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−７３４６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１に開示されている超音波モータでは、振動体及び移動体を位置決めし（固定し）、且つ、振動体を移動体に向かって押圧する為の“固定部”と称される部材も、前記ベース上に設けなければならない。このように、特許文献１に開示されている超音波モータでは、各構成部材を前記ベース上に平面的に配置しなければならない。従って、当該超音波モータは、薄型化は可能であっても、細径化が困難である。
【０００６】
本発明は、前記の事情に鑑みて為されたものであり、細径化が容易な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】
前記の目的を達成するために、本発明の第１の態様による超音波モータは、
圧電素子の振動を利用してロータを回転させる超音波モータであって、
略筒状を呈し、当該超音波モータの構成部材を収容するケースと、
成形された金属から成り、前記ケースの長手方向と同方向を長手方向とする弾性体と、
前記弾性体に設けられた板状圧電素子と、
前記弾性体の一方端部に接触しているロータと、
を具備し、
前記弾性体は、
前記ロータに接触している一方端部から成る接触部と、
前記ケースの端面に対して略垂直を為し、少なくとも１枚以上の前記板状圧電素子が長手方向に沿って設けられた駆動部と、
前記接触部及び前記駆動部を支持する支持部と、
を備え、
前記ロータの回転軸と、前記支持部と、前記接触部と、前記駆動部とは、前記長手方向に沿って同一直線上に位置している
を具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、細径化が容易な超音波モータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態に係る超音波モータの分解斜視図である。
【図２】図２は、図１に示す超音波モータのＡ−Ａ´線における断面矢視図である。
【図３】図３は、本発明の第１実施形態に係る超音波モータの斜視図である。
【図４】図４は、板状圧電素子に印加する電圧の時間変化を示す図である。
【図５】図５は、振動体の変位の時間変化を示す図である。
【図６】図６は、ロータの動きの有無の時間変化を示す図である。
【図７】図７は、本発明の第２実施形態に係る超音波モータの分解斜視図である。
【図８】図８は、図７に示す超音波モータのＡ−Ａ´線における断面矢視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態に係る超音波モータについて、図面を参照して説明する。
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る超音波モータの分解斜視図である。図２は、図１に示す超音波モータのＡ−Ａ´線における断面矢視図である。図３は、本発明の第１実施形態に係る超音波モータの斜視図である。
【００１１】
図１に示すように、超音波モータ１は、ケース１０と、ロータ１２と、弾性体１４と、板状圧電素子１６−１，１６−２と、ボルト１８と、を具備する。
前記ケース１０は、略円筒形状を呈し、当該超音波モータ１の各構成部材を収容するケースである。このケース１０の一方端面には、当該ケース１０内に収容されたロータ１２の一部を外部に露出させる窓部１０ｗが設けられている。また、ケース１０の他方端は、各構成部材を挿入する為の開口部である。この開口部近傍の内周面には、ボルト１８に形成された“おねじ”１８ｓと螺合する“めねじ”（不図示）が形成されており、ケース１０内に各構成部材が挿入された後、当該開口部に対してボルト１８が締結される。
【００１２】
さらに、ケース１０の側周面には、溝部１０ｓが、当該ケース１０の長手方向に沿って前記開口部側から前記一方端面の近傍まで設けられている。この溝部１０ｓは、図１乃至図３に示すようにケース１０の側周面において互いに対向する位置に２本設けられており、それぞれロータ１２の回転軸１２ｃ及び弾性体１４の突起部１４−１ｔが挿入される。
【００１３】
前記ロータ１２は、弾性体１４の接触部１４−３によって摺動される被駆動体である。詳細には、このロータ１２は略円板形状を呈し、その中心軸上には回転軸１２ｃが当該円板面に対して垂直に設けられており、円周面１２ｒは弾性体１４の接触部１４−３に接触している。このロータ１２は、回転軸１２ｃがケース１０の溝部１０ｓに挿入されて位置決めされる。
【００１４】
前記弾性体１４は、例えばプレスやエッチング等により成形された板状の金属から成る弾性部材であり、支持部１４−１と駆動部１４−２と接触部１４−３とが一体的に形成されている。
前記支持部１４−１は、当該弾性体１４の長手方向における一方端部位であって略円板状を呈し、その円周面における互いに対向する位置には径方向に凸に２つの突起部１４−１ｔが設けられている。それら突起部１４−１ｔはケース１０の溝部１０ｓに挿入され、当該弾性体１４をケース１０に対して位置決めする。
【００１５】
前記接触部１４−３は、当該弾性体１４の長手方向における他方端部位であって、ケース１０内に収容されたロータ１２に対して接触する略Ｕ字形状を呈する板状部材である。この接触部１４−３は、板状部材である駆動部１４−２の端部を略Ｕ字形状に加工することで形成されている。
【００１６】
前記駆動部１４−２は、支持部１４−１に対して略垂直を為し、ケース１０の長手方向に沿って延びる長板状部材である。本例では、駆動部１４−２は、支持部１４−１の一部を折り曲げ加工することで形成されている。この為、当該弾性体１４は全体として略Ｔ字形状を呈している。
【００１７】
この駆動部１４−２の上面には、板状圧電素子１６−１が接着等によって長手方向に沿って設けられており、同様に、駆動部１４−２の下面には板状圧電素子１６−２が接着等によって長手方向に沿って設けられている。
なお、弾性体１４の材料としては、例えばＳＵＳや真鍮等が好ましい。また、弾性体１４の形状は必ずしも略Ｔ字形状でなくともよく、同様の作用効果をもたらす形状、例えば略Ｌ字形状等であっても勿論よい。
【００１８】
前記板状圧電素子１６−１，１６−２は、接着等によって駆動部１４−２に固定され、駆動部１４−２と共に所謂バイモルフ機構の圧電振動体を成している。なお、板状圧電素子１６−１及び板状圧電素子１６−２のうち何れか一方のみを駆動部１４−２に接着等によって固定して、所謂ユニモルフ機構の圧電振動体としても勿論よい。
【００１９】
前記ボルト１８は、ケース１０内にロータ１２と弾性体１４とが挿入されて配設された後、ケース１０の開口部近傍の内周面に形成された“めねじ”に螺合され、当該ケース１０に対して締結される。
以下、本一実施形態に係る超音波モータの組み立て方法について説明する。
【００２０】
まず、ケース１０の開口部側からケース１０の溝部１０ｓにロータ１２の回転軸１２ｃを差し込み、そのままロータ１２をケース１０内部へ挿入する。このとき、回転軸１２ｃが溝部１０ｓの端部に突き当たるまでロータ１２を挿入し、ロータ１２の円周面（側周面）の一部をケース１０の窓部１０ｗから露出させる。
【００２１】
続いて、弾性体１４を接触部１４−３側からケース１０内に挿入する。支持部１４−１をケース１０内に挿入する際には、支持部１４−１の突起部１４−１ｔを、ケース１０の溝部１０ｓに差し込んだ状態で挿入する。その後、ボルト１８をケース１０の開口部に締結する。
【００２２】
上述の工程によってボルト１８がケース１０の開口部に締結された状態においては、図２に示すように接触部１４−３がロータ１２に対して接触（例えば圧接）し、接触部１４−３を介して弾性体１４がロータ１２に対して押し付けられた状態となる。換言すれば、弾性体１４の接触部１４−３がバネ性を発揮し（板バネとして機能し）、結果として、弾性体１４がロータ１２に付勢される。
【００２３】
このように、弾性体１４は、接触部１４−３をロータ１２へ押圧する機能と、ロータ１２を摩擦駆動する機能と、ケース１０内において当該弾性体１４の位置を固定する（回転を防止する）機能とを兼ね備え、且つ、単一の部材から成る。
上述した構成を採ることで、図２に示すようにロータ１２の回転軸１２ｃと、支持部１４−１と、駆動部１４−２と、接触部１４−３とが、ケース１０の長手方向（すなわち弾性体１４の長手方向）に沿って同一直線上に位置する。ここで、接触部１４−３はケース１０の長手方向への付勢力（弾性力）を有している為、この接触部１４−３による押圧力は、ロータ１２の回転軸１２ｃと、支持部１４−１と、駆動部１４−２とが位置する略同一直線上において作用する。
【００２４】
以下、本第１実施形態に係る超音波モータの作用について説明する。図４は、板状圧電素子１６−１，１６−２に印加する電圧の時間変化を示す図である。図５は、弾性体１４の変位の時間変化を示す図である。図６は、ロータの動きの有無の時間変化を示す図である。
【００２５】
当該超音波モータを駆動するには、例えば図４に示すように、弾性体１４を電気的に接地し（ＧＮＤに設定し）、板状圧電素子１６−１に正の交番電圧を印加し、板状圧電素子１６−２に負の交番電圧を印加する。
このとき、板状圧電素子１６−１と板状圧電素子１６−２とは互いに逆向きに変位（伸縮）する。図４乃至図６に示す例では、弾性体１４は、駆動部１４−３が上側に変位するように変形する。このとき、変形する弾性体１４の接触部１４−３の変位によって、ロータ１２が摩擦駆動（摺動）されて回転する。その後、板状圧電素子１６−１，１６−２に印加している電圧を零に設定すると、当該板状圧電素子１６−１，１６−２は初期位置に戻る。
【００２６】
このような弾性体１４の変形（変位）についての往復動作では、板状圧電素子１６−１，１６−２への電圧の印加を、図４乃至図６に示すように行う。すなわち、弾性体１４の変形（変位）の為の電圧の印加は低速（詳細は後述）で行い、且つ、変形（変位）した弾性体１４を初期状態に戻す際には高速（詳細は後述）に印加電圧を零にする。
【００２７】
詳細には、低速変位時には、弾性体１４の接触部１４−３とロータ１２との間の摩擦力が大きい為、図４乃至図６に示すように、ロータ１２は弾性体１４の変形（変位）に追従して移動する。他方、高速変位時には、弾性体１４の接触部１４−３とロータ１２との間の摩擦力が小さい為、図４乃至図６に示すように、ロータ１２は弾性体１４の変形（変位）に追従せず、実質的に移動しない。つまり、弾性体１４のみが変形（変位）して初期状態に復帰する。換言すれば、低速変位時には、静止摩擦力よりも動摩擦係数の方が大きくなる為、ロータ１２と弾性体１４の接触部１４−３との間で滑りが発生し、ロータ１２は実質的に摺動されない。
【００２８】
上述のように駆動制御することで、ロータ１２に所望の回転動作を行わせることができる。
以上説明したように、本第１実施形態によれば、細径化が容易な超音波モータを提供することができる。
また、本第１実施形態に係る超音波モータによれば、当該構造体（超音波モータ自体）の細径化を実現すると共に簡易な構成も実現しているので、組立て精度及び組立て容易性も向上し、低コスト化も可能となる。
[第２実施形態]
以下、本発明の第２実施形態に係る超音波モータについて説明する。図７は、本発明の第２実施形態に係る超音波モータの分解斜視図である。図８は、図７に示す超音波モータのＡ−Ａ´線における断面矢視図である。なお、説明の重複を避ける為、第１実施形態に係る超音波モータとの相違点を説明する。この相違点は、弾性体の構成である。
【００２９】
すなわち、第１実施形態に係る超音波モータでは、弾性体１４の接触部１４−３に押圧機能を備えさせているが、本第２実施形態に係る超音波モータ１では、弾性体２４の支持部２４−１に押圧機能を備えさせる。つまり、第１実施形態と本第２実施形態とでは、弾性体において押圧機能を備えさせる部位が異なる。以下、詳細に説明する。
【００３０】
本第２実施形態に係る超音波モータの弾性体２４は、支持部２４−１と駆動部２４−２とを具備する。前記支持部２４−１は、所謂皿バネ機構であり、ケース１０の長手方向への弾性力（付勢力）を有する。また、この支持部２４−１は、ケース１０の溝部１０ｓに挿入される突起部２４−１ｔを備えている。
【００３１】
前記駆動部２４−２は、支持部２４−１に対して略垂直を為し、ケース１０の長手方向に沿って延びる長板状部材である。この駆動部２４−２のうち支持部２４−１に接続されていない方の端部は、図８に示すようにロータ１２の側周面に対して接触（圧接）し、ロータ１２を摺動駆動する為の接触部として機能する。つまり、支持部２４−１（皿バネ機構）のバネ性によって、駆動部２４−２の端部がロータ１２に圧接される。また、駆動部２４−２の上面には、板状圧電素子１６−１が接着等によって長手方向に沿って設けられており、同様に、駆動部２４−２の下面には板状圧電素子１６−２が接着等によって長手方向に沿って設けられている。
【００３２】
以上説明したように、本第２実施形態によれば、第１実施形態に係る超音波モータと同様の効果を奏する超音波モータを提供することができる。
以上、第１実施形態及び第２実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で、種々の変形及び応用が可能なことは勿論である。
【００３３】
さらに、上述した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示した複数の構成要件の適当な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示す全構成要件からいく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、発明の効果の欄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も発明として抽出され得る。
【符号の説明】
【００３４】
１…超音波モータ、１０…ケース、１０ｗ…窓部、１０ｓ…溝部、１２…ロータ、１２ｃ…回転軸、１４…弾性体、１４−１ｔ…突起部、１４−１…支持部、１４−２…駆動部、１４−３…接触部、１６−１，１６−２…板状圧電素子、１８…ボルト、２４…弾性体、２４−１…支持部、２４−２…駆動部、２４−１ｔ…突起部。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電素子の振動を利用してロータを回転させる超音波モータであって、
略筒状を呈し、当該超音波モータの構成部材を収容するケースと、
成形された金属から成り、前記ケースの長手方向と同方向を長手方向とする弾性体と、
前記弾性体に設けられた板状圧電素子と、
前記弾性体の一方端部に接触しているロータと、
を具備し、
前記弾性体は、
前記ロータに接触している一方端部から成る接触部と、
前記ケースの端面に対して略垂直を為し、少なくとも１枚以上の前記板状圧電素子が長手方向に沿って設けられた駆動部と、
前記接触部及び前記駆動部を支持する支持部と、
を備え、
前記ロータの回転軸と、前記支持部と、前記接触部と、前記駆動部とは、前記長手方向に沿って同一直線上に位置している
ことを特徴とする超音波モータ。
【請求項２】
前記弾性体の形状は折り曲げ加工によって形成され、略Ｔ字形状または略Ｌ字形状を呈する
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波モータ。
【請求項３】
前記接触部は、前記接触部を前記ロータに向かって押圧する押圧部を備えている
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波モータ。
【請求項４】
前記押圧部は、略Ｕ字形状の板バネである
ことを特徴とする請求項３に記載の超音波モータ。
【請求項５】
前記支持部は、前記接触部を前記ロータに向かって押圧する押圧部を備えている
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波モータ。
【請求項６】
前記押圧部は、皿バネである
ことを特徴とする請求項５に記載の超音波モータ。
【請求項７】
前記押圧部は、前記ロータの回転軸、前記支持部、前記接触部、及び前記駆動部と、前記長手方向に沿って略同一直線上に位置している
ことを特徴とする請求項３乃至請求項６のうち何れか一つに記載の超音波モータ。
【請求項８】
前記弾性体の前記駆動部は、前記板状圧電素子と共にバイモルフ機構またはユニモルフ機構の圧電振動体を構成している
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波モータ。
【請求項９】
前記弾性体の前記支持部は、前記ケースに対して当該弾性体を位置決めする位置決め部材が設けられている
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波モータ。
【請求項１０】
前記ケースの外周面には、前記長手方向に沿って溝部が形成されており、
前記支持部の前記位置決め部材は、前記溝部に挿入されて当該支持部を位置決めする突起部である
ことを特徴とする請求項９に記載の超音波モータ。

【図１】