超音波モータ
【課題】振動子が被駆動体を安定して微小駆動させることができる超音波モータを提供すること。
【解決手段】圧電積層体2aを有する超音波振動子2と、前記超音波振動子2に固着され且つ前記超音波振動子2を保持する保持部材3と、前記保持部材3を押圧する押圧部材9と、前記超音波振動子2との間の摩擦力により駆動される被駆動部材4と、を具備し、前記押圧部材9は丸穴部9cを有し、前記保持部材3は前記押圧部材9による押圧の方向において前記丸穴部9cと係合する円錐形状突起部3aを有し、前記丸穴部9cと前記円錐形状突起部3aとが当接することで、前記押圧部材9が、前記保持部材3及び前記超音波振動子2を介して前記被駆動部材4を押圧して、前記被駆動部材4を駆動する超音波モータ。
【解決手段】圧電積層体2aを有する超音波振動子2と、前記超音波振動子2に固着され且つ前記超音波振動子2を保持する保持部材3と、前記保持部材3を押圧する押圧部材9と、前記超音波振動子2との間の摩擦力により駆動される被駆動部材4と、を具備し、前記押圧部材9は丸穴部9cを有し、前記保持部材3は前記押圧部材9による押圧の方向において前記丸穴部9cと係合する円錐形状突起部3aを有し、前記丸穴部9cと前記円錐形状突起部3aとが当接することで、前記押圧部材9が、前記保持部材3及び前記超音波振動子2を介して前記被駆動部材4を押圧して、前記被駆動部材4を駆動する超音波モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、電磁モータに比べて小型、高トルク、長ストローク、且つ高分解能の超音波モータが多く使用されてきている。
【０００３】
ところで、超音波モータは、超音波振動子を被駆動部材に押し付けることで、両者間に発生する摩擦力によって前記被駆動体を駆動するモータである。そして、超音波振動子を被駆動部材に押し付ける為の押圧機構としては、例えば特許文献１に、図１２に示すような押圧機構が開示されている。
【０００４】
すなわち、特許文献１には、振動子１１４と、該振動子１１４の下部に固定された突起１１３と、該突起１１３に当接する可動体としてのレール１１８と、該レール１１８の下面に接し、レール１１８を案内する回転部材１１２と、前記振動子１１４の上面に当接されるバネ部材１１７と、該バネ部材１１７と振動子１１４との間に設置されているゴムシート１１５と、前記バネ部材１１７及びゴムシート１１５を貫通して振動子１１４に固定される柱状止め具１２１と、前記バネ部材１１７を押圧する固定部材１１９とによって構成されている。
【０００５】
より具体的には、前記バネ部材１１７は、前記ゴムシート１１５に接する平面部１１７ａと、この平面部１１７ａの両端から当該平面部１１７ａに対して対称に延長されて形成された平面部１１７ｂ，１１７ｃとを備える。そして、この平面部１１７ｂ及び平面部１１７ｃにおける先端部が前記固定部材１１９によって押し下げられて、前記平面部１１７ａと前記平面部１１７ｂ，１１７ｃとの境界線近傍が変形させられることにより、前記平面部１１７ａが下方（前記振動子１１４の方向）に押し下げられる構造となっている。
【０００６】
引用文献１に開示されている押圧機構では、上述したような構造により、前記振動子１１４（前記突起１１３）を被駆動体である前記レール１１８に押し付ける押圧力を発生させている。
【０００７】
ところで、前記バネ部材１１７における前記平面部１１７ａには矩形状の貫通穴部（不図示）が設けられている。さらに、前記バネ部材１１７と前記振動子１１４との間に挟まれて設けられている前記ゴムシート１１５にも、同様の矩形状の貫通穴部（不図示）が設けられている。そして、前記柱状止め具１２１は、前記バネ部材１１７及び前記ゴムシート１１５の両者に設けられた矩形状の貫通穴部（不図示）を貫通して、前記振動子１１４に固定されている。
【０００８】
前記柱状止め具１２１は、当該柱状止め具１２１における側面部が前記バネ部材１１７及び前記ゴムシート１１５における貫通穴部（不図示）の断面に囲まれるように設置されている。これにより、前記振動子１１４は、前記ゴムシート１１５との接触平面内における位置が規制される構造となっている。
【特許文献１】特開平１０−３２７５８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１に開示されている押圧機構によれば、柱状止め具１２１をバネ部材１１７及びゴムシート１１５の貫通穴部（不図示）に挿入することから、前記柱状止め具１２１と、前記バネ部材１１７及び前記ゴムシート１１５との間には若干の隙間を設けることが必要である。
【００１０】
例えば、特許文献１には具体的な記載は為されていないが、例えば軸と穴との隙間バメ（部品を相対的に動かしえる緩合）の場合、φ＝３〜６ｍｍ程度の径寸法であれば最大０．１２５ｍｍの隙間を設けることが推奨されている。
【００１１】
なお、組立性を向上させる為には、前記隙間は大きいほうが望ましく、上述した数値よりも大きな隙間を設けることが望まれる。
【００１２】
ところで、振動子を振動させて摩擦力により被駆動体を駆動させる場合においては、例えば図１２に示すように振動子１１４は、当然被駆動体である前記レール１１８から反力を受けて当該レール１１８を駆動させる向きと逆向きに動作しようとする。
【００１３】
従って、図１２に示す例のように、前記ゴムシート１１５及び前記バネ部材１１７と、前記振動子１１４との間に隙間が存在する場合、前記ゴムシート１１５の弾性変形が生じたときに、この隙間の範囲内で（図１２の点線で示す振動子１１４の位置に）、前記振動子１１４が動作してしまうという問題が生じる。
【００１４】
そして、この振動子１１４が動作している間は、被駆動体である前記レール１１８は、前記振動子１１４から駆動力を受けても所望の量を動くことはできず、最悪の場合には前記レール１１８が全く動かない場合も発生してしまう。
【００１５】
また、前記レール１１８が駆動開始後しばらくして前記振動子１１４が位置ずれした後、柱状止め具１２１の側面部（不図示）と、バネ部材１１７に設けられた矩形状の貫通穴部（不図示）の断面部（不図示）とが当接した状態となって初めて振動子１１４の動作が規制されるのであるが、前記レール１１８が逆方向に駆動する際にも同様の問題が発生する。
【００１６】
仮に、前記ゴムシート１１５を介さずにバネ部材１１７で振動子１１４を直接押圧する構造としても、柱状止め具１２１の側面部（不図示）と、バネ部材１１７に設けられた矩形状の貫通穴部（不図示）の断面部（不図示）との当接面での摺りが発生し、同様の位置ずれが発生する。
【００１７】
以上説明したように、上述した構成では、例えば所望の微小量を駆動させる際に振動子１１４自体が位置ずれを起こすことに起因して、駆動量が安定しないという問題がある。
【００１８】
なお、仮に柱状止め具１２１とバネ部材１１７における貫通穴部（不図示）との隙間を設けないようにすることで、前記の問題を解決しようとした場合、柱状止め具１２１を変形させて前記貫通穴部（不図示）に挿入（すなわち圧入）することが考えられる。この場合には、貫通穴部（不図示）及び柱状止め具１２１の寸法管理が厳しく要求される。これらの寸法のばらつきは、前記バネ部材１１７の圧入方向の位置のばらつきを生じさせるからである。
【００１９】
そして、このように前記バネ部材１１７の圧入方向における位置のばらつきが生じた場合、前記バネ部材１１７の組み付け時に前記固定部材１１９によって押し下げられて変形する量がばらつくことになり、結果として押圧作用力がばらついてしまう。
【００２０】
ところで、前記バネ部材１１７は、図１２に示すように平面部１１７ｂ，１１７ｃの先端部が固定部材１１９にゴムシート１１６を介して当接している。従って、仮に柱状止め具１２１とバネ部材１１７とが隙間なく嵌め合わせられていたとしても、振動子１１４が被駆動体であるレール１１８から反力を受けた際に、バネ部材１１７が振動子１１４と一体となってレール１１８の動作方向と逆向きに移動しようとする為、ゴムシート１１６の弾性変形が生じてしまい、振動子１１４は位置ずれしてしまう。
【００２１】
なお、前記バネ部材１１７を、当該バネ部材１１７における両端面の先端部を固定部材１１９にゴムシート１１６を介さずに当接させた場合であっても、固定部材１１９とバネ部材１１７との間で滑りが発生してしまうので、振動子１１４の位置ずれは生じてしまう。
【００２２】
以上説明したように、特許文献１に開示されている技術では、被駆動体を数μｍ〜数ｎｍ安定して駆動させる微小駆動において所望の駆動量を得ることが困難である。
【００２３】
本発明は、前記の事情に鑑みてなされたもので、振動子が被駆動体を安定して微小駆動させることができる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】
【００２４】
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、圧電素子に縦振動と屈曲振動とを同時に発生させることで楕円振動を発生させ、該楕円振動により駆動力を得て被駆動部材を駆動する超音波モータにおいて、圧電素子を有する超音波振動子と、前記超音波振動子に固着され且つ前記超音波振動子を保持する保持部材と、前記保持部材を押圧する押圧部材と、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、を具備し、前記押圧部材は穴部を有し、前記保持部材は前記押圧部材による押圧の方向において前記穴部と係合する突起部を有し、前記穴部と前記突起部とが当接することで、前記押圧部材が、前記保持部材及び前記超音波振動子を介して前記被駆動部材を押圧して、前記被駆動部材を駆動することを特徴とする。
【００２５】
前記の目的を達成するために、本発明の第２の態様による超音波モータは、圧電素子に縦振動と屈曲振動とを同時に発生させることで楕円振動を発生させ、該楕円振動により駆動力を得て被駆動部材を駆動する超音波モータにおいて、圧電素子を有する超音波振動子と、前記超音波振動子に固着され且つ前記超音波振動子を保持する保持部材と、前記保持部材を押圧する押圧部材と、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、を具備し、前記保持部材は穴部を有し、前記押圧部材は前記押圧部材による押圧の方向において前記穴部と係合する突起部を有し、前記穴部と前記突起部とが当接することで、前記押圧部材が、前記保持部材及び前記超音波振動子を介して前記被駆動部材を押圧して、前記被駆動部材を駆動することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、振動子が被駆動体を安定して微小駆動させることができる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】
【００２７】
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。
【００２８】
［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構成を示す断面概略図である。同図に示すように、本第１実施形態に係る超音波モータ１は、超音波振動子２と、超音波振動子２を保持する保持部材３と、超音波振動子２に接触させられて超音波振動子２に対して相対的に駆動される被駆動部材４と、被駆動部材４と筐体６との間に配置される転動部材５と、筐体７と、超音波振動子２を被駆動部材４に押し付ける押圧機構８とを具備する。なお、詳細は後述するが、前記押圧機構８は、押圧部材９と、固定螺子部材１０と、押圧調整用螺子部材１１と、圧縮コイルバネ１２とを有する。
【００２９】
前記超音波振動子２は、矩形板状の圧電セラミックスシートの片側面にシート状の内部電極を設けたものを複数枚積層してなる直方体状の圧電積層体２ａと、該圧電積層体２ａの一側面に接着され且つ前記被駆動部材４に密着させられる２個の摩擦接触子（以下、駆動子と称する）２ｂとを有する。
【００３０】
前記圧電積層体２ａは、内部電極に所定のパターンの交番電圧が加えられることで、図２に示す縦振動及び図３に示す２次の屈曲振動が励起される。特に、２次の屈曲振動は、図３に示すように前記圧電積層体２ａの長手方向に間隔をあけて、３箇所に振動の定在波の節Ａ１，Ａ２、Ａ３を備える。そして、節Ａ１と節Ａ２との間には当該振動の定在波の腹Ｂ１が形成され、節Ａ２と節Ａ３との間には当該振動の定在波の腹Ｂ２が形成される。
【００３１】
ここで、前記圧電積層体２ａは、前記の縦振動及び屈曲振動の定在波の節Ａ２に対応する位置において、前記保持部材３に接着剤等により固着されている。また、前記駆動子２ｂは、直方体のブロック状に形成されており、前記超音波振動子２における２次の屈曲振動の腹Ｂ１，Ｂ２に対応する位置に、接着剤等で固定されている。
【００３２】
なお、前記保持部材３は直方体形状に形成されており、前記圧電積層体２ａ及び前記保持部材３を斜め上方から見た場合の斜視図である図４に示すように、前記超音波振動子２における前記圧電積層体２ａの上面上に、接着剤等によって接着されて設けられている。ここで、保持部材３は、その上面平板部３ｂ上に円錐形状の突起部である円錐形状突起部３ａを備えている。
【００３３】
前記転動部材５は、球体形状に形成されており、前記被駆動部材４のうち前記筐体６に対向する面に設けられた溝等に埋嵌されて挟持されている。ここで、前記被駆動部材４の移動方向の配置位置は、例えばリテーナ（不図示）等により規制されている。このような構成により、前記被駆動部材４を、前記超音波振動子２及び前記筐体６に対して相対的に駆動させることが可能となる。
【００３４】
なお、前記筐体６に、前記転動部材５を案内する為の部材（例えば溝やレール等）を、設けても勿論よい。
【００３５】
前記押圧部材９は平板であり、その一端部には固定螺子部材１０を貫通させる為の穴部９ａが形成されており、他端部には当該押圧部材９の押圧を調整する為の押圧調整用螺子部材１１を貫通させるための穴部９ｂが形成されている。さらに、前記押圧部材９の中央部には、前記保持部材３の備える前記円錐形状突起部３ａの底面の径よりも僅かに小さい径の丸穴部９ｃが形成されている。
【００３６】
以下、本第１実施形態に係る超音波モータ１の組立方法について説明する。なお、前記筐体６は、予め前記筐体７に対してビス等の手段により固定されている。
【００３７】
まず、筐体６の上にリテーナ（不図示）を載置し、転動部材５を該リテーナ（不図示）における保持部に載置する。
【００３８】
続いて、被駆動部材４を転動部材５の上に載置し、この被駆動部材４の上面に前記超音波振動子２における前記駆動子２ｂが密着するように、超音波振動子２を被駆動部材４の上に載置する。
【００３９】
次に、押圧部材９が超音波振動子２の上方から筐体７の上面に載置される。この際、押圧部材９の中央部に設けられた丸穴部９ｃに、保持部材３における円錐形状突起部３ａが挿入され、前記丸穴部９ｃの内周（穴の稜線）と円錐形状突起部３ａの円錐面とが隙間なく当接する。
【００４０】
これにより、押圧部材９の中央部の位置が押圧方向に対して規制される。このとき、押圧部材９における両端部は、筐体７の上面に対して僅かに隙間を有するように、両者の相対位置が設定されている。
【００４１】
その後、固定螺子部材１０が、押圧部材９における穴部９ａを貫通して筐体７に締結される。これにより、超音波振動子２の長手方向における、押圧部材９の位置が固定される。従って、保持部材３の位置も同様に規制される。
【００４２】
そして、押圧調整用螺子部材１１が、押圧部材９における穴部９ｂを貫通して筐体７のネジ穴に螺合する。この際、圧縮コイルバネ１２が、押圧部材９における上面と、押圧調整用螺子部材１１におけるネジ頭（ワッシャでも良い）の下面１１ａとに挟まれた状態で組みつけられる。これにより、押圧調整用螺子部材１１を締結するに従って、圧縮コイルバネ１２が圧縮され、その反発力が押圧部材９の上面に作用する。
【００４３】
ところで、前記押圧部材９は上述したようにその一端が固定螺子部材１０によって筐体７に固定されており、この固定端を支点として他端が押圧されることにより、当該押圧部材９における中央部の丸穴部９ｃ及び円錐形状突起部３ａを介して、保持部材３に押圧力が作用する。これにより、超音波振動子２が被駆動部材４に押し付けられる押圧力が発生する。
【００４４】
また、押圧調整用螺子部材１１の締結量を調整することで、圧縮コイルバネ１２の圧縮量を調整することができるので、押圧力を調整することが可能な押圧機構となっている。
【００４５】
以上説明したように、本第１実施形態に係る超音波モータによれば、超音波振動子２が被駆動部材４を安定して微小駆動させることができる超音波モータを提供することができる。
【００４６】
すなわち、本第１実施形態によれば、超音波振動子２が振動して摩擦力により被駆動部材４を駆動している間においても、超音波振動子２の位置ずれが生じないので、被駆動部材４の精密な駆動において安定した駆動量を得ることができ、さらに組立作業も簡易であり且つ安価で精密な駆動特性を備えた超音波モータを提供することができる。
【００４７】
より具体的には、本第１実施形態に係る超音波モータは次のような効果を奏する。
【００４８】
まず、保持部材３における円錐形状突起部３ａが押圧部材９における丸穴部９ｃに隙間なく当接することで、超音波振動子２が保持される。ここで、押圧部材９は、固定螺子部材１０により筐体７に固定されている。
【００４９】
本第１実施形態に係る超音波モータは、このような構造を採ることにより、超音波振動子２の振動に起因する摩擦力によって被駆動部材４を駆動させた場合であっても、超音波振動子２の位置ずれが生じない。従って、被駆動部材４を微小に駆動させる場合に、安定した駆動量を得ることができる。
【００５０】
また、本第１実施形態に係る超音波モータは、従来の超音波モータと比較して、組立が容易であるという利点を有する。
【００５１】
例えば特許文献１には、押圧機構の組立方法及び固定方法については何ら開示されていないが、その組み立ての際にはバネ部材１１７における平面部１１７ｂ，１１７ｃを自然状態から押し下げて変形させながら、振動子１１４と固定部材１１９との間に配置させる必要がある。なお、固定部材１１９を前もって組みつけてある場合は、振動子１１４と固定部材１１９との隙間に、バネ部材１１７を変形させながら挿入し、且つ矩形状の貫通穴部を予め振動子１１４に固定された柱状止め具１２１に挿入させなければならない。そして、このような組み立て方法は現実的ではない。
【００５２】
つまり、特許文献１に開示されている押圧機構を組み立てる際には、振動子１１４にゴムシート１１５及びバネ部材１１７を、柱状止め具１２１に矩形状の穴部を挿入して載置させた後に、固定部材１１９を組み付けることになる。ここで、バネ部材１１７における平面部１１７ｂ，１１７ｃの先端部と固定部材１１９とを当接させ、固定部材１１９を押さえつけながら案内部材（不図示）に連結させる必要があり、非常に困難な作業となることは容易に想像できる。
【００５３】
一方、本第１実施形態に係る超音波モータの組み立てにおいては、上述したように各部材を単純に順次載置していき、最後に固定螺子部材１０及び押圧調整用螺子部材１１により締結等して固定すれば良い。つまり、各部材の載置及び締結を、一方向のみから作業することができるので非常に組立容易性が良好である。
【００５４】
なお、前記駆動子２ｂは、例えば耐熱性熱可塑性樹脂であるＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）をベースにチタン酸カリウムのフィラーを２０〜３０％ｗｔ充填すると共に、その他炭素繊維、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）も混合した複合樹脂材により構成する。
【００５５】
また、前記被駆動部材４は、例えば内部に鉄を含む珪酸マグネシウム（２ＭｇＯ・ＳｉＯ２）により構成し、前記駆動子２ｂと接触する面の表面粗さをＲａ０．２μｍ以下となるようにラップ研磨加工する。
【００５６】
そして、前記圧電積層体２ａの振動を減衰させずに確実に前記被駆動部材４へ伝達する為に、例えば、前記駆動子２ｂは前記圧電積層体２ａの端面から０．７ｍｍ以下の高さとする。なお、該高さは望ましくは０．４ｍｍである。
【００５７】
［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、図５及び図６を参照して説明する。なお、本第２実施形態に係る超音波モータの特徴部に焦点を当てる為に、前記第１実施形態に係る超音波モータとの相違点のみを説明する。
【００５８】
本第２実施形態においては、前記保持部材３を、図５及び図６に示すような構成とする。図５は、本第２実施形態に係る超音波モータにおける保持部材３の形状を示す斜視図である。図６は、本第２実施形態に係る超音波モータの構成を示す断面概略図である。
【００５９】
すなわち、本第２実施形態において前記保持部材３は、上面平板部３ｂが圧電積層体２ａの厚さ方向（積層方向）における両側に均等にはみ出しており、且つ該はみ出した両端部には圧電積層体２ａの側面部に密着する二つの側面平板部３ｃが設けられている。さらに、これら二つの側面平板部３ｃには、圧電積層体２ａの厚さ方向に突出する円柱形状の突起部である円柱形状突起部３ｄが設けられている。なお、前記上面平板部３ｂ上には、当然円錐状の前記円錐形状突起部３ａが設けられている。
【００６０】
一方、前記筐体７には、前記円柱形状突起部３ｄの径より若干広い径を有する溝部７ａが形成されている。なお、その他の部材に関しては前記第１実施形態において説明した通りである。
【００６１】
上述した構成の超音波モータ１において、超音波振動子２に接着された保持部材３の円柱形状突起部３ｄは、前記筐体７の溝部７ａに挿入されて案内されることにより、超音波振動子２の長手方向に関する概略の位置が決められる。
【００６２】
なお、押圧部材９が筐体７に固定される際に、押圧部材９における丸穴部９ｃの位置が、保持部材３における円錐形状突起部３ａの真上の位置となるように、筐体７における前記溝部７ａを設ける位置を決定することで、当該超音波モータを容易に組みつけることができるという効果を更に得ることができる。
【００６３】
ここで、本第２実施形態においては、筐体７における溝部７ａは案内機構として作用するのみであり、保持機構としては前記第１実施形態と同様、押圧部材９における丸穴部９ｃと、保持部材の円錐形状突起部３ａとが隙間なく当接することによって超音波振動子２が保持される構成となっている。
【００６４】
以上説明したように、本第２実施形態によれば、前記第１実施形態と同様、被駆動部材４を駆動している間に超音波振動子２の位置ずれが生じることなく、被駆動部材４を安定して微小駆動させることができる超音波モータを提供することができる。
【００６５】
［第３実施形態］
以下、本発明の第３実施形態に係る超音波モータについて、図７を参照して説明する。図７は、本発明の第３実施形態に係る超音波モータの構成を示す断面概略図である。なお、本第３実施形態に係る超音波モータの特徴部に焦点を当てる為に、前記第２実施形態に係る超音波モータとの相違点のみを説明する。
【００６６】
本第３実施形態においては、前記保持部材３は、前記上面平板部３ｂに前記円錐形状突起部３ａの代わりに円柱形状突起部３ｄが設けられている。
【００６７】
また、押圧部材９の中央部に形成されているテーパー穴部９ｄは、超音波振動子２に対向する面である一方面においては前記円柱形状突起部３ｄの円柱の径よりも大きい径として形成され、前記一方面とは逆側の面である他方面に近づく程、その径が小さくなっていく（円柱状である前記円柱形状突起部３ｄの径よりも小さい径になっていく）テーパー穴として形成されている。
【００６８】
より具体的には、このテーパー穴として形成されている前記テーパー穴部９ｄは、図７に示すように、その内周の略円錐面（穴の稜線）が前記保持部材３における前記円柱形状突起部３ｄと当接して前記超音波振動子２が保持されるように形成されている。
【００６９】
なお、前記第１実施形態及び前記第２実施形態においては、前記丸穴部９ｃにおける内周（穴の稜線）と前記円錐形状突起部３ａの円錐面とが当接することで、超音波振動子２が保持されていた。
【００７０】
上述したような構造によって、本第３実施形態においては、前記第１実施形態及び前記第２実施形態と同様、超音波振動子２を位置ずれなく保持することができる。
【００７１】
以上説明したように、本第３実施形態によれば、前記第１実施形態及び前記第２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。
【００７２】
［第４実施形態］
以下、本発明の第４実施形態に係る超音波モータについて、図８を参照して説明する。図８は、本発明の第４実施形態に係る超音波モータの構成を示す断面概略図である。なお、本第４実施形態に係る超音波モータの特徴部に焦点を当てる為に、前記第３実施形態に係る超音波モータとの相違点のみを説明する。
【００７３】
本第４実施形態において前記保持部材３は、前記上面平板部３ｂ上に、半球状の突起部である半球突起部３ｅが例えば接着固定されて設けられている。
【００７４】
一方、前記押圧部材９の中央部には、前記第３実施形態に係る超音波モータと同様、上述したテーパー穴部９ｄが形成されている。
【００７５】
そして、このテーパー穴部９ｄは、図８に示すように、その内周の略円錐面（穴の稜線）が前記保持部材３における前記半球突起部３ｅと当接して前記超音波振動子２が保持されるように形成されている。
【００７６】
上述したような構造によって、本第４実施形態においては、前記第１実施形態乃至前記第３実施形態と同様、超音波振動子２を位置ずれなく保持することができる。
【００７７】
以上説明したように、本第４実施形態によれば、前記第１実施形態乃至前記第３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。
【００７８】
なお、本第４実施形態に係る超音波モータに関して、例えば次のような変形例が考えられる。
【００７９】
［第１変形例］
例えば、前記押圧部材９に形成されている前記テーパー穴部９ｄの代わりに、図９に示すように、当該穴部の径が一定である丸穴部９ｃを形成しても勿論よい。なお、この丸穴部９ｃの径は、当該丸穴部９ｃの内周（穴の稜線）と前記保持部材３に設けられている半球状の前記半球突起部３ｅとが当接するような径である。
【００８０】
この場合、前記丸穴部９ｃの内周（穴の稜線）と、半球状の前記半球突起部３ｅとが当接することで、前記超音波振動子２が保持される。つまり、上述したような構造によって、本第１変形例においては、超音波振動子２を位置ずれなく保持することができる。
【００８１】
以上説明したように、本第１変形例によれば、前記第４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。
【００８２】
［第２変形例］
さらに、次のような変形例も考えられる。
【００８３】
すなわち、図１０に示すように前記押圧部材９における中央部に、穴部の代わりに半球状の突起部９ｅが、前記超音波振動子２に対向するように設けられている。なお、この突起部９ｅは、押圧部材９とは別体の半球状の部材を、押圧部材９に例えば接着固定により設けてもよいし、押圧部材９の中央部を絞り加工等で半球状に突出させて設けても勿論よい。一方、前記保持部材３には、円錐状の穴部である円錐穴部３ｆが設けられている。
【００８４】
より具体的には、図１０に示すように、前記保持部材３に設けられている前記円錐穴部３ｆの内周の円錐面（穴の稜線）が、前記押圧部材９に設けられている前記突起部９ｅに当接して前記超音波振動子２が保持されるように、前記円錐穴部３ｆ及び前記突起部９ｅが形成されている。
【００８５】
上述したような構造によって、本第２変形例においては、前記第４実施形態と同様、超音波振動子２を位置ずれなく保持することができる。
【００８６】
このような構造により、前記押圧部材９に設けられている半球状の前記突起部９ｅが、前記保持部材３に設けられている円錐状の前記円錐穴部３ｆに当接することで、前記超音波振動子２が保持される。
【００８７】
以上説明したように、本第２変形例によれば、前記第４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。
【００８８】
［第５実施形態］
以下、本発明の第５実施形態に係る超音波モータについて、図１１を参照して説明する。なお、本第５実施形態に係る超音波モータの特徴部に焦点を当てる為に、前記第１実施形態に係る超音波モータとの相違点のみを説明する。
【００８９】
本第５実施形態において前記押圧部材９は、前記押圧調整用螺子部材１１が貫通する箇所の近傍領域が図１１に示すようにクランク形状に屈曲されている。換言すれば、前記押圧部材９は、図１１に示すように、前記押圧調整用螺子部材１１が貫通する箇所の近傍領域において、クランク形状を呈する屈曲構造９Ａを備えている。
【００９０】
一方、このような形状の押圧部材９に対応して、筐体７も、前記押圧部材９のクランク形状に対応した段差構造７Ａを備えている。
【００９１】
本第５実施形態では、押圧力を発生させる前記圧縮コイルバネ１２及び前記押圧調整用螺子部材１１が、前記段差構造７Ａ及び前記屈曲構造９Ａが設けられたことによって生じる、前記押圧部材９による押圧方向に凹んだ領域に収容される為、押圧方向における部材配置の省スペース化が実現する。
【００９２】
なお、本第５実施形態は、前記第１実施形態乃至前記第４実施形態の何れにも適用できることは勿論である。
【００９３】
以上説明したように、本第５実施形態によれば、前記第１実施形態と同様の効果を奏する上に、省スペースな超音波モータを提供することができる。
【００９４】
以上、第１実施形態乃至第５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。
【００９５】
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、開示される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、実施形態に示される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。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】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断面概略図。
【図２】圧電積層体の縦振動を示す図。
【図３】圧電積層体の屈曲振動を示す図。
【図４】圧電積層体及び保持部材の形状を示す斜視図。
【図５】本発明の第２実施形態に係る超音波モータにおける保持部材の形状を示す斜視図。
【図６】本発明の第２実施形態に係る超音波モータの構成を示す断面概略図。
【図７】本発明の第３実施形態に係る超音波モータの構成を示す断面概略図。
【図８】本発明の第４実施形態に係る超音波モータの構成を示す断面概略図。
【図９】本発明の第４実施形態の第１変形例に係る超音波モータの構成を示す断面概略図。
【図１０】本発明の第４実施形態の第２変形例に係る超音波モータの構成を示す断面概略図。
【図１１】本発明の第５実施形態に係る超音波モータの構成を示す断面概略図。
【図１２】超音波振動子を被駆動部材に押し付ける為の従来の押圧機構を示す図。
【符号の説明】
【００９７】
１…超音波モータ、 ２…超音波振動子、 ２ａ…圧電積層体、 ３…保持部材、 ３ａ…円錐形状突起部、 ３ｂ…上面平板部、 ３ｃ…側面平板部、 ３ｄ…円柱形状突起部、 ３ｅ…半球突起部、 ３ｆ…円錐穴部、 ４…被駆動部材、 ５…転動部材、 ６…筐体、 ７…筐体、 ７ａ…溝部、 ７Ａ…段差構造、 ８…押圧機構、 ９…押圧部材、 ９ａ…丸穴部、 ９ｂ…穴部、 ９ｃ…丸穴部、 ９ｄ…テーパー穴部、 ９ｅ…突起部、 ９Ａ…屈曲構造、 １０…固定螺子部材、 １１…押圧調整用螺子部材、 １１ａ…下面、 １２…圧縮コイルバネ、 １７…バネ部材、 ２１…止め具、 １１２…回転部材、 １１３…突起、 １１４…振動子、 １１５…ゴムシート、 １１６…ゴムシート、 １１７…バネ部材、 １１７ａ…平面部、 １１７ｂ…平面部、 １１７ｃ…平面部、 １１８…レール、 １１９…固定部材、 １２１…止め具。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、電磁モータに比べて小型、高トルク、長ストローク、且つ高分解能の超音波モータが多く使用されてきている。
【０００３】
ところで、超音波モータは、超音波振動子を被駆動部材に押し付けることで、両者間に発生する摩擦力によって前記被駆動体を駆動するモータである。そして、超音波振動子を被駆動部材に押し付ける為の押圧機構としては、例えば特許文献１に、図１２に示すような押圧機構が開示されている。
【０００４】
すなわち、特許文献１には、振動子１１４と、該振動子１１４の下部に固定された突起１１３と、該突起１１３に当接する可動体としてのレール１１８と、該レール１１８の下面に接し、レール１１８を案内する回転部材１１２と、前記振動子１１４の上面に当接されるバネ部材１１７と、該バネ部材１１７と振動子１１４との間に設置されているゴムシート１１５と、前記バネ部材１１７及びゴムシート１１５を貫通して振動子１１４に固定される柱状止め具１２１と、前記バネ部材１１７を押圧する固定部材１１９とによって構成されている。
【０００５】
より具体的には、前記バネ部材１１７は、前記ゴムシート１１５に接する平面部１１７ａと、この平面部１１７ａの両端から当該平面部１１７ａに対して対称に延長されて形成された平面部１１７ｂ，１１７ｃとを備える。そして、この平面部１１７ｂ及び平面部１１７ｃにおける先端部が前記固定部材１１９によって押し下げられて、前記平面部１１７ａと前記平面部１１７ｂ，１１７ｃとの境界線近傍が変形させられることにより、前記平面部１１７ａが下方（前記振動子１１４の方向）に押し下げられる構造となっている。
【０００６】
引用文献１に開示されている押圧機構では、上述したような構造により、前記振動子１１４（前記突起１１３）を被駆動体である前記レール１１８に押し付ける押圧力を発生させている。
【０００７】
ところで、前記バネ部材１１７における前記平面部１１７ａには矩形状の貫通穴部（不図示）が設けられている。さらに、前記バネ部材１１７と前記振動子１１４との間に挟まれて設けられている前記ゴムシート１１５にも、同様の矩形状の貫通穴部（不図示）が設けられている。そして、前記柱状止め具１２１は、前記バネ部材１１７及び前記ゴムシート１１５の両者に設けられた矩形状の貫通穴部（不図示）を貫通して、前記振動子１１４に固定されている。
【０００８】
前記柱状止め具１２１は、当該柱状止め具１２１における側面部が前記バネ部材１１７及び前記ゴムシート１１５における貫通穴部（不図示）の断面に囲まれるように設置されている。これにより、前記振動子１１４は、前記ゴムシート１１５との接触平面内における位置が規制される構造となっている。
【特許文献１】特開平１０−３２７５８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１に開示されている押圧機構によれば、柱状止め具１２１をバネ部材１１７及びゴムシート１１５の貫通穴部（不図示）に挿入することから、前記柱状止め具１２１と、前記バネ部材１１７及び前記ゴムシート１１５との間には若干の隙間を設けることが必要である。
【００１０】
例えば、特許文献１には具体的な記載は為されていないが、例えば軸と穴との隙間バメ（部品を相対的に動かしえる緩合）の場合、φ＝３〜６ｍｍ程度の径寸法であれば最大０．１２５ｍｍの隙間を設けることが推奨されている。
【００１１】
なお、組立性を向上させる為には、前記隙間は大きいほうが望ましく、上述した数値よりも大きな隙間を設けることが望まれる。
【００１２】
ところで、振動子を振動させて摩擦力により被駆動体を駆動させる場合においては、例えば図１２に示すように振動子１１４は、当然被駆動体である前記レール１１８から反力を受けて当該レール１１８を駆動させる向きと逆向きに動作しようとする。
【００１３】
従って、図１２に示す例のように、前記ゴムシート１１５及び前記バネ部材１１７と、前記振動子１１４との間に隙間が存在する場合、前記ゴムシート１１５の弾性変形が生じたときに、この隙間の範囲内で（図１２の点線で示す振動子１１４の位置に）、前記振動子１１４が動作してしまうという問題が生じる。
【００１４】
そして、この振動子１１４が動作している間は、被駆動体である前記レール１１８は、前記振動子１１４から駆動力を受けても所望の量を動くことはできず、最悪の場合には前記レール１１８が全く動かない場合も発生してしまう。
【００１５】
また、前記レール１１８が駆動開始後しばらくして前記振動子１１４が位置ずれした後、柱状止め具１２１の側面部（不図示）と、バネ部材１１７に設けられた矩形状の貫通穴部（不図示）の断面部（不図示）とが当接した状態となって初めて振動子１１４の動作が規制されるのであるが、前記レール１１８が逆方向に駆動する際にも同様の問題が発生する。
【００１６】
仮に、前記ゴムシート１１５を介さずにバネ部材１１７で振動子１１４を直接押圧する構造としても、柱状止め具１２１の側面部（不図示）と、バネ部材１１７に設けられた矩形状の貫通穴部（不図示）の断面部（不図示）との当接面での摺りが発生し、同様の位置ずれが発生する。
【００１７】
以上説明したように、上述した構成では、例えば所望の微小量を駆動させる際に振動子１１４自体が位置ずれを起こすことに起因して、駆動量が安定しないという問題がある。
【００１８】
なお、仮に柱状止め具１２１とバネ部材１１７における貫通穴部（不図示）との隙間を設けないようにすることで、前記の問題を解決しようとした場合、柱状止め具１２１を変形させて前記貫通穴部（不図示）に挿入（すなわち圧入）することが考えられる。この場合には、貫通穴部（不図示）及び柱状止め具１２１の寸法管理が厳しく要求される。これらの寸法のばらつきは、前記バネ部材１１７の圧入方向の位置のばらつきを生じさせるからである。
【００１９】
そして、このように前記バネ部材１１７の圧入方向における位置のばらつきが生じた場合、前記バネ部材１１７の組み付け時に前記固定部材１１９によって押し下げられて変形する量がばらつくことになり、結果として押圧作用力がばらついてしまう。
【００２０】
ところで、前記バネ部材１１７は、図１２に示すように平面部１１７ｂ，１１７ｃの先端部が固定部材１１９にゴムシート１１６を介して当接している。従って、仮に柱状止め具１２１とバネ部材１１７とが隙間なく嵌め合わせられていたとしても、振動子１１４が被駆動体であるレール１１８から反力を受けた際に、バネ部材１１７が振動子１１４と一体となってレール１１８の動作方向と逆向きに移動しようとする為、ゴムシート１１６の弾性変形が生じてしまい、振動子１１４は位置ずれしてしまう。
【００２１】
なお、前記バネ部材１１７を、当該バネ部材１１７における両端面の先端部を固定部材１１９にゴムシート１１６を介さずに当接させた場合であっても、固定部材１１９とバネ部材１１７との間で滑りが発生してしまうので、振動子１１４の位置ずれは生じてしまう。
【００２２】
以上説明したように、特許文献１に開示されている技術では、被駆動体を数μｍ〜数ｎｍ安定して駆動させる微小駆動において所望の駆動量を得ることが困難である。
【００２３】
本発明は、前記の事情に鑑みてなされたもので、振動子が被駆動体を安定して微小駆動させることができる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】
【００２４】
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、圧電素子に縦振動と屈曲振動とを同時に発生させることで楕円振動を発生させ、該楕円振動により駆動力を得て被駆動部材を駆動する超音波モータにおいて、圧電素子を有する超音波振動子と、前記超音波振動子に固着され且つ前記超音波振動子を保持する保持部材と、前記保持部材を押圧する押圧部材と、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、を具備し、前記押圧部材は穴部を有し、前記保持部材は前記押圧部材による押圧の方向において前記穴部と係合する突起部を有し、前記穴部と前記突起部とが当接することで、前記押圧部材が、前記保持部材及び前記超音波振動子を介して前記被駆動部材を押圧して、前記被駆動部材を駆動することを特徴とする。
【００２５】
前記の目的を達成するために、本発明の第２の態様による超音波モータは、圧電素子に縦振動と屈曲振動とを同時に発生させることで楕円振動を発生させ、該楕円振動により駆動力を得て被駆動部材を駆動する超音波モータにおいて、圧電素子を有する超音波振動子と、前記超音波振動子に固着され且つ前記超音波振動子を保持する保持部材と、前記保持部材を押圧する押圧部材と、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、を具備し、前記保持部材は穴部を有し、前記押圧部材は前記押圧部材による押圧の方向において前記穴部と係合する突起部を有し、前記穴部と前記突起部とが当接することで、前記押圧部材が、前記保持部材及び前記超音波振動子を介して前記被駆動部材を押圧して、前記被駆動部材を駆動することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、振動子が被駆動体を安定して微小駆動させることができる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】
【００２７】
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。
【００２８】
［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構成を示す断面概略図である。同図に示すように、本第１実施形態に係る超音波モータ１は、超音波振動子２と、超音波振動子２を保持する保持部材３と、超音波振動子２に接触させられて超音波振動子２に対して相対的に駆動される被駆動部材４と、被駆動部材４と筐体６との間に配置される転動部材５と、筐体７と、超音波振動子２を被駆動部材４に押し付ける押圧機構８とを具備する。なお、詳細は後述するが、前記押圧機構８は、押圧部材９と、固定螺子部材１０と、押圧調整用螺子部材１１と、圧縮コイルバネ１２とを有する。
【００２９】
前記超音波振動子２は、矩形板状の圧電セラミックスシートの片側面にシート状の内部電極を設けたものを複数枚積層してなる直方体状の圧電積層体２ａと、該圧電積層体２ａの一側面に接着され且つ前記被駆動部材４に密着させられる２個の摩擦接触子（以下、駆動子と称する）２ｂとを有する。
【００３０】
前記圧電積層体２ａは、内部電極に所定のパターンの交番電圧が加えられることで、図２に示す縦振動及び図３に示す２次の屈曲振動が励起される。特に、２次の屈曲振動は、図３に示すように前記圧電積層体２ａの長手方向に間隔をあけて、３箇所に振動の定在波の節Ａ１，Ａ２、Ａ３を備える。そして、節Ａ１と節Ａ２との間には当該振動の定在波の腹Ｂ１が形成され、節Ａ２と節Ａ３との間には当該振動の定在波の腹Ｂ２が形成される。
【００３１】
ここで、前記圧電積層体２ａは、前記の縦振動及び屈曲振動の定在波の節Ａ２に対応する位置において、前記保持部材３に接着剤等により固着されている。また、前記駆動子２ｂは、直方体のブロック状に形成されており、前記超音波振動子２における２次の屈曲振動の腹Ｂ１，Ｂ２に対応する位置に、接着剤等で固定されている。
【００３２】
なお、前記保持部材３は直方体形状に形成されており、前記圧電積層体２ａ及び前記保持部材３を斜め上方から見た場合の斜視図である図４に示すように、前記超音波振動子２における前記圧電積層体２ａの上面上に、接着剤等によって接着されて設けられている。ここで、保持部材３は、その上面平板部３ｂ上に円錐形状の突起部である円錐形状突起部３ａを備えている。
【００３３】
前記転動部材５は、球体形状に形成されており、前記被駆動部材４のうち前記筐体６に対向する面に設けられた溝等に埋嵌されて挟持されている。ここで、前記被駆動部材４の移動方向の配置位置は、例えばリテーナ（不図示）等により規制されている。このような構成により、前記被駆動部材４を、前記超音波振動子２及び前記筐体６に対して相対的に駆動させることが可能となる。
【００３４】
なお、前記筐体６に、前記転動部材５を案内する為の部材（例えば溝やレール等）を、設けても勿論よい。
【００３５】
前記押圧部材９は平板であり、その一端部には固定螺子部材１０を貫通させる為の穴部９ａが形成されており、他端部には当該押圧部材９の押圧を調整する為の押圧調整用螺子部材１１を貫通させるための穴部９ｂが形成されている。さらに、前記押圧部材９の中央部には、前記保持部材３の備える前記円錐形状突起部３ａの底面の径よりも僅かに小さい径の丸穴部９ｃが形成されている。
【００３６】
以下、本第１実施形態に係る超音波モータ１の組立方法について説明する。なお、前記筐体６は、予め前記筐体７に対してビス等の手段により固定されている。
【００３７】
まず、筐体６の上にリテーナ（不図示）を載置し、転動部材５を該リテーナ（不図示）における保持部に載置する。
【００３８】
続いて、被駆動部材４を転動部材５の上に載置し、この被駆動部材４の上面に前記超音波振動子２における前記駆動子２ｂが密着するように、超音波振動子２を被駆動部材４の上に載置する。
【００３９】
次に、押圧部材９が超音波振動子２の上方から筐体７の上面に載置される。この際、押圧部材９の中央部に設けられた丸穴部９ｃに、保持部材３における円錐形状突起部３ａが挿入され、前記丸穴部９ｃの内周（穴の稜線）と円錐形状突起部３ａの円錐面とが隙間なく当接する。
【００４０】
これにより、押圧部材９の中央部の位置が押圧方向に対して規制される。このとき、押圧部材９における両端部は、筐体７の上面に対して僅かに隙間を有するように、両者の相対位置が設定されている。
【００４１】
その後、固定螺子部材１０が、押圧部材９における穴部９ａを貫通して筐体７に締結される。これにより、超音波振動子２の長手方向における、押圧部材９の位置が固定される。従って、保持部材３の位置も同様に規制される。
【００４２】
そして、押圧調整用螺子部材１１が、押圧部材９における穴部９ｂを貫通して筐体７のネジ穴に螺合する。この際、圧縮コイルバネ１２が、押圧部材９における上面と、押圧調整用螺子部材１１におけるネジ頭（ワッシャでも良い）の下面１１ａとに挟まれた状態で組みつけられる。これにより、押圧調整用螺子部材１１を締結するに従って、圧縮コイルバネ１２が圧縮され、その反発力が押圧部材９の上面に作用する。
【００４３】
ところで、前記押圧部材９は上述したようにその一端が固定螺子部材１０によって筐体７に固定されており、この固定端を支点として他端が押圧されることにより、当該押圧部材９における中央部の丸穴部９ｃ及び円錐形状突起部３ａを介して、保持部材３に押圧力が作用する。これにより、超音波振動子２が被駆動部材４に押し付けられる押圧力が発生する。
【００４４】
また、押圧調整用螺子部材１１の締結量を調整することで、圧縮コイルバネ１２の圧縮量を調整することができるので、押圧力を調整することが可能な押圧機構となっている。
【００４５】
以上説明したように、本第１実施形態に係る超音波モータによれば、超音波振動子２が被駆動部材４を安定して微小駆動させることができる超音波モータを提供することができる。
【００４６】
すなわち、本第１実施形態によれば、超音波振動子２が振動して摩擦力により被駆動部材４を駆動している間においても、超音波振動子２の位置ずれが生じないので、被駆動部材４の精密な駆動において安定した駆動量を得ることができ、さらに組立作業も簡易であり且つ安価で精密な駆動特性を備えた超音波モータを提供することができる。
【００４７】
より具体的には、本第１実施形態に係る超音波モータは次のような効果を奏する。
【００４８】
まず、保持部材３における円錐形状突起部３ａが押圧部材９における丸穴部９ｃに隙間なく当接することで、超音波振動子２が保持される。ここで、押圧部材９は、固定螺子部材１０により筐体７に固定されている。
【００４９】
本第１実施形態に係る超音波モータは、このような構造を採ることにより、超音波振動子２の振動に起因する摩擦力によって被駆動部材４を駆動させた場合であっても、超音波振動子２の位置ずれが生じない。従って、被駆動部材４を微小に駆動させる場合に、安定した駆動量を得ることができる。
【００５０】
また、本第１実施形態に係る超音波モータは、従来の超音波モータと比較して、組立が容易であるという利点を有する。
【００５１】
例えば特許文献１には、押圧機構の組立方法及び固定方法については何ら開示されていないが、その組み立ての際にはバネ部材１１７における平面部１１７ｂ，１１７ｃを自然状態から押し下げて変形させながら、振動子１１４と固定部材１１９との間に配置させる必要がある。なお、固定部材１１９を前もって組みつけてある場合は、振動子１１４と固定部材１１９との隙間に、バネ部材１１７を変形させながら挿入し、且つ矩形状の貫通穴部を予め振動子１１４に固定された柱状止め具１２１に挿入させなければならない。そして、このような組み立て方法は現実的ではない。
【００５２】
つまり、特許文献１に開示されている押圧機構を組み立てる際には、振動子１１４にゴムシート１１５及びバネ部材１１７を、柱状止め具１２１に矩形状の穴部を挿入して載置させた後に、固定部材１１９を組み付けることになる。ここで、バネ部材１１７における平面部１１７ｂ，１１７ｃの先端部と固定部材１１９とを当接させ、固定部材１１９を押さえつけながら案内部材（不図示）に連結させる必要があり、非常に困難な作業となることは容易に想像できる。
【００５３】
一方、本第１実施形態に係る超音波モータの組み立てにおいては、上述したように各部材を単純に順次載置していき、最後に固定螺子部材１０及び押圧調整用螺子部材１１により締結等して固定すれば良い。つまり、各部材の載置及び締結を、一方向のみから作業することができるので非常に組立容易性が良好である。
【００５４】
なお、前記駆動子２ｂは、例えば耐熱性熱可塑性樹脂であるＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）をベースにチタン酸カリウムのフィラーを２０〜３０％ｗｔ充填すると共に、その他炭素繊維、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）も混合した複合樹脂材により構成する。
【００５５】
また、前記被駆動部材４は、例えば内部に鉄を含む珪酸マグネシウム（２ＭｇＯ・ＳｉＯ２）により構成し、前記駆動子２ｂと接触する面の表面粗さをＲａ０．２μｍ以下となるようにラップ研磨加工する。
【００５６】
そして、前記圧電積層体２ａの振動を減衰させずに確実に前記被駆動部材４へ伝達する為に、例えば、前記駆動子２ｂは前記圧電積層体２ａの端面から０．７ｍｍ以下の高さとする。なお、該高さは望ましくは０．４ｍｍである。
【００５７】
［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、図５及び図６を参照して説明する。なお、本第２実施形態に係る超音波モータの特徴部に焦点を当てる為に、前記第１実施形態に係る超音波モータとの相違点のみを説明する。
【００５８】
本第２実施形態においては、前記保持部材３を、図５及び図６に示すような構成とする。図５は、本第２実施形態に係る超音波モータにおける保持部材３の形状を示す斜視図である。図６は、本第２実施形態に係る超音波モータの構成を示す断面概略図である。
【００５９】
すなわち、本第２実施形態において前記保持部材３は、上面平板部３ｂが圧電積層体２ａの厚さ方向（積層方向）における両側に均等にはみ出しており、且つ該はみ出した両端部には圧電積層体２ａの側面部に密着する二つの側面平板部３ｃが設けられている。さらに、これら二つの側面平板部３ｃには、圧電積層体２ａの厚さ方向に突出する円柱形状の突起部である円柱形状突起部３ｄが設けられている。なお、前記上面平板部３ｂ上には、当然円錐状の前記円錐形状突起部３ａが設けられている。
【００６０】
一方、前記筐体７には、前記円柱形状突起部３ｄの径より若干広い径を有する溝部７ａが形成されている。なお、その他の部材に関しては前記第１実施形態において説明した通りである。
【００６１】
上述した構成の超音波モータ１において、超音波振動子２に接着された保持部材３の円柱形状突起部３ｄは、前記筐体７の溝部７ａに挿入されて案内されることにより、超音波振動子２の長手方向に関する概略の位置が決められる。
【００６２】
なお、押圧部材９が筐体７に固定される際に、押圧部材９における丸穴部９ｃの位置が、保持部材３における円錐形状突起部３ａの真上の位置となるように、筐体７における前記溝部７ａを設ける位置を決定することで、当該超音波モータを容易に組みつけることができるという効果を更に得ることができる。
【００６３】
ここで、本第２実施形態においては、筐体７における溝部７ａは案内機構として作用するのみであり、保持機構としては前記第１実施形態と同様、押圧部材９における丸穴部９ｃと、保持部材の円錐形状突起部３ａとが隙間なく当接することによって超音波振動子２が保持される構成となっている。
【００６４】
以上説明したように、本第２実施形態によれば、前記第１実施形態と同様、被駆動部材４を駆動している間に超音波振動子２の位置ずれが生じることなく、被駆動部材４を安定して微小駆動させることができる超音波モータを提供することができる。
【００６５】
［第３実施形態］
以下、本発明の第３実施形態に係る超音波モータについて、図７を参照して説明する。図７は、本発明の第３実施形態に係る超音波モータの構成を示す断面概略図である。なお、本第３実施形態に係る超音波モータの特徴部に焦点を当てる為に、前記第２実施形態に係る超音波モータとの相違点のみを説明する。
【００６６】
本第３実施形態においては、前記保持部材３は、前記上面平板部３ｂに前記円錐形状突起部３ａの代わりに円柱形状突起部３ｄが設けられている。
【００６７】
また、押圧部材９の中央部に形成されているテーパー穴部９ｄは、超音波振動子２に対向する面である一方面においては前記円柱形状突起部３ｄの円柱の径よりも大きい径として形成され、前記一方面とは逆側の面である他方面に近づく程、その径が小さくなっていく（円柱状である前記円柱形状突起部３ｄの径よりも小さい径になっていく）テーパー穴として形成されている。
【００６８】
より具体的には、このテーパー穴として形成されている前記テーパー穴部９ｄは、図７に示すように、その内周の略円錐面（穴の稜線）が前記保持部材３における前記円柱形状突起部３ｄと当接して前記超音波振動子２が保持されるように形成されている。
【００６９】
なお、前記第１実施形態及び前記第２実施形態においては、前記丸穴部９ｃにおける内周（穴の稜線）と前記円錐形状突起部３ａの円錐面とが当接することで、超音波振動子２が保持されていた。
【００７０】
上述したような構造によって、本第３実施形態においては、前記第１実施形態及び前記第２実施形態と同様、超音波振動子２を位置ずれなく保持することができる。
【００７１】
以上説明したように、本第３実施形態によれば、前記第１実施形態及び前記第２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。
【００７２】
［第４実施形態］
以下、本発明の第４実施形態に係る超音波モータについて、図８を参照して説明する。図８は、本発明の第４実施形態に係る超音波モータの構成を示す断面概略図である。なお、本第４実施形態に係る超音波モータの特徴部に焦点を当てる為に、前記第３実施形態に係る超音波モータとの相違点のみを説明する。
【００７３】
本第４実施形態において前記保持部材３は、前記上面平板部３ｂ上に、半球状の突起部である半球突起部３ｅが例えば接着固定されて設けられている。
【００７４】
一方、前記押圧部材９の中央部には、前記第３実施形態に係る超音波モータと同様、上述したテーパー穴部９ｄが形成されている。
【００７５】
そして、このテーパー穴部９ｄは、図８に示すように、その内周の略円錐面（穴の稜線）が前記保持部材３における前記半球突起部３ｅと当接して前記超音波振動子２が保持されるように形成されている。
【００７６】
上述したような構造によって、本第４実施形態においては、前記第１実施形態乃至前記第３実施形態と同様、超音波振動子２を位置ずれなく保持することができる。
【００７７】
以上説明したように、本第４実施形態によれば、前記第１実施形態乃至前記第３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。
【００７８】
なお、本第４実施形態に係る超音波モータに関して、例えば次のような変形例が考えられる。
【００７９】
［第１変形例］
例えば、前記押圧部材９に形成されている前記テーパー穴部９ｄの代わりに、図９に示すように、当該穴部の径が一定である丸穴部９ｃを形成しても勿論よい。なお、この丸穴部９ｃの径は、当該丸穴部９ｃの内周（穴の稜線）と前記保持部材３に設けられている半球状の前記半球突起部３ｅとが当接するような径である。
【００８０】
この場合、前記丸穴部９ｃの内周（穴の稜線）と、半球状の前記半球突起部３ｅとが当接することで、前記超音波振動子２が保持される。つまり、上述したような構造によって、本第１変形例においては、超音波振動子２を位置ずれなく保持することができる。
【００８１】
以上説明したように、本第１変形例によれば、前記第４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。
【００８２】
［第２変形例］
さらに、次のような変形例も考えられる。
【００８３】
すなわち、図１０に示すように前記押圧部材９における中央部に、穴部の代わりに半球状の突起部９ｅが、前記超音波振動子２に対向するように設けられている。なお、この突起部９ｅは、押圧部材９とは別体の半球状の部材を、押圧部材９に例えば接着固定により設けてもよいし、押圧部材９の中央部を絞り加工等で半球状に突出させて設けても勿論よい。一方、前記保持部材３には、円錐状の穴部である円錐穴部３ｆが設けられている。
【００８４】
より具体的には、図１０に示すように、前記保持部材３に設けられている前記円錐穴部３ｆの内周の円錐面（穴の稜線）が、前記押圧部材９に設けられている前記突起部９ｅに当接して前記超音波振動子２が保持されるように、前記円錐穴部３ｆ及び前記突起部９ｅが形成されている。
【００８５】
上述したような構造によって、本第２変形例においては、前記第４実施形態と同様、超音波振動子２を位置ずれなく保持することができる。
【００８６】
このような構造により、前記押圧部材９に設けられている半球状の前記突起部９ｅが、前記保持部材３に設けられている円錐状の前記円錐穴部３ｆに当接することで、前記超音波振動子２が保持される。
【００８７】
以上説明したように、本第２変形例によれば、前記第４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。
【００８８】
［第５実施形態］
以下、本発明の第５実施形態に係る超音波モータについて、図１１を参照して説明する。なお、本第５実施形態に係る超音波モータの特徴部に焦点を当てる為に、前記第１実施形態に係る超音波モータとの相違点のみを説明する。
【００８９】
本第５実施形態において前記押圧部材９は、前記押圧調整用螺子部材１１が貫通する箇所の近傍領域が図１１に示すようにクランク形状に屈曲されている。換言すれば、前記押圧部材９は、図１１に示すように、前記押圧調整用螺子部材１１が貫通する箇所の近傍領域において、クランク形状を呈する屈曲構造９Ａを備えている。
【００９０】
一方、このような形状の押圧部材９に対応して、筐体７も、前記押圧部材９のクランク形状に対応した段差構造７Ａを備えている。
【００９１】
本第５実施形態では、押圧力を発生させる前記圧縮コイルバネ１２及び前記押圧調整用螺子部材１１が、前記段差構造７Ａ及び前記屈曲構造９Ａが設けられたことによって生じる、前記押圧部材９による押圧方向に凹んだ領域に収容される為、押圧方向における部材配置の省スペース化が実現する。
【００９２】
なお、本第５実施形態は、前記第１実施形態乃至前記第４実施形態の何れにも適用できることは勿論である。
【００９３】
以上説明したように、本第５実施形態によれば、前記第１実施形態と同様の効果を奏する上に、省スペースな超音波モータを提供することができる。
【００９４】
以上、第１実施形態乃至第５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。
【００９５】
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、開示される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、実施形態に示される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。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】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断面概略図。
【図２】圧電積層体の縦振動を示す図。
【図３】圧電積層体の屈曲振動を示す図。
【図４】圧電積層体及び保持部材の形状を示す斜視図。
【図５】本発明の第２実施形態に係る超音波モータにおける保持部材の形状を示す斜視図。
【図６】本発明の第２実施形態に係る超音波モータの構成を示す断面概略図。
【図７】本発明の第３実施形態に係る超音波モータの構成を示す断面概略図。
【図８】本発明の第４実施形態に係る超音波モータの構成を示す断面概略図。
【図９】本発明の第４実施形態の第１変形例に係る超音波モータの構成を示す断面概略図。
【図１０】本発明の第４実施形態の第２変形例に係る超音波モータの構成を示す断面概略図。
【図１１】本発明の第５実施形態に係る超音波モータの構成を示す断面概略図。
【図１２】超音波振動子を被駆動部材に押し付ける為の従来の押圧機構を示す図。
【符号の説明】
【００９７】
１…超音波モータ、 ２…超音波振動子、 ２ａ…圧電積層体、 ３…保持部材、 ３ａ…円錐形状突起部、 ３ｂ…上面平板部、 ３ｃ…側面平板部、 ３ｄ…円柱形状突起部、 ３ｅ…半球突起部、 ３ｆ…円錐穴部、 ４…被駆動部材、 ５…転動部材、 ６…筐体、 ７…筐体、 ７ａ…溝部、 ７Ａ…段差構造、 ８…押圧機構、 ９…押圧部材、 ９ａ…丸穴部、 ９ｂ…穴部、 ９ｃ…丸穴部、 ９ｄ…テーパー穴部、 ９ｅ…突起部、 ９Ａ…屈曲構造、 １０…固定螺子部材、 １１…押圧調整用螺子部材、 １１ａ…下面、 １２…圧縮コイルバネ、 １７…バネ部材、 ２１…止め具、 １１２…回転部材、 １１３…突起、 １１４…振動子、 １１５…ゴムシート、 １１６…ゴムシート、 １１７…バネ部材、 １１７ａ…平面部、 １１７ｂ…平面部、 １１７ｃ…平面部、 １１８…レール、 １１９…固定部材、 １２１…止め具。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電素子に縦振動と屈曲振動とを同時に発生させることで楕円振動を発生させ、該楕円振動により駆動力を得て被駆動部材を駆動する超音波モータにおいて、
圧電素子を有する超音波振動子と、
前記超音波振動子に固着され且つ前記超音波振動子を保持する保持部材と、
前記保持部材を押圧する押圧部材と、
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、
を具備し、
前記押圧部材は穴部を有し、前記保持部材は前記押圧部材による押圧の方向において前記穴部と係合する突起部を有し、
前記穴部と前記突起部とが当接することで、前記押圧部材が、前記保持部材及び前記超音波振動子を介して前記被駆動部材を押圧して、前記被駆動部材を駆動することを特徴とする超音波モータ。
【請求項２】
前記突起部は円錐形状又は半球形状であり、前記穴部は丸穴であ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】
前記突起部は円柱形状又は半球形状であり、前記穴部は円錐形状の開口又は窪みであ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】
圧電素子に縦振動と屈曲振動とを同時に発生させることで楕円振動を発生させ、該楕円振動により駆動力を得て被駆動部材を駆動する超音波モータにおいて、
圧電素子を有する超音波振動子と、
前記超音波振動子に固着され且つ前記超音波振動子を保持する保持部材と、
前記保持部材を押圧する押圧部材と、
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、
を具備し、
前記保持部材は穴部を有し、前記押圧部材は前記押圧部材による押圧の方向において前記穴部と係合する突起部を有し、
前記穴部と前記突起部とが当接することで、前記押圧部材が、前記保持部材及び前記超音波振動子を介して前記被駆動部材を押圧して、前記被駆動部材を駆動することを特徴とする超音波モータ。
【請求項５】
前記突起部は円錐形状又は半球形状であり、前記穴部は丸穴であることを特徴とする請求項４に記載の超音波モータ。
【請求項６】
前記突起部は円柱形状又は半球形状であり、前記穴部は円錐形状の開口又は窪みであることを特徴とする請求項４に記載の超音波モータ。
【請求項７】
前記押圧部材は、当該超音波モータの筐体に対して、少なくとも一箇所において固定され且つ少なくとも一箇所において加圧されることを特徴とする請求項１乃至請求項６に記載の超音波モータ。
【請求項１】
圧電素子に縦振動と屈曲振動とを同時に発生させることで楕円振動を発生させ、該楕円振動により駆動力を得て被駆動部材を駆動する超音波モータにおいて、
圧電素子を有する超音波振動子と、
前記超音波振動子に固着され且つ前記超音波振動子を保持する保持部材と、
前記保持部材を押圧する押圧部材と、
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、
を具備し、
前記押圧部材は穴部を有し、前記保持部材は前記押圧部材による押圧の方向において前記穴部と係合する突起部を有し、
前記穴部と前記突起部とが当接することで、前記押圧部材が、前記保持部材及び前記超音波振動子を介して前記被駆動部材を押圧して、前記被駆動部材を駆動することを特徴とする超音波モータ。
【請求項２】
前記突起部は円錐形状又は半球形状であり、前記穴部は丸穴であ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】
前記突起部は円柱形状又は半球形状であり、前記穴部は円錐形状の開口又は窪みであ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】
圧電素子に縦振動と屈曲振動とを同時に発生させることで楕円振動を発生させ、該楕円振動により駆動力を得て被駆動部材を駆動する超音波モータにおいて、
圧電素子を有する超音波振動子と、
前記超音波振動子に固着され且つ前記超音波振動子を保持する保持部材と、
前記保持部材を押圧する押圧部材と、
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、
を具備し、
前記保持部材は穴部を有し、前記押圧部材は前記押圧部材による押圧の方向において前記穴部と係合する突起部を有し、
前記穴部と前記突起部とが当接することで、前記押圧部材が、前記保持部材及び前記超音波振動子を介して前記被駆動部材を押圧して、前記被駆動部材を駆動することを特徴とする超音波モータ。
【請求項５】
前記突起部は円錐形状又は半球形状であり、前記穴部は丸穴であることを特徴とする請求項４に記載の超音波モータ。
【請求項６】
前記突起部は円柱形状又は半球形状であり、前記穴部は円錐形状の開口又は窪みであることを特徴とする請求項４に記載の超音波モータ。
【請求項７】
前記押圧部材は、当該超音波モータの筐体に対して、少なくとも一箇所において固定され且つ少なくとも一箇所において加圧されることを特徴とする請求項１乃至請求項６に記載の超音波モータ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００８−３０６９０７（Ｐ２００８−３０６９０７Ａ）
【公開日】平成２０年１２月１８日（２００８．１２．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１５４５５０（Ｐ２００７−１５４５５０）
【出願日】平成１９年６月１１日（２００７．６．１１）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１２月１８日（２００８．１２．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年６月１１日（２００７．６．１１）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
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