JP2006230140A - 超音波モータ及びそれを用いた電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 振動体の振動により、移動体を摩擦駆動する超音波モータ及びそれを用いた電子機器に関し、特に超音波モータの回転出力を出力取り出し部材を介して伝達部材に伝える機構により駆動される電子機器に関する。
【解決手段】 本発明の超音波モータは上記課題を解決する為に、圧電素子を有する振動体と、振動体の振動により摩擦駆動される移動体と、移動体に設けられた出力取り出し部材と、を有するとともに、移動体は振動体との接触方向に厚みが増大した凸部を有し、出力取り出し部材は移動体の凸部に設けた構造とした。また、移動体には振動体との接触部と出力取り出し部材との間に厚みが薄い溝部を有する構造とした。
そして、超音波モータを駆動源とする電子機器において、超音波モータの出力取り出し部材の動作に伴い動作する伝達部材と、伝達部材により駆動される稼動部材を有する構成とした。
【選択図】 図１

Description

本発明は振動体の振動により、移動体を摩擦駆動する超音波モータ及びそれを用いた電子機器に関し、特に超音波モータの回転出力を、超音波モータの移動体に設けた出力取り出し部材から伝達部材に伝えることで駆動される稼動部を有する電子機器に関する。

近年、電子機器の小型薄型化、高機能化、低消費電力化に伴い、その中で使われるアクチュエータとして圧電素子を駆動源とした超音波モータが注目されている。

超音波モータは出力軸を介さずに、振動体の振動により摩擦駆動される移動体に直接歯車等の出力取出し部材を設けることが可能なため機構の薄型化、簡素化が可能となる。
特開平11-215865

しかしながら移動体に設けた歯車等の出力取り出し部材を介して伝達部材に出力を伝えようとすると、振動体の振動が移動体に設けられた出力取り出し部材を介して伝達部材に漏れてしまい、超音波モータの出力が低下してしまう場合があった。

また、プラスチックの射出成形によって移動体を構成した場合には移動体の振動体との接触部は耐摩耗性、並びに大きな剛性を得るためにカーボンファイバーを含有したエンジニヤリングプラスチックが使用されるが、このような材料では小型な歯車の成形が出来ないため移動体の摺動部と歯車を別材料で成形し、両者を例えば打ち込みにより結合することが行なわれている（特許文献1及び図７参照）。しかしながらこのような構造では振動体の振動（変位）に追従する移動体の振動は移動体の摺動部と歯車の間の結合部で漏れてしまい超音波モータの出力が低下してしまっていた。また、この結合部での振動の漏れは個々の移動体で異なるため超音波モータ個々の特性のばらつきは大きくなってしまった。これは移動体の摺動部と歯車を接着剤等によって接合して結合する場合も大小に差はあっても同様である。

そこで、上記課題を解決する為に本発明の超音波モータは圧電素子を有する振動体と、
振動体の振動により摩擦駆動される移動体と、移動体に設けられた出力取り出し部材と、
を有するとともに、移動体は振動体との接触方向に厚みが増大した凸部を有し、出力取り出し部材は移動体の凸部に設けた構造とした。

また、別の例としては移動体には振動体との接触部と出力取り出し部材との間に厚みが薄い溝部を有する構造とした。

そして、超音波モータを駆動源とする電子機器において、超音波モータの出力取り出し部材の動作に伴い動作する伝達部材と、伝達部材により駆動される稼動部材を有する構成とした。

本発明によれば超音波モータ、更には電子機器の小型薄型化が可能になると共に、出力が大きく個々のばらつきの小さな超音波モータ付き電子機器が実現できる。

（実施の形態１）
本発明の実施の形態1を図1を基に説明する。円板形状の振動体2には圧電素子3が接着されている。振動体2の振動の節となる中心部は支持板4に打ち込まれた中心軸5で支持されている。移動体1の中央に設けられた軸受け40は中心軸5で回転可能に案内されている。移動体1は振動体2の径方向に対する振動の振幅最大部に設けられた突起2aと接している。移動体1の中央部、即ち移動体1と突起2aの接触位置よりも内周側には振動体2との接触方向に厚みが増大した凸部1aを有している。凸部1aには出力取り出し部材6が打ち込み固定されている。出力取り出し部材6の回転中心上に設けられたピボット６ａは 支持板4に固定されたばね押さえ8に固定されたばね7で加圧され、移動体1と突起2aの接触圧が与えられる。移動体1は振動体1の振動による力を移動体1と突起2aの間の摩擦力を介して受け回転する。出力取り出し部材6の外周には歯車６ｂが設けられており、移動体1の回転力は歯車６ｂと噛み合う歯車を有する伝達部材9に伝えられる。伝達部材9は回転軸9aを有しており、支持板４に設けられた軸受け10で回転可能に案内される。移動体1は凸部1aと一体に成形されており、突起2aによる振動は剛性が他の部分よりも高い凸部1aを介して出力取り出し部材6には伝わらない為、出力取り出し部材6と移動体1の接続部分で振動漏れを起こすことはない。また同時に伝達部材9を介して外部に漏れることもない。軸受け40も凸部1aと断面的に重なる位置（凸部1aの外径内）に設けられている為、軸受け40と移動体1の結合部で振動漏れを起こす恐れもない。出力取り出し部材6は歯車の他、カムやレバー等でも構わない。尚、当然のことながら移動体1と出力取り出し部材6は一体に形成されていても良い。

（実施の形態2）
図2を基に実施の形態2を説明する。ここでは実施の形態1との差異のみを説明する。移動体11は軸受け12が設けられると共にピボット11e、出力取り出し部となる歯車11ｄを有する中央部11ｃと、突起2aと接する11aと、両者（11ｃ、11a）よりも厚みが薄く両者を繋ぐ薄肉部分11ｂからなっている。移動体11は全体が一体的に射出成形等によって形成されている。振動体2の振動は薄肉部分11ｂおよび中央の厚肉部11ｃで絶縁され、歯車11ｄには伝わらない。従って歯車11ｄのみは移動体11と別体で作製し、接合しても良い。このような構造とすることで出力取り出し部材も含めた移動体の薄型化が実現できる。

（実施の形態3）
図3を基に実施の形態3を説明する。ここでは実施の形態1との差異のみを説明する。移動体13には軸受け15が設けられている。移動体13の凸部13aにはキー溝13ｂが設けられ、歯車14ｃを有する出力取り出し部材14のキー14ｂと回転不能に係合されている。ピボット14ｄは出力取り出し部材14に一体に設けられているが別体で設けても構わない。

この様に、キー等の結合手段を用いても超音波モータの出力特性に影響を与えず、個々の超音波モータのばらつきの原因にもならない。

（実施の形態4）
図4、図5を基に実施の形態4を説明する。ここでは実施の形態1との差異のみを説明する。図4において移動体16の中央には軸受け18及びピボット17が設けられている。突起2aと接する部分16aの外側には移動体16の表裏、全周に渡って溝16ｂが設けられている。溝16ｂの外側には最外周に歯車を有する肉厚部16ｃを有している。このような構造とすることで突起2aの振動は出力伝達部材となる歯車に伝わらない。

図5は図4の変形例である。移動体19の中央には軸受け21及びピボット20が設けられている。突起2aと接する部分19aの外側には移動体19の裏面、全周に渡って溝19ｂが設けられている。溝19ｂの外側には最外周に歯車を有する肉厚部19ｃを有している。

（実施の形態5）
図6は本発明の超音波モータを用いた電子機器の一例としてデジタルカメラのオートフォーカス機構の例を示す。

本発明の超音波モータは圧電素子1３が接着され、突起2aを有する円板形状の振動体2と、振動体2の中心を固定する中心軸5が固定された支持板4と、中心に軸受け22を有し、中心軸5で回転案内される移動体24と、移動体24の回転中心軸上にある凸部24ｂに設けられた出力取り出し部材29と、出力取り出し部材29の先端に設けられた半球形状のピボット29ｂとピボット29ｂに加圧力を与え、振動体2と移動体24との間に摩擦力を働かせる加圧ばね28からなる。移動体24は全体が一体に作られており、移動体24と突起2aとの接触部と出力取り出し部材29との間に溝24ａが設けられている。ところで、この溝や凸部の構造を含めた移動体の構造は実施の形態1から5に示したものに該当するものであればどれでも構わない。

加圧ばね28及び支持板4はケーシング27に夫々ねじ26、25により固定される。移動体24に設けられた出力取り出し部材29の外周には雄ねじ29aが、雄ねじ29aと系合するように稼動部材30には雌ねじ30aが設けられている。また、稼動部材30の案内部30b、30ｃはケーシング27に固定された案内軸31、34で案内され矢印36の方向に移動可能に構成されている。

圧電素子3に接続されたリード23に駆動信号を印加すると圧電素子3を有する振動体2は振動し、振動体2に設けられた突起2aにより特定方向成分の振動が移動体24に伝えられ、移動体24は回転する。移動体24の回転により出力取り出し部材29、すなわち雄ねじ29aも回転することで雌ねじ29aを有する稼動部材30は矢印36の方向に移動する。

ケーシング27にはCCDやC-MOSセンサからなる撮像素子32が、稼動部材30にはレンズ33a、33ｂが設けられており、レンズ33a、33ｂを稼動することでオートフォーカス機構が実現できる。また同様の機構でズーム機構も実現可能であるし、稼動部材30にピックアップを設ければCD-ROM,DVD等の情報記録機器におけるピックアップの駆動が実現できる。

ここで稼動部材30とケーシング27の間に与圧ばね35を設けることで雄ねじ29aと雌ねじ30aの間のがたがなくなる。そしてこの与圧ばね35のばね力は稼動部材30の稼動方向に関わらず振動体2と移動体24の間に接触圧を生じさせる方向に働くため移動体24の出力トルクは低下しない。

本発明の超音波モータは歯車や送りねじによって駆動される稼動部を有する電子機器に効力を発揮し、時計における駆動機構の他、情報記録機器における読み取り、書き込みヘッドの駆動、並びにデジタルカメラ、ビデオカメラ等におけるレンズの駆動等様々な電子機器の駆動源として適用可能である。

本発明の実施の形態1の超音波モータの構成を示す図である。 本発明の実施の形態2の移動体の断面を示す図である。 本発明の実施の形態3の移動体の断面を示す図である。 本発明の実施の形態4の移動体の断面を示す図である。 本発明の実施の形態4の移動体の別の例の断面を示す図である。 本発明の実施の形態5の電子機器の構成を示す図である。 従来の超音波モータの構成を示す図である。

符号の説明

3 圧電素子
2 振動体
1,11,13,16,19,24 移動体
6,11d,14,16c,19c,29 出力取り出し部材
9,30a 伝達部材
30 稼動部材
7,28 加圧ばね
12,15,18,21,22,40 軸受け
4 支持板
5中心軸

Claims (6)

1. 圧電素子を有する振動体と、
   前記振動体の振動により摩擦駆動される移動体と、
   前記移動体に設けられた出力取り出し部材と、
   を有する超音波モータにおいて、
   前記移動体は前記振動体との接触方向に厚みが増大した凸部を有し、
   前記出力取り出し部材は前記移動体の凸部に設けられていることを特徴とする超音波モータ。
2. 圧電素子を有する振動体と、
   前記振動体の振動により摩擦駆動される移動体と、
   前記移動体に設けられた出力取り出し部材と、
   を有する超音波モータにおいて、
   前記移動体は前記振動体との接触部と前記出力取り出し部材との間に厚みが薄い溝部を有することを特徴とする超音波モータ。
3. 前記移動体の回転を案内する軸受けは前記移動体の凸部と厚み方向に重なる位置に設けられていることを特徴とする請求項1記載の超音波モータ。
4. 前記出力取り出し部材は前記移動体に一体に設けられていることを特徴とする請求項１又は2に記載の超音波モータ。
5. 前記出力取り出し部材は前記移動体と回転不能に係合されていることを特徴とする請求項１又は2に記載の超音波モータ。
6. 請求項１から5のうちいずれか１項に記載の超音波モータの出力取り出し部材の動作に伴い動作する伝達部材と、伝達部材により駆動される稼動部材を有することを特徴とする電子機器。

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