JP2016082611A - Drive unit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は振動子に超音波振動を発生させることにより駆動力を発生する超音波モータに関する。 The present invention relates to an ultrasonic motor that generates a driving force by generating ultrasonic vibration in a vibrator.
従来から、動作音が無く、低速から高速までの駆動が可能であり、高トルク出力などの特徴を活かして、例えば、カメラやレンズの駆動源として超音波モータが採用されている。特許文献1に開示された超音波モータは、半円筒状の摩擦部材に対して、振動子が付勢された状態、所謂、加圧接触状態で保持されている。その加圧接触状態下で当該振動子に超音波振動が励起されると、振動子の摩擦部材と接している接触部に楕円運動が生じ、振動子が直進駆動される。この際、振動子は、転動部材を介して摩擦部材と連結され、転動部材が転動することにより案内される。
Conventionally, there is no operation sound, driving from low speed to high speed is possible, and for example, an ultrasonic motor is used as a drive source for a camera or a lens, taking advantage of features such as high torque output. The ultrasonic motor disclosed in
しかしながら、特許文献1に開示された超音波モータでは、摩擦部材は半円弧部において転動部材と接する為、振動子との摩擦接触面とこれに対向する面との間に転動部材を配置する必要が生じる。その為振動子を被駆動部材に加圧接触させる為の機構に加え、被駆動部材を案内する転動部材と、転動部材を保持するベース部材との厚みが加わり、超音波モータの厚みが大きくなってしまう。
However, in the ultrasonic motor disclosed in
本発明は、上述の問題に鑑み、振動子に発生する超音波振動による楕円運動により駆動する駆動装置としての超音波モータにおいて、簡単な構成により薄型化を実現する案内機構を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a guide mechanism that achieves thinning with a simple configuration in an ultrasonic motor as a drive device that is driven by elliptical motion caused by ultrasonic vibration generated in a vibrator. And
本発明の駆動装置は、圧電素子が固定された振動子と、振動子と接触する摩擦接触面を有する摩擦部材と、振動子を保持する保持部材と、振動子を摩擦部材に向かって付勢する加圧手段と、保持部材及び加圧手段を収容して加圧手段の反力を受けるベース部材と、摩擦部材及びベース部材に当接する転動部材とを備え、圧電素子に印加された電圧により振動子が超音波振動することによって摩擦部材とベース部材とが相対移動するように構成されている。ベース部材には転動部材を案内する溝部が設けられており、転動部材は、ベース部材の溝部と対向する摩擦部材の側面と溝部との間に挟持され、摩擦部材とベース部材との相対移動の際に転動するように構成されている。 The drive device according to the present invention includes a vibrator having a piezoelectric element fixed thereto, a friction member having a friction contact surface that comes into contact with the vibrator, a holding member that holds the vibrator, and biases the vibrator toward the friction member. Voltage applied to the piezoelectric element, a pressure member that holds the holding member and the pressure member and receives a reaction force of the pressure member, a friction member and a rolling member that contacts the base member Thus, the vibrator is ultrasonically vibrated so that the friction member and the base member move relative to each other. The base member is provided with a groove for guiding the rolling member, and the rolling member is sandwiched between the side of the friction member facing the groove of the base member and the groove, and the relative friction between the friction member and the base member. It is configured to roll when moving.
本発明によれば、振動子に発生する超音波振動による楕円運動により被駆動部を駆動する駆動装置としての超音波モータにおいて、簡単な構成により薄型化を実現する案内機構を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, in the ultrasonic motor as a drive device which drives a to-be-driven part by the elliptical motion by the ultrasonic vibration which generate | occur | produces in a vibrator | oscillator, the guide mechanism which implement | achieves thickness reduction by simple structure can be provided. .
以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を説明する。尚、以下の実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、以下の各実施例の説明において図面との関連において理解を容易ならしめるべく、振動子と摩擦部材との相対移動方向を「X軸」、加圧ばねにより振動子が摩擦部材に対して加圧される方向を「Z軸」、X軸とZ軸とに直交する方向を「Y軸」と規定し、説明を行う。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited by the following embodiment. In the following description of each embodiment, in order to facilitate understanding in relation to the drawings, the relative movement direction of the vibrator and the friction member is “X axis”, and the vibrator is moved relative to the friction member by a pressurizing spring. The direction to be pressurized is defined as “Z axis”, and the direction perpendicular to the X axis and Z axis is defined as “Y axis”.
図1は、本発明の実施例1である駆動装置としての超音波モータ1の分解斜視図である。なお、同一部材は同一記号で図示される。101は後述する振動子104が加圧接触する摩擦接触面101aを備える摩擦部材である。102は摩擦部材101の摩擦接触面101aに接触する接触部を備える振動板であり、103は振動板102に対して接着材などにより圧着されている圧電素子である。そして、振動板102に圧電素子103が圧着された状態で圧電素子103に電圧を印加することにより超音波振動を発生させ、振動板102に楕円運動を発生させることができる。なお、振動子104は振動板102と圧電素子103により構成される。105は振動子104を保持するための保持部材である。106は振動子をコイルばね107により摩擦部材101へ付勢する加圧部材であり、このコイルばね107と加圧部材106とが本発明の加圧手段となる。尚、振動子104を加圧できる加圧手段であればコイルばねに限定されない。コイルばね107はばねの弾性による加圧反力を受けるベース部材108と当接している。加圧部材106は摩擦部材101の摩擦接触面101aに対しおおよそ垂直な方向のみ移動可能にベース部材108により支持され、振動子104を摩擦部材101の摩擦接触面101aに対し垂直に加圧している。ベース部材108は、保持部材105が駆動される方向において保持部材105の接触部105aに当接して係合するようにして保持部材105を収容する。振動子104が圧電素子103により発生した超音波振動による楕円運動により摩擦部材101の長手方向(X軸方向)に駆動されると、振動子104が接着固定された保持部材105も移動する。保持部材105の接触部105aに当接して係合するようにして保持部材105を収容するベース部材108も同様に駆動される。
FIG. 1 is an exploded perspective view of an
一方、ベース部材108を摩擦部材101の長手方向に案内する為に、摩擦部材101の摩擦接触面101aに隣接する側面部101dには、V字形状の断面を有する第一の溝部101bが設けられている。但し、第一の溝部101bの断面の形状はV字形状に限定されるものではなく、例えば、後述する実施例2のように台形形状に構成したものであってもよい。
On the other hand, in order to guide the
同様にベース部材108も第一の溝部101bに対向する内面にV字形状の断面を有する第二の溝部108aを備え、ベース部材108は、転動部材109を介して摩擦部材101の第一の溝部101bに沿って案内される。
Similarly, the
図2は図1の各部品を組み込んだ状態を示す斜視図である。110はベース部材108の駆動方向の移動量を規制する移動範囲規制部材であり、111は移動範囲規制部材110を摩擦部材101に固定するねじである。以上のように上述した各部材が組み込まれて超音波モータとしてユニット化される。
FIG. 2 is a perspective view showing a state in which the components of FIG. 1 are incorporated.
次に、超音波モータの構成部材の詳細について説明する。図3は、図1における振動板102と保持部材105の接合状態を説明する拡大斜視図であり、摩擦部材101側から見た図である。振動板102と保持部材105とは接着材、溶接などにより接合部102bにおいて接合される。図において振動板102の中央部には、2箇所の突起部102aが形成されている。突起部102aの上端面、すなわち、摩擦部材101の摩擦接触面101aと当接する面は同一平面上に形成される。
Next, details of components of the ultrasonic motor will be described. FIG. 3 is an enlarged perspective view illustrating a joined state of the
一方、図4は摩擦部材101側とは逆側から振動子104を見た図である。図4に示す振動板102の突起部102aが形成されている面の裏面部には圧電素子103が接着材などにより圧着されている。なお、振動板102と圧電素子103の圧着は、圧着されればその態様は限定されない。この圧着素子103は複数の圧電素子膜を積層して一体化したものである。そしてこの圧電素子103に所望の交流電圧を印加することで励振させ、圧電素子103が圧着された振動板102に2つの振動モードを励起する。このとき2つの振動モードの振動位相が所望の位相差となるように設定することで、突起部102aには図3の矢印で示すような楕円運動が発生する。この楕円運動を図1に示すように振動子104で発生させ、摩擦部材101の摩擦接触面101aに伝達することで、摩擦部材101に対して振動子104を並進駆動させることが可能となる。なお、前述の圧電素子の積層構造や振動モードに関する詳細は特許文献2に記載された内容と同様である為、それらの説明は割愛する。
On the other hand, FIG. 4 is a view of the
図5は、振動子102の2つの突起部102aの中心部を通る長手(X軸)方向に沿う直線を含むXZ面における断面で超音波モータ1を切断した縦断面図である。加圧部材106は圧電素子103と当接し、振動板102の突起部102aは、摩擦部材101の摩擦接触面101aに向かう方向(Z軸方向)にコイルばね107により摩擦部材101の摩擦接触面101aへ付勢される。振動子104は、加圧部材106によりコイルばね107からの加圧力(付勢力)が付与され、摩擦部材101の摩擦接触面101aに対し加圧接触することが可能となっている。そして、前記のとおり突起部102aが楕円運動することにより、振動子104は摩擦部材101に対し図5の矢印のように図面左右方向(X軸方向)に駆動される。
FIG. 5 is a longitudinal cross-sectional view of the
一方、振動板102が固定された保持部材105は振動板102に追従して摩擦部材101に対し相対的に駆動される。保持部材105はベース部材108と2箇所の接触部105aで当接し、ベース部材108は保持部材105に追従して摩擦部材101に対し相対的に駆動される。ここで本実施例では保持部材105とベース部材108は振動子104の超音波振動を阻害しない為に適度にクリアランスをもった構成としているが、これは、この当接を有して収容する構造に限ったものではない。保持部材とおおよそ一対に駆動する為に当接されていればよく、例えば、ばね部材により保持部材105をX軸方向の駆動方向へベース部材108に対し付勢を行い、反転駆動時におけるヒステリシスを打ち消す構成等も考えられる。一方、ベース部材108は駆動方向に保持部材105から駆動力を与えられると同時にコイルばね107からの加圧力の反力をうける。
On the other hand, the holding
図6は駆動方向と垂直なYZ面における超音波モータ1のほぼ中央における横断面図である。ここで109は球状形状を有する転動部材である。転動部材は、摩擦部材101の側面に形成された第一の溝部101bとベース部材108の内面に形成された第二の溝部108aにそれぞれ当接してこれら溝部の間に挟持される部位である。図6において矢印Fは振動子104に加圧力を与えるコイルばね107の加圧反力であって、作用点108bにおいてベース部材108に作用する。摩擦部材101は、作用点108bに作用する加圧反力を転動部材109を介して当接部101cで受けることで、ベース部材108は摩擦部材101に対してガタ無く作動することが可能となる。
FIG. 6 is a transverse cross-sectional view at substantially the center of the
図7はそれぞれの転動部材の中心を含み、摩擦接触面101aと平行なXY面における超音波モータ1の断面図となる。本実施例では転動部材109は3個より構成されるが、これは3個に限られることは無い。ここで、ベース部材108は3箇所の第二の溝部108aを有し、それぞれの第二の溝部108aの長さは超音波モータの駆動可能な長さよりも短く設定されている。これは転動部材109が、例えば組み立て直後に衝撃や外部からの予期しない力によって移動したとき、転動部材109がベース部材108の第二の溝部108aの端面108cに接触した状態で超音波モータが動くことがありうる。その際、転動部材108が転動せず滑りながら作動することで摩擦力による影響が増大する。超音波モータの性能劣化の発生を防いでリセット動作を行う為に超音波モータの駆動可能な長さよりも短くして第二の溝部108aが設けられている。具体的なリセット動作は、移動量規制部材110の片端、ここでは図7における左側端と当接する位置まで超音波モータを駆動し、その後右側端まで超音波モータを駆動する一連の動作を指す。ここで、第二の溝部108aは移動量規制部材110により規制されるベース部材108の移動量よりも短く設けられているので、一連の動作の中で転動部材109はベース部材の溝の端部の端面108cに少なくとも1回は当接しながら滑り移動する。
FIG. 7 is a cross-sectional view of the
また、超音波モータをレンズ装置等に搭載した場合、レンズ装置等の駆動範囲を超音波モータ1のベース部材108に設けられた第二の溝部108aの長さよりも短く設定しておくことで、常に転動部材109が転動して滑り摩擦を発生させることなく超音波モータ1を駆動することが可能となる。本実施例では移動量規制部材110は摩擦部材101とは別部材による構成とした。しかし、超音波モータの移動量が規制されていればよく、例えば摩擦部材に移動量を規制する形状を構成するか、レンズ装置等に組み込んだ際に組み込む対象に突起部を設けて超音波モータの移動量を規制する構成としてもよい。
Further, when the ultrasonic motor is mounted on the lens device or the like, the driving range of the lens device or the like is set shorter than the length of the
一方、振動子104への加圧手段であるコイルばね107の加圧力の作用点108bは、図7に示すように、3個配置された転動部材同士を線で結んだ三角形内側に配置している。すなわち、3箇所設けられた転動部材を頂点とする三角形の内側にコイルばね107の加圧力の作用点108bが配置されている。これにより加圧反力を3つの転動ボール109でバランス良く受けることができる。
On the other hand, the
摩擦部材101に設けられた第一の溝部101bは振動子102と摩擦接触する摩擦接触面101aの側面部101dに設けているので、本実施例の構成においては、摩擦接触面101aの対向面101eに案内機構を設ける必要が無い。本実施例の構成によれば、図6に示すように、振動子102と摩擦接触する摩擦部材101の摩擦接触面101aに対向する対向面101eとベース部材の上端面108dとの間の超音波モータ厚み200を簡単な構成で薄型化することが可能となる。また、ベース部材と転動部材109は、加圧手段の加圧方向において摩擦部材101の摩擦接触面101aの対向面101eから突出しないように配置することにより超音波モータの薄型化を図ることができる。
Since the
実施例1の変形例である実施例2を図8に示す。図8は、駆動方向と垂直なYZ面における超音波モータ1のほぼ中央における横断面図である。本実施例においては、転動部材を案内する摩擦部材121の案内部の形状が実施例1の摩擦部材101のそれと異なる。それ以外の構成については実施例1と同様な構成である。
A second embodiment, which is a modification of the first embodiment, is shown in FIG. FIG. 8 is a transverse cross-sectional view at substantially the center of the
転動部材109と当接して案内する摩擦部材121の案内部は、V字形状の断面を有するものとはせず、摩擦部材121の形状そのものの断面を略台形形状としている。摩擦部材121の断面略台形形状の互いに対抗する非平行面121aにおいて転動部材109と当接させることにより、ベース部材108に発生する加圧反力を受ける構成としている。即ち、ベース部材の溝部と対向する摩擦部材121の互いに対向する側面121aは、加圧手段の付勢の方向に向かって互いに近づくように傾斜しており、転動部材109との当接により、ベース部材108に発生する加圧反力を受ける構成としている。これにより、薄型の超音波モータを構成することができる。
The guide portion of the
以上本発明の好適な実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。 The preferred embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the gist thereof.
1 超音波モータ
101 摩擦部材
101a 摩擦接触面
101b 第一の溝部
101c 当接部
101d 側面部
101e 対向面
102 振動板
102a 突起部
102b 接合部
103 圧電素子
104 振動子
105 保持部材
105a 接触部
106 加圧部材
107 コイルばね
108 ベース部材
108a 第二の溝部
108b 作用点
108c 端面
108d 上端面
109 転動部材
110 移動範囲規制部材
111 ねじ
121 摩擦部材
200 超音波モータ厚み
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記ベース部材には前記転動部材を案内する溝部が設けられており、前記転動部材は、前記ベース部材の溝部と対向する前記摩擦部材の側面と前記溝部との間で挟持され、前記摩擦部材と前記ベース部材との相対移動の際に転動するように構成されていることを特徴とする駆動装置。 A vibrator to which a piezoelectric element is fixed; a friction member having a friction contact surface in contact with the vibrator; a holding member that holds the vibrator; and a pressurizing unit that biases the vibrator against the friction member; A base member that houses the holding member and the pressurizing unit and receives a reaction force of the pressurizing unit; and a rolling member that contacts the friction member and the base member, and is applied to the piezoelectric element In the drive device in which the friction member and the base member relatively move when the vibrator is ultrasonically vibrated by voltage,
The base member is provided with a groove for guiding the rolling member, and the rolling member is sandwiched between a side surface of the friction member facing the groove of the base member and the groove, and the friction member A drive device configured to roll when a member and the base member move relative to each other.
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