JP4924726B2 - Vibration wave motor, lens barrel and camera - Google Patents
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Description
本発明は、振動波モータ、レンズ鏡筒及びカメラに関するものである。 The present invention relates to a vibration wave motor, a lens barrel, and a camera.
振動波モータは、特許文献1等で公知の様に、圧電体の伸縮を利用して弾性体の駆動面に進行性振動波(以下、進行波と略する)を発生させるものである。この進行波によって、駆動面には楕円運動が生じ、楕円運動の波頭に加圧接触した移動子は駆動される。この様な振動波モータは、低回転でも高トルクを有するという特徴がある。このため、駆動装置に搭載した場合に、駆動装置のギアを省略することができ、ギア騒音をなくすことで静寂化を達成したり、位置決め精度が向上したりできるといった利点がある。 The vibration wave motor generates a traveling vibration wave (hereinafter abbreviated as a traveling wave) on a driving surface of an elastic body by using expansion and contraction of a piezoelectric body, as known in Patent Document 1 and the like. Due to this traveling wave, an elliptical motion is generated on the drive surface, and the moving element in pressure contact with the wavefront of the elliptical motion is driven. Such a vibration wave motor is characterized by having a high torque even at a low rotation. For this reason, when mounted on the drive device, the gear of the drive device can be omitted, and there is an advantage that quietness can be achieved and positioning accuracy can be improved by eliminating gear noise.
一方、この振動波モータは、ステータに発生した1μm程度の振動振幅を利用しているため、特性が不安定である。この問題を解決するため、特許文献2には、振幅を駆動面の表面粗さの1.5倍以上にして駆動効率や駆動性能を改善することが開示されている。
On the other hand, since this vibration wave motor uses a vibration amplitude of about 1 μm generated in the stator, its characteristics are unstable. In order to solve this problem,
上記特許文献2に記載の技術によると、振幅がある程度の大きさの場合は、好適な駆動性能が得られ、静寂に駆動している。しかし、振動振幅が大きくなりすぎると、移動子に対する加圧が利かなくなり、異音が発生したり、また、移動子と振動子との間において適正な摩擦接触が得られなかったりする問題が生じ、良好な駆動性能が得られなくなる。
近年、駆動面の材料の耐摩耗性が進歩し、振動子に大きな振動振幅を発生させて駆動させた場合の摩擦磨耗が低減し、振動子に大振幅を発生させることが可能となってきている。従って、大振幅で駆動させた時の速度制御の適正化に対する新たな課題が発生している。
According to the technique described in the above-mentioned
In recent years, the wear resistance of the material of the drive surface has improved, it has become possible to reduce the frictional wear when the vibrator is driven by generating a large vibration amplitude, and to generate a large amplitude in the vibrator. Yes. Therefore, a new problem has arisen for optimization of speed control when driven with a large amplitude.
本発明では、このような課題点を解決し、好適な駆動性能を得ることができ、且つ静寂に駆動可能な振動波モータ、レンズ鏡筒及びカメラを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to solve such problems and to provide a vibration wave motor, a lens barrel, and a camera that can obtain suitable driving performance and can be driven silently.
本発明は、以下のような解決手段により前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために、本発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、これに限定されるものではない。
請求項1に記載の発明は、駆動信号により励振される電気機械変換素子(13,113)と、前記電気機械変換素子(13,113)に接合され、前記励振により駆動面(18a,118a)に進行性振動波を生じる弾性体(14,114)と、前記弾性体(14,114)の駆動面(18a,118a)に加圧接触される摺動面を有し、前記進行性振動波によって駆動される相対運動部材(12,112)と、前記電気機械変換素子(13,113)に前記駆動信号を与える駆動装置(50)と、を備える振動波モータ(10,110)において、前記駆動装置(50)は、前記弾性体(14,114)の前記駆動面(18a,118a)に発生する振動振幅をa値と定義し、前記弾性体(14,114)の前記駆動面(18a,118a)に発生する進行波の波長をλと定義した時、a値/λ≦0.00025を満たす進行性振動波を前記駆動面(18a,118a)に発生させる駆動信号を前記電気機械変換素子(13,113)に与えること、を特徴とする振動波モータ(10,110)である。
請求項2に記載の発明は、駆動信号により励振される電気機械変換素子(13,113)と、前記電気機械変換素子(13,113)に接合され、前記励振により駆動面(18a,118a)に進行性振動波を生じる弾性体(14,114)と、前記弾性体(14,114)の前記駆動面(18a,118a)に加圧接触される摺動面を有し、前記進行性振動波によって駆動される相対運動部材(12,112)と、前記電気機械変換素子(13,113)に前記駆動信号を与える駆動装置(50)と、を備える振動波モータ(10,110)において、前記駆動装置(50)は、前記弾性体(14,114)の前記駆動面(18a,118a)に発生する振動振幅をa値と定義し、前記弾性体(14,114)の駆動面(18a,118a)に加圧接触した前記相対運動部材(12,112)の前記摺動面の加圧方向の変形量をb値と定義した時、a値/b値≦3を満たす進行性振動波を前記駆動面(18a,118a)に発生させる駆動信号を前記電気機械変換素子(13,113)に与えること、を特徴とする振動波モータ(10,110)である。
請求項3に記載の発明は、請求項1に記載の振動波モータ(10,110)において、前記駆動装置(50)は、前記弾性体(14,114)の前記駆動面(18a,118a)に発生する振動振幅をa値と定義し、前記弾性体(14,114)の駆動面(18a,118a)に加圧接触した前記相対運動部材(12,112)の前記摺動面の加圧方向の変形量をb値と定義した時、a値/b値≦3を満たす進行性振動波を前記駆動面(18a,118a)に発生させる駆動信号を前記電気機械変換素子(13,113)に与えること、を特徴とする振動波モータ(10,110)である。
請求項4に記載の発明は、請求項1から3のいずれか1項に記載の振動波モータ(10,110)であって、前記駆動装置(50)は、0.000003≦a値/λを満たす進行性振動波を前記駆動面(18a,118a)に発生させる駆動信号を前記電気機械変換素子(13,113)に与えること、を特徴とする振動波モータ(10,110)である。
請求項5に記載の発明は、請求項1から4のいずれか1項に記載の振動波モータ(10,110)であって、前記駆動装置(50)は、0.04≦a値/b値を満たす進行性振動波を前記駆動面(18a,118a)に発生させる駆動信号を前記電気機械変換素子(13,113)に与えること、を特徴とする振動波モータ(10,110)である。
請求項6に記載の発明は、請求項1から5のいずれか1項に記載の振動波モータ(10,110)において、前記弾性体(14,114)の前記駆動面(18a,118a)、または前記相対運動部材(12,112)の摺動面に耐久性の薄膜が塗布されていることを特徴とする振動波モータ(10,110)である。
請求項7に記載の発明は、請求項6に記載の振動波モータ(10,110)において、前記薄膜は、ポリアミドイミドを主成分とし、ヤング率が4Gpa以上10GPa以下で、膜厚が50μm以下を特徴とする振動波モータ(10,110)である。
請求項8に記載の発明は、請求項1から6のいずれか1項に記載の振動波モータ(10,110)を備えるレンズ鏡筒(3,103)である。
請求項9に記載の発明は、請求項1から6のいずれか1項に記載の振動波モータ(10,110)を備えるカメラ(1)である。
The present invention solves the above problems by the following means. In addition, in order to make an understanding easy, although the code | symbol corresponding to embodiment of this invention is attached | subjected and demonstrated, it is not limited to this.
The invention according to claim 1 is joined to the electromechanical conversion element (13, 113) excited by the drive signal and the electromechanical conversion element (13, 113), and the drive surface (18a, 118a) is driven by the excitation. An elastic body (14, 114) that generates a progressive vibration wave on the surface, and a sliding surface that is in pressure contact with the drive surface (18a, 118a) of the elastic body (14, 114). In a vibration wave motor (10, 110) comprising a relative motion member (12, 112) driven by the motor and a drive device (50) for providing the drive signal to the electromechanical transducer (13, 113). The drive device (50) defines a vibration amplitude generated on the drive surface (18a, 118a) of the elastic body (14, 114) as a value, and the drive surface (18a) of the elastic body (14, 114). , 118a When the wavelength of the traveling wave generated in λ is defined as λ, a driving signal for generating a traveling vibration wave satisfying a value / λ ≦ 0.00025 on the driving surface (18a, 118a) is transmitted to the electromechanical transducer (13 113), the vibration wave motor (10, 110).
The invention according to
According to a third aspect of the present invention, in the vibration wave motor (10, 110) according to the first aspect, the driving device (50) includes the driving surface (18a, 118a) of the elastic body (14, 114). Is defined as a value, and the sliding surface of the relative motion member (12, 112) in pressure contact with the driving surface (18a, 118a) of the elastic body (14, 114) is pressed. When the amount of deformation in the direction is defined as b value, the electromechanical transducer (13, 113) generates a drive signal for generating a progressive vibration wave on the drive surface (18a, 118a) that satisfies a value / b value ≦ 3. A vibration wave motor (10, 110) characterized in that
Invention of Claim 4 is a vibration wave motor (10,110) of any one of Claim 1 to 3, Comprising: The said drive device (50) is 0.000003 <= a value / (lambda). The vibration wave motor (10, 110) is characterized in that the electromechanical conversion element (13, 113) is provided with a drive signal for generating a progressive vibration wave satisfying the above condition on the drive surface (18a, 118a).
Invention of Claim 5 is a vibration wave motor (10,110) of any one of Claim 1 to 4, Comprising: The said drive device (50) is 0.04 <= a value / b. A vibration wave motor (10, 110) characterized in that a drive signal for generating a progressive vibration wave satisfying a value on the drive surface (18a, 118a) is applied to the electromechanical transducer (13, 113). .
The invention according to
The invention according to
The invention described in
The invention described in claim 9 is a camera (1) including the vibration wave motor (10, 110) according to any one of claims 1 to 6.
なお、符号を付して説明した構成は、適宜改良してもよく、また、少なくとも一部を他の構成物に代替してもよい。 Note that the configuration described with reference numerals may be modified as appropriate, and at least a part of the configuration may be replaced with another component.
本発明によれば、好適な駆動性能を得ることができ、且つ静寂に駆動可能な振動波モータ、レンズ鏡筒及びカメラを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a vibration wave motor, a lens barrel, and a camera that can obtain suitable driving performance and can be driven silently.
(第一実施形態)
以下、本発明にかかる振動波モータ10の実施形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図1は、第一実施形態の振動波モータ10を備えるカメラ1を説明する図である。
カメラ1は、撮像素子8を有するカメラボディ2と、レンズ7を有するレンズ鏡筒3とを備えている。レンズ鏡筒3は、カメラボディ2に着脱可能な交換レンズである。なお、本実施形態では、レンズ鏡筒3は、交換レンズである例を示したが、これに限らず、例えば、カメラボディと一体型のレンズ鏡筒としてもよい。
(First embodiment)
Hereinafter, embodiments of a
FIG. 1 is a diagram illustrating a camera 1 including a
The camera 1 includes a
レンズ鏡筒3は、レンズ7、カム筒6、ギア4,5、振動波モータ10等を備えている。本実施形態では、振動波モータ10から得られた駆動力は、ギア4,5を介してカム筒6に伝えられる。レンズ7は、カム筒6にレンズ枠7aを介して保持されており、振動波モータ10の駆動力により、光軸方向(図1中に示す、矢印L方向)に略平行に移動する。
図1において、レンズ鏡筒3内に設けられた不図示のレンズ群(レンズ7を含む)によって、撮像素子8の撮像面に被写体像が結像される。撮像素子8によって、結像された被写体像が電気信号に変換され、その信号をA/D変換することによって、画像データが得られる。
The lens barrel 3 includes a
In FIG. 1, a subject image is formed on the imaging surface of the
図2は、本発明の第一実施形態の振動波モータ10を説明する図である。
本実施形態では振動子11側を固定とし、相対運動部材(移動子)12を駆動する様になっている。
FIG. 2 is a diagram illustrating the
In the present embodiment, the
振動子11は、後で説明する様に電気エネルギを機械エネルギに変換する圧電素子や電歪素子等を例とした電気機械変換素子(以下、圧電体13と称する)と、圧電体13を接合した弾性体14とから構成されている。振動子11には進行波が発生するようにされているが、本実施形態では一例として4波の進行波として説明する。
As will be described later, the
弾性体14は、共振先鋭度が大きな金属材料から成り、形状は、円環形状となっている。圧電体13が接合される反対面には溝17が切ってあり、突起部分18(溝17がない箇所)の先端面が駆動面18aとなり移動子12に加圧接触される。
溝17を切る理由は、進行波の中立面をできる限り圧電体13側に近づけ、これにより駆動面18aの進行波の振幅を増幅させるためである。溝17の切っていない部分を本実施形態ではベース部19と呼ぶ。そのベース部19の溝17側とは反対面に圧電体13を接合する。
The
The reason for cutting the
弾性体14の駆動面18aには、高速駆動した時の耐磨耗性確保のため、潤滑性の表面処理がなされている。その材料は、ポリアミドイミドを主成分とし、PTFEが添加された物であり、物性としてはヤング率が4〜10GPa程度、好ましくは8GPa以下である。また厚さは、5μm以上50μm以下とされている。
The
圧電体13は、一般的には通称PZTと呼ばれるチタン酸ジルコン酸鉛といった材料から構成されているが、近年では環境問題から鉛フリーの材料であるニオブ酸カリウムナトリウム、ニオブ酸カリウム、ニオブ酸ナトリウム、チタン酸バリウム、チタン酸ビスマスナトリウム、チタン酸ビスマスカリウム等から構成されることもある。
圧電体13表面には電極(図示せず)が配置され、それは円周方向に沿って2つの相(A相、B相)に分かれている。各相においては、1/2波長毎に交互に分極され、A相とB相との間には1/4波長分間隔が空く様に電極が配置されている。
The
Electrodes (not shown) are arranged on the surface of the
移動子12は、アルミニウムといった軽金属からなり、摺動面12aの表面には耐摩耗性向上のためのアルマイト処理が成されている。
The
出力軸20は、ゴム部材21を介して移動子12に結合され、移動子12と一体に回転する様にされている。出力軸20と移動子12との間のゴム部材21は、ゴムによる粘着性で移動子12と出力軸20を結合する機能と、移動子12からの振動を出力軸20へ伝えないための振動吸収との機能が求められており、ブチルゴム等が好適である。
The
加圧部材22は、出力軸20に固定されたギア部材23とベアリング受け部材24との間に設けられている。ギア部23材は軸のDカットにはまるように挿入され、Eクリップ等のストッパー25で固定され、回転方向および軸方向に出力軸20と一体になるようにされている。また、ベアリング受け部材24はベアリング26内径側に挿入され、ベアリング26は固定部材27の内径側に挿入された構造となっている。
この様な構造とることで、移動子12が振動子11駆動面18aに加圧接触される。
The
With this structure, the
図3および図4は、進行波を利用した振動波モータ10の振動子11および移動子12の接触状態を説明する図である。
振動子11には、進行波が発生しており、その振幅をa値(p−p)、波の波長をλとする。進行波波頭に発生する楕円運動の加圧方向の大きさと周方向の大きさは、ほぼ1:1のため、a値の大きさは下記式にて近似される。
a=無負荷回転速度(rpm〉/60×π×D×2π×f×2
ここで、
D:移動子12の摺動面12aの径(mm)
f:駆動信号の周波数(Hz)である。
なお、摺動面12aは幅があるため、Dは外径と内径との中央値と定義する。
3 and 4 are diagrams for explaining the contact state between the
A traveling wave is generated in the
a = No-load rotation speed (rpm) / 60 × π × D × 2π × f × 2
here,
D: Diameter of sliding
f: The frequency (Hz) of the drive signal.
Since the sliding
一方、移動子12は、振動子11の駆動面18aに加圧接触しているため、進行波に沿って摺動面12aが変形している。その変形量をb値とする。b値の大きさは下記式にて近似される。
b=1/384×p×λ4÷(E×(B×H3/12))
ここで、
p:荷重(N)÷(D×π) 単位長さあたりの荷重(N/mm)
E:移動子12の摺動部のヤング率(N/mm2)
B:移動子12の摺動部の幅(mm)
H:移動子12の摺動部の高さ(mm)
である。
On the other hand, since the moving
b = 1/384 × p × λ 4 ÷ (E × (B × H 3/12))
here,
p: Load (N) ÷ (D × π) Load per unit length (N / mm)
E: Young's modulus (N / mm 2 ) of the sliding portion of the
B: Width of sliding portion of moving element 12 (mm)
H: Height of sliding portion of moving element 12 (mm)
It is.
a値、b値、λの関係は、これまで無関係と思われていたが、実験の結果、適正な範囲があることが判明した。実験結果を表1に示す。
駆動信号の駆動周波数を変更して回転速度を変更していくと、駆動効率が徐々に上がっていくが、ある値から下がり始める。これは、振幅が小さい時は、振動子11の振動エネルギから移動子12への回転運動エネルギへの変換ロスがあるが、振幅が大きくなることでその変換ロスが少なくなっていくが、ある振動振幅値以上は、振幅が大きくなりすぎ、振動自体にロスが生じるようになるからと考えられる。その閾値は波長に対しての振幅の割合(すなわり、a値/λ)で決まっていると考えられる。
When the rotational speed is changed by changing the drive frequency of the drive signal, the drive efficiency gradually increases, but starts to decrease from a certain value. This is because when the amplitude is small, there is a conversion loss from the vibration energy of the
振動自体にロスが生じている状態は、振動が不安定になっている状態であるため、この不安定領域では振動波モータ10は制御しにくい状態となっている。
本測定によれば、a値/λ≦0.00025より大きくなると駆動効率が減少している。従って、a値/λ≦0.00025の関係が好適である。
また、安定した回転を得るためには0.000003≦a値/λの関係が好適である。
なお、駆動効率は、=回転速度×トルク÷入力電力から算出している。
The state in which the vibration itself is lost is a state in which the vibration is unstable. Therefore, the
According to this measurement, the driving efficiency decreases when a value / λ ≦ 0.00025 is exceeded. Therefore, the relationship of a value / λ ≦ 0.00025 is preferable.
In order to obtain a stable rotation, a relationship of 0.000003 ≦ a value / λ is preferable.
The driving efficiency is calculated from: = rotational speed × torque / input power.
また、駆動信号の駆動周波数を変更し、回転速度を変更していくと、ある回転数以上では異音が発生し始める。これは、振幅が小さい時は、振動子11駆動面18aと移動子12摺動面12aとが加圧により密着しているが、振幅が大きくなって回転速度が増加していくと、加圧に対する抑えが利かなくなり、移動子12摺動面12aが浮き始め、振動子11駆動面18aとの間に隙間が生じるためと考えられる。
Further, when the drive frequency of the drive signal is changed and the rotation speed is changed, abnormal noise starts to occur at a certain rotation speed or higher. This is because when the amplitude is small, the
その閾値は移動子12摺動面12aの変形量に対しての振幅の割合(すなわり、a値/b値)で決まっていると見られる。異音が発生して状態は、回転速度が不安定になっているため、この不安定領域では振動波モータ10は制御しにくい状態となっている。
本測定によれば、a値/b値≦3.0の関係が好適である。また、安定した回転を得るためには、0.04≦a値/b値の関係が好適である。
The threshold is considered to be determined by the ratio of the amplitude to the amount of deformation of the
According to this measurement, the relationship of a value / b value ≦ 3.0 is preferable. Further, in order to obtain a stable rotation, a relationship of 0.04 ≦ a value / b value is preferable.
なお、B値、H値の定義であるが、図4の(a)に示すように、移動子12の摺動部の幅、高さである。(a)では摺動部の支持部材が内径側に延びているが、(b)の様に外径側に延びていても同じ定義である。
また、(c)の様に、摺動面12aに高分子材の摺動材料12cが貼られている場合には、摺動材料は金属よりもヤング率が極めて小さいため、摺動材料12cの部分を除いた部分で定義する。
In addition, although it is a definition of B value and H value, as shown to (a) of FIG. 4, it is the width | variety and height of the sliding part of the
Further, as shown in (c), when the
図5は、第一実施形態の振動波モータ10の駆動装置50を説明するブロック図である。
まず、振動波モータ10の駆動/制御について説明する。
発振部51は、制御部52の指令により所望の周波数の駆動信号を発生する。
移相部53は、該発振部51で発生した駆動信号を位相の異なる2つの駆動信号に分ける。
増幅部54は、移相部53によって分けられた2つの駆動信号をそれぞれ所望の電圧に昇圧する。
増幅部54からの駆動信号は、振動波モータ10に伝達され、この駆動信号の印加により振動子11に進行波が発生し、移動子12が駆動される。
FIG. 5 is a block diagram illustrating the driving
First, driving / control of the
The oscillating
The
The
A drive signal from the amplifying
回転検出部55は、光学式エンコーダや磁気エンコーダ等により構成され、移動子12の駆動によって駆動された駆動物の位置や速度を検出し、検出値を電気信号として制御部52に伝達する。
制御部52は、レンズ鏡筒3内またはカメラ1本体のCPUからの駆動指令を基に振動波モータ10の駆動を制御する。制御部52は、回転検出部55からの検出信号を受け、その値を基に、位置情報と速度情報を得て、目標位置に位置決めされるように発振部51の周波数や増幅部54の電圧を制御する。
The
The
正方向の駆動、逆方向の駆動であるが、駆動正方向に駆動する場合には、移相部53での2つの駆動信号(周波電圧信号)の位相差を+値、例えば+90度にし、逆方向に駆動する場合には、移相部53での2つの駆動信号(周波電圧信号)の位相差を−値、例えば−90度にすれば良い。
Although driving in the forward direction and driving in the reverse direction, when driving in the driving forward direction, the phase difference between the two driving signals (frequency voltage signals) in the
図6は、振動波モータ10の周波数と速度との関係を説明する図である。
振動波モータ10の場合、速度変更や制御は駆動周波数で行なうのが一般的であり、周波数を下げていくと速度が上がり、周波数を上げていくと速度が下がっていく。
本実施形態によれば、振動波モータ10の駆動装置50は以下の様にして作用させる。
最初に、出荷前の工場内の設定について説明する。
まず、D:移動子12の摺動面12aの径(mm)(図2参照)及びλ:振動子11の波長(mm)を制御部52に入力する。
FIG. 6 is a diagram for explaining the relationship between the frequency and speed of the
In the case of the
According to this embodiment, the
First, the setting in the factory before shipment will be described.
First, D: The diameter (mm) of the sliding
次に、予備駆動を行なう。その方法として、まず、発振部51から駆動信号を発生させる。その信号は位相部により90度位相の異なる2つの駆動信号に分割され、増幅部54により所望の電圧に増幅される。
駆動信号は、振動波モータ10の圧電体13に印加され、振動子11の駆動面18aに進行波を発生させる。
駆動面18aに加圧接触された移動子12は、この楕円運動によって摩擦的に駆動される。
移動子12の駆動により駆動された駆動体には、光学式エンコーダが配置されており、そこから、電気パルスが発生し、制御部52に伝達され、速度を得ることが可能となる。
その1)速度値、2)その時の駆動周波数、3)入力したD値から、進行波の振幅a値を算出し、4)入力したλ値から、a値/λ≦0.00025の関係が保たれる駆動周波数を得る。
その周波数を下限周波数Aとする。ここまでが出荷前の工場内の設定である。
Next, preliminary driving is performed. As the method, first, a drive signal is generated from the
The drive signal is applied to the
The
An optical encoder is disposed in the driving body driven by driving the moving
1) Speed value, 2) Driving frequency at that time, 3) Amplitude a value of traveling wave is calculated from input D value, and 4) From input λ value, a value / λ ≦ 0.00025 Get the drive frequency to be kept.
Let that frequency be the lower limit frequency A. This is the factory setting before shipment.
実際の駆動・制御の作用としては、制御部52から、駆動指令が発令され、発振部51からは駆動信号を発生させる。その信号は位相部により90度位相の異なる2つの駆動信号に分割され、増幅部54により所望の電圧に増幅される。
駆動信号は、振動波モータ10の圧電体13に印加され、圧電体13は励振され、その励振によって弾性体14には4次の曲げ振動が発生する。
圧電体13はA相とB相とに分けられており、駆動信号はそれぞれA相とB相に印加される。A相から発生する4次曲げ振動とB相から発生する4次曲げ振動とは位置的な位相が1/4波長ずれるようになっており、また、A相駆動信号とB相駆動信号とは90度位相がずれているため、2つの曲げ振動は合成され、4波の進行波となる。
As an actual drive / control operation, a drive command is issued from the
The drive signal is applied to the
The
進行波の波頭には楕円運動が生じている。従って、駆動面18aに加圧接触された移動子12は、この楕円運動によって摩擦的に駆動される。移動子12の駆動により駆動された駆動体には、光学式エンコーダが配置されていて、そこから、電気パルスが発生し、制御部52に伝達される。制御部52は、この信号を基に、現在の位置と現在の速度を得ることが可能となる。制御部52が、目標速度と実速度とが一致するように周波数を変更することで制御を行なうが、その周波数が、下限周波数Aを下回らないようにする。
Elliptic motion occurs at the front of the traveling wave. Accordingly, the
この様な、制御方法を行なうことで、常に好適な駆動効率が得られ、静寂な駆動を可能とする。 By performing such a control method, a suitable driving efficiency can always be obtained, and a silent driving is possible.
本実施形態では、弾性体14の駆動面18aには潤滑性の表面処理がなされている。
その材料は、ポリアミドイミドを主成分とし、PTFEが添加された物であり、物性としてはヤング率が4GPa以上、厚さが50μm以下とされている。
In the present embodiment, the
The material is composed mainly of polyamideimide and added with PTFE. The physical properties are Young's modulus of 4 GPa or more and thickness of 50 μm or less.
表面の潤滑材料のヤング率がこれ以上小さい場合や厚さがこれ以上大きい場合には、移動子12の摺動面12aの接触する駆動面18aの箇所に、食い込み変形が生じ、複雑な摩擦駆動となり、筆者が見出した振動振幅と駆動効率との関係と異なる場合がある。駆動面18aの潤滑性の表面処理がヤング率4GPa以上、厚さ50μm以下といった場合に、筆者が見出した振動振幅と駆動効率との関係が得られ、従って、本発明の効果が得られる。
なお、ヤング率の上限は製造上10GPa以下となる。また膜厚は薄くなると剥がれやすくなるので膜厚の下限は5μm以上が好ましい。
When the Young's modulus of the lubricant material on the surface is smaller than this or when the thickness is larger than this, biting deformation occurs at the position of the driving
The upper limit of Young's modulus is 10 GPa or less in production. Moreover, since it becomes easy to peel when the film thickness becomes thin, the lower limit of the film thickness is preferably 5 μm or more.
たとえば、ヤング率が大きく、薄い潤滑皮膜従来の振動子11駆動面18aが金属材料か、金属メッキ、移動子12摺動面12aが金属材料か、金属メッキという組み合わせでは、金属同士の摩擦駆動のため、駆動速度が大きいと摩擦磨耗が激しくなり、a値を大きくすることができない(振動振幅を大きくできない)。そのため、本実施形態が規定する制御域まで駆動することができなく、本実施形態のような数値は必要はない。しかし、駆動面18aまたは摺動面12aにヤング率が大きく、薄い潤滑皮膜を施こすと、振動振幅を大きくして駆動速度を上げても摩擦磨耗することがなくなる。このため、本実施形態の制御方法が有効となる。
For example, in a combination of a Young's modulus and a thin lubricating film in which the
しかし、従来の振動子11駆動面18aが金属材料か、金属メッキ、移動子12摺動面12aが金属材料か、金属メッキという組み合わせにおいても、高速駆動時の摩擦磨耗が発生しなければ、本実施形態の方法は有効であり、効果が発生する。
However, even if the
(第二実施形態)
次に第二実施形態を説明する。第二実施形態は、移動子12の加圧状態の変形量を基に振動振幅を制御する。
本実施形態では、振動波モータ制御装置は以下の様にして作用させる。最初に、出荷前の工場内の設定について説明する。
まず、D:移動子12の摺動面12aの径(mm)、λ:振動子11の波長(mm)、移動子12の加圧状態の変形量b値(mm)を算出し、制御部52に入力する。
次に、予備駆動を行なう。その方法として、発振部51からは駆動信号を発生させ、その信号は位相部により90度位相の異なる2つの駆動信号に分割され、増幅部54により所望の電圧に増幅される。駆動信号は、振動波モータ10の圧電体13に印加され、振動子11の駆動面18aに進行波を発生させる。駆動面18aに加圧接触された移動子12は、この楕円運動によって摩擦的に駆動される。移動子12の駆動により駆動された駆動体30には、光学式エンコーダが配置されていて、そこから、電気パルスが発生し、制御部52に伝達され、速度を得ることが可能となる。
(Second embodiment)
Next, a second embodiment will be described. In the second embodiment, the vibration amplitude is controlled based on the deformation amount of the
In this embodiment, the vibration wave motor control device operates as follows. First, the setting in the factory before shipment will be described.
First, D: the diameter (mm) of the sliding
Next, preliminary driving is performed. As a method thereof, a drive signal is generated from the oscillating
同様に、1)速度値、2)その時の駆動周波数、3)入力したD値から、進行波の振幅a値を算出し、4)入力したb値から、a値/b値≦3.0の関係が保たれる駆動周波数を得る。その周波数を下限周波数Bとする。なお、安定した回転を得るために、0.04≦a値/b値とする。ここまでが出荷前の工場内の設定である。 Similarly, 1) velocity value, 2) driving frequency at that time, 3) amplitude a value of traveling wave is calculated from input D value, and 4) a value / b value ≦ 3.0 from input b value. A drive frequency that maintains the relationship is obtained. Let that frequency be the lower limit frequency B. In order to obtain a stable rotation, 0.04 ≦ a value / b value. This is the factory setting before shipment.
実際の駆動・制御の作用としては、制御部52から、駆動指令が発令され、発振部51からは駆動信号を発生させ、その信号は位相部により90度位相の異なる2つの駆動信号に分割され、増幅部54により所望の電圧に増幅される。駆動信号は、振動波モータ10の圧電体13に印加され、圧電体13は励振され、その励振によって弾性体14には4次の曲げ振動が発生する。圧電体13はA相とB相とに分けられており、駆動信号はそれぞれA相とB相に印加される。A相から発生する4次曲げ振動とB相から発生する4次曲げ振動とは位置的な位相が1/4波長ずれるようになっており、また、A相駆動信号とB相駆動信号とは90度位相がずれているため、2つの曲げ振動は合成され、4波の進行波となる。
As an actual drive / control operation, a drive command is issued from the
進行波の波頭には楕円運動が生じている。従って、駆動面18aに加圧接触された移動子12は、この楕円運動によって摩擦的に駆動される。移動子12の駆動により駆動された駆動体には、光学式エンコーダが配置されていて、そこから、電気パルスが発生し、制御部52に伝達される。制御部52は、この信号を基に、現在の位置と現在の速度を得ることが可能となる。制御部52が、目標速度と実速度とが一致するように周波数を変更することで制御を行なうが、その周波数が、下限周波数Bを下回らないようにする。
Elliptic motion occurs at the front of the traveling wave. Accordingly, the
第一実施形態では、a値/λ≦0.00025の関係が保たれる様に制御し、第二実施形態では、a値/b値≦3.0の関係が保たれる様に制御しているが、両方が保たれるように制御する方法でも良い。 In the first embodiment, control is performed so that the relationship of a value / λ ≦ 0.00025 is maintained, and in the second embodiment, control is performed so that the relationship of a value / b value ≦ 3.0 is maintained. However, it may be controlled so that both are maintained.
(第三実施形態)
図7は、本発明の第三実施形態の振動波モータ110を説明する図であり、リング状の振動波モータ110をレンズ鏡筒103に組み込んだ状態の図である。
振動子111は、電気エネルギを機械エネルギに変換する圧電素子や電歪素子等を例とした電気機械変換素子(以下、圧電体と称する)113と、圧電体113を接合した弾性体114とから構成されている。振動子111には進行波が発生するようにされているが、本実施形態では一例として9波の進行波として説明する。
(Third embodiment)
FIG. 7 is a diagram illustrating the
The
弾性体114は、共振先鋭度が大きな金属材料から成り、形状は、円環形状となっている。圧電体113が接合される反対面には溝117が切ってあり、突起部118(溝117がない箇所)の先端面が駆動面118aとなり移動子112に加圧接触される。
溝117を切る理由は、進行波の中立面をできる限り圧電体113側に近づけ、これにより駆動面18aの進行波の振幅を増幅させるためである。
The
The reason for cutting the
圧電体113は、円周方向に沿って2つの相(A相、B相)に分かれており、各相においては、1/2波長毎に分極が交互となった要素が並べられていて、A相とB相との間には1/4波長分間隔が空くようにしてある。
The
圧電体113の下には、不織布(図示せず)、加圧板120、加圧部材122が配置されている。不織布は、フェルトを例としたものであり、圧電体113の下に配置され、振動子111の振動を加圧板120や加圧部に伝えないようにしてある。
加圧板120は、加圧部材122の加圧を受けるようにされている。
A non-woven fabric (not shown), a
The
加圧部材122は、加圧板120の下に配置されていて、加圧力を発生させるものである。本実施形態では、加圧部材122を皿バネとしたが、皿バネでなくともコイルバネやウェーブバネでも良い。加圧部材122は、押さえ環は固定部材127に固定されることで、保持される。
The pressurizing
移動子112は、アルミニウムといった軽金属からなり、摺動面12aの表面には耐摩耗性向上のための摺動材料が設けられている。
移動子112の上には、移動子112の縦方向の振動を吸収するために、ゴムの様な振動吸収部材131が配置され、その上には出力伝達部132が配置されている。
The
On the moving
出力伝達部132は、固定部材127に設けられたベアリング134により、加圧方向と径方向とが規制され、これにより移動子112の加圧方向と径方向とが規制されている。
出力伝達部132は、突起部135があり、そこからカム環136に接続されたフォークが嵌合しており、出力伝達部132の回転とともに、カム環136が回転される。
In the
The
カム環136には、キー溝140がカム環136に斜めに切られており、AF環141に設けられた固定ピン142が、キー溝140に嵌合していて、カム環136が回転駆動することにより、光軸方向に直進方向にAF環141が駆動され、所望の位置に停止できる様にされている。
In the
固定部材127は、押さえ環123がネジにより取り付けられ、これを取り付けることで、出力伝達部132から移動子112、振動子111、バネまでを一つのモータユニットとして構成できるようになる。
In the fixing
本実施形態における実験結果を表2で説明する。
駆動信号の駆動周波数を変更して回転速度を変更していくと、駆動効率は徐々に上がっていくが、ある値から下がり始める。これは、振幅が小さい時は、振動子111の振動エネルギから移動子112への回転運動エネルギへの変換ロスがあるが、振幅が大きくなることでその変換ロスが少なくなっていくが、ある振動振幅値以上は、振幅が大きくなりすぎるため振動自体にロスが生じるようになるからと考えられる。その閾値は波長に対しての振幅の割合(すなわり、a値/λ)で決まっていると考えられる。
振動自体にロスが生じている状態は、振動が不安定になっているため、この不安定領域では振動波モータ110は制御しにくい状態となっている。
When the rotational speed is changed by changing the drive frequency of the drive signal, the drive efficiency gradually increases, but starts to decrease from a certain value. This is because when the amplitude is small, there is a conversion loss from the vibration energy of the
Since the vibration is unstable when the vibration is lost, the
本測定によれば、a値/λ≦0.00025の関係が好適である。また、安定した回転を得るためには0.000003≦a値/λの関係が好適である。
なお、駆動効率は、=回転速度×トルク÷入力電力から算出している。
また、駆動信号の駆動周波数を変更してみて、回転速度を変更していくと、ある回転数以上では異音が発生し始める。これは、振幅が小さい時は、振動子111駆動面18aと移動子112摺動面12aとが加圧により密着しているが、振幅が大きくなって回転速度が増加していくと、加圧に対する抑えが利かなくなり、移動子112摺動面12aが浮き始め、振動子111駆動面18aとの間に隙間が生じるためと考えられる。
According to this measurement, the relationship of a value / λ ≦ 0.00025 is preferable. In order to obtain a stable rotation, a relationship of 0.000003 ≦ a value / λ is preferable.
The driving efficiency is calculated from: = rotational speed × torque / input power.
Also, if the rotational speed is changed by changing the drive frequency of the drive signal, abnormal noise begins to occur at a certain rotational speed or higher. This is because when the amplitude is small, the
その閾値は移動子112摺動面12aの変形量に対しての振幅の割合(すなわり、a値/b値)で決まっていると見られる。異音が発生して状態は、回転速度が不安定になっているため、この不安定領域では振動波モータ110は制御しにくい状態となっている。
本測定によれば、a値/b値≦3.0の関係が好適である。また、安定した回転を得るためには、0.04≦a値/b値の関係が好適である。
The threshold is considered to be determined by the ratio of amplitude to the amount of deformation of the
According to this measurement, the relationship of a value / b value ≦ 3.0 is preferable. Further, in order to obtain a stable rotation, a relationship of 0.04 ≦ a value / b value is preferable.
本実施形態の駆動方法、制御方法は、第一実施形態または第二実施形態と同様であるため、その説明は省略する。 Since the driving method and the control method of this embodiment are the same as those of the first embodiment or the second embodiment, description thereof is omitted.
以上より、第一実施形態の表1及び第三実施形態の表2に示すように、第一実施形態及び第三実施形態のいずれにおいても、形状や進行波の波数、波長にかかわらず、a値/λ≦0.00025の関係が好適である。また、安定した回転を得るためには0.000003≦a値/λの関係が好適である。a値/b値≦3.0の関係が好適である。また、安定した回転を得るためには、0.04≦a値/b値の関係が好適である。 From the above, as shown in Table 1 of the first embodiment and Table 2 of the third embodiment, in both the first embodiment and the third embodiment, regardless of the shape, the wave number of the traveling wave, and the wavelength, a The relationship of value / λ ≦ 0.00025 is preferred. In order to obtain a stable rotation, a relationship of 0.000003 ≦ a value / λ is preferable. The relationship of a value / b value ≦ 3.0 is preferable. Further, in order to obtain a stable rotation, a relationship of 0.04 ≦ a value / b value is preferable.
以上、この関係を考慮して振動波モータを制御することは、多くの進行波型振動波モータに効果が得られるものと考えられる。
なお、本実施形態では、進行性振動波を用いた振動波モータで、波数4、9の場合を開示したが、他の波数、5、6、7、8、10以上でも、同様な構成で、同様な方法で制御すれば、同様な効果が得られる。
As described above, controlling the vibration wave motor in consideration of this relationship is considered to be effective for many traveling wave vibration wave motors.
In the present embodiment, the vibration wave motor using the progressive vibration wave is disclosed with the wave numbers 4 and 9, but the other wave numbers of 5, 6, 7, 8, 10 and more have the same configuration. If controlled in the same way, the same effect can be obtained.
10,110:振動波モータ、12,112::移動子、13,113:圧電体、14,114:弾性体、18a、118a:駆動面、50:駆動装置 10, 110: vibration wave motor, 12, 112: mover, 13, 113: piezoelectric body, 14, 114: elastic body, 18a, 118a: driving surface, 50: driving device
Claims (9)
前記電気機械変換素子に接合され、前記励振により駆動面に進行性振動波を生じる弾性体と、
前記弾性体の駆動面に加圧接触される摺動面を有し、前記進行性振動波によって駆動される相対運動部材と、
前記電気機械変換素子に前記駆動信号を与える駆動装置と、を備える振動波モータにおいて、
前記駆動装置は、
前記弾性体の前記駆動面に発生する振動振幅をa値と定義し、前記弾性体の前記駆動面に発生する進行波の波長をλと定義した時、a値/λ≦0.00025を満たす進行性振動波を前記駆動面に発生させる駆動信号を前記電気機械変換素子に与えること、
を特徴とする振動波モータ。 An electromechanical transducer that is excited by a drive signal;
An elastic body that is bonded to the electromechanical transducer and generates a progressive vibration wave on a driving surface by the excitation;
A relative motion member having a sliding surface in pressure contact with a driving surface of the elastic body and driven by the progressive vibration wave;
In a vibration wave motor comprising: a drive device that provides the drive signal to the electromechanical conversion element;
The driving device includes:
When the vibration amplitude generated on the driving surface of the elastic body is defined as a value and the wavelength of the traveling wave generated on the driving surface of the elastic body is defined as λ, a value / λ ≦ 0.00025 is satisfied. Providing the electromechanical transducer with a drive signal for generating a progressive vibration wave on the drive surface;
Vibration wave motor characterized by
前記電気機械変換素子に接合され、前記励振により駆動面に進行性振動波を生じる弾性体と、
前記弾性体の前記駆動面に加圧接触される摺動面を有し、前記進行性振動波によって駆動される相対運動部材と、
前記電気機械変換素子に前記駆動信号を与える駆動装置と、を備える振動波モータにおいて、
前記駆動装置は、
前記弾性体の前記駆動面に発生する振動振幅をa値と定義し、前記弾性体の駆動面に加圧接触した前記相対運動部材の前記摺動面の加圧方向の変形量をb値と定義した時、a値/b値≦3を満たす進行性振動波を前記駆動面に発生させる駆動信号を前記電気機械変換素子に与えること、
を特徴とする振動波モータ。 An electromechanical transducer that is excited by a drive signal;
An elastic body that is bonded to the electromechanical transducer and generates a progressive vibration wave on a driving surface by the excitation;
A relative motion member having a sliding surface in pressure contact with the drive surface of the elastic body and driven by the progressive vibration wave;
In a vibration wave motor comprising: a drive device that provides the drive signal to the electromechanical conversion element;
The driving device includes:
The vibration amplitude generated on the drive surface of the elastic body is defined as a value, and the deformation amount in the pressurizing direction of the sliding surface of the relative motion member in pressure contact with the drive surface of the elastic body is defined as b value. Providing the electromechanical transducer with a drive signal for generating a progressive vibration wave on the drive surface that satisfies a value / b value ≦ 3 when defined,
Vibration wave motor characterized by
前記駆動装置は、
前記弾性体の前記駆動面に発生する振動振幅をa値と定義し、前記弾性体の駆動面に加圧接触した前記相対運動部材の前記摺動面の加圧方向の変形量をb値と定義した時、a値/b値≦3を満たす進行性振動波を前記駆動面に発生させる駆動信号を前記電気機械変換素子に与えること、
を特徴とする振動波モータ。 The vibration wave motor according to claim 1,
The driving device includes:
The vibration amplitude generated on the drive surface of the elastic body is defined as a value, and the deformation amount in the pressurizing direction of the sliding surface of the relative motion member in pressure contact with the drive surface of the elastic body is defined as b value. Providing the electromechanical transducer with a drive signal for generating a progressive vibration wave on the drive surface that satisfies a value / b value ≦ 3 when defined,
Vibration wave motor characterized by
前記駆動装置は、
0.000003≦a値/λを満たす進行性振動波を前記駆動面に発生させる駆動信号を前記電気機械変換素子に与えること、
を特徴とする振動波モータ。 The vibration wave motor according to any one of claims 1 to 3,
The driving device includes:
Providing the electromechanical transducer with a driving signal for generating a progressive vibration wave satisfying 0.000003 ≦ a value / λ on the driving surface;
Vibration wave motor characterized by
前記駆動装置は、0.04≦a値/b値を満たす進行性振動波を前記駆動面に発生させる駆動信号を前記電気機械変換素子に与えること、
を特徴とする振動波モータ。 The vibration wave motor according to any one of claims 1 to 4,
The driving device provides the electromechanical transducer with a driving signal for generating a progressive vibration wave on the driving surface that satisfies 0.04 ≦ a value / b value;
Vibration wave motor characterized by
前記弾性体の前記駆動面、または前記相対運動部材の摺動面に耐久性の薄膜が塗布されていることを特徴とする振動波モータ。 In the vibration wave motor according to any one of claims 1 to 5,
A vibration wave motor, wherein a durable thin film is applied to the drive surface of the elastic body or the sliding surface of the relative motion member.
前記薄膜は、ポリアミドイミドを主成分とし、ヤング率が4Gpa以上10GPa以下で、膜厚が50μm以下を特徴とする振動波モータ。 The vibration wave motor according to claim 6,
The vibration film motor is characterized in that the thin film is mainly composed of polyamideimide, has a Young's modulus of 4 Gpa to 10 GPa, and a film thickness of 50 μm or less.
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