JP2001008472A

JP2001008472A - 振動波駆動装置

Info

Publication number: JP2001008472A
Application number: JP11168185A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Tamai; 淳玉井
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-06-15
Filing date: 1999-06-15
Publication date: 2001-01-12
Anticipated expiration: 2019-06-15
Also published as: US6710516B1; JP4444395B2

Abstract

(57)【要約】【課題】出力軸に種々の方向から外力が作用しても、安
定に駆動することができる振動波駆動装置を提供する。【解決手段】ケース（１５，１６）内に振動体を支持部
材３により支持すると共に、ケースの両端部の軸受１
０，１１に出力軸２を軸支させ、また振動体及び回転体
８の軸心部の貫通孔に出力軸２を貫通させる。そして、
前記振動体の貫通孔を出力軸２に対してすべり軸受とし
ての機能を持たせる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は出力軸を有する振動
波駆動装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、出力軸を有する振動モータ
（振動波駆動装置）はいくつか知られている。例えば図
４に示すように、特開平５−３８１７０号公報に開示さ
れているモータがある。このモータは、中空筒状の弾性
体としての金属ブロック１５０と１５２の間に圧電素子
１４２と１４４とを配置し、これら金属ブロック１５
０，１５２の内周側に配置した筒状の結合ボルト１５４
により両金属ブロック１５０，１５２を結合したものを
振動体１４０としている。一方、モータハウジング（外
側ケース）は、モータ中心部の筒部がモータ支持部をな
しており、該モータ支持部には軸受１７２が配置されて
出力軸１３４を軸支し、さらに結合ボルト１５４の内径
部に設けられたリング状ツバ部１７５が固定され、振動
体１４を支持している。また、振動体１４の片側には、
接触体としてのロータ部１３０が配置されており、この
ロータ部１３０は、出力軸１３４に回転方向において固
定のロータ本体（円板）１３２と支持プレート１３６と
の間にバネ１３３を配置した構成で、バネ１３３のバネ
力によりロータ本体１３２を金属ブロック１５２の端面
に加圧接触させるようにしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例では、軸受が１つであるため、出力軸に側面からの
力が加わると、前記軸受を支点にして出力軸が傾き、前
記ロータ部が振動体に対してずれる。その結果、ロータ
本体１３２が金属ブロック１５２と接するロータ接触面
１６０での摩擦接触状態が不均一になり、モータの効率
低下、鳴き発生及び接触面の摩耗（モータの寿命低下）
といった問題を生じた。

【０００４】本出願に係る発明の目的は、出力軸に種々
の方向から外力が作用しても、安定に駆動することがで
きる振動波駆動装置を提供しようとするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本出願に係る発明の目的
を実現する第１の構成は、電気−機械エネルギー変換素
子と振動体支持部材を弾性部材に固定した軸心部に貫通
孔を有する振動体と、前記振動体に加圧接触する軸心部
に貫通孔を有する回転体と、前記振動体および前記回転
体の貫通孔を貫通する出力軸を有し、該出力軸が前記回
転体と一体になって回転する振動波駆動装置において、
前記振動体及び回転体の略全体を内装し、前記振動体支
持部材の端部を固定して前記振動体を支持するケース
と、前記ケースに設けられた前記出力軸を軸支する複数
の軸受とを有し、前記振動体の貫通孔に対して前記出力
軸が軸支されるものである。

【０００６】本出願に係る発明の目的を実現する第２の
構成は、電気−機械エネルギー変換素子と振動体支持部
材を弾性部材に固定した軸心部に貫通孔を有する振動体
と、前記振動体に加圧接触する軸心部に貫通孔を有する
回転体と、前記振動体および前記回転体の貫通孔を貫通
する出力軸を有し、該出力軸が前記回転体と一体になっ
て回転する振動波駆動装置において、前記振動体及び回
転体の略全体を内装し、前記振動体支持部材の端部を固
定して前記振動体を支持するケースと、前記ケースに設
けられた前記出力軸を軸支する複数の軸受と、前記回転
体の貫通孔に設けられ前記出力軸を軸支する軸受と、を
有し、前記振動体の貫通孔に対して前記出力軸が軸支さ
れるものである。

【０００７】本出願に係る発明の目的を実現する第３の
構成は、上記第１または第２の構成で、前記振動体の貫
通孔自体が軸受面としての機能を有しているものであ
る。

【０００８】本出願に係る発明の目的を実現する第４の
構成は、上記第１または第２の構成で、前記振動体の貫
通孔に前記出力軸を軸支する軸受を設けたものである。

【０００９】本出願に係る発明の目的を実現する第５の
構成は、上記第１、第２または第３の構成で、前記振動
体の貫通孔の軸受としての機能はすべり軸受とするもの
である。

【００１０】本出願に係る発明の目的を実現する第６の
構成は、前記振動体の貫通孔に設けた前記出力軸を軸支
する軸受はすべり軸受であるとするものである。

【００１１】本出願に係る発明の目的を実現する第７の
構成は、上記いずれかの構成で、前記ケースに設けられ
た複数の軸受の少なくとも一つはすべり軸受であるとす
るものである。

【００１２】本出願に係る発明の目的を実現する第８の
構成は、上記第５、第６または第７の構成で、前記すべ
り軸受の軸受面又は前記出力軸の該すべり軸受に軸支さ
れる表面は樹脂により形成されているものである。

【００１３】本出願に係る発明の目的を実現する第９の
構成は、上記第２ないし第８のいずれかの構成におい
て、前記出力軸を軸支する軸受は振動体の振動の略節位
置に配置されているものである。

【００１４】以上の構成により、出力軸にギヤなどを取
り付けて外部に出力を取り出す場合の様に、出力軸に側
面からの力が作用する場合にも、前記回転体がずれた
り、傾いたりすることがないため、振動体の振動が安定
して回転体に伝達され、優れた性能のモータになる。

【００１５】なお、軸受と出力軸はすべて遊嵌（隙ば
め、出力軸が軸受に対して回転可能）しているため、振
動体は出力軸に対して傾かない。

【００１６】さらに、前記軸受と前記出力軸が遊嵌する
部分において、互いに接触する表面の部材のうち少なく
とも一方は樹脂で形成されているので、金属同士である
場合のように、振動体の振動が出力軸に伝達されて騒音
の原因になりやすいが、このようなことはない。

【００１７】また、潤滑油を前記遊嵌する部分に与える
ことは一般には避けなければならない。なぜなら、その
潤滑油が摩擦接触面に移動した場合、著しくモータのト
ルクが減少してしまうからである。軸受部の摩擦損失や
摩耗を低減させたい時は、含油金属や含油樹脂を使用す
ることが望しい。

【００１８】

【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）図１は本発
明の第１の実施の形態を示す。

【００１９】本実施の形態の振動波駆動装置は、電気−
機械エネルギー変換素子としての円環形状の圧電素子４
及び金属等の薄板で形成された振動体支持部材３を２つ
の弾性体としての棒状の中空金属部材５，６で挟み、こ
の金属部材５，６を締結部材である金属製の中空ボルト
１とナット７により挟持固定して振動体を構成してい
る。

【００２０】本実施の形態の振動体は、２つの曲げ振動
を合成して、駆動面に円または楕円運動を形成するもの
であり、その駆動原理については特開平３−０１１９８
１号公報等に記載され周知であるため説明は省略する。
但し、前記振動体は２つの曲げ振動だけでなく、例えば
ねじれ振動と縦振動を合成するものでもよい。振動体の
軸心部に孔があり、該孔に出力軸２が貫通する形態の振
動波駆動装置であるなら、本発明と同様の効果を発生出
来る。

【００２１】本実施の形態の振動波駆動装置において、
前記振動体の片側には回転体８が配置され、回転体８の
外周部に筒状の摺動部材８ａが固定されていて、この回
転体側の摩擦摺動部材８ａの先端部が振動体を構成する
金属部材５の端面の外周端部に設けられた振動体側の摩
擦摺動部材５ａに接触するようになっている。回転体８
は、かしめ部材１２によって出力軸２との同軸度及び傾
きを規制された皿バネの加圧バネ９の外径部と嵌合し、
加圧バネ９のバネ力により回転体８の摺動部材８ａと振
動体側の摩擦摺動部材５ａとが加圧接触するようになっ
ている。

【００２２】本実施の形態の振動体は、圧電素子４と同
時に振動体支持部材３を挟持固定して構成している。振
動体支持部材は円板形状で、その外周部は外側の２分割
構成のケースのケース部１５及び１６の突き合わせ面に
接合される。この接合は電気抵抗溶接、レーザ溶接、接
着剤による接着あるいはろう付けなどで実施する。

【００２３】振動体支持部材３の役割は振動体を支持す
ることであるが、該振動体支持部材が厚すぎて剛性が大
きすぎると、振動体で発生する振動が前記ケースに伝達
してしまい、効率の高い振動エネルギーを発生しなくな
る。そのため、前記振動体支持部材３は適当な柔軟性を
有している。それが原因で、振動体は外側ケースに対し
てその空間的位置がしっかりとは決まらず、傾いたり、
偏心したりする。

【００２４】その結果、回転体８の摩擦摺動部材８ａに
振動体の振動が効率よく伝達されず、次の様な問題を生
じてしまう。

【００２５】１．モータ騒音の発生２．摩擦摺動部材が偏摩耗し、モータ寿命の低下３．モータ効率の低下これらの弊害を防止するため、本実施の形態では、中空
ボルト１の貫通孔１ａが出力軸２を軸支する軸受の役割
を果すようにしている。

【００２６】本実施の形態において、一方の外側ケース
部１５には焼結金属含油軸受１１がかしめられており、
反対側には他方の外側ケース１６にボールベアリング軸
受１０が圧入されている。それら２つの軸受１０，１１
により出力軸２が軸支されている。

【００２７】さらに、２つの止めリング１７がボールベ
アリング軸受１０を両側からはさむように配置している
ため、出力軸２は前記外側ケースに対してその空間的位
置が決定する。つまり、前記外側ケースに対してまず出
力軸２の位置が決まり、出力軸２に対しては貫通孔１ａ
が軸受として作用するため、前記振動体の位置が決まる
ことになる。

【００２８】一方、回転体８は、かしめ部材１２によっ
て出力軸２との同軸度及び傾きを規制された加圧バネ９
の外径部と嵌合している。よって、出力軸２に対して回
転体８は略その空間的位置を決められる。

【００２９】以上より、前記振動体と回転体８は出力軸
２を基準にして、互いの位置が決定するので、回転体側
摩擦摺動部材８ａと振動体側摩擦摺動部材５ａは互いに
安定した接触が可能になった。

【００３０】なお、本実施の形態では、回転体８と加圧
バネ９との間に防振ゴム２３を介在させており、これに
より回転体８の振動が出力軸２に伝搬するのを防ぐこと
ができ、回転体８と加圧バネ９を接合する役割も果して
いる。

【００３１】ボールベアリング軸受１０の近傍には、回
転位置を検出するためのエンコーダ部品である回転板１
３が出力軸２に固定されている。回転板１３には放射方
向に多数の孔があけられており、ケース１６の内側に固
定されているフォトインターラプター１４からの光の遮
断と通過によって、該回転をカウントすることで位置を
検出する。なお、フォトインターラプター１４はファイ
バー型の細い光線が得られるものなら分解能が向上し、
位置決め精度も高められるのでさらに望しい。本実施の
形態では光検出型のセンサーを用いたが、電気抵抗値の
変化で回転位置を検出するポテンショメータなどをケー
スに内蔵しても良い。（第２の実施の形態の形態）図２は本発明の第２の実施
の形態を示す。

【００３２】本実施の形態の振動体は、第１の実施の形
態とは異なり締結部材である中空ボルトは使用していな
い。２つの弾性部材としての金属部材５，６と、振動体
支持部材３及び圧電素子４は接着剤により接着されて結
合されている。

【００３３】本実施の形態において、摩擦摺動部は振動
体の両端にあり、回転体８も２つ設けてある。これによ
り、通常は回転体が１ヶのモータに比べて、発生トルク
は２倍になる。また、回転体８の軸心には大径の孔部が
外端側から形成され、内端部側を小径とし、加圧用のコ
イルバネ９がこの大径の孔部内に抜け落ちることがない
ように配置されている。

【００３４】また、各回転体８の外端部側の前記大径の
孔部には回転止め１２が取り付けられており、回転止め
１２の外周にはスプラインが切ってあり、回転体８に嵌
合している。回転止め１２は、出力軸２に圧入されて加
圧バネ９を圧縮させながら回転体８の内側スプライン部
に挿入される。回転体８は回転止め１２に対して、回転
は拘束されるが、軸方向へは自由にスライド出来る。よ
って、回転体８の回転力だけを出力軸２に伝達出来る。

【００３５】弾性部材５，６の内径端部には、フランジ
付きのすべり軸受タイプのすべり軸受１８が設けられて
いる。本実施の形態において、すべり軸受１８の軸受部
はポリアセタール製のものを用いているが、モータの使
用温度によってはナイロン、テフロン、ＰＰＳなどの様
に耐熱温度が高いものの方がよい場合もある。

【００３６】本実施の形態において、すべり軸受１８は
弾性部材としての金属部材５及び６の外側に固定され、
出力軸２はすべり軸受１８に対して回転するが、出力軸
２とすべり軸受１８を固定して、該すべり軸受１８と前
記金属部材５及び６との間で回転自在にしてもよい。こ
の場合、出力軸２に樹脂製の熱収縮チューブなどをかぶ
せてもよいし、又出力軸２にテフロンなどの樹脂をコー
ティングしてもよい。さらに、樹脂の内部には油が含有
されている方が、出力軸２がよりスムーズに回転出来る
ので望しい。

【００３７】この油は外部に流れ出すものではないの
で、振動体又は回転体の摩擦摺動部への油の回り込みの
心配もない。又、すべり軸受１８の位置は振動体の振動
の節となる位置に配置することが振動もれが少なくてよ
い。すべり軸受１８は含油焼結金属製でもよいが、振動
体の振動により騒音が発生しやすいので樹脂の方が望し
い。

【００３８】振動体と回転体とは、回転止め１２を出力
軸２に圧入して、予めケース外で組立てておき、プレス
絞りで成形した外側ケース３０の中に挿入する。

【００３９】振動体支持板３は、放射状に３本の足が外
側に向かって延びており、図２に示す様に先端部が折り
曲げられているので、外側ケース３０内への挿入はスム
ーズに出来る。回転止め１２がすべり軸受タイプのすべ
り軸受１１につき当たると、振動体を出力軸を中心に外
側ケースに対して回転させ、外側ケース３０に設けられ
た３ヶの孔３０ａに振動体支持部材３の３本の足をそれ
らの弾性復元力を利用してはめ込む。

【００４０】前記振動体支持部材の足は３本に限られ
ず、１本でも良い。前記支持部材の役割は、振動体の振
動をケースに伝達させずに、振動体に加わるねじれ力に
抵抗することである。振動体の中央付近の変位は微小
で、出力軸に対して略直角なので、前記支持部材はこの
方向に柔らかく、振動体のねじれ方向に剛く設計してい
る。

【００４１】そして、蓋体３１を外側ケース３０にはめ
込むが、この時樹脂製スペーサ１９を出力軸２に入れ
る。このスペーサ１９により、出力軸２に軸方向の力が
加わった時でも、振動体支持部材３等に無理な力がかか
らない。

【００４２】最後に、振動体支持部材３を外側ケース３
０の孔３０ａにハンダ付けし、外側ケース３０５と蓋体
３１を接着剤により接合した。これらの場合、接合は溶
接などでも勿論かまわない。なお、本実施の形態では、
加圧バネ９で回転体８を振動体側摩擦摺動部材５ａに圧
接しているが、その反力は出力軸２に圧入された２つの
回転止め１２でそれぞれ受けているので、軸受１１に軸
方向に生じる力による摩擦損失がない。

【００４３】上記した第１の実施の形態にあっては、加
圧バネ９を加圧することで生じる反力は外側ケースの外
部にある止めリング１７を介して、ボールベアリングタ
イプのボールベアリング軸受１０で受けている。そのた
め、このボールベアリング軸受１０は摩擦損失を低減さ
せるため高価なボールベアリングを使用していたが、本
第２の実施の形態ではボールベアリングを使用する必要
はない。

【００４４】また、回転体側摩擦摺動部材８ａは摺動部
にあたる所が折り曲げられている。これは摩擦摺動面積
を広くして、摩擦摺動面の面圧を低減して、摩擦材の摩
耗を減らし、モータの寿命を長くする手段である。（第３の実施の形態の形態）図３は第３の実施の形態の
形態を示す。

【００４５】本第３の実施の形態では、第２の実施の形
態と同様に、振動体の両端部に回転体８を設けた形式
で、それぞれの回転体８の内端側の小径部側の孔部に第
２の実施の形態のすべり軸受１８と同様のすべり軸受で
構成されたすべり軸受２２を設けている。このすべり軸
受２２は、樹脂製で各回転体８の前述した内径に圧入さ
れている。このすべり軸受２２により、各回転体８も出
力軸２に対して偏心せずに回転することが可能になっ
た。そのためモータの回転ムラが少なくなった。

【００４６】また、本実施の形態においては、中空ボル
ト１の内径部の両端に、すべり軸受タイプのすべり軸受
３２をそれぞれ圧入している。

【００４７】振動体支持部材３は外側ケース部１５と２
１の間にはさみ込まれて固定されている。

【００４８】２つの弾性部材５，６の間には、圧電素子
４、振動体支持部材３の他、フレキシブルプリント基板
２０が挟持固定され、外側ケース部１５，２１の内面に
沿って外部へ延出している。このフレキシブルプリント
基板２０は、圧電素子４への電流供給、圧電素子で発生
した電圧で生じた電流、さらにはポテンショメータの様
な回転位置検出素子への電流供給のための配線として使
用される。

【００４９】

【発明の効果】以上説明した様に本発明によれば、振動
体の貫通孔に対して出力軸の位置関係が決まるため、た
とえ出力軸に側力が加わったとしても摩擦摺動面の接触
状態が安定するので、高効率、長寿命の振動波駆動装置
になった。

【００５０】また、回転体の貫通孔にも軸受を設けるこ
とで、回転体が回転する時、振動体軸心に対する偏心も
減少するので、より優れたモータになった。さらにすべ
り軸受の軸受面、あるいは該軸受面に軸支される出力軸
の表面を樹脂にすることで、騒音の発生も抑えられた。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態の形態を示す断面図。

【図２】第２の実施の形態の形態を示す断面図。

【図３】第３の実施の形態の形態を示す断面図。

【図４】従来の振動モータの断面図。

【符号の説明】

１中空ボルト２出力軸３振動体支持部材４圧電素子５，６弾性部材５ａ，６ａ振動体側摩擦摺動部材７ナット８回転体８ａ回転体側摩擦摺動部材９加圧バネ１０ボールベアリング軸受１１すべり軸受１２回転止め１３回転板１４フォトインターラプター１５外側ケース１６外側ケース１７止めリング１８すべり軸受１９スペーサ２０フレキシブルプリント基板２１外側ケース２２すべり軸受２３防振ゴム

フロントページの続きＦターム(参考） 5H680 AA06 AA12 AA18 BB01 BB04 BB16 CC02 CC03 DD01 DD02 DD03 DD13 DD15 DD23 DD53 DD55 DD66 DD73 DD83 DD88 DD92 EE03 EE04 EE07 EE10 EE11 EE22 FF04 FF06 FF08 FF13 FF24 FF33 GG11

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電気−機械エネルギー変換素子と振動体
支持部材を弾性部材に固定した軸心部に貫通孔を有する
振動体と、前記振動体に加圧接触する軸心部に貫通孔を
有する回転体と、前記振動体および前記回転体の貫通孔
を貫通する出力軸を有し、該出力軸が前記回転体と一体
になって回転する振動波駆動装置において、前記振動体及び回転体の略全体を内装し、前記振動体支
持部材の端部を固定して前記振動体を支持するケース
と、前記ケースに設けられた前記出力軸を軸支する複数
の軸受とを有し、前記振動体の貫通孔に対して前記出力
軸が軸支されることを特徴とする振動波駆動装置。
【請求項２】電気−機械エネルギー変換素子と振動体
支持部材を弾性部材に固定した軸心部に貫通孔を有する
振動体と、前記振動体に加圧接触する軸心部に貫通孔を
有する回転体と、前記振動体および前記回転体の貫通孔
を貫通する出力軸を有し、該出力軸が前記回転体と一体
になって回転する振動波駆動装置において、前記振動体及び回転体の略全体を内装し、前記振動体支
持部材の端部を固定して前記振動体を支持するケース
と、前記ケースに設けられた前記出力軸を軸支する複数
の軸受と、前記回転体の貫通孔に設けられ前記出力軸を
軸支する軸受と、を有し、前記振動体の貫通孔に対して
前記出力軸が軸支されることを特徴とする振動波駆動装
置。
【請求項３】前記振動体の貫通孔自体が軸受面として
の機能を有していることを特徴とする請求項１または２
に記載の振動波駆動装置。
【請求項４】前記振動体の貫通孔に前記出力軸を軸支
する軸受を設けたことを特徴とする請求項１または２に
記載の振動波駆動装置。
【請求項５】前記振動体の貫通孔の軸受としての機能
はすべり軸受であることを特徴とする請求項１、２また
は３に記載の振動波駆動装置。
【請求項６】前記振動体の貫通孔に設けた前記出力軸
を軸支する軸受はすべり軸受であることを特徴とする請
求項４に記載の振動波駆動装置。
【請求項７】前記ケースに設けられた複数の軸受の少
なくとも一つはすべり軸受であることを特徴とする請求
項１ないし６のいずれかに記載の振動波駆動装置。
【請求項８】前記すべり軸受の軸受面又は前記出力軸
の該すべり軸受に軸支される表面は樹脂により形成され
ていることを特徴とする請求項５、６または７に記載の
振動波駆動装置。
【請求項９】前記出力軸を軸支する軸受は振動体の振
動の略節位置に配置されていることを特徴とする請求項
２ないし８のいずれかに記載の振動波駆動装置。