JP2003180092A - 振動波駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】振動体を構成する弾性体の摺動部の凹凸によっ
て生じる駆動モード以外の振動モードの強制励振を低減
し、駆動振幅を均一化することによって長期にわたって
安定した出力が可能な振動波駆動装置の提供。 【解決手段】駆動に用いる面外曲げモード以外の振動モ
ード、特に摺動部での面外方向振幅成分をもつねじりモ
ードの固有振動数を駆動周波数帯域外にし、駆動周波数
におけるねじりモードの強制励振の応答振幅を減少させ
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、電気機械エネルギ
変換素子により弾性体に駆動振動を形成する振動体を有
する振動波駆動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】振動波駆動装置は、圧電素子などの電気
機械エネルギ変換素子により金属等の弾性体に駆動振動
を形成する振動体を基本的構成として有し、前記振動体
と前記振動体に加圧接触する接触体（移動体）を前記振
動体に形成する駆動振動により相対駆動する。そして、
前記振動体を固定し、前記接触体を移動体とした振動波
モータは、低速度で大きな駆動力が取り出せるアクチュ
エータであるとともに、速度むらが少ないことが特長で
ある。

【０００３】特に、進行波型の振動波モータは、弾性体
に進行性の振動波を起こし、これに加圧接触した移動体
を連続的に駆動することにより、より滑らかな駆動が可
能である。

【０００４】図１５に従来の振動波モータの構成を示
す。この従来の振動波モータは、ハウジング７にビスな
どで固定された円環形状の金属等の弾性体１と、弾性体
１に摩擦材３を介して摩擦接触する移動体４と、移動体
４を弾性体１に加圧接触させ、移動体４の回転を出力す
る加圧ばね５および回転軸６によって構成されている。
回転軸６は玉軸受８によってハウジング７に回転自在に
支持されている。弾性体１は、最外周に位置する円環形
状の振動部１Aと、振動部１Aの内周側に位置する支持円
板部１Bと、支持円板部１Bよりも内周側に位置するフラ
ンジ部１Cとにより一体的に構成され、金属材料の切削
加工あるいは粉末焼結などの型成形によって製作され、
この弾性体１の片面に接着剤などで圧電素子を接合して
振動体を形成している。

【０００５】図１６は従来の振動波モータの振動体の斜
視図を示す。円環形状の振動部１Aの一方の平面には、
複数の放射状の溝４が軸方向に形成されており、この複
数の溝によって形成されたくし歯状の突起１Eの上面に
は摩擦材料３として、PTFEを主体とする複合樹脂材料が
接着されている。この摩擦材料には、用途に合わせて表
面処理を施した金属材料や、アルミナセラミックも用い
られる。

【０００６】弾性体１のもう一方の複数溝が形成されて
いない面には、図１７に示すように、電気機械エネルギ
変換素子として円環状の圧電素子２が接着されており、
圧電素子２には図１７に示すパターン電極２−１が蒸着
または印刷によって形成されている。

【０００７】パターン電極２−１は、振動体の円環部に
励起する振動モードの次数に対応して、次数の四倍の数
に等分割されており、それぞれの電極には、順に時間位
相が90°ずつ異なる略サイン波形状の交流電圧が印加さ
れる。励起する振動モードの固有振動数付近の周波数で
交流電圧を印加すると、圧電素子２の伸縮により弾性体
に加わる曲げモーメントによって弾性体が共振し、 90
°ずつ異なる交流電圧に対してそれぞれ励起される振動
は、その合成によって進行波となる。このように円環形
状の振動部に均等に圧電素子の加振部を配置しているた
め、振動振幅が均一化され、より長期間にわたって高精
度な駆動を維持できている。

【０００８】また、いわゆる「鳴き」低減のための技術
として本出願人により特開平2-214477号公報に開示され
た例は、駆動に用いているモードとは別の振動モードが
接触部で発生する加振力による自励振動として発生する
場合にそのモードの波長の１／２の整数倍の位置の動剛
性を不均一として、同じモードの複数の振動の固有振動
数を異ならしめて進行波を生じにくくするものである。
接触部では、移動体と振動体との接触による加振力が働
くためにこのような鳴きが発生する場合があるが、この
手段によって鳴きを発生しづらくすることができてい
る。図１８の溝４−１は、他の溝４より深くなってお
り、全周１６箇所に配置されている。これによって、１
６箇所に節を持つ、８次のモードの２つの固有振動数に
差が生じ、進行波としての自励振動が生じにくくなって
いる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
構成のように、振動の均一化、あるいは他のモードの自
励振動の低減をしても、長期にわたって性能を維持する
のが困難である場合があった。

【００１０】図１９は従来の弾性体の駆動モード（面外
曲げモードの９次）付近の他の固有モード（ねじりモー
ドの５次と６次、面内曲げモードの２次と３次）とその
固有振動数を示し、図２０に示した弾性体の変形図のよ
うに、円環部が軸方向にたわみ変形する面外９次モード
を駆動に用いている。この例では、９次の駆動周波数に
対して下方の周波数および上方の周波数域にはより低次
数、高次数の面外８次、面外１０次モードが存在してい
る。

【００１１】また、面外モード以外では、図２１に示す
ように円環部が円環部の断面の中心付近を軸にして交互
にねじれるねじりモードが存在し、さらに円環の対称軸
に垂直な面内で曲げ振動する面内モードが存在する。

【００１２】図１７に示した圧電素子の電極パターンで
は、圧電素子の各パターン電極での加振力は、位相の等
しい９箇所の加振点が均等に円周上に配置されるため、
9次モード以外の加振力は相殺されて存在しない。その
ため、駆動周波数付近の他のモードを励起する加振力は
ゼロである。

【００１３】図２２の曲線Aは、振動体のみの場合での
圧電素子に印加する駆動電圧の周波数に対する振動変位
の周波数応答曲線を示す。このように、他のモードに加
振力がないため、他のモードの応答は現れない。

【００１４】図２２の曲線Bは、弾性体の摩擦部に等間
隔な９点で加振した場合の周波数応答曲線を示し、この
場合は曲線Aの場合と同様に、応答曲線は9次のモードに
しか現れない。

【００１５】一方、振動体への加振力は、圧電素子から
の加振力、および加圧接触する移動体からの加振力の２
つの合力であるから、移動体を駆動している状態では圧
電素子からの9次の加振と、移動体との9個の領域での均
等な加振力を受けているはずであり、駆動状態において
も他のモードが強制励振されることはない。

【００１６】しかしながら、摩擦材料に凹凸がある場合
は異なる応答を示す。摩擦材料が1点のみ突出している
場合、移動体との接触圧力は突出した1点に集中し、他
の接触部の圧力が低下する。突出した1点を駆動振動で
ある進行波が通過するたびに振動体はこの突出した点に
おいて駆動周波数での加振を受けることになる。

【００１７】図２２の曲線Cに振動体の摩擦部の1点に加
振した場合の周波数応答曲線を示す。9点の均等加振の
場合と異なり、他のモードの応答が現れていることがわ
かる。

【００１８】図２３は面外曲げモード、ねじりモードの
応答を別の応答曲線として示し、図２３（A）は低振幅
（低回転数）時、図２３（B）は大振幅（高回転数）時
のものである。面外曲げ9次モードの応答曲線は、振幅を
大きくすることによる接触状態の変化から、共振周波数
が振幅の増加とともに徐々に低下するような非線形性を
示す。

【００１９】ここで、面外曲げ9次モードを駆動モード
として励振するため、図に示した駆動周波数帯域での加
振を行う。このとき駆動モードに近接しているねじり5
次のモードは、駆動に用いる周波数帯域において応答が
大きくなっている。このことから摩擦部に凹凸がある駆
動状態では、駆動周波数での強制励振によってねじり5
次の振動が生じ、駆動モードである面外9次の振動に重
畳されてしまう恐れがある。

【００２０】実際に、摩擦部に凹凸がある状態での振動
体の振幅分布を測定したところ、図２４のような振幅分
布を示すことがわかった。これは、9次モードにねじり
の5次モードが同じ周波数で重畳されたことによって、
１４箇所の振幅極大点をもっているものである。

【００２１】これは、駆動周波数に応答して不要な他の
モードが発生しているため、不要振動も駆動周波数での
振動として生じるもので、このため鳴きのように異音を
発することはない。

【００２２】しかしながら、合成振動の振動振幅は不均
一となり、摩擦部の部分的な摩耗を促進し、偏摩耗の原
因となる。１４箇所での偏摩耗が進行すると、9次モー
ドを駆動している振動体との空隙が広がり、より5次の
モードが発生しやすくなる。このためにさらに偏摩耗が
促進され、安定した接触が保てず、出力特性が劣化して
いく。

【００２３】また、摩擦部の凹凸は、製造時のキズによ
るものや、駆動状態での摩耗粉の一時的な堆積や、充填
材の脱落によっても生じるため、これらの凹凸がきっか
けとなって移動体から受ける加振力が他のモードを駆動
周波数で加振する加振力となる。

【００２４】本出願に係る発明の目的は、通常の使用状
態で生じる摩擦部の凹凸に対して強制励振されうる駆動
モード以外の他モードを駆動周波数帯域から離し、応答
振幅を減らすことによって他モードの重畳による振動の
不均一を排除し、長期間にわたって出力性能を維持でき
る振動波駆動装置を提供するものである。

【００２５】

【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、円環形状の振動部を少なくと
も備える弾性体に電気機械エネルギ変換素子を接合して
駆動振動を前記弾性体に形成する振動体と、前記振動体
に設けた摺動部において加圧接触する接触体とを有し、
前記電気機械エネルギ変換素子に所定の駆動周波数帯域
の交番電圧を印加することによって、前記円環部の対称
軸方向を主とする屈曲振動を駆動モードとする駆動振動
を前記振動体に生じさせ、前記振動体と前記接触体とを
相対的に駆動する振動波駆動装置において、前記駆動周
波数帯域内に、前記円環部が該円環部内の円周上の節円
を中心としてねじれるねじりモードの固有振動数を含ま
ないことを特徴とする。

【００２６】本出願に係る発明の目的を実現する第２の
構成は、前記第の構成において、次数が異なる前記ねじ
りモードが前記駆動周波数帯域の上方および下方にそれ
ぞれ存在し、前記上方および下方のねじりモードの摺動
部加振に対する周波数応答ゲインが等しい周波数を前記
駆動周波数帯域が含んでいることを特徴とする。

【００２７】本出願に係る発明の目的を実現する第３の
構成は、前記第１または第２の構成において、前記振動
体の摺動部と前記接触体との摩擦力と、前記接触体を加
圧接触する加圧力との合力の方向の範囲内に前記ねじり
モードのねじりの中心軸を含むような位置に前記摺動部
を設けたことを特徴とする。

【００２８】本出願に係る発明の目的を実現する第４の
構成は、前記第１、２または３の構成において、前記弾
性体は、前記円環部と、前記円環部を支持する円板部
と、振動体を他部材に固定するための固定部によって構
成され、前記円板部の前記固定部近傍に剛性低下部を設
けたことを特徴とする。

【００２９】本出願に係る発明の目的を実現する第５の
構成は、前記第１、２または３の構成において、前記弾
性体は、前記円環部と、前記円環部を支持する円板部
と、前記振動体を他部材に固定するための固定部によっ
て構成され、前記円板部の前記固定部近傍に高剛性部を
設けたことを特徴とする。

【００３０】本出願に係る発明の目的を実現する第６の
構成は、弾性体に電気機械エネルギ変換素子を接合して
駆動振動を前記弾性体に形成する振動体と、前記振動体
に設けた摺動部において加圧接触する接触体とを有し、
前記電気機械エネルギ変換素子に交番電圧を印加するこ
とによって所定の固有振動モードを駆動モードとする駆
動振動を生じさせ、前記振動体と前記接触体を相対的に
駆動する振動波駆動装置において、該交番電圧の周波数
帯域内には、駆動振動の摺動部における振動方向成分を
もつ他の振動モードの固有振動数を駆動モード以外に含
まないことを特徴とする。

【００３１】本出願に係る発明の目的を実現する第７の
構成は、前記第６の構成において、前記他の振動モード
の固有振動数が前記駆動周波数帯域の上方および下方に
存在し、上方および下方の振動モードの周波数応答ゲイ
ンが等しい周波数を前記駆動周波数帯域が含むことを特
徴とする。

【００３２】本出願に係る発明の目的を実現する第８の
構成は、前記第１の構成において、前記振動体を同心状
に配置された複数の粘性抵抗の低い材料で形成されるシ
ート部材で支持することにより、前記駆動周波数帯域内
に、前記円環部が該円環部内の円周上の節円を中心とし
てねじれるねじりモードの固有振動数を含まないことを
特徴とする。

【００３３】本出願に係る発明の目的を実現する第９の
構成は、前記第１の構成において、前記振動体を前記円
環部の幅よりも狭い粘性抵抗の低い材料で形成されるシ
ート部材で支持することにより、前記駆動周波数帯域内
に、前記円環部が該円環部内の円周上の節円を中心とし
てねじれるねじりモードの固有振動数を含まないことを
特徴とする。

【００３４】本出願に係る発明の目的を実現する第１０
の構成は、前記第１の構成において、前記駆動周波数帯
域よりも上方に前記ねじりモードの第１次のモードとし
たことを特徴とする。

【００３５】

【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の実施形態の振動体を示す。

【００３６】振動体を構成する円環形状の弾性体１の円
環状の振動部１Aには、放射方向に延びる複数の溝２が
周方向に形成され、複数の変位拡大用のくし歯３を該溝
２の間に形成している。円環状振動部１Aの内径部には
円環状振動部１Aを支持するための支持円板部１Bが一体
的に形成されており、さらに内径部には振動体を固定す
るためのフランジ部１Cが一体的に形成されている。な
お、支持円板部１Bは周波数調整部としての機能を兼ね
ている。

【００３７】図２は弾性体１における支持円板部１Bが
無い場合、及び支持円板部１Bの厚さを変化させた各構
成毎の駆動モードの固有振動数、ねじりモードの固有振
動数を示す。

【００３８】図２に示すように、円環状振動部１A（支
持円板部１Bおよびフランジ部１Cが無い状態）のみの面
外曲げ9次モードの固有振動数は、ねじり４次モードと
ねじり5次モードの中央に位置している。

【００３９】ここで、この振動部１Aを支持するために
支持円板部１Bおよびフランジ部１Cを設け、フランジ部
１Cをビス締結する。支持円板部１Bの厚さは、振動部１
Aの振動を阻害しないように十分薄い必要があるが、振
動によって円環部に生ずる発熱と、摺動部での摩擦熱を
外部へ導いて振動体の加熱を防ぐにはある程度の厚さが
必要になる。図２は支持円板部の厚さを増していった場
合の各固有振動数の推移を示している。

【００４０】ここで、駆動モードである面外曲げ９次モ
ードの固有振動数がほとんど変化していないのに対し
て、ねじりモードは支持円板１Bの厚みを増すごとに固有
振動数が上昇している。

【００４１】図２の実線の縦長の○で囲んだ領域１の形
状では、駆動モードである面外9次モードの固有振動数
とねじり5次モードの固有振動数がほぼ一致している。
この形状の振動体では、振動波モータとして構成して駆
動モードを励振した場合、振動体と移動体の摺動部にお
ける加振によってねじり５次モードが強制加振されてし
まうおそれがある。

【００４２】そこで、本実施の形態では、図２に破線で
囲った領域２、領域３の厚さにすることによって駆動モ
ードの固有振動数がねじりモードの固有振動数から十分
離れるようにしている。

【００４３】図３は駆動周波数−速度曲線、摺動部加振
でのねじりモードの周波数応答を示す。図中に示した領
域が本モータの駆動周波数帯域である。

【００４４】すなわち、支持円板部の薄板部の寸法を選
択することによって異なる次数のねじりモードの中間に
駆動周波数帯域を設定した結果、図３に示すようにねじ
りモードの固有振動数を含まない周波数帯域で駆動する
ことができる。

【００４５】（第２の実施の形態）図４は本発明の第2
の実施形態の振動体の断面図を示す。

【００４６】本実施の形態では、支持円板部１Bの内径
部近傍に、厚みが薄い部分を周波数調整部として設けて
いる。

【００４７】駆動時に、振動部１Aは、自身の内部歪に
よる発熱、摺動部での摩擦による発熱、圧電素子の発熱
によって温度上昇する。摺動部での安定した摩擦力の確
保と、圧電素子との接合部の劣化を防ぐためには所定の
温度上昇に抑える必要があり、支持円板部１Bを介して
伝熱させるのが有効である。

【００４８】支持円板部１Bの伝熱性能は、振動部１Aか
らフランジ部１Cに向かう径方向に鉛直な断面積と温度
勾配によって決定される。従って他モードを避けて配置
するために支持円板部１Bの厚さを薄くすると伝熱性能
が損なわれ、振動部１Aの温度上昇による性能劣化・破
損のおそれがある。

【００４９】そこで、本実施の形態では、支持円板部１
Bの一部のみに厚みが薄い周波数調整部９を設けてい
る。

【００５０】図５はねじり振動時の弾性体の形状の断面
図を示す。図５において、支持円板部１Bのフランジ１C
側である内周側は固定端になっているため、振動時の振
幅は微小であるが歪は大きい。外周の振動部１Aが回転
変位するために支持円板部１Bには最大振幅をもつ位置
があり、ここは振幅が大きく、歪も大きくなっている。

【００５１】一方、ねじりモードの固有振動数を下げる
ことによって駆動周波数帯域からねじりモードの固有振
動数を外す場合、歪が大きい部分の剛性を低下させるこ
とによって振動体の剛性を下げることが有効である。

【００５２】しかしながら、形状を一部切除して剛性を
下げる場合、その領域の質量も同時に低下させてしまう
ことになる。振動振幅が大きい部分の質量を切除する場
合には、その振動モードにおける等価質量を大きくさげ
ることとなり、固有振動数を上昇させる効果があるた
め、剛性の低下による固有振動数低下と相殺する関係に
なる。そこで、振動振幅が小さく、歪の大きい領域の形
状を削除するのが効果がおおきい。

【００５３】図６は支持円板の一部に低剛性部を設けた
場合の駆動モードの固有振動数と、ねじりモードの固有
振動数の関係を示す。図２に示す支持円板全体の厚さを
変化させるのに比較して、固有振動数低下の効果が十分
に得られている。円環状の振動部から熱を伝達させて固
定部へと逃がすためには、厚さが薄い部分はできるだけ
幅が狭いほうが熱勾配が大きくなり、より多くの熱量を
伝達することができる。そこで本実施の形態では、振幅
が小さく歪が大きい、支持円板１Bの最内周付近の厚み
を薄くすることによって放熱効果を低下させずに、ねじ
りモードの固有振動数を低下させている。

【００５４】（第３の実施の形態）図７は第3の実施の
形態の振動体の断面図を示す。

【００５５】本実施の形態は、支持円板１Bの最内周付
近に、固定部に近づくに従い厚みが大きくなるようなテ
ーパ部９を設けている。

【００５６】本実施の形態の振動体は、支持円板１Bの
最内周付近が他の部分と同じ厚みである場合には、駆動
周波数帯域の上方に近接してねじりモードの固有振動数
が存在している。この場合にねじりモードの固有振動数
を上げることによって上方にシフトさせることが有効で
あるため、第２の実施の形態と同様の理由で支持円板１B
の最内周近傍の厚みを径方向外方の部分よりも厚くして
いる。

【００５７】さらに本実施の形態では、最も歪が大きい
部分から振幅が増大する外周側に向かって厚みを薄くす
るテーパとすることによって、より小領域の変更で周波
数を調整できるため、駆動モードにあたえる影響を少な
くできる。ここではテーパ形状としたが、複数段の階段
状にしてもよい。

【００５８】（第４の実施の形態）図８は第４の実施の
形態の振動波モータの断面図を示す。

【００５９】本実施の形態の弾性体は支持円板、固定部
を持たない円環形状の弾性体であって、中央部の空間を
利用する中空構造とする場合に用いられる。

【００６０】本実施の形態の振動体は、弾性体下部の弾
性材のシート１０によって軸方向に支持されている。こ
のシートは、粘性抵抗の低い材料を用いており、例えば
フェルトなどが用いられる。

【００６１】従来は振動体の内径、外径とほぼ同径のリ
ング状のシートを用いているが、円環部のねじり振動の
固有振動数を逃がすために、シート形状を内径側と外径
側に分離した構造としている。シート１０における内外
径の中央部は、面外の曲げ振動に対しては変位するが、
ねじり振動に対しては軸方向の変位を持たないため、こ
の部分の剛性は面外振動に対して寄与するがねじり振動
には剛性として寄与しない。このため、面外振動に対す
る剛性を変化させずにシート１０の形状を2分して内外
に分離することによってねじり振動に対する剛性を高め
ることができる。

【００６２】逆に、ねじり振動の固有振動数を下げる場
合には、図９に示すように、フェルト製のシート１０を
振動体の内径より大きく、振動体の外径よりも小さくし
たリング形状とし、相対的に剛性を高めるために厚さを
薄くするなどして面外振動の固有振動数を変えないよう
にすれば、ねじり振動の固有振動数を低下させることが
できる。

【００６３】（第５の実施の形態）図１０は第５の実施
の形態の振動体のねじりモードの周波数応答曲線、駆動
周波数帯域の図を示す。

【００６４】本実施の形態は、駆動周波数帯域の上方、
下方にあるねじりモード共振の周波数応答ゲインが互い
に等しくなる領域を駆動周波数帯域が含んでいるように
設定したものである。

【００６５】駆動周波数帯域外にねじりモードの固有振
動数を逃がしても、ねじりモードの強制振動の応答ゲイ
ンは存在するため、できるだけ応答が小さい領域で駆動
することがより安定した駆動を可能にできる。しかしな
がら、複数の次数のねじりモードが存在しているから、
駆動周波数領域は上方、下方にねじりモードの固有振動
数を持っており、その両方の応答ゲインが最小となる領
域で駆動するのが最もねじりモードの影響が少ない。

【００６６】そこで、本実施の形態では、振動体の摺動
部を加振したときのねじりモードの応答ゲインが等しく
なる周波数を駆動周波数帯域が含むように設定してい
る。

【００６７】これによって次数の異なる隣り合うねじり
モードのどちらの応答も最小となる条件で駆動すること
ができる。

【００６８】（第６の実施の形態）図１１は第6の実施
の形態の振動体のねじりモードの固有振動数と駆動周波
数帯域の図を示す。

【００６９】本実施の形態は、駆動周波数帯域の上方に
最も近接した固有振動数を持つねじりモードが第1次の
モードとなるようにしたものである。

【００７０】ねじり1次モードを駆動周波数帯域の上方
にすることによって、駆動周波数帯域の下方にはねじり
モードが存在しないため、ねじりモードが強制振動の応
答ゲインがより小さい帯域で振動波モータを駆動するこ
とが可能である。

【００７１】（第７の実施の形態）図１２は第7の実施
の形態の振動体を用いた振動波モータの断面図を示す。
図中矢印で示したのは本実施の形態の振動体が摺動部に
おいて受ける反力の方向を表したものである。

【００７２】摺動部において、振動体が移動体４に接触
すると、移動体４は摺動面に鉛直な方向の抗力と、摺動
面の摩擦係数と前記抗力によって決まる摺動面に平行な
摩擦力を受ける。ここで、移動体４の接触部は、鉛直な
方向の力を受けたときに振動体の振動方向と略同方向に
変位するような構造にしてあるため、摺動部に平行な摩
擦力は微小となる。

【００７３】そこで、本実施の形態では移動体に働く力
は摺動部を通り、摺動部に鉛直な抗力のみを受けると考
えてよい。振動体は、同様に移動体からの反力として摺
動部を通り摺動部に鉛直な反力を受けるため、振動部へ
の加振力は図１２に矢印で示したような加振力となる。

【００７４】本実施の形態は、振動体への反力が振動体
のねじりモードのねじりの中心Oを通るように摺動部の
位置を設定している。このように配置することによっ
て、摺動部で生じた凹凸によって振動体への別の加振力
が生じても、移動体４のねじり中心Oを通る反力となる
ために振動体をねじる偶力とはならず、応答変位はさら
に小さくすることができる。

【００７５】（第８の実施の形態）図１３は本発明の第
８の実施の形態の振動波モータの振動体の斜視図、図１
４は図１３の断面図を示す。

【００７６】本実施の形態の振動体は、弾性体１の円環
部１Aのねじり振動を駆動振動に用いるねじり振動型の
振動波モータである。

【００７７】支持円板部１Bの裏面に固着した圧電素子
２に駆動電圧を印加することによって、支持円板部１B
をたわませる加振力を生じさせる。支持円板部１Bのた
わみが円環部１Aの変形の加振力となって円環部１Aにね
じりモードを発生させる。

【００７８】このとき、円環部１Aの軸方向の曲げ振動
の固有振動数がねじりモードの駆動周波数帯域に存在す
ると、摺動部で生じた凹凸による駆動周波数の加振力に
よって不要な曲げ振動が強制振動として発生する恐れが
ある。

【００７９】そこで本実施の形態では、曲げ振動の固有
振動数をねじりモードの周波数帯域外としたものであ
る。さらに、振動体の摺動部加振での応答振幅が等しく
なる領域を駆動周波数帯域が含むようにすることによっ
て不要なモードの応答成分を減らすことができる。

【００８０】

【発明の効果】請求項１、２に係る発明によれば、曲げ
振動を駆動モードとする振動波モータ等の振動波駆動装
置において、ねじりモードが強制振動として重畳される
ことによる性能劣化を低減することができる。

【００８１】請求項３に係る発明によれば、曲げ振動を
駆動モードとする振動波モータ等の振動波駆動装置にお
いて、ねじりモードの強制振動の応答振幅をさげ、ねじ
りモードが重畳されることによる性能劣化をさらに低減
する事が出きる。

【００８２】請求項４に係る発明によれば、ねじりモー
ドの固有振動数を低下させることによってねじりモード
が強制振動として重畳されることによる性能劣化を低減
することができる。

【００８３】請求項５に係る発明によれば、ねじりモー
ドの固有振動数を上昇させることによってねじりモード
が強制振動として重畳されることによる性能劣化を低減
することができる。

【００８４】請求項６、７に係る発明によれば、摺動部
における駆動方向成分を持つ他のモードが強制振動とし
て重畳されることによる性能劣化を低減することができ
る。

【００８５】請求項８、９に係る発明によれば、振動体
に一体的な支持円板部をもたない、あるいは支持円板部
の形状が制限された振動波モータなどの振動波駆動装置
において、ねじりモードが強制振動として重畳されるこ
とによる性能劣化を低減することができる。

【００８６】請求項１０に係る発明によれば、駆動周波
数帯域下方のねじりモードの応答がなくなり、ねじりモ
ードが強制振動として重畳されることによる性能劣化を
さらに低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態の振動体の断面図

【図２】第１の実施の形態の振動体の固有振動数を示す
図

【図３】第１の実施の形態の駆動周波数帯域を示す図

【図４】第２の実施の形態の振動体の断面図

【図５】ねじりモードの振動形状をあらわす断面図

【図６】第２の実施の形態の振動体の固有振動数を示す
図

【図７】第３の実施の形態の振動体の断面図

【図８】第４の実施の形態の振動体の断面図

【図９】第４の実施の形態の別形態の振動体の断面図

【図１０】第５の実施の形態の駆動周波数帯域を示す図

【図１１】第６の実施の形態の駆動周波数帯域を示す図

【図１２】第７の実施の形態の振動波モータの断面図

【図１３】第８の実施の形態の振動体の斜視図

【図１４】第８の実施の形態の振動体の断面図

【図１５】従来の振動波モータの断面図

【図１６】従来の振動体の斜視図

【図１７】従来の振動体の斜視図

【図１８】従来の不要振動低減手段

【図１９】従来の振動体の固有振動数表

【図２０】駆動モードの変形図

【図２１】ねじりモードの変形図

【図２２】振動体の周波数応答曲線

【図２３】振動体の周波数応答曲線と駆動周波数帯域を
示す図

【図２４】ねじりモード重畳時の振幅分布

【符号の説明】

１ 振動体 １A 振動部 １B 支持円板部 １C フランジ部 １D 溝 １E 突起 ２ 圧電素子 ２−１ パターン電極 ３ 摩擦材 ４ 移動体 ５ 加圧ばね ６ 回転軸 ７ ハウジング ８ 玉軸受 ９ 周波数調整部 １０ フェルト

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 新治 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 森 敬夫 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 Ｆターム(参考） 5H680 AA12 BB03 BB15 CC07 DD23 DD35 DD73

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円環形状の振動部を少なくとも備える弾
   性体に電気機械エネルギ変換素子を接合して駆動振動を
   前記弾性体に形成する振動体と、前記振動体に設けた摺
   動部において加圧接触する接触体とを有し、前記電気機
   械エネルギ変換素子に所定の駆動周波数帯域の交番電圧
   を印加することによって、前記円環部の対称軸方向を主
   とする屈曲振動を駆動モードとする駆動振動を前記振動
   体に生じさせ、前記振動体と前記接触体とを相対的に駆
   動する振動波駆動装置において、 前記駆動周波数帯域内に、前記円環部が該円環部内の円
   周上の節円を中心としてねじれるねじりモードの固有振
   動数を含まないことを特徴とする振動波駆動装置。
2. 【請求項２】 次数が異なる前記ねじりモードが前記駆
   動周波数帯域の上方および下方にそれぞれ存在し、前記
   上方および下方のねじりモードの摺動部加振に対する周
   波数応答ゲインが等しい周波数を前記駆動周波数帯域が
   含んでいることを特徴とする請求項１記載の振動波駆動
   装置。
3. 【請求項３】 前記振動体の摺動部と前記接触体との摩
   擦力と、前記接触体を加圧接触する加圧力との合力の方
   向の範囲内に前記ねじりモードのねじりの中心軸を含む
   ような位置に前記摺動部を設けたことを特徴とする請求
   項１または２記載の振動波駆動装置。
4. 【請求項４】 前記弾性体は、前記円環部と、前記円環
   部を支持する円板部と、振動体を他部材に固定するため
   の固定部によって構成され、前記円板部の前記固定部近
   傍に剛性低下部を設けた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。
5. 【請求項５】 前記弾性体は、前記円環部と、前記円環
   部を支持する円板部と、前記振動体を他部材に固定する
   ための固定部によって構成され、前記円板部の前記固定
   部近傍に高剛性部を設けた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。
6. 【請求項６】 弾性体に電気機械エネルギ変換素子を接
   合して駆動振動を前記弾性体に形成する振動体と、前記
   振動体に設けた摺動部において加圧接触する接触体とを
   有し、前記電気機械エネルギ変換素子に交番電圧を印加
   することによって所定の固有振動モードを駆動モードと
   する駆動振動を生じさせ、前記振動体と前記接触体を相
   対的に駆動する振動波駆動装置において、 該交番電圧の周波数帯域内には、駆動振動の摺動部にお
   ける振動方向成分をもつ他の振動モードの固有振動数を
   駆動モード以外に含まないことを特徴とする振動波駆動
   装置。
7. 【請求項７】 前記他の振動モードの固有振動数が前記
   駆動周波数帯域の上方および下方に存在し、上方および
   下方の振動モードの周波数応答ゲインが等しい周波数を
   前記駆動周波数帯域が含むことを特徴とする請求項６記
   載の振動波駆動装置。
8. 【請求項８】 前記振動体を同心状に配置された複数の
   粘性抵抗の低い材料で形成されるシート部材で支持する
   ことにより、前記駆動周波数帯域内に、前記円環部が該
   円環部内の円周上の節円を中心としてねじれるねじりモ
   ードの固有振動数を含まないことを特徴とする請求項１
   に記載の振動波駆動装置。
9. 【請求項９】 前記振動体を前記円環部の幅よりも狭い
   粘性抵抗の低い材料で形成されるシート部材で支持する
   ことにより、前記駆動周波数帯域内に、前記円環部が該
   円環部内の円周上の節円を中心としてねじれるねじりモ
   ードの固有振動数を含まないことを特徴とする請求項１
   に記載の振動波駆動装置。
10. 【請求項１０】 前記駆動周波数帯域よりも上方に前記
    ねじりモードの第１次のモードとしたことを特徴とする
    請求項１に記載の振動波駆動装置。