JP2003199369A - 振動波駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】振動波モータの出力軸と一体に回転する加圧ば
ねにより回転体を振動体に加圧させる際の設定加圧力に
おいて、加圧ばねの変形量の変化に対して急激な加圧の
変化を招き、十分に得られるべき寿命が短くなるのを防
止する。 【解決手段】振動波モータにおける振動体に回転体を加
圧接触させる加圧機構において、加圧力を付与する加圧
ばね８として、複数のばね部８ａを放射方向に配置し、
前記複数のばね部８ａを夫々独立してばね変形可能とし
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は振動波駆動装置に係
り、振動波駆動装置の振動体に回転体を加圧接触させる
加圧機構に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】振動波駆動装置としての振動波モータ
は、例えば円環型の弾性体に電気−機械エネルギー変換
素子としての圧電素子を接着した振動体と、この弾性体
に加圧接触する回転体と、モータ中心に配置され、前記
回転体に連結された回転軸（出力軸）と、振動体を保持
する部材（ケースとハウジングで構成される）により構
成され、前記圧電素子に駆動用の周波信号を印加するこ
とにより前記弾性体に例えば曲げ振動の合成により進行
波としての駆動波が形成され、この駆動波が形成される
前記弾性体の駆動面に加圧接触する前記移動体が摩擦駆
動され、その回転力が前記回転軸に伝達されるようにな
っている。

【０００３】このような振動波モータは、特公平１−１
７３５４号公報等で知られており、振動体に発生した進
行性振動波エネルギーが振動体に加圧接触させた回転体
に摩擦力によって伝えられ、前記回転体が回転する構造
になっている。

【０００４】図３は従来の振動波モータの断面図を示
す。図３において、弾性体１の一方の面に電気−機械エ
ネルギー変換素子としての圧電素子２が接着され、他方
の面には摺動材３が接着されて振動体４を構成してい
る。この振動体４の摺動材３に回転体６を加圧接触させ
るために、薄板円盤状の加圧ばね８と、回転軸１２に取
り付けられたばね受け９が設けられている。前記加圧ば
ね８と、前記回転軸１２に取り付けられた前記ばね受け
９からなる加圧機構１８では前記加圧ばね８は前記ばね
受け９と前記回転体６と摩擦力によって当接し回転方向
に固定されている。回転軸１２はハウジング５に装着さ
れた軸受け１１ａ及びケース１０に装着された軸受け１
１ｂによって、回転自在に支持されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の振動波モータでは以下のような欠点があった。

【０００６】第一に、従来は加圧ばね８が薄板円盤状の
形状をしており、一般的には図４に示すように加圧ばね
８の加圧に対する変形量の変化が非直線的な特性を示
す。振動波モータの寿命は摺動材３の摩耗による加圧ば
ね８の加圧力に対する変形量の変化から決まる。振動波
モータの特性を維持するためには加圧力の変化を極力抑
える必要があった。

【０００７】しかし、従来の加圧機構１８では図４に示
すように設定加圧力において変形量の変化に対して急激
な加圧の変化をもたらしていたので、十分に得られるべ
き寿命が短くなる問題があった。

【０００８】第二に、図６に示すような複数の脚部８ａ
を放射状に配した形状に形成された従来の加圧ばね８で
は応力が内径側に集中し、材料の限界を超えて『ひび・
破断』が発生する場合があった。最悪の場合、加圧力が
低くなり振動波モータが動作不能になる問題があった。

【０００９】第三に、従来の加圧機構１８では加圧ばね
８の固定が当接される部材との摩擦力によるもので回転
方向への固定力が十分でなかった。そのため、衝撃的な
回転力を外部から受けると『ずれる・すべる』等の本来
の固定機能を果さなくなる。よって、能動的動作ができ
ないために振動波モータが制御不能になる。また、衝撃
的な回転力を外部から繰り返し受けると当接個所での摩
耗が発生して、加圧ばねの変形量が減少して加圧力が低
くなり振動波モータが動作不能になる問題があった。

【００１０】第四に、従来の加圧ばね８は、図６に示す
ような複数の脚部８ａを放射状に配した形状に形成され
加圧ばね８の支持部としての固定部は内径部で周方向に
連続した形状であった。そのために、放射状に配した隣
接する脚部間の応力集中を緩和するためになだらかな曲
線でつなげる必要があった。

【００１１】しかし、この手段では加圧ばねを小型化す
るのが困難であった。さらに、加圧ばね８の脚部８ａの
数を多くする事ができないために加圧力に対する変形量
を多くとる事ができない。よって、振動波モータ上では
寿命が短くなる、または小型化できない問題があった。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本出願に係る第一の発明は、加圧機構の加圧ばねと
して独立したばね部を平面状に複数個備えることで加圧
力の変化を極力抑え、前記加圧機構の使用範囲において
変形量の変化に対して急激な変化を無くし、十分な寿命
を得ることができる。

【００１３】本出願に係る第二、三、四の発明は、加圧
ばねのばね部が扇状・略円筒状・短冊状のいずれかの形
状にすることで、プレス・エッチング・レーザ・引き抜
き等の容易な加工方法で製作でき安価に加圧ばね８の脚
部の数を多くする事ができ加圧力に対して変形量を大き
くとれる。

【００１４】また、スリットの幅を極力狭くすることが
でき、加圧ばねのばね部は投影したときの面積が大きく
とれ、変形量に対して加圧ばね８が耐えられる力の限界
を大きくできるために変形量を多くとる事ができる。

【００１５】よって、振動波モータ等の振動波駆動装置
の寿命を長くでき、小型化できるようになる。

【００１６】本出願に係る第五の発明は、図１１に示す
ように加圧ばね８としての板状の部材上に複数のスリッ
トを形成し、そのスリット７が加圧ばね８の固定部とし
ての支持部にまたがって配置することで、加圧ばね８の
応力が内径側に集中するのを無くし、材料の限界を超え
ることで発生する『ひび・破断』をなくす。

【００１７】よって、加圧力が低くなり振動波モータ等
の振動波駆動装置が動作不能になる問題を解決できる。

【００１８】本出願に係る第六、第七の発明は、加圧ば
ね８としての弾性部材の固定手段として、弾性部材が回
転体６と回転軸１２とを当接するように回転体６と回転
体１２の両方もしくは片方に固定部材１５を備え、かつ
固定部材１５が弾性部材の形状に倣い形成させることで
回転方向への固定力が十分になる。

【００１９】そのため、衝撃的な回転力を外部から受け
ても『ずれる・すべる』等の問題が無くなる。

【００２０】よって、能動的動作が可能になり、振動波
モータ等の振動波駆動装置が制御不能になる問題を解決
できる。また、衝撃的な回転力を外部から繰り返し受け
ても当接個所での摩耗がなく、加圧ばね８の変形量と加
圧力が減少しない。ゆえに、振動波モータ等の振動波駆
動装置が動作不能になる問題が解決できる。

【００２１】本出願に係る第八の発明は、回転体６と回
転軸１２の両方もしくは片方に周状に弾性部材が当接す
るように形成した溝１６を備えることで組み込み易く、
かつ径方向の『ずれる・すべる』を無くし固定力が十分
になる。

【００２２】そのため、衝撃的な回転力を外部から受け
ても径方向の『ずれる・すべる』等の問題が無くなる。

【００２３】よって、能動的動作が可能になり振動波モ
ータが制御不能になる問題を解決できる。また、衝撃的
な回転力を外部から繰り返し受けても当接個所での摩耗
がなく、加圧ばね８の変形量と加圧力が減少しない。ゆ
えに、振動波モータ等の振動波駆動装置が動作不能にな
る問題が解決できる。

【００２４】本出願に係る第九の発明は、回転体６と回
転体１２もしくは片方に周状に弾性部材が当接するよう
に形成した溝１６にリング状の弾性部材を備えることで
回転方向の摩擦力が加圧ばね８の加圧力に関わらず上げ
ることができ、回転方向への固定力が十分になる。その
ため、衝撃的な回転力を外部から受けても『ずれる・す
べる』等の問題が無くなる。よって、能動的動作が可能
になり振動波モータ等の振動波駆動装置が制御不能にな
る問題を解決できる。

【００２５】また、衝撃的な回転力を外部から繰り返し
受けても当接個所での摩耗がなく、加圧ばね８の変形量
と加圧力が減少しない。ゆえに、振動波モータ等の振動
波駆動装置が動作不能になる問題が解決できる。

【００２６】本出願に係る第十の発明は、複数のスリッ
ト７がエッチングまたはレーザ加工で形成されたことで
効率よく材料から取り出すことができる。また、安価に
図１１に示すような細かなスリット７の形状ができ作業
性も改善される。よって、放射状に配した隣接するばね
部８ａ間の応力集中を無くし、加圧ばね８を小型化する
ことができる。さらに、加圧ばね８のばね部８ａの数を
多くすることができ加圧力に対する変形量を多くとる事
ができる。振動波モータ等の振動波駆動装置では寿命が
短くなる、小型化できない問題を解決する。

【００２７】本出願に係る第十一の発明は、複数の独立
した加圧ばね８あるいはスリット７がプレス加工で形成
されることで図７に示すプレス加工の断面形状の特徴か
ら、バリが片面に成形される。これにより加圧ばね８と
しての弾性部材が当接される側の部材に食い込み回転方
向への固定力が十分になる。

【００２８】そのため、衝撃的な回転力を外部から受け
ても『ずれる・すべる』等の問題が無くなる。よって、
能動的動作が可能になり振動波モータが制御不能になる
問題を解決できる。また、衝撃的な回転力を外部から繰
り返し受けても当接個所での摩耗がなく、加圧ばね８の
変形量と加圧力が減少しない。ゆえに、振動波モータ等
の振動波駆動装置が動作不能になる問題が解決できる。

【００２９】

【発明の実施の形態】＜第一の実施の形態＞図１は本発
明の第一の実施の形態を示す。

【００３０】図１において、本実施の形態の概略構成を
まず簡単に説明すると、円環形状に形成された弾性体１
の一方の面に電気−機械エネルギー変換素子としての圧
電素子２が接着され、他方の面には摺動材３が接着され
て振動体４を構成している。

【００３１】この前記振動体４の前記摺動材３に回転体
６を加圧接触させるための加圧機構１８は、図２の
（ａ）〜（ｃ）に示すように、複数の加圧ばね部８ｂを
放射状に並べ、中心側の端部を後述するばね受け９と固
定部材１５で固定されて構成される加圧ばね８と、前記
加圧ばね部８ｂの各中心側端部に接合される連結部材と
してのばね受け９と、前記加圧ばね８を固定するための
固定部材１５により構成されている。

【００３２】また、前記回転体６と前記加圧ばね８は前
記加圧ばね８の外周部で接合される前記回転体６に当接
されている。回転軸１２はハウジング５に装着された軸
受け１１ａ及びケース１０に装着された軸受け１１ｂに
よって、回転自在に支持されている。

【００３３】本実施の形態の前記加圧機構１８は、放射
方向に複数の加圧ばね部８ｂが配列された板状部材で形
成された断面略円弧状の加圧ばね８と、前記加圧ばね８
の中心部側に接合される連結部材としてのばね受け９
と、前記加圧ばね８を固定するために前記加圧ばね８の
内周形状に倣って形成された固定部材１５からなり、前
記加圧ばね８は、従来例のように中心部に位置する円環
部の外周から放射方向にばね部が延びる形状ではないの
で、複数の加圧ばね部８ｂが互いに隣接する前記加圧ば
ね部８ｂの影響を受けずに個々の独立したばねとして自
在に変形する。

【００３４】ここでの前記固定部材１５の前記加圧ばね
８の内周面に倣って形成された形状は、成形加工等で部
品に形状を付けても良いが、組み合わせ後にプレス加工
等で前記加圧ばね８の形状を転写することもできる。

【００３５】また、前記回転体６と前記加圧ばね８は前
記加圧ばね８の外周部で接合される前記回転体６に嵌合
溝１６が形成されており、前記嵌合溝１６に前記加圧ば
ね６の加圧力により当接され固定されている。このよう
に構成された前記加圧ばね８は、出力軸としての回転軸
１２の軸方向にたわませて加圧するようになっている。

【００３６】前記回転軸１２に固定される前記ばね受け
９及び前記固定部材１５は板状の前記加圧ばね８の内周
部に接合状態で、かつ、回転方向の自由度と軸方向の自
由度を規制して、それぞれ取り付けられている。このよ
うな前記回転軸１２、前記加圧機構１８及び前記回転体
６の構成では、図１において前記回転軸１２は前記ハウ
ジング５に装着された前記軸受け１１ａと前記ケース１
０に装着された軸受け１１ｂによって支えられており、
前記加圧機構１８は前記回転体６を前記振動体４の前記
摺動材３に圧接している。前記振動体４は弾性体１の一
方の面に前記圧電素子２が接着され、他方の面には前記
摺動材３が接着されており、内周部側がハウジング５に
固定されている。前記回転軸１２には、出力ギヤ１３が
固着されており、前記出力ギヤ１３の回転により被駆動
体移動機構１４が駆動されることになる。

【００３７】このような構成において、前記電気−機械
エネルギー変換素子２に交番信号として交流電圧を印加
すると、前記弾性体１に駆動波としての進行波が励振さ
れ、前記加圧機構１８によって前記振動体７に圧接され
ている前記回転体６が回転し、その回転力は前記加圧機
構１８を介して伝達されて、前記回転軸１２が回転す
る。なお、前記回転体６を固定して、前記振動体４の方
を回転自在とすれば前記振動体４の方が回転することに
なる。

【００３８】なお、加圧ばね８の形状としては、図２の
（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すものがあり、プレス・エ
ッチング・レーザ・引き抜き等の容易な加工方法で形成
される。

【００３９】図２（ａ）は加圧ばね部８ｂが扇状の形状
にした一例を示し、図２（ｂ）は加圧ばね部８ｂが短冊
状の形状にした一例を示す。また、図２（ｃ）は平面短
冊状のばね部８ｂを略円筒状の形状にした一例を示す。

【００４０】図２（ｂ）の扇形状の加圧ばね部８ｂを成
形方法を図７に基づいて説明する。

【００４１】図７（ａ）は前記加圧ばね８の扇形状の加
圧ばね部８ｂをプレス加工で製作した場合の形状を示
し、前記加圧ばね８の断面には片面にバリが形成され
る。図７（ｂ）には前記加圧ばね８が組み込まれたとき
の状態を示し、前記加圧ばね８に形成されたバリが支持
部材により押されて固定部材１５に食い込むことを示
す。これにより、回転方向・軸方向の自由度が規制され
る。また、鍛造・曲げ加工等により形状を成形しても同
等の効果を得る。

【００４２】＜第二の実施の形態＞図８は本発明の第二
の実施の形態を示す。図８は加圧機構１８を示し、図８
（ａ）は内端部側を連結部材としてのばね受け９に固定
させ、外端部側を回転体６の嵌合溝１６に当接させて嵌
合支持させている。

【００４３】図８（ｂ）は、加圧ばね部８ａの内端部側
及び外端部側の両方を、連結部材としてのばね受け９の
凹溝及び回転体６の外周部に形成した凹溝１６に嵌合
し、溝内の隙間に、例えば図９に示すように一部が開放
され径方向にばね力を発生させるリング状の弾性部材１
７を挿入し、加圧ばね部８ａの両端部をそれぞれ凹溝内
に強固に当接支持させている。これらにより、回転方向
・軸方向の自由度が強固に規制される。

【００４４】上記した図８（ａ）（ｂ）に示す実施の形
態では、いずれの場合も内端部、外端部側の両方もしく
は片方でも効果がある。また、前記嵌合溝１６は、周方
向に連続して形成される周溝でなくても、図１０に示す
ような前記加圧ばね８の形状に倣った形状でも良い。さ
らに、加圧ばね８と嵌合溝１６はインサート成型等の加
工法で固着されていても良い。

【００４５】＜第三の実施の形態＞図１１は本発明の第
三の実施の形態を示す。図８は加圧ばね８を示す。

【００４６】図１１に示す本実施の形態の加圧ばね８
は、中央部に孔部が形成された円盤形状のばね部材に対
し、エッチング加工またはレーザ加工またはプレス加工
で放射方向に形成した複数のスリット７により複数の加
圧ばね部８ｂを分割することで、複数個の独立した前記
加圧ばね部８ｂが一体に成形されている。ここでの前記
スリット７は、支持部とまたがる位置に配置され、加圧
ばね８ｂ部は個々に変形自在になっている。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように、本出願に係る第一
の発明によれば、加圧機構の加圧ばねとして独立したば
ね部を平面状に複数個備えたことで振動波モータ等の振
動波駆動装置の寿命が十分に得られる。

【００４８】本出願に係る第二、三、四の発明によれ
ば、複数のばね部が扇状・略円筒状・短冊状の形状をし
たことで振動波モータ等の振動波駆動装置の寿命が十分
に得られ、小型化できるようになる。

【００４９】本出願に係る第五の発明によれば、複数の
ばね部が板状の部材からなり、前記板状の部材上に複数
のスリットが形成され、前記スリットが加圧ばねの支持
部にまたがって配置されたことで振動波モータ等の振動
波駆動装置が動作不能になる問題を解決できる。

【００５０】本出願に係る第六、七、八の発明によれ
ば、振動波モータ等の振動波駆動装置が動作不能になる
問題が解決できる。

【００５１】本出願に係る第九の発明によれば、振動波
モータ等の振動波駆動装置が制御不能・動作不能になる
問題を解決できる。

【００５２】本出願に係る第十の発明によれば、複数の
スリットがエッチング加工またはレーザ加工で形成され
たことで振動波モータ等の振動波駆動装置の寿命が十分
得られ、小型化できる。

【００５３】本出願に係る第十一の発明によれば、複数
のスリットがプレス加工で形成されたことで振動波モー
タが動作不能になる問題が解決できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施の形態を示す振動波駆動装
置の断面図。

【図２】（ａ）〜（ｃ）は図１の加圧ばねを示す図。

【図３】従来の振動波駆動装置の断面図。

【図４】従来の振動波駆動装置の加圧機構の加圧力と変
形量の関係を示す図表。

【図５】第一の実施の形態における加圧機構の加圧力と
変形量の関係を示す図表。

【図６】従来の加圧ばねを示す図。

【図７】第一の実施の形態を示す加圧ばねそ示す図。

【図８】（ａ）（ｂ）は本発明の第２の実施の形態を示
す加圧機構の断面図。

【図９】図８（ｂ）のリング状弾性部材を示す図。

【図１０】本発明の第二の実施の形態を示す加圧ばねの
固定部の概略図。

【図１１】本発明の第三の実施の形態の加圧ばねを示す
図。

【符号の説明】

１ 弾性体 ２ 圧電素子（電気−機械エネルギー変換素子） ３ 摺動材 ４ 振動体 ５ ハウジング ６ 回転体 ７ スリット ８ 加圧ばね ８ａ 加圧ばね ８ｂ 加圧ばね ９ ばね受け １０ ケース １１ａ 軸受け １１ｂ 軸受け １２ 回転軸（出力軸） １３ 出力ギヤ １４ 被駆動体移動機構 １５ 固定部材 １６ 嵌合溝 １７ リング状弾性部材 １８ 加圧機構

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 柳 栄一 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 BB17 CC07 DD02 DD23 DD53 DD65 DD66 DD73 DD82 DD84 DD87 DD88 EE03 FF03 FF13

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 弾性体に電気−機械エネルギー変換素子
   を接合した振動体と、前記振動体の駆動面に接触される
   接触体と、前記回転体を前記振動体に加圧接触させる加
   圧機構とを備え、前記電気−機械エネルギー変換素子に
   交番信号を印加することにより前記駆動面に振動波を励
   振し、前記振動体と前記接触体とを相対回転させる振動
   波駆動装置において、 前記加圧機構は、複数のばね部を放射方向に配置した加
   圧ばねを有し、前記複数のばね部を夫々独立してばね変
   形可能としたことを特徴とする振動波駆動装置。
2. 【請求項２】 前記ばね部は平面が扇状の形状をしたこ
   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】 前記ばね部は、断面が略円筒状の形状を
   したことを特徴とする請求項１記載の振動波駆動装置。
4. 【請求項４】 前記ばね部は、平面が短冊状の形状をし
   たことを特徴とする請求項１記載の振動波駆動装置。
5. 【請求項５】 前記加圧ばねは板状の部材からなり、前
   記板状の部材に放射方向に複数のスリットが形成されて
   該スリット間にばね部が形成され、且つ前記スリット内
   外端が加圧ばねの支持部にまたがって配置されたことを
   特徴とする請求項１記載の振動波駆動装置。
6. 【請求項６】 前記複数のばね部の内端部は、回転軸に
   固定の固定部材に固定されていて、前記固定部材は前記
   加圧ばねの内径形状に倣って形成されたことを特徴とす
   る請求項１記載の振動波駆動装置。
7. 【請求項７】 前記複数のばね部の内端部または外端部
   の一方又は両方は、回転軸に固定の固定部材または前記
   接触体の一方又は両方に対して固定されてることを特徴
   とする請求項１記載の振動波駆動装置。
8. 【請求項８】 前記複数のばね部の一端部または両端部
   は、出力軸に固定の固定部材または前記接触体の一方又
   は両方に形成された周溝部に嵌合されることを特徴とす
   る請求項１記載の振動波駆動装置。
9. 【請求項９】 前記周溝部にリング状の弾性部材を密嵌
   合させたことを特徴とする請求項８記載の振動波駆動装
   置。
10. 【請求項１０】 前記複数のスリットがエッチング加工
    またはレーザ加工で形成されたことを特徴とする請求項
    ５記載の振動波駆動装置。
11. 【請求項１１】 複数のスリットがプレス加工で形成さ
    れたことを特徴とする請求項５記載の振動波駆動装置。