【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は振動波モータに関し、詳しくは振動波モータの振動体又は移動体の接触バネの形状に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、振動波モータには、回転型としては円環型、円板型、及び棒状タイプのものがあり、リニア型としては平板状、トラック状、及び棒状タイプのものがある。
【０００３】
振動波モータの従来例として、主に棒状タイプのものを応用したリニアモータについて説明する。
【０００４】
図１３に示す概略断面図、及び図１４に示す概略斜視図のような振動波リニアモータにおいて、振動エネルギー発生体となる振動子１は、金属等からなる弾性体９・１０と、該弾性体９・１０の間に挟圧保持された積層圧電素子１１とから構成されている。
【０００５】
弾性体９は該振動子１の骨格部材となる支持棒５に嵌着され、振動子ナット６を該支持棒５のネジ部５ｂに螺着され大径部５ａに押されることにより、弾性体１０との間に積層圧電素子１１を挟圧保持している。
【０００６】
支持棒５は特開平１０−３３７０５１号公報に開示されているように、ヘッダー加工及び転造加工により形成されている。
【０００７】
弾性体９は角状部９ａと円筒部９ｂからなり、角状部９ａには接触バネ９１が設けられている。
【０００８】
該接触バネ９１は接触部の拡大断面図（図１５参照）に示すように、主に紙面の上下方向にたわみ得るフランジ状の薄肉の第一のバネ部９１ａ、及び先端のマス部９１ｂからなっている。マス部９１ｂの上面は、研磨により平面度と面粗さをおさえている。
【０００９】
このような振動子１は支持棒５のネジ部５ｃに嵌着固定された支持部材７を固定することによって、支持されている。
【００１０】
２は金属やアルミナセラミックスからなる板状の移動体であり、研磨により平面度と面粗さを抑えて、該マス部９１ｂの上面に対向して圧接されている。
【００１１】
前記振動波リニアモータの駆動原理について説明する。なお、積層圧電素子１１の詳細説明は省略する。
【００１２】
振動波リニアモータに２相の交流電圧を印加すると、積層圧電素子１１の伸縮によって、振動子１には図１３において紙面に水平な方向と紙面に垂直な方向の１次曲げ固有振動が励起こされるようになっており、２つの振動を時間的にも９０度位相を違えて加えると、振動子１には長手軸に対して右又は左回りの円運動が発生する。弾性体９は変位拡大のための周溝９ｃを有するため、弾性体９の先端には図１３の矢印のような首振り運動が生じ、接触面（マス部９１ｂの上面）に紙面に略垂直な面内で楕円運動が発生する。この振動子１に、移動体２を加圧接触させると、移動体２は波頭付近の一箇所のみで弾性体９の接触バネ９１のマス部９１ｂの上面と接触し、波の進行方向と逆方向に直動する。
【００１３】
また、振動子１は支持棒５の先端に取り付けられた支持部材７も一体の系として、振動子の固有モードを支持部材７の振動振幅が非常に小さくなるように設計している。また、弾性体９の接触バネ９１は固有振動数が振動子の駆動周波数よりも十分高く、駆動の振動に追従するように設計されている。
【００１４】
なお、弾性体９はステンレス鋼に熱処理したものを用いて硬度をあげて耐摩耗性をあげており、また移動体２も弾性体９と同じ材料、あるいはアルミナセラミックスを用いている。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように、移動体２は弾性体９の接触バネ９１のマス部９１ｂと一箇所で接触し直動する。この接触バネ９１は特開昭６１−２２４８８２号公報に開示されているような回転型の振動波モータのロータの接触バネのように環状の閉じた形になっていない。そのため、場所によってバネ定数が異なることになる。
【００１６】
例えば、図１４の矢印のような荷重を接触バネ９１に掛けたときの荷重点変位の分布の解析結果を図１６に、モデル図を図１７に示す。
【００１７】
図１６において横軸は駆動方向の位置、縦軸は変位を示す。図１６に示すように長手方向両端の変位が大きくなっている。このため、振動子１の波頭の位置によって接触バネ９１と移動体２の接触状態が異なり、スムーズな駆動が困難になることがある。
【００１８】
また、図１３において紙面に水平な方向の１次曲げ固有振動と紙面に水平な方向の１次伸縮固有振動を用いて、移動体２を紙面左右方向に駆動する場合でも、接触バネ９１と移動体２の接触状態は位置によって異なり、スムーズな駆動が困難になることがある。
【００１９】
そこで、本発明は、上記した問題点を解決し、振動波モータの振動体と移動体の接触状態を安定化し、スムーズな駆動を可能にすることを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本願請求項１に記載の発明は、振動体に設けられた電気−機械エネルギー変換素子に電気信号を印加することにより該振動体の表面に円又は楕円運動を生じさせ、該振動体に押圧した移動体を摩擦駆動する振動波モータにおいて、該振動体あるいは該移動体は、駆動方向に端部を有しバネ定数が全接触領域で略均一である接触バネを有することを特徴とする。
【００２１】
具体的には、接触バネのバネ部の厚さを長手方向中央部より両端部の方を厚くしたり、バネ長を長手方向中央部より両端部の方を短くしたりして、接触バネのバネ定数を全接触領域でほぼ均一にし、スムーズな駆動を可能にする。
【００２２】
同じく上記課題を解決するため、本願請求項９に記載の発明は、振動体に設けられた電気−機械エネルギー変換素子に電気信号を印加することにより該振動体の表面に円又は楕円運動を生じさせ、該振動体に押圧した移動体を摩擦駆動する振動波モータにおいて、該振動体あるいは該移動体は駆動方向に端部を有する接触バネを有し、該接触バネの両端部間の長さより、該接触バネ先端の接触面の長さのほうが短いことを特徴とする。
【００２３】
つまり、接触バネの両端部間の長さより先端の接触部の長さのほうを短くして両端部付近が接触しないようにすることによって、接触バネのバネ定数を全接触領域でほぼ均一にし、スムーズな駆動を可能にする。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、図１から図１２を参照して本発明に係る振動波モータの実施の形態について説明する。なお、本実施の形態における例示が本発明を限定することはない。
【００２５】
（第１の実施の形態）
以下、本第１の実施の形態に係る振動波モータの一形態として棒状振動子を用いた振動波リニアモータについて説明する。
【００２６】
図１は、振動波リニアモータの接触バネの拡大斜視図である。図１は、従来例の概略斜視図を示す図１４とは反対側から見たものであり、移動体との接触面が下側になっている。
【００２７】
図１において、振動子の弾性体１９に設けられた接触バネ１９１は、主に紙面の上下方向にたわみ得るフランジ状の薄肉の第一のバネ部１９１ａ、及び先端のマス部１９１ｂからなっており、第一のバネ部１９１ａの板厚ｔ１は長手方向中央部で最も小さく、両端に行くにしたがって大きくなっている。
【００２８】
これより、接触バネ１９１のバネ定数は、両端にいくにしたがって、従来例の接触バネ１９と比べて相対的に大きくなり、結果としてすべての領域でほぼ均一になる。
【００２９】
このような接触バネ１９１を設ければ、振動子の波頭の位置によって接触バネ１９１と移動体の接触状態が異なることがなくなり、常に安定した駆動が可能になる。
【００３０】
（第２の実施の形態）
以下、本第２の実施の形態に係る振動波モータの一形態として棒状振動子を用いた振動波リニアモータについて説明する。
【００３１】
図２は、振動波リニアモータの接触バネの拡大斜視図である。
【００３２】
図２において、振動子の弾性体２９に設けられた接触バネ１９２は、主に紙面の上下方向にたわみ得るフランジ状の薄肉の第一のバネ部１９２ａ、及び先端のマス部１９２ｂからなっており、第一のバネ部１９２ａの板厚は均一であるが、長さＬ１（図示）が長手方向中央部で最も長く、両端に行くにしたがって短くなっている。
【００３３】
したがって、接触バネ１９２のバネ定数は、両端にいくにしたがって、従来例の接触バネ１９と比べて相対的に大きくなり、結果としてすべての領域でほぼ均一になる。
【００３４】
このような接触バネ１９２を設ければ、振動子の波頭の位置によって接触バネ１９２と移動体２の接触状態が異なることがなくなり、常に安定した駆動が可能になる。
【００３５】
（第３の実施の形態）
以下、本第３の実施の形態に係る振動波モータの一形態として棒状振動子を用いた振動波リニアモータについて説明する。
【００３６】
図３は、振動波リニアモータの接触バネの拡大斜視図である。
【００３７】
図３において、振動子の弾性体３９に設けられた接触バネ１９３は、主に紙面の上下方向にたわみ得るフランジ状の薄肉の第一のバネ部１９３ａ、及び先端のマス部１９３ｂからなっており、先端のマス部１９３ｂの両端に段部１９３ｃを設けることによって、接触バネ１９３のバネ定数が特に小さい両端部で移動体と接触しないようにしている。
【００３８】
このようにすることによって、移動体と接触している領域においては、バネ定数がほぼ同じレベルになり安定した駆動が可能になる。なお、段部１９３ｃの形状を面取りやＲ形状などとしてもよい。
【００３９】
（第４の実施の形態）
以下、本第４の実施の形態に係る振動波モータの一形態として棒状振動子を用いた振動波リニアモータについて説明する。
【００４０】
図４は、振動波リニアモータの接触バネの拡大斜視図である。
【００４１】
図４において、振動子の弾性体４９に設けられた接触バネ１９４は主に紙面の上下方向にたわみ得るフランジ状の第一のバネ部１９４ａと、主に紙面の左右方向にたわみ得る上下方向に延びる第二のバネ部１９４ｃ、及び先端のマス部１９４ｂからなっており、第一のバネ部１９４ａの板厚ｔ１（図示）は長手方向中央部で最も小さく、両端に行くにしたがって大きくなっている。そして、同時に第二のバネ部１９４ｃの長さＬ２（図示）も長手方向中央部で最も長く、両端に行くにしたがって短くなっている。
【００４２】
このようにすることによって、接触バネ１９４のバネ定数は長手方向すべての領域でほぼ均一になり安定した駆動が可能になる。
【００４３】
ここでは、第一のバネ部１９４ａ及び第二のバネ部１９４ｃの両方の断面形状を工夫することによって、接触バネのバネ定数を調整しているが、どちらか一方のバネ部の断面形状のみ変化させてバネ定数を調整することもできる。
【００４４】
（第５の実施の形態）
以下、本第５の実施の形態に係る振動波モータの一形態として棒状振動子を用いた振動波リニアモータについて説明する。
【００４５】
図５は、振動波リニアモータの接触バネの拡大斜視図である。
【００４６】
図５において、振動子の弾性体５９に設けられた接触バネ１９５は主に紙面の上下方向にたわみ得るフランジ状の第一のバネ部１９５ａと、主に紙面の左右方向にたわみ得る上下方向に延びる第二のバネ部１９５ｃ、及び先端のマス部１９５ｂからなっており、第一のバネ部１９５ａの長さＬ１（図示）は長手方向中央部で最も長く、両端に行くにしたがって短くなっている。そして、同時に第二のバネ部１９５ｃの板厚ｔ２（図示）も長手方向中央部で最も小さく、両端に行くにしたがって大きくなっている。
【００４７】
このようにすることによって、接触バネ１９５のバネ定数は長手方向すべての領域でほぼ均一になり安定した駆動が可能になる。
【００４８】
ここでも、第一のバネ部１９５ａ及び第二のバネ部１９５ｃの両方の断面形状を工夫することによって、接触バネ１９５のバネ定数を調整しているが、どちらか一方のバネ部の断面形状のみ変化させてバネ定数を調整することもできる。
【００４９】
（第６の実施の形態）
以下、本第６の実施の形態に係る振動波モータの一形態として棒状振動子を用いた振動波リニアモータについて説明する。
【００５０】
図６は、振動波リニアモータの接触バネの拡大斜視図である。
【００５１】
図６において、振動子の弾性体６９に設けられた接触バネ１９６は主に紙面の上下方向にたわみ得るフランジ状の第一のバネ部１９６ａと、主に紙面の左右方向にたわみ得る上下方向に延びる第二のバネ部１９６ｃ、及び先端のマス部１９６ｂからなっており、先端のマス部１９６ｂの両端に段部２９６ｂを設けることによって、接触バネ１９６のバネ定数が特に小さい両端部で移動体と接触しないようにしている。
【００５２】
このようにすることによって、移動体と接触している領域においては、バネ定数がほぼ同じレベルになり安定した駆動が可能になる。なお、段部２９６ｂの形状を面取りやＲ形状などにしてもよい。
【００５３】
（第７の実施の形態）
以下、本第７の実施の形態に係る振動波モータの一形態として棒状振動子を用いた振動波リニアモータについて説明する。
【００５４】
図７は、振動波リニアモータの接触バネの拡大斜視図である。
【００５５】
図７において、振動子の弾性体７９に設けられた接触バネ１９７は主に紙面の上下方向にたわみ得るフランジ状の第一のバネ部１９７ａと、先端の主に紙面の左右方向にたわみ得る上下方向に延びる第二のバネ部１９７ｃからなっており、上記した図１から図３における先端マス部１９１ｂ、１９２ｂ、１９３ｂに第二のバネ部としてのバネ性を付加した形になっている。
【００５６】
本第７の実施の形態では、第二のバネ部１９７ｃの板厚ｔ２を長手方向中央部で最も小さく、両端に行くにしたがって大きくすることによって、接触バネ１９７のバネ定数が長手方向すべての領域でほぼ均一になり安定した駆動が可能になる。
【００５７】
なお、第一のバネ部１９７ａのみに、又は第一のバネ部１９７ａと第二のバネ部１９７ｃに、上記した第１から第６の実施の形態の構成を適用させることができる。
【００５８】
（第８の実施の形態）
以下、本第８の実施の形態に係る振動波モータの一形態としてディスク型振動波モータについて説明する。
【００５９】
図８は、ディスク型振動波モータの一部を切り取った概略斜視図である。
【００６０】
図８において、振動子１０１は２つの弾性体１０９と積層圧電素子１１１とからなり、該弾性体１０９は中空ボルト１０３に螺着されることによって積層圧電素子１１１を挟持している。
【００６１】
１０２は円板状のロータで不図示の加圧手段により弾性体１０９に押圧されている。
【００６２】
弾性体１０９は、例えばプレスによって外周部の厚さを減じ、打ち抜いた後、外周部を折り曲げることによって、圧電素子１１１との接合部である本体部１０９ａと、剛体である円板状のロータ１０２と柔軟に接触するための接触バネ部１０９ｂとから形成されている。
【００６３】
そして、積層圧電素子１１１に軸方向の伸縮運動を起こすことによって、接触バネ部１０９ｂに面外モードの進行性振動波が発生し、その波頭に加圧接触しているロータ１０２が回転運動する。
【００６４】
接触バネ１０９ｂは主に紙面の上下方向にたわみ得るフランジ状の薄肉の第一のバネ部１１９ａ、及び先端のマス部１１９ｂからなる。
【００６５】
ここで、弾性体１０９の本体部１０９ａは出力を出すためにはある程度の厚さが必要である。そのため、プレスで弾性体１０９を形成する場合は、ある程度厚さのある円板状の板の外周部をつぶして板厚を減じるのは限度があり、フランジ状の第一のバネ部１１９ａの板厚はあまり薄くすることができず、バネ定数はかなり大きいものになってしまい設計が困難であることがあった。
【００６６】
そこで、本発明ではスリット１１９ｃを設けて周方向に分割することによって、バネ定数を小さくしている。それと同時に、先端のマス部１１９ｂが駆動方向（円周方向）の送り速度を増す、てこの役目も果たし回転数を大きくすることができる。
【００６７】
このように、接触バネ１１９ａは周方向に分割された端部を有するので、図９に示すように、フランジ状のバネ部１１９ａの板厚ｔ（図示）を周方向中央部で最も小さく、両端に行くにしたがって大きくなるようにして、バネ定数が全領域でほぼ均一になるようにしている。
【００６８】
このタイプの振動波モータは、図１０の断面図ように積層して出力アップをはかってもよく、ロータが円板状なので、積層した割に軸方向の寸法が小さいものにできる。
【００６９】
図１０において、１０４は振動子支持板、１０５はロータ１０２にとともに回転する出力軸、１０７ａ・１０７ｂはケースである。
【００７０】
なお、ここでは板厚の工夫のみ述べたが、上記した第２から第６の実施の形態のようにバネ部の長さを変えてバネ定数を均一にしてもよいし、マス部１１９ｂの両端面付近を、ロータに接触しないように段差や面取りを設けてもよい。また、マス部１１９ｂにもバネ性がある場合は上記した第７の実施の形態のようにしてもよい。
【００７１】
（第９の実施の形態）
以下、本第９の実施の形態に係る振動波モータの一形態として円環型振動波モータについて説明する。
【００７２】
図１１は、円環型振動波モータのロータの一部を切り取った斜視図である。
【００７３】
本第９の実施の形態は、振動子（不図示）に接触バネが設けられていない場合であり、ロータ１１２に周方向に分割された接触バネ１１２ａが設けられている。
【００７４】
そして、接触バネ１１２ａは、主に紙面の上下方向にたわみ得るフランジ状の薄肉の第一のバネ部１２２ａ、及び先端のマス部１２２ｂからなる。この場合も、接触バネ１１２ａは端部を有するので、フランジ状の第一のバネ部１２２ａの板厚ｔ（図１２に図示）を周方向中央部で最も小さく、両端に行くにしたがって大きくなるようにして、バネ定数が全領域でほぼ均一になるようにした（図１２の拡大斜視図参照）。
【００７５】
上記した第８の実施の形態と同様、ここでは板厚の工夫のみ述べたが、上記した第２から第６の実施の形態のようにバネ部の長さを変えてバネ定数を均一にしてもよいし、マス部１２２ｂの両端面付近を、振動子に接触しないように段差や面取りを設けてもよいし、マス部１２２ｂにもバネ性がある場合は上記した第７の実施の形態のようにしてもよい。
【００７６】
なお、振動波リニアモータの振動子に接触バネを設ける先行技術としては、特開平６−３１１７６５号公報の図６があげられるが、ここでは接触ツバの断面形状は均一であり本発明のような工夫は施されていない。また、回転型振動波モータの振動子に周方向に分割された接触バネを設ける先行技術としては、特開平８−１０３０８８号公報の図４（ｆ）や特開平１０−２４８２７４号公報があげられるが、ここでも断面形状は均一である。さらに、特開昭６１−２２４８８２号公報の図５では回転型振動波モータのロータに分割された接触バネが設けられているが、やはり断面形状は均一であり本発明のような工夫はなされていない。
【００７７】
また、上記した第１から第７の実施の形態においては、振動波リニアモータを用いて説明したが、第８又は第９の実施の形態のようにディスク型、あるいは円環型の振動波モータにも適用できることはいうまでもない。
【００７８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、振動体又は移動体に設けられた端部を有する接触バネの断面形状を工夫し、板厚を長手方向中央部で最も小さく両端部で徐々に大きくなるようにしたり、長さを長手方向中央部で最も長く両端部で徐々に短くなるようにしたりことによって、接触バネのバネ定数を全接触領域でほぼ均一にし、スムーズな駆動を可能にする。
【００７９】
また、接触バネの両端部間の長さより接触バネ先端の接触部の長さのほうを小さくして両端部付近が接触しないようにすることによっても、接触バネのバネ定数を全接触領域でほぼ均一にし、スムーズな駆動を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１の実施の形態の振動波リニアモータにおける棒状振動子の接触バネの拡大斜視図。
【図２】本発明に係る第２の実施の形態の振動波リニアモータにおける棒状振動子の接触バネの拡大斜視図。
【図３】本発明に係る第３の実施の形態の振動波リニアモータにおける棒状振動子の接触バネの拡大斜視図。
【図４】本発明に係る第４の実施の形態の振動波リニアモータにおける棒状振動子の接触バネの拡大斜視図。
【図５】本発明に係る第５の実施の形態の振動波リニアモータにおける棒状振動子の接触バネの拡大斜視図。
【図６】本発明に係る第６の実施の形態の振動波リニアモータにおける棒状振動子の接触バネの拡大斜視図。
【図７】本発明に係る第７の実施の形態の振動波リニアモータにおける棒状振動子の接触バネの拡大斜視図。
【図８】本発明に係る第８の実施の形態のディスク型振動波モータの一部を切り取った概略斜視図。
【図９】本発明に係る第８の実施の形態のディスク型振動波モータにおける振動子の接触バネの拡大斜視図。
【図１０】本発明に係る第８の実施の形態のディスク型振動波モータを積層した積層型振動波モータの概略断面図。
【図１１】本発明に係る第９の実施の形態の円環型振動波モータにおけるロータの一部を切り取った斜視図。
【図１２】本発明に係る第９の実施の形態の円環型振動波モータにおけるロータの接触バネの拡大斜視図。
【図１３】従来例の振動波リニアモータの概略断面図。
【図１４】従来例の振動波リニアモータの概略斜視図。
【図１５】従来例の振動波リニアモータにおける接触部の拡大断面図。
【図１６】従来例の振動波リニアモータにおける振動子の接触バネの荷重点の位置と荷重点変位との関係を示す解析結果を表す図。
【図１７】従来例の振動波リニアモータにおける振動子の接触バネのモデル図。
【符号の説明】
１・１０１ 振動子
１１・１１１ 積層圧電素子
９・１０・１９・２９・３９・４９・５９・６９・７９・１０９・１２９ 弾性体
９１・１９１・１９２・１９３・１９４・１９５・１９６・１９７・１０９ｂ振動子接触バネ
２ 移動体
１０２・１１２ ロータ
１１２ａ ロータ接触バネ
９１ａ・１９１ａ・１９２ａ・１９３ａ・１９４ａ・１９５ａ・１９６ａ・１９７ａ・１１９ａ・１２２ａ 第一のバネ部
１９４ｃ・１９５ｃ・１９６ｃ・１９７ｃ 第二のバネ部
９１ｂ・１９１ｂ・１９２ｂ・１９３ｂ・１９４ｂ・１９５ｂ・１９６ｂ・１１９ｂ・１２２ｂ マス部
５ 支持棒
６ 振動子ナット
７ 支持部材
１０３ 中空ナット
１０４ 支持板
１０５ 出力軸
１０７ａ・１０７ｂ ケース[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a vibration wave motor, and more particularly, to a shape of a contact spring of a vibrating body or a moving body of the vibration wave motor.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, vibration wave motors include a ring type, a disk type, and a rod type as a rotary type, and a plate type, a track type, and a rod type as a linear type.
[0003]
As a conventional example of the vibration wave motor, a linear motor mainly using a rod type motor will be described.
[0004]
In the vibration wave linear motor as shown in the schematic sectional view shown in FIG. 13 and the schematic perspective view shown in FIG. 14, the vibrator 1 serving as a vibration energy generator includes elastic bodies 9 and 10 made of metal or the like, And a laminated piezoelectric element 11 held between 9 and 10.
[0005]
The elastic body 9 is fitted to a support rod 5 serving as a skeletal member of the vibrator 1, and a vibrator nut 6 is screwed onto a screw portion 5 b of the support rod 5 and pressed by a large-diameter portion 5 a, thereby forming the elastic body 9. The laminated piezoelectric element 11 is sandwiched and held between the piezoelectric element 10 and the piezoelectric element 10.
[0006]
The support bar 5 is formed by a header process and a rolling process as disclosed in JP-A-10-337051.
[0007]
The elastic body 9 includes a square portion 9a and a cylindrical portion 9b, and a contact spring 91 is provided on the square portion 9a.
[0008]
As shown in an enlarged cross-sectional view of the contact portion (see FIG. 15), the contact spring 91 mainly includes a flange-shaped thin first spring portion 91a which can bend in the vertical direction of the drawing and a mass portion 91b at the tip. ing. The upper surface of the mass portion 91b is reduced in flatness and surface roughness by polishing.
[0009]
Such a vibrator 1 is supported by fixing a support member 7 fitted and fixed to a screw portion 5c of a support rod 5.
[0010]
Reference numeral 2 denotes a plate-shaped moving body made of metal or alumina ceramics, which is pressed against the upper surface of the mass portion 91b while suppressing flatness and surface roughness by polishing.
[0011]
The driving principle of the vibration wave linear motor will be described. The detailed description of the laminated piezoelectric element 11 is omitted.
[0012]
When a two-phase AC voltage is applied to the vibrating wave linear motor, the primary bending natural vibration in the direction horizontal to the paper and the direction perpendicular to the paper in FIG. When two vibrations are applied with a phase difference of 90 degrees in time, the vibrator 1 generates a clockwise or counterclockwise circular motion with respect to the longitudinal axis. Since the elastic body 9 has the circumferential groove 9c for expanding the displacement, a swinging motion as shown by an arrow in FIG. 13 occurs at the tip of the elastic body 9, and the contact surface (the upper surface of the mass portion 91b) is substantially perpendicular to the paper. Elliptical motion occurs in a simple plane. When the moving body 2 is brought into pressure contact with the vibrator 1, the moving body 2 comes into contact with the upper surface of the mass portion 91 b of the contact spring 91 of the elastic body 9 at only one location near the wave front, and the moving body 2 is opposite to the wave traveling direction. Moves in the direction.
[0013]
Also, the vibrator 1 is designed so that the support member 7 attached to the tip of the support rod 5 is also an integral system, and the eigenmode of the vibrator is such that the vibration amplitude of the support member 7 is very small. The contact spring 91 of the elastic body 9 has a natural frequency sufficiently higher than the driving frequency of the vibrator and is designed to follow the driving vibration.
[0014]
The elastic body 9 is made of heat-treated stainless steel to increase the hardness to increase wear resistance, and the moving body 2 is made of the same material as the elastic body 9 or alumina ceramics.
[0015]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, the moving body 2 comes into contact with the mass portion 91b of the contact spring 91 of the elastic body 9 at one place and moves linearly. The contact spring 91 does not have an annular closed shape like a contact spring of a rotor of a rotary vibration wave motor as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-224882. Therefore, the spring constant differs depending on the location.
[0016]
For example, FIG. 16 shows an analysis result of a distribution of load point displacement when a load as shown by an arrow in FIG. 14 is applied to the contact spring 91, and FIG. 17 shows a model diagram.
[0017]
In FIG. 16, the horizontal axis indicates the position in the driving direction, and the vertical axis indicates the displacement. As shown in FIG. 16, the displacement at both ends in the longitudinal direction is large. Therefore, the contact state between the contact spring 91 and the moving body 2 varies depending on the position of the wave front of the vibrator 1, and smooth driving may be difficult.
[0018]
Also, in FIG. 13, even when the moving body 2 is driven in the horizontal direction on the paper surface using the primary bending natural vibration in the horizontal direction on the paper surface and the primary expansion / contraction natural vibration in the horizontal direction on the paper surface, the contact spring 91 moves. The contact state of the body 2 differs depending on the position, and smooth driving may be difficult.
[0019]
Accordingly, it is an object of the present invention to solve the above-described problems, stabilize a contact state between a vibrating body of a vibration wave motor and a moving body, and enable smooth driving.
[0020]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 1 of the present application generates a circular or elliptical motion on the surface of the vibrating body by applying an electric signal to an electro-mechanical energy conversion element provided on the vibrating body. A vibration wave motor that frictionally drives a moving body pressed against the vibrating body, wherein the vibrating body or the moving body has a contact spring having an end in a driving direction and a spring constant being substantially uniform in all contact regions. It is characterized by the following.
[0021]
Specifically, the thickness of the spring portion of the contact spring is made thicker at both ends than at the center in the longitudinal direction, or the spring length is made shorter at both ends than at the center in the longitudinal direction. The spring constant is made substantially uniform in all contact areas, enabling smooth driving.
[0022]
Similarly, in order to solve the above problem, the invention according to claim 9 of the present application generates a circular or elliptical motion on the surface of the vibrating body by applying an electric signal to an electro-mechanical energy conversion element provided on the vibrating body. In the vibration wave motor that frictionally drives a moving body pressed against the vibrating body, the vibrating body or the moving body has a contact spring having an end in a driving direction, and the length between both ends of the contact spring is The length of the contact surface of the tip of the contact spring is shorter.
[0023]
In other words, by making the length of the contact portion at the tip shorter than the length between both ends of the contact spring so as not to make contact near both ends, the spring constant of the contact spring is made almost uniform in the entire contact area, Enables smooth driving.
[0024]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of a vibration wave motor according to the present invention will be described with reference to FIGS. Note that the exemplification in the present embodiment does not limit the present invention.
[0025]
(First Embodiment)
Hereinafter, a vibration wave linear motor using a rod-shaped vibrator will be described as one mode of the vibration wave motor according to the first embodiment.
[0026]
FIG. 1 is an enlarged perspective view of a contact spring of the vibration wave linear motor. FIG. 1 is a schematic perspective view of a conventional example viewed from the opposite side to FIG. 14, in which the contact surface with the moving body is on the lower side.
[0027]
In FIG. 1, the contact spring 191 provided on the elastic body 19 of the vibrator mainly includes a flange-shaped thin first spring portion 191a which can bend in the vertical direction of the drawing and a mass portion 191b at the tip. The plate thickness t1 of the first spring portion 191a is the smallest at the center in the longitudinal direction, and increases toward both ends.
[0028]
As a result, the spring constant of the contact spring 191 becomes relatively larger as compared with the conventional contact spring 19 toward both ends, and as a result, it becomes substantially uniform in all regions.
[0029]
If such a contact spring 191 is provided, the contact state between the contact spring 191 and the moving body does not differ depending on the position of the wave front of the vibrator, and stable driving can be always performed.
[0030]
(Second embodiment)
Hereinafter, a vibration wave linear motor using a rod-shaped vibrator will be described as one mode of the vibration wave motor according to the second embodiment.
[0031]
FIG. 2 is an enlarged perspective view of a contact spring of the vibration wave linear motor.
[0032]
In FIG. 2, the contact spring 192 provided on the elastic body 29 of the vibrator mainly includes a flange-shaped thin first spring portion 192a which can bend in the vertical direction of the drawing and a mass portion 192b at the tip. Although the plate thickness of the first spring portion 192a is uniform, the length L1 (shown) is the longest at the center in the longitudinal direction and becomes shorter toward both ends.
[0033]
Therefore, the spring constant of the contact spring 192 becomes relatively larger as compared with the conventional contact spring 19 toward both ends, and as a result, it becomes substantially uniform in all regions.
[0034]
If such a contact spring 192 is provided, the contact state between the contact spring 192 and the moving body 2 does not differ depending on the position of the wave front of the vibrator, and stable driving can be always performed.
[0035]
(Third embodiment)
Hereinafter, a vibration wave linear motor using a rod-shaped vibrator will be described as one mode of the vibration wave motor according to the third embodiment.
[0036]
FIG. 3 is an enlarged perspective view of a contact spring of the vibration wave linear motor.
[0037]
In FIG. 3, the contact spring 193 provided on the elastic body 39 of the vibrator mainly includes a flange-shaped thin first spring portion 193a that can bend in the vertical direction of the drawing and a mass portion 193b at the tip. By providing step portions 193c at both ends of the leading end mass portion 193b, the contact spring 193 is prevented from contacting the moving body at both ends where the spring constant is particularly small.
[0038]
By doing so, in the region in contact with the moving body, the spring constant becomes substantially the same level, and stable driving becomes possible. Note that the shape of the step portion 193c may be chamfered, rounded, or the like.
[0039]
(Fourth embodiment)
Hereinafter, a vibration wave linear motor using a rod-shaped vibrator will be described as one mode of the vibration wave motor according to the fourth embodiment.
[0040]
FIG. 4 is an enlarged perspective view of a contact spring of the vibration wave linear motor.
[0041]
In FIG. 4, a contact spring 194 provided on the elastic body 49 of the vibrator mainly has a flange-shaped first spring portion 194a that can bend in the vertical direction of the drawing and a vertical spring that can bend mainly in the horizontal direction of the drawing. It comprises a second spring portion 194c extending and a mass portion 194b at the tip, and the plate thickness t1 (illustration) of the first spring portion 194a is the smallest at the center in the longitudinal direction, and increases toward both ends. . At the same time, the length L2 (shown) of the second spring portion 194c is the longest at the center in the longitudinal direction, and becomes shorter toward both ends.
[0042]
By doing so, the spring constant of the contact spring 194 is substantially uniform in all regions in the longitudinal direction, and stable driving is possible.
[0043]
Here, the spring constant of the contact spring is adjusted by devising the cross-sectional shapes of both the first spring portion 194a and the second spring portion 194c, but only the cross-sectional shape of one of the spring portions changes. Then, the spring constant can be adjusted.
[0044]
(Fifth embodiment)
Hereinafter, a vibration wave linear motor using a rod-shaped vibrator will be described as one mode of the vibration wave motor according to the fifth embodiment.
[0045]
FIG. 5 is an enlarged perspective view of a contact spring of the vibration wave linear motor.
[0046]
In FIG. 5, a contact spring 195 provided on an elastic body 59 of a vibrator mainly has a flange-shaped first spring portion 195a that can bend in the vertical direction of the drawing and a vertical spring that can bend mainly in the horizontal direction of the drawing. It comprises a second spring portion 195c extending and a mass portion 195b at the tip. The length L1 (illustration) of the first spring portion 195a is the longest at the center in the longitudinal direction, and becomes shorter toward both ends. . At the same time, the plate thickness t2 (shown) of the second spring portion 195c is the smallest at the center in the longitudinal direction, and increases toward both ends.
[0047]
By doing so, the spring constant of the contact spring 195 is substantially uniform in all regions in the longitudinal direction, and stable driving is possible.
[0048]
Here, the spring constant of the contact spring 195 is adjusted by devising the cross-sectional shapes of both the first spring portion 195a and the second spring portion 195c. The spring constant can also be adjusted by changing it.
[0049]
(Sixth embodiment)
Hereinafter, a vibration wave linear motor using a rod-shaped vibrator will be described as one mode of the vibration wave motor according to the sixth embodiment.
[0050]
FIG. 6 is an enlarged perspective view of a contact spring of the vibration wave linear motor.
[0051]
In FIG. 6, a contact spring 196 provided on the elastic body 69 of the vibrator mainly has a flange-shaped first spring portion 196a which can bend in the vertical direction of the drawing and a vertical spring which can bend mainly in the horizontal direction of the drawing. It comprises a second spring portion 196c extending and a mass portion 196b at the tip. By providing step portions 296b at both ends of the mass portion 196b at the tip, the spring constant of the contact spring 196 is particularly small at both ends so as to allow the movable member Avoid contact.
[0052]
By doing so, in the region in contact with the moving body, the spring constant becomes substantially the same level, and stable driving becomes possible. The shape of the step portion 296b may be chamfered or rounded.
[0053]
(Seventh embodiment)
Hereinafter, a vibration wave linear motor using a rod-shaped vibrator will be described as one mode of the vibration wave motor according to the seventh embodiment.
[0054]
FIG. 7 is an enlarged perspective view of a contact spring of the vibration wave linear motor.
[0055]
In FIG. 7, a contact spring 197 provided on an elastic body 79 of the vibrator mainly has a flange-shaped first spring portion 197a that can bend in the vertical direction on the paper surface, and a top and bottom that can bend mainly in the horizontal direction on the paper surface. The second spring portion 197c extends in the direction, and has a shape obtained by adding a spring property as a second spring portion to the tip mass portions 191b, 192b, 193b in FIGS. 1 to 3 described above.
[0056]
In the seventh embodiment, the plate thickness t2 of the second spring portion 197c is the smallest at the center in the longitudinal direction and is increased toward both ends, so that the spring constant of the contact spring 197 is in all regions in the longitudinal direction. , And stable driving becomes possible.
[0057]
The configurations of the above-described first to sixth embodiments can be applied to only the first spring portion 197a, or to the first spring portion 197a and the second spring portion 197c.
[0058]
(Eighth embodiment)
Hereinafter, a disk type vibration wave motor will be described as one mode of the vibration wave motor according to the eighth embodiment.
[0059]
FIG. 8 is a schematic perspective view in which a part of the disk-type vibration wave motor is cut out.
[0060]
In FIG. 8, the vibrator 101 includes two elastic bodies 109 and a laminated piezoelectric element 111. The elastic body 109 is screwed to the hollow bolt 103 to sandwich the laminated piezoelectric element 111.
[0061]
Reference numeral 102 denotes a disk-shaped rotor which is pressed against the elastic body 109 by pressing means (not shown).
[0062]
The elastic body 109 is formed by, for example, reducing the thickness of the outer peripheral portion by pressing, punching out, and then bending the outer peripheral portion to form a main body portion 109a that is a joint portion with the piezoelectric element 111 and a rigid disk-shaped rotor 102. And a contact spring portion 109b for making flexible contact.
[0063]
Then, by causing the laminated piezoelectric element 111 to expand and contract in the axial direction, an out-of-plane mode progressive vibration wave is generated in the contact spring portion 109b, and the rotor 102 in pressure contact with the wave front rotates.
[0064]
The contact spring 109b mainly includes a flange-shaped thin first spring portion 119a which can bend in the vertical direction of the drawing and a mass portion 119b at the tip.
[0065]
Here, the main body 109a of the elastic body 109 needs a certain thickness in order to output power. Therefore, when the elastic body 109 is formed by pressing, there is a limit to reducing the thickness by crushing the outer peripheral portion of the disk-shaped plate having a certain thickness, and the plate of the flange-shaped first spring portion 119a is limited. In some cases, the thickness cannot be made too thin, and the spring constant becomes considerably large, making design difficult.
[0066]
Therefore, in the present invention, the spring constant is reduced by providing the slit 119c and dividing the slit in the circumferential direction. At the same time, the mass portion 119b at the tip increases the feed speed in the drive direction (circumferential direction), and can also serve as a lever to increase the rotation speed.
[0067]
As described above, since the contact spring 119a has end portions divided in the circumferential direction, as shown in FIG. 9, the plate thickness t (illustration) of the flange-like spring portion 119a is smallest at the center in the circumferential direction, The spring constant is made substantially uniform over the entire region by increasing the value as the value goes.
[0068]
This type of vibration wave motor may be laminated as shown in the cross-sectional view of FIG. 10 to increase the output, and since the rotor is a disk, the axial dimension can be made smaller than the laminated one.
[0069]
In FIG. 10, reference numeral 104 denotes a vibrator support plate, 105 denotes an output shaft that rotates together with the rotor 102, and 107a and 107b denote cases.
[0070]
Here, only the device of the plate thickness has been described, but the length of the spring portion may be changed to make the spring constant uniform as in the above-described second to sixth embodiments, or both ends of the mass portion 119b may be used. A step or a chamfer may be provided near the surface so as not to contact the rotor. When the mass portion 119b also has a spring property, it may be configured as in the above-described seventh embodiment.
[0071]
(Ninth embodiment)
Hereinafter, an annular vibration wave motor will be described as one form of the vibration wave motor according to the ninth embodiment.
[0072]
FIG. 11 is a perspective view in which a part of the rotor of the annular vibration wave motor is cut out.
[0073]
The ninth embodiment is a case where a contact spring is not provided on a vibrator (not shown), and a rotor 112 is provided with a contact spring 112a divided in a circumferential direction.
[0074]
The contact spring 112a mainly includes a flange-shaped thin first spring portion 122a that can bend in the vertical direction of the drawing and a mass portion 122b at the tip. Also in this case, since the contact spring 112a has an end portion, the plate thickness t (shown in FIG. 12) of the first spring portion 122a having a flange shape is the smallest at the center in the circumferential direction, and becomes larger toward both ends. Thus, the spring constant was made substantially uniform in all regions (see an enlarged perspective view of FIG. 12).
[0075]
As in the above-described eighth embodiment, only the device thickness is described here. However, as in the above-described second to sixth embodiments, the length of the spring portion is changed to make the spring constant uniform. Alternatively, a step or a chamfer may be provided near both end surfaces of the mass portion 122b so as not to contact the vibrator, and when the mass portion 122b also has a spring property, the above-described seventh embodiment is used. You may do so.
[0076]
As a prior art in which a contact spring is provided on a vibrator of a vibration wave linear motor, FIG. 6 of Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-311765 can be cited. In this case, the cross-sectional shape of the contact flange is uniform, as in the present invention. No ingenuity has been applied. Further, as a prior art in which a contact spring divided in a circumferential direction is provided on a vibrator of a rotary vibration wave motor, FIG. 4 (f) of JP-A-8-103088 and JP-A-10-248274 are cited. However, here also the cross-sectional shape is uniform. Further, in FIG. 5 of JP-A-61-224882, a divided contact spring is provided on the rotor of the rotary vibration wave motor, but the sectional shape is uniform and the invention is devised as in the present invention. Absent.
[0077]
In the first to seventh embodiments described above, the vibration wave linear motor has been described. However, as in the eighth or ninth embodiment, a disk-type or annular-type vibration wave motor is used. Needless to say, it can be applied to
[0078]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the cross-sectional shape of the contact spring having an end provided on the vibrating body or the moving body is devised, and the plate thickness is smallest at the center in the longitudinal direction and gradually increased at both ends. In this case, the spring constant of the contact spring is made substantially uniform in the entire contact area, and smooth driving is enabled.
[0079]
Also, by making the length of the contact portion at the tip end of the contact spring smaller than the length between both end portions of the contact spring so that the vicinity of both end portions does not contact, the spring constant of the contact spring can be substantially reduced in the entire contact area. Makes uniform and smooth driving possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an enlarged perspective view of a contact spring of a rod-shaped vibrator in a vibration wave linear motor according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an enlarged perspective view of a contact spring of a rod-shaped vibrator in a vibration wave linear motor according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an enlarged perspective view of a contact spring of a rod-shaped vibrator in a vibration wave linear motor according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 4 is an enlarged perspective view of a contact spring of a rod-shaped vibrator in a vibration wave linear motor according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 5 is an enlarged perspective view of a contact spring of a rod-shaped vibrator in a vibration wave linear motor according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 6 is an enlarged perspective view of a contact spring of a rod-shaped vibrator in a vibration wave linear motor according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is an enlarged perspective view of a contact spring of a rod-shaped vibrator in a vibration wave linear motor according to a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a schematic perspective view in which a part of a disk-type vibration wave motor according to an eighth embodiment of the present invention is cut away.
FIG. 9 is an enlarged perspective view of a contact spring of a vibrator in a disk type vibration wave motor according to an eighth embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a schematic sectional view of a laminated vibration wave motor in which disk-type vibration wave motors according to an eighth embodiment of the present invention are laminated.
FIG. 11 is a perspective view of a ring-shaped vibration wave motor according to a ninth embodiment of the present invention, in which a part of a rotor is cut away.
FIG. 12 is an enlarged perspective view of a contact spring of a rotor in an annular vibration wave motor according to a ninth embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a schematic sectional view of a conventional vibration wave linear motor.
FIG. 14 is a schematic perspective view of a conventional vibration wave linear motor.
FIG. 15 is an enlarged sectional view of a contact portion in a conventional vibration wave linear motor.
FIG. 16 is a diagram showing an analysis result showing a relationship between a position of a load point of a contact spring of a vibrator and a load point displacement in a vibration wave linear motor of a conventional example.
FIG. 17 is a model diagram of a contact spring of a vibrator in a conventional vibration wave linear motor.
[Explanation of symbols]
1.101 vibrator 11.111 laminated piezoelectric element 9.10.19.29.39.49.59.69.79.109.129 elastic body 91.191.192.193.194.195.196.197. 109b vibrator contact spring 2 moving body 102/112 rotor 112a rotor contact spring 91a / 191a / 192a / 193a / 194a / 195a / 196a / 197a / 119a / 122a first spring portion 194c / 195c / 196c / 197c second Spring part 91b, 191b, 192b, 193b, 194b, 195b, 196b, 119b, 122b Mass part 5 Support rod 6 Transducer nut 7 Support member 103 Hollow nut 104 Support plate 105 Output shaft 107a 107b Case
