JP2006288060A

JP2006288060A - 振動波駆動装置及び該振動波駆動装置を備える機器

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Publication number: JP2006288060A
Application number: JP2005103820A
Authority: JP
Inventors: Takao Mori; 敬夫森
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2005-03-31
Filing date: 2005-03-31
Publication date: 2006-10-19
Anticipated expiration: 2025-03-31
Also published as: JP4724448B2

Abstract

【課題】本発明は、部品点数を増やすことなく耐久性を向上させることができる振動波駆動装置を提供する。
【解決手段】振動体及び接触体の一方における接触部に固定された摩擦部材１１は、摩擦部材１１の周方向において複数の摩擦部材要素に分割され、複数の摩擦部材要素は、振動体及び接触体の他方における接触部と接触する複数の接触面を夫々有し、独立したばね性により接触面の法線方向及び摩擦部材の径方向に夫々変形可能である。
【選択図】図１

Description

本発明は、振動波駆動装置及び該振動波駆動装置を備える機器に関する。

振動波駆動装置としての振動波モータ等は、駆動振動が形成される円形の振動体と、振動体に加圧接触する円形の接触体とを備え、振動体の駆動振動により振動体に対して接触体を相対的に移動させることにより駆動力を得る。

振動体は、一般に、弾性体と、この弾性体上に配置された電気−機械エネルギー変換素子としての圧電素子とにより構成される。例えば、弾性体に対して空間的に互いに９０°の位相差を持った位置に２つの駆動相を有する圧電素子を配置し、この２つの駆動相に互いに９０°の位相差を持つ２相の交番信号を印加することによって弾性体上に２つの曲げ振動を発生させる。この２つの曲げ振動の合成により得られた駆動振動により、振動体に対して接触体を相対的に移動させる。振動体及び接触体の少なくとも一方における接触部には、適切な摩擦力を得るための円形の摩擦部材が接着、塗布、又は形成されている。

この摩擦部材の接触面は、円周方向に連続体であり周長が変化しないので、振動の入力により接触面の形状が歪む。この歪みにより接触面がねじれると、磨耗の増大、摺動損失の増加、及び鳴き発生等の原因になる。

そこで、板金プレス加工を利用して、図１２に示すように、摩擦部材を複数の摩擦部材要素に分割して、それぞれの摩擦部材要素が独立して変形することがきるように形成した振動波駆動装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

図１２において、この振動波駆動装置は、駆動振動が形成される円形の振動体３（図１３を参照）と、振動体に加圧接触する円形の接触体５（図１３を参照）とを備え、振動体３における接触部に、適切な摩擦力を得るための円形の摩擦部材２が形成されている。摩擦部材２は、円周方向においてスリットにより複数の摩擦部材要素に分割されているので、接触面の形状の歪みを防止することができる。また、摩擦部材２は、図１３に示すように、振動体３において同心円上に複数配置されているので、摩擦部材２と接触体５との接触面積が広く、接触面圧が低いので、振動波駆動装置の耐久性が高い。
特開２００２−３１５３６４号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載された振動波駆動装置において、個々の摩擦部材２は、図１４（ｂ）に示すように、外周付近の限られた部分でのみ接触体５と強く接触している。振動波駆動装置の耐久性を向上させるために、摩擦部材２と接触体５との接触面積を広くするためには、図１４（ａ）に示すように、同心円上に配置された摩擦部材２の数を増やさなければならない。

振動波駆動装置において、積層される部品の加工精度、特に嵌合面の加工精度は、摩擦部材２の静的及び動的な剛性に大きく影響し、振動波駆動装置の性能に反映される。従って、大量生産の場合は積層される部品の点数を増やすことは好ましくない。

本発明の目的は、部品点数を増やすことなく耐久性を向上させることができる振動波駆動装置及び該振動波駆動装置を備える機器を提供することにある。

上述の目的を達成するために、請求項１記載の振動波駆動装置は、駆動振動が形成される振動体と、前記振動体に加圧接触する接触体と、前記振動体及び前記接触体の一方における接触部に固定された円形の摩擦部材とを備え、前記駆動振動により前記振動体に対して前記接触体を相対的に移動させる振動波駆動装置において、前記摩擦部材は、前記摩擦部材の周方向において複数の摩擦部材要素に分割され、前記複数の摩擦部材要素は、前記振動体及び前記接触体の他方における接触部と接触する複数の接触面を夫々有し、独立したばね性により前記接触面の法線方向及び前記摩擦部材の径方向に夫々変形可能であることを特徴とする。

本発明によれば、振動体及び接触体の一方における接触部に固定された円形の摩擦部材は、摩擦部材の周方向において複数の摩擦部材要素に分割され、複数の摩擦部材要素は、振動体及び接触体の他方における接触部と接触する複数の接触面を夫々有し、独立したばね性により接触面の法線方向及び摩擦部材の径方向に変形可能であるので、部品点数を増やすことなく耐久性を向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳述する。

本発明の実施の形態に係る振動波駆動装置としての振動波モータは、駆動振動が形成される円形の振動体と、振動体に加圧接触する円形の接触体とを有する。ここで、振動体と接触体の接触部が円形であれば、振動体と接触体は必ずしも円形でなくてもよい。振動体は、弾性体と、この弾性体上に配置された電気−機械エネルギー変換素子とを備え、電気−機械エネルギー変換素子を駆動源として弾性体に駆動振動を形成する。この振動体の駆動振動により振動体に対して接触体を相対的に移動させることにより駆動力が得られる。振動体及び接触体の少なくとも一方における接触部には、適切な摩擦力を得るための円形の後述する図１の摩擦部材が形成されている。

図１は、本発明の実施の形態に係る振動波駆動装置の摩擦部材の部分斜視図である。

図１において、矢印Ａは摩擦部材の周方向、矢印Ｂは摩擦部材の径方向を示す。このことは、他の図面において同様である。

摩擦部材１１は、放射状に複数の摩擦部材要素に分割されている。本図では、５個の摩擦部材要素を図示している。個々の摩擦部材要素は、２つの接触面を含む両持ち梁状弾性部１２と、両持ち梁状弾性部１２を支持する支持部１３と、２つの接触面を連結する連結部１４とから構成される。摩擦部材１１の固定部１５は、接着剤による接着、金属ろう付け、溶接、圧入、焼きバメ等により、基部１６に接合されている。

摩擦部材要素は、独立したばね性により接触面の法線方向（以下、「軸方向」という）と径方向に変形可能である。軸方向の変形量は、内径側及び外径側の固定部１５から張出した部分の剛性により管理され、相対する接触面同士の接触領域を決めるパラメータである。

軸方向の剛性が高すぎると、接触体が跳躍し、接触が不安定になり異音を発生する。軸方向の剛性が低すぎると、必要な回転数が得られず、十分な出力を得るために過大な入力を要する。そのため、安定した接触を得るために、軸方向の剛性を適切に管理することが重要である。

また、径方向の変形量は、接触面の周縁から垂直な方向に延出した部分の剛性により管理され、相対する接触面の振動方向（即ち、軸方向振幅と径方向振幅により得られる質点移動方向）に略一致させることで、接触面同士の径方向滑りを減少させ安定した接触を得ることができる。

両持ち梁状弾性部１２、支持部１３、及び連結部１４は、固定部１５間の連続体であるため、設計においては静的及び動的な有限要素解析により、それぞれの挙動と影響を総合的に把握することが必須である。

摩擦部材１１が周方向に分割されることにより、磨耗粉が開口部を通過して排出される。また、基部１６や摩擦部材１１の接触面以外の面に粘着性の物質を塗布することにより、磨耗粉が粘着性の物質に定着し、磨耗粉が外部へ排出されるのを防止することができる。

摩擦部材１１は、厚さ０．１ｍｍのマルテンサイト系ステンレスの板材を材料として、プレス加工により製造される。まず、丸板に放射状のスリットを接触面側から打ち抜く。接触面側から打ち抜くことで発生したエッジ部のダレにより、エッジ部の応力の集中を緩和することができる。次に、接触面とは反対側から軸方向にしごき加工を施すことにより、固定部１５と接触面の段差を成形する。

図１の構成によれば、摩擦部材１１は、放射状に複数の摩擦部材要素に分割され、個々の摩擦部材要素は、２つの接触面を有し、独立したばね性により軸方向と径方向に変形可能であるので、部品点数を増やすことなく耐久性を向上させることができる。

図２は、図１の摩擦部材１１の第１の変形例の部分斜視図である。

図２の摩擦部材１１は、連結部１４と基部１６の間に設けられた緩衝部材１７を有する点で図１の摩擦部材１１と異なる。

緩衝部材１７は、樹脂等の粘性減衰を有する材料から成り、摩擦部材１１に発生した不要な振動を吸収する。緩衝部材１７は、支持部１３と基部１６の間に設置されてもよく、接触面以外の面に塗布されてもよい。

両持ち梁状弾性部１２の２つの接触面は、外径側の接触面の変位方向（矢印Ｃ）が、内径側の接触面の変位方向（矢印Ｄ）より接触面に垂直な方向になるように管理されている。具体的な設計値は、入力される振動波によって変化する。接触面の変位方向は、両持ち梁状弾性部１２の接触面と支持部１３の成す角度をパラメータとして管理されている。なお、接触面の変位方向は、摩擦部材１１の板厚又は連結部１４の形状により管理されてもよい。

接触面の内径側で支持される一般的な振動体の場合、径が大きい位置ほど振動波振幅が大きくなるため、径方向張り出し部の長さによって内径側の剛性を外径側よりも大きくしている。

図２の構成によれば、外径側の接触面の変位方向（矢印Ｃ）が、内径側の接触面の変位方向（矢印Ｄ）より接触面に垂直な方向になるように管理されているので、接触面同士の径方向滑りを減少させ安定した接触を得ることができる。

図３は、図１の摩擦部材１１の第２の変形例の部分斜視図である。

図３の摩擦部材１１は、摩擦部材要素が周方向に複数の接触面を有する点で図１の摩擦部材１１と異なる。

摩擦部材要素は、両持ち梁状弾性部１２の周方向に片持ち梁状の張出し部３１を有しているので、摩擦部材要素が周方向に分割されていることによる断続的な接触により、摩擦部材要素が破壊されるのを防止することができる。摩擦部材１１は、複雑な形状を有しているが、図１の摩擦部材１１と同様に、打ち抜き工程、及びしごき加工工程の２工程で製造することができる。

図３の構成によれば、周方向に複数の接触面を有しているので、相対する接触面の入力振動波に倣った歪みを発生しやすくなり、応力の集中を緩和することができる。さらに、径方向の接触面積を広くすることができる。

図４は、図１の摩擦部材１１の第３の変形例の部分斜視図である。

図４の摩擦部材１１は、連結部１４が円弧状である点で図１の摩擦部材１１と異なる。

摩擦部材要素は、径方向に複数の接触面を有する。連結部１４の円弧の曲率、及び円弧の軸方向位置は、しごき加工における雌型の形状により操作する。

図４の構成によれば、円弧状の連結部１４の円弧の曲率、及び円弧の軸方向位置を操作することにより、複数の接触面の振動方向を管理することができる。

図５は、図１の摩擦部材１１の第４の変形例の部分斜視図である。

図５の摩擦部材１１は、連結部１４が接触面と同じ面内に配置されている点で図１の摩擦部材１１と異なる。支持部１３と連結部１４は、軸方向と径方向のばね性を有する。

図５の構成によれば、連結部１４が接触面と同じ面内に配置されているので、しごき加工が不要であり、打ち抜き加工のみで摩擦部材を成形することができる。

図６及び図７は、図１の摩擦部材１１の第５の変形例の部分斜視図である。

図６及び図７の摩擦部材１１は、２列の接触面群がリング連結部６１により固定されている点で図１の摩擦部材１１と異なる。

それぞれ放射状に分割された２列の接触面群が、同心円上に互いに周方向にずれた位置に配置されて、リング連結部６１により固定されることにより、摩擦部材１１は、周方向及び径方向の両方に複数の接触面を有する。

図６及び図７の構成によれば、２列の接触面群が周方向に互いにずれた位置に配置されているので、接触が断続的にならず安定した接触を得ることができる。

図８は、図１の摩擦部材１１の第６の変形例の部分斜視図である。

図８の摩擦部材１１は、２つの摩擦部材１１ａ及び１１ｂから構成されている点で図１の摩擦部材１１と異なる。

摩擦部材１１ａ及び１１ｂは、摩擦部材要素の位置が周方向において互いに重ならないように積層されている。

放射状のスリットを打ち抜く雄型は、数万回の使用に耐える耐久性を確保するために、ある程度の強度を有する必要がある。一方、接触面積を増やすためには摩擦部材のスリット幅を細くすることが望ましいが、雄型に十分な厚みがないと、雄型の強度や耐久性が著しく低下する。

図８の構成によれば、２つの摩擦部材を摩擦部材要素の位置をずらして積層するので、それぞれの摩擦部材のスリット幅を広げることが可能であり、雄型の十分な強度を確保することができる。

図９は、図１の摩擦部材１１の第７の変形例の部分斜視図である。

図９の摩擦部材１１は、摩擦部材１１に積層された補強部材９１を有する点で図１の摩擦部材１１と異なる。

補強部材９１は、摩擦部材１１を補強する役割を果たす。補強部材９１は１つに限らず、複数であってもよい。

図９の構成によれば、一定の厚みの平板から摩擦部材を製造する場合において、所望の剛性が得られないときに、簡単な方法で摩擦部材の剛性を調節することができる。

図１０及び図１１は、図１の摩擦部材１１の第８の変形例の部分斜視図である。

図１０及び図１１の摩擦部材１１は、接触面が複数の異なる同心円上に配置されている点で図１の摩擦部材１１と異なる。

摩擦部材１１は、２つの摩擦部材１１ａ及び１１ｂから構成されている。摩擦部材１１ａは、内周側及び外周側の２つの同心円上に配置された２列の接触面を有し、摩擦部材１１ｂは、摩擦部材１１ａの２列の接触面を跨ぐように配置された１列の接触面を有する。なお、接触面が複数の異なる同心円上に配置されていれば、摩擦部材は単板構造であってもよい。図１１に示すように、摩擦部材１１の接触面は、当接される摩擦部材１１´の接触面に径方向において全領域で接触する。

摩擦部材１１の接触面の硬度は、当接される摩擦部材１１´の接触面の硬度より高く設定しているので、摩擦部材１１の接触面の磨耗量はごく微量である。そのため、振動波駆動装置の性能劣化の主な原因は、当接される摩擦部材１１´の磨耗による接触面性状、例えば平面度等の劣化である。

図１０及び図１１の構成によれば、摩擦部材１１の接触面は、当接される摩擦部材１１´の接触面に径方向において全領域で接触するので、摩擦部材１１´の磨耗による影響を緩和し、振動波駆動装置の性能劣化を防止することができる。

本発明の実施の形態に係る振動波駆動装置の摩擦部材の部分斜視図である。図１の摩擦部材の第１の変形例の部分斜視図である。図１の摩擦部材の第２の変形例の部分斜視図である。図１の摩擦部材の第３の変形例の部分斜視図である。図１の摩擦部材の第４の変形例の部分斜視図である。図１の摩擦部材の第５の変形例の部分斜視図である。図１の摩擦部材の第５の変形例の部分斜視図である。図１の摩擦部材の第６の変形例の部分斜視図である。図１の摩擦部材の第７の変形例の部分斜視図である。図１の摩擦部材の第８の変形例の部分斜視図である。図１の摩擦部材の第８の変形例の部分斜視図である。従来の振動波駆動装置の摩擦部材の形状を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は部分断面図である。図１２の摩擦部材の断面図である。図１２の摩擦部材の断面図であり、（ａ）は全体図、（ｂ）は部分拡大図である。

符号の説明

１１摩擦部材
１２両持ち梁状弾性部
１３支持部
１４連結部
１５固定部

Claims

駆動振動が形成される振動体と、前記振動体に加圧接触する接触体と、前記振動体及び前記接触体の一方における接触部に固定された円形の摩擦部材とを備え、前記駆動振動により前記振動体に対して前記接触体を相対的に移動させる振動波駆動装置において、前記摩擦部材は、前記摩擦部材の周方向において複数の摩擦部材要素に分割され、前記複数の摩擦部材要素は、前記振動体及び前記接触体の他方における接触部と接触する複数の接触面を夫々有し、独立したばね性により前記接触面の法線方向及び前記摩擦部材の径方向に夫々変形可能であることを特徴とする振動波駆動装置。
前記摩擦部材要素は前記接触面を含む両持ち梁状弾性部、前記接触面を支持する支持部、及び前記複数の接触面を連結する連結部からなることを特徴とする請求項１記載の振動波駆動装置。
前記複数の摩擦部材要素は、周方向に複数の接触面を夫々有することを特徴とする請求項１又は２記載の振動波駆動装置。
前記複数の摩擦部材要素は、径方向に複数の接触面を夫々有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の振動波駆動装置。
前記摩擦部材を複数備え、前記複数の摩擦部材は、前記摩擦部材要素の位置が互いに重ならないように積層されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の振動波駆動装置。
前記摩擦部材に積層された少なくとも１つの補強部材を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の振動波駆動装置。
前記接触面は、複数の異なる同心円上に配置され、前記駆動振動により径方向の全領域において前記振動体及び前記接触体の他方における接触部と接触することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の振動波駆動装置。
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の振動波駆動装置と、前記駆動振動により前記振動体に対して前記接触体を相対的に移動させることにより得られた駆動力により駆動される被駆動体とを備えることを特徴とする機器。