JP2009165231A - 振動波駆動装置およびそれを用いる装置 - Google Patents

Abstract

【課題】駆動振動波の次数と不要振動波の次数の関係に拘わらず、駆動振動波の発生に大きな影響を及ぼすことなく、不要振動波の発生を抑制することができる振動波駆動装置を提供する。
【解決手段】振動モータＭの振動体１の一方の端面（上面）には、内部から外部に向けて放射状に伸びる複数の溝１ａが形成されており、振動体１における溝１ａ間の部位は、ロータ３と加圧接触する突起１ｂを構成する。各溝１ａは、深さｔａが１つの正弦波曲線に沿って変化するように形成されている。また、溝１ａがそれぞれ形成されている部位１ｃは、主に曲げ振動が生じる部位を構成する。各溝１ａの深さｔａが１つの正弦波曲線に沿って変化するので、これにより、各部位１ｃの厚さｔｃは、１つの正弦波曲線に沿って変化する。
【選択図】図２

Description

本発明は、振動体に予め設定された次数の曲げ振動波を駆動振動波として励起させ、該振動体に励起された駆動振動波によって移動子を駆動する振動波駆動装置およびそれを用いる装置に関する。

振動波駆動装置の１つとして、振動波モータがある。この振動波モータは、予め設定された次数ｍ（ｍは１以上の整数）の曲げ振動波を駆動振動波（進行性振動波）として励起させ、該振動体に励起された駆動振動波によって移動子を駆動するものである。ｍ次の曲げ振動波とは、波の数がｍ個である曲げ振動波をいう。ここで、振動体と移動子が互いに接触する接触面の精度の低さ、振動体に発生する機械的振動のむら、振動体と移動子の接触圧力の分布の不均一さなどの要因により、予め設定された次数ｍの曲げ振動波（駆動振動波）以外の曲げ振動波いわゆる不要振動波が発生する場合がある。この不要振動波は、異音の発生、出力の低下などを引き起こす原因になる。

そこで、不要振動波の発生を低減するために、振動体に対して、曲げ剛性が他の部位と異なる部位を設ける構成が提案されている（例えば特許文献１参照）。また、曲げ剛性に差を設け、曲げ剛性が他に比較して低い部位を所定の角度範囲にわたって設ける構成が提案されている（例えば特許文献２参照）。

上記振動体に対して曲げ剛性が他の部位と異なる部位を設ける構成が用いられている振動波モータについて図１８を参照しながら具体的に説明する。図１８は従来の振動波モータの主要部の分解斜視図である。

振動波モータは、図１８に示すように、リング状の圧電素子１０２（電気機械エネルギ変換素子）が接着され、リング状の弾性部材からなる振動体１０１を備える。振動体１０１は、上記圧電素子１０２と共働して振動子を構成する。振動体１０１には、深さｈ１を有する複数の溝１０１ａが形成されており、溝１０１ａ間の部位１０１ｃは、振動および振幅を拡大するための突起を構成する。上記部位１０１ｃ即ち突起１０１ｃは、移動子（図示せず）と加圧接触されている。

振動体１０１には、圧電素子１０２への電圧印加により、７次の曲げ振動波（波の数が７個である曲げ振動波）が駆動振動波として励起される。各突起１０１ｃと加圧接触されている移動子（図示せず）は、振動体１０１に励起された駆動振動波により回転駆動される。

上記振動波モータにおいて、複数の溝１０１ａには、異なる深さを有する所定の数の溝１０１ｂが含まれる。各溝１０１ｂは、騒音の発生の可能性がある不要振動波、例えば３次の曲げ振動波が進行性の振動波として励起されることを低減させるためのものである。

ここで、各溝１０１ｂは、３次の曲げ振動波の波長λの整数倍またはその１／２の整数倍の位置に配置される。即ち、各溝１０１ｂが振動体１０１の周方向にθ＝π／３（ｒａｄ）の角度ピッチで配置されており、その数は６つである。また、各溝１０１ａ，１０１ｂの深さｈ１，ｈ２は、ｈ２＞ｈ１の関係を満足する。よって、溝１０１ｂがそれぞれ形成されている６つの部位の曲げ剛性は、溝１０１ａが形成されている部位の曲げ剛性より小さくなる。

３次の曲げ振動波が振動体１０１に生ずる際には、この３次の曲げ振動の振動の腹および節は、それぞれリング状の弾性体１の周方向に沿って６箇所にほぼ等間隔で位置する。つまり、前記３次の曲げ振動波の発生位置によっては、６箇所の溝１０１ｂと６箇所の振動の腹の位置がすべて一致する場合や、６箇所の溝１０１ｂと６箇所の振動の節の位置がすべて一致する場合が起こる。振動の腹は、曲げ振動変位の極大値をとる位置であるとともに、曲げ変形の極大値をとる位置である。そのため、６箇所の溝１０１ｂと６箇所の振動の腹の位置がすべて一致する場合は、振動波の固有振動数が低くなる。６箇所の溝１０１ｂと６箇所の振動の節の位置がすべて一致する場合は、振動の節は曲げ変形が零となる位置であるため、固有振動数があまり変化しない。

この３次の振動波が進行性振動波として励起するには、６箇所の溝１０１ｂと６箇所の振動の腹の位置がすべて一致する定在波振動と、６箇所の溝１０１ｂと６箇所の振動の節の位置がすべて一致する定在波振動が同時に、同じ周波数にて発生すること必要である。そのため、２つの固有振動数を異ならしめた図１８の構成では、３次の曲げ振動の自励振動が、進行性の振動波として生じ振動子を一方向に伝播する場合、３次の曲げ振動波は、進行性振動波として励起されず、不要振動波である３次の曲げ振動波の発生が抑制される。
特開平２−２１４４７７号公報 特開平３−１４５９７４号公報

しかしながら、上述した従来の不要振動波の発生を低減するための構成は、駆動振動波となる曲げ振動波の次数が不要振動波の次数の倍数であると、当該駆動振動波を励起させることができない場合があることがわかった。換言すれば、駆動振動波の次数と不要振動波の次数の関係によっては、不要振動波の発生を抑制することができない場合がある。

そこで、本発明の目的は、駆動振動波の次数と不要振動波の次数の関係に拘わらず、駆動振動波の発生に大きな影響を及ぼすことなく、不要振動波の発生を抑制することができる振動波駆動装置およびそれを用いる装置を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するため、振動体および該振動体に予め設定された次数の曲げ振動波を駆動振動波として励起させる電気機械エネルギ変換素子を有する振動子と、前記振動子の前記振動体に接触し、該振動体に励起された駆動振動波によって駆動される移動子とを備え、前記振動体は、曲げ振動変形が生じる部位の厚さが前記駆動振動波の進行方向に対して、少なくとも１つの正弦波により規定される曲線に沿って変化するように構成されていることを特徴とする振動波駆動装置を提供する。

また、本発明は、上記目的を達成するため、上記振動波駆動装置を用いる装置を提供する。

本発明によれば、駆動振動波の次数と不要振動波の次数の関係に拘わらず、駆動振動波の発生に大きな影響を及ぼすことなく、不要振動波の発生を抑制することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

まず、駆動振動波の次数と不要振動波の次数の関係によっては、不要振動波の発生を抑制することができなくなる理由について説明を行う。

同じ次数の曲げ振動波に対する振動体１０１の固有振動数νは、概ね断面二次モーメントＩと線密度ρの比の平方根に比例する。即ち、固有振動数νは、以下の関係式により表される。

ν∝（Ｉ／ρ）^0.5
また、振動体１０１で曲げが生じる部位の厚さをｔ’とすると、断面二次モーメントＩは厚さｔ’の３乗に比例し、線密度ρは、厚さｔ’の１乗に比例する。よって、上記固有振動数νは、
ν∝ｔ’
と表される。

振動体１０１の厚さが不均一である場合でも、各溝の位置での振動体１０１の厚さを上記関係に適用することによって、固有振動数の分布を算出することができる。この場合の固有振動数は、各溝の位置での振動体１０１の厚さで、振動体１０１をそれぞれ製作した場合の固有振動数を表している。曲げ振動が定在波として発生したときに、振動変位が極大値となる腹の位置、および、その付近の剛性と密度は固有振動数に大きく影響を与え、節の位置、および、その付近の剛性と密度は固有振動数へあまり影響を与えない。

そこで、上記振動体１０１の各位置における固有振動数の分布を、励起する曲げ振動の次数に応じた振動変位の極大値となる位置の分布と比較することによって、各次数の曲げ振動に応じて分布された振動体１０１の位置における固有振動数の差を表すことができる。

すなわち、振動体１０１の各位置の曲げ振動の固有振動数の分布を算出し、さらに次数との比較を明確に表すために、振動子１０１の１周を単位長さとした空間周波数分布として表せばよい。

図１９は図１８の振動体１０１の角度位置に対する固有振動数の変化を示す図である。図２０は図１９の固有振動数の変化を、振動体の周長を単位長さとした空間周波数で表した図である。

図２０から分かるように、固有振動数νの変化は、主に６サイクル／周で発生する。この空間周波数成分をみることによって、１周に６つの振動の腹を持つ３次の曲げ振動波をその発生位置によって固有振動数を異ならせることができる。そのため、複数の３次の曲げ振動波が合成されても、互いの固有振動数が異なるために不要振動波である進行性振動波とはならず、その発生が抑制されることがわかる。

また、同様に、図２０から固有振動数νの変化は、振動体１０１の曲げ剛性が小さい部位の数の整数倍である高次（６、１２、１８、…）の空間周波数成分を有しているが、１４サイクル／周で発生しないので、駆動振動波である７次の曲げ振動波の固有振動数に影響を与えることはない。

ここで、上述した従来の不要振動波の発生を抑制するための構成において、６次の曲げ振動波を進行性振動波とし、不要振動波となる曲げ３次の曲げ振動波からなる進行性振動波の発生を抑制する場合を考える。この場合、図２０に示すように、振動体１０１の固有振動数νの変化が６サイクル／周で発生するので、６次の曲げ振動波にとってもその発生位置によって固有振動数に差が生じ、６次の曲げ振動波が駆動振動波として進行性振動波となることが妨げられることになる。その結果、発生する振動波の振幅にむらが生じて駆動効率が低下し、ひいては駆動振動波となる６次の曲げ振動波を励起させることができない場合がある。

そこで、以下に示す各実施の形態にて、駆動振動波に影響を与えることなく不要振動波を抑制するための構成について詳細な説明を行う。

（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施形態に係る振動波駆動装置がオートフォーカス用駆動モータとして用いられているレンズ鏡筒の主要部の構成を示す縦断面図である。図２は図１の振動波駆動装置の主要部の分解斜視図である。図３は図２の圧電素子２の表、裏面のそれぞれに形成されている電極を示す図である。図４は図２の振動体１に形成されている複数の溝の配置を示す展開図である。図５は図２の振動体１の固有振動数の変化を示す図である。図６は図１の振動体１の空間周波数に対する固有振動数νの変化の大きさを示す図である。本実施の形態においては、振動波駆動装置として、レンズ鏡筒のフォーカスレンズを駆動するための振動波モータを説明する。

オートフォーカス機能を有するレンズ鏡筒は、図１（ａ）に示すように、カメラマウント１９に固定されている外筒１２を備える。外筒１２内には、固定筒１１、固定内筒１８および移動環１７が配置されている。移動環１７は、フォーカスレンズ２７を保持する。移動環１７には、連結ころ１５と係合するキー溝（図示せず）が設けられている。また、移動環１７には、ねじ部１７ａが設けられ、このねじ部１７ａは、固定内筒１８のねじ部１８ａとヘイリコイド結合する。

上記移動環１７は、振動波モータＭにより回転駆動される出力伝達体２５を介して、光軸Ｌを中心に回転しながら光軸Ｌに沿った方向へ移動される。詳細には、振動波モータＭは、図１（ｂ）に示すように、リング形状の振動体１、振動体１の一方の端面に接着されている圧電素子２、および環状のロータ（移動子）３を有する。振動体１および圧電素子２は、互いに共働して振動子を構成する。上記ロータ３は、振動体１の他方の端面に加圧接触されている。圧電素子２には、所定の位相を有する駆動信号が印加され、これにより振動体１には所定次数の曲げ振動波が駆動振動波（進行性振動波）として励起される。この駆動振動波により、上記ロータ３は、光軸Ｌを中心として回転駆動される。

上記振動子は、図１（ａ）に示すように、絶縁体４を保持する台８と固定筒１８との間に重ね合わされて挿入されている１対の皿ばね９により、圧電素子２側から押圧されている。

上記ロータ３は、振動吸収体５を介して円環状の連結板２２に当接、保持される。連結板２２は、出力伝達体２５と固定され、出力伝達体２５は、ボール１０および外筒１２に固定されているボールレース１３，１４により、光軸Ｌを中心に回転可能に支持されている。この出力伝達体２５の先端には、上記連結ころ１５が取り付けられている。

振動波モータＭは、カメラ側から送出されるＡＦ（焦点調節）信号またはマニュアルリング１６の操作に連動して発生される信号に基づいて駆動され、この振動波モータＭの駆動により、出力伝達体２５は、光軸Ｌを中心に回転駆動される。そして、この出力伝達体２５の回転駆動に連動して、移動環１７は、光軸Ｌを中心に回転しながら光軸Ｌに沿った方向へ移動される。すなわち、フォーカスレンズ２７が光軸Ｌに沿った方向へ移動され、焦点合わせが行われる。

次に、振動波モータＭの振動子を構成する振動体１および圧電素子２について詳細に説明する。

振動体１は、図２に示すように、アルミニウム、真鍮、あるいは、ステンレスなどの金属からなるリング状部材からなる。振動体１の一方の端面（上面）には、内部から外部に向けて放射状に伸びる複数の溝１ａが形成されている。各溝１ａは、振動体１の周方向に沿って配置されている。ここで、各溝１ａの深さをｔａとすると、後述するように、各溝１ａは、それぞれの深さｔａが正弦波曲線に沿って変化するように形成されている。

振動体１における溝１ａ間の部位は、ロータ３と加圧接触する突起１ｂを構成する。また、溝１ａがそれぞれ形成されている部位１ｃは、主に曲げ変形（曲げ振動）が生じる部位を構成し、当該部位１ｃは、振動体１に生じた曲げ振動波による周方向の変位を拡大する効果を発揮する。ここで、リング状の振動体１、圧電素子２、および、ロータ３のそれぞれの中心を通る直線を軸とする。上記部位１ｃの厚さ（振動体１の軸方向の長さ）をｔｃ、振動体１の軸方向の厚さをｔとすると、厚さｔｃは、
ｔｃ＝ｔ−ｔａ
の関係式を満足する（図４を参照）。

圧電素子２は、リング形状を有し、その一方の端面（裏面）２ｂが振動体１の他方の端面（下面）に対向するように振動体１と接着されている。圧電素子２の裏面２ｂには、図３（ｂ）に示すように、全面に亘るように共通電極２２が形成されている。また、圧電素子２の他方の端面（表面）２ａには、図３（ａ）に示すように、複数の電極領域に分割された駆動電極２１が形成されている。駆動電極２１は、Ａ相、Ｂ相の２群で構成され、それぞれの電極領域は、図示するように、（＋）、（−）の極性に分極処理されている。Ａ相、Ｂ相の各群においては、隣り合う（＋）、（−）の電極が１波長分の加振を担うように、それぞれ、π／６（ｒａｄ）の角度範囲の領域に設けられている。即ち、（＋）、（−）の各電極は、Ａ相、Ｂ相のそれぞれにおいて６次の曲げ振動の定在波（６波長を有する曲げ振動の定在波）を加振するパターンに形成されている。Ａ相、Ｂ相の各群には、時間位相差がπ／２（ｒａｄ）の交番電圧が印加される。これにより、振動体１には、Ａ相とＢ相の６時の曲げ振動の定在波が合成され、ロータ３を駆動するための６次の曲げ振動からなる進行性振動波である駆動振動波が励起される。

上記振動体１に形成されている各溝１ａは、図４に示すように、リング状の振動体１の周方向に沿って、深さｔａが正弦波曲線に沿って変化するようにそれぞれ形成されている。溝１ａが形成されている部位１ｃのそれぞれの厚さｔｃは、進行性振動波の進行方向と直交する方向の厚さであるから、進行性振動波の進行方向に対して、正弦波曲線に沿って変化することになる。具体的には、振動体１の部位１ｃの厚さｔｃは、以下の式により表される。

ｔｃ＝ｔ０＋Δｔ・ｓｉｎ（２ｎθ）
ここで、ｔ０は厚さｔｃの最大値と最小値の中心となる厚さ、Δｔは厚さの変動振幅、ｎは曲げ振動波の次数、θは振動体１の外周上の位置を表す角度（ｒａｄ）である。

各部位１ｃの曲げ剛性Ｋは、厚さｔｃの３乗に比例するので、以下のように表すことができる。

Ｋ∝（ｔ０＋Δｔ・ｓｉｎ（２ｎθ））^３
また、線密度ρは、以下のように表すことができる。

ρ∝ｔ０＋Δｔ・ｓｉｎ（２ｎθ）
また、各部位１ｃでの曲げ振動の固有振動数νは、以下のように表すことができる。

ν∝（Ｋ／ρ）^０．５
ν∝ｔ０＋Δｔ・ｓｉｎ（２ｎθ）
即ち、振動体１の曲げ振動波に対する固有振動数νは、図５に示すように、各部位１ｃの厚さｔｃが振動体１の１周当り６周期分の１つの正弦波曲線に沿って変化するのと同様に、振動体１の１周当り６周期分の１つの正弦波曲線に沿って変化する。

上記固有振動数νの変化を、フーリエ変換により、振動体１の１周を１サイクルとする空間周波数を変数とする関数として表すと、図６に示すように、固有振動数νの変化が、６サイクル／周のみで発生していることがわかる。一方、３波長を有する３次の曲げ振動波は、振動体１の外周上の６箇所の位置で振動変位の極大値を示すから、発生する位置によって固有振動数の差が生じるため、進行性振動波として励起されない。即ち、不要振動波である３次の曲げ振動波は、発生し難くなる。

駆動振動波である６次の曲げ振動波は、振動体１の外周上の１２箇所の位置でその振動変位が極大値を示す。また、図６に示すように、振動体１の固有振動数νの変化は、６サイクル／周のみで発生し、その変化には、１２サイクル／周の空間周波数成分が含まれない。よって、６次の曲げ振動波は、振動体１の角度位置（外周上の位置）のそれぞれにおける固有振動数の変化の影響を受けない。そのため、６次の曲げ振動波を駆動振動波とする場合でも、不要振動波である３次の曲げ振動波の発生を低減することが可能である。

このように、振動体１の部位１ｃの厚さｔｃが１つの正弦波曲線に沿って変化するので、駆動振動波の次数と不要振動波の次数の関係に拘わらず、駆動振動波の発生に大きな影響を及ぼすことなく、不要振動波の発生を抑制することができる。また、振動波モータの設計自由度を大きくすることが可能となる。

（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態について図７〜図１２を参照しながら説明する。図７は本発明の第２の実施の形態に係る振動波駆動装置に設けられている振動体の展開図である。図８は本発明の第２の実施の形態における振動体の溝１ａが形成された部位１ｃの厚さｔｃの変化を示す図である。図９は本発明の第２の実施の形態における振動体の角度位置に対する固有振動数の変化を示す図である。図１０は本発明の第２の実施の形態における振動体の固有振動数の変化の大きさを空間周波数で示す図である。図１１は６周期分と８周期分の正弦波曲線を最大値または最小値同士の位置のいずれかが重なるように線形的に加算した場合の溝１ａが形成された部位１ｃの厚さｔｃの変化を示す図である。図１２は６周期分と８周期分の正弦波曲線を最大値または最小値同士の位置が重ならないように加算した場合と重なるように加算した場合の溝１ａが形成された部位１ｃの厚さｔｃの変化を示す図である。本実施の形態においては、上記第１の実施の形態と同一の符号を用いて説明を行う。

本実施の形態は、不要振動波である３次および４次の曲げ振動波の発生を抑制するために、振動体１における溝１ａが形成された部位１ｃの厚さｔｃを、異なる周期（波長）の正弦波曲線を線形的に加算した曲線に沿って変化させる。この点で、本実施の形態は、上記第1の実施の形態と異なる。

具体的には、図７に示すように、溝１ａが形成された部位１ｃは、その厚さｔｃが、振動体１の１周当り、６周期分の正弦波曲線と８周期分の正弦波曲線を線形的に加算した曲線に沿って変化するように形成される。ここで、６周期分の正弦波曲線と８周期分の正弦波曲線は、それぞれの最大値または最小値を示す位置が重ならないように、線形的に加算される。即ち、図８に示すように、溝１ａが形成された部位１ｃの厚さｔｃは、６周期分の正弦波曲線により規定される厚さと８周期分の正弦波曲線により規定される厚さを加算したものになる。

上記部位１ｃの厚さｔｃを異なる周期の正弦波曲線を線形的に加算した曲線に沿って変化させた場合の振動子１の固有振動数νは、振動体１の角度位置に対して、図９に示すように変化する。この固有振動数νの変化は、図１０に示すように、フーリエ変換により、振動体１の１周を１サイクルとする空間周波数の関数として表すことができる。図１０から、固有振動数νの変化は、部位１ｃの厚さｔｃを規定するための異なる周期の正弦波曲線のそれぞれに応じた空間周波数成分を有することが分かる。

このように、厚さｔｃが異なる周期の正弦波曲線を線形的に加算した曲線に沿って変化する部位１ｃを形成することにより、不要振動波となる次数の曲げ振動波の発生を同時に抑制することができる。従って、不要振動波となる曲げ振動波の発生を同時に抑制するためには、加算すべき周期が異なる複数の正弦波曲線を選択すればよく、振動体１の設計を容易にすることができる。

ここで、図１１に示すように、異なる周期（６周期と８周期）の２つの正弦波曲線を、それぞれの最大値または最小値を示す位置のいずれかが重なるように線形的に加算する場合を想定する。ここで、図１２に示すように、異なる周期（６周期と８周期）の２つの正弦波曲線を最大値または最小値同士の位置が重ならないように線形的に加算した場合（図８の場合）の厚さｔｃの変化は、曲線Ｐ１により表わされる。また、上記２つの正弦波曲線を最大値または最小値同士の位置が重なるように線形的に加算した場合（図１１の場合）の厚さｔｃの変化は、曲線Ｐ２により表わされる。曲線Ｐ２は、曲線Ｐ１に対して、溝１ａが形成された部位１ｃの厚さｔｃの変化幅が大きくなることを示す。これは、固有振動数νの変化の幅が大きくなることを示す。この固有振動数νの変化の幅が局所的に大きくなるということは、駆動振動波である次数ｍの曲げ振動波の伝播速度および波長に与える影響が大きくなることを示す。

従って、本実施の形態のように、異なる周期（６周期と８周期）の正弦波曲線を最大値または最小値同士の位置が重ならないように線形的に加算することが、より望ましい。この構成により、駆動振動波となる曲げ振動波の励起に対する悪影響を少なくすることが可能になる。

（第３の実施の形態）
次に、本発明の第３の実施の形態について図１３〜図１５を参照しながら説明する。図１３は本発明の第３の実施の形態に係る振動波駆動装置に設けられている振動体の展開図である。図１４は本発明の第３の実施の形態における振動体の角度位置に対する固有振動数の変化を示す図である。図１５は図１４の固有振動数の変化の大きさを空間周波数で示す図である。本実施の形態においては、上記第１の実施の形態と同一の符号を用いて説明を行う。

本実施の形態では、振動体１が、７次の曲げ振動からなる駆動振動波を励起するものとする。本実施の形態は、固有振動数νの変化が駆動振動の次数の２倍の空間周波数成分のみを含まないように、溝１ａが形成された部位１ｃの厚さｔｃを変化させる点で、上記第１および第２の実施の形態と異なる。

具体的には、図１３に示すように、振動体１は、溝１ａが形成された部位１ｃの厚さｔｃが、対応する次数の倍の周期を有する複数の正弦波曲線を線形的に加算した曲線に沿って変化するように構成されている。ここで、上記曲線は、振動体１の単位波長当たりの固有振動数νの変化が、駆動振動波の次数の２倍の空間周波数成分を含まず、かつ溝１ａの数の半数以下の偶数の空間周波数成分を含むように規定される。

このように構成することによって、振動体１の周方向における単位波長当たりの固有振動数の変化は、図１５に示すように、駆動次数の２倍の空間周波数成分を含まない変化になる。その結果、駆動振動波となる曲げ振動波の次数以外の全ての次数の曲げ振動波の自励発振を防止することが可能である。

（第４の実施の形態）
次に、本発明の第４の実施の形態について図１６および図１７を参照しながら説明する。図１６は本発明の第４の実施の形態に係る振動波駆動装置の主要部構成を示す縦断面図である。図１７は図１６の振動体の側面図である。

上記第１〜第３の実施の形態は、振動体１に複数の溝１ａを形成し、それぞれの溝１ａの厚さｔａを１または複数の正弦波曲線により規定される曲線に沿って変えることにより、溝１ａがそれぞれされた部位１ｃの厚さｔｃを変化させる構成を採用している。

これに対し、本実施の形態は、図１６に示すように、リング状に形成された弾性部材からなる基部３１とリング状に形成された突起部３２を接合した振動体１を用いる。

基部３１は、図１７に示すように、端面３１ａおよび端面３１ｂを有する。端面３１ａは、１または複数の正弦波曲線により規定される曲線に沿う曲面に仕上げられている。これにより、基部３１の軸方向の厚さは、基部３１の周方向に対して、１または複数の正弦波曲線により規定される曲線に沿って変化する。端面３１ｂは、平面に仕上げられており、端面３１ｂには、圧電素子２が接着されている。

振動体１の基部３１を製作する方法としては、粉体焼結、ＭＩＭなどによる型成形、リング形状部材の一方の端面をプレスによって対応する曲面に加工した後、裏面を平面研削するような塑性加工による方法がある。

突起部３２は、薄板の絞り加工によって、コ字状の断面形状を有するリング状に形成されたものである。突起部３２には、複数の溝３２ａが設けられており、各溝３２ａの厚さ（深さ）は、同じ厚さｔｄである。突起部３２の溝間には、それぞれ、移動子（ロータ）と加圧接触される複数の突起３２ｂが形成される。突起部３２は、その開口部が基部３１の端面３１ａ側から嵌め込まれ、基部３１と固着されている。

ここで、基部３１の軸方向の厚さが例えば第１の実施の形態と同様に、基部３１の周方向に対して、６周期分の１つの正弦波曲線に沿って変化するとする。この場合、基部３１（振動体１）の固有振動数νの変化は、６サイクル／周の空間周波数成分のみで発生する。よって、上記第１の実施の形態と同様に、３波長を有する３次の曲げ振動波は、振動体１の外周上の６箇所の位置で振動変位の極大値を示すから、発生する位置によって固有振動数の差が生ずるため、進行性振動波として励起されない。即ち、不要振動波である３次の曲げ振動波は、発生し難くなる。

また、固有振動数νの変化は、６サイクル／周のみで発生し、その変化には、１２サイクル／周の空間周波数成分が含まれない。よって、６次の曲げ振動波は、振動体１の角度位置（外周上の位置）のそれぞれにおける固有振動数の変化の影響を受けない。そのため、６次の曲げ振動波を駆動振動波とする場合でも、不要振動波である３次の曲げ振動波の発生を抑制することが可能である。

また、基部３１の軸方向の厚さを上記第２または第３の実施の形態のように変化させるようにしてもよい。この場合も、上記第２または第３の実施の形態と同様の効果が得られる。

上記第１〜第３の実施の形態においては、リング形状の振動体が用いられているが、これに代えて、円板形状の振動体を用いることも可能である。この場合の振動体は、一方の面に移動子（ロータ）と接触するリング状の突起部が形成されている円板状部材からなる。この突起部は、例えば上記第１の実施の形態と同様に構成される（図２参照）。即ち、突起部には、周方向に沿って配列されている複数の溝が形成されており、溝が形成されている部位のそれぞれの厚さが１または複数の正弦波曲線により規定される曲線に沿って変化する。

また、上記第１〜第４の実施の形態においては、振動波駆動装置として、レンズ鏡筒に用いられる振動波モータを説明したが、この振動波モータをレンズ鏡筒以外の他の装置または機器の駆動源として適用可能なことはいうまでもない。

本発明の第１の実施形態に係る振動波駆動装置がオートフォーカス用駆動モータとして用いられているレンズ鏡筒の主要部の構成を示す縦断面図である。 図１の振動波駆動装置の主要部の分解斜視図である。 図２の圧電素子２の表、裏面のそれぞれに形成されている電極を示す図である。 図２の振動体１に形成されている複数の溝の配置を示す展開図である。 図２の振動体１の固有振動数の分布を示す図である。 図１の振動体１の空間周波数に対する固有振動数νの変動の大きさを示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係る振動波駆動装置に設けられている振動体の展開図である。 本発明の第２の実施の形態における振動体の溝１ａが形成された部位１ｃの厚さｔｃの変化を示す図である。 本発明の第２の実施の形態における振動体の角度位置に対する固有振動数の変化状態を示す図である。 本発明の第２の実施の形態における空間周波数で固有振動数の変化の大きさを示す図である。 ６周期分と８周期分の正弦波曲線を最大値または最小値同士の位置のいずれかが重なるように線形的に加算した場合の溝１ａが形成された部位１ｃの厚さｔｃの変化を示す図である。 ６周期分と８周期分の正弦波曲線を最大値または最小値同士の位置が重ならないように加算した場合と重なるように加算した場合の溝１ａが形成された部位１ｃの厚さｔｃの変化を示す図である。 本発明の第３の実施の形態に係る振動波駆動装置に設けられている振動体の展開図である。 本発明の第３の実施の形態における振動体の角度位置に対する固有振動数の変動状態を示す図である。 空間周波数に対する固有振動数の変動の大きさを示す図である。 本発明の第４の実施の形態に係る振動波駆動装置の主要部構成を示す縦断面図である。 図１６の振動体の側面図である。 従来の振動波モータの主要部の分解斜視図である。 図１８の振動体の角度位置に対する固有振動数の変化を示す図である。 図１９の固有振動数の変化を、振動体の周長を単位長さとした空間周波数で表した図である。

符号の説明

１ 振動体
１ａ，３２ａ 溝
１ｂ，３２ｂ 突起
１ｃ 部位
２ 圧電素子
３ ロータ（移動子）
３１ 基部
３１ａ，３１ｂ 端面
Ｍ 振動波モータ

Claims (8)

1. 振動体および該振動体に予め設定された次数の曲げ振動波を駆動振動波として励起させる電気機械エネルギ変換素子を有する振動子と、
   前記振動子の前記振動体に接触し、該振動体に励起された駆動振動波によって駆動される移動子とを備え、
   前記振動体は、曲げ振動が生じる部位の厚さが前記駆動振動波の進行方向に対して、少なくとも１つの正弦波により規定される曲線に沿って変化するように構成されていることを特徴とする振動波駆動装置。
2. 前記振動体は、リング状部材からなり、該振動体には、周方向に沿って配列されている複数の溝が形成されており、前記溝間の部位のそれぞれが、前記移動子と接触する突起を成し、前記複数の溝の深さに変化をつけることで、前記曲げ振動が生じる部位のそれぞれの厚さが前記駆動振動波の進行方向に対して、前記少なくとも１つの正弦波により規定される曲線に沿って変化することを特徴とする請求項１に記載の振動波駆動装置。
3. 前記振動体は、一方の面に前記移動子と接触するリング状の突起部が形成されている円板状部材からなり、前記突起部には、周方向に沿って配列されている複数の溝が形成されており、前記複数の溝の深さに変化をつけることで、前記曲げ振動が生じる部位のそれぞれの厚さが前記駆動振動波の進行方向に対して、前記少なくとも１つの正弦波により規定される曲線に沿って変化することを特徴とする請求項１に記載の振動波駆動装置。
4. 前記振動体は、前記電気機械エネルギ変換素子により予め設定された次数の曲げ振動が駆動振動波として励起される基部と、前記移動子と接触するように前記基部に固着されている突起部とを有し、前記基部の厚さが前記駆動振動波の進行方向に対して、前記少なくとも１つの正弦波により規定される曲線に沿って変化することを特徴とする請求項１に記載の振動波駆動装置。
5. 前記少なくとも１つの正弦波により規定される曲線は、波長が異なる複数の正弦波を線形的に加算した曲線であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の振動波駆動装置。
6. 前記波長が異なる複数の正弦波は、最大値および最小値同士が一致しないように線形的に加算されることを特徴とする請求項５に記載の振動波駆動装置。
7. 前記駆動振動波の進行方向に対する前記曲げ振動が生じる部位の厚さの変化は、前記曲げ振動波の前記予め設定された次数の空間周波数成分を含まない変化であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の振動波駆動装置。
8. 請求項１ないし７のいずれか１つに記載の振動波駆動装置を駆動源として用いることを特徴とする装置。

Images