JP2011166913A - 振動波モータ、レンズ鏡筒及びカメラ - Google Patents

Abstract

【課題】好適な駆動性能を得ることができ、且つ静寂に駆動可能な振動波モータを提供する。
【解決手段】本発明の振動波モータ１０は、駆動信号により励振される電気機械変換素子１３と、前記電気機械変換素子１３に接合され、前記励振により駆動面１８ａに進行性振動波を生じる弾性体１４と、前記弾性体１４の駆動面１８ａに加圧接触される摺動面を有し、前記進行性振動波によって駆動される相対運動部材１２と、前記電気機械変換素子１３に前記駆動信号を与える駆動装置５０と、を備える振動波モータ１０において、前記駆動装置５０は、前記弾性体１４の前記駆動面１８ａに発生する振動振幅をａ値と定義し、前記弾性体１４の前記駆動面１８ａに発生する進行波の波長をλと定義した時、ａ値／λ≦０．０００２５を満たす進行性振動波を前記駆動面１８ａに発生させる駆動信号を前記電気機械変換素子１３に与えること、を特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、振動波モータ、レンズ鏡筒及びカメラに関するものである。

振動波モータは、特許文献１等で公知の様に、圧電体の伸縮を利用して弾性体の駆動面に進行性振動波（以下、進行波と略する）を発生させるものである。この進行波によって、駆動面には楕円運動が生じ、楕円運動の波頭に加圧接触した移動子は駆動される。この様な振動波モータは、低回転でも高トルクを有するという特徴がある。このため、駆動装置に搭載した場合に、駆動装置のギアを省略することができ、ギア騒音をなくすことで静寂化を達成したり、位置決め精度が向上したりできるといった利点がある。

一方、この振動波モータは、ステータに発生した１μｍ程度の振動振幅を利用しているため、特性が不安定である。この問題を解決するため、特許文献２には、振幅を駆動面の表面粗さの１．５倍以上にして駆動効率や駆動性能を改善することが開示されている。

特公平１−１７３５４号公報 特開昭６１−３５１７８号公報

上記特許文献２に記載の技術によると、振幅がある程度の大きさの場合は、好適な駆動性能が得られ、静寂に駆動している。しかし、振動振幅が大きくなりすぎると、移動子に対する加圧が利かなくなり、異音が発生したり、また、移動子と振動子との間において適正な摩擦接触が得られなかったりする問題が生じ、良好な駆動性能が得られなくなる。
近年、駆動面の材料の耐摩耗性が進歩し、振動子に大きな振動振幅を発生させて駆動させた場合の摩擦磨耗が低減し、振動子に大振幅を発生させることが可能となってきている。従って、大振幅で駆動させた時の速度制御の適正化に対する新たな課題が発生している。

本発明では、このような課題点を解決し、好適な駆動性能を得ることができ、且つ静寂に駆動可能な振動波モータ、レンズ鏡筒及びカメラを提供することを目的とする。

本発明は、以下のような解決手段により前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために、本発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、これに限定されるものではない。
請求項１に記載の発明は、駆動信号により励振される電気機械変換素子（１３，１１３）と、前記電気機械変換素子（１３，１１３）に接合され、前記励振により駆動面（１８ａ，１１８ａ）に進行性振動波を生じる弾性体（１４，１１４）と、前記弾性体（１４，１１４）の駆動面（１８ａ，１１８ａ）に加圧接触される摺動面を有し、前記進行性振動波によって駆動される相対運動部材（１２，１１２）と、前記電気機械変換素子（１３，１１３）に前記駆動信号を与える駆動装置（５０）と、を備える振動波モータ（１０，１１０）において、前記駆動装置（５０）は、前記弾性体（１４，１１４）の前記駆動面（１８ａ，１１８ａ）に発生する振動振幅をａ値と定義し、前記弾性体（１４，１１４）の前記駆動面（１８ａ，１１８ａ）に発生する進行波の波長をλと定義した時、ａ値／λ≦０．０００２５を満たす進行性振動波を前記駆動面（１８ａ，１１８ａ）に発生させる駆動信号を前記電気機械変換素子（１３，１１３）に与えること、を特徴とする振動波モータ（１０，１１０）である。
請求項２に記載の発明は、駆動信号により励振される電気機械変換素子（１３，１１３）と、前記電気機械変換素子（１３，１１３）に接合され、前記励振により駆動面（１８ａ，１１８ａ）に進行性振動波を生じる弾性体（１４，１１４）と、前記弾性体（１４，１１４）の前記駆動面（１８ａ，１１８ａ）に加圧接触される摺動面を有し、前記進行性振動波によって駆動される相対運動部材（１２，１１２）と、前記電気機械変換素子（１３，１１３）に前記駆動信号を与える駆動装置（５０）と、を備える振動波モータ（１０，１１０）において、前記駆動装置（５０）は、前記弾性体（１４，１１４）の前記駆動面（１８ａ，１１８ａ）に発生する振動振幅をａ値と定義し、前記弾性体（１４，１１４）の駆動面（１８ａ，１１８ａ）に加圧接触した前記相対運動部材（１２，１１２）の前記摺動面の加圧方向の変形量をｂ値と定義した時、ａ値／ｂ値≦３を満たす進行性振動波を前記駆動面（１８ａ，１１８ａ）に発生させる駆動信号を前記電気機械変換素子（１３，１１３）に与えること、を特徴とする振動波モータ（１０，１１０）である。
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の振動波モータ（１０，１１０）において、前記駆動装置（５０）は、前記弾性体（１４，１１４）の前記駆動面（１８ａ，１１８ａ）に発生する振動振幅をａ値と定義し、前記弾性体（１４，１１４）の駆動面（１８ａ，１１８ａ）に加圧接触した前記相対運動部材（１２，１１２）の前記摺動面の加圧方向の変形量をｂ値と定義した時、ａ値／ｂ値≦３を満たす進行性振動波を前記駆動面（１８ａ，１１８ａ）に発生させる駆動信号を前記電気機械変換素子（１３，１１３）に与えること、を特徴とする振動波モータ（１０，１１０）である。
請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の振動波モータ（１０，１１０）であって、前記駆動装置（５０）は、０．０００００３≦ａ値／λを満たす進行性振動波を前記駆動面（１８ａ，１１８ａ）に発生させる駆動信号を前記電気機械変換素子（１３，１１３）に与えること、を特徴とする振動波モータ（１０，１１０）である。
請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれか１項に記載の振動波モータ（１０，１１０）であって、前記駆動装置（５０）は、０．０４≦ａ値／ｂ値を満たす進行性振動波を前記駆動面（１８ａ，１１８ａ）に発生させる駆動信号を前記電気機械変換素子（１３，１１３）に与えること、を特徴とする振動波モータ（１０，１１０）である。
請求項６に記載の発明は、請求項１から５のいずれか１項に記載の振動波モータ（１０，１１０）において、前記弾性体（１４，１１４）の前記駆動面（１８ａ，１１８ａ）、または前記相対運動部材（１２，１１２）の摺動面に耐久性の薄膜が塗布されていることを特徴とする振動波モータ（１０，１１０）である。
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の振動波モータ（１０，１１０）において、前記薄膜は、ポリアミドイミドを主成分とし、ヤング率が４Ｇｐａ以上１０ＧＰａ以下で、膜厚が５０μｍ以下を特徴とする振動波モータ（１０，１１０）である。
請求項８に記載の発明は、請求項１から６のいずれか１項に記載の振動波モータ（１０，１１０）を備えるレンズ鏡筒（３，１０３）である。
請求項９に記載の発明は、請求項１から６のいずれか１項に記載の振動波モータ（１０，１１０）を備えるカメラ（１）である。

なお、符号を付して説明した構成は、適宜改良してもよく、また、少なくとも一部を他の構成物に代替してもよい。

本発明によれば、好適な駆動性能を得ることができ、且つ静寂に駆動可能な振動波モータ、レンズ鏡筒及びカメラを提供することができる。

第一実施形態の振動波モータを備えるカメラを説明する図である。 第一実施形態の振動波モータを説明する図である。 進行波を利用した振動波モータの振動子および移動子の接触状態を説明する図である。 進行波を利用した振動波モータの振動子および移動子の接触状態を説明する図である。 第一実施形態の振動波モータの駆動装置を説明するブロック図である。 振動波モータの周波数と速度との関係を説明する図である。 本発明の第三実施形態の振動波モータを説明する図である。

（第一実施形態）
以下、本発明にかかる振動波モータ１０の実施形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、第一実施形態の振動波モータ１０を備えるカメラ１を説明する図である。
カメラ１は、撮像素子８を有するカメラボディ２と、レンズ７を有するレンズ鏡筒３とを備えている。レンズ鏡筒３は、カメラボディ２に着脱可能な交換レンズである。なお、本実施形態では、レンズ鏡筒３は、交換レンズである例を示したが、これに限らず、例えば、カメラボディと一体型のレンズ鏡筒としてもよい。

レンズ鏡筒３は、レンズ７、カム筒６、ギア４，５、振動波モータ１０等を備えている。本実施形態では、振動波モータ１０から得られた駆動力は、ギア４，５を介してカム筒６に伝えられる。レンズ７は、カム筒６にレンズ枠７ａを介して保持されており、振動波モータ１０の駆動力により、光軸方向（図１中に示す、矢印Ｌ方向）に略平行に移動する。
図１において、レンズ鏡筒３内に設けられた不図示のレンズ群（レンズ７を含む）によって、撮像素子８の撮像面に被写体像が結像される。撮像素子８によって、結像された被写体像が電気信号に変換され、その信号をＡ／Ｄ変換することによって、画像データが得られる。

図２は、本発明の第一実施形態の振動波モータ１０を説明する図である。
本実施形態では振動子１１側を固定とし、相対運動部材（移動子）１２を駆動する様になっている。

振動子１１は、後で説明する様に電気エネルギを機械エネルギに変換する圧電素子や電歪素子等を例とした電気機械変換素子（以下、圧電体１３と称する）と、圧電体１３を接合した弾性体１４とから構成されている。振動子１１には進行波が発生するようにされているが、本実施形態では一例として４波の進行波として説明する。

弾性体１４は、共振先鋭度が大きな金属材料から成り、形状は、円環形状となっている。圧電体１３が接合される反対面には溝１７が切ってあり、突起部分１８（溝１７がない箇所）の先端面が駆動面１８ａとなり移動子１２に加圧接触される。
溝１７を切る理由は、進行波の中立面をできる限り圧電体１３側に近づけ、これにより駆動面１８ａの進行波の振幅を増幅させるためである。溝１７の切っていない部分を本実施形態ではベース部１９と呼ぶ。そのベース部１９の溝１７側とは反対面に圧電体１３を接合する。

弾性体１４の駆動面１８ａには、高速駆動した時の耐磨耗性確保のため、潤滑性の表面処理がなされている。その材料は、ポリアミドイミドを主成分とし、ＰＴＦＥが添加された物であり、物性としてはヤング率が４〜１０ＧＰａ程度、好ましくは８ＧＰａ以下である。また厚さは、５μｍ以上５０μｍ以下とされている。

圧電体１３は、一般的には通称ＰＺＴと呼ばれるチタン酸ジルコン酸鉛といった材料から構成されているが、近年では環境問題から鉛フリーの材料であるニオブ酸カリウムナトリウム、ニオブ酸カリウム、ニオブ酸ナトリウム、チタン酸バリウム、チタン酸ビスマスナトリウム、チタン酸ビスマスカリウム等から構成されることもある。
圧電体１３表面には電極（図示せず）が配置され、それは円周方向に沿って２つの相（Ａ相、Ｂ相）に分かれている。各相においては、１／２波長毎に交互に分極され、Ａ相とＢ相との間には１／４波長分間隔が空く様に電極が配置されている。

移動子１２は、アルミニウムといった軽金属からなり、摺動面１２ａの表面には耐摩耗性向上のためのアルマイト処理が成されている。

出力軸２０は、ゴム部材２１を介して移動子１２に結合され、移動子１２と一体に回転する様にされている。出力軸２０と移動子１２との間のゴム部材２１は、ゴムによる粘着性で移動子１２と出力軸２０を結合する機能と、移動子１２からの振動を出力軸２０へ伝えないための振動吸収との機能が求められており、ブチルゴム等が好適である。

加圧部材２２は、出力軸２０に固定されたギア部材２３とベアリング受け部材２４との間に設けられている。ギア部２３材は軸のＤカットにはまるように挿入され、Ｅクリップ等のストッパー２５で固定され、回転方向および軸方向に出力軸２０と一体になるようにされている。また、ベアリング受け部材２４はベアリング２６内径側に挿入され、ベアリング２６は固定部材２７の内径側に挿入された構造となっている。
この様な構造とることで、移動子１２が振動子１１駆動面１８ａに加圧接触される。

図３および図４は、進行波を利用した振動波モータ１０の振動子１１および移動子１２の接触状態を説明する図である。
振動子１１には、進行波が発生しており、その振幅をａ値（ｐ−ｐ）、波の波長をλとする。進行波波頭に発生する楕円運動の加圧方向の大きさと周方向の大きさは、ほぼ１：１のため、ａ値の大きさは下記式にて近似される。

ａ＝無負荷回転速度（ｒｐｍ〉／６０×π×Ｄ×２π×ｆ×２

ここで、
Ｄ：移動子１２の摺動面１２ａの径（ｍｍ）
ｆ：駆動信号の周波数（Ｈｚ）である。
なお、摺動面１２ａは幅があるため、Ｄは外径と内径との中央値と定義する。

一方、移動子１２は、振動子１１の駆動面１８ａに加圧接触しているため、進行波に沿って摺動面１２ａが変形している。その変形量をｂ値とする。ｂ値の大きさは下記式にて近似される。

ｂ＝１／３８４×ｐ×λ^４÷（Ｅ×（Ｂ×Ｈ^３／１２））

ここで、
ｐ：荷重（Ｎ）÷（Ｄ×π） 単位長さあたりの荷重（Ｎ／ｍｍ）
Ｅ：移動子１２の摺動部のヤング率（Ｎ／ｍｍ^２）
Ｂ：移動子１２の摺動部の幅（ｍｍ）
Ｈ：移動子１２の摺動部の高さ（ｍｍ）
である。

ａ値、ｂ値、λの関係は、これまで無関係と思われていたが、実験の結果、適正な範囲があることが判明した。実験結果を表１に示す。

駆動信号の駆動周波数を変更して回転速度を変更していくと、駆動効率が徐々に上がっていくが、ある値から下がり始める。これは、振幅が小さい時は、振動子１１の振動エネルギから移動子１２への回転運動エネルギへの変換ロスがあるが、振幅が大きくなることでその変換ロスが少なくなっていくが、ある振動振幅値以上は、振幅が大きくなりすぎ、振動自体にロスが生じるようになるからと考えられる。その閾値は波長に対しての振幅の割合（すなわり、ａ値／λ）で決まっていると考えられる。

振動自体にロスが生じている状態は、振動が不安定になっている状態であるため、この不安定領域では振動波モータ１０は制御しにくい状態となっている。
本測定によれば、ａ値／λ≦０．０００２５より大きくなると駆動効率が減少している。従って、ａ値／λ≦０．０００２５の関係が好適である。
また、安定した回転を得るためには０．０００００３≦ａ値／λの関係が好適である。
なお、駆動効率は、＝回転速度×トルク÷入力電力から算出している。

また、駆動信号の駆動周波数を変更し、回転速度を変更していくと、ある回転数以上では異音が発生し始める。これは、振幅が小さい時は、振動子１１駆動面１８ａと移動子１２摺動面１２ａとが加圧により密着しているが、振幅が大きくなって回転速度が増加していくと、加圧に対する抑えが利かなくなり、移動子１２摺動面１２ａが浮き始め、振動子１１駆動面１８ａとの間に隙間が生じるためと考えられる。

その閾値は移動子１２摺動面１２ａの変形量に対しての振幅の割合（すなわり、ａ値／ｂ値）で決まっていると見られる。異音が発生して状態は、回転速度が不安定になっているため、この不安定領域では振動波モータ１０は制御しにくい状態となっている。
本測定によれば、ａ値／ｂ値≦３．０の関係が好適である。また、安定した回転を得るためには、０．０４≦ａ値／ｂ値の関係が好適である。

なお、Ｂ値、Ｈ値の定義であるが、図４の（ａ）に示すように、移動子１２の摺動部の幅、高さである。（ａ）では摺動部の支持部材が内径側に延びているが、（ｂ）の様に外径側に延びていても同じ定義である。
また、（ｃ）の様に、摺動面１２ａに高分子材の摺動材料１２ｃが貼られている場合には、摺動材料は金属よりもヤング率が極めて小さいため、摺動材料１２ｃの部分を除いた部分で定義する。

図５は、第一実施形態の振動波モータ１０の駆動装置５０を説明するブロック図である。
まず、振動波モータ１０の駆動／制御について説明する。
発振部５１は、制御部５２の指令により所望の周波数の駆動信号を発生する。
移相部５３は、該発振部５１で発生した駆動信号を位相の異なる２つの駆動信号に分ける。
増幅部５４は、移相部５３によって分けられた２つの駆動信号をそれぞれ所望の電圧に昇圧する。
増幅部５４からの駆動信号は、振動波モータ１０に伝達され、この駆動信号の印加により振動子１１に進行波が発生し、移動子１２が駆動される。

回転検出部５５は、光学式エンコーダや磁気エンコーダ等により構成され、移動子１２の駆動によって駆動された駆動物の位置や速度を検出し、検出値を電気信号として制御部５２に伝達する。
制御部５２は、レンズ鏡筒３内またはカメラ１本体のＣＰＵからの駆動指令を基に振動波モータ１０の駆動を制御する。制御部５２は、回転検出部５５からの検出信号を受け、その値を基に、位置情報と速度情報を得て、目標位置に位置決めされるように発振部５１の周波数や増幅部５４の電圧を制御する。

正方向の駆動、逆方向の駆動であるが、駆動正方向に駆動する場合には、移相部５３での２つの駆動信号（周波電圧信号）の位相差を＋値、例えば＋９０度にし、逆方向に駆動する場合には、移相部５３での２つの駆動信号（周波電圧信号）の位相差を−値、例えば−９０度にすれば良い。

図６は、振動波モータ１０の周波数と速度との関係を説明する図である。
振動波モータ１０の場合、速度変更や制御は駆動周波数で行なうのが一般的であり、周波数を下げていくと速度が上がり、周波数を上げていくと速度が下がっていく。
本実施形態によれば、振動波モータ１０の駆動装置５０は以下の様にして作用させる。
最初に、出荷前の工場内の設定について説明する。
まず、Ｄ：移動子１２の摺動面１２ａの径（ｍｍ）（図２参照）及びλ：振動子１１の波長（ｍｍ）を制御部５２に入力する。

次に、予備駆動を行なう。その方法として、まず、発振部５１から駆動信号を発生させる。その信号は位相部により９０度位相の異なる２つの駆動信号に分割され、増幅部５４により所望の電圧に増幅される。
駆動信号は、振動波モータ１０の圧電体１３に印加され、振動子１１の駆動面１８ａに進行波を発生させる。
駆動面１８ａに加圧接触された移動子１２は、この楕円運動によって摩擦的に駆動される。
移動子１２の駆動により駆動された駆動体には、光学式エンコーダが配置されており、そこから、電気パルスが発生し、制御部５２に伝達され、速度を得ることが可能となる。
その１）速度値、２）その時の駆動周波数、３）入力したＤ値から、進行波の振幅ａ値を算出し、４）入力したλ値から、ａ値／λ≦０．０００２５の関係が保たれる駆動周波数を得る。
その周波数を下限周波数Ａとする。ここまでが出荷前の工場内の設定である。

実際の駆動・制御の作用としては、制御部５２から、駆動指令が発令され、発振部５１からは駆動信号を発生させる。その信号は位相部により９０度位相の異なる２つの駆動信号に分割され、増幅部５４により所望の電圧に増幅される。
駆動信号は、振動波モータ１０の圧電体１３に印加され、圧電体１３は励振され、その励振によって弾性体１４には４次の曲げ振動が発生する。
圧電体１３はＡ相とＢ相とに分けられており、駆動信号はそれぞれＡ相とＢ相に印加される。Ａ相から発生する４次曲げ振動とＢ相から発生する４次曲げ振動とは位置的な位相が１／４波長ずれるようになっており、また、Ａ相駆動信号とＢ相駆動信号とは９０度位相がずれているため、２つの曲げ振動は合成され、４波の進行波となる。

進行波の波頭には楕円運動が生じている。従って、駆動面１８ａに加圧接触された移動子１２は、この楕円運動によって摩擦的に駆動される。移動子１２の駆動により駆動された駆動体には、光学式エンコーダが配置されていて、そこから、電気パルスが発生し、制御部５２に伝達される。制御部５２は、この信号を基に、現在の位置と現在の速度を得ることが可能となる。制御部５２が、目標速度と実速度とが一致するように周波数を変更することで制御を行なうが、その周波数が、下限周波数Ａを下回らないようにする。

この様な、制御方法を行なうことで、常に好適な駆動効率が得られ、静寂な駆動を可能とする。

本実施形態では、弾性体１４の駆動面１８ａには潤滑性の表面処理がなされている。
その材料は、ポリアミドイミドを主成分とし、ＰＴＦＥが添加された物であり、物性としてはヤング率が４ＧＰａ以上、厚さが５０μｍ以下とされている。

表面の潤滑材料のヤング率がこれ以上小さい場合や厚さがこれ以上大きい場合には、移動子１２の摺動面１２ａの接触する駆動面１８ａの箇所に、食い込み変形が生じ、複雑な摩擦駆動となり、筆者が見出した振動振幅と駆動効率との関係と異なる場合がある。駆動面１８ａの潤滑性の表面処理がヤング率４ＧＰａ以上、厚さ５０μｍ以下といった場合に、筆者が見出した振動振幅と駆動効率との関係が得られ、従って、本発明の効果が得られる。
なお、ヤング率の上限は製造上１０ＧＰａ以下となる。また膜厚は薄くなると剥がれやすくなるので膜厚の下限は５μｍ以上が好ましい。

たとえば、ヤング率が大きく、薄い潤滑皮膜従来の振動子１１駆動面１８ａが金属材料か、金属メッキ、移動子１２摺動面１２ａが金属材料か、金属メッキという組み合わせでは、金属同士の摩擦駆動のため、駆動速度が大きいと摩擦磨耗が激しくなり、ａ値を大きくすることができない（振動振幅を大きくできない）。そのため、本実施形態が規定する制御域まで駆動することができなく、本実施形態のような数値は必要はない。しかし、駆動面１８ａまたは摺動面１２ａにヤング率が大きく、薄い潤滑皮膜を施こすと、振動振幅を大きくして駆動速度を上げても摩擦磨耗することがなくなる。このため、本実施形態の制御方法が有効となる。

しかし、従来の振動子１１駆動面１８ａが金属材料か、金属メッキ、移動子１２摺動面１２ａが金属材料か、金属メッキという組み合わせにおいても、高速駆動時の摩擦磨耗が発生しなければ、本実施形態の方法は有効であり、効果が発生する。

（第二実施形態）
次に第二実施形態を説明する。第二実施形態は、移動子１２の加圧状態の変形量を基に振動振幅を制御する。
本実施形態では、振動波モータ制御装置は以下の様にして作用させる。最初に、出荷前の工場内の設定について説明する。
まず、Ｄ：移動子１２の摺動面１２ａの径（ｍｍ）、λ：振動子１１の波長（ｍｍ）、移動子１２の加圧状態の変形量ｂ値（ｍｍ）を算出し、制御部５２に入力する。
次に、予備駆動を行なう。その方法として、発振部５１からは駆動信号を発生させ、その信号は位相部により９０度位相の異なる２つの駆動信号に分割され、増幅部５４により所望の電圧に増幅される。駆動信号は、振動波モータ１０の圧電体１３に印加され、振動子１１の駆動面１８ａに進行波を発生させる。駆動面１８ａに加圧接触された移動子１２は、この楕円運動によって摩擦的に駆動される。移動子１２の駆動により駆動された駆動体３０には、光学式エンコーダが配置されていて、そこから、電気パルスが発生し、制御部５２に伝達され、速度を得ることが可能となる。

同様に、１）速度値、２）その時の駆動周波数、３）入力したＤ値から、進行波の振幅ａ値を算出し、４）入力したｂ値から、ａ値／ｂ値≦３．０の関係が保たれる駆動周波数を得る。その周波数を下限周波数Ｂとする。なお、安定した回転を得るために、０．０４≦ａ値／ｂ値とする。ここまでが出荷前の工場内の設定である。

実際の駆動・制御の作用としては、制御部５２から、駆動指令が発令され、発振部５１からは駆動信号を発生させ、その信号は位相部により９０度位相の異なる２つの駆動信号に分割され、増幅部５４により所望の電圧に増幅される。駆動信号は、振動波モータ１０の圧電体１３に印加され、圧電体１３は励振され、その励振によって弾性体１４には４次の曲げ振動が発生する。圧電体１３はＡ相とＢ相とに分けられており、駆動信号はそれぞれＡ相とＢ相に印加される。Ａ相から発生する４次曲げ振動とＢ相から発生する４次曲げ振動とは位置的な位相が１／４波長ずれるようになっており、また、Ａ相駆動信号とＢ相駆動信号とは９０度位相がずれているため、２つの曲げ振動は合成され、４波の進行波となる。

進行波の波頭には楕円運動が生じている。従って、駆動面１８ａに加圧接触された移動子１２は、この楕円運動によって摩擦的に駆動される。移動子１２の駆動により駆動された駆動体には、光学式エンコーダが配置されていて、そこから、電気パルスが発生し、制御部５２に伝達される。制御部５２は、この信号を基に、現在の位置と現在の速度を得ることが可能となる。制御部５２が、目標速度と実速度とが一致するように周波数を変更することで制御を行なうが、その周波数が、下限周波数Ｂを下回らないようにする。

第一実施形態では、ａ値／λ≦０．０００２５の関係が保たれる様に制御し、第二実施形態では、ａ値／ｂ値≦３．０の関係が保たれる様に制御しているが、両方が保たれるように制御する方法でも良い。

（第三実施形態）
図７は、本発明の第三実施形態の振動波モータ１１０を説明する図であり、リング状の振動波モータ１１０をレンズ鏡筒１０３に組み込んだ状態の図である。
振動子１１１は、電気エネルギを機械エネルギに変換する圧電素子や電歪素子等を例とした電気機械変換素子（以下、圧電体と称する）１１３と、圧電体１１３を接合した弾性体１１４とから構成されている。振動子１１１には進行波が発生するようにされているが、本実施形態では一例として９波の進行波として説明する。

弾性体１１４は、共振先鋭度が大きな金属材料から成り、形状は、円環形状となっている。圧電体１１３が接合される反対面には溝１１７が切ってあり、突起部１１８（溝１１７がない箇所）の先端面が駆動面１１８ａとなり移動子１１２に加圧接触される。
溝１１７を切る理由は、進行波の中立面をできる限り圧電体１１３側に近づけ、これにより駆動面１８ａの進行波の振幅を増幅させるためである。

圧電体１１３は、円周方向に沿って２つの相（Ａ相、Ｂ相）に分かれており、各相においては、１／２波長毎に分極が交互となった要素が並べられていて、Ａ相とＢ相との間には１／４波長分間隔が空くようにしてある。

圧電体１１３の下には、不織布（図示せず）、加圧板１２０、加圧部材１２２が配置されている。不織布は、フェルトを例としたものであり、圧電体１１３の下に配置され、振動子１１１の振動を加圧板１２０や加圧部に伝えないようにしてある。
加圧板１２０は、加圧部材１２２の加圧を受けるようにされている。

加圧部材１２２は、加圧板１２０の下に配置されていて、加圧力を発生させるものである。本実施形態では、加圧部材１２２を皿バネとしたが、皿バネでなくともコイルバネやウェーブバネでも良い。加圧部材１２２は、押さえ環は固定部材１２７に固定されることで、保持される。

移動子１１２は、アルミニウムといった軽金属からなり、摺動面１２ａの表面には耐摩耗性向上のための摺動材料が設けられている。
移動子１１２の上には、移動子１１２の縦方向の振動を吸収するために、ゴムの様な振動吸収部材１３１が配置され、その上には出力伝達部１３２が配置されている。

出力伝達部１３２は、固定部材１２７に設けられたベアリング１３４により、加圧方向と径方向とが規制され、これにより移動子１１２の加圧方向と径方向とが規制されている。
出力伝達部１３２は、突起部１３５があり、そこからカム環１３６に接続されたフォークが嵌合しており、出力伝達部１３２の回転とともに、カム環１３６が回転される。

カム環１３６には、キー溝１４０がカム環１３６に斜めに切られており、ＡＦ環１４１に設けられた固定ピン１４２が、キー溝１４０に嵌合していて、カム環１３６が回転駆動することにより、光軸方向に直進方向にＡＦ環１４１が駆動され、所望の位置に停止できる様にされている。

固定部材１２７は、押さえ環１２３がネジにより取り付けられ、これを取り付けることで、出力伝達部１３２から移動子１１２、振動子１１１、バネまでを一つのモータユニットとして構成できるようになる。

本実施形態における実験結果を表２で説明する。

駆動信号の駆動周波数を変更して回転速度を変更していくと、駆動効率は徐々に上がっていくが、ある値から下がり始める。これは、振幅が小さい時は、振動子１１１の振動エネルギから移動子１１２への回転運動エネルギへの変換ロスがあるが、振幅が大きくなることでその変換ロスが少なくなっていくが、ある振動振幅値以上は、振幅が大きくなりすぎるため振動自体にロスが生じるようになるからと考えられる。その閾値は波長に対しての振幅の割合（すなわり、ａ値／λ）で決まっていると考えられる。
振動自体にロスが生じている状態は、振動が不安定になっているため、この不安定領域では振動波モータ１１０は制御しにくい状態となっている。

本測定によれば、ａ値／λ≦０．０００２５の関係が好適である。また、安定した回転を得るためには０．０００００３≦ａ値／λの関係が好適である。
なお、駆動効率は、＝回転速度×トルク÷入力電力から算出している。
また、駆動信号の駆動周波数を変更してみて、回転速度を変更していくと、ある回転数以上では異音が発生し始める。これは、振幅が小さい時は、振動子１１１駆動面１８ａと移動子１１２摺動面１２ａとが加圧により密着しているが、振幅が大きくなって回転速度が増加していくと、加圧に対する抑えが利かなくなり、移動子１１２摺動面１２ａが浮き始め、振動子１１１駆動面１８ａとの間に隙間が生じるためと考えられる。

その閾値は移動子１１２摺動面１２ａの変形量に対しての振幅の割合（すなわり、ａ値／ｂ値）で決まっていると見られる。異音が発生して状態は、回転速度が不安定になっているため、この不安定領域では振動波モータ１１０は制御しにくい状態となっている。
本測定によれば、ａ値／ｂ値≦３．０の関係が好適である。また、安定した回転を得るためには、０．０４≦ａ値／ｂ値の関係が好適である。

本実施形態の駆動方法、制御方法は、第一実施形態または第二実施形態と同様であるため、その説明は省略する。

以上より、第一実施形態の表１及び第三実施形態の表２に示すように、第一実施形態及び第三実施形態のいずれにおいても、形状や進行波の波数、波長にかかわらず、ａ値／λ≦０．０００２５の関係が好適である。また、安定した回転を得るためには０．０００００３≦ａ値／λの関係が好適である。ａ値／ｂ値≦３．０の関係が好適である。また、安定した回転を得るためには、０．０４≦ａ値／ｂ値の関係が好適である。

以上、この関係を考慮して振動波モータを制御することは、多くの進行波型振動波モータに効果が得られるものと考えられる。
なお、本実施形態では、進行性振動波を用いた振動波モータで、波数４、９の場合を開示したが、他の波数、５、６、７、８、１０以上でも、同様な構成で、同様な方法で制御すれば、同様な効果が得られる。

１０，１１０：振動波モータ、１２，１１２：：移動子、１３，１１３：圧電体、１４，１１４：弾性体、１８ａ、１１８ａ：駆動面、５０：駆動装置

Claims (9)

1. 駆動信号により励振される電気機械変換素子と、
   前記電気機械変換素子に接合され、前記励振により駆動面に進行性振動波を生じる弾性体と、
   前記弾性体の駆動面に加圧接触される摺動面を有し、前記進行性振動波によって駆動される相対運動部材と、
   前記電気機械変換素子に前記駆動信号を与える駆動装置と、を備える振動波モータにおいて、
   前記駆動装置は、
   前記弾性体の前記駆動面に発生する振動振幅をａ値と定義し、前記弾性体の前記駆動面に発生する進行波の波長をλと定義した時、ａ値／λ≦０．０００２５を満たす進行性振動波を前記駆動面に発生させる駆動信号を前記電気機械変換素子に与えること、
   を特徴とする振動波モータ。
2. 駆動信号により励振される電気機械変換素子と、
   前記電気機械変換素子に接合され、前記励振により駆動面に進行性振動波を生じる弾性体と、
   前記弾性体の前記駆動面に加圧接触される摺動面を有し、前記進行性振動波によって駆動される相対運動部材と、
   前記電気機械変換素子に前記駆動信号を与える駆動装置と、を備える振動波モータにおいて、
   前記駆動装置は、
   前記弾性体の前記駆動面に発生する振動振幅をａ値と定義し、前記弾性体の駆動面に加圧接触した前記相対運動部材の前記摺動面の加圧方向の変形量をｂ値と定義した時、ａ値／ｂ値≦３を満たす進行性振動波を前記駆動面に発生させる駆動信号を前記電気機械変換素子に与えること、
   を特徴とする振動波モータ。
3. 請求項１に記載の振動波モータにおいて、
   前記駆動装置は、
   前記弾性体の前記駆動面に発生する振動振幅をａ値と定義し、前記弾性体の駆動面に加圧接触した前記相対運動部材の前記摺動面の加圧方向の変形量をｂ値と定義した時、ａ値／ｂ値≦３を満たす進行性振動波を前記駆動面に発生させる駆動信号を前記電気機械変換素子に与えること、
   を特徴とする振動波モータ。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の振動波モータであって、
   前記駆動装置は、
   ０．０００００３≦ａ値／λを満たす進行性振動波を前記駆動面に発生させる駆動信号を前記電気機械変換素子に与えること、
   を特徴とする振動波モータ。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の振動波モータであって、
   前記駆動装置は、０．０４≦ａ値／ｂ値を満たす進行性振動波を前記駆動面に発生させる駆動信号を前記電気機械変換素子に与えること、
   を特徴とする振動波モータ。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の振動波モータにおいて、
   前記弾性体の前記駆動面、または前記相対運動部材の摺動面に耐久性の薄膜が塗布されていることを特徴とする振動波モータ。
7. 請求項６に記載の振動波モータにおいて、
   前記薄膜は、ポリアミドイミドを主成分とし、ヤング率が４Ｇｐａ以上１０ＧＰａ以下で、膜厚が５０μｍ以下を特徴とする振動波モータ。
8. 請求項１から６のいずれか１項に記載の振動波モータを備えるレンズ鏡筒。
9. 請求項１から６のいずれか１項に記載の振動波モータを備えるカメラ。

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