JP2014017908A - 振動波モータ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の振動波モータ1は、互いに時間的位相差がある駆動信号により振動が発生される電気機械変換素子積層体11と、該積層体に接合される接合面12f、及び接合面の反対側に設けられた振動によって進行性の振動波を生じる駆動面12a、を有する弾性体12と、駆動面に加圧接触され、振動波によって駆動される相対運動部材20と、を備え、積層体は、一方の面に共通電極パターン、他方の面に駆動信号印加電極パターン16が形成された単層電気機械変換素子111a,11b,111cが、弾性体の厚さ方向へ複数積層されたものであり、積層体全体としての弾性体側の面11Bには、共通電極パターン19が配置され、弾性体側と反対側の面11Aには、駆動信号印加電極パターン16が配置されるように単層電気機械変換素子が積層されている。
【選択図】図4
Description
請求項2に記載の発明は、請求項1記載の振動波モータ(1,210)において、前記単層電気機械変換素子(111,111a,11b,111c)の積層数は、奇数であること、を特徴とする振動波モータ(1,210)である。
請求項3に記載の発明は、請求項1または2記載の振動波モータ(1,210)において、前記単層電気機械変換素子(111,111a,11b,111c)における、互いに対向する面には、同じ電極パターンが形成され、前記電気機械変換素子積層体(11,213)の側面を延びる導通部(18a)で導通されていること、を特徴とする振動波モータ(1,210)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(1,210)において、前記単層電気機械変換素子(111,111a,11b,111c)は2群で、かつ隣り合う前記単層電気機械変換素子(111,111a,11b,111c)の分極方向が互いに反対方向を向くようになっていること、を特徴とする振動波モータ(1,210)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。
以下、本発明にかかる振動波モータ1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、本発明の第一実施形態の振動波モータ1を説明する図である。
本実施形態では振動子10側を固定とし、移動子(相対運動部材)20を駆動する様になっている。
移動子20は、アルミニウム等の軽金属からなり、摺動面の表面には耐摩耗性向上のための表面処理が成されている。
弾性体12の一面(接合面12f)には圧電体11が接合され、その一面と反対側は溝12bが切られている。そして、突起部分(溝12bがない箇所)12cの先端は駆動面12aとなって移動子20に加圧接触される。
弾性体12の溝12bが切られていない部分はベース部12dであり、ベース部12dから内径側にフランジ12eが伸延されている。フランジ12eの最内径部は、固定部材13に固定されている。
弾性体12の突起部分12cには、全体を覆う様にして塗装膜や潤滑メッキ等の摺動部材が施されている。
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波長分間隔があくように電極が配置されている。
ストッパー部材23と移動子20との間のゴム部材22は、ゴムによる粘着性で移動子20とストッパー部材23と結合する機能があり、かつ移動子20からの振動を出力軸21へ伝えないための振動吸収との機能があるブチルゴム等が好適である。
加圧部材25は、出力軸21の出力ギア51とベアリング27との間に設けられている。この様な構造により、移動子20は弾性体12の駆動面12aに加圧接触する。
まず、振動波モータ1の駆動/制御部31について説明する。
発振部32は、制御部31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33は、発振部32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34からの駆動信号は、振動波モータ1に伝達され、この駆動信号の印加により振動子10に進行波が発生し、移動子20が駆動される。
回転検出部35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20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31に伝達する。
制御部31から駆動指令が発令されると、発振部32は駆動信号を発生させる。
その駆動信号は移相部33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34により所望の電圧に増幅される。
増幅された駆動信号は、振動波モータ1の圧電体11に印加され、圧電体11は励振(振動)される。その圧電体11の励振によって、弾性体12には4次の曲げ振動が発生する。圧電体11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。
移動子20の駆動により駆動された駆動体には、光学式エンコ−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31に伝達される。制御部31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。
振動波モータ1はギアユニットモジュール113に取り付けられ、ギアユニットモジュール113はレンズ鏡筒110鏡筒の固定筒114に取り付けられている。
振動波モータ1の出力ギア51は、ギアユニットモジュール113の減速ギア115を介して、カム環116に回転運動が伝達され、カム環116は回転駆動する。
カム環116には、周方向に対して斜めにキー溝117が切られており、該キー溝117に固定ピン118が挿入されたAF環119は、カム環116が回転駆動することにより、光軸OA方向に直進方向に駆動され、所望の位置に停止できる様にされている。
回路121は、レンズ鏡筒110の外側固定筒114aと内側固定筒114bとの間に設けられ、振動波モータ1の駆動、制御、回転数の検出、振動センサーの検出等を行う。
図4は、第一実施形態の圧電体11を説明する図である。図4(a)は圧電体11の側面図(振動波モータ1の加圧方向と直交する方向から見た図)の一部である。図4(b)は圧電体11の表面11Aを示した図であり、(a)は(b)のa−a方向から見た図である。図4(c)は(b)のc−c断面図である。図4(d)は圧電体11の裏面11Bを示した図である。
図5は、圧電体11と弾性体12とを含む振動子10説明する図である。図5(a)は側面図であり、図5(b)はFPC14側から見た図である。
圧電体11の素地の表面11Aには、電極が配置され、銀ペーストが印刷されている。電極はNiPや金等の金属メッキでも良い。
第一層圧電体111a、第二層圧電体111b及び第三層圧電体111cは、この順で、積層圧電体11の弾性体12との接着面と反対側(FPC側、以下、表面11Aという)から並んでいる。
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波長分間隔があくように電極が配置されている。
図5(a)に示すように、弾性体12及び圧電体11の側面からFPC14まで延びるように接着剤18が塗布されて、接着強度が補強されている。
各電極パターン16,19は、図4(a)に示すように一部が外周側に伸延されて導通部18aが形成され、外周側面を沿って各層の電極パターン16,19と導通されている。なお、本実施形態では、各層の電極パターン16,19の導通を外周側面側にて実施しているが、内周側面側でも良い。
第一層圧電体111aの裏面111aBは、分割した印加電極パターン16ではなく、2つの駆動信号の相(A相、B相)の共通電極パターン19が形成されている。
第二層圧電体111bの裏面111bB側には、印加電極パターン16が配置され、それは円周方向に沿って2つの駆動信号の相(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16が配置されている。
第三層圧電体111cの裏面111cBは、分割した電極パターンではなく、2つの駆動信号の相(A相、B相)の共通電極パターン19が形成されている。
また、領域Pと隣接する領域Qでは、領域Pと分極方向が逆で、圧電体の厚さ方向に沿って−+−となる。
また、進行波の波数を4波として説明したが、5波、6波、7波・・・と、どの様な波数でも良い。
また第一層圧電体111aの表面111aAが積層圧電体11全体としての表面11AとなってFPC14が接合され、駆動信号が供給できる様にされている。
図7は印加電圧による圧電体11の伸縮を示した図である。駆動信号が+に印加された場合、A相およびB相の各電極は、図7(a)の様に伸延および縮小が交互になされる。すなわち、領域Pにおいては伸延し、領域Qは縮小する。
したがって、圧電体は薄いほうがよいが、単層の圧電体を薄くすると強度的に不十分である。しかし、本実施形態によると、単層圧電体の厚さを薄くしても積層することで強度が確保できる。
本実施形態の4波の場合、A相(またはB相)の電極パターン数は4、5波の場合では、A相(またはB相)の電極パターン数は5となるが、各相の電極パターン数が少ないと、屈曲振動の励起がされにくい。
図8は、本発明の第二実施形態のレンズ鏡筒200を説明する図である。本発明は第1実施形態の小径タイプの振動波モータ1の圧電体11のみならず、大径円環タイプの振動波モータ210の圧電体11においても同様な構成にすることが可能で、第一実施形態と同じ効果が得られる。
振動子211は、圧電体11と、圧電体11を接合した弾性体214とから構成されている。振動子211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214は、共振先鋭度が大きな金属材料から成り、円環形状となっている。圧電体11が接合される反対面には溝が切ってあり、溝が設けられていない部分の面が駆動面216aとなり移動子220に加圧接触される。弾性体214の駆動面216aの表面には、駆動性能確保および耐久性向上のために潤滑塗装膜が施されている。
不織布252は、フェルトを例としたものであり、圧電体11の下に配置され、振動子211の振動を加圧部材250に伝えないようにしてある。
移動子220の上には、移動子220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243が配置され、その上には出力伝達部材242が配置されている。
出力伝達部材242は、突起部241があり、そこからカム環315に接続されたフォークがかん合しており、出力伝達部材242の回転とともに、カム環315が回転される。
固定部材223は、押さえ環251がネジにより取り付けられ、これを取り付けることで、出力伝達部材242から移動子220、振動子211、加圧部材250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。
すなわち、単層圧電体を複数層(本実施形態では3層)積層したものである。第一層圧電体、第二層圧電体及び第三層圧電体が、この順で、積層圧電体の弾性体との接着面と反対側から並んでいる。
第一層圧電体の裏面は、分割した電極パターンではなく、2つの駆動信号の相(A相、B相)の共通電極パターンが形成されている。
第二層圧電体の裏面側には、電極が配置され、それは円周方向に沿って2つの駆動信号の相(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16が配置されている。
第三層圧電体の裏面は、分割した電極パターンではなく、2つの駆動信号の相(A相、B相)の共通電極パターンが形成されている。
以上、第二実施形態においても、上記第1実施形態と同様の効果を有する。
Claims (4)
- 互いに時間的位相差がある駆動信号により振動が発生される電気機械変換素子積層体と、
前記電気機械変換素子積層体に接合される接合面、及び該接合面の反対側に設けられた前記振動によって進行性の振動波を生じる駆動面、を有する弾性体と、
前記駆動面に加圧接触され、前記振動波によって駆動される相対運動部材と、を備え、
前記電気機械変換素子積層体は、
一方の面に共通電極パターン、他方の面に駆動信号印加電極パターンが形成された単層電気機械変換素子が、前記弾性体の厚さ方向へ複数積層されたものであり、
前記電気機械変換素子積層体全体としての前記弾性体側の面には、前記共通電極パターンが配置され、前記弾性体側と反対側の面には、前記駆動信号印加電極パターンが配置されるように前記単層電気機械変換素子が積層されていること、
を特徴とする振動波モータ。 - 請求項1記載の振動波モータにおいて、
前記単層電気機械変換素子の積層数は、奇数であること、
を特徴とする振動波モータ。 - 請求項1または2記載の振動波モータにおいて、
前記単層電気機械変換素子における、互いに対向する面には、同じ電極パターンが形成され、
前記電気機械変換素子積層体の側面を延びる導通部で導通されていること、
を特徴とする振動波モータ。 - 請求項1から3のいずれか1項に記載の振動波モータにおいて、
前記単層電気機械変換素子は2群で、かつ隣り合う前記単層電気機械変換素子の分極方向が互いに反対方向を向くようになっていること、
を特徴とする振動波モータ。
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