JP2871756B2 - 振動波駆動装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、振動波駆動装置に係り、特に騒音の発生を
防止する構造に関するものである。

〔従来の技術〕

近年、振動波モータあるいは超音波モータと呼ばれ
る、振動エネルギーを駆動源とするモータの開発が進め
られている。振動波モータは従来の電磁力を利用したモ
ータに比べて小型・低速・高トルクと言った特徴を有し
ている。

現在、振動波モータは種々の方式が発表されている
が、（１）定在波型，（２）進行波型の２つに大別され
る。実用化の面からは進行波型の振動波モータが進んで
いて、特公平１−17353号，特公平１−17354号等があ
る。この進行波型振動波モータの例を第４図におよび、
第４図の下面を示す第５図により説明する。

たとえば、金属性の弾性体からなるリング板状の振動
体２の下面に、第１群の電気−機械変換素子1aおよび第
２群の電気−機械変換素子1bが配列固着されている。こ
れら電気−機械エネルギー変換素子としては、圧電素
子、電歪素子、または磁歪素子等を用いることができる
が以下では単に変換素子と呼ぶことにする。

まず第１群変換素子1aについて述べると、その全ての
変換素子1aの上下面に、図示されていない電極膜が設け
られており、これら電極は上面電極どうし、および下面
電極どうしがたとえば導電性塗料４により電気的に接続
されていて、各変換素子1aの表裏面に交流電源６により
配線５を介して交流電圧が印加される。この交流電圧に
より各変換素子は周方向に伸縮するように構成されてい
る。そして各変換素子1aは、隣り合うものが互いに逆の
極性であるように、すなわち一方のものが伸びるとき、
他方のものが縮むように、かつλ/2のピッチ（λは振動
波長）を以って周方向に配列されている。第２群の変換
素子1bの構成および配列についても同様である。第１群
変換素子1aと第２群変換素子1bとはλ/4の奇数倍だけず
らせて配置されている。また振動体２の円周の展開長さ
は前記λの整数倍とする。なお第１群変換素子1aと第２
群変換素子1bとの間の部分１′は電圧を印加しない部分
であり、この部分に生ずる振動の逆起電圧を検知して振
動状態のモニターとすることもある。この様に振動体2,
変換素子1a,1bおよび部分１′で振動子を形成してい
る。上述のような構成および配列に於て、第１群変換素
子1aのみに交流電圧を印加すると、伸びる変換素子1aの
部分では、振動体は下方に凸に、縮む変換素子1aの部分
では上方に凸になるような曲げ変形をする結果、振動体
の全周にわたり、曲げ振動の定在波、つまり波長λの定
在波が発生する。この場合、各変換素子1aの間の中間位
置およびそこからλ/2おきの各位置が振動の節となる。
第２群変換素子1bのみに交流電圧を印加したときも同様
に波長λの定在波が発生するが、その節の位置は前記定
在波のそれに比べてλ/4だけずれたものとなる。第１群
変換素子1aに交流電圧を印加すると同時に、それとは電
気的にπ/2の位相差を持つ交流電圧を第２群変換素子1b
に印加すれば、両者による定在波の合成の結果、振動体
には周方向に進む曲げ振動の進行波が発生し、その進行
方向は上記印加電圧の位相差の正負によって決まる。こ
の曲げ振動の進行波においては、振動体２の厚さの中立
面上の点は上下方向振動をするだけであるが、振動体２
の上面および下面上の上下方向振動および周方向振動の
合成された一種の楕円運動をする。したがって、振動体
２を回転しないように適宜支持しておき、その上面にリ
ング板の移動体３を加圧接触させておけば、該移動体３
は振動体２の上記楕円運動による摩擦力により駆動され
て回転し、その回転方向は変換素子群1a,1bの印加電圧
の位相差の正負によって選択できる。以上が曲げ振動進
行波を利用した振動波モータの原理であって、振動体２
と振動体２に加圧接触する接触体とを相対移動させるこ
ともできる。

ここで、変換素子群1a,1bに電圧を印加するための導
線５は、一般的に半田付け等の方法で、極めて細い線材
が用いられているものである。太い導線を使用すると振
動体の振動状態を乱して振動波モータの性能に悪影響を
もたらすからである。この方式は導線の強度の上からも
また製作上から手間がかかるため、最近では、第６図，
第７図に示すようなフレキシブルプリント回路板（以下
FPCと略称する）を用いた配線も使われている。なおこ
の配線方法に関しては、特開昭63−64581号等がある。
第６図において、FPC7の上面には第５図の変換素子群1
a,1bにそれぞれ対応する導体パターン7a,7bがある。

また、導体パターン7sは第２図の部分１′を用いて振
動状態のモニタを得るための電極であり、また導体パタ
ーン7Gは変換素子1a,1bの裏面に導通するように構成さ
れて共通のグランド電極となるものである。第７図はFP
C7を変換素子１に導電性接着剤等を用いて接着した状態
を示すものである。

変換素子群1a,1bにはそれぞれ導体パターン7a,7b,7G
を通して電圧を印加することができ、また導体パターン
7sにより振動状態のモニター信号を得ることができるも
のである。FPC7の導体部以外の構成は、ポリイミド等の
絶縁性のベース7Bで構成されているもので、FPC7の厚み
は振動体の振動を防げないために少なくとも数10μ以下
のものを用いなければならない。

〔発明が解決しようとする課題〕

本来、振動波モータを駆動するための振動の周波数は
通常20KHz以上を用いるために人間の耳には聞こえない
もので、静かなモータを得ることができるはずである。
ところが、現実には不快な可聴音が発生することがまま
ある。発明者はこの原因を追求してきたがその原因の１
つとして、電圧印加のための導線又はFPCが不要な振動
をして、騒音を発生することがわかった。高い周波数で
振動する振動体から、導線又はFPCに可聴域の低い周波
数の騒音が発生するメカニズムは以下に述べる２つがあ
ることが判明した。

第１は、非線形振動下に於ける分数調波振動と呼ばれ
るもので、振動波モータの駆動周波数をｆとすると、導
線又はFPCには1/2f,1/3f,1/4f…の可聴域周波数の振動
が励起されるものである。第２の衝撃振動によるもの
で、これは導線又はFPCの半田付け又は接着の境界部分
が振動体の振動によりたたかれて可聴域の騒音が発生す
るものである。この場合の振動スペクトルは、分数調波
移動の場合と異なり、振動波モータの駆動周波数ｆには
あまり依存せず、低周波数域に広く分布したものとな
る。いずれの場合にも、導線は極めて細く、またFPCも
薄いため、振動体からのわずかな振動エネルギーの供給
によっても、導線又はFPCは振動弦あるいは振動膜の働
きをして、可聴域周波数の騒音を発生する。

本発明の目的は、給電用等の導線,FPCにおける振動の
発生を防止し、可聴域周波数の騒音の発生を防止するこ
とを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の目的を達成する構成は、電気−機械エネルギ
ー変換素子を接合した振動体に該電気−機械エネルギー
変換素子への交番信号の印加による振動波を生じさせ
て、該振動体と加圧接触状態下にある接触体とを相対移
動するように構成した振動波駆動装置において、該電気
−機械エネルギー変換素子に設けられる電極に配線部材
としてのフレキシブルプリント回路板を接続し、該フレ
キシブルプリント回路板の該電気−機械エネルギー変換
素子とは重畳しない引き出し領域にゴム等の振動減衰部
材を付加的に接合させたことを特徴とするものである。

〔実 施 例〕

第１図および第３図は、本発明の前提となる技術を示
す図で、第１図に示す例は、変換素子１の振動体２との
接着面とは反対側、すなわちオープンスペース側におけ
る各電極1a…,1b…に接続される配線部材としての導線
５を振動減衰材料８により被覆して騒音を防止するもの
である。振動減衰材料８は、ブチルゴム、シリコンゴム
などが特に優れている。

第３図に示す例は、導線５′をコイル状に巻き、実質
的に導線の長さを長くして、振動が伝幡中に減衰を受
け、これによって騒音発生を防止するものである。

第２図は本発明の一実施例を示す。

本実施例は、第１図に示す導線５に代えて、配線部材
としてのフレキシブルプリント回路板（FPC）７を用い
て変換素子１の各電極との接続を行っているもので、FP
C7における変換素子１とは重畳しない引出し領域に振動
減衰材料９を接着等の方法で接着して騒音を防止してい
る。振動減衰材料９としては、ブチルゴム、シリコンゴ
ムの他に粘着性の高いテープを貼り付けても効果があ
る。

なお、FPCを長くして、カール（FPCの曲げ）を正逆に
繰返して与える構造にすることで、同様の防止効果が得
られる。

またFPCの場合には、ベース材料を減衰の高い材料、
たとえばシリコン膜等を用いれば、大きな騒音防止効果
が得られる。

なお、本明細書では、振動波モータの中でも最も普及
している進行波型振動波モータを例に用いて説明した
が、本発明は定在波型振動波モータさらにその他のタイ
プの振動数モータの騒音防止方法としても適用すること
ができるものである。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の振動波駆動装置によれ
ば、電気−機械エネルギー変換素子への電力供給や振動
モニター用配線のために接続されたフレキシブルプリン
ト回路板の該変換素子とは重畳しない引出し領域にゴム
等の振動減衰部材を付加的に接合させたことにより、騒
音の発生を抑えると共に、電気−機械エネルギー変換素
子の振動に振動減衰部材が悪影響を与えることがない振
動波駆動装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第３図は本発明の前提となる技術を示す
図、第２図は本発明の一実施例を示す図、第４図および
第５図は従来の振動波モータを示す斜視図及び平面図、
第６図および第７図はその振動波モータへの配線をする
ためのフレキシブルプリント回路板を示す図である。 １……電気−機械変換素子、２……振動体 ３……移動体、５……導線 ７……フレキシブルプリント回路板（FPC） 8,9……減衰材料

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電気−機械エネルギー変換素子を接合した
   振動体に該電気−機械エネルギー変換素子への交番信号
   の印加による振動波を生じさせて、該振動体と加圧接触
   状態下にある接触体とを相対移動するように構成した振
   動波駆動装置において、 該電気−機械エネルギー変換素子に設けられる電極に配
   線部材としてのフレキシブルプリント回路板を接続し、
   該フレキシブルプリント回路板の該電気−機械エネルギ
   ー変換素子とは重畳しない引き出し領域にゴム等の振動
   減衰部材を付加的に接合させたことを特徴とする振動波
   駆動装置。