JP3107956B2 - 振動波駆動装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電気信号を印加すること
により、振動体に進行性振動波を生じさせ、この振動体
に接触する移動体との間の摩擦駆動で相対移動を起こさ
せる振動波モータ、特に高トルク高精度型の振動波駆動
装置の構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図３は従来の振動波駆動装置としての振
動波モータの縦断面図、図４の（ａ）は電極構成図、図
４の（ｂ）はステータの展開側面図、図５は加圧用の圧
縮ばね部材である。

【０００３】図３及び図４において、１は厚さｂの薄い
円環形状の圧電素子で、弾性材料からなりλ／２あたり
４個の突起を等間隔に全周にわたり形成した振動体２に
ベタ電極面を固着してステータとしている。

【０００４】圧電素子１の他面の電極構成は図４の
（ａ）に示す通り、励起されるべき振動数の波長λに対
し、交互に逆の伸縮極性となるようλ／２ピッチで分極
された駆動用のＡ電極群（Ａ₁ 〜Ａ₈ ）及びＢ電極群
（Ｂ₁ 〜Ｂ₈ ）と、これらＡ及びＢ電極間にあり、それ
ぞれの電極群の振動状態を検出するλ／４ピッチの振動
検出用電極Ｓ_A 及びＳ_B と、他に接地用の３つの共通電
極Ｇからなっている。

【０００５】前記の駆動用Ａ電極群（Ａ₁ 〜Ａ₈ ）に対
し駆動用Ｂ電極群（Ｂ₁ 〜Ｂ₈ ）は３／λずれたピッチ
で配置され、一方振動検出用の電極Ｓ_A 及びＳ_B は駆動
用のＡ電極群（Ａ₁ 〜Ａ₈ ）及びＢ電極群（Ｂ₁ 〜
Ｂ₈ ）によるそれぞれ定在波の実質的に腹の位置を中心
として配置されている。

【０００６】図４の（ｂ）において、振動体２の突起
は、軸心に対して一定幅（ｔ）のスリットを入れること
で形成されるが、Ｈは振動体２の全高さ、ｈはスリット
深さである。

【０００７】更に図４の（ｂ）に示したように圧電素子
１の振動検出用の電極Ｓ_A 及びＳ_Bの中央点を振動体２
のスリット部の中央点に合致させてステータとしている
ので、駆動用のＡ電極群（Ａ₁ 〜Ａ₈ ）或いはＢ電極群
（Ｂ₁ 〜Ｂ₈ ）の中央点は全てスリット部の中央点に合
致している。

【０００８】図３において、圧電素子１は耐熱性のある
エポキシ系接着剤で振動体２の裏面に同心的にかつ振動
体２のスリット位置に対し前述の通りの電極構成を特定
して固着している。

【０００９】３は熱伝導性の優れた材料からなる筐体
で、振動体２の接触部の内径側の薄板円板部２ａを介し
て振動体２を強固にビス４で固定している。

【００１０】又筐体３の中心部の内径嵌合部３ａには第
１のボール軸受１１がその外輪１１ａを固着して設けら
れている。

【００１１】１０は中間にフランジ部１０ｃが、例えば
焼ばめ等で固着された回転軸であり、その一端部１０ａ
は第１のボール軸受１１の内輪に軸方向摺動可能に支持
され、また他端部１０ｂは筐体カバー８の中心部に筐体
３とは反対側に張り出た軸受嵌合部８ａに外輪１２ａを
固着して設けられた第２のボール軸受１２の内輪１２ｂ
に軸方向摺動可能に支持されている。回転軸１０の他端
１０ｂには又エンコーダの入力軸を固定するための内径
嵌合部１０ｅ及び固定ネジ孔１０ｄが設けられている。

【００１２】１５は回転軸１０のフランジ部１０ｃにネ
ジ１６で同心的に固定された円盤形状の中間部材であ
り、外周端部には環状の移動体７が同心的に嵌合して設
けられている。この移動体７は複合樹脂からなる環状の
摺動体６と摺動体６をエポキシ系接着剤で同心的に固着
した例えばアルミ合金からなる支持体５とで形成されて
おり、この摺動体６が振動体２の摺動面２ｂに接触す
る。尚、図３に示すように、支持体５にはこの接触部の
外径側に薄板円環部５ａが形成されている。

【００１３】移動体７はゴム製の弾性シート部材１７を
介して前記の中間部材１５に支持されており、中間部材
１５のフランジ部１５ａと第２のボール軸受１２の内輪
１２ａとの間に設けられた例えば図５に示すダイヤフラ
ム形状の圧縮ばね部材１４が発生する軸方向荷重が、弾
性シート部材１７を介して支持体５の軸方向に与えられ
て、振動体２の摺動面２ｂと移動体７の摺動体６が加圧
接触している。

【００１４】８は前記の筐体カバーであり、ネジ９によ
り筐体３に固定されている。

【００１５】筐体カバー８に設けられた第２のボール軸
受１２の内輪１２ｂとの間には図示されていないスペー
サ部材が設置され、圧縮ばね部材１４の発生する軸方向
荷重を調整することが可能である。

【００１６】前記の振動波モータの要求特性は下記第１
表の通りであり、又設計仕様は下記第２表の通りであ
る。

【００１７】

【表１】

【００１８】

【発明が解決しようとしている課題】しかしながら従来
型の振動波モータでは加圧用の圧縮ばね部材１４を第２
のボール軸受１２と円盤形状の中間部材１５の間に配置
し、圧縮ばね部材１４の軸方向荷重の作用点を中間部材
１５の薄板円環からなるフランジ部１５ａとしたため、
振動波モータの軸方向寸法が大となり、振動波モータに
突出部が形成され、偏平化のためのさまたげとなってい
た。

【００１９】

【００２０】また、従来型の振動波モータを要求時性に
対応して評価したところ下記のように不満足な点があっ
た。

【００２１】振動波モータの回転軸をトルク計に固定
し、定格回転数の２２．５ｒｐｍで、順次入力を大にし
ていくと定格トルク８ｋｇｃｍは得られたが、わずかに
ビビリ音が発生しており、トルクの時間変動をみると不
安定であった。次にトルク対回転数特性を同様に入力を
大にして測定したが、いずれの特性カーブもトルクが８
ｋｇｃｍ近辺で回転数が低下するいわゆる「脱調現象」
が見られた。

【００２２】次に分解能が８１０００ＰＰＲのレーザ
ロータリーエンコーダを回転軸の一端に固定し、他端に
１ｋｇｃｍの負荷をつけ回転数３３．３ｒｐｍで駆動
し、フラッタメータで回転精度を測定したところカット
オフ周波数５００Ｈｚで０．０４％ＲＭＳと要求特性を
満たさなかった。

【００２３】更に３３．３ｒｐｍ１ｋｇｃｍで回転精
度を測定しながら２．０００時間の連続運転を行ったと
ころフラッター値が０．０２５％ＲＭＳと変っていた。

【００２４】２０００時間の連続運転後、再び定格回
転数２２．５ｒｐｍで駆動するとわずかにあったビビリ
音の発生がなくなり８ｋｇｃｍの安定したトルク値が得
られた。又トルク対回転数特性を測定してみると８ｋｇ
ｃｍ近辺の高トルク領域での「脱調現象」が緩和され、
定格の２２．５ｒｐｍ．８ｋｇｃｍを通る特性カーブが
得られた。

【００２５】従来型の振動数モータは図３に見られるよ
うに、ステンレスからなる振動体２は移動体７との接触
部に対し、内径側の薄板円板部２ａを介して支持されて
おり、一方移動体７のアルミ合金からなる支持体５は振
動体２との接触部の外径側に薄板円環部５ａが形成され
ている。

【００２６】従って圧縮ばね部材１４の発生する軸方向
荷重が前記の振動体２に対し前記の移動体７を加圧接触
した状態では、摺動体６の内径側で接触する傾向があ
り、こうした振動体２と移動体７の接触状態でモータを
駆動し、トルクを大きくしていくと、特定のトルク値で
回転数が一気に低下するいわゆる「脱調現象」が発生し
やすくなる。

【００２７】長時間の連続運転を行うと、複合樹脂から
なる摺動体６の内径側から摩耗が進みその結果接触面積
が大きくなるので「脱調現象」が緩和しより高トルク化
が可能となり、又より安定した接触状態が得られたので
回転精度が向上したと思われる。

【００２８】

【００２９】

【課題を解決するための手段】本発明は、進行性振動波
を生ずる振動体と、この振動体に一方面側で接触して振
動体の進行性振動波により摩擦駆動で回転される移動体
と、前記移動体の回転を取出すように前記移動体に連結
された回転軸とを備えた振動波駆動装置において、前記
移動体は中間部材を介して前記回転軸に連結し、前記中
間部材は内径部での前記振動体と対向する面の裏面側に
凹所を形成し、前記凹所の内部に前記移動体を前記振動
体に圧接するための圧縮ばね部材および前記回転軸を支
承する軸受を配置したことを特徴するもので、こうした
構造を採用することで振動波駆動装置の偏平化をはかる
ものである。

【００３０】

【００３１】

【実施例】以下本発明を図面に示す実施例に基づいて、
詳細に説明する。

【００３２】図１は本発明による振動波駆動装置を適用
した振動波モータの第１の実施例を示す縦断面図、図２
は加圧用の圧縮ばね部材である。

【００３３】図１において、１は圧電素子、２は振動
体、３は筐体、４はネジ、５は支持体、６は複合樹脂か
らなる摺動体、７は移動体、９はネジ、１１は第１のボ
ール軸受、１２は第２のボール軸受、１７は弾性シート
部材で以上の構成部品は図３の従来型の振動波モータと
同等であり、詳しい説明は省略する。

【００３４】１００は中間にフランジ部１００ｃを固着
した回転軸で、一端１００ａは第１のボール軸受１１の
内輪１１ｂ、他端１００ｂは第２のボール軸受１２の内
輪１２ｂにそれぞれ軸方向摺動自在かつ回転自在に支承
されている。

【００３５】２１５は回転軸１００のフランジ部２００
ｃにネジ１１６で同心的に固定された円筒形状の中間部
材であり、外周部端には環状の移動体７が同心的に嵌合
して設けられている。

【００３６】移動体７はゴム製の弾性シート部１７を介
して、中間部材２１５の厚板としたフランジ部２１５ａ
で支持されている。

【００３７】前記中間部材２１５には内径部に凹所２１
５ｂが形成されており、凹所２１５ｂの壁２１５ｃと第
２のボール軸受１２の内輪１２ａとの間に設けられた例
えば図２に示すダイヤフラム形状の圧縮ばね部材１１４
が発生する軸方向荷重が弾性シート部材１７を介して支
持体５の軸方向に与えられて振動体２の摺動面２ｂと移
動体７の摺動体６が加圧接触している。

【００３８】１０８は筐体カバーであり、ネジ９により
筐体３に固定されるものであり、その中央部の筐体３側
に張出した軸受嵌合孔１０８ａに第２のボール軸受１２
が嵌合されている。

【００３９】第１のボール軸受１１の外輪１１ａ及び第
２のボール軸受１２の外輪１２ａはそれぞれ筐体３及び
筐体カバー１０８の軸受嵌合部３ａ及び１０８ａに接着
剤で固着されているのは図３の従来型の振動波モータと
同じである。

【００４０】以上が本発明の第１の実施例の振動波モー
タの基本構造であるが、従来型の振動波モータの加圧用
の圧縮ばね部材１４に対し、より径の小さい加圧用の圧
縮ばね部材１１４を採用し、中間部材２１５を全体的に
より厚板とし剛性が大きい円筒形状とし、一方で内径部
に凹所を設けて、前記の圧縮ばね部材１１４を収容し、
圧縮ばね部材１１４が発生する軸方向荷重がそのまま移
動体７に伝達するようにした。更に円筒形状の中間部材
２１５の凹所に筐体カバー１０８に設けられる第２のボ
ール軸受が配置するようにした。このため、本実施例の
振動波モータの偏平化が可能となった。

【００４１】図６は本発明による振動波駆動装置を適用
した振動波モータの第２の実施例を示す縦断面図であ
る。

【００４２】第１の実施例では板状の圧縮ばね部材を用
いていたのに対し、本実施例ではコイル状の圧縮ばね部
材を採用している。

【００４３】図６において、３１５は図１の円筒形状の
中間部材２１５とほぼ同形状の中間部材で、やはり内径
部に凹所３１５ａが形成されている。そして中間部材３
１５は回転軸１００のフランジ部２００ｃに嵌合される
とともにネジ１６で固定されており、又外周部端には移
動体７を同心的に嵌合させて支持している。第１の実施
例と同様にネジ９で筐体３に固定される筐体カバー１０
８の中央部の筐体３側に張出した軸受嵌合孔１０８ａに
は第２のボール軸受１２が設けられている。

【００４４】２１４は中間部材３１５の内径部に設けら
れたコイル状の圧縮ばね部材で、回転軸１００のフラン
ジ部２００ｃと第２のボール軸受１２の内輪１２ａで挟
持され軸受荷重を発生する。

【００４５】図７は本発明による振動波駆動装置を適用
した振動波モータの第３の実施例を示す縦断面図であ
る。

【００４６】図７において、１は圧電素子、２は振動
体、３は筐体、４はネジ、６は複合樹脂からなる摺動
体、９はネジ、１１は第１のボール軸受、１２は第２の
ボール軸受、１０８は筐体カバーで以上の構成部品は図
３の従来型の振動波モータと同等であり、詳しい説明は
省略する。又１００は図１の第１の実施例で説明した回
転軸である。

【００４７】１１５は回転軸１００のフランジ部１００
ｃにネジ１１６で同心的に固定された円筒形状の中間部
材であり、外周部端には環状の移動体１０７が同心的に
嵌合して設けられている。

【００４８】この移動体１０７は複合樹脂からなる環状
の摺動体６と摺動体６をエポキシ系接着剤で同心的に固
着した例えばアルミ合金からなる支持体１０５とで形成
されており、この摺動体６が振動体２の摺動面２ａに接
触するのは従来型の振動波モータと同じである。

【００４９】しかし本実施例の支持体１０５は、従来型
の支持体５が図３に示しすように、振動体２と摺動体６
の接触部の外径側に薄板円環部５ａを形成していたのに
対し、図７に示すように、接触部の内径側に薄板円環部
１０５ａを形成している点で異なる。

【００５０】移動体１０７はゴム製の弾性シート部材１
１７を介して、中間部材１１５の厚板としたフランジ部
１１５ａで支持されている。

【００５１】前記中間部材１１５には内径部に凹所１１
５ｂが形成されており、凹所１１５ｂの壁１１５ｃと第
２のボール軸受１２の内輪１２ａとの間に設けられた例
えば図２に示すダイヤフラム形状の圧縮ばね部材１１４
が発生する軸方向荷重が弾性シート部材１１７を介して
支持体１０５の軸方向に与えられて振動体２の摺動面２
ｂと移動体１０７の摺動体６が加圧接触している。

【００５２】以上が第３の実施例の振動波モータの基本
構造であるが、加圧用の圧縮ばね部材１１４の発生する
軸方向荷重は比較的厚板で剛性が大きい円筒形状の中間
部材１１５を介して移動体１０７に付加されることにな
る。

【００５３】その際、移動体１０７の支持体１０５は、
図７に示すように、振動体２の摺動面２ｂと摺動体６の
接触部の内径側に薄板円環部１０５ａが形成されている
ため、摺動体６は内径側において撓み量が大きくなる。

【００５４】一方、振動体２の摺動面２ｂは内径側の薄
板円板部２ａを介して筐体３に支持されているため、外
径側において撓み量が大きくなる。

【００５５】前記の通り、振動体２の摺動面２ｂと摺動
体６との接触部の内径側の薄板円板部２ａを介して筐体
３に支持された従来型の振動体２に対し、接触部の内径
側に薄板円環部１０５ａを形成した移動体１０７を組合
せ、圧縮ばね部材１１４の軸方向荷重を回転軸１００と
連結する円筒形状の中間部材１１５を介して移動体１０
５に付加した。

【００５６】その結果移動体１０７の摺動体６は振動体
２の摺動面２ｂの軸方向の傾きにならうことなり大きな
接触面積が得られた。

【００５７】本実施例の振動波モータを要求特性に対応
して評価したところ下記のような結果を得た。

【００５８】定格回転数２２．５ｒｐｍで、入力を大
にしていくと、定格トルク８ｋｇｃｍが得られ、ビビリ
音の発生もなくトルクの時間移動も安定していた。又ト
ルク対回転数特性を入力を大にして測定したが、いずれ
の特性カーブもトルクが８ｋｇｃｍ以上あり「脱調現
象」の緩和が見られた。

【００５９】レーザーロータリーエンコーダを用いて
の回転精度の測定では、従来型と同条件で０．０２％Ｒ
ＭＳと要求特性を満たしていた。

【００６０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では従来の
振動波駆動装置の基本的な設計仕様を変えることなく、
要求特性を満たす、軸方向寸法が短かく、かつ偏平な振
動波駆動装置が可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す振動波モータの断
面図。

【図２】図１の圧縮バネ部材の正面図。

【図３】従来の振動波モータの断面図。

【図４】図３のステータを示し、（ａ）は電極構成を示
す図、（ｂ）は展開側面図。

【図５】図３の圧縮バネ部材の正面図。

【図６】第２の実施例を示す振動波モータの断面図。

【図７】第３の実施例を示す振動波モータの断面図。

【符号の説明】

１…圧電素子 ２…振動体 ３…筐体 ５，１０５…
支持体 ６…摺動体 ７，１０７…
移動体 ８，１０８…筐体カバー １０，１００
…回転軸 １２…第２のボール軸受 １４，１１４
…圧縮バネ部材 １５，１１５，２１５，３１５…中間部材

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 進行性振動波を生ずる振動体と、この振
   動体に一方面側で接触して振動体の進行性振動波により
   摩擦駆動で回転される移動体と、前記移動体の回転を取
   出すように前記移動体に連結された回転軸とを備えた振
   動波駆動装置において、前記 移動体は中間部材を介して前記回転軸に連結し、前
   記中間部材は内径部での前記振動体と対向する面の裏面
   側に凹所を形成し、前記凹所の内部に前記移動体を前記
   振動体に圧接するための圧縮ばね部材および前記回転軸
   を支承する軸受を配置したことを特徴する振動波駆動装
   置。
2. 【請求項２】 前記軸受としてボール軸受を用いたこと
   を特徴とする請求項１の振動波駆動装置。
3. 【請求項３】 前記圧縮ばね部材が板材より形成された
   ことを特徴とする請求項１または２の振動波駆動装置。
4. 【請求項４】 前記圧縮ばねの軸方向荷重が前記ボール
   軸受と前記中間部材の凹所の壁に挟持されることにより
   発生することを特徴とする請求項２または３の振動波駆
   動装置。
5. 【請求項５】 前記圧縮ばね部材がコイルばねであるこ
   とを特徴とする請求項１または２の振動波駆動装置。
6. 【請求項６】 前記圧縮ばねの軸方向荷重が前記ボール
   軸受と前記回転軸のフランジ面に挟持されることにより
   発生することを特徴とする請求項２または５の振動波駆
   動装置。