JP3299670B2 - 振動波駆動装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、振動体に生じさせ
た振動波により、この振動体と加圧接触している移動体
を摩擦駆動する振動波駆動装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】振動波モータは、金属等の弾性部材から
なる、例えば円環形状の振動体と、この振動体の裏面に
設けられた２群の圧電素子等の電気−機械エネルギー変
換素子とを有して構成される。圧電素子は、両群間にλ
／４の奇数倍のずれがあるように配置され、また各群内
でλ／２のピッチで且つ交互に逆の伸縮極性となるよう
に配置される。

【０００３】このような振動波モータでは、両群の圧電
素子に、振動体の固有振動数の周波数を有し、互いにπ
／２だけ位相のずれた交流電界を印加すると、振動体に
進行性振動波が形成され、振動体の表面側に加圧接触し
ている移動体が摩擦駆動される。

【０００４】この振動波モータから出力を取り出す方式
としては、振動体及び移動体をそれぞれ円環形状とする
とともに、回転の中心と同心に出力軸を配置して、この
出力軸と移動体とを連結し、移動体の回転出力を出力軸
を介して取り出すようにしたものがある。

【０００５】そして、従来の振動波モータにおいては、
移動体は、振動体に接触する部分から出力軸に連結され
る部分に至る一体部材として作られており、この移動体
の材料としては、振動体の振動への追従性をよくするた
めにある程度剛性が低く、耐摩耗性や熱伝導性に優れた
ものが選択される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、移動体
の剛性が低いと、移動体自身の振動による機械的損失が
大きくなるため、出力軸への回転の伝達効率が悪くなる
という問題が生ずる。

【０００７】

【０００８】さらに、移動体が一体成形されていると、
振動体から伝わった振動が移動体を介して出力軸に伝達
されるため、出力軸の回転が不安定になるおそれがあ
る。

【０００９】そこで、本発明の第１の目的は、振動への
追従性や回転伝達効率を考慮した移動体の材料選択の幅
を広げることができるようにした振動波駆動装置を提供
することである。

【００１０】また、本発明の第２の目的は、出力軸の安
定的な回転が得られるようにした振動波駆動装置を提供
することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本願第１の発明では、振動波を発生する振動体
と、この振動体にバネ部材のバネ力を用いて加圧接触し
て前記振動波によって回転駆動する移動体と、この移動
体と一体的に回転する出力軸とを有する振動波駆動装置
において、前記移動体を、少なくとも前記振動体に接触
する接触部材と、前記出力軸に回転伝達可能に固定さ
れ、前記接触部材を保持する中間部材とを有する多体構
造とすると共に、前記中間部材を略円盤状とし、前記接
触部材を環状にして前記中間部材の外周部に位置させ、
前記接触部材と前記中間部材との間に弾性材を介在させ
ている。

【００１２】すなわち、移動体において振動体の振動へ
の良好な追従性や高熱伝導性が要求される部分と、主と
して高剛性が要求される部分とを別部材によって作るこ
とにより、それぞれの部材に求められる特性条件を少な
くして材料選択の幅を広げている。

【００１３】

【００１４】しかも、振動体から接触部材に伝わった振
動を弾性材に吸収させ、この振動が中間部材やこの中間
部材から回転伝達される出力軸に大きくは伝わらないよ
うにして、出力軸の安定的な回転を確保できるようにし
ている。

【００１５】なお、上記発明において、接触部材におけ
る振動体との接触部に摺動材を取り付けて、接触部材の
耐摩耗性を向上させるようにするのが望ましい。

【００１６】

【発明の実施の形態】（第１実施形態） 以下、本発明の第１実施形態である振動波駆動装置とし
ての振動波モータについて図面を参照しながら説明す
る。図１は、上記振動波モータの縦断面を示しており、
２はステンレス等からなる円環状の金属製振動体であ
る。この振動体２の裏面側には薄い円環形状の圧電素子
群１が耐熱性を有するエポキシ樹脂系接着剤で同心的に
固着されている。また、表面である摺動面には、進行性
振動波の振動振幅を大きくとるために軸方向に切り欠か
れた櫛歯状の溝部が周方向に多数形成されている。

【００１７】３はアルミ合金等の高熱伝導性を有する金
属からなる筐体で、その中心部に第１のボール軸受１１
が設けられている。このボール軸受１１には、軸心と同
心的に振動体２が嵌合し、ネジ４で固定されている。

【００１８】１０は中間にフランジ部１０ｃが形成され
た出力軸で、一端部側１０ａが第１のボール軸受１１の
内輪に軸方向摺動可能に貫通支持され、他端部側１０ｂ
が後記する第２のボール軸受１２の内輪及び後記するバ
ネ圧調整ナット部材１８の内孔に軸方向に摺動自在及び
回転自在に貫通挿入されている。

【００１９】５はアルミ合金等の熱伝導性の高い金属に
より環状に形成された接触部材であり、この接触部材５
のうち振動体２に対向する面には、耐熱性複合樹脂から
なる環状の摺動体６（例えば厚みが１ｍｍのもの）が耐
熱性エポキシ系接着剤で同心的に接着されている。接触
部材５はこの摺動体６を介して振動体２に接触する。

【００２０】１５は出力軸１０のフランジ部１０ｃにネ
ジ１６によって固定された円盤状の中間部材である。こ
の中間部材１５の外周端部には、ゴム製の弾性シート部
材（請求の範囲にいう「弾性材」）１７を介して接触部
材５が同心的に取り付けられている。なお、中間部材１
５と接触部材５とが請求の範囲にいう「移動体」を構成
する（以下、本説明においても、これらをまとめて移動
体と称する）。

【００２１】出力軸１０のフランジ部１０ｃと第２のボ
ール軸受１２との間には、コイル状の圧縮バネ部材１４
が配設されており、この圧縮バネ部材１４が発生する軸
荷重は弾性シート部材１７を介して接触部材５に軸方向
に付与される。これにより、振動体２の摺動面と接触部
材５（摺動体６）とが加圧接触する。

【００２２】８は筐体カバーで、中央部に形成された軸
受嵌合孔８ｂに第２のボール軸受１２を軸方向に摺動可
能に受容している。さらに、軸受嵌合孔８ｂに連設され
た内周面に螺子部が形成されたネジ孔８ｃには、バネ圧
調整ナット部材１８が螺着されており、このバネ圧調整
ナット部材１８はネジ９により筐体３に固定されてい
る。

【００２３】バネ圧調整ナット部材１８は第２のボール
軸受１２の外輪１２ａにのみ接している。また、第２の
ボール軸受１２の内輪１２ｂは出力軸１０に対して軸方
向に摺動可能かつ回転可能に取り付けられている。この
ため、不図示の治具が有する２本の差し込み棒をバネ圧
調整ナット部材１８に形成された２個の小孔１８ａ，１
８ａに差し込んで時計方向に回すと、バネ圧調整ナット
部材１８が図中左方向に移動しながら第２のボール軸受
１２を同方向に押して圧縮バネ部材１４を縮めるので、
圧縮バネ部材１４に発生するバネ力が大きくなり、逆方
向に回すと圧縮バネ部材１４を広げるのでバネ力が小さ
くなる。こうして、バネのたわみ量の調整による出力軸
１０の軸荷重の調整を行なうことができる。

【００２４】なお、圧縮バネ部材１４は、たわみに対す
る軸荷重の変動を小さくするために、バネ定数の極力小
さなものが用いられている。また、組立時には、出力軸
１０の軸荷重の調整が終了した後、筐体カバー８に形成
した小孔８ａから接着剤を流し込み、第２のボール軸受
１２の外輪１２ａを筐体カバー８に固着する。

【００２５】また、圧縮バネ部材１４の一端と第２のボ
ール軸受１２との間には、第２のボール軸受１２の内輪
１２ｂにのみ当接するスペーサー１３が配置されてい
る。このスペーサー１３に圧縮バネ部材１４の一端を当
接させることにより、出力軸１０がスムーズに回転させ
ることができる。

【００２６】次に、圧電素子群１について詳しく説明す
る。圧電素子群１は、それぞれ図２に示すように分極処
理された駆動用のＡ圧電素子群１ａとＢ圧電素子群１ｂ
と、振動状態を検出する２つの振動検出用圧電素子１ｃ
と、接地用の共通電極１ｄとから構成されている。Ｂ圧
電素子群１ｂは、Ａ圧電素子群１ａに対し、励起される
振動数の波長（λ）の１／４だけずれたピッチで配置さ
れている。

【００２７】そして、Ａ圧電素子群１ａとＢ圧電素子群
１ｂとに互いに位相が９０°異なる周波電圧を印加する
ことにより振動体２の表面に進行性振動波が発生する。
このため、振動体２に接触部材５（摺動体６）を加圧接
触させると、接触部材５が摩擦駆動され、その駆動力が
中間部材１５を介して出力軸１０を回転させる。

【００２８】ここで、前述したように、移動体は、接触
部材５と中間部材５とを有する多体構造となっている。

【００２９】さらに、移動体を構成するそれぞれの部材
に求められる特性条件は、これらが１つの材料によって
一体成形される場合に比べて少ない。したがって、選択
できる材料の幅が広がり、安価な材料を選択することも
可能となる。

【００３０】また、接触部材５と中間部材１５との間に
弾性シート部材１７を介在させているため、振動体２の
振動が接触部材５に伝わっても、この振動は弾性シート
部材１７に吸収されて中間部材１５や出力軸１０には大
きくは伝わらない。

【００３１】

【００３２】（第２実施形態） 図３は、本発明の第２実施形態である振動波駆動装置と
しての振動波モータの縦断面を示している。なお、本実
施形態において第１実施形態と同じ構成要素について
は、第１実施形態と同一符号を付して説明に代える。

【００３３】第１実施形態では、コイル状の圧縮バネ部
材を用いていたが、本実施形態では、使用されるたわみ
量の近辺でバネ定数が近似的に零となる定荷重型皿バネ
形状の圧縮バネ部材を用いている。

【００３４】本実施形態では、出力軸１０にバネ支持環
２３が軸方向に摺動自在に取り付けられている。このバ
ネ支持環２３には、圧縮バネ部材２４の内周端部が同心
に固定されている。また、圧縮バネ部材２４の外周端部
は中間部材１５に当接している。さらに、バネ支持環２
３は第２のボール軸受１２の内輪１２ｂに当接してい
る。

【００３５】本実施形態において、圧縮バネ部材２４に
発生したバネ力による軸荷重は、高剛性の出力軸１０お
よび中間部材１５を介して弾性シート部材１７さらには
接触部材５に伝わり、接触部材５を振動体２に加圧接触
させる。そして、第１実施形態と同様に、バネ圧調整ナ
ット部材１８を回転させることにより、第２のボール軸
受１２及び支持環２３を軸方向に移動させて圧縮バネ部
材２４のたわみ量調整による軸荷重の微調整を行うこと
ができる。

【００３６】そして、本実施形態においても、第１実施
形態と同様に、移動体を、接触部材５と中間部材１５と
を有する多体構造としている。さらに、弾性シート部材
１７の存在により、接触部材５に振動体２の振動が伝わ
っても、ある程度吸収することができる。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、本願第１の発明で
は、移動体において振動体の振動への良好な追従性や高
熱伝導性が要求される部分と、主として高剛性が要求さ
れる部分とを別部材によって作っている。このため、本
発明を用いれば、移動体のそれぞれの部材に求められる
特性条件が少ないので材料選択の幅を広げることができ
る。

【００３８】しかも、接触部材と出力軸に回転伝達可能
に固定された中間部材との間に弾性材を介在させている
ので、振動体から接触部材に伝わった振動を弾性材に吸
収させて振動が中間部材や出力軸に大きくは伝わらない
ようにすることができ、出力軸の安定的な回転を確保す
ることができる。

【００３９】なお、上記各発明において、接触部材にお
ける振動体との接触部に摺動材を取り付ければ、接触部
材の耐摩耗性を向上させ、振動波駆動装置の長寿命化を
図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態である振動波駆動装置と
しての振動波モータの縦断面図である。

【図２】上記振動波モータに用いられる圧電素子群の平
面図である。

【図３】本発明の第２実施形態である振動波駆動装置と
しての振動波モータの縦断面図である。

【符号の説明】

１ 圧電素子群 ２ 振動体 ３ 筐体 ５ 接触部材 ８ 筐体カバー １１、１２ ボール軸受 １３ スペーサ １４ 圧縮バネ部材 １５ 中間部材 １７ 弾性シート部材 １８ バネ圧調整ナット

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 振動波を発生する振動体と、この振動体
   にバネ部材のバネ力を用いて加圧接触して前記振動波に
   よって回転駆動する移動体と、この移動体と一体的に回
   転する出力軸とを有する振動波駆動装置において、 前記移動体を、少なくとも前記振動体に接触する接触部
   材と、前記出力軸に回転伝達可能に固定され、前記接触
   部材を保持する中間部材とを有する多体構造とすると共
   に、前記中間部材を略円盤状とし、前記接触部材を環状
   にして前記中間部材の外周部に位置させ、 前記接触部材と前記中間部材との間に弾性材を介在させ
   た ことを特徴とする振動波駆動装置。
2. 【請求項２】 前記接触部材における前記振動体との接
   触部に摺動材を取り付けたことを特徴とする請求項１に
   記載の振動波駆動装置。