JP3526298B2 - 振動体および振動波駆動装置 - Google Patents
振動体および振動波駆動装置Info
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/0005—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing non-specific motion; Details common to machines covered by H02N2/02 - H02N2/16
- H02N2/001—Driving devices, e.g. vibrators
- H02N2/0015—Driving devices, e.g. vibrators using only bending modes
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/10—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
- H02N2/106—Langevin motors
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は振動波駆動装置に関
するものであり、特に棒状の振動波駆動装置における振
動体の構造に関するものである。
するものであり、特に棒状の振動波駆動装置における振
動体の構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】棒状振動波駆動装置は、金属等の弾性体
と電気−機械エネルギー変換素子としての圧電素子とか
らなる振動体を基本的構成として有しており、この圧電
素子に位相の異なる交番信号である交流電圧を印加する
ことにより進行波等の駆動振動を形成する。
と電気−機械エネルギー変換素子としての圧電素子とか
らなる振動体を基本的構成として有しており、この圧電
素子に位相の異なる交番信号である交流電圧を印加する
ことにより進行波等の駆動振動を形成する。
【０００３】そして、加圧手段によって弾性体の摩擦面
に接触体を加圧接触させ、該弾性体の摩擦面に形成され
た駆動振動により該接触体を摩擦駆動し、振動体と接触
体とを相対移動させるようにしている。
に接触体を加圧接触させ、該弾性体の摩擦面に形成され
た駆動振動により該接触体を摩擦駆動し、振動体と接触
体とを相対移動させるようにしている。
【０００４】このような振動波駆動装置において、振動
体をステータ、接触体をロータとして用いたものとして
振動波モータがある。
体をステータ、接触体をロータとして用いたものとして
振動波モータがある。
【０００５】振動波モータの振動体としては、リング状
または円板状の弾性体の一面にリング状の圧電素子板を
接着した構成のものや、ロータの回転を出力軸を介して
取り出す方式、あるいはロータの回転を直接取り出す方
式などのものが提供されている。
または円板状の弾性体の一面にリング状の圧電素子板を
接着した構成のものや、ロータの回転を出力軸を介して
取り出す方式、あるいはロータの回転を直接取り出す方
式などのものが提供されている。
【０００６】そして、振動波モータはカメラレンズ駆動
用途等への製品応用がなされており、円環型のものと棒
状型のものが存在する。
用途等への製品応用がなされており、円環型のものと棒
状型のものが存在する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】図１０（ａ）はカメラ
レンズ駆動に用いられている棒状振動波モータの構成図
であり、図１０（ｂ）はその棒状振動波モータを構成す
る棒状振動体の軸部における振動モード（ｚ軸は軸方
向、ｒ軸はラジアル方向）を示す。
レンズ駆動に用いられている棒状振動波モータの構成図
であり、図１０（ｂ）はその棒状振動波モータを構成す
る棒状振動体の軸部における振動モード（ｚ軸は軸方
向、ｒ軸はラジアル方向）を示す。
【０００８】１０１は第１の弾性体、１０２は第２の弾
性体、１０３は圧電素子である。１０６は第１の弾性体
１０１、圧電素子１０３および第２の弾性体１０２を貫
通する軸部材である。この軸部材１０６はロータ１１０
側の一端が製品への取付け部材１０９に固定され、他端
がボルト１１５に固定されている。軸部材１０６の該他
端にはねじ部が形成されており、ボルト１１５を締め付
けることで、軸部材１０６に設けられたフランジ部とボ
ルト１１５との間の第１の弾性体１０１、圧電素子１０
３、第２の弾性体１０２を挟持固定する。１１０は前述
したようにロータであり、１０７は第１の弾性体１０１
に固定されてロータ１１０と接する摩擦部材である。
性体、１０３は圧電素子である。１０６は第１の弾性体
１０１、圧電素子１０３および第２の弾性体１０２を貫
通する軸部材である。この軸部材１０６はロータ１１０
側の一端が製品への取付け部材１０９に固定され、他端
がボルト１１５に固定されている。軸部材１０６の該他
端にはねじ部が形成されており、ボルト１１５を締め付
けることで、軸部材１０６に設けられたフランジ部とボ
ルト１１５との間の第１の弾性体１０１、圧電素子１０
３、第２の弾性体１０２を挟持固定する。１１０は前述
したようにロータであり、１０７は第１の弾性体１０１
に固定されてロータ１１０と接する摩擦部材である。
【０００９】この圧電素子１０３に駆動信号を印加する
と、棒状振動体には図１０（ｂ）に示す曲げ振動（図１
０では１次の曲げ振動）が励起されてｚ軸を略中心とす
る首振り運動を行い、摩擦部材１０７がｚ軸周りの円運
動を行う。
と、棒状振動体には図１０（ｂ）に示す曲げ振動（図１
０では１次の曲げ振動）が励起されてｚ軸を略中心とす
る首振り運動を行い、摩擦部材１０７がｚ軸周りの円運
動を行う。
【００１０】このような棒状振動波駆動装置を構成する
振動体は径方向（ラジアル方向）においては小型化でき
ているが、軸方向（スラスト方向）、つまり軸長におい
ては十分に小型化した構成とはなっていなかった。しか
し、振動体の軸長を短くしようとする場合以下のような
問題があった。
振動体は径方向（ラジアル方向）においては小型化でき
ているが、軸方向（スラスト方向）、つまり軸長におい
ては十分に小型化した構成とはなっていなかった。しか
し、振動体の軸長を短くしようとする場合以下のような
問題があった。
【００１１】単純に振動体を短くすると共振周波数が増
加し、振動変位が小さくなり摩擦駆動効率が悪化した
り、高周波のため駆動回路素子が高価又は素子内部での
損失が増加したりするといった問題があった。また、共
振周波数を下げるため単に振動体を細くすると、圧電素
子や摩擦面の径も小さくなり、圧電素子の発生力や摩擦
トルクも低下してモータの出力が小さくなってしまう問
題があった。
加し、振動変位が小さくなり摩擦駆動効率が悪化した
り、高周波のため駆動回路素子が高価又は素子内部での
損失が増加したりするといった問題があった。また、共
振周波数を下げるため単に振動体を細くすると、圧電素
子や摩擦面の径も小さくなり、圧電素子の発生力や摩擦
トルクも低下してモータの出力が小さくなってしまう問
題があった。
【００１２】このような課題を解決し、棒状振動波駆動
装置の短軸化を目的とする技術として特開２００１−１
４５３７６号公報に示されたものがある。これを図１１
に示す。
装置の短軸化を目的とする技術として特開２００１−１
４５３７６号公報に示されたものがある。これを図１１
に示す。
【００１３】この発明は、第１の弾性体２０１と第２の
弾性体２０２との間に圧電素子２０３を挟持固定する点
では従来のものと同じであるが、摩擦面を有する第１の
弾性体２０１を内径部と外径部の２領域に分け、両領域
間を薄肉の連結部２１０でつなぐ点で異なっている。
弾性体２０２との間に圧電素子２０３を挟持固定する点
では従来のものと同じであるが、摩擦面を有する第１の
弾性体２０１を内径部と外径部の２領域に分け、両領域
間を薄肉の連結部２１０でつなぐ点で異なっている。
【００１４】この構成によれば、棒状弾性体の軸長を短
くしたとしても、第１の弾性体には十分な質量があるた
めに共振周波数を低くすることができる。
くしたとしても、第１の弾性体には十分な質量があるた
めに共振周波数を低くすることができる。
【００１５】しかし、この技術によると、共振周波数を
下げるため、連結部２１０を薄くして剛性を低下させる
と圧電素子の発生変位が連結部２１０の柔らかいバネに
吸収されてしまうため、該駆動力を効率よくロータに伝
えることができなくなる。逆に連結部２１０を厚くする
と共振周波数を効果的に下げることができないために、
振動体の短軸化を思うように図ることができない。よっ
て更なる改良の余地が残されていた。
下げるため、連結部２１０を薄くして剛性を低下させる
と圧電素子の発生変位が連結部２１０の柔らかいバネに
吸収されてしまうため、該駆動力を効率よくロータに伝
えることができなくなる。逆に連結部２１０を厚くする
と共振周波数を効果的に下げることができないために、
振動体の短軸化を思うように図ることができない。よっ
て更なる改良の余地が残されていた。
【００１６】すなわち、特開２００１−１４５３７６号
公報に示された振動体における上記した課題は、柔らか
いバネ（図１１に示す連結部２１０）の先に設けられた
質量部を摩擦面とするために生ずるものである。
公報に示された振動体における上記した課題は、柔らか
いバネ（図１１に示す連結部２１０）の先に設けられた
質量部を摩擦面とするために生ずるものである。
【００１７】そこで、本願に係る発明の目的は、共振周
波数を下げるための機能部材と駆動力を取り出す機能部
材を分離し、上記した従来の課題を解決した振動体およ
び振動波駆動装置を提供しようとするものである。
波数を下げるための機能部材と駆動力を取り出す機能部
材を分離し、上記した従来の課題を解決した振動体およ
び振動波駆動装置を提供しようとするものである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本願の請求項１に記載の発明は、第１の弾性部と第
２の弾性部との間に電気−機械エネルギー変換素子を配
置し、前記電気−機械エネルギー変換素子に駆動信号を
印加することにより進行波を励起する振動体において、
前記第１の弾性部と前記電気−機械エネルギー変換素子
との間に前記電気−機械エネルギー変換素子よりも外径
が大きい第３の弾性部を有し、前記電気−機械エネルギ
ー変換素子に駆動信号が印加されると、前記第３の弾性
部に、変位方向が前記振動体の軸方向と略直交する曲げ
振動によって生じる第１の進行波と前記第３の弾性部の
面外曲げ振動によって生じる第２の進行波とを励起する
ことを特徴とするものである。
め、本願の請求項１に記載の発明は、第１の弾性部と第
２の弾性部との間に電気−機械エネルギー変換素子を配
置し、前記電気−機械エネルギー変換素子に駆動信号を
印加することにより進行波を励起する振動体において、
前記第１の弾性部と前記電気−機械エネルギー変換素子
との間に前記電気−機械エネルギー変換素子よりも外径
が大きい第３の弾性部を有し、前記電気−機械エネルギ
ー変換素子に駆動信号が印加されると、前記第３の弾性
部に、変位方向が前記振動体の軸方向と略直交する曲げ
振動によって生じる第１の進行波と前記第３の弾性部の
面外曲げ振動によって生じる第２の進行波とを励起する
ことを特徴とするものである。
【００１９】
【００２０】同様に上記課題を解決するため、本願の請
求項４に記載の発明は、第１の弾性部と第２の弾性部と
の間に電気−機械エネルギー変換素子を配置し、前記電
気−機械エネルギー変換素子に駆動信号を印加すること
により変位方向が前記第１の弾性部および前記第２の弾
性部の軸方向と略直交する曲げ振動を励起する振動体に
おいて、前記第１の弾性部と前記電気−機械エネルギー
変換素子との間に、変位方向が前記振動体の軸方向と略
直交する曲げ振動によって、前記軸方向と直交する面に
おける面外曲げ振動が励起される第３の弾性部を有する
ことを特徴とするものである。
求項４に記載の発明は、第１の弾性部と第２の弾性部と
の間に電気−機械エネルギー変換素子を配置し、前記電
気−機械エネルギー変換素子に駆動信号を印加すること
により変位方向が前記第１の弾性部および前記第２の弾
性部の軸方向と略直交する曲げ振動を励起する振動体に
おいて、前記第１の弾性部と前記電気−機械エネルギー
変換素子との間に、変位方向が前記振動体の軸方向と略
直交する曲げ振動によって、前記軸方向と直交する面に
おける面外曲げ振動が励起される第３の弾性部を有する
ことを特徴とするものである。
【００２１】同様に上記課題を解決するため、本願の請
求項６に記載の発明は、第１の弾性部と第２の弾性部と
の間に、電気−機械エネルギー変換素子とこの電気−機
械エネルギー変換素子よりも外径が大きい第３の弾性部
とを配置した振動体と、前記第３の弾性部の摩擦駆動面
に接触する接触体とを有し、前記電気−機械エネルギー
変換素子に駆動信号が印加されると、前記摩擦駆動面
に、変位方向が前記振動体の軸方向と略直交する曲げ振
動によって生じる第１の進行波と、前記第３の弾性部の
面外曲げ振動によって生じる第２の進行波とを励起する
ことを特徴とするものである。
求項６に記載の発明は、第１の弾性部と第２の弾性部と
の間に、電気−機械エネルギー変換素子とこの電気−機
械エネルギー変換素子よりも外径が大きい第３の弾性部
とを配置した振動体と、前記第３の弾性部の摩擦駆動面
に接触する接触体とを有し、前記電気−機械エネルギー
変換素子に駆動信号が印加されると、前記摩擦駆動面
に、変位方向が前記振動体の軸方向と略直交する曲げ振
動によって生じる第１の進行波と、前記第３の弾性部の
面外曲げ振動によって生じる第２の進行波とを励起する
ことを特徴とするものである。
【００２２】
【００２３】同様に上記課題を解決するため、本願の請
求項８に記載の発明は、第１の弾性部と第２の弾性部と
の間に電気−機械エネルギー変換素子を配置し、該電気
−機械エネルギー変換素子に駆動信号を印加することに
より変位方向が前記第１の弾性部および前記第２の弾性
部の軸方向と略直交する曲げ振動を励起する振動体と、
前記振動体の摩擦駆動面に接触する接触体とを有し、前
記振動体は、前記第１の弾性部と前記電気−機械エネル
ギー変換素子との間に、変位方向が振動体の軸方向と略
直交する曲げ振動によって、該軸方向と直交する面にお
ける面外曲げ振動が励起される第３の弾性部とを有する
ことを特徴とするものである。
求項８に記載の発明は、第１の弾性部と第２の弾性部と
の間に電気−機械エネルギー変換素子を配置し、該電気
−機械エネルギー変換素子に駆動信号を印加することに
より変位方向が前記第１の弾性部および前記第２の弾性
部の軸方向と略直交する曲げ振動を励起する振動体と、
前記振動体の摩擦駆動面に接触する接触体とを有し、前
記振動体は、前記第１の弾性部と前記電気−機械エネル
ギー変換素子との間に、変位方向が振動体の軸方向と略
直交する曲げ振動によって、該軸方向と直交する面にお
ける面外曲げ振動が励起される第３の弾性部とを有する
ことを特徴とするものである。
【００２４】同様に上記課題を解決するため、本願の請
求項９に記載の発明は、電気―機械エネルギー変換素子
を有する振動体と、前記振動体の摩擦駆動面と接触する
接触体とを有し、前記電気−機械エネルギー変換素子に
位相の異なる複数の駆動信号を印加することにより、変
位方向が前記振動体の軸方向と略直交する曲げ振動を励
起させて前記摩擦駆動面に円又は楕円運動を形成させる
振動波駆動装置において、前記振動体は振動体の軸と直
交方向に延び前記電気−機械エネルギー変換素子より外
周側に前記摩擦駆動面を備えた第３の弾性部と、前記摩
擦駆動面の内周側に前記接触体側に突き出た第１の弾性
部と、第２の弾性部とを有し、前記複数の曲げ振動を励
起させて前記摩擦駆動面に円又は楕円運動を生じる第１
の進行波を形成すると共に、前記第３の弾性部に面外方
向の曲げ振動による第２の進行波を励起させ、前記第１
の進行波と前記第２の進行波を合成した振動モードによ
って前記摩擦駆動面に円又は楕円運動を生じさせること
を特徴とするものである。
求項９に記載の発明は、電気―機械エネルギー変換素子
を有する振動体と、前記振動体の摩擦駆動面と接触する
接触体とを有し、前記電気−機械エネルギー変換素子に
位相の異なる複数の駆動信号を印加することにより、変
位方向が前記振動体の軸方向と略直交する曲げ振動を励
起させて前記摩擦駆動面に円又は楕円運動を形成させる
振動波駆動装置において、前記振動体は振動体の軸と直
交方向に延び前記電気−機械エネルギー変換素子より外
周側に前記摩擦駆動面を備えた第３の弾性部と、前記摩
擦駆動面の内周側に前記接触体側に突き出た第１の弾性
部と、第２の弾性部とを有し、前記複数の曲げ振動を励
起させて前記摩擦駆動面に円又は楕円運動を生じる第１
の進行波を形成すると共に、前記第３の弾性部に面外方
向の曲げ振動による第２の進行波を励起させ、前記第１
の進行波と前記第２の進行波を合成した振動モードによ
って前記摩擦駆動面に円又は楕円運動を生じさせること
を特徴とするものである。
【００２５】
【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）図１は本発
明の第１の実施の形態を示したものであり、１は円筒状
に形成された第１の弾性体で、真鍮等の振動減衰損失の
小さい材料で構成されており、一端部は後記するフラン
ジ状弾性体５と当接する平坦面に形成されると共に後記
する軸部材６が貫通する穴部が形成され、他端部は開口
している。５はフランジ状（円盤状）の弾性体で、アル
ミナ等のセラミックで構成されている。
明の第１の実施の形態を示したものであり、１は円筒状
に形成された第１の弾性体で、真鍮等の振動減衰損失の
小さい材料で構成されており、一端部は後記するフラン
ジ状弾性体５と当接する平坦面に形成されると共に後記
する軸部材６が貫通する穴部が形成され、他端部は開口
している。５はフランジ状（円盤状）の弾性体で、アル
ミナ等のセラミックで構成されている。
【００２６】図１において、フランジ状弾性体５の圧電
素子３と反対側に位置する面の外周近傍は、ロータと接
触する部分であり、第１の弾性体１に挟持される中央部
分と同様にやや厚くなっている。これは中央部と外周近
傍との間に挟まれた領域をくぼませることでラップ加工
を施す面積を小さくし、加工時間を減らすためである。
ここで、フランジ状弾性体５の外周近傍は、図１から明
らかなように隣接する第１の弾性体１および圧電素子３
の外径部よりも外側に延びている。
素子３と反対側に位置する面の外周近傍は、ロータと接
触する部分であり、第１の弾性体１に挟持される中央部
分と同様にやや厚くなっている。これは中央部と外周近
傍との間に挟まれた領域をくぼませることでラップ加工
を施す面積を小さくし、加工時間を減らすためである。
ここで、フランジ状弾性体５の外周近傍は、図１から明
らかなように隣接する第１の弾性体１および圧電素子３
の外径部よりも外側に延びている。
【００２７】３は圧電素子群であり、上下に電極のつい
た素子を数枚重ねるか又は電極が上下についた薄膜状の
圧電体を重ねて一体に焼き固めた積層型のものが配置さ
れる。
た素子を数枚重ねるか又は電極が上下についた薄膜状の
圧電体を重ねて一体に焼き固めた積層型のものが配置さ
れる。
【００２８】２は第２の弾性体であり、第１の弾性体１
と同様に振動減衰損失が小さい材料で構成される。
と同様に振動減衰損失が小さい材料で構成される。
【００２９】第１の弾性体１、第２の弾性体２、フラン
ジ状弾性体５および圧電素子３とは締結手段である軸部
材６によって一体化されている。両端の先端部にそれぞ
れねじ部が形成された軸部材６の一端部を第１の弾性体
１の端部から挿入して圧電素子３を貫通させ、該ねじ部
を第２の弾性体２の軸中心部に形成されためねじ部に螺
合させる。軸部材６の中ほどに設けられたフランジ部と
軸部材６の先端部のねじ部とによって、第１の弾性体１
と第２の弾性体２との間にフランジ状弾性体５と圧電素
子３とを配置した状態で挟持固定することができる。軸
部材６の他端部は取付け部材９に固定され、棒状振動体
全体を支持している。なお、本実施の形態ではこの振動
体はフランジ状弾性体５を除き、同じ外径に形成されて
いる。
ジ状弾性体５および圧電素子３とは締結手段である軸部
材６によって一体化されている。両端の先端部にそれぞ
れねじ部が形成された軸部材６の一端部を第１の弾性体
１の端部から挿入して圧電素子３を貫通させ、該ねじ部
を第２の弾性体２の軸中心部に形成されためねじ部に螺
合させる。軸部材６の中ほどに設けられたフランジ部と
軸部材６の先端部のねじ部とによって、第１の弾性体１
と第２の弾性体２との間にフランジ状弾性体５と圧電素
子３とを配置した状態で挟持固定することができる。軸
部材６の他端部は取付け部材９に固定され、棒状振動体
全体を支持している。なお、本実施の形態ではこの振動
体はフランジ状弾性体５を除き、同じ外径に形成されて
いる。
【００３０】不図示の駆動回路からの駆動信号を圧電素
子３に印加すると、このようにして構成された棒状振動
体に軸方向と略直交する方向に振動変位する１次の曲げ
振動が励起され、さらに、フランジ状弾性体５に振動の
節となる円が存在しない周方向１次の面外曲げ振動が励
起される。
子３に印加すると、このようにして構成された棒状振動
体に軸方向と略直交する方向に振動変位する１次の曲げ
振動が励起され、さらに、フランジ状弾性体５に振動の
節となる円が存在しない周方向１次の面外曲げ振動が励
起される。
【００３１】その際、前記棒状振動体に励起されるラジ
アル方向に変位する１次の曲げ振動の腹位置は、フラン
ジ状弾性体５の中央面からずれて配置されている。ここ
でいうラジアル方向とは、第１の弾性体１、フランジ状
弾性体５、圧電素子３および第２の弾性体２の各々の中
央を貫く直線に直交する面内に含まれる方向である。
アル方向に変位する１次の曲げ振動の腹位置は、フラン
ジ状弾性体５の中央面からずれて配置されている。ここ
でいうラジアル方向とは、第１の弾性体１、フランジ状
弾性体５、圧電素子３および第２の弾性体２の各々の中
央を貫く直線に直交する面内に含まれる方向である。
【００３２】なお、棒の曲げ振動は２次、３次の高次の
振動を利用しても差し支えないが、フランジ状弾性体５
は、これらの振動の腹の位置を外して配置する必要があ
る。
振動を利用しても差し支えないが、フランジ状弾性体５
は、これらの振動の腹の位置を外して配置する必要があ
る。
【００３３】次に、本実施の形態の駆動原理を以下に説
明する。
明する。
【００３４】円板に面外の曲げ振動を励起せしめ、これ
を進行させると円板の表面には円又は楕円運動が生ずる
ことが知られている。
を進行させると円板の表面には円又は楕円運動が生ずる
ことが知られている。
【００３５】ここで、本実施の形態の棒状弾性体と似た
形状のものとして、特開平４−９１６６８号公報に図２
（ａ）に示すようなものが開示されている。しかし、こ
の図２（ａ）に示すもののように、フランジ状弾性体の
中央面８が棒の曲げ振動の腹の略中心位置Ａと一致して
いる構成の場合は、フランジ状弾性体は１次の曲げ振動
によってラジアル方向の並進運動を行うのみである。
形状のものとして、特開平４−９１６６８号公報に図２
（ａ）に示すようなものが開示されている。しかし、こ
の図２（ａ）に示すもののように、フランジ状弾性体の
中央面８が棒の曲げ振動の腹の略中心位置Ａと一致して
いる構成の場合は、フランジ状弾性体は１次の曲げ振動
によってラジアル方向の並進運動を行うのみである。
【００３６】それに対して、本実施の形態である図２
(ｂ)に示すように、フランジ状弾性体５の中央面８が棒
状振動体の曲げ振動の腹の中心位置Ａからずれた位置に
あると、フランジ状弾性体５はラジアル方向の並進運動
に加え、棒状振動体の軸に垂直な軸（図２(ｂ)ではｘ軸
およびｚ軸と直交する軸）回りの回転運動を励起するこ
とができる。従って、フランジ状弾性体５の外周近傍に
はスラスト方向成分を含む変位、およびこれに伴う慣性
力が作用するため、フランジ状弾性体５はこのスラスト
方向の変位成分を有する振動、即ち面外への曲げ変形を
もなし得ることとなる。
(ｂ)に示すように、フランジ状弾性体５の中央面８が棒
状振動体の曲げ振動の腹の中心位置Ａからずれた位置に
あると、フランジ状弾性体５はラジアル方向の並進運動
に加え、棒状振動体の軸に垂直な軸（図２(ｂ)ではｘ軸
およびｚ軸と直交する軸）回りの回転運動を励起するこ
とができる。従って、フランジ状弾性体５の外周近傍に
はスラスト方向成分を含む変位、およびこれに伴う慣性
力が作用するため、フランジ状弾性体５はこのスラスト
方向の変位成分を有する振動、即ち面外への曲げ変形を
もなし得ることとなる。
【００３７】また、棒状振動体に励起された曲げ振動が
軸周りに回転しているため、フランジ状弾性体５に作用
する曲げ振動の加振力たる慣性力は該フランジ状弾性体
５の周上を進行し、これにともないフランジ状弾性体５
の面外曲げ振動も進行する。
軸周りに回転しているため、フランジ状弾性体５に作用
する曲げ振動の加振力たる慣性力は該フランジ状弾性体
５の周上を進行し、これにともないフランジ状弾性体５
の面外曲げ振動も進行する。
【００３８】ここで、フランジ状の物体に進行する面外
曲げ振動が生じるとフランジ状弾性体５の表面に楕円運
動が生じることは周知の現象である。したがって、この
楕円運動の回転方向を、棒状振動体の曲げ振動の回転に
よりフランジ状弾性体５に発生する円又は楕円運動の回
転方向と一致させれば、フランジ状弾性体５に押圧され
たロータの回転速度を速めることとなり、モータ性能は
向上する。
曲げ振動が生じるとフランジ状弾性体５の表面に楕円運
動が生じることは周知の現象である。したがって、この
楕円運動の回転方向を、棒状振動体の曲げ振動の回転に
よりフランジ状弾性体５に発生する円又は楕円運動の回
転方向と一致させれば、フランジ状弾性体５に押圧され
たロータの回転速度を速めることとなり、モータ性能は
向上する。
【００３９】なお、フランジ状弾性体５をフランジ状弾
性体５に作用する曲げ振動の腹の中心位置よりも下側に
設けることで、ロータと振動体との接触位置を下げるこ
とができ、振動波駆動装置全体を小型化できる。
性体５に作用する曲げ振動の腹の中心位置よりも下側に
設けることで、ロータと振動体との接触位置を下げるこ
とができ、振動波駆動装置全体を小型化できる。
【００４０】図３（ａ）,（ｂ）は棒の曲げ振動と振動
の節となる円がないフランジ状弾性体の曲げ振動が連成
した２つの振動モードを示し、図４（ａ），（ｂ）は棒
の曲げ振動と節となる円を１つ有するフランジ状弾性体
の曲げ振動が連成した２つの振動モードを示す。周方向
の次数はいずれも１（１波）である。
の節となる円がないフランジ状弾性体の曲げ振動が連成
した２つの振動モードを示し、図４（ａ），（ｂ）は棒
の曲げ振動と節となる円を１つ有するフランジ状弾性体
の曲げ振動が連成した２つの振動モードを示す。周方向
の次数はいずれも１（１波）である。
【００４１】フランジ状弾性体の曲げ進行波による円又
は楕円運動の方向は、図３（ａ）と図３（ｂ）において
はＢ１とＢ２で逆向きとなり、図４（ａ）と図４（ｂ）
においては、Ｂ３とＢ４で逆向きとなり、さらに節円の
内と外の関係にあるＢ３とＢ３′、Ｂ４とＢ４′でそれ
ぞれ逆向きとなる。
は楕円運動の方向は、図３（ａ）と図３（ｂ）において
はＢ１とＢ２で逆向きとなり、図４（ａ）と図４（ｂ）
においては、Ｂ３とＢ４で逆向きとなり、さらに節円の
内と外の関係にあるＢ３とＢ３′、Ｂ４とＢ４′でそれ
ぞれ逆向きとなる。
【００４２】棒状振動体を駆動したとき、どの振動姿態
となるかは、主にフランジ状弾性体部の面外曲げ固有振
動数と棒状振動体の曲げ振動数の関係で決定する。
となるかは、主にフランジ状弾性体部の面外曲げ固有振
動数と棒状振動体の曲げ振動数の関係で決定する。
【００４３】したがって、棒状振動体の曲げ振動の回転
により発生するロータとの接触部における楕円運動の回
転方向と一致する面外曲げ振動を発生するように、フラ
ンジ状弾性体の形状を決定する。
により発生するロータとの接触部における楕円運動の回
転方向と一致する面外曲げ振動を発生するように、フラ
ンジ状弾性体の形状を決定する。
【００４４】（第２の実施の形態）図５は本発明の第２
の実施の形態を示す。
の実施の形態を示す。
【００４５】本実施の形態の振動波駆動装置における振
動体は、第１の弾性体１１にフランジ状弾性体１５を一
体形成したもので、フランジ状弾性体１５と第２の弾性
体１２との間に圧電素子１３を配置し、不図示の締結手
段で第１の弾性体１１と第２の弾性体１２との間に圧電
素子１３を挟持固定している。
動体は、第１の弾性体１１にフランジ状弾性体１５を一
体形成したもので、フランジ状弾性体１５と第２の弾性
体１２との間に圧電素子１３を配置し、不図示の締結手
段で第１の弾性体１１と第２の弾性体１２との間に圧電
素子１３を挟持固定している。
【００４６】なお、前記締結手段としては、第１の弾性
体１１と第２の弾性体１２の内部に配置され、前記圧電
素子１３を貫通するねじ部材等が用いられる。
体１１と第２の弾性体１２の内部に配置され、前記圧電
素子１３を貫通するねじ部材等が用いられる。
【００４７】本実施の形態では、第１の弾性体１１に設
けられた先端フランジ部１１ａと第２の弾性体１２とに
よって、振動体の上下端の外径を拡大するように構成し
ている。これにより振動体全体の固有振動数が下がり、
同一の固有振動数であれば軸長が短くなる。
けられた先端フランジ部１１ａと第２の弾性体１２とに
よって、振動体の上下端の外径を拡大するように構成し
ている。これにより振動体全体の固有振動数が下がり、
同一の固有振動数であれば軸長が短くなる。
【００４８】さらに、本実施の形態ではフランジ状の突
出部としてのフランジ状弾性体１５の外周部の片面側に
は、不図示のロータとの摩擦部に耐摩耗性のある部材１
７を接着している。摩擦部材１７を配置するため、フラ
ンジ状弾性体にラップ加工を施す必要がなくなる。
出部としてのフランジ状弾性体１５の外周部の片面側に
は、不図示のロータとの摩擦部に耐摩耗性のある部材１
７を接着している。摩擦部材１７を配置するため、フラ
ンジ状弾性体にラップ加工を施す必要がなくなる。
【００４９】（第３の実施の形態）図６は本発明の第３
の実施の形態を示す。
の実施の形態を示す。
【００５０】本実施の形態の振動体は、第１の実施の形
態と同様に、第１の弾性体２１、第２の弾性体２２、圧
電素子２３及びフランジ状弾性体２５と、不図示の締結
手段により構成されている。第１の実施の形態と異なる
点は、フランジ状弾性体２５の外径部に突起２５ａを設
けると共に、その内径側に周溝２５ｂを施した。
態と同様に、第１の弾性体２１、第２の弾性体２２、圧
電素子２３及びフランジ状弾性体２５と、不図示の締結
手段により構成されている。第１の実施の形態と異なる
点は、フランジ状弾性体２５の外径部に突起２５ａを設
けると共に、その内径側に周溝２５ｂを施した。
【００５１】この結果、フランジ状弾性体２５の外周端
部で重く、内周側で剛性が低いため、ロータの接触する
フランジ外周部での面外変位が増加し、ロータ速度はよ
り速くなる。
部で重く、内周側で剛性が低いため、ロータの接触する
フランジ外周部での面外変位が増加し、ロータ速度はよ
り速くなる。
【００５２】（第４の実施の形態）図７は本発明の第４
の実施の形態を示し、図７（ａ）は振動体の斜視図であ
り、図７（ｂ）はその断面図である。
の実施の形態を示し、図７（ａ）は振動体の斜視図であ
り、図７（ｂ）はその断面図である。
【００５３】本実施の形態も第１の弾性体３１と第２の
弾性体３２との間に、フランジ状弾性体３５および圧電
素子３３を挟持固定している。本実施の形態が上記のも
のと異なる点は、フランジ状弾性体３５の外周部に周状
突起３５ａを設けるとともに、該突起３５ａを周方向に
分割していることである。
弾性体３２との間に、フランジ状弾性体３５および圧電
素子３３を挟持固定している。本実施の形態が上記のも
のと異なる点は、フランジ状弾性体３５の外周部に周状
突起３５ａを設けるとともに、該突起３５ａを周方向に
分割していることである。
【００５４】この結果、フランジ状弾性体３５が面外曲
げ変形する際に剛性が高くならないため、面外曲げ変位
が大きくとれる。
げ変形する際に剛性が高くならないため、面外曲げ変位
が大きくとれる。
【００５５】また、フランジ状弾性体３５の面外曲げ変
形が進行することにより生ずる楕円運動の周方向の変位
成分が大きくなるため、ロータは速く、すなわちモータ
出力を大きくすることができる。
形が進行することにより生ずる楕円運動の周方向の変位
成分が大きくなるため、ロータは速く、すなわちモータ
出力を大きくすることができる。
【００５６】（第５の実施の形態）図８は本発明の第５
の実施の形態を示し、この振動体は第３の実施の形態の
振動体に更に改良をくわえたものである。
の実施の形態を示し、この振動体は第３の実施の形態の
振動体に更に改良をくわえたものである。
【００５７】本実施の形態は、図６に示すフランジ状弾
性体２５の底面に面外曲げ振動励振用の圧電素子４３を
貼り付けたものである。
性体２５の底面に面外曲げ振動励振用の圧電素子４３を
貼り付けたものである。
【００５８】面外曲げ振動加振力として慣性力のみでは
不足の場合に圧電素子４３の周方向の伸縮力を用いて変
位を拡大する。交番信号は、棒状振動体駆動用に用いて
いるものと兼用してもよく別に設けても良い。
不足の場合に圧電素子４３の周方向の伸縮力を用いて変
位を拡大する。交番信号は、棒状振動体駆動用に用いて
いるものと兼用してもよく別に設けても良い。
【００５９】（第６の実施の形態）図９は第２の実施の
形態の振動体を用いた棒状振動波駆動装置の構成図であ
る。
形態の振動体を用いた棒状振動波駆動装置の構成図であ
る。
【００６０】本実施の形態における棒状振動体は、図示
のごとく、締結部材である振動体挟持用ボルト兼支持用
ピン５６により第１の弾性体５１、第２の弾性体５２、
圧電素子５３およびフランジ状弾性体５５を一体的に締
結し、さらにピン５６には、第２の弾性体５２とは反対
側に製品への取付け用フランジ５９がねじ結合されてい
る。また、取付け部材５９には出力ギア６４が振動体の
軸心を中心として回転可能に取り付けられている。第１
の弾性体５１の回りにはロータ６０が配置されており、
ロータ６０の外周側にはプレス成形で造られた接触バネ
６１が接着固定され、内周側にはバネケース６２が嵌合
されており、バネケース６２の上端部が出力ギア６４に
ラジアル方向に相対移動しないように規制されて固定さ
れている。そして、バネケース６２の下端と出力ギア６
４との間に加圧用のバネ６３が配置され、このバネ６３
のバネ力により、ロータ６０の外周部に固定の接触バネ
６１のバネ端がフランジ状弾性体５５の上面に加圧接触
している。なお、取付け部材５９は振動体挟持用ボルト
兼支持用ピン５６から外部へ漏れる振動を遮断する付加
質量の機能も兼ねる。
のごとく、締結部材である振動体挟持用ボルト兼支持用
ピン５６により第１の弾性体５１、第２の弾性体５２、
圧電素子５３およびフランジ状弾性体５５を一体的に締
結し、さらにピン５６には、第２の弾性体５２とは反対
側に製品への取付け用フランジ５９がねじ結合されてい
る。また、取付け部材５９には出力ギア６４が振動体の
軸心を中心として回転可能に取り付けられている。第１
の弾性体５１の回りにはロータ６０が配置されており、
ロータ６０の外周側にはプレス成形で造られた接触バネ
６１が接着固定され、内周側にはバネケース６２が嵌合
されており、バネケース６２の上端部が出力ギア６４に
ラジアル方向に相対移動しないように規制されて固定さ
れている。そして、バネケース６２の下端と出力ギア６
４との間に加圧用のバネ６３が配置され、このバネ６３
のバネ力により、ロータ６０の外周部に固定の接触バネ
６１のバネ端がフランジ状弾性体５５の上面に加圧接触
している。なお、取付け部材５９は振動体挟持用ボルト
兼支持用ピン５６から外部へ漏れる振動を遮断する付加
質量の機能も兼ねる。
【００６１】なお、本実施の形態は振動体を固定とし、
該振動体に加圧接触する接触体としてのロータを可動と
しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、
接触体を固定、振動体を可動としても良く、振動体と接
触体とを振動体のフランジ状に突出するフランジ状弾性
体に形成される駆動振動により相対的に摩擦駆動させれ
ばよい。
該振動体に加圧接触する接触体としてのロータを可動と
しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、
接触体を固定、振動体を可動としても良く、振動体と接
触体とを振動体のフランジ状に突出するフランジ状弾性
体に形成される駆動振動により相対的に摩擦駆動させれ
ばよい。
【００６２】また、第２、３，４，５および６の実施の
形態においても図示はしていないが、フランジ状弾性体
の中央面は棒状振動体の曲げ振動の腹の位置とは異なる
位置に配置されていることは言うまでもない。
形態においても図示はしていないが、フランジ状弾性体
の中央面は棒状振動体の曲げ振動の腹の位置とは異なる
位置に配置されていることは言うまでもない。
【００６３】
【発明の効果】上記したように、本発明によれば、棒状
振動体に摩擦駆動面を有するフランジ状弾性体を設け、
摩擦駆動面を通じて駆動力を取り出す構造とするととも
に、該フランジ状弾性体部から突出した弾性体を与え、
このバネ−質量系で共振周波数を下げる構造をとってい
るため、十分に共振周波数を下げるためにバネを十分に
柔らかく、すなわち弾性体を十分に小径化しても共振周
波数を十分に下げることができる。
振動体に摩擦駆動面を有するフランジ状弾性体を設け、
摩擦駆動面を通じて駆動力を取り出す構造とするととも
に、該フランジ状弾性体部から突出した弾性体を与え、
このバネ−質量系で共振周波数を下げる構造をとってい
るため、十分に共振周波数を下げるためにバネを十分に
柔らかく、すなわち弾性体を十分に小径化しても共振周
波数を十分に下げることができる。
【００６４】また、突出した弾性体部を金属で構成すれ
ば、ここに歪みが集中しても金属材料の減衰特性は圧電
素子に比べて優れているため、内部損失の増加は最小限
にとどまり効率の良い短い振動体が構成できる。
ば、ここに歪みが集中しても金属材料の減衰特性は圧電
素子に比べて優れているため、内部損失の増加は最小限
にとどまり効率の良い短い振動体が構成できる。
【００６５】加えて、棒状振動体の軸周りの第１の進行
波による駆動だけでなく、フランジ状弾性体に励起され
る第２の進行波による駆動力も付加することが可能とな
り、従来よりも小さな駆動信号を電気−機械エネルギー
変換素子に印加するだけで十分な駆動力が得られる。
波による駆動だけでなく、フランジ状弾性体に励起され
る第２の進行波による駆動力も付加することが可能とな
り、従来よりも小さな駆動信号を電気−機械エネルギー
変換素子に印加するだけで十分な駆動力が得られる。
【００６６】さらに、突出した弾性体の外周部にロータ
を配置できるため、モータとしての全長も短くなる。
を配置できるため、モータとしての全長も短くなる。
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す振動体の断面
図。
図。
【図２】本発明の駆動原理を説明するための振動モード
図で、（ａ）は従来の振動体、（ｂ）は第１の実施の形
態を示す。
図で、（ａ）は従来の振動体、（ｂ）は第１の実施の形
態を示す。
【図３】（ａ）、（ｂ）は本発明の駆動原理を示す振動
体の振動モード図。
体の振動モード図。
【図４】（ａ）、（ｂ）は本発明の駆動原理を示す振動
体の別の振動モード図。
体の別の振動モード図。
【図５】本発明の第２の実施の形態を示す振動体の断面
図。
図。
【図６】本発明の第３の実施の形態を示す振動体の断面
図。
図。
【図７】本発明の第４の実施の形態を示し、（ａ）は振
動体の斜視図、（ｂ）は断面図。
動体の斜視図、（ｂ）は断面図。
【図８】本発明の第５の実施の形態を示す振動体の断面
図。
図。
【図９】本発明の第６の実施の形態を示す棒状振動波駆
動装置の構成図。
動装置の構成図。
【図１０】（ａ）は従来の棒状振動波駆動装置の断面
図、（ｂ）はその振動体の振動モード図。
図、（ｂ）はその振動体の振動モード図。
【図１１】短軸化を図った従来の振動波駆動装置の断面
図。
図。
１，１１，２１，３１，５１ 第１の弾性体
２，１２，２２，３２，５２ 第２の弾性体
３，１３，２３，３３，４３，５３ 電機−機械エネル
ギー変換素子（圧電素子） ５，１５，２５，３５，５５ フランジ状弾性体 ６，５６ 挟持兼支持用ピン ８ フランジ状弾性体の中央面 ９，５９ 取付け部材 １７ 摩擦材
ギー変換素子（圧電素子） ５，１５，２５，３５，５５ フランジ状弾性体 ６，５６ 挟持兼支持用ピン ８ フランジ状弾性体の中央面 ９，５９ 取付け部材 １７ 摩擦材
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フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H02N 2/00
Claims (17)
- 【請求項１】 第１の弾性部と第２の弾性部との間に電
気−機械エネルギー変換素子を配置し、前記電気−機械
エネルギー変換素子に駆動信号を印加することにより進
行波を励起する振動体において、 前記第１の弾性部と前記電気−機械エネルギー変換素子
との間に前記電気−機械エネルギー変換素子よりも外径
が大きい第３の弾性部を有し、 前記電気−機械エネルギー変換素子に駆動信号が印加さ
れると、前記第３の弾性部に、変位方向が前記振動体の
軸方向と略直交する曲げ振動によって生じる第１の進行
波と前記第３の弾性部の面外曲げ振動によって生じる第
２の進行波とを励起することを特徴とする振動体。 - 【請求項２】 前記電気−機械エネルギー変換素子に印
加する駆動信号は、前記振動体に、変位方向が軸方向と
略直交する曲げ振動を励起させるための駆動信号である
ことを特徴とする請求項１に記載の振動体。 - 【請求項３】 前記第１の進行波となる前記摩擦駆動面
の円又は楕円運動の運動方向と、前記第２の進行波とな
る前記摩擦駆動面の円又は楕円運動の運動方向の向きが
一致していることを特徴とする請求項１または２に記載
の振動体。 - 【請求項４】 第１の弾性部と第２の弾性部との間に電
気−機械エネルギー変換素子を配置し、前記電気−機械
エネルギー変換素子に駆動信号を印加することにより変
位方向が前記第１の弾性部および前記第２の弾性部の軸
方向と略直交する曲げ振動を励起する振動体において、 前記第１の弾性部と前記電気−機械エネルギー変換素子
との間に、変位方向が前記振動体の軸方向と略直交する
曲げ振動によって、前記軸方向と直交する面における面
外曲げ振動が励起される第３の弾性部を有することを特
徴とする振動体。 - 【請求項５】 前記第１の弾性部と前記第３の弾性部と
が一体に構成されていることを特徴とする請求項１乃至
４のいずれかに記載の振動体。 - 【請求項６】 第１の弾性部と第２の弾性部との間に、
電気−機械エネルギー変換素子とこの電気−機械エネル
ギー変換素子よりも外径が大きい第３の弾性部とを配置
した振動体と、 前記第３の弾性部の摩擦駆動面に接触する接触体とを有
し、 前記電気−機械エネルギー変換素子に駆動信号が印加さ
れると、前記摩擦駆動面に、変位方向が前記振動体の軸
方向と略直交する曲げ振動によって生じる第１の進行波
と、前記第３の弾性部の面外曲げ振動によって生じる第
２の進行波とを励起することを特徴とする振動波駆動装
置。 - 【請求項７】 前記電気−機械エネルギー変換素子に印
加する駆動信号は、前記振動体に、変位方向が軸方向と
略直交する曲げ振動を励起させるための駆動信号である
ことを特徴とする請求項６に記載の振動波駆動装置。 - 【請求項８】 第１の弾性部と第２の弾性部との間に電
気−機械エネルギー変換素子を配置し、該電気−機械エ
ネルギー変換素子に駆動信号を印加することにより変位
方向が前記第１の弾性部および前記第２の弾性部の軸方
向と略直交する曲げ振動を励起する振動体と、 前記振動体の摩擦駆動面に接触する接触体とを有し、 前記振動体は、前記第１の弾性部と前記電気−機械エネ
ルギー変換素子との間に、変位方向が振動体の軸方向と
略直交する曲げ振動によって、該軸方向と直交する面に
おける面外曲げ振動が励起される第３の弾性部とを有す
ることを特徴とする振動波駆動装置。 - 【請求項９】 電気―機械エネルギー変換素子を有する
振動体と、前記振動体の摩擦駆動面と接触する接触体と
を有し、前記電気−機械エネルギー変換素子に位相の異
なる複数の駆動信号を印加することにより、変位方向が
前記振動体の軸方向と略直交する曲げ振動を励起させて
前記摩擦駆動面に円又は楕円運動を形成させる振動波駆
動装置において、前記振動体は振動体の軸と直交方向に
延び前記電気−機械エネルギー変換素子より外周側に前
記摩擦駆動面を備えた第３の弾性部と、前記摩擦駆動面
の内周側に前記接触体側に突き出た第１の弾性部と、第
２の弾性部とを有し、前記複数の曲げ振動を励起させて
前記摩擦駆動面に円又は楕円運動を生じる第１の進行波
を形成すると共に、前記第３の弾性部に面外方向の曲げ
振動による第２の進行波を励起させ、前記第１の進行波
と前記第２の進行波を合成した振動モードによって前記
摩擦駆動面に円又は楕円運動を生じさせることを特徴と
する振動波駆動装置。 - 【請求項１０】 前記電気―機械エネルギー変換素子
は、前記第３の弾性部の摩擦面を備えていない面側に配
置されたことを特徴とする請求項９に記載の振動波駆動
装置。 - 【請求項１１】 前記第３の弾性部の軸方向の中心部
が、前記変位方向が軸方向と略直交する曲げ振動の腹の
中心部からずれて配置されていることを特徴とする請求
項６から９のいずれかに記載の振動波駆動装置。 - 【請求項１２】 前記第１の進行波を発生させる円又は
楕円運動の運動方向と、前記第２の進行波を発生させる
円又は楕円運動の運動方向の向きが一致していることを
特徴とする請求項６、７または９に記載の振動波駆動装
置。 - 【請求項１３】 前記第３の弾性部は、前記第１の弾性
部と一体に構成されていることを特徴とする請求項６乃
至１２のいずれかに記載の振動波駆動装置。 - 【請求項１４】 前記振動体は、片側又は両側端部の径
が拡大されていることを特徴とする請求項６乃至１３の
いずれかに記載の振動波駆動装置。 - 【請求項１５】 前記第３の弾性部は、前記摩擦駆動面
の内周側に厚みを薄くした部位を有することを特徴とす
る請求項６乃至１４のいずれかに記載の振動波駆動装
置。 - 【請求項１６】 前記第３の弾性部は、摩擦駆動面に分
割された突起を有することを特徴とする請求項１５に記
載の振動波駆動装置。 - 【請求項１７】 前記第３の弾性部に別の電気―機械エ
ネルギー変換素子が備えられていることを特徴とする請
求項６乃至１６のいずれかに記載の振動波駆動装置。
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