JP3728606B2 - 振動モータ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ステータの圧電体に高周波電圧を印加させたときの振動を利用して、弾性体に発生した振動（振動波）によって、移動体を駆動する振動モータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、振動モータは、超音波振動を利用したモータ、超音波以外の各種振動を利用したモータがあり、一般的に超音波モータ、表面波モータ、振動波モータなどと呼ばれている。振動モータの種類には、回転タイプのモータ、リニヤタイプのモータ又はロッドタイプのモータなどがある。
【０００３】
例えば、回転タイプの振動モータでは、装置内に組み込まれた場合にステータにより駆動されるリング状ロータが回転補助部材により装置内に設置される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この場合に、従来の振動モータは、ロータに発生する異常振動を、ロータと回転補助部材の間等に振動の干渉部材を挿入して排除していたり、電気的駆動制御によりその異常振動の発生する振動数を使用しない様にしていた。
しかしながら、従来の解決方法すなわち、干渉部材の挿入や電気的駆動制御では、完全には上記問題を解決できなかった。
【０００５】
本発明は、上記問題を根本的に解決し、振動モータに異常振動が発生する事のない構成を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するために、本発明による振動モータは、解決手段として前記振動モータの駆動周波数帯域に前記移動体の固有振動数を含まないように構成した。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１は、振動モータを含む振動モータ装置の実施の形態を示す断面図である。
図２（a）は、ロータ２の平面図であり、図２（b）はロータ２の断面図である。
この図１により、実施の形態の全体の構成を説明する。
【０００８】
この振動モータは、回転タイプのリング状振動モータであり、ステータ１の圧電体に高周波電圧を印加させたときの超音波振動を利用して、弾性体１aに発生した振動（振動波）によって、ロータ２（移動体）を駆動するものである。振動モータ装置は、この振動モータを含み、振動モータを固定部１０に固定する各種部材を含むものである。固定部１０は、カメラの交換レンズであったり、カメラ本体であったり、各種装置が想定できる。
【０００９】
リング状のステ−タ１は、リング状弾性体１ａと、弾性体１ａに接着されたリング状圧電体１ｂとから構成される。ステータ１はリング状のステータ固定部材８に固着設置され、前記ステータ固定部材８はリング状の固定部設置部材９により筒状の固定部１０に設置される。また、固定部設置部材９に固定された配線回路基盤１１は、振動モータの圧電体に高周波電圧を印可する配線が成されている。
この固定部設置部材９は、固定部１０にねじ結合されている。
【００１０】
一方、ロ−タ２は、図２に示されるように振動波による振動を受け振動するロータ振動部２ａ−１と、このロータ振動部２ａ−１の中立軸近傍から延び、ロータ振動部２a-1を支持するフランジ状のロータ支持部材２ａ−２と、前記ステータからの駆動力を外部に伝えるとともに、加圧力を伝達するロータ伝達部２ａ−３から構成されるロ−タ母材２ａと、ロ−タのロータ振動部２ａ−１に接着されたスライダ−材２ｂとから構成される。
【００１１】
ロータ２は、図１に示されるように、がたつき低減部材３を介して回転補助部材４と連結され、回転補助部材４は加圧力をロータ２に伝達するように配置されている。
このがたつき低減部材３は、防振性の少ない紙、不織布、織布、防振性の低い合成樹脂や金属薄膜を使用する
この回転補助部材４は、ロータ伝達部２ａ−３を受ける、ロータ受け部材４ａと、ボール４ｂ、リテーナー４ｃ、ボール位置調整部材４ｄ、ボール受け部材４ｅとから構成される。
【００１２】
加圧部材６により発生された加圧力は、加圧力伝達部材５により前記回転補助部材４に伝達されるように構成されている。加圧力の発生は加圧力調整部材７の位置により、加圧部材６から発生されように構成されている。この加圧部材６は、８つ板バネ片からなり、加圧力伝達部材５上に円周方向に等間隔で配置されている。
【００１３】
前記の構成により、ロータ２がステータ１に加圧接触され、圧電体１ｂの励振により弾性体１ａに発生した振動波により駆動されるようになる。
次に、振動モータの構成するステータ１とロータ２とのそれぞれの固有振動数の関係について説明する。
図３は、振動モータの駆動周波数帯域に発生するステータ１の振動変形モードの解析図を示す。図４は、ステータ１の振動変形モードと同一変形モードのロータ２の振動変形モードの解析図を示す。
【００１４】
ロータ（移動体）２の固有振動数は、ステータ１に発生する振動変形モードと同形の振動変形モードで振動した場合に、振動モータの駆動周波数帯域に含まれず、更に、ステータに発生する振動変形モードでの固有振動数の約１．２〜２．０倍に構成されている。
また、ロータ２は、自身の固有振動数を調整するためにロータ支持部材２ａ−２（調整部分）を機械切削加工を施し、所望の固有振動数を得ることができる。例えば、調整部分の厚さ、あるいは形状を変更することで調整を成すことができる。また、ロータの材質を変更することでも同様に調整できる。この調整部分は、
調整専用の部材として、独立してロータに設けられていてもよい。
【００１５】
ロータ２の形状等を決定するためには、コンピュータにより振動モードの数値解析を行い、所望の固有振動数を得るための寸法及び機械的特性値を算出する。
同様に、ロータの固有振動数を含まないように、振動モータの駆動周波数帯域を外すようにステータ１の形状等を調整するようにしてもよい。
【００１６】
【実施例】
図５及び図６は、振動モータの駆動周波数帯域とロータ２の固有振動数との関係を示す図である。なお、図５は、振動モータの異常振動が発生してしまう悪い例を示しおり、図６は、振動モータの異常振動を除去できた良い例である。
図５及び図６において、fd0-fd4（周波数特性線図のピーク）はロータ２の低次の振動モードから高次の振動モードの固有振動数を示し、ｆ（周波数特性線図のピーク）はステータの固有振動数を示し、Ｆは振動モータの駆動周波数帯域を示している。
【００１７】
振動モータを駆動周波数帯域Ｆ内で駆動した際には、ロータ２がステータ１の振動変形モードと同一の振動変形モードとなるように構成されており、更に図６で示すロータ２の固有振動数がステータ１の固有振動数 fに比べて高次の固有振動数 fd3となるよう構成されている。
このロータ２の高次の固有振動数 fd3は、同一振動変形モードのステータ１の振動を効率良く受け止めるために、ステータ１の固有振動数ｆの約１．２〜２．０倍程度になる様に構成される。更にその条件に加重されて、振動モータの異常振動（異常音や不安定な振動等）を除去するように、ロータ２の低次の固有振動数fd０-fd３がいずれも振動モータの駆動周波数帯域 Fに入らないようにロータ２は構成されている。
【００１８】
図５は、振動波モータの駆動周波数帯域 Fにロータ２の固有振動fd1が含まれる場合の周波数ー振動変形グラフを示す。
本出願人の実験と解析によると、図５のような振動モータの駆動周波数帯域にロータ２の固有振動数が含まれる場合には、ロータ２の固有振動数の影響により、回転の不連続が起り制御性を悪化させたり、音なりがしたりする現象が発生する。図５のような場合には、特にこのロータ２の振動変形モードとして影響の大きいものは、ステータ１の振動変形モードと同変形の振動変形モードが発生する場合である事がわかった。この結果に鑑みて図６に示す様に、振動モータの駆動周波数帯域にロータ２の固有振動数が含まれないようにロータ２を構成すると、回転の不連続が起らなくなり、その上、音の発生も抑制出るようになった。
【００１９】
ロータ２の構成の方法としては、ステータ１からの振動を受けるロータ振動部２ａ−１で、主にロータ２の固有振動数fd3を形成し、ロータ支持部材２ａ−２で、低次の固有振動数(fd0-fd2)が駆動周波数帯域 Fに入らないように調整する様に構成する（図６参照）。
特に、回転型の振動モータの場合は、ロータ振動部２ａ−１が薄肉の円筒になるような構成を取る場合が多く、ロータ支持部材２ａ−２により、ロータ２の振動変形モードの種類をステータ１の振動変形モードと同形の振動変形モードとする役割を果す。例えば、他の振動変形モードである径方向の振動を抑制するので、低次の振動変形モード調整するのに効果がある。
【００２０】
特に本発明では、影響度の大きいロータの振動を振動モータの駆動周波数帯域から除去したが、すべての振動モードを排除してもよい。
【００２１】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、移動体の固有振動数が振動モータの駆動周波数帯域の中に入らないように構成したので、振動モータ駆動時の異常音や不安定な振動を除去できる。更に、移動体の固有振動数がステータの固有振動数に比べて高次の固有振動数となるよう構成されているので、ステータの振動に対しての追従性が向上し、応答性の良い振動モータを構成できる。また更に、ロータの振動変形モードを、ステータに発生する振動変形モードと同一の振動変形モードにしたので、移動体の回転の不連続が起らなくなり、制御性を悪化させることもなくなり、その上、音なりなどの問題点が解決された振動波モータを提供することができようになる。
【００２２】
また、移動体の一部分を機械切削により形状を調整したり、あるいは、前記移動体の材質を変更することで移動体の固有振動数の変更を行うので、簡単にその調整ができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態である振動モータの断面図である。
【図２】（a)はロータの平面図、（b)はロータの断面図である。
【図３】 ステータの振動変形モードの解析図である。
【図４】 ロータの振動変形モードの解析図である。
【図５】 振動波モータの駆動周波数帯域 Fにロータ２の固有振動fd1が含まれる場合の周波数ー振動変形グラフを示す図である。
【図６】 振動波モータの駆動周波数帯域 Fにロータ２の固有振動の何れもが含まれない場合の周波数ー振動変形グラフを示す図である。

Claims (6)

1. 圧電体の励振により弾性体に振動を発生するステータと、
   該ステータに加圧接触され、該振動によって駆動される移動体からなる振動モータにおいて、
   前記振動モータの駆動周波数帯域が、前記移動体の複数の固有振動数のうち隣り合う２つの固有振動数の間となり、該駆動周波数帯域に前記移動体の固有振動数を含まないように前記移動体を構成することを特徴とする振動波モータ。
2. 前記ステータに発生する振動変形モードと同形の振動変形モードの前記移動体の固有振動数は、
   前記ステータの該振動変形モードの固有振動数の約１．２〜２．０倍とする事を特徴とする請求項１の振動モータ。
3. 前記移動体は、自身の前記固有振動数を調整するための調整部分を備え、前記調整部分の形状を変更することで該調整を成すことができる事を特徴とする請求項１の振動モータ。
4. 前記移動体の固有振動数の変更は、前記移動体の一部分を機械切削により形状を調整したり、あるいは、前記移動体の材質を変更することで成すことができる事を特徴とする請求項１の振動モータ。
5. 前記移動体の調整部分は、前記ステータに圧接される振動部を支持するフランジ状の支持部である事を特徴とする請求項３の振動モータ。
6. 前記移動体の調整部分は、前記ステータに圧接される振動部を支持するフランジ状の支持部であり、この支持部の厚さを機械切削により調整することで前記移動体の固有振動数を調整する事を特徴とする請求項３の振動モータ。