JP4027090B2 - 振動体および振動波駆動装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は振動波モータ等の振動波駆動装置、および振動波駆動装置に用いる振動体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
振動波駆動装置はカメラレンズの駆動用途等への製品応用がなされており、円環型（リング型）のものと棒状型のものが存在する。
【０００３】
図１３は従来の棒状型振動波駆動装置の棒状型振動体を示し、（ａ）は縦断面図、（ｂ）はその径（R）方向の振動モードを示す。図１４は図１３の振動体とは異なる構成の振動体を用いた棒状振動波駆動装置としての棒状振動波モータを示し、図１５は図１３の振動体を用いた棒状振動波駆動装置としての棒状振動波モータの構成図をそれぞれ示す。なお、これらの振動波モータはカメラレンズ駆動用などに用いられている。
【０００４】
図１３において、１は金属製の第１の弾性体、２は金属製の第２の弾性体、３は電気−機械エネルギー変換素子である積層圧電素子（または単板の圧電素子の積層体）、４は長さ方向中央部にフランジ部が形成されると共に両端部にねじ部が形成されたシャフト、５はナットであり、第１の弾性体１と第２の弾性体２との間に積層圧電素子３および不図示のフレキシブル配線板を配置し、第１の弾性体１にシャフト４の前記フランジ部が当接するまでシャフト４を第１の弾性体１,積層圧電素子３,前記フレキシブル配線板および第２の弾性体２を貫通させ、貫通端部のねじ部にナット５をねじ込んで所定の挟持力で第１の弾性体１と第２の弾性体２との間に積層圧電素子３を挟持して振動体が構成される。
【０００５】
なお、図１４の振動波モータにおける振動体は、シャフト４としてボルト状のものを使用し、シャフト４の軸方向中央部に形成されたねじ部が第１の弾性体１の内径部に形成されたねじ部に螺合することにより、第１の弾性体１と第２の弾性体２との間に単板の圧電素子の積層体を挟持した構成としている。
図１４、図１５において、７はロータであり、ロータ本環の下部に第１の弾性体１の上面に対する接触幅が小さく、かつ適度なバネ性を有するバネ環が設けられた構造をしており、該バネ環の先端面が振動体の摩擦面６に接触する。また、ロータ７のもう一方の面には、ロータと一緒に回転し、モータの出力を伝達するギア８の凹部（又は凸部）と係合するように凸部（または凹部）が形成されている。さらに、ギア８はモータを取り付けるためのフランジ１０によりシャフト４のスラスト方向に位置が固定されており、前記ロータ７に加圧力を付与するための加圧バネ１５がこのギアとロータとの間に設けられている。１１はシャフト４の先端部に螺合してフランジ１０を固定するナットである。
【０００６】
積層圧電素子３（または単板の圧電素子の積層体）の電極は２つの電極群にグループ化されており、不図示の電源からそれぞれの電極群に位相の異なる交流電圧を印加されると、振動体には第１３図（ｂ）に示す変位の直交する２つの曲げ振動が励振される（図１３（ｂ）には一方の振動変位のみを示している。もう一方の振動変位は紙面に垂直な方向である）。この印加電圧の位相を調整することにより、２つの振動間に９０度の時間的な位相差を与えることができ、その結果、棒状型の振動体に軸を中心として回転する首振り運動を励起することができる。
【０００７】
この結果、ロータ７に接触する第１の弾性体１の上面には楕円運動が形成され、耐摩耗性を有する部材６に押圧されたロータ７が摩擦駆動され、ロータ７、ギア８および加圧バネ１５が一体となって弾性体とは反対方向に回転する。
【０００８】
図１５の振動波モータは、図１４のモータをさらに簡易化してコストを抑えたものである。図１４の振動体は、シャフトの下端部４の径が大きいため、大きい径の素材から削りださなければならないので、加工時間も多くかかり、材料費の無駄も多い。また、上部と下部で径の差が大きいので、転造加工など加工コストが安い塑性加工に適さないため、どうしても機械加工に頼らざるを得ないという欠点もある。
【０００９】
これらの点を解消したものが図１５の振動波モータであり、シャフトを２体に分割し、シャフトは転造加工できる形状にしてコストの低減を図っている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
図１３から図１５に示した棒状型の振動波モータは、円環型の振動波モータに比べ非常に小さく、しかも部品加工コストを極力抑えるように単純形状の設計になっている。
【００１１】
しかしながら、世の中の要望としては、このような棒状型の振動体モータよりも更に小さく、安くしたいという声がある。
【００１２】
この要望に応えるためにモータの長さを短くし、または比較的コストが高い圧電素子を小さくし（小径、薄型）、ローコスト化を実現しようとするモータ構造の提案が別途なされている。
【００１３】
しかし、このようにモータが小さくなると、それに伴って当然各部品も小さくなるので、部品の強度面で不利な事態がおこる。例えば図１３の振動体を１/２に縮小したモータを作ろうとした場合、弾性体、シャフトの径が１/２になるので、当然ながら弾性体１，２、と圧電素子３との挟持面の面積は１/４になる。これらの挟持面での面圧を縮小前と同等にするためには、シャフトとナットによる絞め付け力も１/４で良いわけであるから、シャフトの断面積が１/４（引っ張り強度１/４）になっても問題はない。しかし、この振動体のようにネジにより弾性体を締め付ける場合、この締め付けトルクとシャフト軸方向挟持力（圧縮力）が比例するものとすると、この場合締め付けトルクは１/４でよい事になるが、シャフトに発生する最大せん断応力τは
τ＝１６Ｔ/πｄ3 （Ｔ：締め付けトルク、ｄ：シャフトの直径）
で表されるので、元の形状の２倍になってしまう。すなわち、同じ材料を使った場合、シャフトは強度的には１/２になってしまうので非常に不利になってしまう。特に図１３のようにシャフトの一端（図中上半分）が細くなっている場合には、図１７に示すように、ナット５を治具２４で締め付ける時に、治具２５でシャフト４が回らないように固定しているが、治具２５によりシャフト４の細い部分を掴んでナットを締めようとするとこの細い部分で捻り破断を起こしてしまうので、十分な締め付けトルクが付与できないという問題がある。
【００１４】
また、振動体がある程度大きい場合には、図１６のように、シャフトの段部を治具２３等で支えて上から与圧（図中Ｐ）を加え、シャフトおよび弾性体１、２、圧電素子３を一緒に固定しておいてナット５を治具２２でくわえて締め付けることができるが、振動体が小型になった場合（例えばシャフト径が２ｍｍ以下）は治具２３のようなものを挿入するスペースすら確保できなくなるので、シャフトを押えて締め付けることが非常に困難になってしまう。
【００１５】
一方、図１３のようなランジュバン振動体において、弾性体１にもナット５と同じくネジ部を設け、ナット５と弾性体１とを掴んで圧電素子を締め付けるような構造の場合、締め付けにより一体化した弾性体１,２、圧電素子３、ナット５の一群とシャフトとのスラスト方向の相対位置は一定の位置に決まらないという問題がある。
【００１６】
すなわち、弾性体１を掴んで固定し、ナット５を回転して締め付けようとすると、シャフト４はナット５のネジ部での摩擦力によりナット５と一緒に回転してしまうため、シャフトは弾性体１に対し相対的に図中上方に移動してしまうことになる。そのため、シャフトと弾性体１とのスラスト方向の位置は一定には決まらないので、図１４および図１５のように、シャフトの一部にフランジ１０を位置決めして取り付け、ロータの加圧力をこのフランジと弾性体１との間隔で設定するような構造では、加圧力を一定に設定できないという問題がある。
【００１７】
このように、複数の弾性体および圧電素子の中央を貫通するシャフトによって締め付け挟持された振動体であって、該弾性体が該シャフトの軸方向に対して位置決めされた構造になっており、かつ、挟持部のシャフトの径よりも挟持部以外の（締め付け時にクランプ可能な）シャフト径が細い振動体においては、振動体及びモータの小型化を図ろうとすると十分な挟持力を付与することが出来ず、安定した特性が得られないという問題がある。
【００１８】
本出願に係る発明は、このような従来の問題を解決するためになされたもので、ボルト締めにより組み立てられる振動体の短軸化、小径化などの小型化を図って構成部品が小さくなっても十分な締め付け力（圧縮力）を付与できる構成の振動体および、この振動体を備えた振動波駆動装置を提供することを目的とするものである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係る第１の構成は、貫通孔が形成された弾性体と、締め付け部材と、前記弾性体と前記締め付け部材の間に配置され、貫通孔が形成された電気−機械エネルギー変換素子と、前記締め付け部材と螺合するネジ部および前記弾性体のスラスト方向の位置を規制する段部が形成され、前記弾性体と前記電気−機械エネルギー変換素子の貫通孔に挿入されるシャフトとを有し、前記締め付け部材を前記シャフトに締め付けることで前記段部と前記締め付け部材との間に挟まれた前記弾性体と前記電気−機械エネルギー変換素子とを固定する振動体において、前記シャフトは、前記弾性体に対して前記シャフトの軸まわりの回転が規制されており、前記弾性体には前記シャフトの段部と回転不能な形状で嵌合する嵌合部が形成されていることを特徴とする。
【００２０】
同様に上記課題を解決するため、本発明に係る第２の構成は、内壁にネジ部が形成された貫通孔を有する弾性体と、ネジ部が形成された締め付け部材と、前記弾性体と前記締め付け部材の間に配置され、貫通孔が形成された電気−機械エネルギー変換素子と、前記弾性体のネジ部と螺合する第１のネジ部、前記締め付け部材のネジ部と螺合する第２のネジ部、および、前記弾性体のスラスト方向の位置を規制する段差が形成され、前記弾性体と前記電気−機械エネルギー変換素子の貫通孔に挿入されるシャフトとを有し、前記締め付け部材を前記シャフトに締め付けることで前記段部と前記締め付け部材との間に挟まれた前記弾性体と前記電気−機械エネルギー変換素子とを固定する振動体において、前記第１のネジ部と前記第２のネジ部とはネジの回転方向が逆であることを特徴とする。
【００２３】
同様に上記課題を解決するため、本発明に係る第３の構成は、上記いずれかに記載の振動体と、前記振動体に所定の加圧力で押されて接触し、前記振動体のシャフトを中心に回転可能な移動体とを有する振動波駆動装置にある。
【００２４】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
第１図には本発明による第１の実施の形態を示す。従来例で説明した部品と同様で、図中の１は第１の弾性体、２は第２の弾性体、３は積層圧電素子、４はシャフト、５はナット（締め付け部材）で、長さ方向中央部に中央段部４ａが形成されシャフト４とナット５で第１の弾性体１と第２の弾性体２との間に積層圧電素子３と不図示のフレキシブルプリント配線板を挟持固定している。
【００２５】
シャフト４とナット５とは右ネジで係合されており（第１のネジ部）、シャフト４に対してナット５を締め付けることにより、第１の弾性体１と第２の弾性体２の間に配置される積層圧電素子３に圧縮力を付与して挟持固定している。
【００２６】
ここで、シャフト４には弾性体１との係合部およびその近傍に左ネジ（雄ネジ）が施されており、同様に左ネジ（雌ネジ）が施された弾性体１と係合し（第２のネジ部）、この弾性体１の（図中）上面１ａがシャフト４の中央段部４ａの（図中）下面に密着するようにネジ締めされ固定されている。
【００２７】
シャフト４のうち、第１の弾性体１との係合部よりもロータ側の部位であるシャフト上部４ｂの直径は前記挟持部よりも細径になっている。圧電素子３に不図示の駆動回路より交流電圧を印加してこの振動体に振動を励振した時に、例えばこのシャフト上部４ｂの端部を固定してこの振動体を支持しても振動を阻害しないように十分な弾性を維持できるよう設計されている。
【００２８】
この振動体を組み立てて圧縮力を付与する場合、シャフト下部で段部４ａの近傍に設けられた前記第２のネジ部がなければ、一方でシャフト４の一部（例えばシャフト上部４ｂ）を押え、もう一方でナット５を掴んで回転させなければならないので、捻り強度が小さいシャフト上部４ｂがネックになり十分な挟持トルクで締め付けることが出来ない。
【００２９】
また、第２のネジ部が第１のネジ部と同様に右ネジである場合、前記従来例の問題点で指摘したように軸方向の位置決めが出来なくなってしまう。
【００３０】
そこで、第２のネジ部を第１のネジ部に対してねじの切る方向が逆となるようにすることにより、ナット５と一緒にシャフト４が回転しようとしても弾性体１とシャフトの関係が前記右ネジの場合とは逆になり、該弾性体１とシャフト４の段部は相対的に密着する方向で固定される。よってシャフト４に対し弾性体１が相対的な位置を維持しつつ、ナット５による締め付けが可能となる。
【００３１】
この振動体の組み立ての手順としては、まず弾性体１とシャフト４とを段部４aの下部に設けられた左ネジ部に左ネジで組み付け、弾性体１がシャフトの段部４aに突き当たるまで回して一体化する。
【００３２】
次に、シャフト４に圧電素子３と第２の弾性体２とを通して、これらの部材の同軸度および回転方向の位相を合わせ、ナット５の右ネジで締め付ける。ここで、前記締め付け時に圧電素子３と弾性体の軸回りの相対的な位置ずれを防止するために、弾性体２に対してシャフト４のスラスト方向に予圧をかけて押えながらナット５を締め付けると良い。
【００３３】
さらに、この挟持部に所望の圧縮力を与えるときには、シャフトと一体化された弾性体１と弾性体２とを押さえた状態でナット５を締め付ければよい。
【００３４】
（第２の実施の形態）
図２及び図３は本発明による第２の実施の形態を示す。図２に示す構成の振動体と図３に示す構成の振動体とは、曲げ振動の共振周波数を下げるために弾性体１を軸方向に長くし、しかも振動体の全長（シャフトの先端までの長さ）を大きくしないために、弾性体１には中心部にシャフト貫通穴よりも径の大きい軸方向に窪んだ凹部を設け、この凹部の内側にシャフト４の段部が係合するように構成されている。
【００３５】
シャフト４の端部と弾性体２の内周側に第１のネジ部が施され、弾性体１の凹部の内周側とシャフト４の段部の最大径部に第２のネジ部が施されている。
【００３６】
尚、図３の例では、弾性体１と圧電素子３との間に第３の弾性体１２が挿入された構造を示している。これは図２の振動体よりも更に共振周波数を小さくするためのもので、第１の弾性体１の外径を細くし、しかも圧電素子３との挟持力を十分に確保するために圧電素子３の外径と同径の弾性体１２を挿入した構造としている。
【００３７】
この図２、図３の振動体は、第２の弾性体２が上記した第１の実施の形態に示す右ネジのナット５の役割を果たしており、シャフト４に対して第２の弾性体２を締め付けることにより、第１の弾性体１と第２の弾性体２の間に配置される積層圧電素子３（図３においては積層圧電素子と第３の弾性体１２）に圧縮力を付与して挟持固定している。なお、第１の実施の形態のものと同様の理由で、段部４aと第１の弾性体１の内径部とは左ネジにより結合されている。
【００３８】
（第３の実施の形態）
図４は第３の実施の形態を示す。本実施の形態は、上記した図３に示す第２の実施の形態よりも更に共振周波数を低く押えるため、第１の弾性体１に小径部Dを設けると共に、図４（b）に示すように、第１の弾性体１が第３の弾性体１２と当接する挟持面Gの面圧分布が外周側ほど強い圧力となるように、左ネジの第２のネジ部を段部４aの下部である挟持面側に設けることにより、シャフト段部４aの最外周部までが加圧ポイントとして作用するような構造にしている。
【００３９】
このように挟持面の外周側ほど強い圧力がかかるように構成することにより、共振周波数のばらつきを小さくし特性の安定した振動体の供給が可能になる。
【００４０】
また、この構造では、図４（ｂ）に示すように、シャフト段部４aと第１の弾性体１とが突き当たる挟持部Ｆの当接面積が図３に示す第２の実施の形態よりも大きく取れる（ネジが段部の外周に切ってあると、Ｆ部の最大径はネジの谷の径よりも小さくなるため）ので、面圧を低く押えることができ、挟持部の材料の塑性変形などを防止することができるため、振動特性の経時劣化を防ぐ効果もある。
【００４１】
（第４の実施の形態）
図５は第４の実施の形態を示す。図５（ａ）は振動体の縦断面図、図５（ｂ）は（ａ）のＡ部拡大図を示す。
【００４２】
本実施の形態では、第１の弾性体１とシャフト４とを一体化するための手段として、弾性体１の凹部内周面１ｂとシャフト４の段部４aとの嵌合面および（或いは）弾性体１の凹部内底面１ｃとシャフト４の段部下面との突き当て面に接着材を充填し接合している例を示している。図中の弾性体１の内周部１ｄとシャフト４との嵌合部は、振動による歪が大きい部分なので、接着剤等の振動減衰部材は挿入しない方が望ましい。ここにおいて、この接着剤は特に限定されるものではなく、一般に使用されている接着剤（エポキシ系、シアノアクリレート系など）であれば何でも良いが、振動体の振動特性を良くするためには振動減衰の少ない材質、つまり硬化後の硬度が高いほど適している。また、この振動体を使う環境が高温の場合、或いはこの振動体の発熱が大きい場合には、温度特性の優れた接着剤を使用することは言うまでもない。接着剤で結合するため、シャフト４と弾性体１とが互いに回転することはなく、強固に固定される。
【００４３】
（第５の実施の形態）
第５の実施の形態は、シャフト４と弾性体１とをロウ付けにより接合したもので、ロウ付けする部分は弾性体とシャフトが嵌合または密着している部分であればよく、例えば図１でいえば第２のネジ部であり、図４であれば接着剤を充填している部分を接合すればよい。また、２つの部材を強固に結合できるものであればロウの種類も問わない。
【００４４】
（第６の実施の形態）
第６の実施の形態として、弾性体１とシャフト４とを圧入することによりこれらの部材を一体化したものがあげられる。弾性体１の内径とシャフト４の外径とが嵌合している部分がしまりバメであればよい。また、しまりバメを施す手段として焼きバメ等を用いてもよい。さらにこれら２つの部材の結合強度を増すために、シャフトの係合部外周にローレットなどを施してもよい。
【００４５】
（第７の実施の形態）
図６は第７の実施の形態を示す。本実施の形態ではシャフト４が第１の弾性体１に対してシャフト軸回りの回転が規制されるように、シャフト４の段部４aの断面形状をＤカット形状にするとともに、弾性体１のシャフト段部４aと係合する部分もこれと合うような形状にしている。
【００４６】
この係合部では、シャフト４と弾性体１とがわずかな隙間をもっているため、シャフト４のスラスト方向には相対的に自由に動くようになっているが、軸回りの回転方向においては弾性体１とシャフト４が互いに規制され、一体となって回転するようになっている。つまりシャフト４が弾性体１に対して軸回りに回転することはない。
【００４７】
（第８の実施の形態）
図７は第８の実施の形態を示す。本実施の形態では、第７の実施の形態におけるシャフト段部の断面形状を正方形にした例を示している。図６または図７に示すような弾性体に曲げ振動を励振すると、径の細い第１の弾性体１の部分の変形がその下の第３の弾性体１２、積層圧電素子３、第２の弾性体２に比べて非常に大きくなり、特に図中のシャフト段部４aとの係合部近傍は変形による歪が大きくなる。
【００４８】
この歪が大きい段部の断面形状は、該曲げ振動の共振周波数に与える影響が非常に大きく、シャフトに対して軸対称な断面形状をしていないと、直交する２つの曲げ振動の共振周波数が一致しないことがある。例えば、図７の上部に示す平面図のように、直交する２軸（Ｘ，Ｙ軸）に対する断面２次モーメントが等しければ曲げ剛性が等しくなるので、直交する２つの曲げ振動の共振周波数が等しくなるが、図６のように、Ｘ，Ｙ軸に対する断面２次モーメントが等しくない形状の場合、一般的に直交する２つの共振周波数は一致しない。そのためこの振動体で２つの曲げ振動を合成して回転振動を励振し、モータを駆動しようとしても理想的な回転振動を生成することは難しい。
【００４９】
本実施の形態では正方形断面の例を示したが、正八角形など直交する２軸に対する断面２次モーメントが等しい形状であればどんな形状でも良い。
【００５０】
（第９の実施の形態）
図８は第９の実施の形態を示す。本実施の形態では、振動体の曲げ振動の共振周波数を更に下げるために、第１の弾性体１をシャフト軸方向に長くし、かつ、振動による歪が大きいD部の径を細くしている。
【００５１】
シャフト４の段部４aの断面形状をＤカット形状とし、弾性体１のシャフト段部４aと係合する部分もこれと合うような形状としているのでシャフト４と弾性体１とは一体的に回転する。
【００５２】
この振動体を組み立て、所定の挟持力を付与する際には、第１の弾性体１とナット２とを掴んで所定の締め付けトルクを与えるが、第１の弾性体１は図のように薄肉形状をしているのでC部の外周を掴んで回そうとすると変形してしまう。その結果、第１の弾性体の円筒形状が歪んでしまうとともに、第３の弾性体１２との接触面も歪んでしまうので、直交する２つの振動モードの周波数が一致しなくなるなど振動体の振動特性に悪影響を及ぼしてしまうことになる。
【００５３】
そこで本実施の形態では、第１の弾性体１の上端面にスラスト方向に凹のスリット１３を施し、この振動体を締め付ける際にはこのスリット１３に係合する治具で弾性体を回せるようにしたことにより、弾性体に余計な外力を与えることなく振動体の組み立てを可能にしたものである。
【００５４】
尚、本実施の形態では弾性体の形状がＸ，Ｙ軸に対し対称になるようにスリット１３を４本施したが、これに限定されるものではなく機能上は何本でもよい。
【００５５】
（第１０の実施の形態）
図９は第１０の実施の形態を示す。シャフト４の段部の断面形状をＤカット形状とし、第１の弾性体１のシャフト段部と係合する部分もこれと合うような形状としているのでシャフト４と弾性体１とは一体的に回転する。
【００５６】
本実施の形態では、弾性体１に変形を与えないように回す手段として、第１の弾性体１の側面に４箇所の穴１４を設けたものである。この場合も第９の実施の形態と同様に、これらの窪みに治具を係合させて第１の弾性体１を回し、振動体の絞め付けトルクを付与する。
【００５７】
尚、本実施の形態では穴１４は貫通穴になっているが、治具を係合させ回転トルクを与える機能を十分満たせば、貫通穴である必要が無いことは言うまでもない。また、穴の数も４つである必要はない。
【００５８】
（第１１の実施の形態）
図１０は第１１の実施の形態を示す。シャフト４の段部４aの断面形状をＤカット形状とし、第１の弾性体１のシャフト段部と係合する部分もこれと合うような形状としているのでシャフト４と第１の弾性体１とは一体的に回転する。
【００５９】
本実施の形態では、第１の弾性体１の大径の外径部Ｃの外形形状を正八角形にし、スパナ状の工具で弾性体を回せるようにしたものである。
【００６０】
尚、本実施の形態では第１の弾性体１の大径の外径部Ｃを正八角形にしたが、小径の外径部Ｄであっても差し支えないし、また形状も正八角形に限るものではない。
【００６１】
（第１２の実施の形態）
図１１は第１２の実施の形態を示す。本実施の形態では、第３の弾性体１２がシャフト４の段部４aにネジで一体的に結合され、該段部４aの下面と第２の弾性体２とで第１の弾性体１と圧電素子３とを挟持する構造にしている。シャフト４と第２の弾性体２とは右ネジで係合されており（第１のネジ部）、シャフト４と第１の弾性体１とは第１のネジ部とは逆である左ネジで螺合されている。
【００６２】
本実施の形態の意図するところは、最小径部の分割面をシャフト４の段部４aで構成することにより、弾性体の材質に依存せずに該分割面の強度を十分に確保し、安定した振動体を実現するところにある。
【００６３】
例えば上記した図１０に示す様な振動体の場合、分割挟持面（第１の弾性体１と第３の弾性体１２との当接面）にはシャフト４と第２の弾性体２との挟持による大きな圧縮応力と、この弾性体が曲げ振動をしたときに発生する圧縮応力とがかかることになる。特に、このような径の細い部分は曲げによる歪が大きいため、これによる圧縮応力も大きくなる。
【００６４】
一方でこの弾性体は、この振動体の共振周波数を左右する重要な部材でもある。振動体の共振周波数を低くしたい場合は、Ｄ部の首径を小さくするか或いはヤング率の小さな材料（例えばＢｓなど）を選ぶことになるが、Ｄ部の径は内側のシャフト径などにより細くするにも限界があり、またヤング率の小さな材料は一般的に材料強度（引っ張り、圧縮強度）が小さいという欠点がある。つまり、前記分割挟持面の強度を十分に確保するために、例えばＳＵＳなどの材料で弾性体を構成すると共振周波数が高くなってしまい、例えば第３の弾性体１２がφ１０ｍｍ、第２の弾性体２から弾性体１までの長さが１０ｍｍ、圧電素子３を除くほかの部材を鉄系の材料で構成すると仮定すると、共振周波数は８０〜１００ｋＨｚになる。
【００６５】
一方、Ｂｓなどの材料にすると、共振周波数は低くできるものの強度的に弱く、一部が塑性変形して特性が安定しない。
【００６６】
このように応力が非常に高い部分（分割面）を振動体としての機能を要求される弾性体で構成するのは制約が多く、同時に全ての条件を満足するのは困難である。
【００６７】
そこで、本実施の形態のように、強度的にも十分なシャフトで最も圧縮応力が高い部分を構成し、弾性体には挟持による圧縮応力を付加しないようにすることで、弾性体材料の選択の自由度を大きくできるようにしたものである。
【００６８】
尚、シャフト段部４aの挟持面（第１の弾性体１との当接面）は図１１（ｂ）に示すように、テーパ面４ｃが形成されており、この挟持面Ｇでの応力分布が外周強圧（外周側の応力が高い）になるよう設定されている。
【００６９】
（第１３の実施の形態）
図１２は第１３の実施の形態を示す。図１２は、上記した各実施の形態のいずれかの振動体、例えば図８に示す振動体を用いて構成した振動波駆動装置としての振動波モータを示している。
【００７０】
図１２において、振動体を構成する第３の弾性体１２は耐摩耗性のある材料（例えばアルミナの板）で構成している。第１の弾性体１よりも内径が大きいロータ７は、第１の弾性体１を外周からすっぽり覆うように配置され、ロータ７と係合して回転力を伝達するギア８との間に設けられた加圧バネ１５により第３の弾性体１２に押し付けられている。
【００７１】
一方、ギア８は前記加圧バネ１５の反力によりモータを支持するためのフランジ１０に押し付けられると共に、径方向にも適度なガタを有して嵌合するように設定されているので、振動体の振動によりロータ７が回転するとギアとロータは回転ブレを起こすことなくスムーズに回転することができる。
【００７２】
このようにロータ７を振動体の外周に配置することにより、モータの軸方向の長さを短くすることが可能になり、モータの小型化を実現できる。
【００７３】
なお、図２から図１２に記載した振動体は、第２の弾性体とシャフト４とによって第１のネジ部を構成しているが、図１と同様にボルト５とシャフト４とによって第１のネジ部を構成するよう置き換えても構わない。
【００７４】
【発明の効果】
以上述べてきたように本発明によれば、振動体のシャフトの軸まわりの回転が弾性体に対して規制されていることにより、弾性体、電気−機械エネルギー変換素子、および締め付け部材を前記シャフトで締め付け挟持する際に、捻り強度の弱い前記シャフトの一端を押さえて締め付ける必要がなく、前記弾性体と前記締め付け部材で締め付けることができるので、振動体を小型化しても十分な挟持トルクを付与することが出来るようにしたものである。
【００７５】
また、このことで振動体が小型化しても十分な挟持力を与えることができるので、小さくすることによる振動特性の低下を防ぐことが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【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２】本発明の第２の実施の形態を示す振動体の断面図。
【図３】本発明の第２の実施の形態の他の構成を示す振動体の断面図。
【図４】本発明の第３の実施の形態を示し、（ａ）は振動体の断面図、（ｂ）は拡大断面図。
【図５】本発明の第４の実施の形態を示し、（ａ）は振動体の断面図、（ｂ）は拡大断面図。
【図６】本発明の第７の実施の形態を示す振動体の断面図及び平面図。
【図７】本発明の第８の実施の形態を示す振動体の断面図及び平面図。
【図８】本発明の第９の実施の形態を示す振動体の断面図及び平面図。
【図９】本発明の第１０の実施の形態を示す振動体の断面図及び平面図。
【図１０】本発明の第１１の実施の形態を示す振動体の断面図及び平面図。
【図１１】本発明の第１２の実施の形態を示し、（ａ）は振動体の断面図、（ｂ）はＨ部の拡大断面図。
【図１２】本発明の第１３の実施の形態を示す振動波モータの断面図。
【図１３】従来の棒状振動体を示し、（ａ）は断面図、（ｂ）はその振動モード図。
【図１４】従来の棒状振動体を用いたモータ構成図。
【図１５】従来の棒状振動体を用いた他のモータ構成図。
【図１６】従来の棒状振動体の組み立て説明図。
【図１７】従来の棒状振動体の他の組み立て説明図。
【符号の説明】
１．第１の弾性体 ２. 第２の弾性体
３. 圧電素子 ４. シャフト
５. ナット ６. 摩擦板
７. ロータ ８. ギア
９. 軸受け １０. モータ取り付け用フランジ
１１. ナット １２. 第３の弾性体
１３. スリット １４. 穴
１５. 加圧バネ
【発明の属する技術分野】
本発明は振動波モータ等の振動波駆動装置、および振動波駆動装置に用いる振動体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
振動波駆動装置はカメラレンズの駆動用途等への製品応用がなされており、円環型（リング型）のものと棒状型のものが存在する。
【０００３】
図１３は従来の棒状型振動波駆動装置の棒状型振動体を示し、（ａ）は縦断面図、（ｂ）はその径（R）方向の振動モードを示す。図１４は図１３の振動体とは異なる構成の振動体を用いた棒状振動波駆動装置としての棒状振動波モータを示し、図１５は図１３の振動体を用いた棒状振動波駆動装置としての棒状振動波モータの構成図をそれぞれ示す。なお、これらの振動波モータはカメラレンズ駆動用などに用いられている。
【０００４】
図１３において、１は金属製の第１の弾性体、２は金属製の第２の弾性体、３は電気−機械エネルギー変換素子である積層圧電素子（または単板の圧電素子の積層体）、４は長さ方向中央部にフランジ部が形成されると共に両端部にねじ部が形成されたシャフト、５はナットであり、第１の弾性体１と第２の弾性体２との間に積層圧電素子３および不図示のフレキシブル配線板を配置し、第１の弾性体１にシャフト４の前記フランジ部が当接するまでシャフト４を第１の弾性体１,積層圧電素子３,前記フレキシブル配線板および第２の弾性体２を貫通させ、貫通端部のねじ部にナット５をねじ込んで所定の挟持力で第１の弾性体１と第２の弾性体２との間に積層圧電素子３を挟持して振動体が構成される。
【０００５】
なお、図１４の振動波モータにおける振動体は、シャフト４としてボルト状のものを使用し、シャフト４の軸方向中央部に形成されたねじ部が第１の弾性体１の内径部に形成されたねじ部に螺合することにより、第１の弾性体１と第２の弾性体２との間に単板の圧電素子の積層体を挟持した構成としている。
図１４、図１５において、７はロータであり、ロータ本環の下部に第１の弾性体１の上面に対する接触幅が小さく、かつ適度なバネ性を有するバネ環が設けられた構造をしており、該バネ環の先端面が振動体の摩擦面６に接触する。また、ロータ７のもう一方の面には、ロータと一緒に回転し、モータの出力を伝達するギア８の凹部（又は凸部）と係合するように凸部（または凹部）が形成されている。さらに、ギア８はモータを取り付けるためのフランジ１０によりシャフト４のスラスト方向に位置が固定されており、前記ロータ７に加圧力を付与するための加圧バネ１５がこのギアとロータとの間に設けられている。１１はシャフト４の先端部に螺合してフランジ１０を固定するナットである。
【０００６】
積層圧電素子３（または単板の圧電素子の積層体）の電極は２つの電極群にグループ化されており、不図示の電源からそれぞれの電極群に位相の異なる交流電圧を印加されると、振動体には第１３図（ｂ）に示す変位の直交する２つの曲げ振動が励振される（図１３（ｂ）には一方の振動変位のみを示している。もう一方の振動変位は紙面に垂直な方向である）。この印加電圧の位相を調整することにより、２つの振動間に９０度の時間的な位相差を与えることができ、その結果、棒状型の振動体に軸を中心として回転する首振り運動を励起することができる。
【０００７】
この結果、ロータ７に接触する第１の弾性体１の上面には楕円運動が形成され、耐摩耗性を有する部材６に押圧されたロータ７が摩擦駆動され、ロータ７、ギア８および加圧バネ１５が一体となって弾性体とは反対方向に回転する。
【０００８】
図１５の振動波モータは、図１４のモータをさらに簡易化してコストを抑えたものである。図１４の振動体は、シャフトの下端部４の径が大きいため、大きい径の素材から削りださなければならないので、加工時間も多くかかり、材料費の無駄も多い。また、上部と下部で径の差が大きいので、転造加工など加工コストが安い塑性加工に適さないため、どうしても機械加工に頼らざるを得ないという欠点もある。
【０００９】
これらの点を解消したものが図１５の振動波モータであり、シャフトを２体に分割し、シャフトは転造加工できる形状にしてコストの低減を図っている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
図１３から図１５に示した棒状型の振動波モータは、円環型の振動波モータに比べ非常に小さく、しかも部品加工コストを極力抑えるように単純形状の設計になっている。
【００１１】
しかしながら、世の中の要望としては、このような棒状型の振動体モータよりも更に小さく、安くしたいという声がある。
【００１２】
この要望に応えるためにモータの長さを短くし、または比較的コストが高い圧電素子を小さくし（小径、薄型）、ローコスト化を実現しようとするモータ構造の提案が別途なされている。
【００１３】
しかし、このようにモータが小さくなると、それに伴って当然各部品も小さくなるので、部品の強度面で不利な事態がおこる。例えば図１３の振動体を１/２に縮小したモータを作ろうとした場合、弾性体、シャフトの径が１/２になるので、当然ながら弾性体１，２、と圧電素子３との挟持面の面積は１/４になる。これらの挟持面での面圧を縮小前と同等にするためには、シャフトとナットによる絞め付け力も１/４で良いわけであるから、シャフトの断面積が１/４（引っ張り強度１/４）になっても問題はない。しかし、この振動体のようにネジにより弾性体を締め付ける場合、この締め付けトルクとシャフト軸方向挟持力（圧縮力）が比例するものとすると、この場合締め付けトルクは１/４でよい事になるが、シャフトに発生する最大せん断応力τは
τ＝１６Ｔ/πｄ3 （Ｔ：締め付けトルク、ｄ：シャフトの直径）
で表されるので、元の形状の２倍になってしまう。すなわち、同じ材料を使った場合、シャフトは強度的には１/２になってしまうので非常に不利になってしまう。特に図１３のようにシャフトの一端（図中上半分）が細くなっている場合には、図１７に示すように、ナット５を治具２４で締め付ける時に、治具２５でシャフト４が回らないように固定しているが、治具２５によりシャフト４の細い部分を掴んでナットを締めようとするとこの細い部分で捻り破断を起こしてしまうので、十分な締め付けトルクが付与できないという問題がある。
【００１４】
また、振動体がある程度大きい場合には、図１６のように、シャフトの段部を治具２３等で支えて上から与圧（図中Ｐ）を加え、シャフトおよび弾性体１、２、圧電素子３を一緒に固定しておいてナット５を治具２２でくわえて締め付けることができるが、振動体が小型になった場合（例えばシャフト径が２ｍｍ以下）は治具２３のようなものを挿入するスペースすら確保できなくなるので、シャフトを押えて締め付けることが非常に困難になってしまう。
【００１５】
一方、図１３のようなランジュバン振動体において、弾性体１にもナット５と同じくネジ部を設け、ナット５と弾性体１とを掴んで圧電素子を締め付けるような構造の場合、締め付けにより一体化した弾性体１,２、圧電素子３、ナット５の一群とシャフトとのスラスト方向の相対位置は一定の位置に決まらないという問題がある。
【００１６】
すなわち、弾性体１を掴んで固定し、ナット５を回転して締め付けようとすると、シャフト４はナット５のネジ部での摩擦力によりナット５と一緒に回転してしまうため、シャフトは弾性体１に対し相対的に図中上方に移動してしまうことになる。そのため、シャフトと弾性体１とのスラスト方向の位置は一定には決まらないので、図１４および図１５のように、シャフトの一部にフランジ１０を位置決めして取り付け、ロータの加圧力をこのフランジと弾性体１との間隔で設定するような構造では、加圧力を一定に設定できないという問題がある。
【００１７】
このように、複数の弾性体および圧電素子の中央を貫通するシャフトによって締め付け挟持された振動体であって、該弾性体が該シャフトの軸方向に対して位置決めされた構造になっており、かつ、挟持部のシャフトの径よりも挟持部以外の（締め付け時にクランプ可能な）シャフト径が細い振動体においては、振動体及びモータの小型化を図ろうとすると十分な挟持力を付与することが出来ず、安定した特性が得られないという問題がある。
【００１８】
本出願に係る発明は、このような従来の問題を解決するためになされたもので、ボルト締めにより組み立てられる振動体の短軸化、小径化などの小型化を図って構成部品が小さくなっても十分な締め付け力（圧縮力）を付与できる構成の振動体および、この振動体を備えた振動波駆動装置を提供することを目的とするものである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係る第１の構成は、貫通孔が形成された弾性体と、締め付け部材と、前記弾性体と前記締め付け部材の間に配置され、貫通孔が形成された電気−機械エネルギー変換素子と、前記締め付け部材と螺合するネジ部および前記弾性体のスラスト方向の位置を規制する段部が形成され、前記弾性体と前記電気−機械エネルギー変換素子の貫通孔に挿入されるシャフトとを有し、前記締め付け部材を前記シャフトに締め付けることで前記段部と前記締め付け部材との間に挟まれた前記弾性体と前記電気−機械エネルギー変換素子とを固定する振動体において、前記シャフトは、前記弾性体に対して前記シャフトの軸まわりの回転が規制されており、前記弾性体には前記シャフトの段部と回転不能な形状で嵌合する嵌合部が形成されていることを特徴とする。
【００２０】
同様に上記課題を解決するため、本発明に係る第２の構成は、内壁にネジ部が形成された貫通孔を有する弾性体と、ネジ部が形成された締め付け部材と、前記弾性体と前記締め付け部材の間に配置され、貫通孔が形成された電気−機械エネルギー変換素子と、前記弾性体のネジ部と螺合する第１のネジ部、前記締め付け部材のネジ部と螺合する第２のネジ部、および、前記弾性体のスラスト方向の位置を規制する段差が形成され、前記弾性体と前記電気−機械エネルギー変換素子の貫通孔に挿入されるシャフトとを有し、前記締め付け部材を前記シャフトに締め付けることで前記段部と前記締め付け部材との間に挟まれた前記弾性体と前記電気−機械エネルギー変換素子とを固定する振動体において、前記第１のネジ部と前記第２のネジ部とはネジの回転方向が逆であることを特徴とする。
【００２３】
同様に上記課題を解決するため、本発明に係る第３の構成は、上記いずれかに記載の振動体と、前記振動体に所定の加圧力で押されて接触し、前記振動体のシャフトを中心に回転可能な移動体とを有する振動波駆動装置にある。
【００２４】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
第１図には本発明による第１の実施の形態を示す。従来例で説明した部品と同様で、図中の１は第１の弾性体、２は第２の弾性体、３は積層圧電素子、４はシャフト、５はナット（締め付け部材）で、長さ方向中央部に中央段部４ａが形成されシャフト４とナット５で第１の弾性体１と第２の弾性体２との間に積層圧電素子３と不図示のフレキシブルプリント配線板を挟持固定している。
【００２５】
シャフト４とナット５とは右ネジで係合されており（第１のネジ部）、シャフト４に対してナット５を締め付けることにより、第１の弾性体１と第２の弾性体２の間に配置される積層圧電素子３に圧縮力を付与して挟持固定している。
【００２６】
ここで、シャフト４には弾性体１との係合部およびその近傍に左ネジ（雄ネジ）が施されており、同様に左ネジ（雌ネジ）が施された弾性体１と係合し（第２のネジ部）、この弾性体１の（図中）上面１ａがシャフト４の中央段部４ａの（図中）下面に密着するようにネジ締めされ固定されている。
【００２７】
シャフト４のうち、第１の弾性体１との係合部よりもロータ側の部位であるシャフト上部４ｂの直径は前記挟持部よりも細径になっている。圧電素子３に不図示の駆動回路より交流電圧を印加してこの振動体に振動を励振した時に、例えばこのシャフト上部４ｂの端部を固定してこの振動体を支持しても振動を阻害しないように十分な弾性を維持できるよう設計されている。
【００２８】
この振動体を組み立てて圧縮力を付与する場合、シャフト下部で段部４ａの近傍に設けられた前記第２のネジ部がなければ、一方でシャフト４の一部（例えばシャフト上部４ｂ）を押え、もう一方でナット５を掴んで回転させなければならないので、捻り強度が小さいシャフト上部４ｂがネックになり十分な挟持トルクで締め付けることが出来ない。
【００２９】
また、第２のネジ部が第１のネジ部と同様に右ネジである場合、前記従来例の問題点で指摘したように軸方向の位置決めが出来なくなってしまう。
【００３０】
そこで、第２のネジ部を第１のネジ部に対してねじの切る方向が逆となるようにすることにより、ナット５と一緒にシャフト４が回転しようとしても弾性体１とシャフトの関係が前記右ネジの場合とは逆になり、該弾性体１とシャフト４の段部は相対的に密着する方向で固定される。よってシャフト４に対し弾性体１が相対的な位置を維持しつつ、ナット５による締め付けが可能となる。
【００３１】
この振動体の組み立ての手順としては、まず弾性体１とシャフト４とを段部４aの下部に設けられた左ネジ部に左ネジで組み付け、弾性体１がシャフトの段部４aに突き当たるまで回して一体化する。
【００３２】
次に、シャフト４に圧電素子３と第２の弾性体２とを通して、これらの部材の同軸度および回転方向の位相を合わせ、ナット５の右ネジで締め付ける。ここで、前記締め付け時に圧電素子３と弾性体の軸回りの相対的な位置ずれを防止するために、弾性体２に対してシャフト４のスラスト方向に予圧をかけて押えながらナット５を締め付けると良い。
【００３３】
さらに、この挟持部に所望の圧縮力を与えるときには、シャフトと一体化された弾性体１と弾性体２とを押さえた状態でナット５を締め付ければよい。
【００３４】
（第２の実施の形態）
図２及び図３は本発明による第２の実施の形態を示す。図２に示す構成の振動体と図３に示す構成の振動体とは、曲げ振動の共振周波数を下げるために弾性体１を軸方向に長くし、しかも振動体の全長（シャフトの先端までの長さ）を大きくしないために、弾性体１には中心部にシャフト貫通穴よりも径の大きい軸方向に窪んだ凹部を設け、この凹部の内側にシャフト４の段部が係合するように構成されている。
【００３５】
シャフト４の端部と弾性体２の内周側に第１のネジ部が施され、弾性体１の凹部の内周側とシャフト４の段部の最大径部に第２のネジ部が施されている。
【００３６】
尚、図３の例では、弾性体１と圧電素子３との間に第３の弾性体１２が挿入された構造を示している。これは図２の振動体よりも更に共振周波数を小さくするためのもので、第１の弾性体１の外径を細くし、しかも圧電素子３との挟持力を十分に確保するために圧電素子３の外径と同径の弾性体１２を挿入した構造としている。
【００３７】
この図２、図３の振動体は、第２の弾性体２が上記した第１の実施の形態に示す右ネジのナット５の役割を果たしており、シャフト４に対して第２の弾性体２を締め付けることにより、第１の弾性体１と第２の弾性体２の間に配置される積層圧電素子３（図３においては積層圧電素子と第３の弾性体１２）に圧縮力を付与して挟持固定している。なお、第１の実施の形態のものと同様の理由で、段部４aと第１の弾性体１の内径部とは左ネジにより結合されている。
【００３８】
（第３の実施の形態）
図４は第３の実施の形態を示す。本実施の形態は、上記した図３に示す第２の実施の形態よりも更に共振周波数を低く押えるため、第１の弾性体１に小径部Dを設けると共に、図４（b）に示すように、第１の弾性体１が第３の弾性体１２と当接する挟持面Gの面圧分布が外周側ほど強い圧力となるように、左ネジの第２のネジ部を段部４aの下部である挟持面側に設けることにより、シャフト段部４aの最外周部までが加圧ポイントとして作用するような構造にしている。
【００３９】
このように挟持面の外周側ほど強い圧力がかかるように構成することにより、共振周波数のばらつきを小さくし特性の安定した振動体の供給が可能になる。
【００４０】
また、この構造では、図４（ｂ）に示すように、シャフト段部４aと第１の弾性体１とが突き当たる挟持部Ｆの当接面積が図３に示す第２の実施の形態よりも大きく取れる（ネジが段部の外周に切ってあると、Ｆ部の最大径はネジの谷の径よりも小さくなるため）ので、面圧を低く押えることができ、挟持部の材料の塑性変形などを防止することができるため、振動特性の経時劣化を防ぐ効果もある。
【００４１】
（第４の実施の形態）
図５は第４の実施の形態を示す。図５（ａ）は振動体の縦断面図、図５（ｂ）は（ａ）のＡ部拡大図を示す。
【００４２】
本実施の形態では、第１の弾性体１とシャフト４とを一体化するための手段として、弾性体１の凹部内周面１ｂとシャフト４の段部４aとの嵌合面および（或いは）弾性体１の凹部内底面１ｃとシャフト４の段部下面との突き当て面に接着材を充填し接合している例を示している。図中の弾性体１の内周部１ｄとシャフト４との嵌合部は、振動による歪が大きい部分なので、接着剤等の振動減衰部材は挿入しない方が望ましい。ここにおいて、この接着剤は特に限定されるものではなく、一般に使用されている接着剤（エポキシ系、シアノアクリレート系など）であれば何でも良いが、振動体の振動特性を良くするためには振動減衰の少ない材質、つまり硬化後の硬度が高いほど適している。また、この振動体を使う環境が高温の場合、或いはこの振動体の発熱が大きい場合には、温度特性の優れた接着剤を使用することは言うまでもない。接着剤で結合するため、シャフト４と弾性体１とが互いに回転することはなく、強固に固定される。
【００４３】
（第５の実施の形態）
第５の実施の形態は、シャフト４と弾性体１とをロウ付けにより接合したもので、ロウ付けする部分は弾性体とシャフトが嵌合または密着している部分であればよく、例えば図１でいえば第２のネジ部であり、図４であれば接着剤を充填している部分を接合すればよい。また、２つの部材を強固に結合できるものであればロウの種類も問わない。
【００４４】
（第６の実施の形態）
第６の実施の形態として、弾性体１とシャフト４とを圧入することによりこれらの部材を一体化したものがあげられる。弾性体１の内径とシャフト４の外径とが嵌合している部分がしまりバメであればよい。また、しまりバメを施す手段として焼きバメ等を用いてもよい。さらにこれら２つの部材の結合強度を増すために、シャフトの係合部外周にローレットなどを施してもよい。
【００４５】
（第７の実施の形態）
図６は第７の実施の形態を示す。本実施の形態ではシャフト４が第１の弾性体１に対してシャフト軸回りの回転が規制されるように、シャフト４の段部４aの断面形状をＤカット形状にするとともに、弾性体１のシャフト段部４aと係合する部分もこれと合うような形状にしている。
【００４６】
この係合部では、シャフト４と弾性体１とがわずかな隙間をもっているため、シャフト４のスラスト方向には相対的に自由に動くようになっているが、軸回りの回転方向においては弾性体１とシャフト４が互いに規制され、一体となって回転するようになっている。つまりシャフト４が弾性体１に対して軸回りに回転することはない。
【００４７】
（第８の実施の形態）
図７は第８の実施の形態を示す。本実施の形態では、第７の実施の形態におけるシャフト段部の断面形状を正方形にした例を示している。図６または図７に示すような弾性体に曲げ振動を励振すると、径の細い第１の弾性体１の部分の変形がその下の第３の弾性体１２、積層圧電素子３、第２の弾性体２に比べて非常に大きくなり、特に図中のシャフト段部４aとの係合部近傍は変形による歪が大きくなる。
【００４８】
この歪が大きい段部の断面形状は、該曲げ振動の共振周波数に与える影響が非常に大きく、シャフトに対して軸対称な断面形状をしていないと、直交する２つの曲げ振動の共振周波数が一致しないことがある。例えば、図７の上部に示す平面図のように、直交する２軸（Ｘ，Ｙ軸）に対する断面２次モーメントが等しければ曲げ剛性が等しくなるので、直交する２つの曲げ振動の共振周波数が等しくなるが、図６のように、Ｘ，Ｙ軸に対する断面２次モーメントが等しくない形状の場合、一般的に直交する２つの共振周波数は一致しない。そのためこの振動体で２つの曲げ振動を合成して回転振動を励振し、モータを駆動しようとしても理想的な回転振動を生成することは難しい。
【００４９】
本実施の形態では正方形断面の例を示したが、正八角形など直交する２軸に対する断面２次モーメントが等しい形状であればどんな形状でも良い。
【００５０】
（第９の実施の形態）
図８は第９の実施の形態を示す。本実施の形態では、振動体の曲げ振動の共振周波数を更に下げるために、第１の弾性体１をシャフト軸方向に長くし、かつ、振動による歪が大きいD部の径を細くしている。
【００５１】
シャフト４の段部４aの断面形状をＤカット形状とし、弾性体１のシャフト段部４aと係合する部分もこれと合うような形状としているのでシャフト４と弾性体１とは一体的に回転する。
【００５２】
この振動体を組み立て、所定の挟持力を付与する際には、第１の弾性体１とナット２とを掴んで所定の締め付けトルクを与えるが、第１の弾性体１は図のように薄肉形状をしているのでC部の外周を掴んで回そうとすると変形してしまう。その結果、第１の弾性体の円筒形状が歪んでしまうとともに、第３の弾性体１２との接触面も歪んでしまうので、直交する２つの振動モードの周波数が一致しなくなるなど振動体の振動特性に悪影響を及ぼしてしまうことになる。
【００５３】
そこで本実施の形態では、第１の弾性体１の上端面にスラスト方向に凹のスリット１３を施し、この振動体を締め付ける際にはこのスリット１３に係合する治具で弾性体を回せるようにしたことにより、弾性体に余計な外力を与えることなく振動体の組み立てを可能にしたものである。
【００５４】
尚、本実施の形態では弾性体の形状がＸ，Ｙ軸に対し対称になるようにスリット１３を４本施したが、これに限定されるものではなく機能上は何本でもよい。
【００５５】
（第１０の実施の形態）
図９は第１０の実施の形態を示す。シャフト４の段部の断面形状をＤカット形状とし、第１の弾性体１のシャフト段部と係合する部分もこれと合うような形状としているのでシャフト４と弾性体１とは一体的に回転する。
【００５６】
本実施の形態では、弾性体１に変形を与えないように回す手段として、第１の弾性体１の側面に４箇所の穴１４を設けたものである。この場合も第９の実施の形態と同様に、これらの窪みに治具を係合させて第１の弾性体１を回し、振動体の絞め付けトルクを付与する。
【００５７】
尚、本実施の形態では穴１４は貫通穴になっているが、治具を係合させ回転トルクを与える機能を十分満たせば、貫通穴である必要が無いことは言うまでもない。また、穴の数も４つである必要はない。
【００５８】
（第１１の実施の形態）
図１０は第１１の実施の形態を示す。シャフト４の段部４aの断面形状をＤカット形状とし、第１の弾性体１のシャフト段部と係合する部分もこれと合うような形状としているのでシャフト４と第１の弾性体１とは一体的に回転する。
【００５９】
本実施の形態では、第１の弾性体１の大径の外径部Ｃの外形形状を正八角形にし、スパナ状の工具で弾性体を回せるようにしたものである。
【００６０】
尚、本実施の形態では第１の弾性体１の大径の外径部Ｃを正八角形にしたが、小径の外径部Ｄであっても差し支えないし、また形状も正八角形に限るものではない。
【００６１】
（第１２の実施の形態）
図１１は第１２の実施の形態を示す。本実施の形態では、第３の弾性体１２がシャフト４の段部４aにネジで一体的に結合され、該段部４aの下面と第２の弾性体２とで第１の弾性体１と圧電素子３とを挟持する構造にしている。シャフト４と第２の弾性体２とは右ネジで係合されており（第１のネジ部）、シャフト４と第１の弾性体１とは第１のネジ部とは逆である左ネジで螺合されている。
【００６２】
本実施の形態の意図するところは、最小径部の分割面をシャフト４の段部４aで構成することにより、弾性体の材質に依存せずに該分割面の強度を十分に確保し、安定した振動体を実現するところにある。
【００６３】
例えば上記した図１０に示す様な振動体の場合、分割挟持面（第１の弾性体１と第３の弾性体１２との当接面）にはシャフト４と第２の弾性体２との挟持による大きな圧縮応力と、この弾性体が曲げ振動をしたときに発生する圧縮応力とがかかることになる。特に、このような径の細い部分は曲げによる歪が大きいため、これによる圧縮応力も大きくなる。
【００６４】
一方でこの弾性体は、この振動体の共振周波数を左右する重要な部材でもある。振動体の共振周波数を低くしたい場合は、Ｄ部の首径を小さくするか或いはヤング率の小さな材料（例えばＢｓなど）を選ぶことになるが、Ｄ部の径は内側のシャフト径などにより細くするにも限界があり、またヤング率の小さな材料は一般的に材料強度（引っ張り、圧縮強度）が小さいという欠点がある。つまり、前記分割挟持面の強度を十分に確保するために、例えばＳＵＳなどの材料で弾性体を構成すると共振周波数が高くなってしまい、例えば第３の弾性体１２がφ１０ｍｍ、第２の弾性体２から弾性体１までの長さが１０ｍｍ、圧電素子３を除くほかの部材を鉄系の材料で構成すると仮定すると、共振周波数は８０〜１００ｋＨｚになる。
【００６５】
一方、Ｂｓなどの材料にすると、共振周波数は低くできるものの強度的に弱く、一部が塑性変形して特性が安定しない。
【００６６】
このように応力が非常に高い部分（分割面）を振動体としての機能を要求される弾性体で構成するのは制約が多く、同時に全ての条件を満足するのは困難である。
【００６７】
そこで、本実施の形態のように、強度的にも十分なシャフトで最も圧縮応力が高い部分を構成し、弾性体には挟持による圧縮応力を付加しないようにすることで、弾性体材料の選択の自由度を大きくできるようにしたものである。
【００６８】
尚、シャフト段部４aの挟持面（第１の弾性体１との当接面）は図１１（ｂ）に示すように、テーパ面４ｃが形成されており、この挟持面Ｇでの応力分布が外周強圧（外周側の応力が高い）になるよう設定されている。
【００６９】
（第１３の実施の形態）
図１２は第１３の実施の形態を示す。図１２は、上記した各実施の形態のいずれかの振動体、例えば図８に示す振動体を用いて構成した振動波駆動装置としての振動波モータを示している。
【００７０】
図１２において、振動体を構成する第３の弾性体１２は耐摩耗性のある材料（例えばアルミナの板）で構成している。第１の弾性体１よりも内径が大きいロータ７は、第１の弾性体１を外周からすっぽり覆うように配置され、ロータ７と係合して回転力を伝達するギア８との間に設けられた加圧バネ１５により第３の弾性体１２に押し付けられている。
【００７１】
一方、ギア８は前記加圧バネ１５の反力によりモータを支持するためのフランジ１０に押し付けられると共に、径方向にも適度なガタを有して嵌合するように設定されているので、振動体の振動によりロータ７が回転するとギアとロータは回転ブレを起こすことなくスムーズに回転することができる。
【００７２】
このようにロータ７を振動体の外周に配置することにより、モータの軸方向の長さを短くすることが可能になり、モータの小型化を実現できる。
【００７３】
なお、図２から図１２に記載した振動体は、第２の弾性体とシャフト４とによって第１のネジ部を構成しているが、図１と同様にボルト５とシャフト４とによって第１のネジ部を構成するよう置き換えても構わない。
【００７４】
【発明の効果】
以上述べてきたように本発明によれば、振動体のシャフトの軸まわりの回転が弾性体に対して規制されていることにより、弾性体、電気−機械エネルギー変換素子、および締め付け部材を前記シャフトで締め付け挟持する際に、捻り強度の弱い前記シャフトの一端を押さえて締め付ける必要がなく、前記弾性体と前記締め付け部材で締め付けることができるので、振動体を小型化しても十分な挟持トルクを付与することが出来るようにしたものである。
【００７５】
また、このことで振動体が小型化しても十分な挟持力を与えることができるので、小さくすることによる振動特性の低下を防ぐことが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【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２】本発明の第２の実施の形態を示す振動体の断面図。
【図３】本発明の第２の実施の形態の他の構成を示す振動体の断面図。
【図４】本発明の第３の実施の形態を示し、（ａ）は振動体の断面図、（ｂ）は拡大断面図。
【図５】本発明の第４の実施の形態を示し、（ａ）は振動体の断面図、（ｂ）は拡大断面図。
【図６】本発明の第７の実施の形態を示す振動体の断面図及び平面図。
【図７】本発明の第８の実施の形態を示す振動体の断面図及び平面図。
【図８】本発明の第９の実施の形態を示す振動体の断面図及び平面図。
【図９】本発明の第１０の実施の形態を示す振動体の断面図及び平面図。
【図１０】本発明の第１１の実施の形態を示す振動体の断面図及び平面図。
【図１１】本発明の第１２の実施の形態を示し、（ａ）は振動体の断面図、（ｂ）はＨ部の拡大断面図。
【図１２】本発明の第１３の実施の形態を示す振動波モータの断面図。
【図１３】従来の棒状振動体を示し、（ａ）は断面図、（ｂ）はその振動モード図。
【図１４】従来の棒状振動体を用いたモータ構成図。
【図１５】従来の棒状振動体を用いた他のモータ構成図。
【図１６】従来の棒状振動体の組み立て説明図。
【図１７】従来の棒状振動体の他の組み立て説明図。
【符号の説明】
１．第１の弾性体 ２. 第２の弾性体
３. 圧電素子 ４. シャフト
５. ナット ６. 摩擦板
７. ロータ ８. ギア
９. 軸受け １０. モータ取り付け用フランジ
１１. ナット １２. 第３の弾性体
１３. スリット １４. 穴
１５. 加圧バネ
Claims (10)
- 貫通孔が形成された弾性体と、締め付け部材と、前記弾性体と前記締め付け部材の間に配置され、貫通孔が形成された電気−機械エネルギー変換素子と、前記締め付け部材と螺合するネジ部および前記弾性体のスラスト方向の位置を規制する段部が形成され、前記弾性体と前記電気−機械エネルギー変換素子の貫通孔に挿入されるシャフトとを有し、前記締め付け部材を前記シャフトに締め付けることで前記段部と前記締め付け部材との間に挟まれた前記弾性体と前記電気−機械エネルギー変換素子とを固定する振動体において、
前記シャフトは、前記弾性体に対して前記シャフトの軸まわりの回転が規制されており、
前記弾性体には前記シャフトの段部と回転不能な形状で嵌合する嵌合部が形成されていることを特徴とすることを特徴とする振動体。 - 前記締め付け部材はナットであることを特徴とする請求項１に記載の振動体。
- 前記弾性体と前記電気−機械エネルギー変換素子の間に、別の弾性体が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の振動体。
- 前記電気−機械エネルギー変換素子が前記段部と前記締め付け部材との間に挟まれて固定されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の振動体。
- 内壁にネジ部が形成された貫通孔を有する弾性体と、ネジ部が形成された締め付け部材と、前記弾性体と前記締め付け部材の間に配置され、貫通孔が形成された電気−機械エネルギー変換素子と、前記弾性体のネジ部と螺合する第１のネジ部、前記締め付け部材のネジ部と螺合する第２のネジ部、および、前記弾性体のスラスト方向の位置を規制する段差が形成され、前記弾性体と前記電気−機械エネルギー変換素子の貫通孔に挿入されるシャフトとを有し、前記締め付け部材を前記シャフトに締め付けることで前記段部と前記締め付け部材との間に挟まれた前記弾性体と前記電気−機械エネルギー変換素子とを固定する振動体において、
前記第１のネジ部と前記第２のネジ部とはネジの回転方向が逆であることを特徴とする振動体。 - 前記締め付け部材は弾性体で構成されていることを特徴とする請求項５に記載の振動体。
- 前記締め付け部材はナットであることを特徴とする請求項５に記載の振動体。
- 前記弾性体と前記電気−機械エネルギー変換素子の間に、別の弾性体が配置されていることを特徴とする請求項５に記載の振動体。
- 前記電気−機械エネルギー変換素子が前記段部と前記締め付け部材との間に挟まれて固定されることを特徴とする請求項５から８のいずれかに記載の振動体。
- 請求項１から９のいずれかに記載の振動体と、前記振動体に所定の加圧力で押されて接触し、前記振動体のシャフトを中心に回転可能な移動体とを有する振動波駆動装置。
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