JP6649729B2 - Vibration wave motor - Google Patents
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Description
本発明は振動波モータに係り、特に弾性体を板状としたリニア用の振動波モータに関する。 The present invention relates to a vibration wave motor, and more particularly to a linear vibration wave motor having an elastic body in a plate shape.
従来から、小型軽量、高速駆動、かつ、静音駆動を特徴とする振動波モータは撮像装置のレンズ鏡筒等に採用されていた。これらの中でもリニア駆動用の振動波モータに関し、以下のような振動波モータが特許文献1に開示されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a vibration wave motor characterized by small size, light weight, high-speed drive, and silent drive has been employed in a lens barrel of an image pickup apparatus. Among these, regarding a vibration wave motor for linear driving,
特許文献1に開示された振動波モータは、突起部を有する振動板と高周波振動する圧電素子と振動板の突起部が加圧され当接する摩擦部材によって構成されている。この振動波モータは、圧電素子の高周波振動によって振動板を共振させる。これによって生じる突起部先端の楕円運動により駆動力を得て、振動板が摩擦部材に対して相対移動する。
The vibration wave motor disclosed in
しかしながら、特許文献1に開示された振動波モータでは、振動板の突起部が摩擦部材に安定して当接しないため駆動効率が低下するという問題があった。特許文献1に開示された振動波モータでは振動板上の2つの突起部が相対移動方向に並んで設けられている。このような構成では振動板の突起部が摩擦部材に安定して当接できないため、部品の寸法公差や組立公差、もしくは外力が発生した際には振動板が2つの接触点を結ぶ直線を中心軸とした傾きが生じる。これにより、突起部の磨耗の偏りや振動板への加圧力のムラが発生するため駆動効率が低下する。
However, the vibration wave motor disclosed in
そこで、本発明の目的は、突起部を安定して摩擦部材に当接させることにより駆動効率の向上を達成することである。 Accordingly, an object of the present invention is to achieve an improvement in driving efficiency by stably bringing a protrusion into contact with a friction member.
上記課題を解決するために、本発明にかかる振動波モータは、板部と、前記板部の上に設けられた少なくとも3つの突起部とを有する振動板と、前記振動板に固定され、高周波振動する圧電素子と、複数の前記突起部が加圧され当接可能であり、前記振動板と相対移動する摩擦部材と、を有し、前記振動板には、前記圧電素子の高周波振動により前記振動板と前記摩擦部材が相対移動する相対移動方向の曲げ振動の2次の固有振動モード及び前記相対移動方向及び前記振動板の加圧方向と直交する直交方向の曲げ振動の2次の固有振動モードが励振され、複数の前記突起部は、前記加圧方向と直交する面において、前記板部の中心を通り前記相対移動方向に平行な直線上には設けられず、当該直線を挟む一方側と他方側に少なくとも1つずつ前記相対移動方向の曲げ振動の2次の固有振動モードの節近傍かつ前記直交方向の曲げ振動の2次の固有振動モードの腹近傍に設けられており、
前記一方側の突起部と前記他方側の突起部は、前記直交方向の曲げ振動の2次モードの異なる腹近傍に設けられていることを特徴とする。
In order to solve the above problems, a vibration wave motor according to the present invention includes a diaphragm having a plate portion, at least three protrusions provided on the plate portion, and a high frequency fixed to the diaphragm. a piezoelectric element which vibrates, can contact a plurality of the protrusions is pressurized, anda friction member to which the oscillating movable plate relative to said diaphragm, said by the high-frequency vibration of the piezoelectric element A second-order natural vibration mode of bending vibration in a relative movement direction in which the diaphragm and the friction member relatively move, and a second-order natural vibration of bending vibration in a direction orthogonal to the relative movement direction and the pressing direction of the vibration plate. mode is excited, the plurality of the protrusions, in a plane perpendicular to the pressing direction, is not provided on the straight line parallel to the street the relative movement direction center of the plate portion, one side sandwiching the straight line And at least one on the other side Serial provided on belly near the second-order natural oscillation mode of the relative moving direction of the bending section near and the perpendicular direction of the second-order natural oscillation mode of the oscillating bending vibration,
The one side projection and the other side projection are provided near different antinodes of the secondary mode of the bending vibration in the orthogonal direction .
本発明によれば、突起部を安定して摩擦部材に当接させることにより駆動が安定し、駆動効率が向上する。 According to the present invention, by stably bringing the protrusion into contact with the friction member, driving is stabilized, and driving efficiency is improved.
以下、添付図面を参照して本発明を実施するための実施形態について説明する。図面において、同一部材は同一符号で示している。 Hereinafter, an embodiment for carrying out the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same members are denoted by the same reference numerals.
(実施形態)
以下、本発明の実施形態について説明する。本明細書中において、後述する振動板1と摩擦部材3が相対移動する方向をX方向、後述する振動板1を摩擦部材3に対して加圧する加圧方向をZ方向とする。Z方向において、後述する振動板1から後述する摩擦部材3への向きを+Z方向、後述する摩擦部材3から後述する振動板1への向きを−Z方向と定義する。また、X方向及びZ方向と直交する直交方向をY方向とする。
(Embodiment)
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. In the present specification, the direction in which the
図1は、本発明の実施形態にかかる振動波モータの基本的な構成を説明するための図であって、図1(a)は平面図、図1(b)は正面図、図1(c)は側面図、図1(d)は底面図である。図1において振動板1は、矩形状で平坦な板部1aと、板部1aの上に設けられた3つの突起部1b1、1b2及び1b3を有する。突起部1b1、1b2及び1b3は絞り加工により板部1aと一体成型してもよいし、別部材を板部1aに接着により固定してもよい。
1A and 1B are diagrams for explaining a basic configuration of a vibration wave motor according to an embodiment of the present invention. FIG. 1A is a plan view, FIG. 1B is a front view, and FIG. c) is a side view, and FIG. 1 (d) is a bottom view. In FIG. 1, the
突起部1b1、1b2及び1b3は板部1a上に設けられる胴体部と、後述の摩擦部材3に対して当接及び摺動するための球面状の摺動部1c1、1c2及び1c3とで構成される。摺動部1c1、1c2及び1c3は、それぞれ突起部1b1、1b2及び1b3の先端から突出して設けられている。なお、この摺動部1c1、1c2及び1c3は球面状の突起形状に限らず、円柱状や円錐台状の突起形状であってもよい。
The protrusions 1b1, 1b2 and 1b3 are composed of a body provided on the
振動板1の矩形状の板部1aの端部には振動板1と同期して移動し、後述の振動板保持部材に対し、直接的、または、間接的に連結される連結部1d及び1eが設けられている。この連結部1d及び1eは振動板1と圧電素子2の振動において変位が少ない部分に設けられ、かつ、十分に剛性が弱いので、振動を阻害しにくい形状となっている。従って、連結部1d及び1eは振動板1と圧電素子2の振動にほとんど影響を与えない。
Connecting
振動板1には高周波振動する圧電素子2が固定されている。圧電素子2は、図1(a)に示すように、後述の振動板1と摩擦部材3が相対移動する方向(以下、「相対移動方向」と称する。図1(a)中のX方向)に2つに分割されている、圧電素子2はさらに、板部1aと平行かつ相対移動方向と直交する方向(以下、「直交方向」と称する。図1(a)中のY方向)に2つに分割されている。従って合計で4つの領域2a1、2a2、2b1及び2b2に分割されている。
A
4つの領域のうち領域2a1及び2b1は同一方向に分極され、領域2a2及び2b2は、領域2a1及び2b1に対して逆方向に分極されている。圧電素子2は相対移動方向と直交方向それぞれにおいて2つに分割された4つの領域2a1、2a2、2b1及び2b2に分かれる。従って、対角線上に位置する領域2a1と領域2b2、領域2a2と領域2b1がそれぞれ逆方向に分極されている。また、図2(a)に示すように、領域2a1及び2b2がA相に、領域2a2及び2b1がB相にそれぞれ割り当てられている。圧電素子2は、更に分極されていない領域2cを備えている。領域2cは圧電素子2の裏面2eの全面電極から側面に配置された領域2dの電極を経由して導通されたグランドとして使用する電極である。
Of the four regions, regions 2a1 and 2b1 are polarized in the same direction, and regions 2a2 and 2b2 are polarized in the opposite direction to regions 2a1 and 2b1. The
以上説明した通り、振動板1及び圧電素子2によって振動波モータ10が構成されている。次に、圧電素子2の高周波振動によって生じる振動板1及び圧電素子2の変形について説明する。
As described above, the
圧電素子2に発生する高周波振動は、振動板1に特定の固有振動モードを励振する。圧電素子2の高周波振動により振動板1には、振動板1の直交方向の曲げ振動の2次の固有振動モード(以下、「モード1」と称する)と振動板1の相対移動方向の曲げ振動の2次の固有振動モード(以下、「モード2」と称する)が励振される。
The high frequency vibration generated in the
図2及び図3はそれぞれ振動板1のモード1とモード2が励振された際の振動板1及び圧電素子2の変形を示す模式図である。なお、簡単化のため振動板1の突起部1b1、1b2及び1b3、摺動部1c1、1c2及び1c3、連結部1d及び1e、領域2cを省略して図示している。図2(a)、図3(a)は平面図、図3(b)、図3(c)は正面図、図2(b)、図2(c)は側面図であり、それぞれ図1(a)、図1(b)、図1(c)に対応している。圧電素子2の領域のうち、領域2a1及び2b1を領域A、領域2a2及び2b2を領域B、領域2a1及び2a2を領域C、領域2b1及び2b2を領域Dとそれぞれ定義する。
2 and 3 are schematic diagrams showing deformation of the
振動板1のモード1を励振した際の振動板1及び圧電素子2の形状について図2(b)及び図2(c)を用いて説明する。図2(b)及び図2(c)は領域Aの領域2a1と領域2b1、領域Bの領域2a2と領域2b2がそれぞれ同一方向に変形し、領域Aと領域Bとが逆方向に変形した状態、すなわち振動板1のモード1が励振された状態を示している。+Z方向に凸に変形した場合を+方向の変形として定義すると、図2(b)は領域Aが+方向、領域Bが−方向に変形した場合、図2(c)は領域Aが−方向、領域Bが+方向に変形した場合を示している。
The shapes of the
同様に振動板1のモード2を励振した際の振動板1及び圧電素子2の形状について図3(b)及び図3(c)を用いて説明する。図3(b)及び図3(c)は領域Cの領域2a1と領域2a2、領域Dの領域2b1と領域2b2がそれぞれ同一方向に変形し、領域Cと領域Dとが逆方向に変形した状態、すなわち振動板1のモード2が励振された状態を示している。図3(b)は領域Cが+方向、領域Dが−方向に変形した場合、図3(c)は領域Cが−方向、領域Dが+方向に変形した場合を示している。
Similarly, the shapes of the
図4は圧電素子2に印加する交流電圧と振動板1及び圧電素子2の変形を説明するためのグラフと表である。図4(a)は圧電素子2のA相及びB相に印加する交流電圧の変化を示すグラフ、図4(b)は各領域2a1、2a2、2b1及び2b2に印加される電圧の符号を示す表、図4(c)は各領域2a1、2a2、2b1及び2b2の変形方向を示す表である。
FIG. 4 is a graph and a table for explaining the AC voltage applied to the
前述の通り、領域2a1及び2b1は+方向に分極され、領域2a2及び2b2は−方向に分極されており、また、領域2a1及び2b2がA相に、領域2a2及び2b1がB相にそれぞれ割り当てられている。なお、ここでいう「+方向に分極される」とは印加された電圧と同じ符号の変形を生じることとし、「−方向に分極される」とは印加された電圧と逆の符号の変形を生じることと定義する。例えば、+方向に分極されている場合には+の電圧が印加された場合に+方向に変形し、−方向に分極されている場合には+の電圧が印加された場合に−方向に変形する。 As described above, the regions 2a1 and 2b1 are polarized in the + direction, the regions 2a2 and 2b2 are polarized in the-direction, and the regions 2a1 and 2b2 are assigned to the A phase, and the regions 2a2 and 2b1 are assigned to the B phase. ing. Here, "polarized in the + direction" means that a deformation of the same sign as the applied voltage occurs, and "polarized in the-direction" means a deformation of the opposite sign to the applied voltage. Is defined as occurring. For example, when polarized in the + direction, it deforms in the + direction when a + voltage is applied, and when polarized in the-direction, it deforms in the-direction when a + voltage is applied. I do.
図4(a)に示す通り、A相に対してB相の位相を約+90°遅らせて交流電圧を印加した際のP1からP4までの時間における領域2a1、2a2、2b1及び2b2の交流電圧の符号は図4(b)に示す通りである。ここで、+方向に分極されている領域2a1及び2b1は図4(b)に示す電圧と同じ符号の変形を生じ、−方向に分極されている2a2及び2b2は図4(b)に示す電圧と逆の符号の変形を生じる。すなわち、時間P1〜P4で各領域2a1、2a2、2b1及び2b2に図4(b)で示す電圧が印加された際には、時間P1’〜P4’で領域2a1、2a2、2b1及び2b2には図4(c)に示す方向の変形が生じる。なお、時間P1’〜P4’とはそれぞれ時間P1〜P4に対して所定の遅れを持った時間である。 As shown in FIG. 4A, the AC voltage in the regions 2a1, 2a2, 2b1, and 2b2 during the time from P1 to P4 when the AC voltage is applied with the phase of the B phase delayed by about + 90 ° with respect to the A phase. The reference numerals are as shown in FIG. Here, the regions 2a1 and 2b1 polarized in the + direction cause the deformation of the same sign as the voltage shown in FIG. 4B, and the regions 2a2 and 2b2 polarized in the-direction are the voltages shown in FIG. The opposite sign transformation occurs. That is, when the voltage shown in FIG. 4B is applied to each of the regions 2a1, 2a2, 2b1, and 2b2 at times P1 to P4, the regions 2a1, 2a2, 2b1, and 2b2 are applied at times P1 ′ to P4 ′. The deformation in the direction shown in FIG. Note that the times P1 'to P4' are times with a predetermined delay from the times P1 to P4, respectively.
ここで、時間P1’において、2a1及び2a2は+方向に変形し、2b1及び2b2は−方向に変形する。即ち、図3(a)に示す領域Cが+方向に変形し、領域Dが−方向に変形するため、振動板1及び圧電素子2には図3(b)に示すような変形が生じる。同様にして、時間P2’には図2(b)、時間P3’には図3(c)、時間P4’には図2(c)に示すような変形がそれぞれ生じる。即ち、図4(a)のようにA相に対してB相の位相を約+90°遅らせて圧電素子2に交流電圧を印加した際には、振動板1及び圧電素子2の形状が図3(b)、図2(b)、図3(c)、図2(c)の順番に繰り返し変形する。
Here, at time P1 ', 2a1 and 2a2 deform in the + direction, and 2b1 and 2b2 deform in the-direction. That is, since the area C shown in FIG. 3A is deformed in the + direction and the area D is deformed in the-direction, the
以下、圧電素子2の高周波振動によって振動板1の突起部1b1、1b2及び1b3に生じる楕円運動について説明する。
Hereinafter, the elliptic motion generated on the protrusions 1b1, 1b2, and 1b3 of the
まず、振動板1の突起部1b1、1b2及び1b3が設けられる位置について説明する。図1(d)に示すように、突起部1b1及び1b2はモード1の腹(図1(d)におけるX1)の近傍であって、かつ、モード2の節(図1(d)におけるY1及びY3)の近傍に設けられている。突起部1b3はモード1の腹(図1(d)におけるX2)の近傍であって、かつ、モード2の節(図1(d)におけるY2)の近傍に設けられている。すなわち、3つの突起部1b1、1b2及び1b3は、相対移動方向の曲げ振動の2次モードの節近傍かつ直交方向の曲げ振動の2次モードの腹近傍に設けられている。
First, positions where the protrusions 1b1, 1b2, and 1b3 of the
図5及び図6はA相に対してB相の位相を約+90°遅らせて交流電圧を印加した場合の振動板1の振動の様子を示す模式図であり、図5は突起部1b1及び1b2の先端の軌跡、図6は突起部1b3の先端の軌跡を説明するための模式図である。それぞれの図において、図5(a)及び図5(b)、図6(a)及び図6(b)はそれぞれ図1(c)、図1(b)に対応しており、図4に示した交流電圧のP1からP4に対して所定の遅れを持った時間P1’からP4’それぞれの時間における振動状態を示している。また、図5及び図6それぞれにおいて摺動部1c1、1c2及び1c3、連結部1d及び1e、圧電素子2は簡単化のため図示を省略されており、また、図5においては突起部1b3が、図6においては突起部1b1及び1b2がそれぞれ図示を省略されている。
FIGS. 5 and 6 are schematic diagrams showing the state of vibration of
まず、図5を用いて突起部1b1及び1b2の先端の軌跡について説明する。前述の通り、図4(a)に示すような交流電圧が印加された際に、時間P1’及びP3’において振動板1及び圧電素子2は図3(b)及び図3(c)に示すような変形を生じる。これにより、モード2が励振され、突起部1b1及び1b2の先端のX方向振幅が最大となる(図5(b)におけるA2)。また、図4(a)に示すような交流電圧が印加された際に、時間P2’及びP4’において振動板1及び圧電素子2は図2(b)及び図2(c)に示すような変形を生じる。これにより、モード1が励振され、突起部1b1及び1b2の先端のZ方向振幅が最大となる(図5(a)におけるA1)。このため、A相に対してB相の位相を約+90°遅らせて交流電圧を印加すると、突起部1b1及び1b2の先端にはそれぞれ図5(b)に矢印で示すような楕円運動が発生する。
First, the trajectories of the tips of the protrusions 1b1 and 1b2 will be described with reference to FIG. As described above, when the AC voltage as shown in FIG. 4A is applied, the
同様に、図6を用いて突起部1b3の先端の軌跡について説明する。図4(a)に示すような交流電圧が印加された際に、時間P1’及びP3’においては振動板1及び圧電素子2にはモード2が励振され、突起部1b3の先端のX方向振幅が最大となる(図6(b)におけるA2)。また、時間P2’及びP4’において振動板1及び圧電素子2にはモード1が励振され、突起部1b3の先端のZ方向振幅が最大となる(図6(a)におけるA1)。このため、A相に対してB相の位相を約+90°遅らせて交流電圧を印加すると、突起部1b3の先端にはそれぞれ図6(b)に矢印で示すような楕円運動が発生する。
Similarly, the trajectory of the tip of the protrusion 1b3 will be described with reference to FIG. When an AC voltage as shown in FIG. 4A is applied,
ここまで説明した通り、A相とB相への交流電圧の印加により、突起部1b1、1b2及び1b3の先端にはそれぞれ楕円運動を生じる。後述の摩擦部材3には摺動部1c1、1c2及び1c3が加圧された状態で当接する。このため、突起部1b1、1b2及び1b3の楕円運動により生じる後述の摩擦部材3と摺動部1c1、1c2及び1c3との間の摩擦によって、振動板1は推進力を得て図5及び図6の(b)に示すX方向に相対移動することができる。
As described above, the application of the AC voltage to the A-phase and the B-phase causes elliptic motion at the tips of the protrusions 1b1, 1b2, and 1b3, respectively. The sliding portions 1c1, 1c2, and 1c3 abut against a
また、A相に対してB相の位相を約+270°遅らせて交流電圧を印加した場合は図5とは反対方向の楕円運動が発生する。従って、突起部1b1、1b2及び1b3の楕円運動により生じる後述の摩擦部材3と摺動部1c1、1c2及び1c3の間の摩擦によって振動板1は推進力を得て図5及び図6の(b)に示すX方向とは反対の方向に相対移動することができる。
When an AC voltage is applied with the phase of the B phase delayed by about + 270 ° with respect to the A phase, an elliptical motion in the direction opposite to that in FIG. 5 occurs. Therefore, the
このように、本実施形態の振動波モータにおいては高周波振動により突起部1b1、1b2及び1b3に生じる楕円運動によって後述の摩擦部材3に対して振動板1が相対移動することが可能である。
As described above, in the vibration wave motor of the present embodiment, the
突起部1b1及び1b2、1b3の先端に生じる楕円運動の位相について説明する。図7(a)は交流電圧が印加されていない状態の振動板1を示す斜視図であり、図7(b)は交流電圧が印加された状態の時間P1’からP4’における振動板1の振動の様子を示す斜視図である。図中の点線Y1〜Y3はモード2の節、一点鎖線X1及びX2はモード1の腹を示している。なお、説明を分かりやすくするため摺動部1c1、1c2及び1c3、連結部1d及び1e、圧電素子2は省略されている。
The phase of the elliptical motion generated at the tips of the protrusions 1b1, 1b2, and 1b3 will be described. FIG. 7A is a perspective view showing the
前述の通り、図7(b)に矢印で示すように、時間P1’及びP3’においては振動板1及び圧電素子2にはモード1が励振され、時間P2’及びP4’においては図7(b)に矢印で示すように振動板1及び圧電素子2にはモード2が励振される。このときの各時間における突起部1b1、1b2及び1b3の先端に生じる変位の方向を説明する。時間P1’では、突起部1b1、及び1b2は−Z方向、突起部1b3は+Z方向の変位を生じる。時間P2’では、突起部1b1及び1b2は−X方向、突起部1b3は+X方向の変位を生じる。時間P3’では、突起部1b1及び1b2は+Z方向、突起部1b3は−Z方向の変位を生じる。時間P4’では、突起部1b1及び1b2は+X方向、突起部1b3は−X方向の変位を生じる。結果として、突起部1b1及び1b2に対して突起部1b3は常に逆方向の変位を生じる。
As described above, as indicated by arrows in FIG. 7B,
図8は突起部1b1、1b2及び1b3の先端の楕円運動を説明する模式図である。図8(a)は突起部1b1及び1b2、図8(b)は突起部1b3の先端の楕円運動をそれぞれ示している。前述の通り、突起部1b1、1b2及び1b3は時間P1’及びP3’においてZ方向に変位し、時間P2’及びP4’においてX方向に変位し、突起部1b3は突起部1b1及び1b2に対して常に逆方向の変位を生じる。このため、突起部1b3には突起部1b1及び1b2と180度位相がずれた楕円運動が生じる。3つの突起部のうち、一部の突起部1b3の楕円運動と、これ以外の突起部1b1及び1b2の楕円運動の位相が180度ずれている。 FIG. 8 is a schematic diagram illustrating the elliptical movement of the tips of the protrusions 1b1, 1b2, and 1b3. FIG. 8A shows the protrusions 1b1 and 1b2, and FIG. 8B shows the elliptical movement of the tip of the protrusion 1b3. As described above, the protrusions 1b1, 1b2, and 1b3 are displaced in the Z direction at times P1 ′ and P3 ′, and are displaced in the X direction at times P2 ′ and P4 ′, and the protrusion 1b3 is moved relative to the protrusions 1b1 and 1b2. The displacement always occurs in the opposite direction. Therefore, the projection 1b3 undergoes an elliptical motion 180 degrees out of phase with the projections 1b1 and 1b2. Among the three projections, the phases of the elliptical motion of some of the projections 1b3 and the ellipse of the other projections 1b1 and 1b2 are shifted by 180 degrees.
以下に、振動板1の板部1aの相対移動方向及び直交方向の寸法(長さ)について説明する。図9は板部の寸法を説明するための図で、図9(a)は本発明の実施形態の構成における板部1aの寸法を、図9(b)は本発明の実施形態の変形例における板部101aの寸法を示している。なお、説明を分かりやすくするため連結部1d及び1eは図示を省略されている。
The dimensions (length) of the
第1の実施形態において、図9(a)に示す板部101aの相対移動方向(図9中のX方向)の寸法L1Xと直交方向の寸法L1Yでは、式(1)に示すように、相対移動方向(図9中のX方向)の寸法L1Xが直交方向の寸法L1Yよりも小さい。
L1X<L1Y (1)
すなわち、板部1aは、振動板1と摩擦部材3が相対移動する相対移動方向の寸法L1Xが、相対移動方向及び振動板1の加圧方向と直交する直交方向の寸法L1Yよりも小さい。
In the first embodiment, the dimension L 1X in the relative movement direction (X direction in FIG. 9) and the dimension L 1Y in the orthogonal direction of the
L 1X <L 1Y (1)
That is, in the
一方、本発明の実施形態の変形例では、図9(b)に示す板部101aの相対移動方向の寸法L101Xと直交方向の寸法L101Yでは、式(2)に示すように、相対移動方向の寸法L101Xが直交方向の寸法L101Y以上に大きい。
L101X≧L101Y (2)
On the other hand, in a modification of the embodiment of the present invention, the dimension L 101X in the relative movement direction and the dimension L 101Y in the orthogonal direction of the
L 101X ≧ L 101Y (2)
ここで、それぞれの構成において各モードが励振された際の振動板の突起部の先端の振幅と周波数の関係について説明する。 Here, the relationship between the amplitude and the frequency at the tip of the projection of the diaphragm when each mode is excited in each configuration will be described.
図10は交流電圧の周波数fと突起部1b1及び1b2、1b3の先端の楕円運動の振幅Aの関係を示すグラフである。図10(a)及び図10(c)は本発明の実施形態及び変形例それぞれにおいて振動板1が加圧されていない自由状態であるときの周波数f及び振幅Aの関係を示している。図10(b)及び図10(d)は本発明の実施形態及び変形例それぞれにおいて振動板1が摩擦部材3に対して加圧された加圧状態の周波数f及び振幅Aの関係を示している。
FIG. 10 is a graph showing the relationship between the frequency f of the AC voltage and the amplitude A of the elliptical motion of the tips of the protrusions 1b1, 1b2, and 1b3. FIGS. 10A and 10C show the relationship between the frequency f and the amplitude A when the
ここで、本発明の実施形態における周波数f及び振幅Aの関係について説明する。図10(a)に示すように、振動板1が摩擦部材3に対して加圧されていない自由状態において、振動板1に生じるモード1は共振周波数f1aでZ方向の振幅A1aを生じる。また、振動板1に生じるモード2は共振周波数f2aでX方向の振幅A2aを生じる。図9(a)に示した通り、本発明の実施形態においては直交方向の寸法L1Yの方が相対移動方向の寸法L1Xよりも長い。モード1及びモード2は平板の曲げによる固有振動モードであるため、各モードの方向の寸法が大きいほど共振周波数は低くなる。従って、式(3)に示すように、直交方向のモード1の共振周波数f1aは相対移動方向のモード2の共振周波数f2aよりも低い。
f1a<f2a (3)
Here, the relationship between the frequency f and the amplitude A in the embodiment of the present invention will be described. As shown in FIG. 10A, in the free state in which the
f 1a <f 2a (3)
これに対し、振動板1が摩擦部材3に対して加圧されている加圧状態では、振動板1に生じる振動が抑制されるように加圧力が働くため、共振周波数は高くなり、振幅は小さくなる。図10(b)に示すように、共振周波数f1a及びf2aはそれぞれ共振周波数f1a’及びf2a’と高くなる。また、振幅A1a及び振幅A2aは加圧力に抑制されそれぞれ振幅A1a’及び振幅A2a’と小さくなる。ここで、振動板1にモード1を生じた際には前述の通り突起部1b1、1b2及び1b3はZ方向の振幅A1aを生じ、振動板1にモード2を生じた際には前述の通り突起部1b1、1b2及び1b3はX方向の振幅A2aを生じる。振動板1を摩擦部材3に対して加圧する際の加圧力はZ方向であるため、振動板1が加圧された際には加圧力を生じる方向と同一方向のZ方向の振幅A1aを生じるモード1の方がモード2に対してより加圧力の影響を大きく受ける。このため、自由状態と加圧状態とを比較した際にはモード2よりもモード1の方がより共振周波数の変化量が大きい。従って、式(4)が得られる。
f1a’−f1a>f2a’−f2a (4)
式(3)及び(4)から自由状態の2つの固有振動モードの共振周波数の差f2a−f1aに対して、式(5)に示すように、加圧状態の2つの固有振動モードの共振周波数の差f2a’−f1a’は小さくなる。
f2a’−f1a’<f2a−f1a (5)
On the other hand, in the pressurized state in which the
f 1a ′ −f 1a > f 2a ′ −f 2a (4)
From equations (3) and (4), the difference between the resonance frequencies f 2a -f 1a of the two natural vibration modes in the free state is calculated as shown in equation (5). The difference f 2a ′ −f 1a ′ between the resonance frequencies becomes smaller.
f 2a ′ −f 1a ′ <f 2a −f 1a (5)
次に、本発明の実施形態の変形例における周波数f及び振幅Aの関係について説明する。図9(b)に示した通り、本発明の実施形態においては相対移動方向の寸法L101Xの方が直交方向の寸法L101Yよりも長い。このため、式(6)に示すように、相対移動方向のモード2の共振周波数f2bが直交方向のモード1の共振周波数f1bよりも低い。
f1b>f2b (6)
Next, the relationship between the frequency f and the amplitude A in a modification of the embodiment of the present invention will be described. As shown in FIG. 9 (b), longer than the dimension L 101Y better dimension L 101X of the relative movement direction in the embodiment of the orthogonal directions of the present invention. Therefore, as shown in Expression (6), the resonance frequency f 2b of
f 1b > f 2b (6)
また、前述の通り、自由状態と加圧状態とを比較した際にモード2よりもモード1の方がより変化量が大きいため、式(7)が得られる。
f1b’−f1b>f2b’−f2b (7)
式(6)及び(7)から自由状態の2つの固有振動モードの共振周波数の差f1b−f2bに対して、加圧状態の2つの固有振動モードの共振周波数の差f1b’−f2b’は大きくなる。従って、式(8)が得られる。
f1b’−f2b’>f1b−f2b (8)
Further, as described above, when the free state and the pressurized state are compared, the amount of change in the
f 1b ′ −f 1b > f 2b ′ −f 2b (7)
From the expressions (6) and (7), the difference f 1b −f 2b between the resonance frequencies of the two natural vibration modes in the free state is compared with the difference f 1b ′ −f between the resonance frequencies of the two natural vibration modes in the pressurized state. 2b 'becomes larger. Therefore, equation (8) is obtained.
f 1b ′ −f 2b ′> f 1b −f 2b (8)
ここで、本発明の実施形態において突起部1b1、1b2及び1b3に生じる楕円運動について考察する。ある駆動周波数fraの交流電圧を印加した際に突起部1b1、1b2及び1b3にはモード1によるZ方向の振幅A1ra、モード2によるX方向の振幅A2raの楕円運動が生じる。このとき、加圧状態の2つの固有振動モードの共振周波数の差f2a’−f1a’が小さいため、Z方向の振幅A1raとX方向の振幅A2raの差は小さくなる。このため、突起部1b1、1b2及び1b3にはZ方向振幅とX方向振幅がほぼ同等な円に近い楕円運動が生じ、安定して駆動することができる。これに対して、本発明の実施形態の変形例においては、ある駆動周波数frbの交流電圧を印加した際に加圧状態の2つの固有振動モードの共振周波数の差f1b’−f2b’は大きくなるため、Z方向の振幅A1rbとX方向の振幅A2rbの差は大きくなる。これにより突起部1b1、1b2及び1b3には円ではなくZ方向に長い楕円の楕円運動が生じるため、駆動が不安定になる、駆動効率が低下するなどの問題を生じる。
Here, the elliptical motion generated in the protrusions 1b1, 1b2, and 1b3 in the embodiment of the present invention will be considered. There driving frequency f ra projections 1b1,1b2 and 1b3 Z direction amplitude A 1ra by
以上説明したように、本発明の実施形態において板部1aの相対移動方向の寸法L1Xを直交方向の寸法L1Yよりも小さくする。これにより、突起部1b1、1b2及び1b3には真円に近い楕円運動が生じ、相対移動方向の寸法L1Xが直交方向の寸法L1Y以上の場合と比較して安定して駆動することができる。このため、板部1aの相対移動方向の寸法L1Xを直交方向の寸法L1Yよりも小さくすることが好ましい。
As described above, in the embodiment of the present invention, the dimension L 1X in the relative movement direction of the
以下、本発明の実施形態の振動波モータを利用したリニア駆動装置20について説明する。図11は実施形態の振動波モータを利用したリニア駆動装置20の概略図である。図11(a)は相対移動方向であるX軸の(+)方向から見た正面図、図11(b)は側面図であり、図11(a)は図1(c)、図11(b)は図1(b)にそれぞれ対応している。
Hereinafter, a
図11において、振動波モータは振動板1及び圧電素子2を備えている。振動波モータは更に摩擦部材3を備え、摩擦部材3には突起部1b1、1b2及び1b3が加圧されて当接している。これにより、摩擦部材3は圧電素子2の高周波振動によって振動板1と相対移動する。振動板保持部材4は上部で振動板1を支持する支持部4aを備え、支持部4aにおいて連結部1d及び1eを介して振動板1を支持している。また、振動板保持部材4は、下部に摩擦部材3の裏面に回転摺動するローラ5を回転自由に軸支している軸支部4bを備えている。このため、振動板保持部材4は振動板1と同期して移動することができる。
In FIG. 11, the vibration wave motor includes a
加圧ばね6の下端は加圧板7を介して振動板1及び圧電素子2に作用し、上端は振動板保持部材4に作用する。加圧ばね6の加圧力により摺動部1c1、1c2及び1c3は摩擦部材3に加圧された状態で当接している。前述のように、図11(b)の矢印で示すような楕円運動による駆動力によって振動板保持部材4が図示X方向に推進力を得て、+X方向に相対移動することができる。ローラ5は駆動の際の摺動抵抗を軽減するために設けられているものであって、同様の機能があれば、転動コロのような機構でもよい。
The lower end of the
図12は、加圧ばね6によって加圧力を生じる位置と突起部1b1、1b2及び1b3と摩擦部材3とが当接可能な位置を説明するための図で、振動板1の板部1aの底面図である。点C1、C2及びC3はそれぞれ突起部1b1、1b2及び1b3の中心を示しており、XY平面上において上記3つの点で突起部1b1、1b2及び1b3が摩擦部材3と接触している。突起部1b1、1b2及び1b3は振動板1の加圧方向と直交するXY平面上の一直線上にない3つの点C1、C2及びC3で摩擦部材3と当接する。加圧点Pは加圧ばね6によって振動板1及び圧電素子2に生じる加圧力の中心を示す点であり、点C1、C2及びC3を結んだ三角形の領域Tの内側に位置している。従って、振動板1を摩擦部材3に対して加圧する際の加圧点Pは、突起部1b1、1b2及び1b3が摩擦部材3に当接する点C1、C2及びC3を結ぶ領域Tよりも内側である。
FIG. 12 is a diagram for explaining a position where a pressing force is generated by the
以下、本発明の実施形態の振動波モータを利用したレンズ駆動装置について説明する。図13は、本発明の実施形態の振動波モータ10を利用したリニア駆動装置20を搭載したレンズ駆動装置のレンズ駆動部の概略図である。図13において、図13(a)は光軸方向であるX軸(+)方向から見た正面図、図13(b)は枠体の一部を破断した側面図である。図13において、リニア駆動装置20は、振動板保持部材4、レンズホルダ53、振動板保持部材4とレンズホルダ53とを連結する駆動伝達部4cを備えている。リニア駆動装置20は、更に、摩擦部材3、枠体51、レンズ52、レンズホルダ53を支持し光軸方向(図示X方向)に案内するガイド軸54及び55を備えている。図13(b)においては、リニア駆動装置20を構成する振動板1の板部1aと突起部1b1、1b2及び1b3、摩擦部材3以外の構成要素が説明の便宜上図示を省略されている。
Hereinafter, a lens driving device using the vibration wave motor according to the embodiment of the present invention will be described. FIG. 13 is a schematic diagram of a lens driving unit of a lens driving device equipped with a
振動板1は枠体51に固定された摩擦部材3に沿って移動し、これと同期して振動板保持部材4が移動する。レンズホルダ53は駆動伝達部位4cによって振動板保持部材4と連結された被駆動体であり、振動板保持部材4と同期して移動する。図示されていないマイコンからの移動命令に従い、振動板保持部材4が図示X方向に所定の距離を移動することにより、図13(b)に示すように、レンズホルダ53を53から53’までの範囲で移動させることができる。このように、本発明の実施形態の振動波モータ10を用いることでレンズ52を光軸方向に移動することが可能である。
The
以下、従来の振動波モータについて説明する。図14は従来の振動波モータ210の構成を説明するための概略図で、図14(a)は正面図、図14(b)は側面図、図14(c)は底面図であり、図1(b)、図1(c)、図1(d)にそれぞれ対応している。従来例では、振動板201の板部201a上に2つの突起部201b1及び201b2が設けられている。
Hereinafter, a conventional vibration wave motor will be described. 14A and 14B are schematic views for explaining the configuration of a conventional
圧電素子202に交流電圧を印加することで板部201aに直交方向の曲げ振動の1次の固有振動モードと相対移動方向の曲げ振動の2次の固有振動モードを励振し、2つの突起部201b1、及び201b2の先端に楕円運動を生じる。図15は従来の振動波モータ210を利用したリニア駆動装置220の概略図であり、図15(a)は図11(a)、図15(b)は図11(b)にそれぞれ対応している。図15(c)は図15(a)の状態から振動板201、圧電素子202、加圧板205が傾いた状態を示す。加圧ばね206の加圧力により摺動部201c1及び201c2は摩擦部材203に加圧された状態で接触している。前述のように、図15に矢印で示す楕円運動による駆動力によって振動板保持部材204が図示X方向に推進力を得て、+X方向に相対移動することができる。
By applying an AC voltage to the
従来の振動波モータ210では、圧電素子202に交流電圧を印加した際に2つの突起部201b1及び201b2に同じ位相の楕円運動が生じている。このため、摺動部201c1及び201c2は、同時に摩擦部材203と接触、離間を繰り返し、摺動部201c1及び201c2と摩擦部材203との摩擦により駆動力が発生する。従って、摺動部201c1及び201c2が摩擦部材203と離間している間には駆動力が生じないため、外力の影響を直接受けるため推進力が低下する。
In the conventional
これに対して、本発明の実施形態である振動波モータ10では突起部1b1及び1b2と、突起部1b3とが180度位相がずれた楕円運動を生じる。摩擦部材3との接触、離間に関しても摺動部1c1及び1c2と、摺動部1c3とで180度位相がずれて発生し、摺動部1c1及び1c2と、摺動部1c3とが交互に摩擦部材3に接触する。このため、全ての摺動部1c1、1c2及び1c3が摩擦部材3と離間している時間が短くなるため、外力の影響を受けにくく従来例と比較して推進力が高くなる。
On the other hand, in the
また、従来の振動波モータ210では、2つの突起部201b1及び201b2が相対移動方向に並んで設けられている。振動板201の加圧方向に直交する面において摩擦部材203に当接する点が2点ある。このため、部品の寸法公差や組立公差、もしくは外力が発生した際には2つの摺動部201c1及び201c2と摩擦部材203が当接する2点を結ぶ直線を中心軸としたX方向回りに振動板201が摩擦部材203に対して傾きを生じる。
In the conventional
振動板201が傾いて摩擦部材203に当接している状態で駆動を行うと、摺動部201c1及び201c2の摩擦接触がX−Z面において対称でなく、傾いた方向に偏って生じる。この結果、所望の位置、すなわち摺動部201c1及び201c2の中心とはずれた箇所で摩擦部材203に当接するため、駆動効率が低下する。
When driving is performed in a state where the
また、振動板201が傾いた状態においては加圧ばね206によって生じる加圧力が突起部201b1及び201b2を結ぶ直線上からずれる。これにより、振動板201、圧電素子202に与えられる加圧ばね206の加圧力にムラが生じるため駆動効率が低下する。
When the
このように、従来の振動波モータ210では振動板201に傾きが生じて振動板201の摺動部201c1及び201c2が摩擦部材203に安定して当接しないため駆動効率が低下するという問題が生じる。
As described above, in the conventional
これに対して、本発明の実施形態及びその変形例の振動波モータ10では突起部1b1、1b2及び1b3が点C1、C2及びC3で摩擦部材3に当接している。すなわち、振動板1の加圧方向に直交する面において一直線上にない3つの点C1、C2及びC3で安定して摩擦部材3に当接しているため、部品の寸法公差や組立公差、もしくは外力が発生した際にも振動板1のX方向回り及びY方向回りの傾きが生じない。
In contrast, and to the embodiments and the
このように、本発明の実施形態及びその変形例の振動波モータ10においては振動板1が摩擦部材3に対して傾きを生じないため、振動板1の摺動部1c1、1c2及び1c3が摩擦部材3に安定して当接することができる。これにより、摺動部1c1、1c2及び1c3はX−Z面において対称に摩擦接触するため、所望の位置、すなわち摺動部1c1、1c2及び1c3の中心で摩擦部材3に当接するため駆動効率を向上させることができる。また、突起部1b1、1b2及び1b3が3つの点C1、C2及びC3で摩擦部材3に当接しており、加圧ばね6による加圧力にムラが生じないため駆動効率が向上する。
As described above, in the
以上説明した通り、本発明の振動波モータ10は、振動板1の突起部1b1、1b2及び1b3が3つの点C1、C2及びC3で摩擦部材3に当接し、3点を結ぶ三角形の領域の内側を加圧しているため、振動板1が摩擦部材3に対して傾きを生じない。この結果、突起部1b1、1b2及び1b3を安定して摩擦部材3に当接させることにより駆動の安定化を達成することができる。
Above-described above, the
なお、前述した実施形態では加圧板7が圧電素子2と直接接触して加圧する例を示したが、加圧板7と圧電素子2との間に緩衝材を挟んでもよい。加圧板7と圧電素子2との間に緩衝材を挟むことで、加圧板7は圧電素子2に生じる高周波振動を減衰させることなく圧電素子2を加圧することができる。
In the above-described embodiment, an example in which the
また、上記実施形態では1つの圧縮ばねである加圧ばね6により振動板1を摩擦部材3に対して加圧する構成について説明したが、加圧ばね6は複数のばねであってもよく、引張ばねであってもよい。加圧ばね6が複数のばねである場合は、複数のばねの加圧力を重ね合わせた加圧力の位置が突起部1b1、1b2及び1b3が摩擦部材3に当接する点C1、C2及びC3を結ぶ領域Tよりも内側となるように構成する。
Further, in the above embodiment, the configuration in which the
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は前述の実施形態及びその変形例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、振動波モータは、振動板が超音波振動する超音波モータであっても良い。 Although the preferred embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment and its modifications, and various modifications and changes can be made within the scope of the gist. For example, the vibration wave motor may be an ultrasonic motor whose diaphragm vibrates ultrasonically.
本発明は、小型軽量かつ広い駆動速度レンジが要求される電子機器、特にレンズ駆動装置に利用可能である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used for electronic devices that require a small and light weight and a wide driving speed range, particularly for a lens driving device.
1 振動板
1a 板部
1b1、1b2、1b3 突起部
1c1、1c2、1c3 摺動部
1d、1e 連結部
2 圧電素子
3 摩擦部材
4 振動板保持部材
5 ローラ
6 加圧ばね
7 加圧板
51 枠体
52 レンズ
53 レンズホルダ
54、55 ガイド軸
10 振動波モータ
20 リニア駆動装置
C1、C2、C3 点
T 領域
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記振動板に固定され、高周波振動する圧電素子と、
複数の前記突起部が加圧され当接可能であり、前記振動板と相対移動する摩擦部材と、
を有し、
前記振動板には、前記圧電素子の前記高周波振動により前記振動板と前記摩擦部材が相対移動する相対移動方向の曲げ振動の2次の固有振動モード及び前記相対移動方向及び前記振動板の加圧方向と直交する直交方向の曲げ振動の2次の固有振動モードが励振され、
複数の前記突起部は、前記加圧方向と直交する面において、前記板部の中心を通り前記相対移動方向に平行な直線上には設けられず、当該直線を挟む一方側と他方側に少なくとも1つずつ前記相対移動方向の曲げ振動の2次の固有振動モードの節近傍かつ前記直交方向の曲げ振動の2次の固有振動モードの腹近傍に設けられており、
前記一方側の前記突起部と前記他方側の前記突起部は、前記直交方向の曲げ振動の2次の固有振動モードの異なる腹近傍に設けられている
ことを特徴とする振動波モータ。 A diaphragm having a plate portion and at least three protrusions provided on the plate portion;
A piezoelectric element fixed to the diaphragm and vibrating at a high frequency;
A plurality of the protrusions are pressurized and can contact, a friction member relatively moving with the diaphragm,
Has,
The vibration plate has a secondary natural vibration mode of bending vibration in a relative movement direction in which the vibration plate and the friction member relatively move due to the high frequency vibration of the piezoelectric element, and pressurization of the relative movement direction and the vibration plate. A second-order natural mode of bending vibration in the orthogonal direction orthogonal to the direction is excited,
A plurality of said projections, in a plane perpendicular to the pressing direction, is not provided in the plate portion around the through direction of the relative movement in a parallel straight line, and at least on one side and the other side sandwiching the straight line One by one provided near the node of the second-order natural vibration mode of bending vibration in the relative movement direction and near the antinode of the second-order natural vibration mode of bending vibration in the orthogonal direction;
The vibration wave , wherein the protrusion on the one side and the protrusion on the other side are provided in the vicinity of antinodes having different secondary natural vibration modes of the bending vibration in the orthogonal direction. motor.
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