JPH03145974A - 振動波装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、振動装置、特に進行波型の振動波モータにお
ける振動体の構造に関するものである。

（従来の技術） 弾性体に進行性振動波を生じさせ、この振動によってロ
ータ等の移動体を移動させる振動波モータは、小型であ
り、また低速時に高いトルクが得られることから、近年
例えば−眼レフカメラの撮影レンズ駆動用として採用さ
れ利用されている。

第２図はこの振動波モータを、撮影レンズ駆動用として
組込んだ一眼レフカメラの撮影レンズの縦断面図を示し
ており、この図において、１は撮影レンズの光軸りを回
転中心とする円環状の金属製の弾性体であり、後述する
ロータ３に接続する側には、第３図に示されるように所
定の幅ｔと深さｈの溝ＩＡが全周に渡って設けられてい
る。また第２図に示す如く該弾性体１の片面にはＰＺＴ
等の圧電素子２が所定の分極をもつようにして接着剤に
より固定されて、これらにより振動体が構成される。

電気−機械エネルギー変換素子としてのこの圧電素子２
ｋ対しては、公知の方法で、時間的な位相の異なる超音
波の駆動信号が印加され、この信号に応答して弾性体ｌ
が振動することによって弾性体１の周方向に回転する進
行性振動波が発生される。

第２図における３は、弾性体１の上面に加圧接触された
端部を有する円環状のロータであり、弾性体１に対して
は移動体を構成することになる。そしてこの移動体とし
てのロータ３の反対側に端部にはゴム等の円環状の第１
の吸振体５が設けられている。４はフェルト等で形成さ
れた円環状の振動絶縁体であり、該絶縁体４はフェルト
台８を介して重ね合された２枚の皿バネ９から加圧力を
受けるようになっている。

前述のロータ３は前記した第１の吸振体５を介して連結
板に密接に保持されている。また円環状の連結板２２は
６木の締め付はビス（図示せず）により出力伝達体２５
と固定される。光軸りを回転中心として回転するこの出
力伝達体２５は、ボール１０とボールレース１３．１４
と共に玉軸受けを構成する。このボールレース１３．１
４は撮影レンズの外筒１２ｋ固定され、外筒１２は固定
筒１１と結合されて最終的にカメラマウント１９に固定
されている。

また上記出力伝達体２５の先端には連結コロ１５が固定
され、光軸方向に設けられたフォーカスレンズ２７を保
持した移１１１Ｔ！３１７のキー溝（図示せず）を係合
する。固定内筒１８のネジ部１８ａと移動ｙＪ１７のネ
ジ部１７ａがヘリコイド結合しており、出力伝達体２５
の回転運動によって連結コロ１５を介して移動′ｐＪ１
７は回転しながら光軸方向に引導可能となっている。

かかる構成によって、カメラ側からのＡＦ信号（または
マニュアルリング１６からの駆動信号）により該振動体
１，２ｋ公知の方法で進行性振動波を発生させ、ロータ
３を回転させて最終的にフォーカスレンズ２７を光軸方
向に移動させ、ピント調整を行なうことができる。

かかる装置の場合、振動体１，２は、駆動用進行性振動
波が振動体上のどの位置においても同じ振幅、同じ波長
となるように均一な部材で形成されて、第３図に示して
いるように全周に渡って均−一様な構造をもつようにな
っているのが普通である。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記従来装置においてハ、振動体、移動
体あるいはこれらの保持部材の加工精度等の問題から、
加工後の平面度の誤差が厳密には避は難く、これに起因
して例えば振動体と移動体の接触面に面圧ムラを招き、
その結果として駆動用進行性振動波とは異なった波長の
進行性振動波が励起成長され、これが騒音の原因になる
ことがあった。

本発明は、このような問題を解決するためになされたも
のであり、その目的は振動体の駆動に伴なった騒音の発
生を抑制できる振動波装置を提供するところにある。

（課題を解決するための手段及び作用）このような目的
を実現するためになされた本発明の振動波装置の特徴は
、弾性体と、電気−機械エネルギー変換素子からなり交
流電圧の印加によって上記弾性体に進行性振動波を生じ
させる振動駆動手段とを備えた振動波装置において、上
記弾性体上に発生が想定される不用振動の波長λの１／
２の整数倍の間隔の位置に、該振動波の進行方向に沿っ
て弾性体の変形に対する抵抗の不均一部を設けると共に
、この抵抗に対する抵抗の不均一部を、上記位置を中心
として（２ｋ＋１）λ／４［ただしｋはＯ又は正の整数
］の範囲に渡り設けたという構成をなすところにあり、
代表的には、上記弾性体に移動体としてのり−タを加圧
接触させて構成した振動波モータを例示することができ
る。

上記構成において、弾性体の変形に対する抵抗の不均一
部は、例えは弾性体自身の構成によって内部的な抵抗の
不均一性によって与えることができる他、弾性体に接触
する外部の部材の性質に由来して外部的に与えることも
できる。

具体的には、前者の内部的な抵抗の不均一性のためには
弾性体断面形状を部分的に変化させることで曲げ剛さを
不均一にすることで与えることかでき、例えば上記第３
図の例で示した従来の弾性体における溝の深さを一部深
くするとか浅くしたり、穴、突起等を部分的に設ける構
成のものを例示することができる。また後者の外部的な
抵抗を部分的に不均一にするためには、第２図の振動波
モータの例で説明した該振動波モータに作動的に連結さ
れる円環状の吸振体や出力伝達体に、その円環方向に沿
って易変形性の部分と難変形性の部分を設けることによ
っても与えることができる。

本発明において、弾性体の変形に対する抵抗の不均一部
を、憇定される不用振動の波長入の１／２の整数倍の間
隔の位置を中心として、（２ｋ＋１）λ／４［ただしｋ
はＯ又は正の整数］の範囲に渡り設けたという構成を採
用した理由は次の通りである。

いま弾性体の変形に対する抵抗の不均一性を、後述する
実施例１の溝の深さにより与える場合として説明すると
、深溝を設けた領域（中心を４２＋、ＩＬ２とする）の
中心を節とする不用振動モード（これを例えば３次モー
ドの振動とする）の振動波における振動体の固有振動数
ｆｒ、、　、と、ＩＬ、、　立２を腹とする同３次モー
トの振動波における弾性体の固有振動数ｆｒｓ２の差Δ
ｆｒｓ　　（＝　ｆｒ３ｔ　　ｆｒ３ｚ）が、深溝を設
けた領域の長さθ２．θ３を変えたときにどのように変
化するかを、多数のθ２．θ、が異なる試料を実際に試
験して測定することにより確認すると、その結果は第４
図の通りとなった。

この結果から、Δｆｒ３が大きいほど３次モードの振動
波は進行波になりにくく、したがって騒音も発生し難い
ことが理解できる。また最もΔｆｒ、が大きいのはθ２
＝θ、＝　（２ｋ＋１）λ／４＝３０°　・　（２ｋ＋
１）［ただしｋは０又は正の整数］の時であり、θ２．
θ３を３６０’／２・３の整数倍とした時にはΔｆｒ３
はＯに近づいていることが分る。

つまり深溝を上記のように設けることによって、Ｉｌｌ
、Ａｔを腹とする３次モードの動剛性が下り、該モード
の固有振動数が下るが、θ２＝θ、を６０°付近とする
と、ｘ、、Ａ２を腹とする３次モードの動剛性を下げる
だけでなく、１１　、　ＩＬ２を節とする３次モードの
動剛性も同時に下げるので、３６０°／２・３の整数倍
ではΔｆｒ、が最小になるためと考えられる。

そして以上のことから上記構成の振動波モータにおいて
は、３次モードの騒音発生振動がある場合には、深溝を
波長λの１／２の整数倍の間隔で設け、しかもその深溝
形成領域の長さ範囲θには６０°　（λ／２）を周期と
する周期性のあることが確認される。したがって騒音を
発生する可能性のある不用振動であるｎ次モードの振動
の波長をλとして、上記所定の間隔で弾性体の変形に対
する抵抗の不均一な部分を設けた場合に、その不均一部
分の領域の長さは、（２ｋ＋１）λ／４［ただしｋは０
又は正の整数］とすることで騒音防止に最も効果がある
ことが確認できるのである。

（実施例） 以下本発明を図面に示す実施例に基づいて説明する。

実施例１ 第１図は本発明を通用して一眼レフカメラ用撮影レンズ
の駆動手段としての振動波モータを構成した場合の、該
振動波モータの弾性体１、及び電気−機械ネルギー変換
素子としての圧電素子２の構成概要−例を示したもので
ある。

この第１図で示された振動波モータが用いられる撮影レ
ンズの構成は、第２図、第３図で図示した撮影レンズの
それと略同様であるので、第１図においては異なる機素
についてのみ図示して他の機素についての図示、説明は
省略している。

第１図において、ｌは振動波モータの主要な構成部分を
形成する円環状の弾性体であり、移動体としてのロータ
３（第２図参照）との接触面には、幅ｔ１、深さｈｌの
５数の溝ＩＡが全周に渡って設けられているが、これら
の溝の一部はＩＢとして図示しているように、深さｈ２
の深溝として形成されている。

本例における特徴は上記深さｈｌの溝と、深さｈ２の深
溝の関係的な構成にあるがこの点についての詳細な説明
は後述する。

２は電気−Ｉａ械ネルギー変換素子としてのＰＺＴ等の
圧電素子であり、弾性体１の一方の端面（溝形成がない
側の端面）に接着剤で貼着されている。この圧電素子２
は、Ａ相駆動領域を形成する各領域２　Ａ　ｔ〜２Ａ、
及びＢ相駆動領域を形成する各領域２Ｂ、〜２Ｂ７が、
第１図のように交互に異なる分極方向となるように分極
され、またＡ８１駆動領域中の領域２　Ａ　１とＢ相駆
勅領域中の領域２Ｂｌ　との間には、Ａ相、Ｂ相駆動領
域の夫々に共通で、不図示の駆動源のアースに接続され
る共通電極２Ｃが設けられている。更にまたＡ相、Ｂ相
駆動領域を形成する各領域２　Ａ　Ｉ〜２Ａ、、２Ｂ、
〜２Ｂ。

の周方向長さは、弾性体１の曲げ振動の波長λの１／２
ｋ設定され、更に共通電極２Ｃとセンサ電極２Ｄの同方
向長さの和は波長λに設定されている。上記共通電極２
Ｃと対向する側に設けられた上記Ａ相駆動領域を形成す
る各領域２Ａ、〜２Ａ７上の電極は不図示の第１交流電
源に接続される。また同様に上記Ｂ相駆動領域を形成す
る各領域２Ｂ、〜２　Ｂ　ｙ上の電極は、上記第１交流
電源の出力信号と９０゛位相差のある交流電源を出力す
る不図示の第２交流電源に接続される。そして上記Ａ相
駆動領域２Ａ。

〜２　Ａ　７の夫々と、対応する上記領域２Ｂ、〜２Ｂ
、の夫々とは空間的にλ／４位相がずれて設けられてい
る。

以上の構成に加えて、本例における振動波モータにおい
ては、上記深さり、の深溝ＩＢを次のように設けている
という特徴がある。

すなわちいま仮に振動波モータに騒音を発生する振動の
波の数が例えば３個の場合（以下この波の数が弾性体１
に生じた時の曲げ振動を３次の曲げ振動と称し、ｎ個の
波が弾性体１に生じた時の曲げ振動をｎ次の曲げ振動と
称す）には、深溝ＩＢを、θ＝３６０＠／２・３（３次
モードの波長の１／２ｋ相当）の整数倍であるθ、＝１
２０°の間隔の放射線ＪＺ　Ｉ　ｒ　ｊ’　２を中心に
、３次モードの曲げ振動の波長の１／４である３０’の
領域に渡って設けていることを特徴とする。

従って曲げ振動が０次モードの場合には、この深溝ＩＢ
は、θ、＝３６０”／２ｎの整数倍の間隔を有する位置
を中心として３６０”／４ｎの長さの領域に渡って設け
られることはなる。

以上の構成をなす振動波モータの作用について説明する
と、交流電源によって圧電素子２のＡ相駆動領域及びＢ
相駆動領域に交流信号を供給すると、圧電素子２の曲げ
振動によって弾性体１には８個の波からなる進行性振動
波、換言すれば８次モードの進行性振動波が発生する。

この振動波によってロータ３（第２図参照）が光軸りに
沿って移動して合焦動作が実行され、この点は前述従来
装置の場合と同様である。

以上は振動波モータが正常に動作した場合の説明である
。

しかしこの振動波モータの動作開始時から騒音を発生す
る可能性のある０次モードの曲げ振動、上記の例では３
次モードの曲げ振動が弾性体１上に発生した場合には、
本実施例では次のようにしてその不用振動が抑制される
という効果がある。すなわち、第１図で説明したような
曲げに対する抵抗が周方向について所定の位置関係で不
均一となるように構成されている振動波モータにおいて
は、上述の通り、深溝ＩＢを設けた領域の中心であるｕ
、、Ｊ２２を節とする３次モートの振動波における振動
体１の固有振動数は高く、一方探溝ＩＢの所を腹とする
３次モードの振動波における弾性体１の固有振動数は前
述の固有振動数よりも低い。このように３次モートの振
動波の夫々の位置における弾性体１の固有振動数は異な
るので、騒音を発生する可能性のある３次モードの振動
波は進行波とはなり得す、したがって３次モートの振動
波が何等かの原因によって発生することがあってもそれ
によって騒音が発生することは本実施例においては抑制
されることになる。

これに対し、第３図で示した従来型の振動波モータにお
いては、振動体が３次モードの進行波の生成を阻止する
周方向に関しての不均一性の構造をもっていないために
、３次モードの進行波が発生し、騒音発生を招くことに
なる。

なお第１図の実施例では、弾性体１の所定位置、すなわ
ち騒音を発生させる可能性のある３次モードの振動波の
λの１／２の整数倍（以下γλ／２という：但しγは整
数）に対応する位置を中心とした２カ所の領域に弾性体
１の動剛性を部分的に不均一とする深溝ＩＢを設けてい
るが、この深溝を設ける領域は２カ所に限定されるもの
ではない。

また上述実施例では、動剛性を部分的に不均一とするた
めの構成として深溝を設けているが、これも溝を逆に浅
くして部分的な不均一性を得るようにしてもよい。

また更に、上述実施例では騒音を発生させる可能性のあ
る振動波の波長λのγλ／２ｋ対応した弾性体上の位置
を中心に不均一領域を設けているが、弾性体自身は均一
な弾性体とし、第２図に示した円環状の振動絶縁体４の
上述した所定位置を中心に、上述した領域で切欠き、穴
等を設けることによって弾性体の曲げに対する抵抗の不
均一性を与えるようにすることもできるし、同様の対策
を第２図に示される吸振体５や出力伝達体２５に施して
もよい。付言すれば振動波モータの構成要素あるいは該
モータに連結された装置の構成要素の所定位置に、上記
した所定位置及び所定領域に渡って不均一性の構造を設
けることで本発明の目的を実現することができる。

なお上記弾性体の曲げに対する抵抗の不均性を与えるた
めの構造部分を設ける上述した位置、及びその領域につ
いては、上述した数式で限定される部分に厳密に限定さ
れるものではなく、実質的に同位置、同領域に設けられ
ればよいものであり、これは以下の実施例についても同
様である。

実施例２ 第５図は本発明の他の実施例を示したものであり、この
例の特徴は、第１図で説明した１１、＋、Ｉ１２の位置
の歯ＩＣの高さを低い歯ＩＤとして構成したところにあ
る。

このような構成によっても実施例１と同様の弾性体の内
部抵抗の不均一性を得ることができるため、実施例１と
同様の効果を得ることができる。

第６図は更に別の実施例を示したものであり、この例の
特徴は、第１図で説明した１１゜Ｉ１２の位置の溝ＩＡ
の幅１．を異なる幅ｔ２とした溝ＩＥとして設けたとこ
ろにある。このような構成によっても上記実施例１と同
様の効果を得ることができる。なお溝の幅を大きくする
場合とは別に狭くすることでも同様の効果を得ることが
できる。

第７図は、弾性体の上述した所定位置に、同じく所定の
領域に渡って弾性体自身の幅寸法を変えることによって
上述したと同じ弾性体の曲げに対する抵抗の不均一性を
与えた例を示している。なおこの図における構成は弾性
体１の内側及び外側に溝ＩＦを設けたものであるが、こ
れは内側あるいは外側のいずれか一方に溝ＩＦを設ける
ことでもよい。また同部分の弾性体の材質を他の部分と
異ならせることで同様の効果を得ることもできる。

第８図は弾性体の上述した所定位置に、同じく所定の領
域に渡って弾性体自身の高さを変えることによって上述
したと同じ弾性体の曲げに対する抵抗の不均一性を与え
た例を示している。なおこれは反対に高さを他の部分よ
りも高くしたものであってもよいし、下面に設けたもの
であってもよい。

以上の第５図ないし第８図で示した構成は、弾性体自身
に設けた例として説明しているが、これは上述実施例２
で説明しているように弾性体ではなくこれに作動的に連
結する他の部材、例えばロータや出力伝達体等じ設けて
もよいことは当然である。

なおまた以上の実施例の説明は、本発明を円環状の弾性
体を備えた振動波モータに適用した場合として行なって
いるが、これはこの種の振動波モータに限定されるもの
ではなく、弾性体が円板状、長方形状の振動波モータに
通用できることは勿論のこと、弾性体自身が進行性振動
波によって移動する形式の構成のものにも適用できるも
のである。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明においては、弾性体、振動
絶縁体、出力伝達体等の振動装置の少なくとも１つの部
材上において、騒音を発生する可能性のある振動波の波
長λの１／２の整数倍の位置を中心として、（２ｋ＋１
）λ／４の領域に渡って、弾性体の曲げに対する抵抗を
不均一とする構成を設けることにより、従来問題となっ
ていた騒音発生を有効に抑制できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用した一眼レフカメラ用撮影レンズ
における振動波モータの要部を分解して示した斜視図で
ある。 第２図は従来の振動波モータを適用した一眼レフカメラ
用撮影レンズを有するレンズ鏡筒の一部縦断面図、第３
図は同振動波モータの構成概要を示した図である。 第４図は振動波モータの構成と効果の関係を示した図で
ある。 第５図〜第８図は本発明を適用した振動波モータの他の
実施例を示した図である。 １：弾性体　　　　　　２：圧電素子 ３：ロータ　　　　　　４：振動絶縁体２５：出力伝達
体 他４名 第 第 図 図 （ｄｅｇｌ 第 図 ｅ＋：１２０’ 第 図 ｅド１２０−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、弾性体と、電気−機械エネルギー変換素子からなり
   交流電圧の印加によって上記弾性体に進行性振動波を生
   じさせる振動駆動手段とを備えた振動波装置において、 上記弾性体上に発生が想定される不用振動 の波長λの１／２の整数倍の間隔の位置に、該振動波の
   進行方向に沿って弾性体の変形に対する抵抗の不均一部
   を設けると共に、この抵抗に対する抵抗の不均一部を、
   上記位置を中心として（２ｋ＋１）λ／４［ただしｋは
   ０又は正の整数］の範囲に渡り設けたことを特徴とする
   振動波装置。 ２、請求項１において、弾性体の変形に対する抵抗の不
   均一部は、該弾性体の断面形状の不均一による曲げ剛性
   の変化で構成させたことを特徴とする振動波装置。 ３、請求項１において、弾性体の変形に対する抵抗の不
   均一部は、該弾性体に直接に又は間接的に接触する部材
   の変形抵抗の不均一性により与えたことを特徴とする振
   動波装置。