JPH0370480A - 振動波駆動装置 - 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、振動波モータに係り、詳しくは進行波が形成
される弾性体の構造に関するものである。

［従来の技術］ 近年、環形状に形成した弾性体に複数の位置的及び時間
的位相の異なる定在波を励起し、その結果として該弾性
体に弾性進行波を形成し、該弾性体の進行波形成面に移
動体を押圧することで、該移動体を摩擦駆動する形式の
振動波モータは、モータを中空形状とすることができる
という構造上の利点から、例えばカメラの撮影レンズ鏡
筒内に組み込み、フォーカシングレンズを駆動するＡＦ
用アクチュエータとして実用化されており、また薄型の
直線往復運動機構や、高精度位置決め機構の駆動部に利
用する提案も行なわれている。

このような振動波モータの基本的な構成は、全周長があ
る長さ先の整数倍であるような環形状に形成した弾性体
の片面に２群の複数個の駆動用の圧電素子を固着し、こ
れらの各圧電素子は各群内では几／２のピッチにて且つ
交互に逆の伸縮極性となるように配列され、また両群間
には工／４の奇数倍のずれがあるように配置されている
。いずれか一方の駆動用の圧電素子群のみに交流電圧を
印加すれば、弾性体には該群の各圧電素子の中央点及び
そこからλ／２おきの点が腹の位置、また該腹の位置間
の中央点が節の位置であるような曲げ振動の定在波（波
長λ）が弾性体の全周にわたって発生する。また他の一
群のみに交流電圧を印加すれば、同様に定在波が生ずる
が、その腹及び節の位置は前記定在波に対してλ／４ず
れたものとなる。

そして、両駆動用の圧電素子群に周波数が同じで且つ時
間的位相差がπ／２の交流電圧を同時に印加すると、両
者の定在波の合成の結果、弾性体には周方向に進行する
曲げ振動の進行波（波長λ）が発生し、このとき厚みを
有する弾性体の他面上の各点は一種の楕円運動をする。

よって、弾性体の該他面に例えば環状の移動体を加圧接
触させておけば、該移動体は弾性体から周方向の摩擦力
を受は回転駆動される。その回転方向は、両駆動用の圧
電素子群に印加する交流電圧の位相差を正負に切換える
乙とにより反転できる。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、振動波モータにおける弾性体が均一な動剛性
を有する完全円環又は円板であれば、駆動用定在波モー
ドは縮退し、一方の駆動用圧電素子群の駆動（以下Ｓｉ
ｎモードと称す）による固有振動数と、他方の圧電素子
群の駆動（以下Ｃｏｓモードと称す）による固有振動数
とは一致する。

しかし、弾性体には固定部材等へ固定するための固定用
の孔、突起等が存在することや、弾性体を長円形とした
場合等では弾性体の直線部と円弧部との動剛性の相違、
また鳴き振動（主に駆動波より低次の面内又は面外の弾
性進行波が発生することにより生じる）を起こしにくく
するために、不用モードにおける一方の定在波と他方の
定在波との固有振動数に差をつけるために例えば弾性体
に設けた不均一動剛性部の存在等で、駆動用振動モード
のＳｉｎモードとＣｏｓモードにおける固有振動にずれ
が生じる場合があった。この結果、２つの定在波を加え
合わせて進行波を得ようとする場合、画定在波の振動振
幅を検出、両振幅が等しくなるように両駆動用の圧電素
子群に印加する電圧比を制御し、且つ両振動振幅の位相
差を検出して規定位相差となるように両回加電圧間位相
を制御するといった複雑な制御を行なわない限り、両定
在波の振動振幅は異なり、また位相差も規定値にならな
いため、形成される進行波振幅が時間と共に変化するも
のとなってしまい、押圧された移動体と均一な接触が保
てず、モータ出力が低下してしまう。

本発明の目的は、上記した問題を解決し、簡単な構成で
出力の向上を図ることができる振動波モータを提供する
ものである。

［課題を解決するための手段】 本発明の目的を達成するための要旨とするところは、部
分的に動剛性が不均一な弾性体に接合された電気−機械
エネルギー変換素子に交流電界を印加することで、該弾
性体に複数の定在波を励起して弾性進行波を形成し、該
弾性体に加圧接触した加圧部材と、該弾性体とを摩擦に
より相対移動させる振動波モータにおいて、駆動に供せ
られる振動モードにおける複数の定在波の固有振動数が
一致するよう該弾性体に調整用不均一動剛性部を設けた
ことを特徴とする振動波モータにある。

［作　用］ 上記の如く構成した振動波モータは、弾性体の有する部
分的に動剛性が不均一なことによる影響が駆動に供せら
れる振動モードに影響を与えても、弾性体に設けた調整
用不均一動剛性部により、駆動用定在波の固有振動数を
一致させることができる。

［実施例］ 以下本発明を図面に示す実施例に基づいて詳細に説明す
る。

実施例１ 第１図は本発明による振動波モータの実施例１を示す弾
性体の平面図、第２図はその側面図である。

本実施例による振動波モータの弾性体１は、円環形状に
形成され、その一端面に複数の圧電素子からなる圧電体
２が固着されている。圧電体２は、２群の駆動用圧電素
子群を有し、両群の駆動用圧電素子群には不図示の駆動
回路により９０°のずれがある交流電圧が印加され、一
方の圧電素子群への交流電圧の印加によりＳｉｎモード
の定在波を発生させると共に、他方の圧電素子群への交
流電圧の印加によりＣｏｓモードの定在波を発生させ、
進行波を弾性体１に形成し、本実施例では７波（７え）
の進行波を形成するものとして以下説明する。

弾性体ｉの他端面側には、駆動用の７波以外の不用モー
ドにおける進行波の発生を防ぎ、モータの鳴き発生を防
ぐために、不用モードにおける一方の定在波の固有振動
数と他方の定在波の固有振動数とに差を設けるための鳴
き振動防止用の溝ａが形成されており、該溝ａを例えば
不用モードにおける一方の定在波の腹位置に形成するこ
とにより部分的に弾性体の剛性を下げ、鳴き振動が発生
しに＜＜シている。

ところで、この鳴き振動発生を防ぐために弾性体１に形
成された鳴き振動防止用の溝ａによる不均一な動剛性に
より、駆動用振動モード（本実施例では３０ＫＨｚ）に
おいて、駆動モードにおける両定在波の固有振動数に差
が生じ（以下この現象を分割と称す）　本実施例では１
００〜２００Ｈ２の振動数差が生じ、均一な進行波を励
起することが前述１したように困難であった。

そこで本実施例では、駆動用振動モードにおける両定在
波の固有振動数を一致させるために、固有振動数の高い
方のモードの腹位置に、１波長おきに溝ｌ）を形成（本
実施例は７波駆動であるから７個）している。

以下に上記分割を防止できる理由を打３図を参照しなが
ら説明する。

面外振動のモーダルマスをＭ、モーダルスティフネスを
Ｋとすると、固有振動数ωは下式により求められる。

弾性体を薄くするとモーダルスティフネスにの低下分Δ
にの方がモーダルマスＭの低下分ΔＭの低下量より多い
ため、固有振動数ωは低下する。また弾性体を部分的に
薄くしたとき、Ｃｏｓモードを高い固有振動数のモード
とし、第３図（ａ）に示すように、その腹位置を１波長
ごとに溝すにより部分的に薄くすると、第３図（ｂ）に
示すようにＳｉｎモードでは該溝すの位置は節位置であ
ることから、歪が大なる位置（腹位置）に溝すを有する
ＣｏｓモードのΔにの減少量が大であるため、固有振動
数ωの低下はＣｏｓモードに著しく出ることになり、溝
すの深さ。

幅を変えていけばＳｉｎモード及びＣｏｓモードにおけ
る両者の固有振動数が一致することになる。

第４図は溝すの個数をパラメータとして溝の深さと固有
振動数差Δωとの関係を示し、Ｃは弾性体１に設けた７
個所の溝すを均一に深くしていったときの固有振動数差
と溝深さとの関係を示す図である。

ここで、溝すの数はＣｏｓモードの腹に１波長ごとにあ
る必要はなく、局波長ごとに１４個（途中ぬけを生じて
１０個であっても良い）、又は逆に少なく、例えば腹位
置に１個所でも良く、溝数を多くした前者の場合は、第
４図のｄに示すようになり、溝深さの加工量は少なくて
済み、溝数を少なくした後者の場合は、第４図のｆに示
すようになり、溝加工公差に対する固有振動数差Δωの
変化量は小さくなり、加工精度はラフで済む。

また本実施例では、溝すの位置をＣＯＳＯ−ドの腹位置
に位置させているが、第５図に示すように、腹位置の±
１／８波長以内であれば、溝すの有する効果はＣｏｓモ
ードに強く表われ、同様の効果を得ることができた。な
お、この場合溝深さに対する固有振動数差の変化は、溝
形状１個数が実施例１と同じとき、実施例１のように腹
位置に溝すを設けたときと比べて小さくなる。

実施例２ 第６図は本発明の実施例２を示す概略斜視図である。

上記した実施例１では、鳴き防止用の溝ａにより分割さ
れていた駆動モードにおけるＳｉｎモード及びＣｏｓモ
ードの固有振動数を溝すにより略等しくしているが、駆
動される弾性体の歪が小さいため、振動による内部損失
を低減するために、本実施例では、溝すに変えて弾性体
１における振動の中立面付近に突起βを固有振動数の高
いモードの定在波の腹又は節位置に複数設け、突起質量
により両モードにおける固有振動数を合わせている。

なお、突起尼を弾性体１の回転拘束用部材（不図示）、
あるいは移動体く不図示）の加圧を受けるための部材と
兼用してもよい。

実施例３ 第７図は本発明の実施例３を示す概略斜視図である。

上記した実施例１．２は鳴き防止用の溝ａにより駆動モ
ードの両定在波の固有振動が分割される例を示したが、
本実施例は弾性体ｌに設けた支持用のつば３に回転拘束
用の孔３ａを穿設し、不図示のビスによりビス止めした
ことにより生じた動剛性不均一による固有振動数の分割
を溝すにより、上記した実施例１と同様に合わせたもの
である。

なお、弾性体の動剛性不均一部による固有振動数の分割
を、つば３にビスにより取付けられる不図示の弾性体支
持部材に動剛性不均一部を設けて合わせるようにしても
良い。

実施例４ 第８図は本発明の実施例４を示す概略斜視図である。

本実施例は、弾性体１０を長円形に形成したもので、弾
性体ｌＯの直線部と円弧部との動剛性の相違により生じ
る分割を、溝すにより合わせるようにしたものである。

本実施例において溝すは、弾性体１の直線部に対し直角
となっていないのは、第９図に示すように（図に示す等
高線は低い固有振動数モードの変位分布を示す）、振動
モードの腹が直角に分布していないことによる。

つまり、不均一動剛性部を低い固有振動数モードの変位
Ｏ（節）分布に合わせて設けることで、固有振動数の低
い方のモードへの影響を小さくし、固有振動数の高い方
のモードへの影響を大としている。

実施例５ 第１０図は本発明の実施例５を示す弾性体の平面図、第
１１図はその側面図である。

本実施例は、弾性体１１の圧電体２の固着面と反対面側
に、周方向に沿って複数の溝を等ピッチに形成して櫛歯
形状とすることにより振動の中立軸を下げ、モータ効率
を向上させると共に、該複数の溝のうち、図中黒く塗り
つぶした溝ａを前述した鳴き防止用とするために、他の
溝よりも深く又は浅く、本実施例では深く形成しており
、本実施例では７波面外モード駆動に対して３，５．６
波の不要面外モードを分離するようにしている。

また、溝すはこのような鳴き防止用の溝ａによる駆動用
７波モード分割防止用溝で、該複数の溝のうち、他の溝
と深さが異なっており、本実施例ではａ溝の他の溝との
中間の深さとしている。

実施例６ 第１２図は本発明の実施例６を示す弾性体の平面図であ
る。

本実施例は、上記した実施例５と同様に弾性体１２の他
面側を櫛歯形状とし、弾性体１２の内周側に張り出した
孔１４を有する板状部材１３により駆動用振動モード（
面外４波）が分割した場合の対策で、モータ効率向上の
ために形成された溝のうち、溝ｂｌ及び溝ｂ２を第１３
図のように分布させることで分割したモードを合致させ
るようにしている。

すなわち、高い方の固有振動モードをＳｉｎモードとす
ると、第１３図（ａ）に示すように、Ｓｉｎモードの腹
位置に位置する溝す、（本実施例では％んピッチ）を他
の溝より深くすることで、Ｓｉｎモードにおける動剛性
を下げる。したがって、Ｓｉｎモードの固有振動数が下
がることになる。このとき、Ｇｏｓモードについては、
第１３図（ｂ）に示すように、溝ｂｌは節位置であるの
で、溝ｂｌによる固有振動数への影響は小である。

一方、低い方の固有振動モードであるＣｏｓモードの腹
位置にある溝す、（本実施例では％えピッチ）を他の溝
より浅くすることで、Ｃｏｓモードにおける動剛性を上
げる。したがって、Ｃｏｓモードにおける固有振動数が
上昇することになる。

なお、溝す、及び溝す、は前述のように開先ピッチで弾
性体１２の全周に存在する必要はなく、各々の定在波モ
ードの腹付近（腹から±λ／８以内）に存在していると
いう条件さえ満たしていれば、途中に抜け（他の溝と同
じ深さ）があっても良い。

［発明の効果］ 以上説明してきたように、本発明によれば、弾性体を固
定するため部材や、該部材に穿設した孔等の存在、弾性
体を長円形にしたが故にその直線部と円弧部との動剛性
の相違、鳴き振動の防止等により、弾性体が部分的に動
剛性不均一である場合、部分的に動剛性が不均一なこと
による影響が駆動モードに与えられても、駆動用定在波
固有モードの各定在波固有振動数を一致することができ
、例えば鳴き振動防止が図られた振動波モータの効率を
向上することができるといった効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による振動波モータの実施例１を示す弾
性体の平面図、第２図はその側面図、第３図（ａ）　、
　（ｂ）は実施例１の原理説明図、第４図は溝の個数を
パラメータとして固有振動数差と溝の深さとの関係を示
す図、第５図ｕ’ｋ　％　％ｂ％は実施例１の変形例の
を示す図、第６図は実施例２の概略斜視図、第７図は実
施例３の概略斜視図、第８図は実施例４の概略斜視図、
第９図は実施例４の原理を説明する図、第１Ｏ図は実施
例５の平面図、第１１図はその側面図、第１２図は実施
例６の平面図、第１３図（ａ）、（ｂ）はその原理を説
明する図である。 １　、１０．１１．１２：弾性体 ２：圧電体　　　　　３：つば ａ、　ｂ、　ｂ＋　＊　ｂｔ　：溝 忍：突起。 第 １ 図 第 図 第 図 （０） 第 図 第 図 第 図 第 図 第 図 第 図 第 １０ 図 第 １ 図 第 図 ｈ＋ 第 ３ 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、部分的に動剛性が不均一な弾性体に接合された電気
   −機械エネルギー変換素子に交流電界を印加することで
   、該弾性体に複数の定在波を励起して弾性進行波を形成
   し、該弾性体に加圧接触した加圧部材と、該弾性体とを
   摩擦により相対移動させる振動波モータにおいて、 駆動に供せられる振動モードにおける複数 の定在波の固有振動数が一致するよう該弾性体に調整用
   不均一動剛性部を設けたことを特徴とする振動波モータ
   。 ２、請求項１に記載の弾性体における部分的に動剛性を
   不均一とするのは、駆動に供せられる振動モード以外の
   モードにおける複数の定在波の固有振動数を不一致とす
   る部分的動剛性不均一部であることを特徴とする振動波 モータ。 ３、前記調整用不均一動剛性部は、駆動用定在波固有モ
   ードの概２分の１波長の整数倍の間隔で弾性体に設けら
   れていることを特徴とする請求項１又は２に記載の振動
   波モータ。 ４、前記弾性体には調整用不均一動剛性部が駆動用定在
   波固有モードの概２分の１波長の整数倍の間隔で設けら
   れると共に、該調整用不均一動剛性部に対して概４分の
   １波長の整数倍の位置に該調整用不均一動剛性部の動剛
   性と等しくない不均一動剛性部を有することを特徴とす
   る請求項１に記載の振動波モー タ。 前記調整用不均一動剛性部が駆動用定在波 固有モードの振動腹位置の±８分の１波長以内に設けら
   れていることを特徴とする請求項１、２、３又は４に記
   載の振動波モータ。