JPH04331482A - 振動子の組立方法、振動型モータ及び振動型モータを備えた装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、棒状弾性体に配置され
た電気−機械エネルギ変換素子に交流電界を印加するこ
とにより該棒状弾性体に振動を励起させ、機械的出力を
得るねじ締め型振動子の締付方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般にねじ締め型振動子は、図４に例示
すように複数の圧電素子板４と電極板５から成る電歪要
素と、該電歪要素の両外端面に配置される振動体１およ
び押さえ体２とを一体に結合するボルトの如きねじ部材
３により締付けられることにより構成される。

【０００３】このようなねじ締め型振動子において、ね
じ部材３を締付けたとき、圧電素子板上にかかる圧縮応
力が十分に得られていないと、圧電素子板４と電極板５
、及び圧電素子板４と振動体１、押え体２との各々境界
面に必要な機械的接触が得られないために特性は低下し
、また圧縮応力が大きすぎると圧電素子板に破壊応力以
上の応力が働き圧電素子板に割れが発生する。このため
にねじ締め型振動子において圧電素子板にかかる圧縮応
力を適正範囲内に管理する必要がある。

【０００４】これを解決する方法として、特開昭５１−
１１１０９４号にねじ締めランジュバン型振動子の締付
方法が提示されている。この発明は、電気−機械エネル
ギ変換素子をその両面に配した金属ブロックにより、ね
じ部材を用いて一体に締付けるに当たり、前記変換素子
に圧縮応力が加わった時に生ずる電荷量（クーロン）を
基準にして行うことにより前記変換素子に対し常に適正
範囲内の圧縮応力を付加することを目的とした方法であ
る。

【０００５】この適正圧縮応力の管理は、従来はねじ部
材に加える締付トルクを基準として行なっていたが、締
付トルクの与え方や各構成部品の接触面表面粗さなどに
より摩擦係数がばらつき、このために圧電素子板に加え
られる圧縮応力も広範囲にばらつくため締付けに当り厳
格な管理を要した。

【０００６】また、この方法では適正発生応力の管理を
ねじ部材締付け時に圧電素子板より発生する電荷量を基
準として行うため、繰り返し測定を行うことができない
。

【０００７】図７は、図４に示す棒状超音波モータを構
成する振動子に用いられている圧電素子板を示している
。この圧電素子板は、図示する表面側において直径部分
を境にしてその両側に正、負の分極パターンを夫々形成
したものであり、これら圧電素子板４の各両分極パター
ンは振動体１と、あるいは電極板５と導通され、又非導
電部である直径部分を９０。の位相をずらして配置され
ている。そして、これら圧電素子板４、４に位相ずれを
有する、例えば９０。の時間的位相ずれを有する交流電
界を印加することにより、振動体１をその軸心を中心と
して首振りのような振動である進行性の屈曲モードを励
起させるようになっている。振動体１の先端部にはロー
ター７が回転出力部材９を介してバネ８により押圧さて
おり、振動体１の先端部に励起された振動により摩擦駆
動されて回転する。その際、回転出力部材９もローター
７と共に回転し、例えばその外周部に設けられたギア部
と噛合するギアを回転させる。１０は固定部材で、バネ
８を押圧してボルト３の先端部に形成されている固定軸
３ａの廻りに嵌合し、例えば先端部のねじ部にナット１
１によりナット締めされることにより固定される。

【０００８】ところで、このような構成の振動子は、圧
電素子板４、４における表面側（正、負の分極パターン
が形成されている面）は共通の導電部材、例えば振動体
や電極板に導通しているため、上記した電荷量から圧電
素子板の圧縮応力を管理する方法を採用すると、圧縮応
力が加えられた時に圧電素子板の正負側で発生する電荷
が相殺されて出力が得られなくなるという問題がある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題は、超音波モータ用の振動子において圧電素子
板に圧縮応力が付加されたときに、圧電素子板の電荷の
変化から適正な締付力を得る方法では、発生する出力が
相殺されることにある。

【００１０】本発明は、超音波モータ用の振動子等にお
いて、振動子を締付ける際に圧縮応力を受ける圧電素子
等の電気−機械エネルギー変換素子の静電容量の変化を
基準とすることにより、上記従来の方法の問題を解決し
、電気−機械エネルギー変換素子に対して常に適正範囲
内の圧縮応力を付加できる振動子の締付方法を提供する
ことを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の目的を達成する
振動子の組立方法は、一対の振動弾性体間に１又は複数
の電気−機械エネルギー変換素子を挟持し、該電気−機
械エネルギー変換素子に駆動信号を給電することにより
振動を励起する振動子の組立方法において、電気−機械
エネルギー変換素子の静電容量の変化を基準として該一
対の振動弾性体に加圧力を付与し、所定の圧縮応力を電
気−機械エネルギー変換素子に加えた状態で一体的に固
定し組み立てることを特徴とする。

【００１２】

【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。図３に示す振動子は静電容量と圧縮応力の関係
を測定するためのもので、以下の構造物により構成され
ている。

【００１３】４は圧電素子板で、本実施例では外径１０
ｍｍφ×内径４．２ｍｍφ×肉厚０．５ｍｍのＰＺＴよ
りなり、一端面には全面、他端面には図３に示す様にス
リットを設けたニッケル電極を蒸着させている。

【００１４】１２は電極板で、本実施例では内外径とも
前記圧電素子板と同径で肉厚が０．０５ｍｍのリン青銅
より形成している。

【００１５】１は振動体で、本実施例では外径１０ｍｍ
φ×全長８０ｍｍで端面中央に呼びＭ４ｍｍのねじ穴を
設けた黄銅より形成している。

【００１６】２は内外径とも前記圧電素子と同径でねじ
沈頭部を設けた黄銅よりなる押え体である。３は振動体
１と押え体２とを締結する締結ボルトで、本実施例では
ねじ呼び径Ｍ４ｍｍ×全長１２ｍｍのクロム鋼より形成
している。

【００１７】圧電素子に付加される圧縮応力と圧電素子
板の静電容量との関係を測定するため、圧電素子板４、
４を電極板１２を介挿してその両側に振動体１と押え体
２とを配置した構造体を形成した。前記構造体には締結
ボルト３は取り付けられていない。

【００１８】図５はインピーダンス測定回路で、前記構
造体において、振動体１、押え体２間を図示の如く導電
線により導通し、電極板１２、１２間の静電容量をイン
ピーダンス測定機１３（ＨＰ社ＨＰ−４１９４Ａ）によ
り測定する電気回路を構成した。静荷重計機（ＵＴＭ−
Ｉ−５０００Ｂ型（株）東洋ボールドウイン）に前記構
造体を載置し、静荷重を与えたときの静電容量と圧電素
子板に付加される圧縮応力との関係を図１に示す。但し
圧電素子板の圧縮応力は、静荷重計機によって付与され
る静荷重と圧電素子板の表面積から求めたものである。

【００１９】図１において、圧電素子板に加えられる圧
縮応力の変化に対し、静電容量が線形に増加する範囲が
みられる。したがって、予めこの関係を求めておけば、
所望の圧縮応力に対応する静電容量になるまで、例えば
静荷重計機のような機械あるいは締結ボルトにより圧縮
応力を付与していけば、所望の圧縮応力にバラツキなく
設定することができる。

【００２０】ここで、締結ボルトをトルクレンチ等によ
り締め付けトルクを管理して締め付ける場合、圧縮応力
にバラツキがあることをこの静電容量を測定することに
よって示したのが図２である。すなわち、圧電素子板の
圧縮応力を直接測定することはできないが、図１に示す
ように、圧縮応力と静電容量は一定の関係にあるので、
静電容量から圧縮応力が判明する。ここで、テストを繰
り返し行い、同一トルク値での静電容量を測ると、図２
のように広範囲にバラツキながら増加する傾向にあった
。

【００２１】このことから明白なように、振動子の締め
付けを静電容量を基準として管理することにより、圧電
素子板に適正範囲内の圧縮応力を容易に付加することが
できることとなる。

【００２２】図３に示した如く圧電素子板の表面側（正
、負の分極パターンが形成されている面）は共通の導電
部材に導通しているため、前記した電荷量から圧電素子
板の圧縮応力を管理する方法では圧縮応力が加えられた
時に圧電素子板の正負側で発生する電荷が相殺されて出
力が得られない。圧電素子板の静電容量は正負の方向性
を持たないのでこのような問題は発生しない。

【００２３】上記した方法により、図４に示す超音波モ
ータの振動子を組立てることによって、ボルト締付時の
圧電素子板４の静電容量の変化を基準として圧電素子板
４に加えられる圧縮荷重の管理が行われるので特性の安
定した振動子の供給でき、特性のバラツキの少ない超音
波モータを作成することが可能となる。

【００２４】図６は本発明方法により組立てた振動子を
用いた超音波モータを使用して光学レンズの鏡筒を駆動
する場合の構成例である。９は移動体７と同軸的に接合
された歯車で、回転出力を歯車１３に伝達し、歯車１３
と噛み合う歯車を持った鏡筒１４を回転させる。移動体
７及び鏡筒１４の回転位置、回転速度を検出するために
光学式エンコーダスリット板１５が歯車１３と同軸に配
置され、フォトカプラ１６で位置、速度を検出する。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように本発明方法によれば
、例えば、ねじ締め型振動子をねじ部材により一体に締
付けるに当たり、振動弾性体である押え体と振動体との
間に配置される圧電素子板等の電気−機械エネルギ変換
素子に圧縮応力が加えられた時の静電容量の変化量を基
準にして行うので、従来のような電荷量を基準とする方
法で生じた出力の相殺がなく、変換素子に対して常に適
正範囲の圧縮応力を付加することができる。また、振動
子を多量に製作した場合、締付トルクを基準とする従来
の締付方法では避けられなかった特性の広範囲のバラツ
キや締付後の修正等の欠点を解決し、信頼性、量産性を
改善するなどの効果をもたらし、超音波モータ用として
も安定した駆動が行え、例えば光学レンズの位置制御を
するための装置としてこの超音波モータを駆動源とすれ
ば、高精度の位置決めを行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法により得られた圧電素子板の静電容
量と圧電素子板の圧縮応力との関係を示す図。

【図２】振動子の締め付けトルクを基準として締め付け
た場合の、締め付けトルクと圧電素子板の静電容量との
関係を示す図。

【図３】本発明方法を有効に実施することができる振動
子の断面図。

【図４】棒状超音波モータの断面図。

【図５】圧電素子板のインピーダンスを測定する回路図
。

【図６】光学レンズの鏡筒駆動装置の断面図。

【図７】圧電素子板の平面図。

【符号の説明】

１…振動体　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　２…押え体３…締結ボルト　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　４…圧電素子板５…電極板　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　７…ロ
ータ８…バネ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　９…回転出力部材１２…電極板

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　一対の振動弾性体間に１又は複数の電
   気−機械エネルギー変換素子を挟持し、該電気ー機械エ
   ネルギー変換素子に駆動信号を給電することにより振動
   を励起する振動子の組立方法において、電気−機械エネ
   ルギー変換素子の静電容量の変化を基準として該一対の
   振動弾性体に加圧力を付与し、所定の圧縮応力を電気−
   機械エネルギー変換素子に加えた状態で一体的に固定し
   組み立てることを特徴とする振動子の組立方法。
2. 【請求項２】　　請求項１に記載の組立方法により組立
   てられた振動子と、該振動子と加圧接触する移動体とか
   らなり、該振動子に同形の屈曲モードの振動を異なる複
   数の平面内に時間的に適当な位相差を有して励起し、該
   移動体との接触面の表面粒子に円又は楕円運動を行わせ
   、以て、該移動体を摩擦駆動することを特徴とする超音
   波モータ。
3. 【請求項３】　　請求項２に記載の超音波モータを駆動
   源として含む装置において、該超音波モータの移動体に
   より摩擦駆動される出力部材を有することを特徴とする
   装置。