JPH04351479A - 振動型モータ用振動子、振動型モータおよび振動型モータを有する装置 - 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、振動発生用素子と、該
素子からの振動を受けて振動する振動体に発生させた振
動によって、該振動体に圧接した部材、例えばロータと
前記振動体とを相対的に移動させる振動型モータ用の超
音波振動子、特に鉛筆状のモータ（以下ペンシル型モー
タと称す）の振動子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】圧電素子等の振動発生用素子を２枚重ね
合わせ、これら振動発生用素子の前後に振動を受ける金
属ブロックを設け、これら前後の金属ブロックを締結用
のボルトによって締結し一体化した振動子が最近提案さ
れている。

【０００３】金属ブロック間に挟持されている圧電素子
は、例えば円板形状に形成されていて、駆動用電気信号
は圧電素子間、あるいは圧電素子と金属ブロック間に介
挿された電極板部材を介して駆動回路から供給される。

【０００４】このような電極板部材として、実開平２−
９４４８８号公報に、電極板部材をフレキシブルプリン
ト基板により形成し、駆動回路と電極板部材との間にリ
ード線を別に接続するのを不要とし、組立性を良好とし
たものが提案されている。

【０００５】ところで、この種の超音波モータ用振動子
の駆動原理は、圧電素子により位相の異なる例えば２つ
の振動を励振して屈曲振動を形成し、これらの位相の異
なる屈曲振動の合成により、ロータとの接触部表面粒子
に楕円運動を形成する。このため、振動子に励振される
２つの屈曲振動の振動数や振幅ができるだけ近似してい
ることが必要である。

【０００６】しかし、電極板部材としてフレキシブルプ
リント基板を用いた従来の振動子は、フレキシブルプリ
ント基板の振動子からの引き出し部が一箇所に定まらず
、周方向の複数箇所より引き出されるため、各屈曲振動
の振動数、振幅が大幅に異なることとなり、モータ効率
の低下を招く難があった。

【０００７】また、振動子は軟性を有するフレキシブル
プリント基板を挟持していることから、振動子のＱを低
下させる要因にもなり、これによってもモータ効率の低
下を招いていた。

【０００８】

【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、駆動回路と振動子とをフレキシブルプリン
ト基板により接続することによるモータ効率の低下を招
くことにある。

【０００９】本発明は、振動子とフレキシブルプリント
基板とを振動子に必要とされる曲げ振動を阻害しないよ
うに接続し、モータ効率の向上を図ることができる超音
波モータ用振動子を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の目的を実現する
超音波モータ用振動子は、外部端子付電極板と駆動回路
とを接続するフレキシブルプリント基板と、該外部端子
付電極板を介して駆動回路から供給される電気信号に応
答し振動を発生するＡ相電気−機械エネルギー変換素子
及びＢ相電気−機械エネルギー変換素子とからなる駆動
用電気−機械エネルギー変換素子相と、該電気−機械エ
ネルギー変換素子及び電極板を挟持して屈曲振動が励起
される振動体とを有し、該外部端子付電極板における外
部端子はフレキシブルプリント基板に所定の深さ挿入可
能とする位置決め部を有すると共に、端子の厚さｔと電
極板を挟持する振動体の直径Ｄの比（Ｄ／ｔ）を５０以
上、端子の幅（Ｂ）を、Ｂ／ｔの値で２０以下にするこ
とを特徴とする。

【００１１】

【作用】上下構成の超音波モータ用振動子は、フレキシ
ブルプリント基板へ外部端子を位置決め可能に取り付け
でき、また電極板を所定の寸法とすることにより、曲げ
剛性やねじれ剛性に対する影響を少なくする。

【００１２】

【実施例】図１は本発明を有効に実施することができる
超音波モータの一実施例を示した断面図である。

【００１３】図１において、１、２は円柱形状の金属製
の前ブロック及び後ブロックで、その間に圧電素子板３
〜７、及びこれらの圧電素子板間に複数の外部端子付電
極板８と、複数の内側端子付電極板９を介装している。 そして、前後の金属ブロック１、２は、例えば後金属ブ
ロック２の後端側から挿入された不図示の導電性を有す
る締結ボルトにより締結され、これら圧電素子板及び電
極板を挟持固定している。また、これら前後のブロック
１、２及び締結ボルトＢＬＴは電気的に導通した状態と
なっている。

【００１４】圧電素子板３〜７は、直径部を境として分
極方向が異なるように分極処理がなされ、圧電素子板３
及び４により一群の駆動部（以下Ａ相圧電素子群と称す
）をなし、また圧電素子板５及び６により一群の駆動部
（以下Ｂ相圧電素子群と称す）を夫々構成している。 Ａ相圧電素子群をなす圧電素子３と４とは分極方向が１
８０度の位相ずれを有するように積層され、またＢ相圧
電素子群をなす圧電素子５と６も同様に積層されている
が、これらＡ相圧電素子群とＢ相圧電素子群とはその直
径部が直交する９０度の位相ずれを有して配置されてい
る。

【００１５】Ａ相圧電素子群及びＢ相圧電素子群には、
時間的位相が９０度ずれた交流電圧が不図示の電源回路
から印加されることになるが、この電源回路と振動子と
はフレキシブルプリント基板１０とにより接続される。

【００１６】なお、振動子にはセンサー用の圧電素子板
７が設けられ、振動の変化を電気信号として取り出し、
駆動制御用等に用いられている。

【００１７】また、内側端子付電極板９は、内径部に締
結ボルトと接触する内側端子部（不図示）が形成されて
いる。

【００１８】１１は前ブロック１に接触する円柱形状の
移動体であり、１２はギア部１２Ａを外周部に有する出
力部材、１３はベアリング、１４はバネ１５を収容する
バネケースで、該バネ１５のバネ力をバネケース１４、
ベアリング１３及び出力部材１２を介して移動体１１に
付与され、この移動体１１を振動体１に加圧接触させて
いる。

【００１９】１６は固定部材で、バネケース１４に筒部
１６Ａが締結ボルトＢＬＴの段部１９に当接するまで嵌
合すると共に、締結ボルトＢＬＴの先端部に回転不能に
嵌合し、そのネジ部１７にナット１８を締め付けること
により固定される。

【００２０】外部端子付電極板８は、図２に示す形状に
形成されており、中空の電極板本体８Ａに十字形状の外
部端子部８Ｂを一体に形成している。そして、これらの
外部端子付電極板８は、その外部端子部８Ｂを軸方向に
おいて上下に揃えて配置し、フレキシブルプリント基板
１０と半田付けにより接続されるようにしている。具体
的には、図２に示すように、外部端子部８Ｂの十字形先
端部８Ｂ−１をフレキシブルプリント基板１０の差し込
み孔１０Ａに挿入し、挿入端部をフレキシブルプリント
基板１０の銅箔パターンに半田付けする。また、外部端
子部８Ｂの向きはＡ相圧電素子群による屈曲振動の向き
に合わせている。

【００２１】このような構成の振動子を駆動した時の、
Ａ相圧電素子群及びＢ相圧電素子群のアドミタンスを調
べた。なお、外部端子付電極板８は、厚さが０．０５ｍ
ｍのリン青銅製の薄板で、直径（Ｄ１）が１０ｍｍ、内
径（Ｄ２）が４．８ｍｍ、また外部端子部８Ｂの各部の
寸法は、Ｌ＝１ｍｍ、ｔ１＝ｔ２＝０．５ｍｍとしたも
のを使用した。また、振動子は外形１０ｍｍ、長さ１７
．７ｍｍ（黄銅部分のみ）、駆動周波数については下記
の通り３８．６ｋＨｚ、測定電圧は１Ｖｒ．ｍ．ｓ、測
定器はＹＨＰ製インピーダンスアナライザー４１９４Ａ
を使用した。

【００２２】Ａ相及びＢ相圧電素子群のアドミタンスは
、駆動時の電流を測定し、駆動電圧との比により求めて
おり、この結果を図３に示す。

【００２３】Ａ相圧電素子群のアドミタンスＹ（ｍＳ）
は、共振周波数３８．６７キロヘルツにおいて約７．３
（最大値）、Ｂ相圧電素子群のアドミタンスＹ（ｍＳ）
は、共振周波数３８．６７５キロヘルツにおいて約５．
４（最大値）となった。

【００２４】一方、電極板本体は同一寸法とし、外部端
子部の寸法を図４に示すように、Ｌ＝１．５ｍｍ．ｔ１
＝１．５ｍｍの矩形平面形状とした同一部材からなる電
極板を使用して、上記の場合と同様にアドミタンスＹ（
ｍＳ）と周波数との関係を求めた。これを図５に示す。

【００２５】図５において、Ａ相圧電素子群のアドミタ
ンスＹ（ｍＳ）は、共振周波数３８．７０７５キロヘル
ツにおいて、約８．０、Ｂ相圧電素子群のアドミタンス
Ｙ（ｍＳ）は、共振周波数３８．６９６キロヘルツにお
いて、約１．０となった。すなわち、図４に示す外部端
子部を、根本から１ｍｍの位置まで、その両側を夫々０
．５ｍｍ切除したのが図３に示す外部端子部となるため
、この程度の形状変化によってＢ相アドミタンスが大き
く変化し、Ａ相圧電素子群によるＡ相とＢ相との駆動に
よる曲げ振動の振幅を略等しい共振周波数で近似させる
ことができることとなる。

【００２６】ところで、振動子の振動は、各端子の整列
している方向（Ａ相振動方向）と、この方向と直交する
方向（Ｂ相振動方向）の２方向振動が圧電素子により励
起されることになるが、各端子をフレキシブルプリント
基板に接続した状態において、Ａ相振動方向に対しては
各端子が曲げ振動するので、曲げ剛性は低いものになる
のに対し、Ｂ相振動方向に対しては個々の端子がねじれ
振動し、ねじれ剛性の高いものになるといえる。このた
め、両方向における剛性の差をできるだけ小さくするに
は、端子の幅を小さくしてねじれ剛性を小さくすれば良
いことになるが、細い銅線のようにするのでは、フレキ
シブルプリント基板への所定長の取り付けができなくな
る。

【００２７】このことから、上記の各実施例ではできる
だけ端子のねじれ剛性を小さくするようにしている。

【００２８】本発明者の実験によると、略端子の厚さｔ
と、振動子の直径Ｄの比（Ｄ／ｔ）が５０（曲げ剛性小
のための条件）以上で、最小値Ｂは、Ｂ／ｔの値が２０
（ねじれ剛性小のための条件）以下とすると良好で、Ｄ
／ｔ＝２００，Ｂ／ｔ＝１０の場合は良好であったが、
Ｄ／ｔ＝２００，Ｂ／ｔ＝３０の場合は、不良であった
。なお、最小幅Ｂは、くびれ部を有する場合にはそのく
びれ部となる。

【００２９】図６は図１に示す超音波モータを駆動源と
して光学レンズの鏡筒を駆動する装置の断面図を示して
いる。２０は出力部材１２のギア部１２Ａに噛合する段
付ギア部で、その小ギア部２１が鏡筒２２のギヤ部に噛
合することにより回転駆動され、レンズの移動が行われ
る。一方、段付ギア部２０にはエンコーダスリット板２
３が設けられ、フォトカップラー２４により回転位置の
検出が行われ、光学レンズの位置制御に供される。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
振動子の端子と駆動回路とをフレキシブルプリント基板
により接続しても、端子部自体の曲げ剛性及び捻じれ剛
性による影響が少なく、振動子の曲げ振動に影響を与え
ることがなく、超音波モータの効率を向上させることが
できる効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による振動子を有効に実施することがで
きる超音波モータの一実施例を示す断面図。

【図２】電極板の平面図。

【図３】図２の電極板を用いた場合のアドミタンスと周
波数の関係を示す図。

【図４】電極板の平面図。

【図５】図４の電極板を用いた場合のアドミタンスと周
波数の関係を示す図。

【図６】図１の超音波モータを駆動源とするレンズ光学
系の鏡筒を駆動する装置の断面図。

【符号の説明】

１、２…ブロック　　　　　　　　　　　　　　　　　
　３〜７…圧電素子板 ８、９…電極板　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　１０…フレキシブルプリント基板

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　外部端子付電極板と駆動回路とを接続
   するフレキシブルプリント基板と、該外部端子付電極板
   を介して駆動回路から供給される電気信号に応答し振動
   を発生するＡ相電気−機械エネルギー変換素子及びＢ相
   電気−機械エネルギー変換素子とからなる駆動用電気−
   機械エネルギー変換素子相と、該電気−機械エネルギー
   変換素子及び電極板を挟持して屈曲振動が励起される振
   動体とを有し、該外部端子付電極板における外部端子は
   フレキシブルプリント基板に所定の深さ挿入可能とする
   位置決め部を有すると共に、端子の厚さｔと電極板を挟
   持する振動体の直径Ｄの比（Ｄ／ｔ）を５０以上、端子
   の幅（Ｂ）を、Ｂ／ｔの値で２０以下にすることを特徴
   とする超音波モータ用振動子。
2. 【請求項２】　　請求項１に記載の外部端子付電極板は
   、その端子部が平面十字形状であることを特徴とする超
   音波モータ用振動子。
3. 【請求項３】　　請求項１又は２に記載の外部端子付電
   極板における外部端子部は、フレキシブルプリント基板
   の差し込み孔を貫通し、貫通端部を半田付けしたことを
   特徴とする超音波モータ用振動子。
4. 【請求項４】　　請求項１、２又は３に記載の超音波モ
   ータ用振動子を用いたことを特徴とする超音波モータ。
5. 【請求項５】　　請求項４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、該超音波モータは回転出力
   部材を有することを特徴とする装置。