JPH05300762A - 超音波モータ - Google Patents
超音波モータInfo
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- JPH05300762A JPH05300762A JP4013824A JP1382492A JPH05300762A JP H05300762 A JPH05300762 A JP H05300762A JP 4013824 A JP4013824 A JP 4013824A JP 1382492 A JP1382492 A JP 1382492A JP H05300762 A JPH05300762 A JP H05300762A
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- ultrasonic motor
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/10—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
- H02N2/106—Langevin motors
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 棒状超音波モータにおける鳴きの発生を防止
することを目的とする。 【構成】 超音波モータの振動子と加圧接触するロータ
が、ロータ本環２より接触バネ部２ａを一体的に形成し
た構造において、ロータ本環２の上面に対向して溝５を
形成する。したがって、図１の（ｃ）に示す位置に、ｓ
ｉｎモード、ｃｏｓモードが発生し、ｓｉｎモードにと
っては振動腹位置に溝５があり、モード剛性が著しく低
下してその固有振動数は大きくがるが、ｃｏｓモードに
とっては節位置に溝５があり、固有振動数の低下は相対
的に小さい。この結果、両固有振動数に差が発生し、鳴
きの発生が防止される。
することを目的とする。 【構成】 超音波モータの振動子と加圧接触するロータ
が、ロータ本環２より接触バネ部２ａを一体的に形成し
た構造において、ロータ本環２の上面に対向して溝５を
形成する。したがって、図１の（ｃ）に示す位置に、ｓ
ｉｎモード、ｃｏｓモードが発生し、ｓｉｎモードにと
っては振動腹位置に溝５があり、モード剛性が著しく低
下してその固有振動数は大きくがるが、ｃｏｓモードに
とっては節位置に溝５があり、固有振動数の低下は相対
的に小さい。この結果、両固有振動数に差が発生し、鳴
きの発生が防止される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、棒状弾性体に設けられ
た電気−機械エネルギー変換素子に電気エネルギーを供
給することにより、棒状振動子としての弾性体を振動さ
せ振動子の表面粒子に円または楕円運動を生じさせ、振
動子に押圧した移動体を摩擦駆動させる超音波モータ、
特にカメラ等の光学機器、プリンタ等の事務機器に好適
な超音波モータに関するものである。
た電気−機械エネルギー変換素子に電気エネルギーを供
給することにより、棒状振動子としての弾性体を振動さ
せ振動子の表面粒子に円または楕円運動を生じさせ、振
動子に押圧した移動体を摩擦駆動させる超音波モータ、
特にカメラ等の光学機器、プリンタ等の事務機器に好適
な超音波モータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】棒状超音波モータは棒型の振動子の表面
粒子に円又は楕円運動を励起せしめ、これに押圧された
移動体を摩擦駆動するものである。
粒子に円又は楕円運動を励起せしめ、これに押圧された
移動体を摩擦駆動するものである。
【０００３】ところでこの円又は楕円運動の大きさは、
高々数μｍ程度であるため、振動子と全周にわたって接
触を保つためには、振動子及びロータの接触面精度を、
その大きさ以上に仕上げなければならない。しかし、現
実には加工コストとの兼ね合いからここまで高精度には
できずロータ側接触部にバネ性を付与し、全周にわたり
接触を保てるような構造としている。
高々数μｍ程度であるため、振動子と全周にわたって接
触を保つためには、振動子及びロータの接触面精度を、
その大きさ以上に仕上げなければならない。しかし、現
実には加工コストとの兼ね合いからここまで高精度には
できずロータ側接触部にバネ性を付与し、全周にわたり
接触を保てるような構造としている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】以上の駆動原理により
駆動される超音波モータは、低速したトルクのモータ特
性を持っている。
駆動される超音波モータは、低速したトルクのモータ特
性を持っている。
【０００５】したがって、ギア等により減速する必要が
ないため、ギア音等が問題となる静粛性の要求のある製
品・例えばカメラ等に利用される。
ないため、ギア音等が問題となる静粛性の要求のある製
品・例えばカメラ等に利用される。
【０００６】しかし、超音波モータは駆動中に鳴きを発
生することがある。
生することがある。
【０００７】そしてその原因は駆動中に発生する駆動に
供する強制振動とは別の振動子の固有振動が発生してい
ることにあった。しかもその振動は進行波であった。
供する強制振動とは別の振動子の固有振動が発生してい
ることにあった。しかもその振動は進行波であった。
【０００８】この対策として、本出願人は種々の解決案
を提案した。しかし、まだわずかに別の鳴きが発生する
ことが判明した。
を提案した。しかし、まだわずかに別の鳴きが発生する
ことが判明した。
【０００９】図２に、駆動中に鳴きを発生しているとき
の振動スペクトルをマイクロフォンにより観察した結果
を示す。
の振動スペクトルをマイクロフォンにより観察した結果
を示す。
【００１０】１ｆは振動子の駆動周波数、２ｆは１ｆの
倍の周波数成分であり、可聴域周波数つまり２０ｋＨｚ
以下に存在する４ｆが鳴きの周波数である。
倍の周波数成分であり、可聴域周波数つまり２０ｋＨｚ
以下に存在する４ｆが鳴きの周波数である。
【００１１】また、各周波数間には３ｆ−１ｆ＝４ｆな
る関係が存在する。
る関係が存在する。
【００１２】ところで、駆動周波数は強制振動であるの
で、その周波数をΔｆシフトすることができる。つま
り、シフト後の周波数をｆS とすると、１ｆS ＝１ｆ＋
Δｆ，２ｆS ＝２ｆ＋２Δｆと変化する。一方、４ｆ，
３ｆの周波数変化を調べて見ると、４ｆS ＝４ｆ−Δ
ｆ，３ｆS ＝ｆとなっていた。
で、その周波数をΔｆシフトすることができる。つま
り、シフト後の周波数をｆS とすると、１ｆS ＝１ｆ＋
Δｆ，２ｆS ＝２ｆ＋２Δｆと変化する。一方、４ｆ，
３ｆの周波数変化を調べて見ると、４ｆS ＝４ｆ−Δ
ｆ，３ｆS ＝ｆとなっていた。
【００１３】したがって、鳴きの振動スペクトルは、３
ｆと駆動周波数との差周波数であり、３ｆは何らかの固
有振動であると考えることができる。
ｆと駆動周波数との差周波数であり、３ｆは何らかの固
有振動であると考えることができる。
【００１４】そしてこの固有振動を調べてみると、図３
に示すロータ本環２の曲げ振動であることがわかった。
図４の実線で、ロータ本環２の変形前斜視図、点線に曲
げの振動モード図を示す。尚、接触バネ２ａは不図示で
あるが、本環部２にならって曲げ変形をしている。
に示すロータ本環２の曲げ振動であることがわかった。
図４の実線で、ロータ本環２の変形前斜視図、点線に曲
げの振動モード図を示す。尚、接触バネ２ａは不図示で
あるが、本環部２にならって曲げ変形をしている。
【００１５】したがって、本発明の目的はこの振動の発
生を防止することにある。
生を防止することにある。
【００１６】また、以上述べた鳴きの他、別の鳴きが発
生することもあった。
生することもあった。
【００１７】この振動スペクトルを図５に示す。１ｆ，
２ｆ，３ｆ，４ｆは図２の記号と同様各々、駆動振動
（１ｆ）、駆動の２倍の周波数の振動（２ｆ）、鳴きの
原因となる固有振動（３ｆ）、鳴きの振動（Δｆ）、ス
ペクトルである。ただし、４ｆ＝１ｆ−（２ｆ−３ｆ）
である。
２ｆ，３ｆ，４ｆは図２の記号と同様各々、駆動振動
（１ｆ）、駆動の２倍の周波数の振動（２ｆ）、鳴きの
原因となる固有振動（３ｆ）、鳴きの振動（Δｆ）、ス
ペクトルである。ただし、４ｆ＝１ｆ−（２ｆ−３ｆ）
である。
【００１８】固有振動３ｆを調べてみると、図３に示す
ようなロータ接触バネ２ａの曲げ振動であることが判明
した。振動モード図を図６に示す。
ようなロータ接触バネ２ａの曲げ振動であることが判明
した。振動モード図を図６に示す。
【００１９】このモードは図４に示した曲げモードと異
なり、ロータ本環２の変形は非常に小さく、接触部バネ
２ａのみが曲げ変形する振動モードである。
なり、ロータ本環２の変形は非常に小さく、接触部バネ
２ａのみが曲げ変形する振動モードである。
【００２０】
【課題を解決するための手段及び作用】鳴きの発生を防
止するためには、以上述べたロータ本環部の曲げ振動、
及びロータ接触バネ部の曲げ振動の発生を防止すればよ
い。
止するためには、以上述べたロータ本環部の曲げ振動、
及びロータ接触バネ部の曲げ振動の発生を防止すればよ
い。
【００２１】ところで、これらの振動は、進行波であ
る。
る。
【００２２】そして、進行波は直交する２つの固有振動
つまりｓｉｎモードとｃｏｓモードの重ね合せであるか
ら、これらの固有振動の振動数を異ならしむることでそ
の振動、つまり進行波の発生を防止することができる。
つまりｓｉｎモードとｃｏｓモードの重ね合せであるか
ら、これらの固有振動の振動数を異ならしむることでそ
の振動、つまり進行波の発生を防止することができる。
【００２３】そこで、軸対称形状を有するロータ本環及
びロータ接触バネを形状的に適当に非軸対称形状とする
ことで、前記振動モードのｓｉｎ及びｃｏｓモードの固
有振動数に大きな差を与え、同一周波数にて両モードが
励起されること、つまり進行波の励起を起こしづらく
し、鳴きの発生を抑えることができる。
びロータ接触バネを形状的に適当に非軸対称形状とする
ことで、前記振動モードのｓｉｎ及びｃｏｓモードの固
有振動数に大きな差を与え、同一周波数にて両モードが
励起されること、つまり進行波の励起を起こしづらく
し、鳴きの発生を抑えることができる。
【００２４】
【実施例】図１は本発明による超音波モータの一実施例
を示すロータで、（ａ）はロータ上面図、（ｂ）は
（ａ）のＡＡ断面図である。５は、ロータ本環２の上部
に周上２カ所の溝加工が施されている溝である。
を示すロータで、（ａ）はロータ上面図、（ｂ）は
（ａ）のＡＡ断面図である。５は、ロータ本環２の上部
に周上２カ所の溝加工が施されている溝である。
【００２５】ロータに上記の溝５を形成することによっ
て、図１の（ｃ）に示すように、図示の位置にｓｉｎモ
ード，ｃｏｓモードは発生し、ｓｉｎモードにとっては
振動膜位置に溝があり、モード剛性の低下が著しく、そ
の固有振動数は大きく下がるが、ｃｏｓモードにとって
は溝は節位置であり、固有振動数の低下の大きさは相対
的に小さい。
て、図１の（ｃ）に示すように、図示の位置にｓｉｎモ
ード，ｃｏｓモードは発生し、ｓｉｎモードにとっては
振動膜位置に溝があり、モード剛性の低下が著しく、そ
の固有振動数は大きく下がるが、ｃｏｓモードにとって
は溝は節位置であり、固有振動数の低下の大きさは相対
的に小さい。
【００２６】この結果、両固有振動数に差が発生する。
具体的には溝形成前において、両モードの固有振動数が
５４ｋＨｚで一致していたものが溝形成後、ｓｉｎモー
ドは５１ｋＨｚ、ｃｏｓモードは５３ｋＨｚとなり、２
ｋＨｚの周波数差が発生した。このロータを使用して駆
動を行った結果、ロータ本環の曲げの固有振動の発生を
原因とする鳴きはなくなった。尚、本例では溝５を２カ
所としているが、等ピッチ４カ所とすれば、両モードの
周波数差はより大きくなり鳴き防止に対する効果は大き
くなる。
具体的には溝形成前において、両モードの固有振動数が
５４ｋＨｚで一致していたものが溝形成後、ｓｉｎモー
ドは５１ｋＨｚ、ｃｏｓモードは５３ｋＨｚとなり、２
ｋＨｚの周波数差が発生した。このロータを使用して駆
動を行った結果、ロータ本環の曲げの固有振動の発生を
原因とする鳴きはなくなった。尚、本例では溝５を２カ
所としているが、等ピッチ４カ所とすれば、両モードの
周波数差はより大きくなり鳴き防止に対する効果は大き
くなる。
【００２７】図７は本発明の第２実施例で、６はＦｅ又
は亜鉛等の金属でできたロータ加圧バネ受け部材であ
り、ロータと接着され振動的に一体化している。
は亜鉛等の金属でできたロータ加圧バネ受け部材であ
り、ロータと接着され振動的に一体化している。
【００２８】そして、これに周溝５０を施し、前記と同
様な効果を得ている。
様な効果を得ている。
【００２９】このようにロータと一体化した他部品を利
用しても同様の効果を得られる。
用しても同様の効果を得られる。
【００３０】図８は、本発明の第３実施例を示す。本実
施例は、ロータの接触部バネの曲げモードの発生を原因
とする鳴き発生の対策で、図８の（ａ）は振動体と接触
する側から見た図、（ｂ）は一部縦断面図である。ロー
タのロータ接触バネの角部に溝部５１が形成され、前述
同様の理屈により鳴きは防止される。
施例は、ロータの接触部バネの曲げモードの発生を原因
とする鳴き発生の対策で、図８の（ａ）は振動体と接触
する側から見た図、（ｂ）は一部縦断面図である。ロー
タのロータ接触バネの角部に溝部５１が形成され、前述
同様の理屈により鳴きは防止される。
【００３１】図９は第４実施例を示す。
【００３２】本実施例は、振動子７に接触バネ構造８を
もたせたものであるが、この部分の曲げモードを原因と
する鳴きについても溝５２により防止されている。
もたせたものであるが、この部分の曲げモードを原因と
する鳴きについても溝５２により防止されている。
【００３３】以上の各実施例は溝形成により鳴きの防止
を図っているが、図１０に示したように、ロータ側面の
面取り９により、ロータ本環曲げモードと接触バネモー
ドに同時に鳴きの防止対策を施したり、又図１１に示し
たようにビス等の付加質量１０等によっても可能であ
る。
を図っているが、図１０に示したように、ロータ側面の
面取り９により、ロータ本環曲げモードと接触バネモー
ドに同時に鳴きの防止対策を施したり、又図１１に示し
たようにビス等の付加質量１０等によっても可能であ
る。
【００３４】又本実施例では全周２カ所の溝により鳴き
対策を施したが、鳴きの原因となるモードが３次の曲げ
又は４次の曲げである場合全周等ピッチで３コ又は６
コ、４コ又は８コの溝を設けることが望ましく、２次と
３次の鳴きが発生した場合、２コの等ピッチ溝及び３コ
の等ピッチ溝を併用し、両鳴きに対し同時に対策するこ
とも可能である。
対策を施したが、鳴きの原因となるモードが３次の曲げ
又は４次の曲げである場合全周等ピッチで３コ又は６
コ、４コ又は８コの溝を設けることが望ましく、２次と
３次の鳴きが発生した場合、２コの等ピッチ溝及び３コ
の等ピッチ溝を併用し、両鳴きに対し同時に対策するこ
とも可能である。
【００３５】又、例えば４次曲げに対し、８コの等ピッ
チ溝１１−１〜１１−８を形成しなくても、図１２に示
すように、一部の溝１１−４，１１−６，１１−７が欠
落しても、同様の効果を得ることができる。
チ溝１１−１〜１１−８を形成しなくても、図１２に示
すように、一部の溝１１−４，１１−６，１１−７が欠
落しても、同様の効果を得ることができる。
【００３６】図１３は本発明による超音波モータの組立
状態を示す一実施例、及びこの超音波モータを駆動源と
する装置の概略図を示している。
状態を示す一実施例、及びこの超音波モータを駆動源と
する装置の概略図を示している。
【００３７】ｂ1 ，ｂ2 は振動子構造体で、Ａ相圧電素
子ａ1 ，Ｂ相圧電素子ａ2 及び電極板を介装してボルト
ｃにより締結され、これらにより振動子を構成してい
る。
子ａ1 ，Ｂ相圧電素子ａ2 及び電極板を介装してボルト
ｃにより締結され、これらにより振動子を構成してい
る。
【００３８】ｒはロータ本環２およびロータ接触バネ２
ａからなるロータで、加圧バネｈおよびバネケースｉを
介して振動子の駆動面に押圧されている。ｆは外周部に
歯車部が形成された回転出力部材で、ベアリングｅによ
り軸支される一方、バネケースｉと摩擦接触し、ロータ
ｒと共に一体的回転する。ｇは固定部材で、ボルトｃの
先端部に固定され、ビス等により固定体ｊにゴムシート
ｋを介して取り付けられる。
ａからなるロータで、加圧バネｈおよびバネケースｉを
介して振動子の駆動面に押圧されている。ｆは外周部に
歯車部が形成された回転出力部材で、ベアリングｅによ
り軸支される一方、バネケースｉと摩擦接触し、ロータ
ｒと共に一体的回転する。ｇは固定部材で、ボルトｃの
先端部に固定され、ビス等により固定体ｊにゴムシート
ｋを介して取り付けられる。
【００３９】５４は大歯車部５４ａと小歯車部５４ｂか
ら構成される歯車で、大歯車部５４ａと回転出力部材ｆ
の歯車部と噛合し、棒状超音波モータの出力が取り出さ
れる。５５は被駆動部材、例えばカメラのレンズ鏡筒
で、外周部に形成された歯車部５５ａに小歯車部５４ｂ
が噛合し、例えばオートフォーカス（ＡＦ）のために超
音波モータにより回転駆動される。５６は歯車５４と一
体に回転するスリット板、５７はフォトカップラーで、
歯車５４の回転を検出する。
ら構成される歯車で、大歯車部５４ａと回転出力部材ｆ
の歯車部と噛合し、棒状超音波モータの出力が取り出さ
れる。５５は被駆動部材、例えばカメラのレンズ鏡筒
で、外周部に形成された歯車部５５ａに小歯車部５４ｂ
が噛合し、例えばオートフォーカス（ＡＦ）のために超
音波モータにより回転駆動される。５６は歯車５４と一
体に回転するスリット板、５７はフォトカップラーで、
歯車５４の回転を検出する。
【００４０】
【発明の効果】以上述べてきたように、棒状超音波モー
タの鳴きには移動体、例えばロータ本環の曲げモードの
発生を原因とする鳴き、接触部バネの曲げモードの発生
を原因とする鳴きがあるが、ロータ本環や接触バネ部に
溝や質量を付与するといったことにより、鳴き原因の固
有振動モードの固有振動数に差を設けたので、鳴きの発
生を防止することができる。
タの鳴きには移動体、例えばロータ本環の曲げモードの
発生を原因とする鳴き、接触部バネの曲げモードの発生
を原因とする鳴きがあるが、ロータ本環や接触バネ部に
溝や質量を付与するといったことにより、鳴き原因の固
有振動モードの固有振動数に差を設けたので、鳴きの発
生を防止することができる。
【図１】本発明による超音波モータの第１実施例を示す
ロータの平面、断面、振動モードを示す図。
ロータの平面、断面、振動モードを示す図。
【図２】鳴きの振動スペクトルを示す図。
【図３】ロータの断面図。
【図４】鳴きの原因となるロータ本環の振動モード図。
【図５】鳴きの振動スペクトルを示す図。
【図６】鳴きの原因となるロータ接触バネの曲げ振動モ
ード図。
ード図。
【図７】本発明の超音波モータの第２実施例のロータの
断面図。
断面図。
【図８】本発明の超音波モータの第３実施例のロータの
断面図。
断面図。
【図９】本発明の超音波モータの第４実施例のロータを
示す図。
示す図。
【図１０】本発明の超音波モータの第５実施例のロータ
を示す図。
を示す図。
【図１１】本発明の超音波モータの第６実施例の振動子
を示す図。
を示す図。
【図１２】本発明の超音波モータの第７実施例の振動子
を示す図。
を示す図。
【図１３】本発明による超音波モータを駆動源とする装
置の概略図。
置の概略図。
２…ロータ本環 ２ａ…ロータ接触バ
ネ １ｆ…駆動用振動の振動スペクトル ２ｆ…駆動の２倍の周波数の振動スペクトル ３ｆ，４ｆ…鳴きの原因となる固有振動スペクトル ５，５０，５１，５２…溝
ネ １ｆ…駆動用振動の振動スペクトル ２ｆ…駆動の２倍の周波数の振動スペクトル ３ｆ，４ｆ…鳴きの原因となる固有振動スペクトル ５，５０，５１，５２…溝
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成５年３月２５日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正内容】
【書類名】 明細書
【発明の名称】 超音波モータ
【特許請求の範囲】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、棒状弾性体に設けられ
た電気−機械エネルギー変換素子に電気エネルギーを供
給することにより、棒状振動子としての弾性体を振動さ
せ振動子の表面粒子に円または楕円運動を生じさせ、振
動子に押圧した移動体を摩擦駆動させる超音波モータ、
特にカメラ等の光学機器、プリンタ等の事務機器に好適
な超音波モータに関するものである。
た電気−機械エネルギー変換素子に電気エネルギーを供
給することにより、棒状振動子としての弾性体を振動さ
せ振動子の表面粒子に円または楕円運動を生じさせ、振
動子に押圧した移動体を摩擦駆動させる超音波モータ、
特にカメラ等の光学機器、プリンタ等の事務機器に好適
な超音波モータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】棒状超音波モータは棒型の振動子の表面
粒子に円又は楕円運動を励起せしめ、これに押圧された
移動体を摩擦駆動するものである。
粒子に円又は楕円運動を励起せしめ、これに押圧された
移動体を摩擦駆動するものである。
【０００３】ところでこの円又は楕円運動の大きさは、
高々数μｍ程度であるため、振動子と全周にわたって接
触を保つためには、振動子及びロータの接触面精度を、
その大きさ以上に仕上げなければならない。しかし、現
実には加工コストとの兼ね合いからここまで高精度には
できずロータ側接触部にバネ性を付与し、全周にわたり
接触を保てるような構造としている。
高々数μｍ程度であるため、振動子と全周にわたって接
触を保つためには、振動子及びロータの接触面精度を、
その大きさ以上に仕上げなければならない。しかし、現
実には加工コストとの兼ね合いからここまで高精度には
できずロータ側接触部にバネ性を付与し、全周にわたり
接触を保てるような構造としている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】以上の駆動原理により
駆動される超音波モータは、低速において高トルクのモ
ータ特性を持っている。
駆動される超音波モータは、低速において高トルクのモ
ータ特性を持っている。
【０００５】したがって、ギア等により減速する必要が
ないため、ギア音等が問題となる静粛性の要求のある製
品・例えばカメラ等に利用される。
ないため、ギア音等が問題となる静粛性の要求のある製
品・例えばカメラ等に利用される。
【０００６】しかし、超音波モータは駆動中に鳴きを発
生することがある。
生することがある。
【０００７】そしてその原因は駆動中に発生する駆動に
供する振動とは別の振動が振動子中に発生していること
にあった。しかもその振動は進行波であった。
供する振動とは別の振動が振動子中に発生していること
にあった。しかもその振動は進行波であった。
【０００８】この対策として、本出願人は種々の解決案
を提案した。しかし、まだわずかに別の鳴きが発生する
ことが判明した。
を提案した。しかし、まだわずかに別の鳴きが発生する
ことが判明した。
【０００９】図２に、駆動中に鳴きを発生しているとき
の振動スペクトルをマイクロフォンにより観察した結果
を示す。
の振動スペクトルをマイクロフォンにより観察した結果
を示す。
【００１０】１ｆは振動子の駆動周波数、２ｆは１ｆの
倍の周波数成分であり、４ｆは可聴域周波数つまり２０
ｋＨｚ以下に存在するが鳴きを発生する周波数である。
倍の周波数成分であり、４ｆは可聴域周波数つまり２０
ｋＨｚ以下に存在するが鳴きを発生する周波数である。
【００１１】また、各周波数間には３ｆ−１ｆ＝４ｆな
る関係が存在する。
る関係が存在する。
【００１２】ところで、駆動周波数は駆動振動を発生す
るために供せられる交流信号の周波数であるので、その
周波数をΔｆシフトすることができる。つまり、シフト
後の周波数をｆS とすると、１ｆS ＝１ｆ＋Δｆ，２ｆ
S ＝２ｆ＋２Δｆと変化する。一方、４ｆ，３ｆの周波
数変化を調べて見ると、４ｆS ＝４ｆ−Δｆ，３ｆS＝
３ｆとなっていた。
るために供せられる交流信号の周波数であるので、その
周波数をΔｆシフトすることができる。つまり、シフト
後の周波数をｆS とすると、１ｆS ＝１ｆ＋Δｆ，２ｆ
S ＝２ｆ＋２Δｆと変化する。一方、４ｆ，３ｆの周波
数変化を調べて見ると、４ｆS ＝４ｆ−Δｆ，３ｆS＝
３ｆとなっていた。
【００１３】したがって、鳴きの振動スペクトルは、３
ｆと駆動周波数との差周波数（４ｆS ＝３ｆ−１ｆ−Δ
ｆ）であり、３ｆは何らかの固有振動であると考えるこ
とができる。
ｆと駆動周波数との差周波数（４ｆS ＝３ｆ−１ｆ−Δ
ｆ）であり、３ｆは何らかの固有振動であると考えるこ
とができる。
【００１４】そしてこの固有振動を調べてみると、図３
に示すロータ本環２の曲げ振動であることがわかった。
図４の実線で、ロータ本環２の変形前斜視図、点線に曲
げの振動モード図を示す。尚、接触バネ２ａ（図３を参
照）は不図示であるが、本環部２にならって曲げ変形を
している。
に示すロータ本環２の曲げ振動であることがわかった。
図４の実線で、ロータ本環２の変形前斜視図、点線に曲
げの振動モード図を示す。尚、接触バネ２ａ（図３を参
照）は不図示であるが、本環部２にならって曲げ変形を
している。
【００１５】したがって、本発明の目的はこのロータ本
環２の振動の発生を防止することにある。
環２の振動の発生を防止することにある。
【００１６】また、以上述べた鳴きの他、別の鳴きが発
生することもあった。
生することもあった。
【００１７】この振動スペクトルを図５に示す。１ｆ，
２ｆ，３ｆ，４ｆは図２の記号と同様各々、駆動振動
（１ｆ）、駆動の２倍の周波数の振動（２ｆ）、鳴きの
原因となる固有振動（３ｆ）、鳴きの振動（Δｆ）、の
夫々のスペクトルである。ただし、４ｆ＝１ｆ−（２ｆ
−３ｆ）である。
２ｆ，３ｆ，４ｆは図２の記号と同様各々、駆動振動
（１ｆ）、駆動の２倍の周波数の振動（２ｆ）、鳴きの
原因となる固有振動（３ｆ）、鳴きの振動（Δｆ）、の
夫々のスペクトルである。ただし、４ｆ＝１ｆ−（２ｆ
−３ｆ）である。
【００１８】固有振動３ｆを調べてみると、図３に示す
ようなロータ接触バネ２ａの曲げ振動であることが判明
した。振動モード図を図６に示す。
ようなロータ接触バネ２ａの曲げ振動であることが判明
した。振動モード図を図６に示す。
【００１９】このモードは図４に示した曲げモードと異
なり、ロータ本環２の変形は非常に小さく、接触部バネ
２ａのみが曲げ変形する振動モードである。
なり、ロータ本環２の変形は非常に小さく、接触部バネ
２ａのみが曲げ変形する振動モードである。
【００２０】
【課題を解決するための手段及び作用】本発明はこれら
の鳴きの発生を防止するために、以上述べたロータ本環
部の曲げ振動、及びロータ接触バネ部の曲げ振動の発生
を防止せんとするものである。
の鳴きの発生を防止するために、以上述べたロータ本環
部の曲げ振動、及びロータ接触バネ部の曲げ振動の発生
を防止せんとするものである。
【００２１】ところで、これらの鳴きを発生させる曲げ
振動は、進行波である。
振動は、進行波である。
【００２２】そして、進行波は直交する２つの固有振動
つまりｓｉｎモードとｃｏｓモードの合成であるから、
これらの固有振動の振動数を異ならしむることで鳴きの
原因となるその振動、つまり進行波の発生を防止するこ
とができる。
つまりｓｉｎモードとｃｏｓモードの合成であるから、
これらの固有振動の振動数を異ならしむることで鳴きの
原因となるその振動、つまり進行波の発生を防止するこ
とができる。
【００２３】本発明の他の目的は、軸対称形状を有する
ロータ本環又は／及びロータ接触バネを形状的に適当に
非軸対称形状とすることで、前記振動モードのｓｉｎ及
びｃｏｓモードの固有振動数に大きな差を与え、同一周
波数にて両モード（ｓｉｎモード、ｃｏｓモード）が励
起されること、つまり進行波の励起を起こしづらくし、
鳴きの発生を抑えることができる。
ロータ本環又は／及びロータ接触バネを形状的に適当に
非軸対称形状とすることで、前記振動モードのｓｉｎ及
びｃｏｓモードの固有振動数に大きな差を与え、同一周
波数にて両モード（ｓｉｎモード、ｃｏｓモード）が励
起されること、つまり進行波の励起を起こしづらくし、
鳴きの発生を抑えることができる。
【００２４】
【実施例】図１は本発明による超音波モータの一実施例
を示すロータで、（ａ）はロータ上面図、（ｂ）は
（ａ）のＡＡ断面図である。５は、ロータ本環２の上部
に周上２カ所に施されている直線状の溝である。
を示すロータで、（ａ）はロータ上面図、（ｂ）は
（ａ）のＡＡ断面図である。５は、ロータ本環２の上部
に周上２カ所に施されている直線状の溝である。
【００２５】なお、図１においては、ロータを進行波に
よって駆動する棒状のステータ、並びにステータに進行
波を発生させる他の要素については特開平３−４０７６
７号、ＵＳＰ４５６２３７４のＦｉｇ２に記したものと
実質上同じであるので、その説明は省略する。
よって駆動する棒状のステータ、並びにステータに進行
波を発生させる他の要素については特開平３−４０７６
７号、ＵＳＰ４５６２３７４のＦｉｇ２に記したものと
実質上同じであるので、その説明は省略する。
【００２６】不図示の棒状ステータに発生した進行波に
よって駆動されるロータ２、２ａに上記の溝５を形成す
ることによって、図１の（ｃ）に示すように、図示の位
置にｓｉｎモード，ｃｏｓモードは発生し、ｓｉｎモー
ドにとっては振動の腹の位置に溝５があり、モード剛性
の低下が著しく、したがってｓｉｎモードのその固有振
動数は大きく下がるが、ｃｏｓモードにとっては溝５は
節位置であり、ｃｏｓモードの固有振動数の低下の大き
さは相対的に小さい。
よって駆動されるロータ２、２ａに上記の溝５を形成す
ることによって、図１の（ｃ）に示すように、図示の位
置にｓｉｎモード，ｃｏｓモードは発生し、ｓｉｎモー
ドにとっては振動の腹の位置に溝５があり、モード剛性
の低下が著しく、したがってｓｉｎモードのその固有振
動数は大きく下がるが、ｃｏｓモードにとっては溝５は
節位置であり、ｃｏｓモードの固有振動数の低下の大き
さは相対的に小さい。
【００２７】この結果、両固有振動数に差が発生する。
具体的には溝形成前において、両モードの固有振動数が
５４ｋＨｚで一致していたものが溝形成後、ｓｉｎモー
ドは５１ｋＨｚ、ｃｏｓモードは５３ｋＨｚとなり、２
ｋＨｚの周波数差が発生した。このロータを前述の公知
のステータ（振動子）によって駆動した結果、ロータ本
環の曲げの固有振動の発生を原因とする鳴きはなくなっ
た。尚、本例では溝５を２カ所としているが、等ピッチ
４カ所とすれば、両モードの周波数差はより大きくなり
鳴き防止に対する効果は大きくなる。
具体的には溝形成前において、両モードの固有振動数が
５４ｋＨｚで一致していたものが溝形成後、ｓｉｎモー
ドは５１ｋＨｚ、ｃｏｓモードは５３ｋＨｚとなり、２
ｋＨｚの周波数差が発生した。このロータを前述の公知
のステータ（振動子）によって駆動した結果、ロータ本
環の曲げの固有振動の発生を原因とする鳴きはなくなっ
た。尚、本例では溝５を２カ所としているが、等ピッチ
４カ所とすれば、両モードの周波数差はより大きくなり
鳴き防止に対する効果は大きくなる。
【００２８】図７は本発明を適用したモータの第２実施
例で、円環状ロータ部の要部断面図である。６はＦｅ又
は亜鉛等の金属でできたロータ２、２ａを加圧するバネ
（不図示）を受ける部材であり、ロータ２、２ａと接着
され両者は一体化している。なお、ＣＡはロータ２、２
ａ、６、５０の中心軸である。
例で、円環状ロータ部の要部断面図である。６はＦｅ又
は亜鉛等の金属でできたロータ２、２ａを加圧するバネ
（不図示）を受ける部材であり、ロータ２、２ａと接着
され両者は一体化している。なお、ＣＡはロータ２、２
ａ、６、５０の中心軸である。
【００２９】そして、このバネ受け部材６の上部に周溝
５０を施し、前記と同様な効果を得ている。
５０を施し、前記と同様な効果を得ている。
【００３０】このようにロータと一体化した他部品を利
用しても同様の効果を得られる。
用しても同様の効果を得られる。
【００３１】図８は、本発明の第３実施例を示す。本実
施例は、円環状ロータの接触部バネの曲げ振動の発生を
原因とする鳴き発生の対策で、図８の（ａ）は振動体と
接触する側から見た図、（ｂ）は一部縦断面図である。
ロータのロータ接触バネの角部に溝部５１が形成され、
前述同様の理屈により鳴きは防止される。なお、ＣＡは
リング状ロータ２、２ａ、５１の中心軸である。
施例は、円環状ロータの接触部バネの曲げ振動の発生を
原因とする鳴き発生の対策で、図８の（ａ）は振動体と
接触する側から見た図、（ｂ）は一部縦断面図である。
ロータのロータ接触バネの角部に溝部５１が形成され、
前述同様の理屈により鳴きは防止される。なお、ＣＡは
リング状ロータ２、２ａ、５１の中心軸である。
【００３２】図９は第４実施例を示す。
【００３３】本実施例は、ＵＳＰ４５６２３７４のＦｉ
ｇ２又は特開平３−４０７６７号で開示の振動と同種の
振動子７に接触バネ構造８をもたせたものであるが、こ
の部分の曲げ振動を原因とする鳴きについても溝５２に
より防止されている。
ｇ２又は特開平３−４０７６７号で開示の振動と同種の
振動子７に接触バネ構造８をもたせたものであるが、こ
の部分の曲げ振動を原因とする鳴きについても溝５２に
より防止されている。
【００３４】以上の各実施例は溝形成によりロータに発
生する振動の２成分、ｓｉｎモードとｃｏｓモードの固
有振動数を異ならせ、ロータに進行波が発生することを
防止し、鳴きの防止を図っているが、図１０に示したよ
うに、ロータ２、２ａの側面に面取り部９を形成するこ
とにより、ロータを非軸対称形状とし、前述のｓｉｎモ
ードとｃｏｓモードの固有周波数を異ならせ、ロータ本
環２と接触バネ２ａに同時に鳴きの防止対策を施した
り、又図１１に示したようにロータ２、２ａビス等の質
量１０等を付加することによっても可能である。
生する振動の２成分、ｓｉｎモードとｃｏｓモードの固
有振動数を異ならせ、ロータに進行波が発生することを
防止し、鳴きの防止を図っているが、図１０に示したよ
うに、ロータ２、２ａの側面に面取り部９を形成するこ
とにより、ロータを非軸対称形状とし、前述のｓｉｎモ
ードとｃｏｓモードの固有周波数を異ならせ、ロータ本
環２と接触バネ２ａに同時に鳴きの防止対策を施した
り、又図１１に示したようにロータ２、２ａビス等の質
量１０等を付加することによっても可能である。
【００３５】又本実施例では全周２カ所の溝により鳴き
対策を施したが、鳴きの原因となるモードが３次の曲げ
又は４次の曲げである場合全周等ピッチで３コ又は６
コ、４コ又は８コの溝を設けることが望ましく、２次と
３次の鳴きが発生した場合、２コの等ピッチ溝及び３コ
の等ピッチ溝を併用し、両鳴きに対し同時に対策するこ
とも可能である。
対策を施したが、鳴きの原因となるモードが３次の曲げ
又は４次の曲げである場合全周等ピッチで３コ又は６
コ、４コ又は８コの溝を設けることが望ましく、２次と
３次の鳴きが発生した場合、２コの等ピッチ溝及び３コ
の等ピッチ溝を併用し、両鳴きに対し同時に対策するこ
とも可能である。
【００３６】又、例えば４次曲げに対し、８コの等ピッ
チ溝１１−１〜１１−８を形成しなくても、図１２に示
すように、一部の溝１１−４，１１−６，１１−７が欠
落しても、同様の効果を得ることができる。
チ溝１１−１〜１１−８を形成しなくても、図１２に示
すように、一部の溝１１−４，１１−６，１１−７が欠
落しても、同様の効果を得ることができる。
【００３７】図１３はリング状の溝５０Ａをバネケース
ｉの外周部に有する本発明による超音波モータの組立状
態を示す一実施例、及びこの超音波モータを駆動源とす
る装置（本実施例ではカメラ）の概略図を示している。
ｉの外周部に有する本発明による超音波モータの組立状
態を示す一実施例、及びこの超音波モータを駆動源とす
る装置（本実施例ではカメラ）の概略図を示している。
【００３８】ｂ1 ，ｂ2 は振動子構造体で、Ａ相圧電素
子ａ1 ，Ｂ相圧電素子ａ2 及び電極板を介装してボルト
ｃにより締結され、これらにより棒状振動子を構成して
いる。
子ａ1 ，Ｂ相圧電素子ａ2 及び電極板を介装してボルト
ｃにより締結され、これらにより棒状振動子を構成して
いる。
【００３９】なお、圧電素子ａ1 、ａ2 に時間的に位相
差をもった電気信号が与えられると、前記振動子の軸を
含む異なる複数の平面内には、屈曲振動が発生し、前記
振動子の表面には回転運動が生じる、という駆動原理は
公知である。
差をもった電気信号が与えられると、前記振動子の軸を
含む異なる複数の平面内には、屈曲振動が発生し、前記
振動子の表面には回転運動が生じる、という駆動原理は
公知である。
【００４０】ｒはロータ本環２およびロータ接触バネ２
ａからなるロータで、加圧バネｈおよびバネケースｉを
介して振動子の駆動面に押圧されている。ｆは外周部に
歯車部が形成された回転出力部材で、ベアリングｅによ
り軸支される一方、バネケースｉと摩擦接触し、ロータ
ｒと共に一体的回転する。ｇは固定部材で、ボルトｃの
先端部に固定され、ビス等により固定体（例えばレンズ
鏡筒の固定筒）ｊにゴムシートｋを介して取り付けられ
る。
ａからなるロータで、加圧バネｈおよびバネケースｉを
介して振動子の駆動面に押圧されている。ｆは外周部に
歯車部が形成された回転出力部材で、ベアリングｅによ
り軸支される一方、バネケースｉと摩擦接触し、ロータ
ｒと共に一体的回転する。ｇは固定部材で、ボルトｃの
先端部に固定され、ビス等により固定体（例えばレンズ
鏡筒の固定筒）ｊにゴムシートｋを介して取り付けられ
る。
【００４１】５４は大歯車部５４ａと小歯車部５４ｂか
ら構成される歯車で、大歯車部５４ａと回転出力部材ｆ
の歯車部と噛合し、棒状超音波モータの出力が取り出さ
れる。５５は被駆動部材、例えばカメラのレンズ鏡筒
で、外周部に形成された歯車部５５ａに小歯車部５４ｂ
が噛合し、例えばオートフォーカス（ＡＦ）のために超
音波モータにより回転駆動される。５６は歯車５４と一
体に回転するスリット板、５７はフォトカップラーで、
歯車５４の回転を検出する。
ら構成される歯車で、大歯車部５４ａと回転出力部材ｆ
の歯車部と噛合し、棒状超音波モータの出力が取り出さ
れる。５５は被駆動部材、例えばカメラのレンズ鏡筒
で、外周部に形成された歯車部５５ａに小歯車部５４ｂ
が噛合し、例えばオートフォーカス（ＡＦ）のために超
音波モータにより回転駆動される。５６は歯車５４と一
体に回転するスリット板、５７はフォトカップラーで、
歯車５４の回転を検出する。
【００４２】なお、上述の各実施例は、振動子を固定
し、ロータを移動するようにしているが、逆に振動子を
移動させるようにしても本発明を適用することができ、
この場合は固定子側にｓｉｎモードとｃｏｓモードの固
有振動数を離すための溝等を設けるものである。
し、ロータを移動するようにしているが、逆に振動子を
移動させるようにしても本発明を適用することができ、
この場合は固定子側にｓｉｎモードとｃｏｓモードの固
有振動数を離すための溝等を設けるものである。
【００４３】
【発明の効果】以上述べてきたように、棒状超音波モー
タの鳴きには移動体、例えばロータ本環の曲げ振動の発
生を原因とする鳴き、接触部バネの曲げ振動の発生を原
因とする鳴きがあるが、ロータ本環や接触バネ部に溝や
質量を付与するといったことにより、鳴き原因の固有振
動モードの固有振動数に差を設けたので、鳴きの発生を
防止することができる。
タの鳴きには移動体、例えばロータ本環の曲げ振動の発
生を原因とする鳴き、接触部バネの曲げ振動の発生を原
因とする鳴きがあるが、ロータ本環や接触バネ部に溝や
質量を付与するといったことにより、鳴き原因の固有振
動モードの固有振動数に差を設けたので、鳴きの発生を
防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による超音波モータの第１実施例を示す
ロータの平面、断面、振動モードを示す図。
ロータの平面、断面、振動モードを示す図。
【図２】鳴きの振動スペクトルを示す図。
【図３】従来のロータの断面図。
【図４】鳴きの原因となる従来のロータ本環の振動モー
ド図。
ド図。
【図５】鳴きの振動スペクトルを示す図。
【図６】鳴きの原因となる従来のロータ接触バネの曲げ
振動モード図。
振動モード図。
【図７】本発明の超音波モータの第２実施例のロータの
断面図。
断面図。
【図８】本発明の超音波モータの第３実施例のロータの
断面図。
断面図。
【図９】本発明の超音波モータの第４実施例のロータを
示す図。
示す図。
【図１０】本発明の超音波モータの第５実施例のロータ
を示す図。
を示す図。
【図１１】本発明の超音波モータの第６実施例の振動子
を示す図。
を示す図。
【図１２】本発明の超音波モータの第７実施例の振動子
を示す図。
を示す図。
【図１３】本発明による超音波モータを駆動源とする装
置の概略図。
置の概略図。
【符号の説明】 ２…ロータ本環 ２ａ…ロータ接触バ
ネ １ｆ…駆動用振動の振動スペクトル ２ｆ…駆動の２倍の周波数の振動スペクトル ３ｆ，４ｆ…鳴きの原因となる固有振動スペクトル ５，５０，５１，５２…溝
ネ １ｆ…駆動用振動の振動スペクトル ２ｆ…駆動の２倍の周波数の振動スペクトル ３ｆ，４ｆ…鳴きの原因となる固有振動スペクトル ５，５０，５１，５２…溝
Claims (8)
- 【請求項１】 棒状振動体に設けられた電気−機械エネ
ルギー変換素子に電気信号を印加することによって、前
記振動体の軸を含む異なる複数の平面内に、屈曲振動を
励起させ、かつ各々の振動に時間的に所定の位相差を持
たせることにより、前記振動体の表面に回転運動を生じ
させ、前記振動体に圧接係合した移動体を摩擦駆動する
超音波モータに於て、該移動体の鳴きの原因となる固有
振動モードのｓｉｎモードとｃｏｓモードの固有振動数
に差を設けたことを特徴とする超音波モータ。 - 【請求項２】 請求項１において、鳴きの原因となる固
有振動モードが移動体の曲げ振動モードであることを特
徴とする超音波モータ。 - 【請求項３】 請求項１において、移動体が接触部バネ
構造を有すものに於て、該鳴きの原因となる固有振動モ
ードが、該接触バネの固有振動モードであることを特徴
とする超音波モータ。 - 【請求項４】 棒状振動体に設けられた電気−機械エネ
ルギー変換素子に電気信号を印加することによって、前
記振動体の軸を含む異なる複数の平面内に、屈曲振動を
励起させ、かつ各々の振動に時間的に所定の位相差を持
たせることにより、前記振動体の表面に回転運動を生じ
させ、前記振動体に圧接係合した移動体を摩擦駆動する
超音波モータであって、該振動体が接触部にバネ構造を
有するものに於て、該接触部のバネ構造部の曲げの固有
振動モードのｓｉｎモードとｃｏｓモードの固有振動数
に差を与えたことを特徴とする超音波モータ。 - 【請求項５】 請求項１，２，３又は４のいずれかにお
いて、振動子又は移動体の周上に溝加工又は面取りを施
したことを特徴とする超音波モータ。 - 【請求項６】 請求項１，２，３又は４のいずれかにお
いて、振動子の周上に質量を付加したことを特徴とする
超音波モータ。 - 【請求項７】 請求項１，２，３，４，５又は６のいず
れかにおいて、溝，付加質量等が、鳴きの原因となる曲
げ振動の半波長の整数倍のピッチで設けられていること
を特徴とする超音波モータ。 - 【請求項８】 請求項１〜７のいずれか１つに記載した
棒状超音波モータを含む装置に於て、振動子に押圧され
て摩擦駆動される部材から駆動力を得る出力部材を有す
ることを特徴とする装置。
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01382492A JP3167394B2 (ja) | 1992-01-29 | 1992-01-29 | 振動波駆動装置および振動波駆動装置を有する装置 |
| US08/009,994 US5359251A (en) | 1992-01-29 | 1993-01-27 | Vibration driven actuator |
| CA002088239A CA2088239C (en) | 1992-01-29 | 1993-01-27 | Vibration driven actuator |
| DE69321742T DE69321742T2 (de) | 1992-01-29 | 1993-01-28 | Vibrationsgetriebener Antrieb |
| EP93101335A EP0553827B1 (en) | 1992-01-29 | 1993-01-28 | A vibration driven actuator |
| AU32091/93A AU665389B2 (en) | 1992-01-29 | 1993-01-28 | A vibration driven actuator |
| KR1019930001164A KR0138074B1 (ko) | 1992-01-29 | 1993-01-29 | 초음파모터 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01382492A JP3167394B2 (ja) | 1992-01-29 | 1992-01-29 | 振動波駆動装置および振動波駆動装置を有する装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05300762A true JPH05300762A (ja) | 1993-11-12 |
| JP3167394B2 JP3167394B2 (ja) | 2001-05-21 |
Family
ID=11844026
Family Applications (1)
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