JPH0793827B2

JPH0793827B2 - 振動波駆動装置

Info

Publication number: JPH0793827B2
Application number: JP57222754A
Authority: JP
Inventors: 豊藤原; 真勝間; 博泰村上; 明平松
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1982-12-17
Filing date: 1982-12-17
Publication date: 1995-10-09
Anticipated expiration: 2010-10-09
Also published as: JPS59113778A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は摩擦圧接された可動部材及び固定部材とを有す
る振動波駆動装置に関する。

先ず、この種の振動波駆動装置の駆動原理を第１・２図
について説明する。第１図において、１を移動体（可動
部材）、２を振動子（固定部材）とし、ｘ軸を振動子２
の表面上の方向、ｚ軸をその法線方向とする。振動子２
に電歪素子により振動を与えると進行性振動波が発生
し、振動子表面上を伝搬していく。この振動波は縦波と
横波を伴なった表面波でその質点Ａの運動は楕円軌道を
画く振動となる。質点Ａについて着目すると、縦振巾
ｕ、横振巾ｗの楕円運動を行っており、表面波の進行方
向を＋ｘ方向とすると、楕円運動は反時計方向に回転し
ている。この表面波は一波長ごとに頂点Ａ・Ａ′・・・
を有し、その頂点速度Ｖはｘ成分のみであって、Ｖ＝２
πfu（ただしｆは振動数）である。この振動子２の表面
に移動体１の表面を不図示の加圧手段により加圧接触さ
せると、移動体表面は頂点Ａ・Ａ′・・・のみに接触す
るのであるから、移動体１は振動子２との摩擦力により
矢印Ｎ方向に移動（回転）することになる。

矢印Ｎ方向の移動体１の速度は振動数ｆに比例する。ま
た、加圧接触による摩擦駆動を行うため縦振巾ｕばかり
でなく横振巾ｗにも依存する。すなわち移動体１の速度
は楕円運動の大きさに比例し、楕円運動の大きい方が速
度がはやい。従って移動体速度は電歪素子に加える電圧
に比例する。

第２図は振動子２と、この振動子を振動させるために後
記のピッチ間隔で該振動子に接着等で固着した数多の単
位電歪素子群3a〜3d、4a〜4d（電歪素子に後記のピッチ
間隔で分極処理したものを含む）の配列と、定在波およ
び進行性振動波の発生状態を示すもので、電歪素子3a〜
3d、4a〜4dはこれだけで駆動すると振動子が共振するよ
うな状態、すなわち定在波が存在するような配置がとら
れ、電歪素子3a〜3dによる定在波長と、電歪素子4a〜4d
による定在波長は等しく、互いの定在波に対して90゜位
相のずれる、すなわちλ（波長/4）の物理的位置（ピッ
チ）になるように配置されている。

上記電歪素子3a〜3d、4a〜4dは同一電圧の印加により歪
方向が反対となる性質の異なるものを交互に配設し且つ
3a〜3dのものと4a〜4dのものを交互に配設する。また、
同性質のものに交互に反対極性の電圧を印加する構成と
してもよい。

Ｅは電歪素子に対する電圧印加手段としての駆動用電源
でありＶ＝V_Osinωｔという交流電圧を供給する。駆動
時は電歪素子3a〜3dにリード線5aを介してＶ＝V_Osinω
ｔの電圧がかかり、電歪素子4a〜4dには90゜位相器６に
よりＶ＝V_Osin（ωｔ±π/2）の電圧がリード線5bを介
してかかる。±は電歪素子3a〜3d、4a〜4dの歪方向を表
わした記号で、＋は電歪素子の伸び方向、−は電歪素子
の縮み方向を示し、この±は移動体を動かす方向によっ
て切り換える。すなわち90゜位相器６によって＋90゜位
相をずらす場合と−90゜位相をずらす場合によって、振
動子２を生ずる進行性振動波の方向が反転して移動体進
行方向が変る。

第２図のグラフ（イ）の実線は電歪素子3a〜3dだけにＶ
＝V_Osinωｔの交流電圧を印加した場合、同（ロ）の実
線は電歪素子4a〜4dだけにＶ＝V_Osin（ωｔ−π/2）の
交流電圧を印加した場合に夫々振動子２に生じる定在波
による振動状態を示す。グラフ（イ）、（ロ）の点線は
反対極生性の電圧を印加した場合に生じる定在波による
振動状態を示す。

グラフ（ハ）、（ニ）、（ホ）、（ヘ）は電歪素子3a〜
3dおよび4a〜4dに対して夫々上記V_OsinωｔおよびV_Osin
（ωｔ−π/2）を同時に印加した場合の振動子２の振動
状態（進行性振動波発生状態）を示すもので、（ハ）は
ｔ＝2nπ／ω、（ニ）はｔ＝π/2ω＋2nπ／ω、（ホ）
はｔ＝π／ω＋2nπ／ω、（ヘ）は、ｔ＝３π/2ω＋2n
π／ωの時を示す。進行性振動波は右方向に進むが振動
子２を駆動面の任意の質点Ａ（第１図）は反時計方向の
楕円運動を行う、従って、振動子駆動面に圧接される不
図示の移動体１は矢示Ｎの左方向に移動する。

上記原理説明から明らかなように電歪素子3a〜3d、4a〜
4dは移動体１の可動範囲全域に渡って振動子２に設ける
必要がある。ところが、電歪素子は高価であり、これを
振動子２に広範囲に且つ均一に取付けるには高度な技術
と時間を要しコスト高の原因となる。また、振動子２の
広範囲に進行性振動波を発生させるためには、多量の駆
動エネルギ源つまり多量の消費電力が必要である。さら
に、振動子は振動により熱を発生するので、放熱をよく
する構造を設けるとか移動体１は熱に対して強い材料で
なければならない等の問題がある。

この問題を解決するために移動体１と振動子２の接触部
分および該接触部分の近傍のみに進行性振動波を発生さ
せることが考えらえるが、移動体１の位置センサおよび
電歪素子を複数の区間に分けて該位置センサの出力信号
に応じて各区間の電歪素子を制御する制御回路が必要と
なり、技術的およびコスト的に大きな問題を有してい
る。

本発明は上記に鑑み提案されたもので、高度な製造技術
および多くの生産工数を必要とせず、高効率の振動波駆
動装置を安価に得ることを目的とする。

この目的を達成する手段として、摩擦圧接された可動部
材及び固定部材とを有する振動波駆動装置であって、前
記可動部材は位置的に位相が異なる複数の電気−機械エ
ネルギー変換素子を有し、電圧印加手段からの夫々の素
子に供給される時間的に位相の異なる複数の電気信号に
応答して進行性振動波を発生するものであり、該振動波
によって前記可動部材を移動させた振動波駆動装置を特
徴とする。

以下本発明の実施例を図面について説明する。第３・４
図は第１実施例を模型的に表わしたもので、固定部材10
a・10bは不図示の部分で連結されて一体となっている。
この固定部材10a・10b間に設けられた可動部材11は、絶
縁体110の両面に振動吸収体12a・12b、電歪素子13a・13
b（数多の電歪素子を前記第２図に記載した位置関係に
配設したもの）、振動子14a・14bを順次接着して全体を
一体化した構成である、35a・35bは固定部材10a・10bの
側面に対向してねじ36a・36bで取付けられた電極、37a
・37bは一端部を絶縁体110の上下面にねじ38a・38bで取
付けたブラシ、その自由端部はブラシ自体の弾性力で上
記電極35a・35bに圧接し、固定端部はリード線15a・15b
を介して電歪素子13a・13bに接続されている。

なお、この第３図では説明の便宜上、電歪素子13a・13b
を一枚の板状に表わしてあるが、実際は前記第２図と同
様に複数の単位電歪素子を前記のピッチ間隔で配列する
か電歪素子を上記のピッチ間隔で分極処理したものであ
る。上記可動部材11の構成体としての振動吸収体12は、
振動子14a・14bの振動を吸収すると同時に適度な弾性を
有しており、この弾性によって、固定部材10aと振動子1
4aおよび固定部材10bと振動子14bの接触面に適度の面圧
力を加えている、このため、上記接触面には適度な摩擦
力が働くことになる。

上記の構成において、電極35a・35b、ブラシ37a・37b、
リード線15a・15bを介して不図示の駆動用電源から電歪
素子13a・13bに前記第２図の原理説明に示した位相関係
の電圧を印加すると、振動子14a・14bに同方向の進行性
振動波が発生し、この進行性振動波が固定部材10a・10b
に作用して、可動部材11は矢印方向に前進動又は後退動
する。

第５図は電歪素子13a・13bに対する他の給電例を示すも
ので、可動部材11の移動方向に固定部材10aと平行にリ
ード線39（フレキシブルコード又はリボンコード）を配
設し、このリード線39を半円状に折返してその先端をね
じ40で絶縁体110に取付け、この先端部と電歪素子13a・
13bとをリード線15a・15bで接続する。本例では可動部
材11の移動に伴ってリード線39が撓んで該移動を許容す
る。

第６・７図は他の実施例を模型的に示すもので、直線状
の固定部材16とこれを侠持した状態で移動する可動部材
17とからなる。この可動部材17は横断面コ字形本体18の
両辺18a・18bの内面に振動吸収体19a・19b、電歪素子20
a・20b、振動子21a・21bを順次接着剤ではり合せた構成
であって、振動子21a・21bは振動吸収体19a・19bの弾性
で固定部材16に押圧されている。本例の場合もリード線
22a・22bを介して電歪素子20a・20bに電圧を印加するこ
とによって振動子21a・21bに進行性振動波が生じ可動部
材17はこの進行性振動波に基づいて固定部材16に沿って
前進動又は後退動する。

第８・９図は本発明振動波駆動装置をレンズ鏡筒内に組
込んでズームレンズの駆動源に利用した例を示すもの
で、第８図はレンズ鏡筒の縦断面図、第９図はその平面
図である。本図例では絞りおよびカメラとの連動装置は
本発明装置と直接関係がないので図示せず、また、ズー
ムレンズの構成・構造については公知であるので特に詳
述しない。

第８・９図において、23は後部に不図示のカメラ本体と
結合するマウント23aおよび軸線と平行する流溝23b・23
cを有するレンズ案内筒、24はレンズ群Ｉを保持し、キ
ー25が取付けられている鏡枠、26はレンズ群IIを保持
し、キー27が取付けられている鏡枠である。鏡枠24・26
は光軸方向に回転することなく、レンズ案内筒23の軸線
方向に移動する事ができるようになっている。

上記キー25・27は第３図に示した可動部材11の構成部材
としての絶縁体110と一体に形成されており、このキー2
5・27を鏡枠24・26に取付けることにより、可動部材11
はレンズ案内筒23の長溝23b・23c内に位置し、振動吸収
体12a・12bの弾性で振動子14a・14bが長溝内面に押圧さ
れる。従って、本例では案内筒23が前記の固定部材10a
・10b、16に対応することになり、リード線15a・15bを
介して電歪素子13a・13bに周波電圧を供給すると、振動
子14a・14bに進行性振動波が発生し、この進行性振動波
を駆動源として前記原理説明のように、可動部材11を取
付けた鏡枠24・26が光軸方向に移動し、レンズ群Ｉと同
IIとの間隔を変化させてズーミングを行うものである。

31・32は位置検出器であり、鏡枠24・26の位置を検出し
て制御回路33へ検出信号を供給する。この位置検出器と
しては例えば光学式センサ、磁器センサあるいは電気的
接点を利用したもの等を用いる。

第10図は上記制御回路33の一例を示すもので、スイッチ
34によりズーム操作の開始・中止及び短焦点側・長焦点
側の方向を指定する。演算処理回路41は、位置検出器31
・32からの検出信号を入力信号として処理し、レンズ群
Ｉ・IIが光学設計で決められた位置であるか否かを判定
し、かつ前記所定の位置へ動くように駆動信号41aを発
生する。

電源回路42は、前記駆動信号35aに基づいてキー25およ
びキー27と一体の可動部材11の電歪素子13a・13bに駆動
用エネルギーを供給する。この構成でスイッチ34を操作
することにより、レンズ群Ｉ・IIを光学設計で決定され
た所定の位置へ移動させて、ズーム操作を行うことがで
きる。

前記実施例で容易に考えられるように合焦用レンズ群Ｉ
を駆動することで合焦作用を行う事も可能である。また
測距装置（図示せず）と組合わす事で、本発明振動波駆
動装置を自動焦点装置の駆動装置にも利用できる。

第８・９図例はレンズ群が２群構成であるが他の群数構
成でもよい。また、本発明振動波駆動装置は固定焦点レ
ンズの合焦操作のための駆動装置に用いることができる
他、例えばプリンタの印字装置および情報処理用磁気ヘ
ッド等の駆動装置にも適用することができる。

本実施例振動波駆動装置は前述の如く、可動部材を振動
子としてその表面に数多の電歪素子群（電歪素子を分極
処理したものも含む）を設けたから、次のような効果が
得られる。

電歪素子、振動子および振動吸収体のような高価な材
料を限られた部分すなわち可動部材にのみ使用している
ので、これ等材料の使用量が少なく、よってコストダウ
ンを図ることが可能である。

電歪素子、振動子および振動吸収体の接合が、可動部
材のみで良く固定部材は特別な加工及び処理は必要とし
ない。よって生産技術・生産工数を少なくすることが可
能である。

進行性振動波を発生させる部分は可動部材のみである
から、少ないエネルギで駆動することが可能であり少な
い電力で駆動することができる。振動による発熱が少な
く熱に対する配慮があまり必要ない。

以上、説明したように、本発明の振動波駆動装置は、電
気−機械エネルギー変換素子や振動子として用いる部材
（可動部材）のような高価な材料を限られた部分にのみ
使用すればよいので、コストダウンを図ることができる
と共に、接合に係る特別な加工及び処理の工数を減らす
ことができる。又、進行性振動波を発生させる部分は従
来に比べて小さな領域で済むので、少ないエネルギーで
駆動することが可能となる。更には振動による発熱が少
なく熱に対する配慮も少なくできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は振動波駆動装置の駆動原理を説明する模型図、
第２図は振動子と、電歪素子の配列と、定在波および進
行性振動波の発生状態の相関図、第３図は本発明振動波
駆動装置の第１実施例を模型的に表わした正面図、第４
図はその側面図、第５図は第２実施例の正面図、第６図
は第３実施例を示す横断正面図、第７図は第６図VII−V
II線に沿う縦断平面図、第８図は本発明振動波駆動装置
をズームレンズの駆動源に利用した例を示す縦断面図、
第９図はその平面図、第10図は制御回路図である。１・11・17は可動部材、10a・10b・16は固定部材、２・
14a・14b・21a・21bは振動子、3a〜3d、4a−4d、13a・1
3b、20a・20bは電歪素子、12a・12b・19a・19bは振動吸
収体、Ｅは駆動用電源。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者村上博泰神奈川県川崎市高津区下野毛770番地キヤノン株式会社玉川事業所内 (72)発明者平松明神奈川県川崎市高津区下野毛770番地キヤノン株式会社玉川事業所内 (56)参考文献特開昭52−10975（ＪＰ，Ａ) 特開昭56−10469（ＪＰ，Ａ) 特開昭54−102718（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】摩擦圧接された可動部材及び固定部材とを
有する振動波駆動装置であって、前記可動部材は位置的
に位相が異なる複数の電気−機械エネルギー変換素子を
有し、電圧印加手段からの夫々の素子に供給される時間
的に位相の異なる複数の電気信号に応答して進行性振動
波を発生するものであり、該振動波によって前記可動部
材を移動させたことを特徴とする振動波駆動装置。