JPH08251953A

JPH08251953A - 振動駆動装置

Info

Publication number: JPH08251953A
Application number: JP7052535A
Authority: JP
Inventors: Hironobu Takano; 裕宣高野
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1995-03-13
Filing date: 1995-03-13
Publication date: 1996-09-27

Abstract

(57)【要約】【目的】理想状態と変わりなく、しかも長時間駆動後
も初期特性が経時的に変化しない安定した振動駆動装置
を得る。【構成】厚さ方向に電気的に分極処理した圧電体１２
と、該圧電体１２に特定周波数の交流電圧を印加するた
めの電極層１２ａ，１２ｂと、該圧電体１２の該電極層
１２ａ，１２ｂを介しての圧電効果によって共振発生す
る超音波駆動により継続的な振動波を励振する弾性体１
１と、該弾性体１１または前記圧電体１２の少なくとも
いずれかを有し、かつ断面形状を凸面形状に形成した運
動抽出体１３ａ，１３ｂと、該運動抽出体１３ａ，１３
ｂに接触してその摩擦駆動力に伴い推進移動する移動体
と、該移動体を前記運動抽出体１３ａ，１３ｂに向けて
与圧を付与する加圧部材とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、圧電体を用いて駆動力
を発生する超音波等の振動駆動装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、超音波振動を利用した超音波モー
タ等の振動駆動装置の中には、弾性振動体に縦振動と屈
曲振動を励振させ、これを駆動力としたリニア型超音波
モータがある。

【０００３】図７に上述したリニア型超音波モータの基
本構成を示す。図７において、７１は弾性体、７２は圧
電体、７２ａ，７２ｂは圧電体７２に特定周波数の電圧
を印加するための電極層であり、弾性体７１と圧電体７
２とで振動体を成す。７３ａ，７３ｂは弾性体７１に励
起させた縦振動及び屈曲振動によって発生する楕円運動
を抽出する運動抽出体である。７５は、運動抽出体と接
することで、摩擦力により駆動される移動体である。ま
た、７６は移動体７５を運動抽出体７３ａ，７３ｂに加
圧接触させるための加圧部材である。さらに７７は移動
体と加圧部材との接触摩擦力を低減するためのベアリン
グである。

【０００４】振動体は縦振動及び屈曲振動の各々の共振
周波数が一致する長さ、幅、厚さをもって形成されてい
る。このことにより、縦振動を励振すると、振動体の面
に垂直方向の振動成分をもつ屈曲振動を励振され、これ
ら二つの振動が結合することにより、振動体の表面に楕
円運動が発生する。そして、この楕円運動を運動抽出体
７３ａ，７３ｂによって抽出、増幅して駆動力として取
り出すことができる。なお、上述した図７に示すリニア
型超音波モータの作動原理は以下のものとなる。

【０００５】先ず、矩形板状の圧電体７２の寸法で決ま
る機械的共振周波数の周波電圧が２枚の電極層７２ａ，
７２ｂを両入力端子として印加されると電気機械エネル
ギー変換により圧電体７２が励振され、該圧電体７２に
接合された弾性体７１は縦振動と屈曲振動とを同時に共
振発生することで弾性体７１の上側表面の質点が楕円運
動を行なうような弾性表面波が得られる。そして、この
楕円運動を運動抽出体７３ａ，７３ｂにより抽出増幅し
て駆動力を取り出し、該運動抽出体７３ａ，７３ｂ上に
加圧部材７６により加圧接触させた移動体７５はこの摩
擦駆動力により推移移動される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】図７に示した運動抽出
体７３ａ，７３ｂは略立方体又は直方体形状をなしてお
り、移動体７５との接触面は正方形又は長方形である。
そして、移動体７５を駆動する時、運動抽出体７３ａ，
７３ｂの接触面は、その角から順次中央に向かって移動
体７５と接触していく。

【０００７】しかしながら、上記従来例では静止状態に
おいて二つの運動抽出体７３ａ，７３ｂと移動体７５と
が、必らず面で接触することを前提としているが、これ
には各部品の精度をかなり厳しくおさえる必要がある。
すなわち、実際には図８の如く、運動抽出体７３ａ，７
３ｂの一方が傾いていたり、高さが異っていたり、接触
面が傾いていたりしていて、二つの運動抽出体７３ａ，
７３ｂそれぞれから移動体７５が受ける駆動力が異なっ
てしまう。

【０００８】また、長時間駆動後に運動抽出体７３ａ，
７３ｂが摩耗した場合にも、二つの運動抽出体７３ａ，
７３ｂの摩耗量がそれぞれで異なることになり、駆動力
の伝達が不安定で、経時的変化の大きいものとなってし
まう。

【０００９】本発明はかかる点に鑑みてなされたもの
で、運動抽出体の高さが異っていたり、傾いている場合
でも両運動抽出体に対する当り条件が同一である所謂理
想状態と変りなく、しかも長時間駆動後も初期特性が経
時的に変化しない安定した駆動力を得ることができる超
音波モータ等の振動駆動装置を提供することを目的とし
ている。

【００１０】

【課題を解決するための手段および作用】本出願に係る
発明の目的を実現する第一の構成は、請求項１記載のよ
うに、少なくとも片面側に電気機械エネルギー変換素子
を有する平板形状の弾性体の片面側に駆動力を取り出す
運動抽出体が形成され、該電気機械エネルギー変換素子
に周波電圧を印加することにより該運動抽出体に駆動力
を発生させる振動駆動装置において、該運動抽出体の断
面形状を凸曲面状にしたことを特徴とする振動駆動装置
にある。

【００１１】この構成によれば、運動抽出体の高さが異
なっていたり、互いに傾いている場合にも、各運動抽出
体に対する当り条件が同じである理想状態と変りなく、
しかも長時間駆動後も初期特性が経時的に変化しない安
定した振動駆動装置を得ることができる。

【００１２】本出願に係る発明の目的を実現する第２の
構成としては、請求項２に記載のように、請求項１にお
いて、運動抽出体は弾性体と一体に形成されるか、また
は弾性体とは別構成の部材から成ることを特徴とする振
動駆動装置にある。

【００１３】この構成によれば、それぞれの運動抽出体
の摩耗量が同等に行なわれ、理想状態との等価特性が得
られ、より一層の振動駆動特性の向上につながる。例え
ば、初期状態でそれぞれの運動抽出体に対し故意にラッ
ピング処理等の面出し処理を行なっても上記と同様の効
果が得られる。

【００１４】本出願に係る発明の目的を実現する第３の
構成としては、請求項３に記載のように、請求項１にお
いて、電気機械エネルギー変換素子に印加される周波電
圧により駆動される縦振動および屈曲振動との結合され
た合成振動を運動抽出体の駆動源としたことを特徴とす
る振動駆動装置にある。

【００１５】この構成によれば、運動抽出体に対する接
触面積が小さな場合でも、例えばカメラ等のレンズ保持
部材またはプリンターの印字ヘッド等の移動体に対し優
れた振動駆動特性を得ることができる。

【００１６】

【実施例】

（第１の実施例）以下に本発明に係る第１の実施例を説
明する。図１は、本出願に係る発明の第１の実施例を示
す振動駆動装置であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面
図、（ｃ）は底面図、（ｄ）は全体斜視図である。

【００１７】１１は真鍮、ステンレス、アルミニウム等
の金属から成る弾性体、１２は厚さ方向に分極処理され
た圧電体、１２ａ，１２ｂは圧電体１２に所定の周波数
の電圧を印加するためのニッケル、銅、銀等の電極層、
１３ａ，１３ｂは図示していない移動体との接触面１３
ａ−１，１３ｂ−１を円弧状にした運動抽出体である。

【００１８】弾性体１１と圧電体１２はエポキシ系また
は嫌気性の接触剤で貼り合わされることで振動体１０を
構成する。尚、本発明のために行なった実験によれば、
例えば、弾性体１１は真鍮、電極層１３ａ，１３ｂは銅
の蒸着層、接着剤はエポキシ系のものが、良好な振動特
性を得ることができる。しかしながら、あくまでも一般
材料であるため、使用目的に応じて材料をさらに吟味す
れば、より優れた振動特性を得られることは当然予想さ
れる。

【００１９】前記電極層１２ａ，１２ｂに互いに位相の
異なる所定周波数の交流電圧を印加すると、振動体１０
は縦振動および屈曲振動を発生し、これによって運動抽
出体１３ａ，１３ｂは楕円運動を行なう。

【００２０】そこで、運動抽出体１３ａ，１３ｂに図示
していない移動体を加圧接触させると移動体は所定の方
向に移動する。

【００２１】図２は、本出願に係る発明の第１の実施例
を示す振動駆動装置の運動抽出体１３ａ，１３ｂと移動
体との接触状態の正面図であり、（ａ）は運動抽出体１
３ａ，１３ｂの理想状態、（ｂ）は運動抽出体１３ａ，
１３ｂの高さ違いの状態、（ｃ）は運動抽出体１３ａ，
１３ｂの一方が全体的に傾いている状態を示す。

【００２２】特に図２中（ｂ）と（ｃ）は、運動抽出体
１３ａ，１３ｂが互いに高さが異った場合（ｂ）や一方
が全体的に倒れた場合（ｃ）を示している。図から判断
すれば（ａ）の理想状態と、（ｂ），（ｃ）は移動体と
の当接の仕方に差がないことが理解できる。すなわち、
長時間駆動後に運動抽出体１３ａ，１３ｂが摩耗して
も、それぞれの摩耗量が等しく、理想状態（ａ）の場合
と等しい特性を有することになる。

【００２３】尚、初期に運動抽出体１３ａ，１３ｂを若
干ラッピングによる面出し処理をしておくとより効率を
増すことができる。

【００２４】図３は、本出願に係る発明の第１の実施例
における振動駆動装置において、弾性体１１に圧電体１
２を貼着する具体的な応用例を示す正面図であり、
（ａ）は弾性体１１の運動抽出体１３ａ，１３ｂと反対
側に圧電体１２を設けた場合、（ｂ）は弾性体１１の運
動抽出体１３ａ，１３ｂと同一面側に圧電体１２を設け
た場合、（ｃ）は弾性体の運動抽出体１３ａ，１３ｂと
同一面側に圧電体１２を設け、かつ反対側にも圧電体１
２を設けた場合、（ｄ）は弾性体１１の運動抽出体１３
ａ，１３ｂと反対側全面に圧電体１２を設けた場合、
（ｅ）は弾性体１１の片側全面に圧電体１２を設け、該
圧電体１２上に運動抽出体１３ａ，１３ｂを設けた場
合、（ｆ）は弾性体１１の片側全面に圧電体１２を設
け、該圧電体１２上に運動抽出体１３ａ，１３ｂを設け
ると共に反対側全面に圧電体１２を設けた場合を示す。

【００２５】例えば図３（ｅ）、図３（ｆ）では、運動
抽出体１３ａ，１３ｂを圧電体１２上に貼り付けるか、
又は、弾性体１１と一体的に形成しておき、圧電体１２
はその一部を切り欠くか、その一部に穴を開けておくか
して弾性体１１を圧電体１２よりも上方に突出させてあ
る。このように弾性体１１の全面に圧電体１２を設ける
ことにより、駆動振動のための励振面積が増加して効率
的に増幅された駆動力を得ることができる。

【００２６】図６に本発明の第一実施例を例えばカメラ
レンズ保持部材やプリンターの印字ヘッド等のアクチュ
エータとして具体化した構成を示す。図において示した
アクチュエータは、振動体自身が移動する場合を具体化
したものである。

【００２７】図６中、６０は弾性体と圧電体から成る振
動体、６３ａ，６３ｂは円弧状をした運動抽出体、６４
は振動体６０を支持する支持体、６５は図示していない
装置本体に固定支持される固定プレート、６６は運動抽
出体６３ａ，６３ｂを固定プレート６５に加圧接触させ
るばね性を有する加圧部材で、支持体６４と穴６６ｃで
嵌合状態にある。６８は振動体６０を加圧部材６６を介
して支持する基台であり、加圧部材６６を位置決めする
ピン６８ａ，６８ｂを有する。更に、基台６８にはガイ
ドバー６７と嵌合するスリーブ部６８ｃ及び回転止め用
Ｕ溝６８ｄがあり、これらによって矢印方向のみに移動
可能となっている。

【００２８】（第２の実施例）本実施例において、第１
の実施例と同じ部分には、同一の符号を付し、その説明
を省略してある。

【００２９】図４、図５に第２の実施例を示す。図４
（ａ）は弾性体１１に運動抽出体４２ａ，４２ｂをアウ
トサート成型をした場合を示す。また、図４（ｂ）は弾
性体１１の端面を曲げ加工して運動抽出体としている。

【００３０】又、図５（ａ），（ｂ），（ｃ）は運動抽
出体５２ａ，５２ｂを球状にした場合を示す。

【００３１】尚、第２の実施例における構成に基づく作
用効果は第１の実施例と略同一なので、その説明は省略
する。

【００３２】また、本実施例では、弾性体および電気−
機械エネルギー変換素子を共に長方形状で説明している
が、本発明の効果が得られるものであれば、弾性体およ
び電気−機械エネルギー変換素子の形状は特に規定しな
い。

【００３３】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、運動抽
出体の高さが異なっていたり、互いに傾いている場合に
も、各運動抽出体に対する当り条件が同じである理想状
態と変りなく、しかも長時間駆動後も初期特性が経時的
に変化しない安定した振動駆動装置を得ることができ
る。

【００３４】請求項２に記載の発明によれば、それぞれ
の運動抽出体の摩耗量が同等に行なわれ、理想状態との
等価特性が得られ、より一層の振動駆動特性の向上につ
ながる。例えば、初期状態でそれぞれの運動抽出体に対
し故意にラッピング処理等の面出し処理を行なっても上
記と同様の効果が得られる。

【００３５】請求項３に記載の発明によれば、運動抽出
体に対する接触面積が小さな場合でも、例えばカメラ等
のレンズ保持部材またはプリンターの印字ヘッド等の移
動体に対し優れた振動駆動特性を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本出願に係る発明の第１の実施例を示す振動駆
動装置であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、
（ｃ）は底面図、（ｄ）は全体斜視図である。

【図２】本出願に係る発明の第１の実施例を示す振動駆
動装置の運動抽出体と移動体との接触状態の正面図であ
り、（ａ）は運動抽出体の理想状態、（ｂ）は運動抽出
体の高さ違いの状態、（ｃ）は運動抽出体の一方が全体
的に傾いている状態を示す。

【図３】本出願に係る発明の第１の実施例における振動
駆動装置の応用例を示す正面図であり、（ａ）は弾性体
の運動抽出体と反対側に圧電体を設けた場合、（ｂ）は
弾性体の運動抽出体と同一面側に圧電体を設けた場合、
（ｃ）は弾性体の運動抽出体と同一面側に圧電体を設
け、かつ反対側にも圧電体を設けた場合、（ｄ）は弾性
体の運動抽出体と反対側全面に圧電体を設けた場合、
（ｅ）は弾性体の片側全面に圧電体を設け、該圧電体上
に運動抽出体を設けた場合、（ｆ）は弾性体の片側全面
に圧電体を設け、該圧電体上に運動抽出体を設けると共
に反対側全面に圧電体を設けた場合を示す。

【図４】本出願に係る発明の第２の実施例を示す振動駆
動装置の正面図であり、（ａ）は運動抽出体をアウトサ
ート成型した場合、（ｂ）は弾性体端面を曲げ加工した
場合を示す。

【図５】本出願に係る発明の第２の実施例を示す振動駆
動装置であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、
（ｃ）は全体斜視図である。

【図６】本出願に係る発明の第１の実施例における振動
駆動装置をアクチュエータとして具体化した全体分解斜
視図である。

【図７】従来例を示す振動駆動装置の駆動原理を示す正
面図である。

【図８】従来例を示す振動駆動装置の正面図であり、
（ａ）は運動抽出体の理想状態、（ｂ）は運動抽出体の
高さ違いの状態、（ｃ）は運動抽出体の一方が全体的に
傾いている状態、（ｄ）は運動抽出体の一方の面が傾い
ている状態を示す。

【符号の説明】

１１…弾性体１２…圧電体１２ａ，１２ｂ…電極層１３ａ，１３ｂ…
運動抽出体１４…圧電体１４ａ，１４ｂ…
電極層２１…移動体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも片面側に電気機械エネルギー
変換素子を有する平板形状の弾性体の片面側に駆動力を
取り出す運動抽出体が形成され、該電気機械エネルギー
変換素子に周波電圧を印加することにより該運動抽出体
に駆動力を発生させる振動駆動装置において、該運動抽
出体の断面形状を凸曲面状にしたことを特徴とする振動
駆動装置。
【請求項２】請求項１において、運動抽出体は弾性体
と一体に形成されるか、または弾性体とは別構成の部材
から成ることを特徴とする振動駆動装置。
【請求項３】請求項１において、電気機械エネルギー
変換素子に印加される周波電圧により駆動される縦振動
および屈曲振動との結合された合成振動を運動抽出体の
駆動源としたことを特徴とする振動駆動装置。