JPH0998585A - 振動波駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 加圧部材が撓んで移動体のエッジに線接触す
ると、介在するゴムのクリープ量が大きくなって加圧抜
けが生じたり、加圧部材の変形ストロークが小さくなっ
て十分な加圧力が得られない。 【解決手段】 圧電素子４の振動により進行性振動波が
形成される振動体１と、この振動体１に加圧接触する接
触体２０と、この接触体の加圧方向に交差する方向に延
び、端部を接触体の受圧部２０ｂに接触させてこの接触
体に加圧力を付与する加圧部材７とを有してなる振動波
駆動装置において、加圧部材の端部と受圧部とを面接触
させるようにしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧電素子の振動に
より振動体に発生させた進行性振動波を利用して、振動
体とこの振動体に接触する接触体とを相対運動させる振
動波駆動装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】上記のような振動波駆動装置は、最近カ
メラのレンズ駆動装置やプリンタの給紙装置等、種々の
装置に応用されている。そして、従来の振動波駆動装置
は、例えば図６に示すように構成されている。

【０００３】この図において、１は振動体であり、この
振動体１は、リング状の金属弾性体３と、この弾性体３
の軸方向一端面（図では下面）に接着された圧電素子４
と、弾性体３の軸方向他端面（図では上面）に接着さ
れ、複合樹脂等から形成された摺動材５とから構成され
ている。

【０００４】２はリング状に形成された移動体（接触
体）であり、この移動体２は、径方向外側に形成された
摺動部２ａと、径方向内側に形成されて摺動部２ａと弾
性的に結合した受圧部２ｂとから構成されている。

【０００５】７は略円板状に形成された加圧ばねであ
り、この加圧ばね７の径方向内側の端部は出力シャフト
９にカラー８を介して固定されており、加圧ばね７の径
方向外側の端部は受圧部２ｂの上面にゴム６を介して接
触している。このため、移動体２は振動体１に対して加
圧ばね７の加圧力によって加圧接触する。

【０００６】なお、１０はシャフト９を回転自在に支持
するベアリング、１１は加圧反力を受けるカラー、１２
は駆動装置のカバーである。

【０００７】このように構成された振動波駆動装置で
は、圧電素子４に交流電圧を印加して振動体１の固有振
動数に相当する振動数で振動を発生させると、振動体１
が共振し、振動体１の周方向に進行性振動波が形成され
る。そして、振動体１に加圧接触している移動体２が、
両者間の摺動面の摩擦力によって周方向に回転駆動され
る。シャフト９は移動体２と一体回転するため、シャフ
ト９を介して移動体２の回転駆動力を取り出すことがで
きる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような振動波駆動装置では、加圧ばね７が図６に示すよ
うに皿状に撓み、図７に詳しく示すように加圧ばね７の
径方向外側の端部のうち内側の部分がゴム６の径方向内
側のエッジに線接触するため、上記エッジ周辺部分に加
圧ばね７の加圧力が集中して作用する。したがって、特
に高温下で長時間放置すると、ゴム６のクリープ量が大
きくなって、その分加圧ばね７の変形量が小さくなるの
で、移動体２に付与される加圧力も小さくなり（いわゆ
る加圧抜けが生じる）、その結果、移動体２と振動体１
との接触面圧が不足して十分な回転駆動力が得られない
という問題がある。

【０００９】また、摺動材５は振動体１との摺動によっ
て摩耗し、厚さが徐々に薄くなるが、上記のように加圧
ばね７がゴム６の内側エッジに線接触した状態では、加
圧ばね７の変形ストロークが小さくなる。このため、摺
動材５の摩耗が進むと、加圧ばね７の変形量不足により
十分な加圧力を発生することができなくなるという問題
もある。

【００１０】さらに、加圧ばね７の変形ストロークが小
さいと、変形量のばらつきに対する加圧力のばらつきが
大きくなるため、駆動装置ごとに適正な加圧力を得るた
めに、組立精度を厳しく管理する必要が生ずる。

【００１１】そこで、本発明の第１の目的は、撓んだ加
圧ばねと接触体とをできるだけ広い範囲で接触させ、か
つできるだけ大きな加圧ばねの変形ストロークが得ら
れ、さらには組立誤差による加圧力のばらつきの少ない
振動波駆動装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本願第１の発明では、圧電素子の振動により進行
性振動波が形成される振動体と、この振動体に加圧接触
する接触体と、この接触体の加圧方向に交差する方向に
延び、端部を接触体の受圧部に接触させてこの接触体に
加圧力を付与する加圧部材とを有してなる振動波駆動装
置において、加圧部材の端部と受圧部とを面接触させる
ようにしている。

【００１３】すなわち、加圧部材と接触体の受圧部とを
面で接触させることにより、これらの間にゴム等の弾性
部材を介在させた場合に、この弾性部材の全体にほぼ均
一に加圧力を分布させて、弾性部材のクリープによる加
圧抜けを小さくし、接触体の振動体に対する十分な接触
面圧を確保することができるようにしている。また、加
圧部材と接触体の受圧部とを面で接触させることによ
り、加圧部材の変形ストロークを大きくして、振動体が
摩耗することによって加圧部材の変形量が若干小さくな
っても十分な加圧力を維持でき、さらには多少の組立誤
差があっても加圧力のばらつきを小さくすることができ
るようにしている。

【００１４】具体的には、受圧部に上記交差方向に対し
て傾斜するテーパ面を形成したり、加圧部材の端部を折
り曲げたりして、受圧部と加圧部材の端部とを平行にし
て両者を接触させるのが望ましい。

【００１５】なお、接触体が回転軸を中心に周方向に回
転するリング状に形成され、加圧部材が、接触体の径方
向に延び、径方向外側の端部が接触体の受圧部に接触し
てこの接触体に軸方向への加圧力を付与するようになっ
ているリング状駆動装置の場合には、受圧部に径方向に
対して傾斜するテーパ面を形成したり、加圧部材の外側
端部を折り曲げたりして、受圧部と加圧部材の外側端部
とを平行にし、両者を接触させればよい。

【００１６】

【発明の実施の形態】

（第１実施形態）図１は、本発明の第１実施形態である
振動波モータ（振動波駆動装置）の断面図である。この
図において、１は振動体であり、この振動体１は、周方
向長さがλの整数倍となるようにリング状に形成された
金属弾性体３と、この弾性体３の軸方向一端面（図では
下面）に耐熱性のエポキシ樹脂系接着剤等により接着さ
れた複数個の圧電素子４と、弾性体３の軸方向他端面
（図では上面）に同様に接着され、複合樹脂等から形成
された摺動材５とから構成されている。

【００１７】金属弾性体３は、ステンレス、リン青銅、
アルミ合金、鉄系金属等により形成され、可撓性を有す
る。また、複数個の圧電素子４は互いに分極方向が異な
る（つまりは伸縮特性が逆の関係となる）２群に分けら
れており、一方の群の圧電素子４と他方の群の圧電素子
４とが弾性体３の下面に周方向に交互に並んで配列され
ている。なお、同一群の複数個の圧電素子４はλ／２の
ピッチで配列されており、両群間にはλ／４の奇数倍の
ずれがある。また、摺動材５の上面には、後述する移動
体２０との摩擦によってわだちができないように、移動
体２の接触幅より狭い幅のリング状突起が形成されてい
る。

【００１８】２０はリング状に形成された移動体であ
り、この移動体２０は、Ｓｉを分散複合したアルミ合金
等から形成されており、径方向外側に形成された摺動部
２０ａと、径方向内側に形成されて摺動部２０ａと弾性
的に結合した受圧部２０ｂとから構成されている。摺動
部２０ａの摺動面（図では下面）は、径方向に延びる溝
を周方向に複数本入れて櫛歯状に形成されている。

【００１９】７は略円板状に形成された加圧ばねであ
り、移動体２０の径方向（移動体２の加圧方向に交差す
る方向）に延びている。８はこの加圧ばね７の径方向内
側の端部を固定するカラーである。また、９は出力シャ
フトであり、このシャフト９にはカラー８が圧入等によ
って接合されている。こうしてシャフト９に固定された
加圧ばね７の径方向外側の端部は、移動体２の受圧部２
ｂの上面にゴム６を介して接触している。このため、移
動体２は振動体１に対して加圧ばね７の加圧力によって
加圧接触する。

【００２０】１０はシャフト９を回転自在に支持するベ
アリング、１１は加圧反力を受けるカラー、１２は駆動
装置のカバーである。

【００２１】このように構成された振動波駆動装置にお
いて、一方の群（以下、Ａ相と称する）の圧電素子４に
だけ交流電圧を印加すると、弾性体３に、Ａ相の各圧電
素子４の中央点およびここからλ／２おきの点を腹の位
置とし、腹と腹の間の中央点を節の位置とする曲げ振動
の定在波（波長λ）が全周にわたって発生する。また、
他方の群（以下、Ｂ相と称する）の圧電素子４にだけ交
流電圧を印加すると同様の定在波が発生するが、その腹
および節の位置はＡ相による定在波に対してλ／４のず
れている。

【００２２】そして、両相の圧電素子４に、周波数が同
じで、互いに９０゜の時間的位相差を有する交流電圧を
同時に印加すると、２つの定在波が発生し、これら定在
波が合成される結果、弾性体３には周方向に進行する曲
げ振動の進行波（波長λ）が発生し、このとき厚みを有
する弾性体３の各点は楕円運動する。したがって、弾性
体３に移動体２を加圧接触させておけば、移動体２は弾
性体３から周方向の摩擦力を受けて回転駆動される。な
お、移動体２と弾性体３との間に、前述したように形成
された摺動材５が介在しているため、振動の中立面が下
側（圧電素子４の固着面側）に移動し、同じ振幅でも回
転数を上げてモータ効率を上げることができる。

【００２３】次に、本発明の特徴点である加圧ばね７と
移動体２０との接触状態について説明する。図２には、
加圧ばね７と移動体２０との接触状態の一例を示してお
り、ここでは、移動体２０の受圧部２０ｂの上面におけ
る内径側部分を径方向に対して傾斜するテーパ面とし、
このテーパ面にゴム６を載せてその上に加圧ばね７の外
側端部を接触させる。テーパ面の傾斜角度と加圧ばね７
の外側端部のたわみ角度とがほぼ等しくなるようにして
両者を平行にすることにより、加圧ばね７の外側端部が
ゴム６に面接触し、ゴム６におけるテーパ面に載せられ
た部分の全体にほぼ均一に加圧力が分布する。このた
め、加圧ばね７の外側端部がゴム６の内径エッジに線接
触する場合に比べて、ゴム６にかかる面圧を小さくする
ことができ、ゴム６のクリープ量を小さくしていわゆる
加圧抜けを少なくすることができる。したがって、移動
体２０の振動体１に対する接触面圧を十分に大きくする
ことができ、モータの発生トルクを大きくすることがで
きる。

【００２４】しかも、加圧ばね７の加圧点の平均径が、
ゴム６の内径エッジに線接触する場合に比べて、径方向
外方に移動するため、その分ばね７の変形ストロークを
大きくすることができる。したがって、摺動材５の摩耗
によって移動体２０の位置が下がるのに伴って加圧ばね
７の変形量が若干小さくなっても、加圧力の減少を小さ
く抑えることができ、また、組立誤差による加圧力のば
らつきを抑えることができる。

【００２５】（第２実施形態）なお、図３に示すよう
に、移動体２００の受圧部２００ｂの上面全体をテーパ
面としてもよい。これにより、第１実施形態に比べて、
ゴム６の受ける面圧をさらに小さくすることができると
ともに、加圧ばね７の変形ストロークをより大きくする
ことができる。

【００２６】（第３実施形態）図４は、本発明の第２実
施形態の振動波モータにおける加圧ばね７０と移動体２
との接触状態を示す断面図である。ここでは、移動体２
の受圧部２ｂにテーパ面を形成する代わりに、加圧ばね
７０の外側端部をここよりも内側の部分に対して折り曲
げ加工し、加圧のために変形した加圧ばね７０の外側端
部が、移動体２の受圧部２ｂの上面に対して平行に延び
るようにしたものである。図５には、加圧ばね７０の変
形前の状態を示している。

【００２７】この実施形態においても、受圧部２ｂにゴ
ム６を載せてその上に加圧ばね７０の外側端部を接触さ
せると、加圧ばね７の外側端部がゴム６に面接触し、ゴ
ム６の圧力分布がテーパ面上でほぼ均一となるため、加
圧ばね７０の外側端部がゴム６の内径エッジに線接触す
る場合に比べて、ゴム６にかかる面圧が小さくなり、ゴ
ム６のクリープ量を小さくして加圧抜けを少なくするこ
とができる。

【００２８】しかも、加圧ばね７０の加圧点の平均径
が、ゴム６の内径エッジに線接触する場合に比べて、径
方向外方に移動するため、その分ばね７０の変形ストロ
ークを大きくすることができる。したがって、摺動材５
の摩耗によって移動体２０の位置が下がっても加圧力の
減少を小さく抑えることができ、また、組立誤差による
加圧力のばらつきを抑えることができる。

【００２９】なお、上記各実施形態では、円板状の加圧
ばねを用いた場合について説明したが、本発明の駆動装
置に用いる加圧ばねはこれ以外の形状、例えば径方向に
延びるスリットを周方向に複数本入れて放射形状に形成
したものでもよい。

【００３０】また、本発明は、以上の実施形態および変
形例、またはそれら技術要素を必要に応じて組み合わせ
て用いてもよい。

【００３１】（実施形態と請求の範囲との関係）以上説
明した実施形態において、振動体１が請求の範囲にいう
振動体に、移動体２，２０，２００が請求の範囲にいう
接触体に、受圧部２ｂ，２０ｂ，２００ｂが請求の範囲
にいう移動体の受圧部に、加圧ばね７，７０が請求の範
囲にいう加圧部材にそれぞれ相当する。

【００３２】なお、以上が本発明の各構成と実施形態の
各構成の対応関係であるが、本発明はこれら実施形態の
構成に限られるものではなく、請求項に示した機構また
は実施形態の構成が持つ機能が達成できる構成であれば
どのようなものであってもよい。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、接触
体の加圧方向に交差する方向（リング状駆動装置である
場合には、径方向）に延びる加圧部材と、この加圧部材
から加圧力を受ける接触体の受圧部とを面で接触させる
ようにしている。このため、本発明を用いれば、加圧部
材と受圧部との間に弾性部材が介在している場合に、こ
の弾性部材の全体にほぼ均一に加圧力を分布させて、弾
性部材の過大なクリープによるいわゆる加圧抜けを防止
し、接触体の振動体に対する十分な接触面圧を確保する
ことができる。したがって、駆動装置に大きな出力トル
クを発生させることができる。

【００３４】また、加圧部材と接触体の受圧部とを面で
接触させることにより、加圧部材の変形ストロークを大
きくすることができるため、振動体が摩耗して加圧部材
の変形量が若干小さくなっても十分な加圧力を維持で
き、さらには多少の組立誤差があっても加圧力のばらつ
きを小さく抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態である振動波駆動装置の
断面図である。

【図２】上記第１実施形態の振動波駆動装置の加圧部材
と接触体との接触部分を拡大して示す断面図である。

【図３】本発明の第２実施形態である振動波駆動装置の
加圧部材と接触体との接触部分を拡大して示す断面図で
ある。

【図４】本発明の第３実施形態である振動波駆動装置の
加圧部材と接触体との接触部分を拡大して示す断面図で
ある。

【図５】上記第３実施形態の加圧部材の変形前の状態を
示す断面図である。

【図６】従来の振動波駆動装置の断面図である。

【図７】上記従来の振動波駆動装置の加圧部材と接触体
との接触部分を拡大して示す断面図である。

【符号の説明】 １ 振動体 ２，２０，２００ 移動体（接触体） ２ｂ，２０ｂ，２００ｂ 受圧部 ３ 金属弾性体 ４ 圧電素子 ５ 摺動材 ６ ゴム ７，７０ 加圧ばね ９ 出力シャフト

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電素子の振動により進行性振動波が形
   成される振動体と、この振動体に加圧接触する接触体
   と、この接触体の加圧方向に交差する方向に延び、端部
   を前記接触体の受圧部に接触させてこの接触体に加圧力
   を付与する加圧部材とを有してなる振動波駆動装置にお
   いて、 前記加圧部材の端部と前記受圧部とを面接触させたこと
   を特徴とする振動波駆動装置。
2. 【請求項２】 前記受圧部に前記交差方向に対して傾斜
   するテーパ面を形成して、このテーパ面と前記加圧部材
   の端部とを平行にして接触させたことを特徴とする請求
   項１に記載の振動波駆動装置。
3. 【請求項３】 前記加圧部材の端部を折り曲げて、前記
   受圧部に対して平行にして接触させたことを特徴とする
   請求項１に記載の振動波駆動装置。
4. 【請求項４】 前記接触体が回転軸を中心に周方向に回
   転するリング状に形成され、 前記加圧部材が、前記接触体の径方向に延び、径方向外
   側の端部が前記接触体の受圧部に接触してこの接触体に
   軸方向への加圧力を付与するようになっており、 前記加圧部材の外側端部と前記受圧部とを面接触させた
   ことを特徴とする請求項１に記載の振動波駆動装置。
5. 【請求項５】 前記受圧部に前記径方向に対して傾斜す
   るテーパ面を形成して、このテーパ面と前記加圧部材の
   外側端部とを平行にして接触させたことを特徴とする請
   求項４に記載の振動波駆動装置。
6. 【請求項６】 前記加圧部材の外側端部を折り曲げて、
   前記受圧部に対して平行にして接触させたことを特徴と
   する請求項４に記載の振動波駆動装置。
7. 【請求項７】 前記加圧部材の端部と前記受圧部との間
   にゴム等の弾性部材を介在させたことを特徴とする請求
   項１から６のいずれかに記載の振動波駆動装置。