JPH1189258A - 振動型駆動装置およびこれを用いた装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 振動体と移動体との加圧接触によって、振動
体および移動体が軸方向にたわみ、振動体と移動体間の
接触圧分布が径方向について不均一となる。 【解決手段】 振動体１と接触体２とを加圧手段５によ
り加圧接触させ、振動体に電気−機械エネルギー変換に
より振動を励起してこれら振動体と接触体とを相対移動
させる振動型駆動装置において、組立前の未加圧状態に
て中立面が加圧方向に直交する方向（振動体、接触体、
加圧手段がリング状に形成されている場合には、リング
径方向）に対して傾斜している接触体、振動体および加
圧手段のいずれかを用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、振動体と接触体と
を加圧接触させ、これらを相対移動させて駆動力を得る
振動型モータ等の振動型駆動装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】上記のような振動型駆動装置は、複写機
の感光ドラムやカメラのレンズ鏡筒を駆動したりする駆
動源として実用化されている。図６には、一般的な振動
型モータの組立前の状態を示している。

【０００３】台座６４により保持されたリング状の振動
体６１には、この振動体６１にたわみ振動を励起する圧
電体（電気−機械エネルギー変換素子）６３が接合され
ている。また、リング状の移動体（接触体）６２には板
バネ（加圧手段）６５の外径部６５ｂが結合されてい
る。

【０００４】そして、組立時に板バネ６５の内径部６５
ａを出力軸６６に沿って加圧方向に変位させ、振動体６
１と移動体６２との間に所定の圧力が生じる位置にて内
径部６５ａを出力軸６６に固定することにより、振動体
６１と移動体６２とを圧接させることができる。こうし
て組み立てられたモータにおいて、振動体６１にたわみ
振動を励起すると、振動体６１と移動体６２との摩擦に
より移動体６２が回転する。移動体６２の回転トルクは
板バネ６５を介して出力軸６６に伝達され、出力軸６６
から回転出力を取り出すことができる。

【０００５】また、図７には他の振動型モータの組立前
の状態を示している。この振動型モータでは、移動体７
２の内径部を直接出力軸６６に結合させている。

【０００６】さらに、特に耐久性が要求される場合に
は、図８に示すように振動型モータを構成することもあ
る。この振動型モータでは、振動体６１と移動体６２と
の間に摩擦材６７を介在させ、振動体６１や移動体６２
自体の摩耗を防ぐようにしている。

【０００７】そして、これらいずれの振動型モータにお
いても、組立前の未加圧状態（当然、振動体６１に振動
が励起されていない状態）では、振動体６１、移動体６
２および板バネ６５の中立面は、リング径方向の面に対
し平行になっている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来の振動型モータでは、振動体と移動体との加
圧接触や振動体の振動によって、振動体および移動体が
軸方向にたわむため、モータ駆動時において、振動体と
移動体間の接触圧分布が径方向について不均一となる。
特に、図９に示すように、振動体６１と移動体６２との
接触部が、板バネ６５による加圧位置や振動体６１の台
座６４による固定位置より外周側である場合には、上記
接触部の接触圧分布は、内周側が高く、外周に向かって
減少することになる。

【０００９】そして、このような接触圧分布の不均一
は、振動体６１や移動体６２（又はこれらの間に介在し
た摩擦材６７）の異常摩耗や異音の発生やモータ効率の
低下を招くという問題がある。

【００１０】この点、特開平７−１９４１５０号公報に
は、振動体と移動体間の接触圧分布が径方向にて均一に
なるように、移動体と振動体（又は摩擦材）との接触部
の形状に傾斜を設けた振動型モータが提案されている。
しかし、一般に接触部は非常に小さな領域であるため、
特に摩耗防止面から摩擦材を介在させたモータにおい
て、摩擦材の加工が困難になるという問題がある。

【００１１】また、特開平８−２３６８７号公報には、
耐久性向上を目的とした摩擦材の材料選択について提案
されているが、材料選択のみでは摩耗防止効果が十分に
得られないという問題がある。

【００１２】そこで、本発明は、駆動時に振動体と移動
体（接触体）との接触部における接触圧分布を均一にし
て、異常摩耗や異音の発生を抑え、駆動効率を向上させ
ることができるようにした振動型駆動装置を提供するこ
とを目的としている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明では、振動体と接触体とを加圧手段により加
圧接触させ、振動体に電気−機械エネルギー変換により
振動を励起してこれら振動体と接触体とを相対移動させ
る振動型駆動装置において、組立前の未加圧状態にて中
立面が加圧方向に直交する方向（振動体、接触体、加圧
手段がリング状に形成されている場合には、リング径方
向）に対して傾斜している接触体、振動体および加圧手
段のいずれかを用いるようにしている。

【００１４】すなわち、予め中立面が加圧方向又はその
反対方向に向かって傾斜した振動体等を用いることによ
り、振動体と移動体とを加圧接触させてこれらが加圧方
向等にたわんだ状態で、振動体と移動体との接触部が上
記直交方向における均一な接触圧分布を確保できるよう
にしている。

【００１５】

【発明の実施の形態】

（第１実施形態）図１には、本発明の第１実施形態であ
る振動型モータ（振動型駆動装置）の組立前の状態を示
している。リング状の振動体１は、その内径部が台座４
にビス等で固定されている。この振動体１の外径部の下
面には、この振動体１にたわみ振動を励起する圧電体
（電気−機械エネルギー変換素子）３が接着されてお
り、外径部の上面には摩擦材７（以下、これを含めて振
動体１という）が接着されている。

【００１６】また、リング状の移動体（接触体）２の内
径部の上面には、この移動体２の外径部を振動体１に圧
接させるためのリング状の板バネ（加圧手段）５の外径
部５ｂが結合されている。

【００１７】ここで、振動体１は、図１に示す組立前の
未加圧状態（振動体１と移動体２とが圧接していない状
態であり、振動体１に振動が励起されていない状態）に
おいて、その中立面がリング径方向に対して傾斜する形
状に形成されている。

【００１８】振動体１の中立面のリング径方向に対する
傾斜角度は、モータ駆動時の振動体１と移動体２間の接
触圧分布が各部品の剛性、寸法に依存するため、有限要
素法を用いた数値シミュレし−ションを利用し、各部品
の剛性、寸法を考慮した上で、振動体１と移動体２との
間に所定の圧力をかけたときにこの接触部のリング径方
向における接触圧分布が均一になるように決定する。

【００１９】具体的には、振動体１の中立面の傾斜角度
をパラメータとして、振動体１と移動体２とのリング径
方向における接触圧分布が均一になる値を求めることに
なる。

【００２０】図２には、振動体１の中立面のリング径方
向に対する傾斜角θを０．５度（図２（ａ））および
０．７度（図２（ｂ））に設定したときの有限要素法に
よる接触解析例を示している。これらの解析例から分か
るように、傾斜角θを徐々に増していくと内周側に片寄
っていた接触圧力分布が均一に近づくので、最終的に図
３に示すように接触圧力分布が均一になるまで傾斜角θ
を増やして、このときの傾斜角θを本実施形態における
傾斜角として使用する。

【００２１】そして、組立時に板バネ５の内径部５ａを
出力軸６に沿って加圧方向に変位させ、振動体１と移動
体２との間に所定の圧力が生じる位置にて内径部５ａを
出力軸６に固定することにより、振動体１と移動体２と
をリング径方向の均一な接触圧分布を確保して圧接させ
ることができる。

【００２２】こうして組み立てられたモータにおいて、
振動体１にたわみ振動を励起すると、振動体１と移動体
２との摩擦により移動体２が回転する。このとき、上述
したように振動体１と移動体２とのリング径方向の均一
な接触圧分布を確保しているため、モータ駆動時におけ
る振動体１や移動体２の異常摩耗や異音の発生を抑える
とともに、モータ効率を向上させることができる。

【００２３】なお、移動体２の回転トルクは板バネ５を
介して出力軸６に伝達され、出力軸６から回転出力を取
り出して、複写機の感光ドラム等の駆動対象を駆動する
ことができる。

【００２４】（第２実施形態）図４には、本発明の第２
実施形態である振動型モータ（振動型駆動装置）の組立
前の状態を示している。リング状の振動体４１は、その
内径部が台座４４にビス等で固定されている。この振動
体４１の外径部の下面には、この振動体４１にたわみ振
動を励起する圧電体（電気−機械エネルギー変換素子）
４３が接着されており、外径部の上面には摩擦材４７
（以下、これを含めて振動体４１という）が接着されて
いる。

【００２５】リング状の移動体（接触体）４２の内径部
の上面には、この移動体４２の外径部を振動体４１に圧
接させるためのリング状の板バネ（加圧手段）４５の外
径部４５ｂが結合されている。

【００２６】ここで、移動体４２は、図４に示す組立前
における未加圧状態（振動体４１と移動体４２とが圧接
していない状態であり、振動体４１に振動が励起されて
いない状態）において、その中立面がリング径方向に対
して傾斜する形状に形成されている。

【００２７】移動体４２の中立面のリング径方向に対す
る傾斜角度は、モータ駆動時の振動体４１と移動体４２
間の接触圧分布が各部品の剛性、寸法に依存するため、
有限要素法を用いた数値シミュレし−ションを利用し、
各部品の剛性、寸法を考慮した上で、振動体４１と移動
体４２との間に所定の圧力をかけたときにこの接触部の
リング径方向における接触圧分布が均一になるように決
定する。

【００２８】具体的には、移動体４２の中立面の傾斜角
度をパラメータとして、振動体４１と移動体４２とのリ
ング径方向における接触圧分布が均一になる値を、第１
実施形態と同様にして求めることになる。

【００２９】そして、組立時に板バネ４５の内径部４５
ａを出力軸４６に沿って加圧方向に変位させ、振動体４
１と移動体２との間に所定の圧力が生じる位置にて内径
部４５ａを出力軸４６に固定することにより、振動体１
と移動体２とをリング径方向の均一な接触圧分布を確保
して圧接させることができる。

【００３０】こうして組み立てられたモータにおいて、
振動体４１にたわみ振動を励起すると、振動体４１と移
動体２との摩擦により移動体４２が回転する。このと
き、上述したように振動体４１と移動体４２とのリング
径方向の均一な接触圧分布を確保しているため、モータ
駆動時における振動体４１や移動体４２の異常摩耗や異
音の発生を抑えるとともに、モータ効率を向上させるこ
とができる。

【００３１】なお、移動体４２の回転トルクは板バネ４
５を介して出力軸４６に伝達され、出力軸４６から回転
出力を取り出して、複写機の感光ドラム等の駆動対象を
駆動することができる。

【００３２】（第３実施形態）図５には、本発明の第３
実施形態である振動型モータ（振動型駆動装置）の組立
前の状態を示している。リング状の振動体５１は、その
内径部が台座５４にビス等で固定されている。この振動
体５１の外径部の下面には、この振動体５１にたわみ振
動を励起する圧電体（電気−機械エネルギー変換素子）
５３が接着されており、外径部の上面には摩擦材５７
（以下、これを含めて振動体５１という）が接着されて
いる。

【００３３】また、リング状の移動体（接触体）５２の
上面には、この移動体５２を振動体５１に圧接させるた
めのリング状の板バネ（加圧手段）５５の外径部５５ｂ
が結合されている。

【００３４】ここで、板バネ５５は、組立前の未加圧状
態（振動体５１と移動体５２とが圧接していない状態で
あり、振動体５１に振動が励起されていない状態）にお
いて、その中立面がリング径方向に対して傾斜する形状
に形成されている。

【００３５】板バネ５５の中立面のリング径方向に対す
る傾斜角度は、モータ駆動時の振動体５１と移動体５２
間の接触圧分布が各部品の剛性、寸法に依存するため、
有限要素法を用いた数値シミュレ−ションを利用し、各
部品の剛性、寸法を考慮した上で、振動体５１と移動体
５２との間に所定の圧力をかけたときにこの接触部のリ
ング径方向における接触圧分布が均一になるように決定
する。

【００３６】具体的には、板バネ５５の中立面の傾斜角
度をパラメータとして、振動体５１と移動体５２とのリ
ング径方向における接触圧分布が均一になる値を、第１
実施形態と同様にして求めることになる。

【００３７】そして、組立時に板バネ５５の内径部５５
ａを出力軸５６に沿って加圧方向に変位させ、振動体５
１と移動体５２との間に所定の圧力が生じる位置にて内
径部５５ａを出力軸５６に固定することにより、振動体
５１と移動体５２とをリング径方向の均一な接触圧分布
を確保して圧接させることができる。

【００３８】こうして組み立てられたモータにおいて、
振動体５１にたわみ振動を励起すると、振動体５１と移
動体５２との摩擦により移動体５２が回転する。このと
き、上述したように振動体５１と移動体５２とのリング
径方向の均一な接触圧分布を確保しているため、モータ
駆動時における振動体５１や移動体５２の異常摩耗や異
音の発生を抑えるとともに、モータ効率を向上させるこ
とができる。

【００３９】なお、移動体５２の回転トルクは板バネ５
５を介して出力軸５６に伝達され、出力軸５６から回転
出力を取り出して、複写機の感光ドラム等の駆動対象を
駆動することができる。

【００４０】なお、上記各実施形態では、加圧手段とし
て板バネを使用した振動型モータについて説明したが、
本発明は、板バネ以外の加圧手段を用いた振動型モータ
にも適用することができる。

【００４１】また、上記各実施形態では、移動体（接触
体）に連結された出力軸から回転出力を取り出せるよう
にしたリング状の振動型モータについて説明したが、本
発明は、振動体を接触体に対して移動させるタイプの振
動型モータや、移動体から直接回転出力を取り出すタイ
プの振動型モータや、直進型の振動型モータ等、各種振
動型モータに適用することができる。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
予め中立面が加圧方向に直交する方向に対して傾斜（つ
まり加圧方向又はその反対方向に向かって傾斜）した振
動体、接触体又は加圧手段を用いているので、振動体と
移動体とを加圧接触させてこれらが加圧方向等にたわん
だ状態で、振動体と移動体との接触部における上記直交
方向での均一な接触圧分布を確保できる。このため、駆
動時における振動体や接触体の異常摩耗や異音の発生を
抑えるとともに、駆動効率を向上させることができる。

【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型モータの組
立前の状態を示す断面図である。

【図２】上記振動型モータの有限要素法による振動体の
形状決定過程の説明図である。

【図３】上記振動型モータの組立後における振動体と移
動体間の接触圧分布の説明図である。

【図４】本発明の第２実施形態である振動型モータの組
立前の状態を示す断面図である。

【図５】本発明の第３実施形態である振動型モータの組
立前の状態を示す断面図である。

【図６】従来の振動型モータの組立前の状態を示す断面
図である。

【図７】従来の振動型モータの組立前の状態を示す断面
図である。

【図８】従来の振動型モータの組立前の状態を示す断面
図である。

【図９】従来の振動型モータの組立後における振動体と
移動体間の接触圧分布の説明図である。

【符号の説明】

１，４，５１，６１ 振動体 ２，４２，５２，６２ 移動体 ３，４３，５３，６３ 圧電体 ４，４４，５４，６４ 台座 ５，４５，５５，６５ 板バネ ６，４６，５６，６６ 出力軸 ７，４７，５７，６７ 摩擦材

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 振動体と接触体とを加圧接触させ、前記
   振動体に電気−機械エネルギー変換により振動を励起し
   てこれら振動体と接触体とを相対移動させる振動型駆動
   装置において、 組立前の未加圧状態にて中立面が加圧方向に直交する方
   向に対して傾斜している接触体を用いたことを特徴とす
   る振動型駆動装置。
2. 【請求項２】 振動体と接触体とを加圧接触させ、前記
   振動体に電気−機械エネルギー変換により振動を励起し
   てこれら振動体と接触体とを相対移動させる振動型駆動
   装置において、 組立前の未加圧状態にて中立面が加圧方向に直交する方
   向に対して傾斜している振動体を用いたことを特徴とす
   る振動型駆動装置。
3. 【請求項３】 前記振動体および前記接触体がリング状
   に形成されており、 前記加圧方向に直交する方向が、リング径方向であるこ
   とを特徴とする請求項１又は２に記載の振動型駆動装
   置。
4. 【請求項４】 振動体と接触体とを加圧接触させる加圧
   手段を有し、前記振動体に電気−機械エネルギー変換に
   より振動を励起してこれら振動体と接触体とを相対移動
   させる振動型駆動装置において、 組立前の未加圧状態にて中立面が加圧方向に直交する方
   向に対して傾斜している加圧手段を用いたことを特徴と
   する振動型駆動装置。
5. 【請求項５】 前記加圧手段がリング状に形成されてお
   り、 前記加圧方向に直交する方向が、リング径方向であるこ
   とを特徴とする請求項４に記載の振動型駆動装置。
6. 【請求項６】 前記加圧手段が、板バネであることを特
   徴とする請求項４又は５に記載の振動型駆動装置。
7. 【請求項７】 請求項１から６のいずれかに記載の振動
   型駆動装置を駆動源として用いたことを特徴とする装
   置。