JPH11346487A

JPH11346487A - 振動波装置および振動波駆動装置

Info

Publication number: JPH11346487A
Application number: JP10154708A
Authority: JP
Inventors: Ichiro Okumura; 一郎奥村
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1998-06-03
Filing date: 1998-06-03
Publication date: 1999-12-14
Anticipated expiration: 2018-06-03
Also published as: JP4026930B2

Abstract

(57)【要約】【課題】耐久時間が長く、大トルクの発生が可能な振動
波モータ等の振動波装置を提供する。【解決手段】駆動波が形成される駆動部（３，４，５）
を軸方向両側にそれぞれ備えた振動体１を同軸的に複数
配置した振動体群と、前記駆動部とそれぞれ加圧接触す
る複数の接触体２と、前記振動体群を保持する保持部材
（１９ａ、１９ｂ、１９ｃ）とを有し、前記複数の振動
体と前記複数の接触体とを同方向に相対移動させるよう
に前記複数の振動体を駆動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は振動波モータ等の振
動波装置および振動波装置を駆動源として有する振動波
駆動装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、振動波装置として、例えばリング
状等に形成された金属等の弾性体に形成した曲げ振動を
利用した進行波型振動波モータ、あるいは棒状に形成さ
れた振動体の曲げ振動を利用した棒状振動波モータが実
用化されている。

【０００３】一方、出力トルクを大きくするため、複数
の振動波モータを連結する技術も提案されている（特開
平９−３７５７３号公報）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、振動波モー
タは、駆動振動が形成される振動体と、該振動体に加圧
接触する接触体とを基本的な構成として有しているが、
例えば振動体をステータとした場合、振動体をモータケ
ース等の固定部材に何らかの方法で固定することが駆動
源として利用する上で必要となる。

【０００５】例えば、リング状の振動波モータの場合、
ステータとしてのリング状振動体が外周部でモータケー
スに固定されておらず、ステータの外径部に形成した突
起とケースの内側に形成した溝とのかみ合わせで回転止
め機構としている。いわゆるスプライン機構を利用して
いる。

【０００６】このため、スプライン結合を構成する突起
と溝の噛み合い部分にできる隙間ではステータが自由に
移動可能となり、その結果そこでガタを発生する場合が
あった。

【０００７】このため、ロータとしての接触体の回転を
精度良く制御しようとしても、ガタによる誤差以下の精
度でロータを制御することができなかった。

【０００８】また、ステータの外径部とモータケースを
固定してしまうと、ステータの振動がモータケースに伝
搬して、エネルギ損失が増えて、モータの駆動効率が悪
くなったり、モータケースに伝搬した振動がエンコーダ
などのセンサや周辺機器にノイズとして悪影響を及ぼす
ことも考えられる。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の振動波装置の第
１の構成は、駆動波が形成される駆動部を軸方向両側に
それぞれ備えた振動体を同軸的に複数配置した振動体群
と、前記駆動部とそれぞれ加圧接触する複数の接触体
と、前記振動体群を保持する保持部材とを有し、前記複
数の振動体と前記複数の接触体とを同方向に相対移動さ
せるように前記複数の振動体を駆動するようにしたもの
である。

【００１０】本発明の振動波装置の第２の構成は、電気
−機械エネルギー変換素子に印加する交番信号により駆
動波が形成される一対の駆動部の間に薄板の取り付け部
材を配置した振動体を同軸的に複数配置した振動体群
と、前記駆動部とそれぞれ加圧接触する複数の接触体
と、前記取り付け部材の外周部が固定されて前記振動体
群を保持する保持部材とを有し、前記複数の振動体と前
記複数の接触体とを同方向に相対移動させるように前記
複数の振動体を駆動するようにしたものである。

【００１１】本発明の振動波装置の第３の構成は、電気
−機械エネルギー変換素子に印加する交番信号により駆
動波が形成される一対の駆動部の間に薄板の取り付け部
材を配置した振動体を同軸的に複数配置した振動体群
と、前記駆動部とそれぞれ加圧接触する複数の接触体
と、前記複数の接触体が固定される出力軸と、前記取り
付け部材の外周部が固定されて前記振動体群を保持する
保持部材とを有し、前記複数の振動体と前記複数の接触
体とを同方向に相対移動させるように前記複数の振動体
を駆動するようにしたものである。

【００１２】本発明の振動波装置の第４の構成は、電気
−機械エネルギー変換素子に印加する交番信号により駆
動波が形成される一対の駆動部の間に薄板の取り付け部
材を配置した中空の振動体を同軸的に複数配置した振動
体群と、前記駆動部とそれぞれ加圧接触する複数の接触
体と、前記複数の接触体が固定されると共に前記複数の
中空の振動体が外装される出力軸と、前記取り付け部材
の外周部が固定されて前記振動体群を保持する保持部材
とを有し、前記複数の振動体と前記複数の接触体とを同
方向に相対移動させるように前記複数の振動体を駆動す
るようにしたものである。

【００１３】本発明の振動波装置の第５の構成は、電気
−機械エネルギー変換素子に印加する交番信号により駆
動波が形成される一対の駆動部の間に薄板の取り付け部
材を配置した中空の振動体を同軸的に複数配置した振動
体群と、前記駆動部とそれぞれ加圧接触する複数の接触
体と、前記複数の接触体が固定されると共に前記複数の
中空の振動体が外装される出力軸と、前記取り付け部材
の外周部が固定されて前記振動体群を保持する外部ケー
スとしての保持部材とを有し、前記複数の振動体と前記
複数の接触体とを同方向に相対移動させるように前記複
数の振動体を駆動するようにしたものである。

【００１４】本発明の振動波装置の第６の構成は、互い
に当接する前記複数の振動体と接触体とを加圧接触させ
る加圧部材を前記出力軸と一体に回転するように設けた
ものである。

【００１５】本発明の振動波装置の第７の構成は、上記
した第４、５または６の構成において、前記出力軸を軸
支する軸受け部材を前記保持部材に設けたものである。

【００１６】本発明の振動波装置の第８の構成は、上記
したいずれかの構成において、前記振動体の駆動部は、
弾性体と、該弾性体の内側に配置された電気−機械エネ
ルギー変換素子により構成されてるようにしたものであ
る。

【００１７】本発明の振動波装置の第９の構成は、ディ
スク形状に形成された第１の弾性体と、前記第１の弾性
体と同軸的に配置された第２の弾性体との間に電気−機
械エネルギ変換素子を挟持すると共に、前記第１の弾性
体と前記第２の弾性体との中間の対称中心面に薄板を配
置した複数の中空振動体と、前記薄板の外径部分が固定
されて前記複数の弾性体を支持する外部ケースと、前記
第１の弾性体と前記第２の弾性体と加圧接触して摩擦駆
動される前記出力軸に固定されている複数の中空移動体
を有し、位置的位相差を有して配置された前記電気−機
械エネルギ変換素子へ位相差を有する交番信号を印加す
ることにより、前記電気−機械エネルギ変換素子を厚み
方向に変位させ、前記第１の弾性体と前記第２の弾性体
との対向面に位相が反転した円又は楕円運動を形成し、
前記第１の弾性体と前記第２の振動弾性体の双方を振動
エネルギの出力部としたようにしたものである。

【００１８】本発明の振動波装置の第１０の構成は、上
記した第９の構成において、前記複数の振動体、および
前記複数の移動体を１つの加圧機構で加圧するようにし
たものである。

【００１９】本発明の振動波装置の第１１の構成は、上
記したいずれかの構成において、前記複数の振動体は、
同一の駆動回路により、同一の駆動電圧で駆動されるよ
うにしたものである。

【００２０】本発明の振動波装置の第１２の構成は、上
記したいずれかの構成において、前記複数の振動体は、
固有振動数の差が２％以下とするものである。

【００２１】本発明の振動波装置の第１３の構成は、上
記したいずれかの構成において、前記振動体をステー
タ、前記移動体をロータとする振動波モータとするもの
である。

【００２２】本発明の振動波駆動装置の構成は、上記し
たいずれかの構成の振動波装置を駆動源として有するも
のである。

【００２３】

【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）図１は本発
明の第１の実施の形態を示す。

【００２４】１は振動体としてのディスク状のステータ
で、圧電素子３、金属弾性板４、ロータ駆動方向の振動
振幅拡大用の突起５、支持固定板６、圧電素子３と不図
示の駆動回路とをつなぐフレキシブルプリント基板７、
中空の締結ボルト８より構成され、一対の圧電素子３
（３ａ，３ｂ）の間にフレキシブルプリント基板７をそ
れぞれ配置すると共に、一対のフレキシブルプリント基
板７の間に支持固定板７を配置し、これらの両側から第
１の弾性体および第２の弾性体である金属弾性板４を締
結ボルト８に螺着し、強くネジ締めすることにより一体
化し、軸方向両側に駆動部を有するステータを形成して
おり、このステータを複数同軸的に配置して振動体群を
構成している。その際、複数の締結ボルト８は中央部に
配置されている出力軸９に軸方向移動可能に外装されて
いる。

【００２５】２はステータにより回転駆動されるロータ
である。

【００２６】本実施の形態の振動波モータの全体の構成
は、複数のステータ１と複数のロータ２が交互に積み重
ねられ、全体を加圧バネ１０で加圧しステータ１とロー
タ２の摩擦力を得るようになっている。

【００２７】各ステータ１は、その厚みの中央にはさま
れた支持固定板６が外側のケース１９の間にはさまれる
ように固定される。なお、ケース１９は４分割構造で、
両端のケース部１９ａ，１９ｂの間に中間ケース部１９
ｃ，１９ｃが設けられ、これらのケース部の嵌合式の接
合部で支持固定板６の外周部を挟持固定するようにして
いる。

【００２８】ロータ２はロータ固定リング２１にかしめ
固定され、ロータ固定リング２１は出力軸９に圧入固定
される。ロータ２がステータ１から受けた回転トルクは
出力軸９から加算合計されたトルクとして出力される。

【００２９】出力軸９の両端のロータ２には、ステータ
１からの振動により曲げられる力が働くので、両端のロ
ータ２に大きな曲げ振動が発生しないよう、バックプレ
ート１３と振動減衰材としてのゴム１２が貼り付けられ
ている。

【００３０】両端のバックプレート１３と振動減衰用ゴ
ム１２は押さえ板１１ａ，１１ｂではさまれ、加圧用コ
イルスプリング１０で全てのステータ１と全てのロータ
２がそれぞれ隣接するロータ２またはステータ１と加圧
接触するように加圧される。支持固定板６は加圧用コイ
ルスプリング１０の加圧力が全てのステータ／ロータ間
の接触圧力が一様になるよう、厚みの薄い板を使用し軸
方向の剛性は小さくしてある。

【００３１】コイルスプリング１０と接しない反対側の
押さえ板１１ｂはＥ形ワッシャ１７で軸方向下方への移
動が規制される。

【００３２】すべり軸受け１５は摩擦係数の小さい樹脂
などの材料で形成され、出力軸９の滑らかな回転を得
る。

【００３３】すべり板１６も同様の材質で、Ｅ形ワッシ
ャ１７とすべり軸受け１５の間に配してある。

【００３４】図２はステータの構造を示し、圧電素子３
ａ，３ｂ、金属弾性板４、ロータ駆動方向の振動振幅拡
大用の突起５、支持固定板６、圧電素子３ａ，３ｂと不
図示の駆動回路とをつなぐフレキシブルプリント基板
７、中空の締結ボルト８より構成され、上記のように外
側から、２枚の金属弾性板４、２枚の圧電素子３ａ，３
ｂ、２枚のフレキシブル基板７を配置し、その対称中心
面に支持固定板６を配置して中空ボルト８でこれらの部
品をはさみ、一体に固定している。

【００３５】圧電素子３（３ａ，３ｂ）が図４（ａ）、
図４（ｂ）のような厚み方向の変形を繰り返したとき、
金属弾性体４は図３（ａ）、図３（ｂ）のような変形を
繰り返す振動を発生する。なお、図３、図４は振動の様
子を理解容易とするため、変形を誇張して描いてある。

【００３６】この振動は、支持固定板６を挟んでその両
側（図１中上下）が対称な変形をしているので、ちょう
ど対称面となる支持固定板６は全く振動しない。従っ
て、この支持固定板６を支持固定しても、振動体の振動
は固定部に伝搬されず従来の上述のような問題が全く発
生しない。

【００３７】なお、振幅拡大用の突起５は図５（ａ）の
ようにステンレス板をプレス板金でアーチ形状にした本
実施の形態のものを金属弾性板４上に周方向に並べて固
定した本実施の形態のものに限らず、図５（ｂ）、
（ｃ）、（ｄ）に示したように、キャップを伏せたよう
な形状、Ｌ字形状、台形状等の形状のものでもよく、固
定は、接着、ろう付け、ネジ止め等どのような方法によ
って行っても良い。

【００３８】ここで、図５の（ａ）に示す本実施の形態
の突起の場合、アーチの径や板厚はロータ２と接触する
とき、異常な音を発生するなどの問題が起きないような
適当な接触弾性変形となるようなバネとして設計するの
が望ましい。

【００３９】また、突起の先端に耐摩耗性の良い材質を
塗布したり、貼り付けたりして、耐摩耗性を改善するこ
とができる。

【００４０】図６は２枚の圧電素子３ａ，３ｂの分極極
性と相対位相関係を示している。このように分極処理さ
れ、位置的にずらして配置された圧電素子に、時間的に
位相のずれた交流電圧を印加すると図３に示したような
振動が進行波となり回転することは周知である。

【００４１】図６に示す形状と分極処理の状態の圧電素
子の場合、金属弾性板４は図８（ａ）に示すような節直
径を一本もつ形状に変形振動する。

【００４２】また、図７のように分極処理され、位置的
にずらして配置された圧電素子の場合、金属弾性板４は
図８（ｂ）に示すような節直径を二本もつ形状に変形振
動する。この場合も、上下の金属弾性板４は対称に変形
するので、支持固定板６は全く振動しない。

【００４３】圧電素子は特開平６−１２０５８０号公報
などで知られる棒状振動波モータで使われる積層形圧電
素子（複数枚の圧電セラミックスの間に電極膜を形成し
た圧電素子）を使用してもよい。積層枚数、径寸法、電
極分割数や電極分割パターンは振動波モータの設計で適
当に変更できる。

【００４４】図９は２つのステータ１と、その間にはさ
まれたロータ２との接触状態を模式的に示した図であ
る。上下のステータの振動の周波数と位相が合っている
ため、ロータ２には曲げの力が加わらない。従ってロー
タには大きな曲げ剛性が必要ないので従来のような厚み
が不要になり、厚みの極めて薄いロータでよい。また、
支持固定板６の場合と同様に、ロータ２は加圧用コイル
スプリング１０の加圧力が全てのステータ／ロータ間の
接触圧力が一様になるよう、厚みの薄い板を使用し軸方
向の剛性を小さくするのに適している。

【００４５】このように複数のステータの周波数と位相
を合わせるためには、各周波数の固有振動数の差を小さ
くしておく必要がある。２％以内であることが望まし
い。また、全てのステータが同じ周波数で駆動されるの
で、全てのステータに同一の駆動電圧を印加すればよ
い。従って駆動回路は１台でよい。

【００４６】また、上記の実施の形態においては、振動
体を固定側とし、接触体を移動側としているが、逆に振
動体を移動側とし、接触体を固定側としても良い。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
振動体と接触体を多層にすることによって、摩擦接触部
の面積を大きくすることができるので、摩擦材料にかか
る応力をへらし、摩耗を少なくできる。従って、寿命、
耐久時間の長い振動波モータ等の振動波装置ができる。

【００４８】摩擦接触部の面積が大きいので、摩擦力を
大きくすることができ、出力トルクの大きい振動波モー
タ等の振動波装置ができる。

【００４９】また、加圧手段が出力軸と一体に回転する
ので、従来の振動波モータのように加圧力を受けるため
のベアリングが不要である。

【００５０】また、第１の弾性体と第２の弾性体との中
間の対称中心面に薄板を配置し、該薄板の外径部分を固
定することで振動体を支持固定するので、駆動効率が高
く、出力トルクの大きい振動波モータ等の振動波装置を
実現できる。

【００５１】また、外部に振動が伝搬しないので、周辺
機器に悪影響を与えず、信頼性の高いシステムをつくる
ことができる。

【００５２】また、全ての振動体が同じ周波数で駆動さ
れるので、全ての振動体に同一の駆動電圧を印加すれば
よい。従って駆動回路は１台でよい。

【００５３】また、全ての振動体の振動の周波数と位相
が合っているため、厚みの極めて薄い接触体または移動
体で良く、小型になり、製造コストも安い。

【００５４】また、振動体と、接触体あるいは移動体の
積層数を多くしたり少なくしたりするだけで、出力のト
ルク特性を大きくしたり、小さくしたりできる。従っ
て、一種類の振動体の組み合わせで多様な性能のモータ
を作ることができる。一種類の振動体が多様なニーズに
使うことができるので多種少量生産のニーズでも、振動
体は多量生産することができ、生産コストを下げること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の概略中横断面図。

【図２】図１のステータの断面図。

【図３】（ａ）（ｂ）はステータの振動形態が上下対称
であることを示す図。

【図４】（ａ）（ｂ）は図１の圧電素子の変形を示す
図。

【図５】（ａ）〜（ｄ）は金属板の突起部の形状を示す
斜視図。

【図６】圧電素子の分極極性と配置の位相関係を示す
図。

【図７】他の圧電素子の分極極性と配置の位相関係を示
す図。

【図８】（ａ）（ｂ）金属弾性板の振動の形態を示す
図。

【図９】ステータとロータの接触状態を示す図。

【符号の説明】

１振動体（ステータ）２ロータ（接触体、移動体）３圧電素子４金属弾性板５突起６支持固定板７フレキシブルプリント基板８中空締め付けボルト９出力軸１０加圧用コイルスプリング押さえリング１１押さえ板１２振動減衰用ゴム１３バックプレート１４バネ止めリング１５すべり軸受け１６すべり板１７Ｅ形ワッシャ１８配線１９モータケース２０配線端子２１ロータ固定リング

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】駆動波が形成される駆動部を軸方向両側
にそれぞれ備えた振動体を同軸的に複数配置した振動体
群と、前記駆動部とそれぞれ加圧接触する複数の接触体
と、前記振動体群を保持する保持部材とを有し、前記複
数の振動体と前記複数の接触体とを同方向に相対移動さ
せるように前記複数の振動体を駆動することを特徴とす
る振動波装置。
【請求項２】電気−機械エネルギー変換素子に印加す
る交番信号により駆動波が形成される一対の駆動部の間
に薄板の取り付け部材を配置した振動体を同軸的に複数
配置した振動体群と、前記駆動部とそれぞれ加圧接触す
る複数の接触体と、前記取り付け部材の外周部が固定さ
れて前記振動体群を保持する保持部材とを有し、前記複
数の振動体と前記複数の接触体とを同方向に相対移動さ
せるように前記複数の振動体を駆動することを特徴とす
る振動波装置。
【請求項３】電気−機械エネルギー変換素子に印加す
る交番信号により駆動波が形成される一対の駆動部の間
に薄板の取り付け部材を配置した振動体を同軸的に複数
配置した振動体群と、前記駆動部とそれぞれ加圧接触す
る複数の接触体と、前記複数の接触体が固定される出力
軸と、前記取り付け部材の外周部が固定されて前記振動
体群を保持する保持部材とを有し、前記複数の振動体と
前記複数の接触体とを同方向に相対移動させるように前
記複数の振動体を駆動することを特徴とする振動波装
置。
【請求項４】電気−機械エネルギー変換素子に印加す
る交番信号により駆動波が形成される一対の駆動部の間
に薄板の取り付け部材を配置した中空の振動体を同軸的
に複数配置した振動体群と、前記駆動部とそれぞれ加圧
接触する複数の接触体と、前記複数の接触体が固定され
ると共に前記複数の中空の振動体が外装される出力軸
と、前記取り付け部材の外周部が固定されて前記振動体
群を保持する保持部材とを有し、前記複数の振動体と前
記複数の接触体とを同方向に相対移動させるように前記
複数の振動体を駆動することを特徴とする振動波装置。
【請求項５】電気−機械エネルギー変換素子に印加す
る交番信号により駆動波が形成される一対の駆動部の間
に薄板の取り付け部材を配置した中空の振動体を同軸的
に複数配置した振動体群と、前記駆動部とそれぞれ加圧
接触する複数の接触体と、前記複数の接触体が固定され
ると共に前記複数の中空の振動体が外装される出力軸
と、前記取り付け部材の外周部が固定されて前記振動体
群を保持する外部ケースとしての保持部材とを有し、前
記複数の振動体と前記複数の接触体とを同方向に相対移
動させるように前記複数の振動体を駆動することを特徴
とする振動波装置。
【請求項６】互いに当接する前記複数の振動体と接触
体とを加圧接触させる加圧部材を前記出力軸と一体に回
転するように設けたことを特徴とする請求項４または５
に記載の振動波装置。
【請求項７】前記出力軸を軸支する軸受け部材を前記
保持部材に設けたことを特徴とする請求項４、５または
６に記載の振動波装置。
【請求項８】前記振動体の駆動部は、弾性体と、該弾
性体の内側に配置された電気−機械エネルギー変換素子
により構成されていることを特徴とする請求項１ないし
７のいずれか一つに記載の振動波装置。
【請求項９】ディスク形状に形成された第１の弾性体
と、前記第１の弾性体と同軸的に配置された第２の弾性
体との間に電気−機械エネルギ変換素子を挟持すると共
に、前記第１の弾性体と前記第２の弾性体との中間の対
称中心面に薄板を配置した複数の中空振動体と、前記薄
板の外径部分が固定されて前記複数の弾性体を支持する
外部ケースと、前記第１の弾性体と前記第２の弾性体と
加圧接触して摩擦駆動される前記出力軸に固定されてい
る複数の中空移動体を有し、位置的位相差を有して配置された前記電気−機械エネル
ギ変換素子へ位相差を有する交番信号を印加することに
より、前記電気−機械エネルギ変換素子を厚み方向に変
位させ、前記第１の弾性体と前記第２の弾性体との対向
面に位相が反転した円又は楕円運動を形成し、前記第１
の弾性体と前記第２の振動弾性体の双方を振動エネルギ
の出力部としたことを特徴とする振動波装置。
【請求項１０】前記複数の振動体、および前記複数の
移動体を１つの加圧機構で加圧することを特徴とする請
求項９に記載の振動波装置。
【請求項１１】前記複数の振動体は、同一の駆動回路
により、同一の駆動電圧で駆動されることを特徴とする
請求項１ないし１０のいずれか一つに記載の振動波装
置。
【請求項１２】前記複数の振動体は、固有振動数の差
が２％以下であることを特徴とする請求項１ないし１１
のいずれか一つに記載の振動波装置。
【請求項１３】前記振動体をステータ、前記移動体を
ロータとする振動波モータであることを特徴とする請求
項１ないし１２のいずれか一つに記載の振動波装置。
【請求項１４】請求項１ないし１３のいずれか一つに
記載の振動波装置を駆動源として有することを特徴とす
る振動波駆動装置。