JP2000262077A

JP2000262077A - 振動波駆動装置

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Publication number: JP2000262077A
Application number: JP11059656A
Authority: JP
Inventors: Hajime Kanazawa; 元金沢
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-03-08
Filing date: 1999-03-08
Publication date: 2000-09-22

Abstract

(57)【要約】【課題】モータの出力および出力トルクを増大させるこ
とができる振動波駆動装置を提供する。【解決手段】圧電素子５への交番信号の印加で駆動振動
が形成される振動体１を、圧電素子５の駆動により中心
軸に対して曲げ振動を発生する振動体柱状部４と、振動
体柱状部４の中心軸に直交する円板のたわみ振動を発生
する振動体円板部３とで構成し、振動体円板部３のたわ
み振動モードと振動体柱状部４の中心軸の曲げ振動モー
ドの連成振動を生じさせることによって、振動体１の摩
擦接触部２に駆動のための振動を生じさせる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は振動波駆動装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来多用されている振動波駆動装置とし
ての振動波モータには、円環型および円板型のものや例
えば特開平５−２０７７６１号公報などの棒状タイプの
もの等があり、円環型のものと棒状タイプのものは光学
機器等に搭載されている。以下、棒状タイプの振動波モ
ータについて図７および図８を用いて説明する。

【０００３】図７において、１０１は振動体であり、金
属等からなる弾性体１０９，１１０と、これら弾性体１
０９，１１０の間に挟持された圧電素子群１１１とで構
成されている。弾性体１０９はモータの骨格部材となる
ボルト状の支持棒１０５の大径のネジ部１０５ａに螺着
され、弾性体１１０は支持棒１０５の大径の頭部１０５
ｂにより押されて弾性体１０９との間に圧電素子群１１
１を挟持している。弾性体１０９の上端には、図８に詳
しく示すように、摩擦リング１０９ｃが接合されてい
る。

【０００４】１０２は弾性体１０９の上端面に対向配置
された接触体であるロータであり、このロータ１０２の
下端部には接触バネ部１０２ａが形成され、この接触バ
ネ部１０２ａの先端に設けられた摺動部１０２ｄの下端
摩擦面が摩擦リング１０９ｃの摩擦面に圧接されてい
る。接触バネ部１０２ａは、図１３に示すように、主に
モータ径方向にたわむ薄肉のバネ部１０２ｂと、モータ
軸と略直角に延びるバネ部１０２ｃとから構成されてい
る。

【０００５】ロータ１０２には、出力ギヤ１０４が嵌着
固定されており、このギヤ１０４はベアリング１０３の
外輪に嵌着されている。ベアリング１０３の内輪はモー
タ取付け用フランジ１０６に嵌着固定され、フランジ１
０６は支持棒１０５の先端部近傍部分１０５ｃに嵌着固
定されている。

【０００６】また、ロータ１０２の内周部にはバネ受け
１０７が嵌着固定されており、バネ受け１０７の振動体
側端部と出力ギヤ１０４の端部との間にはロータ１０２
の摺動部１０２ｄを摩擦リング１０９ｃに圧接させるた
めの加圧バネ１０８が配置されている。

【０００７】このように構成された振動波駆動装置とし
ての振動波モータにおいて、圧電素子群１１１に互いに
位相が９０度ずれた交流電圧を印加すると、これら圧電
素子群の伸縮によって振動体１０１には図７に矢印で示
す方向への首振り運動と、これと位相が異なる紙面に垂
直な方向への首振り運動が生ずる。

【０００８】接触面（振動体１０１の上面）からみる
と、この振動は１波の進行波に相当する。この振動体１
０１に、接触バネ部１０２ａを有するロータ１０２を加
圧接触させると、ロータ１０２は波頭付近の１カ所のみ
で弾性体１０９と接触し、逆方向に回転駆動される。こ
の出力はロータ１０２とベアリング１０３の外輪に嵌着
されたギヤ１０４とにより外部に取り出される。

【０００９】なお、棒状振動波モータでは、支持棒１０
５の先端に取り付けられたフランジ１０６も一体の系と
して振動体１０１の固有モードをフランジ１０６の振動
振幅が非常に小さくなるように設計している。ロータ１
０２の本環は慣性質量が十分大きく、振動体１０１の加
振によって振動が励起されないように設計されている。
また、ロータ１０２の接触バネ部１０２ａは固有振動数
が振動体の駆動周波数よりも十分高く、振動に追従する
ように設計されている。

【００１０】また、振動体１０１の摩擦リング１０９ｃ
には、アルミニウム製の基材（アルミ地）１０９ｃ''の
表層をアルマイト処理することによって耐摩耗性を高め
た摩擦層１０９ｃ’を形成したものが用いられている。
また、ロータ１０２は耐摩耗性の高いステンレス綱で形
成され、焼入れをしてさらに耐摩耗性を向上させてい
る。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た振動波駆動装置としての振動波モータでは、振動体の
中心軸の曲げ振動モードのみを用いているため、ロータ
１０２の振動部１０２ｄおよび振動体の摩擦接触部の直
径を大きくすることができず、そのために大きいトルク
を発生することができなかった。

【００１２】これについて図９を用いて説明する。図９
（ａ）・（ｂ）は、振動体の中心軸の曲げ振動モードの
みを用いた振動体の振動を、模式的な断面図として示す
ものである。実線は振動のない状態、点線は振動による
変形を示している。

【００１３】（ａ）は円柱状の振動体であり、摩擦駆動
部である上端面の外周部は、振動の節である点Ｏを中心
とした円周方向に近い方向への変位のため、矢印で示す
ような変位となる。

【００１４】これに対し（ｂ）は、摩擦駆動部と中心軸
の距離を大きくすることによって大トルクを得るという
目的のため、上端部を（ａ）に示す振動体よりも径の大
きい円板状とした振動体であり、（ａ）の場合と同様
に、摩擦駆動部である上端面外周部は振動の節である点
Ｏ’を中心とした円周方向に近い方向への変位となる
が、上端面外周部の位置が、点Ｏ’に対して径方向に近
い場所に位置するため、摩擦接触部である上端面外周部
の振動変位は、図中の矢印に示されるように、ｒ方向変
位が極めて小さいものとなっている。

【００１５】振動体の中心軸の曲げ振動モードのみを用
いる振動波モータの回転速度は、摩擦接触部のｒ方向変
位に比例し、また、摩擦接触部の直径に反比例する。し
たがって図９（ｂ）に示した振動体を用いた振動波モー
タは、十分な回転速度が得られない。

【００１６】以上のように、振動体の中心軸の曲げ振動
モードのみを用いた振動波モータは、振動体の摩擦接触
部の径を大きくできないため、大トルクを得るのが困難
であった。

【００１７】また、振動体と移動体の加圧力を大きくす
ることで大トルクを得ることも可能であるが、摩擦接触
部の摩耗が大きくなるため、モータの寿命が短くなると
いう問題があった。

【００１８】本出願に係る発明の目的は、モータの出力
および出力トルクを増大させることができる振動波駆動
装置を提供しようとするものである。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本出願に係る発明の目的
を実現する第１の構成は、駆動用の電気−機械エネルギ
ー変換素子に交番信号を印加することにより、駆動用の
振動が形成される振動体を有する振動波駆動装置におい
て、前記振動体は、前記電気−機械エネルギー変換素子
により起振用の進行波が形成される起振用振動体部と、
前記起振用振動体部の振動により励振されて駆動用進行
波が形成される駆動用振動体部とが一体に形成されるも
のである。

【００２０】本出願に係る発明の目的を実現する第２の
構成は、駆動用の電気−機械エネルギー変換素子に交番
信号を印加することにより、駆動用の振動が形成される
振動体と、前記振動体と加圧接触する接触体とを有し、
前記振動体と前記接触体とが相対移動する振動波駆動装
置において、前記振動体は、前記電気−機械エネルギー
変換素子により起振用の進行波が形成される起振用振動
体部と、前記起振用振動体部の振動により励振されて駆
動用進行波が形成される駆動用振動体部とが一体に形成
されるものである。

【００２１】本出願に係る発明の目的を実現する第３の
構成は、上記第１または第２の構成において、前記振動
体の起振用振動体部は柱状に形成され、前記駆動用振動
体部は円板状に形成され、前記起振用振動体部の軸中心
と前記駆動用振動体部の軸中心とを略一致させて一体に
形成したものである。

【００２２】本出願に係る発明の目的を実現する第４の
構成は、上記第１、第２または第３の構成において、前
記振動体の起振用振動体部には前記電気−機械エネルギ
ー変換素子により曲げ振動の合成で起振用の進行波が形
成され、前記駆動用振動体部には、前記起振用の進行波
により、前記駆動用振動体部の平面方向における曲げ変
位による駆動用の進行波が形成されるものである。

【００２３】本出願に係る発明の目的を実現する第５の
構成は、上記第１、第２、第３または第４の構成におい
て、前記振動体の前記起振用振動体部は、振動変位拡大
用の切欠き部を有するものである。

【００２４】本出願に係る発明の目的を実現する第６の
構成は、上記いずれかの構成において、前記振動体は、
前記駆動用振動体部の駆動用進行波が形成される駆動面
を凸部としたものである。

【００２５】本出願に係る発明の目的を実現する第７の
構成は、上記第２、第３、第４、第５または第６の構成
において、前記接触体を移動体とし、回転駆動される前
記接触体の回転力が伝達されて出力を取り出す回転出力
部材を有するものである。

【００２６】本出願に係る発明の目的を実現する第８の
構成は、駆動用の電気−機械エネルギー変換素子に交番
信号を印加することにより、駆動面に駆動のための振動
を形成する振動体と、前記振動体の駆動面に加圧手段を
介して接触する接触体とを有し、前記振動体と前記接触
体とは摩擦駆動により相対移動する振動波駆動装置にお
いて、前記振動体は、前記電気−機械エネルギー変換素
子の駆動により中心軸に対して曲げ振動を発生する振動
体柱状部と、前記振動体柱状部の中心軸に直交する円板
のたわみ振動を発生する振動体円板部を有し、前記振動
体円板部のたわみ振動モードと前記振動体柱状部の中心
軸の曲げ振動モードの連成振動を生じさせることによっ
て、振動体の摩擦接触部に駆動のための振動を生じさせ
るものである。

【００２７】本出願に係る発明の目的を実現する第９の
構成は、上記第８の構成において、中心軸の曲げ振動モ
ードを生じさせる振動体柱状部に、中心軸に垂直な平面
での断面積が他の部分よりも小さいくびれ部を有するも
のである。

【００２８】本出願に係る発明の目的を実現する第１０
の構成は、上記第８または第９の構成において、円板の
たわみ振動モードを生じさせる前記振動体円板部に、前
記接触体と加圧接触する径方向から見て凸形状の摩擦接
触部を有するものである。

【００２９】本出願に係る発明の目的を実現する第１１
の構成は、上記第８、第９または第１０の構成におい
て、前記振動体は、前記振動体柱状部の軸方向に対して
対称の位置に前記振動体円板部を設け、前記各振動体円
板部の摩擦接触部に対応して前記接触体をそれぞれ配置
したものである。

【００３０】本出願に係る発明の目的を実現する第１２
の構成は、上記第８、第９、第１０または第１１の構成
において、前記接触体を移動体とし、回転駆動される前
記接触体の回転力が伝達されて出力を取り出す回転出力
部材を有するものである。

【００３１】本出願に係る発明の目的を実現する第１３
の構成は、上記第１１の構成において、軸方向に沿って
前記振動体を複数組配置し、前記複数組の各振動体に対
応の前記各接触体の出力を取り出すようにしたものであ
る。

【００３２】本出願に係る発明の目的を実現する第１４
の構成は、上記第１、第３、第４または第５の構成にお
いて、前記振動体の駆動力を用いて被駆動体を駆動する
ようにしたものである。

【００３３】本出願に係る発明の目的を実現する第１５
の構成は、上記第２ないし第１３のいずれかの構成にお
いて、前記接触体の駆動力を用いて被駆動体を駆動する
ものである。

【００３４】

【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）図１、図
２、図３、図１０、図１１は本発明の第１の実施の形態
を示す。

【００３５】図１は本発明の特徴を最もよく表わす振動
波モータの断面図であり、同図において、１は振動体
で、金属等で形成されたくびれ部４ａを有する弾性体４
と押え体７との間に圧電素子５，圧電素子５に交流電圧
を印加するためのフレキシブル基板等で形成された給電
部材６が挟持され、さらに弾性体４と支持体８のフラン
ジ部８ａとの間に金属等の弾性体で形成した円板３が軸
方向と直交する方向に沿って平面を有するように挟持さ
れ、押え体７の外側のナット９を支持体８のネジ部８ｂ
に螺着することにより、ボルト状の支持体８のフランジ
部８ａと支持体８のネジ部８ｂに螺着されているナット
９の間に挟持される。。したがって、本実施の形態の振
動体１は図１１に示す縦断面が略Ｔ形状をなすことにな
る。

【００３６】円板３の片面には、図２に示す形状の摩擦
接触部材２が接着等の接合方法で取り付けられており、
この摩擦接触部材２は、等ピッチで凸部が円周状に配置
されており、ＳＵＳ等の材料をプレス成形等の手段で加
工して形成される。なお、この摩擦接触部材２を円板３
と一体に形成するようにしてもよい。

【００３７】１０は本環１０ａに接着等により耐摩耗用
の例えばアルミナで構成された摺動部材１０ｂを接合し
た構成の接触体としての移動体であり、フランジ１１に
回転可能に軸支されたギヤ１２と、移動体１０の間に設
けられた加圧バネ１３によって、移動体１０は振動体１
の摩擦接触部材２に加圧接触している。

【００３８】なお、摩擦接触部材２は軸方向にバネ性を
有するため、移動体との接触が均一になっている。フラ
ンジ１１は、支持体８の上部ネジ部８ｃに螺着されてい
る上部ナット１４と支持体８の円周状突起８ｄに挟持さ
れることによって振動体１に固定されており、かつこの
振動波モータを駆動源とする装置内に装着の際は、この
フランジ１１を固定する。

【００３９】ギヤ１２は、係合部１２ａで移動体１０と
周方向に拘束しあうように係合しており、したがって移
動体１０とギヤ１２は、一体で回転可能である。

【００４０】以上のように構成された振動波モータの動
作および圧電素子５の構成について以下に説明する。

【００４１】（不図示）の駆動回路により給電部材６を
介して圧電素子５に周波数が後述の振動体の軸曲げ−円
板たわみ連成モードの固有振動数に近く、時間的位相差
が９０°である２相の交流電圧を印加する。

【００４２】圧電素子５は図１０に示すように、厚さ方
向に分極されており、図中Ａ＋，およびＢ＋の領域に対
して、Ａ−，Ｂ−の領域は分極方向が反対になってい
る。また、圧電素子５の給電部材６と接する面には、Ａ
＋・Ａ−・Ｂ＋・Ｂ−の４つの領域別に蒸着、もしくは
印刷による領域別電極が施されていて、給電部材６を介
して交流電圧が印加される。

【００４３】また、圧電素子５の給電部材６と接する面
と反対の面には、全領域共通の共通電極が施されてい
て、弾性体４，円板３，支持体８，フランジ１１を介し
てグランド電位となっている。

【００４４】給電部材６を介して圧電素子５に印加され
る２相の交流電圧のうち、１相はＡ＋，Ａ−に対応する
領域別電極に印加され、Ａ＋領域の軸方向の伸縮運動
と、それと逆相となるＡ−領域の軸方向の伸縮運動を生
じさせる。

【００４５】また、時間的位相が９０°異なる他の１相
はＢ＋・Ｂ−に対応する領域別電極に印加され、Ｂ＋領
域にはＡ＋領域で生ずるのとは時間的位相が９０°異な
る軸方向の伸縮運動が生じ、Ｂ−領域にはＢ＋領域で生
ずるのと逆相の軸方向の伸縮運動が生じる。

【００４６】これらの伸縮運動の周期は、印加した交流
電圧の周期に等しく、結局圧電素子５の軸方向に収縮し
ている部分と反対側が必ず伸張し、この変形が交流電圧
の周期で軸周りに回転することになる。

【００４７】以上に述べた圧電素子５の伸縮変形運動に
より、振動体１には、模式的に図３および図１１に示し
たように、軸部には曲げ振動であって、円板３にはたわ
みの振動（以下軸曲げ−円板たわみ連成モードと称す）
が励起される。

【００４８】図１１は、従来例を示す図９（ｂ）に対応
した図で、中心軸を含む断面図であり、点線が振動によ
る変形を示す。

【００４９】図３において、実線で示す部分は振動体１
の円板３の変形を中立面の変形のみで表わしたものであ
り、また一点鎖線で示す部分は振動体１の円板３以外の
部分（以下円柱部）の変形を中立軸の変形のみで表わし
たもので、中心の円柱部における曲げ振動は２節の振動
であり、円板３における振動は、節直径が１つ且つ節円
が２つの円板たわみ振動である。

【００５０】本実施の形態において、円板３にこのよう
な振動モードを生じさせるための構成は、円板３の振動
の節直径を１つとすると共に（図３中の直線ｌ）、振動
の節円を２つ（図３中の点線で示す円と実線の最外周の
円）とする円板たわみモードの共振周波数を円柱部の振
動の節を２つの軸曲げモードの共振周波数に略一致させ
るようにすることで達成している。すなわち、圧電素子
５の駆動により振動体１の円柱部が軸方向に対して曲げ
振動すると、振動体１の円板３には軸周りに２波（円柱
部の曲げ方向と同方向と、これに対向する方向の２方向
にそれぞれ進行波のピークが形成される）の進行波が形
成されることになる。

【００５１】通常、円板たわみモードの共振周波数は、
節直径および節円が大きいほど高くなり、また板厚や材
料のヤング率が大きいほど高くなる傾向にある。

【００５２】本実施の形態の振動体１の円板３の形状は
単純ではないため、解析的に円板たわみモードの共振周
波数を求めるのは困難であるが、上述の傾向と有限要素
法による計算により、前述円板たわみモードの共振周波
数と円柱部の軸曲げモードの共振周波数を一致させ、そ
の結果、振動体１はこの２つのモードが連成した軸曲げ
−円板たわみ連成モードを有することになる。

【００５３】そして、圧電素子５の伸縮運動の変形が軸
周りに回転するので、図３に示した軸曲げ−円板たわみ
連成モードの振動による変形が印加した交流電圧の周期
で軸周りを回転する。

【００５４】なお、振動の節直径の数は１が望ましい
が、それに限るものではなく、また節・腹・節円の数は
以上に限るものではない。

【００５５】そして、その振動を円板たわみモードの振
動の腹である図３中の円Ｓの位置のみで観測すると、円
周方向に進行する１波のたわみ進行波となっている。こ
のたわみ振動の軸方向の振幅をａ、角速度をω₀ 、円Ｓ
上の周方向座標をθとすると、円板たわみ振動の中立面
における円Ｓ上の軸方向変位Ｚは、以下の進行波の式で
表される。

【００５６】Ｚ＝ａｓｉｎ（θ−ω₀ｔ）いま、円Ｓ上に位置する円板表面のある質点の位置をＰ
とし、たわまない状態の位置をＰ₀とすると、Ｐ₀から
Ｐへの軸方向の変位Ｚ_Pは、たわみ角をψ、円板の板厚
をＴとするとＺ_P＝ａｓｉｎ（θ−ω₀ｔ）−（Ｔ／２）（１−ｃｏ
ｓψ）であるが、ψはきわめて小さい値なのでＺ_P≒ａｓｉｎ（θ−ω₀ｔ）と近似できる。また、Ｐ₀からＰへの周方向への変位ｘ
_Pは、ｘ_P＝−（Ｔ／２）ｓｉｎψ≒−（Ｔ／２）ψ となる。円Ｓの半径をｒとすると、ｘ＝θｒであるので、たわみ角ψは次式で与えられる。

【００５７】ψ＝ｄＺ／ｄｘ＝（ｄ／ｄｘ）ａｓｉｎ
（ｘ／ｒ−ω₀ｔ）＝（ａ／ｒ）ｃｏｓ（θ−ω₀ｔ）したがって周方向の変位ｘ_Pは、ｘ_P≒−（ａＴ／２ｒ）ｃｏｓ（θ−ω₀ｔ）と近似でき、ロータを送る方向への変位が得られている
ことがわかる。軸方向の変位Ｚ_Pと周方向の変位ｘ_Pと
の関係式は（Ｚ_P／ａ）²＋（ｘ_P／（ａＴ／２ｒ））²＝１となり、円Ｓ上に位置する円板表面の質点は、楕円軌跡
を描く。

【００５８】また、周方向の変位ｘ_Pの速度ｖは、ｖ＝ｄｘ_P／ｄｔ＝−（ω₀ａＴ／２ｒ）ｓｉｎ（θ−ω₀ｔ）となる。図３中のたわみの頂点ｍ上に位置する円板表面
では速度ｖが最大となり、次式で表わされる。

【００５９】ｖ_max＝−ω₀ａＴ／２ｒなお、進行波と反対方向の速度である。

【００６０】一方、移動体１０と接する摩擦接触部材２
の頂点は、図３中の円Ｓ上に一致するように設けてお
り、円板表面より中立面からの距離が摩擦接触部材２の
軸方向厚さ分だけ大きくなる。

【００６１】したがって、摩擦接触部材２の頂点での楕
円運動は、摩擦接触部材２の軸方向厚さをＴ’とする
と、円板の板厚がＴ＋２Ｔ’である場合の円Ｓ上の円板
表面と同様の楕円運動となる。したがって摩擦接触部材
２の頂点での最大速度Ｖ’_maxはＶ’_max＝−（ω₀ａ（Ｔ＋２Ｔ’））／２ｒ・・・・（１）となり、加圧接触される移動体１０は、この速度を有す
る進行波頂上に接することにより、進行波の方向と逆に
回転する。

【００６２】このように、径方向から見て凸形状の摩擦
接触部材を有することにより、移動体１０の回転速度は
増大する。

【００６３】また、振動体１のくびれ部４ａは、図３に
おいてｎで示す位置に相当するが、図に示されるよう
に、円柱部（中心軸）の曲げ振動は、くびれ部４ａによ
り円板部との結合部側で拡大されている。したがって、
連成された円板モードの振幅も大きくなるため、式
（１）の値も増大し、移動体１０の回転速度は増大す
る。

【００６４】以上のようにして回転する移動体２の回転
力は、ギヤの係合部１２ａを介してギヤ１２に伝達され
外部に出力される。以上に述べた本実施の形態の振動波
モータにおいて、従来例の振動波モータの約２倍の出力
および出力トルクを得ることが可能になった。

【００６５】（第２の実施の形態）図４は第２の実施の
形態である振動波モータの断面図である。

【００６６】本実施の形態では、同一の３組の振動体
と、同一の４個の移動体を交互に同一軸上に重ね、４個
の移動体が結合している出力シャフト２９が回転し、出
力となる。

【００６７】１５は振動体であり、振動体１を構成する
符号２から６の部材は第１の実施の形態におけるものと
同一で、同じ機能を有するが、摩擦接触部材２、円板
３、弾性体４がそれぞれ２個ずつ、同一の振動体内で上
下対称に配置され、給電部材６、圧電素子５、支持部材
１６とともに中空ボルト１７および中空ボルト１７に螺
着されるナット１８に挟持された構造となっている。

【００６８】このように、図４中、円柱部の上側と下側
の両側に円板部を設けた構造とし、第１の実施の形態と
同様に圧電素子５に交流電圧を印加することにより、第
１の実施の形態と同様の円柱部の曲げ振動、及び両方の
円板部のたわみ振動が生ずるが、これらの振動変位は方
向・大きさとも振動体内でほぼ上下対称である。

【００６９】したがって、振動体１５の上下両端に加圧
接触する移動体１９は、振動体１５の上下端の摩擦接触
部材２から同一回転方向の同じ大きさの力を受け、同じ
回転速度で回転する。

【００７０】さらに、３組の振動体の圧電素子５には同
一の交流電圧が印加されるため、これらの振動体に加圧
接触する４個の移動体１９は同一回転方向の同じ大きさ
の力を受け、同じ回転速度で回転する。

【００７１】４個の移動体１９は、出力シャフト２９に
接合された移動体固定部材２０と係合することによっ
て、出力シャフト２９と周方向には固定、軸方向には自
由となるように拘束されているため、４個の移動体１９
の回転力は出力シャフト２９に伝達され、ケース２１の
外の負荷へ出力される。

【００７２】なおケース２１に固定されたスラスト軸受
２２と加圧バネ台座２３の間に設けられた加圧バネ２４
は、出力シャフト１４に接合された加圧受け板２５との
間で加圧バネ台座２３、ゴムリング２６、フェルト２７
を介して３組の振動体と４個の移動体を加圧し、移動体
１９と摩擦接触部材２の間に摩擦力を生じさせる。

【００７３】また、支持部材１６は、図５の平面図に示
すような例えばリン青銅板のような薄板であり、３カ所
の脚部１６ａがケース継ぎ部２８によって挟持され、ま
た、中央部１６ｂが振動体１５内に挟持されることによ
り、振動体１の振動や、移動体と振動体の加圧力を阻害
することなく振動体１を支持・固定している。

【００７４】以上に述べた第２の実施の形態の振動波モ
ータは、従来例の振動波モータの約１０倍の出力および
出力トルクを得ることが可能になった。

【００７５】なお、第２の実施の形態においては、３組
の振動体と４個の移動体を用いて１個のモータとした
が、必要な出力に応じて振動体や移動体の個数を他の数
としても良い。（第３の実施の形態）図６は第３の実施の形態を示す。

【００７６】図６は第２の実施の形態の振動波駆動装置
としての振動波モータを駆動源として用いたカメラのフ
ィルム給送装置を示している。この図において、Ｍは上
記振動波モータであり、巻き上げスプール５５内に収容
される。５１は不図示のカメラ本体に取り付けられる底
板であり、５２は振動波モータＭの出力軸に固定のギヤ
７１の外周ギヤ部に噛合する太陽ギヤ、５３はこの太陽
ギヤ５２に噛合する遊星ギヤである。これらギヤ５２，
５３は遊星クラッチを構成し、振動波モータＭの回転方
向に応じて二段ギヤ５４（５４ａ），５６（５６ａ）に
選択的に噛合する。

【００７７】二段ギヤ５４（５４ｂ）は巻き上げスプー
ル５５に形成されたギヤ部５５ａに常時噛合しており、
二段ギヤ５６（５６ｂ）はウォームギヤ５７に常時噛合
している。ウォームギヤ５７は、伝達軸５８を介してウ
ォームギヤ５９に連結されており、ウォームギヤ５９は
フォーク６２に一体形成されたフォークギヤ６１に噛合
している。

【００７８】７０は底板５１に固定された固定部材であ
り、モータＭ、ギヤ５２，５６，５４を支持している。

【００７９】このように構成されたフィルム給送装置で
は、モータＭが巻き上げ方向（図中の矢印方向と反対方
向）に回転すると、遊星ギヤ５３が図中鎖線５３ａで示
した位置に移動し、モータ回転力が二段ギヤ５４を介し
て巻き上げスプール５５に伝達される。これにより、フ
ォーク６２にカートリッジ内スプールを係合させてカメ
ラに充填された不図示のフィルムカートリッジのフィル
ムを巻き上げスプール５５によって巻き上げることがで
きる。

【００８０】一方、モータＭが巻き戻し方向（図中の矢
印方向）に回転すると、遊星ギヤ５３が図中実線で示し
た位置に移動し、モータ回転力は二段ギヤ５６、ウォー
ムギヤ５７、伝達軸５８、ウォームギヤ５９およびフォ
ークギヤ６１を介してフォーク６２に伝達される。これ
によりフォーク６２に係合したカートリッジ内スプール
を回転駆動してフィルムカートリッジにフィルムを巻き
戻すことができる。

【００８１】以上のフィルム給送装置では、第２の実施
の形態の振動波モータを用いているが、第１の実施の形
態の振動波モータを用いるのでもよく、この場合ギヤ７
１は第１の実施の形態の振動体におけるギヤ１２を用い
る。

【００８２】このようなフィルム給送装置に第１または
第２の実施の形態にて説明した振動波モータを用いるこ
とにより、フィルムの巻き上げ力や巻き戻し力の強力な
フィルム給送装置を実現できる。

【００８３】なお、上記した各実施形態においては、振
動体を固定し、移動体を移動させるようにしているが、
本発明の振動波駆動装置はこれに限定されるものではな
く、振動体を固定レールに加圧接触させ、該移動体を固
定レールに沿って移動させるようにしてもよく、また振
動体に対して紙やカード等を載置し、紙やカード等を搬
送するようにしたものでも良い。

【００８４】

【発明の効果】以上説明したように、本出願に係る発明
によれば、圧電素子などの電気−機械エネルギー変換素
子により振動体を構成する起振用振動体部または振動体
柱状部に曲げ振動の合成により形成した進行波で、駆動
面を有する駆動用振動体部または振動体円板部に曲げ変
位の進行波を形成するようにした、すなわち、円板のた
わみ振動を中心軸の曲げ振動に連成させ、駆動用振動体
部または振動体円板部に駆動振動を形成するようにした
ので、駆動用振動体部または振動体円板部の駆動部の径
を大きくすることができ、その結果大出力および大トル
クを得ることができるようになった。

【００８５】また、本発明においては、駆動用振動体部
または振動体円板部の駆動部の径に比較して電気−機械
エネルギー変換素子の径を小さくすることができるの
で、経済性に優れた振動波駆動装置を得ることができ
る。

【００８６】また、振動体の中心軸の曲げ振動を生じさ
せる起振用振動体部または振動体柱状部に、切欠き部を
設けることにより、振動体の中心軸の曲げ振動の振幅を
拡大し、その結果、より大きな移動体回転速度を得るこ
とができる。

【００８７】さらに、振動体の駆動用振動体部または円
板部に、例えば接触体と加圧接触する凸部を設けたの
で、振動体の駆動用振動体部または円板部のたわみ振動
で生ずる周方向変位を拡大し、その結果、より大きな回
転速度を得ることができる。

【００８８】また、振動体の軸方向両側部にそれぞれ例
えば円板部を結合し、振動体の形状および振動モード
が、柱状部を２分する面を中心に対称な形状であること
を利用して、各々の円板部に対応して接触体をそれぞれ
もうけたので、さらに大きい出力およびトルクを得るこ
とができる。さらには、この振動体を複数組用意し、こ
れに対応して接触体を用意することで、さらに大きい出
力およびトルクを得ることができる。

【００８９】また、従来振動体と接触体（移動体）の加
圧力を増して大トルクを得る場合には、摩擦接触部材の
摩耗により寿命が短くなっていたが、このようなことも
ない。

【００９０】また、このようなモータで被駆動体を駆動
することにより、高性能の振動波駆動装置を得ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の振動波モータの断
面図。

【図２】図１の摩擦接触部材の斜視図。

【図３】図１の振動波モータの軸曲げ−円板たわみ連成
モードを説明する図。

【図４】本発明の第２の実施の形態の振動波モータの断
面図。

【図５】図３の支持部材の平面図。

【図６】本発明の第３の実施の形態であるカメラの給送
装置の斜視図。

【図７】従来の振動波モータの断面図。

【図８】図７の摩擦接触部の拡大断面図。

【図９】（ａ）、（ｂ）は図７のモータの振動状態を示
す図。

【図１０】図１の圧電素子の斜視図。

【図１１】図１の振動波モータの振動体の振動状態を示
す図。

【符号の説明】

１，１５振動体２摩擦接触部材３円板４弾性体５圧電素子６給電部材７押え体８支持体９，１８ナット１０，１９移動体１１フランジ１２ギヤ１３，２４加圧バネ１４上部ナット１６支持部材１７中空ボルト２０移動体固定部材２１ケース２２スラスト軸受

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5H680 AA01 AA04 AA19 BB03 BB16 BB19 BB20 BC01 CC07 DD01 DD02 DD15 DD23 DD27 DD39 DD40 DD53 DD55 DD57 DD66 DD74 DD83 DD85 DD92 DD97 EE07 EE10 EE12 EE13 FF04 FF08 FF13 FF33 FF36 GG25 GG27

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】駆動用の電気−機械エネルギー変換素子
に交番信号を印加することにより、駆動用の振動が形成
される振動体を有する振動波駆動装置において、前記振動体は、前記電気−機械エネルギー変換素子によ
り起振用の進行波が形成される起振用振動体部と、前記
起振用振動体部の振動により励振されて駆動用進行波が
形成される駆動用振動体部とが一体に形成されることを
特徴とする振動波駆動装置。
【請求項２】駆動用の電気−機械エネルギー変換素子
に交番信号を印加することにより、駆動用の振動が形成
される振動体と、前記振動体と加圧接触する接触体とを
有し、前記振動体と前記接触体とが相対移動する振動波
駆動装置において、前記振動体は、前記電気−機械エネルギー変換素子によ
り起振用の進行波が形成される起振用振動体部と、前記
起振用振動体部の振動により励振されて駆動用進行波が
形成される駆動用振動体部とが一体に形成されることを
特徴とする振動波駆動装置。
【請求項３】前記振動体の起振用振動体部は柱状に形
成され、前記駆動用振動体部は円板状に形成され、前記
起振用振動体部の軸中心と前記駆動用振動体部の軸中心
とを略一致させて一体に形成したことを特徴とする請求
項１または２に記載の振動波駆動装置。
【請求項４】前記振動体の起振用振動体部には前記電
気−機械エネルギー変換素子により曲げ振動の合成で起
振用の進行波が形成され、前記駆動用振動体部には、前
記起振用の進行波により、前記駆動用振動体部の平面方
向における曲げ変位による駆動用の進行波が形成される
ことを特徴とする請求項１、２または３に記載の振動波
駆動装置。
【請求項５】前記振動体の前記起振用振動体部は、振
動変位拡大用の切欠き部を有することを特徴とする請求
項１、２、３または４に記載の振動波駆動装置。
【請求項６】前記振動体は、前記駆動用振動体部の駆
動用進行波が形成される駆動面を凸部としたことを特徴
とする請求項１、２、３、４または５に記載の振動波駆
動装置。
【請求項７】前記接触体を移動体とし、回転駆動され
る前記接触体の回転力が伝達されて出力を取り出す回転
出力部材を有することを特徴とする請求項２、３、４、
５または６に記載の振動波駆動装置。
【請求項８】駆動用の電気−機械エネルギー変換素子
に交番信号を印加することにより、駆動面に駆動のため
の振動を形成する振動体と、前記振動体の駆動面に加圧
手段を介して接触する接触体とを有し、前記振動体と前
記接触体とは摩擦駆動により相対移動する振動波駆動装
置において、前記振動体は、前記電気−機械エネルギー変換素子の駆
動により中心軸に対して曲げ振動を発生する振動体柱状
部と、前記振動体柱状部の中心軸に直交する円板のたわ
み振動を発生する振動体円板部を有し、前記振動体円板
部のたわみ振動モードと前記振動体柱状部の中心軸の曲
げ振動モードの連成振動を生じさせることによって、振
動体の摩擦接触部に駆動のための振動を生じさせること
を特徴とする振動波駆動装置。
【請求項９】中心軸の曲げ振動モードを生じさせる振
動体柱状部に、中心軸に垂直な平面での断面積が他の部
分よりも小さいくびれ部を有することを特徴とする請求
項８に記載の振動波駆動装置。
【請求項１０】円板のたわみ振動モードを生じさせる
前記振動体円板部に、前記接触体と加圧接触する径方向
から見て凸形状の摩擦接触部を有することを特徴とする
請求項８または９に記載の振動波駆動装置。
【請求項１１】前記振動体は、前記振動体柱状部の軸
方向に対して対称の位置に前記振動体円板部を設け、前
記各振動体円板部の摩擦接触部に対応して前記接触体を
それぞれ配置したことを特徴とする請求項８、９または
１０に記載の振動波駆動装置。
【請求項１２】前記接触体を移動体とし、回転駆動さ
れる前記接触体の回転力が伝達されて出力を取り出す回
転出力部材を有することを特徴とする請求項８、９、１
０、または１１に記載の振動波駆動装置。
【請求項１３】軸方向に沿って前記振動体を複数組配
置し、前記複数組の各振動体に対応の前記各接触体の出
力を取り出すようにしたことを特徴とする請求項１１に
記載の振動波駆動装置。
【請求項１４】前記振動体の駆動力を用いて被駆動体
を駆動することを特徴とする請求項１、３、４、５また
は６に振動波駆動装置。
【請求項１５】前記接触体の駆動力を用いて被駆動体
を駆動することを特徴とする請求項２ないし１３のいず
れかに記載の振動波駆動装置。