JPH02280677A - 振動波装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［ａ集土の利用分野］ 本発明は振動波モータに関するものである。

［従来の技術］ 弾性体に進行性振動波を生じさせ、この振動によってロ
ータ等の移動体を移動させる撮動波モータは、小型であ
り、また低速時に高いトルりが得られることから、近年
−眼レフカメラの撮影レンズ駆動用として採用された。

第６図は振動波モータを、撮影レンズ駆動用として組込
んだ一眼レフカメラの撮影レンズの縦断面図で、１は撮
影レンズの光軸りを回転中心とする、円環状の金属性の
弾性体で、後述するロータ３に接する側には第７図に示
される様に所定の４Ｉ５１ｔと深さｈの溝ＩＡが全周に
わたって設けられている。また該弾性体１の下部には１
’ＺＴ等の圧電素子２からなる駆動用の２群の駆動相等
が接着剤により固定されている。電気−機械エネルギ変
換素子としての該圧電、素子２からなる２群の駆動相に
対しては公知の方法で、位相の異なる超音波の駆動信号
が夫々印加され、この信号に応答して弾性体１が振動す
ることによって振動体を形成する弾性体１の周方向に回
転する進行性振動波が発生する。３は弾性体１の上面に
加圧接触した端部を有する円環状のロータで、移動体と
しての該ロータ３の他端にはゴム等の円環状の吸振体５
が設けられている。４はフェルト等で形成された円環状
の振動絶縁体で、該絶縁体４はフェルト台８を介して重
ね合わされた２枚の皿バネ９から加圧力を受けている。

前述のロータ３は前記した吸振体５を介して連結板２２
に密接保持される０円環状の連結板２２は締め付はビス
（不図示）により出力伝達体２５と固定される。光軸り
を回転中心として回転する出力伝達体２５はボール１０
を用いてボールレース１３．１４で玉軸受けを構成して
いる。ボールレース１３．１４は撮影レンズの外筒１２
に固定され、外筒１２は固定筒１１と結合され、カメラ
マウント１９に固定される。

出力伝達体２５の先端には連結コロ１５が固定され、光
軸方向に設けられたフォーカスレンズ２フを保持した移
動環１フのキー溝（不図示）と係合する。固定内筒１Ｂ
のネジ部１８ａと移動環１フのネジ部１７ａがヘリコイ
ド結合しており、出力伝達体２５の回転運動によって連
結コロ１５を介して移動環１７は回転しながら光軸方向
へ移動可能となる。

かかる構成において、カメラ側からのＡＰ信号または、
マニュアルリング１６からの駆動信号によって弾性体と
圧電素子からなる振動体に公知の方法で進行性振動波を
発生させ、ロータ３を回転させて最終的にフォーカスレ
ンズ２７を光軸方向へ９勤させ、ピント調整を行うもの
である。

そしてかかる振動波モータにおいて、この振動体は駆動
用進行性振動波が振動体上のどの位置でも同じ振幅、同
じ波長となる様に均一な部材で形成され、かつ１４７図
示のようにほぼ均一な構造となっている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記従来の振動波モータでは撮動体、移
動体、或いはそれらの保持部材の加工後の平面度誤差が
、振動体と移動体の接触面に面圧ラムを引き起こし、か
かる原因により駆動用進行性振ｗＪ＠とは異なった波長
の進行性振動波が゛成長し、振動体と移動体との接触面
より騒音が発生することがあった。

そしてこの騒音を発生する波長をもった進行性振動波を
分析したところ、この不要進行性振動波は、１つの波長
の場合であったり、あるいは複数の波長の場合であった
。

本発明の目的は、駆動モードの波長に影響を与えること
なく不要の波数の進行波の発生を防止して鳴きのない振
動波そ一夕を提供するものである。

〔課題を解決するための手段］ 本発明の目的を達成するための代表的な例は、互いに所
定の位置的位相差を有する１奪番駆動用電気−機械エネ
ルギ変換手段に交流電圧を印加することにより、該弾性
体に進行性振動波を形成し、該弾性体と該弾性体に加圧
接触した加圧部材とを相対移動させる振動波モータにお
いて、該弾性体又は該弾性体の支持部材のいずれか一方
に、該弾性体に励起される駆動モードの定在波の固有振
動数差が、駆動用の進行性振動波以外の少なくとも１つ
の振動モードにおける定在波の振動数差よりも小さくな
るように動剛性不均一部を設け、該各駆動用電気−機械
エネルギ変換手段に対する動剛性不均一部を等しく又は
近づけたことを特徴とする振動波モータにある。

［作　　用］ 上記した構成の振動波モータは、不要な振動モードが発
生しても、そのモードにおける定在波の固有振動数差が
駆動モードの定在波の固有振動数差よりも大きいので、
駆動モードにおける進行波形成に影響を与えることなく
不要モードの進行波の形成が阻止され、＠き等の騒音発
生が未然に防止できると共に、動剛性不均一部と駆動用
電気−機械エネルギ変換手段との位置を等しく又は近づ
けることで、動剛性不均一部が駆動に影響を与えること
を防ぐ。

［実施例］ 第１図は本発明による振動波モータの一実施例を示す弾
性体の平面図である。

本実施例による弾性体２８は、第７図に示すように円環
状に形成されると共に、振幅の拡大を図るために移動体
（不図示）圧接面側に複数の溝を形成している。

本実施例において、上記した溝は、４°ピツチで９０個
形成し、上記した振幅の拡大を図る目的の他に、不要モ
ードの進行波発生を防止するために、図中、黒く塗りつ
ぶした溝２８ｂ、２８ｃ。

２１１ｄ、２８ｅ、２８ｆ、２８ｇ、２８ｈ、２８１．
２８Ｊ、２８に、２８１．２８ｍ。

２８ｎ、２８ｏの１４個の溝（以下深溝と称す）の深さ
ｈを他の溝２８ａ（計７６個）よりも若干、例えば０．
２■深くし動剛性を変えている。なお、本実施例の振動
体はリング面外曲げ振動の７次モード（７波モード）を
駆動モードとするようにしている。

したがって、モータ駆動時に発生する鳴きは、駆動そ−
ドより低次モードであることから、３，４，５．６次（
波）そ−ドのいずれか、あるいはその複合の共握として
発生することになる。なお従来例で示したモータでは、
２次モードは、弾性体と移動体の接触状態を考えると不
安定であるためか殆んど発生しなかった。

このような動剛性が不均一な構造の弾性体２８を有する
振動波モータにおいて、５次モードの不要モードが発生
した場合を例にして、鳴き発生の防止を以下に説明する
。

進行性振動波の形成原理は、波長（λ）と振動数が共に
等しく、互いに位置的位相がλ／４ずれた２つの定在波
を合成することにより形成されるものである。したがっ
て、不要モードの進行波の発生を防ぐには、弾性体２８
上に形成される不要モードにおける２つの定在波の固有
振動数が等しくならないようにすればよく、そのために
本実施例では、深溝２８ｂ・・・２８ｈ・・・２８゜を
形成して、弾性体２８の動剛性の不均一化を図っている
。

進行波の形成において、２つの定在波が位置的位相がλ
／４ずれるということは、弾性体２８における周方向の
任意の１点に一方の定在波の腹があるとすると、その点
に他方の定在波の節がなければならない。

５次モー・ドの振動波において、弾性体２８上に形成さ
れる１波長は７２°ピツチである。ここで、深溝２８ｂ
を節とする５波の定在波が発生したとすると、その定在
波は深溝２８ｅ、２８ｈ、２８１゜２８Ｊ、２８ｍが腹
の位置となり、この定在波に対応する弾性体２８の固有
振動数をｆｒｃとする。また、深溝２８ｂを腹とする５
波の定在波が発生したとすると、その定在波は深溝２８
ｅ、２８ｈ、２８ｉ。

２８Ｊ、２８ｍが節の位置となり、この定在波に対応す
る弾性体２８の固有振動数をｆ、とする。

５次モードの進行波が発生するには、双方の定在波の固
有振動数ｆ、とｆ　ｔｃとが等しいか又はその固有振動
数差、Δｒｒａ−１ｆ□−ｆ、ｅ１が小さいことが必要
で、逆にこの固有振動数差Δｒｒｓが大きければ５次モ
ードの進行波が発生しなくなる。

一般に、買置をｍ、剛性をｋとした時の固有振動数ｆ１
は 深溝部分は弾性体の板厚が薄い為、曲げ剛性には小さい
、従って深溝の位置を腹とする場合の曲げ剛性をｋｅと
し、深溝の位置を節とする場合の曲げ剛性をに、とする
と、深溝の位置を節とする場合の腹位置の板厚が厚い為
、ｋ、＞ｋｃ つまり、 ｆ□＞　ｆ　ｒｅとなる。

したがって、５次モードにおける固有振動数ｆ、とｆ　
ｒｅとは振動数が異なり、その差が大きいので、鳴きの
発生する可能性がある５次モードの振動数は進行波とな
り得す、５次モードの振動数が何らかの原因によって発
生しても、それによって鳴きが発生することはない。

また、この鳴き発生の防止効果は、固有振動数差Δｆ、
が大きい程顕著であることは明らかである。

以上の説明は不要モードが５次モードの場合であるが、
本実施例の弾性体２８にあっては、５次モード以外に、
６次モード、４次モード、３次モードの不要モードにつ
いても５次モードの場合と同様に進行波の形成を阻止す
るようになっている。

すなわち、４次モードの場合、深溝２８ｂ、２８ｆ。

２８ｇ、２８Ｌ、２８に、２８１が動剛性を不均一にし
、固有振動数差Δｆｒ４をその振動波の位置で異ならせ
て４次モードの進行波の形成を防止する。

ただし、この場合、弾性体２８に形成された全周等ピッ
チ９０個の溝に対して、４では割り切れないので、深溝
２８ｆ、２８ｇ、　（２８に、２８１も同様）の中間を
中心位置として４次モードの１波長である９０”　ピッ
チとしている。

また、３次モード及び６次モードの場合、深溝２８ｃ、
２８ｄ、２８ｆ　、２８ｇ、２８に、２８１．２８ｎ、
２８ｏが動剛性を不均一にし、固有撮動数差Δｆ、３．
Δｆｒ８をその振動波の位置で異ならせて３次、６次モ
ードの進行波形成を防止する。

ただし、この場合も深溝２８ｃ、２８ｄと、深溝２８ｆ
、２８ｇと、深溝２８に、２８１と、深溝２８ｎ、２８
ｏの夫々の中間を中心位置として、３次そ−ドの場合１
７２波長、６次モードの場合１波長である６０°ピツチ
としている。

第３図は、これらの１次モードの固有振動数差Δｆ？、
１を各モード毎に求めたものである。

第３図かられかるように、駆動用の７次モードも動剛性
の不均一によって固有撮動数差Δｆｒ？が生じているが
その量は少ない、しかもその他の騒音時発生する。３次
、４次、５次、６次モードの固有撮動数差Δｆ１３．Δ
ｆ、４゜Δｆ１５．Δｆ、６の方が７次モードの場合の
Δｆｒ？より大きいので鳴き防止効果が大きいのがわか
る。つまり、モータ駆動に悪影響を与えにくく、しかも
０！％きが発生しにくい。

すなわち、これらの各モードの固有振動数差Δｆｒｎは
、第１図に示すような深溝パターン、つまり動剛性の平
均一部パターンに大きく依存する。

第２図は、本実施例の圧電素子３０の平面図である。つ
まり、第１図の弾性体２８に接着される圧電素子３０を
裏面側から見た図である。

３０＾で示す電極群がＡ相駆動電極であり、７波駆動の
波長λフのλフ／２の電極の集合体となっている０図中
■ｅは裏面に形成された共通電極（不図示）に対する分
極処理時の印加電圧の＋−を夫々示している。３０Ｂで
示す電極群がＢ相駆動電極群で、Ａ相駆動電極に対して
λ１／４位相がずれた位置に形成される。Ａ相駆動電極
３０＾と該Ｂ相駆動電極３０Ｂは対称面３１に対して線
対称となっている。モータ駆動時は、Ａ相駆動電極３０
ＡとＢ相駆動電極３０Ｂは時間的に位相の±９０゛ずれ
た交番電圧が印加される。

第４図は、第１図に示す弾性体２８の対称面２９からθ
方向に１次モードの振動波が各モードの１波長分（φ。

＝３６０°）進行した場合の、動剛性不均一部分（第１
図黒ぬりの深溝）の実質的総和Ｒを計算した図である。

っまりθ＝θｌｌ／ｎの関係となる。３２．３３゜３４
．３５は夫々３次、４次、５次、６次モードといった騒
音となる振動モードの場合である。第４図に示す如く、
各モードは約９０゛位相φ。がずれた位置でＲの最大、
最小をとっている。つまり動剛性の不均一性が約９０°
位相がずれた場所で最大・最小となり、最も進行波にな
りにくい形となっている。第５図は第４図と同様な図で
あるが、駆動用の７次モード３６の場合である。この図
からＲの最大、最小差が他モードに比べて少ないのがわ
かる。つまり７次モードの進行波への悪影響が少ない。

但しゼロではない。今、弾性体２８の深溝パターンの対
称面２つと圧電素子３０の対称面３１を一致させた場合
、ＰＩ　、ＰＩがＡ相３Ｑへのみを駆動したときのＡ相
定在波の腹位置（Ｂ相３０Ｂのみを駆動したときのＢ相
定在波の節位置）、Ｐ２゜Ｐ４がＢ相定在波の腹位置（
Ａ相定在波の節位置）となる。Ｐ、−Ｐ４のＲの値が等
しい事から、動剛性の不均一性がＡ相、Ｂ相の駆動電極
に対して同様な影響しか与えない事がわかる。

つまり、Ａ相定在波の固有振動数とＢ相定在彼の固有撮
動数が一致して、駆動に悪影響を与えない、ところが、
弾性体２８の深溝パターンの対称面２９と圧電素子３０
の対称面３１をずらがＡ相定在波の腹位置（Ｂ相定在波
の節位置）％Ｐ６１Ｐ８がＢ相定在波の腹位置（Ａ相定
在波の節位置）となるかもしくはその逆となる。

この場合、Ｐｓ　　（Ｐ９）、Ｐ７のＲの値の方がＰ　
８　＊　　Ｐ　６のＲの値より大きくなる。つまり、動
剛性の不均一性の影響でＡ相定在波の固有振動数よりＢ
相定在波の固有振動数が高くなり、進行波としてのムラ
が大きくなってしまう、このことから、弾性体２８の対
称面２９と圧電素子の対称面３１を一致させるのが最も
駆動波に悪影響を与えないことがわかる。

なお、上記した動剛性不均一部分の実質的総和Ｒは、動
剛性不均一部分の１つの大きさを仮にＲｏｌとして、曲
げ振動の形をＳｉｎで近似し、弾性体リング全体での総
和を考えると、Ｒ（φ１）＝、Σ　Ｒａｌ　Ｉ　ｓｉｎ
　　（Ｎ０区　＋φ、１）１１■１ となる、但し、ｋは動剛性不均一の部分の数である。

もし仮に、本実施例のように動剛性不均一部分が深溝で
ある場合は、Ｒ（φｎ）は深溝の全体総和の進行波位置
（φｎ）による分布を表わす。

第４図５図はＲ，ｌ＝１とした場合である６本実施例の
ような場合、前述した様に、Ｒ大の位置に振動の腹が来
る場合はど、ｋ小となる。つまりｆ７小となる。従って
、Ｒの最大位置で振動の腹となるモードの固有振動数が
最小となり、Ｒの最小位置で撮動の腹となるモードの固
有振動数が最大となる。実際、騒音となる進行波はこの
最大・最小固有振動数の間の振動数をとる。従ってそれ
らの固有振動数差が大ぎいほど騒音となる進行波は共振
点からはずれ、撮巾が非常に小さくなり、ひいては減衰
してしまう。

以上の実施例は、深溝を他の溝よりも０．２ｍｍ深くし
た例で説明したが、この量を増加すれば効果が大きくな
る事は明らかであり、この値に限定されるものではない
。

また、このように溝の深さを変えるだけでなく、付加質
量や付加抵抗などを増減させて動剛性を変えたり、それ
らの複合で動剛性を変えても同様である。また、弾性体
の動剛性だけでなく、第６図に示すロータや振動絶縁体
４などの周辺部材の動剛性を不均一にしても同様の効果
がある。更に、動剛性の不均一パターンは本実施例に限
らず、各駆動相に対して動剛性を等しく又は近づけたも
のであればよい。

［発明の効果］ 以上説明してきたように、本発明によれば、電気回路等
の電気制御手段を用いることなく、例えば弾性体に動剛
性不均一部を設けるといったことで駆動用の進行波以外
の進行波の形成を防止でき、駆動時における鳴き等の騒
音を抑えることがてでき、しかも駆動用の進行波の形成
に影響を与えることがないといった効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による振動波モータの一実施例１を示す
弾性体の平面図、第２図は圧電素子の配置を示す平面図
、第３図は弾性体の０次モードの固有振動数差を各モー
ド毎に示した図、第４図、第５図は０次モードの位相に
よる動剛性の変化を示した図、第６図はレンズ鏡筒の断
面図、第７図は弾性体の斜視図である。 １．２８：弾性体 ２．３０：圧電素子 ３：ロータ ４：振動絶縁体 ２８ｂ・・・２８ｉ・・・２８０：深溝他４名 第 図 モード次数ｎ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　互いに所定の位置的位相差を有する 駆動用電気−機械エネルギ変換手段に交流電圧を印加す
   ることにより、該弾性体に進行性振動波を形成し、該弾
   性体と該弾性体に加圧接触した加圧部材とを相対移動さ
   せる振動波モータにおいて、 該弾性体又は該弾性体の支持部材のいずれ か一方に、該弾性体に励起される駆動モードの定在波の
   固有振動数差が、駆動用の進行性振動波以外の少なくと
   も１つの振動モードにおける定在波の振動数差よりも小
   さくなるように動剛性不均一部を設け、該各駆動用電 気−機械エネルギ変換手段に対する動剛性不均一部を等
   しく又は近づけたことを特徴とする振動波モータ。 ２　前記動剛性不均一部は線対称のパターンに形成され
   ていることを特徴とする請求項１に記載の振動波モータ
   。 ３　前記２群の電気−機械エネルギ変換手段は夫々所定
   の位置的位相差を有して線対称に配置され、前記動剛性
   不均一部のパターンの線対称の対称面と一致若しくは僅
   かにづれていることを特徴とする請求項２に記載の振動
   波モータ。 ４　前記動剛性不均一部は円環状に形成した弾性体に設
   けたことを特徴とする請求項１、 ２、又は３に記載の振動波モータ。