JPH03230772A - 振動波駆動装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、；気−機械エネルギー変換素子により電気工
ネルキーを振動エネルギーに変換し、摩擦を介して振動
エネルギーから機械圧力を得る振動波モータに関するも
のである。

［従来の技術］ 一般に、振動波モータは、弾性体に圧電素子等の；気−
機械エネルギー変換素子を固着した振動子と、該弾性体
に圧接される移動体とにより構成され、該圧電素子の２
相の駆動相に交流電圧を印加して該弾性体に進行波を励
起し、進行波による振動エネルギーを該移動体との摩擦
力を介して弾性体と移動体とを相対移動させ、モータ出
力としている。このことから、モータ効率向上のために
弾性体は振動損失（内部損失）の小さい材料を用いて構
成しており、弾性体の材料としては、ｑ＝１００〜３０
０程度の非常に高いものを用い、小さなエネルギーて振
動を発生しやすいようにしている。

［発明が解決しようとしている課題］ ところで、このような振動波モータにおいて、モータ出
力を取り出すために、移動体は弾性体に対して加圧され
た状態にあることから、弾性体はモータ駆動中に垂直力
（圧接方向の力）や摩擦力（摩擦力によるモーメント）
を受け、この力が原因で駆動波以外の振動も励起される
場合かある。

そして、これらの振動は、主に、振動子の固有振動（移
動体と摩擦力を介して弱い達成はしているが）であり、
この振動数が可Ｍ域にある場合は鳴きとして騒音となる
。又、この振動数自身が可聴域になくとも、移動体と組
み合わされた状態での振動子の振動非線形性により、駆
動用モードの振動数との差分や、分調波も発生し、これ
らか可聴域にあれば、鳴きとして問題となる。

本発明の目的は、このような従来の問題を解決し、鳴き
発生のない振動波モータを提供することにある。

［課題を解決するための手段及び作用コ本発明の目的を
達成するための要旨とするところは、弾性体に固着した
電気−機械エネルギー変換素子に交流電界を印加するこ
とによって、該弾性体に位相の異なる複数の定在波を励
起し、これらの定在波の合成により、該弾性体に進行波
を形成し、該弾性体に圧接した部材と、該弾性体とを摩
擦力により相対移動させる振動波モータにおいて、該弾
性体と、該弾性体に圧接する部材との接触面における接
触圧を不均一とする接触圧不均一手段と、該接触圧平均
−によって発生する不要モードを、動剛性の不均一によ
ってその発生を妨げる動剛性不均一手段とを備えたこと
を特徴とする振動波モータにある。

本発明の構成は、以下に述べる観点により見い出したも
のである。

口１きの発生要因となる不要振動が予想できなければそ
の対策は困難である。そこで、本発明者は種々のモータ
を試作して鳴きの振動モードについて調へた。その結果
、鳴きは主に２通りあり、１つは強制振動により駆動用
モードの分調波が発生するもの、もう１つは摩擦力によ
り発生する自助振動である。

そして、後者の自励振動についてはさらに主に２つに分
かれ、移動体、振動体の寸法や、接触部動剛性、摩擦定
数等により鳴き振動モードが決定されるものと、寸法に
かかわらず駆動波の１つのモード（面外モード）で発生
する２通りの原因かあることがわかった。そして、駆動
波の１つの下のモードで発生する状況を調べると、移動
体と弾性体の接触が均一に保たれていないときに発生す
ることがわかった。

第２図にこのときの振動スペクトルの代表例を示す。な
お、振動子は円環形状のものを使用している。縦軸は振
動子に設けられたセンサー層（電気−機械エネルギー変
換素子からの圧電効果により、振動により歪に応じた電
圧を発生する）からの出力で、横軸は周波数である。

「ｆ」は駆動用振動モード（円環の面外曲げ７次モード
）であり、「ｇ」は摩擦力による自助振動として発生し
た振動モードであり、「ｆ」の１次下のモード、つまり
面外曲げ６次の進行波振動である。そして、「ｈ」は「
ｆ」と「ｇ」の差分てあり、約８　ＫＨｚで鳴きとして
聞こえる。このように、弾性体と移動体に接触ムラ（圧
力ムラ）があると、駆動波の１つ下の振動モードが発生
し、他の不要な振動モードが発生しなくなることを本発
明者は、実験的に確めることができた。即ち、接触ムラ
（圧力ムラ）がある場合、鳴きの原因となる振動は、駆
動用モードより１次低いモードの振動に限られることが
わかった。

また、前者すなわち接触ムラ（圧力ムラ）が小さいとぎ
の鴫きを調べてみると、移動体、弾性体の構造・材料・
摩擦定数・駆動次数等により鳴き振動モードは変わるが
、７波駆動とした場合、３，４，５．６波のうちどれか
１つ、又はその組み合わせに限れらていることがわがつ
た。

第９図に、圧力ムラがないときの嶋キの代表例を示す。

ｒｆＪは駆動用振動モードであり、「ｋ」は３次、「ｊ
」は４次モードである。

以上より、圧力ムラの発生しない構造とした場合、７波
駆動では３，４，５．６次モードについて鳴き対策をほ
どこせば、鳴きのないモータが実現できることがわかっ
た。

方、嶋き対策の一手段として不均一剛性部を弾性体等に
設ける方法がある。

振動波モータの駆動原理は、圧電素子に交流電界を印加
することによって、位置的にπ／２ずれた２つの定在波
、すなわちｓｉｎモードの定在波とｃｏｓモードの定在
波を弾性体に励起し、双方の定在波の合性によって進行
波が形成されるものであり、双方の定在波の固有振動数
に差が生じると、進行波は形成されなくなる。

このことから、鳴き発生の原因となる不要な次数の進行
波の発生を防止するには、当該次数における双方の定在
波間に固有振動数差を設ければよいことになる。

定在波間における固有振動数に差を設ける方法の一つと
しては、例えば弾性体を環状とし、その上面に周方向に
沿って複数のスリットを等ピッチで形成している場合、
例えば一方の定在波の節にあたるが他方の定在波ては腹
にあたる位置におけるスリットの深さを、他のスリット
よりも深くすることにより、固有振動数に差を設けるこ
とが可能となる。

したがって、本発明は、駆動モードの次数よりも１つ下
の次数のモードを強制的に発生させ、かかる次数におい
ては上述した動剛性不均部の作用によって当該モードの
発生を抑え、結果として口１き発生を防止したものであ
る。

［実　施　例］ 以下本発明を図面に示す実施例に基づいて詳細に説明す
る。

実施例１ 第１図は本発明による振動波モータの実施例１を示す一
部切欠斜視図である。なお、本実施例は７は駆動とする
。

ａは円環形状に形成された弾性体で、その裏面には圧電
素子Ｐが接着剤により接着されている。弾性体ａの上面
には多数のスリットＳが等ピッチで形成されているが、
これらのスリットＳの中でいくつかのスリットＳ−１（
本実施例では６箇所）は他のスリットよりも深溝に形成
され、これらのスリットＳ−ｔにより前述したように勤
剛性不均一部を作り、６波（次）の進行波の発生を妨げ
るようにしている。

すなわち、加圧の不均一によって発生する鳴きの原因と
なる６波の進行波が発生するような状況となっても、６
波の進行波の発生が妨げられることになる。

ｂは環状の移動体、Ｃはゴムで、ゴムＣの上面に複数個
このコロｄが配置され、これらのコロｄ上に加圧用構造
体ｅが配置されている。このような構造とすることによ
って、弾性体ａに進行波が形成されると移動体すが回転
し、コ口ｄを介してモータ増減速が可能である。また、
コロｄによって、弾性体ａと移動体すの接触駆動面に同
上３ケ所の面圧か高い部分を強制的に作り出している。

したがって、面圧の不均一か原因で、駆動モードよりも
１次下のモードが発生する、すなわち６波の進行波が発
生することになるが、６波の進行波はスリットＳ−１に
よる剛性不均一部の作用によって、発生が妨げられ、鳴
き発生か抑制されることになる。

なお、コロｄに代えて第３図に示す如く、球ｄ２を用い
ても同様であり、球ｄ２に軸を通すことにより出力か取
り出せ、また出力は直接移動体すから伝達されてもよい
。

実施例２ 第４図は実施例２を示す。

本実施例は、実施例１と同様に６波の不要モードの発生
を弾性体ａのスリット１−５の作用によって妨げており
、面圧の不均一をゴムＣ２を分割配置することによって
生しさせている。

実施例３ 第５図は実施例３を示す。

本実施例は、不要モードの発生を弾性体ａのスリット１
〜Ｓの作用によって妨げる構成の弾性体１を、３箇所に
配したコイルバネによって保持することで圧力ムラを発
生させている。

実施例４ 第６図は実施例４を示す。

本実施例は第１図に示す弾性体ａを、軸線λを中心とし
て２つ折れ状態に変形し、圧力ムラを発生させている。

この折れ量が数μｍ程度（駆動モードの振動程度）ある
と、圧力ムラが原因の鳴きを生しることがある。

なお、３つ折れ、４つ折れに弾性体ａを変形させても同
様に圧力ムラを発生させることができる。

実施例５ 第７図は実施例５を示す。

本実施例は、図に示す如く、弾性体ａに形成されるスリ
ットＳを部分的に周方向に２ケ所まびき、不等ピッチと
することによって、圧力ムラを発生させたもので、上述
の各実施例と同様に、弾性体１には、不要モード（駆動
モードよりも１次下）の発生を動剛性不均一部により抑
えるスリットＳ−１が設けられている。

実施例６ 第８図は実施例６を示す。

本実施例は、振動子を固定する固定部材ｑ上に複数配置
した支持部材ｒにより生じた振動子の査定形により圧力
ムラを発生させ、また固定部材ｑの周部６ケ所に等ピッ
チで設げた切欠き部１−ｑにより、動剛性不均一部を設
け、鳴き防止対策を施したものである。

なお、上記した各実施例における圧力ムラを生しる機構
、構造はモータ実装上、製造コスト等の関係て生しるこ
とが多く、各実施例の構造等を夫々組み合わせることも
できる。

また、駆動用振動モードより１次低い振動モードの１／
２波長の整数のピッチで動剛性不均一部分を設ける手段
として、溝（スリット）を深くする方法のみを示したが
、逆に溝を浅くする、質量を付は加える等の方法でも、
上述の各種の圧力ムラ発生手段と組み合わせれば、同様
の効果が得られる。

［発明の効果］ 以上説明してきたように、本発明によれば、鳴きの発生
する状態を接触圧不均一手段により作り出しておくこと
によりて、それ以外の不要モードの発生がなくなり、動
剛性不均一手段により強制的に作り出した不要モードの
発生を妨げる構成とすることにより、鳴き発生を防ぐこ
とができる効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による振動モータの実施例１を示す一部
切欠き斜視図、第２図は振動スペクトルを示す図、第３
図は実施例１の変形例を示す斜視図、第４図は実施例２
の一部切欠き斜視図、第５図は実施例３の斜視図、第６
図は実施例４の斜視図、第７図は実施例５の斜視図、第
８図は実施例６の一部切欠き斜視図、第９図は振動スペ
クトルを示す図である。 ａ１弾性体　　　　　ｂ：移動体 Ｃ；ゴム　　　　　　ｄ・コロ ｅ、加圧用構造体 ｆ：駆動用振動スペクトル ｇ：駆動用モードの１次下の振動 Ｓ　スリット　　　　ｐ・圧電素子。 他４名 第２区 鬼３図 第４図 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　弾性体に固着した電気−機械エネルギー変換素子に
   交流電界を印加することによって、該弾性体に位相の異
   なる複数の定在波を励起し、これらの定在波の合成によ
   り、該弾性体に進行波を形成し、該弾性体に圧接した部
   材と、該弾性体とを摩擦力により相対移動させる振動波
   モータにおいて、 該弾性体と、該弾性体に圧接する部材との接触面におけ
   る接触圧を不均一とする接触圧不均一手段と、該接触圧
   不均一によって発生する不要モードを、動剛性の不均一
   によってその発生を妨げる動剛性不均一手段とを備えた
   ことを特徴とする振動波モータ。 ２　動剛性不均一手段は、不要モードの半波長の略整数
   倍のピッチで振動子に設けら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　動剛性不均一手段は、駆動モードの次数より１次下
   の振動モードに対して設定したことを特徴とする請求項
   １又は２に記載の振動波モータ。 ４　接触圧不均一手段は、弾性体と、該弾性体と相対移
   動する部材とに加圧力を付与する加圧手段の加圧力を、
   部分的に作用させる加圧力部分伝達部材であることを特
   徴とする請求項１、２又は３に記載の振動波モータ。 ５　加圧力部分伝達部材は、加圧手段と、弾性体と相対
   移動する部材との間に配置したことを特徴とする請求項
   ４に記載の振動波モータ。 ６　加圧力伝達部材はコロであることを特徴とする請求
   項５に記載の振動波モータ。 接触圧不均一手段は加圧手段を兼用し、複数箇所に並列
   的に設けたバネ部材である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。