JPH0429575A - 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、棒状弾性体に設けられた電気−機械エネルギ
ー変換素子に電気エネルギーを供給することにより、棒
状振動子を振動させ、振動子の質点に円又は楕円運動さ
せることで、振動子に押圧した移動体を摩擦駆動させる
超音波モータに関するものである。

〔従来の技術〕

従来、超音波モータとしては、円環に曲げ振動を起こし
、摩擦力により移動体を駆動させる型式のものが、カメ
ラ用ＡＦ機構などで、実用化されている。しかし、リン
グ形状であるため、加圧機構を含めたユニットとしては
、意外とコスト高であり、中空を要求されぬモータ用途
としてはコスト上不利である。そこで、中実型で、加圧
系などの構成が容易なタイプのモータとして、第８図及
び第９図に示す棒状超音波モータが提案されている。

第８図及び第９図において、１は先端部の小径軸部１ａ
と後端部の大径軸部１ｂとの間にホーン形状のホーン部
ＩＣを形成した金属丸棒からなる中空の振動体で、軸孔
にねし部１ｄが形成されている。２は振動体１の大径軸
部１ｂと同径の外径に形成された金属丸棒からなる押え
体で、軸心にボルト通し孔２ａが形成されている。３．
４は大径軸部１ｂと同径の外径に形成された円環形状の
圧電素子板で、不図示の電極板を介装して振動体１と押
え体２との間に配置される。６は固定ボルトで、押え体
２のボルト通し孔２ａを通して振動体１のねじ部１ｄに
螺着し、圧電素子板３．４を押え体２と振動体１との間
に挟持固定する。圧電素子板３．４は、例えば−面が共
通電極、他面が直径方向の中心軸線に対して対称の極性
の異なる電極に形成され、一方の圧電素子板３と他方の
圧電素子板４とを９０”の角度ずらすようにして同じ向
きに配置されている。

一方の圧電素子板３の２分割電極面を例えば振動体１の
後端面に接触させ、不図示の電極板を介して他方の圧電
素子板４が接し、該他方の圧電素子板４の共通電極を押
え体２の前端面に接触させている。前記電極板と振動体
１との間に交流電圧Ｖ１を、該電極板と押え体２との間
に交流電圧■２を印加することにより、圧電素子板３の
厚み方向における伸縮変位による振動と、圧電素子板４
の厚み方向における伸縮変位による振動との合成により
、振動体１と押え体２からなる棒状の振動子Ａを振動さ
せる。

交流電圧Ｖ１と■２は、振幅及び周波数が共に同して、
時間的に位相が９０°のずれを有している。

したがって、振動子Ａは軸心を中心として縄飛びの縄の
ような円運動を行うことになる。また、電圧Ｖ１とＶ２
どの位相を逆転すると、円運動の正逆回転が逆となる。

なお、この円運動が生じる原理については特開昭６２−
１４１９８０号等により公知であるので、説明は省略す
る。

振動子Ａに励起する振動は、ホーン部ＩＣに振動の山が
位置するように振動モードが設定されていて、振動体１
の先端部に嵌合するロータＲの嵌合先端部と、ホーン部
１ｃに形成される振動の腹の部分との摩擦接触により、
ロータＲを回転駆動する。５はロータＲを振動体１に加
圧接触させるためのスプリングで、固定ボルト６の先端
部と掛止めどン７の先端部との間に掛止められている。

掛止めどン７は、ロータＲの一端部に取り付けられたス
ラストベアリング８のインナーレース部に装着され、ロ
ータＲに対してスプリング５のバネ力を付与する。

（発明が解決しようとする課題） しかし、従来の棒状超音波モータは、圧電素子板３．４
をボルト６により振動体１と押え体２との間に挟持固定
した状態において、第１０図に示すように、圧電素子の
軸方向歪み量に差が生じた。

これは、圧電素子板を挟持する際、振動体１と押え体１
とが弾性変形し、ボルト６のネジ部に近い内周側、特に
振動体１の内周側に応力が集中することに起因する。

このため、ボルト６を締め付けて圧電素子板３．４を挟
持する際、圧電セラミックスからなる圧電素子板３．４
が割れ易く、また圧電素子板３．４と振動体１、押え体
２とが均一に接触しないことから振動特性にバラツキが
生じ易く、モータの効率低下を招くという問題があった
。

本発明の目的は、このような従来の問題を解決し、圧電
素子板を歪量に差を生じさせることなく挟持することか
できて、圧電素子板に割れを発生させず、しかも振動特
性を低下させることのない棒状超音波モータを提供する
ことにある。

〔課題を解決すやための手段〕

本発明の目的を実現する棒状超音波モータは、棒状の振
動体と押え体との間に電気−機械工ネルギ変換素子を配
置し、該振動体と押え体とを軸方向に延びる結合手段に
より結合固定して該電気−機械エネルギ変換素子を挟持
固定する振動子と、該振動体に押圧される移動部材とを
有し、該電気−機械エネルギー変換素子への交流電圧の
印加により、該振動子に同形の屈曲モードの振動を異な
る複数の平面内に時間的位相差を有して励起させ、以っ
て振動体の表面粒子に円又は楕円運動を行なわしめ、該
移動部材を摩擦駆動する棒状超音波モータにおいて、該
電気−機械エネルギ変換素子と当接する該弾性体及び該
押え体の当接面と、該結合手段によりこれら振動体と押
え体とに作用する結合力の作用位置とを離間させたこと
を特徴とするものである。

（作　　　用） 上記した構成の棒状超音波モータは、圧電素子板等の電
気−機械工ネルギ変換素子に対し、圧電素子板を挟持固
定するための結合力作用位置、例えば押え体を振動体に
固定するボルトの該振動体における螺合位置を軸方向に
おいて離間させると共に、径方向においても隙間を設け
ることにより、圧電素子板に加わる挟持圧力を均一に近
づけることが可能となる。

〔実　施　例〕

実施例１ 第１図は本発明による棒状超音波モータの実施例１を示
す振動子の縦断面図である。

１０は振動体で、圧電素子板３と接する端面１０ａの内
側に凹部１０ｂを形成し、この凹部１０ｂよりも振動体
１０の先端側にボルト６のねじ部が螺合する内ねじ部１
０ｃが形成されている。第８図及び第９図に示す従来例
では、圧電素子板３が接する振動体１の端面と、ねじ６
の螺合する振動体１の内ねじ部のねじ端面とが同一平面
上で一致するのに対し、本実施例では、内ねじ部１０ｃ
の端面を凹部１０ｂの深さ分の距離だけ圧電素子板３と
当接する端面から隔離させ、該凹部１０ｂの内壁面とね
じ６の外周面との間に、ねじ６と非螺合の隙間１０ｅを
形成している。

圧電素子板３．４は従来例と同様に、押え体２との端面
と振動体１０の端面との間に配設され、ボルト６により
挟持固定される。

すなわち、ボルト６の締付けによって生じる振動体１０
の最も応力集中の起りゃすい箇所は、凹部１０ｂの底部
における角部１０ｆであるが、この角部１０ｆは圧電素
子板３と当接する振動体１の端面１ａと離れているため
、圧電素子板３．４に加わる挟持圧力を均一に近づける
ことができる。

これにより、第２図に示すように、圧電素子板３．４の
内外周圧縮変形量は均一化され、また接触圧力も均一化
されるため、圧電素子板３．４の割れは減少し、振動特
性のよい振動子が得られる。

以上述べた如く本実施例は、圧電素子板の接合端面と、
ボルト６に対する振動体１の内ねじ端とを隙間１０ｅに
より軸方向において離隔させ、ねじ６による最も応力集
中の生じ易い個所と圧電素子板とを離すことで圧電素子
板３，４の加わる挟持圧力を均一化するようにしている
。

締付けるねしによって生じる最も応力集中の生じ易い個
所と、圧電素子板とを軸方向において離す構造としては
、第１図に示す実施例以外に、第３図、第４図、第５図
、第６図、第７図に示すものがある。

第３図に示す実施例は、第９図に示す従来例におけるボ
ルト６に代え、ボルト６゛を用し）て振動体１と押え体
２との間に圧電素子板３．４を挟持固定している。

ボルト６゛は先端部のみにねじ部６’ａを設け、ねじ部
６’ａと頭部６°ｂとの間における軸部６’ｃの周囲に
隙間を形成している。

ねし部６’ａは、締付位置において振動体１の端面より
も内側となるように設定し、ねじの螺合端と振動体１の
端面との間を軸方向にお））て離すようにしている。

第４図に示す実施例は、第９図に示す従来例において、
振動体１と圧電素子板３との間にリング状のデイスタン
スプレート４０を介装し、振動体１の端面と圧電素子板
３との間を軸方向において離すようにしている。

第５図に示す実施例は、振動体５１に押え体５２に螺合
するねじ部５３を一体に設けると共に、ねじ部５３の付
根部の周囲に周溝５４を形成して振動体５１の端面とね
じ部５３の基端との間を軸方向において離すようにして
し＼る。また、押え体５２の端面と、ねじ部５３が螺合
するねし孔５５の端面とを離すため、押え体５２に凹部
５６を形成している。

第６図に示す実施例は、第５図に示す実施例とは逆に、
押え体６２に振動体６１に螺合するねじ部６３を一体に
設けている。

本実施例の場合も、第５図に示す実施例と同様に、ねし
部６３の基端を押え体６２の端面から軸方向内側へ位置
させるために周溝６４を設けている。また振動体６１に
凹部６５を設け、振動体６１の端面とねじ部６３が螺合
するねし孔６６のねし端との間を軸方向において離すよ
うにしている。

第７図に示す実施例は、第１図に示す実施例における隙
間１０ｅに剛性の低い部材７０、例えばフェルト、ゴム
、樹脂、フレキシブル基板などを設けたもので、電気・
機械エネルギ変換素子の位置決め、フレキによる配線、
などを行う。

部材７０は剛性が低いため、ボルト６を締付けた際に歪
が生じても応力はあまり大きくならず、実施例１と同様
な効果が得られる。

第１１図は、本発明によるモータを使用して、光学レン
ズの鏡筒を駆動する場合の構成例である。

１２は移動体８と同軸的に接合された歯車で、回転出力
を歯車１３に伝達し、歯車１３と噛み合う歯車をもった
鏡筒１４を回転させる。

移動体８および鏡筒１４の回転位置、回転速度を検出す
るために、光学式エンコーダスリット板１５が歯車１３
と同軸に配置され、フォトカプラ１６で位置速度を検出
する。

なお、９はバネポスト、１０はベアリング、１１ははね
である。

（発明の効果） 以上説明してきたように、本発明によれば、押え体と振
動体との間に挟持する圧電素子板等の電気−機械工ネル
ギ変換素子は、略−様な挟持圧力を受けるため、振動子
を良好に振動させることかてきてモータ効率の低下を防
ぐことかでき、また圧電素子板の割れを防止することが
できる。

また、このようなモータを駆動源とすることにより、コ
ンパクトで高精度な駆動が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第３図、第４図、第５図、第６図、第７図は、
本発明による棒状超音波モータの実施例を夫々示す振動
子の断面図、第２図は第１図に示す実施例における圧電
素子板の軸方向の歪量を示す図である。第８図は従来の
棒状超音波モータの斜視図、第９図はその断面図、第１
０図はその圧電素子板の軸方向歪量を示す図、第１１図
は光学レンズの鏡筒駆動機構を示す断面図である。 １．１０，５１．６１・・・振動体 ２．５．２．６２・・・押え体 ３．４・・・圧電素子板　　６．６°・・・ボルト７０
・・・剛性の低い部材 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 第７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　棒状の振動体と押え体との間に電気−機械エネルギ
   変換素子を配置し、該振動体と押え体とを軸方向に延び
   る結合手段により結合固定して該電気−機械エネルギ変
   換素子を挟持固定する振動子と、該振動体に押圧される
   移動部材とを有し、該電気−機械エネルギー変換素子へ
   の交流電圧の印加により、該振動子に同形の屈曲モード
   の振動を異なる複数の平面内に時間的位相差を有して励
   起させ、以って振動体の表面粒子に円又は楕円運動を行
   なわしめ、該移動部材を摩擦駆動する棒状超音波モータ
   において、 該電気−機械エネルギ変換素子と当接する該弾性体及び
   該押え体の当接面と、該結合手段によりこれら振動体と
   押え体とに作用する結合力の作用位置とを離間させたこ
   とを特徴とする棒状超音波モータ。 ２　結合手段は振動体と押え体の軸心部に設けているこ
   とを特徴とする棒状超音波モータ。 ３　結合手段の振動体と押え体における結合力作用位置
   間に、該結合手段を取り囲む隙間を形成したことを特徴
   とする請求項２に記載の棒状超音波モータ。 ４　結合手段の振動体と押え体における結合力作用位置
   間に、該振動体及び押え体よりも剛性の十分小さい部材
   を設けたことを特徴とする棒状超音波モータ。 ５　請求項１ないし４のいずれかに記載の棒状超音波モ
   ータを含む装置であって、棒状超音波モータの摩擦駆動
   される移動部材により駆動される出力部材を有する装置
   。