JPH0472471B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、電歪素子、磁歪素子などの電気−機
械エネルギ変換手段による機械的振動波を利用す
る振動波モータによる駆動装置に関するものであ
る。

振動波モータは、既に特開昭52−29192号公報
などによつて知られているように、固定体と移動
体とを摩擦接触させ、これらの少なくとも一方の
電気−機械エネルギ変換素子自体、或は電気−機
械エネルギ変換素子を含む弾性振動体で構成し、
電気−機械エネルギ変換素子に可聴周波数以上の
高周波電気エネルギを加えることによつて、機械
的振動エネルギを発生させ、移動体を一方向に摩
擦駆動させるものである。

本発明は、このような振動波モータのうち、特
に、固定体と移動体との摩擦接触面に屈曲振動を
発生させ、その進行振動波により移動体を摩擦駆
動させるタイプの振動波モータに関する。

従来、振動波モータを起動する方法は、直流モ
ータや交流モータと同様、駆動スタート信号によ
り進行振動波を発生させるものであつた。ところ
が、このような起動方法では、立上り特性がよく
なかつた。ここで、理解しやすくするために、振
動波モータ（圧電モータとか超音波モータとも言
われる）の駆動原理を第１図により説明する。

第１図において、１は力Ｆで加圧されている移
動体、２は電歪素子により弾性振動を行う固定体
で、ｘ軸を固定体２の表面上の方向に、ｚ軸をそ
の法線方向とする。電歪素子により固定体２の表
面に屈曲振動を与えると、進行振動波が発生し、
固定体２の表面上を伝搬していく。この進行振動
波は縦波と横波を伴なつた表面波で、その質点の
運動は楕円軌道を画く。質点Ａに着目すると、縦
振幅ｕ、横振幅ｗの楕円運動を行つており、表面
波の進行方向をｘ軸方向とすると、楕円運動は反
時計方向の向きである。この表面波は一波長毎に
頂点Ａ，A′…を有し、その頂点速度はｘ成分の
みであつて、ｖ＝2πfu（ｆは振動数）である。そ
こで、移動体１の表面を固定体２の表面に摩擦接
触させると、移動体１の表面は頂点Ａ，A′…の
みに接触するから、移動体１は摩擦力により矢印
Ｎの方向に駆動される。

移動体１の速度は振動数ｆに比例する。また、
加圧接触による摩擦駆動のために、縦振幅ｕばか
りでなく、横振幅ｗにも依存する。即ち、移動体
１の速度は楕円運動の大きさに比例する。したが
つて、移動体１の速度は電歪素子に加える電圧に
比例する。

従来の起動方法では、駆動スタート信号により
進行振動波を発生させ、静止状態から動作状態に
すると、常定域に達する過渡期に、楕円運動が電
歪素子の振動エネルギにより少しずつ大きくな
り、ある時間後、定常状態となる。電歪素子の振
動エネルギが零の状態から安定した進行振動波の
縦振動エネルギと横振動エネルギに変換されるま
でにある時間がかかるのである。

本発明の目的は、上述した問題点を解決し、起
動時の立上り特性を良くすることができる振動波
モータ用駆動装置を提供することである。

この目的を達成するために、本発明は、制御回
路を有する振動波モータ用駆動装置であつて、振
動波モータは、振動体と、被駆動体とを有し、振
動体が電気−機械エネルギ変換素子によつて励振
されて表面に振動波を発生し、被駆動体が振動体
の表面に圧接されて駆動されるものであり、制御
回路は交番電圧で電気−機械エネルギ変換素子を
駆動して、振動体に定在振動波を発生させ、その
後進行振動波を発生させるものであり、以て、進
行振動波による被駆動体の駆動前に、定在振動波
の発生により振動体に振動エネルギを蓄えておく
ようにしたことを特徴とする。

以下、本発明を図示の実施例に基づいて詳細に
説明する。

第２図及び第３図は、本発明を実施する振動波
モータの一例を示す構造分解図、及び電気的接続
と進行振動波や定在振動波の発生状態を示す図で
ある。第１図と同様な部分は同一符号にて示す。

第２図において、被駆動体としての環状の移動
体１には摩擦接触しやすくするための硬質ゴム１
ａが接着される。環状の固定体２には、二つのグ
ループを形成する、電気−機械エネルギ変換素子
としての電歪素子３ａ，３ｂが接着され、固定体
２と電歪素子３ａ，３ｂとで振動体９６が構成さ
れる。振動としての環状の固定体２には二つのグ
ループを形成する電気−機械エネルギ変換素子と
しての電歪素子３ａ，３ｂが接着される。電歪素
子３ａ，３ｂは、単独で動作すると、固定体２が
共振するような状態、即ち、定在振動波が存在す
るような位置に配置され、且つ電歪素子３ａによ
る定在振動波長と電歪素子３ｂによる定在振動波
長とが等しくなり、90°位相がずれる（１波長／
４だけ物理的位置がずれる）ように配置される。
フエルト４は、固定体２の摩擦接触面と反対の面
の振動を吸収する。支持体５は固定体２、電歪素
子３ａ，３ｂ及びフエルト４を支持する。

第３図においては、説明上電歪素子３ａ，３ｂ
は第２図のような配置ではなく、交互に配列され
ているが、上記と同じ条件を満たしており、等価
な配置である。駆動用電源６はＶ＝V₀sinωtとい
う電圧を供給する。電歪素子３ａには起動スイツ
チ７を経てライン８により駆動用電源６から直
接、電圧V₀sinωtが印加され、電歪素子３ｂには
電源スイツチ９及び90°移相器１０を経てライン
１１により電圧V₀sinωt（ωt±π／２）が印加さ
れる。電圧V₀sinωt（ωt±π／２）の±は移動体
１を動かす方向によつて切り換えられる。第３図
のイ〜ヘは電圧V₀sinωt（ωt−π／２）が印加さ
れている場合の振動波の状態を示す。イは電歪素
子３ａのみにより定在振動波１２を発生させてい
る状態、ロは電歪素子３ｂのみにより90°位相遅
れのある定在振動波１３を発生させている状態、
をそれぞれ示す。ハ〜ニは二つの電歪素子３ａ，
３ｂを同時に動作させて、進行振動波１４を発生
させている状態を示す。ハは時刻ｔ＝０＋2nπ／
ω、ニは時刻ｔ＝π／ω＋2nπ／ω、ホは時刻ｔ
＝π／ω＋2nπ／ω、ヘは3π／2ω＋2nπ／ω、の
進行振動波１４の位相をそれぞれ示す。進行振動
波１４は第３図の右方向に進むが、固定体２の摩
擦接触面の質点は反時計方向の楕円運動を行う。
したがつて、移動体１は左方向に移動する。

先ず、電源スイツチ９がオンになると、電歪素
子3bのみが動作し、ロの定在振動波１３のみが
発生する。この状態において、固定体２の摩擦接
触面上の節以外の質点では横振動、即ち、第３図
で上下運動だけである。これにより、固定体２に
は振動エネルギが蓄えられ、起動の準備がなされ
る。次に起動スイツチ７がオンになると、電歪素
子３ａによつて定在振動波１２も発生し、定在振
動波１３と合成されて、進行振動波１４が発生す
る。起動前から振動エネルギが固定体２に蓄えら
れているので、進行振動波１４の発生の立上りは
速くなる。

第４図及び第５図は、本発明をカメラの絞り駆
動に適用した絞りユニツトの一例を示す構造分解
図及び回路図である。この絞りユニツトは、カメ
ラのレリーズボタンの第１段ストロークにより測
光演算を開始すると共に定在振動波１３を発生し
て、絞り駆動準備を行い、第２段ストロークによ
り撮影シーケンスを開始すると共に進行振動波１
４を発生して、絞り駆動を行うものである。第２
図と同様な部分は同一符号にて示す。

第４図において、基板１５はカメラ基部の筐体
（図示せず）に固定され、その円筒部１５ａ上に
は絞り羽根１６（後述）の回転支点となる複数個
のピン１５ｂが植設される。基板１５には、くし
歯状電極を有するコード板１７が取り付けられ、
回転体１８に取り付けられた摺動子１９がくし歯
状電極上を摺動する至とによつて回転量に相当す
る数のパルスから成る絞りモニタ信号が発生す
る。基板１５上には、フエルト４、電歪素子３
ａ，３ｂ、及び固定体２が固定される。回転体１
８は第２図の移動体１に相当するもので、固定体
２と摩擦接触し、その上に絞り羽根１６の回転を
制御する複数個のピン１８ａが植設される。突起
部１８ｂは絞り開放時に基板１５に取り付けられ
た開放リセツトスイツチ２０をオンにするもので
ある。

絞り羽根１６は、第４図では一枚のみが示さ
れ、他は省略されているが、回転体１８上に絞り
口径を形成すべく複数枚が回転体１８と固定カバ
ー２１との間に配置される。絞り羽根１６の円弧
孔１６ａ，１６ｂにはそれぞれピン１８ａ，１８
ｂが挿入される。回転体１８と固定カバー２１と
の間には鋼球２２及びスペーサ２３が介在し、ス
ラストベアリングの機能を果す。固定カバー２１
は複数のビス２４によりバネ２５を介して基板１
５に固定される。バネ２５の力により鋼球２２を
介して回転体１８は固定体２に対して回転可能に
圧接される。

第５図において、測光演算回路２６は、開放レ
ンズを通して被写体から入射する光量を検出する
受光器２７、演算増幅器２８、ダイオード２９、
演算増幅器２８の出力により開放レンズを通した
被写体輝度情報V_V0を発生する抵抗３０、フイル
ム感度情報S_Vを発生する可変抵抗３１、設定露
出情報（例えばシヤツター秒時情報Tv）を発生
する可変抵抗３２、絞り込み値△A_Vを演算する
演算増幅器３３及びＡ／Ｄ変換器３４から成る。
モニタ信号発生回路３５はコード板１７、摺動子
１９及び定電圧電源に接続された抵抗３６から成
る。チヤタリング吸収回路３７はモニタ信号発生
回路３５が出力する絞りモニタ信号のチヤタリン
グ成分を吸収するもので、その出力側がプリツセ
ツタブルダウンカウンタ３８の入力端子Ｉに接続
される。制御信号発生回路３９はRSフリツプフ
ロツプ４０，４１から成り、レリーズボタンの第
１段ストロークに連動した電源信号P₁、第２段
ストロークに連動した絞り起動信号P₂、露光完
了信号P₃が入力する。単一パルス発生回路４２
は出力側がプリセツタブルダウンカウンタ３８の
ロード端子Ｌに接続される。パルス発生回路４３
は発振器４４、分周比１／２の分周器４５，４６
及びインバータ４７から成り、90°位相差のある
パルスを分周器４５，４６から出力する。４８〜
５０はアンドゲート、５１はオアゲート、５２は
排他的オアゲート、５３は電源に接続された抵抗
である。排他的オアゲート５２は、RSフリツプ
フロツプ４０の出力端子Ｑからの入力がハイレベ
ルの時に分周器４５のパルスに対する分周器４６
のパルスの位相を90°進んだものとし、ローレベ
ルの時に90°遅れたものとする。

駆動制御回路５４は電歪素子３ａ，３ｂの駆動
を制御する回路で、トランジスタ、抵抗及びイン
バータから成る二つのプツシユプル回路５５，５
６、スイツチングトランジスタ５７，５８などに
よつて構成される。スイツチングトランジスタ５
７，５８は抵抗５９を経て電源に接続される。

次に第４，５図に示される絞りユニツトの動作
につて説明する。

カメラの撮影操作のために、レリーズボタンの
第１段ストロークが押されると、電源信号P₁が
RSフリツプフロツプ４１のセツト入力端子Ｓに
入力し、これをセツト状態にする。同時に測光演
算回路２６、パルス発生回路４３などが動作を開
始し、駆動制御回路５４などに電源が供給され
る。被写体輝度をB_V、開放絞り値をA_V0とすれ
ば、受光器２７には開放レンズを通して光量が入
射するので、演算増幅器２８の出力により抵抗３
０に発生する被写体輝度情報B_V0は下記のように
なる。

B_V0＝B_V−A_V0 一方、制御すべき絞り値をA_Vとすれば、絞り
込み値△A_Vは、△A_V＝A_V−A_V0の式から求めら
れる。アペツクス演算式B_V＋S_V＝A_V＋T_Vを上記
２式により変形すると、下記の式が得られる。

（B_V−A_V0）＋S_V−T_V＝A_V−A_V0＝△A_V 演算増幅器３３はこの式を演算し、絞り込み値
△A_V、即ち絞り羽根１６を開放位置か絞り込む
べき絞り段数信号を出力する。この信号はＡ／Ｄ
変換器３４によりデジタル値に変更され、プリセ
ツタブルダウンカウンタ３８のデータ端子Ｄに与
えられる。

RSフリツプフロツプ４１の出力端子Ｑからの
ハイレベルの出力によつて、オアゲート５１の出
力はハイレベルに反転し、スイツチングトランジ
スタ５８をオンにする。一方、RSフリツプフロ
ツプ４１の出力端子からのローレベルの出力に
よつて、アンドゲート５０の出力はローレベルに
保持され、スイツチングトランジスタ５７はオフ
のままとなる。したがつて、プツシユプル回路５
５には電源が供給されず、プツシユプル回路５６
のみに電源が供給され、分周回路４５のパルスが
プツシユプル回路５６を制御することによつて、
電歪素子３ｂのみが振動運動を行い、固定体２に
定在振動波１３が発生する。これにより、回転体
１８が移動することなく、固定体２に振動エネル
ギが蓄えられ、起動準備がされる。

レリーズボタンの第２段ストロークが押される
と、絞り起動信号P₂が入力し、RSフリツプフロ
ツプ４０をセツトすると同時に、RSフリツプフ
ロツプ４１をリセツトする。これにより、プリセ
ツタブルダウンカウンタ３８のリセツト端子Ｒに
与えられていたハイレベルの信号はローレベルに
反転し、リセツトが解除される。同時に、単一パ
ルス発生回路４２が動作して、単一パルスをロー
ド端子Ｌに与えるので、プリセツタブルダウカウ
ンタ３８にはＡ／Ｄ変換器３４の出力がプリセツ
トされる。RSフリツプフロツプ４０の出力端子
Ｑのハイレベルの信号により、アンドゲート４９
及びオアゲート５１の出力がハイレベルとなり、
RSフリツプフロツプ４１の出力端子のハイレ
ベルの信号により、アンドゲート５０の出力がハ
イレベルとなるので、スイツチングトランジスタ
５７，５８は共にオンとなる。そのため、電歪素
子３ａ，３ｂには90°位相の異なつた駆動電圧が
供給され、固定体２には進行振動波１４が速やか
に発生する。これにより回転体１８が回転し、絞
り羽根１６を開放位置から小絞り方向に絞り込
む。回転体１８の回転角に対応したパルス数の絞
りモニタ信号がモニタ信号発生回路３５からチヤ
タリング吸収回路３７を経てプリセツタブルダウ
ンカウンタ３８の入力端子に入力し、プリセツ
タブルダウンカウンタ３８はプリセツト値から減
算する。カウント値が零になされると、キヤリ端
子Ｃからハイレベルの信号が出力され、アンドゲ
ート４９，５０及びオアゲート５１の出力をロー
レベルにするので、スイツチングトランジスタ５
７，５８はオフとなり、電歪素子３ａ，３ｂへの
電源供給が止まつて、回転体１８は停止し、絞り
羽根１６により絞り口径が形成される。この時の
絞り値A_Vは、開放絞り値A_V0から絞り込み値A_V
だけ絞り込まれた値（A_V0＋△A_V）となる。

シヤツター動作によりフイルムの露光が完了す
ると、露光完了信号P₃がRSフリツプフロツプ４
０をリセツトする。この時、開放リセツトスイツ
チ２０はオフしているので、アンドゲート４８の
出力はハイレベルに反転し、オアゲート５１及び
アンドゲート５０の出力もハイレベルに反転す
る。そのため、スイツチグトランジスタ５７，５
８は共にオンとなり、電歪素子３ａ，３ｂは振動
運動を行い、固定体２に進行振動波を発生させ
る。この時は、排他的オアゲート５２により分周
器４６のパルスの位相が分周器４５のパルスに対
して90°遅らされるので、進行振動波の進行方向
は逆となり、回転体１８は絞り羽根１６の開放方
向に回転する。開放位置まで回転すると、回転体
１８の突起部１８ｂによつて開放リセツトスイツ
チ２０がオンにされるために、アンドゲート４８
の出力はローレベルに戻り、電歪素子３ａ，３ｂ
への給電は断たれ、回転体１８は停止する。

第６図は、本発明をカメラのシヤツター駆動に
適用したシヤツター機構の一例を示す斜視図であ
る。６０は後羽根駆動用の振動波モータで、第２
図及び第３図に示されるものとほぼ同様の構造及
び電気的回路構成を有する。先羽根駆動用の振動
波モータは別に設けられるが、第６図では省略さ
れている。

第６図はカメラがチヤージ完了状態にある時の
シヤツター機構を示す。６１は巻上げ軸、６２は
巻上げ軸６１と一体に回転する巻上げカム、６３
は、巻上げカム６２により右旋させられてミラー
駆動レバー６４をメインバネ６５に抗してチヤー
ジする巻上げレバー、６６は、ミラー駆動レバー
６４上に軸支され、バネ６７によりミラー押上げ
レバー６８に係合するように付勢されたクラツ
チ、６９はミラー、７０は、ミラー押上げレバー
６８により押されてミラー復帰バネ７１に抗して
ミラー６９を押し上げるミラーピン、７２は、ミ
ラー６９が押し上げられた時にミラーピン７０に
よりオンされ、不図示の回路により一定時間、振
動波モータ６０に定在振動波を発生させた後、進
行振動波を発生させるスイツチ、７３は係止レバ
ー、７４は係止レバー７３を付勢するバネ、７５
はレリーズ用マグネツトで、常時はアーマチユア
を吸引し、電流が流れた時にアーマチユアを離反
させるタイプのもの、７６は、リレーズ用マグネ
ツト７５が作動した時にバネ７７の力により回転
して係止レバー73を右旋させ、ミラー駆動レバー
６４の係止を解くマグネツトレバー、７８はセツ
トレバー、７９は、クラツチ６６の先端を矢印方
向に叩いてクラツチ６６とミラー押上げレバー６
８との係合を解く解除レバー、８０は、ミラー押
上げレバー６８に押されてバネ８１に抗して右旋
し、レンズの絞り連動部材（不図示）を駆動する
絞り駆動レバー、８２はシヤツター地板、８３は
シヤツター後羽根、８４はシヤツター先羽根、８
５は、後羽根補助レバー８６と共にシヤツター後
羽根８３を支える後羽根駆動レバー、８７は、先
羽根補助レバー８８と共にシヤツター先羽根８４
を支える先羽根駆動レバーである。

振動波モータ６０の回転軸８９は後羽根駆動レ
バー８５を回転させるように連結される。同じよ
うに先羽根駆動用の振動波モータの回転軸が先羽
根駆動レバー８７に連結される。スイツチ９０は
先羽根走行完了信号を発生するためのもので、先
羽根補助レバー８８に設けられたピン９１によつ
てオンオフされ、先羽根走行完了時にオンし、先
羽根起動用の振動波モータを停止させる。先羽根
リセツトスイツチ９２は、撮影完了後、シヤツタ
ー先羽根８４がリセツト位置に戻された時にピン
９１によりオンされ、先羽根駆動用の振動波モー
タを停止させる。後羽根走行完了信号発生用のス
イツチ９３と後羽根リセツトスイツチ９４も同様
にピン９５によりオンオフされ、振動波モータ６
０を制御する。

次の動作について説明する。カメラのレリーズ
ボタンによりシヤツターレリーズが行われると、
レリーズ用マグネツト７５に通電され、マグネツ
トレバー７６は解放されて、バネ７７により左旋
される。これにより、係止レバー７３はバネ７４
に抗して右旋され、ミラー駆動レバー６４の係止
を解く。ミラー駆動レバー９４はメインバネ６５
により左旋し、この時、クラツチ６６を介してミ
ラー押上げレバー６８を左旋させ、ミラー６９を
上昇させる。同時に、絞り駆動レバー８０がレン
ズの絞りを絞る。また、ミラー６９の上昇により
スイツチ７２がオンし、振動波モータ６０及び先
羽根駆動用の振動波モータに先ず定在振動波を発
生させ、それぞれ所定秒時後に進行振動波を発生
させる。したがつて、先羽根駆動レバー８７、後
羽根駆動レバー８５がそれぞれ回動し、シヤツタ
ー先羽根８４、シヤツター後羽根８３を駆動す
る。そして、シヤツター先羽根８４に関してはス
イツチ９０がオンすることにより、シヤツター後
羽根８３に関してはスイツチ９３がオンすること
により、それぞれの振動波モータが停止し、露光
が完了する。

撮影完了後、巻上げ機構により巻上げが行われ
ると、それぞれの振動波モータは露光時と反対方
向に回転し、シヤツター先羽根８４及びシヤツタ
ー後羽根８３をリセツト位置に復帰させる。ま
た、セツトレバー７８によりマグネツトレバー７
６が初期位置にチヤージされ、巻上げカム６２の
回転で巻上げレバー６３が右旋し、ミラー駆動レ
バー６４を係止レバー７３により係止される初期
位置に復帰させる。

図示実施例において、移動体１が本発明の被駆
動体に相当し、電歪素子３ａ，３ｂが電気−機械
エネルギ変換素子に相当し、固定体２及び電歪素
子３ａ，３ｂが振動体に相当する。また、第３図
では、駆動用電源６、起動スイツチ７、電源スイ
ツチ９及び90°位相器１０が本発明の制御回路に
相当し、第５図では、制御信号発生回路３９、パ
ルス発生回路４３、アンドゲート５０、排他的オ
アゲート５３及び駆動制御回路５４が本発明の制
御回路に相当する。

第２〜６図では、複数の電歪素子３ａ，３ｂを
用いているが、一つの電歪素子を複数に分極処理
したものでもよい。また、電歪素子を移動体１に
設けてもよいし、移動体１と固定体２との両方に
設けてもよい。更に、移動体１自体、或は固定体
２自体を電歪素子で構成することもできる。電歪
素子による振動波の周波数は超音波領域が最適で
ある。

第４，５図の絞りユニツトでは、レリーズボタ
ンの第１段ストロークに連動して定在振動波を発
生させているが、第２段ストロークに連動して所
定時間、定在引導波を発生させた後、進行振動波
を発生させるようにしてもよい。

以上説明したように、本発明によれば、制御回
路が交番電圧を電気−機械エネルギ変換素子に与
えて定在振動波を振動体に発生させ、その後進行
振動波を振動体に発生させ、以て、進行振動波に
よる被駆動体の駆動前に、定在振動波の発生によ
り振動体に振動エネルギを蓄えておくようにした
から、起動時の立上り特性を良くすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は振動波モータの駆動原理を説明する
図、第２図は本発明を実施する振動波モータの一
例を示す構造分解図、第３図は同じくその電気的
接続と進行振動波や定在振動波の発生状態を示す
図、第４図はカメラの絞り駆動に対する本発明の
適用例を示す構造分解図、第５図は同じく回路
図、第６図はカメラのシヤツター駆動に対する本
発明の適用例を示す斜視図である。 １……移動体（被駆動体）、２……固定体、３
ａ，３ｂ……電歪素子（電気−機械エネルギ変換
素子）、６……駆動用電源、７……起動スイツチ、
９……電源スイツチ、１０……90°移相器、１２，
１３……定在振動波、１４……進行振動波、１６
……絞り羽根、１８……回転体、３９……制御信
号発生回路、４０，４１……RSフリツプフロツ
プ、４３……パルス発生回路、４５，４６……分
周器、５４……駆動制御回路、５５，５６……プ
ツシユプル回路、５７，５８……スイツチングト
ランジスタ、６０……振動波モータ、７２……ス
イツチ、９６……振動体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 制御回路６，７，９，１０：３９，４３，５
   ０，５２，５４を有する振動波モータ用駆動装置
   であつて、 振動波モータは、振動体９６と、被駆動体１と
   を有し、振動体９６が電気−機械エネルギ変換素
   子３ａ，３ｂによつて励振されて表面に振動波を
   発生し、被駆動体１が振動体９６の表面に圧接さ
   れて駆動されるものであり、 制御回路６，７，９，１０：３９，４３，５
   ０，５２，５４は、交番電圧で電気−機械エネル
   ギ変換素子３ａ，３ｂを駆動して、振動体９６に
   定在振動波を発生させ、その後進行振動波の発生
   させるものである 振動波モータ用駆動装置。