(57)【要約】【課題】振動体の性能低下を招くことなく、フレキシブルプリント基板の切損による導通不良を防止し、信頼性の高い棒状超音波振動体の提供。【解決手段】振動体の軸方向と直交する方向に延び、電気−機械エネルギー変換素子の外径よりも外側に移動体が摺動する摺動面を備えた第３の弾性体と、前記電気−機械エネルギー変換素子の外径よりも外側に外径を備えた第２の弾性体を有する振動体において、フレキシブルプリント基板の銅箔導通部を絶縁被覆するためのカバーコートの端部が第２の弾性体の外径の内側に配置されている。【選択図】図１
2014054033.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の弾性体側に配した第３の弾性体を介し、該第１の弾性体と第２の弾性体との間に電気−機械エネルギー変換素子を設けた振動体と、前記振動体に接触し、前記電気−機械エネルギー変換素子にフレキシブルプリント基板を通して駆動信号を印加することにより前記振動体に励起された進行波によって、前記振動体に対して相対移動する移動体とを有する振動波駆動装置であって、前記振動体の軸方向と直交する方向に延び、前記電気−機械エネルギー変換素子の外径よりも外側に前記移動体が摺動する摺動面を備えた第３の弾性体と、前記電気−機械エネルギー変換素子の外径よりも外側に外径を備えた第２の弾性体を有する振動体において、
前記フレキシブルプリント基板の銅箔導通部を絶縁被覆するためのカバーコートの端部を第２の弾性体の外径の内側に配置することを特徴とする振動波駆動装置。
【請求項２】
前記カバーコートの端部の応力が分散するように切断防止手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載の振動波駆動装置。
【請求項３】
前記切断防止手段は、前記カバーコートの端部を曲線形状に構成することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の振動波駆動装置。
【請求項４】
前記曲線形状は、波形形状に構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の振動波駆動装置。
【請求項５】
前記電気−機械エネルギー変換素子からのフレキシブルプリント基板の延出部を湾曲状に構成していることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の振動波駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動波駆動装置に関し、電気−機械エネルギー変換素子により振動体の表面に楕円運動を形成し、振動体と移動体とを相対移動させるカメラ用レンズやＯＡ機器などに用いられるいわゆる超音波モータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電界や磁界が作用したことに応じて機械的歪みを生じる歪み発生素子によって振動体を振動させ、該振動体の振動を連続的もしくは断続的な機械的運動に変換して出力する振動波アクチュエータ（振動波駆動装置）は現在では種々の分野で使用されている。
【０００３】
また、該圧電素子を利用する圧電アクチュエータのうちで、超音波モータと称されるアクチュエータは連続回転式の回転駆動源を構成することができる。
【０００４】
このようなことから、これを従来の回転式電磁駆動モータに代わる駆動源として、既にカメラ等の光学機器に搭載されており、このような超音波モータの駆動制御技術もほぼ確立されている。
【０００５】
このように、超音波モータに関する技術はほぼ確立されているが、モータの信頼性を向上させる技術には、更に改善を必要としている。
【０００６】
同形の屈曲モードの振動を異なる複数の平面内に励起させる振動波駆動装置（超音波モータ）は、例えば特許文献１などに開示されており、駆動原理等はこれらに詳細に記載されている。これらに開示されている振動体は、電気−機械エネルギー変換素子及び弾性部材で構成されている。振動体は電気−機械エネルギー変換素子を両側から弾性部材で挟持固定している。
【０００７】
このような同形の屈曲モードの振動を異なる複数の平面内に励起させる振動波駆動装置は、振動体の表面粒子に楕円運動を発生させ、これに加圧接触した移動体を連続的に駆動することにより、駆動が可能とされている。
【０００８】
圧電素子にはパターン電極が形成されており、それぞれの電極には、順に時間位相が９０°ずつ異なる略サイン波形状の交流電圧が印加される。
【０００９】
励起する振動モードの固有振動数付近の周波数で交流電圧を印加すると、圧電素子の伸縮により振動体に加わる曲げモーメントによって振動体が共振する。
【００１０】
９０°ずつ異なる交流電圧に対してそれぞれ励起される振動モードは同形状で、かつ位相が異なり、その合成によって振動体の表面粒子に楕円運動が形成される。同形の屈曲モードの振動を異なる複数の平面内に励起させる振動波駆動装置は、振動モードが同じ変形の分布を持つモードであるために、振動方向による共振周波数の変化が出にくく、２つのモードの共振周波数を一致させるためにほとんど調整を必要としないという特徴がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平４−９１６７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
図７に従来例の振動体の構成を示す。第１の弾性体１０１Ａ及び第３の弾性体１０１Ｃと第２の弾性体１０１Ｂの間に圧電素子１０３及びフレキシブルプリント基板１０４が配置されている。第１の弾性体、第２の弾性体、第３の弾性体、圧電素子１０３及び挟持部１０４Ａの外径はほぼ同じ寸法に加工されている。フレキシブルプリント基板１０４の圧電素子側のカバーコート部１０４Ｄの端部１０４Ｄ１は、圧電素子１０３の外径部より外側に配置されている。フレキシブルプリント基板１０４は、振動体１００を構成する第２の弾性体１０１Ｂと圧電素子１０３により挟まれて締結挟持される挟持部１０４Ａから導通部１０４Ｂが延びている。導通部１０４Ｂの延出端部には不図示の導通用コネクタとの接続を行うための接続部１０４Ｃを有し、必要箇所を除いてカバーコート部１０４Ｄにより覆って電気的絶縁を行うようにしている。
【００１３】
従来例の振動体およびフレキシブルプリント基板の構成において、棒状超音波振動体の組立時等にフレキシブルプリント基板の振動体からの突出部の導通部１０４Ｂのカバーコート部１０４Ｄで覆われていない箇所において切断が生じ、導通不良が発生した。導通部１０４Ｂのカバーコート部１０４Ｄで覆われていない箇所は、特に矢印で示す方向にフレキシブルプリント基板が直角に曲がり易くなっており、そのため応力集中が発生し、切断してしまう。
【００１４】
フレキシブルプリント基板の導通部１０４Ｂのカバーコート部１０４Ｄで覆われていない箇所に曲げ応力等が加わらないように接着剤などの弾性部材で補強することも考えられる。しかし、接着剤を塗布すると、振動体に減衰成分を塗布したことに相当する。この振動体は電気エネルギーを機械的振動エネルギーに変換し、機械的な出力を得るものであるため、振動するためのエネルギーの増加は、振動体の性能低下に繋がってしまうので望ましいものではない。
【００１５】
本発明は、振動体の性能低下を招くことなく、フレキシブルプリント基板の切損による導通不良を防止し、信頼性の高い棒状超音波振動体の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の振動波駆動装置は、第１の弾性体側に配した第３の弾性体を介し、該第１の弾性体と第２の弾性体との間に電気−機械エネルギー変換素子を設けた振動体と、前記振動体に接触し、前記電気−機械エネルギー変換素子にフレキシブルプリント基板を通して駆動信号を印加することにより前記振動体に励起された進行波によって、前記振動体に対して相対移動する移動体とを有する振動波駆動装置であって、前記振動体の軸方向と直交する方向に延び、前記電気−機械エネルギー変換素子の外径よりも外側に前記移動体が摺動する摺動面を備えた第３の弾性体と、前記電気−機械エネルギー変換素子の外径よりも外側に外径を備えた第２の弾性体を有する振動体において、前記フレキシブルプリント基板の銅箔導通部を絶縁被覆するためのカバーコートの端部を第２の弾性体の外径の内側に配置することを特徴とする。
【００１７】
前記カバーコートの端部の応力が分散するように切断防止手段を設けたことを特徴とする。
【００１８】
前記切断防止手段は、前記カバーコートの端部を曲線形状に構成することを特徴とする。
【００１９】
前記曲線形状は、波形形状に構成されていることを特徴とする。
【００２０】
前記電気−機械エネルギー変換素子からのフレキシブルプリント基板の延出部を湾曲状に構成していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、フレキシブルプリント基板に補強部材等を塗布することなく、簡便かつ安価にフレキシブルプリント基板の切損による導通不良を防止し、信頼性の高い振動体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施例１の振動体の構成を示す図
【図２】本発明の実施例１で用いられるフレキシブルプリント基板の平面図
【図３】本発明の実施例２で用いられるフレキシブルプリント基板の平面図
【図４】本発明の実施例３で用いられるフレキシブルプリント基板の平面図
【図５】本発明の実施例４の振動体の構成を示す図
【図６】本発明の振動波駆動装置の構成を示す図
【図７】従来の振動体の構成を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明を実施するための形態を、以下の実施例により説明する。
【実施例】
【００２４】
［実施例１］
実施例１として、振動体の摩擦駆動部に楕円運動を生じさせ、振動体の摩擦駆動部に接触する移動体を相対移動させる振動波駆動装置の構成例について説明する。
【００２５】
まず、振動型モータ１００の構成の一例を、図６を用いて説明する。
【００２６】
図６において１００は振動波駆動装置（振動型モータ）である。
【００２７】
第１の弾性体１０１Ａ、第３の弾性体１０１Ｃ、圧電素子１０３、フレキシブル基板１０４、および、第２の弾性体１０１Ｂの中心部に設けられた貫通孔にシャフト１０６を挿入する。シャフト１０６の途中には段差が設けられており、この段差が第１の弾性体１０１Ａの内壁に設けられた段差に突き当たる。シャフト１０６の先端（下端）部にはネジが形成され、このネジに締結部材である第１の締め付け部材１０５Ａを嵌合させて締め付ける。これにより、第２の弾性体１０１Ｂ、フレキシブルプリント基板１０４、圧電素子１０３、第３の弾性体１０１Ｃおよび第１の弾性体１０１Ａを固定することができる。第３の弾性体１０１Ｃの圧電素子１０３と接触する側には、外周で両者が接触するように凹部１１５が設けてある。
【００２８】
第３の弾性体１０１Ｃの圧電素子１０３と接触していない側の摩擦駆動部１１２の表面には、移動体１０２であるロータ１０７に固定された接触バネ１０８が加圧接触する。
【００２９】
この接触バネ１０８は弾性を有しており、ロータ１０７に固定されて一体となって回転する。１０９は出力手段であるギア（出力部材）であり、ロータ１０７の回転軸方向の移動を許容し、ロータ１０７の回転運動の移動に追従するようにロータ１０７と２箇所の回り止め１１３にて嵌合している。１１０はコイルバネ等の加圧手段であり、ロータ１０７のバネ受け部１１４Ｂとギア１０９のバネ受け部１１４Ａとの間に配置され、ロータ１０７を第３の弾性体１０１Ｃの方向に押し下げるように加圧している。
【００３０】
ギア１０９はシャフト１０６と結合した固定部材１１１に軸支持されており、その軸方向における位置は固定部材１１１によって規制されている。
【００３１】
シャフト１０６の第１の締め付け部材１０５Ａと嵌合しない側の先端（上端）部にもネジが形成されており、このネジに第２の締め付け部材１０５Ｂを嵌合させて、固定部材１１１にシャフト１０６を固定している。
【００３２】
固定部材１１１にはネジ穴が設けてあり、この固定部材１１１を所望の個所にネジを用いて固定することで、振動型モータを所望の個所に取り付けることができる。
【００３３】
圧電素子１０３は例えば、特許文献（特許第３４１６２３３号公報）に記載されているように、１つの圧電体の両面に電極膜が形成されており、片面の電極膜を４つの電極膜に分割し、Ａ（＋）、Ａ（−）、Ｂ（＋）、Ｂ（−）相を構成している。
【００３４】
電極膜が形成された４つの領域には、Ａ（＋）とＡ（−）及びＢ（＋）とＢ（−）は互いに逆向きとなるように圧電素子１０３の厚み方向に分極が施され、Ａ相、Ｂ相の２つのグループから構成されている。
【００３５】
この一方のグループ電極に駆動信号を印加すると、圧電素子１０３の一方の領域は厚み方向に膨張し、他方の領域は厚み方向に収縮する。
【００３６】
また、もう一方のグループの圧電体に時間的に９０度位相のずれた駆動信号を印加する。
【００３７】
すると、振動体には第１の弾性体１０１Ａを左右に振るような２つの屈曲振動（１つは振幅方向がシャフト１０６の軸方向と垂直な方向、もう１つはもう一方の方向と９０度位相がずれた方向）が発生する。
【００３８】
これらの振動が合成されると、第３の弾性体１０１Ｃの表面の摩擦駆動部１１２には、楕円運動が形成される。
【００３９】
この楕円運動が励起された第３の弾性体１０１Ｃの表面の摩擦駆動部１１２に接触バネ１０８を加圧接触させれば、接触バネ１０８およびロータ１０７から構成される移動体１０２がこの楕円運動に押し出されるようにして移動する。
【００４０】
つぎに、図１及び図２を用いて本実施例における振動体の構成について説明する。
【００４１】
第１の弾性体１０１Ａ及び第３の弾性体１０１Ｃと第２の弾性体１０１Ｂの間に圧電素子１０３及びフレキシブルプリント基板１０４が配置されている。第２の弾性体１０１Ｂの外径寸法は圧電素子１０３の外径寸法より大きくなるように構成されている。フレキシブルプリント基板１０４の圧電素子側のカバーコート部１０４Ｄの端部１０４Ｄ１は、第２の弾性体の外径部より内側に配置されている。このような構成にするとフレキシブルプリント基板１０４の振動体から突出している導通部１０４Ｂのカバーコート部１０４Ｄで覆われていない箇所で組立時に直角に折り曲げることが物理上ほぼ不可能となり、応力集中による切断を防ぐことができる。図２は、図１のフレキシブルプリント基板１０４の上面図である。カバーコート部１０４Ｄの挟持部１０４Ａ側の端部１０４Ｄ１は、直線形状で構成されている。圧電素子１０３の外径は点線で示すように、挟持部１０４Ａの外径より小さくなるように加工されている。
【００４２】
［実施例２］
実施例２として、実施例１と異なる形態の構成例について、図３を用いて説明する。
【００４３】
フレキシブルプリント基板１０４は、締結挟持される挟持部１０４Ａから導通部１０４Ｂが延びている。導通部１０４Ｂの延出端部には不図示の導通用コネクタとの接続を行うための接続部１０４Ｃを有し、必要箇所を除いてカバーコート部１０４Ｄにより覆って電気的絶縁を行うようにしている。カバーコート部１０４Ｄの挟持部１０４Ａ側の端部１０４Ｄ１は、円孤形状で構成されている。このような構成にすることで、直線形状に比べて、カバーコート部１０４Ｄの端部１０４Ｄ１での応力集中を緩和することができる。
【００４４】
［実施例３］
実施例３として、実施例１及び２と異なる形態の構成例について、図４を用いて説明する。
【００４５】
フレキシブルプリント基板１０４は、締結挟持される挟持部１０４Ａから導通部１０４Ｂが延びている。導通部１０４Ｂの延出端部には不図示の導通用コネクタとの接続を行うための接続部１０４Ｃを有し、必要箇所を除いてカバーコート部１０４Ｄにより覆って電気的絶縁を行うようにしている。カバーコート部１０４Ｄの挟持部１０４Ａ側の端部１０４Ｄ１は、波形形状で構成されている。このような構成にすることで、円孤形状に比べて、カバーコート部１０４Ｄの端部１０４Ｄ１での応力集中を緩和することができる。
【００４６】
［実施例４］
実施例４として、実施例１、２及び３と異なる形態の構成例について、図５を用いて説明する。
【００４７】
第１の弾性体１０１Ａ及び第３の弾性体１０１Ｃと第２の弾性体１０１Ｂの間に圧電素子１０３及びフレキシブルプリント基板１０４が配置されている。第２の弾性体１０１Ｂの外径寸法は圧電素子１０３の外径寸法より大きくなるように構成されている。そして、フレキシブルプリント基板１０４は、圧電素子１０３の外径部と接触する箇所を起点に円孤形状に構成され、第２の弾性体１０１Ｂの外径のエッジ部と接触しないように外部部材１１６にて固定されている。
【００４８】
このように構成することで、振動体の振動による第２の弾性体のエッジとフレキシブルプリント基板の接触による応力および振動体の振動による引張応力を緩和することができる。
【符号の説明】
【００４９】
１００  振動波駆動装置（振動型モータ）
１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃ  弾性体
１０２  移動体
１０３  圧電素子
１０４  フレキシブルプリント基板
１０４Ａ  挟持部
１０４Ｂ  導通部
１０４Ｃ  接続部
１０４Ｄ  カバーコート部  
１０４Ｄ１  カバーコート部端部
１０５Ａ、１０５Ｂ  締付け部材
１０６  シャフト
１０７  ロータ
１０８  接触バネ
１０９  ギア（出力部材）
１１０  バネ
１１１  固定部材
１１２  摩擦駆動部（摺動面）
１１３  回り止め
１１４Ａ、１１４Ｂ  バネ受け部
１１５  凹部
１１６  外部部材
【図１】
2014054033.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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