(57)【要約】【課題】安価で個体差の小さい振動波駆動装置及び振動子を提供することにある。【解決手段】円筒状圧電素子１０１、軸棒１０２及び連結部１０３によって振動子１０４を形成している。連結部１０３は、軸棒１０２に一体的に形成されたバネ性を有する張り出し部材によって構成されている。連結部１０３は、円筒状圧電素子１０１の径方向において、円筒状圧電素子１０１と軸棒１０２よりも、同一の大きさの力に対する弾性変形の量が大きくなる形状、あるいは、材質で構成されている。【選択図】図１
2008253070.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状の電気−機械エネルギー変換素子と前記電気−機械エネルギー変換素子の内部に配置される軸棒とを有する振動子と、前記振動子に接触する接触体とを備え、前記電気−機械エネルギー変換素子は連結部を介して前記軸棒によって支持され、前記電気−機械エネルギー変換素子に交流信号が供給されることによって、前記振動子は前記軸棒を中心として円または楕円運動し、前記接触体を駆動する振動波駆動装置において、
前記連結部が、前記電気−機械エネルギー変換素子と軸棒よりも、同一の大きさの力に対する弾性変形の量が大きくなる形状または材質で構成され、かつ、弾性変形した状態で前記電気−機械エネルギー変換素子を前記軸棒に支持することを特徴とする振動波駆動装置。
【請求項２】
円筒状の電気−機械エネルギー変換素子と、前記電気−機械エネルギー変換素子の内部に配置される軸棒と、前記電気−機械エネルギー変換素子を前記軸棒に支持する連結部を備える振動子において、
前記連結部が、前記電気−機械エネルギー変換素子と軸棒よりも、同一の大きさの力に対する弾性変形の量が大きくなる形状または材質で構成され、かつ、弾性変形した状態で前記電気−機械エネルギー変換素子と前記軸棒を固定することを特徴とする振動子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カメラ用レンズや電子写真機器などで駆動源として用いられる超音波モータ等に代表されるように、振動を発生させた振動体との間に生じた摩擦力を利用して被駆動体を駆動する振動波駆動装置及びその振動波駆動装置に用いられる振動子に関する。
【背景技術】
【０００２】
振動波駆動装置の一つである超音波モータの例として、例えば、特許文献１に開示された構成のものがある。ここに開示された振動体は、電極が設けられた筒状の電気−機械エネルギー変換素子と筒状の金属等の弾性部材で構成され、この電気−機械エネルギー変換素子を両側から弾性部材で挟持することで固定している。
【０００３】
振動体の中央部の貫通孔には、振動体を固定するためのシャフトである軸棒が配置されている。この軸棒は、振動体の表面に生じた進行波によって駆動されるローターである接触体の回転中心位置を定める機能も備える。
【０００４】
また、この軸棒の外周部にはネジが形成されており、電気−機械エネルギー変換素子を挟持する一方の弾性体の内周部に形成されたネジと係合することによって、振動体を固定する。
【０００５】
また、振動体に弾性部材を用いずに、電極が設けられた電気−機械エネルギー変換素子のみで構成したものが、特許文献２に開示されている。ここでは、電気−機械エネルギー変換素子と弾性部材の界面の存在をなくすことで、振動子性能の安定化及びコストの低減を図る試みが行われている。
【特許文献１】特開平１１−２３５０５８号公報
【特許文献２】特開２００１−３７２７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したように、振動体を、弾性部材を用いずに電気−機械エネルギー変換素子で構成する場合に、電気−機械エネルギー変換素子の内周部と軸棒を結合して支持する手法が提案されている。
【０００７】
しかし、焼結してできあがった電気−機械エネルギー変換素子の内周部の径（内径）寸法はかなりばらついており、嵌め合い等で結合するには寸法精度を出すための後加工が必要であり、コストアップに繋がってしまう。
【０００８】
また、軸棒を無理に電気−機械エネルギー変換素子に圧入しようとすると、電気−機械エネルギー変換素子が割れてしまう。更に、内径の寸法精度が出ていない電気−機械エネルギー変換素子と軸棒を接着結合しようとすると、その隙間のばらつきが接着剤の量のばらつきに繋がり、振動伝達損失の大きいものから小さいものまで発生してしまい、振動子性能の不安定化に繋がってしまう。
【０００９】
本発明の目的は、安価で個体差の小さい振動波駆動装置及び振動子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、請求項１記載の振動波駆動装置は、円筒状の電気−機械エネルギー変換素子と前記電気−機械エネルギー変換素子の内部に配置される軸棒とを有する振動子と、前記振動子に接触する接触体とを備え、前記電気−機械エネルギー変換素子は連結部を介して前記軸棒によって支持され、前記電気−機械エネルギー変換素子に交流信号が供給されることによって、前記振動子は前記軸棒を中心として円または楕円運動し、前記接触体を駆動する振動波駆動装置において、前記連結部が、前記電気−機械エネルギー変換素子と軸棒よりも、同一の大きさの力に対する弾性変形の量が大きくなる形状または材質で構成され、かつ、弾性変形した状態で前記電気−機械エネルギー変換素子を前記軸棒に支持することを特徴とする。
【００１１】
請求項２記載の振動子は、円筒状の電気−機械エネルギー変換素子と、前記電気−機械エネルギー変換素子の内部に配置される軸棒と、前記電気−機械エネルギー変換素子を前記軸棒に支持する連結部を備える振動子において、前記連結部が、前記電気−機械エネルギー変換素子と軸棒よりも、同一の大きさの力に対する弾性変形の量が大きくなる形状または材質で構成され、かつ、弾性変形した状態で前記電気−機械エネルギー変換素子と前記軸棒を固定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の振動波駆動装置において、電気−機械エネルギー変換素子を軸棒に支持する連結部は、電気−機械エネルギー変換素子と軸棒よりも、同一の大きさの力に対する弾性変形の量が大きくなる形状または材質で構成される。そして、弾性変形した状態で電気−機械エネルギー変換素子を軸棒に支持する。
【００１３】
この構造により、安価で個体差の小さい振動波駆動装置及び振動子を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１５】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る振動波駆動装置の構成図である。
【００１６】
図１の振動波駆動装置において、円筒状圧電素子１０１は、電気−機械エネルギー変換素子として機能する。円筒状圧電素子１０１の中心の貫通孔の内部に、軸棒１０２が配置されている。
【００１７】
この軸棒１０２は、弾性部材からなる連結部１０３を介して円筒状圧電素子１０１の内周部と結合する。円筒状圧電素子１０１、軸棒１０２及び連結部１０３によって振動子１０４を形成している。連結部１０３は、軸棒１０２に一体的に形成されたバネ性を有する張り出し部材によって構成されている。
【００１８】
連結部１０３は、円筒状圧電素子１０１の径方向において、円筒状圧電素子１０１と軸棒１０２よりも、同一の大きさの力に対する弾性変形の量が大きくなる形状、あるいは、材質で構成されている。
【００１９】
連結部１０３が一体的に形成された軸棒１０２を円筒状圧電素子１０１の貫通孔に挿入されることによって、連結部１０３は、円筒状圧電素子１０１の内周部に押されることで弾性変形する。
【００２０】
この連結部１０３の弾性変形に対する復元力が円筒状圧電素子１０１の径方向にも作用することによって、軸棒１０２が円筒状圧電素子１０１の貫通孔の内部で保持され、円筒状圧電素子１０１と軸棒１０２との相対位置が固定される。
【００２１】
軸棒１０２は、この振動波駆動装置そのものを固定する台座１０５に固定されており、軸棒１０２が振動子１０４を支持することで、振動子１０４が台座１０５に対して固定される。
【００２２】
このように、弾性変形する連結部１０３を介することにより、軸棒１０２を寸法精度にばらつきのある焼結上がりの円筒状圧電素子１０１の内周部に容易に結合することが可能となる。
【００２３】
更に、弾性変形する連結部１０３にて円筒状圧電素子１０１に励起した振動を吸収することができるため、軸棒１０２が振動の節と離れた場所で円筒状圧電素子１０１と結合しているにも関わらず、振動子１０４の全体の支持損失を小さくすることができる。
【００２４】
図２は、図１における連結部の各種形状を示す図である。
【００２５】
同図（ａ）の連結部１０３は、軸棒１０２の周囲に外方に向かって放射状に伸びる複数の板バネによって構成される。
【００２６】
同図（ｂ）の連結部１０３は、軸棒１０２の周囲に外方に向かって伸びる皿バネによって構成される。
【００２７】
同図（ｃ）の連結部１０３は、中空の軸棒１０２の端部にスリット１０２ａを形成し、２つのスリット１０２ａに挟まれた部分を外方に広げて構成する。
【００２８】
連結部１０３は、その他にも、バネ性を備えた形状であれば蛇腹形状等でも良い。また、バネ性を有する材料として、形状記憶合金、熱収縮チューブ、樹脂、スポンジ等の利用も考えられるため、それらを用いても良い。
【００２９】
軸棒１０２と連結部１０３を一体的に製造するに際し、樹脂等の場合、射出成型で製造することで、精度の高い部品を製造することができる。
【００３０】
図１に戻り、フレキシブル基板１０６は、振動発生のために電気エネルギーを振動子１０４に供給または振動子１０４で発生した振動検出のために電荷を外部へ取り出すために用いられる。
【００３１】
接触体１０７は、振動子１０４の上端部と接触バネ１０８を介して接触し、振動子１０４の合成振動により回転駆動される。接触バネ１０８は直接、振動子１０４と接触する。出力ギア１０９は、接触体１０７を軸棒１０２に対して回転可能に支持する。
【００３２】
コイルバネ１１０は、接触体１０７を下方に付勢して振動子１０４に押圧するバネ部材であり、振動子１０４と接触体１０７との摩擦接触を可能とする。このコイルバネ１１０による振動子１０４と接触体１０７との加圧力を調整することで、この振動波駆動装置の出力トルクを調整することができる。
【００３３】
連結部１０３を雄ネジとして軸棒１０２の表面に形成し、この雄ネジである連結部１０３をセルフタップとして用いることにより軸棒１０２と振動子１０４を結合してもよい。セルフタップとして結合するため、円筒状圧電素子１０１の内径寸法の精度のバラツキを許容することができ、容易に両者を結合することができる。
【００３４】
図３は、図１における円筒状圧電素子の構成図であり、（ａ）は外観図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ´線断面図である。
【００３５】
円筒状圧電素子１０１の内周部には、全面に内周電極３０１が形成されており、外周部には周方向に４分割された外周電極３０２、３０３、３０４、３０５が軸方向に平行に形成されている。
【００３６】
いずれの電極も円筒状圧電素子１０１の底面の内部にまで回り込んでおり、ここからフレキシブル基板１０６で駆動用の電気信号（交流信号）が供給される。尚、（ｂ）中の矢印はこの円筒状圧電素子１０１の分極方向を示す。
【００３７】
駆動の際には、内周電極３０１はグランドに落とされ、外周電極３０２乃至３０５には２相の交流電界が印加され、時間位相の異なる２組の曲げ振動が励起される。
【００３８】
具体的には、円筒状圧電素子１０１には、軸棒１０２を中心として、外周電極３０２と外周電極３０５の方向に生じる曲げ振動と、それとは９０度空間位相の異なる外周電極３０３と外周電極３０４の方向に生じる曲げ振動とが、時間位相をずらして発生する。
【００３９】
その結果、円筒状圧電素子１０１（振動子１０４）には合成振動が発生し、円筒状圧電素子１０１は、軸棒１０２を中心として円または楕円運動する。
【００４０】
ここで、図３（ｂ）のｓｉｎ（ωｔ）、ｃｏｓ（ωｔ）は、印加する交流電界の時間的位相関係を示すものである。外周電極３０２、３０５にＶａ・ｓｉｎ（ωｔ）なる交流電界を印加すると分極の向きが逆であるから、外周電極３２部が圧電横効果により軸方向に伸びるとき、外周電極３０５部では縮み、振動子全体は曲げ振動をする。外周電極303、３０４部によっても印加電界の時間位相が９０度異なる同様の曲げ振動を行う。
【００４１】
図４は、本発明の第２の実施の形態に係る振動波駆動装置の要部構成図である。
【００４２】
図４において、振動体としての円筒状圧電素子１０１の中心穴部を貫通する軸棒１０２が連結部１０３ａ、１０３ｂを介して円筒状圧電素子１０１と結合する。円筒状円筒状圧電素子１０１、軸棒１０２、連結部１０３ａ、１０３ｂで振動子１０４を形成している。
【００４３】
軸棒１０２と一体的に形成されているバネ性を有する連結部１０３ａ、１０３ｂは、互い逆方向を向いており、軸棒１０２の支持の安定化を図ることができる。連結部１０３ａ、１０３ｂは、軸方向に対して複数の位置に設けられていても良いことは言うまでもない。また、互い逆方向を向いている連結部１０３ａ、１０３ｂの軸棒１０２上の張り出し位置も同じ位置でなく、任意の位置に設定できることは言うまでもない。
【００４４】
図５は、本発明の第３の実施の形態に係る振動波駆動装置の要部構成図である。
【００４５】
図５において、振動体としての円筒状圧電素子１０１の中心穴部を貫通する軸棒１０２が連結部１０３ａ、１０３ｃを介して円筒状圧電素子１０１と結合する。円筒状円筒状圧電素子１０１、軸棒１０２、連結部１０３ａ、１０３ｃで振動子１０４を形成している。
【００４６】
軸棒１０２と一体的に形成されているバネ性を有する連結部１０３ａ、１０３ｃは、互い同一方向を向いており、軸棒１０２の支持の安定化を図ることができるとともに振動子１０４を接触体１０７に押圧するバネ部材として機能することもできる。連結部１０３ａ、１０３ｂは、軸方向に対して複数の位置に設けられていても良いことは言うまでもない。また、連結部１０３ａ、１０３ｃの数も任意の位置に設定できることは言うまでもない。
【００４７】
図６は、本発明の第４の実施の形態に係る振動波駆動装置の要部構成図である。
【００４８】
図６において、振動体としての円筒状圧電素子１０１の中心穴部を貫通する軸棒１０２が連結部１０３を介して円筒状圧電素子１０１と結合する。円筒状円筒状圧電素子１０１、軸棒１０２、連結部１０３で振動子１０４を形成している。
【００４９】
ここで、軸棒１０２と一体的に形成されているバネ性を有する連結部１０３は、紙面上Ｘ−Ｙ方向に対して剛性が不均一になるように設定している。
【００５０】
同図（ａ）では、板バネからなる連結部１０３がＸ−Ｙ方向に対して不均一な剛性になるように配置されている。同図（ｂ）では、皿バネからなる連結部１０３に切り欠き部１０３ｄを設けることにより、Ｘ−Ｙ方向に対して不均一な剛性になるように構成されている。
【００５１】
本実施の形態では、Ｘ−Ｙ方向の２つの固有振動数を積極的に異なるようにしているので、位相差が９０度で、かつ両振幅とも大きな値となる周波数の解は存在しないため、進行波つまり鳴きの原因となる振動は発生しづらくなり、安定な駆動が可能となる。また、形状を不均一にするために、Ｅリング等の部材を軸棒１０２に付与しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る振動波駆動装置の構成図である。
【図２】図１における連結部の各種形状を示す図である。
【図３】図１における円筒状圧電素子の構成図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る振動波駆動装置の要部構成図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態に係る振動波駆動装置の要部構成図である。
【図６】本発明の第４の実施の形態に係る振動波駆動装置の要部構成図である。
【符号の説明】
【００５３】
１０１  円筒状圧電素子（電気−機械エネルギー変換素子）
１０２  軸棒
１０３  連結部（張り出し部材）
１０４  振動子
１０５  台座
１０６  フレキシブル基板
１０７  接触体
１０８   接触バネ
１０９  出力ギア
１１０  コイルバネ
【図１】
2008253070.tif 000003
【図２】
2008253070.tif 000004
【図３】
2008253070.tif 000005
【図４】
2008253070.tif 000006
【図５】
2008253070.tif 000007
【図６】
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