(57)【要約】【課題】  弾性体およびシャフト部材間の密着性を高めて振動型駆動装置の性能変化を防ぐ。【解決手段】  電気−機械エネルギ変換素子と、該変換素子により振動が励起される弾性体（１４）と、弾性体と変換素子との間に圧着力を付与するシャフト部材（４）と、弾性体に接触することにより回転する回転体とを有し、シャフト部材は、弾性体の内径部に圧入される第１の外径部と、該第１の外径部よりも大きな外径を有し、圧着力を付与するために弾性体に軸方向にて接触する第２の外径部とを有し、内径部と第１の外径部のうち少なくとも一方における第２の外径部側の端領域に、該内径部と第１の外径部との圧入面から径方向に退避して周方向に延びる退避面（１４ｂ）が形成されている。【選択図】  図１
2005176486.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気−機械エネルギ変換素子と、
該変換素子により振動が励起される弾性体と、
前記弾性体と前記変換素子との間に圧着力を付与するシャフト部材と、
前記弾性体に接触することにより回転する回転体とを有し、
前記シャフト部材は、前記弾性体の内径部に圧入される第１の外径部と、該第１の外径部よりも大きな外径を有し、前記圧着力を付与するために前記弾性体に軸方向にて接触する第２の外径部とを有し、
前記内径部と前記第１の外径部のうち少なくとも一方における前記第２の外径部側の端領域に、該内径部と第１の外径部との圧入面から径方向に退避して周方向に延びる退避面が形成されていることを特徴とする振動型駆動装置。
【請求項２】
前記退避面が、前記内径部と前記第１の外径部のうち少なくとも一方における軸方向中間領域にも形成されていることを特徴とする請求項１に記載の振動型駆動装置。
【請求項３】
電気−機械エネルギ変換素子と、
該変換素子により振動が励起される弾性体と、
前記弾性体と前記変換素子との間に圧着力を付与するシャフト部材と、
前記弾性体に接触することにより回転する回転体とを有し、
前記シャフト部材は、前記弾性体の内径部に圧入される第１の外径部と、該第１の外径部よりも大きな外径を有し、その軸方向端面が前記圧着力を付与するために前記弾性体に接触する第２の外径部とを有し、
前記軸方向端面における前記内径部側の領域に、該端面から退避して周方向に延びる退避面が形成されていることを特徴とする振動型駆動装置。
【請求項４】
前記退避面の退避量が、前記内径部に対する前記第１の外径部の圧入により削れる材料の量に応じて設定されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の振動型駆動装置。
【請求項５】
前記シャフト部材と前記弾性体とを溶接により結合したことを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の振動型駆動装置。
【請求項６】
軸方向における複数の曲げ振動の合成により前記回転体を駆動する振動型駆動装置であって、
前記弾性体が軸直交方向に延びる突出部を有し、この突出部の軸方向両側において動剛性的に非対称となる構造を有することを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の振動型駆動装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１つに記載の振動型駆動装置と、
該振動型駆動装置により駆動される被駆動部材とを有することを特徴とする振動型駆動装置を用いた装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動型駆動装置の構造、特に振動体の構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
振動波モータは、カメラレンズ等の駆動源として用いられており、円環型のものと棒状型のものが存在する。図９に、棒状型振動波モータの断面図を示す（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
図９において、ロータ７の一方の面はに接触幅が小さく、かつ適度なバネ性を有する接触部７ａが形成されており、この接触部７ａは第１の弾性体１の摩擦部６と接触する。また、ロータ７の他方の面はギア８と係合しており、このギア８はロータ７と一体となって回転する。
【０００４】
ギア８は、モータを取り付けるためのフランジ９により、シャフト４のスラスト方向で位置決めされており、ロータ７に加圧力を付与するための加圧バネ１０がギア８とロータ７との間に設けられている。また、ナット５はシャフト４に締め付けられ、ナット５およびシャフト４（フランジ部）によって、第１の弾性体１、積層圧電素子３および第２の弾性体２で構成される振動体１００を挟持している。
【０００５】
積層圧電素子３は、２種類の電極領域からなる電極群を有しており、不図示の制御回路から各電極群に位相の異なる交流電界を印加されると、振動体１００には、図１０（ｂ）に示すモードを有し、互いに直交する２つの曲げ振動（図には一方の曲げ振動を示している。他方の曲げ振動は、紙面に垂直な方向に発生する）が励振される。そして、積層圧電素子３への印加電界の位相を調整することにより、２つの曲げ振動間に９０度の時間的な位相差を与えることができる。この結果、図１０（ｂ）に示す曲げ振動が、振動体１００の軸周りに発生することになる。
【０００６】
これにより、ロータ７に接触する第１の弾性体１の上面には楕円運動が形成され、耐摩耗性を有する摩擦部６に押圧されたロータ７が摩擦駆動されるため、ロータ７、ギア８、加圧バネ１０が一体となって回転する。
【特許文献１】特開平１０−２８５９６１号公報（段落番号００１２、００１３、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した棒状型振動体モータは、リング型振動波モータに比べて大きさを小さくでき、しかも部品加工コストを極力抑えることのできる単純形状の設計になっている。
【０００８】
しかしながら、このような棒状型振動体モータであっても、更に大きさを小さくするとともに、コストを安くしたいという要望がある。この要望に応えるために、モータの回転軸方向の長さを短くしたり、比較的コストが高い圧電素子を小径、薄型にしてローコスト化したりすることのできる提案が例えば特開２００３−１９９３７６号公報に開示されている。
【０００９】
図７および図８に、モータの小型化を図ることを目的として提案されている振動波モータの構成を示す。これらの図において、図９、１０で説明した部材と同じ機能を有する部材については同一符号を付している。
【００１０】
図７および図８において、ディスク状弾性体１１、圧電素子３および弾性体１４で振動体１００が構成されている。ディスク状弾性体１１のうち圧電素子３に対して径方向外側に突出する部分に、ロータ７の接触部７ａを接触させ、この部分をロータ７の駆動面としている（図８参照）。そして、ロータ７を、弾性体１４の外周に配置している。
【００１１】
ここで、圧電素子３は、不図示の制御回路と接続されたフレキシブル基板１２と接続しており、制御回路からの交番信号の入力を受けることで、図７（ｂ）に示す曲げ振動を振動体１００に発生させることができる。
【００１２】
しかし、モータの小型化に伴い、共振周波数変化やΔｆ（Δｆとは、２つの曲げ振動の固有振動数の差）変化など、振動波モータの駆動中に、振動体の性能が変化してしまうといった問題が生じる。弾性体１４およびロータ７（以下、２部品と称す）の間における結合部分を、駆動に供する振動モードにより発生する歪みが大きい位置に配置する構成としたことにより、結合部分の密着性が、振動波モータ特有の繰り返し微小振動により損なわれてしまう。そして、上記の結合部分において相対的な滑りを生じ、振動体の性能性能（共振周波数、Δｆ）が変化してしまうことになる。
【００１３】
以下、２部品間の結合状態について説明する。
【００１４】
２部品を圧入によって結合させた状態を図４に示す。図４（ｂ）は、２部品の結合部分（図４（ａ）の点線で囲まれた領域Ｌ４）における拡大図である。図４に示す状態では、２部品それぞれに突き当て面を設けることなく、シャフト４の軸方向に延びる面で圧入していることを示している。
【００１５】
ランジュバン型振動体においては大きな挟持力が必要であり、この挟持力を得るためにシャフト４の端部に備えられたナット５を締め付けると、第一の弾性体１４はナット５から積層圧電素子３とディスク状弾性体１１を介して上向きの力を受ける。弾性体１４はシャフト４との接触部分Ａに生じた摩擦力によって、常にこの上向きの力に対抗している。ここで、一般的な部品の圧入の場合は、上述した構成でも何ら問題は生じない。
【００１６】
しかし、振動波モータにおいては、弾性体１４およびシャフト４の接触部分では、モータ駆動に伴う繰り返し微小振動により、数ミクロンオーダの相対的な滑りが生じ、振動体の性能が変化してしまう。
【００１７】
図５は、弾性体１４およびシャフト４の圧入部分に突き当て面１ａ、４ａを設けた構成を示す図である。図５（ｂ）は、２部品の結合部分（図５（ａ）の点線で囲まれた領域Ｌ５）における拡大図である。
【００１８】
圧入という手段は、弾性変形した２部品間の面圧と摩擦によって保持を行うもので、圧入代による材料同士の削り屑ｎが発生する。図５（ｂ）に示すように、削り屑ｎが突き当て面１ａ、４ａの密着性を妨げていることが分かる。この削り屑ｎによって振動波モータ特有の微小振動により変形し、２部品間に数ミクロンオーダの相対的な滑りを生じさせ、振動体の性能を変化させてしまう原因となる。
【００１９】
図７に示すように、駆動に供する振動モードにより発生する歪みが大きい位置にある結合部分は、２部品間の相対的な滑りを生じさせないような結合状態にすることが重要である。
【００２０】
図６は、弾性体１４およびシャフト４をネジ結合させた構成を示す図である。図６（ｂ）は、２部品の結合部分（図６（ａ）の点線で囲まれた領域Ｌ６）における拡大図である。
【００２１】
ネジ結合の場合には、２部品間で上述した削り屑は生じないものの、図６（ｂ）に示すように２部品間に相対的な滑りを生じさせる隙間ｏが発生することになる。このため、モータ駆動に伴う繰り返し微小振動により、２部品間に数ミクロンオーダの相対的な滑りを生じさせ、振動体の性能を変化させてしまう。
【００２２】
振動波モータにおいて、図７に示すように、駆動に供する振動モードにより発生する歪みが大きい位置にある結合部分は、２部品間で相対的な滑りが生じないように構成し、従来の一般的な結合部よりも結合部分の密着性を高めることが要求される。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本願第１の発明である振動型駆動装置は、電気−機械エネルギ変換素子と、該変換素子により振動が励起される弾性体と、弾性体と変換素子との間に圧着力を付与するシャフト部材と、弾性体に接触することにより回転する回転体とを有し、シャフト部材は、弾性体の内径部に圧入される第１の外径部と、該第１の外径部よりも大きな外径を有し、圧着力を付与するために弾性体に軸方向にて接触する第２の外径部とを有し、内径部と第１の外径部のうち少なくとも一方における第２の外径部側の端領域に、該内径部と第１の外径部との圧入面から径方向に退避して周方向に延びる退避面が形成されていることを特徴とする。
【００２４】
本願第２の発明である振動型駆動装置は、電気−機械エネルギ変換素子と、該変換素子により振動が励起される弾性体と、弾性体と変換素子との間に圧着力を付与するシャフト部材と、弾性体に接触することにより回転する回転体とを有し、シャフト部材は、弾性体の内径部に圧入される第１の外径部と、該第１の外径部よりも大きな外径を有し、その軸方向端面が圧着力を付与するために弾性体に接触する第２の外径部とを有し、軸方向端面における内径部側の領域に、該端面から退避して周方向に延びる退避面が形成されていることを特徴とする。
【００２５】
本発明の振動型駆動装置は、該振動型駆動装置により駆動される被駆動部材を有する装置に設けることができる。
【発明の効果】
【００２６】
本願第１の発明によれば、内径部と第１の外径部のうち少なくとも一方に、内径部と第１の外径部との圧入面から径方向に退避して周方向に延びる退避面を形成することによって、弾性体およびシャフト部材間に空間部を形成することができ、この空間部に、シャフト部材を弾性体に圧入した際に削られる材料を収納させることができる。ここで、退避面を上記一方おける第２の外形部側の端領域に形成することで、削られた材料を空間部内に容易に納めることができる。これにより、削られた材料によってシャフト部材および弾性体（第２の外径部）間の圧着力が低下するのを阻止することができ、振動型駆動装置の性能変化を防ぐことができる。
【００２７】
ここで、退避面を、内径部と第１の外径部のうち少なくとも一方における軸方向中間領域にも形成すれば、弾性体およびシャフト部材間に上記の空間部を増やすことができ、削られた材料すべてを空間部内に収めることができる。
【００２８】
本願第２の発明によれば、第２の外径部の軸方向端面における内径部側の領域に、端面から退避して周方向に延びる退避面を形成することにより、弾性体およびシャフト部材間に空間部を形成することができ、この空間部内に、シャフト部材を弾性体に圧入した際に削られた材料を収納させることができる。そして、退避面を弾性体の内径部側の領域に形成することで、削られた材料を空間部内に効率良く収納させることができる。これにより、削られた材料によってシャフト部材および弾性体（第２の外径部）間の圧着力が低下するのを阻止でき、振動型駆動装置の性能変化を防ぐことができる。
【００２９】
退避面の退避量を、内径部に対する第１の外径部の圧入により削れる材料の量に応じて設定することで、削られた材料すべてを上記の空間部内に収納させることができる。
【００３０】
シャフト部材と弾性体とを溶接により結合すれば、シャフト部材および弾性体の密着させて、削られた材料がシャフト部材および弾性体間に入り込むのを防止できる。
【００３１】
軸方向における複数の曲げ振動の合成により前記回転体を駆動する振動型駆動装置であって、弾性体が軸直交方向に延びる突出部を有し、この突出部の軸方向両側において動剛性的に非対称となる構造とすることで、軸方向における振動型駆動装置の大きさを小さく（小型化）することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００３３】
本発明の実施例１である振動波モータについて説明する。
【００３４】
図１（ａ）は、本発明の実施例１である振動波モータのうちシャフトおよび第１の弾性体の構成を示した図である。また、図１（ｂ）は、２部品の結合部分（図１（ａ）の点線で囲まれた領域Ｌ１）における拡大図である。
【００３５】
ここで、本実施例の振動波モータの構成は、上述した図７および図８に示す構成と同様であり、図７および図８で説明した部材と同じ機能を有するものについては同一符号を付している。
【００３６】
図８に示す振動波モータにおいて、不図示の制御回路からフレキシブル基板１２を介して圧電素子（電気−機械エネルギ変換素子）３に、時間的にπ／２の位相差を有する交流電界を印加すると、振動体１００には、互いに直交する２つの曲げ振動（図７（ｂ）に示すモードの振動）が励起される。そして、これらの曲げ振動を合成することによって、ロータ（回転体）７の接触部７ａが接触するディスク状弾性体１１の上端面（耐摩耗性を有する面）には円（又は楕円）運動が形成され、コイルバネ１０によってディスク状弾性体１１に加圧接触するロータ７が摩擦駆動される。
【００３７】
ロータ７が摩擦駆動されると、ギア８およびロータ７が嵌合しているため、ギア８がロータ７とともにシャフト４の軸回りに回転する。ギア８の回転力は、不図示の動力伝達機構を介して被駆動部材１３（例えば、レンズや画像形成装置における感光ドラム）に伝達される。
【００３８】
なお、シャフト４の下端部には、振動体挟持用のネジ１５が締め付けられており、上端部には、フランジ９と結合するネジが締め付けられている。また、フランジ９とギア８との結合部分は滑り軸受け構造となっている。
【００３９】
本実施例では、駆動に供する振動モードにより発生する歪みが大きい位置にある、２部品それぞれの結合部分に突き当て面１ａ、４ａを形成して、２部品を圧入させた構造となっている。ここで、シャフト４にはフランジ部が形成されており、このフランジ部の先端側における外周（第２の外径部）と、フランジ部の基端側におけるシャフト４の外周（第１の外径部）との間に、突き当て面４ａが位置している。
【００４０】
弾性体１４には、この周方向において斜面（退避面）１ｂが形成されており、図１（ｂ）に示すように、斜面１ｂとシャフト４とによって空間部が形成されるようになっている。このように弾性体１４およびシャフト４間に、上記の空間部を形成することによって、この空間部内に圧入によって生じた削り屑ｎを収納させることができる。
【００４１】
これにより、弾性体１４およびシャフト４は、空間部に面する領域以外の領域、すなわち、領域Ａ、Ｂにおいて密接することができ、従来のように削り屑ｎによって２部品間の密着性が妨げられるのを防止することができる。
【００４２】
ここで、傾斜面１ｂの大きさを適宜設定することで、空間部の体積を削り屑ｎの量（体積）に応じた体積とすることができる。
【００４３】
そして、２部品を密着させることで、振動波モータ特有の繰り返し微小振動によって２部品間に相対的な滑りが生じるのを防止でき、振動体１００の性能変化を防止することができる。
【実施例２】
【００４４】
次に、本発明の実施例２である振動波モータについて説明する。本実施例の振動波モータの構成は、実施例１と同様である。
【００４５】
図２（ａ）は、本発明の実施例１である振動波モータのうちシャフトおよび第１の弾性体の構成を示した図である。また、図２（ｂ）は、２部品の結合部分（図２（ａ）の点線で囲まれた領域Ｌ２）における拡大図である。
【００４６】
本実施例では、駆動に供する振動モードにより発生する歪みが大きい位置にある、２部品それぞれの結合部分に突き当て面１ａ、４ａを形成して、２部品を圧入させた構造となっている。
【００４７】
シャフト４は、図２（ｂ）に示すように、フランジ部の基端側において、シャフト４の外周に形成され、シャフト４の径方向内側に延びる溝部４ｂ（この表面が本願請求項の退避面に相当する）を有している。そして、溝部４ｂと弾性体１４とによって空間部が形成されるようになっている。このように弾性体１４およびシャフト４間に、上記の空間部を形成することによって、この空間部内に圧入によって生じた削り屑ｎを収納させることができる。
【００４８】
なお、図２（ｃ）に示すように、シャフト４の突き当て面４ａに、軸方向に延びる溝部４ｃを形成したり、シャフト４に複数の溝部を形成したりするようにしてもよい。具体的には、図２（ｄ）に示すように、シャフト４のうちラジアル方向において弾性体１４と接触する面において、この端部および中間領域それぞれに、ラジアル方向に延びる溝部４ｄ、４ｅを形成することができる。
【００４９】
このようにシャフト４を形成した場合であっても、シャフト４および弾性体１４間に空間部を形成することができ、この空間部内に削り屑ｎを収納させることができる。そして、複数の溝部を形成して空間部の体積を大きくすれば、削り屑ｎの量が多くなった場合にもシャフト４および弾性体１４の接触部分に削り屑ｎが入り込むのを防止することができる。
【００５０】
これにより、弾性体１４およびシャフト４は、空間部に面する領域以外の領域、すなわち、領域Ａ、Ｂにおいて密着することができ、従来のように削り屑ｎによって２部品間の密着性が妨げられるのを防止することができる。
【００５１】
そして、２部品を密着させることで、振動波モータ特有の繰り返し微小振動によって２部品間に相対的な滑りが生じるのを防止でき、振動体１００の性能変化を防止することができる。
【００５２】
上述した実施例１、２では、弾性体１４およびシャフト４のうち一方に、斜面や溝部を形成し、弾性体１４およびシャフト４間に削り屑ｎを収納する空間部を設けているが、弾性体１４およびシャフト４に溝部等を形成して弾性体１４およびシャフト４間に空間部を形成させることもできる。
【００５３】
例えば、図２（ｅ）に示すように、弾性体１４には実施例１と同様の斜面１４ｃを形成するとともに、シャフト４に溝部４ｆを形成して、弾性体１４およびシャフト４間に２つの空間部を形成させるようにしてもよい。
【実施例３】
【００５４】
次に、本発明の実施例３である振動波モータについて説明する。本実施例の振動波モータの構成は、実施例１と同様である。
【００５５】
図３（ａ）は、本発明の実施例１である振動波モータのうちシャフトおよび弾性体の構成を示した図である。また、図２（ｂ）は、２部品の結合部分（図２（ａ）の点線で囲まれた領域Ｌ３）における拡大図である。
【００５６】
本実施例では、駆動に供する振動モードにより発生する歪みが大きい位置にある、２部品それぞれの結合部分に突き当て面１ａ、４ａを形成して、２部品を圧入させた構造となっている。
【００５７】
弾性体１４およびシャフト４は、接触部分Ａ、Ｂにおいて溶接によって結合されている。これにより、弾性体１４およびシャフト４を密着させることができる。したがって、圧入によって削り屑ｎが生じても、振動波モータ特有の繰り返し微小振動によって２部品間に相対的な滑りが生じるのを阻止でき、振動体１００の性能変化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の実施例１における弾性体およびシャフトの結合部分の断面図。
【図２】本発明の実施例２における弾性体およびシャフトの結合部分の断面図。
【図３】本発明の実施例３における弾性体およびシャフトの結合部分の断面図。
【図４】従来例における弾性体およびシャフトの結合部分の断面図。
【図５】弾性体およびシャフト間に削り屑が生じたときの説明図。
【図６】弾性体およびシャフトをネジ結合したときの断面図。
【図７】本発明に関する振動体およびシャフトの断面図（ａ）と、この振動体の振動モードを示す図。
【図８】本発明に関する振動波モータの断面図。
【図９】従来の棒状型振動波モータの断面図。
【図１０】上記の棒状型振動波モータにおけるシャフトおよび振動体の断面図（ａ）と、この振動体の振動モードを示す図（ｂ）
【符号の説明】
【００５９】
１：第１の弾性体
２：第２の弾性体
３：圧電素子
４：シャフト
５：ナット
７：ロータ
７ａ：摩擦部
８：ギア
９：フランジ
１０：コイルバネ
１１：ディスク状弾性体
１２：フレキシブル基板
１３：被駆動部材
１４：弾性体
【図１】
2005176486.tif 000003
【図２】
2005176486.tif 000004
【図３】
2005176486.tif 000005
【図４】
2005176486.tif 000006
【図５】
2005176486.tif 000007
【図６】
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【図７】
2005176486.tif 000009
【図８】
2005176486.tif 000010
【図９】
2005176486.tif 000011
【図１０】
2005176486.tif 000012