(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の弾性体と第２の弾性体との間に第１の電気−機械エネルギー変換素子と第２の電気−機械エネルギー変換素子を挟持し、前記第１の電気−機械エネルギー変換素子と前記第２の電気−機械エネルギー変換素子への交番信号の印加により前記第１の弾性体と前記第２の弾性体の表面に円または楕円運動を形成する振動体を同軸上に複数配置した振動体群と、
前記各振動体における前記第１の弾性体と前記第２の弾性体とそれぞれ加圧接触する複数の接触体と、
前記振動体の前記第１の電気−機械エネルギー変換素子と前記第２の電気−機械エネルギー変換素子との間に配置され、薄板部材で形成された支持部材と、
前記支持部材を固定することで前記振動体群を保持する保持部材とを有し、
前記交番信号の印加に伴う前記第１の弾性体と前記第２の弾性体の軸方向での弾性変形が、前記支持部材を挟んで対称であり、
前記各振動体における前記第１の弾性体及び前記第２の弾性体の駆動によって、前記振動体群の複数の振動体と前記複数の接触体とが同方向に相対移動可能であることを特徴とする振動波装置。
【請求項２】
前記保持部材は前記支持部材の外周部を固定することで前記振動体群を保持することを特徴とする請求項１に記載の振動波装置。
【請求項３】
前記複数の接触体が固定される出力軸を有することを特徴とする請求項１または２に記載の振動波装置。
【請求項４】
前記各振動体は中空部分を有し、前記出力軸は前記振動体の中空部分によって外装されることを特徴とする請求項３に記載の振動波装置。
【請求項５】
前記保持部材は、該振動波装置の外部ケースであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一つに記載の振動波装置。
【請求項６】
互いに接触する前記振動体と前記接触体とを加圧する加圧部材を、前記出力軸と一体に回転するように設けたことを特徴とする請求項３または４に記載の振動波装置。
【請求項７】
前記出力軸を軸支する軸受け部材を前記保持部材に設けたことを特徴とする請求項３ないし６のいずれか一つに記載の振動波装置。
【請求項８】
前記振動体群、および前記複数の接触体を１つの加圧機構で加圧することを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一つに記載の振動波装置。
【請求項９】
前記振動体群は、同一の駆動回路により、同一の駆動電圧で駆動されることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか一つに記載の振動波装置。
【請求項１０】
前記複数の接触体のうち少なくとも１つの接触体は、該接触体に対して軸方向両側に配置された２つの前記振動体のうち軸方向で互いに向かい合う前記弾性体によって駆動されることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか一つに記載の振動波装置。
【請求項１１】
請求項１ないし１０のいずれか一つに記載の振動波装置を駆動源として有することを特徴とする振動波駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は振動波モータ等の振動波装置および振動波装置を駆動源として有する振動波駆動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、振動波装置として、例えばリング状等に形成された金属等の弾性体に形成した曲げ振動を利用した進行波型振動波モータ、あるいは棒状に形成された振動体の曲げ振動を利用した棒状振動波モータが実用化されている。
【０００３】
一方、出力トルクを大きくするため、複数の振動波モータを連結する技術も提案されている（特開平９−３７５７３号公報）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、振動波モータは、駆動振動が形成される振動体と、該振動体に加圧接触する接触体とを基本的な構成として有しているが、例えば振動体をステータとした場合、振動体をモータケース等の固定部材に何らかの方法で固定することが駆動源として利用する上で必要となる。
【０００５】
例えば、リング状の振動波モータの場合、ステータとしてのリング状振動体が外周部でモータケースに固定されておらず、ステータの外径部に形成した突起とケースの内側に形成した溝とのかみ合わせで回転止め機構としている。いわゆるスプライン機構を利用している。
【０００６】
このため、スプライン結合を構成する突起と溝の噛み合い部分にできる隙間ではステータが自由に移動可能となり、その結果そこでガタを発生する場合があった。
【０００７】
このため、ロータとしての接触体の回転を精度良く制御しようとしても、ガタによる誤差以下の精度でロータを制御することができなかった。
【０００８】
また、ステータの外径部とモータケースを固定してしまうと、ステータの振動がモータケースに伝搬して、エネルギ損失が増えて、モータの駆動効率が悪くなったり、モータケースに伝搬した振動がエンコーダなどのセンサや周辺機器にノイズとして悪影響を及ぼすことも考えられる。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の振動波装置の第１の構成は、第１の弾性体と第２の弾性体との間に第１の電気−機械エネルギー変換素子と第２の電気−機械エネルギー変換素子を挟持し、前記第１の電気−機械エネルギー変換素子と前記第２の電気−機械エネルギー変換素子への交番信号の印加により前記第１の弾性体と前記第２の弾性体の表面に円または楕円運動を形成する振動体を同軸上に複数配置した振動体群と、前記各振動体における前記第１の弾性体と前記第２の弾性体とそれぞれ加圧接触する複数の接触体と、前記振動体の前記第１の電気−機械エネルギー変換素子と前記第２の電気−機械エネルギー変換素子との間に配置され、薄板部材で形成された支持部材と、前記支持部材を固定することで前記振動体群を保持する保持部材とを有し、前記交番信号の印加に伴う前記第１の弾性体と前記第２の弾性体の軸方向での弾性変形が、前記支持部材を挟んで対称であり、各振動体における第１の弾性体及び前記第２の振動体の駆動によって、前記振動体群の複数の振動体と前記複数の接触体とが同方向に相対移動可能としたものである。
【００１０】
本発明の振動波装置の第２の構成は、前記保持部材が前記支持部材の外周部を固定することで前記振動体群を保持するものとした。
【００１１】
本発明の振動波装置の第３の構成は、前記複数の接触体が固定される出力軸を設けたものである。
【００１２】
本発明の振動波装置の第４の構成は、各振動体に中空部分を設け、出力軸を複数の振動体の中空部分によって外装するものである。
【００１３】
本発明の振動波装置の第５の構成は、保持部材を振動波装置の外部ケースとするものである。
【００１４】
本発明の振動波装置の第６の構成は、互いに接触する前記振動体と接触体とを加圧する加圧部材を前記出力軸と一体に回転するように設けたものである。
【００１５】
本発明の振動波装置の第７の構成は、上記した第４、５または６の構成において、前記出力軸を軸支する軸受け部材を前記保持部材に設けたものである。
【００１８】
本発明の振動波装置の第８の構成は、前記振動体群、および前記複数の接触体を１つの加圧機構で加圧するようにしたものである。
【００１９】
本発明の振動波装置の第９の構成は、上記したいずれかの構成において、前記振動体群は、同一の駆動回路により、同一の駆動電圧で駆動されるようにしたものである。
【００２１】
本発明の振動波装置の第１０の構成は、前記複数の接触体のうち少なくとも１つの接触体は、該接触体に対して軸方向両側に配置された２つの前記振動体のうち軸方向で互いに向かい合う前記弾性体によって駆動されるものである。
【００２２】
本発明の振動波駆動装置の構成は、上記したいずれかの構成の振動波装置を駆動源として有するものである。
【００２３】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態を示す。
【００２４】
１は振動体としてのディスク状のステータで、圧電素子３、金属弾性板４、ロータ駆動方向の振動振幅拡大用の突起５、支持固定板６、圧電素子３と不図示の駆動回路とをつなぐフレキシブルプリント基板７、中空の締結ボルト８より構成され、一対の圧電素子３（３ａ，３ｂ）の間にフレキシブルプリント基板７をそれぞれ配置すると共に、一対のフレキシブルプリント基板７の間に支持固定板７を配置し、これらの両側から第１の弾性体および第２の弾性体である金属弾性板４を締結ボルト８に螺着し、強くネジ締めすることにより一体化し、軸方向両側に駆動部を有するステータを形成しており、このステータを複数同軸的に配置して振動体群を構成している。その際、複数の締結ボルト８は中央部に配置されている出力軸９に軸方向移動可能に外装されている。
【００２５】
２はステータにより回転駆動されるロータである。
【００２６】
本実施の形態の振動波モータの全体の構成は、複数のステータ１と複数のロータ２が交互に積み重ねられ、全体を加圧バネ１０で加圧しステータ１とロータ２の摩擦力を得るようになっている。
【００２７】
各ステータ１は、その厚みの中央にはさまれた支持固定板６が外側のケース１９の間にはさまれるように固定される。なお、ケース１９は４分割構造で、両端のケース部１９ａ，１９ｂの間に中間ケース部１９ｃ，１９ｃが設けられ、これらのケース部の嵌合式の接合部で支持固定板６の外周部を挟持固定するようにしている。
【００２８】
ロータ２はロータ固定リング２１にかしめ固定され、ロータ固定リング２１は出力軸９に圧入固定される。ロータ２がステータ１から受けた回転トルクは出力軸９から加算合計されたトルクとして出力される。すなわち、複数のロータ２は、ステータ１によって同一方向に回転することになる。
【００２９】
出力軸９の両端のロータ２には、ステータ１からの振動により曲げられる力が働くので、両端のロータ２に大きな曲げ振動が発生しないよう、バックプレート１３と振動減衰材としてのゴム１２が貼り付けられている。
【００３０】
両端のバックプレート１３と振動減衰用ゴム１２は押さえ板１１ａ，１１ｂではさまれ、加圧用コイルスプリング１０で全てのステータ１と全てのロータ２がそれぞれ隣接するロータ２またはステータ１と加圧接触するように加圧される。支持固定板６は加圧用コイルスプリング１０の加圧力が全てのステータ／ロータ間の接触圧力が一様になるよう、厚みの薄い板を使用し軸方向の剛性は小さくしてある。
【００３１】
コイルスプリング１０と接しない反対側の押さえ板１１ｂはＥ形ワッシャ１７で軸方向下方への移動が規制される。
【００３２】
すべり軸受け１５は摩擦係数の小さい樹脂などの材料で形成され、出力軸９の滑らかな回転を得る。
【００３３】
すべり板１６も同様の材質で、Ｅ形ワッシャ１７とすべり軸受け１５の間に配してある。
【００３４】
図２はステータの構造を示し、圧電素子３ａ，３ｂ、金属弾性板４、ロータ駆動方向の振動振幅拡大用の突起５、支持固定板６、圧電素子３ａ，３ｂと不図示の駆動回路とをつなぐフレキシブルプリント基板７、中空の締結ボルト８より構成され、上記のように外側から、２枚の金属弾性板４、２枚の圧電素子３ａ，３ｂ、２枚のフレキシブル基板７を配置し、その対称中心面に支持固定板６を配置して中空ボルト８でこれらの部品をはさみ、一体に固定している。
【００３５】
圧電素子３（３ａ，３ｂ）が図４（ａ）、図４（ｂ）のような厚み方向の変形を繰り返したとき、金属弾性体４は図３（ａ）、図３（ｂ）のような変形を繰り返す振動を発生する。なお、図３、図４は振動の様子を理解容易とするため、変形を誇張して描いてある。
【００３６】
この振動は、支持固定板６を挟んでその両側（図１中上下）が対称な変形をしているので、ちょうど対称面となる支持固定板６は全く振動しない。従って、この支持固定板６を支持固定しても、振動体の振動は固定部に伝搬されず従来の上述のような問題が全く発生しない。
【００３７】
なお、振幅拡大用の突起５は図５（ａ）のようにステンレス板をプレス板金でアーチ形状にした本実施の形態のものを金属弾性板４上に周方向に並べて固定した本実施の形態のものに限らず、図５（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示したように、キャップを伏せたような形状、Ｌ字形状、台形状等の形状のものでもよく、固定は、接着、ろう付け、ネジ止め等どのような方法によって行っても良い。
【００３８】
ここで、図５の（ａ）に示す本実施の形態の突起の場合、アーチの径や板厚はロータ２と接触するとき、異常な音を発生するなどの問題が起きないような適当な接触弾性変形となるようなバネとして設計するのが望ましい。
【００３９】
また、突起の先端に耐摩耗性の良い材質を塗布したり、貼り付けたりして、耐摩耗性を改善することができる。
【００４０】
図６は２枚の圧電素子３ａ，３ｂの分極極性と相対位相関係を示している。このように分極処理され、位置的にずらして配置された圧電素子に、時間的に位相のずれた交流電圧を印加すると図３に示したような振動が進行波となり回転することは周知である。
【００４１】
図６に示す形状と分極処理の状態の圧電素子の場合、金属弾性板４は図８（ａ）に示すような節直径を一本もつ形状に変形振動する。
【００４２】
また、図７のように分極処理され、位置的にずらして配置された圧電素子の場合、金属弾性板４は図８（ｂ）に示すような節直径を二本もつ形状に変形振動する。この場合も、上下の金属弾性板４は対称に変形するので、支持固定板６は全く振動しない。
【００４３】
圧電素子は特開平６−１２０５８０号公報などで知られる棒状振動波モータで使われる積層形圧電素子（複数枚の圧電セラミックスの間に電極膜を形成した圧電素子）を使用してもよい。積層枚数、径寸法、電極分割数や電極分割パターンは振動波モータの設計で適当に変更できる。
【００４４】
図９は２つのステータ１と、その間にはさまれたロータ２との接触状態を模式的に示した図である。上下のステータの振動の周波数と位相が合っているため、ロータ２には曲げの力が加わらない。従ってロータには大きな曲げ剛性が必要ないので従来のような厚みが不要になり、厚みの極めて薄いロータでよい。また、支持固定板６の場合と同様に、ロータ２は加圧用コイルスプリング１０の加圧力が全てのステータ／ロータ間の接触圧力が一様になるよう、厚みの薄い板を使用し軸方向の剛性を小さくするのに適している。
【００４５】
このように複数のステータの周波数と位相を合わせるためには、各振動体の固有振動数の差を小さくしておく必要がある。具体的には、２％以内であることが望ましい。また、全てのステータが同じ周波数で駆動されるので、全てのステータに同一の駆動電圧を印加すればよい。従って駆動回路は１台でよい。
【００４６】
また、上記の実施の形態においては、振動体を固定側とし、接触体を移動側としているが、逆に振動体を移動側とし、接触体を固定側としても良い。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、振動体と接触体を多層にすることによって、振動波装置における摩擦接触部の面積を大きくすることができるので、摩擦接触部にかかる応力をへらし、摩耗を少なくできる。従って、寿命、耐久時間の長い振動波モータ等の振動波装置ができる。
【００４８】
摩擦接触部の面積が大きいので、摩擦力を大きくすることができ、出力トルクの大きい振動波モータ等の振動波装置ができる。
【００５０】
また、第１の電気−機械エネルギー変換素子と第２の電気−機械エネルギー変換素子との間に薄板の支持部材を配置し、該支持部材を固定することで振動体を支持固定するので、駆動効率が高く、出力トルクの大きい振動波モータ等の振動波装置を実現できる。また、第１の弾性体と第２の弾性体の軸方向での弾性変形を、支持部材を挟んで対称とすることにより、支持部材の両側に位置する振動体での振動を相殺させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の概略中横断面図。
【図２】図１のステータの断面図。
【図３】（ａ）（ｂ）はステータの振動形態が上下対称であることを示す図。
【図４】（ａ）（ｂ）は図１の圧電素子の変形を示す図。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は金属板の突起部の形状を示す斜視図。
【図６】圧電素子の分極極性と配置の位相関係を示す図。
【図７】他の圧電素子の分極極性と配置の位相関係を示す図。
【図８】（ａ）（ｂ）金属弾性板の振動の形態を示す図。
【図９】ステータとロータの接触状態を示す図。
【符号の説明】
１  振動体（ステータ）
２  ロータ（接触体、移動体）
３  圧電素子
４  金属弾性板
５  突起
６  支持固定板
７  フレキシブルプリント基板
８  中空締め付けボルト
９  出力軸
１０  加圧用コイルスプリング押さえリング
１１  押さえ板
１２  振動減衰用ゴム
１３  バックプレート
１４  バネ止めリング
１５  すべり軸受け
１６  すべり板
１７  Ｅ形ワッシャ
１８  配線
１９  モータケース
２０  配線端子
２１  ロータ固定リング
【図１】
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【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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【図８】
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【図９】
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