(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
弾性体に電気−機械エネルギー変換素子が設けられ、該電気−機械エネルギー変換素子に交番信号を印加することにより該弾性体の駆動部に駆動振動を形成する振動体と、前記弾性体の駆動部と接触する接触体を有し、前記振動体と前記接触体とを相対移動させる振動波駆動装置において、
前記弾性体は、円板状に形成され、前記駆動部として、該弾性体に生じる振動の中立面を境として両側に突出するように曲げ形成された第１の突出部と第２の突出部を前記弾性体の周方向に沿って複数備え、
該第１及び第２の突出部はそれぞれ、前記接触体としての、第１の接触体及び第２の接触体に接触し、
前記電気−機械エネルギー変換素子は、前記第１及び第２の突出部より内径側に設けられていることを特徴とする振動波駆動装置。
【請求項２】
前記第１及び第２の突出部は、交互に位置するように設けられている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】
前記振動体は、前記弾性体の両面に前記電気−機械エネルギー変換素子を有することを特徴とする請求項１または２に記載の振動波駆動装置。
【請求項４】
前記振動体は、前記弾性体の片面に前記電気−機械エネルギー変換素子を有することを特徴とする請求項１または２に記載の振動波駆動装置。
【請求項５】
前記第１の突出部と第２の突出部は、先端ほど薄くしたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の振動波駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は振動波駆動装置、特に振動体としてのステータの構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、振動波駆動装置としての振動波モータは、金属部材で構成された弾性体に例えば電気−機械エネルギー変換素子としての圧電素子を接着して構成された振動体と、前記振動体の駆動部に加圧手段を介して加圧接触する接触体とを有し、前記弾性体に前記圧電素子により形成される駆動振動により、前記振動体と前記接触体とを相対移動させるようにしたもので、前記弾性体を製造する方法としてプレス加工により形成することが、例えば特開平8-298792号公報等に開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記弾性体をプレス加工により形成する方法にあっては、プレス加工により得られた弾性体が薄板で形成されるため、柔らかく、片面側から接触体としてのロータが加圧された場合、弾性体が変形するため、加圧ムラ等によりロータと弾性体との均一な接触を妨げ、モータ性能を悪化させていた。
【０００４】
また、強度を補うために、複数の弾性体を積層して接合する例が特開平8-214569号公報等に開示されているが、部品数の増大と接合の手間でコストが増大してしまう。
【０００５】
本出願に係る発明の目的は、プレス加工等が可能な薄板の弾性体であっても、弾性体の変形を防止し、接触体との良好な接触が得られる振動波駆動装置を提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本出願に係る発明の目的を実現する振動波駆動装置は、弾性体に電気−機械エネルギー変換素子が設けられ、該電気−機械エネルギー変換素子に交番信号を印加することにより該弾性体の駆動部に駆動振動を形成する振動体と、前記弾性体の駆動部と接触する接触体を有し、前記振動体と前記接触体とを相対移動させる振動波駆動装置において、前記弾性体は、円板状に形成され、前記駆動部として、該弾性体に生じる振動の中立面を境として両側に突出するように曲げ形成された第１の突出部と第２の突出部を前記弾性体の周方向に沿って複数備え、該第１及び第２の突出部はそれぞれ、前記接触体としての、第１の接触体及び第２の接触体に接触し、前記電気−機械エネルギー変換素子は、前記第１及び第２の突出部より内径側に設けられているものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
図１は本発明の実施の形態を示す。
【００２１】
図１の（ａ）は振動体の平面図、図１の（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ’矢視図である。
【００２２】
本実施の形態の振動波駆動装置は、平面円板形状に形成された振動体の軸心部に、前記振動体を支持する支持軸（不図示）を設け、前記振動体の両面側にロータを配置した形式のものである。
【００２３】
本実施の形態の振動体を構成する弾性体１は、金属の薄板をプレス加工により円板形状に成形されるもので、外周部分には放射方向に沿って延びる折り曲げにより軸方向に突出した突出部１ａ，１ｂが周方向に複数形成されており、突出部１ａと突出部１ｂとは面（軸方向と直交する平面）対称に交互に形成され、プレス加工の際にそれぞれ軸方向に向かって突出するように切り起こされるようにして形成される。なお、突出部１ａと１ｂとはそれぞれ等ピッチに形成しても良く、また鳴きの発生防止の点より、動剛性不均一部を設ける等のために、部分的にピッチあるいはサイズ等を変えるようにしてもよい。
【００２４】
この突出部１ａと１ｂとは全周に設けられており、それぞれの先端部１ｃと１ｄは軸方向と直交する平面と略平行な面となるように折り曲げられている。なお、この先端部１ｃと１ｄとは、ある程度の角度を有して傾斜するようにしてもよく、この場合は不図示のロータとの加圧接触の際に、突出部１ａ，１ｂの撓みにより該ロータとの接触面に対して平行となり均一な加圧接触が得られ、例えばロータあるいは該先端部１ｃと１ｄの表面に設けられた摩擦摺動材の異常摩耗等を防止することができる。
【００２５】
また弾性体１の軸心部には前記支持軸（不図示）が貫通する中心孔１ｆが形成され、この中心孔１ｆの周囲にビス孔１ｅが形成されている。前記支持軸には不図示の取り付け部材が取り付けられていて、この取り付け部材にビス孔１ｅを通してビス止めされ、振動体が前記支持軸に支持されるようになっている。
【００２６】
前記弾性体１の突出部１ａおよび１ｂと、ビス孔１ｅとの間の平板部の両面には、円板状の電気−機械エネルギー変換素子としての圧電素子板２ａと２ｂがそれぞれ接着剤により接着されている。
【００２７】
この圧電素子板２ａと２ｂとは、極性の異なる複数の分極領域を有していて、弾性体１との接着面側をそれぞれ全面電極とし、反対面側には各分極領域毎に電極膜が形成されている。圧電素子２ａと２ｂにおける分極領域は、駆動波（進行波）の波長をλとすると、λ／２の間隔で極性が異なるようにしたものが２群設けられていて、前記各群間の空間的位相をλ／４としたもので、前記各群の間に設けられた分極領域を振動検出用として使用している。そして、前記圧電素子２ａと２ｂの電極膜には不図示のフレキシブルプリント板が取り付けられ、不図示の駆動回路からの交番信号としての駆動信号が前記フレキシブルプリント板を介して圧電素子に印加され、また振動検出信号が前記駆動回路に出力される。
【００２８】
位相の異なる駆動信号が圧電素子２ａと２ｂの上記各２群の分極領域に印加されると、弾性体１には位相の異なる２つの定在波が励起され、その合成で進行波が形成される。この進行波は突出部１ａ及び１ｂに形成され、両突出部１ａと１ｂに形成される進行波の進行方向は同方向であり、突出部１ａ及び１ｂの先端部１ｃ及び１ｄにそれぞれ加圧接触する各ロータを同じ方向に回転させることができる。
【００２９】
なお、弾性体１の圧電素子２ａ，２ｂが接着される平面部の板厚に対し、それよりも内周側の部分の板厚を薄くし、弾性体１に励起された振動が支持軸等の外部に伝搬されるのを防止している。
【００３０】
本実施の形態において、弾性体１は、ロータと接触する外周部分を軸方向に沿って突出する複数の折り曲げ部としているので、薄板で形成された円板の外周面を単に駆動面とする従来の場合に比べて剛性が高まり、ロータとの接触安定性が良好となる。
【００３１】
また、これらの折り曲げにより形成された突出部は軸方向に突出した形状に形成されているので、弾性体に形成される屈曲振動に伴う周方向の変位が拡大される。
【００３２】
さらに、振動変位の大きい最外周部にロータとの接触が行われる突出部１ａ，１ｂの先端部１ｃ及び１ｄを配置することが可能である。
【００３３】
なお、本実施の形態では、圧電素子２ａと２ｂとは、λ／４の位相ずれを有した２群の分極処理領域を有するものとして説明しているが、両方の圧電素子２ａ，２ｂ共にλ／２の間隔で極性異なる分極領域を形成したものとし、一方の圧電素子２ａに対して他方の圧電素子２ｂを位置的に例えばλ／４の位相差を有して配置するようにしたものであっても良い。
【００３４】
（第２の実施の形態）
図２は本発明の第２の実施の形態を示す。
【００３５】
図２の（ａ）が弾性体の平面図、同図（ｂ）が同図（ａ）のＢ−Ｂ’矢視図である。
【００３６】
本実施の形態は、図１に示す第１の実施の形態における弾性体の突出部の形状のみが異なるもので、弾性体１の最外周からやや内周側の部分１ｇを部分的に切断・折り曲げ加工を行い、突出部１ａ，１ｂを形成している。
【００３７】
本実施の形態では、弾性体１の外周部は繋がっているため、図１の第１の実施の形態に比して弾性体の強度を高くすることができる。
【００３８】
また、節円を有する屈曲振動を利用する場合、弾性体１の径方向中央部付近に存在する振動の腹位置と接触部をなす先端部１ｃと１ｄを略一致させることができ、モータ出力を増大することができる。
【００３９】
（第３の実施の形態）
図３は本発明の第３の実施の形態を示す。
【００４０】
本実施の形態は図２に示す第２の実施の形態と弾性体１に形成される突出部の形状のみが異なるもので、上記した図２に示す第２の実施の形態における弾性体１は、弾性体１の最外周からやや内側の部分１ｇを切断しているが、本実施の形態では、このような部分での切断は行わず、放射方向の内周側及び外周側の端部は共に弾性体１を構成する板部材に繋いだ状態とし、その間の部分を軸方向に突出させて突出部１ｃと１ｄを形成するようにしている。
【００４１】
本実施の形態の構成では、上記した第１、第２の実施の形態に比べて突出部１ｃ，１ｄの剛性を高くすることが可能である。この結果突出量を大きくして、振動変位の周方向成分を増やすこと、すなわちモータ回転数を増加させることができる。
【００４２】
（第４の実施の形態）
図４は本発明の第４の実施の形態を示す。
【００４３】
本実施の形態は、図１に示す第１の実施の形態と弾性体１に形成される突出部の形状のみが異なるもので、本実施の形態では、弾性体１の外周部にエンボス状に突出部１ａと１ｂを両面同一円周上の位置に突出方向が軸方向において交互になるように突出させている。
【００４４】
（第５の実施の形態）
図５は本発明の第５の実施の形態を示す。
【００４５】
本実施の形態は、図４に示す第４の実施の形態と弾性体１に形成される突出部が異なるだけで、上記した第４の実施の形態では、弾性体１の最外周に両面同一円周上の一列にエンボス状の突出部１ａ，１ｂを交互に形成しているが、本実施の形態では、最外周の両面同一円周上の一列に突出方向を同じとするエンボス状の複数の突出部１ａを形成し、さらにその内側に、両面同一円周上に最外周の突出部１ａとは突出方向が逆向きの複数の突出部１ｂを最外周の突出部１ａの間に位置するようにずらして形成している。
【００４６】
本実施の形態では、図４の第４の実施の形態に比して突出部の密度を高めるために、内周側と外周側で突出部の向きを逆にしたものである。
【００４７】
なお、内周側と外周側では振動の軸方向変位量が異なるため、突出部先端での周方向の角変位成分が等しくなるよう突出量を変えている。
【００４８】
第４及び第５の実施の形態では、図３の第３の実施の形態と比してもさらに突出部の剛性を大きくとることができる。
【００４９】
ところで、以上説明した実施の形態においては、弾性体の両面に同寸法の圧電素子を配置して上下対称の振動体としたが、圧電素子を片面のみへ貼り付けても弾性体に振動を励振できる。
【００５０】
本発明において、弾性体は薄板で構成されるため、圧電素子の貼り付けによる弾性体の剛性変化への影響は大きく、片面のみへの貼りつけでは、図６に示すように曲げ振動の中立面３は弾性体の厚み方向の中央面に一致しない。
【００５１】
一方、ロータとの接触面における周方向の変位は、中立面から接触面までの距離に比例する。
【００５２】
したがって、圧電素子を片面のみへ貼り付けた場合、上下面での接触部の周方向変位が等しくなるよう、突出部の形状を設定する必要がある。
【００５３】
以下の実施の形態は弾性体の片側に圧電素子を張りつけた場合を示す。
【００５４】
（第６の実施の形態）
図７は本発明の第６の実施の形態を示す。
【００５５】
図６に図示したように、接触面の存在する外周部付近では曲げ振動の中立面が弾性体の下面方向へ移動するため、この移動量を考慮して、本実施の形態では、図７に示すように、弾性体１の厚み方向の中央面Ｌ1 から弾性体１の一方の突出部１ａの接触部である先端部１ｃまでの距離をｈ1 とすると、該中央面Ｌ1 から弾性体１の他方の突出部１ｂの接触部である先端部１ｄまでの距離をｈ2 とすると、ｈ1 ＜ｈ2 としたものである。
【００５６】
尚、本実施の形態では突出寸法で調整をしたが、突出部の厚みや幅等の形状を変えることで、中立面の位置を変化させて調整をすることも可能である。
【００５７】
（第７の実施の形態）
図８は第７の実施の形態を示す。
【００５８】
本実施の形態は、弾性体１の突出部１ａ，１ｂの幅を先端ほど薄くして、突出部の動的応答性を向上させたものである。
【００５９】
図９に節円を持たない曲げ振動の軸方向の変位分布を点線４により示す。図９に示すように、曲げ振動の軸方向の変位分布は、外径部ほど大きく内径部ほど小さいため、接触部径を上下で変えることで、上下での周方向の変位を変化させることができる。
【００６０】
（第８の実施の形態）
図９、図１０は本発明の第８の実施の形態を示す。
【００６１】
図９は節円を持たない曲げ振動の軸方向の変位分布を点線４により示すもので、図９に示すように、曲げ振動の軸方向の変位分布は、外径部ほど大きく内径部ほど小さいため、接触部径を上下で変えることで、上下での周方向の変位を変化させることができる。
【００６２】
本実施の形態では、弾性体１の外周部に形成する突出部１ａは切り起こし端を内周側に向けるようにして突出させ、突出方向が逆の突出部１ｂは切り起こし端を外周側に向けるように突出させ、この突出部１ａと１ｂとを図示のように交互に折り曲げ形成したもので、軸心から一方の突出部１ａの接触部である先端部１ｃまでの距離をｌ1 、軸心から他方の突出部１ｂの接触部である先端部１ｄまでの距離をｌ2 とすると、図より明らかなように、ｌ1 ＜ｌ2 となる。
【００６３】
（第９の実施の形態）
図１１は第９の実施の形態を示す。
【００６４】
本実施の形態は、振動波駆動装置の全体構成の断面図で、図８に示した振動体を軸方向に多層に重ねたものである。
【００６５】
本実施の形態の振動波駆動装置は、円筒状のケース１２自体を回転体としたもので、回転中心にはケース１２に設けられた軸受１０に支持棒１１が軸支され、ケース１２が支持棒１１を中心として回転可能となっている。
【００６６】
弾性体１と圧電素子２で構成される振動体は、弾性体１の中心孔が外周部が段付形状に形成された固定部材７に差し込まれ、例えばナット部材８をその上から締め付けることで固定部材７に振動体を固定する。そして、この複数の固定部材７をスペーサ１６を介して支持棒１１に装着するが、その際支持棒１１の外周部には軸方向に沿ってキー溝１４が形成され、固定部材７の内周部に形成されたキー（不図示）をこのキー溝１４に差し込むので、固定部材７は軸方向への移動が可能でかつ軸周りの回転が規制される。支持棒１１の先端部にはコイルスプリング９が、ボールベアリング１０の内輪側と先端の固定部材７との間に配置され、コイルスプリング９のバネ力をすべての前記振動体に付与する。なお、ケース１２の開放端部には、底板１５が装着され、ビス１３によりケース１２に一体的に固定される。
【００６７】
また、圧電素子２に取り付けられたフレキシブル配線板１７は、この底板１５側からケース外に引き出され、（不図示）の駆動装置に接続される。
【００６８】
一方ケース１２の内周面には、リング状のロータ固定部材６が軸方向に沿って複数取り付けられ、各ロータ固定部材６にはリング状のロータ５の外周部が固定されていて、ロータ５の内周部が対向する振動体の弾性体１に形成された突出部の先端部間に挟み込まれるように加圧接触されている。
【００６９】
本実施の形態の振動波駆動装置によれば、複数の振動体を積層し、各振動体間に配置された複数のロータを駆動するので、高トルクで高出力のモータが得られ、またロータ５との加圧接触でプレス成形された薄板の弾性体１が変形せずに安定に接触するので、接触効率も増し、鳴き発生も防止することができる。
【００７０】
【発明の効果】
本発明によれば、振動体を構成する弾性体を薄板で形成しても、弾性体に生じる振動の中立面を境として両側に突出するように曲げ形成された第１及び第２の突出部を備えているので、弾性体自体の剛性が高くなり、接触体との接触による変形を防止でき、また弾性体と接触体とを均一に接触させることが可能となり、モータ効率の向上、鳴きの発生を防止することが可能となった。
【００７１】
また、軸方向両側に駆動部を有するので、高トルク化、高出力化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の振動波駆動装置の振動体を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’矢視図
【図２】本発明の第２の実施の形態を示す振動波駆動装置の振動体を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ’矢視図
【図３】本発明の第３の実施の形態の振動波駆動装置の振動体を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ’矢視図
【図４】本発明の第４の実施の形態の振動波駆動装置の振動体を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ’矢視図
【図５】本発明の第５の実施の形態の振動波駆動装置の振動体の平面図
【図６】振動体の片面にのみ圧電素子を設けた場合の振動の中立面の移動を説明するための図
【図７】本発明の第６の実施の形態の振動波駆動装置の振動体を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＥ−Ｅ’矢視図
【図８】本発明の第７の実施の形態の振動波駆動装置の振動体の側面図
【図９】節円を持たない曲げ振動の軸方向の変位分布を示す図
【図１０】本発明の第８の実施の形態の振動波駆動装置の振動体を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＦ−Ｆ’矢視図
【図１１】本発明の第９の実施の形態の振動波駆動装置を示し、（ａ）は（ｂ）のＧ−Ｇ’矢視図、（ｂ）は縦断面図
【符号の説明】
１  弾性体
１ａ，１ｂ  突出部
１ｃ，１ｄ  先端部（接触部）
１ｅ  ビス孔
１ｆ  中心孔
２ａ，２ｂ  圧電素子（電気−機械エネルギー変換素子）
５  ロータ
６  ロータ固定部材
７  固定部材
８  ナット部材
９  コイルスプリング
１０  ボールベアリング
１１  支持棒
１２  ケース
１３  ビス
１５  底板
【図４】
0004350208.tif 000002
【図５】
0004350208.tif 000003
【図６】
0004350208.tif 000004
【図７】
0004350208.tif 000005
【図９】
0004350208.tif 000006
【図１１】
0004350208.tif 000007
【図１】
0004350208.tif 000008
【図２】
0004350208.tif 000009
【図３】
0004350208.tif 000010
【図８】
0004350208.tif 000011
【図１０】
0004350208.tif 000012