(57)【要約】【課題】  ボルト締めランジュバン型振動子の2つの共振モードの周波数差を小さくすると共に、単位体積あたりの高出力化を図り、安価でモータ性能安定化を図ること。【解決手段】  段部を有する貫通孔が形成された弾性体と、締め付け部材と、前記弾性体と前記締め付け部材の間に配置され、貫通孔が形成された電気-機械エネルギー変換素子と、前記締め付け部材と螺合するネジ部および前記弾性体のスラスト方向の位置を規制する段部が形成され、前記弾性体と前記電気-機械エネルギー変換素子の貫通孔に挿入されるシャフトとを有し、前記締め付け部材を前記シャフトに締め付けることで前記段部と前記締め付け部材との間に挟まれた前記弾性体と前記電気-機械エネルギー変換素子とを固定する振動体を備え、前記シャフト段部と前記弾性体段部の接触面の法線方向が外周側ほど軸心方向を向いている振動波駆動装置とする。【選択図】  図1
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
段部を有する貫通孔が形成された弾性体と、締め付け部材と、前記弾性体と前記締め付け部材の間に配置され、貫通孔が形成された電気-機械エネルギー変換素子と、前記締め付け部材と螺合するネジ部および前記弾性体のスラスト方向の位置を規制する段部が形成され、前記弾性体と前記電気-機械エネルギー変換素子の貫通孔に挿入されるシャフトとを有し、前記締め付け部材を前記シャフトに締め付けることで前記段部と前記締め付け部材との間に挟まれた前記弾性体と前記電気-機械エネルギー変換素子とを固定する振動体を備え、前記シャフト段部と前記弾性体段部の接触面の法線方向が外周側ほど軸心方向を向いていることを特徴とする振動波駆動装置。
【請求項２】
前記弾性体段部は少なくともR部を有し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】
前記弾性体段部には窒化処理が施されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の振動波駆動装置。
【請求項４】
前記シャフト段部の剛性を部分的に硬さ、もしくは形状を異ならせていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の振動波駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はカメラ用レンズやOA機器などに用いられる振動波駆動装置に用いる振動子に関するものである。特に小型の回転型振動波駆動装置の振動子の構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
振動波駆動装置はカメラレンズの駆動用途等への製品応用がなされており、円環型のものと棒状型のものが存在する。
【０００３】
棒状タイプの振動波駆動装置、例えば超音波モータとしては、例えば特開平4-91671号公報などがあり、駆動原理等はこれらに記載されている。ここに開示された振動子は電気-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、振動体を電気-機械エネルギー変換素子及び弾性部材で構成している。また、特開2004-112924号公報に開示されている振動子は、振動子の挟持構造に関するもので、振動子の特性を向上させるために外周強圧構造になるように構成されている。また、特開平11-122955号公報に開示されている振動子は、弾性体とシャフトを塑性流動させることで一体化し、振動子の特性の向上を図る試みが行われている。
【特許文献１】特開平４−９１６７１号公報
【特許文献２】特開２００４−１１２９２４号公報
【特許文献３】特開平１１−１２２９５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら振動波駆動装置の長手方向の小型化を図り、単位体積あたりの高出力化を実現するためには、従来以上に様々な部品の密着構造が振動子の特性に大きな影響を与え、各部品にさらなる強度が求められることが分かってきた。
【０００５】
従来の棒状型の超音波モータは、弾性体とシャフトを圧入したり、塑性変形させることにより両部品を一体化していた。しかしながら、世の中の要望としては、このような棒状型の振動体モータをさらに安くし、高出力化したいという要望がある。
【０００６】
従来の圧入方式ではかなり厳しい寸法公差が要求されるため、どうしてもコストが高くなってしまう。また、振動子の初期特性Δf(振動子のお互いに直交する２つの異なる曲げ振動の共振周波数の差)は、弾性体とシャフトを圧入することにより、円周方向での接触状態(結合状態)にムラが生じるため、大きくなってしまう。モータ性能が低下する要因になるほか、その修正工程を組み立て作業工程に入れる必要があるため、振動子組み立ての完全自動化が行えず、コストが下がらない要因の一つになっている。
【０００７】
また、圧入により一体化するよりも、接触面積をできるだけ小さくし、局所的に面圧を高くして弾性体とシャフトの相対的な滑り摩擦を起こすことなく振動させた方が良好な振動特性が得られる。もし微小な滑り摩擦が生じてしまっても、それにより発生する振動体の振動損失(内部損失)を最小限に押えることができるため、圧入した時よりもさらに良好な振動特性及びモータ性能を得ることが出来るということが最近分かってきた。小さい部品の中でいかにコストをかけないで、そのような構成を実現するかが課題である。
【０００８】
また、高出力化するにあたって各部品に発生する応力が大きくなるために、各部品の強度アップもコストをかけないで行うことが課題となっている。
【０００９】
本発明では上記課題を解決し、安価で高出力が取り出せて、個体差の小さい振動波駆動装置及び振動子を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本願の請求項１に係る発明は、段部を有する貫通孔が形成された弾性体と、締め付け部材と、前記弾性体と前記締め付け部材の間に配置され、貫通孔が形成された電気-機械エネルギー変換素子と、前記締め付け部材と螺合するネジ部および前記弾性体のスラスト方向の位置を規制する段部が形成され、前記弾性体と前記電気-機械エネルギー変換素子の貫通孔に挿入されるシャフトとを有し、前記締め付け部材を前記シャフトに締め付けることで前記段部と前記締め付け部材との間に挟まれた前記弾性体と前記電気-機械エネルギー変換素子とを固定する振動体において、前記シャフト段部と前記弾性体段部の接触面の法線方向が外周側ほど軸心方向を向いている振動波駆動装置であることを特徴とするものである。
【００１１】
本願の請求項２に係る発明は、前記弾性体段部は少なくともR部を有している振動波駆動装置であることを特徴とするものである。
【００１２】
本願の請求項３に係る発明は、前記弾性体段部には窒化処理が施されている振動波駆動装置であることを特徴とするものである。
【００１３】
本願の請求項４に係る発明は、前記シャフト段部の剛性を部分的に硬さもしくは形状を異ならせている振動波駆動装置であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、シャフト段部と弾性体段部の接触面の法線方向が外周側ほど軸心方向を向いているため、簡易な構造で両部品の芯出しを行うことができる。そのため、従来圧入されていた部分の圧力ムラ等により発生していた組み立て初期に発生するΔfが発生しなくなり初期特性を安定させることができる。
【００１５】
また、振動による弾性体とシャフトの相対的な滑りも外周側ほど軸心方向に作用する力が強いために安定した状態を保つことができ、径方向のズレを防止することができる。そして、外周側に面圧を高くした所を集中させているため、微小な滑りも起こりにくく、振動子の内部損失を小さくすることができる。
【００１６】
また、弾性体の強度アップを図るために、弾性体の段部部分にまで窒化層を設ける構成にすることによりステンレス部材の強度アップを図ることができ、疲労破壊限界が改善された。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
次に、本発明の詳細を実施例の記述に従って説明する。
【実施例１】
【００１８】
図１に第１の実施形態を示す。
【００１９】
図１(a)において、bは金属等の振動減衰の小さい材料で構成された段部を有する第1の弾性体、cは第1の弾性体のスラスト方向を規制する段部を有し、締め付け部材と螺合するネジ部を有するシャフトである。dは電気-機械エネルギー変換素子である圧電素子、eは第2の弾性体、fはシャフトcに形成されたネジ部と螺合する締め付け部材である。
【００２０】
第1の弾性体b、圧電素子d、及び第2の弾性体eの中心部に設けられた貫通孔にシャフトcを挿入する。シャフトc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bの内壁に設けられた段差に突き当たる。シャフトcの先端部にはネジ部が形成され、このネジ部に締結部材である締め付け部材fを螺合させて締め付けることで、第1の弾性体b、圧電素子d、及び第2の弾性体eを固定することができ、振動子aとして機能する。
【００２１】
図1(b)に第1の弾性体bとシャフトcの段部での接触面の様子を示す。(図1(a)の○部)第1の弾性体bの段部のR部に、シャフトcの段部のエッジ部が接触している。このような構成にすることにより、簡易な構造で2部品間に調芯作用を持たせることができるため、第1の弾性体bとシャフトcの側面が接触することなく、安定した隙間gを形成することができる。この隙間gが均一に周上にあるため、初期Δf(振動子のお互いに直交する２つの異なる曲げ振動の共振周波数の差)の発生を抑制することができる。
【００２２】
hはフレキシブル基板で、振動発生のために電気エネルギーを振動子aに供給または振動子a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。シャフトcは上端部が固定されており、振動子cを支えている。
【００２３】
駆動の際には、圧電素子dは電極が２つの電極群にグループ化されており、不図示の電源からそれぞれの電極群に位相の異なる交流電界が印加すると、振動子にはお互い直交する２つの曲げ振動が励振される。この印加電圧の位相を調整することにより、２つの振動間に90度の時間的な位相差を与えることができ、その結果、棒状振動子の曲げ振動は振動子の軸周りに回転する。iは振動子aの上端部と接触する接触体であり、振動子aの合成振動により回転駆動される。jは直接振動子aと接触する接触バネであり、kは出力を取り出すギアであり、フランジ１と滑り軸受け構造になっており、接触体iをシャフトcに対して回転可能に
している。mは接触体iを振動子aに対して押圧するバネ部材としてのコイルバネであり、振動子aと接触体iとの摩擦接触を可能としている。
【実施例２】
【００２４】
図2に第2の実施形態を示す。
【００２５】
第1の弾性体bの段部がR部のみで構成されている。径方向規制力を大きくするには、曲率の大きい円弧であることが望ましい。R部のみで段部を構成することで、限られた狭いスペースを最大限利用して径方向規制力が最大となる構成を作ることができるため、振動により径方向の位置がずれて、振動子特性が変化するという現象を抑制することができる。
【００２６】
また、従来は面接触が良いと考えていたが、限りなく線接触に近づけたことで、振動による微小なずれが原因で起こる内部損失の増大も押えることができ、従来以上に振動損失の少ない振動子を提供することができる。
【実施例３】
【００２７】
図3に第３の実施形態を示す。
【００２８】
第１の弾性体bの段部の表面が窒化処理され、窒化層nが形成されている様子を示している。第１の弾性体bはステンレス部材であり、その窒化処理後の表面硬さは約1200[Hv]である。ステンレス部材の内外径に窒化層を設けることで、疲労破壊強度を上げることができる。
【実施例４】
【００２９】
図4に第４の実施形態を示す。
【００３０】
シャフトcの段部のうち、第１の弾性体bと接触する部分のみ硬度を下げるように構成されている。そうすることで、第１の弾性体bのR部に沿うようにシャフトcの形状が変形し、お互いが安定する位置に位置決めされる。そのため、初期Δfを小さくするための調芯効果が安定して得られる。また、シャフトcの剛性を形状的に１部軟らかくすることにより、お互いが安定する位置に位置決めされる調芯効果を得ることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】第1の実施形態としての振動波駆動装置の断面図。
【図２】第2の実施形態としての振動波駆動装置の断面図。
【図３】第3の実施形態としての振動波駆動装置の断面図。
【図４】第4の実施形態としての振動波駆動装置の断面図。
【符号の説明】
【００３２】
a  振動子
b  第１の弾性体
c  シャフト
d  圧電素子
e  第2の弾性体
f  締め付け部材
g  隙間
h  フレキシブル基板
i  接触体
j  接触バネ
k  ギア
l  フランジ
m  コイルバネ
n  窒化層
【図１】
2009090213.tif 000003
【図２】
2009090213.tif 000004
【図３】
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【図４】
2009090213.tif 000006