振動波モータ
【課題】コストダウンと静寂性を両立させることができる振動波モータを提供する。
【解決手段】駆動信号により励振される圧電体２とこの圧電体２に接合され、前記励振により駆動面に進行性振動波を生じる円環状の弾性体３とを有する振動体１と，弾性体３の駆動面に加圧接触され、前記進行性振動波によって駆動される移動子５と，弾性体３を内周面で支持するフランジ部３ｃと，移動子５に弾性体３を、フランジ部３ｃを介して加圧する加圧部材９とを含み、振動体１の圧電体２との間に、フレキシブルプリント基板４を挟んで、振動体１と移動子５との摩擦駆動による異音の発生を抑制するブチルゴムシート３１を設ける。
【解決手段】駆動信号により励振される圧電体２とこの圧電体２に接合され、前記励振により駆動面に進行性振動波を生じる円環状の弾性体３とを有する振動体１と，弾性体３の駆動面に加圧接触され、前記進行性振動波によって駆動される移動子５と，弾性体３を内周面で支持するフランジ部３ｃと，移動子５に弾性体３を、フランジ部３ｃを介して加圧する加圧部材９とを含み、振動体１の圧電体２との間に、フレキシブルプリント基板４を挟んで、振動体１と移動子５との摩擦駆動による異音の発生を抑制するブチルゴムシート３１を設ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動体を改良した振動波モータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の振動波モータは、例えば、特許文献１に開示されているように、圧電体の伸縮を利用して弾性体の駆動面に進行性振動波を発生させ、この進行波によって、駆動面に楕円運動が生じ、楕円運動の波頭に加圧接触した移動子が駆動される。このような振動波モータは、低回転でも高トルクを有するといった特徴があるため、駆動装置に搭載した場合に、駆動装置のギアを省略することができるので、ギア騒音をなくすことで静寂化を達成したり、位置決め精度が向上できるといった利点がある。
【０００３】
このような振動波モータも、近年は、コストダウンや部品精度管理の簡素化等の理由から、振動体駆動面と移動子摺動面との組み合わせは、従来では金属と樹脂という組み合わせであったが、金属同士（金属系表面処理を含む）の組み合わせへ移行しつつある。
例えば、移動子に樹脂の摺動部材を貼り付ける場合に、移動子母材と摺動部材との２部品の加工及び貼り付けの工数が発生し、また、移動子自体を樹脂で構成する場合には、成形のみでは寸法精度が得られず、寸法精度を得るための加工工数が必要となり、これがコストを上げる理由となっていた。
【０００４】
一方、移動子の摺動面を金属又は金属系の表面処理で構成させた場合に、加工、組み立て工数が大幅に削減され、また、摺動面の寸法公差や平面度等の幾何公差の管理も容易になるため、大幅なコストダウンが期待できる。
【０００５】
この振動波モータの特徴として、静寂さが第一に挙げられる。しかし、振動波モータの原理として、振動体駆動面と移動子摺動面とが接触して、摩擦駆動されるため、このときに発生する異音を抑えるのに、様々な工夫が求められる。
従来のように、弾性体駆動面をステンレス等の金属、移動子摺動面を樹脂として構成した場合には、樹脂自体に振動や音を減衰するような材料を選択したり、柔からめの樹脂を選択して、振動体駆動面への密着性を向上させたりして、振動波モータ動作時の異音の発生を抑えることが可能であった。
【０００６】
しかし、振動体駆動面と移動子摺動面とも、金属同士（金属系表面処理を含む）とした場合には、金属自体に振動や音への減衰効果が期待できず、また、表面の柔らかさも樹脂ほど期待できないため、その結果として、摩擦駆動時の、不快な異音を防止することが難しくなってしまい、これがコストダウンの大きな課題となっていた。
【特許文献１】特公平１−１７３５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、コストダウンと静寂性を両立させることができる振動波モータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、以下のような解決手段により、前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために、本発明の実施例に対応する符号を付して説明するが、これに限定されるものではない。
請求項１の発明は、駆動信号により励振される圧電体（２）と、この圧電体に接合され、前記励振により駆動面に進行性振動波を生じる円環状又は円柱状の弾性体（３）とを有する振動体（１）と；前記弾性体の駆動面に加圧接触され、前記進行性振動波によって駆動される移動子（５）と；前記弾性体を内周面及び／又は外周面で支持する支持部(３ｃ)と； 前記移動子に前記弾性体を、前記支持部を介して加圧する加圧部（９）と；を含む振動波モータであって、前記振動体に装着され、前記振動体と前記移動子との摩擦駆動による異音の発生を抑制する異音抑制部材（３１，３２）を備えたこと、を特徴とする振動波モータである。
請求項２の発明は、請求項１に記載の振動波モータにおいて、前記弾性体の駆動面及び前記移動子の摺動面は、ビッカース硬度Ｈｖが２５０以上であること、を特徴とする振動波モータである。
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の振動波モータにおいて、前記圧電体に接続され駆動信号を印加するフレキシブルプリント基板（４）を備え、前記異音抑制部材（３１）は、前記フレキシブルプリント基板（４）に装着したこと、を特徴とする振動波モータである。
請求項４の発明は、請求項３に記載の振動波モータにおいて、前記異音抑制部材（３１）は、前記振動体（１）の前記圧電体（２）側に、前記圧電体（２）と直接接触しない状態で配置されること、を特徴とする振動波モータである。
請求項５の発明は、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の振動波モータにおいて、前記異音抑制部材（３２）は、ショア硬度Ｈｓが３０〜７０の防振ゴムであること、を特徴とする振動波モータである。
請求項６の発明は、請求項１又は請求項２に記載の振動波モータにおいて、前記異音抑制部材（３２）は、前記振動体（１）の外周面及び／又は内周面に装着したこと、を特徴とする振動波モータである。
請求項６の発明は、請求項１、請求項２又は請求項６のいずれか１項に記載の振動波モータにおいて、前記異音抑制部材（３２）は、シリコーン系又はポリプロピレン系の防振樹脂から形成されていること、を特徴とする振動波モータである。
【発明の効果】
【０００９】
以上説明したように、本発明によれば、以下のような効果がある。
（１）振動体に異音抑制部材を装着したので、摩擦駆動時に発生する不快な音を吸収することができる。
（２）圧電体にフレキシブルプリント基板を介して、異音抑制部材を装着したので、振動減衰の効果が適度に保たれ、異音を抑制するとともに、モータ性能を低下させることがない。
（３）振動体の外周面及び／又は内周面に異音抑制部材を装着したので、径方向に振幅を持った振動を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明は、コストダウンと静寂性を両立させることができる振動波モータ提供するという目的を、振動体１の圧電体面に、フレキシブルプリント基板４を介して、ブチルゴムシート３１を装着して、進行性振動波以外の振動を抑えることによって実現する。
【実施例１】
【００１１】
以下、本発明にかかる振動波モータの実施例を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以降の実施例は、振動波モータとして、超音波の振動域を利用した超音波モータを例にとって説明する。
図１は、本発明の実施例１の超音波モータを説明する図である。
実施例１の超音波モータ１００は、圧電体２と弾性体３とを有する振動体１と、弾性体１の駆動面に加圧接触される移動子５とを備えており、実施例１では、振動体１側を固定とし、移動子（相対運動部材）５を駆動するようになっている。
【００１２】
振動体１は、後で説明するように、電気エネルギーを機械エネルギーに変換する圧電素子や電歪素子等を例とした電気一機械変換素子（以下、圧電体と称する）２と、圧電体２を接合した弾性体３とから構成されている。振動体１は、進行波が発生するが、実施例１では、一例として４波の進行波として説明する。
【００１３】
弾性体３は、共振先鋭度が大きな金属材料から成り、その形状は、円環形状となっており、圧電体２が接合される反対面には、溝が切ってあり、突起部分（溝がない箇所）３ｂの先端面が駆動面となり、移動子５に加圧接触される。溝を切る理由は、進行波の中立面をできる限り、圧電体２側に近づけ、これにより、駆動面の進行波の振幅を増幅させるためである。本実施例では、溝の切っていない部分をベース部３ａと呼ぶ。そのべ一ス部３ａは、溝側とは反対面に圧電体２が接合されている。この弾性体３は、その駆動面にＮｉＰの表面処理がなされている。
この弾性体３は、ベース部３ａの内周側にフランジ部３ｃが設けられ、その部分を用いて固定部材６（６ａ，６ｂ）に固定する。フランジ部３ｃは、ベース部３ａの厚さの中央に位置する形態となっている。
【００１４】
圧電体２は、円周方向に沿って２つの相（Ａ相、Ｂ相）に対応する部分に分かれており、各相に対応する部分おいては、１／２波長毎に分極が交互となった要素が並べられていて、Ａ相に対応する部分とＢ相に対応する部分との間には、１／４波長分間隔が空くようにしてある。圧電体２は、各相の電極にＦＰＣ（フレキシブルプリント基板）４の配線が接続されており、駆動電圧が印加される。
【００１５】
移動子５は、アルミニウムといった軽金属からなり、摺動面の表面には、耐摩耗性向上のためのアルマイトの表面処理が成されている。
出力軸８は、ゴム部材７を介して移動子５に結合されていて、移動子５と一体に回転するようにされている。出力軸８と移動子５との間のゴム部材７は、ゴムによる粘着性で移動子５と出力軸８を結合する機能と、移動子５からの振動を出力軸８へ伝えないための振動吸収の機能とが求められており、ブチルゴム等が好適である。
【００１６】
加圧部材９は、コイルバネ等であり、出力軸８に固定されたギア部材１０と、ベアリング受け部材１１との間に設けられている。ギア部材１０は、出力軸８のＤカットに嵌まるように挿入され、Ｅクリップ等のストッパ１２で固定され、回転方向及び軸方向に出力軸８と一体になるようにされている。また、ベアリング受け部材１１は、ベアリング１３の内径側に挿入され、ベアリング１３は、固定部材６ａの内径側に挿入された構造となっている。このような構造をとることにより、移動子５が振動体１の駆動面に加圧接触するようになっている。
【００１７】
図２は、実施例１の超音波モータの駆動装置２０を説明するブロック図である。
まず、超音波モータの駆動、制御について説明する。
発振部２１は、制御部２２の指令により所望の周波数の駆動信号を発生する部分である。移相部２３は、発振部２１で発生した駆動信号を９０°位相の異なる２つの駆動信号に分ける部分である。増幅部２４，２５は、移相部２３によって分けられた２つの駆動信号を、それぞれ所望の電圧に昇圧する部分である。増幅部２４，２５からの駆動信号は、超音波モータ１００に伝達され、この駆動信号の印加により振動体１に進行波が発生し、移動子５が駆動される部分である。
検出部２６は、光学式エンコーダや磁気エンコーダ等により構成され、移動子５の駆動によって駆動された駆動物の位置や速度を検出する部分である。制御部２２は、ＣＰＵからの駆動指令を基に、超音波モータ１００の駆動を制御する部分である。制御部２２は、検出部２６からの検出信号を受け、その値を基に、位置情報と速度情報を得て、目標位置に位置決めされるように、発振部２１の周波数を制御する部分である。
【００１８】
実施例１の構成によれば、超音波モータ制御装置２０は、以下のようにして動作する。
まず、制御部２２に目標位置が伝達される。発振部２１からは駆動信号が発生し、その信号は、位相部２３により９０°位相の異なる２つの駆動信号に分割され、増幅部２４，２５により所望の電圧に増幅される。
駆動信号は、超音波モータ１００の圧電体２に印加され、圧電体２は励振され、その励振によって弾性体３には４次の曲げ振動が発生する。圧電体２は、Ａ相とＢ相とに分けられており、駆動信号は、それぞれＡ相とＢ相に印加される。Ａ相から発生する４次の曲げ振動とＢ相から発生する４次の曲げ振動とは、位置的な位相が１／４波長ずれるようになっており、また、Ａ相駆動信号とＢ相駆動信号とは、９０°位相がずれているため、２つの曲げ振動は、合成され、４波の進行波となる。進行波の波頭には、楕円運動が生じている。従って、駆動面に加圧接触された移動子５は、この楕円運動によって摩擦的に駆動される。
移動子５の駆動により駆動された駆動体には、光学式エンコーダ等の検出部２６が配置されていて、そこから、電気パルスが発生し、制御部２２に伝達される。制御部２２は、この信号を基に、現在の位置と現在の速度を得ることが可能となり、これらの位置情報、速度情報及び目標位置情報を基に、発振部２１の駆動周波数は制御される。
【００１９】
図３は、実施例１の超音波モータの振動体に設けられた異音抑制部材を説明する図である。
実施例１では、振動体１の弾性体３は、ステンレス鋼にＮｉＰの表面処理を施し、ビッカース硬度Ｈｖは、３５０程度となっている。移動子５は、アルミニウムにアルマイトの表面処理を施し、ビッカース硬度Ｈｖは、３５０程度となっている。
このように、振動体駆動面、移動子摺動面とも、硬い面同士とした場合であって、摩擦駆動されたときに、ビビリ等で進行性振動波以外の振動が振動体に発生し、これが不快な音として聞こえると考えられる。
【００２０】
そこで、実施例１では、振動体１の圧電体面に、異音抑制部材として、ブチルゴムシート３１を装着して、進行性振動波以外の振動を抑えるようにした。このようにすることにより、不快な音の発生を防止することができる。
ブチルゴムシート３１は、一般的なものでもよいが、本発明者の検証ではショア硬度Ｈｓが３０〜７０のものなら、よりよい効果が得られることがわかった。
【００２１】
一方、ブチルゴムシート３１は、圧電体２の面に直接貼った場合に、振動減衰の効果が大きすぎて、駆動振動をも減衰させてしまう。そこで、圧電体２の面と、ブチルゴムシート３１との間に、フィルム等の中間層を一層挟んで設け、圧電体面とブチルゴムシートとが直接接触しないようにすることが好ましい。
本実施例では、圧電体面の全体を、ＦＰＣ（材質；ポリイミド）４で覆うことで、ブチルゴムシート３１が圧電体面に、直接接触しないようにした。
【００２２】
また、振動体駆動面の硬度であるが、振動体駆動面をステンレス鋼無垢状態（Ｈｖ２５０）、ＮｉＰ表面処理後に熱処理の状態（Ｈｖ５００）、チタンナイトライド表面処理に熱処理の状態（Ｈｖ８００）で異音防止の効果の検証を行ったが、それぞれ、実施例１のように、振動体に異音抑制部材としてブチルゴムシート３１を装着すると、摩擦駆動時に発生する不快な音を吸収することが分かった。
また、移動子をアルマイト処理せず、アルミニウム（Ｈｖ１００）の地のまま、駆動させた場合に、アルミニウムの柔らかさのため、面同士の密着性がよくなり、異音の発生は低減するが、耐久性が得られないという別の問題が発生する。
従って、振動体駆動面及び移動子摺動面を、互いに金属で構成する場合には、硬度は、Ｈｖ２５０以上が好ましいと考えられる。
なお、圧電体にフェルト等を介してその裏面から加圧する構造もあるが、このフェルトには、異音抑制の効果はなく、また、この構造でブチルゴムシートを挟むと振動特性が著しく低下してしまう。
【実施例２】
【００２３】
図４は、実施例２の超音波モータの振動体に設けられた異音抑制部材を説明する図である。実施例１では、圧電体面にブチルゴムシート３１を装着することで、摩擦駆動された際の不快な異音を低減するようにしたが、実施例２では、弾性体３の外周面に樹脂テープ３２を巻き、摩擦駆動された際の不快な異音を低減するようにした。振動体１や移動子５の構成は、実施例１と同じため、詳しい説明は省略する。
【００２４】
樹脂テープの材質は、いかなる材質でもよいが、低温時の駆動、高温時の駆動を考慮する温度による機械的物性の変化が小さいシリコーン系、ポリプロピレン系の防振樹脂が好適である。また、巻き方は、金属の弾性体の外周を全周に巻くのが好適である。
このように、振動体１及び移動子５が金属の硬い面同士の場合であって、摩擦駆動されたときに、ビビリ等で進行性振動波以外の振動が振動体１に発生し、これが不快な音として聞こえると考えられる。その振動の一つに径方向に振幅を持った振動があり、実施例２では、樹脂テープ３２を巻くことでこの振動が抑えられる。
【００２５】
（変形例）以上説明した実施例に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の均等の範囲内である。
（１）上記各実施例に用いた超音波モータは、４波の進行性振動波であるが、他の波数の進行性振動波でも、上記のように振動体に異音抑制部材を装着することで、不快な異音発生が防止できる。
（２）また、進行性振動波以外を利用した超音波モータでも、振動体に異音抑制部材を装着することで、同様な効果が得られる。
（３）実施例１では、弾性体３は、フランジ部３ｃがベース部３ａの内周側に設けられ、その部分を用いて固定部材６（６ａ，６ｂ）に固定する例で説明したが、フランジ部３ｃが外周側に設けられているような場合にも適用できる。
（４）また、弾性体２が円環状の例で説明したが、外周側から支持できれば、円柱状のものでもよい。
（５）実施例２では、弾性体３の外周面全面に樹脂テープ３２を貼付した例で説明したが、ベース部３ａのみに巻いてもよい。また、弾性体３の内周に巻いてもよい。
（６）実施例１では、ブチルゴムシート３１を貼付する例で説明したが、ポリプロピレン系の防振ゴムであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施例１の超音波モータを説明する図である。
【図２】実施例１の超音波モータの駆動装置２０を説明するブロック図である。
【図３】実施例１の超音波モータの振動体に設けられた異音抑制部材を説明する図である。
【図４】実施例２の超音波モータの振動体に設けられた異音抑制部材を説明する図である。
【符号の説明】
【００２７】
１ 振動体
２ 圧電体
３ 弾性体
３ａ ベース部
３ｂ 突起部分
３ｃ フランジ部
４ ＦＰＣ
５ 移動子
６（６ａ，６ｂ） 固定部材
７ ゴム部材
８ 出力軸
９ 加圧部材
１０ ギア部材
１１ ベアリング受け部材
１２ ストッパ
１３ ベアリング
２１ 発振部
２２ 制御部
２３ 移相部
２４，２５ 増幅部
２６ 検出部
３１ ブチルゴムシート
３２ 樹脂テープ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動体を改良した振動波モータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の振動波モータは、例えば、特許文献１に開示されているように、圧電体の伸縮を利用して弾性体の駆動面に進行性振動波を発生させ、この進行波によって、駆動面に楕円運動が生じ、楕円運動の波頭に加圧接触した移動子が駆動される。このような振動波モータは、低回転でも高トルクを有するといった特徴があるため、駆動装置に搭載した場合に、駆動装置のギアを省略することができるので、ギア騒音をなくすことで静寂化を達成したり、位置決め精度が向上できるといった利点がある。
【０００３】
このような振動波モータも、近年は、コストダウンや部品精度管理の簡素化等の理由から、振動体駆動面と移動子摺動面との組み合わせは、従来では金属と樹脂という組み合わせであったが、金属同士（金属系表面処理を含む）の組み合わせへ移行しつつある。
例えば、移動子に樹脂の摺動部材を貼り付ける場合に、移動子母材と摺動部材との２部品の加工及び貼り付けの工数が発生し、また、移動子自体を樹脂で構成する場合には、成形のみでは寸法精度が得られず、寸法精度を得るための加工工数が必要となり、これがコストを上げる理由となっていた。
【０００４】
一方、移動子の摺動面を金属又は金属系の表面処理で構成させた場合に、加工、組み立て工数が大幅に削減され、また、摺動面の寸法公差や平面度等の幾何公差の管理も容易になるため、大幅なコストダウンが期待できる。
【０００５】
この振動波モータの特徴として、静寂さが第一に挙げられる。しかし、振動波モータの原理として、振動体駆動面と移動子摺動面とが接触して、摩擦駆動されるため、このときに発生する異音を抑えるのに、様々な工夫が求められる。
従来のように、弾性体駆動面をステンレス等の金属、移動子摺動面を樹脂として構成した場合には、樹脂自体に振動や音を減衰するような材料を選択したり、柔からめの樹脂を選択して、振動体駆動面への密着性を向上させたりして、振動波モータ動作時の異音の発生を抑えることが可能であった。
【０００６】
しかし、振動体駆動面と移動子摺動面とも、金属同士（金属系表面処理を含む）とした場合には、金属自体に振動や音への減衰効果が期待できず、また、表面の柔らかさも樹脂ほど期待できないため、その結果として、摩擦駆動時の、不快な異音を防止することが難しくなってしまい、これがコストダウンの大きな課題となっていた。
【特許文献１】特公平１−１７３５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、コストダウンと静寂性を両立させることができる振動波モータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、以下のような解決手段により、前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために、本発明の実施例に対応する符号を付して説明するが、これに限定されるものではない。
請求項１の発明は、駆動信号により励振される圧電体（２）と、この圧電体に接合され、前記励振により駆動面に進行性振動波を生じる円環状又は円柱状の弾性体（３）とを有する振動体（１）と；前記弾性体の駆動面に加圧接触され、前記進行性振動波によって駆動される移動子（５）と；前記弾性体を内周面及び／又は外周面で支持する支持部(３ｃ)と； 前記移動子に前記弾性体を、前記支持部を介して加圧する加圧部（９）と；を含む振動波モータであって、前記振動体に装着され、前記振動体と前記移動子との摩擦駆動による異音の発生を抑制する異音抑制部材（３１，３２）を備えたこと、を特徴とする振動波モータである。
請求項２の発明は、請求項１に記載の振動波モータにおいて、前記弾性体の駆動面及び前記移動子の摺動面は、ビッカース硬度Ｈｖが２５０以上であること、を特徴とする振動波モータである。
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の振動波モータにおいて、前記圧電体に接続され駆動信号を印加するフレキシブルプリント基板（４）を備え、前記異音抑制部材（３１）は、前記フレキシブルプリント基板（４）に装着したこと、を特徴とする振動波モータである。
請求項４の発明は、請求項３に記載の振動波モータにおいて、前記異音抑制部材（３１）は、前記振動体（１）の前記圧電体（２）側に、前記圧電体（２）と直接接触しない状態で配置されること、を特徴とする振動波モータである。
請求項５の発明は、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の振動波モータにおいて、前記異音抑制部材（３２）は、ショア硬度Ｈｓが３０〜７０の防振ゴムであること、を特徴とする振動波モータである。
請求項６の発明は、請求項１又は請求項２に記載の振動波モータにおいて、前記異音抑制部材（３２）は、前記振動体（１）の外周面及び／又は内周面に装着したこと、を特徴とする振動波モータである。
請求項６の発明は、請求項１、請求項２又は請求項６のいずれか１項に記載の振動波モータにおいて、前記異音抑制部材（３２）は、シリコーン系又はポリプロピレン系の防振樹脂から形成されていること、を特徴とする振動波モータである。
【発明の効果】
【０００９】
以上説明したように、本発明によれば、以下のような効果がある。
（１）振動体に異音抑制部材を装着したので、摩擦駆動時に発生する不快な音を吸収することができる。
（２）圧電体にフレキシブルプリント基板を介して、異音抑制部材を装着したので、振動減衰の効果が適度に保たれ、異音を抑制するとともに、モータ性能を低下させることがない。
（３）振動体の外周面及び／又は内周面に異音抑制部材を装着したので、径方向に振幅を持った振動を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明は、コストダウンと静寂性を両立させることができる振動波モータ提供するという目的を、振動体１の圧電体面に、フレキシブルプリント基板４を介して、ブチルゴムシート３１を装着して、進行性振動波以外の振動を抑えることによって実現する。
【実施例１】
【００１１】
以下、本発明にかかる振動波モータの実施例を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以降の実施例は、振動波モータとして、超音波の振動域を利用した超音波モータを例にとって説明する。
図１は、本発明の実施例１の超音波モータを説明する図である。
実施例１の超音波モータ１００は、圧電体２と弾性体３とを有する振動体１と、弾性体１の駆動面に加圧接触される移動子５とを備えており、実施例１では、振動体１側を固定とし、移動子（相対運動部材）５を駆動するようになっている。
【００１２】
振動体１は、後で説明するように、電気エネルギーを機械エネルギーに変換する圧電素子や電歪素子等を例とした電気一機械変換素子（以下、圧電体と称する）２と、圧電体２を接合した弾性体３とから構成されている。振動体１は、進行波が発生するが、実施例１では、一例として４波の進行波として説明する。
【００１３】
弾性体３は、共振先鋭度が大きな金属材料から成り、その形状は、円環形状となっており、圧電体２が接合される反対面には、溝が切ってあり、突起部分（溝がない箇所）３ｂの先端面が駆動面となり、移動子５に加圧接触される。溝を切る理由は、進行波の中立面をできる限り、圧電体２側に近づけ、これにより、駆動面の進行波の振幅を増幅させるためである。本実施例では、溝の切っていない部分をベース部３ａと呼ぶ。そのべ一ス部３ａは、溝側とは反対面に圧電体２が接合されている。この弾性体３は、その駆動面にＮｉＰの表面処理がなされている。
この弾性体３は、ベース部３ａの内周側にフランジ部３ｃが設けられ、その部分を用いて固定部材６（６ａ，６ｂ）に固定する。フランジ部３ｃは、ベース部３ａの厚さの中央に位置する形態となっている。
【００１４】
圧電体２は、円周方向に沿って２つの相（Ａ相、Ｂ相）に対応する部分に分かれており、各相に対応する部分おいては、１／２波長毎に分極が交互となった要素が並べられていて、Ａ相に対応する部分とＢ相に対応する部分との間には、１／４波長分間隔が空くようにしてある。圧電体２は、各相の電極にＦＰＣ（フレキシブルプリント基板）４の配線が接続されており、駆動電圧が印加される。
【００１５】
移動子５は、アルミニウムといった軽金属からなり、摺動面の表面には、耐摩耗性向上のためのアルマイトの表面処理が成されている。
出力軸８は、ゴム部材７を介して移動子５に結合されていて、移動子５と一体に回転するようにされている。出力軸８と移動子５との間のゴム部材７は、ゴムによる粘着性で移動子５と出力軸８を結合する機能と、移動子５からの振動を出力軸８へ伝えないための振動吸収の機能とが求められており、ブチルゴム等が好適である。
【００１６】
加圧部材９は、コイルバネ等であり、出力軸８に固定されたギア部材１０と、ベアリング受け部材１１との間に設けられている。ギア部材１０は、出力軸８のＤカットに嵌まるように挿入され、Ｅクリップ等のストッパ１２で固定され、回転方向及び軸方向に出力軸８と一体になるようにされている。また、ベアリング受け部材１１は、ベアリング１３の内径側に挿入され、ベアリング１３は、固定部材６ａの内径側に挿入された構造となっている。このような構造をとることにより、移動子５が振動体１の駆動面に加圧接触するようになっている。
【００１７】
図２は、実施例１の超音波モータの駆動装置２０を説明するブロック図である。
まず、超音波モータの駆動、制御について説明する。
発振部２１は、制御部２２の指令により所望の周波数の駆動信号を発生する部分である。移相部２３は、発振部２１で発生した駆動信号を９０°位相の異なる２つの駆動信号に分ける部分である。増幅部２４，２５は、移相部２３によって分けられた２つの駆動信号を、それぞれ所望の電圧に昇圧する部分である。増幅部２４，２５からの駆動信号は、超音波モータ１００に伝達され、この駆動信号の印加により振動体１に進行波が発生し、移動子５が駆動される部分である。
検出部２６は、光学式エンコーダや磁気エンコーダ等により構成され、移動子５の駆動によって駆動された駆動物の位置や速度を検出する部分である。制御部２２は、ＣＰＵからの駆動指令を基に、超音波モータ１００の駆動を制御する部分である。制御部２２は、検出部２６からの検出信号を受け、その値を基に、位置情報と速度情報を得て、目標位置に位置決めされるように、発振部２１の周波数を制御する部分である。
【００１８】
実施例１の構成によれば、超音波モータ制御装置２０は、以下のようにして動作する。
まず、制御部２２に目標位置が伝達される。発振部２１からは駆動信号が発生し、その信号は、位相部２３により９０°位相の異なる２つの駆動信号に分割され、増幅部２４，２５により所望の電圧に増幅される。
駆動信号は、超音波モータ１００の圧電体２に印加され、圧電体２は励振され、その励振によって弾性体３には４次の曲げ振動が発生する。圧電体２は、Ａ相とＢ相とに分けられており、駆動信号は、それぞれＡ相とＢ相に印加される。Ａ相から発生する４次の曲げ振動とＢ相から発生する４次の曲げ振動とは、位置的な位相が１／４波長ずれるようになっており、また、Ａ相駆動信号とＢ相駆動信号とは、９０°位相がずれているため、２つの曲げ振動は、合成され、４波の進行波となる。進行波の波頭には、楕円運動が生じている。従って、駆動面に加圧接触された移動子５は、この楕円運動によって摩擦的に駆動される。
移動子５の駆動により駆動された駆動体には、光学式エンコーダ等の検出部２６が配置されていて、そこから、電気パルスが発生し、制御部２２に伝達される。制御部２２は、この信号を基に、現在の位置と現在の速度を得ることが可能となり、これらの位置情報、速度情報及び目標位置情報を基に、発振部２１の駆動周波数は制御される。
【００１９】
図３は、実施例１の超音波モータの振動体に設けられた異音抑制部材を説明する図である。
実施例１では、振動体１の弾性体３は、ステンレス鋼にＮｉＰの表面処理を施し、ビッカース硬度Ｈｖは、３５０程度となっている。移動子５は、アルミニウムにアルマイトの表面処理を施し、ビッカース硬度Ｈｖは、３５０程度となっている。
このように、振動体駆動面、移動子摺動面とも、硬い面同士とした場合であって、摩擦駆動されたときに、ビビリ等で進行性振動波以外の振動が振動体に発生し、これが不快な音として聞こえると考えられる。
【００２０】
そこで、実施例１では、振動体１の圧電体面に、異音抑制部材として、ブチルゴムシート３１を装着して、進行性振動波以外の振動を抑えるようにした。このようにすることにより、不快な音の発生を防止することができる。
ブチルゴムシート３１は、一般的なものでもよいが、本発明者の検証ではショア硬度Ｈｓが３０〜７０のものなら、よりよい効果が得られることがわかった。
【００２１】
一方、ブチルゴムシート３１は、圧電体２の面に直接貼った場合に、振動減衰の効果が大きすぎて、駆動振動をも減衰させてしまう。そこで、圧電体２の面と、ブチルゴムシート３１との間に、フィルム等の中間層を一層挟んで設け、圧電体面とブチルゴムシートとが直接接触しないようにすることが好ましい。
本実施例では、圧電体面の全体を、ＦＰＣ（材質；ポリイミド）４で覆うことで、ブチルゴムシート３１が圧電体面に、直接接触しないようにした。
【００２２】
また、振動体駆動面の硬度であるが、振動体駆動面をステンレス鋼無垢状態（Ｈｖ２５０）、ＮｉＰ表面処理後に熱処理の状態（Ｈｖ５００）、チタンナイトライド表面処理に熱処理の状態（Ｈｖ８００）で異音防止の効果の検証を行ったが、それぞれ、実施例１のように、振動体に異音抑制部材としてブチルゴムシート３１を装着すると、摩擦駆動時に発生する不快な音を吸収することが分かった。
また、移動子をアルマイト処理せず、アルミニウム（Ｈｖ１００）の地のまま、駆動させた場合に、アルミニウムの柔らかさのため、面同士の密着性がよくなり、異音の発生は低減するが、耐久性が得られないという別の問題が発生する。
従って、振動体駆動面及び移動子摺動面を、互いに金属で構成する場合には、硬度は、Ｈｖ２５０以上が好ましいと考えられる。
なお、圧電体にフェルト等を介してその裏面から加圧する構造もあるが、このフェルトには、異音抑制の効果はなく、また、この構造でブチルゴムシートを挟むと振動特性が著しく低下してしまう。
【実施例２】
【００２３】
図４は、実施例２の超音波モータの振動体に設けられた異音抑制部材を説明する図である。実施例１では、圧電体面にブチルゴムシート３１を装着することで、摩擦駆動された際の不快な異音を低減するようにしたが、実施例２では、弾性体３の外周面に樹脂テープ３２を巻き、摩擦駆動された際の不快な異音を低減するようにした。振動体１や移動子５の構成は、実施例１と同じため、詳しい説明は省略する。
【００２４】
樹脂テープの材質は、いかなる材質でもよいが、低温時の駆動、高温時の駆動を考慮する温度による機械的物性の変化が小さいシリコーン系、ポリプロピレン系の防振樹脂が好適である。また、巻き方は、金属の弾性体の外周を全周に巻くのが好適である。
このように、振動体１及び移動子５が金属の硬い面同士の場合であって、摩擦駆動されたときに、ビビリ等で進行性振動波以外の振動が振動体１に発生し、これが不快な音として聞こえると考えられる。その振動の一つに径方向に振幅を持った振動があり、実施例２では、樹脂テープ３２を巻くことでこの振動が抑えられる。
【００２５】
（変形例）以上説明した実施例に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の均等の範囲内である。
（１）上記各実施例に用いた超音波モータは、４波の進行性振動波であるが、他の波数の進行性振動波でも、上記のように振動体に異音抑制部材を装着することで、不快な異音発生が防止できる。
（２）また、進行性振動波以外を利用した超音波モータでも、振動体に異音抑制部材を装着することで、同様な効果が得られる。
（３）実施例１では、弾性体３は、フランジ部３ｃがベース部３ａの内周側に設けられ、その部分を用いて固定部材６（６ａ，６ｂ）に固定する例で説明したが、フランジ部３ｃが外周側に設けられているような場合にも適用できる。
（４）また、弾性体２が円環状の例で説明したが、外周側から支持できれば、円柱状のものでもよい。
（５）実施例２では、弾性体３の外周面全面に樹脂テープ３２を貼付した例で説明したが、ベース部３ａのみに巻いてもよい。また、弾性体３の内周に巻いてもよい。
（６）実施例１では、ブチルゴムシート３１を貼付する例で説明したが、ポリプロピレン系の防振ゴムであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施例１の超音波モータを説明する図である。
【図２】実施例１の超音波モータの駆動装置２０を説明するブロック図である。
【図３】実施例１の超音波モータの振動体に設けられた異音抑制部材を説明する図である。
【図４】実施例２の超音波モータの振動体に設けられた異音抑制部材を説明する図である。
【符号の説明】
【００２７】
１ 振動体
２ 圧電体
３ 弾性体
３ａ ベース部
３ｂ 突起部分
３ｃ フランジ部
４ ＦＰＣ
５ 移動子
６（６ａ，６ｂ） 固定部材
７ ゴム部材
８ 出力軸
９ 加圧部材
１０ ギア部材
１１ ベアリング受け部材
１２ ストッパ
１３ ベアリング
２１ 発振部
２２ 制御部
２３ 移相部
２４，２５ 増幅部
２６ 検出部
３１ ブチルゴムシート
３２ 樹脂テープ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動信号により励振される圧電体と、この圧電体に接合され、前記励振により駆動面に進行性振動波を生じる円環状又は円柱状の弾性体とを有する振動体と；
前記弾性体の駆動面に加圧接触され、前記進行性振動波によって駆動される移動子と；
前記弾性体を内周面及び／又は外周面で支持する支持部と；
前記移動子に前記弾性体を、前記支持部を介して加圧する加圧部と；
を含む振動波モータであって、
前記振動体に装着され、前記振動体と前記移動子との摩擦駆動による異音の発生を抑制する異音抑制部材を備えたこと、
を特徴とする振動波モータ。
【請求項２】
請求項１に記載の振動波モータにおいて、
前記弾性体の駆動面及び前記移動子の摺動面は、ビッカース硬度Ｈｖが２５０以上であること、
を特徴とする振動波モータ。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の振動波モータにおいて、
前記圧電体に接続され駆動信号を印加するフレキシブルプリント基板を備え、
前記異音抑制部材は、前記フレキシブルプリント基板に装着したこと、
を特徴とする振動波モータ。
【請求項４】
請求項３に記載の振動波モータにおいて、
前記異音抑制部材は、前記振動体の前記圧電体側に、前記圧電体と直接接触しない状態で配置されること、
を特徴とする振動波モータ。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の振動波モータにおいて、
前記異音抑制部材は、ショア硬度Ｈｓが３０〜７０の防振ゴムであること、
を特徴とする振動波モータ。
【請求項６】
請求項１又は請求項２に記載の振動波モータにおいて、
前記異音抑制部材は、前記振動体の外周面及び／又は内周面に装着したこと、
を特徴とする振動波モータ。
【請求項７】
請求項１、請求項２又は請求項６のいずれか１項に記載の振動波モータにおいて、
前記異音抑制部材は、シリコーン系又はポリプロピレン系の防振樹脂から形成されていること、
を特徴とする振動波モータ。
【請求項１】
駆動信号により励振される圧電体と、この圧電体に接合され、前記励振により駆動面に進行性振動波を生じる円環状又は円柱状の弾性体とを有する振動体と；
前記弾性体の駆動面に加圧接触され、前記進行性振動波によって駆動される移動子と；
前記弾性体を内周面及び／又は外周面で支持する支持部と；
前記移動子に前記弾性体を、前記支持部を介して加圧する加圧部と；
を含む振動波モータであって、
前記振動体に装着され、前記振動体と前記移動子との摩擦駆動による異音の発生を抑制する異音抑制部材を備えたこと、
を特徴とする振動波モータ。
【請求項２】
請求項１に記載の振動波モータにおいて、
前記弾性体の駆動面及び前記移動子の摺動面は、ビッカース硬度Ｈｖが２５０以上であること、
を特徴とする振動波モータ。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の振動波モータにおいて、
前記圧電体に接続され駆動信号を印加するフレキシブルプリント基板を備え、
前記異音抑制部材は、前記フレキシブルプリント基板に装着したこと、
を特徴とする振動波モータ。
【請求項４】
請求項３に記載の振動波モータにおいて、
前記異音抑制部材は、前記振動体の前記圧電体側に、前記圧電体と直接接触しない状態で配置されること、
を特徴とする振動波モータ。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の振動波モータにおいて、
前記異音抑制部材は、ショア硬度Ｈｓが３０〜７０の防振ゴムであること、
を特徴とする振動波モータ。
【請求項６】
請求項１又は請求項２に記載の振動波モータにおいて、
前記異音抑制部材は、前記振動体の外周面及び／又は内周面に装着したこと、
を特徴とする振動波モータ。
【請求項７】
請求項１、請求項２又は請求項６のいずれか１項に記載の振動波モータにおいて、
前記異音抑制部材は、シリコーン系又はポリプロピレン系の防振樹脂から形成されていること、
を特徴とする振動波モータ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００６−２７１１４３（Ｐ２００６−２７１１４３Ａ）
【公開日】平成１８年１０月５日（２００６．１０．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−８７６８９（Ｐ２００５−８７６８９）
【出願日】平成１７年３月２５日（２００５．３．２５）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１０月５日（２００６．１０．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月２５日（２００５．３．２５）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
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