JP2003199376A - 振動体および振動波駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ボルト締めにより組み立てられる振動体の短軸
化、小径化などの小型化を図って構成部品が小さくなっ
ても十分な締め付け力（圧縮力）を付与できる振動体の
提供。 【解決手段】２つの弾性体１,２間に積層圧電素子を挟
持し、これらの中心を貫通する軸部材４によってこれら
の部品に圧縮力を付与した振動体であって、軸部材４に
は、第１の弾性体１をスラスト方向に位置決めするため
の段部４aと第２の弾性体２と螺合するネジ部とが設け
られ、第２の弾性体２を軸部材４にねじ込むことによ
り、軸部材の段部４aと第２の弾性体２に挟まれた第１
の弾性体１および圧電素子３に圧縮力を付与して構成さ
れる振動体において、軸部材４と第１の弾性体１とを回
転不能に結合させた。

Description

【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
動波駆動装置、および振動波駆動装置に用いる振動体に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】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（リング型）
のものと棒状型のものが存在する。

【０００３】図１３は従来の棒状型振動波駆動装置の棒
状型振動体を示し、（ａ）は縦断面図、（ｂ）はその径
（R）方向の振動モードを示す。図１４は図１３の振動
体とは異なる構成の振動体を用いた棒状振動波駆動装置
としての棒状振動波モータを示し、図１５は図１３の振
動体を用いた棒状振動波駆動装置としての棒状振動波モ
ータの構成図をそれぞれ示す。なお、これらの振動波モ
ータはカメラレンズ駆動用などに用いられている。

【０００４】図１３において、１は金属製の第１の弾性
体、２は金属製の第２の弾性体、３は電気−機械エネル
ギー変換素子である積層圧電素子（または単板の圧電素
子の積層体）、４は長さ方向中央部にフランジ部が形成
されると共に両端部にねじ部が形成されたシャフト、５
はナットであり、第１の弾性体１と第２の弾性体２との
間に積層圧電素子３および不図示のフレキシブル配線板
を配置し、第１の弾性体１にシャフト４の前記フランジ
部が当接するまでシャフト４を第１の弾性体１,積層圧
電素子３,前記フレキシブル配線板および第２の弾性体
２を貫通させ、貫通端部のねじ部にナット５をねじ込ん
で所定の挟持力で第１の弾性体１と第２の弾性体２との
間に積層圧電素子３を挟持して振動体が構成される。

【０００５】なお、図１４の振動波モータにおける振動
体は、シャフト４としてボルト状のものを使用し、シャ
フト４の軸方向中央部に形成されたねじ部が第１の弾性
体１の内径部に形成されたねじ部に螺合することによ
り、第１の弾性体１と第２の弾性体２との間に単板の圧
電素子の積層体を挟持した構成としている。図１４、図
１５において、７はロータであり、ロータ本環の下部に
第１の弾性体１の上面に対する接触幅が小さく、かつ適
度なバネ性を有するバネ環が設けられた構造をしてお
り、該バネ環の先端面が振動体の摩擦面６に接触する。
また、ロータ７のもう一方の面には、ロータと一緒に回
転し、モータの出力を伝達するギア８の凹部（又は凸
部）と係合するように凸部（または凹部）が形成されて
いる。さらに、ギア８はモータを取り付けるためのフラ
ンジ１０によりシャフト４のスラスト方向に位置が固定
されており、前記ロータ７に加圧力を付与するための加
圧バネ１５がこのギアとロータとの間に設けられてい
る。１１はシャフト４の先端部に螺合してフランジ１０
を固定するナットである。

【０００６】積層圧電素子３（または単板の圧電素子の
積層体）の電極は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
交流電圧を印加されると、振動体には第１３図（ｂ）に
示す変位の直交する２つの曲げ振動が励振される（図１
３（ｂ）には一方の振動変位のみを示している。もう一
方の振動変位は紙面に垂直な方向である）。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
型の振動体に軸を中心として回転する首振り運動を励起
することができる。

【０００７】この結果、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
部材６に押圧されたロータ７が摩擦駆動され、ロータ
７、ギア８および加圧バネ１５が一体となって弾性体と
は反対方向に回転する。

【０００８】図１５の振動波モータは、図１４のモータ
をさらに簡易化してコストを抑えたものである。図１４
の振動体は、シャフトの下端部４の径が大きいため、大
きい径の素材から削りださなければならないので、加工
時間も多くかかり、材料費の無駄も多い。また、上部と
下部で径の差が大きいので、転造加工など加工コストが
安い塑性加工に適さないため、どうしても機械加工に頼
らざるを得ないという欠点もある。

【０００９】これらの点を解消したものが図１５の振動
波モータであり、シャフトを２体に分割し、シャフトは
転造加工できる形状にしてコストの低減を図っている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】図１３から図１５に示
した棒状型の振動波モータは、円環型の振動波モータに
比べ非常に小さく、しかも部品加工コストを極力抑える
ように単純形状の設計になっている。

【００１１】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よりも更に小さく、安く
したいという声がある。

【００１２】この要望に応えるためにモータの長さを短
くし、または比較的コストが高い圧電素子を小さくし
（小径、薄型）、ローコスト化を実現しようとするモー
タ構造の提案が別途なされている。

【００１３】しかし、このようにモータが小さくなる
と、それに伴って当然各部品も小さくなるので、部品の
強度面で不利な事態がおこる。例えば図１３の振動体を
１/２に縮小したモータを作ろうとした場合、弾性体、
シャフトの径が１/２になるので、当然ながら弾性体
１，２、と圧電素子３との挟持面の面積は１/４にな
る。これらの挟持面での面圧を縮小前と同等にするため
には、シャフトとナットによる絞め付け力も１/４で良
いわけであるから、シャフトの断面積が１/４（引っ張
り強度１/４）になっても問題はない。しかし、この振
動体のようにネジにより弾性体を締め付ける場合、この
締め付けトルクとシャフト軸方向挟持力（圧縮力）が比
例するものとすると、この場合締め付けトルクは１/４
でよい事になるが、シャフトに発生する最大せん断応力
τは τ＝１６Ｔ/πｄ³ （Ｔ：締め付けトルク、ｄ：シャ
フトの直径） で表されるので、元の形状の２倍になってしまう。すな
わち、同じ材料を使った場合、シャフトは強度的には１
/２になってしまうので非常に不利になってしまう。特
に図１３のようにシャフトの一端（図中上半分）が細く
なっている場合には、図１７に示すように、ナット５を
治具２４で締め付ける時に、治具２５でシャフト４が回
らないように固定しているが、治具２５によりシャフト
４の細い部分を掴んでナットを締めようとするとこの細
い部分で捻り破断を起こしてしまうので、十分な締め付
けトルクが付与できないという問題がある。

【００１４】また、振動体がある程度大きい場合には、
図１６のように、シャフトの段部を治具２３等で支えて
上から与圧（図中Ｐ）を加え、シャフトおよび弾性体
１、２、圧電素子３を一緒に固定しておいてナット５を
治具２２でくわえて締め付けることができるが、振動体
が小型になった場合（例えばシャフト径が２ｍｍ以下）
は治具２３のようなものを挿入するスペースすら確保で
きなくなるので、シャフトを押えて締め付けることが非
常に困難になってしまう。

【００１５】一方、図１３のようなランジュバン振動体
において、弾性体１にもナット５と同じくネジ部を設
け、ナット５と弾性体１とを掴んで圧電素子を締め付け
るような構造の場合、締め付けにより一体化した弾性体
１,２、圧電素子３、ナット５の一群とシャフトとのス
ラスト方向の相対位置は一定の位置に決まらないという
問題がある。

【００１６】すなわち、弾性体１を掴んで固定し、ナッ
ト５を回転して締め付けようとすると、シャフト４はナ
ット５のネジ部での摩擦力によりナット５と一緒に回転
してしまうため、シャフトは弾性体１に対し相対的に図
中上方に移動してしまうことになる。そのため、シャフ
トと弾性体１とのスラスト方向の位置は一定には決まら
ないので、図１４および図１５のように、シャフトの一
部にフランジ１０を位置決めして取り付け、ロータの加
圧力をこのフランジと弾性体１との間隔で設定するよう
な構造では、加圧力を一定に設定できないという問題が
ある。

【００１７】このように、複数の弾性体および圧電素子
の中央を貫通するシャフトによって締め付け挟持された
振動体であって、該弾性体が該シャフトの軸方向に対し
て位置決めされた構造になっており、かつ、挟持部のシ
ャフトの径よりも挟持部以外の（締め付け時にクランプ
可能な）シャフト径が細い振動体においては、振動体及
びモータの小型化を図ろうとすると十分な挟持力を付与
することが出来ず、安定した特性が得られないという問
題がある。

【００１８】本出願に係る発明は、このような従来の問
題を解決するためになされたもので、ボルト締めにより
組み立てられる振動体の短軸化、小径化などの小型化を
図って構成部品が小さくなっても十分な締め付け力（圧
縮力）を付与できる構成の振動体および、この振動体を
備えた振動波駆動装置を提供することを目的とするもの
である。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本願の請求項１に記載の発明は、第１の弾性体と第
２の弾性体とにより１または複数の電気−機械エネルギ
ー変換素子を挟持し、これらの中心を貫通する軸部材に
よって前記第１の弾性体と前記第２の弾性体との間に圧
縮力を付与して挟持した振動体であって、前記軸部材に
は、前記第１の弾性体をスラスト方向に位置決めするた
めの段部と前記第２の弾性体と螺合するネジ部とが設け
られ、前記第２の弾性体を前記軸部材にねじ込むことに
より、前記軸部材の段部と前記第２の弾性体に挟まれた
前記第１の弾性体および該電気−機械エネルギー変換素
子とに圧縮力を付与して構成される振動体において、該
軸部材は、該第１の弾性体に対して軸まわりの回転が規
制されていることを特徴としている。

【００２０】同様に上記課題を解決するため、本願の請
求項２に記載の発明は、第１の弾性体と第２の弾性体と
により１または複数の電気−機械エネルギー変換素子を
挟持し、これらの中心を貫通する軸部材によって前記第
１の弾性体と前記第２の弾性体との間に圧縮力を付与し
て挟持した振動体であって、前記軸部材には、前記第１
の弾性体をスラスト方向に位置決めするための段部と前
記第２の弾性体と螺合するネジ部とが設けられ、前記第
２の弾性体を前記軸部材にねじ込むことにより、前記軸
部材の段部と前記第２の弾性体に挟まれた前記第１の弾
性体および該電気−機械エネルギー変換素子とに圧縮力
を付与して構成される振動体において、前記第１の弾性
体と前記軸部材とが係合する部位には、前記第１のネジ
部とねじの方向が逆である第２のネジ部が設けられてい
ることを特徴としている。

【００２１】同様に上記課題を解決するため、本願の請
求項３に記載の発明は、第１の弾性体と第２の弾性体と
により１または複数の電気−機械エネルギー変換素子を
挟持し、これらの中心を貫通する軸部材によって前記第
１の弾性体と前記第２の弾性体との間に圧縮力を付与し
て挟持した振動体であって、前記軸部材には、前記第１
の弾性体をスラスト方向に位置決めするための段部と前
記第２の弾性体と螺合するネジ部とが設けられ、前記第
２の弾性体を前記軸部材にねじ込むことにより、前記軸
部材の段部と前記第２の弾性体に挟まれた前記第１の弾
性体および該電気−機械エネルギー変換素子とに圧縮力
を付与して構成される振動体において、前記軸部材と前
記第１の弾性体とが回転不能に結合されていることを特
徴としている。

【００２２】同様に上記課題を解決するため、本願の請
求項１３に記載の発明は、第１の弾性体と第２の弾性体
とで、電気−機械エネルギー変換素子を挟持し、これら
の中心を貫通する軸部材によって第１の弾性体と第２の
弾性体との間に圧縮力を付与した振動体であって、前記
軸部材には前記第１の弾性体をスラスト方向に位置決め
するための段部と前記第２の弾性体と螺合する第１のネ
ジ部が設けられており、前記第２の弾性体を前記ネジ部
にねじ込むことにより前記軸部材の段部と前記第２の弾
性体に挟まれた前記第１の弾性体および前記電気−機械
エネルギー変換素子とに圧縮力を付与して構成される振
動体において、前記軸部材の段部と結合する第３の弾性
体を有し、前記軸部材の段部は、前記第３の弾性体に対
して軸まわりの回転が規制されていることを特徴として
いる。

【００２３】同様に上記課題を解決するため、本願の請
求項１４に記載の発明は、上記いずれかに記載の振動体
と、該振動体の一部に摩擦接触し、該軸部材の軸回りに
回転する移動体と、前記移動体を前記振動体に所定の加
圧力で押圧するための加圧手段とを備えたことを特徴と
する振動波駆動装置にある。

【００２４】

【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）第１図には
本発明による第１の実施の形態を示す。従来例で説明し
た部品と同様で、図中の１は第１の弾性体、２は第２の
弾性体、３は積層圧電素子、４はシャフト、５はナット
で、長さ方向中央部に中央段部４ａが形成されシャフト
４とナット５で第１の弾性体１と第２の弾性体２との間
に積層圧電素子３と不図示のフレキシブルプリント配線
板を挟持固定している。

【００２５】シャフト４とナット５とは右ネジで係合さ
れており（第１のネジ部）、シャフト４に対してナット
５を締め付けることにより、第１の弾性体１と第２の弾
性体２の間に配置される積層圧電素子３に圧縮力を付与
して挟持固定している。

【００２６】ここで、シャフト４には弾性体１との係合
部およびその近傍に左ネジ（雄ネジ）が施されており、
同様に左ネジ（雌ネジ）が施された弾性体１と係合し
（第２のネジ部）、この弾性体１の（図中）上面１ａが
シャフト４の中央段部４ａの（図中）下面に密着するよ
うにネジ締めされ固定されている。

【００２７】シャフト４のうち、第１の弾性体１との係
合部よりもロータ側の部位であるシャフト上部４ｂの直
径は前記挟持部よりも細径になっている。圧電素子３に
不図示の駆動回路より交流電圧を印加してこの振動体に
振動を励振した時に、例えばこのシャフト上部４ｂの端
部を固定してこの振動体を支持しても振動を阻害しない
ように十分な弾性を維持できるよう設計されている。

【００２８】この振動体を組み立てて圧縮力を付与する
場合、シャフト下部で段部４ａの近傍に設けられた前記
第２のネジ部がなければ、一方でシャフト４の一部（例
えばシャフト上部４ｂ）を押え、もう一方でナット５を
掴んで回転させなければならないので、捻り強度が小さ
いシャフト上部４ｂがネックになり十分な挟持トルクで
締め付けることが出来ない。

【００２９】また、第２のネジ部が第１のネジ部と同様
に右ネジである場合、前記従来例の問題点で指摘したよ
うに軸方向の位置決めが出来なくなってしまう。

【００３０】そこで第１のように、第２のネジ部を第１
のネジ部に対してねじの切る方向が逆となるようにする
ことにより、ナット５と一緒にシャフト４が回転しよう
としても弾性体１とシャフトの関係が前記右ネジの場合
とは逆になり、該弾性体１とシャフト４の段部は相対的
に密着する方向で固定される。よってシャフト４に対し
弾性体１が相対的な位置を維持しつつ、ナット５による
締め付けが可能となる。

【００３１】この振動体の組み立ての手順としては、ま
ず弾性体１とシャフト４とを段部４aの下部に設けられ
た左ネジ部に左ネジで組み付け、弾性体１がシャフトの
段部４aに突き当たるまで回して一体化する。

【００３２】次に、シャフト４に圧電素子３と第２の弾
性体２とを通して、これらの部材の同軸度および回転方
向の位相を合わせ、ナット５の右ネジで締め付ける。こ
こで、前記締め付け時に圧電素子３と弾性体の軸回りの
相対的な位置ずれを防止するために、弾性体２に対して
シャフト４のスラスト方向に予圧をかけて押えながらナ
ット５を締め付けると良い。

【００３３】さらに、この挟持部に所望の圧縮力を与え
るときには、シャフトと一体化された弾性体１と弾性体
２とを押さえた状態でナット５を締め付けめればよい。

【００３４】（第２の実施の形態）図２及び図３は本発
明による第２の実施の形態を示す。図２に示す構成の振
動体と図３に示す構成の振動体とは、曲げ振動の共振周
波数を下げるために弾性体１を軸方向に長くし、しかも
振動体の全長（シャフトの先端までの長さ）を大きくし
ないために、弾性体１には中心部にシャフト貫通穴より
も径の大きい軸方向に窪んだ凹部を設け、この凹部の内
側にシャフト４の段部が係合するように構成されてい
る。

【００３５】シャフト４の端部と弾性体２の内周側に第
１のネジ部が施され、弾性体１の凹部の内周側とシャフ
ト４の段部の最大径部に第２のネジ部が施されている。

【００３６】尚、図３の例では、弾性体１と圧電素子３
との間に第３の弾性体１２が挿入された構造を示してい
る。これは図２の振動体よりも更に共振周波数を小さく
するためのもので、第１の弾性体１の外径を細くし、し
かも圧電素子３との挟持力を十分に確保するために圧電
素子３の外径と同径の弾性体１２を挿入した構造として
いる。

【００３７】この図２、図３の振動体は、第２の弾性体
２が上記した第１の実施の形態に示す右ネジのナット５
の役割を果たしており、シャフト４に対して第２の弾性
体２を締め付けることにより、第１の弾性体１と第２の
弾性体２の間に配置される積層圧電素子３（図３におい
ては積層圧電素子と第３の弾性体１２）に圧縮力を付与
して挟持固定している。なお、第１の実施の形態のもの
と同様の理由で、段部４aと第１の弾性体１の内径部と
は左ネジにより結合されている。

【００３８】（第３の実施の形態）図４は第３の実施の
形態を示す。本実施の形態は、上記した図３に示す第２
の実施の形態よりも更に共振周波数を低く押えるため、
第１の弾性体１に小径部Dを設けると共に、図４（b）に
示すように、第１の弾性体１が第３の弾性体１２と当接
する挟持面Gの面圧分布が外周側ほど強い圧力となるよ
うに、左ネジの第２のネジ部を段部４aの下部である挟
持面側に設けることにより、シャフト段部４aの最外周
部までが加圧ポイントとして作用するような構造にして
いる。

【００３９】このように挟持面の外周側ほど強い圧力が
かかるように構成することにより、共振周波数のばらつ
きを小さくし特性の安定した振動体の供給が可能にな
る。

【００４０】また、この構造では、図４（ｂ）に示すよ
うに、シャフト段部４aと第１の弾性体１とが突き当た
る挟持部Ｆの当接面積が図３に示す第２の実施の形態よ
りも大きく取れる（ネジが段部の外周に切ってあると、
Ｆ部の最大径はネジの谷の径よりも小さくなるため）の
で、面圧を低く押えることができ、挟持部の材料の塑性
変形などを防止することができるため、振動特性の経時
劣化を防ぐ効果もある。

【００４１】（第４の実施の形態）図５は第４の実施の
形態を示す。図５（ａ）は振動体の縦断面図、図５
（ｂ）は（ａ）のＡ部拡大図を示す。

【００４２】本実施の形態では、第１の弾性体１とシャ
フト４とを一体化するための手段として、弾性体１の凹
部内周面１ｂとシャフト４の段部４aとの嵌合面および
（或いは）弾性体１の凹部内底面１ｃとシャフト４の段
部下面との突き当て面に接着材を充填し接合している例
を示している。図中の弾性体１の内周部１ｄとシャフト
４との嵌合部は、振動による歪が大きい部分なので、接
着剤等の振動減衰部材は挿入しない方が望ましい。ここ
において、この接着剤は特に限定されるものではなく、
一般に使用されている接着剤（エポキシ系、シアノアク
リレート系など）であれば何でも良いが、振動体の振動
特性を良くするためには振動減衰の少ない材質、つまり
硬化後の硬度が高いほど適している。また、この振動体
を使う環境が高温の場合、或いはこの振動体の発熱が大
きい場合には、温度特性の優れた接着剤を使用すること
は言うまでもない。接着剤で結合するため、シャフト４
と弾性体１とが互いに回転することはなく、強固に固定
される。

【００４３】（第５の実施の形態）第５の実施の形態
は、シャフト４と弾性体１とをロウ付けにより接合した
もので、ロウ付けする部分は弾性体とシャフトが嵌合ま
たは密着している部分であればよく、例えば図１でいえ
ば第２のネジ部であり、図４であれば接着剤を充填して
いる部分を接合すればよい。また、２つの部材を強固に
結合できるものであればロウの種類も問わない。

【００４４】（第６の実施の形態）第６の実施の形態と
して、弾性体１とシャフト４とを圧入することによりこ
れらの部材を一体化したものがあげられる。弾性体１の
内径とシャフト４の外径とが嵌合している部分がしまり
バメであればよい。また、しまりバメを施す手段として
焼きバメ等を用いてもよい。さらにこれら２つの部材の
結合強度を増すために、シャフトの係合部外周にローレ
ットなどを施してもよい。

【００４５】（第７の実施の形態）図６は第７の実施の
形態を示す。本実施の形態ではシャフト４が第１の弾性
体１に対してシャフト軸回りの回転が規制されるよう
に、シャフト４の段部４aの断面形状をＤカット形状に
するとともに、弾性体１のシャフト段部４aと係合する
部分もこれと合うような形状にしている。

【００４６】この係合部では、シャフト４と弾性体１と
がわずかな隙間をもっているため、シャフト４のスラス
ト方向には相対的に自由に動くようになっているが、軸
回りの回転方向においては弾性体１とシャフト４が互い
に規制され、一体となって回転するようになっている。
つまりシャフト４が弾性体１に対して軸回りに回転する
ことはない。

【００４７】（第８の実施の形態）図７は第８の実施の
形態を示す。本実施の形態では、第７の実施の形態にお
けるシャフト段部の断面形状を正方形にした例を示して
いる。図６または図７に示すような弾性体に曲げ振動を
励振すると、径の細い第１の弾性体１の部分の変形がそ
の下の第３の弾性体１２、積層圧電素子３、第２の弾性
体２に比べて非常に大きくなり、特に図中のシャフト段
部４aとの係合部近傍は変形による歪が大きくなる。

【００４８】この歪が大きい段部の断面形状は、該曲げ
振動の共振周波数に与える影響が非常に大きく、シャフ
トに対して軸対称な断面形状をしていないと、直交する
２つの曲げ振動の共振周波数が一致しないことがある。
例えば、図７の上部に示す平面図のように、直交する２
軸（Ｘ，Ｙ軸）に対する断面２次モーメントが等しけれ
ば曲げ剛性が等しくなるので、直交する２つの曲げ振動
の共振周波数が等しくなるが、図６のように、Ｘ，Ｙ軸
に対する断面２次モーメントが等しくない形状の場合、
一般的に直交する２つの共振周波数は一致しない。その
ためこの振動体で２つの曲げ振動を合成して回転振動を
励振し、モータを駆動しようとしても理想的な回転振動
を生成することは難しい。

【００４９】本実施の形態では正方形断面の例を示した
が、正八角形など直交する２軸に対する断面２次モーメ
ントが等しい形状であればどんな形状でも良い。

【００５０】（第９の実施の形態）図８は第９の実施の
形態を示す。本実施の形態では、振動体の曲げ振動の共
振周波数を更に下げるために、第１の弾性体１をシャフ
ト軸方向に長くし、かつ、振動による歪が大きいD部の
径を細くしている。

【００５１】シャフト４の段部４aの断面形状をＤカッ
ト形状とし、弾性体１のシャフト段部４aと係合する部
分もこれと合うような形状としているのでシャフト４と
弾性体１とは一体的に回転する。

【００５２】この振動体を組み立て、所定の挟持力を付
与する際には、第１の弾性体１とナット２とを掴んで所
定の締め付けトルクを与えるが、第１の弾性体１は図の
ように薄肉形状をしているのでC部の外周を掴んで回そ
うとすると変形してしまう。その結果、第１の弾性体の
円筒形状が歪んでしまうとともに、第３の弾性体１２と
の接触面も歪んでしまうので、直交する２つの振動モー
ドの周波数が一致しなくなるなど振動体の振動特性に悪
影響を及ぼしてしまうことになる。

【００５３】そこで本実施の形態では、第１の弾性体１
の上端面にスラスト方向に凹のスリット１３を施し、こ
の振動体を締め付ける際にはこのスリット１３に係合す
る治具で弾性体を回せるようにしたことにより、弾性体
に余計な外力を与えることなく振動体の組み立てを可能
にしたものである。

【００５４】尚、本実施の形態では弾性体の形状がＸ，
Ｙ軸に対し対称になるようにスリット１３を４本施した
が、これに限定されるものではなく機能上は何本でもよ
い。

【００５５】（第１０の実施の形態）図９は第１０の実
施の形態を示す。シャフト４の段部の断面形状をＤカッ
ト形状とし、第１の弾性体１のシャフト段部と係合する
部分もこれと合うような形状としているのでシャフト４
と弾性体１とは一体的に回転する。

【００５６】本実施の形態では、弾性体１に変形を与え
ないように回す手段として、第１の弾性体１の側面に４
箇所の穴１４を設けたものである。この場合も第９の実
施の形態と同様に、これらの窪みに治具を係合させて第
１の弾性体１を回し、振動体の絞め付けトルクを付与す
る。

【００５７】尚、本実施の形態では穴１４は貫通穴にな
っているが、治具を係合させ回転トルクを与える機能を
十分満たせば、貫通穴である必要が無いことは言うまで
もない。また、穴の数も４つである必要はない。

【００５８】（第１１の実施の形態）図１０は第１１の
実施の形態を示す。シャフト４の段部４aの断面形状を
Ｄカット形状とし、第１の弾性体１のシャフト段部と係
合する部分もこれと合うような形状としているのでシャ
フト４と第１の弾性体１とは一体的に回転する。

【００５９】本実施の形態では、第１の弾性体１の大径
の外径部Ｃの外形形状を正八角形にし、スパナ状の工具
で弾性体を回せるようにしたものである。

【００６０】尚、本実施の形態では第１の弾性体１の大
径の外径部Ｃを正八角形にしたが、小径の外径部Ｄであ
っても差し支えないし、また形状も正八角形に限るもの
ではない。

【００６１】（第１２の実施の形態）図１１は第１２の
実施の形態を示す。本実施の形態では、第３の弾性体１
２がシャフト４の段部４aにネジで一体的に結合され、
該段部４aの下面と第２の弾性体２とで第１の弾性体１
と圧電素子３とを挟持する構造にしている。シャフト４
と第２の弾性体２とは右ネジで係合されており（第１の
ネジ部）、シャフト４と第１の弾性体１とは第１のネジ
部とは逆である左ネジで螺合されている。

【００６２】本実施の形態の意図するところは、最小径
部の分割面をシャフト４の段部４aで構成することによ
り、弾性体の材質に依存せずに該分割面の強度を十分に
確保し、安定した振動体を実現するところにある。

【００６３】例えば上記した図１０に示す様な振動体の
場合、分割挟持面（第１の弾性体１と第３の弾性体１２
との当接面）にはシャフト４と第２の弾性体２との挟持
による大きな圧縮応力と、この弾性体が曲げ振動をした
ときに発生する圧縮応力とがかかることになる。特に、
このような径の細い部分は曲げによる歪が大きいため、
これによる圧縮応力も大きくなる。

【００６４】一方でこの弾性体は、この振動体の共振周
波数を左右する重要な部材でもある。振動体の共振周波
数を低くしたい場合は、Ｄ部の首径を小さくするか或い
はヤング率の小さな材料（例えばＢｓなど）を選ぶこと
になるが、Ｄ部の径は内側のシャフト径などにより細く
するにも限界があり、またヤング率の小さな材料は一般
的に材料強度（引っ張り、圧縮強度）が小さいという欠
点がある。つまり、前記分割挟持面の強度を十分に確保
するために、例えばＳＵＳなどの材料で弾性体を構成す
ると共振周波数が高くなってしまい、例えば第３の弾性
体１２がφ１０ｍｍ、第２の弾性体２から弾性体１まで
の長さが１０ｍｍ、圧電素子３を除くほかの部材を鉄系
の材料で構成すると仮定すると、共振周波数は８０〜１
００ｋＨｚになる。

【００６５】一方、Ｂｓなどの材料にすると、共振周波
数は低くできるものの強度的に弱く、一部が塑性変形し
て特性が安定しない。

【００６６】このように応力が非常に高い部分（分割
面）を振動体としての機能を要求される弾性体で構成す
るのは制約が多く、同時に全ての条件を満足するのは困
難である。

【００６７】そこで、本実施の形態のように、強度的に
も十分なシャフトで最も圧縮応力が高い部分を構成し、
弾性体には挟持による圧縮応力を付加しないようにする
ことで、弾性体材料の選択の自由度を大きくできるよう
にしたものである。

【００６８】尚、シャフト段部４aの挟持面（第１の弾
性体１との当接面）は図１１（ｂ）に示すように、テー
パ面４ｃが形成されており、この挟持面Ｇでの応力分布
が外周強圧（外周側の応力が高い）になるよう設定され
ている。

【００６９】（第１３の実施の形態）図１２は第１３の
実施の形態を示す。図１２は、上記した各実施の形態の
いずれかの振動体、例えば図８に示す振動体を用いて構
成した振動波駆動装置としての振動波モータを示してい
る。

【００７０】図１２において、振動体を構成する第３の
弾性体１２は耐摩耗性のある材料（例えばアルミナの
板）で構成している。第１の弾性体１よりも内径が大き
いロータ７は、第１の弾性体１を外周からすっぽり覆う
ように配置され、ロータ７と係合して回転力を伝達する
ギア８との間に設けられた加圧バネ１５により第３の弾
性体１２に押し付けられている。

【００７１】一方、ギア８は前記加圧バネ１５の反力に
よりモータを支持するためのフランジ１０に押し付けら
れると共に、径方向にも適度なガタを有して嵌合するよ
うに設定されているので、振動体の振動によりロータ７
が回転するとギアとロータは回転ブレを起こすことなく
スムーズに回転することができる。

【００７２】このようにロータ７を振動体の外周に配置
することにより、モータの軸方向の長さを短くすること
が可能になり、モータの小型化を実現できる。

【００７３】なお、図２から図１２に記載した振動体
は、第２の弾性体とシャフト４とによって第１のネジ部
を構成しているが、図１と同様にボルト５とシャフト４
とによって第１のネジ部を構成するよう置き換えても構
わない。

【００７４】

【発明の効果】以上述べてきたように本発明によれば、
第１の弾性体と軸部材としてのシャフトとをシャフトの
軸周りの自由度に対して回転規制することにより、第１
の弾性体、電気−機械エネルギー変換素子、および第２
の弾性体を該シャフトで締め付け挟持する際に、捻り強
度の弱い該シャフトの一端を押えて締め付ける必要がな
く、該第１の弾性体と第２の弾性体とで締め付けること
ができるので、振動体を小型化しても十分な挟持トルク
を付与することが出来るようにしたものである。

【００７５】また、このことで振動体が小型化しても十
分な挟持力を与えることができるので、小さくすること
による振動特性の低下を防ぐことが可能になった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態を示す振動体の断面
図。

【図２】本発明の第２の実施の形態を示す振動体の断面
図。

【図３】本発明の第２の実施の形態の他の構成を示す振
動体の断面図。

【図４】本発明の第３の実施の形態を示し、（ａ）は振
動体の断面図、（ｂ）は拡大断面図。

【図５】本発明の第４の実施の形態を示し、（ａ）は振
動体の断面図、（ｂ）は拡大断面図。

【図６】本発明の第７の実施の形態を示す振動体の断面
図及び平面図。

【図７】本発明の第８の実施の形態を示す振動体の断面
図及び平面図。

【図８】本発明の第９の実施の形態を示す振動体の断面
図及び平面図。

【図９】本発明の第１０の実施の形態を示す振動体の断
面図及び平面図。

【図１０】本発明の第１１の実施の形態を示す振動体の
断面図及び平面図。

【図１１】本発明の第１２の実施の形態を示し、（ａ）
は振動体の断面図、（ｂ）はＨ部の拡大断面図。

【図１２】本発明の第１３の実施の形態を示す振動波モ
ータの断面図。

【図１３】従来の棒状振動体を示し、（ａ）は断面図、
（ｂ）はその振動モード図。

【図１４】従来の棒状振動体を用いたモータ構成図。

【図１５】従来の棒状振動体を用いた他のモータ構成
図。

【図１６】従来の棒状振動体の組み立て説明図。

【図１７】従来の棒状振動体の他の組み立て説明図。

【符号の説明】

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 ６. 摩擦
板 ７. ロータ ８. ギア ９. 軸受け １０. モ
ータ取り付け用フランジ １１. ナット １２. 第
３の弾性体 １３. スリット １４. 穴 １５. 加圧バネ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小島 信行 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 Ｆターム(参考） 2H044 BE04 BE05 5H680 AA19 BB03 BB05 BC01 CC07 DD14 DD23 DD37 DD53 DD65 DD73 DD85 DD95 FF02 FF04 FF08

Claims (22)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の弾性体と第２の弾性体とにより１
   または複数の電気−機械エネルギー変換素子を挟持し、
   これらの中心を貫通する軸部材を用いて前記第１の弾性
   体と前記第２の弾性体との間に圧縮力を付与した振動体
   において、 前記軸部材には、前記第１の弾性体をスラスト方向に位
   置決めするための段部と前記第２の弾性体と螺合するネ
   ジ部とが設けられ、前記第２の弾性体を前記軸部材にね
   じ込むことにより、前記軸部材の段部と前記第２の弾性
   体に挟まれた前記第１の弾性体および前記電気−機械エ
   ネルギー変換素子とに圧縮力を付与するものであって、
   前記軸部材が、前記第１の弾性体に対して軸まわりの回
   転が規制されていることを特徴とする振動体。
2. 【請求項２】 前記軸部材と前記第１の弾性体とが回転
   不能に結合されていることを特徴とする請求項１に記載
   の振動体。
3. 【請求項３】 第１の弾性体と第２の弾性体とにより１
   または複数の電気−機械エネルギー変換素子を挟持し、
   これらの中心を貫通する軸部材を用いて前記第１の弾性
   体と前記第２の弾性体との間に圧縮力を付与した振動体
   において、前記軸部材には、前記第１の弾性体をスラス
   ト方向に位置決めするための段部と前記第２の弾性体と
   螺合する第１のネジ部とが設けられ、前記第２の弾性体
   を前記第１のネジ部にねじ込むことにより、前記軸部材
   の段部と前記第２の弾性体に挟まれた前記第１の弾性体
   および前記電気−機械エネルギー変換素子とに圧縮力を
   付与するものであって、前記第１の弾性体と前記軸部材
   とが係合する部位に、前記第１のネジ部とねじの方向が
   逆である第２のネジ部が設けられていることを特徴とす
   る振動体。
4. 【請求項４】 第１の弾性体とボルト部材により第２の
   弾性体と１または複数の電気−機械エネルギー変換素子
   を挟持し、これらの中心を貫通する軸部材を用いて前記
   第１の弾性体と前記ボルト部材との間に圧縮力を付与し
   た振動体において、 前記軸部材には、前記第１の弾性体をスラスト方向に位
   置決めするための段部と前記ボルト部材と螺合するネジ
   部とが設けられ、前記ボルト部材を前記軸部材にねじ込
   むことにより、前記軸部材の段部と前記ボルト部材に挟
   まれた前記第１の弾性体、前記第２の弾性体、および前
   記電気−機械エネルギー変換素子とに圧縮力を付与する
   ものであって、前記軸部材が、前記第１の弾性体に対し
   て軸まわりの回転が規制されていることを特徴とする振
   動体。
5. 【請求項５】 前記軸部材と前記第１の弾性体とが回転
   不能に結合されていることを特徴とする請求項４に記載
   の振動体。
6. 【請求項６】 第１の弾性体とボルト部材とにより第２
   の弾性体と１または複数の電気−機械エネルギー変換素
   子を挟持し、これらの中心を貫通する軸部材を用いて前
   記第１の弾性体と前記ボルト部材との間に圧縮力を付与
   した振動体において、 前記軸部材には、前記第１の弾性体をスラスト方向に位
   置決めするための段部と前記ボルト部材と螺合する第１
   のネジ部とが設けられ、前記ボルト部材を前記第１のネ
   ジ部にねじ込むことにより、前記軸部材の段部と前記ボ
   ルト部材に挟まれた前記第１の弾性体、前記第２の弾性
   体、および前記電気−機械エネルギー変換素子とに圧縮
   力を付与するものであって、前記第１の弾性体と前記軸
   部材とが係合する部位には、前記第１のネジ部とねじの
   方向が逆である第２のネジ部が設けられていることを特
   徴とする振動体。
7. 【請求項７】 前記軸部材と前記第１の弾性体とが接着
   剤で固定されていることを特徴とする請求項１，２，４
   または５に記載の振動体。
8. 【請求項８】 前記軸部材が前記第１の弾性体に圧入さ
   れていることを特徴とする請求項１，２，４または５に
   記載の振動体。
9. 【請求項９】 前記軸部材と前記第１の弾性体とがロウ
   付けされていることを特徴とする請求項１，２，４また
   は５に記載の振動体。
10. 【請求項１０】 前記第１の弾性体には前記軸部材の段
    部の外径側と係合する座ぐり部が設けられており、且
    つ、該段部の該軸部材と垂直な面における断面形状は該
    軸部材に対し回転非対称な形状に形成され、該座ぐり部
    に該段部が回転不能に係合することを特徴とする請求項
    １または４に記載の振動体。
11. 【請求項１１】 前記軸部材の軸方向と垂直な面におけ
    る前記段部の断面形状は正多角形であることを特徴とす
    る請求項１０に記載の振動体。
12. 【請求項１２】 前記軸部材の軸方向と垂直な面におけ
    る前記段部の断面形状はＤ形状であることを特徴とする
    請求項１０に記載の振動体。
13. 【請求項１３】 前記第１の弾性体には、前記軸部材の
    軸方向に窪みをもつスリットが円周方向に複数設けられ
    ていることを特徴とする請求項１から１２のいずれかに
    記載の振動体。
14. 【請求項１４】 前記第１の弾性体の外周面には、複数
    の凹部が設けられていることを特徴とする請求項１から
    １２のいずれかに記載の振動体。
15. 【請求項１５】 前記軸部材の軸方向と垂直な面におけ
    る前記第１の弾性体の断面形状が、前記軸部材の軸まわ
    りに回転非対称な形状に形成されていることを特徴とす
    る請求項１から１２のいずれかに記載の振動体。
16. 【請求項１６】 第１の弾性体と第２の弾性体とで、電
    気−機械エネルギー変換素子を挟持し、これらの中心を
    貫通する軸部材を用いて第１の弾性体と第２の弾性体と
    の間に圧縮力を付与した振動体において、 前記軸部材には前記第１の弾性体をスラスト方向に位置
    決めするための段部と前記第２の弾性体と螺合する第１
    のネジ部が設けられており、前記第２の弾性体を前記ネ
    ジ部にねじ込むことにより前記軸部材の段部と前記第２
    の弾性体に挟まれた前記第１の弾性体および前記電気−
    機械エネルギー変換素子とに圧縮力を付与するものであ
    って、前記軸部材の段部と結合する第３の弾性体を有
    し、前記軸部材の段部は、前記第３の弾性体に対して軸
    まわりの回転が規制されていることを特徴とする振動
    体。
17. 【請求項１７】 第１の弾性体とボルト部材とで第２の
    弾性体と電気−機械エネルギー変換素子を挟持し、これ
    らの中心を貫通する軸部材を用いて第１の弾性体と第２
    の弾性体との間に圧縮力を付与した振動体において、 前記軸部材には前記第１の弾性体をスラスト方向に位置
    決めするための段部と前記ボルト部材と螺合する第１の
    ネジ部が設けられており、前記ボルト部材を前記ネジ部
    にねじ込むことにより前記軸部材の段部と前記ボルト部
    材に挟まれた前記第１の弾性体、前記第２の弾性体、お
    よび前記電気−機械エネルギー変換素子とに圧縮力を付
    与するものであって、前記軸部材の段部と結合する第３
    の弾性体を有し、前記軸部材の段部は、前記第３の弾性
    体に対して軸まわりの回転が規制されていることを特徴
    とする振動体。
18. 【請求項１８】 前記第３の弾性体には、前記軸部材の
    軸方向に窪みをもつスリットが円周方向に複数設けられ
    ていることを特徴とする請求項１６または１７に記載の
    振動体。
19. 【請求項１９】 前記第３の弾性体の外周面には、複数
    の凹部が設けられていることを特徴とする請求項１６ま
    たは１７に記載の振動体。
20. 【請求項２０】 前記軸部材の軸方向と垂直な面におけ
    る前記第１の弾性体の断面形状が、前記軸部材の軸まわ
    りに回転非対称な形状に形成されていることを特徴とす
    る請求項１６または１７に記載の振動体。
21. 【請求項２１】 請求項１から１５のいずれかに記載の
    振動体と、 該振動体の第１の弾性体に摩擦接触し、該軸部材の軸回
    りに回転する移動体と、 前記移動体を前記振動体に所定の加圧力で押圧するため
    の加圧手段とを備えたことを特徴とする振動波駆動装
    置。
22. 【請求項２２】 前記請求項１６から２０のいずれかに
    記載の振動体と、 前記振動体の第３の弾性体の一部に摩擦接触し、前記軸
    部材の軸回りに回転する移動体と、 前記移動体を前記振動体に所定の加圧力で押圧するため
    の加圧手段とを有することを特徴とする振動波駆動装
    置。