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JP2000060163A - 振動アクチュエ―タ - Google Patents

振動アクチュエ―タ

Info

Publication number
JP2000060163A
JP2000060163A JP10372319A JP37231998A JP2000060163A JP 2000060163 A JP2000060163 A JP 2000060163A JP 10372319 A JP10372319 A JP 10372319A JP 37231998 A JP37231998 A JP 37231998A JP 2000060163 A JP2000060163 A JP 2000060163A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
vibration
vibrator
pressing
restraining
resin
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP10372319A
Other languages
English (en)
Inventor
Takatoshi Ashizawa
隆利 芦沢
Takeshi Matsumoto
豪 松本
Mitsuhiro Okazaki
光宏 岡崎
Kazuyasu One
一泰 大根
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nikon Corp filed Critical Nikon Corp
Priority to JP10372319A priority Critical patent/JP2000060163A/ja
Priority to US09/248,003 priority patent/US6242846B1/en
Publication of JP2000060163A publication Critical patent/JP2000060163A/ja
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/20Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators
    • H10N30/202Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators using longitudinal or thickness displacement combined with bending, shear or torsion displacement
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02NELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/0005Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing non-specific motion; Details common to machines covered by H02N2/02 - H02N2/16
    • H02N2/001Driving devices, e.g. vibrators
    • H02N2/003Driving devices, e.g. vibrators using longitudinal or radial modes combined with bending modes
    • H02N2/004Rectangular vibrators
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02NELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/0005Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing non-specific motion; Details common to machines covered by H02N2/02 - H02N2/16
    • H02N2/005Mechanical details, e.g. housings
    • H02N2/0055Supports for driving or driven bodies; Means for pressing driving body against driven body
    • HELECTRICITY
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    • H02N2/0005Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing non-specific motion; Details common to machines covered by H02N2/02 - H02N2/16
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    • H02N2/0055Supports for driving or driven bodies; Means for pressing driving body against driven body
    • H02N2/006Elastic elements, e.g. springs
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02NELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/02Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
    • H02N2/026Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors by pressing one or more vibrators against the driven body
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02NELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/10Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
    • H02N2/103Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors by pressing one or more vibrators against the rotor

Landscapes

  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 超音波モータの駆動時に、振動子にピッチン
グ振動が発生して、静粛性や駆動効率が低下するのを防
止すること。 【解決手段】 相対運動方向へ振動する縦振動L1とこ
れに直交する方向へ振動する曲げ振動B4との合成振動
を発生する振動子11との間で相対運動を行う相対運動
部材22、縦振動L1の節位置n3 で当振動子に隙間を
有して嵌合する第1拘束部材34a、34bに係合する
とともに曲げ振動B4の節位置n2 、n4 で振動子に当
接する第2拘束部材36a、36bを相対運動方向の両
端側に有する加圧支持体35により構成される加圧支持
部材32と、加圧支持体35を振動子11へ向けて付勢
する加圧力発生部材33とにより構成される加圧支持機
構31、およびこれを収容するケーシング41を備え、
さらに、第2拘束部材36a、36bおよび加圧支持体
35は、メタクリル樹脂により一体に構成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、振動を発生する振
動子を有し、この振動子に加圧接触した相対運動部材と
振動子との間に相対運動を発生させる振動アクチュエー
タに関する。このような振動アクチュエータとしては、
超音波領域の振動を用いる超音波モータが知られてい
る。
【0002】
【従来の技術】二つの異なった振動を同時に発生させ
る、いわゆる異形モード縮退型の振動子を用いた振動ア
クチュエータが、例えば「第5回電磁力関連のダイナミ
ックスシンポジウム講演論文集」の第393頁に、富川
氏によって開示されている。
【0003】図22は、この講演論文集により開示され
た振動子2を有する振動アクチュエータ1を示す斜視図
である。また、図23は振動子2に発生した二つの振動
L1、B4の波形例を示す説明図である。
【0004】図22に示すように、振動子2は、弾性体
3と、電気エネルギを機械エネルギに変換する電気機械
変換素子4(以下、「圧電体」を例にとって説明す
る。)とを有する。
【0005】弾性体3は、共振先鋭度が大きな金属材料
により矩形平板状に形成される。弾性体3の一方の平面
には圧電体4が接着されて装着される。また、弾性体3
の他方の平面には、突起状に二つの駆動力取出部3a、
3bが形成される。
【0006】圧電体4は、図22に示すように、A相、
B相の2相の駆動電圧VA 、VB がそれぞれ印加される
入力領域4a、4bと、振動子2の振動状態をモニタす
る検出領域4pと、グランド領域4gとの4つの領域が
連続して形成されて、構成される。4つの領域4a、4
b、4pおよび4gそれぞれの表面には、例えば銀電極
5a、5b、5pおよび5gが互いに離れて装着され
る。
【0007】駆動力取出部3a、3bの底面には、高分
子材等を主成分とした摺動部材(図示しない。)が貼付
される。この摺動部材を介して、適宜加圧力で相対運動
部材6を加圧接触させる。
【0008】また、この弾性体3では、発生する1次の
縦振動L1および4次の曲げ振動B4それぞれの固有振
動数がほぼ一致するように、各部寸法が設定される。さ
らに、駆動力取出部3a、3bは、振動子2の長手方向
に関して、発生する曲げ振動B4の4つの腹位置l1
2 、l3 およびl4 のうちの外側の腹位置l1 、l4
に一致する位置に配置される。
【0009】この状態で、圧電体4a、4bに、位相が
(π/2)ずれた高周波の駆動電圧VA 、VB をそれぞ
れ印加すると、図23に示すように、弾性体3には、振
動子2の長手方向へ振動する1次の縦振動L1と、振動
子2の厚さ方向へ振動する4次の曲げ振動B4とが同時
に発生する。弾性体3に発生した縦振動L1と曲げ振動
B4とは合成されて、駆動力取出部3a、3bそれぞれ
の底面に、楕円状に周期的に変位する楕円運動を発生す
る。これにより、振動子2は、駆動力取出部3a、3b
に加圧接触された相対運動部材6との間で相対運動を発
生する。
【0010】このように、この異形モード縮退型の振動
子2を有する振動アクチュエータ1では、弾性体3に発
生させる縦振動L1と曲げ振動B4とを組み合わせて駆
動力取出部3a、3bに楕円運動を発生させ、駆動力取
出部3a、3bに加圧接触する相対運動部材6との間で
相対運動を発生する。したがって、この振動アクチュエ
ータ1では、振動子2および相対運動部材6を適宜加圧
力で加圧接触させておく必要がある。
【0011】そこで、本出願人は、先に例えば特開平8
−140374号公報により、振動子2の長手方向の中
央部の1カ所(図22および図23における加圧位置
C)で、振動子2を相対運動部材6に向けて加圧する加
圧部材を提案した。
【0012】この加圧部材によれば、極めて簡単な構造
で振動子2を相対運動部材6へ適宜加圧力で確実に加圧
することができる。そのため、振動子2に発生した楕円
運動を相対運動部材6へ効率的に伝播させることができ
る。
【0013】また、図23に示すように、この加圧位置
Cは、弾性体3に発生する縦振動L1および曲げ振動B
4それぞれの節位置に相当するため、加圧に伴う振動子
2の振動減衰をできるだけ抑制することもできる。その
ため、図22および図23に示す加圧位置Cは、確実な
加圧と加圧に伴う振動減衰の抑制とをともに図るため
に、最も望ましい位置であると考えられていた。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】従来、この加圧位置C
で振動子2を相対運動部材6へ向けて加圧することによ
り、何の問題もなく、振動アクチュエータ1を確実に駆
動することができると考えられていた。
【0015】しかし、本発明者らの検討により、加圧位
置Cによる加圧では、意外にも、振動子2の駆動に伴っ
て、加圧位置Cを中心として振動子2の長手方向の両端
部を互いに反対方向へ昇降させる振動、すなわちピッチ
ング振動が発生してしまうことが、判明した。図23に
はピッチング振動の一例の方向を、矢印で示す。
【0016】振動子2にこのピッチング振動が発生する
と、ピッチング振動が有する振動数の騒音が発生して振
動アクチュエータ1の特徴の一つである静粛性を損な
う。また、振動子2に発生した縦振動L1を曲げ振動B
4により相対運動部材6へ断続的に伝播する機能(以
下、本明細書では「クラッチ機能」という。)が不充分
となって駆動効率が低下してしまう。
【0017】また、このピッチング振動が一旦発生する
と、それを抑制する手段がないため、ピッチング振動が
継続して発生し続けてしまう。
【0018】本発明の目的は、本発明者らにより発見さ
れた新たな課題であるピッチング振動の発生を抑制ない
しは解消して、騒音の発生や駆動効率の低下をいずれも
防止し、これにより性能向上が図られた振動アクチュエ
ータを提供することである。
【0019】
【課題を解決するための手段】本発明者らの鋭意研究の
結果、以下のことがわかった。つまり、加圧位置Cの1
箇所で加圧される振動子2が相対運動部材6に駆動力を
伝える際、曲げ振動B4によって相対運動部材6の厚さ
方向に押圧力が発生する。そして、この押圧力の反力に
よって、加圧位置Cの周りに偶力が発生し、この偶力に
よって振動子2が加圧位置Cを中心にピッチング振動し
てしまうのである。
【0020】そこで、本発明者らはさらに検討を重ね、
縦振動と曲げ振動とを発生する振動子を用いた振動アク
チュエータにおいては、(1)振動子を縦振動の振動方
向について拘束する第1拘束部材と、縦振動の振動方向
に関する少なくとも2箇所で、振動子を曲げ振動の振動
方向について拘束する第2拘束部材とを用いて、振動子
を加圧しながら支持することにより、振動子に作用する
偶力を確実に抑制でき、騒音の発生とクラッチ機能の減
少とをともに防止できること、(2)第1拘束部材およ
び第2拘束部材を、互いに独立した別部材に配置し、そ
れぞれの部材の形状を工夫することにより、振動子をが
た無しで確実に支持することができ、騒音の発生を抑制
できること、(3)相対運動の方向に沿って振動子に複
数設けられた駆動力取出部よりも振動子端部側で、第2
拘束部材を振動子に係合させることにより、前記の偶力
をより確実に抑制できることの3点を新規に知見して、
本発明を完成した。
【0021】請求項1の発明では、電気機械変換素子
と、電気機械変換素子の励振により得られる駆動力を取
り出すための駆動力取出部とを有し、前記の駆動力によ
り駆動力取出部に接触した相対運動部材との間に相対運
動を発生させる振動子と、ベース部材と、振動子をベー
ス部材に固定するための固定部材とを備え、振動子が、
電気機械変換素子の励振により、相対運動の方向に振動
する第1振動と、第1振動の振動方向と交差する方向に
振動する第2振動とを発生し、固定部材が、第1振動の
振動方向に関して振動子を拘束する第1拘束部材と、第
1振動の振動方向に沿った少なくとも2箇所に配置さ
れ、第2振動の振動方向に関して振動子を拘束する第2
拘束部材とを有することを特徴とする振動アクチュエー
タを提供する。
【0022】請求項2の発明は、請求項1に記載された
振動アクチュエータにおいて、第1拘束部材が、第1振
動の節となる位置またはその近傍で振動子に係合し、第
2拘束部材が、第2振動の節となる位置またはその近傍
で振動子に係合することを特徴とする。
【0023】請求項3の発明は、請求項1または請求項
2に記載された振動アクチュエータにおいて、第1拘束
部材が、振動子に固定されることを特徴とする。
【0024】請求項4の発明は、請求項1から請求項3
までのいずれか1項に記載された振動アクチュエータに
おいて、固定部材が、振動子を相対運動部材に向けて加
圧する加圧部材と、振動子を相対運動部材に向けて加圧
する加圧力が作用する方向に対して変位可能に支持され
た支持部材とを有し、加圧部材と支持部材とが、互いに
干渉することなくいずれも前記の加圧力が作用する方向
に対して変位可能であり、第1拘束部材が支持部材に設
置され、かつ第2拘束部材が加圧部材に設置されること
を特徴とする。
【0025】請求項5の発明は、請求項4に記載された
振動アクチュエータにおいて、加圧部材および支持部材
の一方または双方が、第1振動の振動方向への加圧部材
の移動を制限する移動制限機構を有することを特徴とす
る。
【0026】請求項6の発明は、請求項4または請求項
5に記載された振動アクチュエータにおいて、第2拘束
部材の振動子との当接部が、第2振動の振動方向と、第
1振動の振動方向および第2振動の振動方向にともに交
差する方向との2方向について、振動子を拘束する形状
であることを特徴とする。
【0027】請求項7の発明は、請求項1または請求項
2に記載された振動アクチュエータにおいて、第1拘束
部材が、第2振動の振動方向に関して、振動子との間で
相対運動可能であり、第2拘束部材が、第1振動の振動
方向に関して、振動子との間で相対運動可能であること
を特徴とする。
【0028】請求項8の発明は、請求項1、請求項2お
よび請求項7のいずれか1項に記載された振動アクチュ
エータにおいて、固定部材が、振動子を相対運動部材に
向けて加圧する加圧力が作用する方向に対して変位可能
に支持された加圧支持部材を有し、第1拘束部材および
第2拘束部材が、ともに、加圧支持部材に設置されるこ
とを特徴とする。
【0029】請求項9の発明は、請求項1から請求項8
までのいずれか1項に記載された振動アクチュエータに
おいて、固定部材が、第2拘束部材を振動子に押し付け
て、振動子と相対運動部材とを所定の加圧力で接触させ
る第1加圧力発生部材を有することを特徴とする。
【0030】請求項10の発明は、請求項1から請求項
9までのいずれか1項に記載された振動アクチュエータ
において、第2拘束部材が、少なくとも振動子との接触
部が、メタクリル樹脂、フェノール樹脂、ポリアミド樹
脂、フッ素樹脂、ポリアセタール樹脂、アクリロニトリ
ル−ブタジエン−スチレン共重合樹脂、ポリイミド樹
脂、ポリエチレン樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネ
ート樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂およ
びエポキシ樹脂の少なくとも一つの材料により形成され
ることを特徴とする。
【0031】請求項11の発明は、請求項9または請求
項10に記載された振動アクチュエータにおいて、さら
に、振動子に関して第1加圧力発生部材が配置された側
とは反対側に配置され、振動子を第2拘束部材に押し付
ける第2加圧力発生部材を備えることを特徴とする。
【0032】請求項12の発明は、請求項1から請求項
11までのいずれか1項に記載された振動アクチュエー
タにおいて、さらに、振動子に関して第2拘束部材が配
置された側とは反対側に配置され、第2振動の振動方向
に関して振動子を拘束する第3拘束部材を備えることを
特徴とする。
【0033】請求項13の発明は、請求項2から請求項
12までのいずれか1項に記載された振動アクチュエー
タにおいて、駆動力取出部が、相対運動の方向に沿って
振動子に複数設けられ、第2拘束部材が振動子に係合す
る係合位置が、相対運動の方向に関して、駆動力取出部
よりも振動子端部側であることを特徴とする。
【0034】請求項14の発明は、請求項13に記載さ
れた振動アクチュエータにおいて、駆動力取出部が、相
対運動の方向に関して、第2振動の腹位置またはその近
傍に設けられることを特徴とする。
【0035】さらに、請求項15の発明は、請求項13
または請求項14に記載された振動アクチュエータにお
いて、係合位置が、第2振動の節位置またはその近傍で
あることを特徴とする。
【0036】
【発明の実施の形態】(第1実施形態)以下、本発明に
かかる振動アクチュエータの実施形態を、添付図面を参
照しながら詳細に説明する。なお、以降の実施形態は、
振動アクチュエータが超音波の振動域を利用した超音波
モータである場合を例にとって、説明する。
【0037】図1は、本実施形態の超音波モータ10の
説明図である。図1(A)は超音波モータ10を、発生
する振動波形例とともに示す説明図であり、図1(B)
は超音波モータ10を構成する振動子11を示す上面図
である。また、図2は、この超音波モータ10の主要部
を抽出して示す斜視図である。
【0038】図1および図2に示すように、本実施形態
の超音波モータ10は、第1振動である1次の縦振動L
1と、第2振動である4次の曲げ振動B4とを発生する
振動子11と、相対運動部材22と、加圧支持機構31
と、振動子11および加圧支持機構31を収容するとと
もに相対運動部材22を通過させるケーシング41とを
備える。以下、これらについて、順次説明する。
【0039】〔振動子11〕振動子11は、弾性体12
と、弾性体12の一方の平面に装着された圧電体13と
を備える。
【0040】弾性体12は、鉄鋼、ステンレス鋼、リン
青銅またはエリンバー材等といった共振先鋭度が大きな
金属材料により構成されることが望ましく、矩形平板状
に形成される。また、弾性体12の各部の寸法は、発生
する1次の縦振動L1および4次の曲げ振動B4それぞ
れの固有振動数がほぼ一致するように、設定される。
【0041】弾性体12の一方の平面には、後述する圧
電体13が例えば接着される。また、弾性体12の他方
の平面には、弾性体12の幅方向に2本の溝部が相対運
動方向(図1(A)における左右方向)に関して所定距
離だけ離れて設けられる。これらの溝部に、横断面形状
が矩形である角棒型の、高分子材等を主成分とした摺動
部材が嵌め込まれて接着され、突起状に突出して装着さ
れる。高分子材としては、PTFE、ポリイミド樹脂、
PEN、PPS、PEEK等が例示される。
【0042】そして、この摺動部材が駆動力取出部12
a、12bとして機能する。したがって、弾性体12
は、これら摺動部材からなる駆動力取出部12a、12
bを介して相対運動部材22に接触する。
【0043】なお、図示していないが、各摺動部材は、
振動子11の幅方向に2つに分割されて、それぞれが振
動子11の幅方向の端部に配置されている。したがっ
て、本実施形態においては、駆動力取出部12a、12
bは、それぞれが2個の摺動材(振動子11全体で4
個)から構成されている。
【0044】この駆動力取出部12a、12bは、図1
(A)に示すように、弾性体12に発生する4次の曲げ
振動B4の4つの腹位置l1 〜l4 のうちの外側に位置
する腹位置l1 、l4 に一致する位置に設けられる。な
お、駆動力取出部12a、12bは、曲げ振動B4の腹
位置l1 、l4 に正確に一致する位置に設けられる必要
はなく、この腹位置の近傍に設けられていてもよい。
【0045】圧電体13は、本実施形態ではPZT(チ
タンジルコン酸鉛)からなる1枚の薄板状の圧電素子に
より構成される。この圧電体13には、A相の駆動信号
が入力される入力領域13a、13cと、A相とは位相
が約(π/2)ずれたB相が入力される入力領域13
b、13dとが形成される。各入力領域13a〜13d
は、図1(B)に示すように、弾性体12に発生する曲
げ振動B4の5つの節位置n1 〜n5 により区画された
4つの領域に連続して形成される。すなわち、駆動信号
の入力により変形する各入力領域13a〜13dが、い
ずれも、不動点である節位置n1 〜n5 を跨がない。そ
のため、入力領域13a〜13dの変形が節位置n1
5 によって抑制されることがない。これにより、各入
力領域13a〜13dに入力された電気エネルギを最大
の効率で弾性体12の変形、すなわち機械エネルギに変
換することができる。
【0046】また、曲げ振動B4の節位置n2 、n4
は、振動子11が発生する縦振動L1により電気エネル
ギを出力する検出領域13p、13p’が設けられる。
これにより、振動子11が発生する縦振動L1の振動状
態がモニタされる。
【0047】各入力領域13a〜13dと各検出領域1
3p、13p’とは、それぞれの表面を、銀電極15a
〜15d、15p、15p’により覆われる。これによ
り、各入力領域13a〜13dに独立して駆動信号を入
力したり、各検出領域13p、13p’から独立して検
出信号を出力することができる。
【0048】各銀電極15a〜15d、15p、15
p’には、図2に示すように、電気エネルギの授受を行
うためのリード線16a〜16d、16p、16p’
が、半田付け部である膨出部17a〜17d、17p、
17p’により、それぞれ接続される。
【0049】なお、本実施形態では、図1(B)に示す
ように、振動子11は、その平面の中央部を中心として
点対称となるように、形成される。これにより、駆動力
取出部12a、12bに発生する楕円運動をほぼ同じ形
状とすることができ、相対運動方向の反転に伴う駆動差
が殆ど解消される。
【0050】図3は、振動子11の駆動回路を示すブロ
ック図である。発振器18は、振動子11の縦振動L1
および曲げ振動B4それぞれに相当する周波数の信号を
発振する。発振器18の出力は分岐して、一方の出力
は、増幅器19a、19cによって増幅された後に、A
相の駆動信号として入力領域13a、13cの銀電極1
5a、15cへ入力される。また、分岐した他方の出力
は、移相器20によってA相電圧とは(π/2)位相を
ずらしてB相の駆動信号とした後に、増幅器19b、1
9dを介して入力領域13b、13dの銀電極15b、
15dへ入力される。
【0051】制御回路21には、検出領域13p、13
p’からの出力電圧が入力される。制御回路21は、予
め設定されていた基準電圧と出力電圧とを比較して、検
出領域13p、13p’からの出力のほうが小さいとき
には周波数を低くするように、発振器18を制御する。
一方、制御回路21は、検出領域13p、13p’から
の出力のほうが大きいときには周波数を高くするよう
に、発振器18を制御する。これにより、振動子11の
振動振幅が所定の大きさに維持される。
【0052】このようにして、圧電体13の入力領域1
3a、13cに、縦振動L1および曲げ振動B4それぞ
れの固有振動数に一致した周波数を有するA相の駆動信
号を入力する。また、入力領域13b、13dにはA相
とは(π/2)の位相差を有するB相の駆動信号を入力
する。すると、図1(A)に示すように、弾性体12に
は、相対運動方向(図1(A)における左右方向)へ振
動する第1振動である1次の縦振動L1と、この相対運
動方向に交叉する方向へ振動する第2振動である4次の
曲げ振動B4とが同時に発生する。これらの振動は合成
されて、駆動力取出部12a、12bには楕円運動が発
生する。
【0053】図4は、1次の縦振動L1と4次の曲げ振
動B4とが合成されて、駆動力取出部12a、12bに
楕円運動が発生する状況を経時的に示す説明図である。
なお、図4においては、便宜上、各入力領域13a〜1
3dを互いに離れた状態で示す。
【0054】図4(A)は、振動子11に入力される2
相の駆動信号(駆動電圧)A、Bの時間的変化を時刻t
1 〜時刻t9 について示す。図4(A)の横軸は、高周
波電圧の実効値を示す。図4(B)は、弾性体12の断
面の変形の様子を示し、振動子11に発生する曲げ振動
B4(第2振動)の時間的変化を時刻t1 〜時刻t9
ついて示す。図4(C)は、弾性体12の断面の変化の
様子を示し、振動子11に発生する縦振動L1(第1振
動)の時間的変化を時刻t1 〜時刻t9 について示す。
さらに、図4(D)は、振動子11の駆動力取出部12
a、12bに発生する楕円運動の時間的変化を時刻t1
〜時刻t9 について示す。
【0055】時刻t1 において、図4(A)に示すよう
に、A相の駆動信号は正の電圧を発生し、B相の駆動信
号は同一の正電圧を発生する。図4(B)に示すよう
に、A相の駆動信号およびB相の駆動信号による曲げ振
動は互いに打ち消し合い、質点Y1、Z1はともに振幅
零となる。また、図4(C)に示すように、A相の駆動
信号およびB相の駆動信号による縦振動は伸張する方向
へ発生する。質点Y2、Z2はともに矢印で示すよう
に、節位置X(図1(A)における節位置n3 )を中心
として最大の伸張を示す。その結果、図4(D)に示す
ように縦振動と曲げ振動とが合成され、質点Y1、Y2
の運動の合成が質点Yの運動となり、また、質点Z1、
Z2の運動の合成が質点Zの運動となる。
【0056】時刻t2 において、図4(A)に示すよう
に、A相の駆動信号は正の電圧を発生し、B相の駆動信
号は零になる。図4(B)に示すように、A相の駆動信
号による曲げ振動が発生し、質点Y1は負方向へ変位
し、質点Z1は正方向へ変位する。また、図4(C)に
示すように、A相の駆動信号による縦振動が発生し、質
点Y2と質点Z2とが時刻t1 の時よりも縮む。その結
果、図4(D)に示すように縦振動と曲げ振動とが合成
され、質点Y、Zは、ともに、時刻t1 の時よりも左回
りへ回転移動する。
【0057】時刻t3 において、図4(A)に示すよう
に、A相の駆動信号は正の電圧を発生し、B相の駆動信
号は同一の負電圧を発生する。図4(B)に示すよう
に、A相の駆動信号およびB相の駆動信号による曲げ振
動が合成されて増幅され、質点Y1は時刻t2 の時より
負方向へ増幅されて最大の負の振幅値を示す。また、質
点Z1は時刻t2 の時よりも正方向へ増幅されて最大の
正の振幅値を示す。また、図4(C)に示すように、A
相の駆動信号およびB相の駆動信号による縦振動は互い
に打ち消し合い、質点Y2と質点Z2とは元の位置へ戻
る。その結果、図4(D)に示すように縦振動と曲げ振
動とが合成され、質点Y、Zは、ともに、時刻t2 の時
よりも左回りへ回転移動する。
【0058】時刻t4 において、図4(A)に示すよう
に、A相の駆動信号は零になり、B相の駆動信号は負電
圧を発生する。図4(B)に示すように、B相の駆動信
号による曲げ運動が発生し、質点Y1が時刻t3 の時よ
りも振幅が低下し、質点Z1も時刻t3 の時よりも振幅
が低下する。また、図4(C)に示すように、B相の駆
動信号による縦振動が発生し、質点Y2と質点Z2とは
ともに収縮する。その結果、図4(D)に示すように縦
振動と曲げ振動とが合成され、質点Y、Zは、ともに、
時刻t3 の時よりも左回りへ回転移動する。
【0059】時刻t5 において、図4(A)に示すよう
に、A相の駆動信号は負の電圧を発生し、B相の駆動信
号は同一の負電圧を発生する。図4(B)に示すよう
に、A相の駆動信号およびB相の駆動信号による曲げ運
動は互いに打ち消し合い、質点Y1、Z1はともに振幅
零になる。また、図4(C)に示すように、A相の駆動
信号およびB相の駆動信号による縦振動は収縮する方向
へ発生する。質点Y2、Z2はともに矢印で示すよう
に、節位置Xを中心として最大の収縮を示す。その結
果、図4(D)に示すように縦振動と曲げ振動とが合成
され、質点Y、Zは、ともに、時刻t4 の時よりも左回
りへ回転移動する。
【0060】時刻t6 〜時刻t9 についても、上述した
時刻t1 〜時刻t5 と同様に縦振動と曲げ振動とが発生
し、その結果、図4(D)に示すように、質点Yおよび
質点Zが左回りへ回転移動する。このようにして、振動
子11の駆動力取出部12a、12bには、左回りであ
って半周期ずれた楕円運動がそれぞれ発生する。発生し
た楕円運動により、加圧接触する相対運動部材22が一
方向へ駆動される。
【0061】また、相対運動方向を逆向きにするには、
B相の駆動信号が、A相の駆動信号に対して(−π/
2)の位相差を有するように設定すればよい。本実施形
態では、振動子11は以上のように構成される。
【0062】〔相対運動部材22〕図1(A)に示すよ
うに、振動子11の駆動力取出部12a、12bに接触
して、移動子である相対運動部材22が配置される。
【0063】相対運動部材22は、本実施形態ではステ
ンレス鋼により帯板状に構成される。相対運動部材22
は、駆動力取出部12a、12bに発生する楕円運動に
より、縦振動L1の振動方向と同方向(図1(A)にお
ける左右方向)へ駆動される。なお、相対運動部材22
は、銅合金やアルミニウム合金さらには高分子材等によ
り構成されていてもよい。
【0064】相対運動部材22は、相対運動部材22の
一方の平面に接触する搬送ローラ23a、23bと、相
対運動部材22の幅方向の両端面に接触する4基の搬送
ローラ(いずれも図示しない。)とにより、案内されて
搬送される。これにより、相対運動部材22は、相対運
動方向の両方向への往復移動が可能となる。
【0065】なお、搬送ローラ23a、23bを含むこ
れら6基の搬送ローラは、後述するケーシング41によ
り回転自在に支持される。本実施形態では、相対運動部
材22は以上のように構成される。
【0066】〔加圧支持機構31〕図1(A)および図
2に示すように、加圧支持機構31は、振動子11の拘
束を行う加圧支持部材32と、振動子11を相対運動部
材22へ向けて付勢する第1加圧力発生部材33とを有
する。なお、説明の便宜上、図2においては加圧支持機
構31を一部省略してある。以下、加圧支持部材32、
第1加圧力発生部材33について順次説明する。
【0067】本実施形態の加圧支持部材32は、第1拘
束部材である2本の拘束ピン34a、34bと、第2拘
束部材である二つの突起部36a、36bを有する板状
の加圧支持体35とにより構成される。
【0068】拘束ピン34a、34bは、その一端を後
述するケーシング41の天井面に垂直に固定される。拘
束ピン34a、34bは、加圧支持体35との間に隙間
を有した状態で、加圧支持体35に設けられた貫通孔3
7a、37bを貫通する。そして、振動子11の長手方
向の中央(振動子11に発生する第1振動である1次の
縦振動L1の節位置n3 )における両側面に設けられた
遊嵌部である半円状の切欠き部11a、11bに、隙間
を有して嵌合する。このようにして、振動子11は、拘
束ピン34a、34bにより縦振動L1の振動方向につ
いて確実に拘束される。なお、拘束ピン34a、34b
が振動子11に嵌合する位置は、第1振動である縦振動
L1の節位置n3 に正確に一致する位置である必要はな
く、節位置n3 の近傍であってもよい。
【0069】また、図1(A)および図2に示すよう
に、加圧支持体35は、振動子11に関して相対運動部
材22が設置された側とは反対側に配置される。この加
圧支持体35には、拘束ピン34a、34bが隙間を有
して貫通することができる貫通孔37a、37bが設け
られる。これにより、加圧支持体35は、拘束ピン34
a、34bが貫通する方向、すなわち振動子11を相対
運動部材22へ向けて加圧する加圧力が作用する方向に
対して変位可能に支持される。
【0070】また、加圧支持体35の振動子11側の平
面であって相対運動方向の両端部側には、直方体型の突
起部36a、36bが設けられる。突起部36a、36
bは、振動子11に発生する4次の曲げ振動B4の二つ
の節位置n2 、n4 を跨ぐ位置に当接するように、配置
される。このようにして、振動子11は、突起部36
a、36bにより曲げ振動B4の振動方向について確実
に拘束される。なお、突起部36a、36bの当接位置
は、節位置n2 、n4 に正確に一致する位置とする必要
はなく、節位置n2 、n4 の近傍であってもよい。
【0071】この突起部36a、36bは、図2に示す
ように、半田付けの膨出部17a〜17d、17p、1
7p’との干渉を避けるため、振動子11の幅方向に関
して、2つに分割されて設けられる。
【0072】本実施形態では、拘束ピン34a、34b
と、加圧支持体35と、突起部36a、36bとは、い
ずれもアルミニウム合金により構成した。突起部36
a、36bには、圧電体13からの電気的なショートを
防止するため、樹脂コーティングを圧電体13との接触
部に施した。
【0073】また、本実施形態では、拘束ピン34a、
34bと加圧支持体35とは隙間を有するように構成し
た。しかし、拘束ピン34a、34bと加圧支持体35
とを隙間を有さずに嵌め合わせてもよい。また、拘束ピ
ン34a、34bと、加圧支持体35とを一体的に構成
したり、拘束ピン34a、34bと、加圧支持体35
と、突起部36a、36bとを一体的に構成してもよ
い。これにより、加圧支持部材32の構造を簡素化で
き、加圧支持部材32の製造コストを低減することがで
きる。
【0074】さらに、加圧支持体35における振動子1
1と反対側の平面の中央部には、非貫通の第1加圧力発
生部材取付け穴38が設けられる。この第1加圧力発生
部材取付け穴38とケーシング41の天井面との間に、
第1加圧力発生部材であるコイルばね33が装着され
る。このコイルばね33が発生するばね力により、加圧
支持体35は振動子11へ向けて付勢される。これによ
り、加圧支持体35の振動子11側の平面に設けられた
突起部36a、36bの先端が、振動子11に当接す
る。
【0075】このように、本実施形態の加圧支持機構3
1は、振動子11をケーシング41に固定するための固
定部材としても機能する。
【0076】また、本実施形態の加圧支持機構31で
は、加圧支持体35とケーシング41の天井面との間に
装着したコイルばね33により第1加圧力発生部材を構
成する。このため、本実施形態の超音波モータ10の附
属物である加圧力発生部材の大型化をできるだけ抑制す
ることができる。
【0077】また、本実施形態の加圧支持機構31で
は、拘束ピン34a、34bを貫通させるとともに、相
対運動方向に関する両端側に突起部36a、36bを有
する加圧支持体35を、振動子11に関して相対運動部
材22が配置される側と反対側に備える。このため、拘
束ピン34a、34bおよび突起部36a、36bを簡
単な構造にまとめて配置することができ、加圧支持機構
31の簡素化および小型化をともに図ることができる。
また、振動子11の支持と、振動子11の相対運動部材
22への加圧とを、ともに行うことができる。
【0078】さらに、本実施形態の加圧支持機構31
は、以上説明したように、加圧支持部材32と加圧力発
生部材33とをコンパクトにまとめた極めて簡単な構造
である。そのため、超音波モータ10の小型化を図るこ
とができ、また製造コストの上昇をできるだけ抑制する
ことができる。
【0079】このようにして、振動子11は、加圧支持
体35に設けられた突起部36a、36bにより、第2
振動である4次の曲げ振動B4の振動方向(図1(A)
における上下方向)について拘束される。また、振動子
11は、相対運動部材22に適宜加圧力で加圧接触す
る。
【0080】〔ケーシング41〕ベース部材となるケー
シング41は、上ケーシング41aおよび下ケーシング
41bを組み合わせた箱型の収容体である。このケーシ
ング41には、相対運動部材22を貫通させるための開
口部43a、43bが設けられる。
【0081】上ケーシング41aの天井面には、下ケー
シング41bへ向けて、拘束ピン34a、34bが垂直
に固定される。また、前述したように、下ケーシング4
1bの内部の所定位置には、搬送ローラ23a、23b
を含む合計6基の搬送ローラが回転自在に設置される。
さらに、開口部43a、43bに臨む上ケーシング41
aおよび下ケーシング41bそれぞれの端面には、ゴム
等からなる軟質の干渉緩和材44が装着される。
【0082】さらに、上ケーシング41aの天井板のう
ちでコイルばね33が当接する部分には、ネジ機構45
がねじ止めされる。コイルばね33がネジ機構45に当
接している状態で、ネジ機構45の上ケーシング41a
に対するねじ止め位置を変更することにより、コイルば
ね33の長さが変更される。これにより、コイルばね3
3が発生するばね力が調整され、振動子11と相対運動
部材22との間の加圧力が自在に調整される。
【0083】本実施形態のケーシング41を用いること
により、振動子11および加圧支持機構31の保持およ
び収容と、振動子11の相対運動部材22への加圧と、
相対運動部材22の移動保持とを、極めて簡単かつ小型
に、行うことができる。本実施形態では、ケーシング4
1は以上のように構成される。
【0084】本実施形態の超音波モータ10は、以下の
手順(1)〜(4)により組立てられる。 (1)下ケーシング41bに回転自在に支持された、搬
送ローラ23a、23bを含む6基の搬送ローラに、相
対運動部材22を搭載する。
【0085】(2)加圧支持体35に設けられた第1加
圧力発生部材取付け穴38にコイルばね33を装着す
る。そして、上ケーシング41aの天井面に垂直に固定
された拘束ピン34a、34bが、加圧支持体35に設
けられた貫通孔37a、37bをそれぞれ貫通するよう
に、加圧支持体35を上ケーシング41aに装着する。
【0086】(3)貫通孔37a、37bを貫通した拘
束ピン34a、34bが、振動子11に設けられた切欠
き部11a、11bに隙間を有して嵌まり合うように、
振動子11を上ケーシング41aに装着する。
【0087】(4)加圧支持体35および振動子11
を、上記(2)項および(3)項に示すようにして、上
ケーシング41aに装着した状態で、この上ケーシング
41aを下ケーシング41bに載せ、上ケーシング41
aおよび下ケーシング41bを適宜手段で固定する。
【0088】次に、このようにして組立てられた超音波
モータ10について、駆動時の状況を説明する。振動子
11へ、リード線16a、16cを介してA相の駆動信
号を入力するとともに、リード線16b、16dを介し
てB相の駆動信号を入力する。すると、振動子11に
は、相対運動方向へ振動する1次の縦振動L1と、加圧
方向へ振動する4次の曲げ振動B4とが同時に発生す
る。
【0089】この時、曲げ振動B4により、相対運動部
材22は振動子11からその厚さ方向への圧力を受け
る。この圧力の反力により、振動子11は、相対運動部
材22からこの厚さ方向、すなわち加圧方向への圧力を
受ける。このため、振動子11には、拘束ピン34a、
34bが嵌まり合う切欠き部11a、11bを中心とし
て、長手方向の両端部を互いに反対方向へ昇降させよう
とする偶力が生じる。
【0090】しかし、本実施形態では、振動子11の長
手方向に離間して当接する二つの突起部36a、36b
が振動子11に当接しているために、振動子11を曲げ
振動B4の振動方向について拘束する。また、拘束ピン
34a、34bは、切欠き部11a、11bを介して振
動子11に係合するために、振動子11を縦振動L1の
振動方向について拘束する。このため、振動子11にお
けるピッチング振動の発生が、ほぼ確実に抑制または解
消される。
【0091】特に、本実施形態では、突起部36a、3
6bは4次の曲げ振動の節部n2 、n4 の2箇所で振動
子11に当接するため、振動子11に発生する曲げ振動
B4をできるだけ減衰させずに、曲げ振動B4が有する
クラッチ機能を効果的に働かせることができる。そのた
め、振動子11が発生する駆動力を相対運動部材22へ
効率よく伝達することができ、超音波モータ10の駆動
力や駆動効率を向上することもできる。
【0092】また、本実施形態によれば、突起部36
a、36bにより、振動子11の相対運動部材22への
加圧も同時に行うため、加圧のための専用部材を設ける
必要がない。これにより、加圧部材の複雑化や大型化が
防止される。
【0093】なお、本実施形態を、図22および図23
に示す従来例と比較すると、縦振動L1に関しては、本
実施形態のほうが加圧に伴う振動減衰が大きい。しか
し、本実施形態によれば、ピッチング振動の抑制または
解消と、駆動効率の低下の抑制と、加圧に伴う縦振動L
1および曲げ振動B4それぞれの振動減衰の抑制とを、
高度なレベルでバランスさせることができる。そのた
め、本実施形態によれば、超音波モータ10の性能を全
体として顕著に向上させることができる。
【0094】例えば、加圧に伴う振動減衰を考慮しなけ
れば、ピッチング振動の抑制には、突起部36a、36
bにより振動子長手方向の最端部を加圧することが最も
有利である。しかし、この最端部は縦振動L1の振幅が
大きい位置であるため、縦振動L1の振動減衰が懸念さ
れる。本実施形態の加圧位置は、このような振動減衰を
も総合的に考慮して、決定される。
【0095】(第2実施形態)次に、本発明にかかる振
動アクチュエータの第2実施形態を、添付図面を参照し
ながら説明する。なお、以降の各実施形態の説明は、第
1実施形態と相違する部分についてだけ行うこととし、
共通する部分については同一の図中符号を付すことによ
り、重複する説明を適宜省略する。
【0096】図5は、第2実施形態の超音波モータ10
−1を、一部省略して、発生する振動L1、B4の波形
例とともに示す説明図である。本実施形態が第1実施形
態と相違するのは、加圧支持体35−1の近傍の構成
と、加圧支持体35−1の形状とである。
【0097】本実施形態では、加圧支持体35−1の上
面には、薄板状の弾性部材からなる結合部材50の一端
側が固定される。結合部材50は、相対運動方向に延設
されており、ねじ51a、51bを介して加圧支持体3
5−1の上面に固定される。この結合部材50の他端側
は、上ケーシング41aの天井板の角部にねじ52a、
52bにより締結されて固定されたブラケット53の下
面に、ねじ54により締結されて固定される。また、コ
イルばね33は、この結合部材50の上面と上ケーシン
グ41aの天井面との間に挟まれた状態で装着される。
【0098】さらに、本実施形態では、拘束ピン34
a、34bは加圧支持体35−1の下面に垂直に固定さ
れており、振動子11の切欠き部11a、11bに隙間
を有して嵌め合わされている。本実施形態の超音波モー
タ10−1のこれら以外の構成は、第1実施形態の超音
波モータ10と同一である。
【0099】この本実施形態の超音波モータ10−1に
よれば、加圧支持体35−1は結合部材50を介して上
ケーシング41aに固定されるため、加圧支持体35−
1による振動子11の相対運動方向に関する拘束精度
が、第1実施形態より向上する。また、拘束ピン34
a、34bは加圧支持体35−1に固定されるため、第
1実施形態では存在した、拘束ピン34a、34bと加
圧支持体35との間のがたが、存在しない。そのため、
加圧支持体35−1による振動子11の相対運動方向へ
の拘束精度が向上する。これらにより、第1実施形態よ
りも、超音波モータ10−1の駆動効率や駆動力が向上
する。
【0100】また、結合部材50は、薄板状の弾性部材
からなるため、ブラケット53による固定位置を中心と
して撓んで変形する。そのため、加圧支持体35−1は
加圧方向へほぼ直線状に微少に変位することができる。
そのため、本実施形態も、第1実施形態と同様に、振動
子11におけるピッチング振動の発生を、確実に抑制ま
たは解消することができる。
【0101】(第3実施形態)第1実施形態および第2
実施形態では、拘束ピン34a、34bと、加圧支持体
35または35−1と、突起部36a、36bとは、い
ずれも、アルミニウム合金により構成した。これに対
し、本実施形態では、メタクリル酸エステルを重合して
得られるメタクリル樹脂により構成する。
【0102】すなわち、図1または図5に示すように、
突起部36a、36bが振動子11に当接する位置は、
曲げ振動B4の節位置であるため、突起部36a、36
bにより曲げ振動B4を減衰させるおそれはない。しか
し、この当接位置は、縦振動の節位置n3 から大きくず
れており、突起部36a、36bが当接することにより
縦振動L1を減衰させる。したがって、縦振動L1をで
きるだけ減衰させないためには、当接する振動子11と
の間の摩擦力をできるだけ小さくできる材料により、突
起部36a、36bを構成することが望ましい。また、
振動子11に発生したピッチング振動を減衰させるため
には、振動減衰能が大きい材料により、突起部36a、
36bを構成することが、望ましい。
【0103】このように、振動子11との間の摩擦力を
小さくでき、かつ振動減衰能が大きい材料として、本実
施形態ではメタクリル樹脂を選択した。メタクリル樹脂
は、弾性係数が大きい樹脂材料である。そのため、メタ
クリル樹脂からなる加圧支持体35、35−1をコイル
ばね33で加圧しても、加圧支持体35、35−1に生
じる変形が小さい。そのため、突起部36a、36bを
介して振動子11へ確実に加圧力を伝達し、振動子11
を曲げ振動B4の振動方向について確実に拘束すること
ができる。
【0104】また、メタクリル樹脂からなる突起部36
a、36bは、振動子11との間における接触滑りも良
好であり、縦振動L1の振動減衰をできるだけ小さくす
ることもできる。
【0105】さらに、メタクリル樹脂のような樹脂材料
は、金属材料に比較すると、振動減衰能が大きいため、
ピッチング振動が根本的に発生し難くなる。したがっ
て、曲げ振動B4のクラッチ機能を効果的に働かせるこ
とができ、振動子11が発生する駆動力を相対運動部材
22へ効率的に伝達することができる。このため、超音
波モータ10の駆動力や駆動効率を向上することができ
る。
【0106】なお、メタクリル樹脂以外には、(1)フ
ェノール類とアルデヒドの縮合反応で得られる熱硬化性
樹脂であるフェノール樹脂、(2)ε−カプロラクタム
の重合によるナイロン6、アジピン酸とヘキサメチレン
ジアミンの縮合生成物であるナイロン66等のポリアミ
ド樹脂、(3)ポリテトラフルオロエチエン(PTF
E)、フッ素化エチレンプロピレン(FEP)等のフッ
素樹脂、(4)ポリアセタール樹脂、(5)アクリロニ
トリル−ブタジエン−スチレン共重合樹脂(ABS樹
脂)、(6)ピロメリット酸二無水物と芳香族ジアミン
から誘導される重縮合体であるポリイミド樹脂、(7)
エチレンの重合によって得られる熱可塑性重合体である
ポリエチレン樹脂、(8)ポリ塩化ビニル(PVC)、
(9)芳香族および脂肪族ジヒドロキシ化合物とホスゲ
ンとの直接反応かまたはホスゲンから誘導される先駆物
質とのエステル交換反応によって誘導される重合体であ
るポリカーボネート樹脂、(10)適当な触媒を用いて
ポリプロピレンを重合して得られる熱可塑性樹脂である
ポリプロピレン樹脂、(11)スチレンを重合させて得
られる熱可塑性樹脂であるポリスチレン樹脂、(12)
エポキシ化合物と反応性水素原子を持った化合物とを縮
合させて得られる熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂、の
1種、または2種以上を組み合わせて用いることを例示
できる。これらの材料によれば、いずれも、メタクリル
樹脂と同様の効果が得られる。
【0107】なお、拘束ピン34a、34b、加圧支持
体35、35−1および突起部36a、36bそれぞれ
の全てをこれらの材料により構成する必要はなく、振動
子11と接触する部分に部分的に用いるようにしてもよ
い。
【0108】(第4実施形態)図6は、本実施形態の超
音波モータ10−2の正面図である。図7は、図6のA
−A断面における加圧支持機構31−1の断面図であ
る。
【0109】図6に示すように、本実施形態の超音波モ
ータ10−2は、第1振動である1次の縦振動L1と、
第2振動である4次の曲げ振動B4とを発生する振動子
11と、回転体である相対運動部材22−1と、加圧支
持機構31−1と、振動子11および加圧支持機構31
−1を収容するとともに相対運動部材22−1を回転自
在に支持するケーシング41−1とを備える。以下、こ
れらについて、順次説明する。
【0110】〔振動子11〕本実施形態の振動子11
は、第1実施形態〜第3実施形態の振動子11と同一で
あるため、簡単に説明する。
【0111】すなわち、本実施形態の振動子11は、矩
形平板状の弾性体12と、弾性体12の一方の平面に装
着される圧電体13と、弾性体12の他方の平面に設け
られた溝部に嵌め込まれて接着された、それぞれが2個
の摺動部材からなる駆動力取出部12a、12bとを備
える。駆動信号を入力することにより、振動子11に
は、1次の縦振動L1と4次の曲げ振動B4とが同時に
発生する。これにより、駆動力取出部12a、12bの
先端面には、縦振動L1と曲げ振動B4との合成振動で
ある楕円運動が発生する。
【0112】本実施形態では、振動子11の一方の側
は、ケーシング41−1の底部41−1aに設けられ
た、第3拘束部材である固定部材60により加圧接触さ
れて支持される。また、駆動力取出部12a、12bの
うちの一方の駆動力取出部12aの先端面に、後述する
相対運動部材22−1の外周面が加圧接触される。な
お、他方の駆動力取出部12bには、他の部材は接触し
ておらず、ここでは駆動力の伝達は行われない。
【0113】固定部材60は、振動子11に発生する曲
げ振動B4の外側の節位置n5 であるため、曲げ振動B
4の振動減衰は抑えることができる。ただし、振動子1
1に発生する縦振動L1の節位置n3 とは離れているの
で、縦振動L1を減衰させる要因にはなる。したがっ
て、第3実施形態における拘束ピン34a、34b、加
圧支持体35または35−1、および突起部36a、3
6bと同様に、縦振動L1をできるだけ減衰させないた
めには、振動子11との間の摩擦力ができるだけ小さく
なる材料で形成することが望ましい。また、振動減衰能
が大きい材料を用いると、振動子11に発生するピッチ
ング振動を減衰させることができる。そこで、本実施形
態においては、固定部材60をポリアセタール樹脂によ
り形成した。これにより、振動子11と固定部材60と
の間における接触滑りが良好となり、縦振動L1の振動
減衰を最小限にすることができる。
【0114】なお、固定部材60は、ポリアセタール樹
脂以外にも、第3実施形態で開示した各材料を用いるこ
とができ、これらの材料によっても、ポリアセタール樹
脂と同様の効果を得ることができる。例えば、メタクリ
ル樹脂、フェノール樹脂、ナイロン6やナイロン66等
のポリアミド樹脂、PTFEやFEP等のフッ素樹脂、
ABS樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエチレン樹脂、PV
C、ポリカーボネート樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリ
スチレン樹脂、エポキシ樹脂等である。なお、図6およ
び図7においては、振動子11に設けられる電極板やリ
ード線等は、説明を簡略化して理解を容易にするため、
省略してある。
【0115】〔相対運動部材22−1〕本実施形態の相
対運動部材22−1は、ローラであり、ケーシング41
−1の底部41−1aに設けられた軸支部61を中心と
して、回動自在に支持される。相対運動部材22−1の
外周面は、前述したように、振動子11に設けられた駆
動力取出部12aの先端面に加圧接触する。これによ
り、相対運動部材22−1は、振動子11に駆動信号が
入力されると、軸支部61を中心として一方向へ回転駆
動される。
【0116】〔加圧支持機構31−1〕図6および図7
に示すように、本実施形態の加圧支持機構31−1は、
振動子11の拘束を行う加圧支持部材32−1と、振動
子11を相対運動部材22−1へ向けて付勢する加圧力
発生部材33−1と、加圧支持部材32−1および加圧
力発生部材33−1を収容する加圧支持機構枠体62と
により構成される。以下、これらについて、順次説明す
る。
【0117】〔加圧支持部材32−1〕図8は、本実施
形態の加圧支持部材32−1の説明図であって、図8
(A)は正面図、図8(B)は下面図である。
【0118】加圧支持部材32−1は、加圧支持部32
−1aと、加圧支持部32−1aの長手方向の一方の端
面に設けられた二つの結合部32−1bと、二つの結合
部32−1bに設けられた固定部32−1cとが一体に
形成されて、構成される。
【0119】加圧支持部32−1aは、矩形平板状に形
成される。その一方の平面であって長手方向の両端面近
傍には、突起部36a、36bが垂直に設けられる。ま
た、同じ平面であって長手方向の中央部には、振動子1
1に設けられた切欠き部11a、11bに隙間を有して
嵌まり合う拘束ピン34a、34bが、設けられる。突
起部36a、36b、および拘束ピン34a、34bの
配置位置、寸法、機能等は、第2実施形態と同じであ
る。
【0120】結合部32−1bは、板状に形成されてお
り、第2実施形態における結合部材50と同様、固定部
32−1cを中心に撓んで変形することができる。その
ため、加圧支持部32−1aは、加圧方向へほぼ直線状
に微少に変位することが可能である。また、固定部32
−1cは、加圧支持部材32−1をケーシング41−1
に固定する際の固定部である。
【0121】〔加圧力発生部材33−1〕本実施形態に
おける加圧力発生部材33−1は、第1加圧力発生部材
であるコイルばね33−1aと、第2加圧力発生部材で
あるコイルばね33−1bおよび33−1cとにより構
成される。
【0122】コイルばね33−1aは、その一端側を加
圧支持機構枠体62の天井面に取付けられる。コイルば
ね33−1aの他端側には加圧力伝達部材63が設けら
れる。コイルばね33−1aの取付け部である天井面に
は、ねじ機構(図示しない。)がねじ止めされる。この
ねじ機構のねじ止め位置を変更することにより、コイル
ばね33−1aが発生するばね力が変更される。コイル
ばね33−1aが発生するばね力により、この加圧力伝
達部材63に設けられた球状の加圧部64を、振動子1
1に向けて付勢する。
【0123】一方、コイルばね33−1bおよび33−
1cは、いずれも、その一端側を加圧支持機構枠体62
の底面に固定される。コイルばね33−1bおよび33
−1cそれぞれの他端側は、振動子11に当接する。そ
して、コイルばね33−1bおよび33−1cが発生す
るばね力により、振動子11を、加圧支持部材32−1
に向けて付勢する。
【0124】本実施形態では、このようにして、拘束ピ
ン34a、34bにより振動子11を縦振動L1の振動
方向について拘束するとともに、突起部36a、36b
により振動子11を曲げ振動B4の振動方向について拘
束する。なお、コイルばね33−1bおよび33−1c
を介して、振動子11に設けられた圧電体13の加圧支
持機構枠体62への接地が行われる。
【0125】〔加圧支持機構枠体62〕本実施形態で
は、図6および図7に示すように、溝型の断面形状を呈
する加圧支持機構枠体62により、加圧支持部材32−
1および加圧力発生部材33−1がともに収容される。
【0126】この加圧支持機構枠体62の内部には、凹
部65a、65bおよび65cを有する型体66が装着
される。これら凹部65a、65bおよび65cに、コ
イルばね33−1a、33−1bおよび33−1cが所
定の位置に収容される。コイルばね33−1aと、33
−1bおよび33−1cとの間に、加圧支持部材32−
1および振動子11が配置される。
【0127】本実施形態では、加圧支持機構枠体62を
用いて、振動子11、加圧支持部材32−1および加圧
力発生部材33−1をユニットとして組み立てるため、
振動子11、加圧支持部材32−1および加圧力発生部
材33−1を個別にケーシング41−1へ装着する必要
がなくなる。このため、振動子11、加圧支持部材32
−1および加圧力発生部材33−1を収容した加圧支持
機構枠体62を、ケーシング41−1へ装着するだけで
よい。これにより、超音波モータ10−2の組立て性
が、顕著に改善される。
【0128】〔ケーシング41−1〕本実施形態のケー
シング41−1は、底板41−1aと天井板41−1b
とにより、構成される。すなわち、底板41−1aに
は、相対運動方向の両端側に、天井板固定部67と固定
部材固定部68とが設けられる。
【0129】また、天井板固定部67には、天井板41
−1bが適宜手段で固定される。この天井板41−1b
の所定位置には、加圧支持機構枠体62に取り付けられ
た加圧支持部材32−1の固定部32−1cが固定され
る。
【0130】天井板41−1bの先端側は、図7に示す
ように、加圧支持機構枠体62に搭載されたコイルばね
33−1aおよび型体66との干渉を防止するために、
二つの分割部41−1cに分割されている。これらの分
割部41−1cにより、加圧支持機構枠体62は支持さ
れる。
【0131】本実施形態の超音波モータ10−2は、以
下の手順(1)〜(3)により組立てられる。 (1)加圧支持部材32−1の拘束ピン34a、34b
を振動子11の切欠き部11a、11bに嵌め込んだ状
態で、この加圧支持部材32−1と加圧力発生部材33
−1とを加圧支持機構枠体62に収容してユニットと
し、加圧支持機構31−1を構成する。
【0132】(2)天井板41−1bの二つの分割部4
1−1cが加圧支持機構枠体62の所定部に嵌まり合う
ようにして、加圧支持機構31−1を、加圧支持部材3
2−1の固定部32−1cを介して、天井板41−1b
に固定する。 (3)相対運動部材22−1を軸支する底板41−1a
に、加圧支持機構31−1を固定された天井板41−1
bを固定する。
【0133】このように、本実施形態では、加圧支持機
構枠体62により、加圧支持部材32−1、加圧力発生
部材33−1および振動子11をユニットとして構成す
るため、超音波モータ10−2の組立て性が、顕著に改
善される。
【0134】また、本実施形態によれば、第1実施形態
〜第3実施形態よりも、加圧支持部材32−1の形状を
簡素化することができる。これにより、超音波モータ1
0−2の駆動効率や駆動力を向上でき、また超音波モー
タ10−2を安価に製造できる。
【0135】(第5実施形態)図9は、本実施形態の超
音波モータ10−3の説明図であって、図9(A)は超
音波モータ10−3を、発生する振動波形例とともに示
す説明図であり、図9(B)は超音波モータ10−3を
構成する振動子11を示す上面図である。また、図10
は、超音波モータ10−3の主要部を抽出して示す斜視
図である。
【0136】本実施形態の超音波モータ10−3は、図
9および図10に示すように、振動子11と、相対運動
部材22と、加圧支持機構31−2と、振動子11およ
び加圧支持機構31−2を保持するとともに相対運動部
材22を通過させるケーシング41とを備える。これら
のうち、振動子11、相対運動部材22およびケーシン
グ41は、前述した第1実施形態と同一であるため、同
一の図中符号を付して、重複する説明を省略する。
【0137】〔加圧支持機構31−2〕図9および図1
0に示すように、本実施形態の加圧支持機構31−2
は、溝型の縦断面形状を呈する加圧支持部材32−2
と、加圧支持部材32−2の上面のほぼ中央部に装着さ
れた第1加圧力発生部材であるコイルバネ33とを有す
る。
【0138】加圧支持部材32−2の長手方向両端部側
は、振動子11側へ向けて突起状に形成されており、第
2拘束部材である突起部36a、36bが構成される。
この突起部36a、36bにより、振動子11を相対運
動部材22へ向けて加圧する。
【0139】図9(A)に示すように、この突起部36
a、36bは、相対運動方向に関して、振動子11の駆
動力取出部12a、12bよりも振動子端部側に位置す
るように形成される。特に本実施形態では、突起部36
a、36bは、4次の曲げ振動B4の節位置n1 、n5
に一致する位置とされる。これにより、突起部36a、
36bによる振動子11の加圧に伴って、曲げ振動B4
の振動を減衰させることがない。なお、この振動減衰効
果は多少弱まるものの、突起部36a、36bを曲げ振
動B4の節位置n1 、n5 の近傍に設けてもよい。
【0140】また、突起部36a、36bの振動子11
との接触面には、例えばフェルト等の振動を吸収し易い
振動吸収材39a、39bが貼付される。これにより、
突起部36a、36bが振動子11に接触することによ
る異音の発生が防止される。なお、振動吸収材39a、
39bを設けなくても、この振動吸収材により加圧支持
部材32−2全体を形成してもよい。
【0141】なお、第3実施形態と同様に、突起部36
a、36bを含む加圧支持部材32−2の全体を、例え
ば、ポリアセタール樹脂、メタクリル樹脂、フェノール
樹脂、ポリアミド樹脂、フッ素樹脂、ABS樹脂、ポリ
イミド樹脂、ポリエチレン樹脂、PVC、ポリカーボネ
ート樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂およ
びエポキシ樹脂の1種または2種以上の組合せにより構
成してもよい。
【0142】加圧支持部材32−2の振動子11と反対
側の平面の中央部には、非貫通のコイルばね取付け穴3
8が設けられる。このコイルばね取付け穴38に、コイ
ルばね33が装着される。コイルばね33により振動子
11を相対運動部材22へ向けて加圧する加圧力が発生
する。発生した加圧力は、加圧支持部材32−2を介し
て振動子11へ伝達される。
【0143】さらに、加圧支持部材32−2の長手方向
中央の両端部には、ケーシング41に固定された拘束ピ
ン34a、34bが貫通する貫通孔37a、37bが設
けられる。貫通孔37a、37bを貫通した拘束ピン3
4a、34bは、振動子12の長手方向中央の両端部に
切欠き状に形成された半円状の凹部11a、11bに、
隙間を有した状態で嵌まり合う。これにより、振動子1
1は、加圧方向へは移動自在とされ、相対運動方向に関
しては隙間を有して拘束される。本実施形態では、加圧
支持機構31−2は以上のように構成される。
【0144】次に、本実施形態の超音波モータ10−3
について、駆動時の状況を説明する。振動子11を起動
して相対運動部材22との間で相対運動を発生すると、
駆動力取出部12a、12bに発生する曲げ振動B4に
より、振動子11から相対運動部材22へ押圧力が発生
する。発生した押圧力の反力により、振動子11には、
図9(A)において、拘束ピン34a、34bを中心と
して、振動子11の長手方向両端部を互いに反対方向へ
昇降させる偶力が発生する。
【0145】ここで、本実施形態では、駆動力取出部1
2a、12bよりも振動子長手方向の端部を加圧支持部
材32−2の突起部36a、36bにより押圧するた
め、この偶力を、第1実施形態〜第4実施形態よりもよ
り効果的に抑制することができる。そのため、振動子1
1の長手方向両端部を互いに反対方向へ昇降させるピッ
チング振動を確実に抑制または解消することができる。
【0146】したがって、本実施形態によれば、ピッチ
ング振動による騒音発生を低減することができる。ま
た、曲げ振動の役目であるクラッチ機能を効果的に働か
すことができ、これにより、振動子11の駆動力を相対
運動部材22へ効率よく伝達することができる。したが
って、本実施形態によれば、超音波モータ10−3の駆
動力や駆動効率を向上することができる。
【0147】また、本実施形態によれば、突起部36
a、36bにより、振動子11の相対運動部材22への
加圧も行うため、加圧のための専用部材を設ける必要が
ない。これにより、加圧部材の複雑化や大型化も防止さ
れる。
【0148】なお、本実施形態を、図22および図23
に示す従来例と比較すると、縦振動L1に関しては、本
実施形態のほうが振動減衰が大きい。しかし、本実施形
態によれば、ピッチング振動の抑制または解消と、駆動
効率の低下の抑制と、加圧に伴う縦振動および曲げ振動
それぞれの振動減衰の抑制とを、高度なレベルでバラン
スさせることができる。そのため、超音波モータ10−
3の性能を全体として向上させることができる。
【0149】(第6実施形態)図11は、第6実施形態
の超音波モータ10−4を、一部省略して、発生する振
動波形例とともに示す説明図である。なお、省略した部
分は、図9(A)と同一である。
【0150】本実施形態が、第5実施形態と相違するの
は、コイルばね33−1、33−2を用い、それぞれに
より、加圧支持部材32−3を加圧する点である。加圧
支持部材32−3には、振動子長手方向に関して振動子
11の駆動力取出部12a、12bよりも振動子端部側
であって、曲げ振動B4の節位置n1 、n5 に一致する
位置を加圧する突起部36a、36bと同じ位置に、コ
イルばね取付け穴38−1、38−2が設けられる。こ
のコイルばね取付け穴38−1、38−2に、コイルば
ね33−1、33−2が装着される。また、コイルばね
33−1、33−2が上ケーシング41aに当接する位
置に、ネジ機構45−1、45−2が設けられる。
【0151】本実施形態により、第5実施形態と同様の
効果を生じることができる。さらに、コイルばね33−
1、33−2を二つ用いるために駆動に伴って発生しよ
うとするピッチング振動をより確実に抑制することがで
きる。また、コイルばね33−1、33−2が発生する
加圧力を独立して調整することにより、駆動方向の反転
に伴う駆動力の左右差をも調整することができる。
【0152】(第7実施形態)図12は、第7実施形態
の超音波モータ10−5を、一部省略して、発生する振
動波形例とともに示す説明図である。
【0153】本実施形態は、第6実施形態の変形であ
り、駆動力取出部12a、12bの形成位置が異なる場
合である。本実施形態では、駆動力取出部12a、12
bを、曲げ振動B4の内側の腹位置l2 、l3 にそれぞ
れ配置させるとともに、突起部36a、36bによる加
圧位置を、駆動力取出部12a、12bよりも振動子端
部側であって曲げ振動B4の節位置n2 、n4 に一致す
る位置とした。
【0154】本実施形態によれば、駆動力取出部12
a、12bが振動子長手方向の中央部側になっているた
め、縦振動L1の振幅成分が若干小さくなる。しかし、
駆動力取出部12a、12bの間の距離が小さくなった
ために、駆動力取出部12a、12bの平面度を向上す
ることができる。
【0155】このため、駆動効率の向上や、駆動力取出
部12a、12bの平面度不良に起因した異音の発生防
止を図ることができる。さらに、駆動力取出部12a、
12bが近づいたために、平面度を確保するための作業
(平面度出し)を簡素化することができ、これにより、
製造コストの低下を図ることもできる。
【0156】なお、図12において、突起部36a、3
6bによる加圧位置は、曲げ振動B4の節位置n1 、n
5 に一致する位置としてもよく、これにより、ピッチン
グ振動の抑制効果をさらに増加することもできる。
【0157】(第8実施形態)図13は、本実施形態の
超音波モータ10−6を、分解状態で一部透視して示す
斜視図である。また、図14は、この超音波モータ10
−6の正面図である。また、図15は、この超音波モー
タ10−6の一部を透視して示す正面図である。さら
に、図16は、図14の超音波モータ10−6の中心に
おける縦断面図である。なお、説明の便宜上、図13に
おいては圧電体13および銀電極15を、また、図14
〜図16においては銀電極15を、それぞれ省略してあ
る。
【0158】図13〜図16の各図に示すように、本実
施形態の超音波モータ10−6は、振動子11と、相対
運動部材22と、振動子11を支持する支持部材71、
および振動子11を相対運動部材22へ向けて加圧する
加圧部材72により構成される固定部材70と、固定部
材70を支持するベース部材73とを有する。
【0159】本実施形態が、前述した各実施形態と相違
するのは、支持部材71、加圧部材72およびベース部
材73である。以下、これらの相違部分について詳細に
説明する。
【0160】〔支持部材71〕図17は、この支持部材
71の上面図である。図13〜図17に示すように、支
持部材71は、弾性板74と支持板75とを有する。
【0161】弾性板74は、例えば金属材料等の弾性材
料からなり、図17に示すようなほぼ矩形の平面形状を
有する薄板である。この弾性板74には、4つの支持板
取付孔76a〜76dと、2つの拘束ピン取付孔77
a、77bと、加圧部材移動制限孔78と、2つのベー
ス部材への取付孔79a、79bが、それぞれ設けられ
ている。また、弾性板74の両側面のほぼ中央部には、
U字型の切欠部81a、81bが設けられている。
【0162】一方、支持板75は、例えば金属材料から
なり、適度な剛性を有する板材である。支持板75に
は、弾性板74に設けられた支持板取付孔76a〜76
dと一致する位置に4つのねじ孔が設けられる。また、
支持板75には、弾性板74に設けられた加圧部材移動
制限孔78と一致する位置に、同一径の貫通孔が設けら
れる。さらに、支持板75には、弾性板74に設けられ
た拘束ピン取付孔77a、77bと一致する位置に、同
一径の貫通孔が設けられる。
【0163】支持板75は、弾性板74の振動子11側
の平面に、上述した各孔が一致するように重ね合わさ
れ、ねじ82a〜82dを支持板取付孔76a〜76d
に挿入して前述したねじ孔にねじ止めすることにより、
弾性板74に固定される。
【0164】また、図示するように、第1拘束部材であ
る拘束ピン34a、34bが、弾性板74および支持板
75に設けられた貫通孔を貫通して、例えば溶接や接着
等の適宜手段により、垂直に固定される。拘束ピン34
a、34bは、振動子11側に向けて延設される。拘束
ピン34a、34bは、振動子11に設けられた切欠部
11a、11bのピッチにほぼ一致するピッチで、支持
部材71に取付けられる。
【0165】このように構成された支持部材71は、後
述するベース部材73に設けられたL字型ブロック87
の底面に、取付孔79a、79bを貫通して取り付けら
れるねじ83a、83bにより、固定される。これによ
り、弾性板74は板ばねとして作用する。
【0166】したがって、支持部材71に固定された拘
束ピン34a、34bは、弾性板74が、振動子11を
相対運動部材22に向けて加圧する加圧力が作用する方
向(図14〜図16における上下方向)に撓むことによ
り、ほぼ直線状に微少に変位することができる。
【0167】〔加圧部材72〕図18は、加圧部材72
の4面図であって、図18(A)は左側面図、図18
(B)は正面図、図18(C)は右側面図、図18
(D)は下面図である。同図に示すように、加圧部材7
2は、適宜材料からなる直方体状の箱体である。
【0168】なお、前述した第3実施形態と同様に、本
実施形態においても、拘束ピン34a、34bや加圧部
材72等の振動子11に接触する部材は、少なくとも振
動子11との接触部を、メタクリル樹脂、フェノール樹
脂、ポリアミド樹脂、フッ素樹脂、ポリアセタール樹
脂、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合樹
脂、ポリイミド樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリ塩化ビニ
ル、ポリカーボネート樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリ
スチレン樹脂およびエポキシ樹脂の少なくとも一つの材
料により形成することが、振動子11の振動減衰をでき
るだけ抑制するために望ましい。
【0169】加圧部材72の四隅部には、第2拘束部材
である突起部84a〜84dが半円柱状に設けられてい
る。突起部84a、84cは、振動子11に発生する4
次の曲げ振動B4の節位置n2 を跨ぐ位置に当接するよ
うに配置される。また、突起部84b、84dは、曲げ
振動B4の節位置n4 を跨ぐ位置に当接するように配置
される。このようにして、振動子11は、突起部84a
〜84dにより曲げ振動B4の振動方向について確実に
拘束される。なお、突起部84a〜84dの当接位置
は、節位置n2 、n4 に正確に一致する位置とする必要
はなく、節位置n2 、n4 の近傍であってもよい。
【0170】突起部84a〜84dの外側には、爪部8
5a〜85dが振動子11側へ突出して設けられる。こ
の爪部85a〜85dの内面は、振動子11の側面に当
接する。これにより、この爪部85a〜85dは、振動
子11をその幅方向に拘束する。
【0171】このように、本実施形態では、加圧部材7
2に設けられた突起部84a〜84dにより、曲げ振動
B4の振動方向について振動子11を拘束するととも
に、加圧部材72に設けられた爪部85a〜85dによ
り、曲げ振動B4の振動方向と、縦振動L1の振動方向
および曲げ振動B4の振動方向がともに直交する方向と
の2方向について、振動子11を拘束する。
【0172】加圧部材72のほぼ中央部には、支持部材
71へ向けて、円柱型の突出部86が設けられる。突出
部86は、弾性板71に設けられた加圧部材移動制限孔
78の内径よりも小さな外径を有し、加圧部材移動制限
孔78に隙間を有して挿入される。本実施形態では、加
圧部材72に設けられた突出部86と、支持部材71に
設けられた加圧部材移動制限孔78とにより移動制限機
構が形成される。この移動制限機構により、縦振動L1
の振動方向への加圧部材72の移動が制限される。
【0173】図14および図15に示すように、本実施
形態では、拘束ピン34a、34bを切欠部11a、1
1bに、例えば溶接や接着等の適宜手段により接合す
る。こうして、支持部材71を振動子11に接合した状
態で、加圧部材72を振動子11の所定の位置に当接さ
せる。すると、図16に示すように、突出部86は、加
圧部材移動制限孔79に隙間を有した状態で貫通する。
これにより、縦振動の振動方向への加圧部材72の移動
が、支持部材71により制限される。
【0174】この際、突起部84bおよび爪部85bは
U字型の切欠部81aを貫通し、また、突起部84dお
よび爪部85dはU字型の切欠部81bを貫通してい
る。突出部86と加圧部材移動制限孔78との間には隙
間が存在するため、加圧部材72は、縦振動の振動方向
へ微少に変位する。
【0175】しかし、この変位によっても、突起部84
bおよび爪部85bはいずれも切欠部81aには接触せ
ず、また突起部84dおよび爪部85dはいずれもU字
型の切欠部81bには接触しないように設定されてい
る。このように、支持部材71と加圧部材72とは、図
14〜図16に示すように、互いに干渉することなく、
いずれも、振動子11を相対運動部材22に向けて加圧
する加圧力が作用する方向に対して変位可能に、配置さ
れる。
【0176】このようにして、本実施形態では、振動子
11は、拘束ピン34a、34bを介して支持部材71
によりがたなく支持され、また加圧部材72により相対
運動部材22へ向けて付勢される。
【0177】〔ベース部材73〕ベース部材73は、直
方体型の収容体である。ベース部材73の外面にはL字
型ブロック87が、ボルト88により固定される。前述
したように、このL字型ブロック86の底面に支持部材
71が固定される。
【0178】また、ベース部材73の内部には、先端に
大径部を有するほぼ円柱状の加圧用端子89が、先端の
大径部を外部に露出させて、収容される。加圧用端子8
9の小径部の周囲には、第1加圧力発生部材であるコイ
ルばね90が装着される。コイルばね90の後端には、
円板状のばね長さ調整部材91を介して、ベース部材7
3にねじ止めされた加圧力調整ねじ92が当接される。
【0179】本実施形態の超音波アクチュエータ10−
6は、図13に示すように、相対運動部材22、振動子
11、支持部材71、加圧部材72およびベース部材7
3を配置しておき、これらを図14〜図16に示すよう
にして、組立てられる。この際、加圧用端子89の先端
は、加圧部材72の上面のほぼ中央部に当接する。ここ
で、加圧力調整ねじ92のねじ込み位置を調整すること
により、コイルばね90が発生するばね力が調整され、
加圧用端子89を介して加圧部材72に伝達される加圧
力が調整される。
【0180】これにより、本実施形態の固定部材70に
よれば、支持部材71と加圧部材72とが互いに干渉す
ることなく、支持部材71による振動子11の支持と、
加圧部材72による振動子11の加圧とをともに行うこ
とができる。
【0181】また、本実施形態の固定部材70では、支
持部材71により振動子11の加圧を行う必要がないた
め、支持部材71と振動子11とを接合することができ
る。これにより、支持部材71により振動子11をがた
無く支持することができる。このように、本実施形態の
固定部材70によれば、振動子11を、がた無く支持す
るとともに相対運動部材22へ所望の加圧力で加圧する
ことができる。
【0182】(第9実施形態)本実施形態は、第8実施
形態における支持部材71および加圧部材72それぞれ
の形状を変更したものである。
【0183】図19は、本実施形態の支持部材71−1
の上面図である。また、図20は、本実施形態の加圧部
材72−1の4面図であって、図20(A)は左側面
図、図20(B)は正面図、図20(C)は右側面図、
図20(D)は下面図である。なお、図19および図2
0の説明では、図17および図18に示す第8実施形態
と同一の部分には同一の図中符号を付し、重複する説明
は省略する。
【0184】本実施形態における支持部材71−1を構
成する弾性板74−1は、第8実施形態におけるU字型
の切欠部81a、81bに替えて、貫通孔81a’、8
1b’を有する。貫通孔81a’、81b’は、図19
に示すように、弾性板74−1の縁部よりも少し内側の
位置に形成される。
【0185】また、本実施形態における支持部材72−
1では、突起部84a〜84dの形成位置が、第8実施
形態よりも少し内側の位置に形成される。突起部84a
および84cのピッチ、および突起部84bおよび84
dのピッチは、ともに、貫通孔81a’および81b’
のピッチと同じである。本実施形態では、突起部84b
が貫通孔81a’を隙間を有して貫通し、突起部84d
が貫通孔81b’を隙間を有して貫通する。
【0186】さらに、本実施形態における支持部材72
−1では、爪部85b、85dが形成されておらず、振
動子11の幅方向への拘束は、爪部85a、85cによ
り行われる。この本実施形態によれば、第8実施形態よ
りも簡単な構成で、第8実施形態とほぼ同様の効果を得
ることができる。
【0187】(第10実施形態)図21は、本実施形態
の超音波モータ10−7の一部を透視して示す正面図で
ある。本実施形態の超音波モータ10−7は、図13〜
図16に示す第8実施形態の超音波モータ10−6にお
いて、加圧部材72に設けられた突起部84a〜84d
が振動子11の上面に当接する位置を、変更したもので
ある。
【0188】図21に示すように、本実施形態では、突
起部84a〜84dは、図9および図10に示す第5実
施形態の超音波モータ10−3や、図11に示す第6実
施形態の超音波モータ10−4と同様に、相対運動の方
向に関して駆動力取出部12a、12bよりも振動子端
部側で、振動子11の上面に当接する。
【0189】突起部85a、85cが振動子11に当接
する位置は、曲げ振動B4の外側の節位置n1 であり、
突起部85b、85dが振動子11に当接する位置は、
曲げ振動B4のもう一つの外側の節位置n5 である。な
お、駆動力取出部12a、12bは、第8実施形態の超
音波モータ10−6と同様に、曲げ振動B4の外側の腹
位置l1 、l4 に設けてある。
【0190】このため、振動子11の長手方向両端部を
互いに反対方向へ昇降させるピッチング振動を確実に抑
制または解消することができる。また、本実施形態によ
れば、ピッチング振動による騒音発生を低減することが
できる。また、曲げ振動B4の役目であるクラッチ機能
を効果的に働かすことができ、これにより、振動子11
の駆動力を相対運動部材22へ効率よく伝達することが
できる。したがって、本実施形態の超音波モータ10−
7は、第8実施形態の超音波モータ10−6よりも、駆
動力や駆動効率が向上する。
【0191】[変形形態]各実施形態の説明では、振動ア
クチュエータとして超音波モータを例にとった。しか
し、本発明にかかる振動アクチュエータはこのような態
様に限定されるものではなく、超音波以外の他の振動域
を利用した振動アクチュエータについても等しく適用さ
れる。
【0192】また、各実施形態の説明では、第1振動:
1次の縦振動と、第2振動:4次の曲げ振動とを発生さ
せる異形モード縮退型の振動子を例にとった。しかし、
本発明にかかる振動アクチュエータはこのような形態に
は限定されず、他の振動を発生させる振動アクチュエー
タについても等しく適用される。例えば、第1振動:1
次の縦振動と、第2振動:2次、6次または8次の曲げ
振動とを発生させる異形モード縮退型の振動子を備える
振動アクチュエータについても、本発明は等しく適用さ
れる。
【0193】また、本発明は、縦振動および曲げ振動以
外の組合せを用いる振動子を有する振動アクチュエータ
であっても、相対運動方向へ振動する第1振動と、相対
運動方向と交叉する方向へ振動が生じる第2振動とを発
生し、相対運動方向に複数形成された駆動力取出部から
駆動力を取り出す振動子を有する振動アクチュエータで
あれば、等しく適用される。例えば、弾性体に長手方向
への振動を発生させる電気機械変換素子と、弾性体端部
側に積層状態で装着されて弾性体厚さ方向への変位を生
じる電気機械変換素子とをともに有する振動子を備える
振動アクチュエータが例示される。
【0194】特に、本発明は、相対運動方向へ振動する
第1振動と、相対運動方向と交叉する方向へ振動する第
2振動とを発生し、相対運動方向へ配置された複数の駆
動力取出部に楕円運動を生じる振動子を有する振動アク
チュエータに適用することにより、振動アクチュエータ
の駆動時におけるピッチング振動の抑制または解消と、
駆動効率の低下の抑制と、加圧に伴う第1振動および第
2振動それぞれの振動減衰の抑制とを、高度なレベルで
バランスさせることができ、望ましい。
【0195】また、本発明は、第1振動の振動方向につ
いて振動子を拘束する第1拘束部材と、第1振動の振動
方向に関する少なくとも2箇所で、第2振動の振動方向
について振動子を拘束する第2拘束部材とを有する振動
アクチュエータであれば、第1拘束部材および第2拘束
部材それぞれの設置形態には影響されず、等しく適用さ
れる。例えば、第1拘束部材を、加圧支持体に設けるの
ではなく、ケーシングの天井面に直接的に、または、ば
ねを介して間接的に、取り付けることを例示できる。
【0196】また、各実施形態では、第2拘束部材は、
第2振動の振動方向に関する2箇所に設けた。しかし、
本発明にかかる振動アクチュエータはこのような態様に
限定されるものではなく、3箇所以上であってもよい。
例えば、図1(A)において、節位置n2 、n3 および
4 の3箇所に、第2拘束部材を設ける態様が例示され
る。
【0197】また、各実施形態の説明では、第1拘束部
材が、振動子の長手方向の両側面の中央部に設けられた
切欠き部に、隙間をもって嵌め込まれる場合を例にとっ
た。しかし、本発明にかかる振動アクチュエータはこの
ような態様に限定されるものではなく、この位置以外の
位置で、第1拘束部材が振動子に係合する場合にも等し
く適用される。
【0198】また、各実施形態の説明では、第1拘束部
材が、振動子に設けられた半円状の切欠き部に嵌まり合
う場合を例にとった。しかし、本発明にかかる振動アク
チュエータはこのような形態には限定されず、振動子に
設けられて第1拘束部材に隙間を有して嵌まり合う構成
であれば、等しく適用される。
【0199】また、第1実施形態〜第7実施形態では、
第1拘束部材である拘束ピンと、第2拘束部材である突
起部とを、加圧支持体(加圧支持部材)によりまとめて
支持するように構成した。しかし、本発明にかかる振動
アクチュエータはかかる態様に限定されるものではな
い。第8実施形態〜第10実施形態に例示するように、
加圧支持体を用いずに拘束ピンと突起部とを支持するよ
うにしてもよい。
【0200】また、各実施形態により、第1拘束部材と
加圧支持体との係合状況として、第1拘束部材が、加
圧支持体に隙間を有して嵌まり合うこと、加圧支持体
に隙間を有さずに嵌まり合うこと、加圧支持体の振動
子側の平面に固定されることの3態様を示した。しか
し、本発明にかかる振動アクチュエータはかかる態様に
限定されるものではなく、他の形態で第1拘束部材が加
圧支持体に係合する場合にも、等しく適用される。
【0201】また、第5実施形態〜第7実施形態では、
突起部が振動子幅方向の全長で振動子を加圧する場合を
例にとったが、本発明にかかる振動アクチュエータはこ
のような形態には限定されず、振動子の幅方向の一部で
加圧する場合であっても等しく適用される。
【0202】また、第8実施形態では、第1加圧力発生
部材であるコイルばね90を用いて振動子11を加圧す
ることとした。しかし、このような形態には限定され
ず、図6〜図8に示す第4実施形態のように、コイルば
ね90とともに第2加圧力発生部材を備えてもよい。
【0203】また、第8実施形態では、第1拘束部材で
ある拘束ピン34a、34bと、第2拘束部材である突
起部84a〜84dとを用いて、振動子11を拘束する
こととした。しかし、このような形態には限定されず、
図6〜図8に示す第4実施形態のように、拘束ピン34
a、34bおよび突起部84a〜84dとともに第3拘
束部材を備えてもよい。
【0204】また、第8実施形態では、加圧部材72に
突出部86を設けるとともに支持部材71に加圧部材移
動制限孔78を設けることにより、縦振動の振動方向へ
の加圧部材72の移動を制限する移動制限機構を形成し
た。しかし、このような形態には限定されず、支持部材
71および加圧部材72の一方に適当な移動制限機構を
設けることとしてもよい。
【0205】さらに、各実施形態では、電気機械変換素
子として圧電体を用いたが、本発明にかかる振動アクチ
ュエータはこのような態様には限定されず、電気エネル
ギと機械エネルギとの相互変換を行うことができる素子
であれば、等しく適用される。例えば、圧電体以外に電
歪素子を例示することができる。
【0206】
【発明の効果】請求項1の発明により、ピッチング振動
の発生を著しく抑制するか、または解消することができ
る。請求項2の発明により、振動子に発生する駆動力と
なる振動を、できるだけ減衰させることなく、請求項1
の発明の効果を奏することができる。
【0207】請求項3の発明により、第1拘束部材と振
動子との間のがたを無くして、請求項1または請求項2
の発明の効果を奏することができる。請求項4の発明に
より、第1拘束部材および第2拘束部材を、互いに影響
されることなく、いずれも、振動子〜相対運動部材間の
加圧力の作用方向に対して変位可能に配置して、請求項
1〜請求項3の発明の効果を奏することができる。
【0208】請求項5の発明により、加圧部材が第1振
動の振動方向へ移動することを制限しながら、請求項4
の発明の効果を奏することができる。請求項6の発明に
より、第2拘束部材により、第2振動の振動方向と、第
1振動の振動方向および第2振動の振動方向にともに交
差する方向との2方向について、振動子を拘束しなが
ら、請求項4または請求項5の発明の効果を奏すること
ができる。
【0209】請求項7の発明により、振動子を加圧方向
に変位自在に支持しながら、請求項1または請求項2の
発明の効果を奏することができる。請求項8の発明によ
り、加圧支持機構の簡素化および小型化を図りながら、
請求項1、請求項2または請求項7の発明の効果を奏す
ることができる。
【0210】請求項9の発明により、振動子を相対運動
部材に向けて付勢しながら、請求項1〜請求項8の発明
の効果を奏することができる。請求項10の発明によ
り、振動子に発生する振動をできるだけ減衰させずに、
請求項1〜請求項9の発明の効果を奏することができ
る。
【0211】請求項11の発明により、第1加圧力発生
部材および第2加圧力発生部材の加圧力の微調整を容易
かつ正確に行いながら、請求項9または請求項10の発
明の効果を奏することができる。
【0212】請求項12の発明により、ピッチング振動
の発生をさらに著しく抑制しながら、請求項1〜請求項
11の発明の効果を奏することができる。請求項13の
発明により、ピッチング振動の発生をさらに著しく抑制
しながら、請求項2〜請求項12の発明の効果を奏する
ことができる。
【0213】請求項14の発明により、最大の駆動効率
で、請求項13の発明の効果を奏することができる。さ
らに、請求項15の発明により、振動子に発生する振動
の減衰をできるだけ抑制しながら、請求項13または請
求項14の発明の効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施形態の超音波モータの説明図であっ
て、図1(A)は超音波モータを、発生する振動波形例
とともに示す説明図であり、図1(B)は超音波モータ
を構成する振動子を示す上面図である。
【図2】第1実施形態の超音波モータの主要部を抽出し
て示す斜視図である。
【図3】第1実施形態の超音波モータにおける振動子の
駆動回路を示すブロック図である。
【図4】第1実施形態の超音波モータにおける振動子に
おいて、1次の縦振動と4次の曲げ振動とが合成され
て、駆動力取出部に楕円運動が発生する状況を経時的に
示す説明図である。
【図5】第2実施形態の超音波モータを、一部省略し
て、発生する振動波形例とともに示す説明図である。
【図6】第4実施形態の超音波モータの正面図である。
【図7】図6のA−A断面における加圧支持機構の断面
図である。
【図8】第4実施形態の加圧支持部材の説明図であっ
て、図8(A)は正面図、図8(B)は下面図である。
【図9】第5実施形態の超音波モータの説明図であっ
て、図9(A)は超音波モータを、発生する振動波形例
とともに示す説明図であり、図9(B)は超音波モータ
を構成する振動子を示す上面図である。
【図10】第5実施形態の超音波モータの主要部を抽出
して示す斜視図である。
【図11】第6実施形態の超音波モータを、一部省略し
て、発生する振動波形例とともに示す説明図である。
【図12】第7実施形態の超音波モータを、一部省略し
て、発生する振動波形例とともに示す説明図である。
【図13】第8実施形態の超音波モータを、分解状態で
一部透視して示す斜視図である。
【図14】第8実施形態の超音波モータの正面図であ
る。
【図15】第8実施形態の超音波モータの一部を透視し
て示す正面図である。
【図16】第8実施形態の超音波モータの中心における
縦断面図である。
【図17】第8実施形態における支持部材の上面図であ
る。
【図18】第8実施形態における加圧部材の4面図であ
って、図18(A)は左側面図、図18(B)は正面
図、図18(C)は右側面図、図18(D)は下面図で
ある。
【図19】第9実施形態の支持部材の上面図である。
【図20】第9実施形態の加圧部材の4面図であって、
図20(A)は左側面図、図20(B)は正面図、図2
0(C)は右側面図、図20(D)は下面図である。
【図21】第10実施形態の超音波モータの一部を透視
して示す正面図である。
【図22】公知の異形モード縮退型の振動子を用いた振
動アクチュエータを示す斜視図である。
【図23】図22に示す振動子に発生した二つの振動の
波形例を示す説明図である。
【符号の説明】
10、10−1〜10−5 超音波モータ(振動アクチ
ュエータ) 11 振動子 22 相対運動部材(移動子) 31、31−1〜31−4 加圧支持機構 32、32−1〜32−4 加圧支持部材 33、33−1a、33−1、33−2 第1加圧力発
生部材 34a、34b 拘束ピン(第1拘束部材) 35、35−1 加圧支持体 36a、36b 突起部(第2拘束部材) 41 ケーシング(ベース部材) 60 固定部材(第3拘束部材) L1 縦振動(第1振動) B4 曲げ振動(第2振動) n2 、n3 、n4 節位置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡崎 光宏 東京都千代田区丸の内3丁目2番3号 株 式会社ニコン内 (72)発明者 大根 一泰 東京都千代田区丸の内3丁目2番3号 株 式会社ニコン内

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電気機械変換素子と、該電気機械変換素
    子の励振により得られる駆動力を取り出すための駆動力
    取出部とを有し、前記駆動力により前記駆動力取出部に
    接触した相対運動部材との間に相対運動を発生させる振
    動子と、 ベース部材と、 前記振動子を前記ベース部材に固定するための固定部材
    とを備え、 前記振動子は、前記電気機械変換素子の励振により、前
    記相対運動の方向に振動する第1振動と、該第1振動の
    振動方向と交差する方向に振動する第2振動とを発生
    し、 前記固定部材は、前記第1振動の振動方向に関して前記
    振動子を拘束する第1拘束部材と、前記第1振動の振動
    方向に沿った少なくとも2箇所に配置され、前記第2振
    動の振動方向に関して前記振動子を拘束する第2拘束部
    材とを有することを特徴とする振動アクチュエータ。
  2. 【請求項2】 前記第1拘束部材は、前記第1振動の節
    となる位置またはその近傍で前記振動子に係合し、 前記第2拘束部材は、前記第2振動の節となる位置また
    はその近傍で前記振動子に係合することを特徴とする請
    求項1に記載された振動アクチュエータ。
  3. 【請求項3】 前記第1拘束部材は、前記振動子に固定
    されることを特徴とする請求項1または請求項2に記載
    された振動アクチュエータ。
  4. 【請求項4】 前記固定部材は、前記振動子を前記相対
    運動部材に向けて加圧する加圧部材と、前記振動子を前
    記相対運動部材に向けて加圧する加圧力が作用する方向
    に対して変位可能に支持された支持部材とを有し、 前記加圧部材と前記支持部材とは、互いに干渉すること
    なくいずれも前記加圧力が作用する方向に対して変位可
    能であり、 前記第1拘束部材は前記支持部材に設置され、かつ前記
    第2拘束部材は前記加圧部材に設置されることを特徴と
    する請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載さ
    れた振動アクチュエータ。
  5. 【請求項5】 前記加圧部材および前記支持部材の少な
    くとも一方は、前記第1振動の振動方向への前記加圧部
    材の移動を制限する移動制限機構を有することを特徴と
    する請求項4に記載された振動アクチュエータ。
  6. 【請求項6】 前記第2拘束部材の前記振動子との当接
    部は、前記第2振動の振動方向と、前記第1振動の振動
    方向および前記第2振動の振動方向にともに交差する方
    向との2方向について、前記振動子を拘束する形状であ
    ることを特徴とする請求項4または請求項5に記載され
    た振動アクチュエータ。
  7. 【請求項7】 前記第1拘束部材は、前記第2振動の振
    動方向に関して、前記振動子との間で相対運動可能であ
    り、 前記第2拘束部材は、前記第1振動の振動方向に関し
    て、前記振動子との間で相対運動可能であることを特徴
    とする請求項1または請求項2に記載された振動アクチ
    ュエータ。
  8. 【請求項8】 前記固定部材は、前記振動子を前記相対
    運動部材に向けて加圧する加圧力が作用する方向に対し
    て変位可能に支持された加圧支持部材を有し、 前記第1拘束部材および前記第2拘束部材は、ともに、
    前記加圧支持部材に設置されることを特徴とする請求項
    1、請求項2および請求項7のいずれか1項に記載され
    た振動アクチュエータ。
  9. 【請求項9】 前記固定部材は、前記第2拘束部材を前
    記振動子に押し付けて、該振動子と前記相対運動部材と
    を所定の加圧力で接触させる第1加圧力発生部材を有す
    ることを特徴とする請求項1から請求項8までのいずれ
    か1項に記載された振動アクチュエータ。
  10. 【請求項10】 前記第2拘束部材は、少なくとも前記
    振動子との接触部が、メタクリル樹脂、フェノール樹
    脂、ポリアミド樹脂、フッ素樹脂、ポリアセタール樹
    脂、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合樹
    脂、ポリイミド樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリ塩化ビニ
    ル、ポリカーボネート樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリ
    スチレン樹脂およびエポキシ樹脂の少なくとも一つの材
    料により形成されることを特徴とする請求項1から請求
    項9までのいずれか1項に記載された振動アクチュエー
    タ。
  11. 【請求項11】 さらに、前記振動子に関して前記第1
    加圧力発生部材が配置された側とは反対側に配置され、
    前記振動子を前記第2拘束部材に押し付ける第2加圧力
    発生部材を備えることを特徴とする請求項9または請求
    項10に記載された振動アクチュエータ。
  12. 【請求項12】 さらに、前記振動子に関して前記第2
    拘束部材が配置された側とは反対側に配置され、前記第
    2振動の振動方向に関して前記振動子を拘束する第3拘
    束部材を備えることを特徴とする請求項1から請求項1
    1までのいずれか1項に記載された振動アクチュエー
    タ。
  13. 【請求項13】 前記駆動力取出部は、前記相対運動の
    方向に沿って前記振動子に複数設けられ、 前記第2拘束部材が前記振動子に係合する係合位置は、
    前記相対運動の方向に関して、前記駆動力取出部よりも
    振動子端部側であることを特徴とする請求項2から請求
    項12までのいずれか1項に記載された振動アクチュエ
    ータ。
  14. 【請求項14】 前記駆動力取出部は、前記相対運動の
    方向に関して、前記第2振動の腹位置またはその近傍に
    設けられることを特徴とする請求項13に記載された振
    動アクチュエータ。
  15. 【請求項15】 前記係合位置は、前記第2振動の節位
    置またはその近傍であることを特徴とする請求項13ま
    たは請求項14に記載された振動アクチュエータ。
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