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JP2672154B2 - Vibration wave drive - Google Patents

Vibration wave drive

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Publication number
JP2672154B2
JP2672154B2 JP1202361A JP20236189A JP2672154B2 JP 2672154 B2 JP2672154 B2 JP 2672154B2 JP 1202361 A JP1202361 A JP 1202361A JP 20236189 A JP20236189 A JP 20236189A JP 2672154 B2 JP2672154 B2 JP 2672154B2
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JP
Japan
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wavelength
elastic body
driving
vibration
vibration wave
Prior art date
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JP1202361A
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貴之 月本
一郎 奥村
仁 向島
元 金沢
暁生 熱田
浩市 上田
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Publication date
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Priority to DE69030827T priority patent/DE69030827T2/en
Priority to EP90102905A priority patent/EP0383309B1/en
Publication of JPH0370480A publication Critical patent/JPH0370480A/en
Priority to US07/827,866 priority patent/US5300850A/en
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  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、振動波モータ等の振動波駆動装置に係り、
特に弾性体の構造に関するものである。
The present invention relates to a vibration wave driving device such as a vibration wave motor,
In particular, it relates to the structure of an elastic body.

[従来の技術] 近年、振動波駆動装置において、例えば環形状に形成
した弾性体に複数の位置的及び時間的位相の異なる定在
波を励起し、その結果として該弾性体に弾性進行波を形
成し、該弾性体の進行波形成面に移動体を押圧すること
で、該移動体を摩擦駆動する形式の振動波モータは、モ
ータを中空形状とすることができるという構造上の利点
から、例えばカメラの撮影レンズ鏡筒内に組み込み、フ
ォーカシングレンズを駆動するAF用アクチュエータとし
て実用化されており、また薄型の直線往復運動機構や、
高精度位置決め機構の駆動部に利用する提案も行なわれ
ている。
[Prior Art] In recent years, in a vibration wave driving device, a plurality of standing waves having different positional and temporal phases are excited in an elastic body formed in, for example, a ring shape, and as a result, an elastic traveling wave is generated in the elastic body. The vibration wave motor of the type in which the moving body is frictionally driven by pressing the moving body against the traveling wave forming surface of the elastic body is structurally advantageous in that the motor can be hollow. For example, it has been put into practical use as an AF actuator that drives a focusing lens by incorporating it in the taking lens barrel of a camera.
Proposals have also been made for use in the drive unit of high-precision positioning mechanisms.

このような振動波モータの基本的な構成は、全周長が
ある長さλの整数倍であるような環形状に形成した弾性
体の片面に2群の複数個の駆動用の圧電素子を固着し、
これらの各圧電素子は各群内ではλ/2のピッチにて且つ
交互に逆の伸縮極性となるように配列され、また両群間
にはλ/4の奇数倍のずれがあるように配置されている。
いずれか一方の駆動用の圧電素子群のみに交流電圧を印
加すれば、弾性体には該群の各圧電素子の中央点及びそ
こからλ/2おきの点が腹の位置、また該腹の位置間の中
央点が節の位置であるような曲げ振動の定在波(波長
λ)が弾性体の全周にわたって発生する。また他の一群
のみに交流電圧を印加すれば、同様に定在波が生ずる
が、その腹及び節の位置は前記定在波に対してλ/4ずれ
たものとなる。
The basic configuration of such an oscillatory wave motor is that two groups of a plurality of driving piezoelectric elements are provided on one surface of an elastic body formed in a ring shape such that the entire circumference is an integral multiple of a certain length λ. Stuck,
These piezoelectric elements are arranged in each group at a pitch of λ / 2 and alternately with opposite expansion and contraction polarities, and are arranged so that there is an odd multiple of λ / 4 between both groups. Has been done.
If an AC voltage is applied only to one of the driving piezoelectric element groups, the center point of each piezoelectric element of the group and the points every λ / 2 from that point are antinode positions, and the antinode of the antinode A standing wave (wavelength λ) of bending vibration is generated over the entire circumference of the elastic body such that the center point between the positions is the node position. Also, if an AC voltage is applied only to the other group, a standing wave is generated similarly, but the positions of the antinodes and nodes are shifted from the standing wave by λ / 4.

そして、両駆動用の圧電素子群に周波数が同じで且つ
時間的位相差がπ/2の交流電圧を同時に印加すると、両
者の定在波の合成の結果、弾性体には周方向に進行する
曲げ振動の進行波(波長λ)が発生し、このとき厚みを
有する弾性体の他面上の各点は一種の楕円運動をする。
よって、弾性体の該他面に例えば環状の移動体を加圧接
触させておけば、該移動体は弾性体から周方向の摩擦力
を受け回転駆動される。その回転方向は、両駆動用の圧
電素子群に印加する交流電圧の位相差を正負に切換える
ことにより反転できる。
Then, when an AC voltage having the same frequency and a temporal phase difference of π / 2 is simultaneously applied to both driving piezoelectric element groups, the standing waves of the both are synthesized, and the elastic body advances in the circumferential direction. A traveling wave (wavelength λ) of bending vibration is generated, and at this time, each point on the other surface of the elastic body having a thickness makes a kind of elliptic motion.
Therefore, if, for example, an annular moving body is brought into pressure contact with the other surface of the elastic body, the moving body is rotationally driven by a circumferential frictional force from the elastic body. The rotation direction can be reversed by switching the phase difference of the alternating voltage applied to the piezoelectric element groups for both driving to positive or negative.

[発明が解決しようとする課題] ところで、振動波モータにおける弾性体が均一な動剛
性を有する完全円環又は円板であれば、駆動用定在波モ
ードは縮退し、一方の駆動用圧電素子群の駆動(以下Si
nモードと称す)による固有振動数と、他方の圧電素子
群の駆動(以下Cosモードと称す)による固有振動数と
は一致する。
[Problems to be Solved by the Invention] By the way, if the elastic body in the vibration wave motor is a complete ring or a disk having uniform dynamic rigidity, the driving standing wave mode is degenerated, and one driving piezoelectric element is generated. Group drive (Si
The natural frequency due to the n mode) and the natural frequency due to the driving of the other piezoelectric element group (hereinafter referred to as the Cos mode) match.

しかし、弾性体には固定部材等へ固定するための固定
用の孔,突起等が存在することや、弾性体を長円形とし
た場合等では弾性体の直線部と円弧部との動剛性の相
違、また鳴き振動(主に駆動波により低次の面内又は面
外の弾性進行波が発生することにより生じる)を起こし
にくくするために、不用モードにおける一方の定在波と
他方の定在波との固有振動数に差をつけるために例えば
弾性体に設けた不均一動剛性部の存在等で、駆動用振動
モードのSinモードとCosモードにおける固有振動にずれ
が生じる場合があった。この結果、2つの定在波を加え
合わせて進行波を得ようとする場合、両定在波の振動振
幅を検出、両振幅が等しくなるように両駆動用の圧電素
子群に印加する電圧比を制御し、且つ両振動振幅の位相
差を検出して規定位相差となるように両印加電圧間位相
を制御するといった複雑な制御を行なわない限り、両定
在波の振動振幅は異なり、また位相差も規定値にならな
いため、形成される進行波振幅が時間と共に変化するも
のとなってしまい、押圧された移動体と均一な接触が保
てず、モータ出力が低下してしまう。
However, the elastic body has fixing holes and protrusions for fixing to the fixing member, and when the elastic body has an oval shape, the dynamic rigidity of the linear portion and the circular arc portion of the elastic body is In order to prevent the difference and squeal vibration (mainly caused by the generation of low-order in-plane or out-of-plane elastic traveling waves due to the driving wave), one standing wave and the other standing wave in the unnecessary mode There is a case where the natural vibrations in the driving vibration mode Sin mode and the Cos mode are deviated due to the presence of, for example, a non-uniform dynamic rigid portion provided in the elastic body in order to make a difference in natural frequency from the wave. As a result, when trying to obtain a traveling wave by adding two standing waves, the vibration amplitudes of both standing waves are detected, and the voltage ratio applied to both drive piezoelectric element groups so that both amplitudes are equal. The vibration amplitudes of both standing waves are different, unless complicated control is performed such that the phase difference between the two vibration amplitudes is detected and the phase between the applied voltages is controlled so that the specified phase difference is achieved. Since the phase difference also does not reach the specified value, the amplitude of the traveling wave to be formed changes with time, the uniform contact with the pressed moving body cannot be maintained, and the motor output decreases.

本発明の目的は、上記した問題を解決し、簡単な構成
で出力の向上を図ることができる振動波駆動装置を提供
するものである。
An object of the present invention is to provide a vibration wave drive device that solves the above-mentioned problems and can improve the output with a simple configuration.

[課題を解決するための手段] 本発明の目的を実現する第1の構成は、位置的位相差
を有する電気−機械エネルギー変換手段が設けられ、位
置的位相差が互いにずれる複数の定在波を励起して駆動
用進行性振動波が形成される弾性体を有し、前記弾性体
に励起される駆動用振動モードの第1の波長とは異なる
第2の波長の振動モードにおける複数の定在波の固有振
動数をずらすために、前記第2の波長に対応する位置の
動剛性を部分的に変えた振動波駆動装置において、駆動
用振動モードにおける複数の定在波の固有振動数を一致
または略一致させるために、前記第1の波長に対応する
位置の動剛性を部分的に変えたものである。
[Means for Solving the Problems] A first configuration for achieving the object of the present invention is to provide a plurality of standing waves in which electro-mechanical energy conversion means having a positional phase difference are provided and the positional phase differences deviate from each other. A plurality of constants in a vibration mode having a second wavelength different from the first wavelength of the driving vibration mode excited by the elastic body. In order to shift the natural frequency of the standing wave, in the vibration wave driving device in which the dynamic rigidity of the position corresponding to the second wavelength is partially changed, the natural frequencies of the plurality of standing waves in the driving vibration mode are changed. In order to match or substantially match, the dynamic rigidity of the position corresponding to the first wavelength is partially changed.

本発明の目的を実現する第2の構成は、位置的位相差
を有する電気−機械エネルギー変換手段が設けられ、位
置的位相差が互いにずれる複数の定在波を励起して駆動
用進行性振動波が形成される弾性体を有し、前記弾性体
に取付用の動剛性不均一となる取付手段が部分的に形成
された振動波駆動装置において、駆動用振動モードにお
ける複数の定在波の固有振動数を一致または略一致させ
るために、前記弾性体に励起される前記駆動用振動モー
ドの第1の波長に対応する位置の動剛性を部分的に変え
たものである。
A second configuration for achieving the object of the present invention is to provide an electro-mechanical energy conversion means having a positional phase difference, to excite a plurality of standing waves whose positional phase differences deviate from each other, and drive progressive vibration. A vibration wave driving device having an elastic body on which a wave is formed, and a mounting means having a non-uniform dynamic rigidity for mounting is partially formed on the elastic body. In order to match or substantially match the natural frequencies, the dynamic rigidity of the position corresponding to the first wavelength of the driving vibration mode excited in the elastic body is partially changed.

本発明の目的を実現する第3の構成は、位置的位相差
を有する電気−機械エネルギー変換手段が設けられ、位
置的位相が互いにずれる複数の定在波を励起して駆動用
進行性振動波が形成されるものであって、直線部と円弧
部を有する長円状の弾性体を用いる振動波駆動装置にお
いて、駆動用振動モードにおける複数の定在波の固有振
動数を一致または略一致させるために、前記弾性体に励
起される前記駆動用振動モードの第1の波長に対応する
位置の動剛性を部分的に変えたものである。
A third configuration for achieving the object of the present invention is provided with an electro-mechanical energy conversion means having a positional phase difference, and excites a plurality of standing waves whose positional phases are displaced from each other to drive a progressive vibration wave for driving. In a vibration wave driving device using an elliptical elastic body having a straight line portion and a circular arc portion, the natural frequencies of a plurality of standing waves in the driving vibration mode are made to match or substantially match. Therefore, the dynamic rigidity of the position corresponding to the first wavelength of the driving vibration mode excited in the elastic body is partially changed.

本発明の目的を実現する第4の構成は、上記した第3
の構成における前記第1の波長は、前記直線部では前記
円弧部に比べて長くなるものである。
The fourth configuration for realizing the object of the present invention is the third configuration described above.
In the above configuration, the first wavelength is longer in the straight line portion than in the circular arc portion.

本発明の目的を実現する第5の構成は、上記した各構
成における前記第1の波長に対応する位置とは、第1の
波長の略1/2波長の整数倍の位置としたものである。
A fifth configuration for achieving the object of the present invention is that the position corresponding to the first wavelength in each of the above-described configurations is a position that is an integral multiple of approximately 1/2 wavelength of the first wavelength. .

本発明の目的を実現する第6の構成は、上記の各構成
における前記駆動用振動モードにおける複数の定在波の
固有振動数を一致または略一致させるための前記第1の
波長に対する位置の動剛性の部分的変更は、前記第1の
波長に対応する位置に溝や突部を形成して部分的に動剛
性を変えたものである。
A sixth configuration for achieving the object of the present invention is a movement of the position with respect to the first wavelength for matching or substantially matching the natural frequencies of a plurality of standing waves in the driving vibration mode in each of the above configurations. The partial change in rigidity is to partially change the dynamic rigidity by forming a groove or a projection at a position corresponding to the first wavelength.

本発明の目的を実現する第7の構成は、上記の各構成
における前記弾性体には略等ピッチで複数の溝が形成さ
れており、前記第1の波長に対応する位置の動剛性を部
分的に変えるために、前記第1の波長に対応する位置の
溝を他の溝とは異なる動剛性となるように形成したもの
である。
According to a seventh structure for achieving the object of the present invention, a plurality of grooves are formed at substantially equal pitches in the elastic body in each of the above structures, and the dynamic rigidity at a position corresponding to the first wavelength is partially provided. The groove at the position corresponding to the first wavelength is formed so as to have a dynamic rigidity different from that of the other grooves.

[作 用] 上記した第1の構成では、鳴きの発生防止等のために
第2の波長に対応する位置の動剛性を部分的に変えたこ
とによる影響が駆動用振動モードに及ぶことがなく、効
率よく駆動することができる。
[Operation] In the above-described first configuration, the driving vibration mode is not affected by the partial change in the dynamic rigidity at the position corresponding to the second wavelength in order to prevent the occurrence of squeal. , Can be driven efficiently.

上記した第2の構成では、弾性体に弾性体を固定する
ための部材や取付孔等の取付手段を設けた結果、部分的
に動剛性が不均一となっても、その影響が駆動用振動モ
ードに及ばないようになる。
In the above-described second configuration, the member for fixing the elastic body to the elastic body and the mounting means such as the mounting hole are provided, and as a result, even if the dynamic rigidity is partially uneven, the effect thereof is the driving vibration. It will fall short of the mode.

上記した第3の構成では、弾性体が長円状であるが故
の影響が駆動用振動モードに及ぶことがなく、効率よく
駆動することができる。
In the above-described third configuration, the elastic body has an elliptical shape, so that the driving vibration mode is not affected by the elastic body and the driving can be efficiently performed.

上記した第4の構成では、直線部を駆動のために有効
に使用することができる。
In the above-mentioned fourth configuration, the straight portion can be effectively used for driving.

上記した第5の構成では、駆動用振動モードの振動の
例えば腹の位置での動剛性を変えるようにしているの
で、効果的に駆動用振動モードの固有振動数を変えるこ
とができ、駆動用振動モードにおける複数の定在波の固
有振動数を一致又は略一致させることができる。
In the fifth configuration described above, since the dynamic rigidity of the vibration in the drive vibration mode is changed, for example, at the antinode position, the natural frequency of the drive vibration mode can be effectively changed, and The natural frequencies of a plurality of standing waves in the vibration mode can be matched or substantially matched.

上記した第6の構成では、簡単な構成で効果的に動剛
性の部分的変更を可能とする。
In the sixth configuration described above, the dynamic rigidity can be effectively partially changed with a simple configuration.

上記した第7の構成では、例えば振動振幅の拡大のた
めに形成された溝を利用して簡単に動剛性の部分的変更
を可能とする。
In the above-mentioned seventh configuration, for example, the groove formed for expanding the vibration amplitude is utilized to easily allow the dynamic rigidity to be partially changed.

[実施例] 以下本発明を図面に示す実施例に基づいて詳細に説明
する。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in detail based on examples shown in the drawings.

実施例1 第1図は本発明による振動波駆動装置を適用した振動
波モータの実施例1を示す弾性体の平面図、第2図はそ
の側面図である。
Embodiment 1 FIG. 1 is a plan view of an elastic body showing Embodiment 1 of a vibration wave motor to which a vibration wave driving device according to the present invention is applied, and FIG. 2 is a side view thereof.

本実施例による振動波モータの弾性体1は、円環形状
に形成され、その一端面に複数の圧電素子からなる圧電
体2が固着されている。圧電体2は、2群の駆動用圧電
素子群を有し、両群の駆動用圧電素子群には不図示の駆
動回路により90゜のずれがある交流電圧が印加され、一
方の圧電素子群への交流電圧の印加によりSinモードの
定在波を発生させると共に、他方の圧電素子群への交流
電圧の印加によりCosモードの定在波を発生させ、進行
波を弾性体1に形成し、本実施例では7波(7λ)の進
行波を形成するものとして以下説明する。
The elastic body 1 of the vibration wave motor according to the present embodiment is formed in a ring shape, and the piezoelectric body 2 including a plurality of piezoelectric elements is fixed to one end surface thereof. The piezoelectric body 2 has two groups of driving piezoelectric elements, and a driving circuit (not shown) applies an alternating voltage of 90 ° to the driving piezoelectric element groups of both groups. A standing wave of Sin mode is generated by applying an AC voltage to the piezoelectric element group, and a standing wave of Cos mode is generated by applying an AC voltage to the other piezoelectric element group to form a traveling wave in the elastic body 1. In the present embodiment, the following description will be made on the assumption that a traveling wave of 7 waves (7λ) is formed.

弾性体1の他端面側には、駆動用の7波以外の不用モ
ードにおける進行波の発生を防ぎ、モータの鳴き発生を
防ぐために、不用モードにおける一方の定在波の固有振
動数と他方の定在波の固有振動数とに差を設けるための
鳴き振動防止用の溝aが形成されており、該溝aを例え
ば不用モードにおける一方の定在波の腹位置に形成する
ことにより部分的に弾性体の剛性を下げ、鳴き振動が発
生しにくくしている。
On the other end surface side of the elastic body 1, in order to prevent the generation of traveling waves in unnecessary modes other than the driving seven waves and to prevent the squeal of the motor, the natural frequency of one standing wave in the unnecessary mode and the other A groove a for preventing squeal vibration for forming a difference from the natural frequency of the standing wave is formed, and the groove a is partially formed, for example, at the antinode position of one standing wave in the unnecessary mode. In addition, the rigidity of the elastic body is reduced to prevent squeal vibration.

ところで、この鳴き振動発生を防ぐために弾性体1に
形成された鳴き振動防止用の溝aによる不均一な動剛性
により、駆動用振動モード(本実施例では30KHz)にお
いて、駆動モードにおける両定在波の固有振動数に差が
生じ(以下この現象を分割と称す)、本実施例では100
〜200Hzの振動数差が生じ、均一な進行波を励起するこ
とが前述したように困難であった。
By the way, due to the uneven dynamic rigidity due to the squeal vibration preventing groove a formed in the elastic body 1 in order to prevent the squeal vibration, both stationary in the drive mode in the drive vibration mode (30 KHz in this embodiment). A difference occurs in the natural frequency of the waves (hereinafter, this phenomenon is referred to as division), and in this embodiment, 100
As mentioned above, it was difficult to excite a uniform traveling wave due to the frequency difference of ~ 200Hz.

そこで本実施例では、駆動用振動モードにおける両定
在波の固有振動数を一致させるために、固有振動数の高
い方のモードの腹位置に、1波長おきに溝bを形成(本
実施例は7波駆動であるから7個)している。
Therefore, in the present embodiment, in order to match the natural frequencies of both standing waves in the driving vibration mode, grooves b are formed at every one wavelength at the antinode position of the mode with the higher natural frequency (this embodiment). Is 7-wave drive, so 7).

以下に上記分割を防止できる理由を第3図を参照しな
がら説明する。
The reason why the above division can be prevented will be described below with reference to FIG.

面外振動のモーダルマスをM、モーダルスティフネス
をKとすると、固有振動数ωは下式により求められる。
Assuming that the modal mass of the out-of-plane vibration is M and the modal stiffness is K, the natural frequency ω is obtained by the following equation.

弾性体を薄くするとモーダルスティフネスKの低下分
ΔKの方がモーダルマスMの低下分ΔMの低下量より多
いため、固有振動数ωは低下する。また弾性体を部分的
に薄くしたとき、Cosモードを高い固有振動数のモード
とし、第3図(a)に示すように、その腹位置を1波長
ごとに溝bにより部分的に薄くすると、第3図(b)に
示すようにSinモードでは該溝bの位置は節位置である
ことから、歪が大なる位置(腹位置)に溝bを有するCo
sモードのΔKの減少量が大であるため、固有振動数ω
の低下はCosモードに著しく出ることになり、溝bの深
さ,幅を変えていけばSinモード及びCosモードにおける
両者の固有振動数が一致することになる。
When the elastic body is made thinner, the decrease ΔK in modal stiffness K is larger than the decrease ΔM in modal mass M, and therefore the natural frequency ω decreases. Further, when the elastic body is partially thinned, the Cos mode is set to a mode having a high natural frequency, and as shown in FIG. 3 (a), when the antinode position is partially thinned by the groove b for each wavelength, As shown in FIG. 3 (b), since the position of the groove b is the node position in the Sin mode, Co having the groove b at the position where the strain is large (antinode position) is used.
Since the decrease amount of ΔK in the s mode is large, the natural frequency ω
Of the Cos mode is remarkable, and if the depth and width of the groove b are changed, the natural frequencies of the Sin mode and the Cos mode will match.

第4図は溝bの個数をパラメータとして溝の深さと固
有振動数差Δωとの関係を示し、cは弾性体1に設けた
7個所の溝bを均一に深くしていったときの固有振動数
差と溝深さとの関係を示す図である。
FIG. 4 shows the relationship between the groove depth and the natural frequency difference Δω using the number of grooves b as a parameter, and c is the characteristic when the seven grooves b provided in the elastic body 1 are uniformly deepened. It is a figure which shows the relationship between a frequency difference and a groove depth.

ここで、溝bの数はCosモードの腹に1波長ごとにあ
る必要はなく、1/2波長ごとに14個(途中ぬけを生じて1
0個であっても良い)、又は逆に少なく、例えば腹位置
に1個所でも良く、溝数を多くした前者の場合は、第4
図のdに示すようになり、溝深さの加工量は少なくて済
み、溝数を少なくした後者の場合は、第4図のfに示す
ようになり、溝加工公差に対する固有振動数差Δωの変
化量は小さくなり、加工精度はラフで済む。
Here, it is not necessary that the number of the grooves b be one for each wavelength in the anti-node of the Cos mode, and it is 14 for each half wavelength (1
It may be 0), or conversely, it may be small, for example, 1 at the antinode position, and in the case of the former with a large number of grooves,
As shown in d of the figure, the machining amount of the groove depth is small, and in the latter case where the number of grooves is small, as shown in f of FIG. 4, the natural frequency difference Δω with respect to the groove machining tolerance. The amount of change is small and the processing accuracy is rough.

また本実施例では、溝bの位置をCosモードの腹位置
に位置させているが、第5図に示すように、腹位置の±
1/8波長以内であれば、溝bの有する効果はCosモードに
強く表われ、同様の効果を得ることができた。なお、こ
の場合溝深さに対する固有振動数差の変化は、溝形状,
個数が実施例1と同じとき、実施例1のように腹位置に
溝bを設けたときと比べて小さくなる。
In this embodiment, the position of the groove b is located at the antinode position of the Cos mode. However, as shown in FIG.
Within 1/8 wavelength, the effect of the groove b was strongly shown in the Cos mode, and the same effect could be obtained. In this case, the change in the natural frequency difference with respect to the groove depth depends on the groove shape,
When the number is the same as that of the first embodiment, it is smaller than when the groove b is provided at the antinode position as in the first embodiment.

実施例2 第6図は本発明の実施例2を示す概略斜視図である。Embodiment 2 FIG. 6 is a schematic perspective view showing Embodiment 2 of the present invention.

上記した実施例1では、鳴き防止用の溝aにより分割
されていた駆動モードにおけるSinモード及びCosモード
の固有振動数を溝bにより略等しくしているが、駆動さ
れる弾性体の歪が小さいため、振動による内部損失を低
減するために、本実施例では、溝bに変えて弾性体1に
おける振動の中立面付近に突起lを固有振動数の高いモ
ードの定在波の腹又は節位置に複数設け、突起質量によ
り両モードにおける固有振動数を合わせている。
In the first embodiment described above, the natural frequencies of the Sin mode and the Cos mode in the drive mode divided by the squealing prevention groove a are made substantially equal by the groove b, but the strain of the driven elastic body is small. Therefore, in order to reduce the internal loss due to the vibration, in this embodiment, instead of the groove b, the protrusion 1 is provided near the neutral surface of the vibration in the elastic body 1, and the antinode or node of the standing wave of the mode having a high natural frequency is provided. A plurality of them are provided at the positions, and the natural frequencies in both modes are matched by the mass of the protrusion.

なお、突起lを弾性体1の回転拘束用部材(不図
示)、あるいは移動体(不図示)の加圧を受けるための
部材と兼用してもよい。
The protrusion 1 may also be used as a rotation restraining member (not shown) for the elastic body 1 or as a member for receiving pressure from a moving body (not shown).

実施例3 第7図は本発明の実施例3を示す概略斜視図である。Embodiment 3 FIG. 7 is a schematic perspective view showing Embodiment 3 of the present invention.

上記した実施例1、2は鳴き防止用の溝aにより駆動
モードの両定在波の固有振動が分割される例を示した
が、本実施例では弾性体1に設けた支持用のつば3に回
転拘束用の孔3aを穿設し、不図示のビスによりビス止め
したことにより生じた動剛性不均一による固有振動数の
分割を溝bにより、上記した実施例1と同様に合わせた
ものである。
Although the first and second embodiments described above show an example in which the natural vibrations of both standing waves in the drive mode are divided by the squealing prevention groove a, in the present embodiment, the supporting brim 3 provided on the elastic body 1 is shown. A hole 3a for rotation restraint is formed in the hole, and the natural frequency division due to the nonuniform dynamic rigidity caused by screwing with a screw (not shown) is adjusted by the groove b in the same manner as in the first embodiment. Is.

なお、弾性体の動剛性不均一部による固有振動数の分
割を、つば3にビスにより取付けられる不図示の弾性体
支持部材に動剛性不均一部を設けて合わせるようにして
も良い。
The division of the natural frequency due to the non-uniform dynamic rigidity of the elastic body may be adjusted by providing the non-uniform dynamic rigidity portion on an elastic member support member (not shown) attached to the collar 3 with a screw.

実施例4 第8図は本発明の実施例4を示す概略斜視図である。Embodiment 4 FIG. 8 is a schematic perspective view showing Embodiment 4 of the present invention.

本実施例は、弾性体10を長円形に形成したもので、弾
性体10の直線部と円弧部との動剛性の相違により生じる
分割を、溝bにより合わせるようにしたものである。
In the present embodiment, the elastic body 10 is formed in an oval shape, and the division caused by the difference in dynamic rigidity between the straight portion and the arc portion of the elastic body 10 is matched by the groove b.

本実施例において溝bは、弾性体1の直線部に対し直
角となっていないのは、第9図に示すように(図に示す
等高線は低い固有振動数モードの変位分布を示す)、振
動モードの腹が直角に分布していないことによる。
In this embodiment, the groove b is not at right angles to the straight part of the elastic body 1 as shown in FIG. 9 (the contour lines shown in the figure show the displacement distribution in the low natural frequency mode). This is because the antinodes of the modes are not distributed at right angles.

つまり、不均一動剛性部を低い固有振動数モードの変
位0(節)分布に合わせて設けることで、固有振動数の
低い方のモードへの影響を小さくし、固有振動数の高い
方のモードへの影響を大としている。
In other words, by providing the non-uniform dynamic stiffness part according to the displacement 0 (node) distribution of the low natural frequency mode, the influence on the mode with the low natural frequency is reduced and the mode with the high natural frequency is reduced. The impact on

実施例5 第10図は本発明の実施例5を示す弾性体の平面図、第
11図はその側面図である。
Fifth Embodiment FIG. 10 is a plan view of an elastic body showing a fifth embodiment of the present invention.
Figure 11 is a side view.

本実施例は、弾性体11の圧電体2の固着面と反対面側
に、周方向に沿って複数の溝を等ピッチに形成して櫛歯
形状とすることにより振動の中立軸を下げ、モータ効率
を向上させると共に、該複数の溝のうち、図中黒く塗り
つぶした溝aを前述した鳴き防止用とするために、他の
溝よりも深く又は浅く、本実施例では深く形成してお
り、本実施例では7波面外モード駆動に対して3,5,6波
の不要面外モードを分離するようにしている。
In the present embodiment, the neutral axis of vibration is lowered by forming a plurality of grooves at equal pitches along the circumferential direction on the surface of the elastic body 11 opposite to the surface on which the piezoelectric body 2 is fixed to form a comb tooth shape. In order to improve the motor efficiency and, among the plurality of grooves, the groove a filled in black in the figure is used for the above-mentioned squeal prevention, it is formed deeper or shallower than the other grooves, and is formed deep in this embodiment. In this embodiment, the unnecessary out-of-plane modes of 3, 5, and 6 waves are separated from the 7-wave out-of-plane mode drive.

また、溝bはこのような鳴き防止用の溝aによる駆動
用7波モード分割防止用溝で、該複数の溝のうち、他の
溝と深さが異なっており、本実施例ではa溝の他の溝と
の中間の深さとしている。
Further, the groove b is a driving 7-wave mode division prevention groove formed by such a squealing prevention groove a, and has a different depth from the other grooves among the plurality of grooves. It has a depth intermediate to that of the other grooves.

実施例6 第12図は本発明の実施例6を示す弾性体の平面図であ
る。
Sixth Embodiment FIG. 12 is a plan view of an elastic body showing a sixth embodiment of the present invention.

本実施例は、上記した実施例5と同様に弾性体12の他
面側を櫛歯形状とし、弾性体12の内周側に張り出した孔
14を有する板状部材13により駆動用振動モード(面外4
波)が分割した場合の対策で、モータ効率向上のために
形成された溝のうち、溝b1及び溝b2を第13図のように分
布させることで分割したモードを合致させるようにして
いる。
In this embodiment, the other surface side of the elastic body 12 has a comb-tooth shape as in the case of the above-described fifth embodiment, and the hole protruding to the inner peripheral side of the elastic body 12 is used.
The vibration mode for driving (out-of-plane 4
As a measure against the splitting of the wave), among the grooves formed to improve motor efficiency, the grooves b 1 and b 2 are distributed as shown in Fig. 13 so that the split modes are matched. There is.

すなわち、高い方の固有振動モードをSinモードとす
ると、第13図(a)に示すように、Sinモードの腹位置
に位置する溝b1(本実施例では1/2λピッチ)を他の溝
より深くすることで、Sinモードにおける動剛性を下げ
る。したがって、Sinモードの固有振動数が下がること
になる。このとき、Cosモードについては、第13図
(b)に示すように、溝b1は節位置であるので、溝b1
よる固有振動数への影響は小である。
That is, assuming that the higher natural vibration mode is the Sin mode, as shown in FIG. 13 (a), the groove b 1 (1 / 2λ pitch in this embodiment) located at the antinode position of the Sin mode is set to another groove. By making it deeper, the dynamic rigidity in Sin mode is reduced. Therefore, the natural frequency of the Sin mode is lowered. At this time, in the Cos mode, as shown in FIG. 13 (b), since the groove b 1 is at the node position, the effect of the groove b 1 on the natural frequency is small.

一方、低い方の固有振動モードであるCosモードの腹
位置にある溝b2(本実施例では1/2λピッチ)を他の溝
より浅くすることで、Cosモードにおける動剛性を上げ
る。したがって、Cosモードにおける固有振動数が上昇
することになる。
On the other hand, by making the groove b 2 (1 / 2λ pitch in this embodiment) at the antinode position of the Cos mode, which is the lower natural vibration mode, shallower than the other grooves, the dynamic rigidity in the Cos mode is increased. Therefore, the natural frequency in Cos mode increases.

なお、溝b1及び溝b2は前述のように1/2λピッチで弾
性体12の全周に存在する必要はなく、各々の定在波モー
ドの腹付近(腹から±λ/8以内)に存在しているという
条件さえ満たしていれば、途中に抜け(他の溝と同じ深
さ)があっても良い。
It should be noted that the grooves b 1 and b 2 do not need to exist at the entire circumference of the elastic body 12 at a 1 / 2λ pitch as described above, and they are in the vicinity of the antinode of each standing wave mode (within ± λ / 8 from the antinode). There may be a gap (same depth as other grooves) in the middle as long as the condition that the groove exists is satisfied.

[発明の効果] 請求項1に係る発明では、鳴きの発生防止等のために
第2の波長に対応する位置の動剛性を部分的に変えたこ
とによる影響が駆動用振動モードに及ぶことがなく、効
率よく駆動することができる。
[Effect of the Invention] In the invention according to claim 1, the driving vibration mode may be affected by partially changing the dynamic rigidity of the position corresponding to the second wavelength in order to prevent the occurrence of squeal. Without it, it can be driven efficiently.

請求項2に係る発明では、弾性体に弾性体を固定する
ための部材や取付孔等の取付手段を設けた結果、部分的
に動剛性が不均一となっても、その影響が駆動用振動モ
ードに及ばないようになる。
In the invention according to claim 2, as a result of providing the member for fixing the elastic body and the mounting means such as the mounting hole to the elastic body, even if the dynamic rigidity is partially uneven, the influence thereof is the vibration for driving. It will fall short of the mode.

請求項3に係る発明では、弾性体が長円状であるが故
の影響が駆動用振動モードに及ぶことがなく、効率よく
駆動することができる。
In the invention according to claim 3, since the elastic body has an elliptical shape, the driving vibration mode is not affected and the driving can be efficiently performed.

請求項4に係る発明では、直線部を駆動のために有効
に使用することができる。
In the invention according to claim 4, the straight portion can be effectively used for driving.

請求項5に係る発明では、駆動用振動モードの振動の
例えば腹の位置での動剛性を変えるようにしているの
で、効果的に駆動用振動モードの固有振動数を変えるこ
とができ、駆動用振動モードにおける複数の定在波の固
有振動数を一致又は略一致させることができる。
In the invention according to claim 5, since the dynamic rigidity of the vibration in the drive vibration mode is changed, for example, at the antinode position, the natural frequency of the drive vibration mode can be effectively changed, and The natural frequencies of a plurality of standing waves in the vibration mode can be matched or substantially matched.

請求項6に係る発明では、簡単な構成で効果的に動剛
性の部分的変更を可能とする。
In the invention according to claim 6, the dynamic rigidity can be effectively partially changed with a simple structure.

請求項7に係る発明では、例えば振動振幅の拡大のた
めに形成された溝を利用して簡単に動剛性の部分的変更
を可能とする。
In the invention according to claim 7, for example, it is possible to easily partially change the dynamic rigidity by using the groove formed for expanding the vibration amplitude.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明による振動波駆動装置を適用した振動波
モータの実施例1を示す弾性体の平面図、第2図はその
側面図、第3図(a),(b)は実施例1の原理説明
図、第4図は溝の個数をパラメータとして固有振動数差
と溝の深さとの関係を示す図、第5図は実施例1の変形
例のを示す図、第6図は実施例2の概略斜視図、第7図
は実施例3の概略斜視図、第8図は実施例4の概略斜視
図、第9図は実施例4の原理を説明する図、第10図は実
施例5の平面図、第11図はその側面図、第12図は実施例
6の平面図、第13図(a)、(b)はその原理を説明す
る図である。 1,10,11,12:弾性体 2:圧電体、3:つば a,b,b1,b2:溝 l:突起。
FIG. 1 is a plan view of an elastic body showing a first embodiment of a vibration wave motor to which a vibration wave driving device according to the present invention is applied, FIG. 2 is a side view thereof, and FIGS. 3 (a) and 3 (b) show an embodiment. 1 is a diagram illustrating the principle of No. 1, FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the natural frequency difference and the depth of the groove with the number of grooves as a parameter, FIG. 5 is a view of a modification of the first embodiment, and FIG. Example 2 schematic perspective view, FIG. 7 is a schematic perspective view of Example 3, FIG. 8 is a schematic perspective view of Example 4, FIG. 9 is a diagram illustrating the principle of Example 4, and FIG. FIG. 11 is a plan view of the fifth embodiment, FIG. 11 is a side view thereof, FIG. 12 is a plan view of the sixth embodiment, and FIGS. 13 (a) and 13 (b) are views for explaining the principle thereof. 1,10,11,12: elastic body 2: piezoelectric, 3: collar a, b, b 1, b 2: Groove l: projection.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 金沢 元 神奈川県川崎市高津区下野毛770番地 キヤノン株式会社玉川事業所内 (72)発明者 熱田 暁生 神奈川県川崎市高津区下野毛770番地 キヤノン株式会社玉川事業所内 (72)発明者 上田 浩市 神奈川県川崎市高津区下野毛770番地 キヤノン株式会社玉川事業所内 (56)参考文献 特開 平2−133076(JP,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Gen Kanazawa, 770 Shimonoge, Takatsu-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Canon Inc. Tamagawa Plant (72) Inventor Akio Atsuta, 770, Shimonoge, Takatsu-ku, Kawasaki, Kanagawa In-house (72) Inventor Hiroshi Ueda 770, Shimonoge, Takatsu-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Canon Inc. Tamagawa Plant (56) Reference JP-A-2-133076 (JP, A)

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】位置的位相差を有する電気−機械エネルギ
ー変換手段が設けられ、位置的位相差が互いにずれる複
数の定在波を励起して駆動用進行性振動波が形成される
弾性体を有し、前記弾性体に励起される駆動用振動モー
ドの第1の波長とは異なる第2の波長の振動モードにお
ける複数の定在波の固有振動数をずらすために、前記第
2の波長に対応する位置の動剛性を部分的に変えた振動
波駆動装置において、 駆動用振動モードにおける複数の定在波の固有振動数を
一致または略一致させるために、前記第1の波長に対応
する位置の動剛性を部分的に変えたことを特徴とする振
動波駆動装置。
1. An elastic body provided with an electro-mechanical energy converting means having a positional phase difference and exciting a plurality of standing waves having positional phase differences different from each other to form a progressive vibration wave for driving. In order to shift the natural frequencies of a plurality of standing waves in a vibration mode of a second wavelength different from the first wavelength of the vibration mode for driving excited in the elastic body, In a vibration wave driving device in which the dynamic rigidity of the corresponding position is partially changed, in order to make the natural frequencies of a plurality of standing waves in the driving vibration mode match or substantially match, the position corresponding to the first wavelength A vibration wave driving device characterized in that the dynamic rigidity of the is partially changed.
【請求項2】位置的位相差を有する電気−機械エネルギ
ー変換手段が設けられ、位置的位相差が互いにずれる複
数の定在波を励起して駆動用進行性振動波が形成される
弾性体を有し、前記弾性体に取付用の動剛性不均一とな
る取付手段が部分的に形成された振動波駆動装置におい
て、 駆動用振動モードにおける複数の定在波の固有振動数を
一致または略一致させるために、前記弾性体に励起され
る前記駆動用振動モードの第1の波長に対応する位置の
動剛性を部分的に変えたことを特徴とする振動波駆動装
置。
2. An elastic body provided with an electro-mechanical energy conversion means having a positional phase difference and exciting a plurality of standing waves having positional phase differences different from each other to form a progressive vibration wave for driving. A vibration wave drive device in which the elastic body is partially formed with a mounting means that makes the dynamic rigidity non-uniform for mounting, the natural frequencies of a plurality of standing waves in the vibration mode for driving are matched or substantially matched. In order to achieve the above, a vibration wave drive device is characterized in that the dynamic rigidity at a position corresponding to the first wavelength of the drive vibration mode excited in the elastic body is partially changed.
【請求項3】位置的位相差を有する電気−機械エネルギ
ー変換手段が設けられ、位置的位相が互いにずれる複数
の定在波を励起して駆動用進行性振動波が形成されるも
のであって、直線部と円弧部を有する長円状の弾性体を
用いる振動波駆動装置において、 駆動用振動モードにおける複数の定在波の固有振動数を
一致または略一致させるために、前記弾性体に励起され
る前記駆動用振動モードの第1の波長に対応する位置の
動剛性を部分的に変えたことを特徴とする振動波駆動装
置。
3. An electro-mechanical energy conversion means having a positional phase difference is provided to excite a plurality of standing waves whose positional phases are shifted from each other to form a progressive vibration wave for driving. In a vibration wave driving device using an elliptical elastic body having a straight line portion and a circular arc portion, the elastic body is excited in order to match or substantially match the natural frequencies of a plurality of standing waves in the driving vibration mode. The vibration wave driving device is characterized in that the dynamic rigidity at a position corresponding to the first wavelength of the driving vibration mode is partially changed.
【請求項4】前記第1の波長は、前記直線部では前記円
弧部に比べて長くなることを特徴とする請求項3記載の
振動波駆動装置。
4. The vibration wave driving device according to claim 3, wherein the first wavelength is longer in the straight line portion than in the circular arc portion.
【請求項5】前記第1の波長に対応する位置とは、第1
の波長の略1/2波長の整数倍の位置であることを特徴と
する請求項1、2、3または4記載の振動波駆動装置。
5. The position corresponding to the first wavelength is the first
5. The vibration wave drive device according to claim 1, wherein the vibration wave drive device is located at a position that is an integral multiple of approximately one-half wavelength of the above wavelength.
【請求項6】前記駆動用振動モードにおける複数の定在
波の固有振動数を一致または略一致させるための前記第
1の波長に対する位置の動剛性の部分的変更は、前記第
1の波長に対応する位置に溝や突部を形成して部分的に
動剛性を変えたことを特徴とする請求項1、2、3、4
または5記載の振動波駆動装置。
6. The partial change of the dynamic rigidity of the position with respect to the first wavelength for matching or substantially matching the natural frequencies of a plurality of standing waves in the driving vibration mode is performed in the first wavelength. A groove or a protrusion is formed at a corresponding position to partially change the dynamic rigidity.
Alternatively, the vibration wave driving device according to item 5.
【請求項7】前記弾性体には略等ピッチで複数の溝が形
成されており、前記第1の波長に対応する位置の動剛性
を部分的に変えるために、前記第1の波長に対応する位
置の溝を他の溝とは異なる動剛性となるように形成した
ことを特徴とする請求項1、2、3、4、5または6記
載の振動波駆動装置。
7. The elastic body is formed with a plurality of grooves at substantially equal pitches, and corresponds to the first wavelength in order to partially change the dynamic rigidity of a position corresponding to the first wavelength. 7. The vibration wave drive device according to claim 1, wherein the groove at the position to be formed is formed to have a dynamic rigidity different from that of the other grooves.
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