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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023138977
(43)【公開日】2023-10-03
(54)【発明の名称】振動波モータ
(51)【国際特許分類】
H02N 2/16 20060101AFI20230926BHJP
H10N 30/20 20230101ALI20230926BHJP
H10N 30/853 20230101ALI20230926BHJP
【ＦＩ】
H02N2/16
H10N30/20
H10N30/853
【審査請求】有
【請求項の数】1
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023106117
(22)【出願日】2023-06-28
(62)【分割の表示】P 2021189306の分割
【原出願日】2017-06-30
(31)【優先権主張番号】P 2016130661
(32)【優先日】2016-06-30
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(71)【出願人】
【識別番号】000004112
【氏名又は名称】株式会社ニコン
(74)【代理人】
【識別番号】110001678
【氏名又は名称】藤央弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】芦沢 隆利
(72)【発明者】
【氏名】武藤 梓
(57)【要約】
【課題】低密度でも良好な駆動特性を得ることができる振動波モータを提供する。
【解決手段】本発明の振動波モータ１０は、電気機械変換素子１３との、前記電気機械変換素子１３の振動により、駆動面に振動波が生じる弾性体１２と、前記弾性体１２の前記駆動面に接触し、前記振動波によって回転駆動される相対運動部材１５と、を備え前記電気機械変換素子１３は、密度が４．２～６．０×１０３ｋｇ／ｍ３であり、前記弾性体１２の前記駆動面側には複数の溝１２ｃが設けられ、前記複数の溝１２ｃの少なくとも一つの溝の深さをＴとし、前記溝１２ｃの底部から前記電気機械変換素子が接触する前記弾性体の接合面までの厚さをＢとし、前記電気機械変換素子１３の厚さをＣと定義した場合、Ｔ／（Ｂ＋Ｃ）の値が、１．３～２．８の範囲である。
【選択図】図１０
【解決手段】本発明の振動波モータ１０は、電気機械変換素子１３との、前記電気機械変換素子１３の振動により、駆動面に振動波が生じる弾性体１２と、前記弾性体１２の前記駆動面に接触し、前記振動波によって回転駆動される相対運動部材１５と、を備え前記電気機械変換素子１３は、密度が４．２～６．０×１０３ｋｇ／ｍ３であり、前記弾性体１２の前記駆動面側には複数の溝１２ｃが設けられ、前記複数の溝１２ｃの少なくとも一つの溝の深さをＴとし、前記溝１２ｃの底部から前記電気機械変換素子が接触する前記弾性体の接合面までの厚さをＢとし、前記電気機械変換素子１３の厚さをＣと定義した場合、Ｔ／（Ｂ＋Ｃ）の値が、１．３～２．８の範囲である。
【選択図】図１０
【特許請求の範囲】
【請求項1】
電気機械変換素子と、
前記電気機械変換素子の振動により、駆動面に振動波が生じる弾性体と、
前記弾性体の前記駆動面に接触し、前記振動波によって回転駆動される相対運動部材と、
を備える振動波モ－タにおいて、
前記電気機械変換素子は、密度が４．２～６．０×１０３ｋｇ／ｍ３であり、
前記弾性体の前記駆動面側には複数の溝が設けられ、
前記複数の溝の少なくとも一つの溝の深さをＴとし、
前記溝の底部から前記第１面までの厚さをＢとし、
前記電気機械変換素子の厚さをＣと定義した場合、
Ｔ／（Ｂ＋Ｃ）の値が、１．３～２．８の範囲である、
振動波モータ。
前記電気機械変換素子の振動により、駆動面に振動波が生じる弾性体と、
前記弾性体の前記駆動面に接触し、前記振動波によって回転駆動される相対運動部材と、
を備える振動波モ－タにおいて、
前記電気機械変換素子は、密度が４．２～６．０×１０３ｋｇ／ｍ３であり、
前記弾性体の前記駆動面側には複数の溝が設けられ、
前記複数の溝の少なくとも一つの溝の深さをＴとし、
前記溝の底部から前記第１面までの厚さをＢとし、
前記電気機械変換素子の厚さをＣと定義した場合、
Ｔ／（Ｂ＋Ｃ）の値が、１．３～２．８の範囲である、
振動波モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、振動波モータ及び光学機器に関するものである。
【背景技術】
【0002】
振動波モータは、圧電体の伸縮を利用して弾性体の駆動面に進行性振動波（後は進行波と略する）を発生させる（特許文献１参照）。この様な振動波モータの振動子は、一般的には、電気機械変換素子（以降、圧電体と称する）と、弾性体とから構成される。従来、圧電体は、一般的には通称ＰＺＴと呼ばれるチタン酸ジルコン酸鉛といった材料から構成されているが、近年では環境問題から鉛フリーの材料が研究され、振動波モータへの搭載が検討されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特公平１－１７３５４号公報
【発明の概要】
【0004】
本発明は、電気機械変換素子と、前記電気機械変換素子の振動により、駆動面に振動波が生じる弾性体と、前記弾性体の前記駆動面に接触し、前記振動波によって回転駆動される相対運動部材と、を備える振動波モ－タにおいて、前記電気機械変換素子は、密度が４．２～６．０×１０３ｋｇ／ｍ３であり、前記弾性体の前記駆動面側には複数の溝が設けられ、前記複数の溝の少なくとも一つの溝の深さをＴとし、前記溝の底部から前記電気機械変換素子が接触する前記弾性体の接合面までの厚さをＢとし、前記電気機械変換素子の厚さをＣと定義した場合、Ｔ／（Ｂ＋Ｃ）の値が、１．３～２．８の範囲である、構成とした。
また、本発明の光学機器は、上記振動波モータを備える構成とした。
また、本発明の光学機器は、上記振動波モータを備える構成とした。
【図面の簡単な説明】
【0005】
【図1】実施形態の振動波モータ１０を組み込んだレンズ鏡筒２０及びカメラ１の概略断面図である。
【図2】振動子１１および移動子１５の一部を切り欠いた斜視図である。
【図3】圧電体１３を示す図で、（ａ）は弾性体との接合面、（ｂ）その裏面である。
【図4】実施形態の振動波モータ１０の駆動装置８０を説明するブロック図である。
【図5】振動波モータ１０の振動子１１の等価回路を説明する図であり、（ａ）は等価回路、（ｂ）は機械的品質係数Ｑｍの計算式である。
【図6】Ｔ値、Ｂ値、Ｃ値をそれぞれ変化させ、ＣＡＥ解析にてＬｍ値を算出した結果を示したグラフである。
【図7】Ｔ／（Ｂ＋Ｃ）と駆動電圧との関係を示したグラフである。
【図8】Ｔ／（Ｂ＋Ｃ）と振動子１１の突起部１２ｄの挙動との関係を説明する図であり、（ａ）は、Ｔ／（Ｂ＋Ｃ）が小さい場合、（ｂ）は、Ｔ／（Ｂ＋Ｃ）が大きい場合である。
【図9】振動波モータ１０を起動する時のシーケンスである。
【発明を実施するための形態】
【0006】
以下、振動波モータ１０の実施形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、実施形態の振動波モータ１０を組み込んだレンズ鏡筒２０及びカメラ１の概略断面図である。
【0007】
実施形態は、振動波モータとして、円環型振動波モータ１０について説明する。
レンズ鏡筒２０は外側固定筒３１と内側固定筒３２を有する。その外側固定筒３１と内側固定筒３２との間に振動波モータ１０を有するモータユニットを固定する機構となっている。
レンズ鏡筒２０は外側固定筒３１と内側固定筒３２を有する。その外側固定筒３１と内側固定筒３２との間に振動波モータ１０を有するモータユニットを固定する機構となっている。
【0008】
駆動回路４０は、レンズ鏡筒２０の外側固定筒３１と内側固定筒３２の間に設けられ、振動波モータ１０の駆動、制御、回転数の検出、振動センサーの検出等を行う。
【0009】
次に、振動波モータ１０について説明する。振動波モータ１０は、振動子１１と移動子１５とを有する。図２は、振動子１１および移動子１５の一部を切り欠いた斜視図である。
【0010】
振動子１１は、電気エネルギ－を機械エネルギ－に変換する圧電素子や電歪素子等を例とした電気機械変換素子（以下、圧電体１３と称する）と、圧電体１３を接合した弾性体１２とから構成されている。振動子１１には進行波が発生するようにされているが、本実施形態では一例として９波の進行波として説明する。
【0011】
弾性体１２は、共振先鋭度が大きな金属材料から成り、円環形状を有する。弾性体１２における圧電体１３が接合される反対面には溝１２ｃが切ってある。突起部１２ｄ（溝１２ｃがない箇所）の先端面が駆動面１２ａとなり移動子１５に加圧接触される。溝１２ｃを切る理由は、進行波の中立面にできる限り圧電体１３側に近づけ、これにより駆動面１２ａの進行波の振幅を増幅させるためである。
弾性体１２の内周側には、径方向に延伸したフランジ部１２ｅが設けられており、フランジ部１２ｅには、不図示の切欠き部が設けられており、該切欠き部に固定部１４に設けられた不図示の突起部と嵌めあい、弾性体１２の円周方向の動きを規制している。
弾性体１２の内周側には、径方向に延伸したフランジ部１２ｅが設けられており、フランジ部１２ｅには、不図示の切欠き部が設けられており、該切欠き部に固定部１４に設けられた不図示の突起部と嵌めあい、弾性体１２の円周方向の動きを規制している。
【0012】
図３は、圧電体１３を示す図で、（ａ）は弾性体との接合面、（ｂ）その裏面である。圧電体１３の接合面は、円周方向に沿って２つの相（Ａ相、Ｂ相）に分かれている。各相においては、１／２波長毎に分極が交互となった要素が並べられていて、Ａ相とＢ相との間には１／４波長分間隔が空くようにしてある。表面に設けられた電極や電極パターンについては後述する。
【0013】
移動子１５は、アルミニウムといった軽金属からなり、摺動面１５ａの表面には耐摩耗性向上のための摺動材料が設けられている。移動子１５の振動子１１と反対面には、移動子１５の縦方向の振動を吸収するために、ゴムの様な振動吸収部材２３が配置され、その上には出力伝達部材２４が配置されている。
【0014】
移動子１５の上には、移動子１５の縦方向の振動を吸収するために、ゴムの様な振動吸収部材２３が配置され、その上には出力伝達部材２４が配置されている。
【0015】
出力伝達部材２４は、固定部１４に設けられたベアリング２５により、加圧方向と径方向とが規制され、これにより移動子１５の加圧方向と径方向とが規制されるようにされている。出力伝達部材２４は、突起部２４ａを有し、そこからカム環３６に接続されたフォーク３５がかん合しており、出力伝達部材２４の回転とともに、カム環３６が回転される。
【0016】
カム環３６には、キー溝３７がカム環３６に斜めに切られている。ＡＦ環３４に設けられた固定ピン３８が、キー溝３７にかん合していて、カム環３６が回転駆動することにより、光軸方向に直進方向にＡＦ環３４が駆動され、所望の位置に停止できる様にされている。
【0017】
圧電体１３と加圧バネ１８の間には、不織布またはフェルトの様な振動伝達防止部材１６が設けられており、振動子１１の振動を加圧バネ１８や押え環１９等に伝わらない様にされている。
加圧バネ１８は、皿バネまたはウエーブワッシャーにより構成されている。
固定部１４は、押え環１９がネジにより取り付けられ、これを取り付けることで、出力伝達部材２４から移動子１５、振動子１１、加圧バネ１８までを一つのモータユニットとして構成できるようになる。
加圧バネ１８は、皿バネまたはウエーブワッシャーにより構成されている。
固定部１４は、押え環１９がネジにより取り付けられ、これを取り付けることで、出力伝達部材２４から移動子１５、振動子１１、加圧バネ１８までを一つのモータユニットとして構成できるようになる。
【0018】
図３は、上述のように圧電体１３を示す図で、（ａ）は弾性体との接合面、（ｂ）その裏面である。圧電体１３の接合面である第１面１３Ａには、複数の電極部１３１が設けられている。本実施形態においては、周方向に沿って進行波の波長の１／２波長に相当する長さの電極部１３１を１６個設ける。
その電極部１３１を、それを左右８個ずつに分けた群とする。片方の群はＡ相の駆動電圧が伝わる様にし、もう片方の群はＢ相の駆動電圧が伝わる様にする。Ａ相とＢ相との間には、１／４波長分の電極部１３１Ｃと３／４波長分の電極１３１Ｄとを設け、計１８個の電極部１３１が設けられている。
実施形態では、この１８個の電極部１３１が設けられている側が、弾性体１２に接合する。
その電極部１３１を、それを左右８個ずつに分けた群とする。片方の群はＡ相の駆動電圧が伝わる様にし、もう片方の群はＢ相の駆動電圧が伝わる様にする。Ａ相とＢ相との間には、１／４波長分の電極部１３１Ｃと３／４波長分の電極１３１Ｄとを設け、計１８個の電極部１３１が設けられている。
実施形態では、この１８個の電極部１３１が設けられている側が、弾性体１２に接合する。
【0019】
一方、図３（ｂ）に示す第１面と反対面である第２面には、第１面においてＡ相の電極部がある位置に、Ａ相の電極群を結合した様な電極を設ける。
同様に、Ｂ相の電極群の位置に、Ｂ相の電極群を結合した様な電極を設け、Ａ相とＢ相との間には、１／４波長分の電極部１３２Ｃと３／４波長分の電極部１３２Ｄとを設け、計４個の電極部１３２が設けられている。
実施形態においては、この第２面にＡ相駆動信号とＢ相駆動信号を加え、１／４波長部は、導電塗料で弾性体１２と短絡させ、ＧＮＤをとる様にしている。
同様に、Ｂ相の電極群の位置に、Ｂ相の電極群を結合した様な電極を設け、Ａ相とＢ相との間には、１／４波長分の電極部１３２Ｃと３／４波長分の電極部１３２Ｄとを設け、計４個の電極部１３２が設けられている。
実施形態においては、この第２面にＡ相駆動信号とＢ相駆動信号を加え、１／４波長部は、導電塗料で弾性体１２と短絡させ、ＧＮＤをとる様にしている。
【0020】
実施形態に用いる圧電体１３の材料は、鉛フリー材と呼ばれるもので、ニオブ酸カリウムナトリウム、ニオブ酸カリウム、ニオブ酸ナトリウム、チタン酸バリウムを主成分とした材料である。
【0021】
図４は、実施形態の振動波モータ１０の駆動装置８０を説明するブロック図である。
まず、振動波モータ１０の駆動／制御部６８について説明する。
発振部６０は、制御部６８の指令により所望の周波数の駆動信号を発生する。移相部６２は、発振部６０で発生した駆動信号を位相の異なる２つの駆動信号に分ける。
増幅部６４は、移相部６２によって分けられた２つの駆動信号をそれぞれ所望の電圧に昇圧する。増幅部６４からの駆動信号は、振動波モータ１０に伝達され、この駆動信号の印加により振動体に進行波が発生し、移動子１５が駆動される。
まず、振動波モータ１０の駆動／制御部６８について説明する。
発振部６０は、制御部６８の指令により所望の周波数の駆動信号を発生する。移相部６２は、発振部６０で発生した駆動信号を位相の異なる２つの駆動信号に分ける。
増幅部６４は、移相部６２によって分けられた２つの駆動信号をそれぞれ所望の電圧に昇圧する。増幅部６４からの駆動信号は、振動波モータ１０に伝達され、この駆動信号の印加により振動体に進行波が発生し、移動子１５が駆動される。
【0022】
回転検出部６６は、光学式エンコーダや磁気エンコ－ダ等により構成され、移動子１５の駆動によって駆動された駆動物の位置や速度を検出し、検出値を電気信号として制御部６８に伝達する。
【0023】
制御部６８は、レンズ鏡筒２０内またはカメラ１本体のＣＰＵからの駆動指令を基に振動波モータ１０の駆動を制御する。制御部６８は、回転検出部６６からの検出信号を受け、その値を基に、位置情報と速度情報を得て、目標位置に位置決めされるように発振部６０の周波数を制御する。制御部６８は、回転方向に切換時には移相部６２の位相差を変更する。
【0024】
次に、実施形態の振動波モータ１０の動作を説明する。
制御部６８から、駆動指令が発令されると、発振部６０は駆動信号を発生させる。駆動信号は移相部６２により９０度位相の異なる２つの駆動信号に分割され、増幅部６４により所望の電圧に増幅される。
制御部６８から、駆動指令が発令されると、発振部６０は駆動信号を発生させる。駆動信号は移相部６２により９０度位相の異なる２つの駆動信号に分割され、増幅部６４により所望の電圧に増幅される。
【0025】
駆動信号は、振動波モータ１０の圧電体１３に印加され、圧電体１３は励振される。その励振によって弾性体１２には９次の曲げ振動が発生する。
圧電体１３はＡ相とＢ相とに分けられており、駆動信号はそれぞれＡ相とＢ相に印加される。
Ａ相から発生する９次曲げ振動とＢ相から発生する９次曲げ振動とは位置的な位相が１／４波長ずれるようになっており、また、Ａ相駆動信号とＢ相駆動信号とは９０度位相がずれているため、２つの曲げ振動は合成され、９波の進行波となる。
圧電体１３はＡ相とＢ相とに分けられており、駆動信号はそれぞれＡ相とＢ相に印加される。
Ａ相から発生する９次曲げ振動とＢ相から発生する９次曲げ振動とは位置的な位相が１／４波長ずれるようになっており、また、Ａ相駆動信号とＢ相駆動信号とは９０度位相がずれているため、２つの曲げ振動は合成され、９波の進行波となる。
【0026】
進行波の波頭には楕円運動が生じている。したがって、駆動面１２ａに加圧接触された移動子１５は、この楕円運動によって摩擦的に駆動される。移動子１５の駆動により駆動された駆動体には、光学式エンコ－ダが配置されていて、そこから、電気パルスが発生し、制御部６８に伝達される。制御部６８は、この信号を基に、現在の位置と現在の速度を得ることが可能となる。
【0027】
本実施形態では、上述のように、圧電体１３として、環境問題に考慮し、鉛フリー材を使用する。
しかし、本発明者らの鋭意検討の結果、鉛フリーの圧電体１３を振動波モータ１０に搭載した場合、同一条件下におけるＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）の圧電体と同様な駆動性能を得ることが困難であることがわかった。
しかし、本発明者らの鋭意検討の結果、鉛フリーの圧電体１３を振動波モータ１０に搭載した場合、同一条件下におけるＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）の圧電体と同様な駆動性能を得ることが困難であることがわかった。
【0028】
その原因究明すべく、ＣＡＥ（ｃｏｍｐｕｔｅｒ ａｉｄｅｄ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）解析等を用いて検討したところ、鉛フリーの圧電体１３とＰＺＴとの密度が異なっていることが判明した。
鉛フリーの圧電体１３の密度は、例えば、ニオブ系の材料の場合は４．２～４．７×１０３ｋｇ／ｍ３、チタン酸バリウム系の材料の場合には５．５～６．０×１０３ｋｇ／ｍ３である。これに対してＰＺＴは７．７～７．８×１０３ｋｇ／ｍ３である。
すなわち、鉛フリーの圧電体１３は、ＰＺＴと比較して、２０数％から４０数％密度が小さい。
鉛フリーの圧電体１３の密度は、例えば、ニオブ系の材料の場合は４．２～４．７×１０３ｋｇ／ｍ３、チタン酸バリウム系の材料の場合には５．５～６．０×１０３ｋｇ／ｍ３である。これに対してＰＺＴは７．７～７．８×１０３ｋｇ／ｍ３である。
すなわち、鉛フリーの圧電体１３は、ＰＺＴと比較して、２０数％から４０数％密度が小さい。
【0029】
（等価回路）
図５は、振動波モータ１０の振動子１１の等価回路を説明する図であり、（ａ）は等価回路、（ｂ）は機械的品質係数Ｑｍの計算式である。
図中、Ｌｍは等価インダクタンス、Ｃｍは等価容量、Ｒは共振抵抗、Ｃｄは圧電体１３の静電容量を示す。
ＬｍやＣｍの値は、振動子１１の共振特性に影響する。機械的品質係数Ｑｍは、共振特性を示す尺度で、このＱｍ値が大きいほど共振特性が良いことを示す。
Ｑｍは式１に示す様に、Ｌｍ値が大きいほど大きくなることがわかる。
図５は、振動波モータ１０の振動子１１の等価回路を説明する図であり、（ａ）は等価回路、（ｂ）は機械的品質係数Ｑｍの計算式である。
図中、Ｌｍは等価インダクタンス、Ｃｍは等価容量、Ｒは共振抵抗、Ｃｄは圧電体１３の静電容量を示す。
ＬｍやＣｍの値は、振動子１１の共振特性に影響する。機械的品質係数Ｑｍは、共振特性を示す尺度で、このＱｍ値が大きいほど共振特性が良いことを示す。
Ｑｍは式１に示す様に、Ｌｍ値が大きいほど大きくなることがわかる。
【0030】
以下に示す表１は、各材料を圧電体１３とした時にＬｍ値、Ｃｍ値をＣＡＥ解析で算出した値である。
ここで圧電体１３のモデルは以下とした。
外径：６２ｍｍ、
内径：５５ｍｍ、
振動子１１の厚さ：４．２２ｍｍ、
駆動面１２ａ側に設けた溝１２ｃの数：４８個、
溝１２ｃの深さ：１．９２ｍｍ、
ここで圧電体１３のモデルは以下とした。
外径：６２ｍｍ、
内径：５５ｍｍ、
振動子１１の厚さ：４．２２ｍｍ、
駆動面１２ａ側に設けた溝１２ｃの数：４８個、
溝１２ｃの深さ：１．９２ｍｍ、
【表1】
【0031】
表１に示すように、ＰＺＴのＬｍ値が０．３４１であるのに対して、チタン酸バリウム系のＬｍ値は０．３２５、ニオブ酸系のＬｍ値は０．３１３である。すなわち、密度が小さくなるほどＬｍ値が小さくなる。鉛フリーの圧電体１３を振動子１１に組み込んだ場合、ＰＺＴの圧電体を組み込んだ場合と比べてＬｍ値が小さくなる。即ち、鉛フリーの圧電体１３を組み込んだ場合の機械的品質係数Ｑｍは、ＰＺＴの圧電体を組み込んだ場合よりも小さくなる。このため、ＰＺＴの圧電体１３を組み込んだ場合に比べて鉛フリーの圧電体１３を組み込んだ場合は、所望の共振特性を得ることが困難となっていたことが分かった。
【0032】
振動波モータ１０は、共振を利用する原理のため、振動子１１に所望の振動特性が得られないと、移動子１５を組み合わせた状態での駆動性能が得にくい。したがって、鉛フリーの圧電体１３を用いた振動子１１では、所望の駆動性能を得にくい傾向がある。
【0033】
そこで、鉛フリーの圧電体１３を用いた振動子１１の共振特性を向上させるために、Ｌｍ値が向上する振動子１１の寸法の傾向を調査した。
ここで、弾性体１２の櫛歯に設けた溝１２ｃの深さをＴ、溝１２ｃの底部から圧電体１３との接合面までの厚さをＢ、圧電体１３の厚さをＣ、とする。
図６は、
Ｔ値：１．９～２．８、
Ｂ値：１．３～１．８、
Ｃ値：０．２５～０．５、
の範囲において、それぞれ変化させ、ＣＡＥ解析にてＬｍ値を算出した結果を示したグラフである。
ここで、弾性体１２の櫛歯に設けた溝１２ｃの深さをＴ、溝１２ｃの底部から圧電体１３との接合面までの厚さをＢ、圧電体１３の厚さをＣ、とする。
図６は、
Ｔ値：１．９～２．８、
Ｂ値：１．３～１．８、
Ｃ値：０．２５～０．５、
の範囲において、それぞれ変化させ、ＣＡＥ解析にてＬｍ値を算出した結果を示したグラフである。
【0034】
計算結果より、Ｔ／（Ｂ＋Ｃ）の値と、Ｌｍとに相関があることがわかる。これは、Ｌｍは、Ｔの値が大きいほど大きい値になり、一方、Ｂ値が小さいほどまたはＣ値が小さいほど、大きい値になるためである。
【0035】
そこで、密度がＰＺＴと、ＰＺＴよりも小さいニオブ系材料（４．２～４．７×１０３ｋｇ／ｍ３）とで、Ｔ／（Ｂ＋Ｃ）値を変えた場合、各圧電体材料において、振動子１１のＬｍ値がどの様な値となるのか、ＣＡＥにて算出した。その結果について、Ｔ／（Ｂ＋Ｃ）が１．２、１．３、２、２．８の場合におけるに対する算出値を表２に示す。
【表2】
【0036】
なお、表２は、
Ｔ値：１．９～３．５、
Ｂ値：１．０～２．２、
Ｃ値：０．２５～０．８、
の範囲において、それぞれ変化させ、ＣＡＥ解析にてＬｍ値を算出した結果を示す。
４．２～４．７×１０３ｋｇ／ｍ３の範囲は、一般的なニオブ系の圧電材料の密度の範囲なので、その上限密度値と下限密度値にてＣＡＥ解析を実施した。
Ｔ値：１．９～３．５、
Ｂ値：１．０～２．２、
Ｃ値：０．２５～０．８、
の範囲において、それぞれ変化させ、ＣＡＥ解析にてＬｍ値を算出した結果を示す。
４．２～４．７×１０３ｋｇ／ｍ３の範囲は、一般的なニオブ系の圧電材料の密度の範囲なので、その上限密度値と下限密度値にてＣＡＥ解析を実施した。
【0037】
表２に示すように、密度が小さいほどＬｍ値が小さくなり、一方、Ｔ／（Ｂ＋Ｃ）値を大きくすれば、ＰＺＴを搭載した振動子１１に相当する値が得られることがわかった。
【0038】
しかしながら、Ｔ／（Ｂ＋Ｃ）値を大きくした時の弊害も考えられる。このため、ニオブ系材料を搭載した振動を試作して、振動モータとしての共振特性を調査することとした。
【0039】
圧電体１３の材料はニオブ酸カリウムナトリウムを主成分とし、弾性体１２はステンレス鋼とし、弾性体１２のＴ、Ｂ値及び圧電体１３のＣを変えた物を１２種類試作して、各試作品において駆動できる駆動信号の電圧（駆動電圧）を調査した。
試作品は、
Ｔ値：１．５～２．０
Ｂ値：０．３５～０．７５
Ｃ値：０．２５～０．５
の範囲とした。また、試作品の圧電体１３の密度は、４．４×１０３ｋｇ／ｍ３である。
試作品は、
Ｔ値：１．５～２．０
Ｂ値：０．３５～０．７５
Ｃ値：０．２５～０．５
の範囲とした。また、試作品の圧電体１３の密度は、４．４×１０３ｋｇ／ｍ３である。
【0040】
駆動できる駆動電圧が低いほど、振動モータの実機においての共振特性が良く、駆動電圧が高いほど、振動モータの実機においての共振特性が良くないと考えられる。
【0041】
測定した結果を図７に示す。
Ｔ／（Ｂ＋Ｃ）値が、１．２の場合、１００Ｖの駆動電圧を与えても振動波モータ１０は起動しなかった。
Ｔ／（Ｂ＋Ｃ）値が、１．３～２．８の範囲においては、１００Ｖ以下である適正な駆動電圧で駆動できた。
Ｔ／（Ｂ＋Ｃ）値が、３．３３においては、駆動するが、移動子１５の回転状態がやや不安定である状態であった。
Ｔ／（Ｂ＋Ｃ）値が、１．２の場合、１００Ｖの駆動電圧を与えても振動波モータ１０は起動しなかった。
Ｔ／（Ｂ＋Ｃ）値が、１．３～２．８の範囲においては、１００Ｖ以下である適正な駆動電圧で駆動できた。
Ｔ／（Ｂ＋Ｃ）値が、３．３３においては、駆動するが、移動子１５の回転状態がやや不安定である状態であった。
【0042】
Ｔ／（Ｂ＋Ｃ）値を大きくすると振動子１１のＬｍ値が大きくなり、Ｑｍ値が向上する。しかし、振動子１１の電気機械結合係数Ｋｖｎが小さくなる場合が生じ、電気エネルギから機械エネルギへの変換効率が悪くなる弊害が生じる。
Ｔ／（Ｂ＋Ｃ）値を３．３３とした時には、その弊害が生じ、移動子１５の回転状態がやや不安定になったものと考えられる。
Ｔ／（Ｂ＋Ｃ）値を３．３３とした時には、その弊害が生じ、移動子１５の回転状態がやや不安定になったものと考えられる。
【0043】
（第１実施形態）
以上の検討結果を基に、本発明の第１実施形態は、下記の構成とした。
圧電体１３は、ニオブ酸カリウムナトリウムを主成分とした材料で、その密度は、４．２～４．７×１０３ｋｇ／ｍ３とし、弾性体１２はステンレス鋼を用い、Ｔ／（Ｂ＋Ｃ）値の範囲を１．３～２．８である。
以上の検討結果を基に、本発明の第１実施形態は、下記の構成とした。
圧電体１３は、ニオブ酸カリウムナトリウムを主成分とした材料で、その密度は、４．２～４．７×１０３ｋｇ／ｍ３とし、弾性体１２はステンレス鋼を用い、Ｔ／（Ｂ＋Ｃ）値の範囲を１．３～２．８である。
【0044】
この様な構成にしたことにより、圧電体１３の密度が小さくなっても、振動子１１として共振特性が確保でき、移動子１５を組み合わせた状態での駆動性能が確保できる様になった。
【0045】
Ｔ／（Ｂ＋Ｃ）が１．３の時、ＣＡＥ解析による計算結果では振動子１１のＬｍ値は約０．４１となっており、また、Ｔ／（Ｂ＋Ｃ）が２．８の時、振動子１１のＬｍ値は約０．７４となっている。
【0046】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態を説明する。
第２実施形態は、圧電体１３についてはチタン酸バリウムを主成分とした材料で、その密度は５．５～６．０×１０３ｋｇ／ｍ３とし、弾性体１２はステンレス鋼を用い、Ｔ／（Ｂ＋Ｃ）値の範囲を１．３～２．８とした。
次に、第２実施形態を説明する。
第２実施形態は、圧電体１３についてはチタン酸バリウムを主成分とした材料で、その密度は５．５～６．０×１０３ｋｇ／ｍ３とし、弾性体１２はステンレス鋼を用い、Ｔ／（Ｂ＋Ｃ）値の範囲を１．３～２．８とした。
【0047】
圧電体１３をチタン酸バリウムとした時でも、ＰＺＴと比較して密度が小さいため、振動子１１のＬｍ値が下がり、振動子１１として十分な共振特性が得られない。この状態で移動子１５を組み合わせても、駆動性能が得られないこととなる。
【0048】
そこで、本実施形態では、Ｔ／（Ｂ＋Ｃ）値の変えてみて、ＣＡＥ解析で振動子１１のＬｍ値を算出した。
【0049】
表３は、密度を５．５×１０３ｋｇ／ｍ３時と６．０×１０３ｋｇ／ｍ３時で、Ｔ／（Ｂ＋Ｃ）値を１，２、１．３、２、２．８と変更した時の各振動子１１のＬｍ値を算出した結果である。
５．５～６．０×１０３ｋｇ／ｍ３の範囲は、一般的なチタン酸バリウム系の圧電材料の密度の範囲なので、その上限密度値と下限密度値にてＣＡＥ解析を実施した。なお、Ｔ値を１．９～３．５、Ｂ値を１．０～２．２、Ｃ値を０．２５～０．８の範囲にてＣＡＥ解析を行った。
５．５～６．０×１０３ｋｇ／ｍ３の範囲は、一般的なチタン酸バリウム系の圧電材料の密度の範囲なので、その上限密度値と下限密度値にてＣＡＥ解析を実施した。なお、Ｔ値を１．９～３．５、Ｂ値を１．０～２．２、Ｃ値を０．２５～０．８の範囲にてＣＡＥ解析を行った。
【表3】
【0050】
Ｔ／（Ｂ＋Ｃ）値が１．３の時、Ｌｍ値は約０．４２、Ｔ／（Ｂ＋Ｃ）が２．８の時、振動子１１のＬｍ値は約０．７５となっている。
圧電体１３の密度が５．５～６．０×１０３ｋｇ／ｍ３の材料においても、Ｔ／（Ｂ＋Ｃ）値とＬｍの関係については４．２～４．７×１０３ｋｇ／ｍ３の材料とほぼ同じ値となっている。
したがって、Ｔ／（Ｂ＋Ｃ）値は、１．３～２．８が適正の範囲と考えられる。
圧電体１３の密度が５．５～６．０×１０３ｋｇ／ｍ３の材料においても、Ｔ／（Ｂ＋Ｃ）値とＬｍの関係については４．２～４．７×１０３ｋｇ／ｍ３の材料とほぼ同じ値となっている。
したがって、Ｔ／（Ｂ＋Ｃ）値は、１．３～２．８が適正の範囲と考えられる。
【0051】
ニオブ系（密度：４．２～４．７×１０３ｋｇ／ｍ３）のＬｍ値も、チタン酸バリウム系（密度：５．５～６．０×１０３ｋｇ／ｍ３）のＬｍ値も、Ｔ／（Ｂ＋Ｃ）値が１．３～２．８においては、同様の値の関係となっているため、密度４．２～６．０×１０３ｋｇ／ｍ３においては、Ｔ／（Ｂ＋Ｃ）値１．３～２．８が適正の範囲と考えられる。
【0052】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態を説明する。
図８は、Ｔ／（Ｂ＋Ｃ）と振動子１１の突起部１２ｄの挙動との関係を説明する図である。図８（ａ）は、Ｔ／（Ｂ＋Ｃ）が小さい場合（例として溝１２ｃ深さが浅い時）、（ｂ）は、Ｔ／（Ｂ＋Ｃ）が大きい場合（例として溝１２ｃ深さが深い時）における振動子１１の突起部１２ｄの挙動を示す。
次に、本発明の第３実施形態を説明する。
図８は、Ｔ／（Ｂ＋Ｃ）と振動子１１の突起部１２ｄの挙動との関係を説明する図である。図８（ａ）は、Ｔ／（Ｂ＋Ｃ）が小さい場合（例として溝１２ｃ深さが浅い時）、（ｂ）は、Ｔ／（Ｂ＋Ｃ）が大きい場合（例として溝１２ｃ深さが深い時）における振動子１１の突起部１２ｄの挙動を示す。
【0053】
振動子１１に進行性振動波が生じている時、屈曲は、弾性体１２の溝１２ｃの底部から圧電体１３の接着面の厚さの部分と圧電体１３の厚さとを合せた状態で変形が生じている（即ち、突起部１２ｄが無い状態で屈曲変形が生じている）。
屈曲の中立面は、弾性体１２の溝１２ｃ底から圧電体１３の下面の間に存在する。そして、突起部１２ｄは、弾性体１２の溝１２ｃの底部から圧電体１３の接着面の厚さの部分と圧電体１３の厚さとを合せた状態で生じた屈曲振動の乗っかった状態で、駆動方向にスウィングする様な運動が生じている。
屈曲の中立面は、弾性体１２の溝１２ｃ底から圧電体１３の下面の間に存在する。そして、突起部１２ｄは、弾性体１２の溝１２ｃの底部から圧電体１３の接着面の厚さの部分と圧電体１３の厚さとを合せた状態で生じた屈曲振動の乗っかった状態で、駆動方向にスウィングする様な運動が生じている。
【0054】
Ｔ／（Ｂ＋Ｃ）が小さい時、突起部１２ｄの先端（駆動部）の駆動方向への運動は小さく、Ｔ／（Ｂ＋Ｃ）が大きい時、駆動方向への運動は大きくなる。
その速度の大きさを概算すると、弾性体１２の溝１２ｃ底から圧電体１３の接着面の厚さの部分と圧電体１３の厚さとを合せた状態に生じる駆動方向への運動を（（Ｂ＋Ｃ）／２）とした時、駆動面１２ａは（Ｔ＋（Ｂ＋Ｃ）／２）／（（Ｂ＋Ｃ）／２）倍の駆動方向への運動が生じている。例えばＴを大きくすると、駆動面１２ａのスウィングは、その分大きくなる。
その速度の大きさを概算すると、弾性体１２の溝１２ｃ底から圧電体１３の接着面の厚さの部分と圧電体１３の厚さとを合せた状態に生じる駆動方向への運動を（（Ｂ＋Ｃ）／２）とした時、駆動面１２ａは（Ｔ＋（Ｂ＋Ｃ）／２）／（（Ｂ＋Ｃ）／２）倍の駆動方向への運動が生じている。例えばＴを大きくすると、駆動面１２ａのスウィングは、その分大きくなる。
【0055】
Ｔ／（Ｂ＋Ｃ）が大きい時、駆動方向への運動が大きい故、移動子１５から駆動面１２ａにかかる力が大きくなる。例えば、駆動方向への運動の変位が２倍になると、速度および加速度も２倍となり、駆動面１２ａに接触する移動子１５を動かそうとする時、駆動面１２ａには２倍の力（負荷）がかかることになる。それが起因して、振動波モータ１０の起動時の様な速度変化が大きい状態になった時などに、駆動できない可能性がある。
【0056】
実施形態では、密度が小さい鉛フリー材の圧電体１３を振動子１１に組み込む時、振動子１１のＬｍ改善のため、ＰＺＴの圧電体１３を組み込んだ時よりも、Ｔ／（Ｂ＋Ｃ）を大きくする。したがって、この場合、上述のような状況が発生しやすい。
そこで、発明者らが検討したところ、振動波モータ１０の起動時において、周波数を掃引するとき、周波数を変化させる時間を長くすることで解決できることがわかった。
そこで、発明者らが検討したところ、振動波モータ１０の起動時において、周波数を掃引するとき、周波数を変化させる時間を長くすることで解決できることがわかった。
【0057】
図９は、振動波モータ１０を起動する時のシーケンスとなる。
制御部６８からの駆動指令がない状態（ｔ０）では、
駆動周波数：ｆｓ０
駆動電圧：電圧Ｖ０（＝０Ｖ）
Ａ相とＢ相との位相差：０度
となっている。
制御部６８からの駆動指令がない状態（ｔ０）では、
駆動周波数：ｆｓ０
駆動電圧：電圧Ｖ０（＝０Ｖ）
Ａ相とＢ相との位相差：０度
となっている。
【0058】
制御部６８から駆動指令が来ると（ｔ１）
駆動周波数：ｆｓ０のまま
駆動電圧：電圧Ｖ１
Ａ相とＢ相との位相差：９０度（反転駆動時は－９０度）
と設定される。このとき、回転速度＝０である。
駆動周波数：ｆｓ０のまま
駆動電圧：電圧Ｖ１
Ａ相とＢ相との位相差：９０度（反転駆動時は－９０度）
と設定される。このとき、回転速度＝０である。
【0059】
徐々に駆動周波数を下げ、ｔ２時の周波数：ｆ０になった時に、移動子１５が駆動される。
【0060】
ｔ４時には周波数はｆｌｏｗとなり、回転速度は目標速度Ｒｅｖ１に達する。
【0061】
本実施形態においては、Ｔ／（Ｂ＋Ｃ）値に応じて、周波数を掃引するとき周波数の変化に対しての時間を長くする。
具体的には、ｆｌｏｗ－ｆｓ０の周波数差と、ｔ４－ｔ２の時間差とに関係を持たせる。
そして、Ｔ／（Ｂ＋Ｃ）値が小さい時には、ｔ４－ｔ２の時間差を短くし、Ｔ／（Ｂ＋Ｃ）値が大きい時には、ｔ４－ｔ２の時間差を長くする。
このように、立ち上がり時間を大きくすることで、起動時の振動波モータ１０の振動子１１へかかる移動子１５からの反力を低減させることとなる。
具体的には、ｆｌｏｗ－ｆｓ０の周波数差と、ｔ４－ｔ２の時間差とに関係を持たせる。
そして、Ｔ／（Ｂ＋Ｃ）値が小さい時には、ｔ４－ｔ２の時間差を短くし、Ｔ／（Ｂ＋Ｃ）値が大きい時には、ｔ４－ｔ２の時間差を長くする。
このように、立ち上がり時間を大きくすることで、起動時の振動波モータ１０の振動子１１へかかる移動子１５からの反力を低減させることとなる。
【0062】
ＰＺＴを搭載した振動波モータ１０の場合（Ｔ／（Ｂ＋Ｃ）：１．０８）、起動時の周波数掃引の周波数変化率は、１ｋＨｚ／ｍ ｓｅｃ程度としている。
Ｔ／（Ｂ＋Ｃ）が１．２～１．７の範囲の時には、駆動面１２ａの駆動方向への運動は、Ｔ／（Ｂ＋Ｃ）：１．０８に対して、約１．１～１．４倍程度増加している。したがって、ｔ４－ｔ２時間を１．４倍にする。
即ち周波数掃引の周波数変化率をその１／１．４程度、０．７ｋＨｚ／ｍ ｓｅｃにすれば、振動波モータ１０への負担はＰＺＴ搭載時（Ｔ／（Ｂ＋Ｃ）：１．０８）と同じ程度かそれ以下となる。
Ｔ／（Ｂ＋Ｃ）が１．２～１．７の範囲の時には、駆動面１２ａの駆動方向への運動は、Ｔ／（Ｂ＋Ｃ）：１．０８に対して、約１．１～１．４倍程度増加している。したがって、ｔ４－ｔ２時間を１．４倍にする。
即ち周波数掃引の周波数変化率をその１／１．４程度、０．７ｋＨｚ／ｍ ｓｅｃにすれば、振動波モータ１０への負担はＰＺＴ搭載時（Ｔ／（Ｂ＋Ｃ）：１．０８）と同じ程度かそれ以下となる。
【0063】
また、Ｔ／（Ｂ＋Ｃ）が１．７～２．８の範囲の時には、駆動面１２ａの駆動方向への運動は、Ｔ／（Ｂ＋Ｃ）：１．０８に対して、約１．４～２．０倍程度増加している。
したがって、ｔ４－ｔ２時間を２．０倍にする、即ち周波数掃引の周波数変化率をその１／２．０程度、０．５ｋＨｚ／ｍｓｅｃにすれば、振動波モータ１０への負担はＰＺＴ搭載時（Ｔ／（Ｂ＋Ｃ）：１．０８）と同じ程度かそれ以下となる。
したがって、ｔ４－ｔ２時間を２．０倍にする、即ち周波数掃引の周波数変化率をその１／２．０程度、０．５ｋＨｚ／ｍｓｅｃにすれば、振動波モータ１０への負担はＰＺＴ搭載時（Ｔ／（Ｂ＋Ｃ）：１．０８）と同じ程度かそれ以下となる。
【0064】
Ｔ／（Ｂ＋Ｃ）に応じて、周波数の変化量を変化させることで、振動波モータ１０の起動時の様な速度変化大きい状態になったでも（即ち振動波モータ１０の振動子１１への負担が大きい状態になった時）、確実に起動できる様になる。
【0065】
本実施形態では、進行性振動波を用いた振動波モータ１０で、波数４または９の場合を開示したが、他の波数である５～８波、１０波以上でも、同様な構成で、同様な制御すれば、同様な効果が得られる。
【0066】
また、Ｔ／（Ｂ＋Ｃ）が１．７の時には、周波数の変化量を０．７ｋＨｚ／ｍｓｅｃ以下としても、周波数の変化量を０．５ｋＨｚ／ｍｓｅｃ以下としてもよい。
【0067】
上記の第１実施形態と第２実施形態で説明したＴ／（Ｂ＋Ｃ）は、図１０に示すように、Ｔ／（Ｂ＋Ｃ）が１．７６～２．８の範囲では、駆動電圧は６０V程度になり好ましい。さらに、Ｔ／（Ｂ＋Ｃ）が１．７６～２．５０の範囲では駆動電圧はより低くなりさらに好ましい。
【0068】
なお、実施形態及び変形形態は、適宜組み合わせて用いることもできるが、詳細な説明は省略する。また、本発明は以上説明した実施形態によって限定されることはない。
【符号の説明】
【0069】
１：カメラ、１０：振動波モータ、１１：振動子、１２：弾性体、１２ａ：駆動面、１２ｃ：突起部、１２ｅ：フランジ部、１３：圧電体、１３Ａ：第１面、１４：固定部、１５：移動子、１５ａ：摺動面、１６：振動伝達防止部材、１８：加圧バネ、１９：押え環、２０：レンズ鏡筒、２３：振動吸収部材、２４：出力伝達部材、２５：ベアリング、３１：外側固定筒、３２：内側固定筒、３４：環、３５：フォーク、３６：カム環、３７：キー溝、３８：固定ピン、４０：駆動回路、６０：発振部、６２：移相部、６４：増幅部、６６：回転検出部、６８：制御部、８０：駆動装置、１３１：電極部、１３１Ｃ：電極部、１３１Ｄ：電極、１３２：電極部、１３２Ｃ：電極部、１３２Ｄ：電極部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】