JP2632897B2 - 振動波駆動装置 - Google Patents
振動波駆動装置Info
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- JP2632897B2 JP2632897B2 JP63027023A JP2702388A JP2632897B2 JP 2632897 B2 JP2632897 B2 JP 2632897B2 JP 63027023 A JP63027023 A JP 63027023A JP 2702388 A JP2702388 A JP 2702388A JP 2632897 B2 JP2632897 B2 JP 2632897B2
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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関する
ものである。
ものである。
［従来の技術］ たとえば、特開昭58−148682号公報に記載されている
ように、電気−機械エネルギー変換素子により、進行波
を励起し、移動体を摩擦駆動する振動波モータが、カメ
ラのAF用として実用化されているが、それは、移動体を
押し上げる振幅をＡとすると、物体を駆動する速度はkA
（ｋは振動子断面形状と波長および材料定数によって定
まる一定値）となり、駆動速度を上げるためには、押し
上げ振幅Ａも同時に増加するため、音を発生しやすく、
また速度を下げるためには、振幅Ａが減るため、移動体
と振動体の接触面を高精度に仕上げ、かつ、波の沈み込
みを防ぐために硬い材料を使うなどの必要があり、モー
タとしての速度可変範囲がせまかった。
ように、電気−機械エネルギー変換素子により、進行波
を励起し、移動体を摩擦駆動する振動波モータが、カメ
ラのAF用として実用化されているが、それは、移動体を
押し上げる振幅をＡとすると、物体を駆動する速度はkA
（ｋは振動子断面形状と波長および材料定数によって定
まる一定値）となり、駆動速度を上げるためには、押し
上げ振幅Ａも同時に増加するため、音を発生しやすく、
また速度を下げるためには、振幅Ａが減るため、移動体
と振動体の接触面を高精度に仕上げ、かつ、波の沈み込
みを防ぐために硬い材料を使うなどの必要があり、モー
タとしての速度可変範囲がせまかった。
そこで、たとえば、特開昭61−55012号公報に記載さ
れているように、２方向の曲げ振動を共振振動子を構成
する棒状体に生じせしめ、これにより棒状体を螺旋形に
変化せしめ、かつ、該変形された棒状体をその長さ方向
の軸のまわりに回転せしめることにより、移動体を摩擦
駆動することが提案されている。
れているように、２方向の曲げ振動を共振振動子を構成
する棒状体に生じせしめ、これにより棒状体を螺旋形に
変化せしめ、かつ、該変形された棒状体をその長さ方向
の軸のまわりに回転せしめることにより、移動体を摩擦
駆動することが提案されている。
［発明が解決しようとする課題］ 前述の特開61−55012号に記載されている振動波モー
タは、物体を押し上げる方向と送り方向振幅を独立に可
変できるため、速度可変範囲を広くとれるが、振動子の
機械的品質係数Ｑが非常に高いため、両振動の共振周波
数をそろえるためには、きびしい加工精度が要求され、
また初期的に合わせておいても、加圧むらや温度等の変
化による共振周波数のずれ量が各々異なるため、理想的
な質点運動ができず、効率が悪いという問題点がある。
タは、物体を押し上げる方向と送り方向振幅を独立に可
変できるため、速度可変範囲を広くとれるが、振動子の
機械的品質係数Ｑが非常に高いため、両振動の共振周波
数をそろえるためには、きびしい加工精度が要求され、
また初期的に合わせておいても、加圧むらや温度等の変
化による共振周波数のずれ量が各々異なるため、理想的
な質点運動ができず、効率が悪いという問題点がある。
前述した共振振動子は、２方向の振動を共振状態で棒
状体に与えているが、このような共振状態を利用せず
に、圧電素子の互いに直交する２方向の伸縮変位を利用
したアクチュエータ装置が特開昭61−207184号公報に開
示されている。このアクチュエータ装置は、移動方向へ
の伸縮変位を行う第１の圧電素子の移動方向両側に、前
記移動方向と直交する方向への伸縮変位を行う第２の圧
電素子を設けた移動子と、第２の圧電素子の周囲に配置
した固定子を有し、一方の第２の圧電素子を前記固定子
に対して縮めて非接触状態としている間に、第１の圧電
素子を例えば縮めることにより、前記一方の第２の圧電
素子を移動させ、その後前記一方の第２の圧電素子を伸
ばして前記固定子に加圧接触させてから、今度は他方の
第２の圧電素子を縮め、前記第１の圧電素子を伸ばして
から前記他方の第２の圧電素子を伸ばして前記固定子に
加圧接触させる一連の動作を１サイクルとするものであ
る。
状体に与えているが、このような共振状態を利用せず
に、圧電素子の互いに直交する２方向の伸縮変位を利用
したアクチュエータ装置が特開昭61−207184号公報に開
示されている。このアクチュエータ装置は、移動方向へ
の伸縮変位を行う第１の圧電素子の移動方向両側に、前
記移動方向と直交する方向への伸縮変位を行う第２の圧
電素子を設けた移動子と、第２の圧電素子の周囲に配置
した固定子を有し、一方の第２の圧電素子を前記固定子
に対して縮めて非接触状態としている間に、第１の圧電
素子を例えば縮めることにより、前記一方の第２の圧電
素子を移動させ、その後前記一方の第２の圧電素子を伸
ばして前記固定子に加圧接触させてから、今度は他方の
第２の圧電素子を縮め、前記第１の圧電素子を伸ばして
から前記他方の第２の圧電素子を伸ばして前記固定子に
加圧接触させる一連の動作を１サイクルとするものであ
る。
このようなアクチュエータ装置においては、第１の圧
電素子および第２の圧電素子は、共振周波数に関係なく
駆動される非共振変位素子として使用されるため、前記
したように両者の共振周波数を維持する必要はないが、
逆に共振現象を利用していないために駆動力を大きくす
るのが難しく、かつ大型化してしまうという問題点があ
る。
電素子および第２の圧電素子は、共振周波数に関係なく
駆動される非共振変位素子として使用されるため、前記
したように両者の共振周波数を維持する必要はないが、
逆に共振現象を利用していないために駆動力を大きくす
るのが難しく、かつ大型化してしまうという問題点があ
る。
本出願に係る発明の目的は、共振振動子が備えた利点
と非共振変位素子が備えた利点とを有機的に組み合わ
せ、速度可変範囲が広く、かつ、製作が容易であって、
コンパクトで、低速時に大推力を発生することができる
振動波駆動装置を提供することにある。
と非共振変位素子が備えた利点とを有機的に組み合わ
せ、速度可変範囲が広く、かつ、製作が容易であって、
コンパクトで、低速時に大推力を発生することができる
振動波駆動装置を提供することにある。
［課題を解決するための手段］ 本出願に係る発明の目的を実現する第１の構成は、電
気−機械エネルギー変換素子により駆動される縦振動共
振振動子と、非共振縦変位素子を両変位方向に角度をも
たせて結合し、前記振動子もしくは前記変位素子の一方
を支持し、前記振動子及び前記変位素子に交番信号を印
加し、非支持の前記振動子もしくは前記変位素子の作用
部に楕円運動を生じさせ、前記作用部と接触する接触体
を相対移動させたことを特徴とするものである。
気−機械エネルギー変換素子により駆動される縦振動共
振振動子と、非共振縦変位素子を両変位方向に角度をも
たせて結合し、前記振動子もしくは前記変位素子の一方
を支持し、前記振動子及び前記変位素子に交番信号を印
加し、非支持の前記振動子もしくは前記変位素子の作用
部に楕円運動を生じさせ、前記作用部と接触する接触体
を相対移動させたことを特徴とするものである。
本出願に係る発明の目的を実現する第２の構成は、上
記した第１の構成において、前記縦振動共振振動子と垂
直方向に前記非共振縦変位素子を結合し、前記振動子及
び前記変位素子を同一周波数の交番信号で駆動し、前記
変位素子を前記接触体と接触させたことを特徴とするも
のである。
記した第１の構成において、前記縦振動共振振動子と垂
直方向に前記非共振縦変位素子を結合し、前記振動子及
び前記変位素子を同一周波数の交番信号で駆動し、前記
変位素子を前記接触体と接触させたことを特徴とするも
のである。
本出願に係る発明の目的を実現する第３の構成は、上
記した第１の構成において、前記縦振動共振振動子と垂
直方向に前記非共振縦変位素子を結合し、前記振動子及
び前記前記変位素子を同一周波数の交番信号で駆動し、
前記振動子を前記接触体と接触させたことを特徴とする
ものである。
記した第１の構成において、前記縦振動共振振動子と垂
直方向に前記非共振縦変位素子を結合し、前記振動子及
び前記前記変位素子を同一周波数の交番信号で駆動し、
前記振動子を前記接触体と接触させたことを特徴とする
ものである。
本出願に係る発明の目的を実現する第４の構成は、上
記した各構成において、前記振動子に振幅検出用のエネ
ルギー変換素子を配置したものである。
記した各構成において、前記振動子に振幅検出用のエネ
ルギー変換素子を配置したものである。
［作用］ 上記した第１の構成では、前記電気−機械エネルギー
変換素子により縦振動共振振動子を単に共振状態で縦振
動する一方で、非共振変位素子は非共振振動する。そし
て、縦振動共振振動子と非共振縦変位素子を両変位方向
に角度をもたせて結合しているので、縦振動共振振動子
が縦方向に変位しているのに合わせて非共振縦変位素子
を縦方向に伸縮変位させるだけで、前記作用部に楕円運
動が生じることになり、作用部に接触する接触体を低速
大トルクで相対移動させることが可能となる。
変換素子により縦振動共振振動子を単に共振状態で縦振
動する一方で、非共振変位素子は非共振振動する。そし
て、縦振動共振振動子と非共振縦変位素子を両変位方向
に角度をもたせて結合しているので、縦振動共振振動子
が縦方向に変位しているのに合わせて非共振縦変位素子
を縦方向に伸縮変位させるだけで、前記作用部に楕円運
動が生じることになり、作用部に接触する接触体を低速
大トルクで相対移動させることが可能となる。
上記した第２、第３の構成では、共振状態の縦振動の
１往復に対応して非共振振動子も縦振動変位を１往復繰
り返すのでスムーズな移動が行えることになる。また、
接触体とは変位素子だけではなく、振動子とによっても
接触して相対移動することができる。
１往復に対応して非共振振動子も縦振動変位を１往復繰
り返すのでスムーズな移動が行えることになる。また、
接触体とは変位素子だけではなく、振動子とによっても
接触して相対移動することができる。
請求項４に係る発明では、縦振動共振振動子を効率よ
く共振状態で振動させることができる。
く共振状態で振動させることができる。
［実施例］ 第１図は本発明の第１実施例を示している。
第１図において、ａはランジュバン振動子などの縦振
動共振振動子であり、a2，a3は電気−機械エネルギー変
換素子で、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（PZT）で形成
されている。a1，a4は振動減衰の小さいアルミなどから
なる振動子構成材であり、各々接合またはボルトにて締
め付けられている。
動共振振動子であり、a2，a3は電気−機械エネルギー変
換素子で、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（PZT）で形成
されている。a1，a4は振動減衰の小さいアルミなどから
なる振動子構成材であり、各々接合またはボルトにて締
め付けられている。
またｂは薄いPZTを積層したものなどからなる非共振
縦変位素子、ｃは接触体としての移動体、ｄは振動減衰
の小さい金属や樹脂などからなる結合部材である。そし
て、前記非共振縦変位素子ｂと移動体ｃの接触面は各々
耐摩耗処理がほどこされており、結合部材ｄは縦振動共
振振動子ａと非共振縦変位素子ｂを結合している。
縦変位素子、ｃは接触体としての移動体、ｄは振動減衰
の小さい金属や樹脂などからなる結合部材である。そし
て、前記非共振縦変位素子ｂと移動体ｃの接触面は各々
耐摩耗処理がほどこされており、結合部材ｄは縦振動共
振振動子ａと非共振縦変位素子ｂを結合している。
第２図は縦振動共振振動子ａの縦振動変位を示したも
ので、これは、両端自由、中央部節の半波長モードを励
振した例で、振動節位置である中央部は支持されてお
り、端部である自由端に縦振動方向と直角に非共振縦変
位素子ｂが取りつけられている。
ので、これは、両端自由、中央部節の半波長モードを励
振した例で、振動節位置である中央部は支持されてお
り、端部である自由端に縦振動方向と直角に非共振縦変
位素子ｂが取りつけられている。
第１図に示すように構成された振動波モータにおいて
は、第２図に示すように、x,y座標をとると、縦振動共
振振動子ａは、中央部が拘束されていて、端部では振幅
をＡ、駆動周波数をωとすると、 ｘ＝A sin ωｔ なる運動を行なう。一方、非共振縦変位素子ｂを同一周
波数ωにて位相を90°ずらして駆動を行なうと、移動体
ｃとの接触部における該縦変位素子ｂの質点は、無振動
時にＺ＝０なるように座標変換すると、振幅をＢとし
て、 ｙ＝B cos ωｔ なる運動を行なう。したがって、縦振動共振振動子ａの
中央部の振動節位置を基準とすると、該縦変位素子ｂと
移動体ｃの接触部における該縦変位素子ｂの質点は、 x2／A2＋y2／B2＝１ なる楕円軌跡となり、移動体ｃは非共振縦変位素子ｂと
接触および非接触をくりかえしながら、摩擦駆動され
る。したがって、移動体ｃの速度はdx/dtに依存するか
ら、振幅Ａおよび周波数ωに依存する。一方、周波数ω
は振動子の形状、材質、振動モードを同一とすると、ほ
ぼ一定となるから、振幅Ａの変化により速度変化が可能
となる。振幅Ａの変化は、PZTである電気−機械エネル
ギー変換素子a2，a3に印加する電圧により行なうが、第
４図に示すように、印加する交番信号としての交流電解
周波数ωの値を若干変化させることによっても振幅Ａを
変化させることが可能である。
は、第２図に示すように、x,y座標をとると、縦振動共
振振動子ａは、中央部が拘束されていて、端部では振幅
をＡ、駆動周波数をωとすると、 ｘ＝A sin ωｔ なる運動を行なう。一方、非共振縦変位素子ｂを同一周
波数ωにて位相を90°ずらして駆動を行なうと、移動体
ｃとの接触部における該縦変位素子ｂの質点は、無振動
時にＺ＝０なるように座標変換すると、振幅をＢとし
て、 ｙ＝B cos ωｔ なる運動を行なう。したがって、縦振動共振振動子ａの
中央部の振動節位置を基準とすると、該縦変位素子ｂと
移動体ｃの接触部における該縦変位素子ｂの質点は、 x2／A2＋y2／B2＝１ なる楕円軌跡となり、移動体ｃは非共振縦変位素子ｂと
接触および非接触をくりかえしながら、摩擦駆動され
る。したがって、移動体ｃの速度はdx/dtに依存するか
ら、振幅Ａおよび周波数ωに依存する。一方、周波数ω
は振動子の形状、材質、振動モードを同一とすると、ほ
ぼ一定となるから、振幅Ａの変化により速度変化が可能
となる。振幅Ａの変化は、PZTである電気−機械エネル
ギー変換素子a2，a3に印加する電圧により行なうが、第
４図に示すように、印加する交番信号としての交流電解
周波数ωの値を若干変化させることによっても振幅Ａを
変化させることが可能である。
また接触状態の変化による速度変化も可能であるが、
それは楕円運動の長軸と短軸の傾きを変えることによっ
て行なう。具体的には、縦振動共振振動子ａと非共振縦
変位素子ｂの変位位相を90°から変化させることにより
行なう。
それは楕円運動の長軸と短軸の傾きを変えることによっ
て行なう。具体的には、縦振動共振振動子ａと非共振縦
変位素子ｂの変位位相を90°から変化させることにより
行なう。
以上により、第１図に示した振動波モータは移動体ｃ
を押し上げるのに最適な振幅Ｂを一定にしておき、振幅
Ａを独立に変化させることで、速度可変は容易に行なわ
れ、また振幅Ｂは非共振縦変位素子ｂによって得るた
め、振幅Ａに対し、一定位相差を与え、同一周波数で駆
動することは容易であり、従来のようなきびしい加工精
度は要求されない。
を押し上げるのに最適な振幅Ｂを一定にしておき、振幅
Ａを独立に変化させることで、速度可変は容易に行なわ
れ、また振幅Ｂは非共振縦変位素子ｂによって得るた
め、振幅Ａに対し、一定位相差を与え、同一周波数で駆
動することは容易であり、従来のようなきびしい加工精
度は要求されない。
また縦振動共振振動子ａは共振点近傍で用いるため、
加振力（交流電界）と実際に励起されている振動の位相
がずれているので、振動の検知手段が必要であるが、本
発明の第２実施例を示している第３図に示されるよう
に、縦振動共振振動子の側面にPZTからなる検出用の電
気−機械エネルギー変換素子a5を貼りつけ、その発生電
荷により検出を行ない、非共振縦変位素子ｂの位相制御
を行なって駆動するようにする。
加振力（交流電界）と実際に励起されている振動の位相
がずれているので、振動の検知手段が必要であるが、本
発明の第２実施例を示している第３図に示されるよう
に、縦振動共振振動子の側面にPZTからなる検出用の電
気−機械エネルギー変換素子a5を貼りつけ、その発生電
荷により検出を行ない、非共振縦変位素子ｂの位相制御
を行なって駆動するようにする。
第５図は本発明の第３実施例を示している。すなわ
ち、先端を細くした振動子構成材ａ′1を用いているの
で、振動波モータとしては、高速用に適している。
ち、先端を細くした振動子構成材ａ′1を用いているの
で、振動波モータとしては、高速用に適している。
なお上記各実施例では、縦振動共振振動子ａを固定
し、非共振縦変位素子ｂにより、移動体ｃの摩擦駆動を
行なっているが、その両役割を逆にしてもよく、摩擦防
止のための耐摩耗処理を行なううえでは、むしろ、この
ほうがすぐれている。また結合部材ｄによって縦振動共
振振動子ａと非共振縦変位素子ｂを垂直方向に結合した
ものを示したが、垂直方向でなくても、駆動は可能であ
る。
し、非共振縦変位素子ｂにより、移動体ｃの摩擦駆動を
行なっているが、その両役割を逆にしてもよく、摩擦防
止のための耐摩耗処理を行なううえでは、むしろ、この
ほうがすぐれている。また結合部材ｄによって縦振動共
振振動子ａと非共振縦変位素子ｂを垂直方向に結合した
ものを示したが、垂直方向でなくても、駆動は可能であ
る。
以上により、いずれの方式にしても、移動体ｃを接触
部にて摩擦駆動するタイプであるから、構成により、回
転型または直線往復型の振動波モータ等の振動波駆動装
置として利用できる。
部にて摩擦駆動するタイプであるから、構成により、回
転型または直線往復型の振動波モータ等の振動波駆動装
置として利用できる。
［発明の効果］ 請求項１に係る発明によれば、縦振動共振振動子を縦
方向に大振幅で振動できるという利点と、非共振変位素
子を前記共振振動子の共振状態に合わせて振動させる必
要がないという利点とを利用することができ、駆動制御
を容易とすることができる。また、可変速度範囲を広く
とれ、かつ、製作が容易であって、コンパクトかつ大推
力で接触体との相対移動が可能となる。
方向に大振幅で振動できるという利点と、非共振変位素
子を前記共振振動子の共振状態に合わせて振動させる必
要がないという利点とを利用することができ、駆動制御
を容易とすることができる。また、可変速度範囲を広く
とれ、かつ、製作が容易であって、コンパクトかつ大推
力で接触体との相対移動が可能となる。
上記した請求項２、３によれば、共振状態の縦振動の
１周期に対応して非共振振動子も縦振動変位の１周期を
繰り返すのでスムーズな移動が行えることになる。ま
た、接触体とは変位素子だけではなく、振動子とによっ
ても接触して相対移動することができるので、種々の駆
動形態に対応することができる。
１周期に対応して非共振振動子も縦振動変位の１周期を
繰り返すのでスムーズな移動が行えることになる。ま
た、接触体とは変位素子だけではなく、振動子とによっ
ても接触して相対移動することができるので、種々の駆
動形態に対応することができる。
請求項４に係る発明では、縦振動共振振動子を効率よ
く共振状態で振動させることができる。
く共振状態で振動させることができる。
第１図は本発明の第１実施例を示した正面図、第２図は
第１図の縦振動共振振動子の振動変位の説明図、第３図
は本発明の第２実施例を示した縦振動共振振動子の側面
図と正面図、第４図は第１図の縦振動共振振動子の変位
と周波数の関係を示した説明図、第５図は本発明の第３
実施例を示した正面図である。 ａ…縦振動共振振動子 a1,a′1，a4…振動子構成材 a2，a3，a5…電気−エネルギー変換素子 ｂ…非共振縦変位素子 ｃ…移動体 ｄ…結合部材
第１図の縦振動共振振動子の振動変位の説明図、第３図
は本発明の第２実施例を示した縦振動共振振動子の側面
図と正面図、第４図は第１図の縦振動共振振動子の変位
と周波数の関係を示した説明図、第５図は本発明の第３
実施例を示した正面図である。 ａ…縦振動共振振動子 a1,a′1，a4…振動子構成材 a2，a3，a5…電気−エネルギー変換素子 ｂ…非共振縦変位素子 ｃ…移動体 ｄ…結合部材
Claims (4)
- 【請求項１】電気−機械エネルギー変換素子により駆動
される縦振動共振振動子と、非共振縦変位素子を両変位
方向に角度をもたせて結合し、前記振動子もしくは前記
変位素子の一方を支持し、前記振動子及び前記変位素子
に交番信号を印加し、非支持の前記振動子もしくは前記
変位素子の作用部に楕円運動を生じさせ、前記作用部と
接触する接触体を相対移動させたことを特徴とする振動
波駆動装置。 - 【請求項２】前記縦振動共振振動子と垂直方向に前記非
共振縦変位素子を結合し、前記振動子及び前記変位素子
を同一周波数の交番信号で駆動し、前記変位素子を前記
接触体と接触させたことを特徴とする請求項１記載の振
動波駆動装置。 - 【請求項３】前記縦振動共振振動子と垂直方向に前記非
共振縦変位素子を結合し、前記振動子及び前記前記変位
素子を同一周波数の交番信号で駆動し、前記振動子を前
記接触体と接触させたことを特徴とする請求項１記載の
振動波駆動装置。 - 【請求項４】前記振動子に振幅検出用のエネルギー変換
素子を配置した請求項１、２または３記載の振動波駆動
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63027023A JP2632897B2 (ja) | 1988-02-08 | 1988-02-08 | 振動波駆動装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63027023A JP2632897B2 (ja) | 1988-02-08 | 1988-02-08 | 振動波駆動装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01202176A JPH01202176A (ja) | 1989-08-15 |
| JP2632897B2 true JP2632897B2 (ja) | 1997-07-23 |
Family
ID=12209485
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63027023A Expired - Fee Related JP2632897B2 (ja) | 1988-02-08 | 1988-02-08 | 振動波駆動装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2632897B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0417702B1 (en) * | 1989-09-11 | 1997-01-08 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Suspension control system |
| EP0417695B1 (en) * | 1989-09-11 | 1997-12-10 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Suspension control system |
-
1988
- 1988-02-08 JP JP63027023A patent/JP2632897B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01202176A (ja) | 1989-08-15 |
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