JP2725767B2 - Vibration wave drive - Google Patents

Vibration wave drive

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JP2725767B2
JP2725767B2 JP61286242A JP28624286A JP2725767B2 JP 2725767 B2 JP2725767 B2 JP 2725767B2 JP 61286242 A JP61286242 A JP 61286242A JP 28624286 A JP28624286 A JP 28624286A JP 2725767 B2 JP2725767 B2 JP 2725767B2
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vibration
vibrating rod
vibrating
piezoelectric element
rotor
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田村  昌久
一郎 奥村
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Canon Inc
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    • 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
    • H02N2/0015Driving devices, e.g. vibrators using only bending modes
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02NELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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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
    • H02N2/005Mechanical details, e.g. housings
    • H02N2/0055Supports for driving or driven bodies; Means for pressing driving body against 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)

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の利用分野] この発明は電磁力によらずに機械的動力を発生する振
動波駆動装置に関し、特に、カメラ等の小型のポータブ
ル機器に搭載するのに好適な小型且つ軽量な振動波駆動
装置に関するものである。 [発明の背景] 広義のモーターである回転動力発生機には動力発生原
理によって種々のものがあるが、電磁力を利用して機械
的回転力を発生させる、いわゆる電気モーターが最も小
型で実用性が高いため、該電気モーターが狭義のモータ
ーとして知られている。 電気モーター(すなわち、モーター)は近年の技術進
歩いよって非常に小型化できるようになったため、カメ
ラを初めとして種々の小型のポータブル機器にも小型の
モーターが搭載され、該モーターが該機器の性能の向上
に寄与している。 しかしながら、カメラ等に搭載されている小型のモー
ターは高速回転はできるが低速回転で大トルクを発生す
ることはできないので減速機構が必要であり、従って、
該減速機構のために該モーターと該減速機構とを含めた
動力発生機構の体積がかなり大きくなってしまうという
欠点があった。それ故、減速機構を必要とせず、低速で
大トルクを発生でき、しかも小型且つ軽量のモーターの
開発が望まれていた。 このような事情を背景として、近年、圧電素子を動力
発生源として利用しようとする試みが行われた結果、圧
電素子によって生ずる振動を回転運動に変換させる形式
の振動波駆動装置としての振動波モーターが最近、開発
されている。 この公知の振動波モーターは円環形のステータと、円
環形のローターと、を有しており、該ステータの端面に
環状に接着されている圧電素子によって該ステータに進
行性弾性屈曲波を発生させ、これにより該ステータの端
面に接している該ローターを回転させるように構成され
ている。 この公知の振動波モーターは低速で大トルクを発生す
ることができるので減速機構が不要となり、従って、カ
メラ等の小型機器への搭載用モーターとして適してお
り、また、形状が円環形であるため、カメラのオートフ
ォーカス用モーターとして好適である。 第1図(a)は本発明者らが本発明に先行して開発し
た振動波モーターの技術を示す例(以下先行例と称す)
の要部縦断面図であり、第1図(b)は第1図(a)左
側側面図である。 第1図において、1は段付き円環体として構成された
ローターであり、該ローター1はそれ自身の軸線を中心
として回転しうるように不図示の構造部材に支持されて
いる。ローター1の小直径部分の内周面には摩擦係数が
大きく且つ柔軟な被覆材1aが接着等によって固定されて
いる。 ローター1に回転運動を生じさせるための振動体とし
ての振動棒2がローター1の軸線と平行に配置され、該
振動棒2の先端部がローター1の小直径部分に挿入され
るとともに該先端部の上面が該小直径部分の被覆材1aに
近接するように位置決めされている。 振動棒2は本先行例では方形の横断面形状を有した角
棒として構成され、該振動棒2の外周面は一対の水平面
と一対の鉛直面とによって構成されている。そして、該
振動棒2の先端部に円軌道もしくは楕円軌道の振動変位
を生じさせるための振動励起手段としての圧電素子(電
気−機械エネルギー変換素子)3及び4が該振動棒2の
鉛直面と水平面とにそれぞれ接着されている。該圧電素
子3及び4の接着位置は該振動棒2の長手方向の中央位
置であり、該振動棒2に生ずる振動の腹となる位置に接
着されている。 振動棒2の外周面には該振動棒2に生ずる振動の節と
なる位置に細い孔が貫設され、この細い孔に嵌合して該
振動棒2に固定された細い支持棒5及び6が振動棒2の
鉛直面と水平面からそれぞれ突出している。該支持棒5
及び6は鋼線であり、該支持棒5の両端は支持リング7
に固定され、該支持棒6の両端は支持リング8に固定さ
れている。支持リング7及び8は同一の内径寸法と同一
の外径寸法を有したリングであり、該支持リング7及び
8は円筒状の支持台10の両端部のインロー部に嵌入され
るとともに固定リング9で支持台10に固定されている。 支持台10はばね11によって不図示の静止部材上に弾性
的に支持されるとともに該ばね11によって鉛直上向きに
附勢されている。従って、振動棒2もばね11の力により
ローター1の被覆材1aに向って附勢されている。 支持台10の下面には3個の接着端子12〜14が設けられ
ており、該接着端子12〜14は制御回路に接続されるよう
になっている。また、接続端子12は圧電素子3にリード
線を介して接続され、接続端子13は圧電素子4にリード
線を介して接続されている。なお、接続端子14は接地用
端子であり、リード線によって振動棒2に接続され、該
振動棒2は該接続端子14と支持台10及びばね11を介して
接地されている。 次に第2図を参照して振動棒2に生じる振動と、該振
動を生じさせる原理と、該振動棒2の支持方法と、につ
いて説明する。 第2図(b)に示すように、振動棒2の中間部分の水
平面上に圧電素子4を固定し、該圧電素子4にたとえば
正極性の電圧を印加すると、該圧電素子は該振動棒の中
心軸方向(長手方向)に縮もうとする力が作用し、この
ため振動棒2は曲線C1のように弾性変形する。また、圧
電素子4に負極性の電圧を印加すると、同様に該圧電素
子が長手方向に伸びようとする力が作用して、振動棒2
は曲線C2のように上向きに凸に弾性変形する。従って、
圧電素子4に印加する電圧の極性を変化させるたびに振
動棒2は曲線C1及びC2のように弾性変形して上下方向に
振動するが、振動棒2の中立線上には振動棒2が弾性変
形しても全く変位しない点S1及びS2が存在し、この点S1
及びS2はいわゆる振動の節となる。従って、この点S1
びS2においては振動エネルギーが零となるので、この点
S1及びS2において振動棒2を固定(支持)しても振動が
減衰することはない。それ故、前記の支持棒5及び6を
点S1及びS2において振動棒2に固定してある。 圧電素子4と同じように圧電素子3に交番電圧を印加
することによって振動棒2は横方向にも振動するので、
圧電素子4によって生じる縦振動(y方向の振動)と圧
電素子3によって生じる横振動(x方向の振動)とが同
時に振動棒2に加えられると、振動棒2の端部は振動棒
2の中心軸Zを中心としてxy平面内で円軌道を描くよう
に振動する。圧電素子3と圧電素子4に印加する電圧の
レベルを変えることによって振動棒2の先端部が描く振
動軌跡を正円から楕円まで自在に変化させることができ
る。さらに、位相をずらすことによって、楕円を傾ける
ことができるが、振動棒2の先端に横長楕円軌道(すな
わち、直径がx軸と平行である楕円軌道)を描かせるよ
うに両圧電素子3及び4に対する印加電圧のレベル及び
位相差を設定することが望ましい。 第2図(c)は圧電素子3に印加する交番電圧V1と圧
電素子4に印加する交番電圧V2とを示した図であり、第
2図(d)は圧電素子3に交番電圧V1を印加すると同時
に圧電素子4に交番電圧V2を印加した時に振動棒2の端
部に生ずる楕円振動を示したものである。なお、圧電素
子の性質として、振動子が共振状態にある場合、交番変
位は交番電圧よりも90°位相が遅れることになるもので
あり、この場合第2図(d)に〜で表示した瞬時変
位は第2図(c)に示すように圧電素子3及び4に印加
する交番電圧V1及びV2の各時刻〜の瞬時電圧に対応
することになる。すなわち、第2図(c)で時刻の時
には圧電素子3に印加される電圧V1はV1=0であり、圧
電素子4に印加される電圧V2はV2=Vmであるから振動棒
2の先端は+y軸に沿って一方向に最大の変位をし、時
刻ではV2=0、V1=Vnであるから振動棒2の先端は+
x方向に最大の変位をする。そして、時刻と時刻の
間では振動棒2にx方向の曲げ応力とy方向の曲げ応力
とが同時に且つ互いに異なる大きさで作用するため、第
2図(d)の如く、振動棒2の先端は楕円軌道を描きつ
つ運動する。振動棒2の先端は第2図(d)の運動軌跡
において、→→の経路を動く途中でローター1
の内周面の被覆材1aと接触してローター1に回転力を与
え、及びの位置と→→の経路ではローター1
の被覆材1aから離れる。 第3図は振動棒2とローター1との相対的位置関係
と、振動棒2の運動を示した図である。第3図では振動
棒2がローター1の内周面とは接触していない位置にあ
るが、振動棒2が圧電素子3及び4によって振動される
と、振動棒2の各点には図の矢印の如き円軌道の振動乃
至楕円軌道の振動が生じるため、その円軌道乃至楕円軌
道の上半分において振動棒2がローター1の内周面と接
触し、ローター1は該振動棒2から円周方向の力Fを受
けて回転されることになる。 なお、振動棒2とローター1との接触面積を大きくす
るために、ローター1の内周面に対向する振動棒2の外
面を水平面ではなく凸曲面に形成しておいてもよく、ま
たは、ローターと接触する角部を曲面に構成しておいて
もよい。また、振動棒の数は一本だけでなく、数本を並
列に配置してもよい。 第4図は圧電素子3及び4を含む振動励起手段の構成
をブロック図として示したものである。 第4図において、15はたとえばAsin ωtなる正弦波
電圧を発生する電源回路、16は電源回路15で生じた出力
電圧Asin ωtの位相を任意の値φだけずらすための位
相器、17及び18は増幅度B1及びB2の増幅器、である。圧
電素子3は増幅器17の出力端子に接続されているので圧
電素子3にはV1=AB1 sin ωtなる電圧が印加され、圧
電素子4は増幅器18の出力端子に接続されているので圧
電素子4にはV2=AB2sin(ωt−φ)なる電圧が印加さ
れる。従って、圧電素子3と圧電素子4には互いにφだ
け位相のずれた電圧が印加されるので振動棒2の先端に
はxy平面内においてz軸(振動棒2の長手方向の軸線)
を中心とする円振動乃至楕円振動が生じる(B1=B2の場
合φ=90×(2n−1)°(n=0,±1,±2,±3…)では
円振動、φ≠90×(2n−1)°では傾いた楕円振動とな
る。) なお圧電素子3及び4に対する電圧印加手段をアナロ
グ回路で構成する場合を示したがディジタル回路で構成
してもよいことは当然である。また、圧電素子に対する
印加電圧の波形を正弦波に限る必要はなく、種々の波形
の電圧にすることもできる。 以上に説明した本発明の先行例では、公知の振動波モ
ーターの如き環状ステータを有していないため、振動減
衰が生じる恐れがなく、従って、高いエネルギー効率を
得ることができるとともに安定な回転が得られる。ま
た、環状ステータの如き振動減衰防止のためのステータ
支持に関する困難性がないので実用的であり、種々の機
器に容易に搭載することができる。 第5図は、ローターを駆動するための振動棒をロータ
ーの外周側とローターの内周側とに設け、両振動棒によ
ってローターの円筒部分の内外周面を挟みつけつつロー
ターを回転させるように構成した他の先行例である。 第5図において、2Aはローター1の小径部外周面に近
接して配置した第1の振動棒、2Bはローター1の小径部
内周面に近接して配置した第2の振動棒、3Aは振動棒2A
に図において前後方向の振動を生じさせるための第1の
圧電素子、3Bは振動棒2Bに図において前後方向の振動を
生じさせるための第2の圧電素子、4Aは振動棒2Aに図に
おいて上下方向の振動を生じさせるための第1の圧電素
子、4Bは振動棒2Bに図において上下方向の振動を生じさ
せるための第2の圧電素子、19は両振動棒2A及び2Bをロ
ーター1の小径部の内外周面に近接させるように附勢し
ているばね、20は両振動棒2A及び2Bを第1図の先行例と
ほぼ同じ方法で支持している支持台、である。(なお、
両振動棒2A及び2Bには第1図の先行例と同じく、2個ず
つの圧電素子が該振動棒の水平面と鉛直面とに接着され
ていることは当然である。) 第5図の他の先行例では、ローター1の円筒部分の外
周面側にも振動棒2Aが近接して設けられているので、ロ
ーター1が半径方向に振動する恐れがなく、ローターの
回転が円滑になるとともに第1図の先行例よりも大きな
駆動トルクが得られる。 なお、第5図の他の先行例の場合、ローター1の外周
側に配置された振動棒2Aは他方の振動棒2Bの振動方向と
は逆向きに振動される。すなわち、第5図(b)に示す
ように、振動棒2Aには反時計回りの振動が励起され、振
動棒2Bには時計回りの振動が励起される。 また、第5図の他の先行例の振動波駆動装置に装備す
る振動棒として、第6図(b)に示すようにローターの
内周面と外周面とに係合しうる2個の振動棒22A及び22B
をそれぞれの一端側において一体化させた振動棒22を使
用することもできる。なお、第6図(b)において、22
aは第1図の先行例の支持棒5に相当する支持棒であ
り、該支持棒22aは振動棒22に生ずる振動の節の位置に
設けてあることは第1図の先行例と同じである。また、
第6図(b)において、3A、4A及び3Bは圧電素子を示
す。 第7図は第5図の他の先行例による振動波駆動装置を
組込んで構成された交換レンズ23の概略断面図である。 第7図に示される交換レンズではローター1を回転さ
せるための振動棒アッセンブリーがローター1の円周の
一部分にしか存在しないので、該振動波駆動装置を交換
レンズに組込んだ場合、ヘリコイド環23aの外側に大き
な空き空間23bが生じる。従って、この空き空間23bに制
御回路等の電子装置を収容することができ、その結果、
交換レンズ内の空間の利用率を高めることができる。 [発明の目的] この発明の目的は、前記した先行例の技術を踏まえ
て、より小型・軽量化が図れると共に、高トルクが得ら
れる振動波駆動装置を提供することにある。 [発明の概要] この発明による振動波駆動装置は、振動体と前記振動
体を振動させる為の電気−機械エネルギー変換素子とを
有する振動波駆動装置であって、前記振動体は、非駆動
部としての中間部分と、該中間部分を挟むように設けら
れた第1、第2部分とを有し、少なくとも第1、第2部
分の一方は、駆動部とし、前記中間部分は、前記第1、
第2部分より断面積を小さくすることにより、その剛性
は、前記第1、第2部分の剛性より低いものであり、前
記変換素子は前記中間部分に接合されており、合成振動
によって前記振動体の前記駆動部を、前記第1部分と前
記第2部分を結ぶ線を中心として円または楕円の軌道を
描くよう振動させるように、異なる方向の複数の振動を
発生させることを特徴とする。 [発明の実施例] 以下に第6図(a)を参照して本発明の実施例を説明
する。 第1図及び第5図に示した二つの先行例において、振
動棒の形状や構造は図示のものに限定されるものではな
く、種々の形状及び構造を採用できることは当然であ
る。たとえば、振動の振幅を大きくしたり、振動をより
強いものにしたい場合は振動棒の長さや質量を大きくす
る必要があるが、振動棒の長さを長くするとモーターの
全長が長くなるという問題が生じるため、振動棒の長さ
を長くすることなく振動を強くするには、本発明の実施
例としての第6図(a)に示すように、両端に大質量部
21aを具備した振動棒21、換言すると両端に挟まれた中
間部分の断面積を両端部分のそれよりも小さくすること
により、その剛性を低くした振動棒21を使用するとよ
い。そして、第6図(a)に示した振動棒21も先行例と
同じく圧電素子3、4に電圧を印加するとどちらか一方
の大質量部21aが両端を結ぶ線(軸線)を中心として、
円または楕円運動をする。 なお、図示の振動波駆動装置では振動棒に交番曲げ荷
重を作用させる手段として圧電素子を使用しているが、
小型であれば圧電素子以外の交番曲げ荷重発生手段を用
いてもよいことは明らかである。 [発明の効果] 以上説明したように、本発明の振動波駆動装置では、
小型・軽量で、且つ振動変位が大きく、高トルク化を達
成することができ、例えばカメラの交換レンズに搭載し
た場合は、交換レンズ内の空間利用率を高めることがで
きるとともに、大きなパワーの駆動を可能とする。
Description: FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a vibration wave driving device that generates mechanical power without using electromagnetic force, and is particularly suitable for being mounted on a small portable device such as a camera. The present invention relates to a small and light vibration wave driving device. [Background of the Invention] There are various types of rotary power generators, which are motors in a broad sense, according to the principle of power generation. The so-called electric motor, which generates a mechanical rotary force using electromagnetic force, is the smallest and practical. Therefore, the electric motor is known as a motor in a narrow sense. Recent advances in technology have made electric motors (i.e., motors) very small, so small motors have also been installed in various small portable devices, such as cameras, and the performance of the motors has been reduced. Contribute to the improvement of However, a small motor mounted on a camera or the like can rotate at a high speed, but cannot generate a large torque at a low speed, so a deceleration mechanism is necessary.
There is a disadvantage that the volume of the power generation mechanism including the motor and the reduction mechanism is considerably increased due to the reduction mechanism. Therefore, development of a small and lightweight motor that can generate a large torque at low speed without requiring a speed reduction mechanism has been desired. Under such circumstances, in recent years, attempts have been made to use a piezoelectric element as a power generation source, and as a result, a vibration wave motor as a vibration wave driving device that converts vibration generated by the piezoelectric element into rotary motion. Has recently been developed. This known vibration wave motor has an annular stator and an annular rotor, and generates a progressive elastic bending wave in the stator by a piezoelectric element that is annularly bonded to an end face of the stator. Thus, the rotor that is in contact with the end face of the stator is configured to rotate. Since this known vibration wave motor can generate a large torque at a low speed, it does not require a speed reduction mechanism. Therefore, it is suitable as a motor for mounting on a small device such as a camera, and because it has an annular shape. It is suitable as a motor for autofocus of a camera. FIG. 1 (a) is an example showing the technology of a vibration wave motor developed by the present inventors prior to the present invention (hereinafter referred to as a prior art).
FIG. 1 (b) is a left side view of FIG. 1 (a). In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a rotor configured as a stepped annular body, and the rotor 1 is supported by a structural member (not shown) so as to be rotatable about its own axis. On the inner peripheral surface of the small diameter portion of the rotor 1, a flexible coating material 1a having a large friction coefficient is fixed by bonding or the like. A vibrating rod 2 as a vibrating body for causing the rotor 1 to perform a rotational movement is disposed parallel to the axis of the rotor 1, and a tip of the vibrating rod 2 is inserted into a small diameter portion of the rotor 1 and the tip Is positioned so that the upper surface of the substrate is close to the coating material 1a of the small diameter portion. The vibrating bar 2 is configured as a square bar having a rectangular cross-sectional shape in the prior art, and the outer peripheral surface of the vibrating bar 2 is configured by a pair of horizontal planes and a pair of vertical planes. Piezoelectric elements (electrical-mechanical energy conversion elements) 3 and 4 as vibration excitation means for generating a circular or elliptical orbital vibration displacement at the tip of the vibrating rod 2 are arranged on the vertical surface of the vibrating rod 2. It is adhered to the horizontal surface, respectively. The bonding position of the piezoelectric elements 3 and 4 is a central position in the longitudinal direction of the vibrating rod 2 and is bonded to a position that is an antinode of vibration generated in the vibrating rod 2. On the outer peripheral surface of the vibrating rod 2, a thin hole is formed at a position serving as a node of the vibration generated in the vibrating rod 2, and thin supporting rods 5 and 6 fitted into the narrow hole and fixed to the vibrating rod 2. Project from the vertical plane and the horizontal plane of the vibrating rod 2, respectively. The support rod 5
And 6 are steel wires, and both ends of the support rod 5 are provided with support rings 7.
, And both ends of the support rod 6 are fixed to a support ring 8. The support rings 7 and 8 are rings having the same inner diameter and the same outer diameter. The support rings 7 and 8 are fitted into the spigot portions at both ends of a cylindrical support base 10 and have a fixing ring 9. And is fixed to the support base 10. The support 10 is elastically supported on a stationary member (not shown) by a spring 11 and is urged vertically upward by the spring 11. Accordingly, the vibrating rod 2 is also urged toward the coating 1a of the rotor 1 by the force of the spring 11. Three adhesive terminals 12 to 14 are provided on the lower surface of the support base 10, and the adhesive terminals 12 to 14 are connected to a control circuit. The connection terminal 12 is connected to the piezoelectric element 3 via a lead, and the connection terminal 13 is connected to the piezoelectric element 4 via a lead. The connection terminal 14 is a ground terminal, and is connected to the vibrating rod 2 by a lead wire. The vibrating rod 2 is grounded via the connecting terminal 14, the support 10 and the spring 11. Next, vibrations generated in the vibrating rod 2, the principle of generating the vibration, and a method of supporting the vibrating rod 2 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 2 (b), when the piezoelectric element 4 is fixed on a horizontal plane in the middle part of the vibrating rod 2 and a positive voltage is applied to the piezoelectric element 4, for example, the piezoelectric element central axial force to Chijimimo in (longitudinal direction) acts, Therefore vibrating rod 2 is elastically deformed as indicated by a curve C 1. When a negative voltage is applied to the piezoelectric element 4, a force is applied to the piezoelectric element 4 to extend the piezoelectric element 4 in the longitudinal direction.
It is elastically deformed upwardly convex as indicated by a curve C 2. Therefore,
Vibrating rod 2 each time of changing the polarity of the voltage applied to the piezoelectric element 4 is vibrated in the vertical direction and elastically deformed as indicated by a curve C 1 and C 2, the neutral line of the vibrating rod 2 is vibrating rod 2 elastically deformed there is S 1 and S 2 points not at all also displaced, S 1 this point
And S 2 is a section of the so-called vibration. Therefore, the vibration energy at this point S 1 and S 2 is zero, this point
Fixing the vibrating rod 2 in S 1 and S 2 (support) and not the vibration is attenuated even. Therefore, it is fixed to the vibrating rod 2 supporting rods 5 and 6 of the at points S 1 and S 2. By applying an alternating voltage to the piezoelectric element 3 in the same manner as the piezoelectric element 4, the vibrating rod 2 also vibrates in the lateral direction.
When the longitudinal vibration (vibration in the y direction) generated by the piezoelectric element 4 and the lateral vibration (vibration in the x direction) generated by the piezoelectric element 3 are simultaneously applied to the vibrating rod 2, the end of the vibrating rod 2 is at the center of the vibrating rod 2. Vibrates so as to draw a circular orbit in the xy plane about the axis Z. By changing the level of the voltage applied to the piezoelectric element 3 and the piezoelectric element 4, the vibration trajectory drawn by the tip of the vibrating rod 2 can be freely changed from a perfect circle to an ellipse. Further, by shifting the phase, the ellipse can be tilted. However, both piezoelectric elements 3 and 4 are made to draw a horizontally long elliptical orbit (that is, an elliptical orbit whose diameter is parallel to the x-axis) at the tip of the vibrating rod 2. It is desirable to set the level and phase difference of the applied voltage with respect to. Figure 2 (c) is a diagram showing an alternating voltage V 2 applied to the alternating voltage V 1 and the piezoelectric element 4 to be applied to the piezoelectric element 3, FIG. 2 (d) shows the alternating voltage V to the piezoelectric element 3 1 shows the elliptical vibration generated at the end portion of the vibrating rod 2 when applying an alternating voltage V 2 to the piezoelectric element 4 at the same time the application of a. Note that, as a property of the piezoelectric element, when the vibrator is in a resonance state, the alternating displacement has a phase delayed by 90 ° from the alternating voltage. displacement will correspond to each time the instantaneous voltage of ~ the alternating voltage V 1 and V 2 applied to the piezoelectric element 3 and 4 as shown in FIG. 2 (c). That is, the voltage V 1 applied to the piezoelectric element 3 at the time of the time in FIG. 2 (c) is V 1 = 0, since the voltage V 2 applied to the piezoelectric element 4 is V 2 = V m vibration The tip of the rod 2 makes a maximum displacement in one direction along the + y axis, and at time V 2 = 0 and V 1 = V n , the tip of the vibrating rod 2
Make the maximum displacement in the x direction. Between the times, the bending stress in the x direction and the bending stress in the y direction act on the vibrating rod 2 simultaneously and with mutually different magnitudes. Therefore, as shown in FIG. Moves in an elliptical orbit. The tip of the vibrating rod 2 moves along the path of →→ in the movement locus of FIG.
Contact with the coating material 1a on the inner peripheral surface of the rotor 1 to apply a rotational force to the rotor 1, and the rotor 1
Away from the covering material 1a. FIG. 3 is a diagram showing the relative positional relationship between the vibrating bar 2 and the rotor 1 and the movement of the vibrating bar 2. In FIG. 3, the vibrating bar 2 is at a position where it does not contact the inner peripheral surface of the rotor 1. However, when the vibrating bar 2 is vibrated by the piezoelectric elements 3 and 4, each point of the vibrating bar 2 Since the vibration of the circular orbit or the elliptical orbit occurs as shown by the arrow, the vibrating rod 2 contacts the inner peripheral surface of the rotor 1 in the upper half of the circular orbit or elliptical orbit, and the rotor 1 It is rotated under the force F in the direction. In order to increase the contact area between the vibrating rod 2 and the rotor 1, the outer surface of the vibrating rod 2 facing the inner peripheral surface of the rotor 1 may be formed in a convex curved surface instead of a horizontal plane. May be formed in a curved surface. The number of vibrating rods is not limited to one, and several vibrating rods may be arranged in parallel. FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of the vibration excitation means including the piezoelectric elements 3 and 4. In FIG. 4, reference numeral 15 denotes a power supply circuit for generating a sine wave voltage of, for example, Asin ωt, 16 denotes a phase shifter for shifting the phase of the output voltage Asin ωt generated by the power supply circuit 15 by an arbitrary value φ, and 17 and 18 denote a phase shifter. amplifier amplification factor B 1 and B 2, is. Since the piezoelectric element 3 is connected to the output terminal of the amplifier 17, a voltage of V 1 = AB 1 sin ωt is applied to the piezoelectric element 3, and the piezoelectric element 4 is connected to the output terminal of the amplifier 18. 4 is applied with a voltage of V 2 = AB 2 sin (ωt−φ). Therefore, voltages having phases shifted by φ from each other are applied to the piezoelectric element 3 and the piezoelectric element 4, so that the z-axis (the axis in the longitudinal direction of the vibrating rod 2) is applied to the tip of the vibrating rod 2 in the xy plane.
(In the case of B 1 = B 2 , φ = 90 × (2n−1) ° (n = 0, ± 1, ± 2, ± 3...)), Circular vibration, φ ≠ In the case of 90 × (2n−1) °, an inclined elliptical vibration occurs.) Although the case where the voltage applying means for the piezoelectric elements 3 and 4 is constituted by an analog circuit is shown, it is obvious that the voltage applying means may be constituted by a digital circuit. is there. Further, the waveform of the voltage applied to the piezoelectric element does not need to be limited to a sine wave, and various voltages can be used. In the above-described prior art of the present invention, since there is no annular stator such as a known vibration wave motor, there is no danger of vibration damping, so that high energy efficiency can be obtained and stable rotation can be achieved. can get. In addition, since there is no difficulty in supporting the stator for preventing vibration attenuation as in the case of the annular stator, it is practical and can be easily mounted on various devices. FIG. 5 shows that the vibrating rod for driving the rotor is provided on the outer peripheral side of the rotor and the inner peripheral side of the rotor, and the rotor is rotated while sandwiching the inner and outer peripheral surfaces of the cylindrical portion of the rotor with both vibrating rods. This is another prior example configured. In FIG. 5, 2A is a first vibrating rod arranged close to the outer peripheral surface of the small diameter portion of the rotor 1, 2B is a second vibrating rod arranged close to the inner peripheral surface of the small diameter portion of the rotor 1, and 3A is a vibrating rod. Rod 2A
In the figure, a first piezoelectric element for generating vibration in the front-rear direction in the figure, 3B is a second piezoelectric element for generating vibration in the front-rear direction on the vibration bar 2B in the figure, and 4A is vertical in the figure on the vibration rod 2A. The first piezoelectric element for generating vibration in the direction 1B, 4B is the second piezoelectric element for generating vibration in the vertical direction in the vibrating rod 2B in the figure, and 19 is the small diameter of the rotor 1 for both the vibrating rods 2A and 2B. A spring urges the inner and outer peripheral surfaces of the portion close to each other. Reference numeral 20 denotes a support that supports both vibrating rods 2A and 2B in substantially the same manner as in the prior example of FIG. (Note that
Naturally, two piezoelectric elements are adhered to both the vibrating rods 2A and 2B on the horizontal plane and the vertical plane of the vibrating rods, similarly to the previous example of FIG. In the other prior example of FIG. 5, the vibrating rod 2A is also provided close to the outer peripheral surface side of the cylindrical portion of the rotor 1, so that there is no possibility that the rotor 1 vibrates in the radial direction, and the rotation of the rotor 1 is prevented. , And a larger driving torque than that of the prior example shown in FIG. 1 can be obtained. In the case of the other prior art in FIG. 5, the vibrating rod 2A arranged on the outer peripheral side of the rotor 1 is vibrated in a direction opposite to the vibration direction of the other vibrating rod 2B. That is, as shown in FIG. 5 (b), counterclockwise vibration is excited in the vibrating rod 2A, and clockwise vibration is excited in the vibrating rod 2B. Further, as a vibrating rod provided in the vibration wave driving device of another prior art in FIG. 5, two vibrations which can be engaged with the inner peripheral surface and the outer peripheral surface of the rotor as shown in FIG. 6 (b). Rods 22A and 22B
May be used at one end side. In FIG. 6 (b), 22
a is a support rod corresponding to the support rod 5 of the prior example of FIG. 1, and the support rod 22a is provided at the position of the node of the vibration generated in the vibrating rod 22 as in the prior example of FIG. is there. Also,
In FIG. 6 (b), 3A, 4A and 3B indicate piezoelectric elements. FIG. 7 is a schematic sectional view of an interchangeable lens 23 incorporating the vibration wave driving device according to another prior art of FIG. In the interchangeable lens shown in FIG. 7, the vibrating rod assembly for rotating the rotor 1 is present only on a part of the circumference of the rotor 1. Therefore, when the vibration wave driving device is incorporated in the interchangeable lens, the helicoid ring 23a is used. A large empty space 23b is generated outside the space. Therefore, an electronic device such as a control circuit can be accommodated in the empty space 23b, and as a result,
The utilization rate of the space in the interchangeable lens can be increased. [Object of the Invention] An object of the present invention is to provide a vibration wave driving device that can be made smaller and lighter and can obtain a high torque, based on the technology of the above-mentioned prior art. [Summary of the Invention] A vibration wave driving device according to the present invention is a vibration wave driving device including a vibrating body and an electro-mechanical energy conversion element for vibrating the vibrating body, wherein the vibrating body is a non-driving unit. , And first and second portions provided so as to sandwich the intermediate portion. At least one of the first and second portions is a driving portion, and the intermediate portion is the first portion. ,
By making the cross-sectional area smaller than that of the second portion, the rigidity is lower than the rigidity of the first and second portions, and the conversion element is joined to the intermediate portion, and the vibrating body is formed by synthetic vibration. A plurality of vibrations in different directions are generated so that the driving unit vibrates so as to draw a circular or elliptical trajectory around a line connecting the first part and the second part. Embodiment of the Invention Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the two prior examples shown in FIGS. 1 and 5, the shape and structure of the vibrating rod are not limited to those shown in the drawings, and it is obvious that various shapes and structures can be adopted. For example, if you want to increase the vibration amplitude or make the vibration stronger, you need to increase the length and mass of the vibrating rod.However, increasing the length of the vibrating rod increases the overall length of the motor. Therefore, in order to increase the vibration without increasing the length of the vibrating rod, as shown in FIG. 6A as an embodiment of the present invention, a large mass
It is preferable to use a vibrating rod 21 having 21a, that is, a vibrating rod 21 whose rigidity is reduced by making the cross-sectional area of an intermediate portion sandwiched between both ends smaller than that of both end portions. When a voltage is applied to the piezoelectric elements 3 and 4 in the same manner as in the previous example, the vibrating rod 21 shown in FIG. 6 (a) also has one of the large mass portions 21a centered on a line (axis) connecting both ends.
Make a circular or elliptical motion. In the illustrated vibration wave driving device, a piezoelectric element is used as a means for applying an alternating bending load to the vibration bar.
It is clear that an alternating bending load generating means other than the piezoelectric element may be used if the size is small. [Effects of the Invention] As described above, in the vibration wave driving device of the present invention,
Compact and lightweight, large vibration displacement and high torque can be achieved. For example, when mounted on an interchangeable lens of a camera, the space utilization rate in the interchangeable lens can be increased, and driving with large power Is possible.

【図面の簡単な説明】 第1図(a)は本発明の一先行例の要部縦断面図、第1
図(b)は第1図(a)の左側面図、第2図(a)及び
第2図(b)は第1図の装置に装備されている振動棒と
その支持構造を説明するための図、第2図(c)は該振
動棒に取付けられている2個の圧電素子に印加する電圧
の波形を示した図、第2図(d)は該振動棒の先端に生
じる振動の軌跡を示した図、第3図は該振動体の先端部
とローターとの位置関係を示した図、第4図は該振動棒
に振動を生ぜしめるための振動励起手段をブロック図と
して示した図、第5図(a)は本発明の他の先行例の要
部縦断面図、第5図(b)は第5図(a)を左側から見
た場合の一部の側面図、第6図(a)は本発明の一実施
例を示す斜視図、第6図(b)は第5図に示した振動棒
に関する他の先行例の変形例の斜視図、第7図は第5図
の他の先行例の装置を組込んで構成された交換レンズの
縦断面図である。 1…ローター 2,2A,"B,21,22…振動棒 3,3A,3B…圧電素子 4,4A,4B…圧電素子 5,6,22a…支持棒 7,8…支持リング 9…固定リング 10,20…支持台 11…ばね 12〜14…接続端子 15…電源回路 16…位相器 17,18…増幅器 19…ばね 23…交換レンズ 23a…ヘリコイド環
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 (a) is a longitudinal sectional view of a main part of one prior art of the present invention, and FIG.
FIG. 2 (b) is a left side view of FIG. 1 (a), and FIGS. 2 (a) and 2 (b) are views for explaining a vibrating rod provided in the apparatus of FIG. 1 and a supporting structure thereof. FIG. 2 (c) shows a waveform of a voltage applied to two piezoelectric elements attached to the vibrating rod, and FIG. 2 (d) shows a waveform of a vibration generated at the tip of the vibrating rod. FIG. 3 is a diagram showing a locus, FIG. 3 is a diagram showing a positional relationship between a tip portion of the vibrating body and a rotor, and FIG. 4 is a block diagram showing a vibration exciting means for generating vibration on the vibrating rod. FIG. 5 (a) is a longitudinal sectional view of a main part of another prior art of the present invention, FIG. 5 (b) is a partial side view of FIG. 5 (a) viewed from the left side, and FIG. 6 (a) is a perspective view showing one embodiment of the present invention, FIG. 6 (b) is a perspective view of another modification of the prior art relating to the vibrating rod shown in FIG. 5, and FIG. Other prior examples in the figure The is a longitudinal sectional view of the assembled in configured interchangeable lens. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Rotor 2,2A, "B, 21,22 ... Vibrating rod 3,3A, 3B ... Piezoelectric element 4,4A, 4B ... Piezoelectric element 5,6,22a ... Support rod 7,8 ... Support ring 9 ... Fixing ring 10,20 ... Support 11 ... Spring 12-14 ... Connection terminal 15 ... Power supply circuit 16 ... Phase shifter 17,18 ... Amplifier 19 ... Spring 23 ... Interchangeable lens 23a ... Helicoid ring

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−129077(JP,A) 特開 昭62−259485(JP,A) 実開 昭59−155892(JP,U)   ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page    (56) References JP-A-61-229077 (JP, A)                 JP-A-62-259485 (JP, A)                 Shokai Sho 59-155892 (JP, U)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 1.振動体と前記振動体を振動させる為の電気−機械エ
ネルギー変換素子とを有する振動波駆動装置であって、 前記振動体は、非駆動部としての中間部分と、該中間部
分を挟むように設けられた第1、第2部分とを有し、少
なくとも第1、第2部分の一方は、駆動部とし、前記中
間部分は、前記第1、第2部分よりも断面積を小さくす
ることにより、その剛性は、前記第1、第2部分の剛性
より低いものであり、 前記変換素子は前記中間部分に接合されており、合成振
動によって前記振動体の前記駆動部を、前記第1部分と
前記第2部分を結ぶ線を中心として円または楕円の軌道
を描くよう振動させるように、異なる方向の複数の振動
を発生させることを特徴とする振動波駆動装置。
(57) [Claims] A vibration wave driving device having a vibrating body and an electro-mechanical energy conversion element for vibrating the vibrating body, wherein the vibrating body is provided so as to sandwich the intermediate part as a non-driving part and the intermediate part. First and second parts, at least one of the first and second parts is a drive unit, and the intermediate part has a smaller cross-sectional area than the first and second parts. The stiffness is lower than the stiffness of the first and second parts, the conversion element is joined to the intermediate part, and the driving unit of the vibrating body is combined with the first part and the first part by synthetic vibration. A vibration wave driving device that generates a plurality of vibrations in different directions so as to vibrate in a circular or elliptical trajectory around a line connecting the second portions.
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