JP2925272B2 - 振動波モータ - Google Patents
振動波モータInfo
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/0005—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing non-specific motion; Details common to machines covered by H02N2/02 - H02N2/16
- H02N2/005—Mechanical details, e.g. housings
- H02N2/0065—Friction interface
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/10—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
- H02N2/106—Langevin motors
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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、振動体に振動を励起させることにより、回
転運動を生じさせ、振動体に圧接した移動体を駆動する
振動波モータに関する。
転運動を生じさせ、振動体に圧接した移動体を駆動する
振動波モータに関する。
従来振動波モータとしての超音波モータとしては、円
環状の弾性体に曲げ振動を起こし、摩擦力によりレンズ
駆動用移動体を駆動させるタイプのものが、カメラ用AF
機構などで、実用化されている。しかし、この従来のタ
イプのものは、リング形状であるため、加圧機構を含め
たユニットとしては、比較的コスト高であり、中空を要
求されないモータ用としてはコスト上不利である。そこ
で中実型で、加圧系などの構成が容易な、第２図乃至第
３図に示すようなタイプのモータが、近年提案された。
環状の弾性体に曲げ振動を起こし、摩擦力によりレンズ
駆動用移動体を駆動させるタイプのものが、カメラ用AF
機構などで、実用化されている。しかし、この従来のタ
イプのものは、リング形状であるため、加圧機構を含め
たユニットとしては、比較的コスト高であり、中空を要
求されないモータ用としてはコスト上不利である。そこ
で中実型で、加圧系などの構成が容易な、第２図乃至第
３図に示すようなタイプのモータが、近年提案された。
ここで該提案にかかるモータについて第２図乃至第４
図を用いて簡単に説明する。
図を用いて簡単に説明する。
第２図は棒状の超音波モータの外観図、第３図は第２
図示のモータの中心部分の断面図、第４図は第２図示モ
ータの振動体の振動状態を模式化した図を示す。また第
４図におけるγ方向とは第２図に示すＺ方向に（振動体
b1、b2の軸、すなわちＺ軸に沿った方向）に垂直な軸に
沿った方向を指し、Ｙ−Ｚ平面とは、γ軸とＺ軸ででき
る平面を指す。第２図示の如き棒状の超音波モータは金
属性の中空型の上側振動体b1と、同じく金属性の中空型
の下側振動体b2の間に、中空型の２枚の円板状圧電素子
（PZT）を介挿すると共に、上側振動体b1と下側振動体b
2の夫々の内周側にネジ部bb1、bb2を設けて、該夫々の
ネジ部にボルトｃを螺合させて２枚の圧電素子bb1、bb2
を挟持している。
図示のモータの中心部分の断面図、第４図は第２図示モ
ータの振動体の振動状態を模式化した図を示す。また第
４図におけるγ方向とは第２図に示すＺ方向に（振動体
b1、b2の軸、すなわちＺ軸に沿った方向）に垂直な軸に
沿った方向を指し、Ｙ−Ｚ平面とは、γ軸とＺ軸ででき
る平面を指す。第２図示の如き棒状の超音波モータは金
属性の中空型の上側振動体b1と、同じく金属性の中空型
の下側振動体b2の間に、中空型の２枚の円板状圧電素子
（PZT）を介挿すると共に、上側振動体b1と下側振動体b
2の夫々の内周側にネジ部bb1、bb2を設けて、該夫々の
ネジ部にボルトｃを螺合させて２枚の圧電素子bb1、bb2
を挟持している。
そして圧電素子a1、a2の夫々に電気的に位相のずれた
交流信号（通常互いに90°位相のずれた信号）が不図示
の駆動回路から印加されると、電気−機械エネルギー変
換素子としての圧電素子a1、a2は分極位置が位置的にず
れているので、振動体b1、b2には、例えば位置的に90
°、または時間的に90°ずれた振動が励起され、その表
面粒子はＺ軸方向からみた時、回転運動を行う。
交流信号（通常互いに90°位相のずれた信号）が不図示
の駆動回路から印加されると、電気−機械エネルギー変
換素子としての圧電素子a1、a2は分極位置が位置的にず
れているので、振動体b1、b2には、例えば位置的に90
°、または時間的に90°ずれた振動が励起され、その表
面粒子はＺ軸方向からみた時、回転運動を行う。
尚ｄは振動体b1に接する突起dd、接触部AA有する中空
型のロータ、ｆはバネｅにより軸受ｇを介してロータｄ
を振動体b1に摩擦係合させる加圧部材である。
型のロータ、ｆはバネｅにより軸受ｇを介してロータｄ
を振動体b1に摩擦係合させる加圧部材である。
この様なモータにおいては、振動体b1、b2とロータｄ
との接触部Ａに何らの工夫がなされていなかったため
に、振動の変位が数ミクロンの振動体全周にわたって常
にロータが振動体に接触することが不可能であった。
との接触部Ａに何らの工夫がなされていなかったため
に、振動の変位が数ミクロンの振動体全周にわたって常
にロータが振動体に接触することが不可能であった。
したがってモータ出力が充分に取り出せず、効率の悪
いものとなっていた。
いものとなっていた。
また滑らかな接触が行われなかったために、耳ざわり
な音も発生していた。
な音も発生していた。
更に次に述べる問題も発生していた。すなわち振動体
b1の振動時における振動体b1と移動体ｄとの接触部Ａを
注意して見ると、γ方向とＺ方向の振動成分の比により
ある振動角を持っていることが分かる。
b1の振動時における振動体b1と移動体ｄとの接触部Ａを
注意して見ると、γ方向とＺ方向の振動成分の比により
ある振動角を持っていることが分かる。
この振動角を第５図（ａ）に示すようにＺ軸とのなす
角θとして定義する。
角θとして定義する。
一方移動体ｄが振動体b1からの振動を受けて変形する
方向は、移動体ｄの形状により決まり、第６図に示す移
動体ｄでは角度φの方向となる。ここで矢印Ｆφは移動
体ｄの変形方向を示している。
方向は、移動体ｄの形状により決まり、第６図に示す移
動体ｄでは角度φの方向となる。ここで矢印Ｆφは移動
体ｄの変形方向を示している。
この時、第７図に示すように移動体ｄ側の接触部AAは
Δｌ（第７図参照）だけ摺動し、この時滑りが生じれば
エネルギー損失を起し、効率の低下が引き起されること
になる。
Δｌ（第７図参照）だけ摺動し、この時滑りが生じれば
エネルギー損失を起し、効率の低下が引き起されること
になる。
なお第５図（ａ）において、Ｆは振動体b1上の接触部
Ａ領域の各点での振動方向、第５図（ｂ）、第５図
（ｃ）の特性は夫々振動時の振動体b1のγ軸方向の振動
振幅並びにＺ軸方向の振動振幅を示している。
Ａ領域の各点での振動方向、第５図（ｂ）、第５図
（ｃ）の特性は夫々振動時の振動体b1のγ軸方向の振動
振幅並びにＺ軸方向の振動振幅を示している。
本発明はかかる課題を解決し、効率が良く、音の発生
が少なくなる振動波モータを提供せんとするものであ
る。
が少なくなる振動波モータを提供せんとするものであ
る。
また本発明の他の目的は移動体側の接触部の滑りに基
づく効率の低下のない振動波モータを提供せんとするも
のである。
づく効率の低下のない振動波モータを提供せんとするも
のである。
本発明は、振動体に設けられた電気−機械エネルギー
変換素子に電気信号を印加することによって、振動体に
振動を励起させることにより回転運動を生じさせ、前記
振動体に圧接した移動体を駆動する振動波モータに於
て、前記移動体の前記振動体との接触部にバネ性を持た
せると共に、 FsinβKt＜Ｎμ F:移動体の接触部が接触する接触面での振動体の振動変
位、 N:垂直抗力、 μ：摩擦係数、 β：振動体の接触面に垂直な方向と、振動体の振動変位
の方向と、で形成される角度、 Kt:振動体の接触面に平行な方向の硬さ、 の条件を満たすようにした振動波モータを特徴とする。
変換素子に電気信号を印加することによって、振動体に
振動を励起させることにより回転運動を生じさせ、前記
振動体に圧接した移動体を駆動する振動波モータに於
て、前記移動体の前記振動体との接触部にバネ性を持た
せると共に、 FsinβKt＜Ｎμ F:移動体の接触部が接触する接触面での振動体の振動変
位、 N:垂直抗力、 μ：摩擦係数、 β：振動体の接触面に垂直な方向と、振動体の振動変位
の方向と、で形成される角度、 Kt:振動体の接触面に平行な方向の硬さ、 の条件を満たすようにした振動波モータを特徴とする。
第１図は本発明を適用した超音波モータの一実施例の
要部断面図である。
要部断面図である。
第１図においてb1は第３図示モータにおける振動体と
ほぼ同じ形状の中空型の振動体で、金属性の弾性材から
形成され、その中間部分にテーパ状の接触面となる接触
部Ａを有する。dAは第３図示モータにおける移動体ｄと
ほぼ同じ形状の移動体としてのロータであるが、前述の
振動体側接触部Ａと接触して、該接触部Ａより駆動力を
受ける移動体側の接触部dAAがバネ性を有するつば状に
形成されている点が異なる。この移動体側接触部dAAはC
ENを変形中心として変形する。またこの接触部dAAは振
動体b1の接触部Ａ領域の振動変位（変位方向）Ｆ、或い
はそれに略一致した方向についてのみ柔軟でその他の方
向、つまり振動体b1の周方向及び振動体b1の変位方向と
垂直で、かつ振動体の軸を通る平面に平行な方向には硬
い特性を有している。このように移動体dAのつば状接触
部dAAの変形方向と振動体b1の変位方向が一致、或いは
略一致しているので、前述した余分な摺動損失は起ら
ず、効率の良い超音波モータが得られる。
ほぼ同じ形状の中空型の振動体で、金属性の弾性材から
形成され、その中間部分にテーパ状の接触面となる接触
部Ａを有する。dAは第３図示モータにおける移動体ｄと
ほぼ同じ形状の移動体としてのロータであるが、前述の
振動体側接触部Ａと接触して、該接触部Ａより駆動力を
受ける移動体側の接触部dAAがバネ性を有するつば状に
形成されている点が異なる。この移動体側接触部dAAはC
ENを変形中心として変形する。またこの接触部dAAは振
動体b1の接触部Ａ領域の振動変位（変位方向）Ｆ、或い
はそれに略一致した方向についてのみ柔軟でその他の方
向、つまり振動体b1の周方向及び振動体b1の変位方向と
垂直で、かつ振動体の軸を通る平面に平行な方向には硬
い特性を有している。このように移動体dAのつば状接触
部dAAの変形方向と振動体b1の変位方向が一致、或いは
略一致しているので、前述した余分な摺動損失は起ら
ず、効率の良い超音波モータが得られる。
またその他の方向に硬い特性を有することから応答性
の良いモータが得られる。更にまた接触部dAAがバネ性
を有することから移動体dAは振動体b1の全周にわたり均
一、かつ滑らかに接触し、効率の向上が計られ、かつま
た耳ざわりな音の発生を防止することもできる。尚第１
図示超音波モータの他の機素は第２図、第３図示モータ
のそれと同じであるのでその説明を省略する。
の良いモータが得られる。更にまた接触部dAAがバネ性
を有することから移動体dAは振動体b1の全周にわたり均
一、かつ滑らかに接触し、効率の向上が計られ、かつま
た耳ざわりな音の発生を防止することもできる。尚第１
図示超音波モータの他の機素は第２図、第３図示モータ
のそれと同じであるのでその説明を省略する。
第８図乃至第15図に示す本発明の他の実施例は第１図
示実施例とほぼ同様であるので、その差異についてのみ
詳述し、他の部分についての説明は省略する。
示実施例とほぼ同様であるので、その差異についてのみ
詳述し、他の部分についての説明は省略する。
第８図（ａ）、第８図（ｂ）に示す第２実施例におい
て、ロータとして形成された移動体dA2は振動体b1との
接触部Ａと接触する部分にコの字状、或いはＵ字状のバ
ネ性のつば状接触部を有している。このつば状接触部dA
A2はγ軸方向とＺ軸方向に薄肉構造をもったバネであ
り、各々の辺の長さ等を変更することにより該つば状接
触部dAA2の特性を模式的に示した第８図（ｂ）における
バネ定数Kr、Kzを変えることができる。従ってこの変更
によりつば状接触部dAA2の変形方向を適切に効率が最も
良くなる様に設定することができるものである。
て、ロータとして形成された移動体dA2は振動体b1との
接触部Ａと接触する部分にコの字状、或いはＵ字状のバ
ネ性のつば状接触部を有している。このつば状接触部dA
A2はγ軸方向とＺ軸方向に薄肉構造をもったバネであ
り、各々の辺の長さ等を変更することにより該つば状接
触部dAA2の特性を模式的に示した第８図（ｂ）における
バネ定数Kr、Kzを変えることができる。従ってこの変更
によりつば状接触部dAA2の変形方向を適切に効率が最も
良くなる様に設定することができるものである。
因みにKz＝Krと設定した時には、振動体接触部Ａより
加えられた力の方向Ｆへ常に変形することになる。なお
Kr、Kzは夫々γ軸方向、Ｚ軸方向のバネ定数で示し、dA
A20は振動体b1の接触部Ａに接触して駆動力を受ける部
分を示している。
加えられた力の方向Ｆへ常に変形することになる。なお
Kr、Kzは夫々γ軸方向、Ｚ軸方向のバネ定数で示し、dA
A20は振動体b1の接触部Ａに接触して駆動力を受ける部
分を示している。
また、移動体dA2の変形方向が振動体b1の変位方向
（振動方向）と一致する条件について第９図（ａ）、
（ｂ）を用いて説明する。振動体b1のテーパ状接触部Ａ
に対して垂直方向をｎ軸（第９図（ａ）参照）、水平方
向をｔ軸とし、第８図（ａ）に示すつば状接触部dAA2の
ｎ軸、ｔ軸（第９図（ａ）参照）方向の硬さをkn、kt
（第９図（ｂ）参照）とし、更に振動体b1の振動変位
（変位方向）をＦ、それのｎ軸とのなす角をβとした
時、振動体b1の変位におけるすべり方向成分はFsinβで
あるから、ｔ軸方向の力について、FsinβKt＜Ｎμ（但
しＮは垂直抗力、μは摩擦係数）である時、振動体の接
触部Ａと接触する移動体のつば状接触部dAA2はｔ軸方向
にすべりを生じることなく、摺動損失は発生しない。た
とえば移動体が第10図に示す様な接触部dAA3を有する構
造の時には、ｔ軸方向（第10図参照）に軟らかいバネ構
造となるので、余分なすべりは発生しにくい。
（振動方向）と一致する条件について第９図（ａ）、
（ｂ）を用いて説明する。振動体b1のテーパ状接触部Ａ
に対して垂直方向をｎ軸（第９図（ａ）参照）、水平方
向をｔ軸とし、第８図（ａ）に示すつば状接触部dAA2の
ｎ軸、ｔ軸（第９図（ａ）参照）方向の硬さをkn、kt
（第９図（ｂ）参照）とし、更に振動体b1の振動変位
（変位方向）をＦ、それのｎ軸とのなす角をβとした
時、振動体b1の変位におけるすべり方向成分はFsinβで
あるから、ｔ軸方向の力について、FsinβKt＜Ｎμ（但
しＮは垂直抗力、μは摩擦係数）である時、振動体の接
触部Ａと接触する移動体のつば状接触部dAA2はｔ軸方向
にすべりを生じることなく、摺動損失は発生しない。た
とえば移動体が第10図に示す様な接触部dAA3を有する構
造の時には、ｔ軸方向（第10図参照）に軟らかいバネ構
造となるので、余分なすべりは発生しにくい。
次に上述と同様な効果を樹脂、ゴムなどの弾性部材を
用いて実現した一実施例を以下に示す。
用いて実現した一実施例を以下に示す。
第11図は第１実施例と同様な振動体b1の接触部Ａに摩
擦接触する、ロータdA4の接触部dAA4を、ゴムまたは樹
脂性の軟らかい材料で構成した例である。
擦接触する、ロータdA4の接触部dAA4を、ゴムまたは樹
脂性の軟らかい材料で構成した例である。
第12図はロータdA5の摩耗性を挙げるために、前述の
第11図示接触部dAA4と同様な構成材料からなる中間部dA
A5の先端に、更にセラミツクなどの耐摩耗性のある材料
からなる接触部dAA5aを固着したものである。
第11図示接触部dAA4と同様な構成材料からなる中間部dA
A5の先端に、更にセラミツクなどの耐摩耗性のある材料
からなる接触部dAA5aを固着したものである。
第13図、第14図、第15図はθ＝φ、つまり振動体の接
触部Ａの変形方向と移動体dA6、dA7,dA8の夫々のつば状
接触部dAA6、dAA7、dAA8の変形方向とを一致若しくは略
一致された例を示す。
触部Ａの変形方向と移動体dA6、dA7,dA8の夫々のつば状
接触部dAA6、dAA7、dAA8の変形方向とを一致若しくは略
一致された例を示す。
本発明は移動体側の接触部にバネ性を持たせると共
に、接触部が振動体の接触面の面方向にすべりを生じさ
せないように条件設定したので、駆動損失を少なくでき
ると共に、音の発生も押えた振動波モータを提供するこ
とができる。
に、接触部が振動体の接触面の面方向にすべりを生じさ
せないように条件設定したので、駆動損失を少なくでき
ると共に、音の発生も押えた振動波モータを提供するこ
とができる。
第１図は本発明を適用した棒状超音波モータの要部断面
図、 第２図は従来の棒状超音波モータの外観図、 第３図は第２図示モータの断面図、 第４図は第２図示モータにおける各方向の振動の状態を
説明する図、 第５図（ａ）、第５図（ｂ）、第５図（ｃ）は第２図示
モータにおける振動体の振動状態を説明する図、 第６図、第７図は第２図示モータの移動体の変位方向を
説明する図、 第８図（ａ）、第８図（ｂ）、第９図（ａ）、第９図
（ｂ）、第10図乃至第15図は本発明の他の実施例にかか
る超音波モータの要部概略図である。 図において、 dA、dA2〜dA8…ロータ、b1…振動体を示してある。
図、 第２図は従来の棒状超音波モータの外観図、 第３図は第２図示モータの断面図、 第４図は第２図示モータにおける各方向の振動の状態を
説明する図、 第５図（ａ）、第５図（ｂ）、第５図（ｃ）は第２図示
モータにおける振動体の振動状態を説明する図、 第６図、第７図は第２図示モータの移動体の変位方向を
説明する図、 第８図（ａ）、第８図（ｂ）、第９図（ａ）、第９図
（ｂ）、第10図乃至第15図は本発明の他の実施例にかか
る超音波モータの要部概略図である。 図において、 dA、dA2〜dA8…ロータ、b1…振動体を示してある。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−148682（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−224882（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−152377（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−177876（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−133580（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H02N 2/00
Claims (1)
- 【請求項１】振動体に設けられた電気−機械エネルギー
変換素子に電気信号を印加することによって、振動体に
振動を励起させることにより回転運動を生じさせ、前記
振動体に圧接した移動体を駆動する振動波モータに於
て、前記移動体の前記振動体との接触部にバネ性を持た
せると共に、 FsinβKt＜Ｎμ F:移動体の接触部が接触する接触面での振動体の振動変
位、 N:垂直抗力、 μ：摩擦係数、 β：振動体の接触面に垂直な方向と、振動体の振動変位
の方向と、で形成される角度、 Kt:振動体の接触面に平行な方向の硬さ、 の条件を満たすようにしたことを特徴とする振動波モー
タ。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2230262A JP2925272B2 (ja) | 1990-08-31 | 1990-08-31 | 振動波モータ |
| EP91307900A EP0473423B1 (en) | 1990-08-31 | 1991-08-29 | Vibration driven motor |
| DE69118782T DE69118782T2 (de) | 1990-08-31 | 1991-08-29 | Durch Vibration angetriebener Motor |
| US07/994,177 US5274295A (en) | 1990-08-31 | 1992-12-18 | Vibration driven motor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2230262A JP2925272B2 (ja) | 1990-08-31 | 1990-08-31 | 振動波モータ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04112686A JPH04112686A (ja) | 1992-04-14 |
| JP2925272B2 true JP2925272B2 (ja) | 1999-07-28 |
Family
ID=16905047
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2230262A Expired - Fee Related JP2925272B2 (ja) | 1990-08-31 | 1990-08-31 | 振動波モータ |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5274295A (ja) |
| EP (1) | EP0473423B1 (ja) |
| JP (1) | JP2925272B2 (ja) |
| DE (1) | DE69118782T2 (ja) |
Families Citing this family (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3015090B2 (ja) * | 1990-10-05 | 2000-02-28 | キヤノン株式会社 | 振動波駆動装置 |
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