JPH01198283A - 振動波モータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は棒状の弾性体のたわみ振動を利用した振動波モ
ータに関するものである。

［従来の技術］ 振動波モータは、これまでに、リング型、円板型、棒型
の弾性体に振動波を励起せしめ、この弾性体に回転体あ
るいは穆動体を押圧することにより、摩擦による駆動力
を前記回転体あるいは穆動体に伝達するタイプのものが
数多く提案されている。

これらの振動波モータは、低速で高トルクを発生するな
どの特徴をもっているので、低速域でのダイレクトドラ
イブが可能なため、減速装置が不要となり、構造の簡易
化が図れるなどの利点がある。

また振動体の部分を、さらにコンパクト化したものとし
て、棒状の弾性体に定在波を励振し、その振動モードを
釉まわりに回転させて、弾性体上の質点を楕円運動させ
ることにより、この弾性体に押圧された物体を摩擦駆動
する原理のものが提案されている。

この振動体は、第６図に示すように、正方形断面の弾性
体１の側面に、厚さ方向に分極された電気−機械エネル
ギー変換素子２ａ、２ｂ。

２ｃ、２ｄをそれぞれ接合しである。前記素子２ａ、２
ｃに電圧を印加すると、該素子自体が電界の方向によっ
て伸縮するため、振動体はバイモルフの原理により、第
６図のＡ方向に曲げられる。同様に、前記素子２ｂ、２
ｄに電界を印加すると、第６図のＢ方向に曲げられる。

したがって、電気−機械エネルギー変換素子２ａ、２ｃ
に交番電界を印加するとへ方向に振動し、電気−機械エ
ネルギー変換素子２ｂ。

２ｄに交番電界を印加するとＢ方向に振動する。このＡ
方向の振動とＢ方向の振動に時間的に９０°の位相差を
もたせると、第６図（Ｃ）に示すように、振動モードは
軸まわりに回転し、振動体上の質点は楕円運動する。こ
の振動体に回転体を押圧すると、摩擦力により回転する
。

上記振動体は、定在波振動を利用するので、進行波タイ
プの振動体のように振動を帰還する形状（円形）にする
必要がないため、コンパクト化が可能なことと、前記Ａ
方向とＢ方向撮動を独立に振幅および位相を変えられる
ので、回転体の速度制御がしやすいこと等の利点をもっ
ている。

［発明が解決しようとする課題］ 前述のように、第６図に示した振動波モータにおいては
、弾性体１の断面形状が正方形になっているので、第６
図（ｂ）のように電気−機械エネルギー変換素子を断面
の４辺に接合すると、４つのかどの部分がＬ軸に関する
断面二次モーメントＩｊＬがｍ軸に関する断面二次モー
メントＩｍより大きくなる。すなわち、Ｃ方向の曲げ剛
性ＥＩｍ　　（Ｅは振動体のヤング率）よりＡ方向の曲
げＥｌｕのほうが大きくなり、Ｃ方向に振動しやすくな
ってしまう。そうすると、電気−機械エネルギー変換素
子２ａ、２ｃによりＡ方向の曲げ力Ｆが作用しても、Ｃ
方向に加わる力Ｆ°としては、Ｆ’　＝　Ｆｃｏｓ　４
５°、すなわち、　、＝；　　ＦＩ、、ｈ゛実実効的佳
作用５２°゛３ゝり、効率が悪くなるという問題点があ
る。

本発明は、このような問題点を解決しようとするもので
ある。すなわち、本発明は、振動体が断面の面内方向に
おいて垂直２方向に振動し、かつ、電気−機械エネルギ
ー変換素子により発生する力が有効に作用するようにし
た振動波モータを提供することを目的とするものである
。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明は、棒状の弾性体の
長手方向のそれぞれの側面に適数枚の電気−機械エネル
ギー変換素子が接合されている振動体の互いに直角な側
面の該電気−機械エネルギー変換素子に互いに時間的に
π／２の位相差をもった交番電界を印加することにより
、該振動体に互いに直交する２つの曲げ振動を励起し、
この２つの曲げ振動を合成することによって該振動体上
の各点に楕円運動を生ぜしめ、該振動体に回転体を加圧
接触させることにより、摩擦力で該回転体を回転駆動す
る振動波モータにおいて、前記振動体の断面形状を変え
ることにより、同一断面内において電気−機械エネルギ
ー変換素子による曲げ力が働く直角２方向と、その他の
方向の曲げ剛性が、幾何学的に異方性をもっており、か
つ、該電気−機械エネルギー変換素子の曲げ力の働く直
角２方向の剛性が最も小さくなるような断面形状を有す
るようにした。

［作　　　用コ 本発明によれば、電気−機械エネルギー変換素子により
発生する曲げ力が振動体に作用する垂直２方向に対して
、振動体の曲げ剛性が最も小さくなるような断面形状に
することにより、振動体が断面の面内方向において垂直
２方向に振動し、かつ電気−機械エネルギー変換素子に
より発生する力が有効に作用する。

［実　施　例］ 第１図および第２図は本発明の第１実施例を示している
。

弾性体１の断面は、第１図（ａ）に示すように、正方形
の４つ角の部分に、４角形の突起５ａ、５ｂ、５ｃ、５
ｄがついた形状をしており、この断面は弾性体１の長さ
方向に一様である。

この弾性体１に厚さ方向に分極された４枚の電気−機械
エネルギー変換素子２ａ、２ｂ。

２ｃ、２ｄが接合され、また該素子２ａと２ｃおよび２
ｂと２ｄとがそれぞれ分極方向が逆になるように接合さ
れている。

電気−機械エネルギー変換素子２ａと２０に同電位の電
界をかけると、第１図（ｃ）に示すように、たとえば、
該素子２ａが収縮すると、該素子２ｃが伸びて、振動体
はＡ、方向に曲げられ、中心線はｊで示すように変形す
る。

また逆の電界をかけると、振動体は逆の方向に変形し、
中心線はｋで示すように変形する。

したがつて、該素子２ａおよび２ｃに交番電界を印加す
ると、撮動体は第１図（ｂ）のＡ方向に振動する。同様
に電気−機械エネルギー変換素子２ｂと２ｄに交番電界
を印加すると、撮動体はＢ方向に振動する。

ここで、振動方向について検討してみると、弾性体１の
断面形状から、へ方向およびＢ方向に曲げる場合の断面
二次モーメントが最小となり、Ｃ方向およびＤ方向の曲
げに対する断面二次モーメントが最大となる。したがっ
て、振動体は曲げ剛性（Ｅｌ）の最も小さいＡ方向およ
びＢ方向に撮動しやすくなり、電気−機械エネルギー変
換素子により振動体に加えられる力の方向と一致するた
め、効率よく振動体を振動させることができる。

この互いに直交したＡ方向およびＢ方向の振動を時間的
に９０°　（π／２）の位相差をもって合成すると、第
１図（Ｃ）のｊ線およびに線で示すような撮動モードが
軸ｉのまわりに回転する。位相差を一９０’　にすれば
、振動モードは逆方向に回転する。そのため、振動体上
の各点（撮動の節は除く）はｉ軸まわりに楕円運動する
ことになり、最も振動振幅の大きい振動体の両端部に耐
摩耗材４を接合し、ここに回転体３を加圧接触させると
、摩擦力により回転体３は回転する。もちろん、回転体
３には耐摩耗処理（たとえば、硬貨アルマイトなど）が
ほどこされている。

第２図は第１図の振動体を用いた振動波モータを示して
いる。第２図において、１は前述した弾性体、２は前記
電気−機械エネルギー変換素子２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ
を総称して示した電気−機械エネルギー変換素子、３は
回転体（ロータ）、４は耐摩耗材、５は振動体支持部材
、６は回転体支持軸受、７は回転体押付は用スプリング
である。

また第２図における回転体３のかわりに、平板、カード
、紙シートなどを被駆動体とすれば、該被駆動帯を往復
駆動することができる。

第３図は本発明の第２実施例を示し、第４図は同じく第
３実施例を示し、第５図は同じく第４実施例を示してい
る。

前述の第１実施例においては、Ａ方向およびＢ方向への
曲げ剛性より、Ｃ方向およびＤ方向への曲げ剛性のほう
が大きくなるように角の部分に突起部５ａ、５ｂ、５ｃ
、５ｄを設けたが、第３図ないし第５図の実施例では、
逆に弾性体１の一部を切りとって、Ａ、Ｂ方向とＣ９Ｄ
方向とで、曲げ剛性に関して形状的に異方性をもたせた
ものである。

すなわち、第３図は弾性体１の中央を十字形にくり抜い
てあり、Ａ、Ｂ方向に対し、Ｃ，Ｄ方向の曲げ剛性を大
きくしている。第４図も同様に弾性体１の中央を海星形
にくり抜いており、第３図の場合と同様な効果をもたせ
ている。第５図は弾性体１の側面（４面）すべての中央
に軸方向にスリットを入れて、Ａ、Ｂ方向の曲げ剛性に
比較してＣ，Ｄ方向の曲げ剛性を大きくしている。これ
らの方法で、Ａ、Ｂ方向の曲げ剛性を相対的に小さくす
ることにより、弾性体１を共振させたとき、曲げ振動は
Ａ方向およびＢ方向におこりやすくなる。

また、本実施例では棒状弾性体１の基本撮動を使った例
のみを示しているが、基本振動に限らず高次振動（２次
、３次・・・・ｎ次）でもよく、被駆動体（例えば、ロ
ーター、カード等）の接触位置は両端の一最大振幅点に
限らず、撮動の腹であればどこを使ってもよい。

さらに、電気−機械エネルギー変換素子は、厚み方向に
複数枚重ねることにより、低電圧化および高出力化（電
気−機械エネルギー変換素子の力係数を上げることがで
きる）が可能なことはいうまでもない。

［発明の効果コ 以上説明したように、本発明によれば、弾性体の断面形
状を変えて、つまり、振動体の断面形状を変えて、共振
時にへ方向およびＢ方向に振動しやすくすることによっ
て、電気−機械エネルギー変換素子力弓単性体に加える
力の方向と振動方向とが一致し、効率のよいエネルギー
の変換が可能になる。またＡ方向およびＢ方向の振動が
互いに垂直であるために、これら２方向の撮動を合成し
たときの振動のりサージュの形を制御しやすいことにな
り、このため、回転体の回転数を自由に制御できるとい
う効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明の第１実施例を示した斜視図、第
１図（ｂ）はその断面図、第１図（Ｃ）はその側面図、
第２図は同じく振動体と回転体とを組み合せた振動波モ
ータの側面図、第３図（ａ）は本発明の第２実施例を示
した断面図、第３図（ｂ）はその側面図、第４図（ａ）
は本発明の第３実施例を示した断面図、第４図（ｂ）は
その側面図、第５図（ａ）は本発明の第４実施例を示し
た断面図、第５図（ｂ）はその側面図、第６図（ａ）　
、　（ｂ）　、　（ｃ）は従来の技術の説明図である。 １・・・弾性体、 ３・・・回転体、 ５ａ、５ｂ、５ｃ、　　５ｄ・・−突起。 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　棒状の弾性体の長手方向のそれぞれの側面に適数枚
   の電気−機械エネルギー変換素子が接合されている振動
   体の互いに直角な側面の該電気−機械エネルギー変換素
   子に互いに時間的にπ／２の位相差をもった交番電界を
   印加することにより、該振動体に互いに直交する２つの
   曲げ振動を励起し、この２つの曲げ振動を合成すること
   によって該振動体上の各点に楕円運動を生ぜしめ、該振
   動体に回転体を加圧接触させることにより、摩擦力で該
   回転体を回転駆動する振動波モータにおいて、前記振動
   体の断面形状は、同一断面内において電気−機械エネル
   ギー変換素子による曲げ力が働く直角２方向と、その他
   の方向の曲げ剛性が、幾何学的に異方性をもつように変
   えられていて、かつ、該電気−機械エネルギー変換素子
   の曲げ力の働く直角２方向の剛性が最も小さくなるよう
   な断面形状を有していることを特徴とする振動波モータ
   。 ２　振動体の正方形断面の４つの角の部分に突起を有し
   、これにより該振動体の対角線方向の曲げ剛性を上げ、
   該断面の４辺に垂直な方向の曲げ剛性を相対的に下げた
   請求項１記載の振動波モータ。 ３　振動体の正方形断面の４辺のそれぞれの中央に、あ
   る程度の幅をもった溝が弾性体の長手方向に設けられて
   いて、これにより、該振動体の断面の対角線方向の曲げ
   剛性に比較して４辺に垂直方向の曲げ剛性を相対的に小
   さくした請求項１記載の振動波モータ。