JPH0140597B2 - - Google Patents

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JPH0140597B2
JPH0140597B2 JP58076754A JP7675483A JPH0140597B2 JP H0140597 B2 JPH0140597 B2 JP H0140597B2 JP 58076754 A JP58076754 A JP 58076754A JP 7675483 A JP7675483 A JP 7675483A JP H0140597 B2 JPH0140597 B2 JP H0140597B2
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JP
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vibration
vibration wave
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Kazuhiro Izukawa
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    • 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
    • H02N2/16—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors using travelling waves, i.e. Rayleigh surface waves
    • H02N2/163—Motors with ring stator
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • 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

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  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は振動波モータ、特に振動波を伝える振
動体の構造に関するものである。
振動波モータは例えば特開昭52−29192号公報
に開示されているように、電界の作用によつて弾
性歪を発生する素子（以下電歪素子と称す）に交
流、脈流等の周波電圧を印加したときに生ずる振
動運動を回転運動又は一次元運動に変換するもの
である。従来の電磁モータに比べて巻線を必要と
しないため、構造が簡単で小型になり、低速回転
時にも高トルクが得られると共に、慣性モーメン
トが少ないという利点があるため、最近注目され
ている。
上記公報等で知られている振動波モータは振動
運動を回転運動等に変換するにあたり、振動体に
生じた定在波で、振動体と接触するロータ等の移
動体を一方向に摩擦駆動するもので、振動の往運
動時には振動体と移動体が摩擦接触し、復運動時
には離れるようになつている。そのため摩擦駆動
効率の悪いものとなつてしまう。
最近この点を改良した振動波モータで振動体に
生ずる進行性振動波によつて移動体を摩擦駆動す
るものが提案された。
第１図にはその要部の概略図が示してある。
同図で１は電歪素子で、例えばPZT（チタン酸
ジルコン鉛）で、２は振動体で、弾性物質の中空
平面円板からなり、電歪素子１を接着してある。
振動体２は電歪素子１と共にステータ（不図示）
側に保持されている。３は被接触部材としての移
動体で、振動体２に対し押圧接触されていてロー
タを形成する。電歪素子１は複数個接着されてお
り、そのうちの一部の群に対し、他の群は振動波
の波長の1/4波長分だけずれたピツチで配置され
る。群内での各電歪素子は1/2波長のピツチで、
相隣り合うものの極性が逆になるように配置され
ている。
このような構成の振動波モータで、一つの群内
全部の電歪素子にV0sinωTの交流電圧を印加し、
もう一方の群内全部の電歪素子にV0cosωTの交
流電圧を印加する。従つて各電歪素子は相隣り合
うものどうし分極極性が逆向きで二つの群どうし
90゜位相のずれた交流電圧が印加されて振動をす
る。この振動が伝えられて振動体２は電歪素子１
の配置ピツチに従つて曲げ振動をする。振動体２
が一つおきの電歪素子の位置で出つ張ると、他の
一つおきの電歪素子の位置が引つ込む。一方、前
記の如く電歪素子の一群は他の一群に対し、1/4
波長ずれた位置にあるため曲げ振動が進行する。
交流電圧が印加されている間、次々と振動が励起
されて、進行性曲げ振動波となつて振動体２を伝
わつてゆく。
このときの波の進行状態が第２図ａ，ｂ，ｃ，
ｄに示してある。いま、進行性曲げ振動波が矢印
Ｘ方向に進むとする。尚０は静止状態に於ける振
動体２の中心面である。また振動状態において曲
げによる応力が拮抗している振動体２の面６は以
後中立面と称す。中立面６と直交する断面７につ
いてみると、これら二面の交線５では応力がかか
らず上下振動しているだけである。同時に断面７
は交線５を中心として左右の振り子振動をしてい
る。同図ａに示す状態で断面７と振動体２の移動
体３側の表面との交線上の点Ｐは左右振動の右死
点となつており上方向運動だけしている。この振
り子振動は交線５が波の正側では（中心面０の上
側にあるとき）左方向（波の進行と逆方向）の応
力が加わり、波の負側では（同じく下側にあると
き）右方向の応力が加わる。即ち、同図ａで交線
５′と断面７′が前者のときの状態で点P′は応力
F′が加わり、交線５″と断面７″が後者のときの状
態で点P″は応力F″が加わる。波が進行しｂに示
すように波の正側に交線５がくると点Ｐは左方向
の運動をすると同時に上方向の運動をする。ｃで
点Ｐは上下振動の上死点で左方向の運動だけす
る。ｄでは左方向の運動と下方向運動をする。さ
らに波が進行し、右方向と下方向の運動、右方向
と上方向の運動を経てａの状態に戻る。この一連
の運動を合成すると点Ｐは回転楕円運動をしてお
り、その際駆動方向の振動振幅は振動体２の板厚
をｔとすると、ｔ／２の関数となる。一方、同図
ｃに示すように点Ｐが移動体３と接する点では点
Ｐの運動によつて移動体３がX′方向に摩擦駆動
される。
このようにして駆動される振動波モータで、移
動体３の速度は振動体２の表面の点Ｐの運動速度
によつて決まる。移動体３の速度を増すために
は、振動体２の表面の点Ｐの回転速度を増す必要
がある。そのため、振動体２の厚さｔを増せば回
転振動の振幅を大きくすることが考えられる。と
ころが振動体２の厚さｔが増すと剛性が増加し振
動振幅が減少し、回転振動の振幅が小さくなつて
しまうため、振動体２の表面点Ｐの速度増加には
限界がある。
本発明は上記のような事実に鑑みなされたもの
で、振動体の構造を改良することにより、移動体
の移動速度を高め、駆動効率の高い振動波モータ
を提供することを目的とするものである。
以下図面に示された実施例を詳細に説明し、上
記本発明の構成を明らかにする。
第３図は本発明の振動波モータの振動体２の一
実施例を示すものである。振動体２は円環状をし
ており、移動体３（第３図に於ては省略されてい
る）側で、進行性曲げ振動波の進行方向に対して
横断して設けられたスリツトによつて突起２ａ
に、円環状振動体２の全周にわたつて等間隔に分
割されており、電歪素子１側では連続した基体２
ｂとなつている。振動波モータの他の部分の構成
は、第１図及びその説明によつて明らかにしてあ
るものと同じである。
第４図は振動体２の寸法を示したものである。
６は振動体の中立面、tbは基体２の厚さである。
τは突起２ａの厚さ、ｌは同じく長さである。突
起２ａはヤング率がＥで、密度がρである。また
ｈはロータとの接触面（即ち、突起２ａの自由端
面）である突起２ａの先端から中心面０までの距
離である。
第５図はこのような振動体２に進行性曲げ振動
波が生じ、突起２ａの先端、すなわち振動体２の
接触面がそこに圧接されている移動体３を駆動す
る状態を示している。
曲げ振動波はＸ方向に進行し、振動体３は
X′方向に進行する。このときＰ点に於ける回転
楕円運動の駆動方向の振動振幅はｈの関数とな
る。換言すれば、第５図示のように振動体２の中
立面から前記接触面までの距離が前記接触面と反
対側にある前記振動体の底面（電歪素子１側の
面）から前記振動体の中立面（第５図において、
一点鎖線で示した面）までの距離より大きくなる
ような高さによつて、突起は形成されているの
で、Ｐ点に於ける回転楕円運動の駆動方向の振動
振幅はｈの関数となる。
従つて、従来の振動体２（第２図参照）のＰ点
の回転楕円運動の駆動方向が振動振幅がｔ／２の
関数であつたのに比べて大幅に向上する。しか
も、この形状であると振動体の剛性はほとんど増
加しないため振幅が減少することなく、駆動方向
の振動振幅の増加に寄与する。
このような形状で突起２ａの寸法を大略次式の
関数にすると、この式は、振動体２の基体２ｂが
振動した場合に、それによつて励起される突起２
ａの共振条件であるのでさらに増速効果が加わ
る。
τ／l2＝（2πf／1.8752）√12 すなわち、振動体２の接触部側が第５図示のよ
うな突起２ａで形成されたことによつて振動振幅
が増加、換言すれば拡大した振動体２のＰ点の回
転楕円運動は、突起２ａが前述の式を満足した際
には、２ａが共振状態で振動するので、駆動方向
の振動の振幅が更に拡大され、その結果突起２ａ
の回転楕円運動によつて摩擦駆動される移動体３
は更に増速される。第５図で突起２ａが順次曲が
つて共振している状態を示している。
また、突起２ａの先端のエツヂが移動体３に対
しひつかかつて駆動させるため、移動体３と振動
体２の面の摩擦によつて駆動させる従来のもの
（第２図参照）に比し駆動効率の向上を実現でき
る。
以上説明したように、振動体の接触部側に所定
の高さの突起を設けて中立面の位置を振動体の接
触部側から遠ざけたので、本発明によれば振動体
の点Ｐの回転運動の駆動方向の振動振幅が中立面
の位置が振動体の中心面のものに比べて大きくな
り、高速度の振動波モータが得られるものであ
る。
また、突起が第３図示のように環状全域にわた
つて等間隔に設けられれば、進行性振動波は歪む
ことがないので、駆動効率の良い振動波モータが
得られるものである。
なお、突起２ａの構造は前例のものに限らず、
例えば第６図に示す丸棒状のもの、その他角柱状
のもの、ビン状のものであつても良い。
また、リニア型の振動波モータに対しても適用
し得る。
【図面の簡単な説明】
第１図は振動波モータの主要部の概略図、第２
図は振動波モータの駆動原理を説明する図、第３
図は本発明を適用した振動波モータの振動体の実
施例を示す斜視図、第４図は同上実施例の詳細な
側面図、第５図は振動体が移動体を駆動する状態
の説明図、第６図は振動体の別な実施例の部分斜
視図である。 １は電歪素子、２は振動体、２ａは突起、３は
移動体である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 複数の電歪素子を振動体の接触部側と異なる
    面に設け、該素子を位置的にずらして前記振動体
    に配置し、前記素子の夫々に時間的に位相のずれ
    た振動を発生させる周波電圧を印加することによ
    つて前記振動体に進行性振動波を発生させ、該振
    動波により前記振動体の前記接触部に接触する被
    接触部材と前記振動体とを相対運動させる振動波
    モータにおいて、前記振動体の前記接触部側に振
    幅を拡大する突起を形成したことを特徴とする振
    動波モータ。 ２ 前記突起は前記振動体の基体上に環状に設け
    られ、かつ該突起の夫々は等間隔に設けられてい
    ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
    振動波モータ。
JP58076754A 1983-04-30 1983-04-30 振動波モ−タ Granted JPS59201685A (ja)

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