JPH03289370A - 振動波駆動装置 - Google Patents
振動波駆動装置Info
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- JPH03289370A JPH03289370A JP2088083A JP8808390A JPH03289370A JP H03289370 A JPH03289370 A JP H03289370A JP 2088083 A JP2088083 A JP 2088083A JP 8808390 A JP8808390 A JP 8808390A JP H03289370 A JPH03289370 A JP H03289370A
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- 230000005684 electric field Effects 0.000 claims 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 7
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 2
- 238000005094 computer simulation Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 1
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-
- 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
- H02N2/02—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
- H02N2/08—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors using travelling waves, i.e. Rayleigh surface waves
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- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
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。
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、進行波型の振動波モータに係り、特に進行波
の形成される弾性体を直線部と円弧部とからなる長円形
状のトラック型とする振動波モータに関するものである
。
の形成される弾性体を直線部と円弧部とからなる長円形
状のトラック型とする振動波モータに関するものである
。
［従来の技術］
進行波型の振動波モータでは、金属からなる弾性体に、
位置的位相がλ／４の奇数倍のずれを有し、周波数が等
しく、且つ時間的に±π／２の位相差を有する２つの定
在波を励振し、両定在波を合成することによって弾性体
に進行波が形成される。
位置的位相がλ／４の奇数倍のずれを有し、周波数が等
しく、且つ時間的に±π／２の位相差を有する２つの定
在波を励振し、両定在波を合成することによって弾性体
に進行波が形成される。
したがって、進行波型の振動波モータを成立させるため
には、定在波の位相がλ／４の奇数倍ずれた２つの固有
モードが存在し、且つこれらの２つのモードの固有振動
数が略等しいことが必要条件となる。
には、定在波の位相がλ／４の奇数倍ずれた２つの固有
モードが存在し、且つこれらの２つのモードの固有振動
数が略等しいことが必要条件となる。
従来提案されている円環型（真円形状）の弾性体の場合
、回転対称な形状をしており、断面形状も一様であるた
め、弾性体のどの部分をとっても、曲げ剛性及び捩り剛
性は等しい、そのため、上記２つのモードの固有振動数
は必ず等しくなる。
、回転対称な形状をしており、断面形状も一様であるた
め、弾性体のどの部分をとっても、曲げ剛性及び捩り剛
性は等しい、そのため、上記２つのモードの固有振動数
は必ず等しくなる。
第５図は、直線部１Ｌと円弧部ＩＲとからなる長円形状
のトラック型弾性体ｌの裏面に、上記した位相関係を有
する２つの定在波を励起するための駆動用圧電素子群等
を含む圧電素子２を接着した振動子の斜視図を示してい
る。この弾性体ｌに形成される画定圧波の状態を夫々第
６図及び第７図に示す。第６図及び第７図は弾性体の平
面に垂直な方向の変形状態を等高線で表わした図で、太
線が変位［０１の線、すなわち振動の節となる線（節線
）で、線の番号はその線の標高と対応し、［１０１番が
正方向変位が最大（山）で、［１］番が負方向変位最大
（谷）である。
のトラック型弾性体ｌの裏面に、上記した位相関係を有
する２つの定在波を励起するための駆動用圧電素子群等
を含む圧電素子２を接着した振動子の斜視図を示してい
る。この弾性体ｌに形成される画定圧波の状態を夫々第
６図及び第７図に示す。第６図及び第７図は弾性体の平
面に垂直な方向の変形状態を等高線で表わした図で、太
線が変位［０１の線、すなわち振動の節となる線（節線
）で、線の番号はその線の標高と対応し、［１０１番が
正方向変位が最大（山）で、［１］番が負方向変位最大
（谷）である。
この例では進行波の波数が多く、また円弧部ＩＲの径が
大きいため、弾性体ｌの直線部ＩＬと円弧部ＩＨの曲げ
剛性、捩り剛性の変化は小さく、直線部ＩＬと円弧部Ｉ
Ｒの波長や振幅が略相似とみなせる円環型に近い２つの
モードが存在した。
大きいため、弾性体ｌの直線部ＩＬと円弧部ＩＨの曲げ
剛性、捩り剛性の変化は小さく、直線部ＩＬと円弧部Ｉ
Ｒの波長や振幅が略相似とみなせる円環型に近い２つの
モードが存在した。
また実験において、弾性体ｌの円弧部ＩＲの半径が大き
く、形成する進行波の波数が多いトラック型の振動子で
あれば、直線部ＩＬ及び円弧部ＩＲの長さを任意に設定
しても、位相が九／４ずれ、固有振動数が割合近い２つ
の振動を発生させることができた。
く、形成する進行波の波数が多いトラック型の振動子で
あれば、直線部ＩＬ及び円弧部ＩＲの長さを任意に設定
しても、位相が九／４ずれ、固有振動数が割合近い２つ
の振動を発生させることができた。
また、直線部及び円弧部は、第１４図に示すような範囲
とする。
とする。
［発明が解決しようとする課題］
ところで、トラック型の振動子は、第１５図及び第１６
図の模式図に示すように、β、軸、β２軸に対し対称な
２つの定在波モードを呈し、第１５図は一方の定在波モ
ード（以下Ａモードと称す）、第１６図は他方の定在波
モード（以下Ｂモードと称す）である。図には４波の振
動モードを示している。
図の模式図に示すように、β、軸、β２軸に対し対称な
２つの定在波モードを呈し、第１５図は一方の定在波モ
ード（以下Ａモードと称す）、第１６図は他方の定在波
モード（以下Ｂモードと称す）である。図には４波の振
動モードを示している。
円弧部の半径が小さくなると、直線部と円弧部の曲げ剛
性、捩り剛性及び慣性質量の差が大きくなる。これは、
直線部では内外周長差が等しいのに対し、円弧部では内
周と外周の距離が異なることに起因する。
性、捩り剛性及び慣性質量の差が大きくなる。これは、
直線部では内外周長差が等しいのに対し、円弧部では内
周と外周の距離が異なることに起因する。
そして、ＡモードとＢモードとは１波長の中に直線部と
円弧部が存在する相対位置関係が異なるので、直線部、
円弧部の剛性のモードへの寄与率は異なり、波長や振幅
、ねじれ量の違う異なった２つのモードが発生し、一般
的に２つの固有振動数は一致しない。特に波数が少ない
場合には、第８図、第９図に示したように、波長が相対
的に長くなり、１波長が直線部と円弧部に長くまたがる
ため、固有振動数は大きく分離する。例えば、第８図及
び第９図に示した円弧の内径が３１１ｍ１、外径が７
ａｕｏ、直線部長さが２０Ｉ１１ｍ、幅４ｍｍ、厚み２
ａ＋ｍのＳＵＳ製の振動子の例の場合、第８図の固有振
動数は１５３に１１． 、第９図では１３６に０２とな
っている。
円弧部が存在する相対位置関係が異なるので、直線部、
円弧部の剛性のモードへの寄与率は異なり、波長や振幅
、ねじれ量の違う異なった２つのモードが発生し、一般
的に２つの固有振動数は一致しない。特に波数が少ない
場合には、第８図、第９図に示したように、波長が相対
的に長くなり、１波長が直線部と円弧部に長くまたがる
ため、固有振動数は大きく分離する。例えば、第８図及
び第９図に示した円弧の内径が３１１ｍ１、外径が７
ａｕｏ、直線部長さが２０Ｉ１１ｍ、幅４ｍｍ、厚み２
ａ＋ｍのＳＵＳ製の振動子の例の場合、第８図の固有振
動数は１５３に１１． 、第９図では１３６に０２とな
っている。
このように、円弧部の半径が小さく、波数が少ないトラ
ック型振動子ではＡ−Ｂモードの固有振動数を一致させ
るのが困難であった。
ック型振動子ではＡ−Ｂモードの固有振動数を一致させ
るのが困難であった。
本発明の目的は、このような従来の問題を解決し、円弧
部の半径が小さくても安定に駆動することができる長円
形状の振動波モータを提供することにある。
部の半径が小さくても安定に駆動することができる長円
形状の振動波モータを提供することにある。
［課題を解決するための手段及び作用］本発明は、長円
形状の弾性体において、剛性のｒ（なる円弧部と直線部
を有する場合には、該弾性体に形成される２つの定在波
の固有モード及び固有振動数は異なるという観点に立ち
、この２つの固有振動数を一致させることにより振動波
モータを成立させる。
形状の弾性体において、剛性のｒ（なる円弧部と直線部
を有する場合には、該弾性体に形成される２つの定在波
の固有モード及び固有振動数は異なるという観点に立ち
、この２つの固有振動数を一致させることにより振動波
モータを成立させる。
つまり、Ａ、Ｂモードの節の形状が異なり、両Ａ、Ｂモ
ードのねじれ量が異なる場合においても、固有振動を発
生する要素となる歪エネルギーと振動エネルギーの比を
一致させることによって、２つのモードの固有振動数ｆ
を一致させる。
ードのねじれ量が異なる場合においても、固有振動を発
生する要素となる歪エネルギーと振動エネルギーの比を
一致させることによって、２つのモードの固有振動数ｆ
を一致させる。
２つのモードの固有振動数ｆを一致させるということは
、 Ｅ：縦弾性係数、■：慣性モーメント、ρ：密度
Ａ：断面積、 Ｘ：長さ方向位置、 ｙ：面外振動方向変位、 Ｍニ一般化質量（ｌ自由度系に置き換えた場合の等画質
量） Ｋニ一般化剛性（ｌ自由度系に置き換えた場合の等他剤
性） を一致させることである。
、 Ｅ：縦弾性係数、■：慣性モーメント、ρ：密度
Ａ：断面積、 Ｘ：長さ方向位置、 ｙ：面外振動方向変位、 Ｍニ一般化質量（ｌ自由度系に置き換えた場合の等画質
量） Ｋニ一般化剛性（ｌ自由度系に置き換えた場合の等他剤
性） を一致させることである。
すなわち、
を等しくすることである。
つまり、長円形状に形成される弾性体の円弧部と直線部
の歪、振幅のモードへの寄与率が等しくなるようなモー
ドにすればよい。
の歪、振幅のモードへの寄与率が等しくなるようなモー
ドにすればよい。
これは、直線部と円弧部の長さの比を調整する、あるい
は断面形状を変えることにより達成される。現実には、
有限要素法による計算機シュミレーションにおいて、歪
エネルギーの総和／振幅の２乗和に比例する量であるに
／Ｍが等しくなるように形状を変えることによって達成
できる。
は断面形状を変えることにより達成される。現実には、
有限要素法による計算機シュミレーションにおいて、歪
エネルギーの総和／振幅の２乗和に比例する量であるに
／Ｍが等しくなるように形状を変えることによって達成
できる。
［実施例］
以下本発明を図面に示す実施例に基づいて詳細に説明す
る。
る。
実施例１
第１図ないし第４図は本発明による振動波モータの実施
例１を示す。
例１を示す。
第１図は振動波モータをリニア振動波モータとして用い
た例で、第２図に示す長円形状の弾性体１を移動体とし
て用いている。
た例で、第２図に示す長円形状の弾性体１を移動体とし
て用いている。
図において、ｌＯは底板、９は底板ｌＯの両側に夫々設
けられた案内部材、８は底板ｌＯに固定された固定子、
４は両案内部材９間に支持されてその長さ方向（図面の
表裏方向）に移動可能な移動部材である。６は移動部材
４に固定された弾性支持板であり弾性体ｌを図中のＢｘ
方向及びＢ７の移動を規制するように弾性体ｌのスリッ
トに１８嵌合しており、スリット部６ａ、 ６ｄ及び嵌
合部６ｃ、 ６ｂが嵌合する。また弾性支持板６の矢印
六方向に作用する弾性力により、弾性体１を所定の圧接
力で固定子８に押圧している。
けられた案内部材、８は底板ｌＯに固定された固定子、
４は両案内部材９間に支持されてその長さ方向（図面の
表裏方向）に移動可能な移動部材である。６は移動部材
４に固定された弾性支持板であり弾性体ｌを図中のＢｘ
方向及びＢ７の移動を規制するように弾性体ｌのスリッ
トに１８嵌合しており、スリット部６ａ、 ６ｄ及び嵌
合部６ｃ、 ６ｂが嵌合する。また弾性支持板６の矢印
六方向に作用する弾性力により、弾性体１を所定の圧接
力で固定子８に押圧している。
弾性体ｌに接着している圧電素子２の駆動用素子群に所
定の位相差を有する交流電圧を印加すると、弾性体ｌに
は、第２図及び第３図に示す定在波が形成され、両定在
波の合成により進行波が形成され、弾性体１が固定子８
と摩擦接触しながら移送力が付与され、固定子８に沿っ
て直進移動する。
定の位相差を有する交流電圧を印加すると、弾性体ｌに
は、第２図及び第３図に示す定在波が形成され、両定在
波の合成により進行波が形成され、弾性体１が固定子８
と摩擦接触しながら移送力が付与され、固定子８に沿っ
て直進移動する。
の式を満足することを示すために、数値を以て説明して
下さい。
下さい。
弾性体ｌの第３図及び第４図に示すＡ、Ｂモードにおけ
る各固有振動数ｆは下記表に示すように、ｆ （Ｋｌｈ
） ＝ ７０．４７．７０．４８であった。
る各固有振動数ｆは下記表に示すように、ｆ （Ｋｌｈ
） ＝ ７０．４７．７０．４８であった。
但し、直線部の長さは１０．９ｍ＋＋＋、円弧部の内径
は８．５ｍｍ、外径＋２．５ａｖ＋、幅４１１１１１、
厚み（基底部２．５ｍｍ、歯１．５ ＋＋＋ｍ）である
。
は８．５ｍｍ、外径＋２．５ａｖ＋、幅４１１１１１、
厚み（基底部２．５ｍｍ、歯１．５ ＋＋＋ｍ）である
。
表
このような数値を満足する本実施例による弾性体ｌは、
第３図及び第４図に示す如く、その６ａのモードの定在
波は駆動部である直線部において、ねじれが少なく、ま
た位置的に１／４波長ずれた２つのモードの固有振動数
が略一致している。
第３図及び第４図に示す如く、その６ａのモードの定在
波は駆動部である直線部において、ねじれが少なく、ま
た位置的に１／４波長ずれた２つのモードの固有振動数
が略一致している。
実施例２
第１Ｏ図及び第１１図は実施例２を示す。
本実施例における第１Ｏ図及び第１１図に示すＡ、８両
モードの固有振動数ｆＡ、ｆａは前記した式より。
モードの固有振動数ｆＡ、ｆａは前記した式より。
実施例３
第１２図及び第１３図は実施例３を示す。
本実施例における第１２図及び第１３図に示すＡ、８両
モードの固有振動数ｆＡ、ｆｓは前記した式より、 であった。
モードの固有振動数ｆＡ、ｆｓは前記した式より、 であった。
但し、直線部の長さは７■で、他の寸法は第８図及び第
９図に示した場合と同様である。
９図に示した場合と同様である。
なお円弧部の波数は０．６波程度と少ない。
本実施例の場合は、第１Ｏ図及び第１１図に示す両モー
ドの形状は異なるが、固有振動数は一致しており、振動
波モータとして成立する。
ドの形状は異なるが、固有振動数は一致しており、振動
波モータとして成立する。
であった。
但し、直線部の長さは８７園−である。
なお円弧部の波数は０．４波程度と少ない。
本実施例の場合は、第１Ｏ図及び第１１図に示す両モー
ドの形状は異なるが、固有振動数は一致しており、振動
波モータとして成立する。
ドの形状は異なるが、固有振動数は一致しており、振動
波モータとして成立する。
［発明の効果］
以上説明してきたように、本発明によれば直線部と円弧
部とから構成される長円形状の弾性体からなる振動波モ
ータにおいて以下に述べる効果が得られる。
部とから構成される長円形状の弾性体からなる振動波モ
ータにおいて以下に述べる効果が得られる。
１、進行波の歯数を任意に設定できる。
２、円弧部の半径を決めれば直線部の長さが決定でき、
直線部の長さが変えれば、円弧部の半径を決定できる。
直線部の長さが変えれば、円弧部の半径を決定できる。
３、円弧部の波数が３波未満であるような振動波モータ
ち得られることが可能となり、これによって駆動部（直
線部のうち一方）以外の余分なスペース（円弧部等）の
小さいコンパクトなモータを得ることが可能となる。
ち得られることが可能となり、これによって駆動部（直
線部のうち一方）以外の余分なスペース（円弧部等）の
小さいコンパクトなモータを得ることが可能となる。
第１図乃至第４図は本発明による振動波モータの実施例
１を示し、第１図（ａ）は断面図、第１図（ｂ）は上面
図、第２図は弾性体の斜視図、第３図及び第４図は弾性
体の変位を示す図、第５図は円弧部の半径が大きい弾性
体の斜視図、第６図及び第７図は第５図の弾性体の変位
を示す図、第８図及び第９図は従来の振動波モータの弾
性体の変位を示す図、第１Ｏ図及び第１１図は実施例２
の弾性体の変位を示す図、第１２図及び第１３図は実施
例３の弾性体の変位を示す図、第１４図は弾性体の直線
部と円弧部とを示す図、第１５図及び第１６図は４波の
振動モードにおける弾性体の振動状態を示す模式図であ
る。 ｌ：弾性体 ２：圧電素子。 第 図 第 図 第 図 第 ６ 図 第 図 第 ２ 図 第 ３ 図
１を示し、第１図（ａ）は断面図、第１図（ｂ）は上面
図、第２図は弾性体の斜視図、第３図及び第４図は弾性
体の変位を示す図、第５図は円弧部の半径が大きい弾性
体の斜視図、第６図及び第７図は第５図の弾性体の変位
を示す図、第８図及び第９図は従来の振動波モータの弾
性体の変位を示す図、第１Ｏ図及び第１１図は実施例２
の弾性体の変位を示す図、第１２図及び第１３図は実施
例３の弾性体の変位を示す図、第１４図は弾性体の直線
部と円弧部とを示す図、第１５図及び第１６図は４波の
振動モードにおける弾性体の振動状態を示す模式図であ
る。 ｌ：弾性体 ２：圧電素子。 第 図 第 図 第 図 第 ６ 図 第 図 第 ２ 図 第 ３ 図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 直線部と円弧部とを有する環形状の弾性体に接合した
電気−機械エネルギー変換素子における複数の駆動用素
子群に交流電界を印加することにり発生する複数の定在
波の合成で、該弾性体に進行波を形成し、該弾性体と、
該弾性体に圧接する部材とを相対移動させる振動波モー
タにおいて、 該弾性体は、その直線部と円弧部との長さの比が、複数
の定在波固有の振幅の二乗和及び歪エネルギーの総和の
比が等しくなるように設定されていることを特徴とする
振動波モータ。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2088083A JP2993702B2 (ja) | 1990-04-02 | 1990-04-02 | 振動波駆動装置 |
| DE69124814T DE69124814T2 (de) | 1990-04-02 | 1991-04-02 | Vibrationswellenbetriebener Motor |
| US07/679,288 US5128580A (en) | 1990-04-02 | 1991-04-02 | Vibration wave driven motor |
| EP91302891A EP0450919B1 (en) | 1990-04-02 | 1991-04-02 | Vibration wave driven motor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2088083A JP2993702B2 (ja) | 1990-04-02 | 1990-04-02 | 振動波駆動装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03289370A true JPH03289370A (ja) | 1991-12-19 |
| JP2993702B2 JP2993702B2 (ja) | 1999-12-27 |
Family
ID=13932975
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2088083A Expired - Fee Related JP2993702B2 (ja) | 1990-04-02 | 1990-04-02 | 振動波駆動装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5128580A (ja) |
| EP (1) | EP0450919B1 (ja) |
| JP (1) | JP2993702B2 (ja) |
| DE (1) | DE69124814T2 (ja) |
Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| JP2019108225A (ja) * | 2017-12-19 | 2019-07-04 | シンフォニアテクノロジー株式会社 | ワーク搬送装置 |
Families Citing this family (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JPH066986A (ja) * | 1992-06-17 | 1994-01-14 | Canon Inc | 振動波モーター及びその製造方法 |
| JPH06178560A (ja) * | 1992-12-03 | 1994-06-24 | Canon Inc | 振動波モータおよびプリンタ装置 |
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