JPH0491668A - 振動波装置および駆動装置 - Google Patents
振動波装置および駆動装置Info
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- JPH0491668A JPH0491668A JP2206233A JP20623390A JPH0491668A JP H0491668 A JPH0491668 A JP H0491668A JP 2206233 A JP2206233 A JP 2206233A JP 20623390 A JP20623390 A JP 20623390A JP H0491668 A JPH0491668 A JP H0491668A
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- vibrator
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Landscapes
- 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、圧電素子等の電気−機械エネルギー変換素子
に電気エネルギーを供給することにより、電気−機械エ
ネルギー変換素子をその厚み方向両側から挟持固定する
棒状振動体を屈曲振動させ、その質点に円又は楕円運動
させることで、振動体に押圧した移動体を摩擦駆動する
超音波モータに関するものである。
に電気エネルギーを供給することにより、電気−機械エ
ネルギー変換素子をその厚み方向両側から挟持固定する
棒状振動体を屈曲振動させ、その質点に円又は楕円運動
させることで、振動体に押圧した移動体を摩擦駆動する
超音波モータに関するものである。
[従来の技術]
従来の超音波モータとしては、円環形状の金属性振動弾
性体に進行性の曲げ振動を起こし、摩擦力により移動体
を駆動させるタイプの物かカメラのオートフォーカス(
AF)機構等に採用されている。
性体に進行性の曲げ振動を起こし、摩擦力により移動体
を駆動させるタイプの物かカメラのオートフォーカス(
AF)機構等に採用されている。
しかし、このタイプの超音波モータは、振動弾性体をリ
ング形状としているため、摩擦力を得るための加圧機構
を含めたユニットとしてはコスト高の傾向にあり、中空
性(リング状)を要求されることのない用途としてはコ
スト上不利な点があった。
ング形状としているため、摩擦力を得るための加圧機構
を含めたユニットとしてはコスト高の傾向にあり、中空
性(リング状)を要求されることのない用途としてはコ
スト上不利な点があった。
そこで、ペンシル型等の棒状で、加圧系の構成が簡単な
タイプの超音波モータとして、第11図及び!12図に
示すようなモータが提案されている。
タイプの超音波モータとして、第11図及び!12図に
示すようなモータが提案されている。
Aはペンシル型の振動子で、ペンシルの形状の前振動弾
性体1と、円柱状の後振動弾性体2との間にドーナツ状
の圧電素子板3.4を設けると共に、これら圧電素子板
3,4に交流電圧を印加するための電極板(不図示)を
例えば圧ti子板3.4の間に介挿し、ボルト6により
前振動弾性体1と後振動弾性体2との間に圧電素子板3
,4及び電極板を挟持固定する。
性体1と、円柱状の後振動弾性体2との間にドーナツ状
の圧電素子板3.4を設けると共に、これら圧電素子板
3,4に交流電圧を印加するための電極板(不図示)を
例えば圧ti子板3.4の間に介挿し、ボルト6により
前振動弾性体1と後振動弾性体2との間に圧電素子板3
,4及び電極板を挟持固定する。
圧電素子板3,4は、例えば厚み方向の分極特性が異な
る素子部を軸対称に形成し、その片面側に各素子部に対
応して電極を設けると共に、他面側に共通電極を設けて
いる。これら圧電素子板3.4は、例えば片面側を前振
動弾性体1側に向け、且つ素子部を2分する軸を90度
の角度ずらして配置している。
る素子部を軸対称に形成し、その片面側に各素子部に対
応して電極を設けると共に、他面側に共通電極を設けて
いる。これら圧電素子板3.4は、例えば片面側を前振
動弾性体1側に向け、且つ素子部を2分する軸を90度
の角度ずらして配置している。
そして、電極板と前振動弾性体1との間に交流電圧V1
を印加すると共に、電極板と後振動弾性体2との間に交
流電圧■2を印加することにより、圧電素子板3の厚み
方向おける伸縮変位による振動と、圧電素子板4の厚み
方向における伸縮変位による振動との合成により、振動
子Aを振動させる。交流電圧■1と交流電圧■2は、例
えば振幅及び周波数が共に同じで、時間的位相が90度
のずれを有していると、振動子Aはその軸心を中心とし
て縄飛びの縄のような円運動(以下縄張び振動と称す)
行なうことになる。また、交流電圧V、、V2の位相を
逆転することにより円運動の正逆回転か可能となる。
を印加すると共に、電極板と後振動弾性体2との間に交
流電圧■2を印加することにより、圧電素子板3の厚み
方向おける伸縮変位による振動と、圧電素子板4の厚み
方向における伸縮変位による振動との合成により、振動
子Aを振動させる。交流電圧■1と交流電圧■2は、例
えば振幅及び周波数が共に同じで、時間的位相が90度
のずれを有していると、振動子Aはその軸心を中心とし
て縄飛びの縄のような円運動(以下縄張び振動と称す)
行なうことになる。また、交流電圧V、、V2の位相を
逆転することにより円運動の正逆回転か可能となる。
一方、Rは振動子Aの軸心ρと同軸に嵌合するロータで
、その嵌合一端部が振動子の摺動部Bにバネ5のバネ力
により押圧され、振動子Aに励起される振動により摩擦
駆動されて回転する。バネ5はホルト6の先端部と、フ
ランジ付きのスラストベアリング7に嵌合するバネボス
ト8との間に弾装されている。
、その嵌合一端部が振動子の摺動部Bにバネ5のバネ力
により押圧され、振動子Aに励起される振動により摩擦
駆動されて回転する。バネ5はホルト6の先端部と、フ
ランジ付きのスラストベアリング7に嵌合するバネボス
ト8との間に弾装されている。
[発明が解決しようとしている!!’題]しかし、近年
、製品の軽fiI短小化の流れの中で、モータに対する
小型化の要求は増している。このような状況の中、蓄積
エネルギーの体積密度が大きい超音波モータへの期待は
、大きく、特に上記の超音波モータは原理上小型化に有
利てあり、短小化の要求が多い。
、製品の軽fiI短小化の流れの中で、モータに対する
小型化の要求は増している。このような状況の中、蓄積
エネルギーの体積密度が大きい超音波モータへの期待は
、大きく、特に上記の超音波モータは原理上小型化に有
利てあり、短小化の要求が多い。
しかし、振動子の長さを短くすると曲げ振動の固有振動
数は上がるため、モータを駆動するには、電気素子のエ
ネルギー損失が増えるなど回路に対する負担も増え、電
気系を含めた効率低下を招く。
数は上がるため、モータを駆動するには、電気素子のエ
ネルギー損失が増えるなど回路に対する負担も増え、電
気系を含めた効率低下を招く。
また振動子への投入をエネルギーを一定とすると、振動
子の発生する振動振幅か小さくなるため、移動体との接
触部が、より高精度に加工されていないと、均一な接触
が得られず、モタ出力が不安定となり、効率は劣化する
。
子の発生する振動振幅か小さくなるため、移動体との接
触部が、より高精度に加工されていないと、均一な接触
が得られず、モタ出力が不安定となり、効率は劣化する
。
さらに、振動子の長さを短くして振動数を下げるために
は細くすればよいか、振動子に蓄積される振動エネルギ
ーか小さくなり、外乱に対し振動状態が変化しやすくな
り、振動子の制御がむずかしくなる。本発明の目的は、
上記した従来の問題を解決し、振動子の蓄積エネルギー
を最大限大キ〈シ、振動周波数を下げることができる超
音波データを提供することにある。
は細くすればよいか、振動子に蓄積される振動エネルギ
ーか小さくなり、外乱に対し振動状態が変化しやすくな
り、振動子の制御がむずかしくなる。本発明の目的は、
上記した従来の問題を解決し、振動子の蓄積エネルギー
を最大限大キ〈シ、振動周波数を下げることができる超
音波データを提供することにある。
[課題を解決するための手段]
振動子を短かくして固有振動数を下げるためには、振動
子を細くすれはよいが、モーダル質量が減り、振幅を増
やさねば蓄積エネルギーは減ってしまう。
子を細くすれはよいが、モーダル質量が減り、振幅を増
やさねば蓄積エネルギーは減ってしまう。
方、振幅はモータ回転数に概ね比例するため、モータの
回転数スペックが決まっている場合、任意に設定するこ
とはできない。
回転数スペックが決まっている場合、任意に設定するこ
とはできない。
したがって外乱に対して安定な振動を保つためにはモー
ダル質量の減少は最低域に保ちたい。
ダル質量の減少は最低域に保ちたい。
ところて、棒のたわみ関数を考えると、第1図に示すよ
うに、自由端(Mの端部)付近では、腹部付近にくらべ
、直線に近いため、この部分では歪は小さい。又変位の
大きい部分であるから太くしてもモーダルスティフネス
にの増加量より、モーダル質量Mの増加量の方か太き子
の端部を太くすると振動数は下げることかできる。
うに、自由端(Mの端部)付近では、腹部付近にくらべ
、直線に近いため、この部分では歪は小さい。又変位の
大きい部分であるから太くしてもモーダルスティフネス
にの増加量より、モーダル質量Mの増加量の方か太き子
の端部を太くすると振動数は下げることかできる。
なお、特開昭63−274377号に振動子の駆動原理
の異なる振動棒について、中央部に凹部を設けたものか
示されているが、太くなっている部分の長さがおよそ節
位置より中央寄りにくると(この位置は太くなっている
部分の径寸法により異なる)、振動数は逆に上がフてし
まう。
の異なる振動棒について、中央部に凹部を設けたものか
示されているが、太くなっている部分の長さがおよそ節
位置より中央寄りにくると(この位置は太くなっている
部分の径寸法により異なる)、振動数は逆に上がフてし
まう。
[実 施 例]
第1図は本発明による超音波モータの実施例を示す。
第1図(a)は本実施例による振動子の概略側面図を示
し、第1図(b)は振動子Aに励記される駆動用振動モ
ードの径方向(r方向)振幅分布を示している。
し、第1図(b)は振動子Aに励記される駆動用振動モ
ードの径方向(r方向)振幅分布を示している。
振動子Aは、駆動用振動モードの節位置よりも外端側の
端部a l + 82を太くしている。
端部a l + 82を太くしている。
すなわち、本実施例の振動子A、は振動の節位置よりも
外側の両端部a l + ” 2を大径部とすることに
より、例えば第2図に示すように直径を一様とする振動
子A°と比較して、固有振動数を下げることができ、逆
にモーダル質量を大幅に増加させることかできる。
外側の両端部a l + ” 2を大径部とすることに
より、例えば第2図に示すように直径を一様とする振動
子A°と比較して、固有振動数を下げることができ、逆
にモーダル質量を大幅に増加させることかできる。
したがって、モーダル質量の低下を招くことなく駆動周
波数を低くすることかでき、モータ駆動用の回路系も含
めたモータ効率を向上し、また駆動も安定する。
波数を低くすることかでき、モータ駆動用の回路系も含
めたモータ効率を向上し、また駆動も安定する。
第3図は実施例2を示す。
第3図(a)に振動子Aは、第1図(b)に示す駆動用
振動モードで駆動されるものであって、第1図(a)に
示す振動子の大径両端部al+82に加えて振動腹部に
大径部a3を形成している。
振動モードで駆動されるものであって、第1図(a)に
示す振動子の大径両端部al+82に加えて振動腹部に
大径部a3を形成している。
本実施例は、第1図に示す実施例1に加えて大径部a3
を追加し、この大径部a3の厚みをある厚み以下とする
ことにより、固有振動数をさらに低くすることができる
ようにしたものである。
を追加し、この大径部a3の厚みをある厚み以下とする
ことにより、固有振動数をさらに低くすることができる
ようにしたものである。
第3図(b)に示す大径部a3のA−A線に沿った断面
の歪分布を第3図(c)に示す。第3図(C)において
、大径部a3の厚みがある厚み以下では歪は殆んど根元
付近にしか起こらない。このとき、大径部a3は振動子
の剛性よりも質量として犬ぎく効き、固有振動数は下が
る。
の歪分布を第3図(c)に示す。第3図(C)において
、大径部a3の厚みがある厚み以下では歪は殆んど根元
付近にしか起こらない。このとき、大径部a3は振動子
の剛性よりも質量として犬ぎく効き、固有振動数は下が
る。
第4図は実施例3を示す。
本実施例は、実施例2に示す振動子Aの大径部a3をロ
ータRとの摩擦駆動部としたもので、大径部a3にテー
バ形状の摺動面Bを形成している。ロータRは、ベアリ
ング7に設けたバネボスト8と振動子Aとの間に設けた
バネ5のハネ力により、摺動面Bに押圧されている。
ータRとの摩擦駆動部としたもので、大径部a3にテー
バ形状の摺動面Bを形成している。ロータRは、ベアリ
ング7に設けたバネボスト8と振動子Aとの間に設けた
バネ5のハネ力により、摺動面Bに押圧されている。
本実施例は、振動子Aの長さ方向中央部付近にロータR
との摺動面Bを設けているので、モータを小型化(短く
)するのに有利である。
との摺動面Bを設けているので、モータを小型化(短く
)するのに有利である。
第5図は実施例4を示す。
本実施例は、実施例2に示す振動子Aの一方のi部a、
にロータRとの摺動面Bを設けたものて、傾斜面を内側
に向けたテーパ形状の摺動面Bには矢印eで示す駆動力
が発生する。
にロータRとの摺動面Bを設けたものて、傾斜面を内側
に向けたテーパ形状の摺動面Bには矢印eで示す駆動力
が発生する。
第4図及び第5図において、バネ5の振動子Aへの取付
部は、振動への影響を小さくするため、屈曲定在波の節
近傍に設けている。
部は、振動への影響を小さくするため、屈曲定在波の節
近傍に設けている。
なお、第1図に示すタイプの振動子にロータRと接触す
る摺動面Bを設けた実施例を第6図、第7図に示す。
る摺動面Bを設けた実施例を第6図、第7図に示す。
第6図に示す振動子は、一方の端部a、に第4図(a)
に示す実施例と同様の摺動面Bを設け、第7図に示す振
動子は、第5図(a)に示す実施例と同様に摺動面Bを
設けている。
に示す実施例と同様の摺動面Bを設け、第7図に示す振
動子は、第5図(a)に示す実施例と同様に摺動面Bを
設けている。
第6図に示す実施例は、従来例と同様の電圧印加方向に
より、圧電素子板3,4に電圧を印加しているが、第7
図に示す実施例は、積層した4枚の圧電素子板d+、d
2.ds、d4.を並列に接続し、実質面積を増やすこ
とにより、低電圧、例えば第6図に示す実施例の半分の
電圧で同じ振幅を得ることができるようにしている。
より、圧電素子板3,4に電圧を印加しているが、第7
図に示す実施例は、積層した4枚の圧電素子板d+、d
2.ds、d4.を並列に接続し、実質面積を増やすこ
とにより、低電圧、例えば第6図に示す実施例の半分の
電圧で同じ振幅を得ることができるようにしている。
第8図は実施例5を示す。
第1図に示す実施例は、振動子Aの両端部a□r 82
を共にその振動の節よりも外側位置に設けたが、本実施
例は一方の端部a、のみを振動の節位置よりも外側に設
けて固有振動数を下げる効果を持たせ、他方の端部 +
、を振動の節位置を越えて設けている。この場合、他方
の端部a’2では、固有振動数を下げる効果は得られな
いが、面積の大きな圧電素子板を配置することができる
ように長くしている。
を共にその振動の節よりも外側位置に設けたが、本実施
例は一方の端部a、のみを振動の節位置よりも外側に設
けて固有振動数を下げる効果を持たせ、他方の端部 +
、を振動の節位置を越えて設けている。この場合、他方
の端部a’2では、固有振動数を下げる効果は得られな
いが、面積の大きな圧電素子板を配置することができる
ように長くしている。
第9図は実施例6を示す。
本実施例の振動子Aは、片端のみに大径の端部a、を設
けたもので、細径部の周囲にロータRを配置したり、細
径部に加圧系を設けることかで鮒、小型化のメリットが
ある。
けたもので、細径部の周囲にロータRを配置したり、細
径部に加圧系を設けることかで鮒、小型化のメリットが
ある。
第10図は実施例りを示す。
本実施例は、前振動弾性体1及び後振動弾性体2の端部
す、、b2を夫々内側の部材b3b4よりも密度の大き
い材料で形成したもので、振動子Aの両端部を実施例1
のように大径とすることと同様の効果が得られ、前述し
た各実施例に比較して外形寸法を小さくすることかでき
る。
す、、b2を夫々内側の部材b3b4よりも密度の大き
い材料で形成したもので、振動子Aの両端部を実施例1
のように大径とすることと同様の効果が得られ、前述し
た各実施例に比較して外形寸法を小さくすることかでき
る。
第13図は、本発明によるモータを使用して光学レンズ
の鏡筒を駆動する場合の構成例である。
の鏡筒を駆動する場合の構成例である。
9は移動体Rと同軸的に接合された歯車で、回転出力を
歯車10に伝達し、歯車10と噛みあう歯車をもった鏡
筒11を回転させる。
歯車10に伝達し、歯車10と噛みあう歯車をもった鏡
筒11を回転させる。
第7図は、本発明によるモータを使用して光学レンズの
鏡筒を駆動する場合の構成例である。
鏡筒を駆動する場合の構成例である。
9は移動体Rと同軸的に接合された歯車で、回転出力を
歯車10に伝達し、歯車10と噛みあう歯車をもった鏡
筒11を回転させる。
歯車10に伝達し、歯車10と噛みあう歯車をもった鏡
筒11を回転させる。
[発明の効果]
以上説明したように、本発明によれば、弾性体及び電気
−機械エネルギー変換素子からなる振動子の蓄積エネル
ギーを最大限大きくし、固有振動数を小さくすることが
でき、モータの効率を向上させることができると共に、
駆動の安定化を図ることができるといった効果が得られ
る。
−機械エネルギー変換素子からなる振動子の蓄積エネル
ギーを最大限大きくし、固有振動数を小さくすることが
でき、モータの効率を向上させることができると共に、
駆動の安定化を図ることができるといった効果が得られ
る。
第1図は本発明による超音波モータの実施例1を示し、
同図(a)は概略側面図、同図(b)は径方向の振幅分
布を示す図である。第2図は従来の超音波モータの振動
子を示す概略図、第3図は実施例2を示し、同図(a)
は概略側面図、同図(b)はその横断面図、同図(c)
は同図fb)のA−A線に沿った断面の歪分布を示す図
である。第4図は実施例3を示し、同図(a)は概略側
面図、同図(b) はロータを取付けた状態を示す断面
図である。第5図は実施例4を示し、同図(a)は概略
側面図、同図(b)はロータを取付けた状態を示す断面
図である。第6図及び第7図は実施例1の振動子に駆動
用の摺動面を設けた実施例を夫々示す。第8図は実施例
5を示望ノ 実施例6、を示す振動子の概略図である。第11図及び
第12図は従来の振動子の斜視図及び縦断面図である。 第13図は、本発明の超音波モータを駆動源とする装置
の図である。 1・・・前振動弾性体 2・・・後振動弾性体3.4
・・・圧電素子板 5・・・バネ7・・・ヘアリング
8・・・ハネポストA・・・振動子 B・
・・摺動面a l + a2・・・端部 a3・・
・大径部9・・・ギア 10・・・出力伝達
部材11・・・装置 第 図 第 図 (G) (b) (a) に 「方向娠暢分布 第10図 第11図 第12図
同図(a)は概略側面図、同図(b)は径方向の振幅分
布を示す図である。第2図は従来の超音波モータの振動
子を示す概略図、第3図は実施例2を示し、同図(a)
は概略側面図、同図(b)はその横断面図、同図(c)
は同図fb)のA−A線に沿った断面の歪分布を示す図
である。第4図は実施例3を示し、同図(a)は概略側
面図、同図(b) はロータを取付けた状態を示す断面
図である。第5図は実施例4を示し、同図(a)は概略
側面図、同図(b)はロータを取付けた状態を示す断面
図である。第6図及び第7図は実施例1の振動子に駆動
用の摺動面を設けた実施例を夫々示す。第8図は実施例
5を示望ノ 実施例6、を示す振動子の概略図である。第11図及び
第12図は従来の振動子の斜視図及び縦断面図である。 第13図は、本発明の超音波モータを駆動源とする装置
の図である。 1・・・前振動弾性体 2・・・後振動弾性体3.4
・・・圧電素子板 5・・・バネ7・・・ヘアリング
8・・・ハネポストA・・・振動子 B・
・・摺動面a l + a2・・・端部 a3・・
・大径部9・・・ギア 10・・・出力伝達
部材11・・・装置 第 図 第 図 (G) (b) (a) に 「方向娠暢分布 第10図 第11図 第12図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 棒状弾性体に配置した電気−機械エネルギー変換素
子に交流電界を印加することに よつて、該弾性体に同形の屈曲モードの振動を異なる複
数の平面内に時間的に適当な位相差を持たせて励起させ
、以て該弾性体の表面粒子に円又は楕円運動を行なわし
め、該弾性体に押圧した移動体を摩擦駆動する超音波モ
ータにおいて、 駆動振動モードの節よりも外側位置における該弾性体の
両端部あるいはいずれか一方の端部に大径部あるいは高
密度部を設けたことを特徴とする超音波モータ。 2 棒状弾性体に配置した電気−機械エネルギー変換素
子に交流電界を印加することに よって、該弾性体に同形の屈曲モードの振動を異なる複
数の平面内に時間的に適当な位相差を持たせて励起させ
、以て該弾性体の表面粒子に円又は楕円運動を行なわし
め、該弾性体に押圧した移動体を摩擦駆動する超音波モ
ータにおいて、 駆動振動モードの節よりも外側位置における該弾性体の
両端部あるいはいずれか一方の端部と、駆動振動モード
の腹位置に大径部を設けたことを特徴とする超音波モー
タ。 3 請求項1又は2の超音波モータを含む装置において
、超音波モータの弾性体に押圧された摩擦駆動される部
材から駆動力を得る出力部材を有することを特徴とする
装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2206233A JP2998978B2 (ja) | 1990-08-03 | 1990-08-03 | 振動波装置および駆動装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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