JPH0514510B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は進行性振動波より駆動する振動波モー
タの構造に関する。

振動波モータは例えば特開昭52−29192号公報
にも開示されているように電歪素子に周波電圧を
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、ま
た慣性回転が少ないという利点があるため最近注
目されている。

ところが、従来知られている振動波モータは振
動体に生じた定在波の振動運動を、振動体と接触
するロータ等の移動体を摩擦駆動して、移動体の
一方向運動に変換するものである。

この運動方向を逆向きにするには、振動体と移
動体の接触位置・接触角度を変える等の機械的構
成を換える必要がある。従つえ斯る振動波モータ
で正逆転可能にするには装置が大がかりとなり、
振動波モータの特徴である構造の簡単さと小型さ
が失われてしまうことになる。

この点を改良すべく、最近発明された進行性振
動波により駆動する振動波モータの動作原理は次
のようなものである。

第１図はこの振動波モータの構成を各要素別に
分解して示している。

ベースとなる固定体５の中心円筒部５ａに振動
吸収体４・吸収体４側に電歪素子３を接着した金
属の環状振動体２・移動体１の順に嵌め込まれて
おり、固定体５・吸収体４・電歪素子３・振動体
２は各々相互に回転しないように取付けられてい
る。振動体２に対し移動体１は自重又は図示しな
い付勢手段で圧接されたモータの一体性を保つて
いる。

複数の電歪素子３ａは振動波の波長λの２分の
１のピツチで配列され、複数の電歪素子３ｂも同
じくλ／２のピツチで配列されている。なお電歪
素子３ａ（又は３ｂ）は複数並べずに単体の素子
に対し、それを前記ピツチ分極処理しても良い。
電歪素子３ａと３ｂとの相互ピツチは（n₀＋1/4）
λ（但しn₀＝0.1.2.3…）ずれた位相差的配列がな
される。各電歪素子３ａの吸収体４側にはリード
線１１ａが接続され、各電歪素子３ｂにはリード
線１１ｂが接続され、その各々は交流電源６ａと
90°位相器６ｂに接続される（第２図参照）。また
金属の振動体２にはリード線１１ｃが接続され交
流電源６ａと接続される。

振動体１の摩擦部１ａは摩擦力を強くしかつ摩
耗を少なくするように硬質ゴム等で形成され振動
体２に圧接される。

第２図は上記モータの振動波の発生状態を示す
もので、金属の振動体２に接着された電歪素子３
ａ及び３ｂは、説明の便宜上、隣接して現わされ
ているが、上記λ／４の位相ずれの条件を満足し
ているので第１図に示すモータの電歪素子３ａ及
び３ｂの配置と実質的に等価なものである。各電
歪素子３ａ及び３ｂ中のは交流電圧が正側の周
期にあるとき伸び、は同じく正側の周期で縮む
ことを示している。

金属振動体２を電歪素子３ａ及び３ｂの一方の
電極にし、電歪素子３ａには交流電源６ａからＶ
＝V₀sinωtの交流電圧を印加し、電歪素子３ｂに
は交流電源６ａから90°位相器６ｂを通してλ／
４位相がのずれたＶ＝V₀（ωt±π／２）の交流電
圧を印加する。式中の＋又は−は移動体１（本図
に於て省略）を動かす方向によつて位相器６ｂで
切り換えられるもので、＋側に切り換えると＋90°
位相ずれ正方向に動き、−側に切り換えると−90°
位相ずれ逆方向に動く。いま−側に切り換えてあ
り電歪素子３ｂにはＶ＝V₀sin（ωt−π／２）の
電圧が印加されるとする。電歪素子３ａだけが単
独で電圧Ｖ＝V₀sinωtにより振動した場合は同図
ａに示すような定在波による振動が起り、電歪素
子３だけが単独で電圧Ｖ＝V₀sin（ωt−π／２）
により振動した場合はｂに示すような定在波によ
る振動が起る。

上記位相のずれた二つの交流を同時に各々の電
歪素子３ａと３ｂに印加すると振動波は進行性に
なる。イは時間ｔ＝2nπ／ω、ロはｔ＝π／2ω＋
2nπ／ω、ハはｔ＝π／ω＋2nπ／ω、ニはｔ＝
2π／2ω＋2nπ／ωの時のもので、このような振動
波の波面はｘ方向に進行する。

このような進行性の振動波は縦波と横波を伴な
つており、第３図に示すように振動体２の質点Ａ
について着目すると縦振幅ｕと横振幅ｗで反時計
方向の回転楕円運動をしている。振動体２の表面
には移動体１が加圧接触（矢示Ｐ）しており振動
面の頂点にだけ接触することになるから頂点に於
ける質点Ａ，A′…の楕円運動の縦振福ｕの成分
に駆動され矢示Ｎ方向に移動する。

このとき質点Ａの頂点に於ける速度はＶ＝2πfu
（ｆは振動数）となり、移動体１の移動速度はこ
れに依存すると共に、加圧接触による摩擦駆動に
よるため、横振幅ｗにも依存する。即ち移動体１
の移動速度は質点Ａの情円運動の大きさに比例し
その情円運動の大きさは電歪素子に印加される電
圧に比例する。

ところが上記説明の如く従来の振動波モータで
は金属の弾性振動体２が電歪素子３ａ及び３ｂの
共通の電極であるため、駆動電源として交流電圧
電源か、又は交流を発生させるための正電圧電源
と負電圧電源の２電源が必要であるという欠点が
る。

本発明では上記の様な欠点を除去し、簡単な構
造で直流の単電源による駆動が可能な振動波モー
タを提供することを目的とするものである。

第４図は本発明をスチルカメラ・シネカメラ・
テレビカメラ・ビデオカメラ等の各種カメラ類、
映写機・引伸機等の各種投影機類のレンズの自動
絞りユニツトに適用したものを例示している。

同図ではユニツトの各要素を分解した状態を現
している。基台７の中心円筒部７ａに吸収体４・
電歪素子３・絶縁体５０・振動体２・移動体であ
る回転体９の各中心孔部が順に嵌め込まれる。そ
の上に絞り羽根１２が配置され、羽根１２の円孔
１２ｂ・円弧孔１２ａと基台７の突起７ｂ・回転
体９の突起９ａが各々係合し、スラストベアリン
グ１３がスペサー１４で位置決めされ、抑え板１
５によつて抑えられる。基台７と抑え板１５はバ
ネ１７によつて付勢加圧され、ビス１６によつて
連結され絞りユニツトの一体性を保つて、レンズ
鏡筒（不図示）の一部をなすものである。

基台７には円弧状のくし歯電極８ａが外周に設
けられ回転体９から突出する摺動子８ｂと接触
し、回転体９の回転移動量に応じた信号を出し、
電極８ａの終端部には開放リセツトスイツチSW
が取付られ回転体９に取付られた突子９ｂによつ
て開閉されるるようになつている。吸収体４は例
えばゴム等で形成され振動体２の振動を吸収する
ためのものである。

電気−機械エネルギー変換素子としての電歪素
子３は電圧が印加されたときの駆動用振動源にな
るもので第５図ａに示すように二つの分極処理部
３ａ，３ｂを持ち、その各々の分極処理は複数に
されている。この分極処理部３ａと３ｂは物理的
に波長λ／４ずれている。同図で（＋）・（−）の
表示は互いに分極処理の方向が異なることを示し
電圧を印加したとき（＋）は伸び（−）は縮むよ
うに変移することを示している。（＋）部と（−）
部の和によつて定まる長さは入力する周波数によ
つて定まる一波長λ分の長さに相当する。電歪素
子リング３の円周は（＋）部と（−）部の和によ
つて定まる長さの自然数倍で、同図では６倍分の
円周を持つている。

第５図ｂは電歪素子３の上面（絶縁体５０側）
の電極パターン３c₁，３d₁を、同図ｃは下面（吸
収体４側）の電極パターン３c₂，３d₂を示し、上
面の電極３c₁，３d₁は各々絶縁を保ちつつ下面に
導かれている。電極３c₁，３c₂は分極処理部３ａ
に、電極３d₁，３d₂は分極処理部３ｂに対応する
位置に設けられており、前記の下面側でリード線
に接続され、各々対応する分極処理部３ａ，３ｂ
に電圧が印加される。

絶縁体５０は金属の弾性振動体２に電歪素子３
を接着する際にその間に介在させ、電歪素子３の
電極３c₁と３d₁間を絶縁するためのものである。

振動体２に生じた振動波は振動体２に圧接され
た回転板９を回転駆動する構造である。回転板９
が回転するとその突起９ａに係合する絞り羽根１
２の円弧孔１２ａに沿つて軸７ｂ，１２ｂを中心
として回転進退するようになつている。絞り羽根
１２（図に於て１個のみ表示）は複数の突起９ａ
に各々設けられているため、前記の回動進退した
ときには、中心の空孔部を絞り込み又は開放する
ことになる。

第６図はこの自動絞りユニツトを開放測光型の
スチルカメラに適用した場合の制御回路図を示す
ものである。

受光素子SPC・オペアンプ２０等からなる回路
１９は被写体輝度を電気信号に変化する測光回路
でその出力端に輝度情報（Bv値）に相応した電
気信号を出力する。可変抵抗器２１，２２は撮影
情報入力手段を形成し不図示の撮影装置の外部か
ら設定可能なフイルム感度情報（Sv値）と設定
露出情報（例えばシヤツター秒時値Tv）を入力
し、設定値に応じた電気信号を出力する。２３は
露出演算を行う増幅器であり、制御すべき絞り値
Av、開放絞り値Av₀とする開放位置からの絞り
込む絞り値△Avは △Av＝Av−Av₀ ……(1) となる。

一方開放絞りで光Ｌを測光するため、受光素子
SPCに入射する光量即ちSPCの出力値Bv₀は、被
写体輝度をBvとすると、 Bv₀＝Bv−Av₀ ……(2) となる。ここでアペツクス演算式 Bv＋Sv＝Av＋Tv を変形すると(1)・(2)より （Bv−Av₀）＋Sv−Tv＝Av−Av₀＝△Av となりオペアンプ２３の出力値となる。この出力
値△Avによつて自動絞りユニツトの絞り込み段
数が設定される。２４はアナログ−デジタル変換
器で、演算器２３によつて算出された絞り段数信
号△Avをデジタル信号に変換する。

２５はパルス発生回路を示し、電極８ａ上を移
動する摺動子８ｂ（第４図参照）及び抵抗２６等
の構成により回転体９の回転によつて摺動子８ｂ
がくし歯状の電極と接触する毎にパルスを発生す
る。２７は抵抗２６を介して電源に接続される電
極８ａからの信号からのチヤタリング成分を除去
するチヤタリング吸収回路である。

２８は絞り作動信号により絞り動作を制御する
回路で、そのうち３０はフリツプフロツプ回路か
らなり、シヤツタレリーズの第１段目のストロー
クに連動した電源信号Ｃに依つてセツトされ信号
Q₂を出力し、絞り制御開始信号Ａに依つてリセ
ツトされ信号₂を出力する。２９もフリツプフ
ロツプ回路からなりレリーズの第２段目のストロ
ークに連動した絞りの制御開始信号Ａに依つてセ
ツトされ信号Q₁を出力し、露光制御完了信号Ｂ
によつてリセツトされ信号₁を出力する。３１
は単安定マルチバイブレータ回路で回路２９の
Q₁出力に応じて極めて短い単パルスを発生させ
るものである。３２はプリセツタブルダウンカウ
ンタで、回路２９の₁出力によりリセツトされ、
Q₁出力による単安定マルチ３１の出力信号によ
つてアナログデジタル変換器２４の出力データー
をプリセツトされ、チヤタリング吸収回路２７の
出力に基づきプリセツトされたデーターをダウン
カウントし、カウントが終了するとキヤリー出力
を行う。

SWは絞りが開放状態にあるときは閉じられ絞
り羽根が少しでも絞られた時は開かれるスイツチ
である（第４図参照）。

３４はパルス発生回路であり、発振器３７の出
力は分周器３６とノツト回路４３を介して分周器
３５に入力される。パルス発生回路３４は電源信
号Ｃによつて作動し、このような回路構成により
互いに90°位相の異なるパルス波を発生する。

３８は電歪素子の分極処理３ａ，３ｂを駆動す
ると共に、電流の方向を双方向に切換える電流切
換回路としての機能も有するドライバー回路であ
り複数のトランジスタ・抵抗・ノツト回路等によ
つてプツシユプル回路を構成する。３９はプツシ
ユプル回路を経て電歪素子の分極処理部３ａに、
４０は同じく分極処理部３ｂに電圧を印加すため
の電源を開閉するスイツチングトランジスタであ
る。

その他AND１，AND２，AND３は夫々アン
ド回路、ORはオア回路、EXORはエクスクル−
シブリイオア回路で各々公知のものである。

上記構成のカメラでの撮影は、先ずシヤツタレ
リーズの第１段ストロークで電源が投入され測光
およびパルス発生回路３０等各回路が作動する。

回路１９に於て、被写体輝度と設定撮影情報
Tv値、Sv値に基づいて演算器２３で絞り制御段
数△Avが算出され、この△Avは変換器２４によ
つてデイジタル値に変換される。

回路３０はレリーズ第１段の信号Ｃによりセツ
ト状態におかれ、Q₂出力の“Ｈ”信号によりオ
ア回路ORの出力を“Ｈ”にしトランジスタ４０
を閉状態にする。また₂出力の“Ｌ”信号によ
つてAND３は“Ｌ”信号を出しトランジスタ３
９を開状態にする。従つて分極処理３ｂには電圧
が印加されるが、分極処理３ａには印加されな
い。

パルス発生回路３４の信号Ｃによる作動によ
り、分周器３６の出力端からの出力パルスは分極
処理部３ｂのプツシユル回路に入力するため、分
極処理部３ｂは振動するが、分極処理部３ａは前
記出力パルスが電流切換回路を構成すると共に、
該回路の制御パルス信号入力端を構成するエクス
クルーシブリイオア回路EXORを介してプツシ
ユプル回路に入力しないことにより前記の如く直
流電源より電圧が印加されないため振動しない。
従つて、振動体２には定在波が生じ、回転体９は
回転することなく振動エネルギが貯えられる。

レリーズの第２段ストローク動作によつて発生
する絞り制御開始信号Ａに基づき、回路３０はリ
セツト状態におかれQ₂出力は“Ｌ”信号に、₂
は“Ｈ”信号になり、また回路２９はセツト状態
におかれQ₁出力は“Ｈ”信号に、₁出力は
“Ｌ”信号になる。Q₁出力をリセツト端子に与え
られていたカウンタ３２はリセツト解除され同時
にQ₁出力によるバイブレータ回路３１の出力信
号に基づき、プリセツトデーター入力より変換器
２４の前記のデジタル値をプリセツトする。

オア回路EXORにはパルス信号３５から送ら
れており、そこにQ₁出力が入力すると分周回路
３６に対して90°位相が進むパルスを出力する。
また出力Q₁がAND２にも入力する為AND２の
出力は“Ｈ”信号になりOR出力が“Ｈ”信号に
なりAND３に入力すると共にトランジスタ４０
を閉状態に保つ。AND３の他入力もQ₂出力が
“Ｈ”信号であるので、AND３の出力は“Ｈ”と
なりトランジスタ３９も閉状態になる。

従つて電歪素子の分極処理部３ａ，３ｂに90°
位相の異なつた駆動電圧が供給されそれぞれ振動
することによつて振動体２に、振動波を発生させ
回転体９を矢示方向（第４図参照）回転させ絞り
羽根１２を開放位置から絞り込む。

この回転体９の回転によつてスイツチSWは開
状態になりさらにくし歯スイツチ８ａ，８ｂはオ
ン・オフを繰り返し、チヤタリング吸収回路２７
を通じて回転体９の回転角に相応した数のパルス
をカウンタ３２によりプリセツトされた絞り制御
段数まで順次ダウンカウントを行う。カウンター
３２のカウントが“０”になるとキヤリ出力
“Ｈ”信号が出力されAND２の出力は“Ｌ”信号
になりORに入力する。ORの他端子の入力も
“Ｌ”信号となつているためORの出力は“Ｌ”
となり、AND３の出力も“Ｌ”になる。従つて
トランジスタ３９，４０が共に開状態になり電源
供給が止まる。

このため回転体９はその位置で止まり絞り羽根
１２は最適絞り口径まで絞り込まれることにな
る。このときの絞り羽根１２によつて制御される
絞り値は開放絞り値Av₀から絞り制御段数△Av
だけ絞り込まれた絞り値即ち Av₀＋△Av＝Av となる。

次いでシヤツターの作動によりフイルム面への
露光が終了すると露光制御完了信号Ｂによつて回
路２９はリセツトされQ₁出力は“Ｌ”信号にな
り、一方Q₁出力は“Ｈ”信号となつてAND１に
入力する。またスイツチSWが開状態であるので
AND１出力は“Ｈ”信号になりORに入力する。
従つてORの出力は“Ｈ”になりAND３に入力す
ると共にトランジスタ４０を閉じる。回路３０の
Ｑ₂出力は“Ｈ”であるので前記ORの“Ｈ”出力
と共にAND３の出力を“Ｈ”にし、トランジス
タ３９を閉じる。従つて電歪素子３ａ，３ｂ共に
電源を供給する。回路２９のQ₁出力が“Ｌ”の
ため分周器３５の出力はEXORで反転する為に
分周器３６のパスルに対して90°位相の遅れた信
号になり出力される。

従つて電歪素子３ａ，３ｂの振動による振動体
２の進行性振動波によつて回転体９が前記矢示方
向と逆方向に回転して絞りを開放する。開放位置
まで回転するとスイツチSWは閉じられAND１
に“Ｌ”信号が入力される。するとORの入力が
すべて“Ｌ”信号になるため出力は“Ｌ”になり
トランジスタ３９，４０を開状態にし電歪素子３
ａ，３ｂへの給電を断ち、絞り羽根１２は開放状
態で止まる。

上記実施例の説明からも解るように本発明の振
動波モータを使用すれば、交流電源を用いること
なく直流の単一電源によるプツシユプル回路で駆
動が可能となり極めて小型簡便なものとなり、振
動波モータの応用範囲が一層広がるものである。

なお前記実施例では電歪素子３の電極間の絶縁
を保つため絶縁体５０を設けたが、絶縁体を特に
設けず、振動体２をアルミニウムで形成し、その
表面をアルマイト処理してγ−Al₂O₃層で覆い絶
縁性を持たせ、電歪素子３の電極間の絶縁を保つ
ことも可能である。特にアルマイト処理層の表面
硬度が上がるので移動体との摩擦駆動面の耐摩耗
性を向上させる上で好ましいものである。

この振動体２を例えばセラミツク等の高ヤング
率で面荒さ・面硬度の面で優れた非導電体で形成
しても良い。

また実施例では本発明をスチルカメラの自動絞
りに適用した場合を示したが適用範囲はこれに限
られることなく、あらゆるカメラ・投影機類のレ
ンズの絞りユニツトは言うまでもなくその他各種
の機器・装置の駆動源として適用し得るものであ
る。尚３ａ，３ｂが電気−機械エネルギー変換素
子に相当し、３８，EXORが電流切換回路に相
当し、３５がパルス発生回路に相当する。

【図面の簡単な説明】

第１図は振動波モータの構造の分解図、第２
図・第３図は振動波モータの駆動原理の説明図、
第４図は本発明を絞りユニツトに適用した実施例
の分解図、第５図は電歪素子の分極状態・表面・
裏面を現わす図、第６図は絞りユニツトの駆動制
御回路図である。 ２は振動体、３ａ，３ｂは電歪素子、４は吸収
体、９は移動体、５０は絶縁体である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 振動体２と、電気−機械エネルギー変換素子
   ３ａ，３ｂと、電流切換回路３８，EXORと、
   パルス発生回路３４とを有する振動波モータであ
   り、 前記変換素子３ａ，３ｂは、前記振動体２に接
   触して設けられていて、該振動体２に駆動用振動
   を発生させるものであり、 前記電流切換回路３８，EXORは、前記パル
   ス発生回路３４の出力端に接続された制御パルス
   信号入力端と、アースと直流電源出力端との間に
   接続された電力入力端と、２つの出力端とを有
   し、 前記変換素子３ａ，３ｂは、該２つの出力端間
   に接続されており、 前記パルス発生回路３４の前記出力端から前記
   パルス発生回路３４の前記制御パルス信号入力端
   にパルス信号が入力された時、前記電流切換回路
   は、前記変換素子３ａ，３ｂに双方向に電流を流
   し、前記変換素子３ａ，３ｂは、この双方向に切
   換わる電流に応答して前記振動体２に駆動用振動
   を発生させることを特徴とする振動波モータ。