JPH05949B2

JPH05949B2 -

Info

Publication number: JPH05949B2
Application number: JP59024022A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Izukawa; Takayuki Tsukimoto; Ichiro Okumura
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1984-02-10
Filing date: 1984-02-10
Publication date: 1993-01-07
Also published as: JPS60170472A; US4678956A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は進行性振動波により駆動する振動波モ
ータの構造に関するものである。

最近実用化されつつある、進行性振動波によつ
て駆動する振動波モータの実施例の概略図が第１
図に示してある。同図で、１は電歪素子で例えば
PZT（チタン酸ジルコン酸鉛）で、２は振動体
で、弾性物質からなり、電歪素子１を接着してあ
る。振動体２は電歪素子１と共に振動吸収体４を
介して基台９に保持されている。３は移動体で、
軸受け１２でブツシユ１４を介して固定軸１０に
回転可能に支持されている。固定軸１０は下端が
基台９に取り付けられており、上部はねじになつ
ている。固定軸１０には、ブツシユ１４の上端に
ばね１６が嵌められ、ナツト１８がワツシヤ１７
を介してねじ込まれる。これにより移動体３は振
動体２に押し付けられる。

第２図は電歪素子１と振動体２の関係を示す側
面図である。電歪素子１は複数個の素子１a₁，１
a₂，１a₃……及び１b₁，１b₂，１b₃……が接着さ
れており、そのうちの一群の電歪素子１a₁，１
a₂，１a₃……に対し、他の群の電歪素子１b₁，１
b₂，１b₃……は、振動波の波長λの1/4波長分だ
けずれて配置される。一群内での各電素子１a₁，
１a₂，１a₃……は1/2波長のピツチで、相隣り合
うものの分極極性が逆になるように配置されてい
る。図中の＋，−は極性を示している。もう一方
の群内での各電歪素子１b₁，１b₂，１b₃……も同
じく1/2波長のピツチで、相隣り合うものは逆極
性である。これら電歪素子が並べられた大きさだ
けの大きさがある一つの電歪素子にして、それを
前記ピツチの分極処理してもよい。なお、電歪素
子の分極両面には電圧を印加するための電極が蒸
着、書込等により形成される。

このような構成の振動波モータで、第３図・第
４図に示すように電歪素子１の厚さ方向（分極方
向）に交流電源２０から電圧を印加する。第３図
で、電歪素子１a₂には分極の方向に対して交流の
駆動電源２０から正（順方向H_A）電圧が印加さ
れると電歪素子１a₂は電界方向即ち厚み方向に伸
び電界と直角な方向には縮む（矢印Ａ）。また隣
の電歪素子１a₁には逆方向の電圧が印加されるか
ら、電歪素子１a₁は電界方向に縮み電界と直角な
方向には伸びる（矢印Ｂ）。このようにして各電
歪素子が伸縮する。そしてそれら電歪素子１には
振動体２が一体的に接着されているから、伸縮が
伝えられて、第４図に示すように振動体２は曲が
る。同図ａには電歪素子１a₂に順方向、電歪素子
１a₁に逆方向電圧が印加されているときの屈曲状
態を示す。同図ｂは電歪素子１a₂に逆方向、電歪
素子１a₁に順方向電圧が印加されているときであ
る。

電歪素子１のうち一つの群の電歪素子１a₁，１
a₂，１a₃……にV₀SinωTの交流電圧を印加する。
もう一方の群の電歪素子１b₁，１b₂，１b₃……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方向に対し180°
位相がずれ、二つの群どうし90°位相のずれた交
流電圧が印加されて伸縮振動をする。この振動が
伝えられて振動体２は電歪素子１の配置ピツチの
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
にあり曲げ振動の位相が90°ずれているため振動
波が合成され進行する。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５図ａ，ｂ，ｃ，
ｄに示してある。いま進行性曲げ振動波が矢示
X₁方向に進むとする。０を静止状態に於ける振
動体の中心面とすると振動状態では鎖線示の状態
となり、この中立面６は曲げによる応力が拮抗し
ている。中立面６と直交する断面７₁についてみ
ると、これら二面の交線５₁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７₁は
交線５₁を中心として左右の振り子振動している。
同図ａに示す状態では断面７₁と振動体２の移動
体側１の表面との交線上の点P₁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５₁，５₂，５₃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
方向X₁と逆方向）の応力が加わり、波の負側
（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５₂と断面７₂が前者のときの状
態で点P₂には矢示方向の応力が加わる。交線５₃
と断面７₃が後者のときの状態で、点P₃には矢示
方向の応力が加わる。波が進行し、ｂに示すよう
に波の正側に交線５₁がくると、点P₁は左方向の
運動をすると同時に上方向の運動をする。ｃでは
点P₁は上下振動の上死点で左方向の運動だけす
る。ｄでは点P₁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P₁は回転楕
円運動をしている。この回転楕円運動は同図ｃに
示すように点P₁が移動体３と接する線では矢示
方向で、点P₁の運動によつて移動体３がX₂方向
に摩擦駆動される。振動体２上のすべての点が、
点P₁と同じように、移動体３を順次摩擦駆動す
る。

ところがこのような振動波モータで、駆動効率
や、耐久性の面でみると、充分に満足できる性能
のものができているとはいえない。その原因の一
つに、電歪素子１と振動体２とを接着しているこ
とにある。振動体２が屈曲振動するのは、それ自
体は伸縮しにくい、剛性のある振動体２の片面だ
けが電歪素子１により面方向に引つ張られたり、
圧縮されたりするからである。従つて、従来の振
動波モータに於ては、電歪素子と振動体が強固に
一体的に接着されていることが必要である。この
ような接着層があると、共振周波数が一定になら
なかつたり、Ｑが低下したりして、駆動効率の面
から好ましくない。また、接着層には、駆動中は
常時歪力が加わるため、剥離が起りやすく、耐久
性の面から好ましくない。本発明は上記事態に鑑
みなされたもので、駆動効率が高く、しかも耐久
性の良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。

この目的を達成するための本発明は、一定ピツ
チに分極された電歪素子に、周波電圧を印加し
て、生ずる進行性振動波によつて、移動体を駆動
する振動波モータに於て、該進行性振動波の振幅
方向と交わる方向に、片面から分極された該電歪
素子の、同一面から分極されている方向に、前記
周波電圧を印加することを特徴とする振動波モー
タである。

以下図面に示された本発明の実施例を詳細に説
明する。

第６図は本発明を適用する振動波モータの実施
例の要部を現わす図である。同図に示すように、
電歪素子２２は振動吸収体４を介して基台９に取
付けられ、固定体（ステータ）を構成する。電歪
素子２２には、移動体（ロータ）３が押圧接触す
る。この押圧接触の機構などは、本図では省略し
たが第１図に示した例と同一である。従つて、第
１図に示す電歪素子１と振動体２の代りに電歪素
子２２を配置したものである。

そして電歪素子２２は以下のようになつてい
る。第７図は電歪素子２２を分極するときの状態
を説明する図で側面から視たものである。分極の
ピツチは第２図に示すピツチと同じであるが、分
極方向が異なつている。まず電歪素子２２の片面
には巾方向（図面で奥行方向）に横切るように細
帯状の電極２３₁，２３₂，２３₃……が1/2波長の
ピツチで蒸着などにより付けられる。図示を省略
したが1/4波長離れた位置にも同じように付けら
れる。その電極２３₁，２３₂，２３₃……を通じ
て、順に分極してゆく。まず電極２３₁を高電位
極とし電極２３₂を低電位極として直流高電圧を
印加すると、電極２３₁と電極２３₂の間に第７図
矢印線のような、電界がかかる。この電界は、電
歪素子２２の電極２３₁，２３₂が付いている面側
では電束密度が大きいが、反対面側では小さい。
このような電界下で、分極をするから、電歪素子
２２の両面で分極の程度が異なつている。同じよ
に、順次電極２３₂→電極２３₃，電極２３₃→電
極２３₄……の分極をしてゆく。

第８図に示すように、分極のされた電歪素子２
２の電極２３₁，２３₂，２３₃……には、一つお
きに極性を逆にして、交流電源２０を接続する。
なお電歪素子２２の各電極の反対面には、好まし
くは、移動体３との摩擦を増すと共に、摩耗を防
止させすための被膜２４を設けている。この振動
波モータに交流電源２０から駆動電圧を印加する
と電歪素子２２が屈曲する。

このように電歪素子２２それ自身が屈曲するの
は、以下のような理由にするものと考えられる。
電歪素子２２は、前記のように分極の程度が異な
り、加えて駆動電圧電界の電束密度も電極側は大
で、反対側は小である。従つて、駆動電圧を印加
されたときの、電歪素子２２の伸び（又は縮み）
は、電極側で大きく、反対側は小さいから、屈曲
する。なお、この伸縮の方向は駆動電圧の印加方
向（分極方向と同一）と同一で、いわゆる縦効果
と呼ばれているものである。電歪素子２２は、屈
曲のための振動板がなくても、それ自身が次々に
屈曲し振動する。1/4波長離れた位置でも同じよ
うに屈曲振動するから、振動波は進行性になり、
移動体３を共にX₂方向に駆動する。

第９図は別な実施例の電歪素子を示すものであ
る。この実施例の電歪素子２５も、第６図の例と
同じように、第１図に示す電歪素子１と振動体２
の代りに配置すれば振動波モータとして完成す
る。前例と異なるのは、駆動電圧の印加方向と交
差する方向の伸縮、いわゆる横効果により、屈曲
させる点である。第９図ａは電歪素子２５を下側
（移動体３と反対側）から視た図、ｂはそのA₁−
A₁断面図である。電歪素子２５の下面両側部に
は電極２６a₁，２６a₂，２６a₃……及び２６b₁，
２６b₂，２６b₃……が夫々1/2波長のピツチで付
けられる。そして電極２６a₁→電極２６b₁，電極
２６a₂←２６b₂，電極２６a₃→電極２６b₃，電極
２６a₄←２６b₄……のように、交互に逆向き方向
に直流の高電圧を印加して、分極する。すると鎖
線矢印で示すような方向の分極がされる。このよ
うな電歪素子２５を、第６図を示す振動波モータ
の電歪素子２２に変えて組込む。そして、第９図
ａのように駆動のための交流電源２０で電圧を印
加する。同図ｂの矢印は分極時の電界或は駆動時
の電界を現わしていて、電極側の面が密になる。
このように電界の疎密があるから、電歪素子２５
は屈曲する。

本例に於る、電歪素子２５の屈曲は、駆動電圧
の印加方向と交差する方向の伸縮（矢示Ａ，Ｂ）
の横効果によつて起る。この横効果による駆動は
縦効果による駆動よりも高い効率が得られた。

第１０図は同じく横効果を利用する実施例で、
第９図に示す実施例を変形したものである。同図
に示すように、電極位置はそのままであるが、分
極方向を鎖線矢示のように同一方向にし、駆動交
流の印加方向を電極順に交互にした例である。

第１１図，第１２図も同じく横効果を利用する
実施例である。第１１図は電歪素子２８を分極す
るときの図でａは下面図、ｂはA₂−A₂の断面図、
ｃはA₃−A₃の断面図である。第９図に示す実施
例を変形したもので、電極をクシ歯電極２７a₁，
２７a₂，２７a₃……及び２７ｂにして、電極間隔
距離を短くした例である。電極２７ｂを接地し、
電極２７a₁，２７a₂，２７a₃……の交互に高負電
源２９ａ及び高正電源２９ｂを接続し、分極す
る。ｂ及びｃの矢印線は分極時の電界を現わして
いる。駆動電圧を印加するときは第１２図のよう
に交流電源２０を接続し、電極２７a₁，２７a₂，
２７a₃……全てに同じ向きの電圧を加えると、分
極方向が違うため、伸縮は一つおきに逆向きとな
る。

第１３図は別な実施例で、本発明をラジアル駆
動型の振動波モータ適用した例の一部切り欠き斜
視図である。３０は電歪素子で、その周囲には電
極３１a₁と３１b₁，３１a₂と３１b₂，３１a₃と３
１b₃……が夫々対向して取り付けられる。それら
の電極によつて、第７図示の例と同様に分極処理
がなされると共に、駆動交流電圧が印加される。
また電歪素子３０の内側には鉄などの軟磁性体振
動体が薄く貼りめぐらされる。３２は回転体（ロ
ータ）で、プラスチツクマグネツトからなり、円
筒を６等分割した形をしている。３３も回転体の
一部で、軟磁性体からなり、６等分割された円筒
で、夫々マグネツト回転体３２の内側に接着され
ている。回転体３２，３３の上縁には凹部３５が
形成される。３７は回転円盤で、６個所の突起３
８が凹部３５と係合する。４０は回転軸である。
電歪素子３０の外周は、不図示であるが、振動吸
収体で覆われて、モータ全体がハウジングに収納
される。電歪素子３０は伸縮の縦効果で、径方向
に屈曲振動し、その振動波は周方向に進行する。
このときステータである電歪素子３０の内側磁性
体とロータ３２，３３とが吸引し合つて、ロータ
３２，３３が駆動され、回転円盤３７と共に軸４
０が回転する。

以上説明したように、本発明の振動波モータで
は、振動部分に接着層がないから、駆動効率が極
めて高く、耐久性がある。しかも振動板を無くす
ことができたから、コンパクトな形状にすること
ができ、製造コストも安価になる。

なお、本発明は実施例に示した回転型のモータ
に限らず、リニアモータにも適用できるものであ
る。尚、２２，２３₁，２４；２５，２６a₁；２
７a₁，２８が振動体、３；３２が被駆動体、２
２；２５；２８；３０が電気−機械エネルギー変
換素子の夫々を構成する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の振動波モータの主要部の概略
図、第２図から第５図は振動波モータの駆動原理
を説明する図、第６図・第７図は本発明を適用す
る振動波のモータの主要部の概略図、第８図はそ
の駆動を説明する図、第９図〜第１３図は別の実
施例である。３は移動体、２０は交流電源、２２は電歪素
子、２３₁，２３₂，２３₃……は電極である。

Claims

【特許請求の範囲】１振動体２２，２３₁，２４；２５，２６a₁；
２７a₁，２８と、被駆動体３；３２とを有する振
動波モータであつて、振動体２２，２３₁，２４；２５，２６a₁；２
７a₁，２８は、電気−機械エネルギー変換素子２
２；２５；２８；３０を有し、励振されて表面に
進行性振動波を発生するものであり、電気−機械エネルギー変換素子２２；２５；２
８；３０は、その表面に沿つた分極方向を有して
おり、被駆動体３；３２は、振動体２２，２３₁，２
４；２５，２６a₁；２７a₁，２８に圧接され、駆
動されるものである振動波モータ。