JPS59139878A - 振動波モ−タ - Google Patents

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。

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。

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連動又は−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。

ところが、従来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振
動波で、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っている
。そのため振動体と移動体は微小範囲で接触する構造、
即ち点もしくは線接触に近い構造でなければならず、い
きおい摩擦駆動効率の悪いものとなってしまう。

また駆動力は一定方向に働くものであるから移動体の移
動方向は一方向のみである。逆方向に移動させるために
は、別な振動体で振動方向を機械的に切り換える必要が
ある。従って、正逆回転が可能な振動波モータを得るに
は装置が複雑になり、振動波モータの特徴である構造の
簡単さ、小型さが半減されてしまう。

そこで本発明は従来の振動波モータのこれら欠点を解消
し、極めて簡単な構成で駆動効率の高い正逆転可能な振
動波モータを得ることを目的とするものである。

上記目的を達成するため本発明は、中心から放射方向に
向うに従い厚みが増加する傾斜部２ａを持った環状振動
体２に、複数の電歪素子３を位相差的に配列して接合し
、又は複数に位相差的に分極処理された電歪素子３を接
合し、該電歪素子３に周波電圧を印加して該振動体２に
進行性振動波を発生させ、その進行性振動波により該振
動体２の傾斜部２ａに移動体ｌの凸曲面１ａを加圧接触
させ、その移動体ｌを摩擦駆動することを特徴とする振
動波モータである。

第１図は本発明を適用する振動波モータの実施例の一部
切欠側面図である。

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・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。各部品を覆うようにカバー１５がバネ１７
とビス１６による付勢手段で固定体５に圧接されておリ
モータの一体性を保っている。

その結果振動体２の斜面部２ａに移動体ｌの凸曲面１ａ
が加圧接触することになる。カバー１５と移動体ｌの間
には、スラストベアリング１３が入れられている。第２
図に示すように電歪素子３は、電歪素子群３ａと３ｂか
らなる。複数の電歪素子３ａは振動波の波長λの２分の
１のピッチで配列され、複数の電歪素子３ｂも同じくλ
／２ピッチで配列されている。なお電歪素子３はこのよ
うに複数並べず、第７図に示すように環状の単体の素子
３にし、それを前記ピッチに分極処理し分極処理部３ａ
と３ｂにしても良い。電歪素子３ａと３ｂの相互ピッチ
は（ｎｏ＋１／４）入（但しｎ０＝０、■、２．３・・
・）ずれた位相差的配列がなされる。電歪素子３ａの各
々には吸収体４側にリード線１１ａが接続され電歪素子
３ｂの各々にはリード線１１ｂが接続され、その各々は
電源６ａと９００位相器６ｂに接続される（第３図参照
）。また金属の振動体２にはリード線ｌｌＣが接続され
交流電源６ａと接続される。

移動体ｌの凸曲面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しても良い。また吸収体
４はゴム・フェルト等で形成し機械的振動を固定体５に
伝えないようになっている。

このように構成された振動波モータの動作は次のような
ものである。

第３図は上記モータの振動波の発生状態を示している。

金属の振動体２に接着された電歪素子３ａ及び３ｂは、
説明の便宜上、隣接して現わされているが、上記の入／
４の位相ずれの条件を満足しているため、第１図に示す
モータの電歪素子３ａ及び３ｂの配列と実質的に等価な
ものである。

各電歪素子３ａ及び３ｂ中のｅは交流電圧が正側の周期
であるとき伸び、○は同じく正側の周期で縮む状態にな
ることを示している。

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＝■、）ｓｉｎ
ωｔの交流電圧を印加し、電歪素子３ｂには交流電源６
ａから９０°位相器６ｂを通して入／４位相のずれたＶ
＝Ｖ、ｓ［ｎ（ω（±π／２）の交流電圧を印加する。

式中の十又−は移動体ｌ（本図に於て省略）を動かす方
向によって位相器６ｂで切り換えられるもので、＋側に
切り換えると＋９０°位相がずれ正方向に動き、−側に
切り換えると一９０°位相がずれ逆方向に動く。いま−
側に切り換えてあり電歪素子３ｂにはＶ＝Ｖ。５ｉｎ（
ωを一π／２）の電圧が印加されるとする。電歪素子３
ａだけが単独で電圧Ｖ＝Ｖｏｓｉｎωｔ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３ｂだけが単独で電圧Ｖ＝Ｖ６　ｓ　ｉ　ｎ
　（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＝２　ｎ　Ｗ
　／　（１）、（ロ）はｔ＝ｗ／２ω＋２ｎｗ／ω、（
ハ）はｔ＝π／ω＋２ｎπ／ω、（ニ）はｔ＝３π／２
ω＋２ｎ、π／ωの時のもので、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っており
、第４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Ｍｕ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’・・・の楕円連動の縦振幅Ｕ
の成分に駆動され、移動体１は矢示Ｎ方向に移動する。

９００位相器により＋９０°位相をずらせば振動波は−
Ｘ方向に進行し、移動体ｌはＮ方向と逆向きに移動する
。

このように進行性振動波によって駆動される振動波モー
タは極めて簡単な構成で正逆転の切り換えが可能となる
。

なお、質点Ａの頂点に於ける速度はＶ＝２πｆｕ（ｆは
振動周波数）となり、移動体ｌ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がされるため、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の楕円運動の大きさに比例し、その楕円運動の大きさ
は電歪素子に印加される電圧に比例する。

移動体１の摩擦駆動は振動体２の進行性振動波の波面の
頂点でなされるものであるから、頂点方向（第４図Ｚ軸
方向）の波面が共振していることが駆動効率を向上させ
るためと回転むらを無くすために必要である。入力電圧
の周波数ｆ（＝２πω）とし振動体２のヤング率Ｅ・密
度ρ・厚さｈとしてこれによってつくられる波の波長λ
とすると、 ｆ＝「「７丁フ　πｈ／λ２．．．．（１）なる関係が
ありこの関係を満足する板厚りで共振することになる。

実施例における振動体２は環状であるため（１）式は環
の径りに於ける微小環中の範囲で成立するもので、周長
πＤは波長λのｎ倍（ｎは自然数）のとき共振する。

即ち　入＝πＤ／ｎ、、、、、（２） となる。

従って（１）、（２）式より ｈ−５置「γン、Ｅ＊　πｆＤ２／ｎ２．．．（３）と
いう関係が成り立つ。このため板厚りは放射方向に向う
に従って厚くしである。

振動体２の電歪素子側は平面に形成し移動体１側では内
径Ｄ１に於ける厚さｈ　、　＝　ｎ　・πｆＤ蔦２／ｎ
２に、外径Ｄ２に於ける厚さｈ２＝ｆｙＴ７〒＊πｆＤ
２　’　／ｎ２４：してそ（７）間を直線で結ぶ厚さに
形成したものである。Ｄ２が、膨「７う７百・πｆ　／
　ｎ　２に比し充分大きいため、振動体２のの表面全体
が略共振し、高い駆動効率が得られる。厚さｈｌとｈ２
が（３）式を満足する二次曲面又は略二次曲面の傾斜部
であればより高い駆動効率が得られる。また移動体１が
振動体２の傾斜部２ａと凸曲面１ａで接触する構成のた
め摩擦面が比較的狭く均一な面接触構成が容易な為、移
動体１の回転むらが起らない。

またある摩擦力を比較的狭い摩擦面で得るためには圧接
力を強くする必要がある。この時本発明の様に移動体側
を凸曲面にすることによって、耐久摩耗によるスラスト
方向変化をなくし圧接力を変えることがない。

第５図は振動波モータの別な実施例の要部を示すもので
ある。

第６図は本発明の振動波モータをスチルカメラ・ムービ
カメラｅテレビカメラ・ビデオカメラ等各種カメラ類・
映写機・引伸機・スライドプロジェクタ等の各種投影機
類及び光量測定機等の各種測定機類のような光学機器の
レンズの絞り駆動源として適用したものを例示している
。

基台７の中心円筒部７ａに吸収体４・前記ピッチで分極
処理された電歪素子３・振動体２・移動体である回転体
９の中心孔部が順に嵌め込まれ、基台７に対し吸収体４
・電歪素子３・振動体２は回転しないようになっている
。絞り羽根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、その上を
スラストベアリング１３がスペーサ１４で位置決めされ
て抑え筒１５によって抑えられる。基台７と抑え筒１５
はバネ１７によって付勢加圧され、ビス１６によって連
結され絞りユニットの一体性を保つ。この絞りユニット
はレンズ鏡筒の一部を形成するものである。

電歪素子３の分極処理部３ａと３ｂ（第７図参照）に各
々−９０°位相のずれた交流を印加すると、回転体９が
回転しその突起９ａに係合する絞り羽根１２はその円弧
穴１２ａに沿って軸７ｂ・１２ｂを中心として回動進出
する。絞り羽根１２は複数の突起９ａに各々設けられて
いるため前記回動進出したときは中心空孔部を絞り込む
。交流の位相を前記と逆に＋９０°ずらすと回転体９が
逆回転して絞りを開く。なお同図におけるＳＷは回転体
９の突起９ｂと絞り開放時に当接してオン・オフするス
イッチ、８ａはくし歯電極で回転体９に取付けられた電
極８ｂに摺接し絞り羽根の絞り込み位置に応じた信号を
出すもので、共に絞り制御のために必要なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用する振動波モータの一部切欠き側
面図、第２図は振動体と電歪素子の分解斜視図、第３図
・第４図は振動波モータの駆動原理説明図、第５図は振
動波モータの別な実施例の要部切欠き側面図、第６図は
本発明の振動波モータを絞り駆動源に適用した実施例の
斜視図、第７図は電歪素子の別な実施例の平面図である
。 ｌは移動体、２は振動体、３は電歪素子、４は振動吸収
体、５は固定体である。 ベ　　　　　　　　　　− −４４３− Ｒべ　　　Ｒ 第６図 第５図 第７図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）中心から放射方向に向うに従い厚みが増加する傾
   斜部を持った環状振動体に、複数の電歪素子を位相差的
   に配夕１１シて接合し、又は複数に位相差的に分極処理
   された電歪素子を接合し、該電歪素子に周波電圧を印加
   して該振動体に進行性振動波を発生させ、 その進行性振動波により該振動体の傾斜部に移動体の凸
   曲面を加圧接触させ、その移動体を摩擦駆動することを
   特徴とする振動波モータ。