JPS5996882A - 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運動又は−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
高トルクが得あれ、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。従って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
２Ｉ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番振動体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ｉは自重
又は図示しない付勢手段で圧接されモータの一体性を保
っている。

複数の電歪素子３ａは振動波の波長入の２分の１のピッ
チで配列され、複数の電歪素子３ｂも同じく入／２のピ
ッ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し、それを前記ピッチに分
極処理しても良い。

電歪素子３ａと３ｂの相互ピッチは（ｎｏ＋１／４）入
（イ旦しｎｏ＝、ｏ、１．２．３．、、）ｆ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力）接続され交流電源６ａと接
続される。

振動体１の摩擦部１ａは摩擦力を強くシカつ摩耗を少な
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、上記入／
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、Ｏ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＝Ｖ□ｓｉｎω
ｔの交流電圧を印加し、電歪素子３ｂには交流電源６ａ
から９００位相器６ｂを通して入／４位相のずれたＶ＝
Ｖｏ（ωｔ±π／２）の交流電圧を印加する。式中の十
又は−は移動体１（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＝ＶＯｓ　ｉ　ｎ　（
（１１ｔ−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　ｊｎ　（ωｔ　−ｗ／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３
ａ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）はし＝π／ω＋２ｎπ／ω、（ニ）はｔ＝２
π／２ω＋２ｎπ／ωの時のもので、このように振動波
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ｐ、−ｘ、　、　、の楕円運動
の縦振幅Ｕの成分に駆動され矢示Ｎ方向に移動する。

・このときの質点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。

ところが上記説明の如〈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、ｒＥ’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。

この目的を達成するため、本発明は、複数の電歪素子群
３ａ・３ｂを位相差的に配列又は位相差的に分極処理し
、前記各電歪素子群３ａ又は３ｂは分極処理した若しく
は分極処理していない少なくとも一つの電歪素子からな
り、前記電歪素子群３ａ・３ｂの振動体２側相互間及び
前記電歪素子群３ａ・３ｂと振動体２の間で電気的に絶
縁し、前記電歪素子群３ａ・３ｂに電圧を印加して該振
動体２に生ずる進行性振動波によって、該振動体２に加
圧接触させた移動体９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ットに適用し
たものを例示している。

同図ではユニッ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１？７）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
１５によって抑えられる。基台７と抑え板１５はバネ１
７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って、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
放リセットスイッチＳｗが取付られ回転体９に取付られ
た突子９ｂによって開閉されるようになっている。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。

電歪素子３は電圧が印加されたときの振動源になるもの
で第５図（ａ）に示すように二つの分極処理部３ａ・３
ｂ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は物理的に波長入／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（−）部の和によって定まる長さは入力する周波数
によって定まる一波長λ分の長さに相当する。電歪素子
リング３の円周は（＋）部と（−）部の和によって定ま
る長さの自然数倍で、同図では６倍分の円周を持ってい
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３ｃｌ　・３ｄ、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３ｃ、　　・３ｄ、は各々絶縁を保ちつつ下面
に導かれている。電極３ＣＩ・３ｃ２は分極処理部３ａ
に、上極３ｄ、　　・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世、電歪素子３の電極３ｃ１と３
ｄ１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１２の円弧孔１２ａに沿
って軸７ｂ・１２ｂを中心として回動進退するようにな
っている。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図はこの自動絞すュニッＩ・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５ＰＣ−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ィルム感度情報（
Ｓｖ値）と設定露出情報（例えばシャッター秒時値Ｔｖ
）を入カレ、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Ａｖｏとすると開放位置からの絞り込む絞
り値ΔＡｖは △Ａｖ＝Ａｖ−Ａｖ　ｏ　、　、　、　、　、　（１）
となる。

一方開放絞りで光りを測光するため、受光素子ＳＰＣに
入射する光量即ちＳＰＣの出力値Ｂｖ。

は、被写体輝度をＢｙとすると、 Ｂ　ｖ　ｏ　＝　Ｂ　ｖ　−Ａ　ｖ　ｏ、、　、　、　
、　、　（２）となる。ここでアペックス演算式 ％式％ を変形すると（１）・（２）より （Ｂｖ　−Ａ　ｖｏ）　＋　Ｓｖ　−Ｔｖ＝　Ａｖ　−
Ａ　ｖｏ＝　ΔＡｖとなりオペアンプ２３の出力値とな
る。この出力値ΔＡｙによって自動絞りユニットの絞り
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によって算出された絞り段数信号ΔＡ
ｖ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の回転によって摺動子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からの信号からチャタリング
成分を除去するチャ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はフリップフロップ回路からなり、シャツ
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に依ってセットされ信号Ｑ２を出力し、絞り制御開始
信号Ａに依ってリセットされ信号Ｑ２を出力する６２９
もフリップフロッ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に依ってセ
ットされ信号Ｑ１を出力し、露光制御完了信号Ｂによっ
てリセットされ信号？：Ｌ１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Ｑｌ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
リセッタブルダウンカウンタで、回路２９のＱ１出力に
よりリセットされ、Ｑ１出力による単安定マルチ３１の
出力信号によってアナログデジタル変換器２４の出力デ
ーターをプリセットされ、チャタリング吸収回路２７の
出力に基づきプリセッ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ャリー出力を行う。

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ッチである（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とノット回路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によって作動し、
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部３ａ・３ｂを駆動するドラ
イバー回路であり複数のトランジスタ・抵抗・ノット回
路等によってプッシュプル回路を構成する。３９はプッ
シュ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に電圧を印加するための電源を
開閉するスイッチングトランジスタである。

その他ＡＮＤ　ｌ　＠ＡＮＤ２・ＡＮＤ３は夫々アンド
回路、ＯＲはオア回路、ＥＸＯＲはエクスクルーシブリ
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、先ずシャツタレリーズの
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等容回路が作動する。

回路１９に於て、被写体輝度と設定撮影情報ＴＶ値・Ｓ
ｖ値に基づいて演算器２３で絞り制御段数ΔＡｖが算出
され、このΔＡｖは変換器２４によってディジタル値に
変換される。

回路３０はレリーズ第１段の信号Ｃによりセット状態に
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
互２出力の”Ｌ”信号によってＡＮＤ３は°゛Ｌ′°Ｌ
′°信号ランジスタ３９を開状態にする。従って分極処
理３ｂには電圧が印加されるが、分極処理部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の出力パルスは分極処理部３ｂのプッシュプル回路
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は前記の如く電圧が印加されないため振動しな
い。従って、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って発生する絞り
制御開始信号Ａに基づき、回路３０はリセット状態にお
かれＱ２出力は°°Ｌ”信号シこ、Ｑ２はＨ”信号にな
り、また回路２９はセット状態におかれＱｌ比出力Ｈ”
信号に、Ｑ１出力は”し”信号になる。Ｑ１出力をリセ
ット端子に与えられていたカウンタ３２はリセット解除
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、プリセットデーター人力より変換器２４
の前記のデジタル値をプリセットする。

オア回路ＥＸＯＲにはパルス信号３５から送られており
、そこにＱｌ比出力入力すると分周回路３６に対して９
００位相が進むパルスを出力する。また出力Ｑ１がＡＮ
Ｄ２にも入力する。＆　Ａ　ＮＤ２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の他人力
もＱ２出力が”Ｈ”信号であるので、ＡＮＤ３の出力は
”Ｈｏ“となりトランジスタ３９も閉状態になる。

従って電歪素子の分極処理部３ａ・３ｂに９００位相の
異なった駆動電圧が供給されそれぞれ振動することによ
って振動体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の回転によってスイ・ンチＳＷは開状態に
なりざらにくし歯スイッチ８ａΦ８ｂはオン・オフを繰
り返し、チャタリング吸収回路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
セッ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″になるとキャリ出
力″Ｈ”信号が出されＡＮＤ２の出力は”Ｌ゛信号なり
ＯＲに入力する。ＯＲの他端子の入力も　°Ｌ”信号と
なっているためＯＲの出力は“°Ｌ”となり、ＡＮＤ３
の出力も　”Ｌ”になる。従ってトランジスタ３９・４
０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によって制御される絞り値は開放絞り値Ａｖ
ｏがら絞り制御段数へＡＶだけ絞り込まれた絞り値即ち Ａｖｏ＋△Ａｖ＝Ａｖ となる。

次いでシャッターの作動によりフィルム面への露光が終
了すると露光制御完了信号Ｂによって回路２９はリセッ
トされＱ１出カは”Ｌ”信号になり、一方ＱＩ出力はＨ
°“信号となってＡＮＤ　１に入力する。またスイッチ
ＳＷが開状態であるのでＡＮＤＩ出力は”Ｈ″信号にな
りＯＲにλカする。

従ってＯＲの出力はＨ”になりＡＮＤ３に入力すると共
にトランジスタ４ｏを閉じる。回路３ｏのＱ２出力は”
Ｈ”であるので前記ＯＲのＩＩＨ”出力と共＋、：ＡＮ
Ｄ３の出力を”Ｈ”にし、トランジスタ３９も閉じる。

従って電歪素子３ａφ３ｂ共に電源を供給する。回路２
９のＱ】出力が”Ｌ”のため分周器３５の出力はＥＸＯ
Ｒで反転する為に分周器３６のパスルに対して９００位
相の遅れた信号になり出力される。

・従って電歪素子３ａ・３ｂの振動による振動体２の進
行性振動波によって回転体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
ッチｓｗは閉じられＡＮＤＩ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
方はＬ″になりトランジスタ３９・４ｏを開状態にし電
歪素子３ａ・３ｂへの給電を断ち、絞り羽根１２は開放
位置で止まる。

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
電源によるプッシュプル回路で駆　　　゛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−Ａ文２０３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。

この低振動体２を例えばセラミッ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ットは
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。

【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
りユニッ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６表通・裏面を現わす図、第６図は絞りユ
ニッ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。 特　許　出　願　人　キャノン株式会社第２図 （ニ）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　Ｘ第３図 第（図 第５図 （ａン ろり ：３Ｃ７ｊｄ−１ 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数の電歪素子群を位相差的に配列又は位相差的
   に分極処理し、 前記各電歪素子群は分極処理した若しくは分極処理して
   いない少なくとも一つの電歪素子からなり、 前記電歪素子群の振動体側相互間及び前記電歪素子群と
   振動体の間で電気的に絶縁し、前記電歪素子群に電圧を
   印加して該振動体に生ずる進行性振動波によって、該振
   動体に加圧接触させた移動体を摩擦駆動することを特徴
   とする振動波モータ。