JPS5996883A - 振動波によって駆動される振動波モータ - 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５２−２８１８２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
あるの 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＋ｉ／４）入
（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１１
ｂ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、■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（、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＝ＶＯ５ｉｎ　
（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；Ｖ（、ｓｉｎωｔ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＝Ｖｏｓ　ｉ
　ｎ　（ωｔ　−−ｒｒ／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ｔ＝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つ質点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ｌ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。

このような振動波モータでは電歪素子に電圧を印加する
ためのリード線は電歪素子に直接半田付けして接続しで
ある。そのため、量産性に乏しい、振動刺激によって半
田のはがれが起きやすい、付着した半田の多寡により振
動周波数にばらつきがでる、半田付の温度によって電歪
素子が劣化する等の欠点がある。

本発明は上記のような振動波モータの欠点を除去するこ
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を振動
体２と反対側で導電性振動吸収体４と接触させ、該吸収
体４を一方の電極として前記電歪素子群３ａ・３ｂに電
圧を印加し、該振動体２に生ずる進行性振動波によって
、該振動体４に加圧接触させた移動体９を摩擦駆動する
と共に、該吸収体によって機械的振動を吸収させること
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自シネカメラ・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薦を現している
。基台７の中心円筒部７ａに配線板５１・導電性振動吸
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、その上にスラストベアリング１３がスペサ
−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
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から製出する摺動子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。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・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（−）部の和によって定まる長さは久方する周波数に
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５゜側）の電
極パターン３０１・３ｄｌ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３ｃ１・３ｃ２は分極処理部３ａに、
電極３ｄ、　・３ｄ２は分極処理部３ｂに対応する位置
に設けられており、前記の下面側で導電性振動吸収体４
と接触する。吸収体４は弾性を持っており例えばどブラ
ゴム（商品名）等をリングの放射方向に細分割し各々絶
縁しである。従って吸収体４は縦方向には導電性がある
が、円周方向には導電性がない。この吸収体４に配線板
５１が接触する。

・配線板５１はフレキシブルであるのが好まし、いがフ
レキシブルでなくても良く、絶縁ベース５２の上にパタ
ーン電極５１ｃｌ　・５１ｃ２・５１ｄ１　・５１ｄ２
が形成されている。電極５１ｃ１のパターンは分極処理
部３ａの電極３ｃ、の吸収体４側のパターンと、電極５
１ｃ２のパターンは電極３ｃ２のパターンと、電極５１
ｄ１のパターンは電極３ｄｌの吸収体４側のパターンと
、電極５１ｄ２のパターンは電Ｊｆｆｉ３ｄ２のパター
ンと各々対している。各電極の細部５１ｃｌ’・５１ｃ
２’・５１ｄｌ′Ｉ＋５１ｄ２′は吸収体４に接触しな
いように避けてパターンが形成されており電圧印加用電
源のプッシュプル回路（第６図参照）に接続される。従
って分極処理部３ａには電極５１ｃ１　・電極３ｃｌと
電極５１Ｃ２・電極３ｃ２を経て電圧が印加され、分極
処理部３ｂには電極５１ｄ１　・電極３ｄｌと電極５１
ｄ２・電極３ｄ２を経て電圧が印加される。

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３
ｄ、間を絶縁するためのものである。

振動体２に生じた弾性波は振動体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の円弧穴１２ａに添
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図はこの自動絞りユニッ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ＩＡ１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Ａｖｏとすると開放位置からの絞り込
む絞り値ΔＡｖは ΔＡｖ＝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Ｂｖとすると、 Ｂｖｏ＝Ｂｙ−Ａｖｏ　、、、、、（２）となる。ここ
でアペックス演算式 ％式％ を変形すると（１）や（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互、を出力する。２９
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Ｑｌ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
シ、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９００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Φ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ＡＮＤＩ・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ΔＡｙ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、ζ２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
ζ２出力の”Ｌ”信号によ゛つてＡＮＤ３は”Ｌ”信号
を出しトランジスタ３９を開状態にする。従って分極処
理部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ζ２出力は”Ｌ”信号に、Ｑ２はＨ”信号になり、
また回路２９はセット状態におかれＱＬ小出力″Ｈ″信
号に、ζ１出力は”し”信号になる。４１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ζ１出力によるパイブレーク回路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には分周器３５から信号が送られてお
り、そこにζ１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Ａ
ＮＤ２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。ＡＮＤ　３の他人
力もζ２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ッチＳＷは開ン・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
”信号になり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拳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によって制御される絞り値は開放絞り値Ａｖ
ｏから絞り制御段数ΔＡＶだけ絞り込まれた絞り値即ち Ａｖｏ＋ΔＡｖ＝＝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によって回リ、一方Ｑ１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ＡＮＩ）ｌ出力はＨ”信
号になりＯＲに入力する。

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４０を閉じる。回路３ｏ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も閉じる。従って電
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ＡＮＤ　１に“Ｌ″信号入力される。

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３ａ嗜３ｂへの給電を断ち、絞り羽根１２は開放位
置で止上記実施例の振動波モータは電歪素子３に直接リ
ード線又はその他の物を半田付等の溶接をする必要がな
いため、量産性に優れ、また安定上た品質の長寿命のも
のとなる。

なお上記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、あらゆるカメラ会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
素子の分極状態拳表面・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は導電性振動吸
収体、９は移動体、５１は配線板である。 特　許　出　願　人　キャノン株式会社第２図 ２ （ニ）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　Ｘ第３図 第イ図 （目元）手続補正書 昭和５８＄１０月６　日 特許庁長官　右　杉　和　夫　殿 １、事件の表示 昭和５７年Ｗ、？Ｐ績　　第２０６３００　　　号２・
失明の名称　　氷勤波モータ ３、補正をする者 事件との関係　　喘」汗出顔人 住所 鉗　（１００）＝？“７ｙ休体会社 電話　３７０−６４２６　（代） ５、補正の対象　凶囲　「第　６凶」

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がらなり、 前記電歪素子群を該振動体と反対側で導電性振動吸収体
   と接触させ、 該吸収体を一方の電極として前記電歪素子群に電圧を印
   加し、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と共に、 該吸収体によって機械的振動を吸収させることを特徴と
   する振動波モータ。