JPS6013481A - 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、特
に振動波を発生させるための電歪素子の振動方向に関す
るものである。

振動波モータは例えば特開昭５２−２９１８２号公報に
も開示されているように、電歪素子に交流、脈流等の周
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
れると共に慣性モーメントが少ないという利点がある。

そのため、最近注目されている。

」−記公報等で知られている振動波モータは振動連動を
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。

最近この点を改良した振動波モータで、振動体に生ずる
進行性振動波によって移動体を摩擦駆動するものがある
。

第１図にはその要部の概略図が示しである。

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
ｌを接着しである。振動体２は電歪素子１と共にステー
タ（不図示）側に保持されている。３は移動体で振動体
２に対し抑圧接触されていてロータを形成する。

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１ａ、Φｌａ２５ｌａ３
　ｍ＊＊＊＊び１ｂｌ−１ｂ２−１５、・・・・が接着
されておりそのうちの一群の電歪素子１ａ、　・ｌａ７
　φ１ａ３　・・・・に対し、他の群の電歪素子１ｂ、
・１ｂ２・ｔｂ３　・・・・は振動波の波長入の％波長
分だけずれて配置される。−・群内での各電歪素子１ａ
１　・１ａ２・１ａ３　・・・・は局波長のピッチで、
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１ｂ、・ｔｂ２・１ｂ３・φ・・も同
じ＜１１長のピッチで、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ざだけの大きさがあ
る一つの電歪素子にして、それを前記のピッチに分極処
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一つの群内全部の電歪
素子１ａｌ　ｅｌａ２　＠ｌａ３　＊　１ａ４　ｍ・・
・に■。ＳｉｎωＴの交流電圧を印加する。

もう一方の群にはｔｂ、・１ｂ２・１ｂ３・１ｂ、・・
・・にＶ。ＣｏｓωＴの交流電圧を印加する。従って各
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の配置ピッチに従って曲げ振動
をする。

振動体２が一つおきの電歪素子の位置で出っ張ると、他
の一つおきの電歪素子の位置が引っ込む。

一方、前記の如く電歪素子の一群は他の一群に対し、％
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って振動体２を伝　□わってゆ
く。

このときの波の進行状態が第３図（ａ）　（ｂ）　（ｃ
）（ｄ）に示しである。いま、進行性曲げ振動波が矢示
Ｘ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水の状態となり、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７についてみると、これら二面の交線５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７は交線５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７と振動体２の移動体側
ｌの表面との交線上の点Ｐは左右振動の右死点となって
おり上方向運動だけしている。この振り子振動は交線５
が波の正側では（中心面Ｏの上側にあるとき）左方向（
波の進行と逆方向）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５′と断面７′が前者のときの状態で点Ｐは応
力Ｆ′が加わり、交線５“と断面７“が後者のときの状
態で点Ｐは応力Ｆ”が加わる。波が進行し、　（ｂ）に
示すように波の正側に交線５がくると点Ｐは左方向の運
動をすると同時に」二方向の運動をする。（ｃ、）で点
Ｐは上下振動の」二元点で左方向の運動だけする。（ｄ
）では左方向の連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Ｐは回転楕円運動をしている。その回転半径は、振動
体２の板厚をｔとすると、ｔ／２の関数となる。一方、
同図（Ｃ）に示すように点Ｐが移動体３と接する線では
点Ｐの運動によって移動体３がＸ方向に摩擦駆動される
。

このようにして駆動される振動波モータで、未だ充分な
駆動効率が得られるに至っていない。

ここで電歪素子が振動する状態についても少し詳しく説
明する。第４図（ａ）で電歪素子１ａ２には分極の方向
に対して交流のドライブ電源９から正（順方向Ｈ八）電
圧が印加されると電歪素子ｌａ２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（矢示Ａ）。同図（
ｂ）で電歪素子ｌａ２に逆方向ＨＢの電圧が印加される
と、電歪素子１ａ２は電界方向に縮み電界と直角な方向
には伸びる（矢示Ｂ）。このように電歪素子１が振動体
２どの接着面方向に伸縮するとそれに接着された振動体
２は曲がる。

電歪素子１に対する印加電圧と、振動体２に曲げ振動を
起こさせる伸縮運動の方向とが直角である。即ち、電圧
の印加の方向と伸縮運動の方向と交わる、いわゆる横効
果の運動を応用したものである。電圧印加の方向と伸縮
運動の方向が平行ないわゆる縦効果の運動は横効果の効
率よりも高い。圧電定数からすると２倍強である。

本発明は」二記のような事実に鑑みなされたもので、電
歪素子の構造を改良することにより、駆動効率の高い振
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本発明は、電歪素子に周波電圧
を印加し、該電歪素子に接合した振動体に生ずる進行性
振動波によって、該振動体と接合する移動体を駆動する
振動波モータに於て、該電歪素子に対する該周波電圧の
印加方向が、該進行性振動波の振幅方向と、交叉する方
向であ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実施例を詳細に説明し上記本発明の
構成を明らかにする。

第５図は本発明の振動波モータの実施例で、電歪素子と
電極の構造を模式化して現わしたものである。

同図　（ａ）は側面図、　（ｂ）は電極側から見た図で
ある。１０は電歪素子、１１ａ１・１１ａ２争１１ａ３
＊ｓｅ及びｌｌｂ、６１１ｂ２＊　１ｌｂ３・・拳は電
極である。電極１１ａ、・１ｌａ２　・１１　ａ３　ｅ
　ｌ　１　ａ４　６１＋　６　（又はｌｌｂ、−１１ｂ
２・１１ｂ３・１ｌｂ４−−・）は１つおきに同電位と
なるように配線する。電歪素子ｌＯにはこの電極１１ａ
ｌ　＊１１ａ２　＊１１ａ３１１６＠及びｌｌｂ、・１
１ｂ２９１１ｂ３・・・を通して予め電圧を印加して、
分極処理しである。今市極群１１ａ、＊１１ａ３＠１１
＠及びｌｌｂ、−１１ｂ３Φ・・に正電圧、電極群１１
ａ２・１１　ａ４・・・及び１１ｂ２　・１１ｂ４・拳
・に負電圧を印加すると電歪素子１０の中の電界は矢印
のついた曲線（電気力線）により示される。電界の向き
は電歪素子の分極方向と一致する。

なお分極のピッチは前に述べた例のように相隣り合うも
のどうしは進行波の坏波長のピッチで方向が逆になり、
一群の分極グループと別な一群の分極グループは、さら
に％波長ずれたところで分極される。２０ａ＠２０ｂは
交流ドライブ電源で９０°位相がずれて発振する。また
、第５図では省略したが振動体２及び、移動体３は従来
のものと同じように構成される。

このように構成することにより電圧を印加する方向、即
ち電界の方向を電歪素子ｌＯの伸縮方向と同じくする縦
効果によって、振動体２が曲げ振動し、移動体３を駆動
する。従って、駆動効率が向上する。また、ドライブ電
源が低電圧であっても駆動することが可能とる。

第６図は別な実施例を示すものである。電歪素子は電極
の着いている部分では電歪作用を起こすことが不可能で
あるから、電極の巾は小さいほど効率良く伸縮する。一
方、電歪素子は電流はほとんど流れないので電極の巾は
狭くてもよい。同図に示すように電極のｌ］を狭くする
ことによってこのような無効部分を減少できる。同図で
電極１２ａｌ　＊１２ａ２　＋＋１２ａ３＊ｅｅは第５
図の電極１１ａ１　＊１１ａ２　ｅｌｌａ３　＠＠１１
に対応する。

第７図は電極構造の変形例で、電極の側から見た図であ
る。１３−１４は電極で、くし形をして交互にくい合わ
せて対向している。従って、一つおきの電極が接続され
ていることになり向い合う電極間の電位差により電歪を
生じさせることかできる。このように構成すれば配線が
簡略化される。

第８図も別な実施例を示すものである。電歪素子１０の
振動体に接着する側にも逆側電極１５・／ １６と同様な電極１５φ１６を設は同一ピッチで分極処
理し、電圧を印加し駆動する。一般に、電極から離れる
ほど電気力線が長く疎になり、電界か弱くなってしまう
が、このように構成することにより、電歪素子１０を有
効に使うことが出来るようになる。

この例をさらに変形させ、第９図に示すよりに、電歪素
子１０の側面にも電極１７・ｊ８を設ける。即ち、電極
１７・１８は電歪素子１０を一周する構成である。この
ようにして、電歪素子１０をさらに有効に使うことがで
きるようにする。

第１０図は別な実施例を示すもので、電歪素子１０、Φ
ｌＯ２・１０３を薄くして、複数積層した構造にしたも
のである。電極の位置、および各電歪素子１０．・ｌＯ
２・ｌＯ３分極ピッチは各層一致Ｓせる。このように、
各電歪素子層の厚さを簿くすることにより、電界密度の
大きい部分によって屈曲が効率良く起る。

第１１図も別な実施例を示すものである。同図（ａ）は
電極側を、　（ｂ）は側面を示している。電歪素子ｌＯ
は進行波の波長入の局のピッチのなかに、複数個に夫々
分極処理され、またそれに対応して、第７図に示したよ
うな、くし形の電極２１・２２が設けられる。ここで電
極２１を負電圧、電極２２を正電圧とすると電極２１と
電極２２に囲まれた電歪素子１０の部分は分極の方向に
対し１ て正電圧が加わり、電歪素子の長さ方向に対して伸びる
。また、電極２３は負電圧、電極２４は正電圧であるか
ら、電極２３と電極２４に囲まれた電歪素子の部分は分
極の方向に対して負電圧が加わり、電歪素子の長さ方向
に対して縮む。つまり、電極２２と２３に囲まれた部分
は縮み、電極２４と２１に囲まれた部分は伸びる。よっ
て、電極２１・２３と電極２２・２４とに交流電界を印
加することにより、電歪素子１０に伸縮連動を起こす。

このように構成すれば、電極間隔を狭くすることができ
、低電圧で駆動することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は振動波モータの主要部の概略図、第２図から第
４図は振動波モータの駆動原理を説明する図、第５図は
本発明を適用した振動波モータの一実施例の原理構成図
、第６図から第１１図は別な実施例の構成図である。 ２は振動体、３は移動体、ｌＯは電歪素子、Ｘ　′は電
圧の印加方向、Ｙは進行性振動波の振幅方向である。 ２

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）電歪素子に周波電圧を印加し、該電歪素子に接合
   した振動体に生ずる進行性振動波によって、該振動体と
   接合する移動体を駆動する振動波モータに於て、 該電歪素子に対する該周波電圧の印加方向が、該進行性
   振動波の振幅方向と、交叉する方向であることを特徴と
   する振動波モータ。