JPS60170471A - 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
造に関するものである。

最近実用化されつつある、進行性振動波によ−って駆動
する振動波モータの実施例の概略図が第１図に示しであ
る。同図で、■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、電歪素子ｌよりもヤ
ング率が大きい弾性物質からなり、電歪素子ｌを接着し
である。振動体２は電歪素子ｌと共にステータを形成し
ている。３は移動体で振動体２に対し押圧接触していて
ロータを形成する。そして図示を省略した振動吸収体を
介して、ステータは基台に取付けられる。

第２図は電歪素子ｌ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１ａｌ　・ｌａ２　・ｌ
ａ３・・・−及び１ｂｔ”ｌｂ２”１ｂ３・・・・が接
着されており、そのうちの一群の電歪素子１ａ、＊ｌａ
２　・１ａ３　・・拳・に対し、他の群の電歪素子１ｂ
、・ｌｂ２・ｔｂ３ｅｏｓ・は、振動波の波長λの％波
長分だけずれて配置される。一群内での各電歪素子１ａ
、・ｌａ２　＠　ｌ　ａ３　＠　拳・・は坏波長のピッ
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、・ｌｂ２・１ｂ３・・・
φも同じく短波長のピッチで、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、第３図・第４図に示
すように電歪素子ｌの厚さ方向（分極方向）に交流電源
９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９から正（順方向
ＨＡ）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（矢示Ａ）
。また隣の電歪素子１ａ３には逆方向の電圧が印加され
るから、電歪素子１ａ３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には高ヤング率の
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
）は電歪素子１ａ２に順方向、電歪素子１ａ３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１ａ７に逆方向、電歪素子１ａ３に順方向
電圧が印加されているときである。

電歪素子ｌのうち−・つの群の電歪素子１ａ１　・ｌａ
、ａｌａ３ｓｓ＊にＶ、Ｓ４ｎωＴの交流電圧を印加す
る。もう一方の群の電歪素子１ｂ、・１１）２　ａｌｌ
）３ａｓｓ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ｌ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、
属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５図（ａ）（ｂ）（ｃ）（
ｄ）に示しである。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７．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７．は交線５Ｉ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ｌの表面との交線−Ｌ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５Ｉ・５２１１５３が波の正側では（中心面Ｏの上
側にあるとき）左方向（波の進行方向ｘＩ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７
２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Ｐ
３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５．がくると、点Ｐ、ｔ−
ｉ左方向の連動をすると同時に上方向の遅動をする。　
（ｃ）では点Ｐ１は上下振動の」二死点で左方向の遅動
だけする。（ｄ）では点Ｐ１は左方向の運動と下方向連
動をする。さらに波が進行し、右方向と下方向の連動、
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Ｐ
、が移動体３と接する線では矢示方向で、点Ｐ１の運動
によって移動体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。

このように駆動される振動波モータの出力を上げるには
、点Ｐ、の回転楕円運動の回転半径を大きくすればでき
る０回転半径は、振動体２のヤング率の関数となってい
る。ヤング率が大きいと、振動波の振幅は小さいから、
回転半径は小さくなり、駆動効率も悪くなる。一方、電
歪素子ｌの伸縮で振動体が屈曲するには、ヤング率が大
きい必要がある。従って、ヤング率を小さくして、回転
半径を大きくし、駆動効率を上げるには限界がある。

本発明は上記事態に鑑みなされたもので、駆動効イベが
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の本発明は、一定ピツチの極性
の電歪素子に周波電圧を印加して生ずる進行性振動波に
よって、移動体を駆動する振動波モータに於て、前記一
定ピツチの極性を持ち、極性方向と電圧印加方向とのい
ずれか一方が逆向き方向の、複数の電歪素子で、弾性板
を挾み合せた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
を現わす一部切欠き図である。

同図で、１０はヤング率の大きい弾性板例えばステンレ
ス板、１２・１３は電歪素子、１４−１５はヤング率の
小さい弾性板で例えば強化プラスチック板である。弾性
板１０と電歪素子１２・１３、電歪素子１２と弾性板１
４、電歪素子１３と弾性板１５は夫々固着されており、
不図示の基台に増刊けられ、固定体（ステータ）を構成
する。

１６・１７は金属などからなる移動体（ロータ）で、夫
々ステータの弾性板１４ψ１５に抑圧接触する。このよ
うな構成で本発明の振動波モータは、いわゆるバイモル
フ構造となっている。

第７図は電歪素子１２・１３の分極状態を示すものであ
る。分極のピッチは第２図に示すピッチと同じであるが
、電歪素子１２と１３では分極方向が逆向きになってい
る。なお図示を省略したが、各ピッチ毎に電歪素子１２
の弾性板１４側と電歪素子１３の弾性板１５側とに夫々
導通電極が設けられ、交流電源９が接続される。

この振動波モータに交流電源９から駆動電圧を印加した
ときの屈曲状態を、第８図に示している。夫々対応する
電歪素子１２ａ、・１２ａ２　・１２　ａ　３　会　・
　ｅ　と　１　３　ａ　１　◆　１３　ａ　２　・　１
３　ａ　３１１争Φとでは極性が逆向きであるから、一
方が伸びると対応するもう一方が縮む。電歪素子１２ｂ
、＊ｔｚｂ２・１２ｂ３・・−と１３ｂ、・１３ｂ２◆
１３ｂ３−・・とでも同じように動作する。従って、弾
性板ｌＯを中心として、電歪素子１２・１３および弾性
板１４・１５は屈曲振動する。その振動波は、前記のよ
うな位相差を持っているので進行性になり、移動体１６
−１７を共にＸ２方向に駆動する。

このときｈ１曲の中立線は弾性板ＩＯの内側に位置する
ことになる。弾性板１４・１５の厚さを厚くすると、質
点の楕円運動半径を大きくできるから、容易に高出力を
得られる。

従来の振動波モータであると、ステータの振動で、ロー
タの反対側に伝わる振動（第５図で、下側の振動）は吸
収体に吸収され、その分エネルギを無駄にしていたが、
本発明のモータでは両側の振動を共に有効に利用してい
る。従って、一層の高効率化が実現できる。

なお、電歪素子１２・１３の分極極性方向を各ピッチ同
じにして、駆動交流電圧の電界方向が各ピッチで逆向き
になるよに配線してもよい。

また、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。

以−ヒ説明したように、本発明の振動波モータは、バイ
モルフ構造にすることにより、駆動効率が極めて高いも
のになる。

【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図は本発明を適用する振動波モータの主要部の概略図
、第７図・第８図はその駆動を説明する図である。 ９は交流電源、１０は弾性板、１２・１３は電歪素子、
１６・１７は移動体である。 特許出願人　キャノン株式会社 代　理　人　福　ＦＪＩ　勧

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （＋）一定ピツチの極性の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って、移動体を駆動する振動
   波モータに於て。 前記一定ピツチの極性を持ち、極性方向と電圧印加方向
   とのいずれか一方が逆向き方向の、複数の電歪素子で、
   弾性板を挾み合せたことを特徴とする振動波モータ。