JPS60170474A - 振動波モ−タ - Google Patents

振動波モ−タ

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JPS60170474A
JPS60170474A JP59024024A JP2402484A JPS60170474A JP S60170474 A JPS60170474 A JP S60170474A JP 59024024 A JP59024024 A JP 59024024A JP 2402484 A JP2402484 A JP 2402484A JP S60170474 A JPS60170474 A JP S60170474A
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  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

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移動体を摩擦駆動する、振
動波モータの移動体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、ｌ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ｌ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。電
歪素子ｌは複数個接着されておりそのうちの一つの群に
対し、他の群は振動波の波長入の月波長分だけずれたピ
ッチで配置される。群内での各電歪素子は３７２波長の
ピッチで、相隣り合うものの極性が逆になるように配置
されている。
このような構成の振動波モータで、第２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。すると電圧印加の方向と直交する面方向
に伸縮する。このとき、一つの群の電歪素子に印加する
交流電圧をＶｏＳｔｎωＴとすると、もう一方の群の電
歪素子に印加する交流電圧をＶｏＣｏｓωＴにする。従
って各電歪素子は相隣り合うものどうし極性が逆向きで
二つの群どうし９０°位相のずれた交流電圧が印加され
る。電歪素子ｌの伸縮が伝えられて、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、ハ波長ずれた位置にあるた
め曲げ振動が進行する。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
１方向に進むとする。Ｏ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系の状態となり、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７１についてみると、これら−面の交線５Ｉ
では応力がかからす」−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。
断面７２又は７３についても同じように交線５２又は５
３を中心として左右の振り子振動する。
同図　（ａ）に示す状態では断面７、と振動体２の移動
体側１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．・５２又は５３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
ｘｌ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）に
於て、交！Ｊｉ　５２と断面７２が前者のときの状態で
、点Ｐ２は矢示方向の応力が加わる。交線５３と断面７
３が後者のときの状態で、点Ｐ３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Ｐ１は左方向の運動をすると同時に」
一方向の運動をする。（Ｃ）で点Ｐ、は上下振動の上死
点で左方向の運動だけする。（ｄ）で点Ｐ１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」二方向の運動を経て（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。移動体３は振動体２に加圧接合し
ており、　（Ｃ）に示すように、振動体２」−の点Ｐｌ
の回転楕円運動が移動体３をＸ２方向に摩擦駆動する。
点Ｐ２・Ｐ３及びその他振動体２上の全ての点が点Ｐ、
と同じように移動体３を摩擦駆動する。なお印加交流電
圧の周波数ｆ、振動体２の厚さｈ、弾性係数Ｅ、密度ｐ
とすると、ｆ＝（２π／　入２）　ｈ　’　Ｅ／１２／
）　０）　関係を満足するとき、振動体２は共振状態に
なり、効率よく振動する。
ところが、このようにして駆動される振動波モータでも
、駆動効率などの面で充分に満足できるものができてい
るとはいえない。
その原因の一つとして屈曲振動の振幅、つまり振動体２
の表面に於ける波の底部から頂」二部までの高さを充分
大きくできないことが挙げられる。
振動振幅が微小であると、振動体２或は移動体３の接触
面に振幅程度の凹凸がある場合、移動体３は必ずしも振
動波の頂上部にだけ押圧されることにはならず、振動波
の底部にも押圧されることが起る。振動波の底部の質点
は頂上部の質点と逆方向の速度成分を持つ（第３図参照
）。移動体が振動振幅の頂上部および底部に同時に接す
ると、左右反対方向の摩擦駆動力が打ち消し合って駆動
の効率が低下してしまう。たとえ移動体３および振動体
２の接触面の状態が良好であっても、振動振幅の大きさ
程度のゴミが両面の間にあると、同様に駆動不良を生ず
る。振幅の大きさは、印加交流の電圧にほぼ比例するか
ら、電圧を高くすれば振動振幅は大きくなる。従って、
印加電圧を高くすれば、このような問題は解決できるか
に見えるが、以下のようなあらたな問題が起るため、単
純に印加電圧を高くするには限界がある。
振幅が大きくなれば、振動体２の上面の質点の楕円非動
が大きくなり、移動体３の駆動速度が速くなる。駆動速
度が速くなり過ぎると速度コントロールしにくくなるば
かりでなく、摩擦駆動のため移動体３がスリップして発
熱を起し、振動体２との焼付き現象を起す場合もある。
また高電圧を長持間に渡って電歪素子に加えることは、
大きな電気エネルギーを必要とするし、電歪素子の耐久
性の上からも好ましいことではない。このような理由か
ら電歪素子にはせいぜい数１０Ｖ程度の高周波電圧を与
え、振動振幅も２〜３ｇｍ程度であることが一般的であ
る。
従って、振動振幅がある程度大きい方が好ましく、しか
も振動振幅を大きくしても、駆動速度が早くならないこ
とがめられる。
本発明はこのような事ＩＥに鑑みなされたもので、駆動
効率、＃久性の良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、電歪素子に間歇的に
電圧を印加し、該電歪素子と接合する振動体に生ずる進
行性振動波によって、該振動体と接合する移動体を駆動
することを特徴とする振動波モータである。
以下、本発明の実施例を詳細に説明する。
第６図は、第５図に示す印加周期ｔｃの間歇的な交流電
圧を発生させる回路のブロック図である。同図で、１１
は周期ｔａの高周波を発振する発振器、１２は同期パル
ス発生器で、周期ｔｃの矩形パルスを発生する。１３は
変調器、１４は増ｒｌ器で、高周波を矩形パルスで変調
・増巾して第５図の波形の交流ができる。この交流を電
歪素子１に印加する。
ところで電歪素子に与えられる電気エネルギは印加電圧
の２乗に比例する。いま周期ｔｃに比べて充分に長い時
間、従来の場合（第４図）と本発明の場合（第５図）と
で等しい電気エネルギを電歪素子に与えると、ｖａ−、
／Ｔｖ。となる（但し、Ａ＝ｔ　ｃ　／　ｔ　ｂ＞　１
）。従って、同じ電気エネルギでも本発明の場合５倍高
い電圧が印加されることになる。
前述のように振動振幅は印加電圧に比例するから、大き
な振動振幅が得られることになる。振動体や移動体の接
触面の状態や接触面間のゴミなどの影響を受けにくい駆
動ができる。駆動力が断続的に与えられるため駆動速度
が速くなり過ぎたりすることもなく速度コントロールが
やりやすい。
また時間平均的に見て、大きな電気エネルギーな電歪素
子に与えることが無く、電歪素子の耐久性も良い。なお
、このような断続的な間歇駆動でも、駆動速度に対して
周期ｔｃを小さくしておけば、充分滑らかな駆動をさせ
ることができる。
次に、より簡単にしたもので、印加する間歇電圧を直流
電圧にする実施例を説明する。電歪素子１に第７図に示
すような非常に短時間のパルス状の直流電圧を印加する
と、振動体２はそれ自身の持つ共振周波数ｆ＝（２π／
入２）、石「７璽υ１２／）−で減衰振動する。第８図
にはその振動波形を現してあり、いわゆるリンキングと
いわれているものである。
第９図は、第７図に示すパルス状の直流電圧を発生させ
、電歪素子ｌに印加する回路である。直流電源Ｅから高
抵抗Ｒを通して、コンデンサＣを連続的に充電する。充
分充電したら、スイッチＳを閉じて放電すれば、電歪素
子ｌには電源Ｅの電圧に略等しい電圧がかかり振動する
。
より実際的には、電気信号によってスイッチの作用をす
るために、サイリスタなどが使用される。その回路例が
第１０図に示しである。同図でＳＣＲはサイリスタ、Ｄ
はダイオード、Ｔｒｉ・Ｔｒ２はトランジスタ、Ｃ１・
Ｃ２はコンデンサ、Ｒ１−Ｒ５は抵抗、ＶＲは可変抵抗
、Ｌはインダクタンスである。入力端子ＩＮに入力した
パルスでサイリスタＳＣＲが導通状態になり、コンデン
サＣ２に充電された電荷が放電する。次にサイリスクは
逆バイアスされて不導通になるので、コンデンサＣ２，
インダクタンスし、抵抗Ｒ５φＶＲ及び電歪素子１の容
量でつくられる共振回路で発振する。なお抵抗ＶＲはこ
の共振回路のＱを調整するために可変にしである。
以上説明したように、本発明によれば、駆動効率が向上
し、耐久性の良い振動波モータを得ることができる。
なお、本発明は実施例に示した回転型の振動波モータ以
外に、リニア型の振動波モータに対しても適用し得るも
のである。
【図面の簡単な説明】
第１図は振動波モータの主要部の概略図、第２図・第３
図は振動波モータの駆動原理を説明する図、第４図は従
来の振動波モータに印加された電圧波形図、第５図は本
発明を適用する振動波モータに印加される電圧波形の実
施例を示す図、第６図はその電圧波形を発生Ｓせる回路
ブロック図。 第７図は他の実施例の波形図、第８図は共振波形図、第
９図・第１０図は他の実施例の波形を発生させる回路で
ある。 １は電歪素子、２は振動体、３は移動体、ｔｃは電圧の
印加周期である。 特許出願人　キャノン株式会社 代　理　人　福　ロ］　勧 １

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）電歪素子に間歇的に電圧を印加し、該電歪素子と
    接合する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ことを特徴とする振動波
    モータ。
JP59024024A 1984-02-10 1984-02-10 振動波モ−タ Expired - Lifetime JPH0640744B2 (ja)

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