JPS60210177A - 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回転型の振動波モ
ータの構造に関する。

振動波モータは、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、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
が得られるという利点があり、近年注目されている。

第１図、第２図は従来の振動波モータの駆動原理を示す
もので、第１図は上記モータの振動波の発生状態を示し
ている。振動体１（通常は金属）に接着された電歪素子
２ａ、２ｂは、振動体ｌの片側、適度に離れた所に、空
間的に入／４の位相ずれを満足するように配置されてい
る。

振動体１を電歪素子２ａ、２ｂの一方の電極とし、電歪
素子２ａには、交流電源３ａからＶ　＝　Ｖ　６　Ｓ　
１１１　（１）　ｔ　、電歪素子２ｂには９０’移相器
３ｂを通して入／４位相のずれたＶ＝ＶＯｓｉｎ　（ω
ｔ±π／２）の交流電圧を印加する前記式中の（＋）　
（’−）が移動体５を動かす方向によって移相器３ｂで
切換えられる。今、（−）側に切換えてあり、電歪素子
２ｂ′＆とはＶ＝Ｖ、）ｓｉｎ　（ωｔ−π／２）の電
圧が印加されているとする。電歪素子２ａ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２
ｂだけが単独で電圧Ｖ＝Ｖｏｓｉｎ（ωｔ−π／２）に
より振動した場合は、同図（ｂ）に示すような定在波に
よる振動か起る。上記位相のずれた２つの交流電圧を同
時に各々の電歪素子２ａ、２２ｂに印加すると振動波は
進行性になる。（イ）は時間ｔ＝２ｎ　π　／　ω　、
　（口　）　はｔ＝π／２ω＋２ｎπ／ω、（ハ）は ｔ＝π／ω＋２ｎπ／ω、（ニ）は ｔ＝３π／２ω＋２ｎπ／ωの時のもので、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２図に示すように振動体１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１の表面には移動体５が加圧接触し
ており振動面の頂点にだけ接触することになるから（実
際には、ある幅をもって面接触している）、頂点におけ
る質点Ａ　、　Ａ　′、−−−−−−の楕円運動の縦振
幅Ｕの成分に駆動され、移動体５は矢印Ｎ方向に移動す
る。

９０’移相器により＋９０°位相をずらせば振動波は−
Ｘ方向に進行し、移動体５はＮ方向と逆向きに移動する
。

この振動波モータを使って回転連動を起こさせるような
回転型振動波モータの構造を第３図に示す。第４図はそ
の断面図である。第３図において１１は主に金属よりな
る弾性を有する振動体、１２は振動体１１に接合される
電歪素子、１５は振動体１１に加圧接触する移動体、１
６は回転円板（回転軸）、１７は振動体１１を支持する
吸振体、１８は固定体である。

電歪素子２と同様の構造よりなる電歪素子１２に外部電
源より周波電圧を印加し、振動体１１が共振するような
駆動周波数とする。バネ２０によりスラスト軸受９゛を
介して振動体１１に加圧接触する移動体１５には摩擦力
が作用し、移動体°１５に接合されている回転軸１６は
回転する。固定カバー２１はビス２２により固定体重８
に固定され、電歪素子１２と固定体１８の間に吸振体１
７を挿入する事で振動体１１の超音波振動を固定体１８
に伝えないような構造となっている。

しかしながら、この振動波モータを回転させた際には振
動体１１がリング状をなしているため、第２図に示す様
なモードの振動をするだけではなく、振動体１１がリン
グ面に垂直な方向に曲げ振動を生じるとともにリング面
の円周方向のまわりに第５図に示すようなねじりが発生
し、リング面に垂直な曲げ振動とリング面の円周方向の
まわりのねじりかともに発生する。ここで振動波モータ
においてはリング面に垂直な方向に生じる曲げ振動によ
る進行波を利用して移動体１５を駆動していたためリン
グ面の円周方向のまわりに発生する振動のねじり成分に
よる進行波を有効に利用していなかったため、円周方向
のまわりに発生する振動のねじり成分のエネルギーが損
失することになった。

したがって振動波モータの効率が低下するという欠点が
あった。

更には振動体１１のリング面の円周方向のまわりの振動
のねじり成分の振幅は第５図に示すようにリング面の内
径側から外径側にうつるにつれて大きくなるため振動体
１１の表面上に発生する質点の楕円運動は内径側から外
径側に行くに従って大きくなる。その結果移動体１５が
おもにリング面の外径側の部分に接触し、振動体１１の
リング面の内径側の部分には接触しなくなる。

すなわち移動体１５と振動体１１の接触面積は実質的に
小さくなり振動体１の進行波が移動体１５に伝わる効率
か低下して充分な出力が得られな・くなる°という欠点
があった。

本発明は、上述従来例の欠点であった振動の捩り成分に
よる振動エネルギーの損失を有効に駆動に利用し、同時
に振動体１１と移動体１５との接触部の実質上の面積を
少なくする事なしに出力を上げ、ひいては効率を上げる
事を目的とするものである。

以下図面を用いて本発明を詳述する。

第６図は本発明の第１実施例で、移動体１５ａ、１５ｂ
、振動体１１ａ、ｌｌｂ、電歪素子１２よりなる摩擦駆
動部の断面を示す図であるが、その他の構造は第３図、
第４図に示すような構成となっている。第６図（ａ）は
内径側の角部を接触部とする例、第６図（ｂ）は外径側
の角部を接触部とする例である。

移動体１５ａ、１５ｂはリング面に対して図示するよう
に、ある適当な角度θ（図ではθ＝４５＠）の接触面を
有する断面形状とし、それと接触する振動体１１ａ、ｌ
ｌｂも同様にある適当な角度θの接触面を有する断面形
状とする。その接触面の幅は、従来例における実際の駆
動に有効に作用している接触面の幅と同じかそれ以上で
、振動体１１ａ、ｌｌｂの断面寸法と比べて極端に大き
くならない程度にとり、振動体１１ａ。

ｌｊｂの振動に大きく影響を与えないようにする。この
ように、接触面に所定の傾きを与える事で、振動体１１
ａ、ｌｌｂのリング面に垂直方向の曲げ及び円周方向の
まわりのねじ振動を共に有効に利用することができる。

第７図は本発明の第２実施例で、第６図に示しを例にと
った振動体１１ｅ、ｌｌｆ断面の運動状態を示し、第９
図は第７因（％）に示した本発明の振動波モータの断面
図である。１５ａは移動体、ｌｉｅ、ｌｉｄ、ｌｉｅ、
ｌｌｆは振動体である。

振動体ｌｉｅ、ｌｉｄ、ｌｉｅの内径側の角部又はｉｆ
ｆの外径側の角部にある角部φ方向に伸びる振動体ｌｉ
ｅ、ｌｉｄ、ｌｉｅ、ｌｌｆの断面寸法（ｉ比べて厚さ
の薄いつば部３１ａ、３２ａを設け、その先端部３１ｂ
、３２ｂを移動体１５との接触部とする。ここに、この
接触部は第６図に示した第１実施例と同様にリング面番
と所定の角度θだけ傾いている。第８図（ａ）は内径側
にっは部３１ａを持った振動体ｌｉｅ、第８図（ｂ）は
外径側につば部３２ａを持った振動体１１“ｆの断面の
運動の様子を表わしたもので、駆動前の位置を点線で、
駆動中の最大変位状態を実線で、モータの回転中心を１
点鎖線で示してし鬼る。このつば部３１ａ、３２ａによ
り、リング面番と垂直方向の曲げ及びねじりの達成振動
の中心から接触部が遠ざかるため、振動体表面の質点運
動の振幅が拡大されるのがわかる。更に、このつｉｆ部
３１ａ、３２ａの昇さＱ乃び厚ざｔを駆動周波数で共振
する長さと厚さにすれば、振幅は更に拡大持つ例で、順
に、つば部の角度φ＝９０’０’４５°の場合である。

第７図（繁）に示すような外径側につば部がある場合も
同様に、種々の角度φが選べる。

また本実施例においては、従来移動体と接していた振動
体の平面部は放置しであるが、この平面を有効に用いる
ため第１０図に示すようにこの面に新たにもう一枚の電
歪素子を接合すれば電歪素子の加振力が２倍になり、質
点運動の振幅を２倍とすることができる。

以上説明したように、本発明によって、振動体のリング
面に垂直方向の曲げ及び円周方向まわりのねじりの達成
振動を有効にモータの駆動に利用でき、更に振動体表面
上に発生する質点運動の振幅を拡大できるので高出力が
得られ、ひいては効率アップとなる。また、摩擦面がリ
ング面に対して傾いているので、自動調心性を有し、回
転ムラの少ない安定した出力が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は振動波モータの駆動原理図、第３図、
第４図は従来の振動波モータの斜視図及び断面図、第５
図は従来の振動波モータの振動体、移動体の振動を示す
断面図、第６図は本発明の第１の実施例を示す断面図、
第７図は本発明の第２の実施例の断面を示す図、第８図
は第７図に示した実施例の振動体の断面の移動を示す図
、第９図は第７図（尊）に示した本発明の振動波モータ
の断面図、第１０図は本発明の他の実施例の断面図であ
る。 ｔ、ｉｉは振動体、２，１２，１２ａ、１°２ｂは電歪
素子、５，１５．−．１５ａ、１５ｂは移動体、１７は
吸振体。 出願人　キャノン株式会社 第７回 、３）゛　エ 第６０ （α）　（ｂ） ５ｂ 躬″７回 （α）（ｂ） に〉 ２ ７５（Ｌ　１’；ｂ 第８図 （Ｑ） （ｂ） Ｂｉｂ　Ｒ １ 島、へ、　１１ｆ　○ −／′　％　１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）リング状振動体に複数の電歪素子を位相差的に接
   合し、又は複数に位相差的に分極処理された電歪素子を
   接合し、該電歪素子に周波電圧を印加して前記振動体に
   進行性振動波を発生させ、その進行性振動波により、前
   記振動体に加圧接触させた移動体を摩擦駆動する振動波
   モータにおいて、前記移動体を前記振動体との接触部に
   おいてリング面に所定の傾きを持った断面形状とし、前
   記振動体においても前記振動体の接触部と重合する傾き
   を持たせる断面形状とし、前記接触部を前記振動体の内
   径側の角部又は外径側の角部とする事を特徴とする振動
   波モータ。 （２、特許請求の範囲第１項記載の振動波モータにおい
   て前記振動体の内径側の角部又は外径側の角部を所定の
   角度方向に延長した前記振動体断面寸法に比して比較的
   厚さの薄いつば部とし、該つば部の先端部を前記移動体
   との所定の傾きを有する接触部とすることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項の振動波モータ。 と （３）特許請求の範囲第を項の振動波モータにおいて前
   記つば部の長さ及び厚さを前記周波電圧の周波数で共振
   する長さ及び厚さとしたことを特徴とする特許請求の範
   囲第２項の振動波モータ。