JPS6359777A - 振動駆動モ−タ - Google Patents

振動駆動モ−タ

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JPS6359777A
JPS6359777A JP61202823A JP20282386A JPS6359777A JP S6359777 A JPS6359777 A JP S6359777A JP 61202823 A JP61202823 A JP 61202823A JP 20282386 A JP20282386 A JP 20282386A JP S6359777 A JPS6359777 A JP S6359777A
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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】 ［発明の利用分野］ 本発明は振動エネルギーから回転又は直線駆動のエネル
ギーを得る装Ｍ、いわゆる振動駆動モータに関するもの
で、特に棒状振動体の２方向の曲げ振動を利用した娠動
駆勅モータに関するものである。
［発明の背景］ 従来の通常のモータは、大多数、電磁力を利用したもの
であり、これらは鉄芯や銅の巻線や永久磁石等により構
成されるため部品点数が多く、モータ寸法も大ぎくなり
、さらに重量も増すものである。
これらの欠点を除いたモータを得るため、近年超音波振
動を利用した新タイプのモータの研究が盛んである。例
えば特開昭５８−１４８６８２号公報に見られる如く振
動体表面に縦波と横波とにより合成された進行性の振動
波を生ぜしめ、これに押圧された穆勅体を回転または直
線駆動する装置がある。この装置は部品点数が少なく、
構成も簡単であるので比較的良好なモータを得ることが
できる。しかしながら、この装置は進行性の振動波を用
いるので、振動波を途切れることなく進行させるために
振動体に循環部分を構成せざるを得ず、朱だモータの小
型化・軽量化には不十分である。さらに、この装置によ
ると、原理的に縦波振巾と横波振巾との間に常に一定の
比例関係が保たれているため、本来移動体の駆動力とな
る縦波振巾と移動体の支持力となる横波振巾を自由にコ
ントロールすることができにくく、モータ負荷の変化に
対応する速度や駆動力を制御しにくい。
また特開昭６０−６２８８０号公報等にみられる方式の
振動波モータがある。これは、基本的に縦振動の定在波
を励起して駆動力を得るものである。ところで一般に縦
振動（縦波）の波長は、振動数を一定値にした場合、振
動体材料に固有の値を持つものである。振動波モータの
振動数は、騒音を除くため、及び振動振巾等の制約によ
り、普通、２０ｋ）ｌｚ　〜５０ｋＨｚ程度とされるも
のである。したがって、上記方式の振動波モータでは、
振動体の材料に鋼等の金属材料を仮定すると半波長は６
０〜１５０ｍｍ程度となり、振動体自身は少なくともこ
のオーダの長さを持つことが必要である。さらに駆動用
の構造部品を加えると全体としてかなりの寸法となり、
小型の振動波モータを構成することは困難となる。その
上、この方式の振動波モータを正逆転させるためには別
に正逆転装置が必要であり、構造的にも複雑になる。
［発明の目的］ 本発明の目的は、上述従来技術の問題点に鑑み、２方向
の曲げ振動波を利用することにより、構造が簡単で小型
・軽量化が可能で、かつ速度制御や駆動力のコントロー
ルが容易な振動駆動モータを提供することにある。
［発明の実施例コ 以下、図面に従って本発明の詳細な説明する。
第１図は本発明実施例による撮動ｒＡａモータの概要構
成を示す斜視図であり、第２図はその断面図である。図
に於て弾性材料製の棒状振動体１がその両端を支持部材
３によって支持枠２に支持されている。支持部材３はピ
アノ線材等で作られ、棒状振動体１の振動を減衰させる
ことなく自由に支持できるものである。棒状振動体１、
支持枠２は本例では金属製である。棒状振動体１の断面
形状は点対称の図形であるようになし、且つ棒状振動体
１は、図示Ｘ方向における曲げ振動およびＹ方向におけ
る曲げ振動の固有振動数が相等しいように作られている
。このためには、棒状振動体１は直交二方向（Ｘ方向、
Ｙ方向）における断面二次モーメントのみが互に相等し
いように作製される。本実施例では棒状振動体重は正方
形断面を持ち、稜部が面取りしてあって、Ｘ方向および
Ｙ方向のみの断面二次モーメントが等しくなされている
。
棒状振動体１の上面および片側の側面にはそれぞれ圧電
素子４．４′および５．５′が接合されている。これら
の圧電素子４．４’　、５゜５′の表裏面（棒状振動体
１との接合面を裏面、その反対側を表面とする）には電
極が形成されている。そのうちの一方の電極は交流電圧
印加手段６．６′、７．７’の一端に接続され、他方の
電極は棒状振動体１、支持部材３、支持枠２を通る導電
路を介して接地されており、また交流電圧印加手段６．
６’　、７．７’の他端も接地されていて、これにより
圧電素子４．４’　、５．５’への交流電圧印加の回路
が形成される。これら圧電素子は交流電圧を印加される
とその位相に応じＸ−Ｙ平面と直角の方向に伸縮し、伸
びた時にはその圧電素子側が凸になるような、また縮ん
だ時にはその圧電素子側が凹になるような棒状振動体１
の曲げ振動を惹き起す。
圧電素子４と５および４′と５′の中心は棒状振動体１
の長手方向に関して同一位置に設けられており、夫々、
棒状振動体１の固有曲げ振動の腹の位置に設けられてい
る。
棒状振動体１の下部にはローラ８があり、これは支持枠
２に対して軸受９により回転自在に保持されていてロー
ラの端軸８′は出力軸として使用される。さらに棒状振
動体１の上面には不図示の押圧機構があり、矢印Ａの方
向に押圧力を棒状振動体１に与えることかでき、これに
よって棒状振動体１の下面がローラ８と圧接されるもの
である。
次に本実施例の作用について説明する。棒状振動体１の
上面に取り付けられた圧電素子４に、電圧印加手段６に
より、棒状振動体１のＹ方向の曲げ振動の固有振動数に
一致する周波数ｆＹの交流電圧を印加すると、これによ
り、棒状振振体１においてＹ方向の曲げ振動が励起する
。電圧印加手段６′にも周波数ｆｙの交流電圧を印加す
る。但し、圧電素子４への印加電圧ＶＹと圧電素子４′
への印加電圧ｖＹ′　とでは、第３図に示す如く・、位
相を１８０゛異ならせておく。これにより棒状振動体１
にはＹ方向に変位する定常曲げ振動が実現される。この
時の棒状振動体１の振動挙動を第４図に示す。本図の例
は両端自由の３次の曲げ振動モードを示すもので中央部
が振動の節の１つになつ”Ｃいる。
同様にして、電圧印加手段７により、棒状振動体１の側
面に設けられた圧電素子５に棒状振動体１のＸ方向の曲
げ振動の固有振動数に一致する周波数ｆｘの交流電圧Ｖ
Ｘを印加し、電圧印加手段７′により圧電素子５′にも
第３図に示す如く位相を１８０°ずらして周波数ｆＸの
交流電圧ｖｘ′　を印加する。これにより棒状振動体１
にはＸ方向に、Ｙ方向の場合と同様な定状曲げ振動が実
現する。前述したように、棒状振動体はＸ方向およびＹ
方向の夫々の曲げ振動の固有振動数は相等しいように作
られており、従って印加交流電圧の周波数ｆ、とｆＹは
相等しい。
ここで、圧電素子４および４′に交流電圧ｖＹ−ｖＹ′
　を印加すると同時に圧電素子５および５′に交流電圧
ｖ８・ｖＸ′　を印加し、且つその位相差を第３図に示
す如く、９０°に設定すると、棒状振動体１には回転振
動が生ずる。この時、棒状振動体１の表面の質点の挙動
は第５図に示される様に小さな回転運動をすることにな
る。第５図に示す如くこの表面質点の回転運動の回転半
径は振動の腹の部分で最大となり、節の部分で零となる
。印加する交流電圧ｖＹ−ｖＹ’とｖ、Ｉ−■８′を同
じ大きさにすれば棒状振動体１の表面質点の回転運動は
円運動となり、異なる大きさにすると楕円運動となる。
そこで、この棒状振動体１の下面にローラ８を押圧する
と、主として棒状振動体１の振動の腹部に押し付けられ
て、ローラは棒状振動体１の表面質点の円または楕円運
動により摩擦回転駆動力を与えられるものである。
ここで矢印Ａの押圧力を受ける振動はＹ方向の振動であ
り、回転力を得る振動はＸ方向の振動であるため、適正
な押圧力や回転力、回転速度を得る上でＸ、Ｙ方向の振
動振巾の大きさをコントロールする必要がある。本発明
実施例に於ては印加電圧ｖＸ−ｖｘ′　およびｖＹ−ｖ
Ｙ’　の大きさをそれぞれ独立に変えることができ、振
動振巾のコントロールが極めて容易である。
さらに本発明実施例に於ては曲げ振動を用いるため、前
述の従来例の縦振動を用いる方法と異なり、棒状振動体
１の材料定数のみで決まるものではなく棒状振動体１の
断面形状にも依存する。従って小型の振動駆動モータを
作る場合は、大まかに言って棒状振動体１を相似的に縮
めたものと考えれば良い。原理的に言えば、本発明によ
れば数ｍｍ程度の超小型の振動駆動モータをも得ること
も可能である。尚、回転方向の変換は印加交流電圧ｖ８
・ｖ８′　とｖＹ−ｖＹ′の相対的な位相差を９０°又
は−９０°のいずれかに切替えることにより極めて簡単
に行ない得るものである。
上記実施例では棒状振動体１の両端は自由支持としたが
、これに代って、両端を剛支持又はジヨイント支持した
実施例も可能である。
以上の実施例は回転駆動力を出力する実施例であったが
、次に、第６図に直線駆動力を出力する実施例を示す。
図に於て、ローラ８の中央部を切り欠き、ここにローラ
８に固着されたネジ部８′を設け、このネジ部８′　に
は移動子１０を螺合しである。移動子１０の下部には案
内バー１１が滑らかに嵌合しており、案内バー１１の両
端は支持枠２に固定されている。その他の構成は第１図
、第２図の実施例の場合と全く同様である。前述の実施
例と同様にしてローラ８が回転されるとネジ部８′も回
転し、これにより、移動子１０が左右に直線運動をし、
これが出力となるものである。
本発明の他の実施例を第７図に示す。本実施例では棒状
振動体１は支持枠２によって支持せずに自由となし、そ
の振動の節位置を支持部材１２で支持しく第８図参照）
、この支持部材にローラ８に向けての加圧力を加えるよ
うにした。この支持部材１２は振動棒１の回り止めにも
なっている。本実施例は振動のロスが少ないる。原理的
には数ｍｍ程度の超小型のものを得ることもできる。
（２）駆動速度、駆動力のコントロールが容易なモータ
を得ることができる。
（３）モータの正・逆転が容易に行なえる。
（４）回転駆動または直線駆動いずれのモータも容易に
得られる。
【図面の簡単な説明】
第１図、第２図は夫々本発明の一実施例の斜視図および
断面図、第３図は同実施例の印加交流電圧を示す図、第
４図、第５図は本発明の駆動原理を説明する図、第６図
は直線駆動出力を得る本発明の実施例を示す断面図、第
７図は本発明の他の実施例の斜視図、第８図はその支持
位置を示す図である。 １・・・棒状振動体 ４．４’　、５．５’・・・圧電素子 ６．６’　、７．７’・・・電圧印加手段８・・・ロー
ラ　　　　　　８′・・・ローラネジ部１０・・・移動
子 第１図 嘉２図 第７図 第８図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １　棒状振動体にこれと直交する二方向に同一周波数の
    且つ互に位相のずれた曲げ振動を発生させ以って該棒状
    振動体の表面質点に該棒状振動体と垂直な平面内での円
    または楕円運動を生ぜしめる手段、および該棒状振動体
    と平行に該棒状振動体に押圧されたローラ状回転体を備
    えたことを特徴とする振動駆動モータ。 ２　上記ローラ状回転体の回転運動から直線運動を導出
    する機構を備えた特許請求の範囲第１項記載の振動駆動
    モータ。
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