JPS6389082A - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、リング状振動体に発生させた進行性振劾波に
より該リング状振動体に加圧接触している移動体を摩擦
回転駆動するタイプの進行波型振励波モータに関する。

（発明の背景〕 振動波モータは、圧電素子、電歪素子または磁歪素子等
の電気−機械エネルギー−変換素子（以下、圧電素子で
代表する）に周波電圧を印加した時に振動体に生じる振
動運動を移動体の急動に利用するもので、従来の電６ｆ
ｔモータに比べて巻線を必要としない為、構造が簡単で
小型となり、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。その中で、リング状
の進行波型振動波モータと称されるものは、リング状の
振動体に位置的に位相が９０°ずれた定在波を時間的に
９０°ずらして発生させ、これらの定在波の重ね合せに
より該振動体の周方向に進む進行波を発生させ、これに
加圧接触している移動体を該進行波によって（実際は波
の進行方向と逆の方向に）動かすものである。

リング状の進行波型振動波モータには、振動体と移動体
がモータの回転軸（リング状振動体の中心軸線）に対し
て垂直な面で接触するいわゆる面対向型、および振動体
と移動体がモータの回転軸まわりの内・外径の円筒面で
接触するいわゆる周対向型があるが、従来、前者が主流
であった。その理由は、後者の場合、円筒面の接触であ
る為、均一に振動体と移動体を加圧させる事が難しく、
構造が複雑で高加工精度が必要となり、更に、所望の振
動を励振するのに円柱型の圧電素子が必要であり、加工
が非常に難しいからである。更に、周対向型では振動体
のの振動に悪影響を与えることなく振動体を位置決めす
ることが難しく、特に移動体が高負荷の時、移動体の回
転時の反力で振動体が回転してしまうという欠点があっ
た。

（発明の目的） 本発明は、周対向型の進行波型の振動波モータにおいて
上記従来の欠点を除去すると同時に、振動体の特性に悪
影グを与える事なく、）３動体の高負荷時にも振動体の
位置決めを確実にできるオニにすることを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明の振動波モータは、内側または外側にネジを有す
るリング状弾性体と、該リング状弾性体に周方向に進む
進行性振劾波を発生させる手段と、該リング状弾性体に
ネジ嵌合関係にあり、上記リング状弾性体に生じた進行
性振劾波により駆動される移動体と、上記リング状弾性
体の端面に設けられた周方向に等ピッチ配列の凹凸部と
、該凹凸部と係合してリング状振動体を位置決めする゛
部材と、を備えたことを特徴とする。

〔発明の実施例〕

第２図は本発明の一実施例のモータユニット構成の上半
分を示した断面図であり、第１図はその振動体まわりの
構成斜視図である。これらの図において、１はリング板
状の圧電素子、２は金属製の弾性体、３は移動体、４は
固定体、５ａ、　５ｂはフェルト等の吸振体、６は回転
止め輪、７は固定ビス、８は荷重センサ、９は底板、１
０は外筒、１１は押え管、１２は連結部材、１３は加圧
バネ、１４は直動管、１５は出力板、１６は回転止め、
１７は加圧部材、１８．１９は軸受であり、これらは図
示の如く軸線０を中心軸線としてリング状ないし円筒状
をなしている。

圧電素子１はＢｓよりなる弾性体２の端面に接着されて
、振動体を構成している。該振動体はその断面中立軸位
置においてフェルト等の吸振体５ａ、　５ｂに保持され
て固定体４内に収納される。弾性体２の端面には径方向
に溝２８が等ピッチで５ケ所設けられてお゛す、回転止
め輪６のＬ字状の先端６ａか弾性体２の断面中立軸位置
で溝２ａと係合する。回転止め輪６は固定ビス７で固定
体４に固定される。弾性体２の内径面には台形ネジ２ｂ
（ピッチ１．０ｍｍ　）が切ってあり、ネジ表面はＮｉ
メッキ処理で硬化している。移動体３は外径面に台形ネ
ジ３ａが切られており、台形ネジ２ｂと３８が螺合する
。移動体３ばＡｊｌＬ製であり、ネジ部３ａは表面に硬
質アルマイト処理を施しである。移動体３は連結部材１
２にビス止めされ、連結部材１２は押え管′１１から軸
受１８、加圧部材１７を介して加圧バネ１３により軸線
Ｏ方向に加圧される。固定体４は３個の荷重センサ８を
介して底板９及び外筒１ｏ内に収納され、軸方向にはわ
動可能であるが回転しないように軸方向溝４ａと外筒１
０からのビンで位ご決めされる。外筒１ｏに対する押え
管１１の位置でバネ１３の加圧力が調整できるように外
筒１０と押え管１１はネジ結合しており、その加圧力は
荷重センサ８でモニタできる。直動管１４は連結部材１
２と軸受１９を介して結合している。押え管１１に取り
付けられた回転止め１６の先端と直動管１４の軸方向溝
１４ａが係合していることにより直動管１４は回転不能
であるが軸線０方向に直線運動可能であり、出力板１５
からは直線運動が出力として取り出せるようになってい
る。すなわち、後述するように、弾性体２に生ゼしぬら
れた進行性振劾波によって８′ｖＪ体３が軸線０方向の
周りに回転すると同時にネジ２ａ、　３ａの螺合によっ
て軸線Ｏ方向にυ動するとき、それに伴い連結部材１２
を介して直動管１４は軸線０方向のみに直線運動せしめ
られ、この直線運動が出力板１５からモータ出力として
取り出されるようになっている。

第３図は圧電素子１の平面図で同図（ａ）が外側の面（
表）、同図（ｂ）が弾性体２との接着面（裏）である。

表・裏面はともにＮｉスパッタにより図中の斜線で示す
電極が形成されており、扇状のパターンをしている。ｉ
面（ｂ）の＋、−は表面（ａ）に対してそれぞれ予め＋
、−の直流電圧を加えて分極処理している事を示してい
る。十の分極処理を施した区域と−の分極処理を施した
区域とでは同一極性の電圧を印加したとき、その周方向
における伸縮が互いに逆になる。電４４１ａはいわゆる
Ａ相と称する１つの定在波を発生させる駆動用電極で、
波長λに対して長さλ／２の扇状電極が＋、−交互に複
数枚で構成される。リング状弾性体２の周長は定在波の
波長λの整数（Ｋ）倍であるように作られている。波数
（リング状弾性体２の全周に乗る定在波の波数）をＫと
するとＡ相駆動用電ｉ１ａは長さくｋ−１）λ／２の扇
状電極群をなす。第３図では波数３の例である為、Ａ相
駆動用電極１ａはλ分の扇状電極群となっている。同様
に電極１ｂはいわゆるＢ相と称する他の定在波を発生さ
せる駆動用電極であり、Ａ相駆動用電極１ａと同様に（
Ｋ−１）λ／２の扇状電極群となっている。

Ａ相およびＢ相駆動用電極１ａ、　ｌｂは空間的な位相
で９０°即ちλ／４ずれており、その間に電極１ｅが存
在している。電極１ｅは直接モータ駆動に関係しないが
、圧電素子全体での分極処理時の歪の影σを減らす為、
分極処理を行っである。

電極ＩＣはいわゆるＳ相という振動検知用の電極で、振
動による逆圧電効果による変位電圧をとり出し、Ａ−Ｂ
相電極の印加電圧や駆動用波数にフィードバック制御を
かけたり、振動のモニター用として利用される。

電極１ｄは、電極１ｅと同様に分極処理時の歪の減少の
為に分極処理されているが、ここではいわゆるＣ相とい
うコモン電極として利用している。圧電素子１の裏面（
ｂ）は弾性体２の端面に高圧で接着しており、マクロ的
にみて弾性体２と裏面電極の全ては電気的に接触してい
て電気的に一体の導体となっている。弾性体２と表面（
ａ）の電極１ｄはＡｇ等の導電性のペースト１１で側面
から電気的に結合して、Ｃ相のコモン電極となる。表面
（ａ）では、電極１ａ、ｌｂ、］ｄ、１ｃはリード線２
０ａ、２０ｂ、２０ｄ、２０ｃと導電性の接着剤２２で
結合され、それぞれＡ相、Ｂ相、Ｃ相、Ｓ相の電極とし
て役割をはたす。リード線２０ａ〜２０ｄは外部駆動回
路（不図示）と結合している。

外部電源（不図示）によって、Ｃ相電極に対してＡ相駆
動用電極１ａにはＶ＝Ｖｏｓｆｎωｔの交番電圧が印加
され、Ｂ相駆乃用電極１ｂにはＶ＝相互にずれたＡ相定
在波およびＢ相定在波の合成の結果、弾性体２にはその
周方向に進む波長λの進行波が生じ、その進行の向きは
両足在波の時間的位相差である上記の士−の正負によっ
て切換わり、これでモータの正逆転が行われる。

ここで上記のようにして弾性体２に生ぜしめられる振動
モードを第４図（ａ）　、　（ｂ）で説明する。

本実施例においては伸縮モードを用いている。このモー
ドは質点の変位がリング状弾性体２の周方向に生ずる゛
ような縦振動と半径方向に生ずるような横振動が合成さ
れたもので、あたかも棒状の振動体に生じる縦振動モー
ドをリング状に結合したようなモードである。第４図（
ａ）　に示すリング断面の変位座標において、半径方向
変位Ｕおよび周方向変位Ｗは ｕ　＝　Ａ　ｃｏｓ（ｋθ＋ψ１　　）ｃｏｓ（ωｔ　
　→−ψ２　）ｗ　ｘ　ｋ　Ａ　ｃｏｓ（ｋθ＋ψ１　
　）ｃｏｓ（ωｔ　　＋ψ２　）と表わされる。ここに
Ａは振巾、には波数、θはリング断面角度位置、ωは印
加交番電圧の周波数、ψ１．ψ２は位相ずれである。第
４図（１））はリング状弾性体２のｕ、ｗの変位を表わ
しており、２４ａが振動体の内径（ネジ部２ｂ）。

２４ｂが中心線、２４ｃが外径のそれである。半径方向
の変位Ｕと周方向変位Ｗがあり、伸縮によるポアソン変
形によりリング断面の形状がわずかに変化する。同図（
ｂ）では説明の為、ポアソン変形分を極端に大きく表現
しである。２５は穆動体３の接触面（ネジ部３ａ）を表
わすものでこのように波数がＫの場合に個の点の接触部
をもち、これが進行波に伴って周方向に８動じ回転する
。従って、ネジ部２ｂ、３ａを介さなければ穆勅体３は
回転運動のみを行うが、ネジ部を設けた為、ネジの送り
方向にスクリュー運動しながら８動する。

さて、以上の実施例では、進行波の波数に；３であるの
に対し、回転止め溝２ａが等ピッチで５ケ所である。つ
まり、進行波の波長λ／２と溝２ａのピッチρが互いに
素である関係（倍数関係にない）にしである。これは、
次の理由による。回転止め溝２８は弾性体２に生ずる波
の不連続部を形成するが、もしλ／２とρが同じか又は
互に倍数（約数）関係の場合、回転止め溝２８で形成さ
れる波の不連続部の複数が進行波に従って同時に振動の
腹と節に一致するので、腹になった時と節になった時と
で剛性が変り、２つの隣接した共振点が生じてしまうた
めに、振動に不要振動がまじり、所望の振動に悪影舌を
与える。これに対し、本実施例の如く、λ／２とρが互
いに素（倍数関係にないという事）の場合は、波の不連
続部の複数が同時に振動の腹・節と一致する事がないの
で、安定な振動状態が得られる。

振動体の位置決めの他の実施例を第５図、第６図に示す
。これらの図に図示した以外の部分の構成は前記実施例
と同様である。

第５図に示した実施例においては、弾性体２にはネジ部
２ｂが内径側に設けられており、回転止め用の浅い穴２
ｃが周方向に等ピッチで５ケ所たけ断面の中立軸位置に
配列され、これに回転止め輪６のＬ字状の先端部分６ａ
が嵌入するようになっている。この実施例の場合、振動
体を回転方向と径方向の両方に関して位置決めができる
というメリットがあり、径方向の吸振体５ａ（第２図参
照）が不必要となる。

第６図に示した実施例においては、弾性体２にはネジ部
２ｂが内径側に設けられており、径方向にのびた回転止
め用の低く巾のせまい突起２ｄが、等ピッチで５ケ所設
けられており、回転止め揄６に形成された溝部６ｂと嵌
合するようになっている。

第５図、第６図において、穴２ｃ、突起２ｄのλ ピッチｐと−とを互いに素の関係にすることは前述と同
様である。

以上は、伸縮モードを用いた実施例であるが、次に面内
曲げモードを用いる実施例を説明する。このモードは質
点の変位が第４図（ａ）でいうＵ方向すなわちリングの
半径方向に生ずるような曲げ振動である。この面内曲げ
モードを励振する為に前記の圧電素子１に代えて用いる
圧電素子３１の平面図を第７図に示す。第７図（ａ）が
外側（表面）、同図（ｂ）が弾性体２との接着面側（裏
面）である。Ｎｉスパッタによる電極は図中の斜線部分
である事、図中の＋、−が予めの分極処理の方向を表わ
す事、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相、Ｓ相がそれぞれ電極（群）　
３１ａ、３１ｂ。

３１ｄ、３１ｃに対応しその長さや位置関係は第３図と
同様であるので、重複する詳しい説明は省略する。ここ
で第３図と大きく異なる点は、各扇状電極か全て内外２
列の且つ分極処理方向の互に異なるペアから形成されて
いる点であり、このベアに同電位を与えた場合、内径側
が伸びると外径側が縮み、内径側が縮むと外径側が伸び
るという態様になり、つまりＵ方向の曲げを励振する事
になる。前述と同様にＣ相７；ｆｉ、　Ｔｌ１ｉ　３１
　ｄに対してＡ相、Ｂ相、駆動電極３１ａ、３１　ｂに
は夫々Ｖｏ　ｓｉｎωｔ　、　Ｖｏ　５ｉｎ（ωｉ±−
）の電圧を印加すると、これによりＡ相、Ｂ相定在波の
合成としてリング状弾性体の周方向に進行する波長λの
振動波（但し本実施例では曲げ振動の波）がひいてはモ
ータの駆動方向が切換わる。

このような面内曲げモードを利用する実施例においても
、第１図、第５図、第６図の各側で示したと同様の振動
体位置決め構造を採用することができる。

また、振動体および移動体の螺合し合うネジの形状は台
形ネジに限るものではなく、三角ネジや、その他のネジ
でもよく、そのねじ山数。

ピッチ、長さなどは所望に応じ適宜設計により定めてよ
い。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、進行波型の振動
波モータの振動体と移動体をネジで係合する事で、移動
体と振動体の加圧を安定化でき、また簡単な手段で振動
体の位置決め、高負荷時の回転止めが振動体の振動に悪
影響を与えることなく可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例における振動体まわりの構成斜
視図、第２図は本発明の実施例に係るモータユニットの
構成断面図、第３図（ａ）。 （ｂ）は上記モータユニットにおける伸縮モード用の圧
電素子の平面図、第４図（ａ）　、　（ｂ）は伸縮モー
ドの動作説明図、第５図、第６図は本発明による振動体
まわりの他の実施例の構成斜視図、第７図（ａ）　、　
（ｂ）は面内曲げモード用の圧電素子平面図である。 １・・・圧電素子　　　　２・・・弾性体３・・・移動
体　　　　　４・・・固定体６・・・回転止めの輪　　
８・・・荷重センサ９・・・底板　　　　　１０・・・
外筒１１・・・押え管　　　　１２・・・連結部材１３
・・・加圧バネ　　　１４・・・直動管１５・・・出力
板　　　　１８．１９・・・軸受２ａ・・・溝　　　　
　　　２ｃ・・・浅穴２ｄ・・・凸起 第４図 （ｂ） 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　内側または外側にネジを有するリング状弾性体と、
   該リング状弾性体に周方向に進む進行性振動波を発生さ
   せる手段と、該リング状弾性体にネジ嵌合関係にあり、
   上記リング状弾性体に生じた進行性振動波により駆動さ
   れる移動体と、上記リング状弾性体の端面に設けられた
   周方向に等ピッチ配列の凹凸部と、該凹凸部と係合して
   リング状振動体を位置決めする部材と、を備えたことを
   特徴とする振動波モータ。 ２　前記凹凸部のピッチと前記進行性振劾波の波長の半
   分とが互いに素の関係にある特許請求の範囲第１項の振
   動波モータ。