[go: up one dir, main page]

JPH05211783A - 超音波モータ - Google Patents

超音波モータ

Info

Publication number
JPH05211783A
JPH05211783A JP4013823A JP1382392A JPH05211783A JP H05211783 A JPH05211783 A JP H05211783A JP 4013823 A JP4013823 A JP 4013823A JP 1382392 A JP1382392 A JP 1382392A JP H05211783 A JPH05211783 A JP H05211783A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
rotor
contact
vibrator
ultrasonic motor
section
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP4013823A
Other languages
English (en)
Inventor
Takayuki Tsukimoto
貴之 月本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP4013823A priority Critical patent/JPH05211783A/ja
Publication of JPH05211783A publication Critical patent/JPH05211783A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 棒状超音波モータにおけるロータが振動子と
の接触平面のうねりに追従させて、モータ特性の向上を
図るとともに、鳴きの発生を防止することを目的とす
る。 【構成】 棒状超音波モータにおけるロータが、ロータ
本環2と接触バネ部2aとからなり、接触バネ部2aが
接触突起部2d、フランジ部2c、基部2bからなる構
成において、これら接触バネ部を構成する部材の肉厚
を、振動子との接触ぶから離れるに従って厚くし、接触
バネ部の固有振動モードの全てのモードの固有振動数
が、駆動周波数の2倍より大きくする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、棒状弾性体に設けられ
た電気−機械エネルギー変換素子に電気エネルギーを供
給することにより、棒状振動子としての弾性体を振動さ
せ振動子の表面粒子に円または楕円運動を生じさせ、振
動子に押圧した移動体を摩擦駆動させる超音波モータ、
特にカメラ等の光学機器、プリンタ等の事務機器に好適
な超音波モータに関するものである。
【0002】
【従来の技術】棒状超音波モータは、棒形状の振動子の
一端面を駆動面とし、振動子構造体間に狭持固定する圧
電素子(PZT)に、所定の位相差を有する交流電圧を
印加することにより、軸を含む複数の平面内に形成した
屈曲振動の合成で、該駆動面に円又は楕円運動を生じさ
せ、この駆動面に加圧接触している移動体(ロータ)を
摩擦駆動することを基本的構成としている。
【0003】振動子の駆動面に生じる円又は楕円運動の
大きさは、高々数μm程度であるため、振動子の駆動面
に対してロータを全周にわたり接触させるには、振動子
の駆動面及び該駆動面に当接するロータの接触面の面精
度を、上記運動の大きさ以上に仕上げなければならな
い。
【0004】しかし、現実には加工コストとの兼ね合い
から、ここまで高精度にはできず、ロータ側における接
触部にバネ性を付与し、全周にわたり接触を保持できる
ようにしている。
【0005】図2はバネ性を有するロータの断面(片半
部分のみ図示)を示している。2はロータ本環で、その
下部から板厚を薄くしてバネ性を付与したロータ接触バ
ネ部2aを一体的に形成し、ロータ接触バネ部2aの最
下端面を振動子の駆動面(不図示)と当接する接触面と
している。なお、図2において、ロータのバネ部2aに
示してる寸法は、ロータを含めてモータが非常に小型で
あることを示すと共に、本発明の実施例との比較のため
に示している。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、ロータのバ
ネ特性は矛かすぎるとモータ回転数、トルクともに出
ず、剛すぎると前述の接触平面のうねりに追従できず、
モータ出力がでない。
【0007】したがって、一般に実験的にバネ剛きを計
り、結果的にモータ特性が優れたものを選択する手法に
より決定していた。
【0008】しかし、このような手法によりバネ形状を
決定してもモータ特性にバラツキが生じたり、駆動中に
鳴きを発生することがあった。
【0009】本発明は、上記した問題点を解決すること
を目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明の目的を達成する
手段は、特許請求の範囲に記載した通りであり、その技
術的背景を、図3に示す鳴きの発生の原因により説明す
る。図3は図2に示すロータを用いて駆動したときの、
ロータと振動子の接触の様子を非接触光学変位計で測定
した結果を示し、太い実線で示す波形は振動子の駆動面
における振動波形、細い実線で示す波形はロータの接触
部の振動波形である。
【0011】ロータ接触部の振動波形より、ロータは駆
動の2倍の周波成分を多く含み、周方向速度の最大とな
る振動子振動波形の頂傍では接触していない。
【0012】したがって、振動子振動振幅の頂傍付近に
接触している場合と比べ、モータ回転数は落ちる。ま
た、接触が滑らかに行なわれないため、鳴きを起こす原
因にもなる。
【0013】このロータの接触バネの振動数を調べる
と、図4に示すように、接触バネ部2aの2次曲げモー
ドの固有振動数が、振動子駆動周波数(36〜42KH
z)の2倍付近に存在することが分った。
【0014】一方、振動子の変位分布は正弦波状であ
り、これに押圧された接触バネ2aの受ける加振力は概
ね図5に示したような半波整流波形状となる。
【0015】このとき、加振力成分として駆動の2倍の
成分も多く含み、この周波数に接触バネの固有振動(特
に2次の曲げ振動)があれば、これが振幅拡大し、前述
のロータ接触部振動波形のように滑かな接触を妨げる。
【0016】なお、駆動周波数の3倍以上の成分につい
ても同様の理屈が成立するが、加振力の周波数数成分と
して、2倍の成分に比べ小さいこと、接触バネの3次曲
げ以上の振動モードの静剛性は2次曲げに比べ相当高く
なることにより、駆動周波数の3倍以上の成分が接触バ
ネの固有振動を大きく励起する可能性は小さい。
【0017】以上より、ロータ接触部の固有振動の振動
数を、駆動周波数の2倍の周波数から離せば良いといえ
る。但し、駆動周波数の2倍の周波数より低くした場
合、加振力に追従できず、よって高い方向へ離す必要が
ある。
【0018】
【実施例】図1は本発明による超音波モータの第1実施
例を示すロータの断面図である。本実施例のロータは、
図2に示す従来のロータと同様に、ロータ本環2と接触
バネ部2aから構成されており、接触バネ部2aは、ロ
ータ本環2の外周部から軸方向下方に延出される基部2
bと、該基部2bの下端から内側に延びて片持支持の状
態となって大きなバネ性を付与されるフランジ部2c
と、該フランジ部2cの内端部から軸方向下方に突出す
る接触突起部2bとから構成されている。
【0019】基部2bの肉厚をt1 、フランジ部2cの
肉厚をt2 、接触突起部2dの肉厚をt3 とすると、本
実施例では、t1 >t2 =t1 の関係としており、具体
的にはt1 =0.5mm,t2 =t1 =0.2mmとし
ている。
【0020】すなわち、振動子との接触部から遠ざかる
程、接触バネ部の肉厚を増して剛性を高めている。
【0021】なお、d1 =5.5mm,d2 =4.2m
m,L1 =1.0mm,L2 =0.2mmとし、図2に
示す従来例のロータにおける接触バネ部2aの2次曲げ
の固有振動モードの振動数が80KHzにあったもの
が、本実施例では120KHzまで高まり、駆動周波数
の2.5倍以上となった。
【0022】また、0,1,3次の固有振動数が従来8
0KHz〜105KHzにあったものが、120〜14
0KHzに向上した。
【0023】本実施例のロータを用いて駆動したときの
接触部振動波形を図6に示す。
【0024】図3に示す従来の場合との比較より明らか
なように、振動子の振動の頂部付近でも接触するように
なり、モータ特性はモータ回転数、トルクともに改善さ
れた。
【0025】なお、本実施例では、接触突起部2dの先
端部を面取り加工して丸みを付け、この面取り部はアル
ミ製ロータの耐摩耗処理であるアルマイトのモータ駆動
中における欠けを防止するようにしている。
【0026】図7は本発明による超音波モータの第2実
施例を示すロータの断面図である。本実施例のロータ
は、ロータ本環2から一体的に延出される接触バネ部2
aを全体的に内側に向けて傾斜させた円錐台形状とする
と共に、その肉厚を先端に行く程薄くし、接触バネ部2
aの固有振動数を高くしている。
【0027】なお、d1 =5.5mm,d2 =4.2m
m,t1 =0.3mm,t3 =0.2mm,t1 =0.
75mmとし、接触バネ部2aの固有振動モードの振動
数は150KHzになり、また、0,1,3次の固有振
動数も全て150KHz以上となった。接触の様子も図
6に示したと同様のものが得られ、モータ出力も向上し
た。
【0028】図8は本発明による超音波モータの第3実
施例を示す概略図である。
【0029】本実施例は、振動子1の駆動面側に接触バ
ネ部1aを形成したもので、ロータ3がこの接触バネ部
1aの上面に接触する。ロータ3の接触部には、接着、
塗布又はコーティングされた耐摩耗用の樹脂層4が設け
られている。
【0030】振動子1の接触バネ部1aは、駆動面に行
くに従って肉厚を薄くした逆円錐台形状に形成されてお
り、図7に示す第2実施例と同様の理屈による。
【0031】すなわち、本実施例のように振動子1側に
接触バネ部を設けたタイプでも、振動子接触バネは図5
に示すような加振力分布を受けるため、接触バネ部1a
の固有振動数を高めることによる効果は、上記の各実施
例と同様である。
【0032】図9は、本発明による超音波モータの第4
実施例を示すロータの断面図である。
【0033】本実施例は、ロータの接触バネ部2aを、
基部2b、フランジ部2c、接触突起部2dから構成し
た点は第1実施例と同様であるが、これらの肉厚t1
2,t3 は、t1 >t3 >t2 の関係にある。そし
て、フランジ部2cと接触突起部2dの連結部の内側を
面取り加工により傾斜面5とし、接触バネ先端部の質量
を減らしている。
【0034】これにより、接触バネ部の固有振動数を高
めている。
【0035】なお、t1 =0.45mm,t2 =0.2
mm,t3 =0.3mm,L1 =1.0mm,L2
0.35mm,L2 =0.2mm,d1 =5.5mm,
2 =4.15mmとしている。
【0036】図10は本発明による超音波モータを駆動
源とする装置の概略図である。
【0037】a1 ,a2 は駆動用圧電素子、Sはセンサ
用圧電素子、b1 ,b2 は振動子構造体で、振動子構造
体b1 とb2 との間に圧電素子a1 ,a2 ,Sおよび電
極板を介装した状態でボルトCにより振動子構造体b
1 ,b2 を締結し、圧電素子を挟持固定した振動子が形
成される。
【0038】rはロータで、バネケースdを介して加圧
バネeにより振動子の駆動面に加圧接触する。fは外周
部に歯車部が形成された回転出力部材で、ベアリングg
に軸支されており、バネケースdと摩擦接触している。
したがって、ロータrと一体的に回転する。hは固定部
材で、ボルトCの先端部に固定され、ゴムシートiを介
装した状態でビスにより取り付部材jに固定される。
【0039】このように構成した超音波モータを駆動源
とする装置は、大歯車部54aと小歯車部54bを一体
的に有する歯車54における該大歯車54aに、回転出
力部材fの歯車部が噛合し、超音波モータの出力が取り
出される。
【0040】歯車54の小歯車部54bは、被駆動体、
例えばカメラのレンズ鏡筒55の外周部に形成された歯
車部55aと噛合し、超音波モータにより回転駆動され
る。一方、歯車54には、エンコーダスリット板56が
同軸的に取り付けられ、フォトカップラ57により回転
検出が行われる。
【0041】
【発明の効果】以上説明してきたように本発明によれ
ば、棒状超音波モータにおいて、接触バネ部の動特性
は、良好な接触状態を保つため重要であるが、その一条
件として、駆動周波数の2倍以上に接触バネの全固有振
動数をすることで、良好な接触状態が保たれ、モータ性
能は向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による超音波モータの第1実施例を示す
ロータの断面図。
【図2】従来の超音波モータのロータの断面図。
【図3】図2のロータを用いた時の、ロータ及び振動子
の接触部の振動波形。
【図4】ロータの接触バネ部の2次曲げ振動モードを示
す図。
【図5】加振力を示す波形図。
【図6】第1実施例のロータ及び振動子の接触部の振動
波形。
【図7】第2実施例を示すロータの断面図
【図8】第3実施例を示す超音波モータの概略断面図。
【図9】第4実施例を示すロータの断面図。
【図10】本発明による超音波モータを駆動源とする装
置の概略図。
【符号の説明】
1…振動子 1a…接触バネ部 2…ロータ本環 2a…接触バネ部 2b…基部 2c…フランジ部 2d…接触突起部 3…ロータ 4…耐摩耗樹脂層

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 棒状振動体に設けられた電気−機械エネ
    ルギー変換素子に電気信号を印加することによって、前
    記振動体の軸を含む異なる複数の平面内に、屈曲振動を
    励起させ、かつ各々の振動に時間的に所定の位相差を持
    たせることにより、前記振動体の表面に回転運動を生じ
    させ、前記振動体に圧接係合した移動体を摩擦駆動する
    超音波モータであって、該移動体では該振動体が接触バ
    ネを有するものに於て、該接触バネの固有振動モードの
    全てのモードの固有振動数が、駆動周波数の2倍より大
    きい事を特徴とする超音波モータ。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載した棒状超音波モータを
    含む装置に於て、振動子に押圧されて摩擦駆動される部
    材から駆動力を得る出力部材を有することを特徴とする
    装置。
JP4013823A 1992-01-29 1992-01-29 超音波モータ Pending JPH05211783A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP4013823A JPH05211783A (ja) 1992-01-29 1992-01-29 超音波モータ

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP4013823A JPH05211783A (ja) 1992-01-29 1992-01-29 超音波モータ

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH05211783A true JPH05211783A (ja) 1993-08-20

Family

ID=11843998

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP4013823A Pending JPH05211783A (ja) 1992-01-29 1992-01-29 超音波モータ

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH05211783A (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100523109B1 (ko) * 2001-01-22 2005-10-20 캐논 가부시끼가이샤 진동파구동장치
JP2014087151A (ja) * 2012-10-23 2014-05-12 Nikon Corp 振動アクチュエータ及び光学機器
JP2018186656A (ja) * 2017-04-26 2018-11-22 キヤノン株式会社 振動型アクチュエータ

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100523109B1 (ko) * 2001-01-22 2005-10-20 캐논 가부시끼가이샤 진동파구동장치
JP2014087151A (ja) * 2012-10-23 2014-05-12 Nikon Corp 振動アクチュエータ及び光学機器
JP2018186656A (ja) * 2017-04-26 2018-11-22 キヤノン株式会社 振動型アクチュエータ
US11165370B2 (en) 2017-04-26 2021-11-02 Canon Kabushiki Kaisha Vibration actuator

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5006746A (en) Travelling-wave motor
JP3107933B2 (ja) 振動波駆動装置および振動波駆動装置を備えた装置
JP2996477B2 (ja) 振動波駆動装置
JPS5937672B2 (ja) 超音波振動を利用した回転駆動装置
JP2803939B2 (ja) 振動波装置
EP0740353B1 (en) A vibriation wave driving apparatus and a vibration member
JP3205026B2 (ja) 振動波駆動装置および振動波駆動装置を有する装置
JPH099656A (ja) 超音波振動子および超音波モータ
JPH05211783A (ja) 超音波モータ
JP3107946B2 (ja) 振動波駆動装置
JP3167394B2 (ja) 振動波駆動装置および振動波駆動装置を有する装置
JPH06189567A (ja) 超音波モータ
JPS62213585A (ja) 振動波モ−タ
JP2001037265A (ja) 振動型駆動装置およびこれを用いた機器
JP2769151B2 (ja) 超音波モータ
JP3001956B2 (ja) 円板型超音波モータ
JP2003164171A (ja) 振動波駆動装置
JP2720037B2 (ja) 超音波モータ
JP2746578B2 (ja) 超音波モータ
JP3190073B2 (ja) 振動波モータおよび振動波モータを備えた装置
JP3179662B2 (ja) 超音波モータ及び超音波モータを有する装置
JPH07163165A (ja) 超音波モータ及び該モータを有する装置
JPH055838Y2 (ja)
JPH08298792A (ja) 振動波駆動装置
JP2754625B2 (ja) 振動アクチュエータ