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JPH07115782A - 振動波駆動装置 - Google Patents

振動波駆動装置

Info

Publication number
JPH07115782A
JPH07115782A JP5255663A JP25566393A JPH07115782A JP H07115782 A JPH07115782 A JP H07115782A JP 5255663 A JP5255663 A JP 5255663A JP 25566393 A JP25566393 A JP 25566393A JP H07115782 A JPH07115782 A JP H07115782A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
vibrating body
vibrator
conversion element
energy conversion
wave
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
JP5255663A
Other languages
English (en)
Inventor
Kosuke Fujimoto
幸輔 藤本
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 JP5255663A priority Critical patent/JPH07115782A/ja
Priority to DE69410734T priority patent/DE69410734T2/de
Priority to EP94307485A priority patent/EP0649216B1/en
Publication of JPH07115782A publication Critical patent/JPH07115782A/ja
Priority to US08/749,624 priority patent/US5798598A/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02NELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/10Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
    • H02N2/16Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors using travelling waves, i.e. Rayleigh surface waves
    • H02N2/163Motors with ring stator

Landscapes

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

Abstract

(57)【要約】 【目的】 リング状の振動子を有する超音波モータ等の
振動波駆動装置において、振動体に形成された変位拡大
用の溝部と圧電素子の電極部間の未電極処理部との位置
関係を特定することで、圧電素子の破壊を防止する。 【構成】 リング形状の振動体2の片面側に圧電素子1
を接合すると共に、該振動体2の他面側に径方向に沿っ
て多数の溝部3を形成した振動子を有し、該圧電素子1
に位相差を有する交流電圧を印加することにより、該振
動体2の他面側に例えば波数7の進行波を形成し、この
進行波により該振動体2の他面側に加圧接触する部材と
該振動子とを相対的に摩擦駆動する振動波駆動装置にお
いて、該圧電素子1に形成された電極部1a間の未電極
部1bと該振動体2に形成された溝部3とを周方向にお
いて不一致とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、振動体に発生させた進
行性振動波により移動体を摩擦駆動するいわゆる振動波
モータに代表される振動波駆動装置に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】振動波モータ、特にリング状の振動体等
で構成された振動子を有する振動波モータにおいて、弾
性材製の振動体に、群内では1/2波長のピッチで交互
に逆極性に、かつ、群間には1/4波長のずれがあるよ
うに配列された電気−機械エネルギー変換素子(例えば
圧電素子、磁歪素子など。以下、圧電素子で代表する)
の二群を接合固着し、これら圧電素子の二群(以下A
相、B相という)に約90度の時間的位相差を有する交
流電圧を印加して上記振動体に進行性振動波を発生さ
せ、これにより、該振動体に加圧接触している移動体を
摩擦駆動するように構成されたものである。この振動波
モータにおいては、上記の圧電素子群に上記交流電圧を
印加し、振動体を共振させると、移動体に接する振動体
画の各質点は回転楕円運動をし、この回転楕円運動によ
り移動体は摩擦駆動される。この回転楕円運動の振動体
周方向の回転半径は振動体の中立面(曲げ応力のかから
ない面)から前記振動体表面の質点までの距離に比例す
る。この距離が大きいほど同一振幅での駆動速度は大き
い。従って、同一振幅で駆動速度を上げ効率を増すため
に、振動体の移動体側表面に振動波の進行方向と直角の
溝を刻むことにより、振動体の中立面から移動体側表面
までの距離を拡大した、いわゆる溝入り振動波モータが
知られている。
【0003】しかしながら、この溝入り振動波モータで
は溝を入れた部分が溝を入れていない部分(以下、突起
と称する)に比較して断面二次モーメントが小さく曲げ
剛性が小さいため、周方向に剛性が一様でない。そのた
め振動体に定在波を励起した場合、突起が振動の腹に位
置するかあるいは節に位置するかによって振動振幅に部
分的な差が生じる。これに対し、特開昭62−1935
69号に記載される通り、図6のように、圧電素子1が
接合された振動体2に励起される2つの定在波の腹の位
置を避け、進行波の1波長あたりに4の整数倍個の突起
3を配置することによって各定在波の励起を妨げること
なく一様な進行波を作り出すことができる。
【0004】
【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、一
枚の圧電素子に複数の分極処理を施して圧電素子群を構
成する場合、分極処理時に圧電素子の分極部分(電極部
分)に生ずる変形により、圧電素子の分極部分と未分極
との境界部分に内部応力が生じ、これが局部的な圧電セ
ラミックの空孔の増加やクラックの原因となり、結果と
して破断限界を低下させている。さらに溝入りの振動体
では振動時の溝部の曲げ変形が突起部に比べて大きくな
っているため、溝部分で圧電素子の応力が最大となる。
ゆえに圧電素子群に1枚の圧電セラミックに複数の分極
処理を施したものを用いる場合、図6に示した上記従来
例の突起3の配置では最大応力を発生している溝部下面
に圧電素子の最も強度が小さい部分を位置させる結果と
なり、厚み方向と直交する方向に伸縮する圧電素子の引
張破壊を早め、移動体速度を大きくするに充分な振動振
幅が得られないという欠点があった。
【0005】本発明の目的は、このような従来の問題を
解決し、圧電素子等の電気−機械エネルギー変換素子の
破壊を防止し、充分な振動振幅が得られる振動波駆動装
置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段及び作用】本発明の目的を
実現する構成は特許請求の範囲に記載の通りであり、具
体的には、圧電素子の最も強度の低い分極部と未分極部
の境界を、曲げ変形の大きい溝下部分を避けて配置する
ことによって圧電素子の破断限界振幅を上げ、移動体速
度をさらに増大させることを可能にしたものである。
【0007】
【実施例】図1〜図3は本発明の第1の実施例を示す。
【0008】図1に於て、1はリング状の圧電体、2は
全周に半径方向の溝3が刻まれた弾性体よりなるリング
状振動体であり、両者は接着剤などで接合されている。
圧電体は下面より見て図2に示すように切れ間1bで区
画された多数の電極1aを有し、各電極1aは波長λに
対しλ/2の周方向長を有する。これら電極1aは図示
の如く二群(A相、B相)をなし、これらA相、B相の
間にはλ/4のずれ(λ/4の長さで分極処理された部
分1cを隔てて配置されている)がある。各電極区画に
おいて圧電体1は図示の+,−で示す分極方向に分極処
理されている。A相、B相の二群の電極に互いに位相が
90°ずれた交流電圧を印加すると、振動体2にはその
周方向に進む波長λの曲げ進行波が生ずる。これによ
り、振動体2に接触されたリング状の移動体(不図示)
が摩擦駆動される。振動体2の周長は波長λの整数倍
(k倍)になっており、図2の場合、k=7である。k
を振動波モータの波数という。
【0009】振動体2は溝3の部分では断面2次モーメ
ントが小さく、剛性も低い。したがって振動体に曲げ進
行波が生ずると、振動体の溝を入れた部分の曲げ変形は
突起部分に比べて大きくなり、溝3を入れた部分の圧電
体1の下表面に生ずる歪みが他の部位に比べて大きくな
る。また圧電体1は、分極処理を施す過程で、分極、未
分極部位の境界部分に内部応力が発生するため、これに
よる空孔、クラックの増加が生じている。
【0010】図3は振動体2の側面部分図である。電極
1aの周長λ/2あたりに溝が整数個配置されるように
溝数N=2mkとし、λ/4の周長を有する電極1cの
中心を突起の中心に位置させると、各電極の切れ間1b
の中心と溝3の中心とのずれ量はすべて等しくなる。こ
こではm=3,k=7、溝数を42として上記のずれ量
が充分大きくなるように溝幅を設定することにより、圧
電体の最も強度が弱い分極部分と未分極部分の境界位置
を圧電体に発生する曲げ応力が小さい振動体の突起部分
の下面に位置させ、圧電体の破断限界振幅の低下を避け
ることを可能にしている。
【0011】図4は、k=7,N=28とした場合の斜
視図である。本実施例では電極の切れ間の周方向幅が突
起の周方向幅に比べて十分小さい場合に電極の切れ間の
中心を突起の中央に位置させることにより、分極部と未
分極部の境界部分を突起の下に位置させるようにしたも
のである。
【0012】図5は、N=4mkとし、電極の切れ間1
bの間隔を溝の周方向間隔の整数倍として、電極の周方
向の両端を突起の中央下部分に一致させたものである。
ここではN=4kとし、電極の切れ間1bの間隔を溝の
間隔と等しくしてある。振動体の波数kに対して溝数が
多く、突起の周方向幅が狭い場合に有効である。
【0013】なお、本発明はリング状振動体に限らず、
円板状振動体、棒状振動体に於いても適用できる。
【0014】
【発明の効果】以上説明したように、本発明では圧電素
子等の電気−機械エネルギー変換素子の分極部分、未分
極部分の境界部分を溝部分を避けて突起部分の下に位置
させることにより、例えば圧電素子を厚み方向と直交す
る方向に伸縮させる場合の引張り破壊振幅を増大させ、
移動体速度を増大させる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1の振動体の斜視図。
【図2】図1の振動体を下面より見た圧電体の電極の配
置図。
【図3】実施例1における振動体の部分側面図。
【図4】実施例2の振動体の斜視図。
【図5】実施例3の溝と電極の配置を示す振動体の側面
部分図。
【図6】従来の溝と電極の配置を示す振動体の側面部分
図。
【符号の説明】
1…リング状の圧電体 1a…λ/2の周長を有する電極(分極部分) 1b…電極1aの切れ間(未分極部分) 1c…λ/4の周長を有する電極 2…リング状振
動体 3…溝部 4…電極1aへ
給電するリード線

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 振動体の片面側に電気−機械エネルギー
    変換素子を接合すると共に、該振動体の他面側に径方向
    に沿って多数の溝部を等ピッチに形成した振動子を有
    し、該電気−機械エネルギー変換素子に位相差を有する
    交流電圧を印加することにより、該振動体の他面側に進
    行波を形成し、この進行波により該振動体の他面側に加
    圧接触する部材と該振動子とを相対的に摩擦駆動する振
    動波駆動装置において、 該電気−機械エネルギー変換素子に形成された各電極間
    の周方向の両端と該振動体に形成された溝部とを周方向
    において不一致としたことを特徴とする振動波駆動装
    置。
  2. 【請求項2】 請求項1において、電気−機械エネルギ
    ー変換素子は、群間では1/4波長の位置的位相差を有
    すると共に、群内では1/2波長の間隔で未分極部を挟
    んで極性が逆の分極処理が施された電極からなる駆動相
    を2群有し、進行波の波数kと振動体の溝部の数Nと
    は、N=4mk(mは自然数)の関係を有していて、該
    隣接する電極の中間を該振動体の溝部により形成された
    突起の周方向中央に一致させたことを特徴とする振動波
    駆動装置。
  3. 【請求項3】 請求項1において、電気−機械エネルギ
    ー変換素子は、群間では1/4波長の位置的位相差を有
    すると共に、群内では1/2波長の間隔で未分極部を挟
    んで極性が逆の分極処理が施された電極からなる駆動相
    を2群有し、進行波の波数kと振動体の溝部の数Nと
    は、N=4mk(mは自然数)の関係を有していて、該
    電極の両端を該振動体の溝部により形成された突起の周
    方向中央に一致させたことを特徴とする振動波駆動装
    置。
JP5255663A 1993-10-13 1993-10-13 振動波駆動装置 Pending JPH07115782A (ja)

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DE69410734T DE69410734T2 (de) 1993-10-13 1994-10-12 Vibrationsangetriebene Anordnung
EP94307485A EP0649216B1 (en) 1993-10-13 1994-10-12 A vibration driven device
US08/749,624 US5798598A (en) 1993-10-13 1996-11-18 Vibration driven device

Applications Claiming Priority (1)

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EP (1) EP0649216B1 (ja)
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DE (1) DE69410734T2 (ja)

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