JPS63140675A

JPS63140675A - モ−タ−

Info

Publication number: JPS63140675A
Application number: JP61286242A
Authority: JP
Inventors: Masahisa Tamura; 昌久田村; Ichiro Okumura; 一郎奥村
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1986-12-01
Filing date: 1986-12-01
Publication date: 1988-06-13
Anticipated expiration: 2013-03-11
Also published as: JP2725767B2

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］この発明は電磁力によらずに機械的動力を発生するモー
ターに関し、特に、カメラ等の小型のポータプル機器に
搭載するのに好適な小型且つ軽量なモーターに関するも
のである。

［発明の背景］広義のモーターである回転動力発生機には動力発生原理
によって種々のものかあるか、電磁力を利用して機械的
回転力を発生させる、いわゆる電気モーターか最も小型
で実用性が高いため、該電気モーターが狭義のモーター
として知られている。

電気モーター（すなわち、モーター）は近年の技術進歩
によって非常に小型化できるようになったため、カメラ
を初めとして種々の小型のポータプル機器にも小型のモ
ーターが搭載され、該モーターが該機器の性情の向上に
寄与している。

しかしながら、カメラ等に搭載されている小型のモータ
ーは高速回転はできるか低速回転で大トルクを発生する
ことはできないので減速機構が必要であり、従って、該
減速機構のために該モーターと該減速機構とを含めた動
力発生機構の体積がかなり大きくなってしまうという欠
点かあった。それ故、減速機構を必要とせず、低速で大
トルクを発生でき、しかも小型且つ軽量のモーターの開
発が望まれていた。

このような事情を背景として、近年、圧電素子を動力発
生源として利用しようとする試みか行われた結果、圧電
素子によって生ずる超音波振動を回転運動に変換させる
形式の超音波モーターが最近、開発されている。

この公知の超音波モーターは円環形のステータと、円環
形のローターと、を有しており、該ステータの端面に環
状に接着されている圧電素子によって該ステータの端面
に環状に弾性表面波を発生させ、これにより該ステータ
の端面に接している該ローターを回転させるように構成
されている。

この公知の超音波モーターは低速て大トルクを発生する
ことができるのて減速機構が不要となり、従って、カメ
ラ等の小型機器への搭載用モーターとして適しており、
また、形状か円環形であるため、カメラのオートフォー
カス用モーターとして好適ではあるか、この公知の超音
波モーターではステータに生じる振動か減衰しやすく、
振動減衰を生じさせぬようにステータを支持するのか難
かしい、という問題点があった。特に、カメラのように
外部から衝撃が加わる可能性のある機器においては、該
ステータの支持が困難になるという問題点かあった。

［発明の目的］この発明の目的は、前記の如き公知の超音波モーターに
存する問題点を排除した、新規な構造のモーターを提供
することであり、更に詳細には、振動減衰が起こらず、
ステータ支持の困難性もなく、また、軽壮且つ小型のモ
ーターを提供することである。

［発明のｉ要部この発明によるモーターは、ローターの軸線と平行に延
在する少くとも一木以上の振動棒を有し、該振動棒によ
って該ローターに回転運動を生じさせるように構成した
ことを特徴とするものである０本発明のモーターは振動
減衰の大きな環状ステータを有していないため、ステー
タの支持に関する困難性がなく、また、公知の超音波モ
ーターにくらべて効率（エネルギー利用効率）が高く且
つローター停止やローターの不正回転か生じる恐れかな
い。更に、本発明のモーターてはローターを回転させる
ための振動棒の占有空間が公知のａ音波モーターの環状
ステータの占有空間にくらべて小さくできるのて、カメ
ラ等の機器内における空間利用率を向上させることがで
きる。

［発明の実旙例］以下に図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図（ａ）は本発明のモーターの第１実施例における
要部縦断面図であり、第１図（ｂ）は第１図（ａ）の左
側面図である。

第１図において、■は段付き円環体として構成されたロ
ーターであり、該ローター１はそれ自身の軸線Ｚ０を中
心として回転しうるように不図示の構造部材に支持され
ている。ローター１の小直径部分の内周面には摩擦係数
が大きく且つ柔軟な被覆材１ａか接着等によって固定さ
れている。

ローターｌに回転運動を生じさせるための振動棒２かロ
ーター１の軸線と平行に配置され、該振動棒２の先端部
かローター１の小直径部分に挿入されるとともに該先端
部の上面か該小直径部分の被覆材１ａに近接するように
位置決めされている。

振動棒２は本実施例では方形の横断面形状を有した角棒
として構成され、該振動棒２の外周面は一対の水平面と
一対の鉛直面とによって構成されている。そして、該振
動棒２の先端部に円軌道もしくは楕円軌道の振動変位を
生じさせるための振動励起手段としての圧電素子３及び
４が該振動棒２の鉛直面と水平面とにそれぞれ接着され
ている。該圧Ｍｌ素子３及び４の接着位置は該振動棒２
の長手方向の中央位置であり、該振動棒２に生ずる振動
の腹となる位置に接着されている。

振動棒２の外周面には該振動棒２に生ずる振動の節とな
る位置に細い孔が貫設され、この細い孔に嵌合して該振
動棒２に固定された細い支持棒５及び６が振動棒２の鉛
直面と水平面からそれぞれ突出している。該支持棒５及
び６は鋼線であり、該支持棒５の両端は支持リング７に
固定され、該支持棒６の両端は支持リング８に固定され
ている。支持ソング７及び８は同一の内径寸法と同一の
外径寸法を有したリングであり、該支持リング７及び８
は円筒状の支持台１０の両端部のインロ一部に嵌入され
るとともに固定リング９で支持台１０に固定されている
。

支持台１０はばね１１によって不図示の静止部材上に弾
性的に支持されるとともに該ばね１１によって鉛直上向
きに附勢されている。従って、振動棒２もばね１１の力
によりローターｌの被覆材１ａに向って附勢されている
。

支持台１０の下面には３個の接続端子１２〜１４が設け
られており、該接続端子１２〜１４は制御回路に接続さ
れるようになっている。また、接続端子１２は圧電素子
３にリード線を介して接続され、接続端子１３は圧電素
子４にリード線を介して接続されている。なお、接続端
子１４は接地用端子であり、リード線によって振動棒２
Ｉ、：接続され、該振動棒２は該接続端子１４と支持台
１０及びばね１１を介して接地されている。

次に第２図を参照して振動棒２に生じる撮動と、該振動
を生じさせる原理と、該振動棒２の支持方法と、につい
て説明する。

第２図（ｂ）に示すように、振動棒２の中間部分の水平
面上に圧電素子４を固定し、該圧電素子４にたとえば正
極性の電圧を印加すると、振動棒２の水平面に下向きの
力が作用し、このため振動棒２は曲線Ｃ１のように弾性
変形する。

また、圧電素子４に負極性の電圧を印加すると、振動棒
２に上向きの力が作用して振動棒２は曲線Ｃ２のように
上向きに凸に弾性変形する。従って、圧電素子４に印加
する電圧の極性を変化させるたびに振動棒２は曲線ＣＩ
及びＣ２のように弾性変形して上下方向に振動するか、
振動棒２の中立線上には振動棒２か弾性変形しても全く
変位しない点Ｓ□及びＳ２か存在し、この点ＳＩ及びＳ
、はいわゆる振動の節となる。従って、この点Ｓ１及び
Ｓ２においては振動エネルギーか零となるので、この点
Ｓ、及びＳ２において振動棒２を固定（支持）しても振
動が減衰することはない。それ故、本発明のモーターで
は前記の支持棒５及び６を点Ｓユ及びＳ２において振動
棒２に固定しである。

圧電素子４と同じように圧電素子３に交番電圧を印加す
ることによって振動棒２は横方向にも振動するので、圧
電素子４によって生じる縦振動と圧電素子３によって生
じる横振動とか同時に振動棒２に加えられると、振動棒
２の端部は振９ｈ棒２の中心軸Ｚを中心としてｘｙ平面
内で円軌道を描くように振動する。圧電素子３と圧電素
子４に印加する電圧のレベルを変えることによって振動
棒２の先端部か描く振動軌跡を正円から楕円まて自在に
変化させることができる。さらに、位相をずらすことに
よって、楕円を傾けることかできるが、振動棒２の先端
に横長楕円軌道（すなわち、長径がＸ軸と平行である楕
円軌道）を描かせるように両圧電素子３及び４に対する
印加電圧のレベルおよび位相差を設定することか望まし
い。

第２図（Ｃ）は圧電素子３に印加する交番電圧ｖＩと圧
電素子４に印加する交番電圧ｖ２とを示した図であり、
第２図（ｄ）は圧電素子３に交番電圧Ｖ、を印加すると
同時に圧電素子４に交番電圧ｖ２を印加した時に振動棒
２の端部に生ずる楕円振動を示したものである。なお、
第２図（ｄ）に■〜■て表示した瞬時変位は第２図（ｃ
）に示すように圧電素子３及び４に印加する交番電圧ｖ
Ｉ及びｖ２の各時刻■〜■の瞬時電圧に対応している。

すなわち、第２図（Ｃ）で時刻■の時には圧電素子３に
印加される電圧ｖ１はｖ、＝０であり、圧電素子４に印
加される電圧ｖ２はＶ、＝Ｖ、であるから振動棒２の先
端はｙ軸に沿って上方に最大の変位をし、時刻■ではＶ
２　＝Ｏ，Ｖ、＝Ｖｎであるから振動棒２の先端は＋Ｘ
方向に最大の変位をする。そして、時刻■と時刻■の間
では振動棒２にＸ方向の曲げ応力とＸ方向の曲げ応力と
が同時に且つ互いに異なる大きさで作用するため、第２
図（ｄ）の如く、振動棒２の先端は楕円軌道を描きつつ
運動する。振動棒２の先端は第２図（ｄ）の運動軌跡に
おいて、■→■■→■の経路を動く途中でローター１の
内周面の被覆材１ａと接触してローター１に回転力を与
え、■及び■の位置と■→■→■の経路ではローター１
の被覆材ｌａから離れる。

第３図は振動棒２とローター１との相対的位置関係と、
振動棒２の運動を示した図である。

ｇｇ３図では振動棒２がローター１の内周面とは接触し
ていない位置にあるが、振動棒２か圧電素子３及び４に
よって振動されると、振動棒２の各点には図の矢印の如
き円軌道の振動乃至楕円軌道の振動か生じるため、その
円軌道乃至楕円軌道の上半部において振動棒２がロータ
ー１の内周面と接触し、ローター１は該振動棒２から円
周方向の力Ｆを受けて回転されることになる。

なお、振動棒２とローターｌとの接触面積を大きくする
ために、ローターｌの内周面に対向する振動棒２の外面
を水平面ではなく凸曲面に形成しておいてもよく、また
は、ローターと接触する角部を曲面に構成しておいても
よい、また、振動棒の数は一木だけでなく、数本を並列
に配置してもよい。

第４図は圧電素子３及び４を含む揚動励起手段の構成を
ブロック図として示したものである。

第４図において、１５はたとえばＡｓ１ｎωｔなる正弦
波電圧を発生する電源回路、１６は電源回路１５で生じ
た出力電圧Ａｓ１ｎωＬの位相を任意の値φだけずらす
ための位相器、１７及び１８は増幅度Ｂ１及びＢ２の増
幅器、である、圧電素子３は増幅器１７の出力端子に接
続されているのて圧電素子３にはｖ、＝ＡＢ。

ｓｉｎωＬなる電圧が印加され、圧電素子４は増幅器１
８の出力端子に接続されているので圧電素子４にはＶ＊
　＝ＡＢｔ　５ｉｎ（ωｔ−φ）なる電圧か印加される
。従って、圧電素子３と圧電素子４には互いにφだけ位
相のずれた電圧が印加されるので振動棒２の先端にはｘ
ｙ平面内において２輌（振動棒２の長手方向の軸線）を
中心とする円振動乃至楕円振動が生じる。（Ｂ０＝Ｂｔ
の場合φ＝　９０　Ｘ　（２ｎ−１）”　　（ｎ＝０．
±１．±２、±３・・・）では円振動、φ≠９０　ｘ　
（２ｎ−１）”では傾いた楕円振動となる。）なお、圧電素子３及び４に対する電圧印加手段をアナロ
グ回路で構成する場合を示したがディジタル回路で構成
してもよいことは当然である。また、圧電素子に対する
印加電圧の波形を正弦波に限る必要はなく１種々の波形
の電圧にすることもできる。

以上に説明した本発明のモータては、公知の超音波モー
ターの如き環状ステータを有していないため、振動減衰
が生じる恐れがなく、従って、高いエネルギー効率を得
ることができるとともに安定な回転か得られる。また、
環状スモータの如き振動減衰防止のためのステータ支持
に関する困難性がないので実用的であり。

種々の機器に容易に搭載することができる。

第５図は、ローターを駆動するための振動棒をローター
の外周側とローターの内周側とに設け、両振動棒によっ
てローターの円筒部分の内外周面を挟みつけつつロータ
ーを回転させるように構成した実施例である。

第５図において、２Ａはローターｌの小径部外周面に近
接して配置した第１のＪｒＲ動棒、２Ｂはローター１の
小径部内周面に近接して配置した第２の振動棒、４Ａは
振動棒２Ａに図において上下方向の振動を生じさせるた
めの第１の圧電素子、４Ｂは振動棒２Ｂに図において上
下方向の振動を生じさせるための第１の圧電素子、１９
は両振動棒２Ａ及び２Ｂをローターｌの小径部の内外周
面に近接させるように附勢しているばね、２０は両振動
棒２Ａ及び２Ｂを第１図の実施例とほぼ同じ方法で支持
している支持台、である、（なお、両振動棒２Ａ及び２
Ｂには第１図の実施例と同じく、２個ずつの圧電素子か
該振動棒の水平面と鉛直面とに接着されていることは当
然である。）第５図の実施例では、ローター１の円筒部分の外周面側
にも振動棒２Ａが近接して設けられているので、ロータ
ー１が半径方向に振動する恐れがなく、ローターの回転
が円滑になるとともに第１図の実施例よりも大きな駆動
トルクか得られる。

なお、第５図の実施例の場合、ローター１の外周側に配
ｌされた振動棒２Ａは他方の振動棒２Ｂの振動方向とは
逆向きに振動される。すなわち、第５図（ｂ）に示すよ
うに、振動棒２Ａには反時計回りの振動が励起され、振
動棒２Ｂには時計回りの振動が励起される。

以上に示した二つの実施例において、振動棒の形状や構
造は図示のものに限定されるものではなく１種々の形状
及び構造を採用できることは当然である。たとえば、振
動の振幅を大きくしたり、振動をより強いものにしたい
場合は振動棒の長さや買−儲を大きくする必要があるが
、振動棒の長さを長くするとモーターの全長が長くなる
という問題が生じるため、振動棒の長さを長くすること
なく振動を強くするには、第６図（ａ）に示すように、
両端に大質量部２１ａを具備した振動棒２１を使用する
とよい。

また、第５図の実施例のモーターに装備する振動棒とし
て、第６図（ｂ）に示すようにローターの内周面と外周
面とに係合しうる２個の振動棒２２Ａ及び２２Ｂをそれ
ぞれの一端側において一体化させた振動棒２２を使用す
ることもできる。なお、第６図（ｂ）において、２２ａ
は第１図の実施例の支持棒５に相当する支持棒であり、
該支持棒２２ａは振動棒２２に生ずる振動の節の位置に
設けであることは第１図の実施例と同じである。また、
ｐｓ図（ｂ）において、３Ａ及び３Ｂは圧電素子を示す
。

第７図は第５図に示した本発明のモーターを組込んて構
成された交換レンズ２３の概略縦断面図である。

第７図に示されるように、本発明のモーターではロータ
ー１を回転させるための振動棒アッセンブリーがロータ
ー１の円周の一部分にしか存在しないので、該モーター
を交換レンズに組込んだ場合、ヘリコイド環２３ａの外
側に大きな空き空間２３ｂか生じる。従って、この空き
空間２３ｂに制御回路等の電子装置を収容することかで
き、その結果、交換レンズ内の空間の利用率を高めるこ
とができる。

なお、図示実施例のモーターでは振動棒に交番曲げ荷重
を作用させる手段として圧電素子を使用しているか、小
覆であれば圧電素子以外の交番曲げ荷重発生手段を用い
てもよいことは明らかである。

［発明の効果］以上に説明したように、本発明のモーターでは、公知の
超音波モーターの如き環状ステータを宥していないため
振動減衰か生じる恐れかなく、従って、安定した回転が
得られるとともに高い効率を得ることかできる。また、
環状ステ−夕の如き支持に関する困難性かないので実用
的であり、８ｉりのａ器に容易に搭載することかできる
。更に、カメラの交換レンズにＢＲした場合は交換レン
ズ内に利用可能な空間を形成できるので交換レンズ内の
空間利用率を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明の第１実施例のモーターの要部縦
断面図、第１図（ｂ）は第１図（ａ）の左側面図、第２
図（ａ）及び第２図（ｂ）は第１図のモーターに装備さ
れている振動棒とその支持構造を説明するための図、第
２図（Ｃ）は該振動棒に取付けられている２個の圧電素
子に印加する電圧の波形を示した図、第２図（ｄ）は該
振動棒の先端に生ずる振動の軌跡を示した図、第３図は
該振動体の先端部とローターどの位置関係を示した図、
第４図は該振動棒に振動を生せしめるための振動励起手
段をブロック図として示した図、第５図（ａ）は本発明
の第二実施例のモーターの要部１ａ断面図、第５図（ｂ
）は第５図（ａ）を左側から見た場合の一部の正面図、
第６図（ａ）は第１図の実施例に示した振動棒に関する
変形実施例を示す斜視図、第６図（ｂ）は第５図に示し
た振動棒に関する変形実施例の斜視図、第７図は第５図
の実施例のモーターを組込んて構成された交換レンズの
縦断面図である。１・・・ローター　　　　　１ａ・・・被覆材２．２Ａ
、２Ｂ、２１．２２・・・振動棒３．３Ａ、３Ｂ、・・
・圧電素子４．４Ａ、４Ｂ、・・・圧電素子５．６，２２ａ・・・支持棒７．８・・・支持リング　　９・・・固定リンクｔｏ、
２０・・・支持台　　１１・・・ばね１２〜１４・・・
接続端子　１５・・・電源回路１６・・・位相器　　　
　　１７．１８・・・増幅器１９・・・ばね　　　　　
　２３・・・交換レンズ２３ａ・・・ヘリコイド環図　　　　　（ｂ） ↓ 図（ｂ）第３図 □ 第５図よ第６図（（１）（ｂ）第７図／ｊｂ手続補正書１、事件の表示昭和６１年特許順第ｚｇｂ詳２号事件との関係　　出　願　人４、代理人住　所　　東京都千代田区九の内２丁目６番２号丸の内
へ重洲とル３３０８、補正の内容　　別紙のとおり補　　　　　正　　　　　書本願明細書中下記事項を補正致します。記１、特許請求の範囲を別紙の如（訂正する。２、第４頁９〜１０行目に「該ステータの端面に環状に弾性表面波を発生させ、」
とあるを「該ステータに進行性弾性屈曲波を発生させ、」と訂正
する。３、第４頁下から２〜１行目に［ステータに生じる振動が減衰しやすく、」とあるを「ステータに生じる振動に節が無いため、振ＴＪＪＪ−
減衰を生じさせぬようにステータを支持するのが難しい
、」と訂正する。４、第５頁９〜１０行目に「振動減衰が起こらず、ステータ支持の困難性もなく、
」とあるを「振動減衰を起こさずにステータを支持する困難性もな
く、」と訂正する。５　第９頁１１〜１２行目に「振動棒２の水平面に下向きの力が作用し、」とあるを「該圧電素子は、該振動棒の中心軸方向（長手方向）に
縮もうとする力が作用し、」と訂正すす。６、第９頁１５行目に「上向きの力が作用して」とあるを「同様に圧電素子が長手方向に伸びようとする力が作用
して」と訂正する。７、第１１頁１０〜１１行目に「なお、第２図（ｄ）　　に」とあるを「なお、圧電素
子の性質として、振動子か共振状態にある場合、交番変
位は交番電圧よりも９０°位相が遅れることになるもの
てあり、この場合、第２図（ｄ）に」と訂正する。８、第１１頁１４行目にｒ対応している。」とあるを「対応することになる。」と訂正する。９、第１１頁下から３行目にｒｙ軸に沿って上方に」とあるを「Ｘ軸に沿って一方向に」と訂正する。１０、第１１頁最下行に「先端は＋Ｘ方向に」とあるを「先端は＋ｙ力方向」と訂正する。１１、第１２頁６行目に「■−■■−■」とあるを「■−■−■」と訂正する。１２、第１２頁８行目に「■及び■」とあるを「■及び■」と訂正する。１３、第１２頁９行目に「■−■−■」と訂正する。「■−■−〇、■」と訂正する。特許請求の範囲１　円筒部分を有しているローターと、該ローターの軸
線と平行に延在して静止部材に係止されるとともに先端
部周面を該円筒部分の周面に近接されている少なくとも
一本以上の振動棒と、該ローターの軸線と直交する平面
内で該振動棒の先端に円振動乃至楕円振動を生じさせる
振動励起手段と、を有して成るモーター。２　円筒部分を有しているローターと、該ローターも軸
線と平行に延在して静止部材に係止されるとともに先端
部周面を該円筒部分の周面に近接されている少なくとも
一本以上の第１の振ａ棒と、該ローターの軸線と平行に
延在して静止部材に係止されるとともに先端部周面を該
円筒部分の周面に近接されている少なくとも一本以上の
第２の振動棒と、該ローターの軸線と直交する平面内で
該各振動棒の先端に楕円振動を生じさせる振動励起手段
と、を有して成るモーター。３　特許請求の範囲第１項及び第２項において、各振カ
棒は該円筒部分の周面に対する接平面と平行な第１面を
有するとともに該第１面と直交する第２面を有しており
、該振動励起手段が、該第１面及び第２面に取付られた
圧電素子と、該圧電素子に電気的に接続された振動電圧
印加手段と、を有していることを特徴とするモーター。

Claims

【特許請求の範囲】

１．円筒部分を有しているローターと、該ローターの軸
線と平行に延在して静止部材に係止されるとともに先端
部周面を該円筒部分の内周面に近接されている少くとも
一本以上の振動棒と、該ローターの軸線と直交する平面
内で該振動棒の先端に円振動乃至楕円振動を生じさせる
振動励起手段と、を有して成るモーター。
２．円筒部分を有しているローターと、該ローターの軸
線と平行に延在して静止部材に係止されるとともに先端
部周面を該円筒部分の内周面に近接されている少くとも
一本以上の第１の振動棒と、該ローターの軸線と平行に
延在して静止部材に係止されるとともに先端部周面を該
円筒部分の内周面に近接されている少くとも一本以上の
第２の振動棒と、該ローターの軸線と直交する平面内で
該各振動棒の先端に楕円振動を生じさせる振動励起手段と、を有して成るモーター。
３．特許請求の範囲第１項及び第２項において、各振動
棒は該円筒部分の周面に対する接平面と平行な第１面を
有するとともに該第１面と直交する第２面を有しており
、該振動励起手段が、該第１面及び該第２面に取付けら
れた圧電素子と、該圧電素子に電気的に接続された振動
電圧印加手段と、を有していることを特徴とするモータ
ー。