JPS63262068A

JPS63262068A - 振動波モ−ター

Info

Publication number: JPS63262068A
Application number: JP62092415A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Tsukimoto; 貴之月本
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1987-04-15
Filing date: 1987-04-15
Publication date: 1988-10-28

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］本発明は棒状振動体に生ぜしめた振動変位方向の異る定
在波振動によフて長さ方向と垂直な断面で該棒状振動体
に回転運動を起こさせることによって、該振動体に加圧
接触した回転体を駆動する振動波モータに関する。

［発明の背景］従来、超音波振動子により弾性体表面に横波と縦波との
合成された進行波を生ぜしめ、これを該弾性体に加圧接
触せしめられた８′＃Ｊ体の回転運動または一方向運動
に変換する事によりモーターを構成することが提案され
ている（特開昭５８−１４８６８２号公報）。

このようなそ−ターは部品点数が比較的少ないので小型
化、軽量化が可能となる。しかしながら、このモーター
は進行波を用いているため振動波を循環させる構造を持
つことが必須であるため、未だ十分な小型化及び軽量化
を実現することができない。また、横波と縦波は独立で
ないため、駆動速度を大きくするために縦波の振幅を増
すと横波の振幅も増え、騒音が生ずる欠点があり、また
、縦波を小さくすると横波も小さくなり移動体を十分に
駆動できなくなるなどの欠点があった。

［発明の目的コ本発明は以上の如き従来技術に鑑み、小型で軽量かつ、
モータ制御性に優れた振動波モーターを提供することを
目的とする。

［発明の概要］本発明の振動波そ一ターは、交流付勢される電気−機械
エネルギー変換素子を接合された棒状振動体にこれと直
交する二方向に変位する二つの定在振動波を励起させ、
以って該定在振動波の合成として該棒状振動体の長さ方
向と垂直な断面内での、しかも該棒状振動体の長さ方向
中央部を境とした左右両部分において互に逆回転方向で
あるような、該棒状振動体の質点の回転運動を発生する
様に構成された棒状振動体、および、直径を該棒状振動
体と平行にして該棒状振動体に押圧接触せしめられた円
盤状回転体を備えてなることを特徴とする。

［発明の実施例］第１図は本発明による振動波モーターの一実施例の概略
部分斜視図であり、第２図はその角棒状の振動体２の概
略側面図である。図中、１は円盤状の回転体で、樹脂・
金属等でできている。ただし振動体２と接する部分は、
アルマイトなどの耐摩耗材でできている。２は角棒状の
振動体であって、金属など振動減衰の小さい材料、例え
ばアルミ合金、銅合金、鉄合金などでできている。ただ
し、回転体１との接触部分は超鋼など、回転体１に比べ
て、さらに耐摩耗性が良いもので作られ、高い硬度を表
面に付与されている。なお、回転体１と振動体２の両者
の組み合わせでは、相互の摩擦係数が大きく、温度に対
してその変動の小さなものが望ましい。

したがってアスベストゴムなどのブレーキ材やクラッチ
材も上記条件を満たすものは好適に用いられる。

３．３°、４．４’は電気−機械エネルギー変換素子で
あって、圧電素子の一種であるＰＺＴが好適に用いられ
る。したがって電気−機械エネルギー変換素子３，３°
、４，４°を以下ＰＺＴと称する。ＰＺＴ　３および３
°は振動体２の下面に、ＰＺＴ４および４°は振動体２
の側面に接合される。以下、これらのＰＺＴの接合され
た振動体２を振動子と称する。

ＰＺＴ３，３°、４．４’には各々適当な位相関係を持
つ交流電圧６．６°、７，７°が印加される。

たとえば、各ＰＺＴの分極方向を全て振動体２との接着
面の方向にしておくと、交流電圧の角振動数をω＝２π
ｆとすれば、印加する交流電圧６及び６°はＶＹ＝Ｖ、
　５ｉｎａ＋ｔ　、交流電圧７はｌ／ｘ＝Ｖ２ｓｉｎ（
ωｔ＋２／π）、交流電圧７゛はｖｘ’　＝Ｖ２ｓｉｎ
（ωｔ−２／π）とする。支持体５で棒状振動体２の中
央部を支持し、上記交流電圧を印加して、振動体２に屈
曲定在波の低次モード振動を励起すれば第３図のような
振動が起きる。

この場合、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向は第２図図示のようにとる。

周波数ｆは振動子の厚み方向および幅方向の固有振動数
に一致させる。この場合、振動子の厚み方向および幅方
向の各固有振動数を一致させるよう振動子の断面形状を
設計する。

第３図（ａ）　、　（ｂ）に夫々示すように振動子の一
端でｘ　＝　ａ　ｓｉｎ　ωｔ　、　ｙ　＝ｘ　ｂ　ｃ
ｏｓ　ωｔなる振動がＸ方向、Ｙ方向に励起されれば、
該一端においてＺ軸に垂直な面内で振動子は（ｘ／ａ）
２＋（ｙ／ｂ）２＝１なる楕円に沿フた回転運動を行う
。振動子の他端部ではＸ方向振動が時間的に位相だたけ
ずれているため、逆回転の楕円運動が生じる。したがっ
て振動子上に抑圧接触された回転体１は、理想的にはａ
ωなる周速度で回転される。

なお、第４図に示すように振動体２の振動の腹部つまり
振動体２の両端部と接触する回転子１の部分に突起８を
設けておけば、振動子は送り速度の異なる回転子１の他
の部分と接触しないため効率がよくなる。同様の理由で
第５図に示すように振動子側に突起８°を設けておいて
もよい。

以上よりわかるとおり、回転子１の回転数は振動体２の
Ｙ方向振幅が最大になったとき、つまり回転子と接触し
たときの振動体２のＸ方向の振動速度に依存するため、
該Ｙ方向振幅が最大となったときの該Ｘ方向振幅を加減
すること、つまりＰＺＴ　　（この例の場合４および４
゛）にかける交流電圧７および７゛の値を加減すること
により、又はＸ方向、Ｙ方向振幅の位相差を加減するこ
と、つまり交流電圧６及び６゛と交流電圧７と交流電圧
７゛の位相差を変えることにより、回転子１の回転数は
制御できる。

又、屈曲定在振動波を組み合わせた例として第６図（ａ
）　、　（ｂ）に示す様な振動モードを励起してもよく
、又、２次モード、３次モードなどを組み合わせてもよ
い。この場合、振動体２と回転体１との接触点数が増す
ような設計を行えば、トルク向上に有利となる。

尚、Ｘ方向周波数ＦＸ、　Ｙ方向周波数ＦＹとして前説
明ではＦＸ＝ＦＹとしたが、Ｆ×＝ｍＦＹ（ｍは整数）
としても回転子を回すことができる。ｍ＝２の場合、長
さ方向に垂直な断面での振動の運動軌跡は８字型になる
。

第３図、第６図の例ではＸ方向振動、Ｙ方向振動ともに
屈曲振動波を利用したが、振動子の断面形状や寸法によ
っては回転子の送り方向の振動つまり前例のＸ方向振動
には、棒のねじれ振動を利用したほうが有利な場合もあ
り、この場合も振動体長さ方向に垂直な断面が回転運動
を行うため本発明の範囲に含まれる。

又、振動波モータの効率を考えた場合、振動体の支持は
重要な要素であるが、たとえば特開昭５８−１４８６８
２号公報に記載のタイプのモーターでは、振動波は進行
波であり、節の位置が時間とともに変化するため節での
支持は困難で、フェルトなどの吸撮材にて支持をしてい
るためエネルギーロスが大きかった。本発明では、各々
の撮動定在波の節位置を一致させ、この節位置（第３図
、第６図の例では振動体２の中央部）で振動体２を支持
することにより、容易にエネルギーロスの少ない節部支
持が可能となる。

振動子と、回転体との接触部構造に関しては、回転体に
はＹ方向振動も加えられるため、振幅が大きくなると回
転体が振動し、騒音の発生原因となる。したがってこの
方向の振動を回転体本体に伝えないために回転体１の振
動体との接触部にＹ方向にバネ性をもたせた例が第７図
及び第８図である各々回転体の断面図である。第７図の
例では回転体１に構造的にバネ性を与え、第８図の例で
は回転体１に接合した９に示されるバネ性を有する材質
（たとえばゴム）の上に１０に示される金属などででき
たリングを接合している。ただし、いずれの場合にも周
方向には高い剛性を持たせる。その理由は、周方向は回
転体駆動力が作用する方向であるから、適当な剛性を持
たせねばモーターの停止精度や立ち上がり精度などが著
しく悪くなるからである。

回転体の駆動力は振動子への加圧による摩擦力により得
られるが、この加圧をたとえば回転子、振動体を強磁性
体、永久磁石などにするなど磁力により行えば、加圧バ
ネなどが不要になり、よりコンパクトになる。

なお、棒状振動体２は複数本を平行に配置したもの、又
は放射状に設けたものとし、これらに円盤状回転体１を
押圧接触させた実施例も可能である。

［発明の効果コ本発明の振動波モーターにおいては、棒状の振動体に互
に直交する方向に変位する複数の定在振動波を励起させ
、その合成された振動により振動体の長さ方向に垂直な
断面において該振動体の質点を回転運動させ、該棒状振
動体に押圧された回転体を摩擦駆動するので、モーター
の小型、軽量化が可能であり、また上記質点の回転運動
の縦方向および横方向の振動は互に独立に与えられるた
め、モーターの制御性に優れ、騒音の発生も少くするこ
とができ、また振動体の節位置での支持が容易であって
エネルギーロスが少いという利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の振動波モーターの実施例の概略を示す
斜視図、第２図はその振動子側面図、第３図（ａ）　、
　（ｂ）は振動子の振動状態を示す図、第４図は本発明
における回転体の他の実施例を示す斜視図、第５図は本
発明における振動子の他の実施例を示す側面図、第６図
（ａ）　、　（ｂ）は本発明の他の実施例における振動
子の振動状態を示す図、第７図、第８図は本発明におけ
る回転体の他の実施例を夫々示す側面図である。１・・・回転体　　　　　２・・・振動体３．３°、４
，４°・・・電気−機械エネルギー変換素子（ＰＺＴ）５・・・支持棒６．６°、７，７°・・・交流電圧源８．８°・・・突起９・・・ダンパー（ゴム、フェルト等）１０・・・接触
部材第１図第６図第７図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）交流付勢される電気−機械エネルギー変換素子を
接合された棒状振動体にこれと直交する二方向に変位す
る二つの定在振動波を励起させ、以って該定在振動波の
合成として該棒状振動体の長さ方向と垂直な断面内での
、しかも該棒状振動体の長さ方向中央部を境とした左右
両部分において互に逆回転方向であるような、該棒状振
動体の質点の回転運動を発生する様に構成された棒状振
動体、および、直径を該棒状振動体と平行にして該棒状
振動体に押圧接触せしめられた円盤状回転体を備えてな
ることを特徴とする振動波モーター。
（２）上記の励起せしめる二つの定在振動波が屈曲定在
振動波であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載の振動波モーター。
（３）上記の励起せしめる二つの定在振動波が屈曲定在
振動波とねじれ振動であることを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載の振動波モーター。
（４）上記の励起せしめる定在振動波の１つ又は複数の
節位置を一致させ、該節位置で棒状振動体を支持したこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の振動波モー
ター。
（５）棒状振動体を複数平行又は放射状に設けたことを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載の振動波モーター
。
（６）棒状振動体の振動腹部付近に突起を設けたことを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載の振動波モーター
。
（７）棒状振動体の振動腹部位置と接触する位置付近に
て回転体側に突起を設けたことを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載の振動波モーター。
（８）回転体の上記突起部がバネ性を有し、かつそのば
ね性は回転体の周方向には硬く、厚み方向（周および半
径方向に垂直な方向）には軟らかいことを特徴とする特
許請求の範囲第１項記載の振動波モーター。
（９）前記電気−機械エネルギー変換素子に印加する交
流電圧又はその位相を変えることによりモーター回転数
を制御する特許請求の範囲第１項記載の振動波モーター
。
（１０）棒状振動体と回転体の押圧接触を磁力により行
なうことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の振動
波モーター。