JP2874762B2

JP2874762B2 - モータ駆動装置

Info

Publication number: JP2874762B2
Application number: JP1142339A
Authority: JP
Inventors: 淳玉井
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1989-06-05
Filing date: 1989-06-05
Publication date: 1999-03-24
Anticipated expiration: 2014-03-24
Also published as: KR0129769B1; US5548175A; DE69033630D1; EP0401762A2; DE69025984D1; EP0665636A1; KR950013402B1; DE69033630T2; DE69025984T2; JPH0311981A; US5600196A; EP0401762A3; EP0665636B1; KR910002095A; EP0401762B1

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、振動の合成により振動子に励起される円運
動を利用し、振動子と同軸的に配置される移動部材を摩
擦駆動により回転させるモータ駆動装置に関するもので
ある。

［従来の技術］従来、この種の振動子としては、例えば特開昭62−14
1980号、特開昭63−214381号がある。

このような振動子は、第10図に示すように、根本部の
外径が先端部に向け漸減するホーン形状を有した金属丸
棒からなる振動体100と、振動子100の大径部と同径の外
径を有する円環形状の金属からなる押え体101との間
に、円環形状に形成した２つの電歪素子板102,103を配
置して、ボルト104により押え体101を振動子100に固定
し、電歪素子板102,103を圧接保持したものである。電
歪素子板102,103は片面側に互いに分極方向が異なる２
つの電極が対称に分割形成されると共に、他面側に共通
電極が形成され、夫々90゜の位置的位相を有して分割電
極側を前側にして配置されている。また、電歪素子板10
2,103の間には、後側の電歪素子板103の各分割電極及び
前側の電歪素子板102の共通電極と接触する電極板105,1
06が配置され、前側の電歪素子板102の分割電極は振動
子100と、後側の電歪素子103の共通電極は共通電極板10
6と夫々接触している。

そして、上側の電歪素子板102と下側の電歪素子板103
に振幅及び周波数が共に等しい交流電圧を時間的に位相
差を有して印加することにより、振動子に電歪素子板10
2の振動と電歪素子板103の振動の合成した振動を発生さ
せ、振動子の先端を円運動させるようにしている。

第11図はこのような振動子を駆動源としたモータで、
振動子の先端を円板108の表面側に圧接し、振動子の先
端の円運動により円板108を摩擦駆動して、円板108の中
心に固定した回転軸109から回転力を出力する。

［発明が解決しようとする課題］ところで、このような振動子を利用したモータは、振
動子の先端部の動きを利用しているが、本発明者の実験
では振動子の先端部の回転トルクが弱く、被駆動体であ
る円板に充分な駆動トルクを与えることができない難点
がある。

また、このような振動子は先端部のみが振動するので
はなく、全体が一つ振動系を構成することから、できる
だけ振動の影響を受けることなく振動子を支持する必要
がある。

本発明の目的は、振動子に充分なトルクを与えて効率
よく回転力を取り出せ、また振動子の振動の影響を極力
受けることなく振動子を支持できるモータを提供するこ
とにある。

［課題を解決するための手段］本発明の目的を実現する第１の構成は、軸方向に変位
する電気−機械エネルギー変換手段をその変位方向両側
を、小径の軸部と大径の軸部との間にホーン形状のホー
ン部を有する振動体における該大径の軸部の端面と、押
え体と、により挟持固定した振動子と、該振動子のホー
ン部を取り囲む内周壁面を有する該振動子と同軸的に配
置される移動部材とを備え、該振動子は、該電気−機械
エネルギー変換手段への時間的位相の異なる交番信号の
印加により、合成された振動にて少なくともホーン部が
振動の腹の位置として軸心と直角な平面において円運動
をし、該移動部材の内周壁面との摩擦接触により前記移
動部材を回転させ、かつ振動の腹の位置を固定部材に対
する支持位置としていることを特徴とするモータ駆動装
置にある。

本発明の目的を実現する第２の構成は、上記した第１
の構成において、前記移動部材は、前記振動子に対して
付勢手段により圧接されていることを特徴とするモータ
駆動装置にある。

本発明の目的を実現する第３の構成は、軸方向に変位
する電気−機械エネルギー変換手段をその変位方向両側
を、小径の軸部と大径の軸部との間にホーン形状のホー
ン部を有する振動体における該大径の軸部の端面と、押
え体と、により挟持固定した振動子を、その小径の軸部
を対向して同一軸心上に一対配置すると共に、前記一対
の振動子間に前記ホーン部を取り囲む内周壁面を有する
移動部材を該振動子と同軸的に配置し、該一対の振動子
は該電気−機械エネルギー変換手段への時間的位相の異
なる交番信号の印加により、合成された振動にて少なく
ともホーン部が振動の腹の位置として軸心と直角な平面
において円運動をし、該移動部材の内周壁面との摩擦接
触により前記移動部材を回転させることを特徴とするモ
ータ駆動装置にある。

本発明の目的を実現する第４の構成は、上記した第３
の構成において、前記移動部材は筒状に形成され、前記
対向する振動子の小径の軸部が該移動部材の貫通穴部を
通して一体的に連結されていることを特徴とするモータ
駆動装置にある。

本発明の目的を実現する第５の構成は、小径の軸部と
大径の軸部との間にホーン形状のホーン部を有する一対
の振動体の該各大径の軸部端面間に軸方向に変位する電
気−機械エネルギー変換手段を挟持固定した振動子と、
該振動子の大径の軸部を取り囲む内周壁面を有する該振
動子と同軸的に配置される移動部材とを備え、該振動子
は該電気−機械エネルギー変換手段への時間的位相の異
なる交番信号の印加により、合成された振動にて軸心と
直角な平面において円運動し、振動子の大径の軸部と該
移動部材の内周壁面との摩擦接触により移動部材を回転
させることを特徴とするモータ駆動装置にある。

［作用］上記の如く構成したモータ駆動装置は、振動子の円運
動により移動部材を摩擦接触により回転駆動させる。

［実施例］実施例１第１図は本発明によるモータ駆動装置の実施例１の分
解斜視図である。

１は先端部の小径軸部1aと後端部の大径軸部1bとの間
に径が先端部に受け漸減するホーン形状のホーン部1cを
形成した金属丸棒からなる振動体、２は振動体１の大径
軸部1bと同径の外径に形成された金属丸棒からなる押え
体、３及び４は大径軸部1bと同径の外径に形成された円
環形状の圧電素子板、５は圧電素子板3,4の電極板で、
振動体１と押え体２との間に、電極板５を挟むようにし
て圧電素子板3,4を配し、ボルト６により押え体２を振
動体１に固定することにより、圧電素子板3,4を振動体
１と押え体２との間に固定して、振動子Ａを構成してい
る。ボルト６はその頭部が円環状の絶縁体７を介して押
え体２に接し、且つ軸部が圧電素子板3,4及び電極板５
と非接触状態に保持されている。

圧電素子板3,4は、片面側に分極方向が互いに異な
り、且つ厚み方向に分極された２つの電極（＋電極ａ、
−電極ｂ）が中心軸線位置に形成された絶縁部ｄの両側
に対称に形成されると共に、他面側に＋電極ａ、−電極
ｂの共通電極ｃが形成されていて、振動子Ａの軸線に対
して互いに位置的位相が90゜の角度ずれて配置され、圧
電素子板３の共通電極ｃと圧電素子板４の分割電極側が
電極板５の表裏両面に接するように配置されている。な
お、圧電素子板３の分割電極（＋電極ａ、−電極ｂ）は
導電体である振動体１の後端面に接し、また圧電素子板
４は導電体である押え体２の前端面に接している。

そして、電極板５と振動体１との間に交流電圧V₁を、
また電極板５と押え体２との間に交流電圧V₂を印加する
ことにより、圧電素子板３の厚み方向における伸縮変位
による振動と、圧電素子板４の厚み方向における伸縮変
位による振動との合成により振動子Ａを振動させる。

交流電圧V₁と交流電圧V₂とは、第２図に示すように、
振幅及び周波数が共に同じで、時間的、空間的位相が90
゜のずれを有している。

したがって、振動子Ａは、軸心を中心とし、円運動を
行なうことになる。なお、この円運動が生じる原理につ
いては、公知であるので説明は省略する。

ここで、振動子Ａの両端を自由端とした場合、振動の
腹の位置は振動子Ａの両端に形成されることになり、振
動子Ａの形状から振動体１の先端における円運動の径は
押え体２の後端よりもはるかに大きいが、前述したよう
に、振動体１の先端の円運動におけるトルクは小さい。

本実施例は、振動子Ａにおける振動体１のホーン部1c
の先端部（以下摺動部と称す）Ｂに振動の腹の位置がく
るように振動子Ａに対する共振周波数を設定し、その周
波数で圧電素子板3,4を駆動している。

すなわち、振動子Ａは、３節又はそれ以上のモードで
振動し、少なくとも振動子Ａの両端と摺動部Ｂとを腹と
して振動し、振動体１は第３図（ａ）、（ｂ）に示すよ
うに、ホーン部1b及び小径部1aが軸心ｌを中心とし、小
径部1aの先端中心点Ｐが、第３図（ｂ）に示すように、
真円ｃの円周上を移動する首振り運動を行なうことにな
る。そして、摺動部Ｂにおける首振り運動を利用し、後
記するロータ８を軸心ｌを中心として回転させるように
しており、この摺動部Ｂで得られるトルクは小径部1aの
先端で得られるトルクよりもはるかに大きいものであっ
た。

ロータ８は、振動子Ａの軸心ｌと同軸に小径部1aに嵌
合し、ロータ８の内径部8aの後端部（以下摩擦接触部と
称す）8bを摺動部Ｂに対応する位置まで延出し、摩擦接
触部8bの後端部をホーン部1cに当接させている。ロータ
８の内径部8aの内径は、第４図に示すように、振動子Ａ
の小径部1aの外径よりも極僅か大径に形成されて小径部
1aの首振り運動を許容できるようにしており、内径部8a
の長さ方向中央部8cはさらに径の大きい内径部に形成さ
れて小径部1aと接触するのを防いでいる。

ロータ８の摩擦接触部8bは、摺動部Ｂの外周形状と合
致するラッパ形状に拡開し、振動体１の首振り運動時に
摺動部Ｂと線接触する。

ロータ８は、例えば不図示のスラストベアリングを介
して不図示のバネ等により第４図中矢印方向に押されて
摩擦接触部8bと摺動部Ｂとの接触部に所定の摩擦力を発
生させ、また該スラストベアリングにより軸方向の回転
が許容されている。

すなわち、振動子Ａが摺動部Ｂを腹の位置とする、例
えば３節のモードで振動すると、前述したように振動体
１は第３図に示すように、軸心ｌを中心とした首振り運
動を行ない、第５図に示すように、摺動部Ｂがロータ８
の摩擦接触部8bと摩擦接触しながら時計方向又は反時計
方向に軸心ｌに対し所定の半径ｒの軌跡を描きながら円
運動し、ロータ８を回転させることとなる。なお、第５
図は摺動部Ｂがロータ８の摩擦接触部8bの内周面をこじ
りながら円運動することを説明するために、摺動部Ｂの
外径をロータ８の摩擦接触部8bの内径よりもかなり小さ
くしているが、摺動部Ｂにおける首振り運動の半径は実
際は極僅かであるので、摺動部Ｂとロータ８の摩擦接触
部8bの内周面とは微小の間隙となっている。

ところで、振動子Ａは振動体１のみが振動するのでは
なく、全体が振動することから、このモータＭを機器等
に取り付ける際、振動子Ａの機器等に対する支持方法が
問題となる。

この場合、振動の節の位置で振動子Ａを支持すること
が振幅が少ないことから一見最適に思えるが、振動子Ａ
は振動の節位置を起点とする首振り運動を行なっている
ので、この振動の節位置における軸心ｌに対する垂直平
面は、軸心ｌ方向に沿って揺動することになる。

このため、振動子Ａにおいて、振動の節位置となる個
所、例えば振動体１又は押え体２の外周面にモータ取り
付け用のフランジを延出したとすると、このフランジは
軸方向に揺動し、機器等との取付部が最悪の場合には振
動により破壊したりする虞れがあり、振動の節位置では
振動子Ａの支持を行なうのに不適である。

そこで、振動子Ａの振動状態につき種々検討したとこ
ろ、振動子Ａの支持位置として一見不適と思われる振動
の腹の位置が適していることを見出した。

すなわち、振動の腹の位置は振幅が大きいが、径方向
のみしか変位しないので、上述のような揺動運動による
弊害が生じない。また、支持位置となる振動の腹位置
は、モータＭの構造から当然摺動部Ｂよりも軸方向後方
側に設けられることになり、３節モードにより振動子Ａ
を振動させる場合には振動子Ａの後端が支持位置とな
り、また４節モードでは振動子Ａの後端位置又は振動子
Ａの後端と摺動部Ｂとの間とが振動子Ａの支持位置とな
る。

一方、振動子Ａにおける振動の振幅は非常に小さく、
これらの支持位置となる節位置の振幅はロータ８の駆動
を行なう摺動部Ｂにおける振幅よりもさらに小さいの
で、径方向変位は殆ど無視することができ、振動の腹位
置を振動子Ａの支持位置とすることで、振動子Ａを安定
に機器等に支持させることが可能となる。

なお、振動子Ａの後端を支持位置とする場合、該後端
を機器等の固定部材に対し、固定すると振動子Ａが両端
を節位置とする振動モードになり、摺動部Ｂに振動の腹
を形成することができなくなるので、径方向における変
位を許容できるように支持することが必要である。

実施例２第６図は実施例２の断面図を示している。

本実施例は、プリンターのプラテンローラを駆動する
駆動源に実施例１に示すモータＭとロータ８′の形状が
異なる点及びモータＭの支持機構を図示した点を除き同
構造のモータＭを使用したもので、プラテンローラ10の
一端部側の内部に振動子Ａ及びロータ８′からなるモー
タＭを収容し、このモータＭによりプラテンローラ10の
一端側の支軸を兼用している。

モータＭは、振動子Ａの押え体２の後端を支持するよ
うにしており、抑え体２の後端に取り付け用のフランジ
部2aを設け、プリンターの取付フレーム11にテフロン等
の低摩擦材からなる低摩擦シート12を挟んで該フランジ
部2aを取り付けるようにしており、フランジ部2aに穿設
された孔部（不図示）に、該孔部の内径よりも小径の軸
部を有する螺子13を通し、この螺子13を取付フレーム11
に螺着することで、軸方向におけるモータＭの移動は規
制するがフランジ部2aの径方向における伸縮を許容して
いる。

プラテンローラ10は、内装されるモータＭのローラ
８′と回転不能に嵌合し、直接ロータ８′の回転力が伝
達されるようになっており、他端側に固定した支軸14が
軸受部材15を介してプリンターの取付フレーム16に回転
自在且つ軸方向移動可能に軸支されている。支軸14には
バネ17が弾装され、バネ17の一端はスラストベアリング
18に当接し、またバネ17の他端は軸受15に当接して、バ
ネ17のバネ力によりロータ８′を振動子Ａに圧接すると
共にローラ10を回転可能としている。

実施例３第７図は実施例３の断面図を示している。

本実施例は、円筒状のロータ20の両側に振動子Ａを配
置し、２つの振動子Ａによりロータ20を回転駆動するよ
うにしたもので、各振動子Ａの後端から後方に支軸21を
延出し、これらの支軸21を取付部材22の取付孔23に嵌合
させると共にバネ24を図示の如く弾装し、ロータ20の軸
孔25の端部26を振動子Ａのホーン部1cに圧接させてい
る。ロータ20の軸孔25の端部26は、実施例１に示すロー
タ８の摩擦接触部8bと同様に形成され、振動子Ａの摺動
部Ｂと対応し、またロータ20は両端部外周位置で軸受部
材27により回転自在に支持されて振動子Ａの首振り運動
に対し径方向に移動するのを防ぎ、振動子Ａの首振り運
動を回転力に変換可能としている。

一方、支軸21は取付孔23に対し固定されていると、前
述した如く振動モードが変わるので、本実施例でも支軸
21の径方向における自由度を確保するために、取付孔23
の開口周縁部28をテーパ形状にしている。

なお、本実施例はこのまま実施例２のようなプリンタ
ーのプラテンローラとしてロータ20を使用することも可
能である。

実施例４第８図は実施例４の断面図を示している。

上記した実施例３では、ローラ20の両端部に振動子Ａ
を夫々配置し、各振動子Ａの摺動部Ｂとローラ20の軸孔
25の端部との摩擦接触により該摺動部Ｂの首振り運動を
ロータ20の回転に変換しているが、本実施例は各振動子
Ａの小径部1aを夫々長くして先端部を固結し一体とした
ものである。

すなわち、このような構成のモータ駆動装置におい
て、上記した各実施例と同様に各振動子Ａに、例えば３
節モードの振動を形成するように駆動すると、小径部1a
の固結により実質上一本の振動体となる軸部30は長さ方
向中央を腹とし、また摺動部Ｂも腹とする振動を行な
い、該軸部30の長さ方向中央に着目した場合には軸心ｌ
を中心とする所定の半径で円運動を行なうことになり、
軸部30を全体として着目した場合には、例えば向かい合
う人間が一本の縄を回転した時と同じような運動、所謂
縄飛び運動を行なう。

本実施例は、軸部30の長さ方向中央部31に形成される
振動の腹を利用し、縄飛び運動に伴う該中央部31とロー
ラ20の軸孔25の内周壁面との摩擦接触によりローラ20を
回転させるようにしている。この場合、上記した実施例
のように振動子Ａの摺動部Ｂをロータ20を回転させるた
めに利用していないが、２つの振動子Ａにより駆動を行
なっているので、軸部30の中央部31における摩擦駆動の
トルクは大きく、充分にロータ30を回転させることがで
き、また必要に応じて摺動部Ｂにおける首振り運動を利
用することも可能である。

第９図は本実施例４の変形例を示す断面図で、ロータ
20の軸孔25内に２つの振動体1,1を夫々後端面を合わせ
るようにし、その間に圧電素子板３、４を挟んで固定し
て全体として１つの振動子としており、各振動体1,1の
小径部1aは取付部材22の軸孔23に挿入されている。

すなわち、圧電素子板の挾持位置を振動の腹とした縄
飛び運動により、振動体１の大径部1bとロータ20の軸孔
25との摩擦接触でロータ20を回転させる。この場合、振
動体１の大径部1bをロータ20内に収容するので、省スペ
ース化を図れる。

［発明の効果］以上説明してきたように、請求項１〜４に係る発明に
よれば、振動子の先端部を利用せず、ホーン部に振動の
腹の位置を形成し、ホーン部の円運動を利用して移動部
材を回転するようにしているので、大きいトルクにて移
動部材を駆動することができる。

そして、振動子の振動の腹の位置を固定部材に対する
支持位置とすることで、振動子を安定に支持することが
できる。

また振動子を２つ使用することにより、より一層大き
いトルクで移動部材を駆動できる。

さらに、２つの振動子をその小径の軸部間で連結する
ことにより、連結された小径の軸部の中央部を振動の腹
の位置とする縄飛び運動で移動部材を駆動した場合に
は、２つの振動子のトルクの和により、従来のように振
動子の先端を利用した場合よりも大きいトルクで移動部
材の駆動ができる。

また、請求項５に係る本発明によれば、中空の移動部
材中に、振動子の大径の軸部を配置し、縄飛び運動によ
り移動部材を回転する方式の場合には、移動部材中に振
動子の大径の軸部を収容できるため、省スペース化を図
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるモータ駆動装置の実施例１を示す
分解斜視図、第２図は圧電素子板に印加する交流電源の
波形図、第３図（ａ），（ｂ）は実施例１の振動子の首
振り運動を示す側面図及び正面図、第４図は実施例１の
モータ駆動装置の組み付け状態を示す図、第５図は駆動
状態を説明する図、第６図は実施例２の断面図、第７図
は実施例３の断面図、第８図は実施例４の断面図、第９
図は実施例４の変形例を示す断面図、第10図は従来の振
動子を示す断面図、第11図は従来の振動子を利用したモ
ータの斜視図を示す。 M:モータ、A:振動子 B:摺動部 1:振動体、2:押え体３、4:圧電素子板 5:電極板、6:ボルト 7:絶縁体、8:ロータ 10:ローラ、11:取付部材 12:低摩擦シート、20:ロータ 24:バネ。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】軸方向に変位する電気−機械エネルギー変
換手段をその変位方向両側を、小径の軸部と大径の軸部
との間にホーン形状のホーン部を有する振動体における
該大径の軸部の端面と、押え体と、により挟持固定した
振動子と、該振動子のホーン部を取り囲む内周壁面を有
する該振動子と同軸的に配置される移動部材とを備え、該振動子は、該電気−機械エネルギー変換手段への時間
的位相の異なる交番信号の印加により、合成された振動
にて少なくともホーン部が振動の腹の位置として軸心と
直角な平面において円運動をし、該移動部材の内周壁面
との摩擦接触により前記移動部材を回転させ、かつ振動
の腹の位置を固定部材に対する支持位置としていること
を特徴とするモータ駆動装置。
【請求項２】前記移動部材は、前記振動子に対して付勢
手段により圧接されていることを特徴とする請求項１に
記載のモータ駆動装置。
【請求項３】軸方向に変位する電気−機械エネルギー変
換手段をその変位方向両側を、小径の軸部と大径の軸部
との間にホーン形状のホーン部を有する振動体における
該大径の軸部の端面と、押え体と、により挟持固定した
振動子を、その小径の軸部を対向して同一軸心上に一対
配置すると共に、前記一対の振動子間に前記ホーン部を
取り囲む内周壁面を有する移動部材を該振動子と同軸的
に配置し、該一対の振動子は該電気−機械エネルギー変
換手段への時間的位相の異なる交番信号の印加により、
合成された振動にて少なくともホーン部が振動の腹の位
置として軸心と直角な平面において円運動をし、該移動
部材の内周壁面との摩擦接触により前記移動部材を回転
させることを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項４】前記移動部材は筒状に形成され、前記対向
する振動子の小径の軸部が該移動部材の貫通穴部を通し
て一体的に連結されていることを特徴とする請求項３に
記載のモータ駆動装置。
【請求項５】小径の軸部と大径の軸部との間にホーン形
状のホーン部を有する一対の振動体の該各大径の軸部端
面間に軸方向に変位する電気−機械エネルギー変換手段
を挟持固定した振動子と、該振動子の大径の軸部を取り
囲む内周壁面を有する該振動子と同軸的に配置される移
動部材とを備え、該振動子は該電気−機械エネルギー変換手段への時間的
位相の異なる交番信号の印加により、合成された振動に
て軸心と直角な平面において円運動し、振動子の大径の
軸部と該移動部材の内周壁面との摩擦接触により移動部
材を回転させることを特徴とするモータ駆動装置。