JP2993702B2 - 振動波駆動装置 - Google Patents
振動波駆動装置Info
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- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 8
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- 238000005452 bending Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005094 computer simulation Methods 0.000 description 1
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-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/02—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
- H02N2/08—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors using travelling waves, i.e. Rayleigh surface waves
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- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、進行波型の振動波モータ等の振動波駆動装
置に係り、特に進行波の形成される弾性体を直線部と円
弧部とからなる環形状のトラック型とする振動波駆動装
置に関するものである。
置に係り、特に進行波の形成される弾性体を直線部と円
弧部とからなる環形状のトラック型とする振動波駆動装
置に関するものである。
［従来の技術］ 振動波駆動装置としての進行波型の振動波モータで
は、金属からなる弾性体に、位置的移送がλ/4の奇数倍
のずれを有し、周波数が等しく、且つ時間的に±π/2の
位相差を有する２つの定在波を励振し、両定在波を合成
することによって弾性体に進行波が形成される。
は、金属からなる弾性体に、位置的移送がλ/4の奇数倍
のずれを有し、周波数が等しく、且つ時間的に±π/2の
位相差を有する２つの定在波を励振し、両定在波を合成
することによって弾性体に進行波が形成される。
したがって、進行波型の振動波モータを成立させるた
めには、定在波の位相がλ/4の奇数倍ずれた２つの固有
モードが存在し、且つこれらの２つのモードの固有振動
数が略等しいことが必要条件となる。
めには、定在波の位相がλ/4の奇数倍ずれた２つの固有
モードが存在し、且つこれらの２つのモードの固有振動
数が略等しいことが必要条件となる。
従来提案されている円環型（真円形状）の弾性体の場
合、回転対称な形状をしており、断面形状も一様である
ため、弾性体のどの部分をとっても、曲げ剛性及び捩り
剛性は等しい。そのため、上記２つのモードの固有振動
数は必ず等しくなる。
合、回転対称な形状をしており、断面形状も一様である
ため、弾性体のどの部分をとっても、曲げ剛性及び捩り
剛性は等しい。そのため、上記２つのモードの固有振動
数は必ず等しくなる。
第５図は、直線部1Lと円弧部1Rとからなる長円形状の
トラック型弾性体１の裏面に、上記した位相関係を有す
る２つの定在波を励起するための駆動用圧電素子群等を
含む圧電素子２を接着した振動体の斜視図を示してい
る。この弾性体１に形成される両定在波の状態を夫々第
６図及び第７図に示す。第６図及び第７図は弾性体の平
面に垂直な方向の変形状態を等高線で表わした図で、太
線が変位［０］の線、すなわち振動の節となる線（節
線）で、線の番号はその線の標高と対応し、［10］番が
正方向変位が最大（山）で、［１］番が負方向変位最大
（谷）である。
トラック型弾性体１の裏面に、上記した位相関係を有す
る２つの定在波を励起するための駆動用圧電素子群等を
含む圧電素子２を接着した振動体の斜視図を示してい
る。この弾性体１に形成される両定在波の状態を夫々第
６図及び第７図に示す。第６図及び第７図は弾性体の平
面に垂直な方向の変形状態を等高線で表わした図で、太
線が変位［０］の線、すなわち振動の節となる線（節
線）で、線の番号はその線の標高と対応し、［10］番が
正方向変位が最大（山）で、［１］番が負方向変位最大
（谷）である。
この例では進行波の波数が多く、また円弧部1Rの径が
大きいため、弾性体１の直線部1Lと円弧部1Rの曲げ剛
性、捩り剛性の変化は小さく、直線部1Lと円弧部1Rの波
長や振幅が略相似とみなせる円環型に近い２つのモード
が存在した。
大きいため、弾性体１の直線部1Lと円弧部1Rの曲げ剛
性、捩り剛性の変化は小さく、直線部1Lと円弧部1Rの波
長や振幅が略相似とみなせる円環型に近い２つのモード
が存在した。
また実験において、弾性体１の円弧部1Rの半径が大き
く、形成する進行波の波数が多いトラック型の振動体で
あれば、直線部1L及び円弧部1Rの長さを任意に設定して
も、位相がλ/4ずれ、固有振動数が割合近い２つの振動
を発生させることができた。
く、形成する進行波の波数が多いトラック型の振動体で
あれば、直線部1L及び円弧部1Rの長さを任意に設定して
も、位相がλ/4ずれ、固有振動数が割合近い２つの振動
を発生させることができた。
また、直線部及び円弧部は、第14図に示すような範囲
とする。
とする。
［発明が解決しようとする課題］ ところで、トラック型の振動体は、第15図及び第16図
の模式図に示すように、l1軸,l2軸に対し対称な２つの
定在波モードを呈し、第15図は一方の定在波モード（以
下Ａモードと称す）、第16図は他方の定在波モード（以
下Ｂモードと称す）である。図には４波の振動モードを
示している。
の模式図に示すように、l1軸,l2軸に対し対称な２つの
定在波モードを呈し、第15図は一方の定在波モード（以
下Ａモードと称す）、第16図は他方の定在波モード（以
下Ｂモードと称す）である。図には４波の振動モードを
示している。
円弧部の半径が小さくなると、直線部と円弧部の曲げ
剛性、捩り剛性及び慣性質量の差が大きくなる。これ
は、直線部では内外周長差が等しいのに対し、円弧部で
は内周と外周の距離が異なることに起因する。
剛性、捩り剛性及び慣性質量の差が大きくなる。これ
は、直線部では内外周長差が等しいのに対し、円弧部で
は内周と外周の距離が異なることに起因する。
そして、ＡモードとＢモードとは１波長の中に直線部
と円弧部が存在する相対位置関係が異なるので、直線
部、円弧部の剛性のモードへの寄与率は異なり、波長や
振幅、ねじれ量の違う異なった２つのモードが発生し、
一般的に２つの固有振動数は一致しない。特に波数が少
ない場合には、第８図、第９図に示したように、波長が
相対的に長くなり、１波長が直線部と円弧部に長くまた
がるため、固有振動数は大きく分離する。例えば、第８
図及び第９図に示した円弧の内径が3mm、外径が7mm、直
線部長さが20mm、幅4mm、厚み2mmのSUS製の振動子の例
の場合、第８図の固有振動数は153KHz、第９図では136K
Hzとなっている。
と円弧部が存在する相対位置関係が異なるので、直線
部、円弧部の剛性のモードへの寄与率は異なり、波長や
振幅、ねじれ量の違う異なった２つのモードが発生し、
一般的に２つの固有振動数は一致しない。特に波数が少
ない場合には、第８図、第９図に示したように、波長が
相対的に長くなり、１波長が直線部と円弧部に長くまた
がるため、固有振動数は大きく分離する。例えば、第８
図及び第９図に示した円弧の内径が3mm、外径が7mm、直
線部長さが20mm、幅4mm、厚み2mmのSUS製の振動子の例
の場合、第８図の固有振動数は153KHz、第９図では136K
Hzとなっている。
このように、円弧部の半径が小さく、波数が少ないト
ラック型振動体ではＡ・Ｂモードの固有振動数を一致さ
せるのが困難であった。
ラック型振動体ではＡ・Ｂモードの固有振動数を一致さ
せるのが困難であった。
本発明の目的は、このような従来の問題を解決し、円
弧部の半径が小さくても安定に駆動することができる直
線部と円弧部とを有する環形状の弾性体を備えた振動波
駆動装置を提供することにある。
弧部の半径が小さくても安定に駆動することができる直
線部と円弧部とを有する環形状の弾性体を備えた振動波
駆動装置を提供することにある。
［課題を解決するための手段及び作用］ 本発明は、長円形状の弾性体において、剛性の異なる
円弧部と直線部を有する場合には、該弾性体に形成され
る２つの定在波の固有モード及び固有振動数は異なると
いう観点に立ち、この２つの固有振動数を一致させるこ
とにより振動波駆動装置を成立させる。
円弧部と直線部を有する場合には、該弾性体に形成され
る２つの定在波の固有モード及び固有振動数は異なると
いう観点に立ち、この２つの固有振動数を一致させるこ
とにより振動波駆動装置を成立させる。
つまり、Ａ、Ｂモードの節の形状が異なり、両Ａ、Ｂ
モードのねじれ量が異なる場合においても、固有振動を
発生する要素となる歪エネルギーと振動エネルギーの比
を一致させることによって、２つのモードの固有振動数
ｆを一致させる。
モードのねじれ量が異なる場合においても、固有振動を
発生する要素となる歪エネルギーと振動エネルギーの比
を一致させることによって、２つのモードの固有振動数
ｆを一致させる。
２つのモードの固有振動数ｆを一致させるということ
は、 を一致させることである。
は、 を一致させることである。
すなわち、 歪エネルギーの総和／振幅の２乗和 を等しくすることである。なお、振幅の２乗和は振動エ
ネルギーの総和に置換えられる。
ネルギーの総和に置換えられる。
つまり、長円形状に形成される弾性体の円弧部と直線
部の歪、振幅のモードへの寄与率が等しくなるようなモ
ードにすればよい。
部の歪、振幅のモードへの寄与率が等しくなるようなモ
ードにすればよい。
これは、直線部と円弧部の長さの比を調整する、ある
いは断面形状を変えることにより達成される。現実に
は、有限要素法による計算機シュミレーションにおい
て、歪エネルギーの総和／振幅の２乗和（振動エネルギ
ーの総和）に比例する量であるK/Mが等しくなるように
形状を変えることによって達成できる。
いは断面形状を変えることにより達成される。現実に
は、有限要素法による計算機シュミレーションにおい
て、歪エネルギーの総和／振幅の２乗和（振動エネルギ
ーの総和）に比例する量であるK/Mが等しくなるように
形状を変えることによって達成できる。
すなわち、本出願に係る発明の目的を実現する構成
は、直線部と円弧部とを有する環形状の弾性体に交番信
号を印加することにより発生する少なくとも第１及び第
２の定在波の合成で、該弾性体に進行波を形成し、該弾
性体と、該弾性体に接触する接触体とを相対移動させる
振動波駆動装置において、弾性体の第１の定在波での振
動エネルギーの総和と歪エネルギーの総和の比と、第２
の定在波での振動エネルギーの総和と歪エネルギーの総
和の比とが等しくなるように、この弾性体の直線部又は
円弧部の長さ若しくは断面形状を設定することである。
は、直線部と円弧部とを有する環形状の弾性体に交番信
号を印加することにより発生する少なくとも第１及び第
２の定在波の合成で、該弾性体に進行波を形成し、該弾
性体と、該弾性体に接触する接触体とを相対移動させる
振動波駆動装置において、弾性体の第１の定在波での振
動エネルギーの総和と歪エネルギーの総和の比と、第２
の定在波での振動エネルギーの総和と歪エネルギーの総
和の比とが等しくなるように、この弾性体の直線部又は
円弧部の長さ若しくは断面形状を設定することである。
［実施例］ 以下本発明を図面に示す実施例に基づいて詳細に説明
する。
する。
実施例１ 第１図ないし第４図は本発明の振動波駆動装置を適用
した振動波モータの実施例１を示す。
した振動波モータの実施例１を示す。
第１図は振動波モータをリニア振動波モータとして用
いた例で、第２図に示す長円形状の弾性体１を移動体と
して用いている。
いた例で、第２図に示す長円形状の弾性体１を移動体と
して用いている。
図において、10は底板、９は底板10の両側に夫々設け
られた案内部材、８は底板10に固定された固定子、４は
両案内部材９間に支持されてその長さ方向（図面の表裏
方向）に移動可能な移動部材である。６は移動部材４に
固定された弾性支持板であり弾性体１を図中のBX方向及
びBYの移動を規制するように弾性体１のスリットに1a嵌
合しており、スリット部6a,6d及び嵌合部6c,6bが嵌合す
る。また弾性支持板６の矢印Ａ方向に作用する弾性力に
より、弾性体１を所定の圧接力で固定子８に押圧してい
る。
られた案内部材、８は底板10に固定された固定子、４は
両案内部材９間に支持されてその長さ方向（図面の表裏
方向）に移動可能な移動部材である。６は移動部材４に
固定された弾性支持板であり弾性体１を図中のBX方向及
びBYの移動を規制するように弾性体１のスリットに1a嵌
合しており、スリット部6a,6d及び嵌合部6c,6bが嵌合す
る。また弾性支持板６の矢印Ａ方向に作用する弾性力に
より、弾性体１を所定の圧接力で固定子８に押圧してい
る。
弾性体１に接着している圧電素子２の駆動用素子群に
所定の位相差を有する交流電圧を印加すると、弾性体１
には、第３図及び第４図に示す定在波が形成され、両定
在波の合成により進行波が形成され、弾性体１が固定子
８と摩擦接触しながら移送力が付与され、固定子８に沿
って直進移動する。
所定の位相差を有する交流電圧を印加すると、弾性体１
には、第３図及び第４図に示す定在波が形成され、両定
在波の合成により進行波が形成され、弾性体１が固定子
８と摩擦接触しながら移送力が付与され、固定子８に沿
って直進移動する。
弾性体１の第３図及び第４図に示すＡ、Ｂモードにお
ける各固有振動数ｆは下記表に示すように、ｆ（KHz）
＝70.47,70.48であった。
ける各固有振動数ｆは下記表に示すように、ｆ（KHz）
＝70.47,70.48であった。
但し、直線部の長さは10.9mm、円弧部の内径は8.5m
m、外径12.5mm、幅4mm、厚み（基底部2.5mm、歯1.5mm）
である。
m、外径12.5mm、幅4mm、厚み（基底部2.5mm、歯1.5mm）
である。
このような数値を満足する本実施例による弾性体１
は、第３図及び第４図に示す如く、その６波のモードの
定在波は駆動部である直線部において、ねじれが少な
く、また位置的に1/4波長ずれた２つのモードの固有振
動数が略一致している。
は、第３図及び第４図に示す如く、その６波のモードの
定在波は駆動部である直線部において、ねじれが少な
く、また位置的に1/4波長ずれた２つのモードの固有振
動数が略一致している。
実施例２ 第10図及び第11図は実施例２を示す。
本実施例における第10図及び第11図に示すＡ、Ｂ両モ
ードの固有振動数fA、fBは前記した式より、 であった。
ードの固有振動数fA、fBは前記した式より、 であった。
但し、直線部の長さは7mmで、他の寸法は第８図及び
第９図に示した場合と同様である。
第９図に示した場合と同様である。
なお円弧部の波数は0.6波程度と少ない。
本実施例の場合は、第10図及び第11図に示す両モード
の形状は異なるが、固有振動数は一致しており、振動波
モータとして成立する。
の形状は異なるが、固有振動数は一致しており、振動波
モータとして成立する。
実施例３ 第12図及び第13図は実施例３を示す。
本実施例における第12図及び第13図に示すＡ、Ｂ両モ
ードの固有振動数fA、fBは前記した式より、 であった。
ードの固有振動数fA、fBは前記した式より、 であった。
但し、直線部の長さは87mmである。
なお円弧部の波数は0.4波程度と少ない。
本実施例の場合は、第10図及び第11図に示す両モード
の形状は異なるが、固有振動数は一致しており、振動波
モータとして成立する。
の形状は異なるが、固有振動数は一致しており、振動波
モータとして成立する。
［発明の効果］ 以上説明してきたように、本発明によれば直線部と円
弧部とから構成される長円形状の弾性体からなる振動波
駆動装置において以下に述べる効果が得られる。
弧部とから構成される長円形状の弾性体からなる振動波
駆動装置において以下に述べる効果が得られる。
1.進行波の歯数を任意に設定できる。
2.円弧部の半径を決めれば直線部の長さが決定でき、直
線部の長さが変えれば、円弧部の半径を決定できる。
線部の長さが変えれば、円弧部の半径を決定できる。
3.円弧部の波数が３波未満であるような振動波駆動装置
も得られることが可能となり、これによって駆動部（直
線部のうち一方）以外の余分なスペース（円弧部等）に
小さいコンパクトな振動波駆動装置を得ることが可能と
なる。
も得られることが可能となり、これによって駆動部（直
線部のうち一方）以外の余分なスペース（円弧部等）に
小さいコンパクトな振動波駆動装置を得ることが可能と
なる。
第１図乃至第４図は本発明の振動波駆動装置を適用した
振動波モータの実施例１を示し、第１図（ａ）は断面
図、第１図（ｂ）は上面図、第２図は弾性体の斜視図、
第３図及び第４図は弾性体の変位を示す図、第５図は円
弧部の半径が大きい弾性体の斜視図、第６図及び第７図
は第５図の弾性体の変位を示す図、第８図及び第９図は
従来の振動波モータの弾性体の変位を示す図、第10図及
び第11図は実施例２の弾性体の変位を示す図、第12図及
び第13図は実施例３の弾性体の変位を示す図、第14図は
弾性体の直線部と円弧部とを示す図、第15図及び第16図
は４波の振動モードにおける弾性体の振動状態を示す模
式図である。 1:弾性体、2:圧電素子。
振動波モータの実施例１を示し、第１図（ａ）は断面
図、第１図（ｂ）は上面図、第２図は弾性体の斜視図、
第３図及び第４図は弾性体の変位を示す図、第５図は円
弧部の半径が大きい弾性体の斜視図、第６図及び第７図
は第５図の弾性体の変位を示す図、第８図及び第９図は
従来の振動波モータの弾性体の変位を示す図、第10図及
び第11図は実施例２の弾性体の変位を示す図、第12図及
び第13図は実施例３の弾性体の変位を示す図、第14図は
弾性体の直線部と円弧部とを示す図、第15図及び第16図
は４波の振動モードにおける弾性体の振動状態を示す模
式図である。 1:弾性体、2:圧電素子。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−178178（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−60532（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H02N 2/00 - 2/16
Claims (1)
- 【請求項１】直線部と円弧部とを有する環形状の弾性体
に交番信号を印加することにより発生する少なくとも第
１及び第２の定在波の合成で、該弾性体に進行波を形成
し、該弾性体と、該弾性体に接触する接触体とを相対移
動させる振動波駆動装置において、 該弾性体は、前記第１の定在波での振動エネルギーの総
和と歪エネルギーの総和の比と、前記第２の定在波での
振動エネルギーの総和と歪エネルギーの総和の比とが等
しくなるように、その直線部又は円弧部の長さ若しくは
断面形状が設定されていることを特徴とする振動波駆動
装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2088083A JP2993702B2 (ja) | 1990-04-02 | 1990-04-02 | 振動波駆動装置 |
| EP91302891A EP0450919B1 (en) | 1990-04-02 | 1991-04-02 | Vibration wave driven motor |
| US07/679,288 US5128580A (en) | 1990-04-02 | 1991-04-02 | Vibration wave driven motor |
| DE69124814T DE69124814T2 (de) | 1990-04-02 | 1991-04-02 | Vibrationswellenbetriebener Motor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2088083A JP2993702B2 (ja) | 1990-04-02 | 1990-04-02 | 振動波駆動装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03289370A JPH03289370A (ja) | 1991-12-19 |
| JP2993702B2 true JP2993702B2 (ja) | 1999-12-27 |
Family
ID=13932975
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2088083A Expired - Fee Related JP2993702B2 (ja) | 1990-04-02 | 1990-04-02 | 振動波駆動装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5128580A (ja) |
| EP (1) | EP0450919B1 (ja) |
| JP (1) | JP2993702B2 (ja) |
| DE (1) | DE69124814T2 (ja) |
Families Citing this family (21)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5428260A (en) * | 1990-08-03 | 1995-06-27 | Canon Kabushiki Kaisha | Vibration driven motor |
| JPH0564467A (ja) * | 1991-09-05 | 1993-03-12 | Canon Inc | 振動波リニアモーター |
| JPH066986A (ja) * | 1992-06-17 | 1994-01-14 | Canon Inc | 振動波モーター及びその製造方法 |
| JPH06178560A (ja) * | 1992-12-03 | 1994-06-24 | Canon Inc | 振動波モータおよびプリンタ装置 |
| US5596241A (en) * | 1993-01-18 | 1997-01-21 | Canon Kabushiki Kaisha | Vibration wave driven linear-motor or printer |
| JP3155109B2 (ja) * | 1993-01-22 | 2001-04-09 | キヤノン株式会社 | 振動波駆動装置およびプリンタ装置 |
| GB2315943A (en) * | 1996-08-01 | 1998-02-11 | Paul Michael Wood | Distance measuring system |
| US6628046B2 (en) | 1997-05-27 | 2003-09-30 | Canon Kabushiki Kaisha | Vibration type actuator |
| US6404104B1 (en) | 1997-11-27 | 2002-06-11 | Canon Kabushiki Kaisha | Vibration type actuator and vibration type driving apparatus |
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