JPH03289371A - 振動波モータ - Google Patents

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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、振動波モータ、特に振動体を支持するための
構造に関するものである。

［従来の技術］ 最近実用化されつつある、進行性振動波によって駆動す
る振動波モータの公知の例を第２図を用いて説明する。

第２図は振動波モータの構成を各要素別に分解して示し
ている。固定板１０５に支持体１０４が保持されており
、固定板１０５側に電歪素子１０３を接着した金属の環
状振動体１０２、移動体１０１の順に配置されており、
固定板１０５．支持板１０４．電歪素子１０３．振動体
１０２は各々相互に回転しないように取り付けられてい
る。振動体１０２に対して移動体１０はサラバネ１０６
による加圧手段で圧接され摩擦力を得るものである。

複数の電歪素子群１０３ａを構成する素子群は、進行波
の波長（λ）の２分の１のピッチで配列され、複数の電
歪素子群１０３ｂを構成する素子群も同じくλ／２のピ
ッチで配列されている。なお電歪素子群１０３ａ、１０
３ｂは複数並べずに単体の素子にし、それを前記のピッ
チに分極処理をしても良い、電歪素子群１０３ａと１０
３ｂの相互ピッチは（ｎ、＋Ｍ）ｘλ（但しｎｏ・０．
１，２．３　・）ずれた位相差を持たせた配列がなされ
るものである。各電歪素子１０３ａの支持体１０４側に
はり−ト線１１１ａが接続され、各電歪素子１０３ｂに
はリード線１１１ｂが接続され、その各々は不図示の交
流電源と不図示の９０°位相器に接続される。また金属
の振動体１０２にはリード線１１１ｃが接続され不図示
の交流電源の一端と接続されている。

移動体ＬＯＩの摩擦部１０１ａは摩擦力を強くしてかつ
摩耗を少なくするために硬質ゴム等で形成され、振動体
１０２にサラバネ　１０６のバネ力で圧接されている。

また移動体１０１の上部にはボールベアリング１０７ａ
を有するベアリング１０７が設Ｃすられ、移動体１０１
を回転自在に支えている。

なお、不図示のモータケース内に、ベアリング１０７の
上端とサラバネ１０６の下端は保持されているものであ
る。この様な構成の振動波モータにおいて、一つの群の
電歪素子にｖｏ・ｓｉｎωｔの交流電圧を印加し、もう
一方の群の電歪素子にＶｏ−ｃｏｓωｔの交流電圧を印
加すると、各電歪素子は相隣り合うものどうし極性が逆
向きで、２つの群どうし９０°の位相がずれた交流電圧
が印加されて振動をする。この振動が伝えられて振動体
１０２は電歪素子１０３の配列ピッチに従って曲げ振動
をする。振動体１０２が１つおきの電歪素子の位置で出
っ張ると他の一つおきの電歪素子の位置が引っ込む。

方、前記の如く電歪素子の一群は他の一群に対し、％波
長ずれた位置関係にあるため曲げ振動が進行する。交流
電圧が印加されている間、次々と振動が励起されて進行
性曲げ振動波となって振動体１０２を広幅して行く。

振動波モータは、この振動波の頂点の質点運動を摩擦力
として移動体１０１に伝えて、移動体１０１を回転させ
るものである。

［発明が解決しようとしている課題］ この様な構成を有する振動波モータに於ては、振動体＋
０２を支持する方法が極めて困難な問題であった。

支持体１０４の持つべき性質としては、以下の２点があ
る。

（ａ）振動体の振動を減衰させてはならない。

これは、モータのエネルギー源である振動を減衰させる
こと、即モータの効率低下となる。

（ｂ）振動体の振動をその他の部品、第２図に於て固定
板１０５以下の部品に広幅させてはならない。これは他
部品に振動エネルギが拡散してモータ効率が低下するも
ので、さらに、他部品に副次的に励起する低同波振動に
よって騒音が生ずる場合もある。

以上の（ａ）　、　（ｂ）の如く支持体１０４には相矛
盾する性質を持つことが要求されるため、従来より支持
方法が振動波モータの技術的な難点であった。支持方法
の理想の形としては、空気で支持する、つまり振動体１
０２の下部が空中に浮いた状態で支持されているものが
観念的には考えられる。これにより上記の（ａ）　、　
（ｂ）の矛盾は解決できる。もちろん実際にこの様なこ
とは実現できないので、従来は支持体１０４は空気を多
量に含んだ材料で構成されているものである。

従来例の支持体１０４の材料として、スポンジ。

発泡スチロール、天然あるいは合成繊維を用いたフェル
ト等が使用されている。これらの中では特に羊毛を原材
料とするフェルトが優れている。

しかしながら、これらの空気を多量に含んだ材料は以下
に示す共通の欠点を持っている。

（１）経時的に寸法が縮んでしまう。寸法が縮むと第２
図のサラバネ＋０６のバネ化が変化して加圧力が減少し
、振動体１０２から移動体１０１　に与えられる摩擦力
が減り、モータ性能が経時的に劣化する。

（２）空気を多量に含むため、温度および温度の変化に
よる寸法形状の変化が大きい。形状が変化すると（１）
の場合と同様にサラバネ１０６の加圧力が変化してしま
う。

従来の支持体１０４は、以上の様な欠点を持っていた。

［課題を解決するための手段及び作用］発明者は、この
問題を解決するために様々な支持方法・支持材料を検討
してきた。その結果最良の支持方法は、振動体１０２を
複数個の点で支持することであると云うことに到達した
。試行錯誤の実験で得られた結果であるが、考察を進め
ると次の様に考えることができる。つまり振動体に接す
る支持部の面積を小さくして行くことで、前述の空気に
よる理想の支持方法に近付いて行くことになり、そして
支持部の面積を最小にした状態が点支持になるのであろ
うと考えた。

次に発明者は、振動体に接する面積が小さければ良いの
であるから、点支持ではなく線状に支持してもさほど効
果は変らないであろうと考えた。なおこの線状の支持部
を持つ支持体に関しては、特開昭６３−１７８７７３号
公報にその例がみられる。この方法は振動波モータの駆
動力となる進行波の進行方向に対して直角となる方向に
線状の支持体で支持するものである。この線支持の方法
と本発明の点支持法とを実験により比較してみた。結果
は、意外なことに、点支持は線支持に比べて、モータ効
率がかなり高くなることが判明したのである。したがっ
て点支持は、単に支持面積が小さいから優れた支持方法
であるとは考え難くなったのである。そこでこの線支持
と点支持の効率上の差について以下の様Ｃ考察した。第
４図はこれを説明するものであり、円環状振動体４とこ
れに接着された電歪素子３、球形状の点支持体１あるい
は紙面に直角方向に長さを持つ円柱状の線支持体７、お
よびこれらの支持体１．７を固定する固定板２の側面図
の一部を示すものである。その他の構成部品は第２図の
場合とまったく同様である。第４図において、振動体４
には図の様な曲げ振動が矢印ａの方向に進行して行くも
のである。

第４図に於ては、この場合支持体は点支持体１であって
も線支持体７であっても、変りないし支持状態に見える
。しかし振動体４の断面Ａ−Ａを考えてみると、振動体
４の断面は第５図Ｃ示す振動挙動をすることが知られて
いる。

つまり円環の曲げ振動モードは、単なる曲げ振動だけで
はなく、断面の回転（ねじり）を伴なう振動であり、第
５図の振動体の断面は、円環の中心軸すに関して断面４
−１．４−２４−３の様に矢印Ｃの回転往復振動を伴っ
ているものである。第６図も、第４図の断面ＡＡ部を示
すもので、第６図（ａ）は点支持体１を用いた場合であ
り、（ｂ）は線支持体７を用いた場合である６図より明
らかな様に第６図（ｂ）の場合は、摩擦駆動力を得るた
めの加圧力Ｐが加えられている振動体４の断面往復回転
を妨げるモーメント力が線支持体７の両線端７°に発生
する。

これに対し第６図（ａ）の場合は、点支持体１があたか
もピボット受けの作用をして、振動体４の断面回転を滑
らかに支持すると考えられる。点支持法と線支持法のモ
ータ効率のちがいは、この断面往復回転振動（ねじり振
動）分を抑圧するか否かによっているものである。

以上述べた様に点支持方法は、支持面積を小さくするこ
とおよび振動体下面のどの方向への振動も抑圧しないこ
とから、モータ効率が良いと考えられるものである。

また、点支持を構成する部材として樹脂材料か適し、中
でも接触に於て滑らかな性質を持つ樹脂材であるテフロ
ンやポリエチレン等が良いことか実験的に確かめられた
。この理由は、振動体下面の質点運動によって生ずる点
支持部の摩擦力を小さくすることができるためであると
思われる。

第６図（ａ）には点支持体１の設置位置を振動体の外径
と内径の丁度中央に位置させているが、実験によれば、
むしろ設定位置を内径側に寄せると効率がやや向上する
ことがわかった。

この理由は、第５図に示す様に、振動体４の振動振巾は
外径側より内径側が小さいため、支持損失が低くなるこ
とによるものである。

［実　施　例］ 第１図は本発明の一実施例であり、振動体４と支持体１
および固定板２の部分のみを示すものである。その他の
部品構成は第２図とまったく同様である。

第１図に於て、支持体１はポリエチレン等の樹脂からな
る球状に形成される。

この球の頂点が、振動体４に接着された電歪素子３の下
面に圧接されて点支持を構成するものである０球状の支
持体１は固定板２に接着等の方法で固定されているもの
である。支持点の数は少ない方が良好な結果が得られる
が、支持の安定なことから３点支持が好ましい、また言
うまでもないことであるが支持体１の高さは、振動体４
の振動振巾以上に設定しなければならない、また、球状
の支持体１の材料を金属等の導電体を材料にすることも
できる。金属の場合には、樹脂の場合と比較して振動の
広幅性が大きいのでモータ効率がやや低下する傾向が認
められるが、別の利点がある。すなわち金属球の支持体
１°にリード線を半田付けして、金属球の支持体１°を
通して電歪素子３に電圧を印加することができるもので
ある。一般に電歪素子３は熱に弱いため、これにリード
線を直接半田付けすることは本来あまり好ましいことで
はなく、またリード線が低次の振動をして騒音を発生す
る場合もある。この様に金属球の支持体１°を用いるこ
ともまた別の利点がある。

なお、電歪素子３には位相の異なる２つの電圧を印加す
るものであるから、この場合には固定板２は絶縁材料に
する必要がある。

［他の実施例］ 第３図は、半球状の支持体部５と固定板部６とを一体構
造化して点支持を構成した本発明の他の実施例を示すも
のである。

材料は樹脂等を用い、加工には型を用いた塑性加工によ
れば、製造コストの安価な点支持体が得られるものであ
る。

［発明の効果］ 以上説明したように、支持体は振動体を点支持にするこ
とで、従来の支持方法に比較して経時的にまた温湿度に
対して安定な性能を持つ振動波モータを得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による振動波モータの一実施例を示す要
部の分解斜視図、第２図は従来の振動波モータの分解斜
視図、第３図は他の実施例を示す斜視図、第４図、第５
図、第６図（ａ）。 （ｂ）は点支持方法及び線支持方法を説明する図である
。 １・・・支持体　　　　　　２・・・固定体５・・・支
持体部　　　　　６・・・固定体部第１図 第２図 他４名

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １　位相差的に配置又は分極された電気−機械エネルギ
   ー変換素子に同波電圧を印加することにより進行性振動
   波を発生する振動体と、該振動体に圧接する部材とを前
   記進行性振動波により摩擦駆動にて相対移動させる振動
   波モータに於て、前記振動体を複数個のほぼ点形状の支
   持部を有する支持体で支持することを特徴とする振動波
   モータ。