JPH06106025B2 - 振動波モ−タ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は進行性振動波により駆動する回転型の振動波モ
ータの構造に関する。

＜従来技術＞ 振動波モータは電歪素子に周波電圧を印加したときに生
ずる振動運動を回転運動又は一次元運動に変換するもの
で、従来の電磁モータに比べて巻線を必要としないた
め、構造が簡単で小型になり、低速回転時にも高トルク
が得られるという利点があり、近年注目されている。

第１図、第２図は従来の振動波モータの駆動原理を示す
もので、第１図は上記モータの振動波の発生状態を示し
ている。振動体１（通常は金属）に接着された電歪素子
2a,2bは振動体１の片側、適度に離れた所に空間的にλ/
4の位相ずれを満足するように配置されている。

振動体１を電歪素子2a,2bの一方の電極とし、電歪素子2
aには、交流電源3aからＶ＝Vosinωｔ、電歪素子2bには
90°移相器3bを通してλ/4位相のずれたＶ＝Vosin（ω
ｔ±π/2）の交流電圧を印加する。前記式中の（＋）
（−）が移動体５を動かす方向によって移相器3bで切換
えられる。今、（−）側に切換えてあり、電歪素子2bに
はＶ＝Vosin（ωｔ−π/2）の電圧が印加されていると
する。電歪素子2aだけが単独で電圧Ｖ＝Vosinωｔによ
り振動した場合は、同図（ａ）に示すような定在波によ
る振動が起り、電歪素子2bだけが単独で電圧Ｖ＝Vosin
（ωｔ−π/2）により振動した場合は、同図（ｂ）に示
すような定在波による振動が起る。上記位相のずれた２
つの交流電圧を同時に各々の電歪素子2a,2bに印加する
と振動波は進行性になる。（イ）は時間ｔ＝2nπ／ω、
（ロ）はｔ＝π/2ω＋2nπ／ω、（ハ）はｔ＝π／ω2n
π／ω、（ニ）はｔ＝３π/2ω＋2nπ／ωの時のもの
で、振動波の波面はＸ方向に進行する。

このような進行性の振動波は縦波と横波を伴なってお
り、第２図に示すように振動体１の質点Ａについて着目
すると、縦振幅ｕと横振幅ｗで反時計方向の回転楕円運
動をしている。振動体１の表面には移動体５が加圧接触
しており振動面の頂点にだけ接触することになるから
（実際には、ある幅をもって面接触している）、頂点に
おける質点A,A′，……の楕円運動の縦振幅ｕの成分に
駆動され、移動体５は矢印Ｎ方向に移動する。90°位相
器により＋90°位相をずらせば振動波は−Ｘ方向に進行
し、移動体５はＮ方向と逆向きに移動する。

この振動波モータを使って回転運動を起こさせるような
回転型振動波モータの構造を第３図に示す。第４図はそ
の断面図である。第３図において11は主に金属によりな
る弾性を有する振動体、12は振動体11に接合される電歪
素子、15は振動体11に加圧接触する移動体、16は回転円
板（回転軸）、17は振動体11を指示する吸振体、18は固
定体である。

電歪素子２と同様の構造によりなる電歪素子12に外部電
源より周波電圧を印加し、振動体11が共振するような駆
動周波数とする。バネ20によりスラスト軸受19を介して
振動体11に加圧接触する移動体15には摩擦力が作用し、
移動体15に接合されている回転軸16は回転する。固定カ
バー21はビス22により固定体18に固定され、電歪素子12
と固定体18の間に吸振体17を挿入する事で振動体11の超
音波振動を固定体18に伝えないような構造となってい
る。

しかしながら、この振動波モータを回転させた際には振
動体11がリング状をなしているため、第２図に示す様な
モードの振動をするだけではなく、振動体11がリング面
に垂直な方向に曲げ振動を生じるとともにリング面の円
周方向のまわりに第５図に示すようなねじりが発生し、
リング面に垂直な曲げ振動とリング面の円周方向のまわ
りのねじりがともに発生することになる。ここで振動波
モータにおいてはリング面に垂直な方向に生じる曲げ振
動により進行波を利用して移動体16を駆動していたため
リング面の円周方向のまわりに発生する振動のねじり成
分による進行波を有効に利用していなかった。したがっ
て円周方向のまわりに発生する振動のねじり成分のエネ
ルギーが損失することになった。

したがって振動波モータの効率が低下するという欠点が
あった。

更には振動体11のリング面の円周方向のまわりの振動の
ねじり成分の振幅は第５図に示す様にリング面の内径側
から外径側に移るにつれて大きくなるため振動体11の表
面上に発生する質点の楕円運動は内径側から外径側に行
くに従って大きくなる。その結果移動体15が主にリング
面の外径側の部分に接触し、振動体11のリング面の内径
側の部分には接触しなくなる。

すなわち移動体15と振動体11の接触面積は実質的に小さ
くなり振動体１の進行波が移動体15に伝わる効率が低下
して充分な出力が得られなくなるという欠点があった。

＜発明の概略＞ 本発明は上述の従来の欠点を解消することを目的とし、
かかる目的の基で従来損失となっていた振動の捩り成分
による振動エネルギーを有効に駆動に利用する為、リン
グ状の振動体の外径側の角部に接触する第２の物体を設
け、かつこの第２の物体の接触部の断面が振動体に生じ
た振動波の底点が当るような所定の角度をもつ形状とし
たことを特徴とする。

＜実施例＞ 第６図〜第８図は本発明の一実施例を説明するための図
面で、第６図は本発明の動作原理を説明するための振動
体11の断面の運動状態を示す振動体11の断面図、第７図
は振動体11の表面のＸ方向における質点運動を示す説明
図である。

振動体11はリング面の垂直な方向に生じる曲げ振動によ
る進行波と共にリング面の円周方向のまわりに第５図に
示した様な振動を発生しているため第６図のa,b,cとし
て示す位置においてａ→ｂ→ｃ→ｂ→ａという運動をく
り返す。即ち、振動体11はかかる運動においてリング面
に垂直な方向であるＺ方向に振動していると共にリング
面の円周方向であるＸ方向のまわりに振動を発生してい
るため内径側の移動量に対して外径側の移動量が大きく
なっている。

また第７図に示すように振動体11の表面の質点の振動は
Ｚ軸方向のみに振動成分を有するのではなくＸ軸方向に
も振動成分を有しており、波の頂点ＡにおけるＸ軸方向
の振動成分と波の底点ＢおよびＢ′におけるＸ軸方向の
振動成分とは互いに方向が逆向きとなる。

したがって、第６図に示すように振動体11の内径側上部
の角部に振動体11のｘ方向ｙ方向を含むリング面と平行
な面Ｓに対して角度θにて接するように移動体25aを設
け、振動体11の外径側の上部の角部にリング面と平行な
面Ｓ′に対して角度θ′にて接するように固定体26aを
設けると、移動体25aと振動体11とは振動波の頂点Ａで
接し、第２の物体を形成する、固定体26aと振動体11の
角部とは振動波の底点Ｂで接することになる。尚、ここ
で固定体26aと移動体とが接する位置における角度θ′
は移動体断面の形状振動の大きさにもよるが実験的には
45°＜θ′≦90°であることが要求される。

したがって振動体11が固定体26aに対して働く力の向き
と移動体25aに対して働く力の向きとは互いに逆向きと
なる。

本実施例においては固定体26aを固定すると固定体26aに
対する振動体11の回転方向と振動体11に対する移動体25
aの回転方向は同じ方向となり、移動体25aの回転速度は
従来の振動における頂点の成分のみによっていた場合に
比して２倍近い速度を有することになる。

第８図は本発明の一実施例の振動波モータの断面図で第
４図に示した要素と同じ機能を有する要素については同
じ符号を付し説明を省略する。

第８図において27a,27b,27cはそれぞれブラシであり、
それぞれブラシ27aはグランド、27b,27cの一方には不図
示の交流電源からＶ＝Vosinωｔ、他方にはＶ＝Vosin
（ωｔ±π/2）の交流電圧が印加される。固定体26は固
定体18にネジ止め等により固設される。また固定体26は
26aに示す部分にて振動体11に接する。

尚、固定体26は振動体11の脱輪防止用のガイドの機能を
有し、かつ振動体11の支持用となる。第９図は第８図に
示した振動体11に接合される電歪素子12の平面図であ
り、内側の電歪素子がブラシ27bに接し、外側の電歪素
子がブラシ27cに接する。更に内側の電歪素子と外側の
電歪素子は空間的に位置の位相がλ/4ずれる。第10図は
第８図に示した実施例において振動体11の断面の拡大図
である。

第10図に示した実施例では振動体11は外径側の角部にて
固定体26の26aに示す部分と接しており図からも明らか
な様に固定体26は振動体11の角部と振動波の底点Ｂ′で
接する。移動体25は振動体11と振動波の頂点で接してい
るため振動体11が移動体25と固定体26とに接する位置で
の振動の方向は第７図のＡおよびＢ′に示すように互い
に異なる。

したがって、移動体25の振動の速度は約２倍近くなる。
本実施例においては、26を固定体とし、25を移動体とし
たが反対に26を移動体、25を固定体とし、26からモータ
の出力を取り出すようにしてもよい。

また振動波モータの回転角ガ小さい場合すなわち振動波
モータを撮影レンズの絞り制御に用いた場合等は振動波
モータは何回転もすることが要求されず、180°程度回
転すればよいような場合にはブラシ27a,27b,27cを用い
ずに伸縮自在なフレキシブルなリード線を振動体11及び
電歪素子12に直接接合してもよい。また本実施例におい
ては、固定体26と振動体11との接触部が摩擦駆動部とも
なっている為、第４図に示すような吸振体17を用いて振
動体11を面支持を行なう方法に比べて支持損失が少なく
なり、振動波モータの効率を向上させることができる。

＜発明の効果＞ 以上説明いた様に本発明に依れば従事損失となっていた
振動体の捩り成分による振動エネルギーを有効に駆動に
利用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図，第２図は従来の振動波モータの駆動原理を示す
図、 第３図は従来の振動波モータの構造を示す図、 第４図は第３図に示した振動波モータの断面図、 第５図は第３図に示した振動体のリング面の円周方向の
まわりのねじり振動を示す図、 第６図は本発明の動作原理を説明するための振動体の断
面の運動状態を示す断面図、 第７図は振動体の表面の質点運動を示す図、 第８図は本発明の実施例の振動波モータの断面図、 第９図は第８図に示した振動波モータの電歪素子の平面
図、 第10図は第８図に示した振動波モータの振動体の断面の
運動状態を示す断面図である。 11……振動体、12……電歪素子 25……移動体、26……固定体

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】リング状の振動体に進行性振動波を発生さ
   せ、その進行性振動波により前記振動体に接触させた物
   体と、該振動体との相対位置を変化させるように摩擦駆
   動を行う振動波モータにおいて、前記リング状の振動体
   の外径側の角部に接触する第２の物体を設け、かつ該第
   ２の物体の接触部の断面が前記振動体に生じた前記振動
   波の底点が当たるような所定の角度をもつ形状としたこ
   とを特徴とする振動波モータ。