JPS59110389A - 振動波モ−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】 本発明は振動波モータに関する。この種の振動波モータ
は゛電歪素子に周波電圧を印加したときに生ずる振動運
動を回転運動又は移動連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
小形に構成でき、低速回転時にも高トルクか得られ、慣
性回転が少ないという利点がある。

ところが、従来知られている振動波モータは振動子に生
じた定在波の振動運動で該振動体と接触するロータ等の
移動体を摩擦駆動して、上記振動運動を移動体の一方向
運動に変換するものである。この運動方向を逆向きにす
るには、振動体と移動体の接触位置・接触角度を変える
等の機械的構成を切換える必要がある。このため、斯る
振動波モータを正逆転可能に構成するには装置が人がか
りとなり、振動波モータの特徴である構造の簡単さと小
形化が失われてしまうことになる。

本発明は上記に鑑み提案されたもので、駆動力の大きい
正逆転可能な振動波モータを簡単な構成で小形に得るこ
とを目的とする。

この目的を達成する手段として、本発明はいずれか一方
を振動子として常時摩擦圧接された可動部材および固定
部材と、この振動子の両面に対向的に配設された数多の
電歪素子群と、上記振動子に進行性振動波を発生させる
電圧を上記電歪素子群に印加する電圧印加手段とを備え
、上記′重圧印加によって振動子を挾んで対向する電歪
素子の歪方向が互いに反対になるように構成したことを
特徴とする。

以下、本発明を図面について説明する。先ず、第１図・
第２図について本発明振動波モーフの駆動原理について
説明する。第１図において、■は移動体（可動部材）、
２を振動子（固定部材）とし、Ｘ軸を振動子２の表面上
の方向、ＺＩｋｌｌをその法線方向とする。振動子２に
電歪素子により振動を与えると振動波が発生し、振動子
表面上を伝搬していく。この振動波は縦波と横波を伴な
った表面波でその質点Ａの連動は楕円軌道を画く振動と
なる。質点Ａについて着目すると、縦振ＩＪ　ｕ、横掘
Ｉｔ　ｗの楕円運動を行っており、表面波の進行方向を
＋Ｘ方向とすると、楕円運動は反時計対向に回転してい
る。この表面波は一波長ごとに頂点Ａであって、Ｖ＝２
πｆｕ（ただしｆは振動ｅ！りである。この振動子２の
表面に移動体ｌの表面を不図示の加圧手段により加圧接
触させると、移動体表面は頂点Ａ−Ａ−−−のみに接触
するのであるから、移動体ｌは振動子２との摩擦力によ
り矢印Ｎ方向に駆動することになる。

矢印Ｎ方向の移動体１の速度は振動数ｆに比例する。ま
た、加圧接触による摩擦駆動を行うため縦振１］　ｕば
かりでなく横振巾Ｗにも依存する。すなわち移動体１の
速度は楕円運動の大きさに比例し、楕円運動の大きい方
が速度かはやい。従って移動体速度は電歪素子に加える
電圧に比例する。

７ＪＪ　２図は振動子２と、この振動子を振動させるた
めに該振動子に接着等で固着した゛電歪素子３ａ〜３ｄ
、４ａ〜４ｄの配列と、定在波および進行性振動波の発
生状態を示すもので、電歪素子３ａ〜３ｄ、４ａ〜４ｄ
はこれだけで駆動すると振動子が共振するような状態、
すなわち定在波が存在するような配置がとられ、電歪素
子３ａ〜３ｄによる定在波長と、電歪素子４ａ〜４ｄに
よる定在波長は等しく、互いの定在波に対して９０°位
相のずれる、すなわち入（波長／４）の物理的位置（ピ
ッチ）になるように配置されている。

」二足′屯歪素子３ａ〜３ｄ、４ａ〜４ｄは同一電圧の
印加により歪方向が反対となる性質の異なるものを交互
に配設し且つ３ａ〜３ｄのものと４ａ〜４ｄのものを交
互に配設する。また、同性賀のものに交互に反対極性の
電圧を印加する構成としてもよい。

Ｅは°電歪素子に対する電圧印加手段としての駆肋用電
源でありＶ＝Ｖ（、ｓｉｎωｔという交流電圧を供給す
る。駆動時は電歪素子３ａ〜３ｄにリード線５ａを介し
てＶ＝Ｖ、ｓｉｎωｔの電圧がかかり、電歪素子４ａ〜
４ｄには９００位相器６によりＶ＝ＶｏＳｉｎ（ωｔ±
π／２）の電圧がリード線５ｂを介してかかる０士は電
歪素子３ａ〜３ｄ、４ａ〜４ｄの歪方向を表わした記号
で、＋は電歪素子の伸び方向、−ば電歪素子の縮み方向
を小し、この土は移動体を動かす対向によって切り換え
る。すなわち９０°位相器６によって＋９０°位相をず
らす場合と一９０°位相をずらす場合によって、振動子
２に生ずる進行性振動波の方向が反転して移動体進行方
向が変る。

第２図のグラフ（イ）の実線は電歪素子３ａ〜３ｄだけ
にＶ＝Ｖ（、ｓｉｎωｔの交流電圧を印加した場合、同
（ロ）の実線は電歪素子４ａ〜４ｄだけニＶ＝　Ｖ６　
ｓ　ｉ　ｎ　（（Ｌ）　ｔ　−π／　２）の交？Ａｔ　
＜（ｉ圧を印加した場合に夫々振動子２に生じる定在波
による振動状態を示す。グラフ（イ）、（ロ）の点線は
反対極性の電圧を印加した場合に生じる定在波による振
動状態を示す。

グラフ（ハ）、（ニ）、（ホ）、（へ）は′心中素子３
ａ〜３ｄおよび４ａ〜４ｄに対して夫々上記Ｖ６ｓｉｎ
ωｔおよびＶ。ｓｉ　ｎ　（ωｔ−π／２）を同時に印
加した場合の振動子２の振動状態（進行性振動波発生状
態）を示すもので、（ハ）はｔ＝２ｎπ／′ω、（ニ）
はｔ＝π／２ω＋２ｎπ／ω、（ホ）はｔ＝π／ω＋２
ｎπ／ω、（へ）は、ｔ＝３π／２ω＋２ｎπ／ωの峙
を示す。進行性振動波は右方向に進むが振動子２の駆動
面の任意の質点Ａ（第１図）は反時計方向の惰円辻動を
行う、従って、振動子駆動面に圧接される不図示の移動
体ｌは矢示Ｎの左方向に移動する。

」−記の原理説明では振動子２の片面だけに電歪索子を
配設していたが、本発明は高効率で駆動力の大きな振動
波モータを得るために、第３図に示すように振動子２の
両面に電歪素子群３・４を配設したものである。

第４図は振動子２の平面図（上面図）で、゛心中素子３
ａ〜３ｆ、４ａ〜４ｆが配設されており、゛上止素子３
ａと４ａとは１／４波長位相のすれた位置にある。第５
図は振動子２の底面図（下面図）で、電歪素子３ｇ〜３
文・４ｇ〜４文が上記゛電歪索子３ａ〜３ｆ、４ａ〜４
ｆに対向して配設されており、電歪素子３ｇと４ｇとは
ｌ／４波長位相のずれた位置にある。

４１−記振動子各面の電歪素子３ａ〜３ｆ・４ａ〜４ｆ
、３ｇ〜３！：Ｌ・４ｇ〜４ｆＬは夫々隣り合うもの例
えば３ａと３ｂが同一電圧印加によって反対方向に歪む
ものを配設し、また、振動子２を挾んで対向するもの例
えば３ａと３ｇが同一電圧印加によって反対方向に歪む
ものを配設しである。」二足電歪素子３ａ〜３ｆ・３ｇ
〜３文は夫々群としてリード縁立３ａ・文３ｂに結線さ
れ、同４ａ〜４ｆ＠４ｇ〜４文は夫々群としてリード縁
立４ａ・文４ｂに結線されている。

第６図は上記電歪素子３ａ〜３９．．４ａ〜４文に電圧
を供給印加する駆動用電源Ｅの一例を示すブロック図で
、発振器５・インバータ６・分周器７・８とからなる。

この分周器７の出力はリード縁立３ａ１１文３ｂを介し
て電歪素子群３ａ〜３ｆ・３ｇ〜３文に供給印加し、分
周器８の出力はリード縁立４ａφ見４ｂを介して電歪素
子群４ａ〜４ｆ・４ｇ〜４文に供給印加される。本図で
は説明を簡略化するために代表的な電歪素子３ａ・４ａ
、３ｇ・４ｇについての結線のみを示す。Ｇは振動子２
を接地する接地線である。

上記発振器５から出力されたパルス波は分周器７へ、ま
た、インバータ６を介して分周器８へ入力される。この
インバータ６は分周器７の出力と同８の出力の位相を互
いに９００ずらせるだめのものである。上記電歪素子３
ｇと４ｇは−Ｌ圧を加えると縮み、３ａと４ａは電圧を
加えると伸びる性質のものであり、これ等電歪素子３ａ
、と３ｇ、４ａと４ｇは振動板２の両面に対向配設され
ているため、両型歪素子の歪みは重畳されて振動板２を
屈曲する刀を倍増することになる。また、電歪素子３ａ
と４ａ、３ｇと４ｇは位相差が９００になるように配置
されているので、位相を９００ずらせた電圧が印加され
ることにより前記の進行性振動波を発生し、その位相を
９００進めるが送らせることによって移動部材の移動方
向つまり振動波モータの駆動方向を正逆切換えることが
できる。

第７図は第３図に示す振動子２を適用した本発明振動波
モータの一実施例の断面図である。１１は非回転体とし
てのモータ本体で、中央部に円筒状の輔１１ａが一体に
形成されており、この軸１１ａに前記リング状振動子２
を回転可能に嵌合している。１２−１２はリング状振動
子２の周縁部を挟持するように該振動子の両面に配設し
たｆ！′Ｉ擦部材、１３は摩擦部材１２・１２を介して
振動子２をモータ本体１１に押圧させるように上記軸１
１ａに嵌合した押えリングで、その内周面に形成された
軸方向の凹部１３ａに軸１１ａに突設させた突起物１４
を回り止め的に嵌合させである。１５は軸１１ａの外周
面に形成された円周溝１６に係合させたワッシャで、低
摩擦部材１７を介して板はね１８のスラスト方向の位置
を規制している。この板ばね１８は摩擦部材１９を介し
て押えリング１３を振動子２の方向へ押圧している。

第８図は上記振動子２の構造を示す第７■−■線に沿う
断面図である。振動子２の表面には電歪素子３・４（前
記第３図乃至第５図に示した電歪素子群３ａ〜３ｆ、４
ａ〜４ｆｔ−総轄的に表わしたもの）が配置され、ブラ
シ２０ａ・２０ｂが取付部２０を介して固定されている
。ブラシ２０ａ−２０ｂはリード線ｕ３ａ−文３ｂ、、
ｕ４ａ・ｕ４ｂを介して′重子素子３拳４に接続される
。この場合、ジー縁立線文３ｂ＠文４ｂは振動子２にあ
けられた***２２ａ・２２ｂを通して該振動子裏面の゛
−Ｌ十毒子３・４（第３図乃至第５図に示した電１１７
素子群３ｇ〜３文、４ｇ〜４文を総轄的に表ゎ〜 したもの）に接続されているが、この***の径は微小で
あるため、振動子２に発生する振動波を乱すようなこと
はほとんど生じない、振動子２のアースは導電性のモー
タ本体１１を介して行うため、前記第４・５図に示した
アース線Ｇは不要である。

第９図は第７図ＩＸ−ＩＸ線に沿う断面図であって、モ
ータ本体１１の表面にはガラスエポキシ基板やフレキシ
ブルプリント板などで構成された電極板２１が設けてあ
り、この電極板表面には前記ブラシ２０ａ・２０ｂに対
向して電極パターン２１ａ・２１ｂがリング状に形成さ
れている。各電極パターン２１ａ会２１ｂにはリード線
２３ａ・２３ｂを介して駆動用電源Ｅ（第２・６図）か
ら飴゛屯される。

上記電極パターン２１ａ、同２１ｂに給電された電圧が
ブラシ２０ａ争２０ｂ、リード縁立３ａ・文３ｂ、　　
文４ａ＠立４ｂを介して゛電歪素子３（３ａ〜３ｆ、３
ｇ　〜３Ｍ）　、４　（４ａ　〜４ｆ、４ｇ〜４文）に
加えられると、振動子２には円周方向に進行性振動波（
第１・２図の原理説明参照）が生じる。振動子２は摩擦
部材１２・１２で挾持されているため反作用で、進行性
振動波の進行方向とは反対方向に回転する。この振動子
２が振動しているときは、進行性振動波の進行方向が振
動子２の表と裏では同方向であるため、振動子２の振動
振幅が大きくなって進行性振動波の進み成分も大きくな
る（レイリー波の原理）。また振動子２は摩擦部材１２
・１２で挟持されていても損失なく一方向に回転するこ
とになる。このとき、摩擦部材１２−１２と振動子２と
は板はね１８のばね力で圧接されており振動子２に生じ
た進行性振動波は無駄なく該振動子の回転エネルギに変
換されることとなる。この場合、振動子２はブラシ２０
ａ・２０ｂの接する電極パターン２１ａ・２１ｂがリン
グ状であるから連続回転する。この振動子２の回転トル
クは該振動子２の周面に突設された出力軸２７を介して
被駆動物体（不同７Ｊ＼）に伝えられる。

上記のブラシ２０ａ・２０ｂと電極パターン２１ａ＠２
１ｂとの接触の際、接触している部分が振動すると給電
上不都合が生じるため、図示例は’ｌｌｉ：極パターン
２１ａ０２１ｂを振動しない部分つまりモータ本体表面
にレイアウトシている。ブラシ２０ａ・２０ｂは弾性を
有しているため、振動子表面に固定してブラシ取付部２
０が振動してもブラシ先端には振動が伝わらなく、安定
した給電が行える。

図示例は同一電圧の印加によって伸びる゛（ｋ歪人子と
縮む電歪素子を交互に振動子２に接着材等で固着したも
のであるが、所望形状の電歪素子片に位相差的に分極処
理して部分的に異なる性質（伸ひと縮み）を与えてもよ
い。また、多数の同一性＋（Ｉ＾の゛電歪ふ子を並設し
、この電歪素子を一つおきにまとめ２グループに分け、
この各グループに極性の異なる電圧を印加してグループ
毎に伸びと縮めを生じさせるようにしてもよい。

本発明は上記のように振動子の両面に対向的に異なる性
質（伸びと縮み）の電歪素子を設けたから、この両面の
電歪素子の歪が互いに重畳されて振動子の振動振幅を増
倍し、小形の振動子でも大きなエネルギを発生できるも
ので、ｆ＞）申な構成で、高出力、高効率の振動波モー
タを得ることができる効果がある。

第１Ｏ図は第７図乃至第９図に実施例として示した本発
明振動波モータをレンズ鎖部の中に組込んだときの１ε
相例である。第７図におけるモータ本体１１としてレン
ズ固定部材２４が利用され、モータの出力軸２７は距離
環２５に設けられた長穴２５ａに係合しており、この出
力軸２７が前記のように振動子２と一体回転することに
より距離環２５を回転させる。このときレンズ固定部材
２４に設けられたへりコイドネジ２４ａが距離環２５の
外周に切られたヘリコイドネジ２５ｂと係合されると同
時に前群レンズ環２６のへりコイドネジ２６ａが上記距
離環２５の内周に切られたへりコイトネジ２５ｃと係合
しているので、距離環２５および前群レンズ環２６は回
転しながら光軸方向へ移動し、＋ｊｉｊ側レンズしＬａ
と後側レンメ群Ｌｂとの距離を変えて焦点合せを行うも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図は振動波モータの駆動原理を説明する模型図、第
２図は振動子と、電歪素子の配列と、定在波及び進行性
振動波の発生状ｊすの相関図、第３図は本発明振動波モ
ータに適用する振動子の横断面図、第４図はこの振動子
の平面図、第５図はその底面図、第６図は駆動用電源と
一部の電歪素子との結線図、第７図は本発明振動波モー
タの縦断面図、第８図・第９図は第７図■−■、ＩＸ−
ＩＸ線に沿う横断面図、第１０図は本発明振動波モータ
を駆動源として組込んだレンズ鏡筒の縦断面図である。 ｌは移動体、２は振動子、３（３ａ〜３文）、４（４ａ
〜４文）は電歪素子。 第２図 （へ） 第１図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）いずれか一方を振動子として常時摩擦圧接された
   可動部材および固定部材と、この振動子の両面に対向的
   に配設された数多の電歪素子群と、上記振動子に進行性
   振動波を発生させる電圧を上記電歪素子群に印加する電
   圧印加手段とを備え、上記電圧印加によって振動子を挾
   んで対向する′毛止素子の歪方向が互いに反対になるよ
   うに構成したことを特徴とする振動波モータ。
2. （２）振動子表面にブラシを固定し、このブラシに接続
   した一対のリード線の１線は振動子表面の′電歪素子群
   に接続し、他線は振動子にあけた***を通して振動子表
   面の電歪素子群に接続した特許請求の範囲（１）項記載
   の振動波モータ。