JPS59117473A - 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】 本発明は進行性振動波により駆動する振動波モータの構
造に関する。

振動波モータは例えば特開昭５２−２９１９２号公報に
も開示されているように、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Φバ連動又は−次元連動に
変換するものである。従来の電磁モ一りに比べて巻線を
必要としないため、構造が簡単て小型になり、低速回転
時にも高トルクが得られると共に慣性モーメントが少な
いという利点があるため、最近注目されている。

ところが、従来知られている振動波モータは振動運動を
回転遅動等に変換するにあたり、振動体に生じた定在振
動波で、振動体と接触するロータ等の移動体を一方向に
摩擦駆動するもので、振動の行迂動時には振動体と移動
体が摩擦接触し、復運動時には離れるようになっている
。そのため振動体と移動体は微小範囲で接触する構造、
即ち点゛もしくは線接触に近い構造でなければならず、
いきおい摩擦駆動効率の悪いものとなってしまう。

また駆動力は一定方向に働くものであるから移動体の移
動方向は一方向のみである。逆方向に移動させるために
は、別な振動体で振動方向を機械的に切り換える必要が
ある。従って、正逆回転が可能な振動波モータを得るに
は装置が複雑になり、振動波モータの特徴である構造の
簡単さ、小型ごが半減されてしまう。

そこで本発明は従来の振動波モータのこれら欠点を解消
し極めて簡単な構成で駆動効率の高い正逆転可能な振動
波モータを得ることを目的とするものである。

上記目的を達成するため本発明は、固定体７と回転体１
の少なくとも一方に配置した同心円環の複数の振動体２
に、該振動体２に生ずる振動波に対して位相差を生ずる
配列又は位相差を生ずる分極処理した電歪素子３を接合
し、該電歪素子３に電圧を印加して、該振動体２に進行
性振動波を発生させ、その進行性弾性波によって該振動
体２に接触する前記回転体１を摩擦駆動することを特徴
とする振動波モータである。

第１図は本発明を適用する振動波モータの天施例を示す
ものである。

固定体７の中心円筒部７ａに振動吸収体６、吸収体６側
に電歪素子３を接着した複数の環状振動体２の順に嵌め
込まれており、各々は相互に回転しないように数句けら
れている。振動体２の上には回転体１が／久ネ１０と調
整ネジリング１１で伺勢されたヌラスト軸受け９によっ
て圧接される。

軸受け９と回転体１の間にはベアリング１２が入れられ
ており摩擦抵抗を減らしている。振動体２は回転体１に
数句けた構成としても良い。

第２図は吸収体６・電歪素子３・振動体２・回転体１を
分解した状態を示している。

吸収体６はゴム又はフェルト等で形成され、振動体２の
下側面の振動を減衰させないようにし、かつ振動を固定
体７に伝えないよ、うにするだめのものである。

振動体２は同心円の外環２１と内環２２とからなる。電
歪素子３も外環振動体２１に接着される′ＩＦ歪素子群
３１ａ・３１ｂと内環振動体２２に接着される電歪素子
群３２ａ・３２ｂの二群からなる。このように振動体２
と電歪素子３を多列に配列するのは後述する理由により
駆動効率を高めるためである。

複数の電歪素子３１ａは振動体２１の振動波の波長入１
の２分の１のピッチで配列され、複数の電歪素子３１ｂ
も同じくλ１／２のピッチで配列されている。なお電歪
素子３１ａ　（又は３１ｂ）は複数並べずに単体の素子
にし、それを前記ピッチに分極処理しても良い。電歪素
子３１ａと３１ｂの相互ピッチは（ｎｏ＋ｌ／’４）入
１　（但しｎ。＝０．１．２．３．、、、、）の位相差
の関係で配列がなされるように配置する。

電歪素子３１ａの各々には吸収体６側にリード線１３ａ
が接続され、電歪素子３１ｂの各々にはリード線］、　
３　ｂが接続され、その各々は交流電源１４ａと９０°
位相器１４ｂに接続される。金属振動体２１は電歪素子
３１ａ・３１ｂの一方の電極でありリード線１３ｃによ
り交流電源１４ａと接続される。

また、電歪素子３２ａと３２ｂも振動体２２の振動波の
波長入、についての上記割合のピンチで配列又は分極処
理される。電歪素子３１　ａ・３１ｂと電歪素子３２ａ
・３２ｂの配列の角ピッチは等角なものとなっている。

Ｉに歪素子３２ａの各々には吸収体６側にリード線１５
ａが接わＣされ、電歪素子３２ｂの各々にはリード線１
５ｂが接続され、その各々は交流電源１６ａと９０°位
相器１６ｂに接続される。金属の振動体２２は電歪素子
３２ａ・３２ｂの一方の電極であり、リード線１５ｃに
より交流型＠１６ａに接続される。

回転体１の摩擦部１ａは摩擦力を強くしかつ摩耗を少な
くするよう硬質ゴム等で形成される。

次に振動波モータの動作原理を説明するため上記構成の
うち外環振動体２１だけを振動させた場合について説明
する。

第３図は振動波の発生状態を示している。振動体２１に
接着された電歪素子３１ａ及び３１ｂは、説明の便宜上
、隣接して現わされているが、−」−記の入１／４の位
相ずれの条件を満足しているため、第２図に示す電歪素
子３１ａ及び３１ｂの配列と実質的に等価なものである
。各電歪素子３１ａ及υ３１ｂ中の■は交流電圧か正側
の周期であると３伸ひ、○は同じく正側の周期で縮む状
態になることを示している。

電歪素子３１ａには交流電源１４ａからＶ＝Ｖ（、ｓｉ
ｎωｔの交流電圧を印加し、電歪素子３１ｂには交流電
源１４ａから９００位相器１４ｂを通して入／４位相の
ずれたＶ＝Ｖ、）ｓｉｎ（ωｔ±１′ｃ／２）の交流電
圧を印加する。式中の十又−は回転体１（本図に於て省
［１１８）の回転力向によって位相器１４’ｂで切り換
えられるもので、＋側に切り換えると＋９０’位相かず
れ正方向に動き、−側に切り換えると一９０°位相がず
れ逆方向に動く。いま−側に切り換えてあり電歪素子３
１ｂにはＶ＝Ｖ（、ｓ　ｉ　ｎ　（ωｔ−ｒ／２）　ｃ
）５ｉ圧か印加されるとする。

電歪素子３１ａだけが単独で゛；ｌ圧Ｖ＝Ｖ（、ｓｉｎ
ωｔにより振動した場合は同図（ａ）に示すような安在
波による振動が起り、電歪素子３１ｂだけが単独で電圧
Ｖ＝ＶＯｓ　ｉ　ｎ　（（１）し−π／２）により振動
した場合は（ｂ）に示すような定在波による振動か起る
。

上記位相のずれた二つの交流を同時に各々の電歪素子３
１ａと３１ａ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＋２ｎ
π／ω、（ハ）はＥ＝π／ω＋２ｎπ／ω、°（こ）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４図に示すように振動体２１の質点Ａについて着目
すると、縦振ｍｕ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２１の表面には回転体１が加圧接
触（矢示Ｐ）しており振動面の頂点にだけ接触すること
になるから、頂点に於ける質点Ａ−Ａ・・・の楕円運動
の縦振幅Ｕの成分に駆動きれ、回転体Ｉは矢示Ｎ方向に
回転する。

９０°位相器により＋９０°位相をずらせは振動波は−
Ｘ方向に進行し、移動体１はＮ方向と逆向きに移動する
。

なお、質点Ａの頂点に於ける速度はＶ＝２πｆｕ（ｆは
振動数）となり、回転体ｌの速度はこれに依存すると共
に、加ｒｆ、接触による摩擦駆動によるため、横振幅Ｗ
にも依存する。即ち、回転体１の速度は質点Ａの楕円運
動の大きさに比例し、その楕円運動の大きさは電歪素子
に印加される電圧に比例する。

回転体ｌの摩擦駆動は振動体２１の進行性振動波の波面
の頂点でなされるものであるから、頂点方向（第４図Ｚ
軸方向）の波面が共振していることが駆動効率を向上さ
せるために必要である。入力電圧の周波数ｆ（＝２πω
）によって振動する振動体２１の円周は振動波投入ｌの
自然数倍のときにその円周に添って共振する。

即ち振動体２１の環径をＤとすると Ｄ＝ｎ入、／π のときに共振する。

従って波長λ１で前記２軸力向で共振するのは径りの微
小範囲に留まり、振動体２１の環１１」を広げると駆動
効率か低下してしまう。

そのため、一つの振動体の卵重を狭くし、上記の構成の
如く振動体環２１・２２を複数段けその各々に電歪素子
を接合させ駆動力の向上を図っているものである。

Ｄｌの環径を持つ振動体２１が電歪素子３１ａ・３１ｂ
によって入１の波長の共振を起すように、周波数ｆ１の
交流が電源１４ａから電歪素子３１ａ・３１ｂに印加さ
れる。Ｄ２の環径を持つ振動体２２が電歪素子３２ａ・
３２ｂによって入２の波長の共振を起すように、周波数
ｆ２の交流か電源１６　ａから電歪素子３２ａ・３２ｂ
に印加される。この両者の振動体２１・２２に駆動され
て回転体１か回転するものである・ ｍ　５１Ｊは別な実施例に於ける電歪素子３の配置係と
、電歪素子３と駆動Ｔｌｉ源の結線関係を示したもので
ある。

外環の振動体２１には振動体２１の振動波の波長λの２
分の１のピッチで各々配列された電歪素子３３ａ及び３
３ｂか接着される。電歪素子３３ａと３３ｂｃ７）相互
のピッチは（ｎｏ＋１／４）入すれた位相差配列がなさ
れる。

また内環の振動体２２にも前記の波長入と同一の波長に
つき前記ピッチと同一ピッチで配列された電歪素子３４
ａ及び３４ｂが接着され、同様な位相差配列がなされる
。

電歪素子３３ａと３４ａには交流電源１４ａからＶ＝Ｖ
□ｓｉｎωｔの電圧が印加され、・電歪素子３３ｂと３
４ｂには交流電源１４ａから９００位相器を経てＶ＝Ｖ
Ｏｓ　ｉ　ｎ　（（１）　ｔ−π／　２）又はＶ＝Ｖ。

ｓｉｎ　（ωｔ＋π／２）の電圧が印加される。

このとき振動体２１と振動体２２の各々か共に振動数ｆ
て共振するために、外環の振動体２１の環周πＤ、も内
環振動体２２の環周πＤ２も共に振動波長λの自然数倍
になるように各々の環径を構成しである。即ち、πＤＩ
　−ｎｌ　入、πＤ２＝ｎ２人なる関係が成立している
。

振動体２１・２２のそれぞれの縦振幅の成分を調整して
外環２１と内環２２の回転体１への駆動角速度を等しく
するため、抵抗１７等により印加電圧を調整してもよい
。

以上のような構成の本発明の振動波モータて回転方向を
正逆転切り換える際には印加する交流の位相を変えれば
振動波の進行方向が変わり回転方向化種めて簡単に変え
ることができる。また、振動体を多数列配置して、各々
の振動体を駆動源として回転体を駆動するので高トルク
が得られる。

同時略振動体の環［１］が狭いため駆動効率の無駄がな
くなる。

なお上記各実施例では振動体２は外環と内環の二つの振
動体て構成したものを示したが、三つ以上の振動体てあ
っても構成し得るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用する振動波モータの一部９Ｊ欠側
面図、第２図は振動波モータの要部の斜視図、第３図・
第４図は振動波モーフの動作原理の説明図、第５図は別
な実施例の要部を示す図である。 ■は回転体、２は振動体、３は電歪素子、７は固定体で
ある。 第２図 ３２８ 第１図 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）固定体と回転体の少なくとも一方に配置した同心
   円環の複数の振動体に、該振動体に生ずる振動波に対し
   て位相差を生ずる配列又は位相差を生ずる分極処理した
   電歪素子を接合し、該電歪素子に電圧を印加して、該振
   動体に進行性振動波を発生させ、 その進行性振動波によって該振動体に接触する回転体を
   摩擦駆動することを特徴とする振動波モータ。