JPH0515153B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0515153B2 JPH0515153B2 JP58154651A JP15465183A JPH0515153B2 JP H0515153 B2 JPH0515153 B2 JP H0515153B2 JP 58154651 A JP58154651 A JP 58154651A JP 15465183 A JP15465183 A JP 15465183A JP H0515153 B2 JPH0515153 B2 JP H0515153B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- vibrating body
- vibration
- wave
- electrostrictive
- wavelength
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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Classifications
-
- 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
- H02N2/10—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
- H02N2/16—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors using travelling waves, i.e. Rayleigh surface waves
- H02N2/163—Motors with ring stator
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
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
ータの振動波の波数に関するものである。
ータの振動波の波数に関するものである。
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、電歪素子に交流、脈
流等の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あ
る。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共に慣性モーメントが少
ないという利点がある。そのため、最近注目され
ている。
にも開示されているように、電歪素子に交流、脈
流等の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あ
る。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共に慣性モーメントが少
ないという利点がある。そのため、最近注目され
ている。
上記公報等で知られている振動波モータは振動
運動を回転運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
往運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つている。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つてしまう。
運動を回転運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
往運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つている。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つてしまう。
最近この点を改良した振動波モータで、振動体
に生ずる進行性振動波によつて移動体を摩擦駆動
するものがある。
に生ずる進行性振動波によつて移動体を摩擦駆動
するものがある。
第１図にはその要部の概略図が示してある。
同図で１は電歪素子で例えばPZT（チタン酸ジ
ルコン酸鉛）、２は振動体で弾性物質からなり、
電歪素子１を接着してある。振動体２は電歪素子
１と共にステータ（不図示）側に保持されてい
る。３は移動体で振動体２に対し押圧接触されて
いてロータを形成する。
ルコン酸鉛）、２は振動体で弾性物質からなり、
電歪素子１を接着してある。振動体２は電歪素子
１と共にステータ（不図示）側に保持されてい
る。３は移動体で振動体２に対し押圧接触されて
いてロータを形成する。
第２図は電歪素子１と振動体２の関係を示す側
面図である。電歪素子１は複数個の素子１a1，１
a2，１a3……及び１b1，１b2，１b3……が接着さ
れておりそのうちの一群の電歪素子１a1，１a2，
１a3……に対し、他の群の電歪素子１b1，１b2，
１b3……は振動波の波長λの1/4波長分だけずれ
て配置される。一群内での各電歪素子１a1，１
a2，１a3……は1/2波長のピツチで、相隣り合う
ものの分極極性が逆になるように配置されてい
る。図中の＋・−は極性を示している。もう一方
の群内での各電歪素子１b1，１b2，１b3……も同
じく1/2波長のピツチで、相隣り合うものは逆極
性である。これら電歪素子が並べられた大きさだ
けの大きさがある一つの電歪素子にして、それを
前記のピツチに分極処理してもよい。電歪素子の
分極両面には電圧を印加するための電極が蒸着、
書込等により形成される。
面図である。電歪素子１は複数個の素子１a1，１
a2，１a3……及び１b1，１b2，１b3……が接着さ
れておりそのうちの一群の電歪素子１a1，１a2，
１a3……に対し、他の群の電歪素子１b1，１b2，
１b3……は振動波の波長λの1/4波長分だけずれ
て配置される。一群内での各電歪素子１a1，１
a2，１a3……は1/2波長のピツチで、相隣り合う
ものの分極極性が逆になるように配置されてい
る。図中の＋・−は極性を示している。もう一方
の群内での各電歪素子１b1，１b2，１b3……も同
じく1/2波長のピツチで、相隣り合うものは逆極
性である。これら電歪素子が並べられた大きさだ
けの大きさがある一つの電歪素子にして、それを
前記のピツチに分極処理してもよい。電歪素子の
分極両面には電圧を印加するための電極が蒸着、
書込等により形成される。
このような構成の振動波モータで一つの群内の
電歪素子１a1，１a2，１a3，１a4……にはV0
Sinωtの交流電圧を印加する。もう一方の群の電
歪素子１b1，１b2，１b3，１b4……にはV0Cosωt
の交流電圧を印加する。従つて各電歪素子は相隣
り合うものどうし分極方向に対し180°位相がず
れ、二つの群どうし90°位相のずれた交流電圧が
印加されて伸縮振動をする。この振動が伝えられ
て振動体２は電歪素子１の配置ピツチに従つて曲
げ振動をする。振動体２が一つおきの電歪素子の
位置で出つ張ると、他の一つおきの電歪素子の位
置が引つ込む。一方、前記の如く電歪素子の一群
は他の一群に対し、1/4波長ずれた位置にあり曲
げ振動の位相が90°ずれているため振動波が合成
され進行する。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
つて振動体２を伝わつてゆく。
電歪素子１a1，１a2，１a3，１a4……にはV0
Sinωtの交流電圧を印加する。もう一方の群の電
歪素子１b1，１b2，１b3，１b4……にはV0Cosωt
の交流電圧を印加する。従つて各電歪素子は相隣
り合うものどうし分極方向に対し180°位相がず
れ、二つの群どうし90°位相のずれた交流電圧が
印加されて伸縮振動をする。この振動が伝えられ
て振動体２は電歪素子１の配置ピツチに従つて曲
げ振動をする。振動体２が一つおきの電歪素子の
位置で出つ張ると、他の一つおきの電歪素子の位
置が引つ込む。一方、前記の如く電歪素子の一群
は他の一群に対し、1/4波長ずれた位置にあり曲
げ振動の位相が90°ずれているため振動波が合成
され進行する。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
つて振動体２を伝わつてゆく。
このときの波の進行状態が第３図ａ，ｂ，ｃ，
ｄに示してある。いま進行性曲げ振動波が矢示Ｘ
方向に進むとする。０は静止状態に於ける振動体
の中心面で、振動状態では鎖線６の状態となり、
この中立面６は曲げによる応力が拮抗している。
中立面６と直交する断面７についてみると、これ
ら二面の交線５では応力がかからず上下振動して
いるだけである。同時に断面７は交線５を中心と
して左右の振り子振動している。同図ａに示す状
態では断面７と振動体２の移動体側１の表面との
交線上の点Ｐは左右振動の右死点となつており上
方向運動だけしている。振り子振動は交線５が波
の正側では（中心面０の上側にあるとき）左方向
（波の進行と逆方向）の応力が加わり、波の負側
（同じく下側にあるとき）右方向の応力が加わる。
即ち同図ａで交線５′と断面７′が前者のときの状
態で点P′は応力F′が加わり交線５″と断面７″が後
者の状態で点P″は応力F″が加わる。波が進行し、
ｂに示すように波の正側に交線５がくると点Ｐは
左方向の運動をすると同時に上方向の運動をす
る。ｃで点Ｐは上下振動の上死点で左方向の運動
だけする。ｄでは左方向の運動と下方向運動をす
る。さらに波が進行し、右方向と下方向の運動、
右方向と上方向の運動を経てａの状態に戻る。こ
の一連の運動を合成すると点Ｐは回転楕円運動を
している。同図ｃに示すように点Ｐが移動体３と
接する線では点Ｐの運動によつて移動体３が
X′方向に摩擦駆動される。
ｄに示してある。いま進行性曲げ振動波が矢示Ｘ
方向に進むとする。０は静止状態に於ける振動体
の中心面で、振動状態では鎖線６の状態となり、
この中立面６は曲げによる応力が拮抗している。
中立面６と直交する断面７についてみると、これ
ら二面の交線５では応力がかからず上下振動して
いるだけである。同時に断面７は交線５を中心と
して左右の振り子振動している。同図ａに示す状
態では断面７と振動体２の移動体側１の表面との
交線上の点Ｐは左右振動の右死点となつており上
方向運動だけしている。振り子振動は交線５が波
の正側では（中心面０の上側にあるとき）左方向
（波の進行と逆方向）の応力が加わり、波の負側
（同じく下側にあるとき）右方向の応力が加わる。
即ち同図ａで交線５′と断面７′が前者のときの状
態で点P′は応力F′が加わり交線５″と断面７″が後
者の状態で点P″は応力F″が加わる。波が進行し、
ｂに示すように波の正側に交線５がくると点Ｐは
左方向の運動をすると同時に上方向の運動をす
る。ｃで点Ｐは上下振動の上死点で左方向の運動
だけする。ｄでは左方向の運動と下方向運動をす
る。さらに波が進行し、右方向と下方向の運動、
右方向と上方向の運動を経てａの状態に戻る。こ
の一連の運動を合成すると点Ｐは回転楕円運動を
している。同図ｃに示すように点Ｐが移動体３と
接する線では点Ｐの運動によつて移動体３が
X′方向に摩擦駆動される。
このようにして駆動される振動波モータで、未
だ充分な駆動効率が得られるに至つていない。本
発明者らはその原因を探るため種々の実験をして
考察した。その結果、原因の一つとして、振動体
の波の頂点が移動体に多点で接触していることに
あることを解明した。従来の振動波モータでは、
振動体に対する電歪素子の配列ピツチは上記のよ
うになされているため、波長は所期のようにな
る。しかし、その波長の波数が振動体にいくつ生
ずるかは設定していない。多数の波が振動体に生
じ、その波の頂点が移動体に多点で接触すること
になる。ところが、電歪素子や振動体の材質の不
均一により、波の振幅も一定ではない。そのた
め、移動体と接触しない波の頂点があり、全波が
駆動に関与しない。従つて、効率が悪くなる。
だ充分な駆動効率が得られるに至つていない。本
発明者らはその原因を探るため種々の実験をして
考察した。その結果、原因の一つとして、振動体
の波の頂点が移動体に多点で接触していることに
あることを解明した。従来の振動波モータでは、
振動体に対する電歪素子の配列ピツチは上記のよ
うになされているため、波長は所期のようにな
る。しかし、その波長の波数が振動体にいくつ生
ずるかは設定していない。多数の波が振動体に生
じ、その波の頂点が移動体に多点で接触すること
になる。ところが、電歪素子や振動体の材質の不
均一により、波の振幅も一定ではない。そのた
め、移動体と接触しない波の頂点があり、全波が
駆動に関与しない。従つて、効率が悪くなる。
全波を移動体に接触させるために移動体に振動
体を押しつけても、効率は向上しない。第４図に
示すように、波の頂点Ａと若干ずれた点Ｂとで
は、回転楕円運動のX′方向成分の速度が異なる
からである。多くの波を移動体に均一に接触させ
るために電歪素子・振動体・移動体の精度を向上
させることは困難である。特に、波長が短かくて
振幅の小さい波のときは一層困難である。
体を押しつけても、効率は向上しない。第４図に
示すように、波の頂点Ａと若干ずれた点Ｂとで
は、回転楕円運動のX′方向成分の速度が異なる
からである。多くの波を移動体に均一に接触させ
るために電歪素子・振動体・移動体の精度を向上
させることは困難である。特に、波長が短かくて
振幅の小さい波のときは一層困難である。
本発明は上記のような事実に鑑みなされたもの
で、振動体の構造を改良することにより、駆動効
率の高い振動波モータを提供することを目的とす
るものである。
で、振動体の構造を改良することにより、駆動効
率の高い振動波モータを提供することを目的とす
るものである。
この目的を達成するため本発明は、電歪素子に
周波電圧を印加し、該電歪素子に接合した振動体
に生ずる進行性振動波によつて、該振動体と接合
する移動体を駆動する振動波モータに於て、前記
振動体に生ずる進行性振動波の波数が３であるこ
とを特徴とする振動波モータである。
周波電圧を印加し、該電歪素子に接合した振動体
に生ずる進行性振動波によつて、該振動体と接合
する移動体を駆動する振動波モータに於て、前記
振動体に生ずる進行性振動波の波数が３であるこ
とを特徴とする振動波モータである。
以下図面に示された実施例を詳細に説明し上記
本発明の構成を明らかにする。
本発明の構成を明らかにする。
第５図は本発明を適用した振動波モータの電歪
素子の配列の実施例を示したものである。円周の
振動体２（本図に於いて省略）に、電歪素子１a1
と１a2とが各々1/2波長巾で並べられる。電歪素
子１b1と１b2も各々1/2波長巾で並べられる。電
歪素子１a1，１a2と電歪素子１b1，１b2とは夫々
１／４波長分だけずれて配置される。従つて、振動
体２が電歪素子１a1，１a2及び電歪素子１b1，１
b2に接していない、一方の余地は1/4波長、もう
一方の余地は3/4波長となる。
素子の配列の実施例を示したものである。円周の
振動体２（本図に於いて省略）に、電歪素子１a1
と１a2とが各々1/2波長巾で並べられる。電歪素
子１b1と１b2も各々1/2波長巾で並べられる。電
歪素子１a1，１a2と電歪素子１b1，１b2とは夫々
１／４波長分だけずれて配置される。従つて、振動
体２が電歪素子１a1，１a2及び電歪素子１b1，１
b2に接していない、一方の余地は1/4波長、もう
一方の余地は3/4波長となる。
このように配列された電歪素子に前述のように
交流電圧を印加すると、電歪素子１a1，１a2側に
は、 Ｙ＝Y0Sin2π（ｔ／Ｔ） ・Sin2π（ｘ／λ） 電歪素子１b1と１b2側には、 Ｙ＝Y0Sin｛2π（ｔ／Ｔ）−π／２｝ ・Sin｛2π（ｘ／λ−π／２｝ （Ｔは周期、ｔは時刻、λは波長、ｘは周上の
位置、Y0は振幅）なる定在波が発生する。この
二つの定在波が次々と発生し、合成されて進行波
になる。このとき、進行波の波数は振動体２の一
周に対し３になる。即ち、振動体２の波の頂点は
移動体３を３点で支持しながら駆動する。
交流電圧を印加すると、電歪素子１a1，１a2側に
は、 Ｙ＝Y0Sin2π（ｔ／Ｔ） ・Sin2π（ｘ／λ） 電歪素子１b1と１b2側には、 Ｙ＝Y0Sin｛2π（ｔ／Ｔ）−π／２｝ ・Sin｛2π（ｘ／λ−π／２｝ （Ｔは周期、ｔは時刻、λは波長、ｘは周上の
位置、Y0は振幅）なる定在波が発生する。この
二つの定在波が次々と発生し、合成されて進行波
になる。このとき、進行波の波数は振動体２の一
周に対し３になる。即ち、振動体２の波の頂点は
移動体３を３点で支持しながら駆動する。
従つて、振動体２の波の頂点は移動体３との間
に隙間が空くことがなくなり、全ての波が移動体
３を駆動することになり、駆動効率が向上する。
に隙間が空くことがなくなり、全ての波が移動体
３を駆動することになり、駆動効率が向上する。
波数が少ない（波長が長い）から、その分振幅
が大きくなる。そのため、電歪素子・振動体・移
動体の面精度を従来のものほど良くする必要がな
く、簡単に製作できる。振動波は振動体の周方向
だけでなく、巾方向にも起るものであり、巾方向
の振動波は移動体の駆動に悪影響を及ぼす。振動
体の巾方向の長さに比べ波長が長くなるから、幅
方向の振動は起りにくくなる。従つて、悪影響を
及ぼす振動波の発生を抑えることができる。
が大きくなる。そのため、電歪素子・振動体・移
動体の面精度を従来のものほど良くする必要がな
く、簡単に製作できる。振動波は振動体の周方向
だけでなく、巾方向にも起るものであり、巾方向
の振動波は移動体の駆動に悪影響を及ぼす。振動
体の巾方向の長さに比べ波長が長くなるから、幅
方向の振動は起りにくくなる。従つて、悪影響を
及ぼす振動波の発生を抑えることができる。
第６図は本発明を適用した振動波モータの別な
実施例の電歪素子の配列を示したものである。こ
の例では、２つの電歪素子１a1と１a2とが各々1/
２波長巾で並べられ、３つの電歪素子１b1と１b2
と１b3とが各々1/2波長巾で並べられる。電歪素
子１a1，１a2と電歪素子１b1，１b2，１b3とは
夫々1/4波長分だけずれて配置される。従つて振
動体２が電歪素子１a1，１a2及び電歪素子１b1，
１b2，１b3に接していない一方の余地が1/4波長、
もう一方の余地も1/4波長となる。振動体に発生
する波の数は３となる。本発明では、振動体に発
生する振動波の数を３としたから、振動体の面精
度、電気−機械エネルギー変換素子としての電歪
素子の面精度、移動体の面精度を従来のものほど
高精度にする必要はなく、従つて振動波モータを
安価に製作できるものであり、また振動波の数が
３であるから、１波又は２波の場合に比べて対象
物としての移動体を安定に支持、駆動できるもの
である。尚２が振動体、３が対象物、１a1，１
a2，１b1，１b2，１b3の夫々が変換素子を構成す
る。
実施例の電歪素子の配列を示したものである。こ
の例では、２つの電歪素子１a1と１a2とが各々1/
２波長巾で並べられ、３つの電歪素子１b1と１b2
と１b3とが各々1/2波長巾で並べられる。電歪素
子１a1，１a2と電歪素子１b1，１b2，１b3とは
夫々1/4波長分だけずれて配置される。従つて振
動体２が電歪素子１a1，１a2及び電歪素子１b1，
１b2，１b3に接していない一方の余地が1/4波長、
もう一方の余地も1/4波長となる。振動体に発生
する波の数は３となる。本発明では、振動体に発
生する振動波の数を３としたから、振動体の面精
度、電気−機械エネルギー変換素子としての電歪
素子の面精度、移動体の面精度を従来のものほど
高精度にする必要はなく、従つて振動波モータを
安価に製作できるものであり、また振動波の数が
３であるから、１波又は２波の場合に比べて対象
物としての移動体を安定に支持、駆動できるもの
である。尚２が振動体、３が対象物、１a1，１
a2，１b1，１b2，１b3の夫々が変換素子を構成す
る。
第１図は振動波モータの主要部の概略図、第２
図から第４図は振動波モータの駆動原理を説明す
る図、第５図は本発明を適用した振動波モータの
電歪素子の配列の実施例を示した図、第６図は別
な実施例の同上図である。 ２は振動体、３は移動体、１a1，１a2及び１
b1，１b2は電歪素子、λは波長である。
図から第４図は振動波モータの駆動原理を説明す
る図、第５図は本発明を適用した振動波モータの
電歪素子の配列の実施例を示した図、第６図は別
な実施例の同上図である。 ２は振動体、３は移動体、１a1，１a2及び１
b1，１b2は電歪素子、λは波長である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 振動体２と、振動体２と接触して振動体２に
より駆動される対象物３と、振動体２を励振する
電気−機械エネルギー変換素子１a1，１a2，１
b1，１b2，１b3とを有する振動波モータであつ
て、 変換素子１a1，１a2，１b1，１b2，１b3は振動
体２に３波の振動波を励振するように振動体２上
に配置される 振動波モータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58154651A JPS6046781A (ja) | 1983-08-24 | 1983-08-24 | 振動波モ−タ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58154651A JPS6046781A (ja) | 1983-08-24 | 1983-08-24 | 振動波モ−タ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6046781A JPS6046781A (ja) | 1985-03-13 |
| JPH0515153B2 true JPH0515153B2 (ja) | 1993-02-26 |
Family
ID=15588889
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58154651A Granted JPS6046781A (ja) | 1983-08-24 | 1983-08-24 | 振動波モ−タ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6046781A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03183376A (ja) * | 1989-12-08 | 1991-08-09 | Canon Inc | 振動波モータ |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58148682A (ja) * | 1982-02-25 | 1983-09-03 | Toshio Sashita | 超音波振動を利用したモータ装置の駆動方法とモータ装置 |
-
1983
- 1983-08-24 JP JP58154651A patent/JPS6046781A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6046781A (ja) | 1985-03-13 |
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