JP2636607B2 - 進行波による振動を利用した超音波モーター - Google Patents

進行波による振動を利用した超音波モーター

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JP2636607B2
JP2636607B2 JP3307520A JP30752091A JP2636607B2 JP 2636607 B2 JP2636607 B2 JP 2636607B2 JP 3307520 A JP3307520 A JP 3307520A JP 30752091 A JP30752091 A JP 30752091A JP 2636607 B2 JP2636607 B2 JP 2636607B2
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和男 袴田
忠雄 高木
幸夫 兵藤
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、進行波による振動を利
用した超音波モーターに関するものである。
【0002】
【従来の技術】超音波モーターは、リング状の弾性体
と、該弾性体に固着されたリング状の圧電体とを備え、
該圧電体に周波電圧を印加することで該弾性体表面に進
行波を発生させ、該弾性体上に加圧された移動体を該進
行波によって移動させるように構成されている。
【0003】詳細については実施例中で説明するが、圧
電体は、隣接する領域では互いに分極方向が異なるよう
に分極され、位相の異なる周波電圧が、異なる領域に印
加されることにより弾性体を励振することができる。
【0004】圧電体を分極するには、圧電体の表面と裏
面に高い電圧をかける方法が用いられる。その際に圧電
体は、隣接する領域では互いに分極方向が異なっていな
ければならない。このため、圧電体を周方向に分割した
領域にそれぞれセグメント電極を設けることにより、各
領域毎に分極を行うという方法がとられている。その時
隣接する領域は、電気的に絶縁されていなければならな
いため、各セグメント電極は、電気的に絶縁されてい
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、実際に超音
波モーターを駆動するために配線を施していくことを考
えた場合、セグメント電極が圧電体の分割した領域に分
けられていると、各セグメント電極全てに配線を施さな
ければならない。このため、作業性が悪く、また多くの
配線部材を必要とするためコストがかかる。さらに、多
くの配線部材によって接続されているため、配線不良が
起こりやすく、耐久性が低下するという問題が生ずるこ
とが予想される。
【0006】そこで本発明では、上記問題点を解決する
ために、第一交流電圧が印加される複数の第一電極を
れら電極が設けられた領域内で電気的に接続してグルー
プ化した第一電極相と、前記第一交流電圧とは位相の異
なる第二交流電圧が印加される複数の第二電極をこれら
電極が設けられた領域内で電気的に接続してグループ化
した第二電極相と、弾性体の励振状態に応じた電圧を検
出するモニター電極とに配線を施すことにより、小型で
配線作業性の高い超音波モーターを安価で提供すること
を目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、前記圧電体の片面の第一領域に配置さ
れ、第一交流電圧が印加される複数の第一電極と、前記
圧電体の前記片面の前記第一領域とは異なる第二領域に
配置され、前記第一交流電圧と位相の異なる第二交流
圧が印加される複数の第二電極と、前記弾性体の励振状
態に応じた電圧を検出するように、前記圧電体の前記片
面の前記第一及び第二領域と異なる第三領域に配置さ
れ、且つ前記第一及び第二電極から電気的に絶縁された
モニター電極とを設け、前記複数の第一電極を前記第一
領域内で電気的に接続してグループ化した第一電極相
と、前記複数の第二電極を前記第二領域内で電気的に接
続してグループ化した第二電極相と、前記モニター電極
とに配線を施した。
【実施例】図1から図5は、本発明の好適な実施例を示
した図である。
【0008】図1は超音波モーターの一例を示すもので
あり、図において1はPZTなどのリング状圧電体であ
り、銀等からなるリング状の共通電極2は、リング状圧
電体1の一方の面全体にコート(被覆)されている。リ
ング状圧電体1の他方の面には銀等から成るセグメント
電極群3がコートされている。セグメント電極群3は1
6個のセグメント電極3a〜3pから成る。そのうち、
セグメント電極3aは円周方向に3/4λの長さ(本明
細書中λは屈曲振動波長)を有しており、セグメント電
極3bは円周方向に1/4λの長さを有しており、セグ
メント電極3aと180゜ずれている。セグメント電極
3c〜3iは各々円周方向にλ/2の長さを有してお
り、セグメント電極3aと3bとの間の一方側にある。
一方、セグメント電極3j〜3pは各々円周方向にλ/
2の長さを有しており、電極3aと3bとの間の他方側
にある。
【0009】長さλ/2のセグメント電極3c〜3iお
よび3j〜3pの各々が対向しているリング状圧電体1
の各領域は、隣接する領域と分極方向が異なる様に分極
されている。例えば、リング状圧電体1はセグメント電
極3cの接触している領域とセグメント電極3dの接触
している領域とが分極方向を逆にしている。図において
【数1】 は夫々分極方向が逆であることを示している。長さλ/
2のセグメント電極3c〜3iは駆動交流印加用電極で
あり、互いに導電性ペースト4aにより接続され、これ
らには入力端子Rから入力交流電圧が印加される。セグ
メント電極3j〜3pも駆動交流印加用電極であり、同
様にペースト4bにより接続され、入力端子Lから入力
交流電圧が印加される。長さ3/4λのセグメント電極
3aは、リング状圧電体1の裏面のリング状の共通電極
2とリング状圧電体1の外周端に設けられた導電ペース
ト4cにより接続されている。セグメント電極3aには
接地端子Gより接地電位が印加される。すなわち、この
セグメント電極3aはリング状の共通電極2の引き出し
電極としての働きをしているにすぎない。またセグメン
ト電極3bは、セグメント電極群3の作製工程で単に形
成されたにすぎず、作用を何ら果たしていない。リング
状圧電体1にはリング状の共通電極2の側に接着剤5に
より、黄銅等から成る弾性体のリング6が固着されてい
る。ロータ7は弾性体のリング6に対して或る接触圧で
当接されている。
【0010】次に、上述の如き構成の超音波モーターの
作用について説明する。
【0011】入力端子R−G間と入力端子L−G間とに
互いに90゜位相のずれた所定周波数の交流電圧を加え
ると、リング状圧電体1と弾性体のリング6に波長λの
屈曲振動が生じ、ロータ7が回転される。このモーター
の効率を高くするには、上記交流の周波数を最適値に保
つことが必要である。しかしながらこの最適値は、例え
ばロータ7と弾性体のリング6との接触圧やモーターの
温度などの外部条件の変動によって変化するものであ
る。したがって、上記交流電圧の周波数を常に一定値に
保っていると、高効率な超音波モーターが得られない。
【0012】図2では図1のセグメント電極3bに対応
する部分に端子Sが設けてあり、このセグメント電極3
bに対向するリング状圧電体1の領域も分極されてい
る。その他の構造は、図1のものと同一である。
【0013】図2においても、このセグメント電極3b
は入力交流電圧が印加されない電極であるので、モータ
ーが駆動し、リング状圧電体1に屈曲振動が生ずると、
セグメント電極3bにはこの屈曲振動に応じた交流が現
れる。この現象は、圧電体は交流を印加されると振動を
生ずると共に、逆に振動を与えられると交流を生ずると
いう性質によるものである。
【0014】図3は、図2の超音波モーターの回転制御
回路である。回転制御回路は制御可能な発振器8、90
゜位相移相器9、アンプ10a、10b、インダクタン
ス11a、11b、図2に示す超音波モーター12、バ
ンドパスフィルタ13、発振制御器14より構成されて
いる。発振器8からある周波数の正弦波が出力され、ア
ンプ10aと90゜位相移相器9に入力される。90゜
位相移相器9の出力はアンプ10bに入力される。アン
プ10a、10bは互いに90゜位相のずれた交流電圧
を整合用インダクタンス11a、11bを介して端子
R、Lから超音波モーター12に印加する。超音波モー
ターの回転状態はセグメント電極3bに接続した端子S
より交流電圧の大きさで出力され、バンドパスフィルタ
13に入力する。図5を参照して後述するようにバンド
パスフィルタ13で不用な信号が除去され、回転を制御
するのに有用な信号のみが発振制御器14に入力され、
制御可能な発振器8にフィードバックされる。
【0015】図4は図2の超音波モーターへの入力周波
数fの時の超音波モーターの回転数をNとし、その時超
音波モーターの振動検出用セグメント電極3bの端子S
に出力される電圧を検出し、その検出電圧(例えば実効
値)をVとした時の関係を示す特性曲線図である。図に
おいて、ある外的条件の下での入力周波数に対するモー
ター回転数N1 の特性および検出電圧V1 の特性は図の
ようになり、ともに最適入力周波数f1 で最大となる。
また、外的条件が変化した時入力周波数に対するモータ
ー回転数特性および検出電圧特性はN2 、V2 となり、
この時最適入力周波数f2 に対してN2 、V2 は最大と
なっている。この様に、ある外的条件において、モータ
ー回転数のピークを与える周波数と検出電圧のピークを
与える周波数とはほぼ一致することが実験的に見出され
た。今、外的条件の変化にも拘らず、入力周波数が依然
として、例えばf1 に保持されると、モーター回転数N
も検出電圧Vも大きく低下することになる。そこで、本
発明では図3の回路図に示す如く、超音波モーターのセ
グメント電極3bの端子Sからの出力電圧(すなわち上
記検出電圧)に応じて、発振制御器14が発振器8を制
御して、常にその時の外的条件の最適値(例えばf2
に発振周波数すなわち超音波モーターへの入力周波数を
制御する。こうすれば超音波モーターにおけるリング状
圧電体と弾性体との間の共振周波数が、外乱の影響で変
化しても常に最適の周波数が発振器8より出力され、し
たがって超音波モーターの回転は、最適に保たれる。
【0016】一方、超音波モーターのセグメント電極3
bに接続された端子Sからの検出電圧Vは、前述した如
くモーター回転数Nの最大値を与えるモーターへの入力
周波数において最大値をとると共に、図5に示すように
そこからかなり離れた周波数f3 において小さなピーク
を呈する場合がある。そこで、図3の制御回路において
はバンドパスフイルタ13をモーター側出力端子Sと発
振制御回路14との間に設けて、モーター回転数Nの最
大値を与える周波数帯域、例えば図4の周波数f1 〜f
2 付近を通し、上述の周波数f3 を含む如きそれ以外の
周波数帯域をカットするようにしてある。
【0017】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、第一
電圧が印加される複数の第一電極をこれら電極が設け
られた領域内で電気的に接続してグループ化した第一電
極相と、前記第一交流電圧とは位相の異なる第二交流
圧が印加される複数の第二電極をこれら電極が設けられ
た領域内で電気的に接続してグループ化した第二電極相
と、弾性体の励振状態に応じた電圧を検出するモニター
電極とに配線を施すことにより、小型で配線作業性の高
い超音波モーターを安価で提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】超音波モーターを示すものであり、(a) はその
平面図、(b) はその正面図。
【図2】本発明の一実施例の超音波モーターの平面図。
【図3】図2の超音波モーターの回転制御回路を示す
図。
【図4】異なった外的条件における超音波モーターへの
入力周波数に対するモーター回転数および図2の端子か
らの検出電圧との関係を示す特性曲線図。
【図5】入力周波数に対するモーター回転数および検出
電圧の関係を示す特性曲線にピークが複数個現れる場合
を示す図。
【符号の説明】
1……リング状圧電体 6……弾性体のリング 7……ロータ 3b……振動検出用のセグメント電極 S……端子 8……発振器 14……発振制御器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭49−128722(JP,A) 特開 昭59−156169(JP,A) NIKKEI MECHANICAL 1983.2.28 P.44〜49

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 弾性体と、該弾性体を励振させる為の圧
    電体とを備え、進行波による振動を利用した超音波モー
    ターにおいて、 前記圧電体の片面の第一領域に配置され、第一交流電圧
    が印加される複数の第一電極と、 前記圧電体の前記片面の前記第一領域とは異なる第二領
    域に配置され、前記第一交流電圧と位相の異なる第二
    電圧が印加される複数の第二電極と、 前記弾性体の励振状態に応じた電圧を検出するように、
    前記圧電体の前記片面の前記第一及び第二領域と異なる
    第三領域に配置され、且つ前記第一及び第二電極から電
    気的に絶縁されたモニター電極とを有し、 前記複数の第一電極を前記第一領域内で電気的に接続し
    てグループ化した第一電極相と、 前記複数の第二電極を前記第二領域内で電気的に接続し
    てグループ化した第二電極相と、 前記モニター電極とに配線を施したことを特徴とする
    行波による振動を利用した超音波モーター。
JP3307520A 1991-11-22 1991-11-22 進行波による振動を利用した超音波モーター Expired - Lifetime JP2636607B2 (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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NIKKEI MECHANICAL1983.2.28 P.44〜49

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