JP3006039B2 - 波動ステップモータ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明の波動ステップモータは検出回路等によるフィ
ードバック制御なくして、ステップ駆動が可能な超音波
モータに関する。

〔従来の技術〕

従来の超音波モータは特開昭58−93477、特公報昭59
−37673、特開昭59−122385、特開昭60−51478などに示
される様に非常に多くの方式が提案、実現されている。
いずれも駆動波形を印加している限りは連続に回転する
ものであった。

〔発明が解決しようとする課題〕 したがって従来の超音波モータの回転数、停止位置、
回転速度の制御をする為にはフィードバック制御を施す
必要があった。

そこで本発明の目的は、シーケンス制御が容易なステ
ップ駆動ができる超音波モータを提供する事にある。

〔課題を解決するための手段〕

本願発明の波動ステップモータは、ステータと、該ス
テータに定在波を発生させる振動子と、該ステータと接
する複数の凸部を有する間欠移動体と、を備えており、
該定在波の波長方向に沿った該複数の凸部のそれぞれ長
さは該定在波の波長より短く、該複数の凸部のそれぞれ
の間隔は、該定在波の半波長の整数倍にほぼ等しい、そ
のことによって上記目的が達成される。

好ましくは、波動モータが制御回路をさらに備え、前
記振動子が複数の振動要素からなり、該制御回路が該複
数の振動要素に第１の駆動電圧の組を与えた場合に、該
ステータに第１の定在波が発生し、該制御回路が該複数
の振動要素に第２の駆動電圧の組を与えた場合に、該ス
テータに第２の定在波が発生し、該第１の定在波の節位
置と第２の定在波の節位置とは互いに異なる。

〔実 施 例〕

第１図は本発明の概要を示すブロックダイヤグラム
で、100は水晶振動子、101は水晶発振回路、102は水晶
発振回路からの出力信号を分周する分周回路、103は制
御回路であり振動体107の共振周波数で発振する発振回
路105と発振回路105の発振波形の位相を反転する位相反
転回路106からの信号を制御する。104はドライバであり
振動体107に印加する制御回路の信号を増幅する。108は
振動子であり、振動体107が４つの振動子からなる例を
示しており、それぞれが独立して振動しうる。ハは発振
回路105の出力信号イと逆位相の信号ロを制御する制御
信号、ニは振動体107を駆動するための駆動信号であ
る。

第２図は本発明の原理を示す説明図であり、振動体と
して圧電素子を用いた例で説明する。

第２図（ａ）においてロータ１の突起部1a、1cは、圧
電素子３を添付したステータ２と部分的に接している。
圧電素子３はＡ、B2種類４つの振動子に分かれており、
Ａ、Ｂは逆位相で変形している。Ｎはステータ２の振動
モートで節を示している。第２図（ｂ）は第２図（ａ）
の逆位相の振動モードの状態を示している。以上におい
てステータのノードの間隔と同等あるいは数倍の間隔の
位置に構成したロータの凸部1a、1b等はそれぞれ矢印1
0、11の様な力を受ける。この時、力10、11は振動モー
ドの凸部から節の方向に分力を持つので、ステータ１は
10a、11bの方向に力を受ける。

第２図（ｃ）、第３図（ｄ）はステータ２とロータ１
の位置関係が異なる場合であり、力12、13によってロー
タ１は12a、13aの方向に力を受ける。

第２図（ｅ）は第２図（ａ）〜（ｄ）を重ねた図であ
りロータの凸部がロータの節Ｎに位置決めされる事が自
明である。したがって節の位置が段階的に移動すればロ
ータはステップ的に動く。

第３図は本発明の波動ステップモータを回転型に構成
した第１の実施例を示す断面図。第４図は第３図のロー
タ、ステータ部の平面図、第５図は第２の実施例を示す
平面図である。１はロータ、２はステータである。本実
施例では振動体として圧電素子３を用いている。４はス
テータ３をネジ６で固定する地板、５はロータ１を回転
自由に案内する輪列受、７はロータ１の回転力を取り出
すピニオン、８は圧電素子の電極パターン3aに電圧を印
加するリード線である。1aは凸部であり第４図の実施例
ではロータ１に厚み方向に部分的に設けてあり、第５図
の実施例ではステータ２に全周に厚み方向に突起部2aを
設け、ロータ１に半径方向に部分的に凸部、、、
を設けている。

第４図、第５図の例共に４ヶ所でロータ１とステータ
２が接する例を示した。また圧電素子３は破線で示した
様に12の振動子に分割してあり、後述の説明の為にＡ、
Ｂ、Ｃ、、、の記号をつけた。等しい記号には同
じ駆動波形を印加する。また、振動モードの節になる位
置に順次〜の記号をつけた。尚、本実施例では直交
する２本の節直径を有し、節が出来うる位置は全周で12
ヶ所ある。

第６図は本発明の波動ステップモータがステップ駆動
される様子を示した説明図であり、記号は第５図に対応
し、リニア型に展開したものである。破線は振動モード
の形を示し、その瞬間に各振動子に加えられている電圧
の位相の状態を便宜上＋、−で示した。

ではＡ、Ｂ、Ｃと、、がそれぞれ組になり、
互いに180゜位相がずれて振動している為、ロータの凸
部、、、は図示の位置になる。

ではＢ、Ｃ、と、、Ａが組、ではＣ、、
と、Ａ、Ｂが組となり、以下順次くり返すと、ロー
タはステップ状に動く。第５図の回転型では12ステップ
で１回転する。またの次にという様に切り換えると
ロータは逆行できる。尚、以上の説明で自明な様に、リ
ニア型波動ステップモータも容易に構成できる。

第７図は第６図に示した振動モータを作る為のタイミ
ングチャートであり、例えばの位置に節を作る場合に
はＡ、Ｂ、Ｃに正（＋）の位相、、に負（−）の
位相の駆動波形を印加する。これらの制御は、前述の制
御回路103で行い、発振回路105からの出力信号イを＋と
するならば発振回路105の出力信号の逆位相の信号ロを
−とし、分周回路102の制御信号ハのタイミング（第７
図の１点鎖線）で切り換えを行なう。尚、駆動波形ニは
Ａ、Ｂ、Ｃ、、、の６種類が必要であるが、Ａと
、Ｂと、Ｃとは逆の関係になるので、分極の方向
を逆にすれば３種類で同等の作用が可能である。

第８図は振動子ＡとＢに印加される駆動波形を示した
ものでの振動モードを形成する場合にはＡの駆動波形
の位相を逆転させ、の振動モードを作る場合にはＡと
Ｂに逆位相の振動波形を印加する。

第13図は本発明の波動ステップモータの駆動方法の一
例を示す説明図であり、駆動回路の一部を示す実施例で
ある。103は、シフトレジスタ110、1/6分周回路109、イ
ンバータ121、122、123、124、125、126、ANDゲート13
1、132、133、134、135、136、ORゲート141、142、143
から成る制御回路であり、106はインバータ127から成る
位相反転回路、104はバッファ151、152、153、154、15
5、156から成るドライバ、107はステータ２に添付した
振動体であり、複数の振動子108から構成されている。
本実施例は、１回転に分割で２λの振動モードを有する
波動ステップモータを毎秒１ステップ30゜駆動する場合
の回路例である。尚、第１図における水晶分振回路、分
周回路は従来の電子時計の回路構成と同等で良く、発振
回路は、CR発振回路や自励発振回路等を用いる。発振回
路から位相反転回路106、制御回路103に入力する駆動波
形φｒは正弦波が理想であるが、矩形波や他の波形であ
っても構わない。この様な構成において分周回路からの
1Hzの制御信号φ１により1/6分数回路109とシフトレジ
スタ110を介して１秒づつ位相のずれた1/6Hzの信号φ1/
6a、φ1/6b、φ1/6cを作り発振回路と位相反転回路の信
号を制御する。その結果３秒づつ位相が反転する駆動信
号３種類と、その反転信号の計６種の駆動信号を形成
し、それぞれバッファを介して振動子108を２ケづつ駆
動する。したがってそれぞれの振動子は３ケづつ同位相
又は逆位相で駆動され、２λのたわみ振動が形成され
る。

以上、詳述した様に、それぞれの振動子に加える振動
を適宜切り換える事により、１回転12分割のステップ駆
動が実現できる。

第９図は本発明の波動ステップモータの第３の実施例
を示す平面図である。記号のつけ方は前述の実施例と同
様である。振動子３は４つの振動子Ａ、、Ｂ、から
なりロータ１とステータ２は２ヶ所の接触部、で接
し、節の数は２つで節の出来得る位置は８ヶ所である。

第10図は振動モードの形と接触部、の位置関係を
示す説明図、第11図は第10図の振動モードを作るための
タイミングチャート、第12図は振動子Ａ、Ｂに印加する
駆動波形である。第11図において＋と−は逆位相の状態
を示し、０は駆動波形を印加しない状態を示す。

したがって他の実施例においては１回転８ステップの
波動ステップモータが実現できる。

尚、前述の実施例においては、間欠移動体としてロー
タを示すことで回転型の代表例を示したが、本発明の意
図は、間欠移動体を振動の節に移行させ、振動要素の駆
動のし方を順次変えて間欠移動体をステップ的に移動さ
せる方法を提供する事にあるので、具体的な構造、振動
モードの形や形成のし方、節の数、振動子の種類や分割
数、構成等、何ら制限するものではない。さらに、発振
回路105は水晶発振回路101の出力を利用しても良いし、
振動体107の振動を検出して最適条件で共振させる自振
発振回路であっても良いし、制御信号ハは水晶振動子10
0の信号に基づくものでなくても何ら差しつかえない。

また本発明の波動ステップモータは所望の位置に移動
した後は間欠移動体とステータの摩擦力によって、その
位置が保持される為、駆動を停止しても良い。

〔発明の効果〕

以上詳述した様に、本発明によれば、フィードバック
制御が不要で、シーケンス制御で位置決めができる超音
波モータが実現できた。したがって制御に要する回路や
部品等が大幅に簡略化でき、その効果は絶大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の波動ステップモータの概要を示すブロ
ックダイヤグラム。 第２図（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）は本発明の波動
ステップモータの説明図。 第３図は本発明の第１の実施例を示す断面図。 第４図は第３図の平面図。 第５図は本発明の第２の実施例を示す平面図。 第６図は振動モードとステップ駆動の状態を示す説明
図。 第７図はタイミングチャート。 第８図は駆動波形図。 第９図は本発明の第３の実施例を示す平面図。 第10図は振動モードと接触部の位置関係を示す説明図。 第11図はタイミングチャート。 第12図は駆動波形図。 第13図は本発明の波動ステップモータの駆動方法の一例
を示す説明図。 １……ロータ ２……ステータ ３……圧電素子 103……制御回路 104……ドライバ 105……発振回路 106……位相反転回路 107……振動体 108……振動子

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ステータと、 該ステータに定在波を発生させる振動子と、 該ステータと接する複数の凸部を有する間欠移動体と、 を備えた波動ステップモータであって、 該定在波の波長方向に沿った該複数の凸部のそれぞれ長
   さは該定在波の波長より短く、 該複数の凸部のそれぞれの間隔は、該定在波の半波長の
   整数倍にほぼ等しい、 波動ステップモータ。
2. 【請求項２】制御回路をさらに備え、 前記振動子が複数の振動要素からなり、 該制御回路が該複数の振動要素に第１の駆動波形の組を
   与えた場合に、該ステータに第１の定在波が発生し、 該制御回路が該複数の振動要素に第２の駆動波形の組を
   与えた場合に、該ステータに第２の定在波が発生し、 該第１の定在波の節位置と第２の定在波の節位置とは互
   いに異なる、請求項１記載の波動ステップモータ。