JPH03207281A - 波動ステップモータ - 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】 〔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１ 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］ 本発明の波動ステップモータは、 （１）振動子により加振されるステータと、該ステータ
と接し摩擦力によって駆動されるロータを有する超音波
モータにおいて、前記ロータが有する複数の凸部と前記
ステータが接する事を特徴とする。

（２）振動体は複数の振動子からなり、該振動子に印加
する駆動波形を、制御回路によりそれぞれ個別に位相を
切り換えるあるいは断・続する事を特徴とする。

〔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、１０
３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。１
０４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１０
７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。０は発振回路１０５の出力信号の
と逆位相の信号◎を制御する制御信号、■は振動体１０
７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、振動体とじ
て圧電素子を用いた例で説明する。

第２図（ａ）においてロータエの突起部１ａ、ＩＣ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、８２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
振動モードの節を示している。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６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１０．１１の様な力を受ける。この時、力１Ｏ１
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ｌｏａ、ｌｌｂ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ｌ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。ｌはロータ、２はステータである１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ｌの回転力を取り出す
ビニオン、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。ｌａ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２
ａ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ケ所でロータｌ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，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、節が出来つる位置は全周で１
２ケ所ある。

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Ａ、Ｂ、Ｃ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，ＡとＢ、Ｃ，Ａが組、■ではＣ１Ａ、Ｂ
とＣ，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ステツプ
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Ｘ、Ｂ、Ｃ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■を十とするならば発振回路１
０５の出力信号の逆位相の信号◎を−とし、分周回路１
０２の制御信号Ｏ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＠はＡ、Ｂ、Ｃ，Ａ、百、ての６種類が必
要であるが、ＡとＡ、Ｂと百、Ｃとては逆の関係になる
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１３１．１３２．１３
３．１３４．１３５．１３６、ＯＲゲート１４１．１４
２，１４３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１５
１．１５２．１５３．１５４．１５５．１５６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６本実施例は
、１回転に分割で２先の振動モードを有する波動ステッ
プモータを毎秒１ステツプ３０°駆動する場合の回路例
である。尚、第１図における水晶発振回路、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発振回路や自動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ＩＨｚの制御信号
φ１によりｌ／６分数回路１０９とシフトレジスタ１１
０を介して１秒づつ位相のずれた１　／　６　Ｈｚの信
号６１　／　６　ａ、φｌ／６ｂ、φ１　／　６　ｃ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
、２尤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。記号のっ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、Ａ、Ｂ、Ｂからな
りロータｌとステータ２は２ケ所の接触部■、■で接し
１節の数は２つで節の出来得る位置は８ケ所である。

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図において十と−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ステツプの波
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、回転型の代表例を示した
が、本発明の意図は、ロータを振動の節に移行させ、振
動子の駆動のし方を順次変えてロータをステップ的に移
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、制御信号の
は水晶振動子１００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
た後はロータ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６ 〔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。 　０３ ０４ ０５ ０６ ステータ 圧電素子 制御回路 ドライバ 発振回路 位相反転回路 １０７・・・振動体 １０８・・・振動子 以上

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）振動子により加振されるステータと、該ステータ
   と接し摩擦力によって駆動されるロータを有する超音波
   モータにおいて、前記ロータが有する複数の凸部と前記
   ステータが接する事を特徴とする波動ステップモータ。
2. （２）振動体は複数の振動子からなり、該振動子に印加
   する駆動波形を、制御回路によりそれぞれ個別に位相を
   切り換えるあるいは断・続する事を特徴とする請求項１
   記載の波動ステップモータ。