JPH03230771A - 振動波モータ - 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］ 本発明は、振動体に発生させた進行性振動波により、振
動体と該振動体に接触した部材とを相対運動させる振動
波モータに関するものである。

［従来の技術］ 第６図は従来の円環状振動波モータの弾性体上に設けら
れる圧電素子の電極配置を示し、円環状振動体に励起さ
れる振動波の波長の１／２ピツチをもつ２つの電極群［
Ａ相（Ａｌ〜Ａ？）およびＢ相（Ｂｌ−８７）］が空間
的にピッチ１／２、すなわち前記波長の１７４だけ位相
ずれをもって配置され、さらにこれらの２つの電極群の
間に、円環状振動体の振動状態を検知するセンサ用電極
Ｓ、つまり該振動体の振動により起電圧を発生する圧電
素子などの電極、ならびに共通電極Ｃ（Ｃ＋　、２　、
Ｃ５）などが設けられている。また、振動体は金属等の
弾性体１と、該弾性体１に貼着された電気−機械工ネル
ギー変換素子としての圧電素子（例えばＦＡＴ　）２と
からなり、電気−機械エネルギー変換素子２の弾性体１
側の関連する電極は該金属性弾性体１を介して短絡され
ている。共通電極Ｃ１Ｃ２，Ｃ３は導電性塗料などて弾
性体１に導通状態にされており、弾性体ｌとの電位差は
零である。今、駆動電極Ａ１〜Ａ７．Ｂ、〜Ｂ、に共通
電極Ｃの電位に対しある大ぎさの電位を人力すると、電
気−機械エネルギー変換素子２の表裏に電位差か生じひ
ずみか生しる。

そこでＡ相電極群Ａ　１〜Ａ　７に、Ｖ　＝　Ｖ　ｏｓ
ｉｎωｔ、Ｂ相電極群Ｂ１〜Ｂ７には、Ｖ　＝　Ｖ　ｏ
ｓｉｎ（ωｔ±−）なる電圧を印加することにより、弾
性体ｌに進行性振動波か生じ、加圧接触されたロータ等
の公知の移動体（不図示）は摩擦により移動する。また
、前記式中の（＋）。

（−）を変えること、即ち一方の印加電圧の位相を他方
に対して進ませ、或いは遅らせることにより、移動体の
進行方向を切換えることが可能で、（−）の場合すなわ
ち、Ａ相に印加する周波電圧よりも−（９０’）だけ位
相の遅れた周波電圧をＢ相に印加した場合は、移動体は
時計方向（ＣＷ）に回転し、（＋）の場合、すなわち、
Ａ相に印加する周波電圧よりも、−（９０°）だけ位相
の進んだ周波電圧をＢ相に印加した場合は、移動体は反
時計方向（ＣＣＷ）に回転する。

そして、センサ用電極Ｓから検知される信号は移動体が
共振状態にある時はＡ相に印加する周波電圧とある位相
関係をもった信号であるが、非共振状態の時はＡ相に印
加する周波電圧との間にある位相関係からずれた信号と
なる。

そこで駆動電圧と検知信号との位相差を検知することに
よって、振動が振幅の大きい共振状態にあるのか、共振
状態からどの程度はずれているのかを知ることができ、
この情報から印加する周波数を決定することにより、回
転速度の制御が可能である。

第７図（ａ）は、振動波モータの弾性体の部分断面図で
ある。第７図（ａ）の弾性体には、電気−機械エネルギ
ー変換素子としての圧電素子か張りつけである。又移動
体としてのロータ（不図示）との接触面には幅ｔ１深さ
ｈｌの多数の溝か全周にわたって設けられている。また
これらの溝の一部は、騒音を発生させない手法として深
さｈ２の深溝となっている。

第７図（ａ）の深溝の間隔は適当であるが、この間隔か
６０°間隔であれは、３次モードの振動を抑制すること
ができる。以上の様に、深溝の配置手段により単一　あ
るいは多数の騒音のモートを抑制し騒音を防止する効果
が生しるものである。

このとき、？気−機械エネルギー変換素子である圧電素
子の電極パターンと、上記深溝のパターンとは任意に位
置決めされている。

第７図（ａ）のようなセンサ用電極Ｓとｆｉ：溝パター
ンの組み合わせのとき、深溝部がセンサ用電極Ｓの近傍
にあり、第７図（ｂ）のようにセンサ用電極Ｓの部分の
剛性が変化している。このとき第８図のような周波数ｆ
対Ａ相、Ｓ相位相差θＡ−４の関係が得られる。弾性体
が共振周波数であるとき、位相差θＡ−５はＣＷで−２
２５゜ＣＣＷで一１３５°となる。

［発明が解決しようとしている課題］ しかし、第８図に示すように、センサ用電極Ｓの付近の
剛性が変化しているため、進行性振動波の振幅や波長が
微妙に変わっており、理想的なｆ対θ□５曲線（第８図
の点線部分）より、ＣＷ回転とＣＣＷ回転で互いに逆方
向へずれてしまう。

よって、θ＾−５位相差を一２２５°　（ＣＣＷは一工
３５°）に合わせても、正しい共振周波数を検知してい
ないという問題点がある。つまり、上記従来例では、電
気−機械エネルギー変換素子である圧電素子の電極パタ
ーンと、弾性体の深溝パターンの位置関係が任意である
と、第７図（ｂ）のようにセンサ用電極Ｓの近傍に深溝
部の剛性の変化部が配置され、センサ用電極Ｓの信号に
悪影響を及ぼし、真実のｆ対θＡ−５曲線に対して第８
図のように差が生じてしまう。すなわち深溝近傍では、
ひずみが異なり、センサ用電極の中心があたかもずれた
ようになり正しい共振周波数を検知していないというこ
とになる。

本発明の目的は、このような従来の問題を解決し、セン
サ用電極で常に正しい共振周波数の検出を可能とする振
動波モータを提供することにある。

［課題を解決するための手段コ 本発明の目的を達成するための要旨とするところは、弾
性体に少なくとも駆動用電極と振動検出電極を有する電
気−機械エネルギー変換素子を単層又は積層配置し、駆
動用電極に互いに位相の異なる周波電圧を印加して進行
性振動波を発生させ、該弾性体に加圧接触した部材と、
該弾性体とを相対移動させる振動波モータにおいて、該
振動検出電極を、該弾性体の剛性の変化する部分の中心
に、もしくは剛性の変化する部分を避けて配置したこと
を特徴とする振動波モータである。

［作　　　用］ 上記した構成の振動波モータは、例えば弾性体に多数の
溝を形成してその一部を深溝とすることで剛性の変化す
る部分を作り出している場合、深溝間の中心、深溝を避
けて振動検出電極を配置することで、剛性変化の部分の
影響を振動検出電極が受けず、正確な情報を振動検出電
極が得ることができる。

［実　　施　　例コ 実施例１ 第１図は本発明による振動波モータの実施例１を示す図
で、第１図（ａ）はセンサ用τ８ｉｓ付近の圧電素子及
び弾性体の部分断面図であり、第１図（ｂ）は同じ位置
での剛性を表わした図である。なお、圧電素子の配置は
第６図と同様とする。

第１図（ａ）において、弾性体１には幅ｔ、深さｈｌの
第１満３が設けられている。またこれらの溝３の一部に
深さｈ２の深溝４が設けらねている。第１図（ｂｌ　に
示す如く、深溝４の近傍では弾性体１の剛性が変化して
いる。しかし、センサ用ｉｔＭ１ｓは、深溝４を避けて
配置されているため、弾性体１の剛性が均一となってい
る。

ここで、駆動用Ａ相電極Ａ１〜Ａ７にＶ＝Ｖｏｓｉｎω
ｔ、駆動用ＢＭＪ電極Ｂ　＋　〜Ｂ　ｙにＶ＝■。５ｉ
ｎ（ωｔ±−）なる電圧を印加したときにセンサ用電極
Ｓから得られるセンサ信号の周波数（ｆ）対位相差θＡ
−５曲線は、第２図のようになった。すなわち、第２図
から、正規の共振周波数ｆ、における位相差θＡ−５は
、ＣＷ回転の場合−２２５°、　ＣＣＷ回転の場合−１
３５°という９０°の差かあるものの、周波数ｆ対位相
差θＡ−５曲線は、すへての周波数において一致する。

以上のようにセンサ用電極Ｓの位置を、弾性体１の剛性
の変化する部分を避けて配置することで、正しく共振周
波数を検知することができる。このとき剛性の変化する
部分を避ける量として、実験より、剛性の最も低い（も
しくは高い）部分からλ（波長）７４以上は、離れるの
が望ましい。又、剛性の変化する部分の中心にセンサ用
電極Ｓを配置する場合、λ（波長）７８以内にするのが
望ましい。

実施例２ 第３図は本発明の実施例２を示す図で、第３図（ａ）は
センサ用電極Ｓ付近の圧電素子及び弾性体の部分断面図
であり、第３図（ｂ）は同じ位置での剛性を表わした図
である。

第３図（ａ）において、弾性体１には幅ｔ、深さｈｌの
溝３が設けられている。また、これらの溝３の一部に深
さｈ２、幅ｔ°の溝５、及び深さｈＩ、幅ｔ゛の溝６が
設けられている。第３図（ｂ）かられかるように、溝幅
ｔ′で溝深さｈ２とり、の溝５，６を設けることにより
、剛性の変化する領域が減り、センサ用電極Ｓは、容易
に剛性の変化する部分を避けることができる。

実施例３ 第４図は本発明の実施例３を示す図で、第４図（ａ）は
センサ用電極Ｓ付近の圧電素子及び骨性体の部分断面図
であり、第４図（ｂ）は、同じ位置での剛性を表わした
図である。

第４図（ａ）において、弾性体には幅ｔ、深さｈｌの溝
３が設けられている。また、これらの溝３の一部に深さ
り、の浅い溝７が設けられている。

実施例１では、溝の一部を深くすることにより剛性を変
化させているが、実施例は、溝７を浅くすることにより
剛性を変化させている。

弾性体１の一部の剛性を変化させて騒音の発生を防ぐ方
法としては、以上の倒置外に弾性体の一部にある質量を
付けたり、取り除いたりすることによフても実現できる
。このときにも、剛性の変化する部分が存在するので実
施例１同様センサ用電極Ｓは、その部分を避けて配置す
る必要がある。

実施例４ 第５図に実施例４を示す。本実施例は、溝８．９．１０
が不等ピッチで、図中塗りつぶしである深溝８が２ケ連
続している例を示す。第５図ては、深溝８が２ケ連続し
た部分が最も剛性か変化しており、センサ用電極Ｓは特
にその部分を避けるようにする。又、深溝８．１０が１
ケ所の部分も避けて配置するのが望ましい。

以上の各実施例は、円環型の弾性体であるか、円板型や
リニア型などのものに対しても振動検出手段を設けた場
合も同様にすることかできる。又、電気−機械エネルギ
ー変換素子である圧電素子も１枚に限らず積層にした場
合にも、同様である。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、振動検出電極を
、弾性体の剛性の変化する部分を避けて配置することに
より、振動検出電極の出力と印加電圧の位相差の特性が
正確に共振周波数をとらえることができ、安定に駆動す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による振動波モータの実施例１を示し、
第１図（ａ）は弾性体の部分断面図、第１図（ｂ）は弾
性体の位置と剛性との関係を示す図である。第２図は実
施例１のｆ対θＡ−５の関係を示す図、第３図は実施例
２を示し、第３図（ａ）は弾性体の部分断面図、第３図
（ｂ）は弾性体の位置と剛性との関係を示す図である。 第４図は実施例３を示し、第４図（ａ）は弾性体の部分
断面図、第４図（ｂ）は弾性体の位置と剛性との関係を
示す図である。第５図は実施例４を示す弾性体の平面図
、第６図は従来の振動波モータにおける電極配置図、第
７図は従来の振動波モータを示し、第７図（ａ）は弾性
体の部分断面図、第７図（ｂ）は弾性体の位置と剛性と
の関係を示す図である。第８図は従来例のｆ対θの関係
を示す図である。 １、弾性体　　　　　２・圧電素子 ３、４．５．６．７．８．９．１０：溝部１図 位 ！ 第３図 償 買 第５図 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　弾性体に少なくとも駆動用電極と振動検出電極を有
   する電気−機械エネルギー変換素子を単層又は積層配置
   し、駆動用電極に互いに位相の異なる周波電圧を印加し
   て進行性振動波を発生させ、該弾性体に加圧接触した部
   材と、該弾性体とを相対移動させる振動波モータにおい
   て、該振動検出電極を、該弾性体の剛性の変化する部分
   の中心に、もしくは剛性の変化する部分を避けて配置し
   たことを特徴とする振動波モータ。 ２　弾性体に、幅が不等ピッチのスリットを形成するこ
   とにより、剛性の変化幅を小さくしたことを特徴とする
   請求項１に記載の振動波モータ。