JPH04236174A - 超音波モータ - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明の超音波モータは、超音波
モータの振動状態を安定化させる為の調整手段に関する
。

【０００２】

【従来の技術】従来の超音波モータは特開昭５８−１４
８６８２、特開昭５９−９６８８１で開示されている様
に、同時に複数の振動状態で加振しステータに進行波を
形成するタイプや、本出願人提示の特願平１−２７３０
８２の如く、複数の振動状態を順次形成するタイプ等が
あった。

【０００３】ところで、例えば、円板状の振動体（ステ
ータ）の場合、撓み振動に注目すると、多くの振動モー
ド（振動姿態）があり、さらにそれぞれの振動モードに
おいて同形状で線形独立な（直交する）２つの振動モー
ドを有している。この様な現象については、電気学会超
音波研究会資料ＵＳ６７−２４（１９６８−２）「直交
する同形縮退モードを用いた多重モード共振子と圧電フ
ィルタ」清水、中村の論文等で報告されている。それに
よれば、円板のステータの場合、理想的な形状に出来て
いれば、無限個の回転対称軸を持つ事になり、任意の位
置に振動のノードが形成できる事になる。

【０００４】ところが、実際には加工上の寸法や残留歪
の影響、材料そのものの不均一性等により前述の縮退は
解けており、自由振動におけるノードの方向は決まって
しまっている。したがって、圧電素子を添付する等によ
りステータを強制的に加振しても、所望の位置からずれ
た所にノードが形成される。この事は進行波を形成する
時に例えば１／４λ（λは振動姿態１周期分の長さ）離
した所で９０°位相をずらして加振しても、理想的な進
行波にならない事になる。具体的には、振動振幅が時間
的に変化する。また、定在波の場合には所望の位置にノ
ードが形成されない事になりステップ駆動する場合の位
置精度に悪影響を与える。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明の超音波
モータは、少なくとも、共振点近傍の周波数で振動をす
るステータと該ステータに接触し摩擦駆動されるロータ
と、前記ステータに添付され前記ステータを同時または
時系列的に複数の振動状態で加振する振動子を有する超
音波モータにおいて、前記ステータの振動部分の剛性及
び質量を部分的に付加または除去した事を特徴とする。 また、本発明によれば、ステータの剛性の付加または除
去は、前述の振動子に誘起される電荷を導通させる事に
より行なう事を特徴とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の超音波モータは
、少なくとも共振点近傍の周波数で振動をするステータ
と該ステータと接触し摩擦駆動されるロータと、前記ス
テータに添付され前記ステータを同時または時系列的に
複数の振動状態で加振する振動子を有する超音波モータ
において、前記ステータの振動部分の剛性及び質量を部
分的に付加または除去した事を特徴とする。また、前述
の剛性の付加または除去は前記振動子に誘起される電荷
を導通させる事により行なう事を特徴とする。

【０００７】

【実施例】図１は本発明の超音波モータの実施例を示す
断面図、図２は図１のステータ１の上面図であり振動子
として圧電材料からなる圧電体リング２をステータ１に
添付している。ステータ１は固定ネジ１６でフレーム１
１に固定され、ステータ１の歯１ａと接触するロータ３
は外部に回転力を取り出す為のピニオン３ｂに設けた回
転軸１ａにより支持板６で支持されている。また、回転
軸１ａは支持板６に止めネジ１６で固定されたばね４に
より加圧されている為、ロータ３と歯１ａは摩擦接触し
ている。また図２には３λの撓み振動モードのノード位
置ａを実線で示し、直交するノード位置ｂを２点鎖線で
示した。切断部１０１、１０２、１０３、ノード位置ａ
、ｂそれぞれにおける共振周波数を調整する為に設けて
ある。この場合はノード位置ｂの共振周波数が低かった
場合であり振動の腹の位置、即ちノード位置ａの部分を
削除して共振周波数を上げ、ノード位置ａの共振周波数
に合わせている。この時、ノード位置ａの振動モードに
ついてはノードの部分になる為、共振周波数への影響は
ほとんどない。もちろん、切断する量やカ所は共振周波
数の修正程度によるので、何ら限定するものではない。 また、位置についても、一つのノード位置に相当する部
分が好ましいが、最終的に２つのノード位置の共振周波
数が等しければ良い為、必ずしも限定するものではない
。また切断方法についてはレーザー加工や機械加工など
あらゆる方法が適用できる。

【０００８】以上の様な方法により直交する２つのノー
ド位置における共振周波数を合わせると２つのモードが
同形縮退する為、軸対称方向に自由の方向にノードが形
成できる。尚、現実には完全に同形縮退させる事は困難
であるが、振動体（ステータ）におけるＱ値を下げれば
ほぼ同等の効果がある。具体的には吸振部材を添付する
、ステータに振動減衰の大きい材料を使用する等の方法
がある。

【０００９】図３は本発明の超音波モータのステータ形
状の第２の実施例を示す平面図であり、外周部に複数の
凸部を設けてある。この場合はノード位置ｂの部分の６
ヶ所の凸部１１１〜１１６を削除し、ノード位置ａの共
振周波数を上げている。この様な形状においては凸部を
削除しやすく、また１ヶ所削除した場合の共振周波数の
変化量を把握でき調整が容易になる。

【００１０】図４は本発明の超音波モータの圧電体リン
グの実施例を示す下面図であり、圧電体リング２は複数
の振動要素に分かれており、それぞれに電極パターン２
ａを形成している。それぞれの電極パターンに交番電圧
を印加する事により振動要素が歪み、定在波振動を誘起
する。１２１は電極パターンに添付したハンダや接着剤
等の質量であり、ノード位置ｂの部分に添付する事によ
りノード位置ａの共振周波数を下げる事ができる。この
様な場合には容易に添付、除去ができるので調整の失敗
がない。

【００１１】図５は本発明の超音波モータのステータの
第３の実施例を示す平面図であり、１はステータ、１ａ
は歯、１３１ａ、１３１ｂは、ノード位置ａの部分に設
けたスリットまたは溝であり、ステータの剛性及び部分
的な質量を変える為、ノード位置ａ及びｂの共振周波数
を変える事ができる。この様な方法では、形状によって
ノード位置ａ及びｂそれぞれへの影響を任意に変える事
ができ、自由度が大きい。

【００１２】図６は本発明の超音波モータのステータの
第４の実施例を示す側面図であり、２は圧電体リング１
ａは歯、１４１ａ、１４１ｂはステータ１に添付した弾
性部材であり、当接する部分が振動の膜になるノード位
置の共振周波数を上げる事ができる。この様な方法にお
いては簡単に取りつけ、取りはずしができ、調整も容易
である。

【００１３】図７は本発明の超音波モータの圧電体リン
グの電圧の印加方法の第１の例を示す説明図であり、裏
面は全面共通電極になっている圧電体リング２は複数の
電極パターン２ａに分割してあり、例えば図示の如く２
４分割したうちの４ヶづつを組にし、１組おきに共通電
極Ｃとの間に交流電源２００によって交番電圧を印加す
る事により３λの振動モードを誘起できる。即ち電極パ
ターン２１ａ〜２１ｄ、２２ａ〜２２ｄ、２３ａ〜２３
ｄを同時に駆動する。この時、ノード位置はａに形成さ
れるので、直交する方向のノード位置ｂ近傍、例えば電
極パターン３１ａ、３１ｂ、３２ａ、３２ｂを共通電極
Ｃに導通させると歪によって発生した電荷が往来できる
為圧電体リング２は変形しやすくなる。したがって、見
かけ上、ノード位置ｂ近傍の剛性が下がり、ノード位置
ａの共振周波数を下げる事ができる。この場合、振動モ
ードの種類や励振のし方は何ら限定するものではない。 また相対的に剛性を下げたい部分を回路的手段で常に、
または徐々にまたはある期間のみチャージされる電荷を
開放すれば良い為、その方法についても何ら限定するも
のではない。また、逆に、相対的に剛性を上げる為に、
意図的に電圧を印加する事も容易に実現できる。

【００１４】図８は本発明の超音波モータの圧電体リン
グの電圧の印加方法の第２の例を示す説明図であり、２
は圧電体リング、２４ａ、２４ｂ、２５ａ、２５ｂはそ
れぞれ６０°の角度を有する電極パターンである。２４
ａ、２５ｂの部分は正の方向に分極されており、２４ｂ
、２５ｂの部分は負の方向に分極されている。電極パタ
ーン２４ａ、２５ｂは３０°離れており、２４ａと２４
ｂを組にし、２５ａと２５ｂを組にして相互に９０°位
相がずれた交番電圧を印加する事により３λの進行波振
動が形成される。この時、２４ａ、２４ｂの組のみを駆
動するとノード位置ｂが形成され、２５ａ、２５ｂの組
のみを駆動するとノード位置ａのみが駆動される。とこ
ろが前述の様にノードが所望の位置にできず、それぞれ
の共振周波数が異なり安定した進行波が形成されない場
合がある。したがって、調整パターン２６、２７を設け
、例えば調整パターン２７を離面にある共通電極Ｃに導
通させ見かけ上の剛性を下げ、ノード位置ａの方向の共
振周波数を下げている。この調整によりノード位置ａ及
びｂが同形縮退し所望の方向にノードが形成でき安定し
た進行波が形成できる。尚、進行波のモード、励振法、
電極パターン形状や位置、電荷の導通法などは何ら限定
するものではない。

【００１５】以上詳述した様に本発明によれば、質量や
剛性の増減、電荷の導通により直交する振動モードを同
形縮退させる。または縮退したと見なせる状態まで共振
周波数を調整する事が目的であるので前述の実施例のみ
に限定するものではなく、それぞれの手段を組み合わせ
て実施する事も何ら問題がない。

【００１６】

【発明の効果】本発明によれば、製造過程等で縮退が解
けた振動モードを質量や剛性の増減により同形縮退させ
た事により、任意の方向にノード位置を形成できた為、
波動ステップモータにおけるステップ角精度を向上させ
る事ができた。また進行波振動を安定化させる事ができ
た。さらに、加振位置による共振周波数が等しい為、加
振周波数を調整せずに効率の良い加振ができた。また、
本発明によれば、振動子に誘起される電荷を導通させる
事により容易に共振周波数を調整し同形縮退させる事が
できた。したがって超音波モータの性能のばらつきを低
減させる事ができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の超音波モータの実施例を示す断面図。

【図２】図１のステータの上面図。

【図３】本発明の超音波モータのステータ形状の第２の
実施例を示す平面図。

【図４】本発明の超音波モータの圧電体リングの実施例
を示す下面図。

【図５】本発明の超音波モータのステータの第３の実施
例を示す平面図。

【図６】本発明の超音波モータのステータの第４の実施
例を示す側面図。

【図７】本発明の超音波モータの圧電体リングの電圧の
印加方法の第１の例を示す説明図。

【図８】本発明の超音波モータの圧電体リングの電圧の
印加方法の第２の例を示す説明図。

【符号の説明】

１　　ステータ ２　　圧電体リング ３　　ロータ １ａ　　歯 １０１、１０２、１０３　　切断部 ａ、ｂ　　ノード位置 １１１、１１２、１１３、１１４、１１５、１１６　　
凸部 ２ａ　　電極パターン １２１　　質量 １３１ａ、１３１ｂ　　スリットまたは溝１４１ａ、１
４１ｂ　　弾性部材 ３１ａ、３１ｂ、３２ａ、３２ｂ　　電極パターン２４
ａ、２４ｂ、２５ａ、２５ｂ　　電極パターン２６、２
７　　調整パターン

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも、共振点近傍の周波数で振動を
   するステータと該ステータと接触し摩擦駆動されるロー
   タと、前記ステータに添付され、前記ステータを同時ま
   たは時系列的に複数の振動状態で加振する振動子を有す
   る超音波モータにおいて、前記ステータの振動部分の剛
   性及び質量を部分的に付加または除去した事を特徴とす
   る超音波モータ。
2. 【請求項２】前述の剛性の付加または除去は、前記振動
   子に誘起される電荷を導通させる事により行なう事を特
   徴とする超音波モータ。