JPH0522476B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、回転検出部材を有する超音波モー
タに関する。

〔従来の技術〕

従来、電子機器の駆動源としては、磁石を用い
た直流の電磁モータが使用されていた。

また、回転検出部材を有する超音波モータは従
来知られていなかつた。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、従来の電磁モータには、電子時計等の
電子機器の駆動源として直流モータを用いる構造
では、モータの変換効率の向上が困難で、時計の
薄型化、小型化、長寿命化がむずかしいという課
題があつた。

また、超音波モータを電子機器の駆動源として
適用するときも、回転検出機構がないため、正確
な回転速度の制御がむずかしいという課題があつ
た。

そこで、この発明の目的は、正確な回転速度で
回転し、モータの変換効率が高く、部品点数の少
ない、小型で、長寿命の超音波モータを得ること
にある。

〔課題を解決するための手段〕

上記の課題を解決して、正確な回転速度で回転
し、モータの変換効率が高い超音波モータを得る
ために、この発明は、超音波モータを駆動する駆
動信号を出力するモータ駆動回路の出力信号を入
力して変形する圧電素子と、圧電素子を固定して
ある弾性体と、弾性体に所定の圧力で接触して回
転するロータと、弾性体とロータに所定の圧力を
加える加圧手段と、ロータの回転状態を検出する
ためにロータに設けられた回転検出部材と、回転
検出部材の回転状態を検出して回転状態に対応し
た出力信号を出力する回転検出手段と、回転検出
手段の出力信号を入力し分周回路の出力信号を入
力して波形合成回路の出力の動作を制御する制御
回路とを有する構成とした。

〔作用〕

本発明の超音波モータは、圧電セラミツクや圧
電結晶体等の材料からなる圧電素子を用いる。圧
電素子にモータ駆動回路の出力信号を入力する
と、圧電素子は伸縮する。

弾性体は弾性材料で作る。圧電素子を弾性体に
接着などにより固定する。圧電素子の伸縮によ
り、弾性体は変形する。加圧手段は、弾性体とロ
ータの相互に所定の圧力を加える。

ロータに設けられた回転検出部材は、ロータの
回転状態を検出する。回転検出手段は、回転検出
部材の回転状態を検出して、その回転状態に対応
した出力信号を出力する。

制御回路は、回転検出手段の出力信号及び分周
回路の出力信号を入力して波形合成回路の出力の
動作を制御する。

ロータは、圧電素子に固定した弾性体の変形に
より回転する。

ロータの回転速度は、回転検出手段により正確
に調整することができる。

〔実施例〕

以下に、この発明の実施例を図面にもとずいて
説明する。

第１図は、超音波モータの原理を示す断面図で
ある。

地板５に、ロータの軸受を設ける。支持体４
は、厚み方向に弾性変形可能な材料により作る。
支持体４を、地板５の上に組み込む。圧電素子３
は、弾性体２の下面に固定する。圧電素子３は、
分極処理されている。

ロータ１は、弾性体２に接触する。ロータ真７
は、ロータ１に固定されている。ロータ真７は、
地板５とロータ受６により、回転可能に支持され
ている。ロータ１と弾性体２は、支持体４の弾性
力により、所定の圧力で接触している。

圧電素子３に制御回路より所定の電圧を印加す
ると、圧電素子は伸縮し、弾性体は変形して、ロ
ータは回転する。

第２図は、圧電素子による弾性体の変形を示す
原理図で、第３図は、超音波モータの回転を示す
原理図である。

第２図ａにおいて、弾性体２に圧電素子３を固
定する。第２図ｂ及び第２図ｃに示すように、圧
電素子３に所定の電圧を印加すると、圧電素子３
は伸縮する。

ここで、ロータ１を駆動するには、片側の圧電
素子の電極にAsinωt、他方の電極に位相が90度
遅れたAcosωtの交流電圧を印加する。

すると、圧電素子３の分極した領域が交互に周
方向に伸縮し、弾性体２に曲げ振動が発生する。

第３図に示すように、例えば、弾性体２に、
λ／２の圧電素子を、すきまλ／４で固定する。

ここで、λは波長である。

第３図において、＋ｘ方向の波は、 Ｆ＋ｘ＝Asin（ωt＋α） −Acos（ωt＋α＋3λ／４） ここで、λ＝2πとすると、 Ｆ＋ｘ＝Acos（ωt＋α）−Ａ〔cos（ωt＋α） ＊cos（3π／２）−sin（ωt＋α） ＊sin（3π／２）〕＝Asin（ωt＋α） −Asin（ωt＋α）＝０ 第３図において、−ｘ方向の波は、 Ｆ−ｘ＝Asin（ωt＋α）＝Acos（ωt＋α−3λ／
２）＝2Asin（ωt＋α） 従つて、振動の波は、第３図の−ｘ方向にしか
進まない。

このように、弾性体２に進行波が発生するよう
に、圧電素子３を弾性体２に固定する。

弾性体２とロータ１は、所定の圧力で接触して
いて、弾性体２とロータ１の間には所定の摩擦力
が発生している。

圧電素子３に電圧をかけて、弾性体２が変形し
て振動波が発生すると、ロータ１は、進行波の進
む方向と逆方向に回転する。

ここで、超音波モータにおいては、弾性体表面
とロータの表面との間の摩擦係数が変動すること
により、両部品の間にすべりが発生する。

ここに、弾性体表面とロータの表面との間の摩
擦係数をμとして、弾性体とロータとの加圧力を
Ｗとする。

圧電モータの駆動力Ｆは、 Ｆ＝μW となる。

ここで、弾性体の表面状態とロータの表面状態
により、摩擦係数μが変動する。摩擦係数μが変
動すると、ロータの回転速度が変動し、正確な回
転速度の出力が得られなくなる。

また、超音波モータの圧電素子に印加する電圧
Ａが変化すると、圧電素子の変位量が変動する。

また、圧電素子の変位量の変動により、弾性体
の振動の振幅が変動する。

弾性体の振動の振幅の変動により、弾性体のロ
ータと接触している点の横方向の変位量が変動す
る。

ロータの回転速度は、弾性体のロータと接触し
ている点の横方向の変位量に比例するので、ロー
タの回転速度が変動する。

第６図は、本発明にかかる超音波モータを電子
機器に適用したときの一例を示すブロツク図であ
る。

発振回路２０は、水晶振動子（図示しない）な
どを源振として時間基準信号を出力する。分周回
路２１は、発振回路２０の出力信号を入力して分
周する。波形合成回路２２は、分周回路２１の出
力信号を入力して超音波モータを駆動するための
パルスを合成する。モータ駆動回路２３は、波形
合成回路２２の出力信号を入力して超音波モータ
３０を駆動する駆動信号を出力する。

圧電素子３は、モータ駆動回路２３の出力信号
を入力して変形する。圧電素子３は、弾性体２に
固定してある。ロータ１は、弾性体２に加圧手段
３１により所定の圧力をかけられて接触する。

圧電素子３の変形により、弾性体２に進行波が
発生する。弾性体２とロータ１は、所定の圧力で
接触しているので、弾性体２とロータ１の間の摩
擦力により、ロータ１は、進行波の進む方向と逆
方向に回転する。

回転検出部材１６は、ロータ１の回転状態を検
出するためにロータ１に設けられている。回転検
出手段１４は、回転検出部材１６の回転状態を検
出して、回転状態に対応した出力信号を出力す
る。制御回路２５は、回転検出手段１４の出力信
号を入力し、分周回路２１の出力信号を入力し
て、波形合成回路２２の出力の動作を制御する。

出力手段４０は、ロータ１の回転により動作す
る。

第４図は、本発明にかかる超音波モータを電子
時計に適用したときの一例を示す断面図である。

地板５に、ロータの軸受を設ける。支持体４
は、厚み方向に弾性変形可能な材料により作る。
支持体４を、地板５の上に組み込む。圧電素子３
は、弾性体２の下面に固定する。圧電素子３は、
分極処理されている。圧電素子３を固定した弾性
体２を支持体４の上に組み込む。

ロータ１は、弾性体２に接触する。ロータ真７
は、ロータ１に固定されている。ロータ真７は、
地板５に回転可能に支持されている。ロータ１と
弾性体２は、支持体４の弾性力により、所定の圧
力で接触している。圧電素子３に所定の電圧を印
加すると、圧電素子３は伸縮し、弾性体２は変形
して、ロータ１は回転する。

ロータかな７ａは、ロータ真７に固定されてい
る。ロータかな７ａの回転は日の裏車９を介して
筒車８に伝達される。筒車８は、ロータ真７の外
周にくみこまれ、文字板１１に案内されて回転す
る。日の裏車９は、日の裏押さえ１０と日の裏受
１５に回転可能に支持される。ロータ真７に固定
されている分針と筒車８に固定されている時針に
より時刻を表示する。

第５図は、本発明にかかる超音波モータのロー
タの上面の平面図である。

ロータ１は、プラスチツクなどの絶縁材料で作
られている。

ロータ１の上面に60分割の金属パターン１６と
スリツトが形成されていて、一種のエンコーダを
構成する。金属パターン１６は、ロータかな７ａ
と導通している。

地板５、日の裏車８、ロータ真７、日の裏押さ
え１０、及び、日の裏受１５等は金属で作られて
いる。地板５は、電池（図示しない）のプラスに
導通してある。

ロータ１が回転すると、回転検出ばね１４は間
欠的に60分割の金属パターン１６と接触、非接触
をするので、電池のプラスに導通と非導通を繰り
返す。

制御回路２５と波形成形回路２２とモータ駆動
回路２３の動作により、ロータ１を高速で回転さ
せる。回転検出ばね１４が金属パターン１６と接
触すると、回転検出回路２４の信号を受けて、制
御回路２５は波形成形回路２２の動作を停止させ
る。

そして、制御回路２５は、分周回路２１の信号
を入力して、１分間にロータ１が６度回転するよ
うに波形成形回路２２の動作を再開させる。

なお、ロータ１の回転速度は必要に応じて各種
設定できる。

回転検出手段としては、ロータ１に磁石を固定
して磁気検出する構造や、ロータ１の外周をくし
歯状にして電極をはりつけ、静電容量を検出する
構造も適用できる。

加圧手段としては、回転検出ばねを用いること
もできる。

〔発明の効果〕

本発明にかかる超音波モータは、小型、薄型な
構造で、しかも、回転速度が正確に制御できると
いう効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、超音波モータ原理を示す断面図であ
る。第２図は、圧電素子による弾性体の変形を示
す原理図である。第３図は、超音波モータの回転
を示す原理図である。第４図は、本発明にかかる
超音波モータを電子時計に適用したときの一例を
示す断面図である。第５図は、本発明にかかる超
音波モータのロータの上面の平面図である。第６
図は、本発明にかかる超音波モータを電子機器に
適用したときの一例を示すブロツク図である。 〔符号の説明〕、１……ロータ、２……弾性体、
３……圧電素子、１４……回転検出手段、１６…
…回転検出部材、２０……発振回路、２１……分
周回路、２２……波形成形回路、２３……モータ
駆動回路、２４……回転検出回路、２５……制御
回路、３０……超音波モータ、３１……加圧手
段、４０……出力手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ モータ駆動回路２３の出力信号を入力して変
   形する圧電素子３と、圧電素子３を固定した弾性
   体２と、弾性体２に所定の圧力で接触して回転す
   るロータ１と、弾性体２とロータ１の相互に所定
   の圧力を加える加圧手段３１と、ロータ１の回転
   状態を検出するためのロータ１に設けられた回転
   検出部材１６と、回転検出部材１６の回転状態を
   検出して、その回転状態に対応した出力信号を出
   力する回転検出手段１４と、回転検出手段１４の
   出力信号及び分周回路２１の出力信号を入力して
   波形合成回路２２の出力の動作を制御する制御回
   路２５と、を有することを特徴とする超音波モー
   タ。