JPH0556671A - 振動体の駆動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】定在波振動における節の位置をずらし間欠駆動
をする超音波モータの節の位置を所望の位置に形成す
る。 【構成】異なる振動姿態を励振する複数の振動要素を有
し、少なくとも振動要素の一部は外部から電圧を印加し
ない期間を有する振動体の駆動方法において、振動要素
の電極３ａ，３ｂと共通電極３ｃを導通させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明の振動体の駆動方式は、超
音波モーター等における振動体のノードの位置の安定化
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の振動体の振動方法は、例えば、超
音波モータにおいて、特開平２−２８７２８１の如く、
正逆転を切り換える為に振動体としてのステータに添付
した圧電素子をいくつかの区分に分け、駆動する位置を
切り換える事により振動姿態における節の位置を変えて
いた。また本出願人出願の〔社内整理Ｎｏ．Ｋ６２６
０〕の如く節の位置を積極的にずらし、間欠駆動させる
ものも提案されていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前述の超音波モータの
例においては、圧電素子を添付したステータが撓み振動
を起こし、その円周方向成分によりロータを回転させる
ものである。したがって振動姿態が所望の位置に形成さ
れていないと問題が生ずる。例えば特開平２−２８７２
８１においては正転と逆転の速さが異なるし、〔社内整
理Ｎｏ．Ｋ６２６０〕の場合には、間欠送りをするロー
タの停止位置が不正確になる。また、特開昭６３−６９
４７０の場合や一般の進行波を形成する場合には２つの
振動波の大きさや、それぞれの定在波の位置がアンバラ
ンスになる為、一様な進行波にならない。

【０００４】これらの原因としては、一つには、電気的
に駆動されていない振動要素（電極パターンにより区分
されている）も歪を受けて電荷を発生しそれにより自ら
も変形する事による。また一つの原因としては、論理的
には対称形状であっても加工、組立上や素材のばらつき
などから非対称性が生じ、ノードが形成しやすい方法が
ある為である。それにより、圧電素子によりノードの位
置を強制的に定めようとしてもわずかずつずれてしまう
といった問題があった。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の振動体の駆動方
法は、圧電素子からなる振動体に異なる振動状態を励起
する複数の振動要素の電極を有し、少なくとも該振動要
素の電極の一部は外部から電圧を印加されない期間を有
する振動体の駆動方式において、前記期間は、前記振動
要素の電極の一部と共通電極を電気的に導通させた事を
特徴とする。

【０００６】

【実施例】詳細な説明に先立ち本発明の振動体の駆動方
法を適用する超音波モータの作用について説明する。

【０００７】図３は回転型の超音波モータへの応用例を
示す側面図であり、圧電素子からなる振動子３は複数の
電極で分割される振動要素を有し、リード線８を介して
振動要素の電極３ａに交番電圧を印加される事により撓
み振動を起こす。回転力を外部に伝えるためのピニオン
７を有するロータ１は、凸部１ａでステータ２と接し摩
擦力で駆動される。ステータ２はプレート４にネジ６で
固定され、ロータ１は支持板５で回転自由に支持されて
いる。この様な構成においてステータ２に進行波を励振
するとロータ１は連続で回転するが、定在波を励振しそ
の位置を切り換える事により間欠駆動させる事もでき
る。以下に、その方法について説明する。

【０００８】図４（ａ）〜（ｅ）は間欠駆動させる方法
を示す説明図であり、図３における超音波モータをリニ
ア型に展開した側面図である。図４（ａ）と図４（ｂ）
及び図５（ａ），図５（ｂ）はステータ２が撓み振動を
している場合のそれぞれ逆相の状態を示しており、ロー
タ１と凸部１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄで部分的に接してい
る。ステータ２には圧電素子３を添付してあり、電極パ
ターンにより記号Ａ，Ｂの振動要素に分割してある。Ａ
とＢには逆相の電圧を印加するか、逆方向に分極して同
相の電圧を加える事により記号Ｎで示した部分に振動の
節が形成される。この時、図４（ａ），図４（ｂ）の如
く、節に対し凸部１ａ〜１ｄが左方に位置するとロータ
１は矢印１０及び１１の方向に力を受け、その水平方向
成分１０ａ，１１ａにより右方に移動する。一方、図５
（ａ），図５（ｂ）に示した様に、凸部が節Ｎの右方に
あると、ロータ１は矢印１２及び１３の方向に力を受
け、その水平方向成分１２ａ，１３ａにより左方に移動
する。したがって図５（ｃ）の如く図４（ａ），
（ｂ）、図５（ａ）〜（ｃ）を重ねて示すと、ロータの
凸部１ａ〜１ｄはステータの節Ｎの位置に移動し力が釣
りあって停止する事になる。よって円板状のステータに
おいて径方向の撓み振動の節の位置を所望の角度移動さ
せるとそれに伴いロータの位置も間欠的に回転させる事
ができる。

【０００９】以上詳述した超音波モータにおいては振動
の節の位置でロータの回転角度位置が定まる為、節を所
望の位置に形成する事は重要な課題である。以下に本発
明の振動体の駆動方法の実施例について詳述する。

【００１０】図１は本発明の振動体の駆動方法の実施例
を示すブロック図でありＡ相，Ｂ相の２組の振動要素の
電極３ａ，３ｂでステータ２を振動させる場合である。
それぞれの振動要素の電極は、破線で分かれる分極方向
の異なる部分（＋，−で示した）に同電位の電圧を与え
る。発振回路１０１は複数の振動要素から成る振動子３
を添付したステータ２の共振周波数近傍の周波数の信号
を出力し、分配回路１０２によって振動要素の電極に供
給する。導通回路Ａ１０４，導通回路Ｂ１０５は分配回
路１０２からの信号をそれぞれに対応する振動要素の電
極３ａ，３ｂに供給する期間と振動子３の共通電極３ｃ
と導通させる期間を有する。制御回路１０３はＡ相側に
信号を供給する状態、Ｂ相側に信号を供給する状態、
Ａ，Ｂ相共に信号を供給する状態、及びＡ，Ｂ相共に信
号を供給しない状態を形成する為に分配回路１０２と導
通回路Ａ１０４と導通回路Ｂ１０５の動作を司る。次
に、以上の構成における作用について説明する。

【００１１】図２（ａ）〜（ｃ）は図１の構成における
実施例の作用を示す説明図であり、振動子３に形成した
振動要素の電極３ａ，３ｂはそれぞれ６０°ずつ異なる
方向に分極を施してあり、相互に４０°離れている。振
動子３はステータ２に添付してある為、振動要素の電極
３ａまたは３ｂに交番電圧を印加すると分極の境の位置
を節とする撓み振動を励振する。この時、交番電圧の周
波数が撓み振動の３波長分（以下３λと呼ぶ）の共振周
波数近傍であれば振動振幅が大きくなりモータ性能が向
上する。図２（ａ）は振動要素の電極３ａを駆動した場
合であり、節は電極の端と分極の境の位置３１ａ，３２
ａ，３３ａに形成される。ところが、その際、電極３ｂ
の部分も振動をする為に分極と歪の方向に対応する電荷
が発生し、相殺されない分の電荷により自らが歪んでし
まう。即ち前述の節３１ａ，３２ａ，３３ａが所望の位
置に形成されない。ところが図１で詳述した本発明の振
動体の駆動方式によれば、導通回路により振動要素の電
極と共通電極を導通させる為、電荷が蓄積されず、よっ
て節が所望の位置に形成される。図２（ｂ）は電極３ｂ
を駆動した場合であり、前述の場合と同様に駆動しない
電極３ａを共通電極と導通させる事により、節３１ｂ，
３２ｂ，３３ｂは所望の位置に形成される。図２（ｃ）
は図２（ａ）を図２（ｂ）の節の位置の中間に節を形成
する場合であり、振動要素の電極３ａと３ｂを同時に駆
動すると振動姿態は合成されて節は３１ｃ，３２ｃ，３
３ｃの位置に形成される。

【００１２】以上の構成においては、一つの振動状態に
おいては隣接する節までの位置は６０°であるが、例え
ば、図２（ａ）の状態から図２（ｃ）、次に図２
（ｂ）、再び図２（ａ）の状態に切り換えると節の位置
は２０°ずつＣＣＷ方向に移動する。即ちロータは間欠
的に駆動される。例えば、１秒毎に節の位置を切り換
え、ロータの回転を６°／２０°に減速し、指針を駆動
すれば毎秒６°ずつ動く秒針として機能させる事ができ
る。その場合には、ロータが移動した後は駆動を停止し
てもロータとステータの摩擦力によって位置が保持でき
る為、低消費電力化の上で好都合である。さらに振動要
素の電極は駆動されていない時に、導通させる事により
電荷の蓄積による不要な歪の発生を妨げ、一方、開放し
てある電位に保つ事により外力による変形を妨げる作用
を有する。したがって、ウォッチ等の外部からの衝撃を
受ける用途においては、駆動していない期間は一定電位
に保つ事により外乱による振動を妨げると共に、駆動を
開始する前には導通させる事により不要な歪を除去する
事が望ましい。これらの制御については、制御回路１０
３が導通回路ａ１０４と、導通回路ｂ１０５をコントロ
ールする事により容易に実現できる。

【００１３】図６は本発明の振動体の駆動方法の一実施
例を示す回路図であり、図７は各部の波形を示すタイミ
ングチャートである。１０２はアナログスイッチ２１，
２２からなる分配回路、１０４はアナログスイッチ４２
からなる導通回路Ａ、１０５はアナログスイッチ５２か
らなる導通回路Ｂであり、ａ，ｂ，ｃはそれぞれ、振動
要素の電極３ａ，３ｂ，共通電極３ｃに接続している。
φは発振回路１０１の出力であり制御回路１０３の出力
信号φ_a ，φ_b によりアナログスイッチ２１，２２が開
閉されてａ，ｂの信号を供給する。図７においてｔ_a は
図２（ａ）の振動状態の期間、ｔ_b は図２（ｂ）の振動
状態の期間、ｔ_c は図２（ｃ）の振動状態の期間であ
り、ｔ_r は駆動されていない期間である。制御回路１０
３はａ，ｂの送出タイミングとｔ_a ，ｔ_b ，ｔ_c ，ｔ_r
の切換を制御するタイミング回路１１３とインバータ１
１４，１１５から成っている。この様な回路においては
波形ａ，ｂがＬＯＷレベルの時、インバータ１１４，１
１５，アナログスイッチ４２，５２によって振動要素の
電極が共通電極と導通させられる。尚、本実施例におい
ては電極を導通させる為の一例を示したもので、回路構
成や切り換えのタイミングなど何ら本実施例に限定する
ものではない。

【００１４】図８は本発明の振動体の駆動方法の他の実
施例を示すブロック図であり、ステータ２に添付した振
動子３は３つの振動要素の電極３０ａ，３０ｂ，３０ｃ
を有しそれぞれ９０°ずつの幅で相互に３０°離れてい
る。分配回路２０２は発振回路２０１の信号を３つに分
配する。導通回路Ａ２０４，導通回路Ｂ２０５，導通回
路ｃ２０６は、それぞれ振動要素の電極３０ａ，３０
ｂ，３０ｃに分配回路２０２からの信号を供給する期間
と共通電極３０ｄと導通する期間を有している。分配回
路２０２と３つの導通回路は制御回路２０３が司り個々
の動作は前述の図６及び図７と類似である。即ち、振動
要素の電極３０ａ、３０ｂ，３０ｃを順次励振する事に
より２λの振動モードの節の位置が３０°ずつ移動させ
る事ができる。また、例えば振動要素３ａに信号を供給
している時には、振動要素の電極３０ｂ，３０ｃに誘起
される電圧は、それぞれ導通回路Ｂ２０５，導通回路Ｃ
２０６により共通電極３０ｄと導通している為、振動の
節の位置に影響を与えない。

【００１５】以上実施例をあげて詳述したが、本発明の
意図は、駆動していない振動要素の電極間に誘起される
電荷を開放し、電荷により悪影響を除去するものであ
る。したがって振動体や電極パターンなどの形、振動モ
ードの種類や励振の方法等は前述の例に限定するもので
はない。また、導通の形態としては短絡するのみでな
く、抵抗地を持たせて電荷を一定量だけ開放するもので
あったり、電極によっては導通させる部分とそうでない
部分があったりしても良い。それにより振動の節の位置
を微妙にずらし所望の位置に調節する事もできる。

【００１６】

【発明の効果】本発明の振動体の駆動方法によれば、電
圧を印加しない振動要素の電極と共通電極を導通させた
事により、振動モードにおける節の位置を所望の位置に
形成する事ができた。したがってステップ駆動させた時
の位置精度が向上した。さらに、連続して正転または逆
転させるタイプの超音波モータにおいては、正転・逆転
の速度を等しくする事ができた。さらに導通のさせ方を
工夫する事により節の位置を調節する事が出来た。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の振動体の駆動方法の実施例を示すブロ
ック図。

【図２】実施例の作用を示す説明図。

【図３】回転型の超音波モータへの応用例を示す側面
図。

【図４】

【図５】間欠駆動させる方法を示す説明図。

【図６】本発明の振動体の駆動方法の一実施例を示す回
路図。

【図７】各部の波形を示すタイミングチャート。

【図８】本発明の振動体の駆動方法の他の実施例を示す
ブロック図。

【符号の説明】

１ ロータ ２ ステータ ３ 振動子 ３１ａ，３２ａ，３３ａ 節 ３１ｂ，３２ｂ，３３ｂ 節 ３１ｃ，３２ｃ，３３ｃ 節 １０１ 発振回路 １０２ 分配回路 １０３ 制御回路 １０４ 導通回路Ａ １０５ 導通回路Ｂ ４１，５１ インバータ ３ｃ 共通電極 ３０ｄ 共通電極 ２０５ 導通回路Ｂ ２１，２２，４２，５２ アナログスイッチ ３ａ，３ｂ 振動要素の電極 ３０ａ，３０ｂ，３０ｃ 振動要素 ２０４ 導通回路Ａ ２０６ 導通回路Ｃ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】異なる振動姿態を励振する複数の振動要素
   を有し、少なくとも該振動要素の一部は外部から電圧を
   印加されない期間を有する振動体の駆動方法において、
   前記期間は、前記振動要素の電極と共通電極を電気的に
   導通させた事を特徴とする振動体の駆動方法。