JPH0681523B2 - 振動波モ−タ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、進行性振動波により駆動する振動波モータに
関するものである。

〈従来技術〉 振動波モータは例えば特公昭58-32518号にも開示されて
いるように、圧電振動子に周波電圧を印加した時に生ず
る振動運動を駆動に利用するもので、従来の電磁モータ
に比べて巻線を必要としない為、構造が簡単で小型にな
り、低速回転時にも高トルクが得られるという利点があ
り、近年注目されている。

振動体に振動を励振する手段は、圧電素子及び電歪素子
及び磁歪素子など、周期的に変形する電気−機械変換素
子を用いればよいが、簡単の為、以後圧電素子で説明す
る。

ところで、振動波モータは振動体の振動により移動体を
効率良く摩擦駆動する為、振動体を所望の振動モードで
共振させ、大きな振動を振動体に発生するようにして用
いる。しかし、振動体の共振周波数は、温度，圧力など
環境の変化や、振動体と移動体の加圧力や接触面積など
によっても変動するため、常に効率良く駆動波モータを
駆動するためには、振動体の共振周波数の変化を追従す
る様な駆動回路が必要となる。

通常、強力超音波振動を利用する装置を駆動する場合の
駆動回路としては、共振周波数を安定して追従させるた
め、振動体の共振点を検知し駆動周波数をフイードバツ
ク制御するいわゆる正帰還発振回路が用いられる。

従って、駆動回路には振動体の振動状態を検知する手段
が必要であり、かかる手段として例えば、振動体に振動
検出用圧電素子を接合して、その圧電素子の逆圧電効果
によって発生する逆起電力を検出することによって、前
記振動体の振動検知を行う場合もある。この場合には、
駆動振幅が最大すなわち逆起電力が最大値をとる駆動周
波数を求めていく訳だが、振動体の共振点は各種の振動
モードによって数多く存在し、所望の振動モード以外の
モードリジエクシヨンが必要となる。その為、例えば特
開昭59-204477号公報には振動検知端子からの出力にバ
ンドパスフイルタを通してモードリジエクシヨンを行っ
たりする技術が開示されているが、かかる共振周波数は
非常に接近しているものもあり、完全にモードリジエク
シヨンを行うにはバンド巾のせまいバンドパスフイルタ
が必要となった。しかしながら充分な特性を有するフイ
ルタを製作することは難しく、例え製作したとしても高
価となるという欠点があった。

〈発明の目的〉 本発明の目的は、モードリジエクシヨンを良好に行うこ
とが出来る振動波モータを実現する事にある。

かかる目的の基で本発明は、振動波モータの各々振動し
ている位相が異なる複数の位置に振動検出手段を設け、
該手段の出力加算あるいは減算して得られた結果で駆動
回路の発振周波数のフイードバツク制御を行う振動波モ
ータを提供することを第２の目的とする。

〈実施例〉 まず、本発明の実施例を説明する前に振動波モータにつ
いて説明する。第１図は回転型振動波モータのうち、弾
性体の屈曲運動による進行性表面波を用いたいわゆる表
面波形の振動波モータの構成を示す斜視図、第２図はそ
の断面図を示している。

第１図，第２図において、１は固定カバー２を固定体10
に固定するためのビス、３は回転円板５を介して移動体
６を弾性体７に押しつけるためのバネ、４はスラスト軸
受、７は主に金属よりなる弾性体、８は弾性体７に接合
される圧電素子、６は弾性体７に加圧接触する前記移動
体、５は前記回転円板（回転軸）、９は支持用の吸振
体、10は前記固定体である。

第３図は、圧電素子８の構成を示す平面図で、点線で示
す扇状の部分が（＋）（−）の記号で示す極性で厚み方
向に分極処理されている。ここで8aで表わされるＡ相の
圧電素子群に交流電圧Ｖ＝V₀sinωｔを印加し、またλ/
4位相のずれた位置にある8bで表わされるＢ相の圧電素
子群にＶ＝±V₀cosωｔを印加して、圧電素子８に接合
される弾性体７に進行性の表面波を発生させる。（±に
より進行方向が切換わる。） バネ３によりスラスト軸受４を介して弾性体７に加圧接
触する移動体６には、前記進行性表面波による摩擦力が
作用し、移動体６に接合されている回転軸５は回転す
る。固定カバー２はビス１により固定体10に固定され、
圧電素子８と固定体10の間に吸振体９を挿入して、弾性
体に発生する振動を固定体10に伝えない構造となってい
る。

第４図は、真ちゅう性の弾性体７（内径φ38,外径φ46,
厚さ4.7mm）に第３図に示す様な６波用の圧電素子８を
接合して、該素子８に周波電圧を印加して弾性体７に面
外振動を発生させた時の軸方向の弾性体７の変位振幅を
測定して得られた周波数と振幅の関係を示す図である。
印加電圧を30Vpp一定とし、駆動周波数を変化させた場
合、種々の共振点が存在するのがわかる。ａ〜ｆに示す
振幅のピークは、順に２〜７次の面外振幅の共振点であ
り、ｅが６次に相当する（１次の面外振動は存在しな
い）。

この様な振動を検出端子により検出する場合、前記弾性
体７は６次の振動を生ぜしめる場合、最も効率が良い様
に構成しているため、ｅ以外のモードリジエクシヨンを
行わなければならない。

第５図は、本発明の１実施例を示す圧電素子18の平面図
である。18a,18bはそれぞれ駆動用圧電素子群でＡ相,B
相である。

18c及び18c′は振動検出用の圧電素子で、λ/2の整数倍
のずれた位置に配置しており（λは所望の振動モードに
おける波長）、この場合は円筒の中心に関して対称の位
置であり、λ/2の６倍すなわち３λずれた位置に配置し
た実施例である。圧電素子18は前述の様に６次の振動を
起した際に最も効率が良くなる様な圧電素子（すなわち
６波用の圧電素子）であり、18cと18c′は同方向に分極
処理している。

第６図は、例えば第５図に示した様に配置される振動検
出用の圧電素子の結線を示す図である。図中の圧電素子
中に書いている矢印は分極の向きを表わしている。第６
図（ａ）は第５図と同様に、検出用圧電素子18c,18c′
は同じ向きに分極処理している場合で、同じ面側の電極
どうしを結線しており、検出端子に生じる逆起電力Ｅ
は、圧電素子18cと18c′の和となる。ここでかかる素子
18c,18c′はλ/2・ｎ（n:整数）隔たれているので、ｎ
が偶数の場合には該素子18cと18c′は同位相、ｎが奇数
の場合には逆位相の逆起電力を発生し、その和はｎが偶
数の時最大値をとり、ｎが奇数の時ゼロとなる。（但
し、18cと18c′の逆起電力が等しい場合である。）駆動
回路は、検出端子電圧が最大値をとる共振点を追従する
為、第６図（ａ）に示す場合ではｎが偶数となる様に圧
電素子18c,18c′の配置を決定する。第４図に共振周波
数を示す６波用の振動子の場合、６波の振動モードであ
るｅの共振点で最大検出電圧を示し、その他のモード時
には、それ以下の検出電圧となる。但し、第５図に示す
様に18cと18c′が円筒の中心に関して対称の位置にある
時は、奇数次の振動モードの振動が生じた時には検出端
子に生じる電圧はゼロになるため駆動回路は動作せず、
奇数次の振動モードに対して完全にモードリジエクシヨ
ンが可能である。他の偶数次の振動モードはモードリジ
エクシヨンが出来ずに残ってしまうが、かかる偶数次の
振動モードの共振周波数の間隔は比較的広いため通常の
バンドパスフイルタを用いることによって所望の振動モ
ードの共振周波数だけを得ることが出来る。

第６図（ｂ）は検出電圧を得るその他の実施例で、検出
用圧電素子18cと18c′の分極方向を逆向きにした場合
で、結線は第６図（ａ）と同様である。但し、この場合
ｎは奇数となる様に圧電素子18cと18c′の配置を決定す
ればよい。

第６図（ｃ）は他の実施例で、検出用圧電素子18cと18
c′の分極方向は逆向きで、結線を反対の面の電極どう
し行ったものである。但し、この場合ｎが偶数となる様
に圧電素子18cと18c′との配置を決定すればよい。

第６図（ｄ）は他の実施例で、検出用圧電素子18cと18
c′の分極方向が同じで、結線を反対の面の電極どうし
行い、ｎが奇数となる様に圧電素子18cと18c′との配置
を決定したものである。

奇数次の振動モードを励振する場合も同様であるが、第
５図に示す様に検出用圧電素子18c,18c′を円筒の中心
に対して対称の位置に配置する場合、奇数次の振動モー
ドでは該圧電素子18cと18c′は逆位相で振動することに
なるため起電力も逆位相になる。したがって第６図に示
す（ｂ）あるいは（ｄ）の様にして用いれば、偶数波の
振動モード時には検出電圧はゼロで完全なモードリジエ
クシヨンが可能である。本実施例においても、他の奇数
次の振動モードは残ってしまうが、駆動周波数からかな
り隔たった周波数に共振点がある為、前述と同様通常の
バンドパスフイルタを用いれば所望の振動モードの共振
周波数を得ることができ、別の振動モードで振動してい
まうことを防ぐことができる。

第７図は、他の実施例を示す圧電素子28の平面図であ
る。28a,28b,28cは駆動用の圧電素子群で、それぞれＡ
相,B相,C相とすると、順に位相を120°ずつずらした交
流電圧を印加し駆動される。（３相駆動）28d,28d′,28
d″は振動検出用の圧電素子であり、その結線方法は第
６図（ａ）に相当する。これも６波用の圧電素子である
が、振動検出用の圧電素子が３個ある為、第５図に示し
た実施例に比べて更なるモードリジエクシヨンが可能で
ある。

以上説明した実施例においては、電気−機械変換素子と
してPZTなどに代表される圧電素子を用いたが、PMNなど
に代表される電歪素子でも良い。但し、その場合、説明
した分極処理の概念が、バイアスの直流電界に相当す
る。また、磁歪素子でもよく、つまり、周期的に変形す
る電気−機械変換素子であれば成立する。

また、本実施例においては、回転型で説明したが、リニ
アモータの場合も同様であり、駆動に利用する振動モー
ドも面外振動に限るものではない。更に、振動検出素子
は２つに限らず、前述した様に２つ以上ならばそれだけ
モードリジエクシヨンも容易になる。

尚、実施例における、７が振動体に、18a,18bが電気−
機械エネルギー変換素子に、18c,18c′が機械−電気エ
ネルギー変換素子に相当する。

〈発明の効果〉 以上説明した様に、振動体に振動波の1/2波長の整数倍
の間隔で少なくとも二つの振動を検出する検出手段を備
え、その検出手段からの各出力信号を加算あるいは減算
して、振動体の振動を示す信号とする事により、他のモ
ードリジエクシヨンを容易にする効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は超音波モータの構造を示す斜視図、第２図はそ
の断面図、第３図は圧電素子の平面図、第４図は振動体
の各共振点を示す図、第５図は本発明の一実施例の振動
波モータの圧電素子の平面図、第６図は第５図に示した
圧電素子の結線を示す図、第７図は本発明の他の実施例
の振動波モータの圧電素子の平面図である。 8,18,28は圧電素子、７は弾性体、９は吸振体、６は移
動体である。

フロントページの続き (72)発明者 伊豆川 和弘 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (56)参考文献 特開 昭59−204477（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】弾性体に、周波信号の印加にて周期的に変
   形する電気−機械エネルギー変換素子を接合して、該弾
   性体に進行性振動波を発生させ振動体とし、その進行性
   進行波により、前記振動体に接触する接触物を摩擦駆動
   する振動波モーターを有する装置において、振動体の振
   動状態を検出する機械−電気エネルギー変換素子を、振
   動波の1/2波長の整数倍の間隔で振動体に配設し、該機
   械−電気エネルギー変換素子からの各出力信号の和ある
   いは差に相応する信号を求め、前記振動体の振動を示す
   信号を得ることを特徴とする振動波モータ。