KR0151745B1

KR0151745B1 - 초음파모터 및 초음파모터의 제어방법

Info

Publication number: KR0151745B1
Application number: KR1019940002155A
Authority: KR
Inventors: 테츠로 오오츠치; 마사노리 스미하라; 오사무 카와사키; 타카히로 니시쿠라; 카츠 타케다; 타카시 노지마; 카츠미 이마다
Original assignee: 모리시타 요이찌; 마쯔시다덴기산교 가부시기가이샤
Priority date: 1993-02-08
Filing date: 1994-02-05
Publication date: 1999-04-15
Also published as: EP0610836A3; DE69418233D1; EP0610836A2; KR940020656A; DE69418233T2; US5438229A; EP0610836B1

Abstract

본 발명은, 진동체에 여진하는 탄성진행파의 진동을 복수의 진동검출전극으로부터 검출해서 안정하게 또한 정밀하게 제어할 수 있는 초음파모터와 초음파모터의 제어방법을 제공하는 것을 목적으로하고, 그 구성에 있어서, 압전체(2)에 여진하는 탄성진행파의 진동을 검출하기 위한 복수의 진동검출전극을 설치하고, 상기 진동검출전극으로부터의 출력신호의 진폭을 각각에 대해서 검출해서 가산하고, 가산한 결과의 값을 제어신호로서 초음파모터의 구동을 제어하는 것을 특징으로 하는 것이다.

Description

초음파모터 및 초음파모터의 제어방법

제1도는 본 발명의 제1실시예에 의한 초음파모터의 구성을 표시한 도면.

제2도(a)는 본 발명의 일실시예에 의한 원판형초음파모터의 압전체의 제1면의 평면도.

(b)는 제2도(a)의 압전체의 제2면의 평면도.

제3도는 본 발명의 제1실시예에 의한 초음파모터의 압전체와 정재파의 관계도.

제4도는 본 발명의 제2실시예에 의한 초음파모터의 제어방법을 표시한 도면.

제5도는 본 발명의 제1실시예에 의한 초음파모터의 진동검출결과를 표시한 도면.

제6도는 본 발명의 제1실시예에 의한 초음파모터의 진동검출결과를 표시한 도면.

제7도(a)는 본 발명의 제2실시예에 의한 원판형초음파모터의 압전체의 제1면의 평면도.

(b)는 제7도(a)의 압전체의 제2면의 평면도.

제8도는 본 발명의 제2실시예에 의한 초음파모터의 압전체와 정재파의 관계도.

제9도는 본 발명의 제2실시예에 의한 초음파모터의 진동검출결과를 표시한 도면.

제10도(a)는 본 발명의 제3실시예에 의한 원판형초음파모터의 압전체의 제1면의 평면도.

(b)는 제10도(a)의 압전체의 제2면의 평면도.

제11도는 본 발명의 제3실시예에 의한 초음파모터의 압전체와 정재파의 관계도.

제12도(a)는 본 발명의 제4실시예에 의한 원판형초음파모터의 압전체의 제1면의 평면도.

(b)는 제12도(a)의 압전체의 제2면의 평면도.

제13도는 본 발명의 제4실시예에 의한 초음파모터의 압전체와 정재파의 관계도.

제14도(a)는 본 발명의 제5실시예에 의한 원판형초음파모터의 압전체의 제1면의 평면도.

(b)는 제14도(a)의 압전체의 제2면의 평면도.

제15도(a)는 본 발명의 제6실시예 의한 원판형초음파모터의 압전체의 제1면의 평면도.

(b)는 제15도(a)의 압전체의 제2면의 평면도.

제16도(a)는 본 발명의 제6실시예 의한 원판형초음파모터의 압전체의 제1면의 평면도.

(b)는 제16도(a)의 압전체의 단면도.

(c)는 제16도(a)의 압전체의 제2면의 평면도.

(d)는 압전체로부터의 리드인출을 표시한 도면.

제17도는 본 발명의 제7실시예에 의한 초음파모터의 제어방법을 표시한 도면.

제18도는 원판형초음파모터의 절결사시도.

제19도(a)는 원판형초음파모터의 종래의 전극구조를 표시한 압전체의 제1면의 평면도.

(b)는 제19도(a)의 압전체의 제2면의 평면도.

제20도는 종래의 전극구조에 있어서의 초음파모터의 압전체와 정재파의 관계도.

제21도는 초음파모터의 동작원리도.

제22도는 종래의 초음파모터의 제어방법을 표시한 도면.

제23도는 종래의 초음파모터에 있어서의 진동검출신호를 표시한 도면.

제24도는 종래의 초음파모터의 진동검출결과를 표시한 도면.

제25도는 직경방향의 진동을 표시한 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 탄성기판 1a : 돌기체

2 : 압전체 3 : 진동체

4 : 이동체 5 : 가압스프링

6 : 회로계 10 : 가요성리드

11 : 지지체

본 발명은, 압전체에 의해 여진한 탄성진동을 구동력으로 하는 초음파모터의 구성 및 초음파모터의 제어방법에 관한 것이다.

최근, 압전세라믹 등의 압전체에 의해 구성한 진동체에 탄성진동을 여진하고, 이것을 구동력으로 하는 초음파모터가 주목되고 있다.

이하에, 도면을 참조하면서 종래의 초음파모터에 대해서 설명한다.

제18도는 원판형초음파모터의 개략적인 구성을 표시한 절결사시도이고, 탄성기판(1)의 주요면의 한쪽에 압전체(2)를 맞붙여서 진동체(3)를 구성하고 있다. 또, 탄성기판(1)의 다른쪽의 주요면에는 돌기체(1a)가 배치되어 있다. 탄성체, 내마모성의 마찰재를 서로 맞붙여서 이동체(4)를 구성하고 있다. 이동체(4)는 진동체(3)에 기압접촉하고 있다. 압전체(2)에 전계를 인가하고 진동체(3)의 둘레방향으로 위상이 90℃ 다른 2개의 정재파를 일으킴으로써, 굴곡진동의 진행파가 여진되고, 이동체(4)가 마찰력에 의해 구동된다.

제19도는 상기 원판형 초음파모터에 있어서의 압전체(2)의 전극구조의 일례를 표시하고 있고, 직경방향과 둘레방향으로 각각 1차, 3차의 굴곡진동을 여진하도록 구성하고 있다.

제19도(a)는 원판형초음파모터의 압전체(2)의 제1면의 평면도이고, 제19도(b)는 제19도(a)에 표시한 압전체(2)의 제2면의 평면도이다.

제19도(b)에 있어서, 압전체(2)의 제2면에는 서로 위치적으로 정재파의 4분의 1파장에 대응하는 위상차를 가진 전극(DD),(EE)과, 진행파의 2분의 1파장에 대응하는 전극(FF)이 구성되어 있다. 제19도(a)에 있어서, 압전체(2)의 제1면에는, 서로 위치적으로 상기 진행파의 4분의 1파장에 대응하는 위상차를 가진 전극군(AA),(BB)과 2분의 1파장에 대응하는 전극(CC)이 구성되어 있다. 전극군(AA)은 상기 진행파의 2분의 1파장에 대응하는 소전극부(aa1),(aa2)와, 4분의 1파장에 대응하는 소전극부(aa3)로 이루어 진다. 마찬가지로 전극군(BB)은 상기 진행파의 2분의 1파장에 대응하는 소전극부(bb1),(bb2)와, 4분의 1파장에 대응하는 소전극부(bb3)로 이루어진다. 이들의 전극은, 압전체(2)를 분극하는데 사용되고, 도면에 +, -로 표시한 바와 같이 서로 두께방향으로 반대방향으로 분극된다.

제1면의 전극군(AA),(BB) 및 전극(CC)은 각각 제2면의 전극(DD),(EE),(FF)에 대응해서 구성되어 있다. 즉, 제19도(a)를 뒤집어서 제19도(b)에 맞포갠 경우, 전극군(AA)은 전극(DD)에 대향하고, 전극군(BB)은 전극(EE)에 대향하고, 전극(CC)은 전극(FF)에 대향한다.

압전체(2)는 제1면을 탄성기판(1)에 접착함으로써 진동체(3)를 구성한다. 압전체(2)의 탄성기판(1)과의 접착면은, 동도면에 표시된 면과 반대면인 제1면이고, 전극은 β전극이다. 사용시에는, 동 도면에 사선으로 표시한 바와 같이 전극군(AA),(BB)의 각각을 단락에서 사용한다.

이 전극군(AA),(BB)의 영역에 전극(DD),(EE)으로부터 수식①로 표시되는 전압(V1) 및 수식②로 표시되는 전압(V2)를 각각 인가하면,

VI=VO sin(ωt) … ①

V2=VO cos(ωt) … ②

단, VO는 전압의 순시치, ω는 각주파수, t는 시간을 표시한다.

진동체(3)에는 수식③으로 표시되는 원주방향으로 진행하는 2개의 정재파로부터 굴곡진동의 진행파가 여진된다.

ξ=ξO (cos(ωt) cos(kx) + sin(ωt) sin(kx)) … ③

= ξO cos(ωt - kx)

단, ξ는 굴곡진동의 진폭치, ξO은 굴곡진동의 진폭의 순시치, k는 주파수, λ는 파장, x는 위치를 표시한다.

제20도는 압전체(2)의 단면도와, 제18도에 표시한 전극구조이고, 압전체(2)의 구동전극에 의해 여진되는 정재파를 표시하고 있으며, 전극(DD),(EE)에, 각각 시간적으로 90°위상이 다른 전기신호를 인가하면, 전극(DD)에 의해 정재파τ가 여진되고, 전극(EE)에 의해 정재파ν1(실선)이 여진된다. 또, 정재파ν2(점선)은, 전극(DD)에 인가한 전기신호에 대해서 시간적으로 -90°의 위상이 다른 전기신호를 전극(EE)에 인가한 경우에 여진되고, 이동체(4)는 반대방향으로 회전한다.

제21도는 진동체(3)의 표면의 A점의 진행파를 여진함으로써, 긴축 2w, 짧은축 2u의 타원운동을 하고, 진동체(3)위에 가압해서 설치된 이동체(4)가, 타원의 정점(P)근처에서 접촉함으로써, 마찰력에 의해 파의 진행방향과는 반대방향으로 수식 ④로 표시되는 속도v로 운동하는 모양을 나타내고 있다.

v = ω × u … ④

초음파모터의 회전속도를 제어하기 위해서는, 회전속도를 검출하고, 구동신호를 제어한다. 회전속도를 검출하기 위해서는, 부호기등의 검출기를 설치하는 방법외에, 진동체에 여진하는 진동을 검출하는 방법이 있다. 진동체에 여진하는 진동의 진폭은 회전속도와 관계되기 때문에, 진동체의 진동을 검출함으로써 구동신호를 제어하고 회전속도를 제어할 수 있다.

압전체에 진동검출용 전극을 형성하면, 이 압전체상의 진동검출용 전극에는 압전체에 여진한 진동의 진폭에 대략 비례한 전하를 발생하므로, 진동검출전극 내에서의 진동에 의해 유지되는 전하를 검출하면, 진동체에 여진되는 진동의 진폭을 검출할 수 있다. 제19도에서는 전극(FF)를 진동검출용 전극으로서 사용한다. 전극(FF)은 제20도의 정재파 ν1의 두번째파의 2분의 1파장의 위치를 중심으로 하는 2분의 1파장에 대응하는 위치에 설치되고 있다.

진동검출을 이용한 초음파모터의 회전속도제어의 블록도를 제22도에 표시한다. 압전체상의 진동검출전극으로부터의 출력신호의 진폭을 진폭출력회로에 의해서 검출함으로써 진동체에 있어서의 진동의 크기의 지표를 얻어서, 이것을 제어회로에 보내고 소망의 회전속도를 얻을 수 있도록 구동파형을 발생하도록 구동회로를 조정한다.

그러나, 제19도에 표시한 전극구성을 가진 압전체에서는, 제20도에 표시한 바와 같이, 전극(DD)에 의해 여진되는 정재파(ν1),(ν2)는 모두 전극(FF)의 중심부에 진동의 복부를 가지고 있으므로, 압전체에 여진되는 탄성진행파중에서, 정재파 ν1 또는 정재파 ν2의 성분은 전극(FF)에 의해 검출할 수 있다.

그런데, 전극(EE)에 의해 여진되는 정재파(τ)는, 전극(FF)의 중심부에 진동의 마디부를 가지고, 전극(FF)의 양끝에서의 진폭은, 동일진폭에서 다른 방향이기 때문에, 정재파(τ)에 의해 유기되는 전하의 성분은 상쇄되고, 여진되는 탄성진행파중에서, 정재파(τ)에 의해 검출할 수 없다.

그 때문에, 전극(DD),(EE)사이에서 다른 부하변동이 일어나면, 전극(FF)으로부터의 진동검출신호는, 전극(DD)쪽의 변화에 대해서는 대응할 수 있으나, 전극(EE)쪽의 변화에 대해서는 대응할 수 없다.

이 부하변동의 영향에 대해서 일반적으로 설명한다.

진동체를 여진하는 탄성진행파에는 여러 가지 원인에 의해서, 수식⑤에 표시한 바와 같은 시간에 대한 시프트(δt), 위치에 대한 시프트(δx) 및 진폭에 대한 시프트(m)가 발생하여 정재파성분이 남는 경우가 많다.

ξ = ξO cos (ωt) cos(kx) + m ξO sin(ωt + δt) sin(kx + δx) … ⑤

시간에 대한 시프트는 압전체의 임피던스 등의 차이에 의한 경우가 많고, 위치에 대한 시프트는 전극패턴의 어긋남 등에 기인하는 경우가 많다. 진폭에 대한 시프트는 압전체의 조성의 불균일이나 구동회로의 불균일등에 기인한다.

또, 진동검출전극과 구동전극은, 정재파를 일으키기 위하여 분극하는 전극과 압전체의 반대면에 형성되기 때문에, 전극을 압전체상에 형성할 때, 특히 위치를 정확히 맞추기 어렵고, 어긋남이 발생하기 쉽다는 문제가 있다. 진동검출용전극이 소정의 위치로부터 어긋나면, 전동체에 발생한 정재파에 대한 위치관계가 불균일해진다.

이와 같은 정재파성분의 잔류와 진동검출용 전극의 위치어긋남이 발생한 경우, 회전방향이 바뀌어도 탄성진행파에 의한 진동체의 정점의 타원진동의 속도가 동일하고, 회전속도가 동일하여도, 제23도에 표시한 바와 같이 초음파모터의 회전방향에 의존해서 진동검출용 전극으로부터의 출력이 변동된다. 제21도의 경우, 반시계방향으로 회전할때에 진동검출용 전극으로부터의 출력의 진폭이 작아졌다.

제24도는 시간에 대한 시프트(δt)가 있을 경우의 진폭검출회로로부터의 출력에 대한 반시계방향인 경우와 시계방향인 경우의 비와 진동검출전극의 위치어긋남량의 관계이다. 진동검출전극의 위치어긋남이 크게 되면, 회전방향에 의한 진폭의 차이가 현저하게 된다. 즉, 동일진폭에서 -90°위상이 다른 구동신호를 입력해서, 회전방향을 바꾼 경우, 진동검출용 전극으로부터의 출력진폭이 변동되기 때문에, 회전속도를 간단히 제어할 수 없다는 과제를 가지고 있었다.

이것을 피하기 위해서는, 진동검출용 전극의 위치를 정재파에 대해서, 정밀하게 위치결정하지 않으면 안된다는 과제를 가지고 있었다.

또, 압전체상의 2개의 구동전극에 구동신호를 인가하고, 압전체의 두께방향으로 전계를 발생시키기 위해서는 공통전위가 필요하다. 일반적으로 공통전위로서 접지전위를 사용하고, 금속을 사용하는 일이 많은 탄성기판위에 리드선 등을 접속하고, 공통전위로 한다. 압전체상의 구동전극이나 진동검출용 전극과 외부회로와의 접속에는 리드선으로서 가요성리드패턴등이 사용된다. 접속을 용이하게 하기 위하여, 압전체상에 탄성기판과 전기적으로 접속되는 공통전극을 형성하고, 이 공통전극으로부터 가요성리드패턴에 의해 공통전위로서 인출되는 경우가 많다. 압전체의 공통전극과 리드선 등의 접속은, 압전체를 접착하고 있는 탄성체기판, 또는 압전체의 구동전극의 동원주상의 일부분을 공통전극으로해서 행해지고 있다.

진동체의 탄성기판에서 리드선과의 접속을 행한 경우, 진동체의 외주부에서 접속을 행하면, 외주가 자유단부로 되는 진동모드에서 진동체를 여진했을 때, 리드선등이나 접속부분의 질량이 부하로서 진동을 방해하여, 구동효율이 저하되고, 또한 가열을 수반하는 방법으로 탄성기판과 리드선 등의 접속을 행하면, 진동체전체가 가열의 영향을 받고, 압전체의 분극상태에 영향을 미치는 과제를 가지고 있었다.

본 발명은 상기 과제를 해결하고, 부하의 바이어스 변동이 발생하거나, 정재파성분이 잔류하고, 진동검출전극의 위치어긋남이 발생한 경우에도, 회전방향에 따른 진동검출전극으로부터의 출력차이를 작게하고, 초음파모터의 회전속도를 안정되게 제어할 수 있고, 또한 진동체의 진동을 방해하지 않고, 진동특성의 열화가 없고 효율높은 초음파모터 및 초음파모터의 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 초음파모터는, 압전체에 구동전극과 함께 복수의 진동검출전극을 형성한다. 각각의 진동검출용 전극에 출력된 신호로부터 진폭검출회로에 의해 진동의 진폭 또는 진폭에 관계된 값을 검출하고, 이 값을 수치적으로 가산한 값을 사용해서, 구동신호를 제어하고, 회전속도를 제어한다.

또한, 진동체에 여진하는 탄성진행파의 진행방향에 의해, 진동검출전극중 다른 전극의 출력신호를 제어신호로서 선택하여, 구동신호의 제어를 행하고, 회전속도를 제어한다.

또, 압전체에 구동전극과 함께 복수의 진동검출용 전극과, 압전체의 내주부 근처에 공통전극을 설치한 구조를 가진 것이다.

압전체에 형성한 복수의 진동검출전극으로부터 출력된 출력의 진폭값을 가산한 결과를 구동신호의 제어에 사용함으로써, 진동체를 여진하는 탄성진행파에 정재파성분이 잔류하고, 진동검출전극의 정재파에 대한 위치어긋남이 발생한 경우에 있어서도, 회전방향에 의해 가산한 값이 크게 변화되지 않게 할 수 있다. 이 가산치를 사용함으로써, 초음파모터의 회전속도제어를 행할 수 있다.

또, 진동검출전극을 선택함으로써, 구동전극간의 부하변동에 영향받는 일없이 안정된 속도제어를 행할 수 있다.

또, 진동이 가장 작은 내주부에 공통전극을 형성함으로써, 리드선의 접속이 진동을 제어하는 것을 최소한으로 한정시킬 수 있고, 높은 구동효율을 얻을 수 있다.

이와 같이, 압전체의 구동전극과 진동검출전극의 배치구조를 취함으로써, 구동전극의 면적을 크게 취할 수 있고, 또한 진동검출전극을 크게 유지하면서, 전극의 위치맞춤을 정밀하게 행하지 않아도, 탄성진행파의 잔류정재파성분에 영향받는 일없이 진동검출신호를 사용해서, 부호기 등을 사용하지 않고 안정되고 정밀도하게 회전속도를 제어할 수 있는 초음파모터를 얻을 수 있다.

[실시예 1]

이하, 본 발명의 제1실시예에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다.

제1도는 본 발명의 제1실시예에 의한 초음파모터의 전체의 구성도이다.

단면도를 표시한 초음파모터의 본체는, 탄성기판(1)의 주요면의 한쪽에 압전체(2)를 맞붙여서 진동체(3)를 구성하고 있다. 또 탄성기판(1)의 다른 쪽의 주요면에는 돌기체(1a)가 설치되어 있다. 이동체(4)는 탄성체, 내마모성의 마찰재로 구성되어 있다. 이동체(4)는 가압스프링(5)을 가압수단으로서 진동체(3)에 가압접촉하고 있다. 회로계(6)는 구동회로, 제어회로, 진폭검출회로, 가산회로 등으로 구성되어 있고, 압전체(2)의 전극과 접속되어 있다. 또, 탄성기판을 기준전위로서 사용하고, 전기적으로 외부회로에 접속되어 있다. 압전체(2)는 회로계로부터 전극계를 인가하고 진동체(3)의 둘레방향으로 위상이 90°다른 2개의 정재파를 일으킴으로써, 굴곡진동의 진행파가 여진되고, 이동체(4)가 마찰력에 의해 구동된다.

제3도(a)는 제1도에 표시한 원판형초음파모터의 압전체(2)의 제1면의 평면도이고, 제2도(b)는 제2도(a)에 표시한 압전체의 제2면의 평면도이고, 원판형진동체의 직경방향과 둘레방향으로 각각 1차, 3차의 굴곡전동을 여진한다.

제3도는, 압전체(2)의 단면도와, 압전체(2)의 구동전극에 의해 여진되는 정재파를 표시하고 있다. 도면에서 λ는 정재파의 파장을 표시한다.

제2도(b)에 있어서 압전체(2)의 제2면에는, 서로 위치적으로 상기 진행파의 4분의 1파장에 대항하는 위상차를 가진 전극(D),(E)과, 상기 진행파의 4분의 1파장에 대응하는 전극(F1),(F2)이 구성되어 있다. 제2도(a)에 있어서, 압전체(2)의 제1면에는, 서로 위치적으로 상기 진행파의 4분의 1파장에 대응하는 위상차를 가진 전극군(A),(B)과, 4분의 1파장에 대응하는 전극(C1),(C2)이 구성되어 있다. 전극군(A)은 상기 진행파의 2분의 1파장에 대응하는 소전극부(a1),(a2)와, 8분의 1파장에 대응하는 소전극부(a3),(a4)로 이루어진다. 마찬가지로, 전극군(B)은 상기 진행파의 2분의 1파장에 대응하는 소전극부(b1),(b2)와, 8분의 1파장에 대응하는 소전극부(b3),(b4)로 이루어진다.

제1면의 전극군(A),(B) 및 전극(C1),(C2)은 각각 제2면의 전극 (D),(E),(F1 ),(F2)에 대응해서 구성되어 있다. 즉, 제2도(a)를 뒤집어서 제2도(b)에 맞포갠 경우, 전극군(A)은 전극(D)에 대향하고, 전극군(B)은 전극(E)에 대향하고, 전극(C1)은 전극(F1)에 대향하고, 전극(C2)은 전극(F2)에 대향한다.

압전체(2)를 분극할 때에는, 제2면을 금속 등의 도전체 위에 놓음으로써 공통전극으로 하고, 제1면의 전극군(A),(B)의 소전극부와 전극(C)을 사용해서 압전체(2)를 제2도(a)에 표시한 부호화 같이 분극한다.

분극후의 압전체(2)는 제1면을 탄성기판(1)에 접착함으로서 진동체(3)를 구성한다.

또한, 분극방향은 제2도에 표시한 방향에만 한정된 것은 아니다.

압전체(2)위에 90°위상차로 위치한 전극(D),(E)에 각각 시간적으로 90°위상이 다른 전기신호를 인가하면, 진동체(3)에는 직경 방향과 둘레방향으로 각각 1차, 3차의 굴곡진동을 여진할 수 있다.

따라서, 압전체(2)에서 진동체의 구동에 사용되고 있는 전극은, 전극(D),(E)이고, 전극(F1),(F2)만이 구동전극으로서 사용되고 있지 않으므로, 상기 진행파의 2분의 1파장과 동일한 양만이 구동에 사용되지 않게되고, 높은 구동력을 확보하고 있다.

제2도는, 전극(D),(E)에 각각 시간적으로 90°위상이 다른 전기신호를 인가한 경우에, 진동체(3)에 여진되는 탄성진행파를 구성하는 정제파를 표시하고 있다.

전극(D),(E)에 각각 시간적으로 90°위상이 다른 전기신호를 인가하면, 전극(D)에 의해 정재파(α)가 여진되고, 전극(E)에 의해 정재파 β1(실선)이 여진된다. 또 정재파 β2(점선)는, 전극 D에 인가한 전기신호에 대해서 시간적으로 -90°위상이 다른 전기신호를 전극(E)에 인가한 경우에 여진되고, 이 경우, 정재파 β1(실선)이 여진된 경우와 반대방향으로 이동체는 회전한다.

전극(F1),(F2)은 진동검출용 전극으로서 사용된다. 제3도에 표시한 바와 같이, 전극(F1)은, 정재파(α)의 두번째파의 1/4 파장의 위치를 중심으로하여, 1/8파장으로부터 3/8파장까지의 1/4파장에 대응하는 위치에 형성되어 있고, 전극(F2)는 두번째파의 1/2파장의 위치를 중심으로하여, 3/8파장으로부터 5/8파장까지의 1/4파장에 대응하는 위치에 형성되어 있다. 다시말하면, 진동검출전극을 2개의 정재파(α),(β)의 복부를 중심으로 해서 1/4파장분의 진동검출전극이 설치되어 있게 된다.

제4도는 본 실시예에 의한 회로계의 진동검출에 의한 회전속도제어의 블록도이다. 압전체의 제2면의 전극(F1),(F2)으로부터는 진동체의 진동에 의해 유기된 전하에 의한 전기신호가 인출된다. 이 전극(F1),(F2)으로부터 인출되는 전기신호는 앞에 나타낸 제19도와 같이 시간적으로 변화하는 교류신호가 된다. 이 신호를 각각 회로계중의 진폭검출회로에 보내고, 이 진폭검출회로에서 진동의 진폭을 검출한다. 진폭검출회로는, 정류회로등으로 구성되고, 입력한 신호의 피이크에 상당하는 값(입력신호의 최대진폭)을 직류전압으로서 검출한다. 이 2개의 직류전압을 가산회로에 보내고, 직류전압을 서로 합한다. 이 가산한 직류전압을 제어회로에 보내고, 제어의 지표로해서 제어회로에 의해 구동회로를 제어하고, 구동신호를 소망의 회전수를 얻을 수 있도록 주파수나 전압 등의 파라미터를 변경한다. 이와같이 해서, 이동체의 회전속도를 제어한다. 진폭검출회로에서는 반파전류회로 등을 사용해도 되고, 진동검출전극으로부터 출력된 출력신호의 진폭의 2분의 1(그라운드에 대한 피이크)을 직류전압으로 변환하고, 진동의 진폭을 나타내는 값으로 해도 된다. 또, 진동검출전극으로부터의 출력신호를 일정시간 적분해서 직류전압으로 변환하고, 이 전압을 서로 합해도 된다. 또 진폭검출회로에서 검출한 전압을 아날로그-디지털변환하여 디지털치로한 후에 덧셈을 해서, 그 결과의 디지털치를 사용해서 제어회로에 의해 구동신호를 제어해도 되고, 제어를 디지털로 행하는 경우 등에는 제어지표로서 취급하기 쉽다. 또한 진동검출전극으로부터의 출력신호로부터 진동체에 발생하고 있는 진동의 크기를 검출하는 방법으로서는 상기에 한정되는 것은 아니다.

제5도는 제2도에 표시한 전극구조를 가진 압전체의 전극(F1),(F2)에 출력한 신호의 반시계방향으로 회전하는 경우의 진폭검출회로로부터의 출력신호를 가산회로에 의해 가산한 가산치와 시계방향으로 회전하는 경우의 가산치의 비와 진동검출용 전극(F1),(F2)의 정재파에 대한 위치어긋남량의 관계를 표시한다.

이 경우, 시간에 대한 시프트(δt)는 회전방향에 관계없이 동일했다. 제5도에 표시한 바와 같이 진동검출전극의 정재파에 대한 위치가 크게 어긋나도 가산치의 방향의존성은 없다. 따라서, 제어를 행하지 않고 동일진폭을 가지고, 회전방향을 변경하기 위하여 위상관계만을 변경한 구동신호를 입력하고, 방향만이 다른 동일의 탄성진행파가 진동체에 여진되고 있고, 잔류정재파성분, 전극의 위치어긋남이 있는 경우에도 회전방향에 따라서 가산치는 변화하지 않고, 회전속도의 제어를 회전방향에 관계없이 정밀하게 행할 수 있다.

제6도는 시간에 대한 시프트(δt)가 회전방향에 따라서 다른 경우의 전극(F1),(F2)에 출력한 신호의 반시계방향으로 회전하는 경우의 진폭검출회로로부터의 출력신호를 가산회로에 의해 가산한 가산치와 시계방향으로 회전하는 경우의 가산치의 비와 진동검출용 전극(F1),(F2)의 정재파에 대한 위치어긋남량의 관계이다. 이 경우에도 회전방향, 진동검출전극의 위치어긋남량에 관계없이 가산치는 거의 일정했다.

따라서, 위상만이 -90°다른 구동신호를 입력한 경우, 회전방향에 관계없이 진동검출전극으로부터의 출력의 가산치는 일정하고, 회전방향에 관계없이 회전속도에 비례한 값을 나타낸다. 따라서, 이 값을 사용해서 구동신호를 제어하고, 회전속도를 소망의 값으로 제어할 수 있다.

또한, 본 실시예에 의한 제3도에 표시한 2개의 정재파와 진동검출전극의 위치관계를 가진 다른 전극구조에서도 진동검출회로로부터의 출력의 가산치를 사용해서 구동신호를 제어하면, 회전방향에 관계없이 회전속도를 정밀하게 제어할 수 있다.

이상과 같이 실시예에 의하면, 탄성진행파의 잔류정재파성분과 진동검출전극의 위치어긋남에 영향받는 일없이, 매우 안정되고 또한 고정밀도로 회전속도를 제어할 수 있는 초음파모터와 제어방법을 실현할 수 있다.

[실시예 2]

이하 본 발명의 제2실시예에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다.

제7도(a)는 원판형초음파모터의 압전체의 제1면의 평면도이고, 제7도(b)는 제7도(a)에 표시한 압전에의 제2면의 평면도이고, 원판형진동체에 직경방향과 둘레방향으로 각각 1차, 3차의 굴곡진동을 여진한다.

제8도는, 압전체(2)의 단면도와, 압전체(2)의 구동전극에 의해 여진되는 정재파를 표시하고 있다.

제7도(b)에 있어서, 압전체(2)의 제2면에는, 서로 위치적으로 상기 진행파의 4분의 1파장에 대응하는 위상차를 가진 전극(K),(J)과, 상기 진행파의 4분의 1파장에 대응하는 전극(L1),(L2)이 구성되어 있다. 제7도(a)에 있어서, 압전체(2)의 제1면에는, 서로 위치적으로 상기 진행파의 4분의 1파장에 대응하는 위상차를 가진 전극군(G),(H)과, 4분의 1파장에 대응하는 전극(I1),(I2)이 구성되어 있다. 전극군(G)은 상기 진행파의 2분의 1파장에 대응하는 소전극부(g1),(g2)와, 4분의 1파장에 대응하는 소전극구(g3)로 이루어진다. 마찬가지로, 전극군(H)은 상기 진행파의 2분의 1파장에 대응하는 소전극부(h1),(h2)와 4분의 1파장에 대응하는 소전극부(h3)로 이루어진다.

제1면의 전극군(G),(H) 및 (I1),(I2)은 각각 제2면의 전극(J),(K),(L1),(L2)에 대응해서 구성되어 있다. 즉 제7도(a)를 뒤집어서 제7도(b)에 맞포갠 경우, 전극군(G)은 전극(J)에 대향하고, 전극군(H)은 전극(K)에 대향하고, 전극(I1)은 전극(L1)에 대향하고, 전극(I2)은 전극(L2)에 대향한다.

압전체(2)는 제2면을 금속 등의 도전체위에 놓음으로써 공통전극으로 하고, 제1면의 전극군(G),(H)의 소전극부와 전극(I)은 제7도(a)에 표시한 부호와 같이 분극한다. 제1면의 전극은 작은것이어도 1/4파장에 대응하므로 분극은 상기 실시예보다는 행하기 쉽다.

분극후의 압전체(2)는 제1면을 판성기판(1)에 접착함으로써 진동체(3)를 구성한다.

또한 분극방향은 제7도에 표시한 방향에만 한정되는 것은 아니다.

탄성기판을 기준전위로 해서 외부회로에 접속한다.

압전체(2)위에 90°위상차로 위치한 전극(J),(K)에 각각 시간적으로 90°위상이 다른 전기신호를 인가하면, 진동체(3)에는 직경방향과 둘레방향으로 1차, 3차의 굴곡진동을 여진할 수 있다.

구동에 사용되는 전극은 전체의 5/6를 차지하고 있으며 높은 구동력을 확보하고 있다.

제8도는, 전극(J),(K)에 각각 시간적으로 90°위상이 다른 전기신호를 인가한 경우에, 진동체(3)에 여진되는 탄성진행파를 구성하는 정재파를 표시하고 있다.

전극 (J),(K)에 각각 시간적으로 90°위상이 다른 전기신호를 인가하면, 전극(J)에 의해 정재파(γ)가 여진되고, 전극(K)에 의해 정재파(ε1)(실선)가 여진된다. 또, 정재파(ε2)(파선)는, 전극(J)에 인가한 전기신호에 대해서 시간적으로 -90°위상이 다른 전기신호를 전극(K)에 인가한 경우에 여진되고, 이 경우, 정재파(ε1)(실선)가 여진된 경우와 반대방향으로 이동체는 회전한다.

전극(L1),(L2)은 진동검출용 전극으로서 사용된다. 제8도에 표시한 바와 같이, 전극(L1)은, 정재파(γ)의 두번째파의 3/8파장의 위치를 중심으로하여, 1/4파장으로부터 1/2파장까지의 1/4파장에 대응하는 위치에 형성되어 있고, 전극(L2)은 두번째파의 5/8파장의 위치를 중심으로하여, 1/2파장으로부터 3/4파장까지의 1/4파장에 대응하는 위치에 형성되어 있다. 다시 말하면, 2개의 정재파중에서 1개의 정재파의 복부와 복부의 사이에 상당하는 위치를 2등분하는 1/4파장의 진동검출전극을 설치하고 있다. 또는, 마디부와 마디부의 사이에 상당하는 위치를 2등분하는 1/4파장의 진동검출전극을 설치하고 있다. 또한, 본 실시예에서는 두번째파의 위치에 진동검출전극을 형성했으나, 첫번째파, 세번째파에서도 동일효과가 얻어진다.

전극(L1),(L2)에 유기된 전하에 의한 출력신호는, 제4도에 표시한 방식에 의해 그 출력신호의 진폭을 별도로 검출해서 진동체의 진동의 진폭을 검출하고, 이 값을 가산회로에 의해 가산치를 구한다. 여기서는, 전극(L1),(L2)으로부터 출력되는 신호의 피이크치를 각각 직류전압으로 변환해서, 진동체에 발생한 진동의 크기를 나타내는 값으로 하고, 이 전류치를 가산회로에 의해 곱셈해서, 제어회로에 보내고, 곱셈결과를 제어지표로 해서 구동회로를 제어하고 이동체의 속도를 소망의 값으로 제어했다. 이 가산치를 사용해서 구동신호를 제어한다.

전극(F1),(F2)에 출력한 신호의 반시계방향으로 회전하는 경우의 진폭의 가산치와 시계방향으로 회전하는 경우의 가산치의 비는, 제5도와 마찬가지로 진동검출용전극(L1),(L2)의 정재파에 대한 위치어급남량에 의존하지 않고 1이었다.

제9도는 시간에 대한 시프트(δt)가 회전방향에 따라서 다른 경우의 전극 (L1),(L2)에 출력한 신호의 반시계방향으로 회전하는 경우의 진폭의 가산치와 시계방향으로 회전하는 경우의 가산치의 비와 진동검출용 전극(F1),(F1)의 정재파에 대한 위치어긋남량의 관계이다. 이 경우에도 위치어긋람량이 0일 경우에는 가산치의 비는 1.0이 안되지만, 1.0에 매우 가깝다. 따라서, 가산치는 탄성진행파에 정재파성분이 잔류함에도 불구하고, 회전방향, 진동검출전극의 위치어긋남량에 관계없이 가산치는 거의 일정하다고 간주할 수 있고, 회전속도의 제어지표로서 사용하여, 회전속도를 소망의 값으로 정밀하게 제어할 수 있다.

이상과 같이 본 실시예에 의하면, 탄성진행파의 잔류정재파성분이 진동검출에 대한 영향을 제거하기 때문에 진동검출전극의 정재파에 대한 위치맞춤을 정밀하게 행하지 않아도, 매우 안정되고 또한 고정밀도로 회전 속도를 제어할 수 있는 초음파모터와 제어방법을 실현할 수 있다.

[실시예 3]

이하, 본 발명의 제3실시예에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다.

제10도(a)는 원판형초음파모터의 압전체의 제1면의 평면도이고, 제10도(b)는 제10도(a)에 표시한 압전체의 제2면이 평면도이고, 원판형진동체에 직경방향과 둘레방향으로 각각 1차, 3차의 굴곡진동을 여진한다.

제11도는 탄성기판(1), 압전체(2)의 단면도와, 압전체(2)의 구동전극에 의해 여진되는 정재파를 표시하고 있다. λ는 정재파의 파장을 표시한다.

제10도(a)에 있어서, 압전체(2)의 제1면에는, 서로 위치적으로 진행파의 4분의 1파장에 대응하는 위상차를 가진 전극군(M),(N)이 구성되어 있다. 전극군(M)은 진행파의 2분의 1파장에 대응하는 소전극부(m1),(m2),(m3)로 이루어진다.

마찬가지로, 전극군(N)은 상기 진행파의 2분의 1파장에 대응하는 소전극부(n2),(n3)와 4분의 1파장에 대응하는 소전극부(n1),(n4)로 이루어진다.

제10도(b)에 있어서, 압전체(2)의 제2면에는, 외주부에 접속된 전극(P1), 전극(P2)과 전극(Q1), 전극(Q2) 및 내주부에는 정재파의 1/4 파장에 상당하는 전극(R1),(R2)이 설치되어 있다.

제1면의 전극군(M),(N)은 각각 제2면의 전극(P1),(P2),(Q1),(Q2)에 대응해서 구성되어 있다. 즉, 제10도(a)를 뒤집어서 제10도(b)에 맞포갠 경우, 전극군(M)은 전극(P1),(P2)에 대향하고, 전극군 N은 전극 Q1, Q2에 대향한다.

압전체(2)는, 제2면을 금속등의 도전체의 위에 놓음으로써 공통전극으로하고, 제1면의 전극군(M),(N)에 의해 부호와 같이 분극하였다. 또한 분극의 방향은 부호와 같이 한정되는 것은 아니다.

분극후의 압전체(2)는 제1면을 탄성기판(1)에 접착하여 진동체(3)를 구성한다.

압전체(2)의 전극(P1),(P2)과 전극(Q1),(Q2)에 각각 시간적으로 90°위상이 다른 전기신호를 인가하면, 이상적인 경우에는 제11도에 표시한 바와 같이 위상이 다른 2개의 정재파(η)(실선)와 정재파(θ1)(실선)가 발생하고, 탄성기판(1)에는 직경방향과 둘레방향으로 각각 1차, 3차의 굴곡진동을 여진 할 수 있다. 정재파(θ2)(점선)는 전극군(N)에 위상이 -90°다른 구동신호를 입력한 경우에 발생하고, 이동체는 반대방향으로 회전한다.

전극(R1),(R2)은 진동검출용 전극으로서 사용된다. 제11도에 표시한 바와 같이 전극(R1)은, 정재파(η)의 첫번째파의 3/4파장의 위치를 중심으로하여, 5/8파장으로부터 7/8파장까지의 1/4파장에 대응하는 위치에 형성되어 있고, 전극(R2)은 세번째파의 시작을 중심으로하여 두번째파의 7/8파장으로부터 세번째파의 1/8파장까지의 1/4파장에 대응하는 위치에 형성되어 있다. 다시말하면, 전극(R1)은 제1정재파(η)의 복부를 중심으로 하는 1/4파장분의 진동검출전극이고, 전극(R2)은 제2정재파(θ)의 복부를 중심으로 하는 1/4파장분의 진동검출전극이 각각 설치되어 있게 된다.

제10도에 표시한 압전체를 사용해서 초음파모터를 구성하고, 그 회전속도를 제4도에 표시한 진동검출전극으로부터의 출력신호로부터 진폭검출회로에 의해 진폭을 검출하고, 그 값을 가산한 값을 제어지표로 해서 제어했다. 그 결과, 제5도, 제6도와 마찬가지로 진행파중의 정재파성분의 잔류와 위치어긋남에 영향을 받는 일없이 회전방향에 의존하지 않는 제어지표가 얻어졌다.

본 실시예에서는, 진동검출전극(R1),(R2)이 인접하지 않고, 거의 대향하는 모양으로 형성되어 있다. 진동파형의 변형이나 정재파성분의 잔류는 둘레방향뿐만아니라, 직경방향으로도 발생한다. 또, 압전체와 탄성기판의 중심이 어긋나고, 동심성이 나빠지는 경우도 있다. 본 실시예의 경우에는, 제25도에 표시한 바와 같이 직경방향으로 1차의 진동이 여진된다. 이 때문에, 외주부일수록 진동이 커진다. 인접한 진동검출전극을 가진 압전체의 경우, 동심성이 나빠지면 어떤 진동검출전극도 검출신호가 커지거나 또는 작아진다. 이 때문에, 초음파모터의 각각에 동심성이 다르면, 진동검출결과에 불균일이 발생한다.

그러나, 본 실시예와 같이 진동전극이 인접하지 않고, 대략 대향하는 모양으로 형성되어 있으면, 한쪽의 진동검출결과가 커져도, 다른 쪽은 작아진다. 이것을 가산하면 항상 일정한 값을 얻을 수 있다. 따라서, 둘레방향의 전극패턴의 위치어긋남 등에 대한 효과뿐만 아니라, 직경방향의 어긋남의 영향을 없앨 수 있다는 효과를 아울러서 발휘한다.

구동전극(P1),(P2)과 구동전극(Q1),(Q2)이 위치적으로 분리되어 있다. 그러나 외주부에서 접속함으로써, 외부회로와의 접속도 용이하게 되었다. 또 본 실시예와 같이 직경방향으로 1차의 진동모드를 가진 경우, 외주부의 진동이 가장 크고, 외주부가 큰 구동력을 발생시킨다. 따라서, 외주부를 접속하고, 이 부분도 구동에 기여하기 때문에, 보다 큰 구동력을 발생시킬 수 있다. 또한, 외주부의 접속방법은, 본 실시예와 같은 것에 한정되는 것은 아니다.

이상과 같이 본 실시예에서는, 높은 구동력을 유지한 상태로, 정재파의 잔류성분의 전극의 위치어긋남에 영향을 받는 일없이 회전속도를 제어할 수 있는 초음파모터를 제공할 수 있다.

[실시예 4]

이하, 본 발명의 제4실시예에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다.

제12도(a)는 원판초음파모터의 압전체의 제1면의 평면도이고, 제12도(b)는 제12도(a)에 표시한 압전체의 제2면의 평면도이고, 원판형진동체에 직경방향과 둘레방향으로 각각 1차, 3차의 굴곡진동을 여진한다.

제13도는, 탄성기판(1), 압전체(2)의 단면도와, 압전체(2)의 구동전극에 의해 여진되는 정재파를 표시하고 있다. λ는 정재파의 파장을 표시한다.

제12도(a)에 있어서, 압전체(2)의 제1면에는, 서로 위치적으로 진행파의 4분의 1파장에 대응하는 위상차를 가진 전극군(S),(T)이 구성되어 있다. 전극군(M)은 정재파의 2분의 1파장에 대응하는 소전극부(S1),(S2),(S3)로 이루어진다. 마찬가지로, 전극군(T)은 정재파의 2분의 1파장에 대응하는 소전극부(t2),(t3)와 4분의 1파장에 대응하는 소전극부(t1),(t4)로 이루어진다.

제12도(b)에 있어서, 압전체(2)의 제2면에는, 내주부에 접속된 전극(U1), 전극 (U2)과 전극(V1), 전극(V2) 및 정재파의 1/4파장에 상당하는 전극(W1),(W2)이 설치되어 있다.

제1면의 전극군(S),(T)은 각각 제2면의 전극(U1),(U2),(V1),(V2)에 대응해서 구성되어 있다. 즉, 제12도(a)를 뒤집어서 제12도(b)에 맞포갠 경우, 전극군(S)은 전극(U1),(U2)에 대향하고, 전극군(T)은 전극(V1),(V2)에 해향한다.

압전체(2)는 제2면을 금속등의 도전체의 위에 놓음으로써 공통전극으로 하고, 제1면의 전극군(S),(T)을 사용해서 부호와 같이 두께방향으로 분극하였다. 또한 분극의 방향은 부호와 같이 한정되는 것은 아니다.

분극후의 압전체(2)는 제1면을 탄성기판(1)에 접착하여 진동체(3)을 구성한다.

압전체(2)의 전극(U1),(U2)과 전극(V1),(V2)에 각각 시간적으로 90°위상이 다른 전기신호를 인가하면, 이상적인 경우에는 제12도에 표시한 바와 같이 위상이 다른 2개의 정재파(π)(실선)와 정재파(ν1)(실선)가 발생하고, 탄성기판(1)에는 직경방향과 둘레방향으로 각각 1차, 3차의 굴곡진동을 여진할 수 있다. 정재파(ν2)(파선)는 전극군(T)에 위상이 다른 -90°다른 구동신호를 입력한 경우에 발생하고, 이동체는 반대방향으로 회전한다.

전극(W1),(W2)은 진동검출용 전극으로서 사용된다. 제13도에 표시한 바와 같이 전극(W1)은, 정재파(μ)의 첫번째파의 3/4파장의 위치를 중심으로하여, 5/8파장으로부터 7/8파장까지의 1/4파장에 대응하는 위치에 형성되어 있고, 전극(W2)은 세번째파의 1/2파장의 위치를 중심으로하여 3/8파장으로부터 5/8파장까지의 1/4파장에 대응하는 위치에 형성되어 있다. 다시말하면, 전극(W1)은 제1정재파(μ)의 복부를 중심으로 하는 1/4파장분의 진동검출전극이고, 전극(W2)은 제2정재파(ν)의 복부를 중심으로 하는 1/4파장분의 진동검출전극이 각각 설치되어 있게 된다. 또한, 전극(W1),(W2)의 2개가 모두 첫번째파와 세번째파의 상기 위치에만 한정되는 것이 아니고, 두번째파에 있어도 된다.

제12도에 표시한 압전체를 사용해서 초음파모터를 구성했다. 회전속도를 제4도에 표시한 진동검출전극으로부터의 출력신호의 피이크치를 가산한 값을 제어지표로 해서 제어했다. 이 결과, 제5도, 제6도와 마찬가지로 진행파중의 정재파성분의 잔류와 위치어긋남에 영향을 받는 일없이, 회전방향에 의존하지 않는 제어지표가 얻어졌다.

구동전극(U1),(U2)과 구동전극(V1),(V2)이 위치적으로 분리되어 있다. 그러나 내주부에서 접속함으로서, 외부회로와의 접속도 각각 1개소가 되고, 직경이 작은 압전체에서도 용이하게 되었다. 또 본 실시예와 같이, 직경방향으로 1차의 진동모드를 가진 경우, 외주부의 진동이 가장 크다. 따라서 내주부를 구동전극의 접속에 사용해도 이 부분의 진동은 작기 때문에, 진동검출전극을 외주부쪽에 형성하면 출력신호는 그다지 작게되지 않아서 제어에 지장은 없다. 또한, 내주부의 접속방법은, 본 실시예와 같은 것에 한정되는 것은 아니고, 직선형상 등이어도 된다. 또, 내주부, 외주부를 모두 접속해도 상관없고, 진동검출전극을 분리해서 중앙에서 접속하고, 진동검출전극은 각각 2개의 리드에 의해 인출해서 각각 따로 접속해도 된다.

본 실시예에서는 실시예 3과 마찬가지로 진동검출전극(W1),(W2)이 인접하지 않고, 거의 대향하는 모양으로 형성되어 있으므로, 둘레방향의 전극패턴의 위치어긋남 등에 대한 효과뿐만 아니라, 직경방향의 어긋남의 영향을 없앨 수 있다는 효과를 아울러서 발휘한다.

이상과 같이 본 실시예에서는, 높은 진동검출신호를 유지한 상태로 용이하게 구동신호를 입력할 수 있고, 정재파의 잔류성분과 전극이 위치어긋남에 영향받는 일없이 회전속도를 제어할 수 있는 초음파모터를 제공할 수 있다.

[실시예 5]

이하 본 발명의 제5실시예에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다.

제14도(a)는 원판형초음파모터의 압전체의 제1면의 평면도이고, 제14도(b)는 제14도(a)에 표시한 압전체의 제2면의 평면도이다. 제14도(a)중의 X와 제14도(b)의 X', 제14도(a)의 Y 및 제14도(b)의 Y'가 압전체(2)를 사이에 두고 대향한다. 따라서 제14도의 전극구조는 제3도와 동일한 정재파의 진동검출전극의 위치관계를 가진다. 압전체(2)의 제2면은 제2도(b)와 동일하다. 압전체(2)의 제1면은 제2도(a)의 소전극(a3),(a4), 전극(c1),(c2)을 묶어서 전극(ab1)으로 하고, 소전극(a4),(b3)을 묶어서 전극(ab2)으로 한 것으로서 부호와 같이 분극해서, 전극(D),(E)에 시간적으로 90°다른 교류전압을 인가함으로써, 직경방향과 둘레방향으로 각각 1차, 3차의 탄성진행파를 얻을 수 있다. 부호의 방향은 반대이어도 마찬가지로 직경방향과, 둘레방향으로 각각 1차, 3차의 탄성진행파를 얻을 수 있다.

제14(b)의 진동검출전극(F1),(F2)은 제3도의 정재파(α)의 두번째파의 1/4파장의 위치를 중심으로하여, 1/8파장으로부터 3/8파장까지의 1/4파장에 대응하는 위치에 형성되어 있고, 전극(F2)은 두번째파의 1/2파장의 위치를 중심으로하여, 3/8파장으로부터 5/8파장까지의 1/4파장에 대응하는 위치에 형성되어 있다. 환언하면, 진동검출전극을 2개의 정재파(α),(β)의 복부를 중심으로 해서 1/4파장분의 진동검출전극이 설치되어 있게 된다. 전극(F1),(F2)은 제3도에 표시한 정재파와의 위치관계를 가지기 때문에 제4도에 표시한 블록도와 같이, 진동검출전극(F1),(F2)으로부터의 출력신호를 진동검출회로에 보내고, 이 진동검출회로로부터의 출력을 가산하고, 가산치를 사용함으로써 정재파잔류성분과 전극위치어긋남에 영향을 받는 일없이 이동체의 회전속도를 제2도의 전극구조의 압전체를 사용한 경우와 동일하게 안정되게 제어할 수 있다.

제14도(a)에 표시한 전극구조에서는 전극(ab2)이 탄성진행파의 4분의 1파장에 대응하고 다른 전극이 2분의 1파장에 대응한다. 제2도에 표시한 전극구조와 같이 8분의 1파장에 대응하는 전극이 없고, 전극이 크기 때문에, 분극을 행하기 쉽고, 분극중에 압전체가 균열되는 일이 적어지는 효과 등을 얻을 수 있다.

이상과 같이 본 실시예에서는, 분극을 위한 전극의 면적을 크게 유지하고, 분극을 용이하게 행할 수 있고, 분극시의 압전체의 파손, 파괴등이 매우 적고, 정재파의 잔류성분과 전극의 위치어긋남에 영향을 받는 일없이 회전속도를 제어할 수 있는 초음파모터를 제공할 수 있다.

[실시예 6]

이하 본 발명의 제6실시예에 대해서, 도면을 참조하면서 설명한다.

제15도(a)는 원판형초음파모터의 압전체의 제1면의 평면도이고, 제15도(b)는 제15도(a)에 표시한 압전체의 제2면의 평면도이다. 제15도(a)의 X와 제15도(b)의 X', 제15도(a)의 Y 및 제15도(b)의 Y'가 압전체(2)를 사이에 두고 대향한다. 따라서 제15도의 전극구조는 제3도와 동일한 정재파와 진동검출전극의 위치관계를 가진다. 압전체(2)의 제2면은 내주부에 둥근고리형상의 전극(Z)을 구비하고 있고, 다른 전극은 전극(Z)의 부분만 직경방향으로 작게되어 있으나, 둘레방향의 배치 및 정재파와의 관계는 제15도(b)와 동일하다. 또, 제1면도 제15도(a)와 동일하게 배치되나, 전극(Z)에 대향하는 부분이 제거되어 있다. 이 전극(Z)은 공통전극으로서 사용되고, 탄성기판과 접속된다. 구동신호를 압전체에 인가하기 위해서는, 기준으로서 전기적으로 공통인 전위가 필요하다. 탄성기판은 금속체로 구성되는 경우가 많고, 이 금속체를 공통전위로서 사용하나, 공통전극이 없으면 금속체에 리드 등을 다수 접속하지 않으면 안된다. 또, 금속체를 구성하는 금속의 종류에 따라서는 접속은 용이하지 않다. 본 실시예와 같이, 압전체상에 공통전극을 취하고, 탄성기판과 도전성페이스트등으로 접속함으로써, 리드선을 길게 둘러치지 않고, 용이하게 공통전위를 얻을 수 있다.

또한, 분극의 방향은 제15도에 표시한 부호에만 한정되지 않는다.

분극용 전극은 내주부근처까지 있어도 상관없다.

공통전극(Z)을 형성한 내주부는 진동이 가장 작고, 구동에 대한 기여는 매우 작으므로, 구동전극, 진동검출전극은 이 부분에 없어도 구동력 및 진동의 검출에는 영향을 미치지 않는다.

제15도(b)의 진동검출전극(F1'),(F2')은 실시예 5와 마찬가지로 제3도에 표시한 정재파와의 위치관계를 가지기 때문에, 제4도에 표시한 블록도와 같이, 진동검출전극(F1'),(F2')으로부터의 출력신호를 진동검출회로에 보내고, 이 진동검출회로로부터 출력을 가산하고, 가산치를 사용함으로서 정재파 잔류성분과 전극위치어긋남에 영향을 받는 일없이 이동체의 회전속도를, 제2도의 전극구조의 압전체를 사용한 경우와 마찬가지로, 안정하게 제어할 수 있다.

이상과 같이 본 실시예에서는, 압전체의 내주부에 공통전극을 형성함으로써 용이하게 공통전위를 얻을 수 있고, 정재파의 잔류성분과 전극위 위치어긋남에 영향을 받는 일없이 회전속도를 제어할 수 있는 초음파모터를 제공할 수 있다.

제16도는 공통전극을 형성한 압전체의 다른 실시예를 표시하는 도면이다. 제16도(a)는 원판형초음파모터의 압전체의 제1면의 평면도이고, 제16도(b)는 압전체의 단면도이고, 제16도(c)는 제16도(a)에 표시한 압전체의 제2면의 평면도이다. 제16도(a)의 X와 제16도(c)의 X', 제16도(a)의 Y와 제16도(c)의 Y'가 압전체(2)를 사이에 두고 대향한다. 따라서, 제16도의 전극구조는 제3도(b)와 마찬가지의 전극구조이나, 제16도(a)는 제15도(a)와 달리, 압전체(2)의 내주부에 전극(ZA)을 구비하고 있다.

이 전극(ZA)은, 제16도(b)에 표시한 바와 같이, 압전체(2)의 제1면과 제2면이 접속된 형상이다. 따라서, 제3도의 경우와 마찬가지로, 압전체(2)의 제1면을 탄성기판(1)에 접착하는 것만으로, 전극(ZA)은 탄성기판(1)에 전기적으로 접속할 수 있다. 따라서, 제16도(d)에 표시한 바와 같이, 압전체(2)를 탄성기판(1)과 접착한 후, 압전체상의 전극(D'), 전극(E'), 전극(F'), 전극(F2'), 전극(ZA)와 외부회로를 가요성리드(10)에 의해서만 접속하여도 된다. 또한, 접속수단은 이것에 한정되는 것은 아니다.

이상과 같이, 공통전극이 압전체의 2개의 주요면에 접속되어 있는 형상을 취함으로써, 제2실시예에 의한 효과에 추가해서, 제조공정이 적은 초음파모터를 실현할 수 있다.

[실시예 7]

이하, 본 발명의 제7실시예에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다.

본 실시예에서는, 진동검출전극으로부터의 출력신호를 선택해서 제어하는 방식에 대해서 설명한다. 원판형 초음파모터의 압전체의 전극구성은, 제7도에 표시한 것과 마찬가지이고, 제8도에 표시한 진동이 진동체에 여진된다.

전극(J),(K)에 각각 시간적으로 90°위상이 다른 전기신호를 인가하면, 전극(J)에 의해 정재파(γ)가 여진되고, 전극(K)에 의해 정재파(ε1)(실선)가 여진된다. 또, 정재파(ε2)(점선)는, 전극(J)에 인가한 전기신호에 대해서 시간적으로 -90°위상이 다른 전기신호를 전극(J)에 인가한 경우에 여진된다.

전극(J)에 의해 정재파(γ)가 여진되고, 전극(E)에 의해 정재파(ε1)가 여진된 경우, 전극(F1)내에서 정재파(γ)와 정재파(ε1)는, 위상이 서로 90°다르나, 동일방향의 진폭이기 때문에, 전극(L1)에서 검출되는 전하는, 정재파(γ)에 의해 유기된 전하와, 정재파(ε1)에 의해 유기된 전하의 합으로서 검출된다.

또, 전극(L2)내에서는 정재파(γ)와 정재파(ε1)는, 위상이 서로 90°다르고, 다른 방향에서 동일한 진폭이기 때문에, 정재파(γ)에 의해 유기되는 전하와, 정재파(ε1)에 의해 유기되는 전하는 서로 상쇄된다.

한편, 전극(J)에 의해 정재파(γ)가 여진되고, 전극(E)에 의해 정재파(ε2)가 여진된 경우, 전극(L2)내에서, 정재파(γ)와 정재파(ε2)는, 위상이 서로 90°다르나, 동일한 방향의 진폭이기 때문에, 전극(L2)에서 검출되는 전하는, 정재파(γ)에 의해 유기된 전하와, 정재파(ε2)에 의해 유기된 전하의 합으로서 검출된다.

또, 전극(L1)내에서는, 정재파(γ)와 정재파(ε2)는, 위상이 서로 90°다르고, 다른 방향에서 동일한 진폭이기 때문에, 정재파(γ)에 의해 유기되는 전하와, 정재파(ε1)에 의해 유기되는 전하는 서로 상쇄된다.

따라서, 진동체(3)에 여진되는 탄성진행파가 그 진행방향에 의해, 정재파(γ)와 정재파(ε1)로 구성되는 경우는, 전극(L1)으로부터의 신호를 선택하고, 정재파(γ)와 정재파(ε2)로 구성되는 경우는, 전극(F2)으로부터의 신호를 선택하면, 초음파모터의 구동시에 전극(J),(K)사이에서 부하의 변동이 일어나도, 그 상태를 검출할 수 있기 때문에, 안정된 구동을 실현할 수 있다.

제17도는 본 발명의 회로계의 블록도를 표시한다. 진동검출전극으로부터의 출력을 진동검출회로에 보내고, 진폭을 검출한다. 검출한 결과를 회전방향에 따라서 절환하는 선택회로를 형성한다. 어느 한 쪽의 진폭검출을 제어회로에 보낸다. 제어회로에 의해 구동회로를 제어해서 회전속도를 제어한다.

또한 진동검출전극(L1),(L2)의 출력신호를 선택하는 회로를 형성하고, 출력신호를 선택한 후, 진동검출회로에 의해, 진폭을 검출하는 다른 구성 등에서도 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.

이상과 같이 본 실시예에 의하면, 압전체에 진동검출부를 설치하고 있음에도 불구하고, 구동전극면적을 크게 취할 수 있고, 진동체에 여진하는 탄성진행파의 진행방향에 의해 진동검출신호를 선택하기 때문에, 동작이 안정되고, 또한 구동효율이 좋은 초음파모터를 얻을 수 있다.

또한, 상기 실시예에서는, 직경방향과 둘레방향으로 각각 1차, 3차의 원판의 굴곡진동을 사용한 원판형초음파모터에 대해서 설명했으나, 그 밖의 진동모드에도 본 발명이 유효하고, 그 위에 둥근고리의 굴곡진동을 사용한 둥근고리형 초음파모터에 대해서도 본 발명이 유효한 것은 물론이다. 또, 잔류정재파성분을 발생하는 수식⑤에 표시한 δt 이외의 δx 나 m에 대해서도 상기 실시예에서는 마찬가지의 효과를 얻을 수 있고, 이들이 복합된 경우에도 충분한 효과를 얻을 수 있다.

Claims

압전체와 탄성체로 이루어진 진동체와, 상기 진동체상에 가압수단을 개재해서 가압접촉하는 이동체와, 상기 진동체에서 시간적, 위치적으로 위상이 다른 2개의 정재파를 발생시킴으로써 탄성진행파를 여진하기 위한 구동신호를 발생하는 구동회로와, 상기 구동신호를 상기 압전체에 입력하는 구동전극과, 상기 압전체에서 상기 진동체의 진동을 검출하는 복수개의 진동검출전극과, 상기 복수개의 진동검출전극으로부터의 출력신호에 의해서 상기 진동체의 진동의 크기를 검출하는 진폭검출회로와, 상기 복수개의 진동검출회로로부터의 출력신호를 가산하는 가산회로와, 상기 가산회로의 출력을 사용해서 상기 이동체의 회전제어를 행하는 제어회로를 가진 것을 특징으로 하는 초음파모터.
압전체와 탄성체로 이루어진 진동체와, 상기 진동체상에 가압수단을 개재해서 가압접촉하는 이동체와, 상기 진동체에서 시간적, 위치적으로 위상이 다른 제1, 제2정재파를 발생시킴으로써 탄성진행파를 여진하기 위한 구동신호를 발생하는 구동회로와, 상기 구동신호를 상기 압전체에 입력하는 구동전극과, 상기 압전체에 상기 제1정재파의 복부를 중심으로 하는 위치에 있는 제1진동검출전극과, 상기 제2정재파의 마디부를 중심으로 하는 위치에 있는 제2진동검출전극과, 상기 제1, 제2진동검출전극으로부터의 출력신호에 의해서 상기 진동체의 진동의 크기를 검출하는 2개의 진폭검출회로와, 상기 2개의 진동검출회로로부터의 출력신호를 가산하는 가산회로와, 상기 가산회로의 출력을 사용해서 상기 이동체의 회전제어를 행하는 제어회로를 가진 것을 특징으로 하는 초음파모터.
압전체와 탄성체로 이루어진 진동체와, 상기 진동체상에 가압수단을 개재해서 가압접촉하는 이동체와, 상기 진동체에서 시간적, 위치적으로 위상이 다른 2개의 정재파를 발생시킴으로써 탄성진행파를 여진하기 위한 구동신호를 발생하는 구동회로와, 상기 구동회로를 상기 압전체에 입력하는 구동전극과, 상기 압전체에서 한쪽의 상기 정재파의 복부와 복부의 사이, 또는 마디와 마디부의 사이에 상당하는 위치를 2등분하는 제1진동검출전극과 제2진동검출전극으로 이루어진 진동검출전극과, 상기 제1, 제2진동검출전극으로부터의 출력신호에 의해서 상기 진동체의 진동의 크기를 검출하는 2개의 진폭검출회로와, 상기 2개의 진동검출회로로부터의 출력신호를 가산하는 가산회로와, 상기 가산회로의 출력을 사용해서 상기 이동체의 회전제어를 행하는 제어회로를 가진 것을 특징으로 하는 초음파모터.
제1항에 있어서, 압전체에 형성된 진동검출전극이 상기 압전체의 직경방향의 일부에만 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 초음파모터.
제1항에 있어서, 압전체에 형성된 구동전극이 복수로 분리되어 있는 것을 특징으로 하는 초음파모터.
제4항 또는 제5항에 있어서, 압전체에 형성된 구동전극이 복수로 분리되고, 상기 분리된 구동전극의 적어도 1조이상이 상기 압전체상에서 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 초음파모터.
제1항, 제4항, 제5항중 어느 한 항에 있어서, 압전체의 적어도 한쪽의 면에 공통전극을 구비한 것을 특징으로 하는 초음파모터.
제7항에 있어서, 압전체의 양면에 형성한 공통전극이, 압전체의 내주부에서 전기적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 초음파모터.
제1항에 있어서, 압전체에 형성한 복수의 진동검출전극이 인접하지 않고, 압전체의 중심에 대해서 대략 대향하는 위치에 있는 것을 특징으로 하는 초음파모터.
압전체와 탄성체로 이루어진 진동체와, 상기 진동체상에 가압수단을 개재해서 가압접촉하는 이동체와, 상기 진동체에서 시간적, 위치적으로 위상이 다른 2개의 정재파를 발생시킴으로써 탄성진행파를 여진하기 위한 구동신호를 발생하는 구동회로와, 상기 구동신호를 상기 압전체에 입력하는 구동전극과, 상기 압전체에서 상기 진동체의 진동을 검출하는 복수개의 진동검출전극과, 상기 복수개의 진동검출전극으로부터의 출력신호에 의해서 상기 진동체의 진동의 크기를 검출하는 진폭검출회로와, 상기 복수개의 진동검출회로의 출력신호중에서 어느 출력신호를 제어에 사용할 지의 여부를 선택하는 선택회로와, 상기 선택회로의 출력을 사용해서 상기 이동체의 회전제어를 행하는 제어회로를 가진 것을 특징으로 하는 초음파모터.
압전체와 탄성체로 이루어진 진동체와, 상기 진동체상에 가압수단을 개재해서 가압접촉하는 이동체와, 상기 진동체에서 시간적, 위치적으로 위상이 다른 2개의 정재파를 발생시킴으로써 탄성진행파를 여진하기 위한 구동신호를 발생하는 구동회로와, 상기 구동신호를 상기 압전체에 입력하는 구동전극과, 상기 압전체에서 상기 진동체의 진동을 검출하는 복수개의 진동검출전극과, 상기 복수개의 진동검출전극의 출력신호중에서 어느 출력신호를 제어에 사용할 지의 여부를 선택하는 선택회로와, 선택된 상기 진동검출회로로부터의 출력신호에 의해 상기 진동체의 진동의 크기를 검출하는 진폭검출회로와, 상기 이동체의 회전제어를 행하는 제어회로를 가진 것을 특징으로 하는 초음파모터.
압전체와 탄성체로 구성된 진동체에 위상이 상이한 2개의 정재파를 발생시켜서 탄성진행파를 여진하고, 이동체를 상기 진동체에 가압접촉해서 상기 이동체를 이동시키는 초음파모터의 제어방법에 있어서, 상기 진동체의 탄성진동을 검출하는 복수의 진동검출전극으로부터 복수의 출력신호를 인출하는 단계와, 상기 복수의 출력신호로부터 상기 진동체의 진동크기를 나타내는 신호를 변환하는 단계와, 상기 진동체의 진동의 크기를 나타내는 신호를 가산하는 단계와, 가산한 값을 사용해서 상기 초음파모터를 구동하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 초음파모터의 제어방법.
압전체와 탄성체로 구성된 진동체에 위상이 상이한 2개의 정재파를 발생시켜서 탄성진행파를 여진하고, 이동체를 상기 진동체에 가압접촉해서 상기 이동체를 이동시키는 초음파모터의 제어방법에 있어서, 상기 진동체의 탄성진동을 검출하는 복수의 진동검출전극으로부터 복수의 출력신호를 인출하는 단계와, 상기 복수의 출력신호로부터 상기 진동체의 진동크기를 나타내는 신호를 변환하는 단계와, 상기 진동체에 여진하는 탄성진행파의 진행방향에 의해 상기 진동체의 진동의 크기를 나타내는 신호를 제어신호로서 선택하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 초음파모터의 제어방법.
압전체와 탄성체로 구성된 진동체에 위상이 상이한 2개의 정재파를 발생시켜서 탄성진행파를 여진하고, 이동체를 상기 진동체에 가압접촉해서 상기 이동체를 이동시키는 초음파모터의 제어방법에 있어서, 상기 진동체의 탄성진동을 검출하는 복수의 진동검출전극으로부터 복수의 출력신호를 인출하는 단계와, 상기 진동체에 여진하는 탄성진행파의 진행방향에 의해 상기 출력신호로부터 선택해서 상기 진동체의 크기를 나타내는 신호로 변환하여 제어신호로서 제어하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 초음파모터의 제어방법.
제2항에 있어서, 압전체에 형성된 진동검출전극이 상기 압전체의 직경방향의 일부에만 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 초음파모터.
제3항에 있어서, 압전체에 형성된 진동검출전극이 상기 압전체의 직경방향의 일부에만 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 초음파모터.
제2항에 있어서, 압전체에 형성된 구동전극이 복수로 분리되어 있는 것을 특징으로 하는 초음파모터.
제3항에 있어서, 압전체에 형성된 구동전극이 복수로 분리되어 있는 것을 특징으로 하는 초음파모터.
제15항 또는 제17항에 있어서, 압전체에 형성된 구동전극이 복수로 분리되고, 상기 분리된 구동전극의 적어도 1조이상이 상기 압전체상에서 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 초음파모터.
제16항 또는 제18항에 있어서, 압전체에 형성된 구동전극이 복수로 분리되고, 상기 분리된 구동전극의 적어도 1조이상이 상기 압전체상에서 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 초음파모터.
제2항, 제15항, 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 압전체의 적어도 한 쪽의 면에 공통전극을 구비한 것을 특징으로 하는 초음파모터.
제3항, 제16항, 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 압전체의 적어도 한 쪽의 면에 공통전극을 구비한 것을 특징으로 하는 초음파모터.
제6항에 있어서, 압전체의 적어도 한 쪽의 면에 공통전극을 구비한 것을 특징으로 하는 초음파모터.
제19항에 있어서, 압전체의 적어도 한 쪽의 면에 공통전극을 구비한 것을 특징으로 하는 초음파모터.
제20항에 있어서, 압전체의 적어도 한 쪽의 면에 공통전극을 구비한 것을 특징으로 하는 초음파모터.
제21항에 있어서, 압전체의 양면에 형성된 공통전극이 압전체의 내주부에서 전기적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 초음파모터.
제22항에 있어서, 압전체의 양면에 형성된 공통전극이 압전체의 내주부에서 전기적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 초음파모터.
제23항에 있어서, 압전체의 양면에 형성된 공통전극이 압전체의 내주부에서 전기적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 초음파모터.
제24항에 있어서, 압전체의 양면에 형성된 공통전극이 압전체의 내주부에서 전기적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 초음파모터.
제25항에 있어서, 압전체의 양면에 형성된 공통전극이 압전체의 내주부에서 전기적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 초음파모터.
제2항에 있어서, 압전체에 형성된 복수의 진동검출전극이 인접하지 않고, 압전체의 중심에 대해서 대략 대향하는 위치에 있는 것을 특징으로 하는 초음파모터.
제3항에 있어서, 압전체의 형성된 복수의 진동검출전극이 인접하지 않고, 압전체의 중심에 대해서 대략 위치에 있는 것을 특징으로 하는 초음파모터.