JPH02307375A - 振動波モータ - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は電気−機械エネルギー変換素子、例えば圧電素
子により発生される進行性振動波を用いて、ロータ等の
移動体を変位させる振動波モータに関する。

［従来の技術］ 従来、例えば円環状振動波モータは、第６図に示すよう
な電極配置となっており、その代表的−例を説明すると
、特開昭６２−２０１０７２号公報等に記載されている
ように、円環状振動体に励起される波長の１７２ピツチ
をもつ２つの電極群（Ａ相の電極群およびＢ相の電極群
）が、空間的にピッチの１／２、すなわち、前記波長の
ｌ／４たけ位相ずれをもって配置され、さらに、これら
２つの電極群の間に、円環状振動体の振動状態を検知す
るセンサ用電極５１つまり、該振動体の振動により圧電
素子等に発生する起電圧を検知する電極、ならびに、共
通電極Ｃなどが設けられている。Ａ相とＢ相の電極群は
、それぞれ圧電素子の分極処理部を有し、その分極極性
は交互に逆となっている。

そして、Ａ相電極群にＶ　＝Ｖ　ａ　ｓ　ｔ　ｎ　Ｑ）
　ｔ　％　　Ｂ相電極群に■。ｓｉｎ　　（ωｔ±−）
なる電圧を印加することにより、振動体には全体として
進行性振動波が生じ、この振動体に加圧接触された移動
体は、摩擦により移動する。

前記において、振動体の振動を表わす式中の（＋）　　
（−）により移動体の進行方向は切換えることが可能で
、（−）の場合、すなわちＡ相に印加する周波電圧より
も位相の−（９０°）遅れた周波電圧をＢ相に印加した
場合は、移動体は第６図の時計方向（ＣＷ）に回転し、
（＋）の場合、すなわちＡ相に印加する周波電圧よりも
位相の−（９０°）進んだ周波電圧をＢ相に印加した場
合は、移動体は第６図の反時計方向（ＣＣＷ）　に回転
することになる。

センサ用電極Ｓから検出される信号は、Ａ相に印加する
周波電圧と同じ周波数の信号であるが、Ａ相に印加する
周波電圧との位相のずれにより、振動が振幅の大きい共
振状態にあるのか、共振状態からどの程度はずれている
のかを知ることができ、この情報から印加する周波数を
決定することにより、回転速度の制御が可能である。

第７図（ａ）　、　（ｂ）は第６図の電極配置の円環状
振動波モータの場合の印加電圧の周波数ｆと、Ａ相入力
端子とセンサ出力電圧の位相差０Ａ−５の関係を示して
いる。ただし、（ａ）はＣＷ、（ｂ）はＣＣＷの場合で
ある。

第６図の例では、駆動用Ａ相電極ＡＩ、Ａ２゜Ａ３．Ａ
４．Ａ５．Ａ６．Ａ７と、駆動用Ｂ相電極Ｂｌ、Ｂ２．
Ｂ３．Ｂ４．Ｂ５．Ｂ６゜Ｂ７とが設けられている。す
なわち、この従来例の振動波モータは、円環上に８波長
を生ずる８波面外たわみ振動モードを用いており、した
がって、第７図にみられるように、これに相当するｆ６
の周波数が正規の共振周波数である。

この周波数ｆ８において、位相差θＡ−３はＣＷで一４
５°、　ＣＣＷ　チー１３５’　テア’ｌ、振動波モー
タの回転中の前記０Ａ−Ｓとこれらの角度、つまり、第
７図（ａ）では−４５°、第７図（ｂ）では−ｊ３５°
と比較することにより、振動の状態が共振状態にどれほ
ど近いかを知ることができる。

［発明が解決しようとしている課題］ しかしながら、以上に述べたような振動波モータは、加
工精度が不十分等に起因して、振動体と移動体の接触面
の各位置における接触度合や加圧力が異なりやすく、振
動の共鳴雑音や摩擦音といった駆動に必要なモード（以
下これを正規振動モードといい、前述例では８波面外た
わみ振動モード）以外の不要振動モード（例えは７波面
外たわみ振動モード）が発生する場合があり、その不要
振動モードによるノイズがセンサ出力電圧に含まれるた
めに、正確な速度制御が困難になるという欠点があった
。

本発明は、センサ用電極から検出されるセンサ出力電圧
に正規振動モード以外の不要振動モードのノイズが含ま
れることを抑制し、センサ出力電圧に基づく振動波モー
タの精度のよい速度制御を実現することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記した目的を実現する本発明よりなる振動波モータの
特徴は、電気−機械エネルギー変換素子群に周波電圧を
印加することで振動体に進行性振動波を発生させ、この
進行性振動波により振動体とこれに摩擦接触する部材と
を相対的に移動させる振動波モータにおいて、前記振動
体に発生した進行性振動波を検出するための機械−電気
エネルギー変換素子群を、前記振動波の進行方向に沿っ
てその駆動波数の波長を基準としたピッチで列状に設け
たという構成をなすところにある。

上記構成において、電気−機械エネルギー変換素子、機
械−電気エネルギー変換素子は、圧電素子等のこの種の
振動波モータで用いられる素子を用いても良いし、ＰＶ
ＤＦ　（ポリフッ化ビニリデン）のような振動検出に用
いるものでも良い。

振動体とは、上記電気−機械エネルギー変換素子が貼着
等で固着される弾性円環部材が代表的に例示されるが、
特にこれに限定されるものではなく、既知の振動波モー
タに用いられるものを例外なく用いられる他、弾性部材
とこれに一体の電気−機械エネルギー変換素子とを総称
して振動体を言う場合を含む。

振動体に通常加圧によって摩擦接触される部材は、振動
体が固定側であるステータである場合には、移動体とし
てのロータ等として構成されるが、両者は相対的な移動
を生ずるものであれば振動波モータを構成できるので、
振動体をロータとし、これに摩擦接触する部材をステー
タとして形成してもよい。

振動体に発生した進行性振動波を検出するための機械−
電気エネルギー変換素子（振動検知用のセンサ用電極）
群は、振動波の進行方向に沿って、振動体の駆動のため
に与える正規振動モードの駆動波数の波数を基準とした
ピッチで列状に設けることを必須とすれば、種々の変更
した態様で構成することができる。例えば駆動波数のピ
ッチで設ける場合、間欠的に設けられていでもよい。ま
た進行性振動波を検出する機械−電気エネルギー変換素
子群は、振動体を振動させるための電気−ｍ械エネルギ
ー変換素子群と位相が一致していてもずれていてもよい
。

振動体の進行性振動波を検出するための上記機械−電気
エネルギー変換素子群を振動体に組付ける態様は、特に
限定されるものではないが、代表的には、円環状振動体
の径方向内側に沿って組付けるとか、振動駆動用の電気
−機械エネルギー変換素子群と積層するとかの態様を例
示することができる。

［作用］ センサ用電極のパターンが正規モードと同じ周期性を有
すると、正規モードに対する感度が大きく、不要モード
に対する感度が小さくなる理由について述べると、いま
正規振動モードを面外たわみｍ波モードとし、撮動検出
用のセンサ用電極の分極パターンが正規モードの半波長
毎に正逆具なる（−周の円周上の長さをＬとしモードと
同じ周期性を有する場合に、面外たわみｎ波モードが発
生した時のセンサ出力を考える。

第８図の模式図から分かるようにｎ波の応力分布Ｔ。（
χ、１）は、 される。

この時のｍ波パターンセンサ出力Ｖ　Ｂ、ｎを求めると
、 −ｃｏｓ（−２ｋｙｃ−ωｎｔ））］ ｍ となる。これを計算すると Ｖ　！ｌ＋ａｎ ＝Ｏ（ｍが偶数、ｎが奇数の場合）■ ＝Ｏ（ｍが奇数、ｎが偶数の場合）■ ＝Ｏ（ｍ、ｎとも偶数でｍａｎの最も簡単な整数比が奇
数：偶数、又は偶 数：奇数となる場合）■ ≠Ｏ（ｍ、ｎとも偶数でｍ：ｎの最も簡単な整数比が奇
数：奇数となる 場合）■ ≠Ｏ（ｍ、ｎともに奇数）■ となる。したがって上記■〜■の条件を満たすような不
要モードに対する感度は原理上Ｏとなる。また正規モー
ドを８波とした場合には、騒音として発生しやすい正規
モードより次数の小さいモードに対する感度はすべてＯ
となる。

以上のように正規振動モードと同じ周期性を有する振動
検出用のセンサ用電極のパターンとすることにより、選
択的に正規振動モードの感度を大きくできる。

［実施例］ 以下本発明を図面に示す実施例に基づいて説明する。

実施例１ 第１図は本発明の第１実施例を示したもので、中空円環
状振動波モータのステータにおける電気−機械エネルギ
ー変換素子および機械電気エネルギー変換素子としての
圧電素子上の電極配置および圧電素子の分極方向を示し
ている。

第１図においてＡＩ　＋　Ａ２　＋　Ａ３　、　Ａ４　
。

Ａ５　、Ａ６　、Ａｔは駆動用Ａａ電極、Ｂｌ。

Ｂ２．Ｂ３．Ｂ４＋　　ＢＳ、Ｂ６．Ｂ７　は駆動用Ｂ
相電極、Ｓｌ、Ｓ２．３３．Ｓ４．　Ｓａ。

Ｓａ　、　　Ｓ？　、　Ｓａ　、　　Ｓ９　、　Ｓｌｏ
、　　Ｓｌ、　３１２゜Ｓ　１３＋　　Ｓ　Ｌ４＋　　
Ｓ　ＩＳ＋　　３１８は振動センサ用電極、また、Ｃは
共通電極であり、図示されていない圧電素子の裏面全面
電極と電気的に接続されている。

ここでステータに加圧接触される移動体としてのロータ
（図示せず）を図の時計回り方向に回転させる場合、駆
動用Ａ相電極Ａ１〜Ａ７にはＶ　”　Ｖｏ　Ｓｉｎ　ω
ｔ、駆動駆動用電相電極８〜Ｂ　７にはＶ＝ＶＯｓｉｎ
（ωをｍ−）なる駆動用周波放電圧を印加し、共通電極
Ｃは接地する。また反対に図の反時計回り方向にロータ
を回転させる場合は、駆動Ａ相電極Ａ１〜Ａ７に■＝Ｖ
ｏ　ｓｉｎ　　（ωｔ　−−）　、駆動用Ｂ相電極ＢＩ
〜Ｓ７にＶ＝Ｖｏｓｉｎωｔなる駆動用周波数電圧を印
加し、共通電極Ｃは接地する。そして、駆動用周波電圧
の周波数をステータの８波面外たわみ振動モードの固有
振動数付近にすることにより、ステータの振幅は犬きく
なり、回転数を大きくすることができる。

本実施例におけるセンサ用電極Ｓｌ””’Ｓ１６は、ス
テータ円環の一周に渡り設けられており、かつ８波面外
たわみモード（つまりこの例の振動波モータの正規振動
モード）の波長の１７２の長さ毎に分極方向が逆になっ
ている。すなわちこれらのセンサ用電極３１〜ＳＬ８は
、駆動に用いる８波面外たわみモードの波長をピッチと
した周期性を有するように設け、られており、これによ
りセンサ用電極は駆動に用いる８波面外たわみモードに
対する感度が最も大きく、従来の加工精度が悪いゆえに
発生していたような他の波数の不要モードに対しては感
度は極めて小さくなっている。したがって駆動に用いる
８波面外たわみモードのみのノイズの小さい信号を得る
ことが可能となる効果がある。

実施例２ 本発明の振動波モータは、駆動に必要な進行性振動波の
進行方向に沿って、この駆動振動波の波長をピッチとし
て振動センサ検出能力に周期性をもたせることを内容と
するものであり、第１図のように振動センサの分極パタ
ーンと駆動用Ａ相電極の位置的位相をそろえるのではな
く、第２図のように任意の角度だけずらしても良い。ま
た、第１実施例における第１図のＳ１〜Ｓ＋６のすべて
の分極領域から信号を取り出すのではなく、十で示した
領域（Ｓ＋。

Ｓ３・Ｓ５・Ｓ７・Ｓ９・Ｓｌｌ・Ｓ１３・５１５）の
み、あるいは−で示した領域（Ｓ２　、　Ｓ４　。

Ｓ６・Ｓ♂・ＳＩｏ・３１２・ＳＬ４・Ｓ　＋ａ）のみ
をセンサ用電極として用いても、振動センサは駆動に用
いる８波面外たわみモードの波長をピッチとした周期性
を有するので、第１実施例と同様の効果が得ることがで
きる。

実施例３ 実施例１，２は、同一圧電素子上に駆動用電極の領域と
振動センサ用電極の領域を同心円状に形成させた場合と
して示したが、例えば第３図に示した分極・電極パター
ンの駆動用圧電素子と第４図に示した分極・電極パター
ンのセンサ用圧電素子を積層させてステータを構成する
こともできる。この実施例３の場合、センサ用圧電素子
の図示していない裏面共通電極を、駆動用圧電素子の共
通電極Ｃと電気的に接続された駆動用圧電素子の図示さ
れていない裏面電極とを接合することにより、センサ用
圧電素子の配線を簡略化することが特に望ましい態様の
構成として例示することができる。

実施例４ 振動体の円環の幅が大きい場合には、円環の内縁側の駆
動用振動性進行波の波長が外縁側の同波長よりも短かく
なる度合が大きく、同じモードでも円環上の径方向位置
によって波長が異なるが、この場合も例えば第５図に示
す例のように、円環の径寸法に比例して波長を定めて設
けたセンサ用圧電素子の存在する位置における駆動用振
動性進行波の波長をピッチとしてセンサ用電極を列状に
設けることができる。

以上の実施例は、８波面外たわみ振動モードの進行性振
動波を正規振動モードとした振動波モータについて述べ
たが、本発明は、波数が８波のものに限定されるもので
はないし、また撮動方向が面外たわみに限られるもので
もなく面内たわみ等であってもよい。また、ステータの
形状も円環に限定されず円板状や円筒状などでもよいこ
とは言うまでもない。

また以上はセンサ用電極長を進行性振動波の半波長に等
しい長さとした例を説明したが、この長さに限るもので
はなく、電極のパターンが進行性振動波の波長を基準と
したピッチで周期性を有するものであればよい。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明は、駆動に必要な進行性振
動波の進行方向に沿りて、この進行性振動波の波長をピ
ッチとしてセンサ用の機械−電気エネルギー変換素子を
周期性を持たせて配置することで、このセンサによる不
要振動モードに対する感度を低くしてノイズを低減させ
る効果があり、これにより振動波モータの速度制御を精
度よく行なえるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の振動波モータの第１実施例のステータ
を示した平面図、第２図は同第２実施例のステータを示
した平面図、第３図および第４図は同第３実施例のステ
ータを示した平面図、第５図は同第４実施例のステータ
を示した平面図、第６図は従来の技術の一例を説明する
ためのステータの平面図、第７図（ａ）　、　（ｂ）は
第６図の振動波モータ入力端子とセンサ出力電圧の位相
差の関係を示した説明図である。 第８図は振動検出用のセンサ用電極のパターンが正規振
動モードと同じ周期性を有する場合のセンサ出力を説明
するための図である。 Ａ、−Ａ、　　駆動用Ａ相電極 Ｂ１〜Ｂ７　駆動用Ｂ相電極 Ｃ共通電極 Ｓ、〜Ｓ１６　　センサ用電極 他４名 第１図 第２図 第３図 Ａ７ 第４図 ）９　　　　コ８ 第５図 第６図 第７図 ｔｏ＋ Ａ−９ Ａ−５ 第８図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．電気−機械エネルギー変換素子群に周波電圧を印加
   することで振動体に進行性振動波を発生させ、この進行
   性振動波により振動体とこれに摩擦接触する部材とを相
   対的に移動させる振動波モータにおいて、前記振動体に
   発生した進行性振動波を検出するための機械−電気エネ
   ルギー変換素子群を、前記振動波の進行方向に沿ってそ
   の駆動波数の波長を基準としたピッチで列状に設けたこ
   とを特徴とする振動波モータ。