JPH0471371A - 超音波モータ - 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、進行波によって、駆動される超音波モータに
関し、特にその移動子の構造に係わる。

〔発明の概要］ 固定子に対向して移動可能な移動子は、位相差をもった
周波電圧が印加される電気−機械変換手段を具備すると
共に、この電気−機械変換手段に電圧を供給する電圧授
受手段を設ける事により、結線を簡単にすると共に、移
動子の回転ムラを低減した超音波モータを提供する。

〔従来の技術〕

ある種の結晶に力学的応力をかけたとき電気的分極が生
じたり、その逆に結晶の両端に電圧をかけたとき力学的
な歪を生じさせる材料として、圧電体が知られている。

超音波モータはこの圧電体の歪を利用したモータで、こ
の圧電体の両端に電極を設けた電気−機械変換手段を備
えている。そして、この電気−機械変換手段の電極に位
相差をもった周波電圧を印加したときに生ずる進行波に
より発生する駆動力によって、回転力を得る。このモー
タは従来の電磁モータに比べて巻線を必要としないため
、構造が簡単となり、小型で、しかも低速回転時に、特
に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。

そして、このような超音波モータとしては、特開昭５９
−１２２３８５号及び特開昭５９−２０１６８５号、特
開昭６３−２８２７９号等々に、種々の構造のモータが
提案されている。

一般の電磁モータであれば、固定子と移動子とに関し、
固定子とは、固定、即ち動かないもの、移動子とは、移
動、即ち動くものと言う意味があり、固定子と移動子と
の関係は不変である。しかし、−次側と二次側と言う意
味では、互いに可逆性がある。例えば、インダクション
モータを例に取ると、固定子には一次側として巻線を施
し、移動子としては二次側に誘導導体を配する場合があ
る。しかし、巻線をした一次側を移動子とし、二次側の
誘導導体を固定子とする事は容易である。

所が、従来、超音波モータでは、移動子に一次側に相当
する圧電体から成る電気−機械変換手段を配して、その
作用、効果を積極的に強調したものはあまり見られない
。

［発明が解決しようとする課題〕 本発明は、従来のこのような点を積極的に解決するため
になされたものであって、 移動子に、電気−機械変換手段を配すると共に、この電
気−機械変換手段に電圧を供給する電圧授受手段を設け
る事により、 結線を簡単にすると共に、移動子の回転ムラを低減した
超音波モータを提供する事を課題とする。

〔課題を解決するための手段］ 本発明の超音波モータは、固定子と、この固定子に対向
して移動可能な移動子とから成り、前記移動子は位相差
をもった周波電圧が印加される電気−機械変換手段を具
備すると共に、この電気−機械変換手段に電圧を供給す
ための電圧授受手段を設ける。

前記電気−機械変換手段に電圧を供給する電圧授受手段
をスリップリングとブラシとで構成する。

前記電気−機械変換手段に電圧を供給する電圧授受手段
をロータリトランスとする。

〔作用〕

以上のように、移動子に、電気−機械変換手段を配する
と共に、この電気−機械変換手段に電圧を供給する電圧
授受手段を設ける事により、移動子に配される他の電気
部品からの電気信号を逆に前記電圧授受手段を介して、
固定子側に送る事が可能で、全体としての結線が簡単に
なる。

しかも、固定子が簡単な構造なので、この固定子の移動
子との対向面を理想的な面に形成する事が可能で、この
固定子の理想的な面に、移動子が摺動して倣いながら平
滑に移動するため、移動子の回転ムラを低減できる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図乃至第４図を参照して
説明する。

第１図は本発明の超音波モータの一実施例の断面図であ
る。第２図は第１図の一実施例の移動子の電気−機械変
換手段の９λ電極パタ一ン図である。第３図は同じく第
１図の一実施例の駆動回路図である。そして、第４図（
Ａ）乃至（Ｅ）は第３図に示した駆動回路図の各部の波
形図であり、同図（Ａ）は（ａ）−（ｂ）−（Ｃ）の波
形、同図（Ｂ）は（Ｃ）（ｄｉ）　〜（ｄ４）の波形、
同図（Ｃ）は（ｅｌ）　〜（ｅ４）の正／逆転時の波形
、同図（Ｄ）は（ｆｌ）〜（ｆ４）　−Ａ相、Ｂ相の波
形、そして同図（Ｅ）は（（イ）−（社）の波形を示す
。

まず、本発明に使用される超音波モータは、第１図に示
すように、固定子旦と、この固定子Ｕに対向して移動可
能な移動子力２とから成る。

固定子旦は、摺接材１２と、この摺接材１２が貼着され
た摺接材支持板１３と、この摺接材支持板１３を支持す
る支持リング１４と、この支持リング１４がボス１５を
介して固着される固定軸１６から成る。１７はダンパ部
材であり、そして、１４ａは支持リング１４をその間に
挟んで、この支持リング１４をボス１５に固着する保持
板である。３０はボールベアリング等の軸受で、図示し
ていないボールヘアリングの内輪が、ワッシャ１８を挟
んでネジ１９により固定軸１６に固着されている。

以上のように固定子旦を構成した事により、固定子旦の
構造は略円板又はリング状の非常に単純な形状となり、
固定子■の摺接材１２の移動子針との対向面を例えば研
磨により理想的な面にする事が可能である。

一方、移動子針は、ボールベアリング（この場合外輪か
固着される）等の軸受３０により、固定子旦に対して移
動（回転）可能に支持されたロータハウジング２２と、
このロータハウジング２２にその内周部が固着された弾
性体２３と、この弾性体２３の外周部周囲の一端面に貼
着された電気−機械変換手段２４とから成る。

弾性体２３は、一端面は前述のように電気−機械変換手
段２４が貼着されているが、他端面ば前記固定子Ｕの摺
接材１２に接触する凹凸部が形成されている。

電気−機械変換手段２４に例えば１／４λ（λは波長を
示す）の位相差をもった周波電圧を印加したときに生ず
る進行波により発生する駆動力によって、弾性体２３を
介して、摺接材１２に駆動力が伝わり、移動子■を移動
させる。

ロータハウジング２２には、スリップリング等の電圧授
受手段２５が設けられている。固定子耳側に配された図
示していないブラシが電圧授受手段２５の例えばスリッ
プリングに摺接し、超音波電圧を前記電気−機械変換手
段２４に供給、又はこの電気機械変換手段２４からの電
気信号や他の電気部品からの電気信号を固定子側に提供
する。２６ａ、　ｂ、Ｃはスリップリングから電気−機
械変換手段２４に超音波電圧を供給、又は電気信号を提
供するリード線を示す。

電気−機械変換手段２４は、第２図及び第３図に示すよ
うに、圧電体２４ａ、　Ａ相電極２４ｂ、　Ｂ相電極２
４ｃ、共通電極２４ｄ、そしてフィードバック電極２４
ｅを有する。尚、第２図は、Ａ相電極２４ｂ、Ｂ相電極
２４ｃ、フィードバック電極２４ｅを示した図面で、こ
れらの電極２４ｂ、　ｃ、　ｅに第１図で示したリード
線２６ａ、、ｂ、　ｃが接続されている。また、第２図
には圧電体２４ａと共通電極２４ｄを図示していない。

共通電極２４ｄは、弾性体２３や軸受３０等を介して、
電気的に固定軸１６に接続されている。

第１図の電圧授受手段２５のスリップリングの図示は、
３本の例であるが、３本に限定されるものではない。例
えば更に２本設け、交流電圧をスリップリングを介して
移動子■に供給する事も可能である。この交流電圧を移
動子釘止に設けた図示しないプリント基板上のダイオー
ド等により整流し、直流電圧を得て、移動子針２側に配
した超音波モータの駆動回路の電源とする事もできる。

第３図において、４１はモータ回転数設定及び設定値制
御器、４２は電圧リミッタ−１４３は電圧制御発振器、
４４はシフトレジスター、４５は正逆転切換器、４６は
正逆転信号入力端子、４７はオン／オフ切換器、４８は
オン／オフ信号入力端子、４９Ａと４９Ｂは電力増幅器
ＡとＢ、５０Ａと５０Ｂは昇圧トランスＡとＢ、そして
５１は電圧検出及び検波器を示す。

尚、ＬＡ　、ＬＢはＡ相、Ｂ相電極２４ｃ、　ｂと共通
電極２４ｄとの間の浮遊容量となるコンデンサーと並列
共振回路を構成し、このコンデンサーに流れる無駄な電
流を防止するためのインダクタンスである。

第３図及び第４図（Ａ）乃至（Ｅ）において、フィード
バック電極２４ｅにより検出された超音波モーフ（移動
子２１）の回転速度に比例した電圧（局は、電圧検出及
び検波器５１にフィードバックされ、第４図（Ｅ）に示
すように、この電圧検出及び検波器５１により検波され
電圧（ｈ）となる。この電圧（ｈ）がモータ回転数設定
及び設定値制御器４１の設定電圧と比較される。

この比較された差の電圧（ａ）が電圧リミッタ−４２に
より、第４図（Ａ）に示すように、所定の電圧ＥＬＩＭ
より高い電圧にならないように制限され、電圧（ｂ）と
して電圧制御発振器４３に供給される。電圧制御発振器
４３により、電圧（ｂ）に比例した周波数のパルス４ｔ
　号（Ｃ）となり、シフトレジスター４４に供給される
。

シフトレジスター４４にて、第４図（Ｂ）に示すように
、パルス信号（Ｃ）は４相のパルス信号（ｄｌ）〜（ｄ
４）に変換される。このパルス信号（ｄｌ）〜（ｄ４）
は正逆転切換器４５に供給される。

正／逆転信号が正／逆転信号入力端子４６より、この正
逆転切換器４５に供給され、第４図（Ｃ）に示すような
正転時と逆転時のパルス信号（ｅｌ）〜（ｅ４）が形成
される。これらのパルス信号（ｅｌ）〜（ｅ４）はオン
／オフ切換器４７に供給される。

オン／オフ信号がオン／オフ信号入力端子４８より、こ
のオン／オフ切換器４７に供給され、このオン／オフ切
換器４７により、第４図（Ｄ）に示す４相のパルス信号
（ｆｌ）〜（ｆ４）がオン／オフされる。

４相のパルス信号（ｆｌ）〜（ｆ４）により、この図面
に示したように、Ａλ（９０°）位相差のある２相（Ａ
相、Ｂ相）の信号が得られる。

Ａ相、Ｂ相の２相の信号は電力増幅器ＡとＢ（４９Ａと
４９Ｂ）で増幅され、昇圧トランスＡとＢ（５０Ａと５
０Ｂ）で昇圧され、超音波モータの電気−機械変換手段
２４のＡ相電極２４ｂ、及びＢ相電極２４ｃに第１図に
示したように、リード線２６ａ、　ｂを介して、Ａ相及
びＢ相の超音波電圧を供給する。

前述の正／逆転信号により、Ａ相又はＢ相の超音波電圧
それぞれ互いにＸλだけ早くするか、又は遅くするかに
よって、超音波モータの正逆両方向の回転を容易に得る
事が可能である。更に、オン／オフ信号により、急激に
停止、回転を繰り返す事も可能であり、超音波モータの
正方向回転、停止、逆方向回転、そして停止を繰り返す
事ができる。

第１図に戻る。図面に示すように、移動子２１のロータ
ハウジング２２には取付ネジ２２ａを有する。

この図面には図示していないが、ロータハウジング２２
には、種々の部材を取付け、その取付けられた部材を回
転させる事ができる。例えばビデオテープレコーダであ
れば、回転ドラムを取付ける事ができる。この回転ドラ
ムにはビデオヘッドが取付けられていて、このビデオヘ
ッドの入出力信号が、前記電圧授受手段２５としてのス
リップリングを介して、固定子Ｕ側から入出力される。

ここでは、他の電気部品として、ビデオヘッドの例を説
明したが、限定されるものではない。

即ち、電気−機械変換手段２４や他の電気部品への電圧
の授受のリード線処理が移動子■内で集中的にできるの
で、結線が簡単になる。

固定子連２の摺接材１２の移動子釘との対向面を理想的
な面にする事ができる事を説明したが、この固定子旦の
理想的な面に、弾性体２３を含む移動子幻、が摺動して
倣いながら平滑に移動するため、移動子Ｕ、即ち超音波
モータのワウ・フラッタ−やジッター等の回転ムラを低
減できる。

電圧授受手段２５として、スリップリングの例で説明し
たが、ロータリトランスでも可能である。

更に、移動子■は回転して移動する例で説明したが、直
線運動するりニアモータの場合もあり得る。

〔発明の効果］ 本発明の超音波モータは、固定子と、この固定子に対向
して移動可能な移動子とから成り、前記移動子は位相差
をもった周波電圧が印加される電気−機械変換手段を具
備すると共に、この電気−機械変換手段に電圧を供給す
ための電圧授受手段を設ける。

及び、前記電気−機械変換手段に電圧を供給する電圧授
受手段をスリップリングとブラシとで構成する。

更には、前記電気−機械変換手段に電圧を供給する授受
供給手段をロータリトランスとする。

以上のように、移動子に、電気−機械変換手段を配する
と共に、この電気−機械変換手段に電圧を供給する電圧
授受手段を設ける事により、移動子に配される他の電気
部品からの電気信号を逆に前記電圧授受手段を介して、
固定子側に送る事が可能で、全体としての結線が簡単に
なる。

しかも、固定子が簡単な構造なので、この固定子の移動
子との対向面を理想的な面に形成する事が可能で、この
固定子の理想的な面に、移動子が摺動して倣いながら平
滑に移動するため、移動子の回転ムラを低減できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の超音波モータの一実施例の断面図であ
る。第２図は第１図の一実施例の移動子の電気−機械変
換手段の９λ電極パタ一ン図である。第３図は第１図の
一実施例の駆動回路図である。そして、第４図（Ａ）乃
至（Ｅ）は第３図に示した駆動回路図の各部の波形図で
あり、同図（Ａ）は（ａ）　−（ｂ）　−（Ｃ）の波形
、同図（Ｂ）は（Ｃ）（ｄｌ）〜（ｄ４）の波形、同図
（Ｃ）は（ｅｌ）　〜（ｅ４）の正／逆転時の波形、同
図（Ｄ）は（ｆｌ）〜（ｆ４）　−Ａ相、Ｂ相の波形、
そして同図（Ｅ）は（ｇ）−０１１の波形を示す。 旦−−−−−−一固定子 ２１−−−−−−移動子 ２４−−−＝−−−−一電気−機械変換手段２５−−−
−−−−−−−−一−電圧授受手段幅着 南孟 工〕

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. １．固定子と、この固定子に対向して移動可能な移動子
   とから成る超音波モータにおいて、前記移動子は位相差
   をもった周波電圧が印加される電気−機械変換手段を具
   備すると共に、この電気−機械変換手段に電圧を供給す
   るための電圧授受手段を設けた事を特徴とする超音波モ
   ータ。
2. ２．前記電気−機械変換手段に電圧を供給する電圧授受
   手段をスリップリングとブラシとで構成した事を特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の超音波モータ。
3. ３．前記電気−機械変換手段に電圧を供給する電圧授受
   手段をロータリトランスとした事を特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の超音波モータ。