JP3432001B2 - 振動波装置 - Google Patents
振動波装置Info
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/10—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
- H02N2/106—Langevin motors
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/10—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
- H02N2/14—Drive circuits; Control arrangements or methods
- H02N2/145—Large signal circuits, e.g. final stages
- H02N2/147—Multi-phase circuits
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、振動体の共振を利用し
た超音波モータ等の振動波装置に関するものである。
た超音波モータ等の振動波装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】最近、超音波モータもしくは圧電モータ
と称される振動波モータが開発され、本出願人等によっ
て実用化されている。この振動波モータは、既によく知
られているように、圧電素子もしくは電歪素子などの電
気−機械エネルギー変換素子に交番電圧を印加すること
により該素子に高周波振動を発生させ、その振動エネル
ギーを連続的な機械運動として取り出すように構成され
た非電磁駆動式の新型モータである。この動作原理は本
出願人による特開平３−２８９３７５など、すでに多く
の公開公報等で説明されているのでここでは略す。
と称される振動波モータが開発され、本出願人等によっ
て実用化されている。この振動波モータは、既によく知
られているように、圧電素子もしくは電歪素子などの電
気−機械エネルギー変換素子に交番電圧を印加すること
により該素子に高周波振動を発生させ、その振動エネル
ギーを連続的な機械運動として取り出すように構成され
た非電磁駆動式の新型モータである。この動作原理は本
出願人による特開平３−２８９３７５など、すでに多く
の公開公報等で説明されているのでここでは略す。
【０００３】図１５は従来の棒状超音波モータの側面図
およびそこに構成されている圧電素子の電圧供給および
出力電圧の取り出しの配線図である。１は該棒状超音波
モータを構成する振動体で、圧電素子もしくは電歪素子
と弾性体との結合体から成る。
およびそこに構成されている圧電素子の電圧供給および
出力電圧の取り出しの配線図である。１は該棒状超音波
モータを構成する振動体で、圧電素子もしくは電歪素子
と弾性体との結合体から成る。
【０００４】上記振動子部１の圧電素子部は、駆動用の
Ａ相圧電素子ａ１，ａ２およびＢ相圧電素子ｂ１，ｂ２
と振動検出圧電素子ｓ１から構成されている。このとき
Ａ相圧電素子ａ１，ａ２の間に挟まれた部分に電極板Ａ
−ｄを介してＡ相印加電圧、Ｂ相圧電素子ｂ１，ｂ２の
間に挟まれた部分に電極板Ｂ−ｄを介してＢ相印加電圧
を加えることで該圧電素子が駆動される。
Ａ相圧電素子ａ１，ａ２およびＢ相圧電素子ｂ１，ｂ２
と振動検出圧電素子ｓ１から構成されている。このとき
Ａ相圧電素子ａ１，ａ２の間に挟まれた部分に電極板Ａ
−ｄを介してＡ相印加電圧、Ｂ相圧電素子ｂ１，ｂ２の
間に挟まれた部分に電極板Ｂ−ｄを介してＢ相印加電圧
を加えることで該圧電素子が駆動される。
【０００５】またこのときＡ相圧電素子ａ１，ａ２およ
びＢ相圧電素子ｂ１，ｂ２の裏側は電極板ＧＮＤを介し
てＧＮＤ電位になっている。振動検出圧電素子ｓ１は同
様に一方（図１５のｓ１のＢ側）はＧＮＤ電位になって
おり、その反対側から電極板Ｓ−ｄを介して信号を取り
出すように構成されている。またこのとき振動検出圧電
素子ｓ１の信号取り出し面側は、金属ブロックと接して
いるが、そのブロックは絶縁シートによりＧＮＤ電位か
ら絶縁されている。よって振動検出圧電素子ｓ１からそ
の振動に応じて出力電圧がそのまま得られる。そして、
この電圧の大きさや駆動電圧との位相差などにより共振
周波数などを求める。
びＢ相圧電素子ｂ１，ｂ２の裏側は電極板ＧＮＤを介し
てＧＮＤ電位になっている。振動検出圧電素子ｓ１は同
様に一方（図１５のｓ１のＢ側）はＧＮＤ電位になって
おり、その反対側から電極板Ｓ−ｄを介して信号を取り
出すように構成されている。またこのとき振動検出圧電
素子ｓ１の信号取り出し面側は、金属ブロックと接して
いるが、そのブロックは絶縁シートによりＧＮＤ電位か
ら絶縁されている。よって振動検出圧電素子ｓ１からそ
の振動に応じて出力電圧がそのまま得られる。そして、
この電圧の大きさや駆動電圧との位相差などにより共振
周波数などを求める。
【０００６】図１６は、このような超音波モータを用い
たときの駆動回路を示したものである。２は交番電圧を
発生する発振器、３は９０°移相器、４，５は、該発振
器および移相器からの交番電圧で電源電圧をスイッチン
グするスイッチング回路、６，７および８，９はスイッ
チング回路４，５でスイッチングされたパルス電圧を増
幅する昇圧インダクタンス素子およびキャパシタンス素
子であり、このインダクタンス素子とキャパシタンス素
子の値により昇圧量が変わる。すなわち、このインダク
タンス素子とキャパシタンス素子の値によりモータへの
入力電力特性を変えることができる。１０は駆動電極Ａ
と振動検出電極ｓ１の信号位相差を検出する位相差検出
器である。１１は制御用マイコンであり、これにより駆
動周波数の設定が行なわれ、その周波数で超音波モータ
が駆動される。
たときの駆動回路を示したものである。２は交番電圧を
発生する発振器、３は９０°移相器、４，５は、該発振
器および移相器からの交番電圧で電源電圧をスイッチン
グするスイッチング回路、６，７および８，９はスイッ
チング回路４，５でスイッチングされたパルス電圧を増
幅する昇圧インダクタンス素子およびキャパシタンス素
子であり、このインダクタンス素子とキャパシタンス素
子の値により昇圧量が変わる。すなわち、このインダク
タンス素子とキャパシタンス素子の値によりモータへの
入力電力特性を変えることができる。１０は駆動電極Ａ
と振動検出電極ｓ１の信号位相差を検出する位相差検出
器である。１１は制御用マイコンであり、これにより駆
動周波数の設定が行なわれ、その周波数で超音波モータ
が駆動される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例の超音波モータの駆動回路構成では、超音波モータ
以外にもスイッチング回路や昇圧インダクタンス素子お
よびキャパシタンス素子などの電気素子が必要であり、
部品コストが上がるだけでなくカメラ、ビデオなどの小
型化が必要とされる製品では、回路基板上への実装が困
難になると言う問題がある。
来例の超音波モータの駆動回路構成では、超音波モータ
以外にもスイッチング回路や昇圧インダクタンス素子お
よびキャパシタンス素子などの電気素子が必要であり、
部品コストが上がるだけでなくカメラ、ビデオなどの小
型化が必要とされる製品では、回路基板上への実装が困
難になると言う問題がある。
【０００８】特に、従来例として示す図１５の超音波モ
ータは、直径を鉛筆程度、あるいはそれ以下の超小型化
を可能とするものであり、例えばフレキシブルプリント
基板等の基板上に構成される駆動回路は極力小型化する
ことが望まれる。
ータは、直径を鉛筆程度、あるいはそれ以下の超小型化
を可能とするものであり、例えばフレキシブルプリント
基板等の基板上に構成される駆動回路は極力小型化する
ことが望まれる。
【０００９】本発明は、このような従来の問題を解決
し、駆動用の回路構成を簡略化できる振動波装置を提供
することを目的とする。
し、駆動用の回路構成を簡略化できる振動波装置を提供
することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段および作用】本発明の目的
を実現するために、第１の発明は、請求項１に記載のよ
うに、分極処理が施された電気−機械エネルギー変換素
子に交流電圧を印加することによって、該電気−機械エ
ネルギー変換素子が結合された弾性体の表面粒子に楕円
運動を行わしめる振動子を有する振動波装置において、
該電気−機械エネルギー変換素子には分極処理が施され
ていないキャパシタンス素子が積層されていることを特
徴とする。本発明の目的を実現するために、第２の発明
は、請求項２に記載のように、分極処理が施された電気
−機械エネルギー変換素子に交流電圧を印加することに
よって、該電気−機械エネルギー変換素子が結合された
弾性体の表面粒子に楕円運動を行わしめる振動子を有す
る振動波装置において、該電気−機械エネルギー変換素
子には、一方が伸びて他方が縮むことで互いの圧電特性
を相殺する複数のキャパシタンス素子が積層されている
ことを特徴とする。本発明の目的を実現するために、第
３の発明は、請求項３に記載のように、分極処理が施さ
れた電気−機械エネルギー変換素子に交流電圧を印加す
ることによって、該電気−機械エネルギー変換素子が結
合された弾性体の表面粒子に楕円運動を行わしめる振動
子を有する振動波装置において、該電気−機械エネルギ
ー変換素子には該電気−機械エネルギー変換素子に該交
流電圧を印加する電極板、および、インダクタンス素子
が積層され、該インダクタンス素子は該電気−機械エネ
ルギー変換素子と該電極板の間に設けられることを特徴
とする。本発明の目的を実現するために、第４の発明
は、請求項４に記載のように、異なる相に対応した電気
−機械エネルギー変換素子に、位相の異なる複数の交流
電圧を印加することによって、該電気−機械エネルギー
変換素子が結合された弾性体の表面粒子に楕円運動を行
わしめる振動子を有する振動波装置において、該電気−
機械エネルギー変換素子には、該異なる相毎に、該振動
子の駆動回路を構成するインダクタンス素子が積層され
ていることを特徴とする。
を実現するために、第１の発明は、請求項１に記載のよ
うに、分極処理が施された電気−機械エネルギー変換素
子に交流電圧を印加することによって、該電気−機械エ
ネルギー変換素子が結合された弾性体の表面粒子に楕円
運動を行わしめる振動子を有する振動波装置において、
該電気−機械エネルギー変換素子には分極処理が施され
ていないキャパシタンス素子が積層されていることを特
徴とする。本発明の目的を実現するために、第２の発明
は、請求項２に記載のように、分極処理が施された電気
−機械エネルギー変換素子に交流電圧を印加することに
よって、該電気−機械エネルギー変換素子が結合された
弾性体の表面粒子に楕円運動を行わしめる振動子を有す
る振動波装置において、該電気−機械エネルギー変換素
子には、一方が伸びて他方が縮むことで互いの圧電特性
を相殺する複数のキャパシタンス素子が積層されている
ことを特徴とする。本発明の目的を実現するために、第
３の発明は、請求項３に記載のように、分極処理が施さ
れた電気−機械エネルギー変換素子に交流電圧を印加す
ることによって、該電気−機械エネルギー変換素子が結
合された弾性体の表面粒子に楕円運動を行わしめる振動
子を有する振動波装置において、該電気−機械エネルギ
ー変換素子には該電気−機械エネルギー変換素子に該交
流電圧を印加する電極板、および、インダクタンス素子
が積層され、該インダクタンス素子は該電気−機械エネ
ルギー変換素子と該電極板の間に設けられることを特徴
とする。本発明の目的を実現するために、第４の発明
は、請求項４に記載のように、異なる相に対応した電気
−機械エネルギー変換素子に、位相の異なる複数の交流
電圧を印加することによって、該電気−機械エネルギー
変換素子が結合された弾性体の表面粒子に楕円運動を行
わしめる振動子を有する振動波装置において、該電気−
機械エネルギー変換素子には、該異なる相毎に、該振動
子の駆動回路を構成するインダクタンス素子が積層され
ていることを特徴とする。
【００１１】上記した構成の発明によれば、振動子を駆
動する駆動回路を構成する電気素子の一部を振動子側に
配置することができ、駆動回路をプリント配線板等に実
装する際の小型化が可能となる。
動する駆動回路を構成する電気素子の一部を振動子側に
配置することができ、駆動回路をプリント配線板等に実
装する際の小型化が可能となる。
【００１２】
【実施例】図１は本発明の前提となる技術を示す第１の
前提例を示す超音波モータの概略図、図２は図１の超音
波モータを駆動する駆動回路を示し、図１５，図１６に
示す従来例と同じ部材には同じ符号を付し、その説明は
省略する。
前提例を示す超音波モータの概略図、図２は図１の超音
波モータを駆動する駆動回路を示し、図１５，図１６に
示す従来例と同じ部材には同じ符号を付し、その説明は
省略する。
【００１３】第１前提例は図１５に示す従来例と同様
に、振動波装置として棒状超音波モータに関するもので
あり、この超音波モータの駆動原理を簡単に説明する
と、振動子を構成する振動減衰性の低い金属等の振動弾
性体１−１，１−２の間に配置されたＡ，Ｂ２相の駆動
用の圧電素子ａ１，ａ２とｂ１，ｂ２に位相の異なる交
流電圧を印加し、振動子の棒の曲げ振動を振動子に与
え、その合成により駆動面の表面粒子に、該中心軸と直
交する軸を中心とする平面内において楕円運動を行わ
せ、この駆動面に加圧接触する部材、例えばロータ１−
３を摩擦力により回転させる。そして、このロータ１−
３の駆動力が外周に歯車部を有する出力部材１−４に伝
達され、外部に取り出される。
に、振動波装置として棒状超音波モータに関するもので
あり、この超音波モータの駆動原理を簡単に説明する
と、振動子を構成する振動減衰性の低い金属等の振動弾
性体１−１，１−２の間に配置されたＡ，Ｂ２相の駆動
用の圧電素子ａ１，ａ２とｂ１，ｂ２に位相の異なる交
流電圧を印加し、振動子の棒の曲げ振動を振動子に与
え、その合成により駆動面の表面粒子に、該中心軸と直
交する軸を中心とする平面内において楕円運動を行わ
せ、この駆動面に加圧接触する部材、例えばロータ１−
３を摩擦力により回転させる。そして、このロータ１−
３の駆動力が外周に歯車部を有する出力部材１−４に伝
達され、外部に取り出される。
【００１４】本第１前提例は、この振動子を駆動するた
めの駆動回路から、従来Ａ，Ｂ両相用に夫々設けられて
いた昇圧用のキャバシタンスをなくし、そのかわり昇圧
用のキャパシタンスとしての機能を有する容量性の素子
ａ１′，ａ２′とｂ１′，ｂ２′を振動子中に配置する
ようにしたものである。なお、この駆動用の圧電素子は
直径部分を挟んでその両側における分極方向が異なる方
向になるように分極処理が施されている。
めの駆動回路から、従来Ａ，Ｂ両相用に夫々設けられて
いた昇圧用のキャバシタンスをなくし、そのかわり昇圧
用のキャパシタンスとしての機能を有する容量性の素子
ａ１′，ａ２′とｂ１′，ｂ２′を振動子中に配置する
ようにしたものである。なお、この駆動用の圧電素子は
直径部分を挟んでその両側における分極方向が異なる方
向になるように分極処理が施されている。
【００１５】すなわち、駆動用Ａ相に対する昇圧用のキ
ャパシタンスをなす容量性の素子ａ１′，ａ２′により
Ａ′相を構成し、同様に駆動用Ｂ相に対する昇圧用のキ
ャパシタンスをなす容量性の素子ｂ１′，ｂ２′により
Ｂ′相を構成しており、Ａ′相を構成する素子ａ１′と
ａ２′との間に電極板ａ′−ｄを新たに配置し、また
Ｂ′相を構成する素子ｂ１′とｂ２′の間に電極板ｂ′
−ｄを新たに配置している。
ャパシタンスをなす容量性の素子ａ１′，ａ２′により
Ａ′相を構成し、同様に駆動用Ｂ相に対する昇圧用のキ
ャパシタンスをなす容量性の素子ｂ１′，ｂ２′により
Ｂ′相を構成しており、Ａ′相を構成する素子ａ１′と
ａ２′との間に電極板ａ′−ｄを新たに配置し、また
Ｂ′相を構成する素子ｂ１′とｂ２′の間に電極板ｂ′
−ｄを新たに配置している。
【００１６】Ａ′相，Ｂ′相はそれぞれＡ相，Ｂ相に並
列になるように配線された後、図２の昇圧用インダクタ
ンス素子６，７につながれる。このとき従来例に記載さ
れていた昇圧用キャパシタンス素子８，９は、なくな
る。また、キャパシタンス成分をより多くするにはＡ′
相，Ｂ′相と同じような構成のものを増やしてやれば良
い。
列になるように配線された後、図２の昇圧用インダクタ
ンス素子６，７につながれる。このとき従来例に記載さ
れていた昇圧用キャパシタンス素子８，９は、なくな
る。また、キャパシタンス成分をより多くするにはＡ′
相，Ｂ′相と同じような構成のものを増やしてやれば良
い。
【００１７】この第１前提例によりモータ外部にわざわ
ざ昇圧用キャパシタンス素子を設ける必要がなくなる。
ざ昇圧用キャパシタンス素子を設ける必要がなくなる。
【００１８】本第１前提例ではキャバシタンス素子を駆
動用の分極処理を施されている圧電素子に対して並列に
接続しているが、モータのキャパシタンスを下げたいと
きには直列に接続することが実現できる。
動用の分極処理を施されている圧電素子に対して並列に
接続しているが、モータのキャパシタンスを下げたいと
きには直列に接続することが実現できる。
【００１９】また、本第１前提例では１つのモードを駆
動するのに駆動用圧電素子２枚と昇圧用キャパシタンス
素子２枚の合計４枚構成になっているが合計枚数を偶数
にすれば同様にして枚数を増やすことができる。当然な
がら駆動用圧電素子と昇圧用キャパシタンス素子をそれ
ぞれ奇数枚とすることも可能であり、従来例において駆
動用圧電素子を奇数枚の構成にするとき必要だった絶縁
シートも必要なくなる。
動するのに駆動用圧電素子２枚と昇圧用キャパシタンス
素子２枚の合計４枚構成になっているが合計枚数を偶数
にすれば同様にして枚数を増やすことができる。当然な
がら駆動用圧電素子と昇圧用キャパシタンス素子をそれ
ぞれ奇数枚とすることも可能であり、従来例において駆
動用圧電素子を奇数枚の構成にするとき必要だった絶縁
シートも必要なくなる。
【００２０】図３は本発明の前提となる技術を示す第２
前提例を示し、図１に示す形式の超音波モータの圧電素
子部の概略図を示す。
前提例を示し、図１に示す形式の超音波モータの圧電素
子部の概略図を示す。
【００２１】本第２前提例では図３の右側に示すよう
に、駆動用の圧電素子の厚みが図３の左側に示すように
従来例に比べ薄くなっている。圧電素子の特性より、圧
電素子の厚みが薄くなると容量があがる。よって、圧電
素子の枚数を増やすことなく昇圧用キャパシタンス素子
を設けたのと同じ容量値が得られる。
に、駆動用の圧電素子の厚みが図３の左側に示すように
従来例に比べ薄くなっている。圧電素子の特性より、圧
電素子の厚みが薄くなると容量があがる。よって、圧電
素子の枚数を増やすことなく昇圧用キャパシタンス素子
を設けたのと同じ容量値が得られる。
【００２２】逆に、図には示していないが付加する圧電
素子の厚みを厚くすると圧電素子の特性より、容量がさ
がり、より小さな容量値に設定することもできる。
素子の厚みを厚くすると圧電素子の特性より、容量がさ
がり、より小さな容量値に設定することもできる。
【００２３】図４は本発明の第１の実施例を示し、図１
に示す型式の超音波モータの圧電素子部の概略図を示
す。
に示す型式の超音波モータの圧電素子部の概略図を示
す。
【００２４】図５に本第１の実施例の圧電素子を用いて
電圧を印加したときの変形のようすを示す。
電圧を印加したときの変形のようすを示す。
【００２５】本実施例では駆動用の圧電素子の枚数を増
やしてはいるが、増やした圧電素子は圧電特性を持たな
いようにしている。その手段として図５の（ａ）は、増
やした圧電素子は分極処理を施していないものを用いて
いる。電極板Ａ−ｄと接触している圧電素子は、プラス
の電圧が印加されると向かって右側が伸び、左側が縮む
ように分極されている。よって、プラスの電圧が印加さ
れると向かって右側が伸び、左側が縮む。電極板Ａ′−
ｄと接触している圧電素子は、分極処理を施していない
ので電圧が印加されても伸び縮みしない。このように圧
電特性を持たないので単に容量素子を付けたのと同じ効
果になる。
やしてはいるが、増やした圧電素子は圧電特性を持たな
いようにしている。その手段として図５の（ａ）は、増
やした圧電素子は分極処理を施していないものを用いて
いる。電極板Ａ−ｄと接触している圧電素子は、プラス
の電圧が印加されると向かって右側が伸び、左側が縮む
ように分極されている。よって、プラスの電圧が印加さ
れると向かって右側が伸び、左側が縮む。電極板Ａ′−
ｄと接触している圧電素子は、分極処理を施していない
ので電圧が印加されても伸び縮みしない。このように圧
電特性を持たないので単に容量素子を付けたのと同じ効
果になる。
【００２６】図５の（ｂ）は増やした２枚の圧電素子が
互いの圧電特性を相殺するように配置している。電極板
Ａ−ｄと接触している圧電素子は、図５の（ａ）同様に
電圧が印加されると向かって右側が伸び、左側が縮む。
電極板Ａ′−ｄと接触している圧電素子は、電圧が印加
されると１枚は右側が伸び、左側が縮み、もう１枚は左
側が伸び、右側が縮む。よって、この２枚は見かけ状振
動してなく、単に容量素子を付けたのと同じ効果にな
る。
互いの圧電特性を相殺するように配置している。電極板
Ａ−ｄと接触している圧電素子は、図５の（ａ）同様に
電圧が印加されると向かって右側が伸び、左側が縮む。
電極板Ａ′−ｄと接触している圧電素子は、電圧が印加
されると１枚は右側が伸び、左側が縮み、もう１枚は左
側が伸び、右側が縮む。よって、この２枚は見かけ状振
動してなく、単に容量素子を付けたのと同じ効果にな
る。
【００２７】以上のような構成にすることで圧電素子を
増やしても圧電特性を変えることなく容量を上げること
ができる。そのうえ全てに同じ素子を使用することで部
品の共通化が計れ、コスト面でも有利になる。
増やしても圧電特性を変えることなく容量を上げること
ができる。そのうえ全てに同じ素子を使用することで部
品の共通化が計れ、コスト面でも有利になる。
【００２８】図６は本発明の第２の実施例を示し、図１
に示す型式の超音波モータの圧電素子部の概略図を示
す。
に示す型式の超音波モータの圧電素子部の概略図を示
す。
【００２９】図７（ａ），（ｂ）に本第２の実施例で用
いるインダクタンス素子の表裏の構成図を示す。
いるインダクタンス素子の表裏の構成図を示す。
【００３０】本実施例では圧電素子ａ１，ａ２およびｂ
１，ｂ２と駆動電圧給電用電圧板Ａ−ｄ，Ｂ−ｄとの間
にインダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４が設けら
れている。このインダクタンス素子は、図７の（ａ），
（ｂ）に示すような積層構造で一体に焼結されている。
Ｌ１−１は、図７の（ａ）に示す表面側に外側から内側
に反時計回りにうず状の電極パターンが形成されてお
り、内側の端部でその下側のインダクタンス素子Ｌ１−
２につながるよう貫通穴（スルーホール）が設けられて
いる。インダクタンス素子Ｌ１−２は反時計回りに内側
から外側へうずが巻いた電極パターンが描かれており外
側の端部でその下側のインダクタンス素子Ｌ１−３につ
ながるように貫通穴（スルーホール）が設けられてい
る。インダクタンス素子Ｌ１−３はインダクタンス素子
Ｌ−１と同じ構成になっており、以下ｎ番目のインダク
タンス素子Ｌ１−ｎまで同様にして重ねられている。た
だし、最下層のインダクタンス素子Ｌ１−ｎのみ下面と
接触するＰＺＴとの導通を取るため下面全体に電極が形
成されている。最上層のインダクタンス素子Ｌ１−１の
上面は、電極板Ａ−ｄ，Ｂ−ｄが上面全体と接触するた
め導通が得られる。ただし、最上層のインダクタンス素
子Ｌ１−１の上面の電極パターン分のインダクタンス成
分は、無駄になる。このような積層型インダクタンス素
子を用いることにより、巻き線を巻くこと無しにインダ
クタンス成分を得ることができる。このようなインダク
タンス素子を図６のようにモータ内に圧電素子と直列に
なるよう設けることで、従来例のようにモータ外部にわ
ざわざ昇圧用インダクタンス素子を設ける必要がなくな
る。
１，ｂ２と駆動電圧給電用電圧板Ａ−ｄ，Ｂ−ｄとの間
にインダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４が設けら
れている。このインダクタンス素子は、図７の（ａ），
（ｂ）に示すような積層構造で一体に焼結されている。
Ｌ１−１は、図７の（ａ）に示す表面側に外側から内側
に反時計回りにうず状の電極パターンが形成されてお
り、内側の端部でその下側のインダクタンス素子Ｌ１−
２につながるよう貫通穴（スルーホール）が設けられて
いる。インダクタンス素子Ｌ１−２は反時計回りに内側
から外側へうずが巻いた電極パターンが描かれており外
側の端部でその下側のインダクタンス素子Ｌ１−３につ
ながるように貫通穴（スルーホール）が設けられてい
る。インダクタンス素子Ｌ１−３はインダクタンス素子
Ｌ−１と同じ構成になっており、以下ｎ番目のインダク
タンス素子Ｌ１−ｎまで同様にして重ねられている。た
だし、最下層のインダクタンス素子Ｌ１−ｎのみ下面と
接触するＰＺＴとの導通を取るため下面全体に電極が形
成されている。最上層のインダクタンス素子Ｌ１−１の
上面は、電極板Ａ−ｄ，Ｂ−ｄが上面全体と接触するた
め導通が得られる。ただし、最上層のインダクタンス素
子Ｌ１−１の上面の電極パターン分のインダクタンス成
分は、無駄になる。このような積層型インダクタンス素
子を用いることにより、巻き線を巻くこと無しにインダ
クタンス成分を得ることができる。このようなインダク
タンス素子を図６のようにモータ内に圧電素子と直列に
なるよう設けることで、従来例のようにモータ外部にわ
ざわざ昇圧用インダクタンス素子を設ける必要がなくな
る。
【００３１】図８は本発明の第３の実施例を示し、図１
に示す型式の超音波モータの圧電素子部の概略図を示
し、図９は上記した図８のモータを用いたときの駆動回
路のブロック図を示す。
に示す型式の超音波モータの圧電素子部の概略図を示
し、図９は上記した図８のモータを用いたときの駆動回
路のブロック図を示す。
【００３２】本実施例は、駆動用圧電素子の厚みを図６
に示す実施例のものより薄くし、かつインダクタンス素
子Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４が設けられているものであ
る。このような構成にすることで図９に示すようなスイ
ッチング回路４，５から直接モータのみに接続すること
ができる。
に示す実施例のものより薄くし、かつインダクタンス素
子Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４が設けられているものであ
る。このような構成にすることで図９に示すようなスイ
ッチング回路４，５から直接モータのみに接続すること
ができる。
【００３３】図１０は本発明の第４の実施例を示し、図
１に示す型式の超音波モータの圧電素子部の概略図を示
す。
１に示す型式の超音波モータの圧電素子部の概略図を示
す。
【００３４】図１０において、１２−１〜１２−ｎは圧
電素子部で、スルーホールなどを用いて積層化したもの
である。圧電素子部１２−１は駆動用電極Ａ０，Ｂ０お
よび振動検出用電極Ｓ０の３つの領域に分けられてい
る。裏面即ち圧電素子部１２−２の表面は貫通穴（スル
ーホール）の部分以外は全体に電極が描かれている。
電素子部で、スルーホールなどを用いて積層化したもの
である。圧電素子部１２−１は駆動用電極Ａ０，Ｂ０お
よび振動検出用電極Ｓ０の３つの領域に分けられてい
る。裏面即ち圧電素子部１２−２の表面は貫通穴（スル
ーホール）の部分以外は全体に電極が描かれている。
【００３５】圧電素子部１２−２〜１２−ｎまでの一方
の面は十字のパターンが描かれ、４つの領域に分かれて
いる。このうちのちょうど向き合っている領域がＡ駆動
用およびＢ駆動用にそれぞれ用いられる。もう一方の面
は圧電素子部１２−１同様貫通穴（スルーホール）の部
分以外は全体に電極が描かれている。圧電素子部１２−
３は圧電素子部１２−２と同じ電極パターンでスルーホ
ールが対称な位置に設けられている。ただし、圧電素子
部１２−２もしくは圧電素子部１２−３の片方が上記電
極パターンで、もう一方は電極パターンがなくても同様
な効果が得られる。そして、圧電素子部１２−４以降は
圧電素子１２−２，１２−３の組み合わせを繰り返すよ
うに重ねていけばｎ層の積層素子を作ることができる。
ただし、圧電素子部１２−ｎのみスルーホールの数が１
個である。
の面は十字のパターンが描かれ、４つの領域に分かれて
いる。このうちのちょうど向き合っている領域がＡ駆動
用およびＢ駆動用にそれぞれ用いられる。もう一方の面
は圧電素子部１２−１同様貫通穴（スルーホール）の部
分以外は全体に電極が描かれている。圧電素子部１２−
３は圧電素子部１２−２と同じ電極パターンでスルーホ
ールが対称な位置に設けられている。ただし、圧電素子
部１２−２もしくは圧電素子部１２−３の片方が上記電
極パターンで、もう一方は電極パターンがなくても同様
な効果が得られる。そして、圧電素子部１２−４以降は
圧電素子１２−２，１２−３の組み合わせを繰り返すよ
うに重ねていけばｎ層の積層素子を作ることができる。
ただし、圧電素子部１２−ｎのみスルーホールの数が１
個である。
【００３６】各圧電素子が４つの領域に分けられている
のはモータの駆動力を有効に使うためのものであるが詳
しい説明は略す。また、向かい合う電極は互いに逆方向
に分極されている。これらの圧電素子は圧電素子１２−
１の電極Ａ０及びＢ０に位相の異なる交流電圧を印加す
る事で従来と同様に超音波モータを駆動することができ
る。１３−１，１３−２は積層構造のインダクタンス素
子である。この構成は図７に示す実施例とほぼ同じ構成
になっている。図７と異なるのは、振動検出用電極Ｓ０
の信号やＧＮＤおよびもう一方の駆動信号もつなげるよ
うにスルーホールが設けられていることである。ただし
インダクタンス素子１３−１ではＢ相が、インダクタン
ス素子１３−２ではＡ相が内側、外側と交互にスルーホ
ールが設けられて積層化されている。また、図７では下
面のほとんど全面に電極が付けられていたがそれがなく
なっている。このインダクタンス素子１３−１、１３−
２はそれぞれ圧電素子１２−１の電極Ａ０及びＢ０に直
列につながる。
のはモータの駆動力を有効に使うためのものであるが詳
しい説明は略す。また、向かい合う電極は互いに逆方向
に分極されている。これらの圧電素子は圧電素子１２−
１の電極Ａ０及びＢ０に位相の異なる交流電圧を印加す
る事で従来と同様に超音波モータを駆動することができ
る。１３−１，１３−２は積層構造のインダクタンス素
子である。この構成は図７に示す実施例とほぼ同じ構成
になっている。図７と異なるのは、振動検出用電極Ｓ０
の信号やＧＮＤおよびもう一方の駆動信号もつなげるよ
うにスルーホールが設けられていることである。ただし
インダクタンス素子１３−１ではＢ相が、インダクタン
ス素子１３−２ではＡ相が内側、外側と交互にスルーホ
ールが設けられて積層化されている。また、図７では下
面のほとんど全面に電極が付けられていたがそれがなく
なっている。このインダクタンス素子１３−１、１３−
２はそれぞれ圧電素子１２−１の電極Ａ０及びＢ０に直
列につながる。
【００３７】このとき、圧電素子１２の容量は１枚当た
りの厚みや、積層枚数を調整することで、値を変更する
ことができる。
りの厚みや、積層枚数を調整することで、値を変更する
ことができる。
【００３８】これら素子１２，１３を同時に積層化して
しまえば、インダクタンス素子１３の上面からフレキシ
ブル基盤などを用いてＡ，Ｂ，Ｓ，ＧＮＤの全ての配線
ができる。このようにすれば、振動子を組み立てる際に
多数枚の圧電素子と多数枚の電極板とを交互に重ねた
り、複数の電極板をモータ外部でフレキシブル基盤など
に接続するという面倒な工程をなくすことができる。
しまえば、インダクタンス素子１３の上面からフレキシ
ブル基盤などを用いてＡ，Ｂ，Ｓ，ＧＮＤの全ての配線
ができる。このようにすれば、振動子を組み立てる際に
多数枚の圧電素子と多数枚の電極板とを交互に重ねた
り、複数の電極板をモータ外部でフレキシブル基盤など
に接続するという面倒な工程をなくすことができる。
【００３９】本実施例ではインダクタンス素子は圧電素
子の上側に配置されているが、下側に配置したり、上下
に配置する構成も容易に考えられる。
子の上側に配置されているが、下側に配置したり、上下
に配置する構成も容易に考えられる。
【００４０】図１１は本発明の第５の実施例を示し、図
１に示す型式の超音波モータの圧電素子部の概略図を示
す。本実施例では各モードを駆動する圧電素子１２につ
ながっているインダクタンス素子１３−３をモータの軸
を含む平面に複数存在する構成にしている。このような
構成にするとインダクタンス素子内に他のモードの給電
用のスルーホールを設ける必要もなくなるし、他モード
駆動用のインダクタンス素子からの誘導ノイズを受けづ
らくなる。
１に示す型式の超音波モータの圧電素子部の概略図を示
す。本実施例では各モードを駆動する圧電素子１２につ
ながっているインダクタンス素子１３−３をモータの軸
を含む平面に複数存在する構成にしている。このような
構成にするとインダクタンス素子内に他のモードの給電
用のスルーホールを設ける必要もなくなるし、他モード
駆動用のインダクタンス素子からの誘導ノイズを受けづ
らくなる。
【００４１】図１２は本発明の実施例を示すものではな
い他の技術例で、圧電素子部にインダクタンス素子、キ
ャパシタンス素子以外にスイッチング回路および共振周
波数に追従して発振する発振器を設けたもので、図１に
示す型式の超音波モータの圧電素子部の概略図を示す。
い他の技術例で、圧電素子部にインダクタンス素子、キ
ャパシタンス素子以外にスイッチング回路および共振周
波数に追従して発振する発振器を設けたもので、図１に
示す型式の超音波モータの圧電素子部の概略図を示す。
【００４２】本他の技術例ではインダクタンス素子、キ
ャパシタンス素子以外にスイッチング回路および共振周
波数に追従して発振する発振器が、モータ内に組み込ま
れている。このとき電気部品が載っている基板１４は円
筒形状になるよう樹脂などで固めて凸な部分をなくして
いる。図１３は、図１２の圧電素子部を用いたときのモ
ータおよび回路構成図である。
ャパシタンス素子以外にスイッチング回路および共振周
波数に追従して発振する発振器が、モータ内に組み込ま
れている。このとき電気部品が載っている基板１４は円
筒形状になるよう樹脂などで固めて凸な部分をなくして
いる。図１３は、図１２の圧電素子部を用いたときのモ
ータおよび回路構成図である。
【００４３】電源の供給は、圧電素子部上端からフレキ
シブル基板を介して行われている。モータ駆動に用いら
れる駆動回路はモータ内に組み込まれているので、外部
からは電源、ＯＮ／ＯＦＦ信号および正転／反転（ＣＷ
／ＣＣＷ）信号のみを供給するだけで良い。よって、図
１３のような簡単な構成の駆動回路が実現できる。
シブル基板を介して行われている。モータ駆動に用いら
れる駆動回路はモータ内に組み込まれているので、外部
からは電源、ＯＮ／ＯＦＦ信号および正転／反転（ＣＷ
／ＣＣＷ）信号のみを供給するだけで良い。よって、図
１３のような簡単な構成の駆動回路が実現できる。
【００４４】図１４は本発明による超音波モータを用い
た駆動装置を示す。この棒状超音波モータの基本構造は
従来例と同じであるが圧電素子部が外ずけ部品をなくす
ための手段が施されている。
た駆動装置を示す。この棒状超音波モータの基本構造は
従来例と同じであるが圧電素子部が外ずけ部品をなくす
ための手段が施されている。
【００４５】上記超音波モータと一体的に組みつけられ
ているギアｆはギア伝達機構Ｇの入力ギアＧＩに噛合
し、その出力ギアＧＯはレンズＬ１を保持するレンズ保
持部材Ｈに形成されたギアＨＩに噛合している。このレ
ンズ保持部材Ｈは固定筒Ｋにヘリコイド結合し、超音波
モータの駆動力によりギア伝導機構Ｇを介して回転駆動
されて合焦動作が行われる。
ているギアｆはギア伝達機構Ｇの入力ギアＧＩに噛合
し、その出力ギアＧＯはレンズＬ１を保持するレンズ保
持部材Ｈに形成されたギアＨＩに噛合している。このレ
ンズ保持部材Ｈは固定筒Ｋにヘリコイド結合し、超音波
モータの駆動力によりギア伝導機構Ｇを介して回転駆動
されて合焦動作が行われる。
【００４６】なお、上記した各実施例は、棒状超音波モ
ータの振動子を例にしているが、本発明による振動波装
置は、振動子の形状はこれに限定されることはなく、例
えば円環形状、長楕円形状等であってもよく、また振動
子の振動面を固定したレール状固定子に加圧接触させ、
振動子を移動させたり、振動子の駆動面に紙等のシート
部材を加圧接触させ、該シート部材を搬送する紙送り機
構の紙送り手段として利用することもできる。
ータの振動子を例にしているが、本発明による振動波装
置は、振動子の形状はこれに限定されることはなく、例
えば円環形状、長楕円形状等であってもよく、また振動
子の振動面を固定したレール状固定子に加圧接触させ、
振動子を移動させたり、振動子の駆動面に紙等のシート
部材を加圧接触させ、該シート部材を搬送する紙送り機
構の紙送り手段として利用することもできる。
【００４７】
【発明の効果】本発明によれば、振動子を駆動する駆動
回路を構成する電気素子の一部を振動子側に配置するこ
とができ、駆動回路をプリント配線板等に実装する際の
小型化が可能となる。
回路を構成する電気素子の一部を振動子側に配置するこ
とができ、駆動回路をプリント配線板等に実装する際の
小型化が可能となる。
【図１】本発明の第１前提例を示す超音波モータの概略
図。
図。
【図２】図１の超音波モータの駆動回路を示すブロック
図。
図。
【図３】本発明の第２前提例を示す超音波モータの圧電
素子部の概略図。
素子部の概略図。
【図４】本発明の第１の実施例を示す超音波モータの圧
電素子部の概略図。
電素子部の概略図。
【図５】図４の圧電素子部の駆動に伴う変形状態を示す
概略図。
概略図。
【図６】本発明の第２の実施例を示す超音波モータの圧
電素子部の概略図。
電素子部の概略図。
【図７】図６のインダクタンス素子の斜視図を示し、
（ａ）は表面、（ｂ）は裏面側を示す。
（ａ）は表面、（ｂ）は裏面側を示す。
【図８】本発明の第３の実施例を示す超音波モータの圧
電素子部の概略図。
電素子部の概略図。
【図９】図８の超音波モータの駆動回路を示すブロック
図。
図。
【図１０】本発明の第４の実施例を示す超音波モータの
圧電素子部の斜視図を示し、（ａ）は表面、（ｂ）は裏
面側を示す。
圧電素子部の斜視図を示し、（ａ）は表面、（ｂ）は裏
面側を示す。
【図１１】本発明の第５の実施例を示す超音波モータの
圧電素子部の斜視図。
圧電素子部の斜視図。
【図１２】本発明の実施例を示すものではない他の技術
例で、超音波モータの圧電素子部の斜視図。
例で、超音波モータの圧電素子部の斜視図。
【図１３】図１２の超音波モータの駆動回路との構成を
示す図。
示す図。
【図１４】本発明による超音波モータを用いた駆動装置
を示す断面図。
を示す断面図。
【図１５】従来の超音波モータの概略図。
【図１６】図１５の超音波モータの駆動回路を示すブロ
ック図。
ック図。
１…振動子 ２…発振器
３…移相器 ４，５…ス
イッチング回路 ６，７…昇圧インダクタンス素子 ８，９…昇
圧キャパシタンス素子 １０…位相差検出器 １１…制御
用マイクロコンピュータ １２…積層圧電子 １３…積層
インダクタンス素子 １４…駆動回路基板 Ａ−ｄ，Ａ′−ｄ，Ｂ−ｄ，Ｂ′−ｄ…駆動用電極板 Ｓ−ｄ…振動検出用電極板
イッチング回路 ６，７…昇圧インダクタンス素子 ８，９…昇
圧キャパシタンス素子 １０…位相差検出器 １１…制御
用マイクロコンピュータ １２…積層圧電子 １３…積層
インダクタンス素子 １４…駆動回路基板 Ａ−ｄ，Ａ′−ｄ，Ｂ−ｄ，Ｂ′−ｄ…駆動用電極板 Ｓ−ｄ…振動検出用電極板
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(56)参考文献 特開 平４−331485（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−105567（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−29674（ＪＰ，Ａ)
特開 昭63−107470（ＪＰ，Ａ)
特開 昭64−15989（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−243632（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−289375（ＪＰ，Ａ)
実開 昭60−190191（ＪＰ，Ｕ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H02N 2/00
H01L 41/09
Claims (4)
- 【請求項１】 分極処理が施された電気−機械エネルギ
ー変換素子に交流電圧を印加することによって、該電気
−機械エネルギー変換素子が結合された弾性体の表面粒
子に楕円運動を行わしめる振動子を有する振動波装置に
おいて、該電気−機械エネルギー変換素子には分極処理
が施されていないキャパシタンス素子が積層されている
ことを特徴とする振動波装置。 - 【請求項２】 分極処理が施された電気−機械エネルギ
ー変換素子に交流電圧を印加することによって、該電気
−機械エネルギー変換素子が結合された弾性体の表面粒
子に楕円運動を行わしめる振動子を有する振動波装置に
おいて、該電気−機械エネルギー変換素子には、一方が
伸びて他方が縮むことで互いの圧電特性を相殺する複数
のキャパシタンス素子が積層されていることを特徴とす
る振動波装置。 - 【請求項３】 分極処理が施された電気−機械エネルギ
ー変換素子に交流電圧を印加することによって、該電気
−機械エネルギー変換素子が結合された弾性体の表面粒
子に楕円運動を行わしめる振動子を有する振動波装置に
おいて、該電気−機械エネルギー変換素子には該電気−
機械エネルギー変換素子に該交流電圧を印加する電極
板、および、インダクタンス素子が積層され、該インダ
クタンス素子は該電気−機械エネルギー変換素子と該電
極板の間に設けられることを特徴とする振動波装置。 - 【請求項４】 異なる相に対応した電気−機械エネルギ
ー変換素子に、位相の異なる複数の交流電圧を印加する
ことによって、該電気−機械エネルギー変換素子が結合
された弾性体の表面粒子に楕円運動を行わしめる振動子
を有する振動波装置において、該電気−機械エネルギー
変換素子には、該異なる相毎に、該振動子の駆動回路を
構成するインダクタンス素子が積層されていることを特
徴とする振動波装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14453194A JP3432001B2 (ja) | 1994-06-27 | 1994-06-27 | 振動波装置 |
| US08/906,095 US6072267A (en) | 1994-06-27 | 1997-08-05 | Vibration wave motor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14453194A JP3432001B2 (ja) | 1994-06-27 | 1994-06-27 | 振動波装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0819275A JPH0819275A (ja) | 1996-01-19 |
| JP3432001B2 true JP3432001B2 (ja) | 2003-07-28 |
Family
ID=15364490
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14453194A Expired - Fee Related JP3432001B2 (ja) | 1994-06-27 | 1994-06-27 | 振動波装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6072267A (ja) |
| JP (1) | JP3432001B2 (ja) |
Families Citing this family (25)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US6265809B1 (en) * | 1998-09-16 | 2001-07-24 | Takata Corporation | Drive circuit for ultrasonic motor |
| JP4578596B2 (ja) * | 1998-09-18 | 2010-11-10 | セイコーインスツル株式会社 | 振動子、圧電アクチュエータおよびこれらを用いた電子機器 |
| CA2376063A1 (en) * | 1999-06-01 | 2000-12-07 | Continuum Control Corporation | Electrical power extraction from mechanical disturbances |
| JP2001160636A (ja) * | 1999-09-20 | 2001-06-12 | Denso Corp | 圧電素子 |
| US6690101B2 (en) | 2000-03-23 | 2004-02-10 | Elliptec Resonant Actuator Ag | Vibratory motors and methods of making and using same |
| MXPA02009223A (es) * | 2000-03-23 | 2004-08-12 | Elliptec Resonant Actuator Ag | Motor vibratorio y metodo de fabricacion y uso del mismo. |
| JP2002204585A (ja) | 2000-12-28 | 2002-07-19 | Canon Inc | 振動型アクチュエータの制御装置 |
| US20050127789A1 (en) * | 2001-03-08 | 2005-06-16 | Magnussen Bjoern B. | Piezoelectric motors and methods for the production and operation thereof |
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| NZ534848A (en) | 2002-02-06 | 2005-10-28 | Elliptec Resonant Actuator Ag | Piezoelectric motor control |
| US7038358B2 (en) * | 2002-03-15 | 2006-05-02 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Electro-active transducer using radial electric field to produce/sense out-of-plane transducer motion |
| AU2003218120A1 (en) * | 2002-03-15 | 2003-09-29 | United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space | Electro-active device using radial electric field piezo-diaphragm for sonic applications |
| AU2003225762A1 (en) | 2002-03-15 | 2003-09-29 | United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space | Electro-active device using radial electric field piezo-diaphragm for control of fluid movement |
| US7368853B2 (en) | 2002-04-22 | 2008-05-06 | Elliptec Resonant Actuator Aktiengesellschaft | Piezoelectric motors and methods for the production and operation thereof |
| JP4672999B2 (ja) * | 2003-05-19 | 2011-04-20 | セイコーインスツル株式会社 | 超音波モータ及び積層圧電素子及び電子機器 |
| US7157831B2 (en) * | 2004-09-30 | 2007-01-02 | Quality Research, Development & Consulting, Inc. | Energy efficient vibration driven motor |
| JP5433991B2 (ja) * | 2008-06-24 | 2014-03-05 | 株式会社ニコン | 振動アクチュエータ、レンズ鏡筒及びカメラ |
| JP5791343B2 (ja) | 2010-05-31 | 2015-10-07 | キヤノン株式会社 | 振動型モータの制御方法および振動型モータの駆動装置 |
| US20150053786A1 (en) * | 2013-08-21 | 2015-02-26 | Trimble Navigation Limited | Intelligent precision irrigation system |
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