JP2001286164A - 超音波モータ、及び超音波モータ付電子機器 - Google Patents
超音波モータ、及び超音波モータ付電子機器Info
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- JP2001286164A JP2001286164A JP2000098578A JP2000098578A JP2001286164A JP 2001286164 A JP2001286164 A JP 2001286164A JP 2000098578 A JP2000098578 A JP 2000098578A JP 2000098578 A JP2000098578 A JP 2000098578A JP 2001286164 A JP2001286164 A JP 2001286164A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 スムーズに起動し、被駆動物の精密な位置決
めが可能な超音波モータの駆動制御方法、超音波モー
タ、及びこれを用いた超音波モータ付電子機器を提供す
る 【解決手段】 被駆動物へ圧接する方向に振動する第１
の圧電振動子１１と、被駆動物の送り方向に振動する第
２の圧電振動子１２とを有する超音波モータ１におい
て、被駆動物の駆動状況に合わせて、第１の信号発生器
３１から第１の圧電振動子１１への印加電圧と、第２の
信号発生器３２から第２の圧電振動子１２への印加電圧
とを、制御回路２２により別個に制御して、被駆動物へ
の圧接力および送り力の大きさ及び比を制御する。
めが可能な超音波モータの駆動制御方法、超音波モー
タ、及びこれを用いた超音波モータ付電子機器を提供す
る 【解決手段】 被駆動物へ圧接する方向に振動する第１
の圧電振動子１１と、被駆動物の送り方向に振動する第
２の圧電振動子１２とを有する超音波モータ１におい
て、被駆動物の駆動状況に合わせて、第１の信号発生器
３１から第１の圧電振動子１１への印加電圧と、第２の
信号発生器３２から第２の圧電振動子１２への印加電圧
とを、制御回路２２により別個に制御して、被駆動物へ
の圧接力および送り力の大きさ及び比を制御する。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、超音波モータ、及
び超音波モータ付電子機器に係り、詳細には、超音波モ
ータの駆動制御による被駆動物の精密な位置決めに関す
る。
び超音波モータ付電子機器に係り、詳細には、超音波モ
ータの駆動制御による被駆動物の精密な位置決めに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】近年、被駆動物を圧接する縦方向に振動
する圧電振動子と、被駆動物の送り方向に振動する圧電
振動子と、を有し、これら二つの圧電振動子の合成振動
により振動体を介して被駆動物を駆動する超音波モータ
が考案されている。このタイプの超音波モータは、各圧
電振動子に位相を制御した駆動電圧を印加して駆動され
る。
する圧電振動子と、被駆動物の送り方向に振動する圧電
振動子と、を有し、これら二つの圧電振動子の合成振動
により振動体を介して被駆動物を駆動する超音波モータ
が考案されている。このタイプの超音波モータは、各圧
電振動子に位相を制御した駆動電圧を印加して駆動され
る。
【０００３】従来の駆動制御方式による超音波モータの
速度変化を図８（Ａ）に、振動の変位を図８（Ｂ）に示
す。図８に示すように、従来の超音波モータの駆動制御
は、駆動開始から停止まで同じ大きさの電圧を入力する
ことで、被駆動物の送り方向（Ｘ方向）および被駆動物
への圧接方向（Ｙ方向）の振動を常に同じ大きさで励振
して超音波モータを駆動し、また、超音波モータの回転
方向を反転させる場合にのみ、各圧電振動子に入力する
駆動電圧の位相を変更する方式であった。
速度変化を図８（Ａ）に、振動の変位を図８（Ｂ）に示
す。図８に示すように、従来の超音波モータの駆動制御
は、駆動開始から停止まで同じ大きさの電圧を入力する
ことで、被駆動物の送り方向（Ｘ方向）および被駆動物
への圧接方向（Ｙ方向）の振動を常に同じ大きさで励振
して超音波モータを駆動し、また、超音波モータの回転
方向を反転させる場合にのみ、各圧電振動子に入力する
駆動電圧の位相を変更する方式であった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、超音波モータ
の駆動開始時や停止時に定常駆動と同じ大きさの駆動電
圧を入力する従来の制御駆動方式では、以下の問題が生
じる。すなわち、起動時には超音波モータの振動変位が
急激に大きくなり、例えば、動摩擦と静摩擦の差によっ
てスティックスリップが発生していた。また、移動体や
振動体が互いに接触する部分は、当然場所によって多少
の凹凸を有する。このため、低速回転時には移動体と振
動体とが互いに引っ掛かり、滑らかに回転しない場合も
あった。従って、実際には図８（Ａ）に示すように、超
音波モータが低速からスムーズに起動せず、急に高速動
作となる場合もあり、またスムーズに停止しない場合も
あった。この結果、被駆動物の微少な送りができず、目
標位置に対してのオーバーシュート量が大きくなるた
め、被駆動物の高精度な位置決めができなかった。この
ため、正確に被駆動物を位置決めしようとすると目標位
置への制定時間が長くなっていた。
の駆動開始時や停止時に定常駆動と同じ大きさの駆動電
圧を入力する従来の制御駆動方式では、以下の問題が生
じる。すなわち、起動時には超音波モータの振動変位が
急激に大きくなり、例えば、動摩擦と静摩擦の差によっ
てスティックスリップが発生していた。また、移動体や
振動体が互いに接触する部分は、当然場所によって多少
の凹凸を有する。このため、低速回転時には移動体と振
動体とが互いに引っ掛かり、滑らかに回転しない場合も
あった。従って、実際には図８（Ａ）に示すように、超
音波モータが低速からスムーズに起動せず、急に高速動
作となる場合もあり、またスムーズに停止しない場合も
あった。この結果、被駆動物の微少な送りができず、目
標位置に対してのオーバーシュート量が大きくなるた
め、被駆動物の高精度な位置決めができなかった。この
ため、正確に被駆動物を位置決めしようとすると目標位
置への制定時間が長くなっていた。
【０００５】また、以上のような理由により、起動時及
び停止時には移動体と振動体の間で滑りを生じ、移動体
と振動体の摩耗が大きく、超音波モータの寿命は短くな
っていた。
び停止時には移動体と振動体の間で滑りを生じ、移動体
と振動体の摩耗が大きく、超音波モータの寿命は短くな
っていた。
【０００６】本発明の課題は、スムーズに起動及び停止
し、被駆動物の精密な位置決めが可能な超音波モータ、
及びこれを用いた超音波モータ付電子機器を提供するこ
とである。
し、被駆動物の精密な位置決めが可能な超音波モータ、
及びこれを用いた超音波モータ付電子機器を提供するこ
とである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
め、本発明は、被駆動物へ圧接する方向に振動する第１
の圧電振動子と、前記被駆動物の送り方向に振動する第
２の圧電振動子とを有する超音波モータにおいて、前記
第１の圧電振動子への印加電圧と前記第２の圧電振動子
への印加電圧とを別個に制御して、被駆動物への圧接力
および送り力の大きさ及び比並びに位相差を前記被駆動
物の駆動状況に合わせることを特徴とする。
め、本発明は、被駆動物へ圧接する方向に振動する第１
の圧電振動子と、前記被駆動物の送り方向に振動する第
２の圧電振動子とを有する超音波モータにおいて、前記
第１の圧電振動子への印加電圧と前記第２の圧電振動子
への印加電圧とを別個に制御して、被駆動物への圧接力
および送り力の大きさ及び比並びに位相差を前記被駆動
物の駆動状況に合わせることを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、図を参照して本発明の実施
の形態を詳細に説明する。
の形態を詳細に説明する。
【０００９】まず、超音波モータの構成を説明する。
【００１０】図１の各図および図２に示すように、超音
波モータ１は、圧電素子１０から成る振動体1３、ある
いは圧電素子１０に接合されている振動体１３と、振動
体１３に当接されている移動体１４（被駆動物）と、移
動体１４を振動体１３に押しつける加圧機構１５とで構
成され、駆動回路３０を介して制御回路２２によって制
御される。すなわち、この超音波モータ１は、圧電素子
１０を動力源としたモータであり、圧電素子１０の端面
と平行な方向に移動体１４を動かす超音波モータであ
る。ここで、超音波モータ１の移動体１４には、移動体
１４の位置または回転速度を検出するエンコーダ等の位
置センサ２１が付けられている。制御回路２２は、詳細
を後述するように、位置センサ２１から入力される信号
に従って、駆動回路３０を介して第１の圧電振動子１１
及び第２の圧電振動子１２を制御する。また、駆動回路
３０は、第１の圧電振動子１１の駆動用の第１の信号発
生器３１と、第２の圧電振動子１２の駆動用の第２の信
号発生器３２を備える。
波モータ１は、圧電素子１０から成る振動体1３、ある
いは圧電素子１０に接合されている振動体１３と、振動
体１３に当接されている移動体１４（被駆動物）と、移
動体１４を振動体１３に押しつける加圧機構１５とで構
成され、駆動回路３０を介して制御回路２２によって制
御される。すなわち、この超音波モータ１は、圧電素子
１０を動力源としたモータであり、圧電素子１０の端面
と平行な方向に移動体１４を動かす超音波モータであ
る。ここで、超音波モータ１の移動体１４には、移動体
１４の位置または回転速度を検出するエンコーダ等の位
置センサ２１が付けられている。制御回路２２は、詳細
を後述するように、位置センサ２１から入力される信号
に従って、駆動回路３０を介して第１の圧電振動子１１
及び第２の圧電振動子１２を制御する。また、駆動回路
３０は、第１の圧電振動子１１の駆動用の第１の信号発
生器３１と、第２の圧電振動子１２の駆動用の第２の信
号発生器３２を備える。
【００１１】圧電素子１０は、送り方向の振動源として
の圧電振動子１２（第２の圧電振動子）を複数枚積層
し、その上に、圧接方向の振動源としての圧電振動子１
１（第１の圧電振動子）を複数枚積層した構造とする。
図1においては便宜上圧電振動子11及び12を夫々１枚づ
つ設けて示してある。また、圧電素子１０は詳細を後述
する電極を有する。ここで、端面のほぼ中央に、移動体
１４に接して駆動させる突起を設けてもよい。また、こ
れら2つの圧電振動子１１及び１２は、例えば絶縁体18
を挟むことにより、隣接する圧電振動子あるいは電極と
の絶縁を確保する。
の圧電振動子１２（第２の圧電振動子）を複数枚積層
し、その上に、圧接方向の振動源としての圧電振動子１
１（第１の圧電振動子）を複数枚積層した構造とする。
図1においては便宜上圧電振動子11及び12を夫々１枚づ
つ設けて示してある。また、圧電素子１０は詳細を後述
する電極を有する。ここで、端面のほぼ中央に、移動体
１４に接して駆動させる突起を設けてもよい。また、こ
れら2つの圧電振動子１１及び１２は、例えば絶縁体18
を挟むことにより、隣接する圧電振動子あるいは電極と
の絶縁を確保する。
【００１２】圧電振動子１２は、図１および図3（Ｂ）
に示すように、縦方向に２分割するとともに横方向にも
２分割することで生成する４つの分極領域１２ａ，分極
領域１２ｂ，分極領域１２ｃ，分極領域１２ｄを、積層
方向に、互い違いに逆に分極した構造とする。すなわ
ち、分極領域１２ａと分極領域１２ｄは例えば上面が＋
となるように分極し、分極領域１２ｂと分極領域１２ｃ
は例えば上面が−になるように分極した状態となる。ま
た、圧電振動子１１は、図3（Ｄ）および同図（Ｅ）に
示すように、ほぼ全面をひとつの分極領域として、積層
方向に、例えば上面が＋となるように分極する。
に示すように、縦方向に２分割するとともに横方向にも
２分割することで生成する４つの分極領域１２ａ，分極
領域１２ｂ，分極領域１２ｃ，分極領域１２ｄを、積層
方向に、互い違いに逆に分極した構造とする。すなわ
ち、分極領域１２ａと分極領域１２ｄは例えば上面が＋
となるように分極し、分極領域１２ｂと分極領域１２ｃ
は例えば上面が−になるように分極した状態となる。ま
た、圧電振動子１１は、図3（Ｄ）および同図（Ｅ）に
示すように、ほぼ全面をひとつの分極領域として、積層
方向に、例えば上面が＋となるように分極する。
【００１３】また、図１に示すように、圧電素子１０
は、電極１６ａ，電極１６ｂ，電極１６ｃ，電極１６
ｄ，電極１６ｅ，電極１６ｆ，電極１６ｇを有する。こ
のうち、電極１６ａ〜１６ｅは圧電振動子１１に信号を
入力するための電極であり、電極１６ｆ，１６ｇは圧電
振動子１２に信号を入力するための電極である。
は、電極１６ａ，電極１６ｂ，電極１６ｃ，電極１６
ｄ，電極１６ｅ，電極１６ｆ，電極１６ｇを有する。こ
のうち、電極１６ａ〜１６ｅは圧電振動子１１に信号を
入力するための電極であり、電極１６ｆ，１６ｇは圧電
振動子１２に信号を入力するための電極である。
【００１４】電極１６ａは、圧電振動子１２の分極領域
１２ａの上面をほぼ覆っており、その一部は側面１０ａ
に引き出されている。すなわち、各圧電振動子１２の分
極領域１２ａの上面は、側面１０ａに引き出された部分
を介して連続している電極１６ａによって、すべて同一
の電位となる。
１２ａの上面をほぼ覆っており、その一部は側面１０ａ
に引き出されている。すなわち、各圧電振動子１２の分
極領域１２ａの上面は、側面１０ａに引き出された部分
を介して連続している電極１６ａによって、すべて同一
の電位となる。
【００１５】同様に、電極１６ｂは、圧電振動子１２の
分極領域１２ｂの上面をほぼ覆っており、その一部は側
面１０ａに引き出されている。すなわち、各圧電振動子
１２の分極領域１２ｂの上面は、側面１０ａに引き出さ
れた部分を介して連続している電極１６ｂによって、す
べて同一の電位となる。
分極領域１２ｂの上面をほぼ覆っており、その一部は側
面１０ａに引き出されている。すなわち、各圧電振動子
１２の分極領域１２ｂの上面は、側面１０ａに引き出さ
れた部分を介して連続している電極１６ｂによって、す
べて同一の電位となる。
【００１６】また、電極１６ｃは、圧電振動子１２の分
極領域１２ｃの上面をほぼ覆っており、その一部は側面
１０ｂに引き出されている。すなわち、各圧電振動子１
２の分極領域１２ｃの上面は、側面１０ｂに引き出され
た部分を介して連続している電極１６ｃによって、すべ
て同一の電位となる。
極領域１２ｃの上面をほぼ覆っており、その一部は側面
１０ｂに引き出されている。すなわち、各圧電振動子１
２の分極領域１２ｃの上面は、側面１０ｂに引き出され
た部分を介して連続している電極１６ｃによって、すべ
て同一の電位となる。
【００１７】同様に、電極１６ｄは、圧電振動子１２の
分極領域１２ｄの上面をほぼ覆っており、その一部は側
面１０ｂに引き出されている。すなわち、各圧電振動子
１２の分極領域１２ｄの上面は、側面１０ｂに引き出さ
れた部分を介して連続している電極１６ｄによって、す
べて同一の電位となる。
分極領域１２ｄの上面をほぼ覆っており、その一部は側
面１０ｂに引き出されている。すなわち、各圧電振動子
１２の分極領域１２ｄの上面は、側面１０ｂに引き出さ
れた部分を介して連続している電極１６ｄによって、す
べて同一の電位となる。
【００１８】また、電極１６ｅは、圧電振動子１２の各
分極領域１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄの下面すべて
を覆っており、その一部は側面１０ａに引き出されてい
る。すなわち、各圧電振動子１２の４つの分極領域の下
面は、側面１０ａに引き出された部分を介して連続して
いる電極１６ｄによって、すべて同一の電位となる。
分極領域１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄの下面すべて
を覆っており、その一部は側面１０ａに引き出されてい
る。すなわち、各圧電振動子１２の４つの分極領域の下
面は、側面１０ａに引き出された部分を介して連続して
いる電極１６ｄによって、すべて同一の電位となる。
【００１９】さらに、圧電振動子１２において、電極１
６ｅを基準電極として、電極１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，
１６ｄに同一の駆動信号を入力すると、分極領域１２
ａ，１２ｄが伸長する時には分極領域１２ｂ，１２ｃは
収縮し、また、逆に分極領域１２ａ，１２ｄが収縮する
時には分極領域１２ｂ，１２ｃは伸長する。従って、圧
電振動子１２は横方向に屈曲振動をする。
６ｅを基準電極として、電極１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，
１６ｄに同一の駆動信号を入力すると、分極領域１２
ａ，１２ｄが伸長する時には分極領域１２ｂ，１２ｃは
収縮し、また、逆に分極領域１２ａ，１２ｄが収縮する
時には分極領域１２ｂ，１２ｃは伸長する。従って、圧
電振動子１２は横方向に屈曲振動をする。
【００２０】すなわち、同じ分極領域に入力される駆動
信号は同一であるため、各圧電振動子１２はすべて同じ
方向に屈曲振動をする。従って、圧電素子１０には大き
な屈曲振動、すなわち移動体１４を送る方向の振動が生
じる。
信号は同一であるため、各圧電振動子１２はすべて同じ
方向に屈曲振動をする。従って、圧電素子１０には大き
な屈曲振動、すなわち移動体１４を送る方向の振動が生
じる。
【００２１】また、電極１６ｆは、圧電振動子１１の分
極領域１１ａの上面をほぼ覆っており、その一部は側面
１０ｂに引き出されている。すなわち、各圧電振動子１
１の分極領域１１ａの上面は、側面１０ｂに引き出され
た部分を介して連続している電極１６ｅによって、すべ
て同一の電位となる。
極領域１１ａの上面をほぼ覆っており、その一部は側面
１０ｂに引き出されている。すなわち、各圧電振動子１
１の分極領域１１ａの上面は、側面１０ｂに引き出され
た部分を介して連続している電極１６ｅによって、すべ
て同一の電位となる。
【００２２】同様に、電極１６ｇは、圧電振動子１１の
分極領域１１ａの下面をほぼ覆っており、その一部は側
面１０ａに引き出されている。すなわち、積層された圧
電振動子１１の分極領域１１ａの下面は、側面１０ａに
引き出された部分を介して連続している電極１６ｇによ
って、同一電位となる。
分極領域１１ａの下面をほぼ覆っており、その一部は側
面１０ａに引き出されている。すなわち、積層された圧
電振動子１１の分極領域１１ａの下面は、側面１０ａに
引き出された部分を介して連続している電極１６ｇによ
って、同一電位となる。
【００２３】さらに、圧電振動子１１において、電極１
６ｇを基準として、電極１６ｆに駆動信号を入力する
と、分極領域１１ａは伸長あるいは収縮するため、圧電
振動子１１には長手方向の伸縮運動、すなわち振動体１
３を移動体１４に圧接する方向の振動が生じる。
６ｇを基準として、電極１６ｆに駆動信号を入力する
と、分極領域１１ａは伸長あるいは収縮するため、圧電
振動子１１には長手方向の伸縮運動、すなわち振動体１
３を移動体１４に圧接する方向の振動が生じる。
【００２４】また、図１に示すように、圧電振動子１２
の電極１６ｅはスイッチ１７ｂを介して、また、電極１
６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄはスイッチ１７ａを介し
て、それぞれ交流電源６に接続される。また、圧電振動
子１１の電極１６ｆは交流電源６の出力側に、電極１６
ｇは基準電位側に、それぞれ直接接続される。このた
め、電極１６ａ〜１６ｅの接続方向、つまり、これらの
電極が交流電源６の出力側に接続されるか接地電位側に
接続されるかは、スイッチ１７ａおよびスイッチ１７ｂ
によって切り替わる。従って、スイッチ１７ａ，１７ｂ
を二つ共に切り替えるのみで、超音波モータ１は移動体
１４を逆の方向に回転させる。
の電極１６ｅはスイッチ１７ｂを介して、また、電極１
６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄはスイッチ１７ａを介し
て、それぞれ交流電源６に接続される。また、圧電振動
子１１の電極１６ｆは交流電源６の出力側に、電極１６
ｇは基準電位側に、それぞれ直接接続される。このた
め、電極１６ａ〜１６ｅの接続方向、つまり、これらの
電極が交流電源６の出力側に接続されるか接地電位側に
接続されるかは、スイッチ１７ａおよびスイッチ１７ｂ
によって切り替わる。従って、スイッチ１７ａ，１７ｂ
を二つ共に切り替えるのみで、超音波モータ１は移動体
１４を逆の方向に回転させる。
【００２５】次に、超音波モータ１の制御回路２２の動
作について説明する。以下の図中、Ｘ方向の振動変位と
は、第２の圧電振動子１２の振動による移動体１４の送
り方向への振動成分であり、その大きさは第２の信号発
生器３２から第２の圧電振動子１２に印加される電圧に
比例する。また、Ｙ方向の振動変位とは、第１の圧電振
動子１１の振動による移動体１４を圧接する方向の振動
成分であり、その大きさは第１の信号発生器３１から第
１の圧電振動子１１に印加される電圧に比例する。
作について説明する。以下の図中、Ｘ方向の振動変位と
は、第２の圧電振動子１２の振動による移動体１４の送
り方向への振動成分であり、その大きさは第２の信号発
生器３２から第２の圧電振動子１２に印加される電圧に
比例する。また、Ｙ方向の振動変位とは、第１の圧電振
動子１１の振動による移動体１４を圧接する方向の振動
成分であり、その大きさは第１の信号発生器３１から第
１の圧電振動子１１に印加される電圧に比例する。
【００２６】本発明の駆動制御方式による超音波モータ
の被駆動物が目標位置に制定されるまでの挙動を図４
（Ａ）に、振動の変位を図４（Ｂ）及び（Ｃ）に示す。
図４（Ｂ）において、先ず、図中のように、Ｙ方向の
振動変位のみで超音波モータ１を起動する。ここで、図
の状態なしに図中のように、Ｙ方向の振動変位に対
して極小さいＸ方向の振動変位、例えば、移動体１４を
動作しうる最小のＸ方向振動変位を加えて起動する場合
もある。この時、超音波モータ１のＹ方向の振動変位が
大きいため、振動体１３や移動体１４の接触面の荒さや
うねりの影響をうけず、振動体１３は十分に移動体１４
に圧接する。この際、移動体１４が動作していなくとも
移動体１４と振動体１３の間は完全な静止摩擦の状態で
はなく、移動体14が動作している時の状態、すなわち静
止摩擦と動摩擦混在した状態となるため、スティックス
リップを抑えることができ、Ｘ方向の振動変位が小さく
極低速で駆動できる為、超音波モータ１をスムーズに起
動でき移動体14と振動体１３の間でスティクスリップが
生じにくく超音波モータ1の耐久性は向上する。
の被駆動物が目標位置に制定されるまでの挙動を図４
（Ａ）に、振動の変位を図４（Ｂ）及び（Ｃ）に示す。
図４（Ｂ）において、先ず、図中のように、Ｙ方向の
振動変位のみで超音波モータ１を起動する。ここで、図
の状態なしに図中のように、Ｙ方向の振動変位に対
して極小さいＸ方向の振動変位、例えば、移動体１４を
動作しうる最小のＸ方向振動変位を加えて起動する場合
もある。この時、超音波モータ１のＹ方向の振動変位が
大きいため、振動体１３や移動体１４の接触面の荒さや
うねりの影響をうけず、振動体１３は十分に移動体１４
に圧接する。この際、移動体１４が動作していなくとも
移動体１４と振動体１３の間は完全な静止摩擦の状態で
はなく、移動体14が動作している時の状態、すなわち静
止摩擦と動摩擦混在した状態となるため、スティックス
リップを抑えることができ、Ｘ方向の振動変位が小さく
極低速で駆動できる為、超音波モータ１をスムーズに起
動でき移動体14と振動体１３の間でスティクスリップが
生じにくく超音波モータ1の耐久性は向上する。
【００２７】次に、図中〜のように、第２の圧電振
動子１２への印加電圧の制御によってＸ方向の振動変位
を徐々に大きくして、超音波モータ１の回転速度を上げ
て、図中に示す定常駆動状態にする。
動子１２への印加電圧の制御によってＸ方向の振動変位
を徐々に大きくして、超音波モータ１の回転速度を上げ
て、図中に示す定常駆動状態にする。
【００２８】そして、移動体１４の現在位置と、目標位
置の距離が所定の値より小さくなったら（図中）、第
２の圧電振動子１２への印加電圧の制御によってＸ方向
の振動変位を徐々に小さくし、移動体14が目標位置から
オーバーシュートするのを防止する。そして、移動体１
４が目標位置に達すると、第１の圧電振動子１１及び第
２の圧電振動子１２への電圧の印加を中止して、超音波
モータ１を完全に停止させる。
置の距離が所定の値より小さくなったら（図中）、第
２の圧電振動子１２への印加電圧の制御によってＸ方向
の振動変位を徐々に小さくし、移動体14が目標位置から
オーバーシュートするのを防止する。そして、移動体１
４が目標位置に達すると、第１の圧電振動子１１及び第
２の圧電振動子１２への電圧の印加を中止して、超音波
モータ１を完全に停止させる。
【００２９】この際、電圧印加停止後、移動体１４は、
慣性により目標位置を過ぎてから停止する。そこで、移
動体１４の位置補正を行うために、図中のように、先
ずＹ方向の変位のみで超音波モータ1を起動した後の
様に小さい振動変位によって超音波モータ１を逆回転方
向に起動した後、超音波モータ１を完全に停止させる。
更に、図中、のように、図中の時よりも小さい振
動変位によって超音波モータ１を起動した後、超音波モ
ータ１を完全に停止させる。
慣性により目標位置を過ぎてから停止する。そこで、移
動体１４の位置補正を行うために、図中のように、先
ずＹ方向の変位のみで超音波モータ1を起動した後の
様に小さい振動変位によって超音波モータ１を逆回転方
向に起動した後、超音波モータ１を完全に停止させる。
更に、図中、のように、図中の時よりも小さい振
動変位によって超音波モータ１を起動した後、超音波モ
ータ１を完全に停止させる。
【００３０】従って、特に位置の補正時にＹ方向の振動
変位のみ、あるいはこれに極小さいＸ方向変位を合わ
せ、超音波モータ１を起動することによりスティックス
リップを防止し、極低速で動作できる為移動体１４の高
精度な位置決めが可能である。また、短時間で目標位置
へ整定できる。
変位のみ、あるいはこれに極小さいＸ方向変位を合わ
せ、超音波モータ１を起動することによりスティックス
リップを防止し、極低速で動作できる為移動体１４の高
精度な位置決めが可能である。また、短時間で目標位置
へ整定できる。
【００３１】なお、図４（Ｃ）に示すように、Ｘ方向の
振動変位と、Ｙ方向の振動変位の両方を共に変化させて
も、上述した例と同様の作用を得る。従って、図４
（Ａ）に示すように、超音波モータ１をスムーズに起動
でき、移動体１４を高精度に位置決めできる。また、目
標位置で停止させた際に、オーバーシュート量を小さく
できるため、目標位置までの制定時間を短縮できる。ま
た、このような制御では、起動時および駆動終了時には
Ｙ方向の振動は小さくなるため、圧電素子１１は振動体
１３に必要以上に圧接しない。従って、オーバーシュー
ト量が小さいことから来るスリップ量が少ない点を合わ
せ、これらの間の摩耗は低減して、超音波モータ１の寿
命は延びる。この場合、第２の信号発生器３２を省略し
て、第１の信号発生器３１からの出力電圧を位相器（図
示省略）を介して第２の圧電振動子１２にも印加でき
る。従って、回路の小型化が可能である。
振動変位と、Ｙ方向の振動変位の両方を共に変化させて
も、上述した例と同様の作用を得る。従って、図４
（Ａ）に示すように、超音波モータ１をスムーズに起動
でき、移動体１４を高精度に位置決めできる。また、目
標位置で停止させた際に、オーバーシュート量を小さく
できるため、目標位置までの制定時間を短縮できる。ま
た、このような制御では、起動時および駆動終了時には
Ｙ方向の振動は小さくなるため、圧電素子１１は振動体
１３に必要以上に圧接しない。従って、オーバーシュー
ト量が小さいことから来るスリップ量が少ない点を合わ
せ、これらの間の摩耗は低減して、超音波モータ１の寿
命は延びる。この場合、第２の信号発生器３２を省略し
て、第１の信号発生器３１からの出力電圧を位相器（図
示省略）を介して第２の圧電振動子１２にも印加でき
る。従って、回路の小型化が可能である。
【００３２】また、図５（Ａ）に示すように、超音波モ
ータ１を起動する際に、第１の圧電振動子１１への印加
電圧と、第２の圧電振動子１２への印加電圧の位相差を
徐々に大きく（図では０°から９０°に近づけている）
してもよい。更にこの場合も、Ｘ方向の振動変位とＹ方
向の振動変位のそれぞれ別個に制御できるため、Ｙ方向
の振幅を固定したままＸ方向の振幅のみを増加できる。
従って、上述した例と同様に、超音波モータ１をスムー
ズに起動できる。
ータ１を起動する際に、第１の圧電振動子１１への印加
電圧と、第２の圧電振動子１２への印加電圧の位相差を
徐々に大きく（図では０°から９０°に近づけている）
してもよい。更にこの場合も、Ｘ方向の振動変位とＹ方
向の振動変位のそれぞれ別個に制御できるため、Ｙ方向
の振幅を固定したままＸ方向の振幅のみを増加できる。
従って、上述した例と同様に、超音波モータ１をスムー
ズに起動できる。
【００３３】また、第１の圧電振動子１１への印加電圧
と第２の圧電振動子１２への印加電圧との位相を同期さ
せ、、その同期状態を維持したまま各印加電圧の振幅の
比を変更しても、図５（Ｂ）に示すように、Ｘ方向の振
動変位とＹ方向の振動変位のそれぞれ別個に制御できる
ため、Ｙ方向の振幅を固定したままＸ方向の振幅のみを
増加できる。従って、上述した例と同様に、超音波モー
タ１をスムーズに起動できる。
と第２の圧電振動子１２への印加電圧との位相を同期さ
せ、、その同期状態を維持したまま各印加電圧の振幅の
比を変更しても、図５（Ｂ）に示すように、Ｘ方向の振
動変位とＹ方向の振動変位のそれぞれ別個に制御できる
ため、Ｙ方向の振幅を固定したままＸ方向の振幅のみを
増加できる。従って、上述した例と同様に、超音波モー
タ１をスムーズに起動できる。
【００３４】また、図６（Ａ）に示すように、移動体１
４が目標位置に近づくにつれて、第２の圧電振動子１２
への印加電圧を制御してＹ方向の振動変位のみを徐々に
小さくしても、伝達される送り力が小さくなるため、超
音波モータ１を停止させた際の移動体１４の慣性は小さ
くなり、目標位置に対してのオーバーシュート量を小さ
くできる。従って、制定時間を短縮できる。
４が目標位置に近づくにつれて、第２の圧電振動子１２
への印加電圧を制御してＹ方向の振動変位のみを徐々に
小さくしても、伝達される送り力が小さくなるため、超
音波モータ１を停止させた際の移動体１４の慣性は小さ
くなり、目標位置に対してのオーバーシュート量を小さ
くできる。従って、制定時間を短縮できる。
【００３５】また、図６（Ｂ）に示すように、第２の圧
電振動子１２への印加電圧を制御して、Ｙ方向の振動変
位を徐々に小さくした（図中〜）後、第１の圧電振
動子１１への印加電圧を制御して、Ｙ方向の振動変位を
徐々に小さくする（図中〜）ことによって、目的位
置で突然超音波モータ１を停止させる場合に比べオーバ
ーシュート量は極めて少なく精密な位置決めが可能とな
る。
電振動子１２への印加電圧を制御して、Ｙ方向の振動変
位を徐々に小さくした（図中〜）後、第１の圧電振
動子１１への印加電圧を制御して、Ｙ方向の振動変位を
徐々に小さくする（図中〜）ことによって、目的位
置で突然超音波モータ１を停止させる場合に比べオーバ
ーシュート量は極めて少なく精密な位置決めが可能とな
る。
【００３６】また、上述した図５（Ａ），（Ｂ）の例に
おいて、超音波モータ１の起動時における制御は、手順
を逆にすることによって位置決め時の制御となる。例え
ば、図５（Ａ）において、位置補正時にＹ方向の振動変
位が小さい状態で起動するで起動トルクを低下させたこ
とで移動体１４の立ち上がり時間は遅くなるが静止トル
クは変わらないため、移動体１４の立ち上がりでの移動
量に比べオーバーシュート量はり小さくなり、移動体１
４を従来より精度よく位置決めできる。また図５（Ｂ）
において、位相差を徐々に大きくすることによって超音
波モータ１を起動しているが、反対に駆動終了時に位相
差を徐々に小さくして、超音波モータ１の回転速度を徐
々に遅くしてもよい。この場合も移動体１４を従来より
精度良く位置決めできる。
おいて、超音波モータ１の起動時における制御は、手順
を逆にすることによって位置決め時の制御となる。例え
ば、図５（Ａ）において、位置補正時にＹ方向の振動変
位が小さい状態で起動するで起動トルクを低下させたこ
とで移動体１４の立ち上がり時間は遅くなるが静止トル
クは変わらないため、移動体１４の立ち上がりでの移動
量に比べオーバーシュート量はり小さくなり、移動体１
４を従来より精度よく位置決めできる。また図５（Ｂ）
において、位相差を徐々に大きくすることによって超音
波モータ１を起動しているが、反対に駆動終了時に位相
差を徐々に小さくして、超音波モータ１の回転速度を徐
々に遅くしてもよい。この場合も移動体１４を従来より
精度良く位置決めできる。
【００３７】また、上述した図６（Ａ），（Ｂ）の例に
おいて、超音波モータ１の位置決め時における制御は、
手順を逆にすることによって起動時の制御となる。例え
ば、図６（Ａ）において、Ｙ方向の振動変位を徐々に小
さくすることによって位置決め制御しているが、反対に
Ｙ方向の振動変位を徐々に大きくしながら超音波モータ
１を起動してもよい。この制御によって、超音波モータ
１をスムーズに起動できる。
おいて、超音波モータ１の位置決め時における制御は、
手順を逆にすることによって起動時の制御となる。例え
ば、図６（Ａ）において、Ｙ方向の振動変位を徐々に小
さくすることによって位置決め制御しているが、反対に
Ｙ方向の振動変位を徐々に大きくしながら超音波モータ
１を起動してもよい。この制御によって、超音波モータ
１をスムーズに起動できる。
【００３８】また、本発明に掛かる駆動制御方法は、本
実施例に示した超音波モータ１に限るものではなく、被
駆動体へ圧接する方向への振動成分と被駆動体の送り方
向への振動成分を独立に制御できる超音波モータであれ
ばその原理,構造に限定を与える物ではなく、例えば図
７に示す超音波モータ２にも適用可能である。この場合
は、捻り方向の振動を生じる圧電振動子２４が、超音波
モータ１においては圧電振動子１１に相当し、縦方向に
伸縮する圧電振動子２３が圧電振動子１１に相当する。
実施例に示した超音波モータ１に限るものではなく、被
駆動体へ圧接する方向への振動成分と被駆動体の送り方
向への振動成分を独立に制御できる超音波モータであれ
ばその原理,構造に限定を与える物ではなく、例えば図
７に示す超音波モータ２にも適用可能である。この場合
は、捻り方向の振動を生じる圧電振動子２４が、超音波
モータ１においては圧電振動子１１に相当し、縦方向に
伸縮する圧電振動子２３が圧電振動子１１に相当する。
【００３９】さらに、移動体１４を、例えば半導体製造
装置のステージや、計測器、カメラ、プリンタ、印刷
機、工作機械、ロボット、移動装置、記憶装置に含まれ
る駆動物とすると、これら超音波モータ付電子機器の性
能および耐久性は向上する。
装置のステージや、計測器、カメラ、プリンタ、印刷
機、工作機械、ロボット、移動装置、記憶装置に含まれ
る駆動物とすると、これら超音波モータ付電子機器の性
能および耐久性は向上する。
【００４０】
【発明の効果】本発明によれば、被駆動物の駆動状況に
応じて、被駆動物への圧接力の大きさ及び比を制御する
ことによって、超音波モータをスムーズに起動でき、ま
た被駆動物を高精度に位置決めできる。
応じて、被駆動物への圧接力の大きさ及び比を制御する
ことによって、超音波モータをスムーズに起動でき、ま
た被駆動物を高精度に位置決めできる。
【図１】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、それぞれ、超音波
モータ１を上方、側方、下方から見た概略図であり、
（Ｄ）は、超音波モータ１の振動変位を説明する図であ
る。
モータ１を上方、側方、下方から見た概略図であり、
（Ｄ）は、超音波モータ１の振動変位を説明する図であ
る。
【図２】超音波モータの構成を示すブロック図である。
【図３】図１の圧電素子１０、及び圧電振動子１１，１
２を示す図である。
２を示す図である。
【図４】本発明の超音波モータの駆動制御方法による被
駆動物が目標位置に制定されるまでの挙動、及び超音波
モータの振動変位を示す図である。
駆動物が目標位置に制定されるまでの挙動、及び超音波
モータの振動変位を示す図である。
【図５】本発明の超音波モータの駆動制御方法による超
音波モータの振動変位を示す図である。
音波モータの振動変位を示す図である。
【図６】本発明の超音波モータの駆動制御方法による超
音波モータの振動変位を示す図である。
音波モータの振動変位を示す図である。
【図７】超音波モータ２を示す外観図である。
【図８】従来の超音波モータの駆動制御方法による超音
波モータの振動変位、及び超音波モータの速度変化を示
す図である。
波モータの振動変位、及び超音波モータの速度変化を示
す図である。
１ 超音波モータ ６ 交流電源 １０ 圧電素子 １１ 第１の圧電振動子 １２ 第２の圧電振動子 １３ 振動体 １４ 移動体 １５ 加圧機構 １６ａ〜１６ｇ 電極 １７ａ，１７ｂ スイッチ ２１ 位置センサ ２２ 制御回路 ２３ 圧電振動子 ２４ 圧電振動子 ３０ 駆動回路 ３１ 第１の信号発生器 ３２ 第２の信号発生器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H680 AA09 BB01 BB16 BC01 BC04 BC08 BC09 BC10 DD01 DD15 DD23 DD53 DD72 DD92 DD95 DD97 EE22 FF27 FF33 FF36
Claims (15)
- 【請求項１】 被駆動物へ圧接する方向に振動する第１
の圧電振動子と、前記被駆動物の送り方向に振動する第
２の圧電振動子と、を有する超音波モータにおいて、 前記被駆動物が目標位置に近づくにつれて、前記第２の
圧電振動子への印加電圧を制御して、送り方向の振動成
分のみを徐々に小さくする駆動制御手段を備えることを
特徴とする超音波モータ。 - 【請求項２】 被駆動物へ圧接する方向に振動する第１
の圧電振動子と、前記被駆動物の送り方向に振動する第
２の圧電振動子と、を有する超音波モータにおいて、 前記被駆動物が目標位置に近づくにつれて、前記第１の
圧電振動子への印加電圧を制御して、圧接方向の振動成
分のみを徐々に小さくする駆動制御手段を備えることを
特徴とする超音波モータ。 - 【請求項３】 被駆動物へ圧接する方向に振動する第１
の圧電振動子と、前記被駆動物の送り方向に振動する第
２の圧電振動子と、を有する超音波モータにおいて、 前記被駆動物が目標位置に近づくにつれて、各圧電振動
子への印加電圧を制御して、圧接方向の振動成分と、送
り方向の振動成分とを共に徐々に小さくする駆動制御手
段を備えることを特徴とする超音波モータ。 - 【請求項４】 被駆動物へ圧接する方向に振動する第１
の圧電振動子と、前記被駆動物の送り方向に振動する第
２の圧電振動子と、を有する超音波モータにおいて、 前記被駆動物が目標位置に近づくにつれて、前記第１の
圧電振動子への印加電圧を制御して圧接方向の振動成分
を徐々に小さくした後、前記第２の圧電振動子への印加
電圧を制御して送り方向の振動成分を徐々に小さくする
駆動制御手段を備えることを特徴とする超音波モータ。 - 【請求項５】 被駆動物へ圧接する方向に振動する第１
の圧電振動子と、前記被駆動物の送り方向に振動する第
２の圧電振動子と、を有する超音波モータにおいて、 前記被駆動物が目標位置に近づくにつれて、前記第2の
圧電振動子への印加電圧を制御して送り方向の振動成分
を徐々に小さくした後、前記第1の圧電振動子への印加
電圧を制御して圧接方向の振動成分を徐々に小さくする
駆動制御手段を備えることを特徴とする超音波モータ。 - 【請求項６】 被駆動物へ圧接する方向に振動する第１
の圧電振動子と、前記被駆動物の送り方向に振動する第
２の圧電振動子と、を有する超音波モータにおいて、 前記被駆動物が目標位置に近づくにつれて、前記第１の
圧電振動子への印加電圧と、前記第２の圧電振動子への
印加電圧の位相差を徐々に小さくする駆動制御手段を備
えることを特徴とする超音波モータ。 - 【請求項７】 被駆動物へ圧接する方向に振動する第１
の圧電振動子と、前記被駆動物の送り方向に振動する第
２の圧電振動子と、を有する超音波モータにおいて、 前記被駆動物へ圧接する方向の振動のみ、あるいはこの
振動に被駆動物の送り方向の振動を合わせて超音波モー
タを起動した後、前記第２の圧電振動子への印加電圧を
制御して、送り方向の振動成分のみを徐々に大きくする
駆動制御手段を備えることを特徴とする超音波モータ。 - 【請求項８】 被駆動物へ圧接する方向に振動する第１
の圧電振動子と、前記被駆動物の送り方向に振動する第
２の圧電振動子と、を有する超音波モータにおいて、 前記被駆動物の送り方向の振動のみ、あるいはこの振動
に被駆動物へ圧接する方向の振動を合わせて超音波モー
タを起動した後、前記第1の圧電振動子への印加電圧を
制御して、圧接方向の振動成分のみを徐々に大きくする
駆動制御手段を備えることを特徴とする超音波モータ。 - 【請求項９】 被駆動物へ圧接する方向に振動する第１
の圧電振動子と、前記被駆動物の送り方向に振動する第
２の圧電振動子と、を有する超音波モータにおいて、 各圧電振動子への印加電圧を制御して、圧接方向の振動
成分と、送り方向の振動成分とを共に徐々に大きくしな
がら超音波モータを起動する駆動制御手段を備えること
を特徴とする超音波モータ。 - 【請求項１０】 被駆動物へ圧接する方向に振動する第
１の圧電振動子と、前記被駆動物の送り方向に振動する
第２の圧電振動子と、を有する超音波モータにおいて、 前記第１の圧電振動子への印加電圧（圧接方向の振動成
分）と、前記第２の圧電振動子への印加電圧（送り方向
の振動成分）の位相差を徐々に大きくしながら超音波モ
ータを起動する駆動制御手段を備えることを特徴とする
超音波モータ。 - 【請求項１１】 請求項１から10の何れかに記載の超音
波モータにおいて、 前記駆動制御手段は、パラメータが所定の値となった時
に、それぞれの超音波モータでの駆動制御を開始または
終了することを特徴とする超音波モータ。 - 【請求項１２】 請求項11記載の超音波モータにおい
て、 前記パラメータは、前記被駆動物の現在位置から目標位
置までの距離であることを特徴とする超音波モータ。 - 【請求項１３】 請求項11記載の超音波モータにおい
て、 前記パラメータは、超音波モータの速度であることを特
徴とする超音波モータ。 - 【請求項１４】 請求項１から13の何れかに記載の超音
波モータにおいて、 前記駆動制御手段は、前記被駆動物が目標位置に達する
と、各圧電振動子への電圧印加を中止して被駆動物を完
全に停止させた後、逆方向に超音波モータを起動して被
駆動物の位置を補正することを特徴とする超音波モー
タ。 - 【請求項１５】 請求項１から14の何れかに記載の超音
波モータを有することを特徴とする超音波モータ付電子
機器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000098578A JP4672828B2 (ja) | 2000-03-31 | 2000-03-31 | 超音波モータ、及び超音波モータ付電子機器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000098578A JP4672828B2 (ja) | 2000-03-31 | 2000-03-31 | 超音波モータ、及び超音波モータ付電子機器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001286164A true JP2001286164A (ja) | 2001-10-12 |
| JP4672828B2 JP4672828B2 (ja) | 2011-04-20 |
Family
ID=18613041
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000098578A Expired - Lifetime JP4672828B2 (ja) | 2000-03-31 | 2000-03-31 | 超音波モータ、及び超音波モータ付電子機器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4672828B2 (ja) |
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