JP2003199371A - 超音波モータ - Google Patents

超音波モータ

Info

Publication number
JP2003199371A
JP2003199371A JP2001390880A JP2001390880A JP2003199371A JP 2003199371 A JP2003199371 A JP 2003199371A JP 2001390880 A JP2001390880 A JP 2001390880A JP 2001390880 A JP2001390880 A JP 2001390880A JP 2003199371 A JP2003199371 A JP 2003199371A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ultrasonic motor
ultrasonic
voltage
motor according
vibrator
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2001390880A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2003199371A5 (ja
Inventor
Masaya Takasaki
正也 高▲崎▼
Takeshi Mizuno
毅 水野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Japan Science and Technology Agency
Original Assignee
Japan Science and Technology Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Japan Science and Technology Corp filed Critical Japan Science and Technology Corp
Priority to JP2001390880A priority Critical patent/JP2003199371A/ja
Publication of JP2003199371A publication Critical patent/JP2003199371A/ja
Publication of JP2003199371A5 publication Critical patent/JP2003199371A5/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

(57)【要約】 【課題】 構成が簡素化され、粗調、微調の使い分けも
可能となり、実用性を向上させることができる超音波モ
ータを提供する。 【解決手段】 超音波モータは、共振周波数の異なる複
数の超音波振動子A,Bを結合した駆動子3を具備し、
一方の超音波振動子Aの共振周波数と他方の超音波振動
子Bの共振周波数が整数比となるように選択する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、共振周波数の異な
る振動子を組み合わせた超音波モータに係り、特に、複
数の振動子の共振周波数が他の整数比である超音波モー
タに関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来から、全く同じ二組の振動子に位相
の異なる交流を供給し、交点が楕円振動し駆動する超音
波モータが提案されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かかる
従来の超音波モータでは、振動子ごとに個別の駆動電源
が必須であった。
【0004】本発明は、上記状況に鑑み、構成が簡素化
され、粗調、微調の使い分けも可能となり、実用性を向
上させることができる超音波モータを提供することを目
的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、 〔1〕超音波モータにおいて、共振周波数の異なる複数
の超音波振動子を結合した駆動子を具備することを特徴
とする。
【0006】〔2〕上記〔1〕記載の超音波モータにお
いて、前記超音波振動子は、縦振動、もしくはたわみ振
動を生成することを特徴とする。
【0007】〔3〕上記〔1〕記載の超音波モータにお
いて、前記複数の超音波振動子のうち、一方の超音波振
動子の共振周波数と他方の超音波振動子の共振周波数が
整数比となるように選択することを特徴とする。
【0008】〔4〕上記〔1〕記載の超音波モータにお
いて、前記複数の超音波振動子のうち、一方の超音波振
動子の共振周波数と他方の超音波振動子の共振周波数を
異ならせるとともに、この共振周波数の異なる二つの振
動子を適切な角度で結合させた駆子を具備することを特
徴とする。
【0009】〔5〕上記〔4〕記載の超音波モータにお
いて、前記二つの振動子の振動の合成により、前記結合
点である駆動子の駆動点は、楕円以外の軌道を描き、こ
の軌道に沿った運動より接線方向の運動を取り出すこと
を特徴とする。
【0010】〔6〕上記〔1〕記載の超音波モータにお
いて、それぞれの振動子の共振周波数の交流電圧を印加
して超音波振動を励振することを特徴とする。
【0011】〔7〕上記〔1〕記載の超音波モータにお
いて、二組の振動子の端子を並列に接続し、1台のアン
プにより電力を印加することを特徴とする。
【0012】〔8〕上記〔7〕記載の超音波モータにお
いて、前記並列端子に供給する電圧には、フーリエ級数
展開したときに、二つの振動子の共振周波数の正弦波
(位相を考慮する)を含む波形の電圧を印加することを
特徴とする。
【0013】
〔9〕上記〔7〕記載の超音波モータにお
いて、前記供給電圧の波形を変えることにより、前記超
音波モータの駆動方法を逆転させることを特徴とする。
【0014】〔10〕上記〔7〕記載の超音波モータに
おいて、前記並列接続を解除し、一方の振動子のみに鋸
歯状の波形の電圧を印加することにより、インパクト駆
動機構として用いることを特徴とする。
【0015】〔11〕上記〔10〕記載の超音波モータ
において、前記鋸歯状の波形電圧の代わりにDC電圧を
印加して精密位置決めを行うことを特徴とする。
【0016】〔12〕上記〔10〕記載の超音波モータ
において、前記インパクト駆動機構とともに、微小変位
機構の機能を兼ね備えたことを特徴とする。
【0017】本発明によれば、上記したように、二組の
振動子の駆動周波数を1: 2のように違えて、周期的に
電圧が変化する信号のフーリエ級数展開を利用すること
により、超音波モータの構成が一組の発振器、増幅器で
済むこととなった。
【0018】さらには、駆動子を8の字振動させて振動
方向ベクトルを増大させることにより、駆動効率向上が
図れると同時に、上記振動モータに加えインパクトモー
タを同時配設することで粗調、微調の使い分けも可能と
なり、実用性の向上を図ることができる。
【0019】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て詳細に説明する。 〔二組の振動子を用いた超音波モータ〕図1は本発明の
実施例を示す超音波モータの構成模式図である。
【0020】この図において、1は振動子A、2は振動
子B、3は駆動子(結合点)、4は駆動子3の摩擦駆動
面、5はスライダー(もしくはローター)である。
【0021】この実施例では、振動子Aと振動子Bは、
共振周波数の異なるランジュバン型振動子を二組用い
る。一方の振動子Aの周波数は他方の振動子Bの周波数
の2倍となるように振動子A,Bを設計する。この二組
の振動子A,Bを、図1に示すように直行配置する。
【0022】振動子Aをsinωtで、振動子Bをsi
n2ωtでそれぞれ振動させると、二組の振動子A,B
が接続している部分、つまり、駆動子3は、図2に示す
ような8の字軌道を描きながら振動する。この駆動子3
に、図1に示すように、スライダー(もしくはロータ
ー)5を押し付けると、摩擦力を介して駆動子3の振動
の上側軌道のみがスライダー5に伝達される。また、振
動子Bに鋸歯状の電圧を印加することでインパクト駆動
機構とすることができ、微小な変位を得ることができ
る。さらに、振動子BにDC電圧を印加することで、さ
らに微小な(nmオーダー)位置決めが可能である。
【0023】二組の振動子A,Bの圧電振動子は、図3
に示すように、並列に接続して用いる。つまり、二組の
振動子AとBへ、ともにファンクションジェネレータ6
から出力される駆動電圧がアンプ7を介して印加され、
二組の振動子AとBはともに接地端子8へ接続されてい
る。
【0024】このとき、モータへの入力電圧は振動子A
用のVa sinωtと振動子B用のVb sin2ωtの
線形和となる。つまり、振動子を並列接続したものに図
4に示すような鋸歯状の電圧を印加すればよく、それぞ
れの振動子において共振周波数に一致した周波数成分の
みが振動子の励振に費やされる。
【0025】よって、一組のファンクションジェネレー
タとリニアアンプで超音波モータの駆動が可能となる。
また、スライダー駆動方向を切り換えるには、図4に示
す波形と左右対称の波形の駆動電圧を印加すればよい。 〔具体例〕図5は本発明の具体例を示す二組の振動子を
用いた超音波モータの構成図である。
【0026】二つの振動子(AとB)11,12は円柱
状ランジュバン型振動子からなり、振動子Aの共振周波
数(駆動周波数)は振動子Bのものに比べて半分になっ
ている。それぞれの振動子AとBは縦方向(円柱の軸方
向)に振動し、それぞれ振動子中央のnode部分で固
定する。ここでは、固定用プレート13と14で固定さ
れる。
【0027】摩擦駆動面を有する部分である駆動子(結
合点)15は、二つの「くびれ」15aと15bを有
し、駆動方向と直交方向に弾性を持つことにより、二つ
の振動子AとBによる振動が合成されて8の字軌道を描
き易くなっている。
【0028】8の字軌道を描いている状態では、一般的
な超音波モータと同様に摩擦駆動面16の摩擦力を介し
てスライダー(またはローター)17を駆動し、定常状
態で1m/s程度の速度を得る。
【0029】送り速度を遅くしたいときや、微小変位を
得たい場合は、振動子Bのみに共振周波数よりも低い周
波数の鋸歯状の波形電圧を印加すると、インパクト駆動
機構と同じ原理で駆動する。また、さらに微小な位置決
め分解能が要求される場合には、振動子BにDC電圧を
印加して変位を印加電圧にて制御する。
【0030】それぞれの振動子の印加電圧位相に対する
振動変位位相の遅れがない場合、並列接続した端子に鋸
歯状の波形電圧を印加すればよい。
【0031】一方、片方の振動子のみに位相の遅れ(ま
たは進み)が90度になるように設計した場合、印加す
る電圧(それぞれの振動子に印加する電圧の線形和)
は、Va sinωt+Vb sin(2ωt+π/2)=
a sin+Vb cos2ωtとなり、矩形波を用いる
ことができ、駆動回路をより簡素化することができる。
【0032】また、スライダ駆動方向を反転するために
は、デューティー比を変化させればよい。
【0033】上記したように、 (1)それぞれの超音波振動子に印加される共振周波数
が異なるとは、一方が他方の2倍もしくは整数比で表さ
れることを示している。
【0034】(2)上記振動子において、共振周波数は
それぞれの振動子の最も低次のモードの振動周波数だけ
でなく、高次のモードでもよい。目的とするモードを励
振するために、トランスデューサーの電気入力端子にバ
ンドパスフィルタ(BPF)を設けることも可能であ
る。
【0035】(3)二つの振動子による振動方向は同一
直線上の配置にならないようにする。
【0036】(4)周波数が異なる振動子の振動を結合
する駆動子(結合点)では楕円以外の軌跡を描いて運動
する。この軌跡の形状を利用して、接線方向の一方の向
きの運動のみを取り出して超音波モータとする。
【0037】(5)各振動子では共振周波数の正弦波の
みが選択され、振動の励起に使用される。また、振動子
が高次のモードを持つ場合には、フィルタ等を用いて他
のモードが励振されないようにする。
【0038】(6)電圧を印加する際、振動子の共振周
波数の正弦波が自動的に選択されるため、二つの振動子
は並列に接続し、電圧を供給するアンプは1台で済むよ
うにする。
【0039】(7)二つの振動子の駆動電圧を単一の電
源から供給する場合、電圧波形は、そのフーリエ級数に
それぞれの印加電圧波形を含んでいればよい。よって、
振動子駆動アンプの出力波形に矩形波や鋸歯状波等を用
いることができる。特に、矩形波を用いる場合は電源の
構成を簡易化することができる。
【0040】(8)接線方向運動の向きを反転させるた
めには、電圧波形を変形させるだけでよい。どちらかの
振動子に入力される正弦波の位相が180度変化すれば
よい。
【0041】(9)並列接続を解除し、一方の振動子の
みに鋸歯状波を印加することで、従来の「圧電インパク
ト駆動機構」として利用できる。さらに、他方の振動子
にDCバイアスを印加することで、摩擦力を調整でき、
駆動特性を制御することができる。
【0042】(10)鋸歯状波の代わりにDCバイアス
を印加することで、振動子の圧電素子の長さの変化を利
用した精密位置決め機構とすることができる。
【0043】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。
【0044】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、以下のような効果を奏することができる。
【0045】(A)一組の発振器・増幅器で二つの圧電
振動子の駆動が可能である。すなわち、使用する二組の
振動子の駆動周波数が異なることと、周期的に電圧が変
化する信号のフーリエ級数展開を利用することで、一組
の発振器・増幅器で二つの圧電振動子の駆動を可能とし
ている。これにより、従来のものに比べて、発振器・増
幅器の数を半分にすることができる。
【0046】(B)圧電インパクト駆動を兼ね備えてい
る。すなわち、片方の振動子がモータ送り方向と平行な
変位を持っているため、従来の発明である「圧電インパ
クト駆動」が可能である。さらに、他方の振動子がモー
タ送り方向と直交方向の変位を持っているため、予圧を
調整して摩擦を制御することで駆動条件を制御でき、変
位量を精密に設計することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示す超音波モータの構成模式
図である。
【図2】本発明の実施例を示す超音波モータの駆動子
(摩擦駆動部分)の8の字駆動を示す図である。
【図3】本発明の実施例を示す二組の振動子の圧電振動
子の配線を示す図である。
【図4】並列接続した振動子への印加電圧波形を示す図
である。
【図5】本発明の具体例を示す二組の振動子を用いた超
音波モータの構成図である。
【符号の説明】
1,11 振動子A 2,12 振動子B 3,15 駆動子(結合点) 4 駆動子の摩擦駆動面 5,17 スライダー(ローター) 6 ファンクションジェネレータ 7 アンプ 8 接地端子 13,14 固定用プレート 15a,15b くびれ 16 摩擦駆動面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5H680 BB02 BB13 BC10 CC02 DD02 DD14 DD15 DD23 DD43 DD65 EE04 FF26 FF36

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 共振周波数の異なる複数の超音波振動子
    を結合した駆動子を具備することを特徴とする超音波モ
    ータ。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の超音波モータにおいて、
    前記超音波振動子は、縦振動、もしくはたわみ振動を生
    成することを特徴とする超音波モータ。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の超音波モータにおいて、
    前記複数の超音波振動子のうち、一方の超音波振動子の
    共振周波数と他方の超音波振動子の共振周波数が整数比
    になるように選択することを特徴とする超音波モータ。
  4. 【請求項4】 請求項1記載の超音波モータにおいて、
    前記複数の超音波振動子のうち、一方の超音波振動子の
    共振周波数と他方の超音波振動子の共振周波数を異なら
    せるとともに、該共振周波数の異なる二つの振動子を適
    切な角度で結合させた駆動子を具備することを特徴とす
    る超音波モータ。
  5. 【請求項5】 請求項4記載の超音波モータにおいて、
    前記二つの振動子の振動の合成により、前記駆動子の駆
    動点は、楕円以外の軌道を描き、該軌道に沿った運動よ
    り接線方向の運動を取り出すことを特徴とする超音波モ
    ータ。
  6. 【請求項6】 請求項1記載の超音波モータにおいて、
    それぞれの振動子の共振周波数の交流電圧を印加して超
    音波振動を励振することを特徴とする超音波モータ。
  7. 【請求項7】 請求項1記載の超音波モータにおいて、
    二組の振動子の端子を並列に接続し、1台のアンプによ
    り電力を印加することを特徴とする超音波モータ。
  8. 【請求項8】 請求項7記載の超音波モータにおいて、
    前記並列端子に供給する電圧には、フーリエ級数展開し
    たときに、二つの振動子の共振周波数の正弦波を含む波
    形の電圧を印加することを特徴とする超音波モータ。
  9. 【請求項9】 請求項7記載の超音波モータにおいて、
    前記供給電圧の波形を変えることにより、前記超音波モ
    ータの駆動方法を逆転させることを特徴とする超音波モ
    ータ。
  10. 【請求項10】 請求項7記載の超音波モータにおい
    て、前記並列接続を解除し、一方の振動子のみに鋸歯状
    の波形の電圧を印加することにより、インパクト駆動機
    構として用いることを特徴とする超音波モータ。
  11. 【請求項11】 請求項10記載の超音波モータにおい
    て、前記鋸歯状の波形電圧の代わりにDC電圧を印加し
    て精密位置決めを行うことを特徴とする超音波モータ。
  12. 【請求項12】 請求項10記載の超音波モータにおい
    て、前記インパクト駆動機構とともに、微小変位機構の
    機能を兼ね備えたことを特徴とする超音波モータ。
JP2001390880A 2001-12-25 2001-12-25 超音波モータ Pending JP2003199371A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001390880A JP2003199371A (ja) 2001-12-25 2001-12-25 超音波モータ

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001390880A JP2003199371A (ja) 2001-12-25 2001-12-25 超音波モータ

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2003199371A true JP2003199371A (ja) 2003-07-11
JP2003199371A5 JP2003199371A5 (ja) 2004-11-25

Family

ID=27598632

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001390880A Pending JP2003199371A (ja) 2001-12-25 2001-12-25 超音波モータ

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2003199371A (ja)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008253107A (ja) * 2007-03-30 2008-10-16 Fujinon Corp 駆動装置
US7772744B2 (en) 2006-03-13 2010-08-10 Fujinon Corporation Ultrasonic actuator which acts on a rotor to rotate the rotor
JP2012143150A (ja) * 2006-01-17 2012-07-26 Seiko Instruments Inc 圧電アクチュエータ及びそれを用いた電子機器
US11448622B2 (en) 2018-09-11 2022-09-20 Kabushiki Kaisha Toshiba Ultrasonic device and inspection device

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63167685A (ja) * 1986-12-27 1988-07-11 Marcon Electronics Co Ltd 圧電アクチユエ−タ
JPH09308271A (ja) * 1996-05-15 1997-11-28 Toshiba Corp 超音波モータの駆動方法及び装置
JPH1169852A (ja) * 1997-08-25 1999-03-09 Sharp Corp 超音波モータ
JPH11143541A (ja) * 1997-11-04 1999-05-28 Kanagawa Acad Of Sci & Technol 圧電素子による衝撃力を用いた精密位置決め装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63167685A (ja) * 1986-12-27 1988-07-11 Marcon Electronics Co Ltd 圧電アクチユエ−タ
JPH09308271A (ja) * 1996-05-15 1997-11-28 Toshiba Corp 超音波モータの駆動方法及び装置
JPH1169852A (ja) * 1997-08-25 1999-03-09 Sharp Corp 超音波モータ
JPH11143541A (ja) * 1997-11-04 1999-05-28 Kanagawa Acad Of Sci & Technol 圧電素子による衝撃力を用いた精密位置決め装置

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012143150A (ja) * 2006-01-17 2012-07-26 Seiko Instruments Inc 圧電アクチュエータ及びそれを用いた電子機器
US7772744B2 (en) 2006-03-13 2010-08-10 Fujinon Corporation Ultrasonic actuator which acts on a rotor to rotate the rotor
JP2008253107A (ja) * 2007-03-30 2008-10-16 Fujinon Corp 駆動装置
US11448622B2 (en) 2018-09-11 2022-09-20 Kabushiki Kaisha Toshiba Ultrasonic device and inspection device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Spanner Survey of the various operating principles of ultrasonic piezomotors
JPS62247870A (ja) 超音波振動子の駆動制御方法
Takano et al. Same phase drive-type ultrasonic motors using two degenerate bending vibration modes of a disk
JPS63294281A (ja) 圧電駆動装置
JP3730467B2 (ja) 超音波振動子及び複合振動発生超音波振動子
JP2003199371A (ja) 超音波モータ
JP2004304963A (ja) 圧電アクチュエータ
JPS61221584A (ja) 振動波モ−タの駆動回路
JP3029677B2 (ja) 超音波トランスデューサ及びその駆動方法ならびに超音波アクチュエータ
JPS6128482A (ja) 超音波振動発生方法及びその装置
JP2972433B2 (ja) 超音波モータ
JPH08242592A (ja) 超音波アクチュエータ
JP2008278721A (ja) 超音波アクチュエータ装置
Tohda et al. Ultrasonic linear motor using a multilayered piezoelectric actuator
JP2971971B2 (ja) 超音波アクチュエータ
Shafik et al. Computer Simulation and Modelling of Standing Wave Piezoelectric Ultrasonic Motor Using a Single Flexural Vibration Ring Transducer
JP2538027B2 (ja) 平面型超音波アクチュエ―タ
Takano et al. Ultrasonic linear motors for application to driving a light pick-up element
Zhang et al. Micromachined piezoelectric traveling wave micromotors for intelligent systems
JP2874174B2 (ja) 超音波振動子及び超音波モータ
JPH04185288A (ja) 超音波モータの駆動回路
JP2004289914A (ja) 超音波モータ
Maruko et al. Piezoelectric linear motor with two motional functions of small displacement and large displacement
JP2004194363A (ja) 駆動装置及びアクチュエータ
JPH01315269A (ja) 超音波モータ

Legal Events

Date Code Title Description
A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712

Effective date: 20031031

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20031210

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20031210

RD03 Notification of appointment of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423

Effective date: 20040129

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20061010

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20061128

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20070605