JP2003199371A - 超音波モータ - Google Patents
超音波モータInfo
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Abstract
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
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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)=
Va 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。
は、デューティー比を変化させればよい。
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。
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。
直線上の配置にならないようにする。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
よれば、以下のような効果を奏することができる。
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。
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。
図である。
(摩擦駆動部分)の8の字駆動を示す図である。
子の配線を示す図である。
である。
音波モータの構成図である。
Claims (12)
- 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。
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)
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)
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JPS63167685A (ja) * | 1986-12-27 | 1988-07-11 | Marcon Electronics Co Ltd | 圧電アクチユエ−タ |
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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 |
-
2001
- 2001-12-25 JP JP2001390880A patent/JP2003199371A/ja active Pending
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US11448622B2 (en) | 2018-09-11 | 2022-09-20 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Ultrasonic device and inspection device |
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