JP2004229455A - Oscillatory actuator - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
超音波モータを利用して可動体を移動させるようにした振動アクチュエータの改良に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、この種の振動アクチュエータとして、例えば特許文献1などに開示されている。この振動アクチュエータは、図6に示すように、ベース盤51にリニアスケール52を載置し、該リニアスケール52と対向する位置に測定ヘッド53を設けて位置検出手段54が構成される。また、駆動力伝達部材55に、その長手方向に対して垂直に超音波モータ56の押圧部材57を当接し、ステージ58の移動に伴う位置検出手段54からの位置情報と、予め設定してあるステージ58の基準位置情報との偏差に基づいて、制御部59で、例えばPID演算処理などを行って、ドライバ60に超音波モータ56への指令信号を出力するフィードバック制御を行うことにより、超音波モータ56の押圧部材57に楕円運動を行わせ、該押圧部材57と駆動力伝達部材55との摩擦駆動によって、ステージ58をガイド部材61に沿って移動させるようになっている。
【0003】
すなわち、上記従来の振動アクチュエータは、1台の超音波モータ56を用いて、単体で可動体としてのステージ58を往復動させるようになっている。
【0004】
【特許文献1】
特開2002−27768号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、超音波モータ1は、通常、上記ステージ58などの被対象物の位置決めに使用されるモータに比べて、移動速度が遅い。そこで、被対象物の微動時には、精度よく位置決めを行うことができるが、被対象物が高速、例えば280mm/secで移動する場合、通常の位置決め用モータに比べて、位置決め精度が悪くなるという問題があった。
【0006】
そのため、複数の超音波モータ1を並べて配置することによって駆動力を向上させ、高速移動時の位置決め精度を向上させることが提案されている。ところが、この場合でも、磁力を利用した位置決め用モータの移動速度に比べて速度が遅く、振動アクチュエータの高速性能が不十分であった。
【0007】
本発明の目的は、超音波モータの高速性能を改善するとともに、微動時でも高精度に位置決め可能な振動アクチュエータを提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記目的は、振動体に超音波振動を発生させ、該超音波振動によって摩擦部材を介して移動体を相対移動させる超音波モータを使用した振動アクチュエータであって、前記移動体を介して超音波モータを複数段に亘って配置するとともに、前記超音波モータの駆動を制御する制御装置を備え、該制御装置により、前記超音波モータを個別に制御するようにしたことにより、達成される。
【0009】
また、上記目的は、前記複数段に亘って配置された超音波モータの各段に、1台又は複数の超音波モータが並列に配置されるようにしたことにより、効果的に達成される。
【0010】
また、上記目的は、制御装置を、前記移動体の高速移動時、すべての超音波モータを駆動させるようにしたことにより、効果的に達成される。
【0011】
また、上記目的は、制御装置を、微動時、前記移動体に最も近い位置に配された超音波モータのみを駆動させるようにしたことにより、より効果的に達成される。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
【0013】
図1は本発明の第1実施例に係る振動アクチュエータを示し、同図において、1は、ベース盤などの固定部材2に設けられた第1超音波モータであり、該第1超音波モータ1の駆動により、振動体3に楕円運動を発生させるようになっている。この振動体3の楕円運動により、摩擦部材4は、図1矢印方向に移動するようになっている。
【0014】
また、摩擦部材4には、図1矢印方向に延びる第1案内部品5が併設されていて、該第1案内部品5に、可動体としての第1移動体6が往復動自在に装着されている。この第1移動体6は、摩擦部材4と一体に、振動体3の楕円運動に基づいて図1矢印方向に速度Vで移動するようになっている。
【0015】
さらに、第1移動体6には、位置を検出するための第1位置センサ20が取り付けられていて、該第1位置センサ20によって第1移動体6の第1案内部品5上の位置を検出するようになっている。これにより、第1超音波モータ1と第1移動体6は、摩擦部材4を介して第1段振動アクチュエータAを構成する。
【0016】
また、第1移動体6には、第2超音波モータ7が固定されていて、該第2超音波モータ7は、第1移動体6と一体に移動するようになっている。この第2超音波モータ7の駆動により、振動体8に楕円運動を発生させ、摩擦部材9を図1矢印方向に移動させるようになっている。
【0017】
また、摩擦部材9には、図1矢印方向に延びる第2案内部品10が併設されていて、該第2案内部品10に、第2移動体11が往復動自在に装着されている。この第2移動体11は、摩擦部材9と一体に、振動体8の楕円運動に基づいて図1矢印方向に第1移動体6に対して速度Vで移動するようになっている。
【0018】
さらに、第2移動体11には、位置を検出するための第2位置センサ21が取り付けられていて、該第2位置センサ21によって第2移動体11の第2案内部品10上の位置を検出するようになっている。これにより、第2超音波モータ7と第2移動体11は、摩擦部材9を介して第2段振動アクチュエータBを構成する。
【0019】
また、第2移動体11には、第3超音波モータ12が固定されていて、該第3超音波モータ12は、第2移動体11と一体に移動するようになっている。この第3超音波モータ12の駆動により、振動体13に楕円運動を発生させ、摩擦部材14を図1矢印方向に移動させるようになっている。
【0020】
また、摩擦部材14には、図1矢印方向に延びる移動体15が往復動自在に設けられている。この移動体15は、摩擦部材14と一体に、振動体13の楕円運動に基づいて図1矢印方向に第2移動体11に対して速度Vで移動するようになっている。
【0021】
さらに、移動体15には、位置を検出するための第3位置センサ22と絶対位置センサ23が取り付けられていて、該第3位置センサ22および絶対位置センサ23によって移動体15の第2案内部品10に対する相対位置および固定部材2に対する絶対位置を検出するようになっている。これにより、第3超音波モータ12と移動体15は、摩擦部材14を介して第3段振動アクチュエータCを構成する。
【0022】
そして、移動体15の移動を制御する制御装置30は、図2に示すように、第1,第2,第3位置センサ20,21,22および絶対位置センサ23からの位置検出信号を受けるとともに、第1,第2,および第3切替スイッチ16,17,18に切替信号を出力し、第1,第2,第3超音波モータ1,7,12の駆動を制御するようになっている。また、制御装置30には、指令信号発生部31が接続されていて、該指令信号発生部31からの移動体15への指令信号を送るようになっている。
【0023】
これにより、制御装置30は、指令信号発生部31からの指令信号に基づいて、第1,第2,および第3切替スイッチ16,17,18の作動を切り替える。例えば、移動体15を高速で移動させる場合、第1,第2,第3切替スイッチ16,17,18をすべてONにして、第1,第2,第3位置センサ20,21,22および絶対位置センサ23からの位置信号に基づいて、第1,第2,および第3超音波モータ1,7,12を駆動制御し、移動体15を高速で移動させることができる。例えば、第1、第2、第3超音波モータ1,7,12の能力を同一として、移動体6,11,15は、それぞれ超音波モータ1,7,12に対して相対速度Vで移動し、第1移動体6は、固定部材2に対して速度Vで移動し、第2移動体11は、固定部材2に対して速度2Vで移動し、移動体15は、固定部材2に対して速度3Vで移動することになる。すなわち、3段の振動アクチュエータを用いると、1段の振動アクチュエータに比べて3倍の移動速度が得られる。
【0024】
また、微動時の位置決めを行う場合、図3に示すように、制御装置30により、第3切替スイッチ18のみをONにして、他の第1および第2切替スイッチ16,17をOFFにすることで、第3段振動アクチュエータCの第3超音波モータ12のみを駆動させる。よって、移動体15を高い精度で移動させることもできる。
【0025】
なお、第1,第2,および第3超音波モータ1,7,12の能力は、移動目的および用途に応じて適宜変更してもよい。
【0026】
従って、上記第1実施例では、制御装置30の制御により、切替スイッチ16,17,18を制御することで、移動体15の移動目的や用途に応じて、移動体15の速度を適宜変更することができる。すなわち、切替スイッチ16,17,18をON−OFF制御することによって、3台の超音波モータを組合せ制御で駆動させ、移動体15の移動速度を最適に制御することができる。その結果、例えば高速移動が必要な場合、切替スイッチ16,17,18の制御によってすべての超音波モータ1,7,12を駆動させる一方、微動時の位置決めを行う場合、超音波モータ1,7,12のうち移動体15に最も近い第3超音波モータ12のみを駆動させる。これにより、移動目的や用途に応じて、超音波モータ1,7,12の個別制御が可能になり、移動体15の移動速度を適宜変更することができる。よって、振動アクチュエータの高速性能が向上するとともに、微動時においても高精度に位置決めを行うことができる。
【0027】
ちなみに、上記第1実施例において、微動時、移動体15から最も遠い第1超音波モータ1のみを駆動すると、移動に必要な装置全体の質量が大きくなってしまい、位置決め時の応答性が悪くなる。そのため、制御装置30によって、移動体15に最も近い位置に配される第3超音波モータ12のみを駆動させる。
【0028】
また、図4は、本発明に係る振動アクチュエータの第2実施例を示し、上記第1実施例と同一の部材は同一の符号を付し、その説明を省略する。上記第1実施例では、移動体15を移動させるのに、3段の振動アクチュエータA,B,Cを用いたが、第2実施例では、各段にそれぞれ2台の超音波モータ1,7,12を併設し、移動体15を矢印方向に移動させるようにした。これにより、各段における移動体6,11,15を移動させるのに必要な駆動力が増大する。すなわち、移動体15の移動に必要な駆動力が増大することで、移動体15を高速度で移動させることができる。例えば、並列に配された2台の超音波モータ1,7,12の能力が等しい場合、各段で約2倍の駆動力が得られることになる。
【0029】
また、図5は、本発明に係る振動アクチュエータの第3実施例を示し、上記第1実施例と同一の部材は同一の符号を付し、その説明を省略する。上記第2実施例では、各段において2台の超音波モータ1,7,12を設けたが、第3実施例では、各段に設置する超音波モータの数を移動目的や用途に応じて適宜変更することができるようにし、位置決めなどの自由度を向上させるようにした。
【0030】
すなわち、図5において、第1段振動アクチュエータAは、6台の超音波モータ1を併設し、該超音波モータ1の駆動によって摩擦部材4を介して2台の第1移動体6を移動させ、また、第2段振動アクチュエータBは、4台の超音波モータ7を配して、該超音波モータ7の駆動によって摩擦部材4を介して2台の第2移動体11を移動させる。そして、第3段振動アクチュエータCは、2台の超音波モータ12を配して、該超音波モータ12の駆動によって移動体15を移動させるようにした。
【0031】
これにより、移動体15の移動に必要な駆動力が増大し、振動アクチュエータの高速性能が向上する。また、切替スイッチ16,17,18をON−OFF制御することによって超音波モータ1,7,12を制御することで、微動時においても高精度な位置決めを行うことができる。
【0032】
なお、上記各実施例では、1台又は2台の移動体6,11を配置したが、これに限定されず、3台以上の移動体を配置してもよい。また、超音波モータの数も上記各実施例の数に限定されず、移動目的や用途に応じて適宜変更することができる。
【0033】
また、本発明において使用する振動アクチュエータは、圧電素子を用いてアクチュエータの共振現象を利用するものであれば、どのようなものでも使用可能である。
【0034】
また、上記各実施例では、絶対位置センサ23を第3段アクチュエータCの移動体15にのみ設けたが、第1,2段アクチュエータA,Bの移動体6,11にそれぞれ絶対位置センサを設け、移動体毎に相対位置や絶対位置を検出するようにしてもよい。
【0035】
また、上記各実施例では、切替スイッチ16,17,18として、図2や図3に示すようなメカスイッチを用いたが、半導体スイッチ等の電子スイッチを用いてもよく、制御の精密度や切替え安定性の観点から、実際には電子スイッチを使用する場合の方が多い。
【0036】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る振動アクチュエータによると、超音波モータによって移動する移動体に、別の超音波モータを取り付け、移動体を介して複数の超音波モータを複数段に亘って配置し、各超音波モータを独立して個別に駆動制御するようにしたので、移動体を高速度で移動させることができる。すなわち、同一能力の超音波モータを2段に組み合わせた場合、ほぼ2倍の移動速度が得られ、3段に組み合わせた場合、ほぼ3倍の移動速度が得られる。また、微小な位置決めが必要な微動時には、移動体に最も近い位置に配された超音波モータのみで移動体を動かすようにし、精度のよい位置決めが可能である。よって、超音波モータの高速性能が向上するとともに、微動時でも高精度に位置決めが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る振動アクチュエータの第1実施例を示し、各段に1台の超音波モータを配した状態を示す説明図である。
【図2】粗動時で高速作動時における複数の超音波モータを制御する構成を説明する図である。
【図3】微動時における複数の超音波モータを制御する構成を説明する図である。
【図4】本発明の振動アクチュエータの第2実施例を示し、各段にそれぞれ2台の超音波モータを配した状態を示す説明図である。
【図5】本発明の振動アクチュエータの第3実施例を示し、各段に配する超音波モータの数を可変にした状態を示す説明図である。
【図6】従来の振動アクチュエータの概略構成を示す図である。
【符号の説明】
A 第1段振動アクチュエータ
B 第2段振動アクチュエータ
C 第3段振動アクチュエータ
1 第1超音波モータ
2 固定部材
3 振動体
4 摩擦部材
5 第1案内部品
6 第1移動体
7 第2超音波モータ
8 振動体
9 摩擦部材
10 第2案内部品
11 第2移動体
12 第2超音波モータ
13 振動体
14 摩擦部材
15 移動体
16 第1切替スイッチ
17 第2切替スイッチ
18 第3切替スイッチ
20 第1位置センサ
21 第2位置センサ
22 第3位置センサ
23 絶対位置センサ
30 制御装置
31 指令信号発生部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an improvement of a vibration actuator that moves a movable body using an ultrasonic motor.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, as a vibration actuator of this type, for example, it is disclosed in
[0003]
In other words, the above-mentioned conventional vibration actuator uses one
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-2002-27768 [0005]
[Problems to be solved by the invention]
Meanwhile, the moving speed of the
[0006]
Therefore, it has been proposed to improve the driving force by arranging a plurality of
[0007]
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a vibration actuator capable of improving the high-speed performance of an ultrasonic motor and positioning with high accuracy even during fine movement.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The object of the present invention is to provide a vibration actuator using an ultrasonic motor that generates ultrasonic vibrations on a vibrating body and relatively moves a moving body through a friction member by the ultrasonic vibrations. This is achieved by arranging the ultrasonic motors in a plurality of stages and providing a control device for controlling the drive of the ultrasonic motor, and controlling the ultrasonic motors individually by the control device. You.
[0009]
Further, the above object is effectively achieved by arranging one or more ultrasonic motors in parallel at each stage of the ultrasonic motor arranged over the plurality of stages.
[0010]
Further, the above object is effectively achieved by causing the control device to drive all the ultrasonic motors when the moving body moves at a high speed.
[0011]
Further, the above object is achieved more effectively by causing the control device to drive only the ultrasonic motor arranged at the position closest to the moving body at the time of fine movement.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0013]
FIG. 1 shows a vibration actuator according to a first embodiment of the present invention. In FIG. 1,
[0014]
The friction member 4 is provided with a
[0015]
Further, a
[0016]
Further, a second
[0017]
Further, a
[0018]
Further, a
[0019]
Further, a third
[0020]
The
[0021]
Furthermore, a
[0022]
Then, the
[0023]
Thereby, the
[0024]
When performing positioning at the time of fine movement, as shown in FIG. 3, the
[0025]
Note that the capabilities of the first, second, and third
[0026]
Therefore, in the first embodiment, by controlling the changeover switches 16, 17, and 18 under the control of the
[0027]
By the way, in the first embodiment, when only the first
[0028]
FIG. 4 shows a second embodiment of the vibration actuator according to the present invention. The same members as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. In the first embodiment, the three-stage vibration actuators A, B, and C are used to move the moving
[0029]
FIG. 5 shows a third embodiment of the vibration actuator according to the present invention. The same members as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. In the above-described second embodiment, two
[0030]
That is, in FIG. 5, the first-stage vibration actuator A is provided with six
[0031]
Accordingly, the driving force required for moving the moving
[0032]
In the above embodiments, one or two moving
[0033]
In addition, as the vibration actuator used in the present invention, any type can be used as long as it utilizes a resonance phenomenon of the actuator using a piezoelectric element.
[0034]
In the above embodiments, the
[0035]
Further, in each of the above embodiments, the mechanical switches as shown in FIGS. 2 and 3 are used as the changeover switches 16, 17, and 18. However, an electronic switch such as a semiconductor switch may be used. From the viewpoint of switching stability, an electronic switch is actually used more often.
[0036]
【The invention's effect】
As described above, according to the vibration actuator of the present invention, another ultrasonic motor is attached to a moving body that is moved by an ultrasonic motor, and a plurality of ultrasonic motors are arranged in a plurality of stages via the moving body. Since each ultrasonic motor is independently driven and controlled, the moving body can be moved at a high speed. That is, when two ultrasonic motors having the same capacity are combined in two stages, almost twice the moving speed is obtained, and when three ultrasonic motors are combined in three stages, almost three times the moving speed is obtained. Further, at the time of fine movement requiring fine positioning, the moving body is moved only by the ultrasonic motor arranged at the position closest to the moving body, and accurate positioning is possible. Therefore, the high-speed performance of the ultrasonic motor is improved, and positioning can be performed with high accuracy even during fine movement.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory view showing a first embodiment of a vibration actuator according to the present invention, showing a state in which one ultrasonic motor is arranged in each stage.
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration for controlling a plurality of ultrasonic motors at the time of high-speed operation during coarse movement.
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration for controlling a plurality of ultrasonic motors during fine movement.
FIG. 4 is an explanatory view showing a second embodiment of the vibration actuator of the present invention, showing a state in which two ultrasonic motors are arranged on each stage.
FIG. 5 is an explanatory view showing a third embodiment of the vibration actuator of the present invention, showing a state where the number of ultrasonic motors arranged in each stage is made variable.
FIG. 6 is a diagram showing a schematic configuration of a conventional vibration actuator.
[Explanation of symbols]
A First-stage vibration actuator B Second-stage vibration actuator C Third-
Claims (4)
前記移動体を介して超音波モータを複数段に亘って配置するとともに、前記超音波モータの駆動を制御する制御装置を備え、該制御装置により、前記超音波モータを個別に制御するようにしたことを特徴とする振動アクチュエータ。A vibration actuator using an ultrasonic motor that generates ultrasonic vibration in a vibrating body and relatively moves a moving body through a friction member by the ultrasonic vibration,
The ultrasonic motor is arranged in a plurality of stages via the moving body, and a control device for controlling the driving of the ultrasonic motor is provided, and the ultrasonic motor is individually controlled by the control device. A vibration actuator, characterized in that:
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2003
- 2003-01-27 JP JP2003016981A patent/JP4374860B2/en not_active Expired - Lifetime
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