JP2527200B2

JP2527200B2 - 超音波モ―タのドライブ方法

Info

Publication number: JP2527200B2
Application number: JP62232412A
Authority: JP
Inventors: 数馬鈴木
Original assignee: 株式会社セラテック
Priority date: 1987-09-18
Filing date: 1987-09-18
Publication date: 1996-08-21
Anticipated expiration: 2011-08-21
Also published as: JPS6477480A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、圧電素子を貼着した弾性体を励振させて
被駆動体を駆動する超音波モータのドライブ方法に関す
るものである。

〔従来の技術〕

従来、この種の超音波モータとして、この発明者の提
案（実願昭61−161013号、特願昭62−115766号）になる
ものがあり、これを第６図について説明すると、断面角
状の弾性体でなる基体11の上面に、２つの駆動子12a,12
bが一体に突設形成されている。駆動子12a,12bは、基体
11の振動の腹中央部に位置している。

基体11の下面には、屈曲モード振動用の２つの圧電素
子13a,13bが貼着されている。駆動子12a,12bには、その
両側面に圧電素子14がそれぞれ貼着されている。基体11
に設けられた取付穴15は、基体11の振動の節に位置して
いる。

圧電素子13a,13bからはそれぞれ端子16a,16bが導出さ
れている。各１対の圧電素子14から導出された端子17a,
17bは、互いに接続されて端子17に至つている。18はフ
イードバツク端子である。

次に、以上の構成になる超音波モータのドライブ方法
を説明する。超音波領域の正の電圧が端子16aと17に供
給されると、基体11および駆動子12a,12bには、一点鎖
線で示したような屈曲動作が生じる。このとき、被駆動
体であるスライダ（図示せず）が駆動子12a,12bの先端
部に圧接しているので、スライダに近い方の駆動子12a
がスライダを矢印（Ｍ）の方向へ繰り出す。ついで、端
子16aと17に負の電圧が印加されると、基体11および駆
動子12a,12bは破線のように屈曲し、こんどは駆動子12b
がスライダを矢印（Ｍ）の方向へ蹴り出す。

以上のような電圧印加を端子16bと17を対象にして同
様に行うと、圧電素子13aと13bの分極が互いに逆になつ
ているので、基体11および駆動子12a,12bの動作は上記
と逆になり、スライダは矢印（Ｎ）の方向へ駆動され
る。

なお、フイードバツク端子は以上の動作を連続して円
滑に行うために利用される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

以上のような従来の超音波モータのドライブ方法で
は、基体と駆動子とが互いに同位相で振動するので効率
が悪く、かつ、基体と駆動子の両方に電力を供給するの
で発振器との整合がとり難いなどの問題点があつた。

この発明はかかる問題点を解決するためになされたも
ので、位相調整が簡単にできて駆動効率を増大し、か
つ、発振器との整合が容易にできる超音波モータのドラ
イブ方法を得ることを目的とするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係る超音波モータのドライブ方法は、弾性
体でなる基体に圧電素子を貼着して突き上げ、蹴り出し
の２方向の振動成分を発生させるに当り、圧電素子を、
突上げ方向を担持する圧電素子x₁,x₂と、蹴り出し方向
を担持する圧電素子ｙのうち、発振器出力は圧電素子x₁
にのみ供給し、圧電素子x₁の駆動によつて発生した圧電
素子x₂の出力を圧電素子ｙに印加する。

〔作用〕

この発明においては、圧電素子x₂の出力は、圧電素子
x₁の出力に対して一定の位相遅れを伴う。スライダの移
動方向の切替えは、突き上げ側または蹴り出し側の圧電
素子を２グループまたは２個として切替え動作させるこ
とにより達成される。

〔実施例〕

この発明の一実施例を第１図、第２図および第３図を
参照して説明する。第１図は超音波モータのユニット
（u₁）であり、断面角状の弾性体でなる基体１の上、下
面に、第１の、圧電素子2a,2b,2cのグループと、3a,3b,
3cのグループが、それぞれ3erdモードの共振をさせるよ
うな分極々性にして貼着されている。また、上面中央部
に突設形成された駆動子４にも、その両側面に第２の圧
電素子5a,5bが1stモードの屈曲振動を起こさせるような
極性で貼着されている。取付穴６は基体１の振動の節に
設けられている。

次にドライブ方法を、基体１に貼着した圧電素子2a,2
b,2cのグループを（A₁）グループ、圧電素子3a,3b,3cの
グループを（A₂）グループ、そして駆動子４に貼着した
圧電素子5a,5bを（Ｂ）グループと呼んで説明する。

まず、グループ（A₁）を、第２図に示す電圧曲線V_A1
でドライブすると、共振点でグループ（A₂）から出力電
圧V_A2が得られる。この電圧V_A2は電圧V_A1よりも30゜位
遅れて発生する。

ここで、グループ（A₂）から発生した30゜遅れの電圧
V_A2をグループ（Ｂ）に印加してやると、駆動子４は基
体１の3erdモードによる上下方向に加えて、やや遅れて
左右方向へ屈曲する。したがつて、駆動子４の先端にス
ライダを圧接しておけば、スライダを有効に矢印（Ｃ）
で示す左右いずれかの方向に移動させることができる。

以上の作用を第２図を用いて詳しく説明すると、ま
ず、V_A1の波形の電圧をゲループ（A₁）に印加すると、
基体１は3erdモードの周波数で共振し、駆動子４が設け
られている中央部の腹は振幅最大になる。いま、波形V
_A1の斜線部分の時間帯（t₁〜t₂）において、スライダと
駆動子４とが当接するようにセツトしたとすると、その
ときの駆動子４の圧電素子グループ（Ｂ）には、V_A2の
電圧が印加され、その間の電圧は＋方向に増加してゆく
傾斜におかれるので、駆動子４の先端は一方向に屈曲し
続けてゆくことになる。そのため、この時間帯において
スライダは有効に移動することになり、ユニツト（u₁）
は、１サイクルの電圧印加に応じて１回蹴り出し動作を
行うことになる。

因みに、実動作時の数字対応をみると、１回の蹴り出
しにおいて、スライダが実効的に１μｍ移動すると、共
振周波数f₀＝40KHzでは、１μｍ×40KHz＝40mm/秒にな
り、実測結果と非常によく一致する。また、共振状態を
維持する共振回路でドライブ電圧V_A1を増減してやれ
ば、上記の40mm/秒のスピードを調節することができ
る。

以上の動作において、グループ（A₁）と（A₂）を互い
に入れ替えれば、スライダの移動方向を逆にすることが
でき、互いの動作は全く左右対称に行われる。

第３図は駆動回路で、互いに連動するスイツチ（S
W₁）と（SW₂）の切替えにより上記の動作切替えを行う
ことができる。ここでのスイツチは、適宜のスイツチン
グ素子を用いることにより、高速に、かつ、エンコーダ
などの外部信号の指示に従つて円滑な切替を完了するよ
うにする。（OSC）は超音波発振器である。

グループ（A₁），（A₂）とグループ（Ｂ）の電気容量
比は、グループ（Ｂ）の容量が小さい方が、発生した電
圧の降下が少ない。

また、基体１のQ_Mが蹴り出し作動時において甚だしく
下がるように負荷をかけることは、発生電圧の低下を招
くので好ましくない。

第１図の例においては、グループ（A₁）に7Vrmsの共
振電圧を印加したとき、グループ（A₂）から発生する電
圧は30〜35Vrmsが実測され、これをグループ（Ｂ）に接
続すると、実に20〜25Vrmsに降下して作動した。

ここに、ユニツト（u₁）の具体的な数値例を挙げる。

（イ）基体の１寸法：長さ75mm、幅13mm、厚さ10mm、
駆動子４の寸法：幅13mm、高さ7.5mm、厚さ4mm。

（ロ）圧電素子：厚さ0.6mm、Ag電極、高Ｑ材。

（ハ）駆動電圧:7Vrms、39.2KHz。

（ニ）スライダ：厚さ1.5mmのフエノール板またはエ
ポキシ板。

以上の主要諸元でなるもので、第３図の切替回路によ
り、極めて円滑な動作を得ることができた。

第１図に示したユニツト（u₁）については、3erdモー
ドで駆動子４を１個設けたものを述べたが、この発明の
ドライブ方法は、この種の共振形の超音波モータ全般に
適用可能であり、phase shiftした波形を自分の中でま
かなう、自己調達法であるために、ドライブ回路を著し
く簡素化することができる利点がある。

次に、第４図、第５図に示すようなユニツト（u₂）の
場合のドライブ方向について説明する。図において、基
体1aは、1stモードで縦、横（Y,X）の両方向に屈曲する
ように圧電素子を設けている。すなわち、基体１の下面
には、縦方向（突き上げ作用）振動用の圧電素子７を設
け、さらに絶縁板９を介して時間遅れ用の出力電圧取出
し用の圧電素子８を積層して貼着し、第１の圧電素子を
形成している。基体1aの対向する両側面には左右方向振
動用の第２の圧電素子10a,10bが貼着されている。4aは
駆動子、6aは取付穴で1stモードの節部に設けられてい
る。

この実施例におけるドライブの左右切替えは、第１図
のものにおけるとは逆に、縦方向（Ｙ方向）振動用の圧
電素子７は１個で固定しておき、左右方向（Ｘ方向）振
動用の圧電素子10aと10bのいずれかを使用することで方
向切替えを行う。

これらの組合せは、多モード化してゆくにつれて任意
に選択し易くなるので、設計には弾力性が持てることに
なる。

次にドライブ方法について述べると、まず、発振器の
出力を圧電素子７に入力して自励発振を起こさせる。そ
して、1stモードによる出力を圧電素子８より取出し、
これを横方向（蹴り出し側）の圧電素子10aまたは10bに
印加することにより、矢印（Ｄ）方向の左右のいずれか
にスライダの移動を切替えることができる。

〔発明の効果〕

この発明は、以上の説明から明らかなように、発振器
出力を突き上げ側の圧電素子に印加したことによつて生
じる二次的な出力を蹴り出し側の圧電素子に印加するよ
うにしたので、位相調節が自動的に行われるので構造を
簡素化することができ、かつ、効率のよい動作を維持す
ることができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図はこの発明の一実施例を説明するための
図であり、第１図に超音波モータを形成するユニツトの
正面図、第２図は印加電圧の線図、第３図は切替回路の
結線図である。第４図、第５図は他の実施例を説明する
ためのもので、第４図は超音波モータを形成する別のユ
ニツトの斜視図、第５図は第４図のものの横断面図であ
る。第６図は従来の超音波モータのドライブ方法を説明
するためのユニツトの正面図である。 1,1a……基体、2a〜2c,3a〜3c,7,8……（第１の）圧電
素子、4,4a……駆動子、5a,5b,10a,10b……（第２の）
圧電素子。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】断面角状の弾性体でなる基体を含む超音波
モータのユニツトに複数個の圧電素子を貼着してなるも
のの前記圧電素子の発振器出力を印加し、前記ユニツト
に突き上げ、蹴り出しの２方向振動を発生させる超音波
モータのドライブ方法において、前記２方向のうちの一
方を担持する複数個の第１の前記圧電素子の一部に前記
発振器出力を印加することによつて前記第１の圧電素子
の残部に発生する出力を、前記２方向のうちの他方を担
持する第２の前記圧電素子に印加することを特徴とする
超音波モータのドライブ方法。