JP2998967B2 - 振動型モータを有する装置 - Google Patents
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/10—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
- H02N2/14—Drive circuits; Control arrangements or methods
- H02N2/142—Small signal circuits; Means for controlling position or derived quantities, e.g. speed, torque, starting, stopping, reversing
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/10—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
- H02N2/12—Constructional details
- H02N2/123—Mechanical transmission means, e.g. for gearing
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は振動波モータ等の振動型モータを駆動源とし
て、各種高精度な定速送り、位置決め等を行なう振動型
モータを有する装置に関するものである。
て、各種高精度な定速送り、位置決め等を行なう振動型
モータを有する装置に関するものである。
［従来の技術］ 振動型モータとしての振動波モータは、進行波の形成
される振動体と、この振動体に加圧接触している部材、
例えばロータとを、進行波により摩擦駆動して相対移動
させるもので、低速領域において安定した回転が得られ
る特性を有し、また振動体と該部材とが加圧状態に保持
されていることから、振動体への駆動通電を断つと、直
ちにその位置で相対移動が停止されるという特長がある
ため、例えばプリンタの紙送り機構や、プリンタの印字
ヘットの駆動機構等の高精度な駆動制御を必要とする装
置の駆動源として用いる提案がなされており、又カメラ
においてフォーカスレンズの駆動等にも用いられてい
る。
される振動体と、この振動体に加圧接触している部材、
例えばロータとを、進行波により摩擦駆動して相対移動
させるもので、低速領域において安定した回転が得られ
る特性を有し、また振動体と該部材とが加圧状態に保持
されていることから、振動体への駆動通電を断つと、直
ちにその位置で相対移動が停止されるという特長がある
ため、例えばプリンタの紙送り機構や、プリンタの印字
ヘットの駆動機構等の高精度な駆動制御を必要とする装
置の駆動源として用いる提案がなされており、又カメラ
においてフォーカスレンズの駆動等にも用いられてい
る。
一方、振動波モータは、公知の如く金属性の例えば環
形状に形成された弾性体に圧電素子を接着したものを振
動体とし、該圧電素子において２群に区分けされた駆動
相に交流電圧を印加することによって、90゜の位相がず
れたこの定在波の合成で進行波（波長λ）を弾性体に形
成するようになっており、該２群の駆動相は、互いに位
置的にλ/4の奇数倍ずれた位置に設けられ、これら両駆
動相に印加する交流電圧は90゜の時間的位相を有してい
る。
形状に形成された弾性体に圧電素子を接着したものを振
動体とし、該圧電素子において２群に区分けされた駆動
相に交流電圧を印加することによって、90゜の位相がず
れたこの定在波の合成で進行波（波長λ）を弾性体に形
成するようになっており、該２群の駆動相は、互いに位
置的にλ/4の奇数倍ずれた位置に設けられ、これら両駆
動相に印加する交流電圧は90゜の時間的位相を有してい
る。
他方、振動体の弾性体に圧接する部材は、該弾性体に
形成される進行波により摩擦駆動されるため、該弾性体
とは摩擦部材を介して圧接されるようになっている。
形成される進行波により摩擦駆動されるため、該弾性体
とは摩擦部材を介して圧接されるようになっている。
そして、高精度の相対移動を得るために、弾性体と摩
擦部材との接触部は非常に高い平面度を有する面に形成
し、且つ、該接触部面とモータの回転軸との直角度を高
い精度で形成し面圧ムラのないようにしている。
擦部材との接触部は非常に高い平面度を有する面に形成
し、且つ、該接触部面とモータの回転軸との直角度を高
い精度で形成し面圧ムラのないようにしている。
［発明が解決しようとしている課題］ しかし、振動波モータの弾性体と摩擦部材との接触面
を高精度の平面に仕上げるには、高度の加工技術を必要
とし、また加工時間が長くなる等の点からコストが高く
なる。
を高精度の平面に仕上げるには、高度の加工技術を必要
とし、また加工時間が長くなる等の点からコストが高く
なる。
そこで、逆に加工時間を短くしてコストを下げようと
すると平面度が悪くなり、特にラップ加工においては時
間短縮のために加圧力を上げると、弾性体及び摩擦材の
平面度が２つに折れ曲がった形になる、いわゆる２つ折
れ現象が発生する傾向にあり、これによって相対移動時
に面圧ムラを招き、回転ムラの原因となる。
すると平面度が悪くなり、特にラップ加工においては時
間短縮のために加圧力を上げると、弾性体及び摩擦材の
平面度が２つに折れ曲がった形になる、いわゆる２つ折
れ現象が発生する傾向にあり、これによって相対移動時
に面圧ムラを招き、回転ムラの原因となる。
また、面圧ムラは、弾性体に形成したスリットや、ロ
ータの偏心、進行波のムラ、すなわち進行波の腹の位置
が弾性体のどの位置にあるかによって進行波の振幅が変
動する現象の影響が増長され、振動波モータによって駆
動される各被駆動部が振動し、制御が難しくなる場合が
あった。
ータの偏心、進行波のムラ、すなわち進行波の腹の位置
が弾性体のどの位置にあるかによって進行波の振幅が変
動する現象の影響が増長され、振動波モータによって駆
動される各被駆動部が振動し、制御が難しくなる場合が
あった。
本出願に係る発明の目的は、このような問題を解決
し、被駆動部が面圧ムラ等の影響によって振動すること
をなくし、装置全体の安定駆動を可能とした振動型モー
タを有する装置を提供することにある。
し、被駆動部が面圧ムラ等の影響によって振動すること
をなくし、装置全体の安定駆動を可能とした振動型モー
タを有する装置を提供することにある。
［課題を解決するための手段］ 本出願に係る発明の目的を達成するための手段の一つ
は、弾性体に配された電気−機械エネルギー変換素子の
複数の駆動相に位相の異なる周波信号を印加することで
複数の定在波を励起し、これらの定在波の合成にて駆動
力を得る振動型モータを有する装置において、該駆動力
にて駆動される被駆動体または該被駆動体及び駆動力を
伝達する伝達駆動系にて構成される共振系の固有振動数
と、前記定在波の数に対応して決定されるモータのワウ
フラッターの周波数を一致または接近しないように前記
共振系の固有振動数或いは定在波の数の少なくとも一方
を設定したことを特徴とする振動型モータを有する装置
にある。
は、弾性体に配された電気−機械エネルギー変換素子の
複数の駆動相に位相の異なる周波信号を印加することで
複数の定在波を励起し、これらの定在波の合成にて駆動
力を得る振動型モータを有する装置において、該駆動力
にて駆動される被駆動体または該被駆動体及び駆動力を
伝達する伝達駆動系にて構成される共振系の固有振動数
と、前記定在波の数に対応して決定されるモータのワウ
フラッターの周波数を一致または接近しないように前記
共振系の固有振動数或いは定在波の数の少なくとも一方
を設定したことを特徴とする振動型モータを有する装置
にある。
［作用］ 上記した構成の振動型モータを有する装置は、振動型
モータの２つ折れ現象に対応する速度変化（ワウフラッ
ター）の周波数成分の影響を回避しているので、被駆動
体が振動を発生することなく駆動される。
モータの２つ折れ現象に対応する速度変化（ワウフラッ
ター）の周波数成分の影響を回避しているので、被駆動
体が振動を発生することなく駆動される。
［実 施 例］ 実施例１ 第１図は本発明の振動型モータを有する装置の実施例
１を示す図である。
１を示す図である。
本実施例は、円環型の振動型モータとしての振動波モ
ータＡによってシート搬送用のローラ９をフィードバッ
ク制御により回転駆動するもので、振動波モータＡとロ
ータ９とはバネ構造を有する第１のカップリングにより
接続され、ロータ９とエンコーダ13とはバネ構造を有す
る第２のカップリング11により接続されており、ローラ
９の回転状態をエンコーダ13により検出し、その検出信
号に基づき振動波モータ駆動回路５が所定の回転速度で
振動波モータＡを駆動するように構成している。
ータＡによってシート搬送用のローラ９をフィードバッ
ク制御により回転駆動するもので、振動波モータＡとロ
ータ９とはバネ構造を有する第１のカップリングにより
接続され、ロータ９とエンコーダ13とはバネ構造を有す
る第２のカップリング11により接続されており、ローラ
９の回転状態をエンコーダ13により検出し、その検出信
号に基づき振動波モータ駆動回路５が所定の回転速度で
振動波モータＡを駆動するように構成している。
振動波モータＡは、進行波の形成される円環状の振動
体１に、ロータ４が摩擦部材３を介して圧接されてお
り、振動体１に形成される進行波により、ロータ４と一
体の摩擦部材３が摩擦駆動されてロータ４が所定方向に
回転駆動される。振動体１は、金属材料からなる円環状
の弾性体1aの一端面側（駆動面とは反対面側）に駆動用
の圧電素子群等を含む圧電素子３を接着し、また弾性体
1aの駆動面側には、周方向に沿ってスリット1cを複数形
成して振動の中立軸を下げ、スリットＳ間に形成される
突起1bの端面を摩擦部材３に圧接させている。
体１に、ロータ４が摩擦部材３を介して圧接されてお
り、振動体１に形成される進行波により、ロータ４と一
体の摩擦部材３が摩擦駆動されてロータ４が所定方向に
回転駆動される。振動体１は、金属材料からなる円環状
の弾性体1aの一端面側（駆動面とは反対面側）に駆動用
の圧電素子群等を含む圧電素子３を接着し、また弾性体
1aの駆動面側には、周方向に沿ってスリット1cを複数形
成して振動の中立軸を下げ、スリットＳ間に形成される
突起1bの端面を摩擦部材３に圧接させている。
６はロータ４の回転軸を軸支するベアリング、8,10ロ
ーラ９の回転軸を軸支するベアリング、12はエンコーダ
13の入力軸を軸支するベアリングである。ベアリング６
は偏心を規制するもので、回転軸の軸方向の規制は、不
図示のロータ４を振動体１に加圧機構による。
ーラ９の回転軸を軸支するベアリング、12はエンコーダ
13の入力軸を軸支するベアリングである。ベアリング６
は偏心を規制するもので、回転軸の軸方向の規制は、不
図示のロータ４を振動体１に加圧機構による。
振動波モータ駆動回路５は、振動波モータＡの設定速
度と、エンコーダ13で検出した速度とを比較して、一定
速度でローラ９が回転するように、振動波モータＡの圧
電素子２の駆動用圧電素子群に印加する交流電圧の振幅
を変化させる。
度と、エンコーダ13で検出した速度とを比較して、一定
速度でローラ９が回転するように、振動波モータＡの圧
電素子２の駆動用圧電素子群に印加する交流電圧の振幅
を変化させる。
このように構成された軸系において、ロータ４の軸、
第１のカップリング７およびロータ９を第１の共振系
（固有振動数をF1とする）、ロータ９の軸、第２のカッ
プリング11およびエンコーダ13を第２の共振系（固有振
動数をF2とする）とし、これらの共振系の固有振動F1,F
2を、振動波モータＡの２つ折れ現象に対応する速度変
化（ワウフラッター）の周波数成分f1、進行波のムラの
特に定在波の数に対応する速度変化（ワウフラッター）
の周波数成分f2、スリットの数に対応する速度変化（ワ
ウフラッター）の周波数成分f3、ロータの偏心に対応す
る速度変化の周波数成分f4、進行波のムラに対応する一
番低次の速度変化（ワウフラッター）の周波数成分f5か
ら外れるように設定している。
第１のカップリング７およびロータ９を第１の共振系
（固有振動数をF1とする）、ロータ９の軸、第２のカッ
プリング11およびエンコーダ13を第２の共振系（固有振
動数をF2とする）とし、これらの共振系の固有振動F1,F
2を、振動波モータＡの２つ折れ現象に対応する速度変
化（ワウフラッター）の周波数成分f1、進行波のムラの
特に定在波の数に対応する速度変化（ワウフラッター）
の周波数成分f2、スリットの数に対応する速度変化（ワ
ウフラッター）の周波数成分f3、ロータの偏心に対応す
る速度変化の周波数成分f4、進行波のムラに対応する一
番低次の速度変化（ワウフラッター）の周波数成分f5か
ら外れるように設定している。
なお、f1,f2,f3,f4,f5は下記式により求められる。
f1＝２・Ａ・Ｎ f2＝２・Ａ・Ｓ・Ｔ・Ｎ f3＝Ａ・Ｍ・Ｎ f4＝Ａ・Ｎ f5＝２・Ａ・Ｓ・Ｎ 但し、Ａは整数（1,2,3…）、Ｎは回転数（rps）、Ｓ
は進行波の波数、Ｔは合成する定在波の数、Ｍはスリッ
ト又は突起の数である。
は進行波の波数、Ｔは合成する定在波の数、Ｍはスリッ
ト又は突起の数である。
ここで、振動波モータの回転数（Ｎ）を100（rpm）、
進行波の波数（Ｓ）を８、スリットの数（μ）を90、Ａ
＝１とすると、上記した周波数成分f1,f2,f3は、f1＝3.
3（Hz）、f2＝53.3（Hz）、f3＝150（Hz）、f4＝1.7（H
z）、f5＝26.7（Hz）となる。
進行波の波数（Ｓ）を８、スリットの数（μ）を90、Ａ
＝１とすると、上記した周波数成分f1,f2,f3は、f1＝3.
3（Hz）、f2＝53.3（Hz）、f3＝150（Hz）、f4＝1.7（H
z）、f5＝26.7（Hz）となる。
したがって、上記した第１の共振系の固有振動数F1、
第２の共振系の固有振動数F2はこれらの周波数成分f1,f
2,f3,f4,f5を避けるように構成すればよいことになる。
第２の共振系の固有振動数F2はこれらの周波数成分f1,f
2,f3,f4,f5を避けるように構成すればよいことになる。
第１の共振系における軸の合成のねじりバネ定数を
K1、ローラ９のイナーシャをJ1とし、また第２の共振系
における軸のねじりバネ定数をK2、エンコーダ13のイナ
ーシャをJ2とし、イナーシャJ1はイナーシャJ2に対して
非常に大きく、バネ定数K1はバネ定数K2に対して非常に
大きいとすれば、 となる。
K1、ローラ９のイナーシャをJ1とし、また第２の共振系
における軸のねじりバネ定数をK2、エンコーダ13のイナ
ーシャをJ2とし、イナーシャJ1はイナーシャJ2に対して
非常に大きく、バネ定数K1はバネ定数K2に対して非常に
大きいとすれば、 となる。
ここで、実際にはローラ９や、エンコーダ13のイナー
シャが最初にほぼ決定されるため、F1とF2が1.7［Hz］,
3.3［Hz］,26.7［Hz］,53.3［Hz］,150［Hz］をさける
ように、カップリング７やカップリング11あるいはロー
タ４の軸、ローラ９の軸、エンコーダ13の軸等のねじれ
バネ定数を、使用時の環境温度や負荷トルク等を考えに
入れて設定される。又、どうしても機械的な変更が難し
い場合は振動体１のスリットの数や、進行波の波数を変
更しても良い。又、許されるならば回転数を変えること
も有効である。本特許を実施できない場合や更に減衰さ
せなければならない場合は、液体や気体の粘性やゴム等
の粘弾性を利用したダンパーや、摩擦による減衰や、磁
力等を利用したダンパー等を用いてねじれ振動を減衰さ
せることができる。
シャが最初にほぼ決定されるため、F1とF2が1.7［Hz］,
3.3［Hz］,26.7［Hz］,53.3［Hz］,150［Hz］をさける
ように、カップリング７やカップリング11あるいはロー
タ４の軸、ローラ９の軸、エンコーダ13の軸等のねじれ
バネ定数を、使用時の環境温度や負荷トルク等を考えに
入れて設定される。又、どうしても機械的な変更が難し
い場合は振動体１のスリットの数や、進行波の波数を変
更しても良い。又、許されるならば回転数を変えること
も有効である。本特許を実施できない場合や更に減衰さ
せなければならない場合は、液体や気体の粘性やゴム等
の粘弾性を利用したダンパーや、摩擦による減衰や、磁
力等を利用したダンパー等を用いてねじれ振動を減衰さ
せることができる。
又、エンコーダ等のディジタル的なセンサを用いて制
御する場合エンコーダからフィードバックされる信号の
周波数のワウフラが発生することは知られているが、使
用時に問題があればこの周波数と共振系の固有振動数を
一致又は近接しないようにすることは当然である。
御する場合エンコーダからフィードバックされる信号の
周波数のワウフラが発生することは知られているが、使
用時に問題があればこの周波数と共振系の固有振動数を
一致又は近接しないようにすることは当然である。
又、バースト信号で駆動するような積極的にワウフラ
を発生させるような制御を用いる場合において、そのワ
ウフラの周波数と共振系の固有振動数を一致又は近接し
ないようにすることは当然である。
を発生させるような制御を用いる場合において、そのワ
ウフラの周波数と共振系の固有振動数を一致又は近接し
ないようにすることは当然である。
又、共振系の固有振動数の内、実際に使用する時に、
あまり問題とならなければワウフラの周波数と一致、又
は近接させても良いことは当然である。
あまり問題とならなければワウフラの周波数と一致、又
は近接させても良いことは当然である。
以上はモータＡによる被駆動側の構成についてである
が、モータＡの内部についても同様のことが言える。
が、モータＡの内部についても同様のことが言える。
上記実施例では、F1とF2を1.7［Hz］、3.3［Hz］、5
3.3［Hz］、150［Hz］をさけると記したが、この程度の
低い周波数の場合通常はカップリングや軸の剛性を上げ
て、F1とF2を150［Hz］より十分高い周波数にし、且つ
Ａが２以上の場合のf1,f2,f3,f4をさけるか減衰させる
ように構成される。
3.3［Hz］、150［Hz］をさけると記したが、この程度の
低い周波数の場合通常はカップリングや軸の剛性を上げ
て、F1とF2を150［Hz］より十分高い周波数にし、且つ
Ａが２以上の場合のf1,f2,f3,f4をさけるか減衰させる
ように構成される。
実施例２ 第２図はおよその速度を指令すると、状況に応じて最
適な速度で回転するように振動波モータを制御する振動
型モータを有する装置のブロック図である。
適な速度で回転するように振動波モータを制御する振動
型モータを有する装置のブロック図である。
速度領域指令手段50によって最適速度を最適速度選択
手段51に指令すると、最適速度選択手段51では、状態検
出手段52によって検出された各種のパラメータや振動波
モータの速度制御しやすい回転速度のデータテーブルを
用いて、たとえばファジィ制御の手法によって最適速度
を選択し、速度制御回路53に対して速度指令を出す。速
度制御回路53は、速度指令と速度検出手段54で検出した
振動波モータ55の回転速度とを比較し、振動波モータ55
の回転速度が速度指令と等しくなるように制御してい
る。
手段51に指令すると、最適速度選択手段51では、状態検
出手段52によって検出された各種のパラメータや振動波
モータの速度制御しやすい回転速度のデータテーブルを
用いて、たとえばファジィ制御の手法によって最適速度
を選択し、速度制御回路53に対して速度指令を出す。速
度制御回路53は、速度指令と速度検出手段54で検出した
振動波モータ55の回転速度とを比較し、振動波モータ55
の回転速度が速度指令と等しくなるように制御してい
る。
第３図は振動波モータの速度制御のしやすい領域を示
す図である。ａは振動体１の２つ折れによって発生する
ワウフラッタの周波数と、回転速度の関係で、ａ′はａ
の傾きの２倍としたものであり、ａで示すワウフラッタ
の高周波成分である。
す図である。ａは振動体１の２つ折れによって発生する
ワウフラッタの周波数と、回転速度の関係で、ａ′はａ
の傾きの２倍としたものであり、ａで示すワウフラッタ
の高周波成分である。
ｂは、２つの定在波の合成で９波の進行波を発生した
時進行波の振幅ムラと振動体の２つ折れによって発生す
るワウフラッタの周波数と、回転速度の関係で、ｂ′は
傾きの２倍としたものであり、ｂで示すワウフラッタの
高周波成分である。
時進行波の振幅ムラと振動体の２つ折れによって発生す
るワウフラッタの周波数と、回転速度の関係で、ｂ′は
傾きの２倍としたものであり、ｂで示すワウフラッタの
高周波成分である。
ｃは、振動体に形成された60箇所の一定間隔のスリッ
トと、振動体の２つ折れによって発生するワウフラッタ
の周波数と回転速度の関係で、ｃ′はｃの傾きの２倍と
したものであり、ｃで示すワウフラッタの高周波成分で
ある。
トと、振動体の２つ折れによって発生するワウフラッタ
の周波数と回転速度の関係で、ｃ′はｃの傾きの２倍と
したものであり、ｃで示すワウフラッタの高周波成分で
ある。
図中の斜線部分は、前述の第１及び第２の共振系の固
有振動数F1,F2とワウフラッタの周波数が近接してしま
う回転速度領域を示しており、この領域をはずせば比較
的制御しやすくなり、ワウフラッタも減少する。
有振動数F1,F2とワウフラッタの周波数が近接してしま
う回転速度領域を示しており、この領域をはずせば比較
的制御しやすくなり、ワウフラッタも減少する。
なお、多種のモータの中からモータを選択する選択手
段によって選択されたモータで多種の用途に使用する機
械あるいはそれぞれ異なる１つの用途に使用する多種の
機械から選択した機械を駆動する装置において、振動波
モータの種類を振動体の大きさや、振動体上に構成され
たスリットの溝深さを変えたものだけでなく、スリット
の数や、進行波の波数も変えたものをそろえておくこと
で、機械の固有振動数と、回転速度のデータをもとにし
て、ワウフラッタ特性の一番良いモータを選択すること
で、ワウフラ性能の良い振動波モータ装置を構成するこ
とができる。
段によって選択されたモータで多種の用途に使用する機
械あるいはそれぞれ異なる１つの用途に使用する多種の
機械から選択した機械を駆動する装置において、振動波
モータの種類を振動体の大きさや、振動体上に構成され
たスリットの溝深さを変えたものだけでなく、スリット
の数や、進行波の波数も変えたものをそろえておくこと
で、機械の固有振動数と、回転速度のデータをもとにし
て、ワウフラッタ特性の一番良いモータを選択すること
で、ワウフラ性能の良い振動波モータ装置を構成するこ
とができる。
実施例３ 振動体のスリット又は突起構造と摩擦部材とを加圧接
触させ、接触部を境にして振動体と摩擦部材が相対運動
する振動波リニアモータ装置において、第４図に示す如
く、弾性体にスリット構造を持つ振動体14が摩擦材15上
の傷等の障害の上を相対速度Ｖ［m/s］で動いている場
合、図（ａ）に示すように突起部が障害の頂点にさしか
かった後、図（ｂ）に示すように溝部が障害の頂点にさ
しかかり、これを繰返すと、突起部が障害を越えるたび
に振動体の加圧状態等が変化して相対速度Ｖ［m/s］が
変動してしまう。第５図はこのような速度ムラの影響を
排除した振動波リニアモータ装置の実施例である。16
は、振動体14を支持する支持棒、17は支持棒16を固定し
てあるキャリッジ、18はキャリッジ17を固定する軸棒、
19はリニアベアリングである。ここで、振動体14の重さ
と、支持棒16のバネで構成される共振系の固有振動数
が、Ａ・V/L［Hz］、（Ｖは相対速度（m/s）、Ｌは接触
部のスリット又は突起の間隔（ｍ）、Ａは整数、1,2
…）と一致あるいは近接しないように振動体14の重さ、
あるいは支持棒16の剛性、あるいは速度Ｖ［m/s］を設
定することで、低速制御をした場合のワウフラッタが非
常に少なくなる。
触させ、接触部を境にして振動体と摩擦部材が相対運動
する振動波リニアモータ装置において、第４図に示す如
く、弾性体にスリット構造を持つ振動体14が摩擦材15上
の傷等の障害の上を相対速度Ｖ［m/s］で動いている場
合、図（ａ）に示すように突起部が障害の頂点にさしか
かった後、図（ｂ）に示すように溝部が障害の頂点にさ
しかかり、これを繰返すと、突起部が障害を越えるたび
に振動体の加圧状態等が変化して相対速度Ｖ［m/s］が
変動してしまう。第５図はこのような速度ムラの影響を
排除した振動波リニアモータ装置の実施例である。16
は、振動体14を支持する支持棒、17は支持棒16を固定し
てあるキャリッジ、18はキャリッジ17を固定する軸棒、
19はリニアベアリングである。ここで、振動体14の重さ
と、支持棒16のバネで構成される共振系の固有振動数
が、Ａ・V/L［Hz］、（Ｖは相対速度（m/s）、Ｌは接触
部のスリット又は突起の間隔（ｍ）、Ａは整数、1,2
…）と一致あるいは近接しないように振動体14の重さ、
あるいは支持棒16の剛性、あるいは速度Ｖ［m/s］を設
定することで、低速制御をした場合のワウフラッタが非
常に少なくなる。
又、進行波にムラがあると、更に別の周波数のワウフ
ラッタが発生するが、第７図は定在波Ａと定在波Ｂの合
成による進行波の波頭の軌跡を示した図で、図の定在波
Ａと定在波Ｂの波形は、それぞれの最大振幅を表わして
いる。このような振幅の異なる定在波を合成すると、１
波長（Ｒ）だけ進行波が移動する間に進行波の振幅は、
２周期の変動をともなう。したがって、障害を振動体14
が越えるとき、振動体14が１波長移動する間に２周期の
速度変動が発生するため、上記共振系の固有振動数が、
２・Ａ・V/R（Ｖは相対速度（m/s）、Ｒは定在波の波長
［ｍ］、Ａは整数1,2…）と一致あるいは近接しないよ
うに振動体14の重さ、あるいは支持棒16の剛性あるいは
速度Ｖ［m/s］を設定することで、ワウフラッタを非常
に小さくできる。
ラッタが発生するが、第７図は定在波Ａと定在波Ｂの合
成による進行波の波頭の軌跡を示した図で、図の定在波
Ａと定在波Ｂの波形は、それぞれの最大振幅を表わして
いる。このような振幅の異なる定在波を合成すると、１
波長（Ｒ）だけ進行波が移動する間に進行波の振幅は、
２周期の変動をともなう。したがって、障害を振動体14
が越えるとき、振動体14が１波長移動する間に２周期の
速度変動が発生するため、上記共振系の固有振動数が、
２・Ａ・V/R（Ｖは相対速度（m/s）、Ｒは定在波の波長
［ｍ］、Ａは整数1,2…）と一致あるいは近接しないよ
うに振動体14の重さ、あるいは支持棒16の剛性あるいは
速度Ｖ［m/s］を設定することで、ワウフラッタを非常
に小さくできる。
又、第８図、第９図に定在波の数に起因する進行波ム
ラを示す。第８図は定在波数が３、第９図は定在波数が
４である。
ラを示す。第８図は定在波数が３、第９図は定在波数が
４である。
図示した定在波の波形は、それぞれの最大振幅を表わ
している。
している。
図からわかるように、進行波の波頭の軌跡は１波長の
間に定在波数が３の場合は６周期、定在波数４の場合は
４周期の変動がある。したがって、障害を振動体14が越
えるとき、振動体14が１波長移動する間に、それぞれ６
周期と４周期の速度変動が発生するため、上記共振系の
固有振動数が、定在波数が奇数の３の場合は２・Ａ・Ｖ
・T/R＝６・Ａ・V/R、定在波数が偶数の４の場合はＡ・
Ｖ・T/R＝４・Ａ・V/R（Ｖは相対速度（m/s）、Ｒは定
在波の波長（ｍ）、Ｔは定在波の数、Ａは整数1,2…）
とそれぞれ一致あるいは近接しないように振動体14の重
さ、あるいは支持棒16の剛性あるいは速度Ｖ（m/s）等
を設定することで、ワウフラッタを非常に小さくでき
る。
間に定在波数が３の場合は６周期、定在波数４の場合は
４周期の変動がある。したがって、障害を振動体14が越
えるとき、振動体14が１波長移動する間に、それぞれ６
周期と４周期の速度変動が発生するため、上記共振系の
固有振動数が、定在波数が奇数の３の場合は２・Ａ・Ｖ
・T/R＝６・Ａ・V/R、定在波数が偶数の４の場合はＡ・
Ｖ・T/R＝４・Ａ・V/R（Ｖは相対速度（m/s）、Ｒは定
在波の波長（ｍ）、Ｔは定在波の数、Ａは整数1,2…）
とそれぞれ一致あるいは近接しないように振動体14の重
さ、あるいは支持棒16の剛性あるいは速度Ｖ（m/s）等
を設定することで、ワウフラッタを非常に小さくでき
る。
実施例４ 第６図は実施例４を示す。振動波モータは振動体１と
ロータ４の平行度が悪くても、片当りして加圧ムラがで
きる。しかし、平行度を出すために工作精度や組立精度
を高くすることは、前述のようにコスト高になるため、
摩擦部材３と姿勢を保持する部材（例えばベアリング20
に保持されている軸20など）の間にゴムなどの低弾性率
の材料からなる部材22を用いて加圧ムラを低減させるの
が一般的である。従って低弾性率の材料（ここではゴム
で代表する）の弾性と外部イナーシャにより共振系が作
られる。
ロータ４の平行度が悪くても、片当りして加圧ムラがで
きる。しかし、平行度を出すために工作精度や組立精度
を高くすることは、前述のようにコスト高になるため、
摩擦部材３と姿勢を保持する部材（例えばベアリング20
に保持されている軸20など）の間にゴムなどの低弾性率
の材料からなる部材22を用いて加圧ムラを低減させるの
が一般的である。従って低弾性率の材料（ここではゴム
で代表する）の弾性と外部イナーシャにより共振系が作
られる。
例えば横弾性率Ｇで、厚みｔのゴム22が平均接触半径
ｒ、接触面積Ｓで第６図のように取り付けられていると
すると、ねじり剛性Ｋは Ｋ＝Gr2s/t と表わされる。
ｒ、接触面積Ｓで第６図のように取り付けられていると
すると、ねじり剛性Ｋは Ｋ＝Gr2s/t と表わされる。
従って外部イナーシャＪとは、周波数ｆ 共振する。具体例で共振周波数を計算すると、 横弾性率Ｇ＝１×106N/m2、厚み1mm、φ45−φ35のゴ
ムが使われているモータが、10kgcm2の外部イナーシャ
をもつとき ｔ＝1.0×10-3（ｍ）,r＝2.0×10-2（ｍ）,S＝6.28×
10-4（m2）,J＝1.0×10-3（kgm2）を式に代入して となる。また式より明らかに共振周波数ｆはゴムの平均
接触半径ｒ、厚みｔ、接触面積Ｓの関数であり、回転数
によって不可否の回転ムラの周波数と離すことはゴムの
形状を変えることにより行なうことができる。
ムが使われているモータが、10kgcm2の外部イナーシャ
をもつとき ｔ＝1.0×10-3（ｍ）,r＝2.0×10-2（ｍ）,S＝6.28×
10-4（m2）,J＝1.0×10-3（kgm2）を式に代入して となる。また式より明らかに共振周波数ｆはゴムの平均
接触半径ｒ、厚みｔ、接触面積Ｓの関数であり、回転数
によって不可否の回転ムラの周波数と離すことはゴムの
形状を変えることにより行なうことができる。
また、摩擦部材３が低弾性率の材料からなるときも、
同様の計算により共振周波数が求まる。
同様の計算により共振周波数が求まる。
［発明の効果］ 以上説明してきたように、本発明によれば、振動波モ
ータ等の振動型モータの加工精度を下げても、これによ
って発生するワウフラッタの周波数と装置を構成する各
部の固有振動数を一致あるいは近接しないように振動型
モータの振動体のスリット数や進行波の波数や、回転速
度等や、該装置を構成する各部の固有振動数を設定する
ことによって、高精度な速度制御が可能となるため、低
価格で且つ高精度な振動型モータを有する装置を提供す
ることが可能となる。
ータ等の振動型モータの加工精度を下げても、これによ
って発生するワウフラッタの周波数と装置を構成する各
部の固有振動数を一致あるいは近接しないように振動型
モータの振動体のスリット数や進行波の波数や、回転速
度等や、該装置を構成する各部の固有振動数を設定する
ことによって、高精度な速度制御が可能となるため、低
価格で且つ高精度な振動型モータを有する装置を提供す
ることが可能となる。
第１図は本発明による振動型モータを有する装置をシー
ト搬送機構に用いた実施例１を示す図、第２図は状況に
応じて自動的に最適な速度で振動波モータを制御する振
動型モータを有する装置の実施例２のブロック図、第３
図は振動波モータの最適な速度領域の一例を示す図、第
４図（ａ），（ｂ）はリニア型振動波モータのスリット
構造と摩擦部材との接触部の側面図、第５図（ａ），
（ｂ）はリニア型振動型モータを有する装置の実施例の
３を示す平面図及び側面図、第６図は実施例４の環状振
動波モータを示す図、第７図は進行波ムラの第１の例を
示す図、第８図は進行波ムラの第２の例を示す図、第９
図は進行波ムラの第３の例を示す図である。 1:振動体、2:圧電素子 3:摩擦部材、4:ロータ 5:振動波モータ駆動回路 6,8,10,12:ベアリング 7,11:カップリング 9:ローラ、13:エンコーダ
ト搬送機構に用いた実施例１を示す図、第２図は状況に
応じて自動的に最適な速度で振動波モータを制御する振
動型モータを有する装置の実施例２のブロック図、第３
図は振動波モータの最適な速度領域の一例を示す図、第
４図（ａ），（ｂ）はリニア型振動波モータのスリット
構造と摩擦部材との接触部の側面図、第５図（ａ），
（ｂ）はリニア型振動型モータを有する装置の実施例の
３を示す平面図及び側面図、第６図は実施例４の環状振
動波モータを示す図、第７図は進行波ムラの第１の例を
示す図、第８図は進行波ムラの第２の例を示す図、第９
図は進行波ムラの第３の例を示す図である。 1:振動体、2:圧電素子 3:摩擦部材、4:ロータ 5:振動波モータ駆動回路 6,8,10,12:ベアリング 7,11:カップリング 9:ローラ、13:エンコーダ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H02N 2/00
Claims (9)
- 【請求項１】弾性体に配された電気−機械エネルギー変
換素子の複数の駆動相に位相の異なる周波信号を印加す
ることで複数の定在波を励起し、これらの定在波の合成
にて駆動力を得る振動型モータを有する装置において、 該駆動力にて駆動される被駆動体または該被駆動体及び
駆動力を伝達する伝達駆動系にて構成される共振系の固
有振動数と、前記定在波の数に対応して決定されるモー
タのワウフラッターの周波数を一致または接近しないよ
うに前記共振系の固有振動数或いは定在波の数の少なく
とも一方を設定したことを特徴とする振動型モータを有
する装置。 - 【請求項２】弾性体に配された電気−機械エネルギー変
換素子の複数の駆動相に位相の異なる周波信号を印加す
ることで複数の定在波を励起し、これらの定在波の合成
にて駆動力を得る振動型モータを駆動源とし、該モータ
にて１又は２以上の被駆動体を駆動する振動型モータを
有する装置において、 該モータの２・Ａ・Ｎ（但し、Ａは整数、Ｎは回転速
度）で求められる速度変化の周波数成分のうち少なくと
もＡ＝１とした時の周波数と、１又は２以上の被駆動体
又は、１又は２以上の被駆動体及びこれらの動力伝達駆
動系によって構成される１又は２以上の共振系の１又は
２以上の固有振動数の少なくとも１つの固有振動数とが
一致あるいは近接しないように、該固有振動数或いは回
転速度の少なくとも一方のファクターの値を設定したこ
とを特徴とする振動型モータを有する装置。 - 【請求項３】弾性体に配された電気−機械エネルギー変
換素子の複数の駆動相に位相の異なる周波信号を印加す
ることにより複数の定在波を励起し、これらの定在波の
合成にて進行波を形成し、駆動力を得る振動型モータを
駆動源とし、該モータにて１又は２以上の被駆動体を駆
動する振動型モータを有する装置において、 該モータのＡ・Ｓ・Ｔ・Ｎ（Ｔが偶数）又は２・Ａ・Ｓ
・Ｔ・Ｎ（Ｔが奇数）（但し、Ａは整数、Ｓは進行波の
波数、Ｔは合成する定在波の数、Ｎは回転速度）で求め
られる速度変化の周波数成分のうち少なくともＡ＝１と
したときの周波数と、１又は２以上の被駆動体又は、１
又は２以上の被駆動体及びこれらの動力伝達駆動系によ
って構成される１又は２以上の共振系の１又は２以上の
固有振動数の少なくとも１つの固有振動数とが一致或い
は近接しないように、該固有振動数或いは回転速度或い
は定在波の数或いは進行波の波数の少なくとも１以上の
ファクターの値を設定したことを特徴とする振動型モー
タを有する装置。 - 【請求項４】一方の面に複数のスリット或いは突起が所
定間隔で設けられた弾性体の他方の面に配された電気−
機械エネルギー変換素子の複数の駆動相に位相の異なる
周波信号を印加することにより複数の定在波を励起し、
これらの定在波の合成にて駆動力を得る振動型モータを
駆動源とし、該モータにて１または２以上の被駆動体を
駆動する振動型モータを有する装置において、 該モータのＡ・Ｍ・Ｎ（但し、Ａは整数、Ｍはスリット
又は突起の数、Ｎは回転速度）で求められる速度変化の
周波数成分のうち少なくともＡ＝１とした時の周波数
と、１又は２以上の被駆動体又は、１又は２以上の被駆
動体及びこれらの動力伝達駆動系によって構成される１
又は２以上の共振系の１又は２以上の固有振動数の少な
くとも１つの固有振動数とが一致或いは近接しないよう
に、該固有振動数或いは回転速度或いはスリット又は突
起の数の少なくとも１つのファクターの値を設定したこ
とを特徴とする振動型モータを有する装置。 - 【請求項５】弾性体に配された電気−機械エネルギー変
換素子の複数の駆動相に位相の異なる周波信号を印加す
ることにより複数の定在波を励起し、これらの定在波の
合成にて進行波を形成し、駆動力を得る振動型モータを
駆動源とし、該モータにて１又は２以上の被駆動体を駆
動する振動型モータを有する装置において、 該モータの２・Ａ・Ｓ・Ｎ（但し、Ａは整数、Ｓは進行
波の波数、Ｎは回転速度）で求められる速度変化の周波
数成分のうち少なくともＡ＝１とした時の周波数と、１
又は２以上の被駆動体又は、１又は２以上の被駆動体及
びこれらの動力伝達駆動系によって構成される１又は２
以上の共振系の１又は２以上の固有振動数の少なくとも
１つの固有振動数とが一致或いは近接しないように、該
固有振動数或いは回転速度或いは進行波の波数の少なく
とも１以上のファクターの値を設定したことを特徴とす
る振動型モータを有する装置。 - 【請求項６】弾性体に配された電気−機械エネルギー変
換素子の複数の駆動相に位相の異なる周波信号を印加す
ることにより複数の定在波を励起し、これらの定在波の
合成にて駆動力を得る振動型モータを駆動源とし、該モ
ータにて１又は２以上の被駆動体を駆動する振動型モー
タを有する装置において、 該モータのＡ・Ｖ・T/R（Ｔが偶数）又は２・Ａ・Ｖ・T
/R（Ｔが奇数）（但し、Ａは整数、Ｖはモータの相対速
度、Ｔは定在波の数、Ｒは定在波の波長）で求められる
速度変化の周波数成分のうち少なくともＡ＝１とした時
の周波数と、１又は２以上の被駆動体又は、１又は２以
上の被駆動体及びこれらの動力伝達駆動系によって構成
される１又は２以上の共振系の１又は２以上の固有振動
数の少なくとも１つの固有振動数とが一致或いは近接し
ないように、該固有振動数或いは相対速度或いは定在波
の数或いは定在波の波長の少なくとも１以上のファクタ
ーの値を設定したことを特徴とする振動型モータを有す
る装置。 - 【請求項７】一方の面に複数のスリット或いは突起が所
定間隔で設けられた弾性体の他方の面に配された電気−
機械エネルギー変換素子の複数の駆動相に位相の異なる
周波信号を印加することにより複数の定在波を励起し、
これらの定在波の合成にて駆動力を得る振動型モータを
駆動源とし、該モータにて１または２以上の被駆動体を
駆動する振動型モータを有する装置において、 該モータのＡ・V/L（但し、Ａは整数、Ｖは相対速度、
Ｌはスリット又は突起の間隔）で求められる速度変化の
周波数成分のうち少なくともＡ＝１とした時の周波数
と、１又は２以上の被駆動体又は、１又は２以上の被駆
動体及びこれらの動力伝達駆動系によって構成される１
又は２以上の共振系の１又は２以上の固有振動数の少な
くとも１つの固有振動数とが一致或いは近接しないよう
に、該固有振動数或いは相対速度或いはスリット或いは
突起の間隔の少なくとも１つのファクターの値を設定し
たことを特徴とする振動型モータを有する装置。 - 【請求項８】弾性体に配された電気−機械エネルギー変
換素子の複数の駆動相に位相の異なる周波信号を印加す
ることにより複数の定在波を励起し、これらの定在波の
合成にて駆動力を得る振動型モータを駆動源とし、該モ
ータにて１又は２以上の被駆動体を駆動する振動型モー
タを有する装置において、 該モータの２・Ａ・V/R（但し、Ａは整数、Ｖはモータ
の相対速度、Ｒは定在波の波長）で求められる速度変化
の周波数成分のうち少なくともＡ＝１とした時の周波数
と、１又は２以上の被駆動体又は、１又は２以上の被駆
動体及びこれらの動力伝達駆動系によって構成される１
又は２以上の共振系の１又は２以上の固有振動数の少な
くとも１つの固有振動数とが一致或いは近接しないよう
に、該固有振動数或いは相対速度或いは定在波の波長の
少なくとも１以上のファクターの値を設定したことを特
徴とする振動型モータを有する装置。 - 【請求項９】一方の面に複数のスリット或いは突起が所
定間隔で設けられた弾性体の他方の面に配された電気−
機械エネルギー変換素子の複数の駆動相に位相の異なる
周波信号を印加することにより複数の定在波を励起し、
これらの定在波の合成にて駆動力を得る振動型モータを
有する装置において、 該駆動力にて駆動される被駆動体または該被駆動体及び
駆動力を伝達する伝達駆動系によって構成される共振系
の固有振動数と、前記スリット或いは突起の数に対応し
て決定されるモータのワウフラッターの周波数を一致或
いは近接しないように、前記固有振動数或いはスリット
又は突起の内少なくとも一つのファクターの値を設定し
たことを特徴とする振動型モータを有する装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002989A JP2998967B2 (ja) | 1990-01-10 | 1990-01-10 | 振動型モータを有する装置 |
| EP91300049A EP0437319B1 (en) | 1990-01-10 | 1991-01-04 | Vibration wave driven motor apparatus |
| DE69112228T DE69112228T2 (de) | 1990-01-10 | 1991-01-04 | Gerät für vibrationswellengetriebenen Motor. |
| US07/637,708 US5157300A (en) | 1990-01-10 | 1991-01-07 | Vibration wave driven motor apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002989A JP2998967B2 (ja) | 1990-01-10 | 1990-01-10 | 振動型モータを有する装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03212174A JPH03212174A (ja) | 1991-09-17 |
| JP2998967B2 true JP2998967B2 (ja) | 2000-01-17 |
Family
ID=11544788
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002989A Expired - Fee Related JP2998967B2 (ja) | 1990-01-10 | 1990-01-10 | 振動型モータを有する装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5157300A (ja) |
| EP (1) | EP0437319B1 (ja) |
| JP (1) | JP2998967B2 (ja) |
| DE (1) | DE69112228T2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE69030827T2 (de) * | 1989-02-14 | 1998-01-15 | Canon Kk | Vibrationswellenmotor |
| US6031316A (en) * | 1990-10-25 | 2000-02-29 | Canon Kabushiki Kaisha | Vibration actuator apparatus |
| US5256928A (en) * | 1990-10-26 | 1993-10-26 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Ultrasonic motor with a vibrator having recesses |
| JP3162486B2 (ja) * | 1992-06-25 | 2001-04-25 | キヤノン株式会社 | プリンタ装置 |
| JP3167432B2 (ja) * | 1992-07-16 | 2001-05-21 | キヤノン株式会社 | 振動波駆動装置および振動波駆動装置を備えた機器 |
| US5596241A (en) * | 1993-01-18 | 1997-01-21 | Canon Kabushiki Kaisha | Vibration wave driven linear-motor or printer |
| US6054795A (en) * | 1996-04-24 | 2000-04-25 | Canon Kabushiki Kaisha | Driving apparatus for vibration type actuator device |
| JP3792790B2 (ja) * | 1996-07-23 | 2006-07-05 | キヤノン株式会社 | 振動波モータ |
| JPH10178792A (ja) * | 1996-12-20 | 1998-06-30 | Canon Inc | 駆動制御装置およびこれを用いた装置、複写機 |
| JP3789017B2 (ja) * | 1996-12-27 | 2006-06-21 | キヤノン株式会社 | 位置制御装置 |
| JP3347654B2 (ja) * | 1997-10-29 | 2002-11-20 | キヤノン株式会社 | 駆動装置 |
| JPH11206156A (ja) | 1997-11-14 | 1999-07-30 | Canon Inc | 振動型モータのための制御装置 |
| US6100622A (en) * | 1997-12-12 | 2000-08-08 | Canon Kabushiki Kaisha | Driving apparatus of vibration type actuator |
| JP3332832B2 (ja) | 1997-12-12 | 2002-10-07 | キヤノン株式会社 | 振動型アクチュエータ装置 |
| JP2000184759A (ja) | 1998-12-10 | 2000-06-30 | Canon Inc | 振動型アクチュエ―タ駆動装置 |
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