JP3192028B2 - Ultrasonic motor - Google Patents

Ultrasonic motor

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JP3192028B2
JP3192028B2 JP11337093A JP11337093A JP3192028B2 JP 3192028 B2 JP3192028 B2 JP 3192028B2 JP 11337093 A JP11337093 A JP 11337093A JP 11337093 A JP11337093 A JP 11337093A JP 3192028 B2 JP3192028 B2 JP 3192028B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、超音波モータ、より詳
しくは、弾性体に固定された2つの電気−機械エネルギ
ー変換素子を駆動源とする超音波モータに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultrasonic motor, and more particularly, to an ultrasonic motor driven by two electro-mechanical energy conversion elements fixed to an elastic body.

【0002】[0002]

【従来の技術】弾性体に固定した2つの電気−機械エネ
ルギー変換素子たる圧電素子を駆動源とし、該弾性体に
縦振動および屈曲振動を発生させて、これらの振動を合
成して超音波楕円振動を起こす超音波振動子と、この超
音波振動子の一部に押圧され、該超音波振動子に対して
相対的に移動する被駆動部材とを備えた超音波リニアモ
ータは従来より種々のものが提案されていて、このよう
なものの一例として先に本出願人が出願した特願平4−
321096号に記載のものがある。
2. Description of the Related Art A piezoelectric element, which is two electro-mechanical energy conversion elements fixed to an elastic body, is used as a drive source to generate longitudinal vibration and bending vibration in the elastic body. Conventionally, an ultrasonic linear motor including an ultrasonic oscillator that generates vibration and a driven member that is pressed by a part of the ultrasonic oscillator and moves relatively to the ultrasonic oscillator has conventionally been various types. An example of such a device is proposed in Japanese Patent Application No.
No. 321096.

【0003】この願書に添付した明細書に記載の超音波
振動子は、図12に示すように、弾性体52に2つの積
層型圧電素子53,54を、その積層方向に保持部材5
5,56,57により挟み込んで固定するとともに、弾
性体54の下面に複数の摺動部材58,59を接着して
構成されている。
As shown in FIG. 12, the ultrasonic vibrator described in the specification attached to this application has two laminated piezoelectric elements 53 and 54 on an elastic body 52 and a holding member 5 in the laminating direction.
The elastic members 54 are sandwiched and fixed by the members 5, 56, 57, and a plurality of sliding members 58, 59 are adhered to the lower surface of the elastic body 54.

【0004】このように構成された超音波振動子を、図
13に示すように、リニアガイド60,ガイドレール6
1,保持枠62,ビス63,押圧力調整ネジ64,バネ
65,振動子保持部材66により、左右方向に直線移動
可能なように保持しながら、駆動板67に上記摺動部材
58,59が摩擦接触するように押圧して、超音波リニ
アモータが構成されている。
As shown in FIG. 13, a linear guide 60 and a guide rail 6
1, the sliding members 58 and 59 are mounted on the driving plate 67 while being held by the holding frame 62, the screw 63, the pressing force adjusting screw 64, the spring 65, and the vibrator holding member 66 so as to be able to move linearly in the left-right direction. An ultrasonic linear motor is configured by pressing so as to make frictional contact.

【0005】この超音波リニアモータの駆動方法は次の
ようになっている。上記超音波振動子の寸法を適当に調
節して、積層型圧電素子53,54に交番電圧を印加す
ると、図14(A)に示す共振縦振動と図14(B)に
示す共振屈曲振動が同時に発生する。2つの積層型圧電
素子53,54に印加する電圧の位相差を適当に調整す
ると、これらの縦振動と屈曲振動が合成されて、屈曲振
動の腹位置に楕円振動が発生する。これによって、この
楕円運動をする位置に固定した摺動部材58,59と、
この摺動部材58,59に接触している摺動板67とに
駆動力が発生する。
[0005] The driving method of this ultrasonic linear motor is as follows. When an alternating voltage is applied to the laminated piezoelectric elements 53 and 54 by appropriately adjusting the dimensions of the ultrasonic vibrator, the resonance longitudinal vibration shown in FIG. 14A and the resonance bending vibration shown in FIG. Occurs at the same time. When the phase difference between the voltages applied to the two stacked piezoelectric elements 53 and 54 is appropriately adjusted, the longitudinal vibration and the bending vibration are combined, and an elliptical vibration is generated at the antinode position of the bending vibration. Thereby, the sliding members 58 and 59 fixed at the positions where the elliptical motion is performed,
A driving force is generated between the sliding members 58 and 59 and the sliding plate 67 in contact with the sliding members.

【0006】上記積層型圧電素子53,54にそれぞれ
印加する電圧は、より詳しくは、積層型圧電素子53,
54に超音波振動子の縦振動および屈曲振動の共振周波
数と一致する周波数の10Vp-p程度の交番電圧であっ
て、2つの交番電圧の位相差を、一方の積層型圧電素子
に印加するものに対して他方を+90度とすることによ
り超音波リニアモータを駆動し、一方、該位相差を−9
0度とすることにより超音波リニアモータの移動方向が
反転するというものである。
More specifically, the voltages applied to the laminated piezoelectric elements 53 and 54 are more specifically described.
54, an alternating voltage of about 10 Vp-p having a frequency corresponding to the resonance frequency of the longitudinal vibration and the bending vibration of the ultrasonic transducer, wherein a phase difference between two alternating voltages is applied to one of the laminated piezoelectric elements. The other is set to +90 degrees to drive the ultrasonic linear motor, while the phase difference is set to -9.
By setting it to 0 degree, the moving direction of the ultrasonic linear motor is reversed.

【0007】しかしながら、上述のような積層型圧電素
子に10Vp-p程度の電圧を印加すると、弾性体の内部
摩擦による発熱が大きいために、駆動時には該弾性体の
温度が60℃程度に達してしまう場合があった。このた
め、超音波振動子の部材接合に用いられている接着剤等
が急激な熱変化により劣化しやすかった。またこの超音
波リニアモータを精密位置決め装置などに用いる場合に
は、超音波振動子の熱が位置決め装置の構成部材に伝達
して熱膨張を引き起こし、その位置決め精度を低下させ
ることがあるという問題点があった。さらに、該超音波
リニアモータの電気−機械エネルギーの変換効率も10
%程度と低かった。加えて、超音波振動子の振動状態を
最適なものとするためには、圧電素子等の振動状態を検
出するセンサを別に取り付ける必要があり、小型化を阻
害するとともに余分なコストがかかる要因となってい
た。
However, when a voltage of about 10 Vp-p is applied to the above-mentioned laminated piezoelectric element, the heat generated by the internal friction of the elastic body is large, so that the temperature of the elastic body reaches about 60 ° C. during driving. There was a case. For this reason, the adhesive and the like used for joining the members of the ultrasonic vibrator are likely to be deteriorated due to a rapid thermal change. Also, when this ultrasonic linear motor is used in a precision positioning device, the heat of the ultrasonic vibrator is transmitted to the components of the positioning device, causing thermal expansion, which may reduce the positioning accuracy. was there. Furthermore, the conversion efficiency of electro-mechanical energy of the ultrasonic linear motor is 10
%. In addition, in order to optimize the vibration state of the ultrasonic vibrator, it is necessary to separately install a sensor that detects the vibration state of the piezoelectric element, etc., which hinders miniaturization and adds extra cost. Had become.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】上述のように従来の超
音波モータでは、電気−機械エネルギーの変換効率が1
0%程度と低く、機械エネルギーに変換されない電気エ
ネルギーが熱となって接着材等を劣化させる場合があっ
た。
As described above, in the conventional ultrasonic motor, the conversion efficiency of electric-mechanical energy is 1 unit.
In some cases, the electrical energy that is low, such as about 0%, and is not converted to mechanical energy, becomes heat and degrades the adhesive and the like.

【0009】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであり、電気−機械エネルギーの変換効率が高く、不
要な発熱を低減することができる超音波モータを提供す
ることを目的としている。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and has as its object to provide an ultrasonic motor having high conversion efficiency of electric-mechanical energy and capable of reducing unnecessary heat generation.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明による第1の超音波モータは、弾性体と、
それぞれの振動方向が平行になるよう前記弾性体に固定
された2つの電気−機械エネルギー変換素子と、上記弾
性体に押圧された被駆動部材とを備え、上記2つの電気
−機械エネルギー変換素子にそれぞれ交流電圧を印加す
ることにより上記弾性体に縦振動および屈曲振動を発生
させて、上記被駆動部材を駆動する超音波モータにおい
て、上記2つの電気−機械エネルギー変換素子に、超音
波振動子の進行方向に対して前方側の電気−機械エネル
ギー変換素子の電圧振幅が大きくなるようにそれぞれ印
加する交流電圧の振幅に差を持たせ、これらの位相を反
転するとともに振幅の差を反転することを特徴とする。
また、本発明による第2の超音波モータは、弾性体と、
弾性体に一体に固定された2つの電気−機械エネルギー
変換素子と、上記弾性体に押圧された被駆動部材とを備
え、上記電気−機械エネルギー変換素子に交流電圧を印
加することにより上記弾性体に縦振動および屈曲振動を
発生させて、上記被駆動部材を駆動する超音波モータに
おいて、インダクタをさらに有し、上記電気−機械エネ
ルギー変換素子の一方に交流電圧を印加すると共に、他
方の電気−機械エネルギー変換素子を上記インダクタに
接続することで上記被駆動部材を駆動するよう構成され
ていることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a first ultrasonic motor according to the present invention comprises: an elastic body;
Two electrical each oscillation direction is fixed to the elastic body so as to be parallel to - and mechanical energy conversion element, and a driven member which is pressed by the elastic member, the two electro - into mechanical energy conversion element each by generating longitudinal vibration and the bending vibration in the elastic member by applying an alternating voltage, in the ultrasonic motor for driving the driven member, the two electric - to mechanical energy conversion element, ultrasonic
Electro-mechanical energy forward of the wave oscillator
The amplitudes of the AC voltages applied to the respective elements are made different so that the voltage amplitudes of the energy conversion elements are increased , and the phases are inverted and the difference between the amplitudes is inverted .
Further, the second ultrasonic motor according to the present invention includes an elastic body,
Two electro-mechanical energies fixed integrally to an elastic body
A conversion element and a driven member pressed by the elastic body.
The AC voltage is applied to the electromechanical energy conversion element.
Longitudinal vibration and bending vibration
To the ultrasonic motor that drives the driven member
Further comprising an inductor, wherein the electro-mechanical energy is
AC voltage is applied to one of the
To the above-mentioned inductor
It is configured to drive the driven member by connecting
It is characterized by having.

【0011】[0011]

【作用】上記2つの電気−機械エネルギー変換素子にそ
れぞれ交流電圧を印加することにより上記弾性体に縦振
動および屈曲振動を発生させて、上記被駆動部材を駆動
し、その際、上記2つの電気−機械エネルギー変換素子
にそれぞれ印加する交流電圧の振幅に差を持たせて、こ
れらの位相を反転するとともに振幅の差を反転する。
An AC voltage is applied to each of the two electro-mechanical energy conversion elements to generate longitudinal vibration and bending vibration in the elastic body to drive the driven member. -The amplitudes of the AC voltages applied to the mechanical energy conversion elements are made different from each other to invert the phase and the amplitude difference.

【0012】[0012]

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。図1ないし図4は本発明の第1実施例を示したも
のである。図1に示すように、発振器1は、交番電圧を
発生するものであって、その出力は2つに分岐されてい
る。この分岐出力の一方は、電圧増幅率を切り換え可能
な増幅器3に入力され、該増幅器3で電力増幅された後
に、積層型圧電素子5に印加されるようになっている。
また、上記分岐出力の他方は、移相器2に入力されて位
相を+90度または−90度移相され、他の電圧増幅率
を切り換え可能な増幅器4で電力増幅された後に、積層
型圧電素子6に印加されるようになっている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 to 4 show a first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, an oscillator 1 generates an alternating voltage, and its output is branched into two. One of the branch outputs is input to an amplifier 3 whose voltage amplification factor can be switched, and is power-amplified by the amplifier 3 before being applied to a laminated piezoelectric element 5.
The other of the branch outputs is input to the phase shifter 2, the phase is shifted by +90 degrees or -90 degrees, and the power is amplified by another amplifier 4 capable of switching the voltage amplification factor. The voltage is applied to the element 6.

【0013】そして、上記移相器2において、移相量を
+90度から−90度へ、あるいは−90度から+90
度へ切り換える際に、この切り換えと連動して電力増幅
器3および電力増幅器4の出力電圧の振幅が2段階に切
り換わるように構成されている。より詳しくは、一方の
増幅器の電圧振幅が大きい状態(H状態とする)になる
場合には、他方は電圧振幅が小さい状態(L状態とす
る)になるように切り換わるものである。
In the phase shifter 2, the phase shift amount is changed from +90 degrees to -90 degrees or from -90 degrees to +90 degrees.
At the time of switching, the amplitudes of the output voltages of the power amplifier 3 and the power amplifier 4 are switched in two stages in conjunction with the switching. More specifically, when one of the amplifiers has a large voltage amplitude (H state), the other amplifier has a small voltage amplitude (L state).

【0014】超音波振動子は、図2に示すように、弾性
体35に対して上記積層型圧電素子5,6を挟み込み、
その下端面に摺動部材36,37を固定して構成されて
いて、この摺動部材36,37を介して被駆動部材たる
駆動板38に対して図示しない保持押圧機構により押圧
して、超音波リニアモータ21を構成している。このよ
うな構成において、超音波振動子の進行方向に対して、
前方側となる積層型圧電素子が後方側となる積層型圧電
素子より電圧振幅が大きくなるように構成している。す
なわち、図2において例えば超音波振動子が右側に進行
する場合には、積層型圧電素子6がH状態,積層型圧電
素子5がL状態であり、左側に進行する場合にはこの逆
である。
As shown in FIG. 2, the ultrasonic vibrator sandwiches the laminated piezoelectric elements 5 and 6 with respect to an elastic body 35,
The sliding members 36 and 37 are fixed to the lower end surfaces thereof, and are pressed against a driving plate 38 as a driven member via the sliding members 36 and 37 by a holding and pressing mechanism (not shown) to The acoustic linear motor 21 is constituted. In such a configuration, with respect to the traveling direction of the ultrasonic vibrator,
It is configured such that the laminated piezoelectric element on the front side has a larger voltage amplitude than the laminated piezoelectric element on the rear side. That is, in FIG. 2, for example, when the ultrasonic transducer advances to the right, the multilayer piezoelectric element 6 is in the H state and the multilayer piezoelectric element 5 is in the L state, and when it advances to the left, the opposite is true. .

【0015】次にこのような第1実施例の作用を説明す
る。図3(A)および図3(B)に、負荷推力に対する
速度および電力/機械エネルギー変換効率の測定結果の
一例を示す。
Next, the operation of the first embodiment will be described. FIGS. 3A and 3B show an example of the measurement results of the speed and the power / mechanical energy conversion efficiency with respect to the load thrust.

【0016】この測定は、図4に示すように行った。す
なわち、超音波リニアモータ21に滑車22を介して重
り23で負荷をかけ、その移動方向に沿って所定の間隔
で並列に配設された2つのセンサ24,25の間の移動
時間を計測することにより移動速度を求め、さらにこの
ときの電力,速度,負荷の関係から効率を求めた。
This measurement was performed as shown in FIG. That is, a load is applied to the ultrasonic linear motor 21 via the pulley 22 by the weight 23, and the moving time between the two sensors 24 and 25 arranged in parallel at a predetermined interval along the moving direction is measured. In this way, the moving speed was obtained, and the efficiency was obtained from the relationship among power, speed, and load at this time.

【0017】図3(A)は、上記H状態のときの電圧振
幅を10Vp-p、L状態のときの電圧振幅を6Vp-pにし
た場合を示し、図3(B)は、超音波リニアモータ21
の移動方向に関係なく、2つの積層型圧電素子5,6に
印加する電圧振幅を同一の10Vp-pにした場合を示し
ている。
FIG. 3A shows a case where the voltage amplitude in the H state is 10 Vp-p, and a voltage amplitude in the L state is 6 Vp-p. FIG. Motor 21
The case where the voltage amplitude applied to the two laminated piezoelectric elements 5 and 6 is the same 10 Vp-p irrespective of the moving direction of.

【0018】測定結果から明らかなように、図3(B)
に示す推力に対する速度の特性は、図3(A)に示す推
力に対する速度の特性に比較して大きいが、電気−機械
エネルギーの変換効率の最大値は図3(A)に示す場合
に比べて約1/2程度になる。このときのエネルギー損
失分は主として熱に変換されるため、図3(A)の方が
発熱が小さい。
As is clear from the measurement results, FIG.
3A is larger than the speed characteristic with respect to the thrust shown in FIG. 3A, but the maximum value of the electric-mechanical energy conversion efficiency is larger than that shown in FIG. It is about 1/2. Since the energy loss at this time is mainly converted to heat, the heat generation in FIG. 3A is smaller.

【0019】このような第1実施例によれば、超音波リ
ニアモータの電気−機械エネルギーの変換効率を向上さ
せることができ、電力消費を少なくすることができると
ともに、不要な発熱を抑制することができるため、発熱
による例えば熱膨張などの悪影響を軽減することができ
る。
According to the first embodiment, the conversion efficiency of the electro-mechanical energy of the ultrasonic linear motor can be improved, the power consumption can be reduced, and unnecessary heat generation can be suppressed. Therefore, adverse effects such as thermal expansion due to heat generation can be reduced.

【0020】図5ないし図8は本発明の第2実施例を示
したものである。この第2実施例において、上述の第1
実施例と同様である部分については説明を省略し、主と
して異なる点についてのみ説明する。図5に示すよう
に、発振器7の交番電圧出力を、増幅器8で電力増幅し
た後に、例えば2つの連動するスイッチ等で構成される
切換手段10により切り換えて、積層型圧電素子11ま
たは積層型圧電素子12に電力を印加する。これら2つ
の積層型圧電素子11,12は、増幅器8から電力の供
給を受けない状態では、インダクタ9に接続されるよう
になっている。
FIGS. 5 to 8 show a second embodiment of the present invention. In the second embodiment, the first
The description of the same parts as those of the embodiment will be omitted, and only different points will be mainly described. As shown in FIG. 5, after the alternating voltage output of the oscillator 7 is power-amplified by the amplifier 8, the voltage is switched by the switching means 10 composed of, for example, two interlocking switches, etc. Power is applied to the element 12. These two stacked piezoelectric elements 11 and 12 are connected to the inductor 9 when power is not supplied from the amplifier 8.

【0021】なお、積層型圧電素子11,12とインダ
クタ9は、そのLCによる電気的共振周波数が上記発振
器7の出力周波数、つまり超音波振動子の駆動周波数に
一致するように、積層型圧電素子11,12のキャパシ
タンスおよびインダクタンスを決定してある。
The multilayer piezoelectric elements 11 and 12 and the inductor 9 are arranged so that the electrical resonance frequency of the LC matches the output frequency of the oscillator 7, that is, the driving frequency of the ultrasonic vibrator. The capacitance and inductance of 11 and 12 are determined.

【0022】超音波振動子は、図6に示すように、弾性
体26に対して上記積層型圧電素子11,12を挟み込
み、その下端面に摺動部材36,37を固定して構成さ
れていて、この摺動部材36,37を介して駆動板38
に対して図示しない保持押圧機構により押圧して、超音
波リニアモータ21を構成している。このような構成に
おいて、超音波振動子の進行方向に対して前方側になる
積層型圧電素子が増幅器8、後方側になる積層型圧電素
子がインダクタ9にそれぞれ接続されるようになってい
る。
As shown in FIG. 6, the ultrasonic vibrator has a structure in which the laminated piezoelectric elements 11 and 12 are sandwiched between elastic bodies 26 and sliding members 36 and 37 are fixed to lower end surfaces thereof. The driving plate 38 is moved through the sliding members 36 and 37.
The ultrasonic linear motor 21 is configured to be pressed by a holding and pressing mechanism (not shown). In such a configuration, the laminated piezoelectric element on the front side with respect to the traveling direction of the ultrasonic transducer is connected to the amplifier 8, and the laminated piezoelectric element on the rear side is connected to the inductor 9.

【0023】次にこのような第2実施例の作用を説明す
る。この第2実施例の超音波リニアモータは、2つある
内の一方の積層型圧電素子のみに交番電圧を印加しただ
けでも動作するものであり、そのことを測定結果を参照
して以下に示す。
Next, the operation of the second embodiment will be described. The ultrasonic linear motor according to the second embodiment operates even when only the alternating voltage is applied to only one of the two laminated piezoelectric elements, which will be described below with reference to the measurement results. .

【0024】超音波振動子の一方の積層型圧電素子のみ
に交番電圧を印加したときに、図8に示すように、2つ
の振動計29,30とオシロスコープ31を用いて振動
状態を観測した。
When an alternating voltage was applied to only one of the stacked piezoelectric elements of the ultrasonic vibrator, the vibration state was observed using two vibrometers 29 and 30 and an oscilloscope 31, as shown in FIG.

【0025】まず、積層型圧電素子11のみに電圧を印
加すると、図7(A)に示すような振動が観測されてそ
のリサージュは図7(B)に示すようになり、楕円運動
が発生していることがわかる。さらに電圧を積層型圧電
素子12のみに印加すると、図7(C)に示すような振
動が観測されてそのリサージュは図7(D)に示すよう
になり、上記積層型圧電素子11のみに電圧を印加した
場合とは反対の回転方向の楕円運動が発生していること
がわかる。この楕円運動をしている部分に設けられた摺
動部材36,37に図6に示すように駆動板38を加圧
接触させると、超音波振動子と駆動板38が相対移動
し、その際の移動方向は上記楕円運動の回転方向で決ま
ることは公知のとおりである。
First, when a voltage is applied only to the laminated piezoelectric element 11, a vibration as shown in FIG. 7A is observed, and the Lissajous becomes as shown in FIG. 7B, and an elliptic motion occurs. You can see that it is. Further, when a voltage is applied only to the multilayer piezoelectric element 12, a vibration as shown in FIG. 7 (C) is observed, and the Lissajous becomes as shown in FIG. 7 (D). It can be seen that an elliptical motion in the rotation direction opposite to that in the case where. When the driving plate 38 is brought into pressure contact with the sliding members 36 and 37 provided in the portion performing the elliptical motion as shown in FIG. 6, the ultrasonic vibrator and the driving plate 38 relatively move. It is known that the moving direction of is determined by the rotation direction of the elliptical motion.

【0026】次に、電圧を印加しない側の積層型圧電素
子の電気端子に、インダクタ9を接続したときの様子を
説明する。一方の積層型圧電素子に交番電圧を印加して
超音波振動子を励振すると、他方の積層型圧電素子も変
位(変形)して圧電効果により電圧が発生する。この
際、積層型圧電素子の電気端子にインダクタ9が接続し
ていると、例えばこの積層型圧電素子が圧縮された場合
には該積層型圧電素子からインダクタ9に電流が流れ
て、それが該インダクタ9に磁気エネルギーとして一次
的に蓄えられる。
Next, the state when the inductor 9 is connected to the electric terminal of the laminated piezoelectric element on which no voltage is applied will be described. When an alternating voltage is applied to one of the laminated piezoelectric elements to excite the ultrasonic transducer, the other laminated piezoelectric element is also displaced (deformed) and a voltage is generated by the piezoelectric effect. At this time, when the inductor 9 is connected to the electric terminal of the multilayer piezoelectric element, for example, when the multilayer piezoelectric element is compressed, a current flows from the multilayer piezoelectric element to the inductor 9, and the current flows through the inductor 9. It is temporarily stored as magnetic energy in the inductor 9.

【0027】次に、時間経過により振動の位相が変化し
て上記積層型圧電素子が伸張すると、積層型圧電素子の
電気端子の電圧の極性が反転して、インダクタ9に蓄え
られていたエネルギーが電気エネルギー(電流)として
該積層型圧電素子に流れる。この場合には、電気端子を
開放した場合に比較して、積層型圧電素子のスティフィ
ネスが低下して外部から機械的振動を印加したときの該
積層型圧電素子の変位振幅も増加することになり、同積
層型圧電素子とインダクタ9を電気的に共振させるため
に、いっそう振動効率が高まる。
Next, when the phase of the vibration changes with the passage of time and the multilayer piezoelectric element expands, the polarity of the voltage of the electric terminal of the multilayer piezoelectric element is inverted, and the energy stored in the inductor 9 is reduced. It flows through the laminated piezoelectric element as electric energy (current). In this case, compared with the case where the electric terminals are opened, the stiffness of the multilayer piezoelectric element is reduced, and the displacement amplitude of the multilayer piezoelectric element when mechanical vibration is applied from the outside increases. That is, since the laminated piezoelectric element and the inductor 9 are electrically resonated, the vibration efficiency is further increased.

【0028】このような第2実施例によれば上述の第1
実施例とほぼ同様の効果を有するとともに、超音波リニ
アモータの駆動が単相の交番電圧で可能となり、駆動装
置が簡単になる。さらに、交番電圧を印加しない積層型
圧電素子の電気端子にインダクタを接続して電気的共振
を発生させることにより、超音波リニアモータの推力を
増加させることができる。
According to the second embodiment, the above-described first embodiment
In addition to having substantially the same effects as the embodiment, the driving of the ultrasonic linear motor can be performed with a single-phase alternating voltage, and the driving device is simplified. Further, the thrust of the ultrasonic linear motor can be increased by connecting an inductor to an electric terminal of the laminated piezoelectric element to which no alternating voltage is applied to generate electric resonance.

【0029】図9ないし図11は本発明の第3実施例を
示したものである。この第3実施例において、上述の第
1,第2実施例と同様である部分については説明を省略
し、主として異なる点についてのみ説明する。図9に示
すように、発振器13の交番電圧出力を、増幅器14で
電力増幅した後、積層型圧電素子17,18に、例えば
2つの連動するスイッチ等で構成される切換手段15で
切り換えて電力をそれぞれ印加する。2つの積層型圧電
素子17,18は、増幅器14から電力の供給を受けな
い状態では、発振器13の制御量決定手段16に入力さ
れ、この制御手段16により発振器13の電圧または周
波数の制御量を決定して制御するようになっている。
FIGS. 9 to 11 show a third embodiment of the present invention. In the third embodiment, description of the same parts as those in the first and second embodiments will be omitted, and only different points will be mainly described. As shown in FIG. 9, the alternating voltage output of the oscillator 13 is power-amplified by the amplifier 14, and then switched to the laminated piezoelectric elements 17 and 18 by the switching means 15 composed of, for example, two interlocking switches. Are respectively applied. In a state where power is not supplied from the amplifier 14, the two stacked piezoelectric elements 17 and 18 are input to the control amount determining means 16 of the oscillator 13, and the control means 16 controls the voltage or frequency control amount of the oscillator 13. It is determined and controlled.

【0030】また、この図9に示した構成の他の例を図
10,図11に示す。図10は、制御量決定手段16と
切換手段15との間にインダクタ19を設けて、このイ
ンダクタ19の両端の電圧を測定する例を示している。
図11は、制御量決定手段16と切換手段15との間に
インダクタ19を設けて、このインダクタ19に流れる
電流を、抵抗20の両端の電圧から測定する例を示して
いる。これらの例は、上述の第2実施例におけるインダ
クタ接続を行うと同時に、センサ機能を持たせるように
構成した例である。
Another example of the configuration shown in FIG. 9 is shown in FIGS. FIG. 10 shows an example in which an inductor 19 is provided between the control amount determining means 16 and the switching means 15 and the voltage across the inductor 19 is measured.
FIG. 11 shows an example in which an inductor 19 is provided between the control amount determining means 16 and the switching means 15, and the current flowing through the inductor 19 is measured from the voltage across the resistor 20. These examples are examples in which the inductor connection in the second embodiment is performed and the sensor function is provided at the same time.

【0031】次にこのような第3実施例の作用を説明す
る。この第3実施例の超音波リニアモータは、上述の第
2実施例に示したものと同様に、2つある積層型圧電素
子17,18の一方のみに交番電圧を印加しても駆動す
ることができる。さらに、一方の積層型圧電素子に交番
電圧を印加すると、逆圧電効果により超音波振動子が振
動して、他方の積層型圧電素子に超音波振動子の振動に
よる起電力が発生する。このとき振動振幅と発生電圧振
幅はほぼ比例するので、交番電圧を印加しない方の積層
型圧電素子を超音波振動子の振動状態検出のセンサとし
て使用することができる。そして振動状態が常に一定に
なるように、制御量決定手段16で発振器13の出力電
圧振幅または周波数の制御量を決定して、最適な振動が
得られるように制御する。
Next, the operation of the third embodiment will be described. The ultrasonic linear motor according to the third embodiment can be driven even when an alternating voltage is applied to only one of the two stacked piezoelectric elements 17 and 18 as in the second embodiment. Can be. Further, when an alternating voltage is applied to one of the laminated piezoelectric elements, the ultrasonic transducer vibrates due to the inverse piezoelectric effect, and an electromotive force is generated in the other laminated piezoelectric element due to the vibration of the ultrasonic transducer. At this time, the amplitude of the vibration is substantially proportional to the amplitude of the generated voltage, so that the laminated piezoelectric element to which the alternating voltage is not applied can be used as a sensor for detecting the vibration state of the ultrasonic transducer. Then, the control amount determination means 16 determines the control amount of the output voltage amplitude or frequency of the oscillator 13 so that the vibration state is always constant, and performs control so as to obtain the optimum vibration.

【0032】このような第3実施例によれば上述の第
1,第2実施例とほぼ同様の効果を有するとともに、超
音波振動子の振動状態を駆動用の積層型圧電素子のうち
電圧を印加しない側の積層型圧電素子により検出できる
ため、特別に振動検出用のセンサを設ける必要がなく、
これを用いて振動状態をクローズドループで制御するこ
とが可能になる。
According to the third embodiment, the same effects as those of the first and second embodiments can be obtained, and the vibration state of the ultrasonic vibrator can be controlled by controlling the voltage of the driving multilayer piezoelectric element. Since it can be detected by the laminated piezoelectric element on the side where no voltage is applied, there is no need to provide a special sensor for detecting vibration.
Using this, the vibration state can be controlled in a closed loop.

【0033】[0033]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、電
気−機械エネルギーの変換効率が高く、不要な発熱を低
減することができる超音波モータを提供することができ
る。
As described above, according to the present invention, it is possible to provide an ultrasonic motor having high conversion efficiency of electric-mechanical energy and capable of reducing unnecessary heat generation.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1実施例の超音波モータの電気回路
部分を示すブロック図。
FIG. 1 is a block diagram showing an electric circuit portion of an ultrasonic motor according to a first embodiment of the present invention.

【図2】上記第1実施例の超音波モータを示す側面図。FIG. 2 is a side view showing the ultrasonic motor according to the first embodiment.

【図3】上記第1実施例の超音波モータの推力に対する
速度と効率の関係を示す、(A)2つの積層型圧電素子
に異なる電圧を印加した場合,(B)2つの積層型圧電
素子に等しい電圧を印加した場合をそれぞれ示す線図。
FIG. 3 shows the relationship between speed and efficiency with respect to thrust of the ultrasonic motor of the first embodiment. (A) When different voltages are applied to two laminated piezoelectric elements, (B) two laminated piezoelectric elements FIG. 3 is a diagram showing a case where a voltage equal to is applied.

【図4】上記第1実施例の超音波モータの推力に対する
速度と効率の関係を測定する構成を示す側面図。
FIG. 4 is a side view showing a configuration for measuring the relationship between speed and efficiency with respect to thrust of the ultrasonic motor of the first embodiment.

【図5】本発明の第2実施例の超音波モータの電気回路
部分を示すブロック図。
FIG. 5 is a block diagram showing an electric circuit portion of an ultrasonic motor according to a second embodiment of the present invention.

【図6】上記第2実施例の超音波モータを示す側面図。FIG. 6 is a side view showing the ultrasonic motor according to the second embodiment.

【図7】上記第2実施例の振動計により測定された超音
波振動子の振動を示す線図。
FIG. 7 is a diagram showing vibration of an ultrasonic transducer measured by the vibrometer of the second embodiment.

【図8】上記第2実施例超音波振動子の振動を測定する
構成を示す側面図。
FIG. 8 is a side view showing a configuration for measuring the vibration of the ultrasonic transducer of the second embodiment.

【図9】本発明の第3実施例の超音波モータの電気回路
部分を示すブロック図。
FIG. 9 is a block diagram showing an electric circuit portion of an ultrasonic motor according to a third embodiment of the present invention.

【図10】上記第3実施例の超音波モータの電気回路部
分の他の例を示すブロック図。
FIG. 10 is a block diagram showing another example of the electric circuit portion of the ultrasonic motor according to the third embodiment.

【図11】上記第3実施例の超音波モータの電気回路部
分のさらに他の例を示すブロック図。
FIG. 11 is a block diagram showing still another example of the electric circuit portion of the ultrasonic motor according to the third embodiment.

【図12】従来の超音波振動子を示す斜視図。FIG. 12 is a perspective view showing a conventional ultrasonic transducer.

【図13】上記図12に示した超音波振動子を用いて構
成した超音波リニアモータを示す側面図。
FIG. 13 is a side view showing an ultrasonic linear motor constituted by using the ultrasonic transducer shown in FIG. 12;

【図14】上記図12に示した超音波振動子の、(A)
共振縦振動状態,(B)共振屈曲振動状態をそれぞれ示
す線図。
FIG. 14 (A) shows the ultrasonic transducer shown in FIG.
FIG. 3 is a diagram showing a resonance longitudinal vibration state and FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,7,13…発振器 2…位相器 3,4,8,14…増幅器 5,6,11,12,17,18…積層型圧電素子 9,19…インダクタ 10,15…切換手段 20…抵抗 26,35…弾性体 36,37…摺動部材 38…駆動板 1, 7, 13 oscillator 2 phaser 3, 4, 8, 14 amplifier 5, 6, 11, 12, 17, 18 laminated piezoelectric element 9, 19 inductor 10, 15 switching means 20 resistance 26, 35 ... elastic body 36, 37 ... sliding member 38 ... drive plate

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 谷口 芳久 東京都渋谷区幡ヶ谷2丁目43番2号 オ リンパス光学工業株式会社内 (56)参考文献 特開 平4−190684(JP,A) 特開 平3−61237(JP,A) 特開 平3−239171(JP,A) 特開 昭63−141680(JP,A) 特開 平3−273876(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02N 2/00 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (72) Inventor Yoshihisa Taniguchi 2-43-2 Hatagaya, Shibuya-ku, Tokyo Inside Olympus Optical Co., Ltd. (56) References JP-A-4-190684 (JP, A) JP-A-3-61237 (JP, A) JP-A-3-239171 (JP, A) JP-A-63-141680 (JP, A) JP-A-3-273876 (JP, A) (58) Fields investigated (Int .Cl. 7 , DB name) H02N 2/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 弾性体と、それぞれの振動方向が平行に
なるよう前記弾性体に固定された2つの電気−機械エネ
ルギー変換素子と、上記弾性体に押圧された被駆動部材
を備え、上記2つの電気−機械エネルギー変換素子に
それぞれ交流電圧を印加することにより上記弾性体に縦
振動および屈曲振動を発生させて、上記被駆動部材を駆
動する超音波モータにおいて、 上記2つの電気−機械エネルギー変換素子に、超音波振
動子の進行方向に対して前方側の電気−機械エネルギー
変換素子の電圧振幅が大きくなるようにそれぞれ印加す
る交流電圧の振幅に差を持たせ、これらの位相を反転す
るとともに振幅の差を反転することを特徴とする超音波
モータ。
1. An elastic body and its vibration direction are parallel to each other.
So as it fixed two electricity to the elastic body - and mechanical energy conversion element, and a driven member which is pressed by the elastic member, the two electrical - applying each AC voltage to mechanical energy conversion element In the ultrasonic motor that drives the driven member by generating longitudinal vibration and bending vibration in the elastic body, the two electro-mechanical energy conversion elements are driven by ultrasonic vibration.
Electro-mechanical energy on the forward side of the moving direction of the rotor
An ultrasonic motor characterized in that there is a difference between the amplitudes of AC voltages to be applied so as to increase the voltage amplitude of the conversion element, and the phases are inverted and the difference in amplitude is inverted.
【請求項2】 弾性体と、弾性体に一体に固定された2
つの電気−機械エネルギー変換素子と、上記弾性体に押
圧された被駆動部材とを備え、上記電気−機械エネルギ
ー変換素子に交流電圧を印加することにより上記弾性体
に縦振動および屈曲振動を発生させて、上記被駆動部材
を駆動する超音波モータにおいて、 インダクタをさらに有し、 上記電気−機械エネルギー変換素子の一方に交流電圧を
印加すると共に、他方の電気−機械エネルギー変換素子
を上記インダクタに接続することで上記被駆動部材を駆
動するよう構成されていることを特徴とする超音波モー
タ。
2. An elastic body, and an elastic body integrally fixed to the elastic body.
One of electro - and mechanical energy conversion element, and a driven member which is pressed by the elastic member, the electro - to generate longitudinal vibration and the bending vibration in the elastic member by applying an AC voltage to mechanical energy conversion element An ultrasonic motor for driving the driven member, further comprising an inductor, applying an AC voltage to one of the electro-mechanical energy conversion elements, and connecting the other electro-mechanical energy conversion element to the inductor; An ultrasonic motor configured to drive the driven member.
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