JP3401092B2 - 超音波モータの駆動装置 - Google Patents
超音波モータの駆動装置Info
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- JP3401092B2 JP3401092B2 JP25437394A JP25437394A JP3401092B2 JP 3401092 B2 JP3401092 B2 JP 3401092B2 JP 25437394 A JP25437394 A JP 25437394A JP 25437394 A JP25437394 A JP 25437394A JP 3401092 B2 JP3401092 B2 JP 3401092B2
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- Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、超音波モータ、更に詳
しくは超音波振動子と移動体とを有する超音波モータの
駆動装置に関する。
しくは超音波振動子と移動体とを有する超音波モータの
駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】特願平５−３１０５０３号には、従来の
超音波モータの駆動装置が記載されている。この駆動装
置は弾性体及び弾性体に固着された電気−機械エネルギ
ー変換素子とからなり、電気−機械エネルギー変換素子
に駆動信号を印加することにより超音波振動を発生させ
る振動子と、この振動子の表面に圧接され、超音波振動
する振動子に対して移動される移動体とを有している。
超音波モータの駆動装置が記載されている。この駆動装
置は弾性体及び弾性体に固着された電気−機械エネルギ
ー変換素子とからなり、電気−機械エネルギー変換素子
に駆動信号を印加することにより超音波振動を発生させ
る振動子と、この振動子の表面に圧接され、超音波振動
する振動子に対して移動される移動体とを有している。
【０００３】図７は超音波モータを駆動する回路を示
し、第１の発振器４１と、この第１の発振器４１の出力
を受けて±９０度の位相差を発生させる移相器４２と、
第１の発振器の出力電圧を増幅する電力増幅器４３と、
移相器４２の出力電圧を増幅する電力増幅器４４とを有
し、これらの電力増幅器４３，４４からの出力電圧によ
り超音波リニアモータ４５が駆動される。４６は第１の
発振器４１と移相器４２の出力電圧を振幅変調（ＡＭ変
調）する第２の発振器である。
し、第１の発振器４１と、この第１の発振器４１の出力
を受けて±９０度の位相差を発生させる移相器４２と、
第１の発振器の出力電圧を増幅する電力増幅器４３と、
移相器４２の出力電圧を増幅する電力増幅器４４とを有
し、これらの電力増幅器４３，４４からの出力電圧によ
り超音波リニアモータ４５が駆動される。４６は第１の
発振器４１と移相器４２の出力電圧を振幅変調（ＡＭ変
調）する第２の発振器である。
【０００４】このような構成では、第１の発振器４１及
び移相器４２がモータ４５の超音波振動子を励振する周
波数の交番電圧を発生する。このモータ４５に印加され
る電圧の振幅は、第２の発振器４６で振幅変調させるこ
とができ、すなわち、第２の発振器４６の出力波形によ
り任意に変化させることができる。つまり、第２の発振
器の出力を図８に示すように、そのデューティを任意に
変化できる矩形波とすることにより、超音波振動子を励
振する周波数電圧をパルス幅変調できる。ここで、第２
の発振器４６は、その周波数を所定の値に固定して、そ
のデューティを徐々に増減するような波形を出力する。
そして、デューティを変えることによって、共振周波数
の１周期を１サイクルとすると、印加する交番電圧のサ
イクルの数を制御することができる。
び移相器４２がモータ４５の超音波振動子を励振する周
波数の交番電圧を発生する。このモータ４５に印加され
る電圧の振幅は、第２の発振器４６で振幅変調させるこ
とができ、すなわち、第２の発振器４６の出力波形によ
り任意に変化させることができる。つまり、第２の発振
器の出力を図８に示すように、そのデューティを任意に
変化できる矩形波とすることにより、超音波振動子を励
振する周波数電圧をパルス幅変調できる。ここで、第２
の発振器４６は、その周波数を所定の値に固定して、そ
のデューティを徐々に増減するような波形を出力する。
そして、デューティを変えることによって、共振周波数
の１周期を１サイクルとすると、印加する交番電圧のサ
イクルの数を制御することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来装置で
は、低速移動時の高精度位置決めにおいて、交番電圧の
サイクルの数を制御しているため、移動体に発生する不
要な振動を極力抑えることができる効率の良い駆動がで
きる。
は、低速移動時の高精度位置決めにおいて、交番電圧の
サイクルの数を制御しているため、移動体に発生する不
要な振動を極力抑えることができる効率の良い駆動がで
きる。
【０００６】しかし、超音波モータでは、所望する推力
と速度を達成するために、超音波振動子を移動体の摺動
部に対して、所定の押圧力で接触させているが、この押
圧による押圧力のアンバランス、また微小移動時におけ
る押圧力の微妙な変化によって微小移動させた際の変位
が方向により異なる、あるいは速度が方向により異なる
といった現象が生じている。また、移動体の移動方向に
おけるアンバランスは、移動体の精度に大きく左右され
るところから、上述した変位あるいは速度の方向による
差をなくすためには高精度、高剛性の移動体が必要とな
る。さらに、超音波振動子自体の組立時のばらつき等で
超音波振動子が生成する超音波楕円振動のゆがみによる
移動方向のアンバランスが生じている。
と速度を達成するために、超音波振動子を移動体の摺動
部に対して、所定の押圧力で接触させているが、この押
圧による押圧力のアンバランス、また微小移動時におけ
る押圧力の微妙な変化によって微小移動させた際の変位
が方向により異なる、あるいは速度が方向により異なる
といった現象が生じている。また、移動体の移動方向に
おけるアンバランスは、移動体の精度に大きく左右され
るところから、上述した変位あるいは速度の方向による
差をなくすためには高精度、高剛性の移動体が必要とな
る。さらに、超音波振動子自体の組立時のばらつき等で
超音波振動子が生成する超音波楕円振動のゆがみによる
移動方向のアンバランスが生じている。
【０００７】以上列挙したように、移動体の変位、ある
いは速度の移動方向における差異をさけるためには、超
音波振動子、移動体及び超音波振動子の押圧機構が高精
度で高剛性を有する必要があり、機構が複雑で高価とな
ってしまうという不具合が生じていた。
いは速度の移動方向における差異をさけるためには、超
音波振動子、移動体及び超音波振動子の押圧機構が高精
度で高剛性を有する必要があり、機構が複雑で高価とな
ってしまうという不具合が生じていた。
【０００８】本発明は上記問題点を考慮してなされたも
のであり、超音波振動子、移動体及び超音波振動子の押
圧機構が、高精度で、高剛性でなくても移動方向による
速度、変位の差をなくすことができ、これによりエンコ
ーダを用いたクローズド制御をすることなくオープン制
御によって簡易的な位置決め及び速度制御が可能な超音
波モータの駆動回路を提供することを目的とする。
のであり、超音波振動子、移動体及び超音波振動子の押
圧機構が、高精度で、高剛性でなくても移動方向による
速度、変位の差をなくすことができ、これによりエンコ
ーダを用いたクローズド制御をすることなくオープン制
御によって簡易的な位置決め及び速度制御が可能な超音
波モータの駆動回路を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段および作用】請求項１記載
の発明の超音波モータの駆動装置は、移動体と、この移
動体を駆動する超音波振動子と、交番電圧の印加により
超音波振動子に超音波振動を励振させる圧電素子と、前
記超音波振動子の共振点近傍の周波数の交番電圧を発生
する共振周波数発生器と、方向指令に伴い移動方向が変
わるように前記共振周波数発生器の交番電圧を９０度進
ませる、あるいは遅らせる移相器と、前記圧電素子に交
番電圧を印加するアンプと、前記超音波振動子の共振点
近傍の周波数の変位及び速度を制御するために前記圧電
素子に印加する交番電圧のデューティを変更するデュー
ティ可変用発振器と、前記移動体が２方向のうちのどち
らの方向に移動した場合でも同一速度、あるいは同一距
離移動することができるような前記デューティ可変用発
振器の２つの設定値を保持する設定値保持器と、この設
定値保持器の設定値および前記移相器の位相を方向指令
に伴って切り替える切替器と、を有することを特徴とす
る。
の発明の超音波モータの駆動装置は、移動体と、この移
動体を駆動する超音波振動子と、交番電圧の印加により
超音波振動子に超音波振動を励振させる圧電素子と、前
記超音波振動子の共振点近傍の周波数の交番電圧を発生
する共振周波数発生器と、方向指令に伴い移動方向が変
わるように前記共振周波数発生器の交番電圧を９０度進
ませる、あるいは遅らせる移相器と、前記圧電素子に交
番電圧を印加するアンプと、前記超音波振動子の共振点
近傍の周波数の変位及び速度を制御するために前記圧電
素子に印加する交番電圧のデューティを変更するデュー
ティ可変用発振器と、前記移動体が２方向のうちのどち
らの方向に移動した場合でも同一速度、あるいは同一距
離移動することができるような前記デューティ可変用発
振器の２つの設定値を保持する設定値保持器と、この設
定値保持器の設定値および前記移相器の位相を方向指令
に伴って切り替える切替器と、を有することを特徴とす
る。
【００１０】この構成において、デューティ可変用発振
器は、超音波振動子の共振点近傍の周波数の変位及び速
度を制御するために前記圧電素子に印加する交番電圧の
デューティを変更する共振周波数発生器を制御する。設
定値保持器は、移動体が２方向のうちのどちらの方向に
移動した場合でも同一速度、あるいは同一距離移動する
ことができるような前記デューティ可変用発振器の２つ
の設定値を保持する。切替器は方向指令に伴って移動体
の移動方向を決定すべく移相器の位相を変えると同時に
設定保持器の２つの設定値を切り替えるよう制御する。
器は、超音波振動子の共振点近傍の周波数の変位及び速
度を制御するために前記圧電素子に印加する交番電圧の
デューティを変更する共振周波数発生器を制御する。設
定値保持器は、移動体が２方向のうちのどちらの方向に
移動した場合でも同一速度、あるいは同一距離移動する
ことができるような前記デューティ可変用発振器の２つ
の設定値を保持する。切替器は方向指令に伴って移動体
の移動方向を決定すべく移相器の位相を変えると同時に
設定保持器の２つの設定値を切り替えるよう制御する。
【００１１】請求項２記載の発明の超音波モータの駆動
装置は、移動体と、この移動体を駆動する超音波振動子
と、交番電圧の印加により超音波振動子に超音波振動を
励振させる圧電素子と、前記超音波振動子の共振点近傍
の周波数の交番電圧を発生する共振周波数発生器と、方
向指令に伴い移動方向が変わるように前記共振周波数発
生器の交番電圧を９０度進ませる、あるいは遅らせる移
相器と、前記圧電素子に交番電圧を印加するアンプと、
前記圧電素子に印加する交番電圧を断続的とするデュー
ティ可変用発振器と、前記移動体が２方向のうちのどち
らの方向に移動した場合でも同一速度、あるいは同一距
離移動することができるような前記アンプのゲインの２
つの設定値を保持する設定値保持器と、この設定値保持
器に保持される設定値に基づいて前記アンプのゲインを
調節するゲイン調節器と、前記設定値保持器の設定値お
よび前記移相器の位相を方向指令に伴って切り替える切
替器と、を有することを特徴とする。
装置は、移動体と、この移動体を駆動する超音波振動子
と、交番電圧の印加により超音波振動子に超音波振動を
励振させる圧電素子と、前記超音波振動子の共振点近傍
の周波数の交番電圧を発生する共振周波数発生器と、方
向指令に伴い移動方向が変わるように前記共振周波数発
生器の交番電圧を９０度進ませる、あるいは遅らせる移
相器と、前記圧電素子に交番電圧を印加するアンプと、
前記圧電素子に印加する交番電圧を断続的とするデュー
ティ可変用発振器と、前記移動体が２方向のうちのどち
らの方向に移動した場合でも同一速度、あるいは同一距
離移動することができるような前記アンプのゲインの２
つの設定値を保持する設定値保持器と、この設定値保持
器に保持される設定値に基づいて前記アンプのゲインを
調節するゲイン調節器と、前記設定値保持器の設定値お
よび前記移相器の位相を方向指令に伴って切り替える切
替器と、を有することを特徴とする。
【００１２】この構成におけるデューティ可変用発振器
は、超音波振動子にとりつけられた圧電素子に断続的に
交番電圧が印加されるように共振周波数発生器及び移相
器を制御する。一方、設定値保持器は、移動体が２方向
のうちのどちらの方向に移動した場合でも同一速度、あ
るいは同一距離移動することができるような前記アンプ
のゲインの２つの設定値を保持する。ゲイン調節器は、
設定値保持器が保持している２つの設定値に基づいてア
ンプのゲインを調節し、切替器は方向指令に伴って移動
体の移動方向を決定すべく移相器の位相を変えると同時
に設定値保持器の設定値を切り替えるよう制御する。
は、超音波振動子にとりつけられた圧電素子に断続的に
交番電圧が印加されるように共振周波数発生器及び移相
器を制御する。一方、設定値保持器は、移動体が２方向
のうちのどちらの方向に移動した場合でも同一速度、あ
るいは同一距離移動することができるような前記アンプ
のゲインの２つの設定値を保持する。ゲイン調節器は、
設定値保持器が保持している２つの設定値に基づいてア
ンプのゲインを調節し、切替器は方向指令に伴って移動
体の移動方向を決定すべく移相器の位相を変えると同時
に設定値保持器の設定値を切り替えるよう制御する。
【００１３】
【実施例１】図１ないし図４は本発明の実施例１を示
す。本実施例における超音波モータの超音波振動子１０
は図２に示すように、基本弾性体１１と、積層型圧電素
子１４とを備えている。基本弾性体１１は黄銅材からな
り、凸の字形状に成形されている。その寸法は凸部分を
除き、幅３０ｍｍ、奥行き４ｍｍ、高さ７．２５ｍｍで
ある。凸部分の寸法は、幅４ｍｍ、奥行き４ｍｍ、高さ
２．５ｍｍである。基本弾性体１１の幅方向の中心部で
かつ底面から６ｍｍの位置に直径２ｍｍのステンレス材
からなるピン１６が打ち込みにより圧入されている。積
層型圧電素子１４は電極処理された圧電素子を数十枚か
ら数百枚積層したもので、その寸法は、２ｍｍ×３．１
ｍｍ×９ｍｍである。この積層型圧電素子１４の両端部
以外の部分は図示を省略するが、エポキシ系樹脂により
被覆されている。そして左側の積層型圧電素子１４から
取り出されている電気端子をＡ，Ｇ（Ａ相）とし、右側
の積層型圧電素子１４から取り出されている電気端子を
Ｂ，Ｇ（Ｂ相）とする。
す。本実施例における超音波モータの超音波振動子１０
は図２に示すように、基本弾性体１１と、積層型圧電素
子１４とを備えている。基本弾性体１１は黄銅材からな
り、凸の字形状に成形されている。その寸法は凸部分を
除き、幅３０ｍｍ、奥行き４ｍｍ、高さ７．２５ｍｍで
ある。凸部分の寸法は、幅４ｍｍ、奥行き４ｍｍ、高さ
２．５ｍｍである。基本弾性体１１の幅方向の中心部で
かつ底面から６ｍｍの位置に直径２ｍｍのステンレス材
からなるピン１６が打ち込みにより圧入されている。積
層型圧電素子１４は電極処理された圧電素子を数十枚か
ら数百枚積層したもので、その寸法は、２ｍｍ×３．１
ｍｍ×９ｍｍである。この積層型圧電素子１４の両端部
以外の部分は図示を省略するが、エポキシ系樹脂により
被覆されている。そして左側の積層型圧電素子１４から
取り出されている電気端子をＡ，Ｇ（Ａ相）とし、右側
の積層型圧電素子１４から取り出されている電気端子を
Ｂ，Ｇ（Ｂ相）とする。
【００１４】基本弾性体１１の積層型圧電素子１４が配
置されている面に対して反対側の面は移動体と接触する
面となっており、この面の両端部から９ｍｍの位置は共
振屈曲振動の振動振幅が極大値となっている。そして、
この位置には幅３ｍｍ、奥行き４ｍｍ、厚み１ｍｍの寸
法を有した矩形状の摺動部材１７がエポキシ系の接着剤
を用いて接合されている。
置されている面に対して反対側の面は移動体と接触する
面となっており、この面の両端部から９ｍｍの位置は共
振屈曲振動の振動振幅が極大値となっている。そして、
この位置には幅３ｍｍ、奥行き４ｍｍ、厚み１ｍｍの寸
法を有した矩形状の摺動部材１７がエポキシ系の接着剤
を用いて接合されている。
【００１５】この超音波振動子１０の組立は基本弾性体
１１の凸部の両側に積層型圧電素子１４を配置すること
により行う。ここで、図示しないが基本弾性体１１には
２ヶ所にねじのタップが形成されており、保持用弾性体
１２が２本のビス１３により基本弾性体１１に固定され
る。このとき、積層型圧電素子１４は基本弾性体１１の
凸部と保持用弾性体１２との突き当て、あるいは圧縮力
を作用させた状態で保持され、固定される。また、積層
型圧電素子１４は基本弾性体１１の凸部および保持用弾
性体１２とエポキシ系の接着剤で固定される。基本弾性
体１１と接する積層型圧電素子１４の側面部分と基本弾
性体１１とは同様に、エポキシ系樹脂を用いて接着され
る。さらに、保持用弾性体１２と基本弾性体１１との接
触する部分もエポキシ系の接着剤により接合される。
１１の凸部の両側に積層型圧電素子１４を配置すること
により行う。ここで、図示しないが基本弾性体１１には
２ヶ所にねじのタップが形成されており、保持用弾性体
１２が２本のビス１３により基本弾性体１１に固定され
る。このとき、積層型圧電素子１４は基本弾性体１１の
凸部と保持用弾性体１２との突き当て、あるいは圧縮力
を作用させた状態で保持され、固定される。また、積層
型圧電素子１４は基本弾性体１１の凸部および保持用弾
性体１２とエポキシ系の接着剤で固定される。基本弾性
体１１と接する積層型圧電素子１４の側面部分と基本弾
性体１１とは同様に、エポキシ系樹脂を用いて接着され
る。さらに、保持用弾性体１２と基本弾性体１１との接
触する部分もエポキシ系の接着剤により接合される。
【００１６】上述した寸法形状では、１次の共振縦振
動、及び２次の共振屈曲振動がほぼ同一周波数Ｆｒ（５
３ｋＨｚ〜５６ｋＨｚ）で励起できる。まず、Ａ相に周
波数Ｆｒで任意の振幅の交番電圧を印加し、Ｂ相に同一
周波数、同振幅で同位相の交番電圧を印加すると、１次
の共振縦振動が励起できる一方、Ａ相に周波数Ｆｒで任
意の振幅の交番電圧を印加し、Ｂ相に同一周波数、同振
幅で逆位相の交番電圧を印加すると、２次の共振屈曲振
動が励起できる。さらに、Ａ相及びＢ相に周波数Ｆｒで
任意の振幅の交番電圧を印加し、その位相差を＋９０度
又は−９０度にすると例えば摺動部材１７の位置に於い
て、時計廻り又は反時計廻りの超音波楕円振動が励起で
きる。
動、及び２次の共振屈曲振動がほぼ同一周波数Ｆｒ（５
３ｋＨｚ〜５６ｋＨｚ）で励起できる。まず、Ａ相に周
波数Ｆｒで任意の振幅の交番電圧を印加し、Ｂ相に同一
周波数、同振幅で同位相の交番電圧を印加すると、１次
の共振縦振動が励起できる一方、Ａ相に周波数Ｆｒで任
意の振幅の交番電圧を印加し、Ｂ相に同一周波数、同振
幅で逆位相の交番電圧を印加すると、２次の共振屈曲振
動が励起できる。さらに、Ａ相及びＢ相に周波数Ｆｒで
任意の振幅の交番電圧を印加し、その位相差を＋９０度
又は−９０度にすると例えば摺動部材１７の位置に於い
て、時計廻り又は反時計廻りの超音波楕円振動が励起で
きる。
【００１７】上記構成の超音波振動子１０は図３に示す
ように、ピン１６の部分で２つの保持板２１により両面
から保持される。保持板２１はピン１６の直径とほぼ同
径の穴が形成されており、その穴と振動子１０のピン１
６とが係合するようになっている。このように保持する
ことで、超音波振動子１０はピン１６まわりの回転に対
してのみ自由度を有する。保持板２１はビス２３により
保持板固定部材２２に固定されており、保持板固定部材
２２はリニアブッシュ２４により保持されている。この
リニアブッシュ２４は軸２５に沿ってリニア方向に移動
する。軸２５は軸固定部材２６に固定され、軸固定部材
２６はビスによりベース２７に固定されている。軸固定
部材２６の上面のほぼ中央部にタップが形成されてお
り、このタップに押圧ビス２８がねじ込まれる。押圧ビ
ス２８と保持板固定板部材２２の間には、ばね２９が介
挿されている。ベース２７にはクロスローラーガイドの
固定部３０がビス３１により固定されている。移動体で
あるクロスローラーガイドの移動部３２には摺動部材保
持部３３が図示しないビスにより固定され、この摺動部
材保持部３３には摺動部材３４としてＨＩＰ処理された
ジルコニアセラミックスが接着されている。この摺動部
材３４には移動方向に対し直交する方向に等間隔に溝が
設けられている。この溝のピッチは０．４ｍｍで、溝の
幅は０．１５ｍｍ、深さは０．１ｍｍである。このよう
な構成では、押圧ビス２８を調整することで超音波振動
子１０の摺動部材３４（移動体）への押圧力を調整する
ことができる。
ように、ピン１６の部分で２つの保持板２１により両面
から保持される。保持板２１はピン１６の直径とほぼ同
径の穴が形成されており、その穴と振動子１０のピン１
６とが係合するようになっている。このように保持する
ことで、超音波振動子１０はピン１６まわりの回転に対
してのみ自由度を有する。保持板２１はビス２３により
保持板固定部材２２に固定されており、保持板固定部材
２２はリニアブッシュ２４により保持されている。この
リニアブッシュ２４は軸２５に沿ってリニア方向に移動
する。軸２５は軸固定部材２６に固定され、軸固定部材
２６はビスによりベース２７に固定されている。軸固定
部材２６の上面のほぼ中央部にタップが形成されてお
り、このタップに押圧ビス２８がねじ込まれる。押圧ビ
ス２８と保持板固定板部材２２の間には、ばね２９が介
挿されている。ベース２７にはクロスローラーガイドの
固定部３０がビス３１により固定されている。移動体で
あるクロスローラーガイドの移動部３２には摺動部材保
持部３３が図示しないビスにより固定され、この摺動部
材保持部３３には摺動部材３４としてＨＩＰ処理された
ジルコニアセラミックスが接着されている。この摺動部
材３４には移動方向に対し直交する方向に等間隔に溝が
設けられている。この溝のピッチは０．４ｍｍで、溝の
幅は０．１５ｍｍ、深さは０．１ｍｍである。このよう
な構成では、押圧ビス２８を調整することで超音波振動
子１０の摺動部材３４（移動体）への押圧力を調整する
ことができる。
【００１８】図１は本実施例の駆動回路を示し、共振周
波数発生器１は、超音波振動子１０の共振周波数近傍の
交番電圧を発生し、移相器３は共振周波数発生器１から
発生する交番電圧に対し、方向指令に伴った９０度ある
いは−９０度位相のずれた交番電圧を発生する。そし
て、アンプ２はこれらの２つの交番電圧を増幅する。こ
の増幅した交番電圧を超音波振動子１０のＡ相とＢ相に
印加すると、超音波振動子１０が超音波エネルギーを生
じ、クロスローラガイドの移動部３２が駆動される。な
お、アンプ２としては超音波振動子１０を確実に振動さ
せることができるような電流容量を持つパワーアンプが
最適である。
波数発生器１は、超音波振動子１０の共振周波数近傍の
交番電圧を発生し、移相器３は共振周波数発生器１から
発生する交番電圧に対し、方向指令に伴った９０度ある
いは−９０度位相のずれた交番電圧を発生する。そし
て、アンプ２はこれらの２つの交番電圧を増幅する。こ
の増幅した交番電圧を超音波振動子１０のＡ相とＢ相に
印加すると、超音波振動子１０が超音波エネルギーを生
じ、クロスローラガイドの移動部３２が駆動される。な
お、アンプ２としては超音波振動子１０を確実に振動さ
せることができるような電流容量を持つパワーアンプが
最適である。
【００１９】デューティ可変用発振器４は、変位及び速
度を制御するために設定値保持器６によってデューティ
が変更される。ここで、設定値保持器６は２通りのデー
タを保持することができ、切替器５によってその設定値
が切り替えられる。切替器５は方向指令が変化したとき
に設定値保持器６に保持してあるデータを切り替える。
設定値保持器６に保持してある２つのデータは、移動部
３２がどちらの方向に移動した場合でも同一速度、ある
いは同一距離移動することができるようにアンバランス
なデータとする。
度を制御するために設定値保持器６によってデューティ
が変更される。ここで、設定値保持器６は２通りのデー
タを保持することができ、切替器５によってその設定値
が切り替えられる。切替器５は方向指令が変化したとき
に設定値保持器６に保持してあるデータを切り替える。
設定値保持器６に保持してある２つのデータは、移動部
３２がどちらの方向に移動した場合でも同一速度、ある
いは同一距離移動することができるようにアンバランス
なデータとする。
【００２０】このような駆動回路では、共振周波数発生
器１により生成された共振周波数近傍の位相差＋９０度
又は−９０度の２つの交番電圧を、アンプ２とゲイン調
節器３によって増幅し、その増幅した交番電圧を超音波
振動子１０のＡ相とＢ相に印加することにより、超音波
振動子１０に共振縦振動および共振屈曲振動が励起され
る。縦振動および屈曲振動が励起された超音波振動子１
０の摺動部材１７には右まわり、又は左まわりの超音波
楕円振動が形成される。ばね２９で超音波振動子１０が
押圧されているクロスローラガイドの移動部３２は、移
動部３２に取り付けられた摺動部材保持部３３に接着さ
れている摺動部材３４と摺動部１７との摩擦力によっ
て、超音波楕円振動に伴い右方向又は左方向に駆動され
る。
器１により生成された共振周波数近傍の位相差＋９０度
又は−９０度の２つの交番電圧を、アンプ２とゲイン調
節器３によって増幅し、その増幅した交番電圧を超音波
振動子１０のＡ相とＢ相に印加することにより、超音波
振動子１０に共振縦振動および共振屈曲振動が励起され
る。縦振動および屈曲振動が励起された超音波振動子１
０の摺動部材１７には右まわり、又は左まわりの超音波
楕円振動が形成される。ばね２９で超音波振動子１０が
押圧されているクロスローラガイドの移動部３２は、移
動部３２に取り付けられた摺動部材保持部３３に接着さ
れている摺動部材３４と摺動部１７との摩擦力によっ
て、超音波楕円振動に伴い右方向又は左方向に駆動され
る。
【００２１】以上のような駆動では楕円振動の大きさは
移動部３２の移動距離、および駆動トルクに大きく影響
を及ぼす。つまり楕円の大きさが移動する方向によって
同じ大きさでないと、移動する方向によってばらつきが
生じる。また、組立時のばらつき等によって共振縦振動
と共振屈曲振動の共振周波数がずれた場合や、デューテ
ィ比が小さく、縦振動と屈曲振動の生成速度が異なった
場合の超音波楕円振動が定常状態になるまでの過程で
は、超音波楕円振動が移動方向により大きく異なる場合
がある。さらに、移動体である移動部３２の剛性が弱
い、または超音波振動子１０を移動部３２に押圧する際
の押圧力が左右でアンバランスになるといった場合にも
同様のことが生じる。
移動部３２の移動距離、および駆動トルクに大きく影響
を及ぼす。つまり楕円の大きさが移動する方向によって
同じ大きさでないと、移動する方向によってばらつきが
生じる。また、組立時のばらつき等によって共振縦振動
と共振屈曲振動の共振周波数がずれた場合や、デューテ
ィ比が小さく、縦振動と屈曲振動の生成速度が異なった
場合の超音波楕円振動が定常状態になるまでの過程で
は、超音波楕円振動が移動方向により大きく異なる場合
がある。さらに、移動体である移動部３２の剛性が弱
い、または超音波振動子１０を移動部３２に押圧する際
の押圧力が左右でアンバランスになるといった場合にも
同様のことが生じる。
【００２２】このような移動方向によるアンバラスに対
し、本実施例では入力するエネルギーを方向によって変
化させることにより対応するものである。図４はこの制
御を示し、方向指令によってデューティ可変用発振器４
の出力のデューティを変え、移動方向によって圧電素子
に入力するエネルギーを変える。設定値保持器６は移動
する方向によって速度及び変位の差が生じないような、
たとえば右方向の動きが悪ければ右方向のデューティ比
が大きくなるようなデータが保持され、方向指令の変化
に伴い切替器５によって移相器３の位相が切り替えられ
るとともに、設定データも切り替えられる。
し、本実施例では入力するエネルギーを方向によって変
化させることにより対応するものである。図４はこの制
御を示し、方向指令によってデューティ可変用発振器４
の出力のデューティを変え、移動方向によって圧電素子
に入力するエネルギーを変える。設定値保持器６は移動
する方向によって速度及び変位の差が生じないような、
たとえば右方向の動きが悪ければ右方向のデューティ比
が大きくなるようなデータが保持され、方向指令の変化
に伴い切替器５によって移相器３の位相が切り替えられ
るとともに、設定データも切り替えられる。
【００２３】このように、移動方向によってデューティ
比の設定値を切り替えることによって、超音波振動子、
移動部、押圧機構等の影響と関係なく、移動方向のバラ
ンスをとることができるため、エンコーダを用いたクロ
ーズド制御をすることなくオープン制御で簡易的な位置
決め及び速度制御が可能となる。
比の設定値を切り替えることによって、超音波振動子、
移動部、押圧機構等の影響と関係なく、移動方向のバラ
ンスをとることができるため、エンコーダを用いたクロ
ーズド制御をすることなくオープン制御で簡易的な位置
決め及び速度制御が可能となる。
【００２４】なお、本実施例では、デューティ可変用発
振器４は共振周波数発生器１及び移相器３を制御してい
るが、アンプ２を制御しても同様の効果が得られる。
振器４は共振周波数発生器１及び移相器３を制御してい
るが、アンプ２を制御しても同様の効果が得られる。
【００２５】
【実施例２】図５および図６は本発明の実施例２を示
し、実施例１と同一の要素は同一の符号で対応させてあ
る。図５は本実施例の駆動回路であり、共振周波数発生
器１は超音波振動子１０の共振周波数近傍の交番電圧を
発生し、移相器３は共振周波数発生器１から発生する交
番電圧に対し、方向指令に伴って９０度あるいは−９０
度位相のずれた交番電圧を発生する。アンプ２はこれら
の２つの交番電圧を増幅する。この増幅した交番電圧を
超音波振動子１０のＡ相とＢ相に印加すると、超音波振
動子１０には超音波エネルギーを生じ、クロスローラガ
イドの移動部３２が駆動される。アンプ２として超音波
振動子１０を確実に振動させることができるような電流
容量を持ち、ゲインを外部で調節することのできるパワ
ーアンプが最適である。
し、実施例１と同一の要素は同一の符号で対応させてあ
る。図５は本実施例の駆動回路であり、共振周波数発生
器１は超音波振動子１０の共振周波数近傍の交番電圧を
発生し、移相器３は共振周波数発生器１から発生する交
番電圧に対し、方向指令に伴って９０度あるいは−９０
度位相のずれた交番電圧を発生する。アンプ２はこれら
の２つの交番電圧を増幅する。この増幅した交番電圧を
超音波振動子１０のＡ相とＢ相に印加すると、超音波振
動子１０には超音波エネルギーを生じ、クロスローラガ
イドの移動部３２が駆動される。アンプ２として超音波
振動子１０を確実に振動させることができるような電流
容量を持ち、ゲインを外部で調節することのできるパワ
ーアンプが最適である。
【００２６】ゲイン調節器７は設定値保持器６に保持さ
れたデータに基づいてアンプ２のゲインを変化させる。
設定値保持器６は２通りのデータを保持することがで
き、切替器５によつてその設定値が切り替えられる。切
替器５は方向指令が変化したときに設定値保持器６に保
持してあるデータを切り替える。設定値保持器６に保持
してある２つのデータは、移動部３２がどちらの方向に
移動した場合でも同一速度、あるいは同一距離移動する
ことができるようにアンバランスなデータとする。
れたデータに基づいてアンプ２のゲインを変化させる。
設定値保持器６は２通りのデータを保持することがで
き、切替器５によつてその設定値が切り替えられる。切
替器５は方向指令が変化したときに設定値保持器６に保
持してあるデータを切り替える。設定値保持器６に保持
してある２つのデータは、移動部３２がどちらの方向に
移動した場合でも同一速度、あるいは同一距離移動する
ことができるようにアンバランスなデータとする。
【００２７】このような本実施例においても、超音波振
動子のばらつきや、押圧機構あるいは移動体の剛性の低
さからくる移動方向におけるアンバランスは入力するエ
ネルギーを方向によって変化させることにより対応する
ことができる。すなわち、図６に示すように、方向指令
によってゲイン調節器の出力を変え、移動方向によって
圧電素子に入力するエネルギー、つまり印加電圧の大き
さを変える。設定値保持器６は移動する方向によって速
度及び変位の差が生じないような、たとえば右方向の動
きが悪ければ右方向のアンプ２のゲインが大きくなるよ
うなデータが保持され、方向指令の変化に伴い切替器５
によって移相器３の位相が切り替えられるとともに、設
定データも切り替えられる。このように、移動方向によ
ってアンプ２のゲインの設定値を切り替えることによっ
て、実施例１と同様の効果が得られる。
動子のばらつきや、押圧機構あるいは移動体の剛性の低
さからくる移動方向におけるアンバランスは入力するエ
ネルギーを方向によって変化させることにより対応する
ことができる。すなわち、図６に示すように、方向指令
によってゲイン調節器の出力を変え、移動方向によって
圧電素子に入力するエネルギー、つまり印加電圧の大き
さを変える。設定値保持器６は移動する方向によって速
度及び変位の差が生じないような、たとえば右方向の動
きが悪ければ右方向のアンプ２のゲインが大きくなるよ
うなデータが保持され、方向指令の変化に伴い切替器５
によって移相器３の位相が切り替えられるとともに、設
定データも切り替えられる。このように、移動方向によ
ってアンプ２のゲインの設定値を切り替えることによっ
て、実施例１と同様の効果が得られる。
【００２８】
【発明の効果】以上のとおり、請求項１および２記載の
発明は、いずれも超音波振動子、移動体及び超音波振動
子の押圧機構が高精度および高剛性でなくとも移動方向
による速度、変位の差をなくすことができ、エンコーダ
を用いたクローズド制御をすることなくオープン制御で
簡易的な位置決め及び速度制御が可能となる超音波モー
タの駆動装置を提供することができる。
発明は、いずれも超音波振動子、移動体及び超音波振動
子の押圧機構が高精度および高剛性でなくとも移動方向
による速度、変位の差をなくすことができ、エンコーダ
を用いたクローズド制御をすることなくオープン制御で
簡易的な位置決め及び速度制御が可能となる超音波モー
タの駆動装置を提供することができる。
【図１】本発明の実施例１のブロック図。
【図２】超音波振動子の斜視図。
【図３】超音波モータの正面図。
【図４】実施例１の交番電圧のタイミングチャート。
【図５】本発明の実施例２のブロック図。
【図６】実施例２のタイミングチャート。
【図７】従来装置のブロック図。
【図８】従来装置のタイミングチャート。
１ 共振周波数発生器
２ アンプ
３ 移相器
４ デューティ可変用発振器
５ 切替器
６ 設定値保持器
１０ 超音波振動子
３２ 移動部
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平４−140075（ＪＰ，Ａ)
特開 平２−285975（ＪＰ，Ａ)
特開 昭60−170474（ＪＰ，Ａ)
特開 昭62−155799（ＪＰ，Ａ)
実開 昭60−163000（ＪＰ，Ｕ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H02N 2/00
Claims (2)
- 【請求項１】移動体と、 この移動体を駆動する超音波振動子と、 交番電圧の印加により超音波振動子に超音波振動を励振
させる圧電素子と、 前記超音波振動子の共振点近傍の周波数の交番電圧を発
生する共振周波数発生器と、 方向指令に伴い移動方向が変わるように前記共振周波数
発生器の交番電圧を９０度進ませる、あるいは遅らせる
移相器と、 前記圧電素子に交番電圧を印加するアンプと、前記超音波振動子の共振点近傍の周波数の変位及び速度
を制御するため に前記圧電素子に印加する交番電圧のデ
ューティを変更するデューティ可変用発振器と、前記移動体が２方向のうちのどちらの方向に移動した場
合でも同一速度、あるいは同一距離移動することができ
るような 前記デューティ可変用発振器の２つの設定値を
保持する設定値保持器と、 この設定値保持器の設定値および前記移相器の位相を方
向指令に伴って切り替える切替器と、 を有することを特徴とする超音波モータの駆動装置。 - 【請求項２】移動体と、 この移動体を駆動する超音波振動子と、 交番電圧の印加により超音波振動子に超音波振動を励振
させる圧電素子と、 前記超音波振動子の共振点近傍の周波数の交番電圧を発
生する共振周波数発生器と、 方向指令に伴い移動方向が変わるように前記共振周波数
発生器の交番電圧を９０度進ませる、あるいは遅らせる
移相器と、 前記圧電素子に交番電圧を印加するアンプと、 前記圧電素子に印加する交番電圧を断続的とするデュー
ティ可変用発振器と、前記移動体が２方向のうちのどちらの方向に移動した場
合でも同一速度、あるいは同一距離移動することができ
るような 前記アンプのゲインの２つの設定値を保持する
設定値保持器と、 この設定値保持器に保持される設定値に基づいて前記ア
ンプのゲインを調節するゲイン調節器と、 前記設定値保持器の設定値および前記移相器の位相を方
向指令に伴って切り替える切替器と、 を有することを特徴とする超音波モータの駆動装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25437394A JP3401092B2 (ja) | 1994-09-22 | 1994-09-22 | 超音波モータの駆動装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25437394A JP3401092B2 (ja) | 1994-09-22 | 1994-09-22 | 超音波モータの駆動装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0898568A JPH0898568A (ja) | 1996-04-12 |
| JP3401092B2 true JP3401092B2 (ja) | 2003-04-28 |
Family
ID=17264094
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25437394A Expired - Fee Related JP3401092B2 (ja) | 1994-09-22 | 1994-09-22 | 超音波モータの駆動装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3401092B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5077403B2 (ja) * | 2010-08-25 | 2012-11-21 | コニカミノルタホールディングス株式会社 | 駆動装置 |
| JP5104925B2 (ja) * | 2010-08-25 | 2012-12-19 | コニカミノルタホールディングス株式会社 | 駆動装置 |
-
1994
- 1994-09-22 JP JP25437394A patent/JP3401092B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0898568A (ja) | 1996-04-12 |
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