JP5484522B2 - Vibration wave drive - Google Patents

Vibration wave drive Download PDF

Info

Publication number
JP5484522B2
JP5484522B2 JP2012134665A JP2012134665A JP5484522B2 JP 5484522 B2 JP5484522 B2 JP 5484522B2 JP 2012134665 A JP2012134665 A JP 2012134665A JP 2012134665 A JP2012134665 A JP 2012134665A JP 5484522 B2 JP5484522 B2 JP 5484522B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
standing wave
vibration
wave
standing
vibrator
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2012134665A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2012196134A (en
Inventor
敬夫 森
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP2012134665A priority Critical patent/JP5484522B2/en
Publication of JP2012196134A publication Critical patent/JP2012196134A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5484522B2 publication Critical patent/JP5484522B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Description

本発明は、電気/機械エネルギー変換素子を駆動源とする振動子を有する振動波モータ等の振動波駆動装置に関する。   The present invention relates to a vibration wave drive device such as a vibration wave motor having a vibrator having an electric / mechanical energy conversion element as a drive source.

一般に、振動波モータ等の振動波駆動装置は、駆動振動を形成する振動子と、前記振動子に加圧接触する回転体とを有し、前記振動子と前記回転体とを前記駆動振動により相対的に移動させるようにしたものである。   In general, a vibration wave driving device such as a vibration wave motor has a vibrator that forms driving vibration and a rotating body that is in pressure contact with the vibrator, and the vibrator and the rotating body are moved by the driving vibration. It is made to move relatively.

従来、リングタイプの振動子を有する多自由度駆動可能な振動波モータ等の振動波駆動装置の例としては、例えば特許文献1に開示されるものがあった。この多自由度振動波モータは、図16(a),(b)に示すような面外振動と面内振動を組み合せて、単一の振動子を励振することにより、多軸方向の駆動を可能としている。   Conventionally, as an example of a vibration wave driving device such as a vibration wave motor that has a ring type vibrator and can be driven with multiple degrees of freedom, there is one disclosed in Patent Document 1, for example. This multi-degree-of-freedom vibration wave motor combines multi-plane vibration and in-plane vibration as shown in FIGS. 16 (a) and 16 (b) to excite a single vibrator, thereby driving in multiple axes. It is possible.

特開2003−116289号公報JP 2003-116289 A

振動子上の接触部と回転体とが常に安定した接触状態を維持するためには、球面を有する被駆動体である回転体との振動子上の接触部の数が3点であり、かつ略均等な接触面圧となるように接触部が等間隔で配置されることが好ましいことが知られている。しかしながら、従来の振動子では、稼動範囲が制限されるといった課題があることから接触部の数は4点以上となっていた。   In order to maintain a stable contact state between the contact portion on the vibrator and the rotating body at all times, the number of contact portions on the vibrator with the rotating body that is a driven body having a spherical surface is three points, and It is known that the contact portions are preferably arranged at equal intervals so as to obtain a substantially uniform contact surface pressure. However, the conventional vibrator has a problem that the operating range is limited, so that the number of contact portions is four or more.

4点接触部の場合、各接触部の磨耗進行速度の差などにより各接触部と回転体の当たり方が時々刻々と変化してしまい、長期に渡って常に安定した接触状態を維持することが困難である。そして、時刻暦の接触状態ごとのモータ制御パラメータが大きく異なるため、制御上も高耐久化を図る上で不利である。   In the case of a 4-point contact part, the contact between each contact part and the rotating body changes from time to time due to the difference in the wear progressing speed of each contact part, and a stable contact state can always be maintained over a long period of time. Have difficulty. And since the motor control parameter for every contact state of a time calendar changes greatly, it is disadvantageous also in achieving high durability in terms of control.

また、従来の振動波駆動装置においては、振動子上の接触部は駆動に用いられる面外振動或いは面内振動の腹の位置に精度良く配置される必要があった。これは、腹の位置からずれることで接触部先端に振動子周方向への変位が発生し、不要な送り運動が発生するからである。さらに、振動子を製造する上で不可避的に生じる振動子の周方向の剛性ムラによって駆動に使用する面外振動と面内振動の腹の空間的位置位相がずれ、不要な送り運動が発生する場合もあり、期待通りの振動子の製作は困難であった。将来的な量産性も考慮し、このような不具合が生じても問題のない振動波駆動装置と制御装置が求められる。   Further, in the conventional vibration wave driving device, the contact portion on the vibrator has to be accurately arranged at the antinode vibration or in-plane vibration antinode used for driving. This is because displacement of the tip of the contact portion in the circumferential direction of the vibrator occurs due to deviation from the antinode position, and unnecessary feeding motion occurs. Furthermore, due to uneven rigidity in the circumferential direction of the vibrator, which is unavoidable when manufacturing the vibrator, the spatial position phase of the anti-plane vibration and in-plane vibration used for driving is shifted, and unnecessary feed movement occurs. In some cases, it was difficult to manufacture the vibrator as expected. In consideration of future mass productivity, there is a need for a vibration wave driving device and a control device that do not cause any problems even if such problems occur.

また、回転体との接触部を複数有する振動子を備えた振動波駆動装置において、任意の軸周りに回転体を回転することは困難であった。   Further, in the vibration wave driving device including the vibrator having a plurality of contact portions with the rotating body, it is difficult to rotate the rotating body around an arbitrary axis.

本発明の目的は、回転体との接触部を複数有する振動子を備えた振動波駆動装置において、任意の軸周りに回転体を回転可能とした振動波駆動装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a vibration wave driving device including a vibrator having a plurality of contact portions with a rotating body, which can rotate the rotating body around an arbitrary axis.

上記目的を達成するため、本発明の振動波駆動装置は、回転体との接触部を複数有する振動子を備え、前記振動子は、第1の定在波を前記振動子に発生させる、第1の駆動信号が供給される第1の電極群と、合成されて前記振動子に第2の定在波を発生させる、少なくとも2つの定在波を発生させる第2の駆動信号及び第3の駆動信号が、それぞれ供給される、第2の電極群及び第3の電極群と、を有し、前記第2の定在波は、腹の空間的位置位相が、前記第2の駆動信号及び第3の駆動信号によって設定され、前記第1の定在波は面内振動定在波かつ前記第2の定在波は面外振動定在波、または前記第1の定在波は面外振動定在波かつ前記第2の定在波は面内振動定在波であり、前記複数の接触部は、第1の定在波の波長の1/2の整数倍の間隔で配置されている。   In order to achieve the above object, a vibration wave driving device of the present invention includes a vibrator having a plurality of contact portions with a rotating body, and the vibrator generates a first standing wave in the vibrator. A first electrode group to which one driving signal is supplied, a second driving signal for generating at least two standing waves that are combined to generate a second standing wave in the vibrator, and a third A second electrode group and a third electrode group to which a drive signal is supplied, respectively, wherein the second standing wave has an anti-node spatial position phase, the second drive signal and Set by a third drive signal, the first standing wave is an in-plane vibration standing wave and the second standing wave is an out-of-plane vibration standing wave, or the first standing wave is out-of-plane The vibration standing wave and the second standing wave are in-plane vibration standing waves, and the plurality of contact portions are integral multiples of 1/2 of the wavelength of the first standing wave. They are arranged at intervals.

本発明によれば、回転体との接触部を複数有する振動子を備えた振動波駆動装置において、任意の軸周りに回転体を回転可能とした振動波駆動装置を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, in the vibration wave drive device provided with the vibrator | oscillator which has multiple contact parts with a rotary body, the vibration wave drive device which can rotate a rotary body around arbitrary axes | shafts can be provided.

実施の形態に使用する振動波モータのリングタイプ振動子を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the ring type vibrator | oscillator of the vibration wave motor used for embodiment. 任意軸回りの駆動における回転軸の説明図である。It is explanatory drawing of the rotating shaft in the drive around arbitrary axes. 振動子に発生させる駆動振動の次数及びその空間的位置位相を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the order of the drive vibration generated in a vibrator | oscillator, and its spatial position phase. 駆動力伝達の説明図である。It is explanatory drawing of driving force transmission. 圧電素子の電極パターン図である。It is an electrode pattern figure of a piezoelectric element. 回転定在波を変形した例を示す図である。It is a figure which shows the example which deform | transformed the rotation standing wave. 第1実施の形態に係る、振動波駆動装置の制御装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the control apparatus of the vibration wave drive device based on 1st Embodiment. 駆動振動による接触部の動きを説明する振動子駆動状態図である。It is a vibrator drive state figure explaining a motion of a contact part by drive vibration. 回転定在波による周方向変位を説明する振動子駆動状態図である。It is a vibrator drive state figure explaining the circumferential direction displacement by a rotation standing wave. 不要な周方向変位を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the unnecessary circumferential direction displacement. 固定定在波による接触部の挙動の説明図である。It is explanatory drawing of the behavior of the contact part by a fixed standing wave. 第2実施の形態に係る、振動波駆動装置の制御装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the control apparatus of the vibration wave drive device based on 2nd Embodiment. 2つの定在波による進行波の振幅分布を示すグラフである。It is a graph which shows the amplitude distribution of the traveling wave by two standing waves. 第3実施の形態に係る、振動波駆動装置の制御装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the control apparatus of the vibration wave drive device based on 3rd Embodiment. 第3実施の形態の変形例に係る、振動波駆動装置の制御装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the control apparatus of the vibration wave drive device based on the modification of 3rd Embodiment. 面外振動と面内振動の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of an out-of-plane vibration and an in-plane vibration.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

[第1の実施の形態]
<振動子の構成>
まず、本実施の形態に係る振動波モータの振動子について説明する。
[First Embodiment]
<Structure of vibrator>
First, the vibrator of the vibration wave motor according to the present embodiment will be described.

図1は、本実施の形態に使用する振動波モータのリングタイプ振動子を示す斜視図である。   FIG. 1 is a perspective view showing a ring type vibrator of a vibration wave motor used in the present embodiment.

このリングタイプ振動子4は、電気/機械エネルギー変換素子としての圧電素子2を有している。圧電素子2の上部には、金属材料等から成る弾性体1が固着されている。弾性体1の表面上には、突起部を有する3カ所の接触部3a,3b,3cが形成されている。   This ring type vibrator 4 has a piezoelectric element 2 as an electrical / mechanical energy conversion element. An elastic body 1 made of a metal material or the like is fixed to the upper portion of the piezoelectric element 2. On the surface of the elastic body 1, three contact portions 3a, 3b, 3c having protrusions are formed.

接触面である球面部を有する回転体(不図示)は、図1中のZ軸方向から接触部3a,3b,3cと加圧接触される。接触部3a,3b,3cの先端に形成される楕円運動は、加圧接触による摩擦力によって駆動力が回転体に伝達される。   A rotating body (not shown) having a spherical surface serving as a contact surface is brought into pressure contact with the contact portions 3a, 3b, 3c from the Z-axis direction in FIG. In the elliptical motion formed at the tips of the contact portions 3a, 3b, and 3c, the driving force is transmitted to the rotating body by the frictional force due to the pressure contact.

<駆動原理>
(A)接触部先端に楕円運動が形成される原理
次に、接触部3a,3b,3cの先端に楕円運動が形成される原理について、図2等を参照して説明する。図2は、任意軸回りの駆動における回転軸の説明図である。
<Driving principle>
(A) Principle of Elliptical Motion Formed at Tip of Contact Part Next, the principle of elliptical motion formed at the tip of the contact parts 3a, 3b, 3c will be described with reference to FIG. FIG. 2 is an explanatory diagram of a rotating shaft in driving around an arbitrary axis.

図1中の圧電素子2に交流電圧を印加すると該素子2は周方向に伸縮し、振動子全体が図16(a)或いは(b)に示すような奇数次或いは偶数次の駆動振動を励起する。このとき、交流電圧の周波数を振動子4の固有振動数に近づけることで、振動の変位を拡大することができる。振動の腹と接触部3a,3b,3cの空間的位置位相を一致させた場合、例えば図16(a)の振動により接触部3a,3b,3cの先端は振動子4の面外方向、つまり図1のZ軸方向の変位を発生する。   When an AC voltage is applied to the piezoelectric element 2 in FIG. 1, the element 2 expands and contracts in the circumferential direction, and the entire vibrator excites odd-order or even-order drive vibration as shown in FIG. 16 (a) or (b). To do. At this time, the displacement of the vibration can be expanded by bringing the frequency of the AC voltage close to the natural frequency of the vibrator 4. When the antinodes of the vibration and the spatial position phases of the contact portions 3a, 3b, 3c are matched, for example, the tips of the contact portions 3a, 3b, 3c are moved in the out-of-plane direction of the vibrator 4 by the vibration of FIG. A displacement in the Z-axis direction of FIG. 1 is generated.

また、図16(b)の振動により、接触部3a,3b,3cの先端は振動子4の面内方向、つまり図1のリングにおいて径方向の変位を発生する。そして、該振動子4における両駆動振動の固有振動数を略一致させておけば、同一周波数により両駆動振動を同時に発生させることができる。さらに、両駆動振動に時間的な位相差を持たせることで、接触部3a,3b,3cの先端に楕円運動を発生させることができる。   Further, due to the vibration shown in FIG. 16B, the tips of the contact portions 3a, 3b, 3c are displaced in the in-plane direction of the vibrator 4, that is, in the radial direction in the ring shown in FIG. If the natural frequencies of the two drive vibrations in the vibrator 4 are substantially matched, both drive vibrations can be generated at the same frequency at the same time. Furthermore, an elliptical motion can be generated at the tips of the contact portions 3a, 3b, 3c by giving a temporal phase difference to both drive vibrations.

ここで、任意軸回りに駆動可能な多自由度駆動において、回転体の回転軸によって傾斜回転と水平回転という2つの言葉を定義する。回転体を図2のように球体とすると、回転体の回転中心を含みかつ振動子4の中心軸を法線ベクトルとする平面内に回転軸を有する傾斜方向の回転、つまり図2においてφ=0度(θ=0〜360度)のときを傾斜回転とする。   Here, in the multi-degree-of-freedom drive that can be driven around an arbitrary axis, two terms of tilt rotation and horizontal rotation are defined by the rotation axis of the rotating body. When the rotator is a sphere as shown in FIG. 2, the rotation in the tilt direction having the rotation axis in the plane including the rotation center of the rotator and having the center axis of the vibrator 4 as a normal vector, that is, φ = When the angle is 0 degrees (θ = 0 to 360 degrees), the rotation is inclined.

また、振動子4の中心軸を回転軸とする水平方向の回転、つまりφ=±90度のときを水平回転とする。そして、図2のようにφ≠0かつφ≠±90である任意軸回りの駆動の場合は、傾斜回転成分と水平回転成分が合成された回転と考える。水平回転については後述するため、続く説明ではまず傾斜回転についてのみ説明する。   Further, the horizontal rotation with the central axis of the vibrator 4 as the rotation axis, that is, when φ = ± 90 degrees is set as the horizontal rotation. In the case of driving around an arbitrary axis where φ ≠ 0 and φ ≠ ± 90 as shown in FIG. 2, it is considered as a rotation in which a tilt rotation component and a horizontal rotation component are combined. Since the horizontal rotation will be described later, only the tilt rotation will be described in the following description.

(B)回転体が駆動される原理
次に、図16(a)、(b)の駆動振動の組み合せにより、接触部3a,3b,3cの先端に楕円運動が形成され回転体が駆動される原理について、図3及び図4等を参照して説明する。
(B) Principle of Rotating Body Driving Next, by combining the driving vibrations shown in FIGS. 16A and 16B, elliptical motion is formed at the tips of the contact portions 3a, 3b, and 3c to drive the rotating body. The principle will be described with reference to FIGS.

図3は、振動子4に発生させる駆動振動の次数(波数)及びその空間的位置位相を示す模式図である。図4(a),(b)は、駆動力伝達の説明図である。   FIG. 3 is a schematic diagram showing the order (wave number) of driving vibration generated in the vibrator 4 and its spatial position phase. 4A and 4B are explanatory views of driving force transmission.

図3中の、放射方向に延びる実線部9a〜9e及び破線部10a〜10eは振動の腹を示し、実線部9a〜9eと破線部10a〜10eで振動位相は逆である。   In FIG. 3, solid line portions 9a to 9e and broken line portions 10a to 10e extending in the radial direction indicate antinodes of vibration, and the vibration phases are reversed between the solid line portions 9a to 9e and the broken line portions 10a to 10e.

図3において、符号5で示す外側の円は3波の面外振動、符号6で示す内側の円は2波の面内振動について示したものである。また、判りやすく内側の円6の内周側に面内振動による振動子4の変形を楕円11で示した。さらに、接触部3a〜3cは、図3中の黒丸で示す位置に等間隔(120度間隔)で3カ所存在する。   In FIG. 3, the outer circle indicated by reference numeral 5 represents three out-of-plane vibrations, and the inner circle indicated by reference numeral 6 represents two in-plane vibrations. Further, the deformation of the vibrator 4 due to in-plane vibration is indicated by an ellipse 11 on the inner peripheral side of the inner circle 6 in an easily understandable manner. Further, there are three contact portions 3a to 3c at equal intervals (120 degree intervals) at positions indicated by black circles in FIG.

接触部3a〜3cは、面外振動の腹位置(実線9a〜9c)に存在し、位相は同じである。一方、面内振動に対しては接触部3aが腹(実線9a、9e)の位置で、接触部3b、3cは腹(破線10d、10e)から30度ずれた位置に存在する。そして、接触部3aと3b、3cの面内振動における位相関係は逆であるから変位発生方向が逆である。   The contact portions 3a to 3c exist at antinodes (solid lines 9a to 9c) of out-of-plane vibration, and the phases are the same. On the other hand, with respect to in-plane vibration, the contact portion 3a is at the position of the antinode (solid lines 9a, 9e), and the contact portions 3b, 3c are at a position shifted by 30 degrees from the antinode (broken lines 10d, 10e). And since the phase relationship in the in-plane vibration of contact part 3a, 3b, 3c is reverse, the displacement generation direction is reverse.

このとき、面内振動と面外振動の間に位相差(ここでは仮に面内振動を90度遅らせる)を与えて両振動を励振すると、接触部3aは、図4(a)の矢印W1が示す楕円運動を生成する。また、接触部3b及び3cは、図4(b)の矢印W2が示す楕円運動を生成する。但し、図4(a),(b)は図3中の視点A、B、Cの方向から観察したものである。その結果、接触部3aは、回転体13を持ち上げるような送り運動を発生し、回転体13には、図4(a)中の矢印W3の方向に駆動力が伝達される。接触部の送り運動による回転軸は、それぞれ接触部とリング中心を結ぶ直線と直角を成す直線になるから、この送り運動により回転体13には図3のX軸を回転軸とする回転が発生する。また、接触部3b、3cは、図4(b)の矢印W4に示すように回転体13を繰り込むような送り運動を発生し、接触部3b、3cはそれぞれ、図3中の直線7、8を回転軸とする駆動力を回転体13に対して伝達する。   At this time, if a phase difference (in this case, the in-plane vibration is delayed by 90 degrees) is applied between the in-plane vibration and the out-of-plane vibration to excite both vibrations, the contact portion 3a has the arrow W1 in FIG. Generate the elliptic motion shown. Moreover, the contact parts 3b and 3c generate | occur | produce the elliptical motion which the arrow W2 of FIG.4 (b) shows. However, FIGS. 4A and 4B are observed from the viewpoints A, B, and C in FIG. As a result, the contact portion 3a generates a feed movement that lifts the rotating body 13, and the driving force is transmitted to the rotating body 13 in the direction of the arrow W3 in FIG. Since the rotation axis by the feed movement of the contact portion becomes a straight line perpendicular to the straight line connecting the contact portion and the center of the ring, this feed movement causes the rotating body 13 to rotate about the X axis of FIG. To do. Further, the contact portions 3b and 3c generate a feed movement that retracts the rotating body 13 as indicated by an arrow W4 in FIG. 4B, and the contact portions 3b and 3c are respectively connected to the straight lines 7 and 7 in FIG. A driving force having 8 as a rotation axis is transmitted to the rotating body 13.

接触部3bと3cは面内振動の腹から等しい角度離れた位置にあるから、面内振動による径方向振幅が等しく、駆動力は略一致していると考えてよい。そのため、両駆動力を足し合わせて相殺される成分を除くと、残存する駆動力は直線7、8が成す角度の2等分線に相当する図3のX軸を回転軸とする駆動力となる。したがって、3つの接触部3a〜3cの送り運動は、総合するとX軸を回転軸とする傾斜回転を実現する送り運動となる。   Since the contact portions 3b and 3c are located at the same angle away from the antinodes of the in-plane vibration, it can be considered that the radial amplitudes due to the in-plane vibration are equal and the driving forces are substantially the same. Therefore, if the components that are canceled out by adding both driving forces are removed, the remaining driving force is the driving force with the X axis in FIG. 3 as the rotation axis corresponding to the bisector of the angle formed by the straight lines 7 and 8. Become. Therefore, the feed movement of the three contact portions 3a to 3c is a feed movement that realizes an inclined rotation with the X axis as the rotation axis when combined.

本実施の形態は原理的に、偶数次数の面内方向と奇数次数の面外方向の駆動振動、又は奇数次数の面内方向と偶数次数の面外方向の駆動振動、のいずれの如何なる次数の振動モードの組み合せでも成立する。そのため、図16(a)の面外3次振動と図16(b)の面内2次振動の組み合せに限られるものではない。具体的な一例として図16(a),(b)の組み合せを以降の説明においても使用する。   In principle, this embodiment has any order of even-order in-plane direction and odd-order out-of-plane drive vibration, or odd-order in-plane direction and even-order out-of-plane drive vibration. It is also possible to combine vibration modes. Therefore, the present invention is not limited to the combination of the out-of-plane tertiary vibration of FIG. 16A and the in-plane secondary vibration of FIG. As a specific example, the combination of FIGS. 16A and 16B is used in the following description.

<第1実施の形態に係る制御装置>
以上の基本的な駆動原理を踏まえて、以下では、本発明の第1の実施の形態に係る、傾斜回転駆動の制御装置について詳述する。
<Control device according to the first embodiment>
Based on the basic drive principle described above, the tilt rotation drive control device according to the first embodiment of the present invention will be described in detail below.

(A)圧電素子と振動
まず、振動子4に使用する圧電素子2と、圧電素子2により発生される振動について、図5及び図6等を参照して説明する。
(A) Piezoelectric Element and Vibration First, the piezoelectric element 2 used in the vibrator 4 and the vibration generated by the piezoelectric element 2 will be described with reference to FIGS.

図5は、振動子4の接触部3a〜3cとは反対側の面から見たときの圧電素子2の電極パターン図である。また、図6は、回転定在波を変形した例を示す図である。   FIG. 5 is an electrode pattern diagram of the piezoelectric element 2 when viewed from the surface of the vibrator 4 opposite to the contact portions 3a to 3c. FIG. 6 is a diagram illustrating an example in which the rotating standing wave is modified.

図5に示すように、圧電素子2は、同心円状に電極が2列配置され、本実施の形態では内周側が面内振動用、外周側が面外振動用の電極群である。内周側と外周側の電極群の位置位相関係は特に決められた関係ではなく任意である。なお、圧電素子2における、弾性体1と固着される面(図5の裏側)は共通電極となっている。このとき、電極の+記号と−記号は、同一のアルファベット記号の電極群に同位相の入力信号を印加して駆動する場合の分極方向を示している。例えばF電極群すべてに同位相の正弦波入力信号を入力すると、F+電極とF−電極の領域の圧電素子は逆位相の変形を生じるため、振動子4には面外3波の振動が励起されF+電極が山であればF−電極は谷となる。そして、F電極群による面外3次振動の定在波を以降は固定定在波(一方の振動駆動による第1の定在波)と呼ぶ。   As shown in FIG. 5, the piezoelectric element 2 has two rows of electrodes arranged concentrically. In this embodiment, the inner circumferential side is an electrode group for in-plane vibration and the outer circumferential side is an electrode group for out-of-plane vibration. The positional phase relationship between the inner and outer electrode groups is not particularly determined but arbitrary. In addition, the surface (back side of FIG. 5) fixed to the elastic body 1 in the piezoelectric element 2 is a common electrode. At this time, the + symbol and the − symbol of the electrode indicate the polarization direction when the input signal having the same phase is applied to the electrode group of the same alphabet symbol and driven. For example, if a sine wave input signal having the same phase is input to all the F electrode groups, the piezoelectric elements in the F + electrode and F− electrode regions are deformed in opposite phases. If the F + electrode is a mountain, the F- electrode becomes a valley. Then, the standing wave of the out-of-plane tertiary vibration by the F electrode group is hereinafter referred to as a fixed standing wave (first standing wave by one vibration drive).

また、3つの接触部3a〜3cの位置は、図5に示すように、固定定在波を生成するF電極群の位置と重なるように配置されている。R1電極群とR2電極群は、空間的位置位相で45度周方向にずれた位置に交互に配置されており、F電極群と同様にそれぞれ電極位置に腹を有する面内2次振動の定在波を励振する。このとき、ある時間におけるR1電極群およびR2電極群に生じる振動波形を式で示すと以下である。但し、θは図5参照、Ar1、Ar2はR1電極群、R2電極群におけるそれぞれの定在波振幅で振幅≠0である。   Further, as shown in FIG. 5, the positions of the three contact portions 3 a to 3 c are arranged so as to overlap with the position of the F electrode group that generates the fixed standing wave. The R1 electrode group and the R2 electrode group are alternately arranged at positions shifted in the circumferential direction by 45 degrees in the spatial position phase, and in the same manner as the F electrode group, the in-plane secondary vibration having antinodes at the electrode positions is defined. Excited standing waves. At this time, vibration waveforms generated in the R1 electrode group and the R2 electrode group at a certain time are represented by the following equations. However, θ refers to FIG. 5, and Ar1 and Ar2 are amplitudes of the standing waves in the R1 electrode group and the R2 electrode group, respectively, and the amplitude is not zero.

fr1(θ)=Ar1・cos2θ
fr2(θ)=Ar2・cos2(θ−45°)
このとき、2つの定在波を同位相で加振すると足し合わされた新たな合成定在波を生成する。そして、その腹は2つの定在波における元の腹位置とは異なる位置位相となる。例えば、2つの面内2次振動の振幅比が1:1のときは、図6の破線31の変形(腹の位置θm=22.5度)、振幅比は同じで位相を逆にして合成すると図6の点線32の変形(腹の位置θm=67.5度)となる。なお、θmは面内2次振動の山の位置位相である。合成された定在波の波形は以下の式で示される。
fr1 (θ) = Ar1 · cos2θ
fr2 (θ) = Ar2 · cos2 (θ−45 °)
At this time, when two standing waves are vibrated in the same phase, a new combined standing wave is generated. The antinode has a position phase different from the original antinode position in the two standing waves. For example, when the amplitude ratio of the two in-plane secondary vibrations is 1: 1, the broken line 31 in FIG. 6 is deformed (antinode position θm = 22.5 degrees), the amplitude ratio is the same and the phases are reversed and synthesized. Then, the deformation of the dotted line 32 in FIG. 6 (antinode position θm = 67.5 degrees) is obtained. Θm is the position phase of the peak of the in-plane secondary vibration. The synthesized standing wave waveform is expressed by the following equation.

f(θ)=fr1(θ)+fr2(θ)
R1定在波とR2定在波の振幅比をAr=Ar2/Ar1とすると、
f’(θ)=−2Ar1(sin2θ+Ar・sin2(θ−45°))
かつf’(θ)=0より、合成定在波の腹の位置位相は、
θm=1/2・arctanAr(但し、2つの定在波が同位相で0<θm<45°の場合)となる。
f (θ) = fr1 (θ) + fr2 (θ)
If the amplitude ratio of R1 standing wave and R2 standing wave is Ar = Ar2 / Ar1,
f ′ (θ) = − 2Ar1 (sin 2θ + Ar · sin 2 (θ−45 °))
And since f ′ (θ) = 0, the position phase of the antinode of the synthetic standing wave is
θm = 1/2 · arctanAr (provided that two standing waves have the same phase and 0 <θm <45 °).

上の式より、腹の位置位相θmは合成定在波を構成する両定在波の振幅比Arによって決定される。したがって、合成定在波(面内振動)の空間的位置位相(腹の位置)が指令値として与えられると、振幅比Ar=Ar2/Ar1が一意に決定される。さらに、振幅比Arが決まると合成定在波の腹位置の振幅f(θm)はAr1の関数として表せるから、合成定在波振幅指令値をもとに両定在波振幅Ar1及びAr2が決まる。なお、45°<θm<90°の場合はR1定在波の位相を反転させて足し合わせることで合成定在波を生成する。   From the above formula, the antinode position phase θm is determined by the amplitude ratio Ar of both standing waves constituting the combined standing wave. Therefore, when the spatial position phase (antinode position) of the synthetic standing wave (in-plane vibration) is given as a command value, the amplitude ratio Ar = Ar2 / Ar1 is uniquely determined. Further, when the amplitude ratio Ar is determined, the amplitude f (θm) of the antinode position of the combined standing wave can be expressed as a function of Ar1, and therefore, both standing wave amplitudes Ar1 and Ar2 are determined based on the combined standing wave amplitude command value. . When 45 ° <θm <90 °, the composite standing wave is generated by inverting the phase of the R1 standing wave and adding them.

以上より、任意の空間的位置位相に腹を有することが可能な面内2次振動の定在波を生ぜしめることが可能である。そして、この合成定在波を以降は回転定在波(他方の振動駆動による第2の定在波)と呼ぶ。   From the above, it is possible to generate a standing wave of in-plane secondary vibration that can have an antinode in any spatial position phase. And this synthetic | combination standing wave is hereafter called a rotation standing wave (the 2nd standing wave by the other vibration drive).

<第1実施の形態に係る制御装置の構成>
図7は、本発明の第1実施の形態に係る、振動波駆動装置の制御装置の構成を示すブロック図である。
<Configuration of Control Device According to First Embodiment>
FIG. 7 is a block diagram showing the configuration of the control device for the vibration wave driving device according to the first embodiment of the present invention.

この制御装置は、振動波モータ130(振動波駆動装置)の動作を制御する装置であって、回転定在波発生部110と固定定在波発生部120を備えている。   This control device controls the operation of the vibration wave motor 130 (vibration wave drive device), and includes a rotating standing wave generation unit 110 and a fixed standing wave generation unit 120.

傾斜回転の目標値として、回転軸、回転数が与えられると、事前に得られている振動波モータ130の特性から固定定在波(面外振動)と回転定在波(面内振動)の振幅・位相差、そして回転定在波(面内振動)の空間的位置位相が決定される。これらの指令値が回転定在波発生部110及び固定定在波発生部120へ送られる。   When the rotation axis and the number of rotations are given as the target values for the tilt rotation, a fixed standing wave (out-of-plane vibration) and a rotating standing wave (in-plane vibration) are obtained from the characteristics of the vibration wave motor 130 obtained in advance. The amplitude / phase difference and the spatial position phase of the rotating standing wave (in-plane vibration) are determined. These command values are sent to the rotating standing wave generator 110 and the fixed standing wave generator 120.

回転定在波発生部110の機能を説明する。まず、与えられた回転定在波の空間的位置位相の指令値から、回転定在波を構成する2つの面内振動定在波の位相が同じであるか逆であるかを選択し、振幅比を振幅比率計算機111で算出する。そして、振幅指令値に合せて両電圧振幅を電圧振幅決定部112で決定し、R1電極群用の入力電圧振幅Avr1及びR2電極群用の入力電圧振幅Avr2を、信号発生部113と信号発生部114へそれぞれ送信する。そして、両信号発生部113、114は得られた指令に従い駆動信号を生成し、固定定在波との位相差指令に従って発信を行う。   The function of the rotating standing wave generator 110 will be described. First, from the command value of the spatial position phase of the given rotating standing wave, the phase of the two in-plane vibration standing waves constituting the rotating standing wave is selected to be the same or opposite, and the amplitude The ratio is calculated by the amplitude ratio calculator 111. Then, both voltage amplitudes are determined by the voltage amplitude determination unit 112 in accordance with the amplitude command value, and the input voltage amplitude Avr1 for the R1 electrode group and the input voltage amplitude Avr2 for the R2 electrode group are determined as the signal generation unit 113 and the signal generation unit. 114 respectively. Then, both signal generators 113 and 114 generate drive signals in accordance with the obtained commands and perform transmission in accordance with a phase difference command with respect to the fixed standing wave.

なお、回転定在波を構成する定在波の数は本実施の形態のように2つに限られるものではない。振動発生効率を向上するために3つ以上の回転定在波用電極群を配置した場合でも、同様の考え方で信号を入力すればよい。   Note that the number of standing waves constituting the rotating standing wave is not limited to two as in the present embodiment. Even when three or more rotating standing wave electrode groups are arranged in order to improve vibration generation efficiency, a signal may be input in the same way.

一方、固定定在波発生部120では、電圧振幅決定部121で固定定在波の振幅指令値から入力電圧振幅を決定し、F電極群用の信号発生部122で駆動信号の生成と発信が行われる。   On the other hand, in the fixed standing wave generation unit 120, the voltage amplitude determination unit 121 determines the input voltage amplitude from the amplitude command value of the fixed standing wave, and the signal generation unit 122 for the F electrode group generates and transmits a drive signal. Done.

このようにして、信号発生部113、114、122では、各定在波の発生用駆動信号が生成される。信号発生部113、114、122からの駆動信号は、給電手段を介して、それぞれ振動波モータ130におけるR1電極群、R2電極群、F電極群(図5参照)へ供給され、傾斜回転が駆動される。   In this way, the signal generators 113, 114, 122 generate drive signals for generating each standing wave. Drive signals from the signal generators 113, 114, and 122 are supplied to the R1 electrode group, the R2 electrode group, and the F electrode group (see FIG. 5) in the vibration wave motor 130 through the power feeding unit, respectively, and the tilt rotation is driven. Is done.

<傾斜回転の回転軸の変化>
次に、回転定在波の空間的位置位相が変化することによって傾斜回転の回転軸が変化することについて、図8及び図9等を参照して説明する。
<Change of rotation axis of tilt rotation>
Next, the change of the rotation axis of the tilt rotation due to the change of the spatial position phase of the rotating standing wave will be described with reference to FIGS.

図8(a),(b),(c)は、駆動振動による接触部3a〜3cの動きを説明する振動子駆動状態図である。図9は、回転定在波による周方向変位を説明する振動子駆動状態図である。   FIGS. 8A, 8B, and 8C are vibrator drive state diagrams for explaining the movement of the contact portions 3a to 3c due to drive vibration. FIG. 9 is a vibrator drive state diagram illustrating circumferential displacement due to a rotating standing wave.

図8において、等間隔に3つ複数配置される複数の接触部3a〜3cは、面外3次振動である固定定在波により同位相で面外方向(紙面垂直方向)に変位を発生する。固定定在波に対して、ある位相差を持たせて励振される回転定在波(面内2次振動)の変形を実線の楕円31〜33で示している。また、面内変形による3つの接触部3a〜3cの変位方向(特にここでは径方向のみ、周方向については後述する)を矢印3a−1〜3c−1で示す。このとき、面内振動が面外振動に対して例えば90度位相が遅れているとすると、3つの接触部3a〜3cは個々に楕円軌道を描き回転体に駆動力を伝達する。   In FIG. 8, a plurality of contact portions 3 a to 3 c arranged in a plurality at equal intervals generate displacements in the out-of-plane direction (perpendicular to the plane of the drawing) with the same phase due to fixed standing waves that are out-of-plane tertiary vibrations. . Deformation of the rotating standing wave (in-plane secondary vibration) excited with a certain phase difference with respect to the fixed standing wave is indicated by solid-line ellipses 31 to 33. Further, the displacement directions of the three contact portions 3a to 3c due to in-plane deformation (in particular, only the radial direction here, and the circumferential direction will be described later) are indicated by arrows 3a-1 to 3c-1. At this time, if the in-plane vibration is delayed by, for example, 90 degrees in phase with respect to the out-of-plane vibration, the three contact portions 3a to 3c individually draw elliptical orbits and transmit the driving force to the rotating body.

上で説明した内容と同じことであるが、接触部3a〜3cの送り運動による回転軸は、それぞれ接触部とリング中心を結ぶ直線と直角を成す直線になるから、図8(a)中の接触部3a〜3cの送り運動による回転軸はそれぞれ直線20、21、22である。接触部3aと接触部3bの位置は、共に回転定在波の腹の位置から30度ずれた位置である。そのため、発生する駆動力は略一致すると考えてよく、2つの駆動力による回転軸は直線20と21の2等分線である直線22となり、総合すると直線22を回転軸とする傾斜回転を発生する。   Although it is the same thing as the content demonstrated above, since the rotating shaft by the feed movement of contact part 3a-3c becomes a straight line which makes a right angle with the straight line which respectively connects a contact part and a ring center, in FIG. The rotation axes by the feed movement of the contact portions 3a to 3c are straight lines 20, 21, and 22, respectively. The positions of the contact part 3a and the contact part 3b are both shifted by 30 degrees from the antinode position of the rotating standing wave. Therefore, it can be considered that the generated driving forces are substantially the same, and the rotation axis by the two driving forces is a straight line 22 that is a bisector of the straight lines 20 and 21, and in total, an inclined rotation with the straight line 22 as the rotation axis is generated. To do.

図9は、図8(a)に示される接触部3a〜3cの径方向変位3a−1〜3c−1に加えて、実際に発生している周方向の変位を矢印3a−1、3b−2で追加したものである。上の説明では、傾斜回転の駆動力に影響を及ぼす径方向の変位のみを考慮したが、実際には面内2次振動により径方向と周方向の両方の変位が同時に発生しており、合成したベクトルの方向に接触部3a〜3cの先端は振動している。   FIG. 9 shows the circumferential displacement actually occurring in addition to the radial displacements 3a-1 to 3c-1 of the contact portions 3a to 3c shown in FIG. It was added in 2. In the above description, only the radial displacement that affects the driving force of tilt rotation is considered, but in reality, both radial and circumferential displacements are generated simultaneously by in-plane secondary vibration, The tips of the contact portions 3a to 3c vibrate in the direction of the vector.

このとき、回転定在波の腹と空間的位置位相が一致している接触部3cにおいて周方向の変位は発生しない。それ以外の位置にある2つの接触部3a、3bは、図9のように面内2次振動の山の頂点に向かう方向に変位3a−1、3b−2を発生している。面内2次振動の腹と一つの接触部の空間的位置位相が一致している場合、残り2つの接触部の位置は共に同じ山の頂点から60度ずれた位置であるから、接触部の周方向の変位量は等しくなる。そのため、この周方向変位量による駆動力は相殺され無視することができる。   At this time, the displacement in the circumferential direction does not occur in the contact part 3c where the antinode of the rotating standing wave coincides with the spatial position phase. The two contact portions 3a and 3b at other positions generate displacements 3a-1 and 3b-2 in a direction toward the top of the peak of the in-plane secondary vibration as shown in FIG. When the spatial position phase of the antinode in the in-plane secondary vibration and one contact part coincides, the positions of the remaining two contact parts are both shifted by 60 degrees from the peak of the same mountain. The amount of displacement in the circumferential direction is equal. Therefore, the driving force due to the circumferential displacement amount is canceled out and can be ignored.

図8(b)、(c)のように回転定在波の腹が、図8(a)から30度ずつ回転した位置に存在する場合、図8(a)と同じ考えにより、回転軸はそれぞれ直線20、21となる。よって、図8(c)の矢印W5、W6が示すように、面内2次振動である回転定在波の腹の位置が60度回転すると、傾斜回転の回転軸は120度移動(図8(c)の矢印W7)する。さらに、回転定在波は180度回転することができる。即ち、上で図5により説明したように回転定在波は0〜90度回転させることができ、かつ90度〜180度に関しては固定定在波との位相差の関係で設定できる。これにより、傾斜回転の回転軸は360度可変である。   When the antinode of the rotating standing wave exists at a position rotated by 30 degrees from FIG. 8A as shown in FIG. 8B and FIG. 8C, the rotational axis is based on the same idea as FIG. 8A. They are straight lines 20 and 21, respectively. Therefore, as indicated by arrows W5 and W6 in FIG. 8C, when the position of the antinode of the rotating standing wave that is the in-plane secondary vibration is rotated by 60 degrees, the rotation axis of the inclined rotation is moved by 120 degrees (FIG. 8). (C) arrow W7). Further, the rotating standing wave can rotate 180 degrees. That is, as described with reference to FIG. 5 above, the rotating standing wave can be rotated by 0 to 90 degrees, and 90 to 180 degrees can be set based on the phase difference from the fixed standing wave. Thereby, the rotation axis of the tilt rotation is variable by 360 degrees.

以上より、回転定在波の空間的位置位相が平面内で回転することによって、傾斜回転の回転軸の位置を制御することが可能である。   From the above, it is possible to control the position of the rotation axis of the tilt rotation by rotating the spatial position phase of the rotating standing wave in the plane.

<本実施の形態に係る利点>
本実施の形態に係る制御装置を使用することにより、等間隔に配置された3点の接触部による駆動が可能であるから、常に略均等な接触面圧となる安定した接触状態を長期に渡って維持することが可能となる。これにより、振動波モータの多自由度駆動制御も簡単化され、高耐久化を図る上で有利である。
<Advantages according to the present embodiment>
By using the control device according to the present embodiment, it is possible to drive with three contact portions arranged at equal intervals, so that a stable contact state with a substantially uniform contact surface pressure is maintained over a long period of time. Can be maintained. Thereby, the multi-degree-of-freedom drive control of the vibration wave motor is simplified, which is advantageous in achieving high durability.

また、本実施の形態の方式では、メカ的な原因により発生する不要な送り運動を制御装置からの電気的な駆動信号によってキャンセルすることが可能となるため、振動子製作が簡単になって生産性を高めることができる。これにより、各部品の加工精度や組み立て精度などを落とした設計が可能となり、量産性の向上及びコスト削減を図ることができる。   In addition, in the method of the present embodiment, unnecessary feed movement caused by mechanical causes can be canceled by an electrical drive signal from the control device, so that the vibrator can be manufactured easily and produced. Can increase the sex. As a result, it is possible to design with reduced processing accuracy and assembly accuracy of each component, and it is possible to improve mass productivity and reduce costs.

[第2の実施の形態]
第1の実施の形態では、面内2次振動の腹と一つの接触部の空間的位置位相が一致している場合のみ考慮した。ところが、不要な周方向変位を説明する図10に示すように、図8(a)と図8(b)の中間地点に腹を有する回転定在波の位置位相では、周方向の変位の向きと大きさのバランスが崩れるから、打ち消し合った結果として残存するどちらか一方の方向の水平回転が発生する。水平回転成分は傾斜回転において不要であるため、この水平回転方向の送り運動成分を打ち消す必要がある。
[Second Embodiment]
In the first embodiment, only the case where the antinodes of the in-plane secondary vibration and the spatial position phase of one contact portion coincide is considered. However, as shown in FIG. 10 for explaining the unnecessary circumferential displacement, in the position phase of the rotating standing wave having an antinode at the midpoint between FIGS. 8A and 8B, the direction of the circumferential displacement As a result, the horizontal balance in either direction remains as a result of cancellation. Since the horizontal rotation component is unnecessary in the tilt rotation, it is necessary to cancel the feed movement component in the horizontal rotation direction.

また、図11(a),(b)は、固定定在波による接触部の挙動の説明図であり、固定定在波である面外振動による接触部3a〜3cの挙動を水平方向(リング側面の法線方向)から見たものである。実振幅はミクロンオーダであるため、振幅を拡大し可視化したものである。固定定在波の腹と接触部との空間的位置位相が完全に一致すれば、図11(a)のように周方向変位は発生しない。しかし、加工精度や組み立て精度などメカ的な原因などにより完全な一致は有り得ないため、接触部3a〜3cの先端は図11(b)が示すように周方向の変位が発生する。これを踏まえ、以下、第2の実施形態について詳述する。   11A and 11B are explanatory diagrams of the behavior of the contact portion due to the stationary standing wave, and the behavior of the contact portions 3a to 3c due to the out-of-plane vibration that is the stationary standing wave is shown in the horizontal direction (ring (Normal direction of side surface) Since the actual amplitude is in the micron order, the amplitude is enlarged and visualized. If the spatial position phase between the antinode of the stationary standing wave and the contact portion completely coincides, the circumferential displacement does not occur as shown in FIG. However, since there is no perfect coincidence due to mechanical causes such as processing accuracy and assembly accuracy, the distal ends of the contact portions 3a to 3c are displaced in the circumferential direction as shown in FIG. Based on this, the second embodiment will be described in detail below.

<第2実施の形態に係る制御装置の構成及び動作>
図12は、本発明の第2実施の形態に係る、振動波駆動装置の制御装置の構成を示すブロック図であり、図7と共通の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
<Configuration and Operation of Control Device According to Second Embodiment>
FIG. 12 is a block diagram showing the configuration of the control device of the vibration wave drive device according to the second embodiment of the present invention. Elements common to those in FIG. To do.

本実施の形態における制御装置は、図7に示した構成において、付加定在波発生部140を追加した構成となっている。傾斜回転の目標値として、回転軸、回転数が与えられると、固定定在波と空間的位置位相が90度ずれた位置の面外3次振動の定在波(付加定在波:第3の定在波)の振幅・位相差(対固定定在波)が決定される。この指令値は、付加定在波発生部140へ送られる。そして、信号発生部142では付加定在波発生用の駆動信号が生成されて振動波モータ130に供給され、傾斜回転が駆動される。   The control device in the present embodiment has a configuration in which an additional standing wave generator 140 is added to the configuration shown in FIG. When the rotation axis and the rotation speed are given as the target values of the tilt rotation, the standing wave of the out-of-plane tertiary vibration at the position where the spatial position phase is shifted by 90 degrees (additional standing wave: third) Amplitude / phase difference (vs. standing wave) is determined. This command value is sent to the additional standing wave generator 140. The signal generator 142 generates a drive signal for generating an additional standing wave and supplies it to the vibration wave motor 130 to drive the tilt rotation.

付加定在波を発生する電極群は、図5のAで示される。A電極群はF電極群と位置位相が90度ずれた位置に交互に配置されており、固定定在波と時間的に90度位相差を持たせて付加定在波を励振させることにより面外3次振動の進行波を生成することができる。付加定在波の振幅は、固定定在波による接触部の面外方向の変位量に影響を与えないから、固定定在波と回転定在波の組み合せによる傾斜方向の送り運動とは関係ないものとして考えることができる。そのため、付加定在波の振幅、つまり進行波による送り運動を独立して制御することができる。   An electrode group for generating the additional standing wave is indicated by A in FIG. The A electrode group and the F electrode group are alternately arranged at positions shifted by 90 degrees, and the surface is obtained by exciting the additional standing wave with a phase difference of 90 degrees with respect to the fixed standing wave. A traveling wave of the outer tertiary vibration can be generated. The amplitude of the additional standing wave does not affect the amount of displacement in the out-of-plane direction of the contact portion due to the fixed standing wave, so it is not related to the feed movement in the tilt direction due to the combination of the stationary standing wave and the rotating standing wave. Can be thought of as a thing. Therefore, the amplitude of the additional standing wave, that is, the feed movement by the traveling wave can be controlled independently.

付加定在波の振幅値によって、2つの定在波による進行波の振幅分布は、図13のようになる。図13は、2つの定在波による進行波の振幅分布を示すグラフである。同図の縦軸は進行波振幅、横軸はリングタイプ振動子4の空間的位置位相であり、図中のX1、X2、X3位置にそれぞれ接触部が配置されている。このとき、3つの接触部のX1、X2、X3位置(60度、180度、300度)と固定定在波の腹の位置は一致しており、この位置での進行波振幅は固定定在波の振幅指令値で決定される。   Depending on the amplitude value of the additional standing wave, the amplitude distribution of the traveling wave by the two standing waves is as shown in FIG. FIG. 13 is a graph showing the amplitude distribution of traveling waves by two standing waves. In the figure, the vertical axis represents the traveling wave amplitude, and the horizontal axis represents the spatial position phase of the ring-type vibrator 4, and contact portions are arranged at positions X1, X2, and X3 in the figure. At this time, the X1, X2, and X3 positions (60 degrees, 180 degrees, and 300 degrees) of the three contact portions coincide with the positions of the antinodes of the fixed standing wave, and the traveling wave amplitude at this position is fixed standing. Determined by the wave amplitude command value.

また、隣り合う接触部の中間地点である0度、120度、240度の位置も固定定在波の腹の位置であるから、進行波振幅は接触部と同じである。なお、接触部位置と固定定在波の山が理想的に一致していれば、固定定在波のみによる接触部先端の周方向変位は0である。そして、A電極群とF電極群の位置位相は90度ずれているから、隣り合う固定定在波の腹の中間地点での振幅が付加定在波の振幅指令値である。即ち、図13では、固定定在波の振幅1に対して「0.2」、「0.8」、「1.5」としたときの進行波振幅分布を示している。   In addition, since the positions of 0 degrees, 120 degrees, and 240 degrees, which are intermediate points between adjacent contact portions, are also antinode positions of the stationary standing wave, the traveling wave amplitude is the same as that of the contact portion. If the contact portion position and the peak of the stationary standing wave are ideally matched, the circumferential displacement of the tip of the contact portion due to only the stationary standing wave is zero. And since the position phase of A electrode group and F electrode group has shifted | deviated 90 degree | times, the amplitude in the middle point of the antinode of an adjacent fixed standing wave is an amplitude command value of an additional standing wave. That is, FIG. 13 shows the traveling wave amplitude distribution when “0.2”, “0.8”, and “1.5” are set for the amplitude 1 of the fixed standing wave.

本実施の形態の制御装置は、上に挙げた2例のように不要な水平回転方向の送り運動が発生する場合にこの成分をキャンセルする方向に進行波を生成している。付加定在波と固定定在波の位相差により進行波の移動方向が決まり、付加定在波の振幅により進行波による接触部先端の周方向振幅が決定される。   The control device according to the present embodiment generates a traveling wave in a direction in which this component is canceled when an unnecessary feed motion in the horizontal rotation direction occurs as in the above two examples. The traveling direction of the traveling wave is determined by the phase difference between the additional standing wave and the fixed standing wave, and the circumferential amplitude at the tip of the contact portion due to the traveling wave is determined by the amplitude of the additional standing wave.

以上より、進行波を形成する固定定在波と付加定在波間の位相差と付加定在波の振幅を制御することにより、自在に周方向の送り運動を制御することが可能であり、不要な水平回転方向の送り運動成分を打ち消すことが可能となる。   From the above, it is possible to freely control the circumferential feed movement by controlling the phase difference between the fixed standing wave and the additional standing wave that form the traveling wave and the amplitude of the additional standing wave. It is possible to cancel the feed movement component in the horizontal rotation direction.

なお、第1及び第2の実施の形態では、図5のように固定定材波を励振するF+電極群の位置に固定定材波の1波長間隔で接触部を配置しているが、F−電極群の位置に配置しても同じことである。また、1/2波長ステップでF電極群すべての位置に配置しても本駆動原理は成立する。さらに、F+電極が6個、つまり固定定材波が面外6次振動のときは、2波長間隔にして3つの接触部を設けるようなことも可能である。なお、3つの接触部は必ずしも等間隔である必要はなく、駆動力のバランスで回転軸の位置が可変であることを確認して接触部を配置すればよい。   In the first and second embodiments, as shown in FIG. 5, the contact portions are arranged at intervals of one wavelength of the fixed constant material wave at the position of the F + electrode group that excites the fixed constant material wave. -Even if it is arranged at the position of the electrode group, it is the same. Further, the present driving principle is established even when the F electrode group is arranged at all the positions in half wavelength steps. Further, when there are six F + electrodes, that is, when the fixed fixed material wave is out-of-plane sixth-order vibration, it is possible to provide three contact portions at intervals of two wavelengths. Note that the three contact portions do not necessarily need to be equally spaced, and the contact portions may be arranged after confirming that the position of the rotating shaft is variable based on the balance of the driving force.

[第3の実施の形態]
<第3実施の形態の制御装置の構成>
図14は、本発明の第3実施の形態に係る、振動波駆動装置の制御装置の構成を示すブロック図である。
[Third Embodiment]
<Configuration of Control Device of Third Embodiment>
FIG. 14 is a block diagram showing the configuration of the control device for the vibration wave driving device according to the third embodiment of the present invention.

与えられる任意軸回転の目標値としての回転軸、回転数から、傾斜回転成分と水平回転成分を計算する。これに合せて事前に得られている振動波モータ130の特性から固定定在波(面外振動)と回転定在波(面内振動)の振幅・位相差、そして回転定在波(面内振動)の空間的位置位相が決定される。さらに、付加定在波(面外振動)の振幅・位相差(対固定定在波)も決定される。これらの指令値が各定在波発生部110、120、140に送られ、それぞれの信号発生部113、114、121、142では、各定在波の発生用駆動信号が生成されるとともに、振動波モータ130に入力され傾斜回転が駆動される。   A tilt rotation component and a horizontal rotation component are calculated from the rotation axis and rotation speed as a target value of given arbitrary axis rotation. The amplitude / phase difference between the stationary standing wave (out-of-plane vibration) and the rotating standing wave (in-plane vibration) and the rotating standing wave (in-plane) are obtained from the characteristics of the vibration wave motor 130 obtained in advance. The spatial position phase of (vibration) is determined. Further, the amplitude and phase difference (vs. stationary wave) of the additional standing wave (out-of-plane vibration) is also determined. These command values are sent to the standing wave generators 110, 120, and 140, and the signal generators 113, 114, 121, and 142 generate driving signals for generating the standing waves and generate vibrations. It is input to the wave motor 130 and the tilt rotation is driven.

本実施の形態では、第2実施の形態で示した図12の各定在波発生部110、120、140の構成をそのまま使用し、また、不要な水平回転方向の送り運動成分を相殺する制御機能を残している。さらに積極的に水平回転を発生すべく、付加定在波の振幅及び位相差が設定される構成となっている。したがって、水平回転方向の送り運動成分と前記傾斜回転方向の送り運動成分の比率を任意に定めることで任意軸回りの駆動を実現することが可能である。   In the present embodiment, the configuration of each of the standing wave generators 110, 120, and 140 shown in FIG. 12 shown in the second embodiment is used as it is, and the control for canceling the unnecessary feed motion component in the horizontal rotation direction is used. The function is left. Further, the configuration is such that the amplitude and phase difference of the additional standing wave are set so as to positively generate horizontal rotation. Therefore, it is possible to realize driving around an arbitrary axis by arbitrarily determining the ratio of the feed motion component in the horizontal rotation direction and the feed motion component in the tilt rotation direction.

即ち、本実施の形態の構成では、回転体の回転軸と回転数を測定する検出手段が配置されるセンサ部150を設けている。センサ部150の検出データからは傾斜回転成分151と水平回転成分152が算出され、各成分データのフィードバックによって各定在波指令値が制御される。   That is, in the configuration of the present embodiment, a sensor unit 150 is provided in which detection means for measuring the rotation axis and the number of rotations of the rotating body is arranged. A tilt rotation component 151 and a horizontal rotation component 152 are calculated from the detection data of the sensor unit 150, and each standing wave command value is controlled by feedback of each component data.

図15は、本発明の第3実施の形態の変形例に係る、振動波駆動装置の制御装置の構成を示すブロック図である。   FIG. 15 is a block diagram showing a configuration of a control device for a vibration wave drive device according to a modification of the third embodiment of the present invention.

この制御装置の構成は、図15のように、回転体の絶対位置を測定或いは計算する検出手段をセンサ部153に設けている。このセンサ部153によって得られる現在位置から目標位置への理想的な軌道を修正回転軸計算部154で再計算させ、新たな修正回転軸指令値を左上の任意軸設定に返して制御する構成である。もちろん、これらセンサ部153は組み合せて使用することもできるし、第1及び第2の実施の形態の制御装置にも設置することも可能である。   As shown in FIG. 15, the configuration of this control device is provided with detection means for measuring or calculating the absolute position of the rotating body in the sensor unit 153. The ideal trajectory from the current position to the target position obtained by the sensor unit 153 is recalculated by the corrected rotation axis calculation unit 154, and a new corrected rotation axis command value is returned to the upper left arbitrary axis setting for control. is there. Of course, these sensor units 153 can be used in combination, and can also be installed in the control devices of the first and second embodiments.

なお、本第3の実施の形態に係るシステムでは、例えば、長時間駆動や駆動環境により接触状態(主に摩擦係数)が変化する場合や振動波モータの特性が事前に得られていない場合を想定する。そのため、センサ部150、153からのデータと入力信号の関係から制御パラメータが自動調整され逐次パラメータが更新されることが望ましい。これは、任意軸回りの回転が可能な振動波モータでは、使用頻度の高い回転軸によって各接触部の劣化の進行状況に差が生じ、初期の制御パラメータからの変化が大きくなりやすい。また、仮に初期モータ特性が同じものが2つあったとしても、その後の使用状況によって大きく特性が異なるものになりやすいからである。   In the system according to the third embodiment, for example, when the contact state (mainly the friction coefficient) changes due to long-time driving or driving environment, or when the characteristics of the vibration wave motor are not obtained in advance. Suppose. Therefore, it is desirable that the control parameters are automatically adjusted based on the relationship between the data from the sensor units 150 and 153 and the input signals, and the parameters are updated sequentially. This is because, in a vibration wave motor capable of rotating around an arbitrary axis, a difference in progress of deterioration of each contact portion is caused by a frequently used rotating shaft, and a change from an initial control parameter tends to be large. In addition, even if there are two of the same initial motor characteristics, the characteristics are likely to vary greatly depending on the subsequent use conditions.

なお、本発明の目的は、以下の処理を実行することによって達成される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録した記憶媒体を、システム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ(又はCPUやMPU等)が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出す処理である。   In addition, the objective of this invention is achieved by performing the following processes. That is, a storage medium that records a program code of software that realizes the functions of the above-described embodiments is supplied to a system or apparatus, and a computer (or CPU, MPU, etc.) of the system or apparatus is stored in the storage medium. This is the process of reading the code.

この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が前述した実施の形態の機能を実現することになり、そのプログラムコード及び該プログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。   In this case, the program code itself read from the storage medium realizes the functions of the above-described embodiments, and the program code and the storage medium storing the program code constitute the present invention.

また、プログラムコードを供給するための記憶媒体としては、次のものを用いることができる。例えば、フロッピー(登録商標)ディスク、ハードディスク、光磁気ディスク、CD−ROM、CD−R、CD−RW、DVD−ROM、DVD−RAM、DVD−RW、DVD+RW、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ROM等である。又は、プログラムコードをネットワークを介してダウンロードしてもよい。   Moreover, the following can be used as a storage medium for supplying the program code. For example, floppy (registered trademark) disk, hard disk, magneto-optical disk, CD-ROM, CD-R, CD-RW, DVD-ROM, DVD-RAM, DVD-RW, DVD + RW, magnetic tape, nonvolatile memory card, ROM or the like. Alternatively, the program code may be downloaded via a network.

また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することにより、上記実施の形態の機能が実現される場合も本発明に含まれる。加えて、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているOS(オペレーティングシステム)等が実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も含まれる。   Further, the present invention includes a case where the function of the above-described embodiment is realized by executing the program code read by the computer. In addition, an OS (operating system) running on the computer performs part or all of the actual processing based on an instruction of the program code, and the functions of the above-described embodiments are realized by the processing. Is also included.

更に、前述した実施形態の機能が以下の処理によって実現される場合も本発明に含まれる。即ち、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれる。その後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるCPU等が実際の処理の一部又は全部を行う場合である。   Furthermore, a case where the functions of the above-described embodiment are realized by the following processing is also included in the present invention. That is, the program code read from the storage medium is written in a memory provided in a function expansion board inserted into the computer or a function expansion unit connected to the computer. Thereafter, based on the instruction of the program code, the CPU or the like provided in the function expansion board or function expansion unit performs part or all of the actual processing.

2 圧電素子
3a〜3c 接触部
4 振動子
13 回転体
110 回転定在波発生部
120 固定定在波発生部
130 振動波モータ
140 付加定在波発生部
2 Piezoelectric elements 3a to 3c Contact section 4 Vibrator 13 Rotating body 110 Rotating standing wave generating section 120 Fixed standing wave generating section 130 Vibration wave motor 140 Additional standing wave generating section

Claims (11)

回転体との接触部を複数有する振動子を備え、
前記振動子は、
第1の定在波を前記振動子に発生させる、第1の駆動信号が供給される第1の電極群と、
合成されて前記振動子に第2の定在波を発生させる、少なくとも2つの定在波を発生させる第2の駆動信号及び第3の駆動信号が、それぞれ供給される、第2の電極群及び第3の電極群と、
を有し、
前記第2の定在波は、腹の空間的位置位相が、前記第2の駆動信号及び第3の駆動信号によって設定され、
前記第1の定在波は面内振動定在波かつ前記第2の定在波は面外振動定在波、または前記第1の定在波は面外振動定在波かつ前記第2の定在波は面内振動定在波であり、
前記複数の接触部は、第1の定在波の波長の1/2の整数倍の間隔で配置されている、振動波駆動装置。
Comprising a vibrator having a plurality of contact parts with a rotating body,
The vibrator is
A first electrode group supplied with a first drive signal for generating a first standing wave in the vibrator;
A second electrode group that is supplied with a second drive signal and a third drive signal, respectively, for generating at least two standing waves that are combined to generate a second standing wave in the vibrator; and A third electrode group;
Have
In the second standing wave, the spatial position phase of the antinode is set by the second drive signal and the third drive signal,
The first standing wave is an in-plane vibration standing wave and the second standing wave is an out-of-plane vibration standing wave, or the first standing wave is an out-of-plane vibration standing wave and the second The standing wave is an in-plane vibration standing wave,
The plurality of contact portions are vibration wave driving devices arranged at intervals of an integral multiple of 1/2 of the wavelength of the first standing wave.
前記回転体の回転中心を含みかつ前記振動子の中心軸を法線ベクトルとする平面内に回転軸を有する傾斜方向の回転において、前記第2の定在波の腹の空間的位置位相が変化することによって、前記傾斜方向の回転の回転軸の位置が制御される、請求項1に記載の振動波駆動装置。   The spatial position phase of the antinode of the second standing wave changes during rotation in an inclined direction having a rotation axis in a plane including the rotation center of the rotating body and having the center axis of the vibrator as a normal vector The vibration wave driving device according to claim 1, wherein the position of the rotation axis of the rotation in the tilt direction is controlled by doing so. 前記第2の定在波を構成する前記少なくとも2つの定在波の振幅比によって、前記第2の定在波の腹の空間的位置位相が制御される、請求項2に記載の振動波駆動装置。   The vibration wave drive according to claim 2, wherein a spatial position phase of an antinode of the second standing wave is controlled by an amplitude ratio of the at least two standing waves constituting the second standing wave. apparatus. 前記振動子は、前記第1の定在波と合成されて前記振動子に進行波を発生させる、第3の定在波を発生させるための、第4の駆動信号が印加される第4の電極群を有し、
前記進行波により、前記振動子の中心軸を回転軸とする水平方向の回転の送り運動が励起される、請求項2または3に記載の振動波駆動装置。
The transducer is combined with the first standing wave to generate a traveling wave in the transducer, and a fourth drive signal is applied to generate a third standing wave. Having an electrode group,
4. The vibration wave driving device according to claim 2, wherein the traveling wave excites a horizontal rotational feed motion with a center axis of the vibrator as a rotation axis. 5.
前記進行波は、前記複数の接触部に励起される送り運動の総和における、不要な水平方向の送り運動を打ち消す方向に生成される、請求項4に記載の振動波駆動装置。   5. The vibration wave driving device according to claim 4, wherein the traveling wave is generated in a direction that cancels an unnecessary horizontal feed motion in a sum of feed motions excited by the plurality of contact portions. 前記水平方向の回転の送り運動は、前記進行波を形成する前記第1の定在波と前記第3の定在波の間の位相差と、前記第3の定在波の振幅とにより制御することを特徴とする請求項4または5に記載の振動波駆動装置。   The horizontal rotational feed movement is controlled by the phase difference between the first standing wave and the third standing wave forming the traveling wave and the amplitude of the third standing wave. The vibration wave driving device according to claim 4, wherein the vibration wave driving device is provided. 前記水平方向の回転の送り運動成分と前記傾斜方向の回転の送り運動成分との比率により、前記回転体の回転の回転軸を定めることを特徴とする請求項4乃至6いずれか1項に記載の振動波駆動装置。   7. The rotation axis of rotation of the rotating body is defined by a ratio of the feed movement component of the rotation in the horizontal direction and the feed movement component of the rotation in the tilt direction. Vibration wave drive device. 前記進行波を形成する前記第1の定在波と前記第3の定在波の間の時間的な位相差は90度であることを特徴とする請求項4乃至7のいずれか1項に記載の振動波駆動装置。   The temporal phase difference between the first standing wave and the third standing wave forming the traveling wave is 90 degrees, according to any one of claims 4 to 7, The vibration wave driving device described. 前記第1の定在波は偶数次数の駆動振動であり、かつ前記第2の定在波は奇数次数の駆動振動である、または、前記第1の定在波は奇数次数の駆動振動であり、かつ前記第2の定在波は偶数次数の駆動振動である、請求項1乃至8のいずれか1項に記載の振動波駆動装置。   The first standing wave is an even-order driving vibration, and the second standing wave is an odd-order driving vibration, or the first standing wave is an odd-order driving vibration. The vibration wave driving device according to claim 1, wherein the second standing wave is an even-order driving vibration. 前記複数の接触部は、第1の定在波の腹の空間的位置位相と一致している位相位置の接触部を含む、請求項1乃至9のいずれか1項に記載の振動波駆動装置。   10. The vibration wave driving device according to claim 1, wherein the plurality of contact portions include a contact portion having a phase position that matches the spatial position phase of the antinode of the first standing wave. . 前記複数の接触部は、第1の定在波の腹の空間的位置位相と一致しない位相位置の接触部を含む、請求項4乃至9のいずれか1項に記載の振動波駆動装置。   10. The vibration wave driving device according to claim 4, wherein the plurality of contact portions include a contact portion having a phase position that does not coincide with a spatial position phase of the antinode of the first standing wave.
JP2012134665A 2012-06-14 2012-06-14 Vibration wave drive Active JP5484522B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012134665A JP5484522B2 (en) 2012-06-14 2012-06-14 Vibration wave drive

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012134665A JP5484522B2 (en) 2012-06-14 2012-06-14 Vibration wave drive

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007166691A Division JP5183108B2 (en) 2007-06-25 2007-06-25 Control device for vibration wave drive device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2012196134A JP2012196134A (en) 2012-10-11
JP5484522B2 true JP5484522B2 (en) 2014-05-07

Family

ID=47087523

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012134665A Active JP5484522B2 (en) 2012-06-14 2012-06-14 Vibration wave drive

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5484522B2 (en)

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0667230B2 (en) * 1986-06-04 1994-08-24 ニスカ株式会社 Forward / reverse rotation drive
JPH0732613B2 (en) * 1988-06-17 1995-04-10 オリンパス光学工業株式会社 Ultrasonic oscillator and drive device having this oscillator
JPH03139181A (en) * 1989-10-24 1991-06-13 Canon Inc Vibration detecting method and vibration wave motor
JPH0638558A (en) * 1992-07-16 1994-02-10 Asmo Co Ltd Vibration motor
JPH09219980A (en) * 1995-12-04 1997-08-19 Nikon Corp Free multidegree drive device
JP4077923B2 (en) * 1997-11-27 2008-04-23 キヤノン株式会社 Vibration type actuator
JP4046966B2 (en) * 2001-10-09 2008-02-13 キヤノン株式会社 Vibration wave drive
JP2004129458A (en) * 2002-10-07 2004-04-22 Canon Inc Controller for vibratory actuator, vibratory actuator system, and control method for vibratory actuator
JP2005223994A (en) * 2004-02-04 2005-08-18 Canon Inc Oscillatory type actuator and image processing apparatus
JP5183108B2 (en) * 2007-06-25 2013-04-17 キヤノン株式会社 Control device for vibration wave drive device

Also Published As

Publication number Publication date
JP2012196134A (en) 2012-10-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101108455B1 (en) Ultrasonic motor
JP2009278702A (en) Ultrasonic motor
JP5183108B2 (en) Control device for vibration wave drive device
JP5429895B2 (en) Spherical ultrasonic motor and control method of spherical ultrasonic motor
JP4077923B2 (en) Vibration type actuator
JP2007189802A (en) Oscillatory wave drive unit and oscillatory wave drive apparatus
JP5484522B2 (en) Vibration wave drive
KR20080108077A (en) Vibration actuator
Lu et al. Development of a novel rotor-embedded-type multidegree-of-freedom spherical ultrasonic motor
JP4261894B2 (en) Vibration type driving device
Mazeika et al. 3DOF high resolution inertial piezoelectric motor
JP2007221973A (en) Oscillatory type actuator
JP4208753B2 (en) Control device for vibration type drive device, control method for vibration type drive device, control program for vibration type drive device
JP2010124603A (en) Drive unit and drive method
JP5457651B2 (en) Ultrasonic motor
JP3662736B2 (en) Driving method of vibration wave actuator
JP2006129553A (en) Vibration type drive unit, its control device, its control method and program
JP2008236986A (en) Vibration actuator and driving method thereof
JPS6091879A (en) Supersonic wave driving method
JP4654884B2 (en) Multi-degree-of-freedom ultrasonic motor
JP4208627B2 (en) Control device, operation device, and control method for vibration type drive device
JP4994850B2 (en) Vibration type actuator drive control device and vibration type actuator drive control method
Cheng et al. A novel piezoelectric rotary motor with cyclic symmetric stator
JP4724904B2 (en) Vibration actuator
Zhou et al. Design and multipoint control of an bar-shaped multi-DOF ultrasonic actuator

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20130628

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20130702

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20140121

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20140218

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 5484522

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151