JPH03112381A - 超音波アクチュエータの安全装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、超音波アクチュエータ自体から発生する熱や
、超音波アクチエエータを高温の環境下で使用する際の
高温により、超音波アクチュエータを構成する圧電素子
等の電気−機械エネルギー変換素子の破壊を防止する安
全装置に関するものである。

［従来の技術］ 超音波アクチュエータの代表的なものとしては、例えば
環状に形成された弾性体に圧電素子等の電気−機械エネ
ルギー変換素子を固着し、該圧電素子の２つの駆動相に
時間的位相の異なる交流電界を印加することにより該弾
性体に進行波を形成し、該弾性体に圧接する部材を摩擦
駆動する振動波モータがある。

そして、電気−機械エネルギー変換素子の弾性体への接
着は、アクチュエータの使用する温度範囲よりも高温の
接着温度で行っていたため、超音波アクチュエータの発
生する温度が該接着温度をこえないように構成されてい
る。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら上記従来例では圧電素子を弾性体に高温で
接着しなければならないため、次のような欠点があった
。

接着温度と使用温度の差が大きくなり、弾性体と圧電素
子等の熱膨張率の差によって生ずる歪みが大きくなり、
駆動精度等の性能が悪くなってしまう。そこで、使用温
度を接着温度近傍に設定すればよいが、高出力の場合超
音波アクチュエータ自身の発熱によって、使用温度より
超音波アクチュエータの温度が非常に高くなってしまう
ことがあり、圧電素子が破壊してしまうことがある。

本発明の目的は、上記した従来の問題を解決し、圧電素
子等の電気−機械エネルギー変換素子の破壊を防止でき
る超音波アクチュエータの安全装置を提供することにあ
る。

［課題を解決するための手段］ 本発明の目的を達成するための代表的な構成は、弾性体
に電気−機械エネルギー変換素子を接着した振動体にお
ける該電気−機械エネルギー変換素子に交流電圧を印加
することにより該弾性体に進行波を形成し、該弾性体に
形成される進行波によって、該弾性体と該弾性体に圧接
する部材とを相対移動させる超音波アクチュエータにお
いて、該振動体の温度を検出する温度検出手段と、該温
度検出手段からの温度情報に基づき振動体の電気−機械
エネルギー変換素子に印加する電圧を制御する駆動制御
手段とを備え、該駆動制御手段は該温度制御手段からの
温度情報が予め設定された閾値を越えると、該弾性体と
該部材との相対移動を停止、或は減速指示を行なうこと
を特徴とする超音波アクチュエータの安全装置にある。

［作　　　用］ 上記した構成の超音波アクチュエータの安全装置は、振
動体の温度が予め設定した閾値な越えると、アクチュエ
ータの駆動を停止したり、減速したりすることにより、
圧電素子等からなる電気−機械エネルギー変換手段の熱
破壊を未然に防止する。

［実　施　例］ 第１図は本発明による超音波アクチュエータの安全装置
の一実施例を示すブロック図で、ある温度以上に超音波
アクチュエータの温度がなった時に、超音波アクチュエ
ータを停止するようになっている。１は弾性体、２は圧
電素子で弾性体１に接着されており、Ａ相とＢ相に位相
の異なる交流電圧を印加することによって弾性体１上に
進行性振動を発生させている。３はロータ４に接合され
た摩擦部材で、弾性体１に接触しており、弾性体１上に
形成される進行性振動によって生ずる質点の楕円運動に
よって該接触する面を境いにして相対的に回転する。５
はロータ４の回転速度を検出するためのロータリーエン
コーダ、６は弾性体に接合された温度センサ、７は圧電
素子２と弾性体１を接着した時の接着温度に対応する電
圧の電池、８は温度センサ６によって弾性体の１の温度
を検出し、電池７の示す接着温度と比較し、弾性体１の
温度の方が高くなった時に停止指令信号を発生し、低く
なったら解除する、温度検出・比較器。９はロータ４の
回転速度がＣＰＵ　１０からの速度指令信号に対応する
回転速度になるようにロータリーエンコーダ５の出力パ
ルス信号の周波数が該回転速度に対応する周波数になる
ように、Ａ相とＢ相の信号の振幅、パルス幅、周波数、
Ａ相とＢ相の位相差等の少なくとも１つを変化させるプ
ログラマブル速度制御装置で、停止指令信号が入力され
ると、速度指令信号にかかわらずロータ４の回転を停止
させるように動作する。１０は、速度指令信号を発生す
るコントローラであるＣＰＵである。ｃｐｕｉｏの動作
は、例えば、停止指令信号が入力されると、速度指令信
号が出力されていても停止を指令し、停止指令信号が解
除されてから一定時間経過後、速度指令信号を元に戻し
たり、停止指令信号が解除されると、停止前の速度より
一定速度だけ減速した速度指令信号を発生する。

これによって弾性体１の温度が圧電素子の接着温度を越
えると、アクチュエータを停止させるので、前記接着温
度より高くなることがなく、圧電素子２を破壊から守る
ことができる。

なお、この実施例では弾性体１の温度が前記接着温度よ
り低くなった時に停止指令信号を解除しているが、解除
する温度を該接着温度より、低い適当な温度としてもよ
い。また、本実施例では温度センサを弾性体１に接合し
たが、赤外線センサ等で非接触で検出する方法でも良い
ことは当然である。

第２図は温度センサを使用しないで温度を検出する他の
実施例のブロック図である。本実施例の概略を述べると
、弾性体１と圧電素子２からなる振動体の振動周波数を
常に共振周波数とするための周波数制御を行い、該共振
周波数が弾性体１の温度変化に応じて変化することに着
目し、該共振周波数をＣＰＵｌ０に読み込み、前記接着
温度の時の共振周波数と比較し、接着温度より弾性体１
の温度が高くなったことを検知し、高くなれば、冷却指
令信号を発生して弾性体１の温度を下げるように構成さ
れている。

以下に第２図を詳細に説明する。Ｓ相は、圧電素子２上
に設けられたＡ相、Ｂ相と切り離された電極で、弾性体
１の振動を検出している。モしてＡ相とＳ相の信号の位
相差は、印加電圧（Ａ相、Ｂ相）の周波数と弾性体１の
共振周波数の差によって変化し、印加電圧の周波数が該
共振周波数となった時は特定の位相差を示す。

そこでＡ相とＳ相の位相差を位相差検出器１１で検出し
、該特定の位相差に対応する電圧の電池１２の電圧と位
相差検出器１１で検出した位相差に対応する電圧とを差
動増幅器１３で比較し、　Ｌ、Ｐ、Ｆ　　（ローパスフ
ィルタ）１４を通してノイズを除去してから公知のＶ、
Ｃ，Ｏ（電圧制御発振器）１５に入力され、Ａ相とＢ相
の交流電圧の基準となる交流信号を発生している。

１８はＣＰＵｌ０からの速度指令信号によってロータ４
の回転速度を制御しており、Ａ相はＶＪ、Ｏ１５からの
信号の周波数と同じ周波数で同じ位相を持ち、Ｂ相はＡ
相と９０°の位相差を持つようになっている。このよう
な共振周波数の制御法は本出願人による特開昭６２−８
５６８４号等で公知であるが簡単に説明すると、Ａ相の
周波数が前記振動体の共振周波数より低いと、Ａ相とＳ
相の間の位相差が、前記特定の位相差より小さくなり、
差動増幅器１３の出力は正の出力トナリ、Ｌ、Ｐ、Ｆ　
１４ノ出力が上昇しＶ、Ｃ，Ｏ１５の出力信号の周波数
が高くなってゆき、該共振周波数へと制御される。これ
らの動作によって該振動体は常に共振周波数になってお
り、へ／Ｄ変換器１６によって共振周波数に対応する電
圧を常にＣＰＵｌ０に読み込み、上述したようにして冷
却指令信号の発生を制御している。１７は冷却手段制御
装置で、不図示のアクチュエータ冷却用のファンや水冷
のポンプ等をコントロールしている。これによって第１
図に示す実施例と同様に圧電素子２を破壊から守ること
ができる。

なお、温度検出のタイムラグや、検出精度等を考えて前
記接着温度より少し低めの温度で比較するようにしても
よい。また、低出力の超音波アクチュエータの場合は前
記接着温度より少し高めの温度で比較するようにしても
よい。さらに、前記振動体の温度が接着温度近傍の温度
で安定するように冷却指令信号をＯＮとＯＦＦだけでな
く、多段階に不図示の冷却手段の冷却能力を制御できる
ようにしてもよい。

勿論実施例１のように直接温度センサによりアクチュエ
ータの温度を検出して冷却するようにしてもよい。

［発明の効果］ 以上説明してぎたように、本発明によれば、超音波アク
チュエータの温度が予め設定された閾値、例えば弾性体
と圧電素子の接着温度より高くならないようにすること
で、圧電素子等の電気−機械エネルギー変換素子を熱破
壊から守ることができる効果がある。

１

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による超音波アクチュエータの安全装置
の一実施例を示すブロック図、第２図は他の実施例を示
すブロック図である。 １・・・弾性体、　　　　　　２・・・圧電素子、３・
・・摩擦部材、　　　　　４・・・ロータ、５・・・ロ
ータリーエンコーダ、 ６・・・温度センサ、　　　　７，１２・・・電池、８
・・・温度検出・比較器、 ９．１８・・・プログラマブル速度制御装置、１０・・
・ＣＰＵ、　　　　　１１・・・位相差検出器、１３・
・・差動増幅器、 １４・・・ローパスフィルタ、 １５・・・電圧制御発振器、１６・・・Ａ／Ｄ変換器、
１７・・・冷却手段駆動装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　弾性体に電気−機械エネルギー変換素子を接着した
   振動体における該電気−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該弾性体に進行波を形成し、
   該弾性体に形成される進行波によって、該弾性体と該弾
   性体に圧接する部材とを相対移動させる超音波アクチュ
   エータにおいて、 該振動体の温度を検出する温度検出手段と、該温度検出
   手段からの温度情報に基づき振動体の電気−機械エネル
   ギー変換素子に印加する電圧を制御する駆動制御手段と
   を備え、該駆動制御手段は該温度検出手段からの温度情
   報が予め設定された閾値を越えると、該弾性体と該部材
   との相対移動を停止、或は減速指示を行なうことを特徴
   とする超音波アクチュエータの安全装置。 ２　弾性体に電気−機械エネルギー変換素子を接着した
   振動体における該電気−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該弾性体に進行波を形成し、
   該弾性体に形成される進行波によって、該弾性体と該弾
   性体に圧接する部材とを相対移動させる超音波アクチュ
   エータにおいて、 該振動体の温度を検出する温度検出手段と、該振動体を
   冷却する冷却手段と、該温度検出手段からの温度情報に
   基づき該冷却手段を駆動制御する冷却駆動手段とを備え
   、該冷却駆動手段は該温度検出手段からの温度情報が予
   め設定された閾値を越えると、該冷却手段を駆動するこ
   とを特徴とする超音波アクチュエータの安全装置。 ３　温度検出手段は弾性体の共振周波数を監視し、予め
   設定された温度に対応する該弾性体の共振周波数を閾値
   とすることを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波
   アクチュエータの安全装置。