JPH04161078A - Driver for standing wave ultrasonic motor - Google Patents

Driver for standing wave ultrasonic motor

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JPH04161078A
JPH04161078A JP2282980A JP28298090A JPH04161078A JP H04161078 A JPH04161078 A JP H04161078A JP 2282980 A JP2282980 A JP 2282980A JP 28298090 A JP28298090 A JP 28298090A JP H04161078 A JPH04161078 A JP H04161078A
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Japan
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ultrasonic motor
standing wave
ultrasonic
temperature
frequency signal
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JP2282980A
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Japanese (ja)
Inventor
Masaki Yamaguchi
昌樹 山口
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Brother Industries Ltd
Original Assignee
Brother Industries Ltd
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Publication date
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Publication of JPH04161078A publication Critical patent/JPH04161078A/en
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Abstract

PURPOSE:To prevent driving speed and driving efficiency from lowering due to temperature rise by providing a temperature detecting means and means for controlling each frequency signal input to an ultrasonic oscillator in response to a detection signal from the temperature detecting means. CONSTITUTION:A frequency signal output from an oscillator 41 is split through a phase shifter 2 into two voltage signals having different phases which are then applied through amplifiers 43a, 43b on the electrode 26 of a first piezoelectric element 22 and the electrodes 27a, 27b of second piezoelectric elements 23a, 23b in order to drive an ultrasonic motor 30. Resilient body 21 of the ultrasonic oscillator 11 is provided with a thermocouple 50 connected with an operating circuit 51 and the frequency signal of the oscillator 41 is controlled in response to a detected temperature. Variation of resonance frequency due to temperature rise of the ultrasonic oscillator 11 is detected through the thermocouple 50 and the operating circuit 51 controls each frequency signal input to the ultrasonic oscillator.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、超音波振動エネルギを駆動源とする定在波
型超音波モータの駆動装置、特に、当該駆動回路の小型
化、高効率化のための改良に関するものである。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a driving device for a standing wave type ultrasonic motor using ultrasonic vibration energy as a driving source, and in particular to miniaturization and high efficiency of the driving circuit. This relates to improvements for.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

近年、超音波振動子の高周波機械振動エネルギーを利用
し、かつ対象物との間の相対的な摩擦力を駆動源とする
超音波モータが種々開発され、その応用研究が鋭意進め
られている。
In recent years, various types of ultrasonic motors have been developed that utilize the high-frequency mechanical vibration energy of an ultrasonic vibrator and use the relative frictional force between the object and the object as a driving source, and research on their application is actively underway.

こ\で、この種の超音波モータは、例えば、相互にほぼ
直交する2方向の共振振動によって励振される複合振動
子を備えると共に、当該複合振動子に所要の高周波振動
を与える駆動装置を設け、複合振動子に対して、対象物
となる可動子などを圧着させると共に、この圧着力に起
因する相対的な摩擦力により推力を発生させて、当該可
動子どの間に所要の相対運動を行なわせるようにした駆
動装置である。
This type of ultrasonic motor is, for example, equipped with a compound vibrator excited by resonance vibration in two directions that are substantially orthogonal to each other, and a drive device that applies a required high-frequency vibration to the compound vibrator. , a target object such as a movable element is pressed against the composite vibrator, and a thrust is generated by the relative frictional force caused by this pressing force to perform the required relative movement between the movable elements. This is a drive device designed to allow

[発明が解決しようとする課題〕 しかしながら、このように構成した従来の超音波モータ
においては、駆動装置による超音波振動子の駆動中に発
生する摩擦熱の温度上昇、ならびに周囲温度の上昇によ
る影響などの温度変化に起因して当該超音波振動子の共
振周波数が変化してしまい、この結果、超音波振動子の
振動振幅が小さくなって駆動速度、および駆動効率が低
下するという問題点があり、特に、相互にほぼ直交する
2方向の共振振動によって励振される複合振動子を用い
る超音波モータでは、共振周波数の差向体が大きくなっ
てしまい、駆動周波数の調節だけでは所要速度を維持し
得ないものであった。
[Problems to be Solved by the Invention] However, in the conventional ultrasonic motor configured in this way, the influence of the temperature rise of frictional heat generated while driving the ultrasonic vibrator by the drive device and the rise of the ambient temperature. There is a problem in that the resonant frequency of the ultrasonic transducer changes due to temperature changes such as 1. In particular, in ultrasonic motors that use a compound vibrator that is excited by resonant vibrations in two directions that are substantially orthogonal to each other, the resonant frequency diversion becomes large, and it is not possible to maintain the required speed just by adjusting the drive frequency. It was something I couldn't get.

この発明は、従来の超音波モータにおけるこのような各
問題点を改善するためになされたものであって、その目
的とするところは、定在波型超音波モータの駆動装置に
おいて、温度上昇に起因する駆動速度、駆動効率の低下
を防止し得るようにすること−である。
This invention was made in order to improve each of these problems in conventional ultrasonic motors, and its purpose is to improve the temperature rise in a driving device for a standing wave type ultrasonic motor. Therefore, it is possible to prevent a decrease in drive speed and drive efficiency caused by the above.

[課題を解決するための手段] 前記目的を達成するために、この発明に係る定在波型超
音波モータの駆動装置は、相互にほぼ直交する方向の少
な(とも2つの振動が励振される超音波振動子を有し、
当該超音波振動子を位相の異なる各別の周波数信号によ
って共振振動させるようにした定在波型超音波モータの
駆動装置において、前記超音波振動子の温度を検出し、
当該検出温度に対応した信号を出力する温度検出手段と
、前記温度検出手段の検出信号に対応して、前記超音波
振動子への各周波数信号入力を制御する周波数制御手段
とを、少なくとも備えて構成したことを特徴としている
[Means for Solving the Problem] In order to achieve the above object, a driving device for a standing wave type ultrasonic motor according to the present invention provides a driving device for a standing wave type ultrasonic motor according to the present invention. Has an ultrasonic vibrator,
In a driving device for a standing wave type ultrasonic motor that causes the ultrasonic vibrator to resonate and vibrate using different frequency signals having different phases, detecting the temperature of the ultrasonic vibrator,
The ultrasonic transducer includes at least a temperature detection means for outputting a signal corresponding to the detected temperature, and a frequency control means for controlling each frequency signal input to the ultrasonic transducer in response to a detection signal of the temperature detection means. It is characterized by its composition.

また、前記定在波型超音波モータの駆動装置において、
前記2方向の振動のうち、少なくとも一方の共振周波数
信号を他方の共振周波数信号に−致させるように制御す
る共振周波数調節手段を備えて構成したことを特徴とし
ている。
Further, in the driving device for the standing wave type ultrasonic motor,
The present invention is characterized in that it includes a resonant frequency adjusting means for controlling the resonant frequency signal of at least one of the two directions of vibration to match the resonant frequency signal of the other.

〔作   用J 前記構成による定在波型超音波モータの駆動装置では、
温度検出手段によって超音波振動子の温度を検出し、当
該検出温度に対応した信号を出力することにより、周波
数制御手段によって超音波振動子への各周波数信号入力
を制御でき、この結果、超音波振動子の温度上昇に起因
する超音波モータの駆動速度、駆動効率の低下を防止し
得るのである。
[Function J] In the standing wave type ultrasonic motor drive device having the above configuration,
By detecting the temperature of the ultrasonic transducer by the temperature detection means and outputting a signal corresponding to the detected temperature, the frequency control means can control each frequency signal input to the ultrasonic transducer, and as a result, the ultrasonic This makes it possible to prevent the drive speed and drive efficiency of the ultrasonic motor from decreasing due to a rise in the temperature of the vibrator.

また、超音波振動子に励振される複数振動において、温
度上昇に起因する共振周波数の変化に対応し、共振周波
数調節手段によって2方向の各振動のうち、少な(とも
一方の共振周波数信号を他方の共振周波数信号に一致さ
せるように制御するので、常に両振動の共振周波数を一
致し得るのである。
In addition, in the case of multiple vibrations excited in the ultrasonic transducer, in response to changes in the resonant frequency caused by temperature rise, the resonant frequency adjustment means is used to reduce the number of vibrations in two directions (one resonant frequency signal to the other). Since the resonant frequency signal of both vibrations is controlled to match the resonant frequency signal, the resonant frequencies of both vibrations can always be made to match.

〔実 施 例〕〔Example〕

以下、この発明に係る定在波型超音波モータの駆動装置
の一実施例につき、第1図ないし第8図を参照して詳細
に説明する。
EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, one embodiment of a driving device for a standing wave type ultrasonic motor according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 8.

この実施例における定在波型超音波モータの一例として
は、例えば、本願人の先の出願に係る特願平1−468
66号の願書に添付の明細書および図面により提案され
ているような機械的共振器を含む超音波振動子を用いた
定在波型超音波モータであってよい。
An example of the standing wave type ultrasonic motor in this embodiment is, for example, Japanese Patent Application No. 1-468 filed by the applicant earlier.
The present invention may be a standing wave type ultrasonic motor using an ultrasonic vibrator including a mechanical resonator as proposed in the specification and drawings attached to the No. 66 application.

第1図は当該既提案に係る定在波型超音波モータの概要
構成を模式的に示す平面図である。
FIG. 1 is a plan view schematically showing the general configuration of a standing wave type ultrasonic motor according to the existing proposal.

この第1図に示す定在波型超音波モータの装置構成にお
いて、超音波振動子11は、矩形角柱形状を有する弾性
体21の長手方向に沿う上面部に、当該弾性体21に曲
げ振動を励振させるための第1圧電体22を着設させて
あり、かつこの着設面とほぼ直交する左右の各側面部に
あっては、当該弾性体21に縦振動を励振させるための
各第2圧電体23a。
In the device configuration of the standing wave type ultrasonic motor shown in FIG. 1, the ultrasonic vibrator 11 applies bending vibration to the upper surface portion of the elastic body 21 having a rectangular prism shape along the longitudinal direction. A first piezoelectric body 22 for excitation is mounted, and on each left and right side surface that is substantially orthogonal to this mounting surface, second piezoelectric bodies 22 for exciting longitudinal vibration in the elastic body 21 are provided. Piezoelectric body 23a.

23bをそれぞれに着設させである。23b is attached to each.

また、前記弾性体21の長手方向両側面の中心部は、そ
れぞれに固定ボルト24a、 24bを介して基台25
a、 25b側に固定され、当該弾性体21自体がアー
スミ極を兼ねて、これらの各固定ボルト24a、 24
bを介することで基台25a、 25bに接地されてお
り、さらに、前記第1圧電体22の上面に対しては、電
極26が付設され、かつ各第2圧電体23a、23bの
上面に対しては、電極27a、 27bがそれぞれに付
設されると共に、これらの第1圧電体電極26.および
各第2圧電体電極27a、 27bからは、それぞれ各
別に入力端子を取り出しである。
Further, the center portions of both longitudinal sides of the elastic body 21 are connected to a base 25 via fixing bolts 24a and 24b, respectively.
a, 25b side, the elastic body 21 itself also serves as a grounding pole, and each of these fixing bolts 24a, 24
It is grounded to the bases 25a and 25b via the electrodes 25a and 25b, and furthermore, an electrode 26 is attached to the upper surface of the first piezoelectric body 22, and an electrode 26 is attached to the upper surface of each of the second piezoelectric bodies 23a and 23b. In addition, electrodes 27a and 27b are attached to each of the first piezoelectric electrodes 26. Input terminals are taken out from each of the second piezoelectric electrodes 27a and 27b, respectively.

そして、前記弾性体21については、厚さ方向に所定の
周波数fにおいて両端の自由端が2次モードで曲げ振動
し、かつ同一の周波数fにおいて長さ方向に両端の自由
端が1次モードで縦振動し得るように、その各部の形状
9寸法が調整されている。
As for the elastic body 21, both free ends in the thickness direction bend in a secondary mode at a predetermined frequency f, and both free ends in the length direction vibrate in a first order mode at the same frequency f. The shape and dimensions of each part are adjusted so that it can vibrate vertically.

こSで一般に、弾性体中を伝搬する縦振動の共振周波数
は、当該弾性体の長さに依存し、また、弾性体の厚さ方
向の曲げ振動の共振周波数は、当該弾性体の長さ、およ
び厚さに依存することが知られており、これらの点で、
前記のように作用される弾性体21を得るのは極めて容
易であり、その詳細についての説明は省略する。
In general, the resonance frequency of longitudinal vibration propagating in an elastic body depends on the length of the elastic body, and the resonance frequency of bending vibration in the thickness direction of the elastic body depends on the length of the elastic body. , and is known to depend on thickness; in these respects,
It is extremely easy to obtain the elastic body 21 that acts as described above, and a detailed explanation thereof will be omitted.

続いて、前記構成による超音波振動子11の作用につい
て述べる。
Next, the operation of the ultrasonic transducer 11 with the above configuration will be described.

まず、前記第1圧電体22に対して、周波数fの交流電
圧を印加して振動させると、前記弾性体21は、曲げ振
動2次モードで共振して定在波が励振され、ついで、前
記各第2圧電体23a、 23bに対して、同様に、周
波数fの交流電圧を印加して振動させると、当該弾性体
21は、縦振動1次モードで共振して定在波が励振され
る。すなわち、当該弾性体21においては、各固定ボル
ト24a、 24bによる固定位置相当部分が、それぞ
れの各定在波の節になる。
First, when an alternating current voltage of frequency f is applied to the first piezoelectric body 22 to cause it to vibrate, the elastic body 21 resonates in the secondary mode of bending vibration, and a standing wave is excited. Similarly, when an AC voltage of frequency f is applied to each of the second piezoelectric bodies 23a and 23b to cause it to vibrate, the elastic body 21 resonates in the primary mode of longitudinal vibration, and a standing wave is excited. . That is, in the elastic body 21, the portion corresponding to the fixed position by each fixing bolt 24a, 24b becomes a node of each standing wave.

また、このとき、これらの第1圧電体22.および各第
2圧電体23a、 23bに印加させる電圧の振幅、お
よび位相を調節するときは、これらの縦振動1次モード
と曲げ振動2次モードとの励振の合成により、前記弾性
体21に対して、任意の形状によるほぼ楕円運動状の振
動を発生させることが可能である。
Also, at this time, these first piezoelectric bodies 22. When adjusting the amplitude and phase of the voltage applied to each of the second piezoelectric bodies 23a and 23b, the elastic body 21 is Therefore, it is possible to generate approximately elliptic vibrations having an arbitrary shape.

なお、この実施例の場合には、弾性体21に対して、縦
振動1次モードと、曲げ振動2次モードとを励振させ、
その合成によって、はぼ楕円運動状の振動を発生させる
超音波振動子11について述べたが、当該振動の態様に
ついては、これに限定されるものではな(、その他の各
振動9例えば、縦振動1曲げ振動、せん断振動、ねじり
振動などの種々の振動の合成が考えられるほか、より高
次モードを利用することもまた効果的である。
In the case of this embodiment, the elastic body 21 is excited with a first-order mode of longitudinal vibration and a second-order mode of bending vibration,
Although we have described the ultrasonic transducer 11 that generates vibrations in the shape of an elliptical motion by synthesizing them, the mode of the vibrations is not limited to this. In addition to combining various vibrations such as bending vibration, shear vibration, and torsional vibration, it is also effective to use higher-order modes.

次に、前記構成による超音波振動子11を効果的に利用
した超音波モータの基本動作を第2図、および第3図に
ついて述べる。
Next, the basic operation of an ultrasonic motor that effectively utilizes the ultrasonic transducer 11 having the above configuration will be described with reference to FIGS. 2 and 3.

第2図(a)ないしくd)は当該超音波振動子11の動
作を各段階毎に示す動作説明図であって、こ\では、理
解を容易にするために、各動作の形態を幾分か誇張して
表わしである。
FIGS. 2(a) to 2d) are operation explanatory diagrams showing the operation of the ultrasonic transducer 11 at each stage, and here, in order to facilitate understanding, the form of each operation is explained briefly. This is a somewhat exaggerated representation.

この第2図の装置構成において、超音波モータ30は、
前記超音波振動子11の最大振幅を与える両端下部に対
して、それぞれに駆動子32.32を形成させると共に
、これらの各駆動子32.32が第2の弾性体であるレ
ール部34に相対的に当接し得るように配置されている
In the device configuration shown in FIG. 2, the ultrasonic motor 30 is
Driving elements 32, 32 are formed at the lower parts of both ends that provide the maximum amplitude of the ultrasonic transducer 11, and each of these driving elements 32, 32 is formed relative to the rail portion 34, which is a second elastic body. are arranged so that they can come into contact with each other.

また、第3図は当該超音波モータ30を構成する超音波
振動子11の第1圧電体22.および各第2圧電体23
a、 23bにそれぞれ印加させる入力駆動信号の電圧
波形を示す説明図である。
FIG. 3 also shows the first piezoelectric body 22 of the ultrasonic vibrator 11 constituting the ultrasonic motor 30. and each second piezoelectric body 23
FIG. 4 is an explanatory diagram showing voltage waveforms of input drive signals applied to each of a and 23b.

第2図の超音波モータ30において、前記超音波振動子
11に対し、第3図に示す交流駆動信号を印加して励振
させると、□当該超音波振動子11は、同第2図(a)
ないしくd)に示すような縦振動、および曲げ振動を繰
り返すことによって所要の駆動力を発生する。
In the ultrasonic motor 30 shown in FIG. 2, when the ultrasonic vibrator 11 is excited by applying the AC drive signal shown in FIG. )
The required driving force is generated by repeating longitudinal vibration and bending vibration as shown in d).

すなわち、前記超音波振動子11における縦9曲げ両振
動の位相を調整しておくことにより、第2図(a)に示
す最初の縦振動の収縮時には、この場合、左方側対応の
駆動子32がレール部34に圧接されると共に、時間の
経過に伴った伸長時には、その状態で同図(b)のよう
に伸長され、また、同図(c)に示す次の縦振動の収縮
時には、右方側対応の駆動芋32がレール部34に圧接
され、かつこ−でも時間の経過に伴った伸長時には、そ
の状態で同図(d)のように伸長されるものであり、以
上の作動を順次に繰り返すことによって、これらのレー
ル部34への各駆動子32の圧接時点で摩擦力に起因す
る駆動力を受け、矢印A、Hに示す同一方向に推力を発
生することになる。
That is, by adjusting the phases of both the longitudinal and 9-bending vibrations in the ultrasonic transducer 11, when the first longitudinal vibration shown in FIG. 32 is pressed against the rail part 34, and when it expands over time, it is expanded in that state as shown in FIG. , the drive tube 32 corresponding to the right side is pressed against the rail portion 34, and when it is extended over time, it is extended in that state as shown in FIG. By repeating this sequentially, each driving element 32 receives a driving force due to frictional force at the time when it comes into pressure contact with these rail parts 34, and a thrust force is generated in the same direction shown by arrows A and H.

そして、このときの超音波振動子11の速度については
、前記した入力される駆動信号の電圧、および位相によ
って任意に調整でき、かつまた、その駆動方向について
も、同様に、当該位相によって任意に設定できる。また
、こSでは、超音波振動子11側を可動子とする場合に
ついて述べたが、逆にレール部34側を可動子とするこ
とも可能である。
The speed of the ultrasonic transducer 11 at this time can be adjusted arbitrarily by the voltage and phase of the input drive signal, and the driving direction can also be adjusted arbitrarily by the phase. Can be set. In addition, although the case where the ultrasonic transducer 11 side is used as a movable element has been described in this S, it is also possible to conversely use the rail portion 34 side as a movable element.

次に、この発明の一実施例による定在波型超音波モータ
の駆動装置における構成、および動作の詳細を第4図、
および第5図について述べる。
Next, the configuration and details of the operation of a driving device for a standing wave type ultrasonic motor according to an embodiment of the present invention are shown in FIG.
and Fig. 5 will be described.

第4図はこの実施例による定在波型超音波モータの駆動
装置の概要を示す構成図であり、また、第5図は同上駆
動装置における共振周波数と温度との関係を示す説明図
である。
FIG. 4 is a configuration diagram showing an outline of a driving device for a standing wave type ultrasonic motor according to this embodiment, and FIG. 5 is an explanatory diagram showing the relationship between resonance frequency and temperature in the same driving device. .

第4図の一実施例による装置構成において、定在波型超
音波モータの駆動装置40は、発振器41を有しており
、当該発振器41の周波数信号出力は、移相器42にお
いて位相の異なる2つの電圧信号にされた後、これらの
各電圧信号がアンプ43a、 43bを介して、前記超
音波モータ30の超音波振動子11に設けられた第1圧
電体22の電極26.および各第2圧電体23a、 2
3bの電極27a、 27bに印加され、このようにし
て前記した超音波モータ30の駆動がなされる。また、
一方、前記超音波振動子11の弾性体21には、その表
面温度を測定するための温度検出手段としての熱電対5
0が付設されており、当該熱電対50によって検出され
た温度情報は、周波数制御手段としての、この場合は、
演算回路51に入力され、当該演算回路51によって、
前記発振器41の周波数信号、ひいては、超音波振動子
11に入力される周波数信号を検出温度に対応して制御
させ得るようにしたものである。
In the device configuration according to the embodiment in FIG. 4, a driving device 40 for a standing wave type ultrasonic motor has an oscillator 41, and the frequency signal output of the oscillator 41 is outputted in a phase shifter 42 with a different phase. After being converted into two voltage signals, these voltage signals are passed through amplifiers 43a and 43b to the electrodes 26. and each second piezoelectric body 23a, 2
3b is applied to the electrodes 27a and 27b, and in this way the ultrasonic motor 30 described above is driven. Also,
On the other hand, a thermocouple 5 is attached to the elastic body 21 of the ultrasonic transducer 11 as a temperature detection means for measuring the surface temperature of the elastic body 21.
0 is attached, and the temperature information detected by the thermocouple 50 is used as a frequency control means, in this case,
is input to the arithmetic circuit 51, and by the arithmetic circuit 51,
The frequency signal of the oscillator 41 and, by extension, the frequency signal input to the ultrasonic transducer 11 can be controlled in accordance with the detected temperature.

こSで、前記超音波モータ30における共振周波数fと
温度Tとの関係については、第5図に実測値として示し
た共振周波数f−温温度時特性見られるように、温度上
昇に伴って共振周波数が低下することになるもので、た
とえ、この超音波モータ30が高効率動作可能であると
は言っても、その損失は、殆んど摺動面における摩擦熱
となって、超音波振動子11の温度変化の原因となる。
Regarding the relationship between the resonant frequency f and the temperature T in the ultrasonic motor 30, as shown in the resonant frequency f vs. temperature characteristic shown in FIG. The frequency decreases, and even though this ultrasonic motor 30 can operate with high efficiency, most of the loss becomes frictional heat on the sliding surface and the ultrasonic vibration This causes a change in the temperature of the child 11.

そこで、この第4図に示す実施例構成においては、第5
図のような実測結果に従い、温度変化に対応して当該超
音波振動子11の駆動周波数を制御することにより、温
度上昇に起因する駆動効率。
Therefore, in the embodiment configuration shown in FIG.
By controlling the driving frequency of the ultrasonic transducer 11 in accordance with the temperature change according to the actual measurement results as shown in the figure, the driving efficiency due to the temperature rise can be improved.

駆動速度の低下を良好かつ効果的に防止し得るのである
This makes it possible to effectively and effectively prevent a reduction in drive speed.

また、一方、特に、複数方向の共振振動を励振する超音
波振動子を用いた超音波モータ30にあっては、これら
の複数振動の共振周波数差が、こSでも、温度変化に伴
って変化する場合があり、この結果、前記と同様に、超
音波モータ30の駆動効率、駆動速度が大幅に低下する
ことになる。
On the other hand, especially in the ultrasonic motor 30 using an ultrasonic vibrator that excites resonance vibrations in multiple directions, the resonance frequency difference between these multiple vibrations changes with temperature changes. As a result, the driving efficiency and driving speed of the ultrasonic motor 30 are significantly reduced, as described above.

そこで、この実施例においては、別に、前記複数振動で
の温度上昇に起因した共振周波数差を制御して解消する
ために共振周波数調節手段を設ける。
Therefore, in this embodiment, a resonance frequency adjustment means is separately provided in order to control and eliminate the resonance frequency difference caused by the temperature rise in the plurality of vibrations.

この実施例において、当該共振周波数の制御方法として
は、例えば、本願人の先の出願に係る特願平1−468
68号の願書に添付の明細書および図面により提案され
ている制御方法を用いることができ、当該制御方法によ
れば、はぼ直交する2方向振動のうち、一方の振動の共
振周波数のみを他方の共振周波数に合わせて制御し得る
In this embodiment, as a method of controlling the resonance frequency, for example, Japanese Patent Application No. 1-468 related to the applicant's earlier application
The control method proposed in the specification and drawings attached to the application No. 68 can be used, and according to this control method, only the resonant frequency of one of the vibrations in two directions orthogonal to each other is controlled by the resonance frequency of one vibration in the other direction. can be controlled according to the resonant frequency of

続いて、この実施例による定在波型超音波モータの駆動
装置での別個としての共振周波数調節手段を用いた構成
、および動作の詳細を第6図、ないし第8図について述
べる。
Next, the structure using a separate resonant frequency adjusting means in the driving device for the standing wave type ultrasonic motor according to this embodiment and details of the operation will be described with reference to FIGS. 6 to 8.

第6図は当該周波数調節手段の一例を適用した定在波型
超音波モータの駆動装置の概要を示す構成図であり、ま
た、第7図、および第8図は同上装置の周波数調節手段
の等価回路、および共振周波数とインダクタンスとの関
係を示すそれぞれに説明図である。
FIG. 6 is a block diagram showing an outline of a driving device for a standing wave type ultrasonic motor to which an example of the frequency adjustment means is applied, and FIGS. 7 and 8 are diagrams showing the frequency adjustment means of the same device. FIG. 3 is an explanatory diagram showing an equivalent circuit and a relationship between resonance frequency and inductance.

この第6図実施例構成におい°Cは、前記超音波振動子
11に励振されるほぼ直交する2方向振動のうち、一方
の振動、この場合には、例えば、縦振動の共振周波数を
制御するための周波数調節手段として、当該超音波振動
子11の縦振動の節部に対し、制御用圧電素子60を付
設させると共に、可変インダクタンスコイル61を介し
てこれを前記演算回路51に接続させたものであり、一
方、当該可変インダクタンスコイル61のインダクタン
ス値については、演算回路51によって制御可能にされ
ている。
In the configuration of the embodiment shown in FIG. 6, °C controls the resonance frequency of one of the approximately orthogonal two-directional vibrations excited in the ultrasonic transducer 11, in this case, for example, longitudinal vibration. As a frequency adjustment means for this purpose, a control piezoelectric element 60 is attached to the longitudinal vibration node of the ultrasonic transducer 11, and this is connected to the arithmetic circuit 51 via a variable inductance coil 61. On the other hand, the inductance value of the variable inductance coil 61 can be controlled by the arithmetic circuit 51.

こSで、前記制御用圧電素子60と可変インダクタンス
コイル61の等価回路は、第7図のように表わすことが
できる。すなわち、制御用圧電素子60は、コンデンサ
C1,力係数をパラメータとする四端子定数M、および
コンデンサC2のそれぞれによって表わされ、これに可
変インダクタンスコイル61が並列に接続されている。
In this case, an equivalent circuit of the control piezoelectric element 60 and the variable inductance coil 61 can be expressed as shown in FIG. That is, the control piezoelectric element 60 is represented by a capacitor C1, a four-terminal constant M having a force coefficient as a parameter, and a capacitor C2, to which a variable inductance coil 61 is connected in parallel.

また、この場合、前記制御用圧電素子60は、超音波振
動子11の縦振動の節部に付設されているために、縦振
動の共振周波数のみを制御できるものであって、その実
測結果を第8図に示しており、これは、共振周波数と可
変インダクタンスコイル61との相関を表わしている。
Further, in this case, since the control piezoelectric element 60 is attached to the longitudinal vibration node of the ultrasonic transducer 11, it can control only the resonance frequency of the longitudinal vibration, and the actual measurement results can be This is shown in FIG. 8, which shows the correlation between the resonant frequency and the variable inductance coil 61.

つまり、この場合には、可変インダクタンスコイル61
と制御用圧電素子60のコンデンサC7とか、並列反共
振を起こすにつれて、当該制御用圧電素子60の弾性が
大きくなる。
That is, in this case, the variable inductance coil 61
As parallel anti-resonance occurs in the capacitor C7 of the control piezoelectric element 60, the elasticity of the control piezoelectric element 60 increases.

そして、前記超音波振動子11に励振される縦振動と曲
げ振動との各共振周波数は、予め、各々独立に前記した
第5図に示すような温度依存性が測定されている。因っ
て、この場合、前記熱電対50によって検出される超音
波振動子11の温度上昇対応に、共振周波数差が増加す
ることになるが、このとき、前記演算回路51からは、
可変インダクタンスコイル61のインダクタンスを変化
させるように信号出力がなされ、この結果、前記各振動
のうち、縦振動の共振周波数のみを変化させることにな
るもので、こ\では、これらの複数振動の各共振周波数
を常に一致させておくことができるのである。
The temperature dependence of each resonance frequency of the longitudinal vibration and bending vibration excited in the ultrasonic transducer 11 as shown in FIG. 5 is measured independently in advance. Therefore, in this case, the resonant frequency difference will increase in response to the temperature rise of the ultrasonic transducer 11 detected by the thermocouple 50, but at this time, the arithmetic circuit 51 will:
A signal is output to change the inductance of the variable inductance coil 61, and as a result, only the resonant frequency of the longitudinal vibration among the above-mentioned vibrations is changed. This allows the resonance frequencies to always be kept the same.

なお、前記実施例においては、超音波振動子の温度検出
手段として、熱電対を用いる場合を例にして述べたが、
これのみに限定されるものではなく、その他にも、例え
ば、内部抵抗の温度依存性を有する半導体素子を用いる
など9種々の手段が考えられる。
In addition, in the above embodiment, the case where a thermocouple is used as the temperature detection means of the ultrasonic transducer is described as an example.
The method is not limited to this, and there are nine other possible methods, such as using a semiconductor element whose internal resistance is temperature dependent.

また、前記実施例においては、超音波振動子の弾性体と
して、角柱型の複合共振器を例にして説明したが、これ
のみに限定されるものではなく、例えば、平板状9円板
状2円環状1円筒状などの種々の形状を有する同様な共
振器を用いることも可能であり、かつまた、実施例では
、弾性体の励振源として圧電体を用いているが、電気エ
ネルギを機械エネルギに変換し得るその他の素子1例え
ば、磁歪素子などを用いることができ、かつその形状に
ついても、平板状以外に、円板状、積層状などの種々の
形状が考えられる。
Furthermore, in the above embodiments, a prismatic composite resonator was used as an example of the elastic body of the ultrasonic transducer, but the invention is not limited to this. It is also possible to use similar resonators having various shapes such as an annular shape, a cylindrical shape, etc., and although a piezoelectric material is used as an excitation source for an elastic body in the embodiment, it is also possible to convert electrical energy into mechanical energy. Other elements that can be converted into 1 For example, a magnetostrictive element can be used, and its shape may be various shapes such as a disk shape, a laminated shape, etc. in addition to a flat plate shape.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上詳述したように、この発明によれば、相互にほぼ直
交する方向の少なくとも2つの振動が励振される超音波
振動子を有し、当該超音波振動子を位相の異なる各別の
周波数信号によって共振振動させるようにした定在波型
超音波モータの駆動装置において、超音波振動子の温度
を検出して、当該検出温度に対応した信号を出力する温
度検出手段と、温度検出手段の検出信号に対応して、超
音波振動子への各周波数信号入力を制御する周波数制御
手段とを備えて構成したから、温度検出手段によって超
音波振動子の温度を検出し、検出温度に対応する信号出
力を用いることで、周波数制御手段により超音波振動子
への各周波数信号入力を制御できるもので、この結果、
超音波振動子の温度上昇に起因する超音波モータの駆動
速度、駆動効率の低下を効塁的かつ良好に防止し得るの
であり、また、超音波振動子に励振される2方向の振動
のうち、少な(とも一方の共振周波数信号を他方の共振
周波数信号に一致させるように制御する共振周波数調節
手段を備えて構成したので、温度上昇に起因する共振周
波数の変化に対応して、周波数調節手段によって2方向
の各振動のうち。
As described in detail above, according to the present invention, the ultrasonic transducer is provided with an ultrasonic transducer excited with at least two vibrations in directions substantially orthogonal to each other, and the ultrasonic transducer is stimulated by each frequency signal having a different phase. In a driving device for a standing wave type ultrasonic motor that causes resonance vibration by Since the structure includes a frequency control means for controlling each frequency signal input to the ultrasonic transducer in accordance with the signal, the temperature detection means detects the temperature of the ultrasonic transducer and generates a signal corresponding to the detected temperature. By using the output, each frequency signal input to the ultrasonic transducer can be controlled by the frequency control means, and as a result,
It is possible to effectively and effectively prevent a decrease in the drive speed and drive efficiency of the ultrasonic motor due to a rise in the temperature of the ultrasonic vibrator, and also to reduce the vibration in two directions excited by the ultrasonic vibrator. , a small number of resonant frequency signals. of each vibration in two directions.

少なくとも一方の共振周波数信号を他方の共振周波数信
号に一致させるさせことができ、これによって−層、効
果的な駆動を行なわせ得るなどの優れた特長がある。
It has an excellent feature that at least one resonant frequency signal can be matched with the other resonant frequency signal, and thereby effective driving can be performed.

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

第1図はこの発明に適用する定在波型超音波モータの概
要構成を模式的に示す平面図であり、第2図(a)ない
しくd)は同上定在波型超音波モータにおける超音波振
動子の動作を各段階毎に示す動作説明図、第3図は同上
複合振動子の圧電体に印加させる入力駆動信号の電圧波
形を示す説明図である。 また、第4図はこの実施例による定在波型超音波モータ
の駆動装置の概要を示す構成図、第5図は同上駆動装置
における共振周波数と温度との関係を示す説明図であり
、第6図は同上周波数調節手段の一例を適用した定在波
型超音波モータの駆動装置の概要を示す構成図、第7図
、および第8図は同上装置の周波数調節手段の等価回路
、および共振周波数とインダクタンスとの関係を示すそ
れぞれに説明図である。 11・・・・複合振動子、 21・・・・弾性体、22
および23a、 23b・・・・第1および第2圧電体
、24a、 24b・・・・固定ボルト、25a、25
b = =基台、 26および27a、27b −−−−電極、30・・・
・超音波モータ、32・・・・駆動子、34・・・・レ
ール部、  40・・・・駆動回路、41・・・・発振
器、   42・・・・移相器、43a、43b = 
=アンプ、 50・・・・熱電対(温度検出手段)、51・・・・演
算回路(周波数制御手段)、60、61・・・・制御用
圧電素子、可変インダクタンスコイル(周波数調節手段
)。 特許出願人   ブラザー工業株式会社代理人弁理士 
 舘  野  公  −第1図 第3図 第2図 (Q) (b) //         l−−諷 (C) (d) 第4図 145図 超音波振動子の温度T 第6図 61     印 稟8図
FIG. 1 is a plan view schematically showing the general configuration of a standing wave type ultrasonic motor applied to the present invention, and FIGS. 2(a) to 2d) are ultrasonic FIG. 3 is an explanatory diagram showing the operation of the sonic vibrator at each stage, and FIG. 3 is an explanatory diagram showing the voltage waveform of the input drive signal applied to the piezoelectric body of the composite vibrator. Further, FIG. 4 is a configuration diagram showing an outline of the driving device for the standing wave type ultrasonic motor according to this embodiment, and FIG. 5 is an explanatory diagram showing the relationship between the resonant frequency and temperature in the same driving device. Fig. 6 is a block diagram showing an outline of a driving device for a standing wave type ultrasonic motor to which an example of the above frequency adjusting means is applied, and Figs. 7 and 8 are equivalent circuits of the frequency adjusting means of the above device, and resonance FIG. 3 is an explanatory diagram showing the relationship between frequency and inductance. 11... Composite vibrator, 21... Elastic body, 22
and 23a, 23b...first and second piezoelectric bodies, 24a, 24b...fixing bolts, 25a, 25
b = = base, 26 and 27a, 27b ---- electrode, 30...
・Ultrasonic motor, 32...driver, 34...rail section, 40...drive circuit, 41...oscillator, 42...phase shifter, 43a, 43b =
= Amplifier, 50...Thermocouple (temperature detection means), 51... Arithmetic circuit (frequency control means), 60, 61... Piezoelectric element for control, variable inductance coil (frequency adjustment means). Patent applicant: Brother Industries, Ltd. Patent attorney
Kimi Tateno - Figure 1 Figure 3 Figure 2 (Q) (b) // l--Rhythm (C) (d) Figure 4 145 Temperature T of the ultrasonic transducer Figure 6 61 Inryo 8 figure

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)相互にほぼ直交する方向の少なくとも2つの振動
が励振される超音波振動子を有し、 当該超音波振動子を位相の異なる各別の周波数信号によ
って共振振動させるようにした定在波型超音波モータの
駆動装置において、 前記超音波振動子の温度を検出し、当該検出温度に対応
した信号を出力する温度検出手段と、前記温度検出手段
の検出信号に対応して、前記超音波振動子への各周波数
信号入力を制御する周波数制御手段とを、 少なくとも備えて構成したことを特徴とする定在波型超
音波モータの駆動装置。
(1) A standing wave that has an ultrasonic vibrator that is excited with at least two vibrations in directions that are substantially perpendicular to each other, and that causes the ultrasonic vibrator to resonate and vibrate with each frequency signal having a different phase. A drive device for an ultrasonic motor includes: a temperature detection means for detecting the temperature of the ultrasonic vibrator and outputting a signal corresponding to the detected temperature; 1. A driving device for a standing wave type ultrasonic motor, comprising at least a frequency control means for controlling each frequency signal input to a vibrator.
(2)請求項1記載の定在波型超音波モータの駆動装置
において、 前記2方向の振動のうち,少なくとも一方の共振周波数
信号を他方の共振周波数信号に一致させるように制御す
る共振周波数調節手段を備えて構成した ことを特徴とする定在波型超音波モータの駆動装置。
(2) The driving device for a standing wave type ultrasonic motor according to claim 1, wherein resonance frequency adjustment is performed to control a resonance frequency signal of at least one of the vibrations in the two directions to match a resonance frequency signal of the other resonance frequency. 1. A driving device for a standing wave type ultrasonic motor, comprising: means.
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