JPH05300768A - 超音波モータの固有振動数調整方法、および超音波モータ、並びに超音波モータを用いた装置 - Google Patents
超音波モータの固有振動数調整方法、および超音波モータ、並びに超音波モータを用いた装置Info
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- JPH05300768A JPH05300768A JP5012669A JP1266993A JPH05300768A JP H05300768 A JPH05300768 A JP H05300768A JP 5012669 A JP5012669 A JP 5012669A JP 1266993 A JP1266993 A JP 1266993A JP H05300768 A JPH05300768 A JP H05300768A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/22—Methods relating to manufacturing, e.g. assembling, calibration
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N11/00—Generators or motors not provided for elsewhere; Alleged perpetua mobilia obtained by electric or magnetic means
-
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- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/10—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
- H02N2/106—Langevin motors
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 超音波モータの振動子に励振される２つの固
有モードの固有振動数の差をできる限り小さくするため
の調整方法を提供することを目的とする。 【構成】 棒状超音波モータの振動子において、９０度
の位置的位相を有して屈曲振動する２相の固有モードの
固有振動数が一致していれば、該２相の固有モードの定
在波の合成振動は４５度の位置に合成される。このた
め、両定在波を−４５度から４５度の範囲で変化させな
がらＡ相電流を検出し、Ａ相電流が最大となる角度θの
位置を調整位置とし、そこをレーザ等により削り、固有
振動数を合わせる。
有モードの固有振動数の差をできる限り小さくするため
の調整方法を提供することを目的とする。 【構成】 棒状超音波モータの振動子において、９０度
の位置的位相を有して屈曲振動する２相の固有モードの
固有振動数が一致していれば、該２相の固有モードの定
在波の合成振動は４５度の位置に合成される。このた
め、両定在波を−４５度から４５度の範囲で変化させな
がらＡ相電流を検出し、Ａ相電流が最大となる角度θの
位置を調整位置とし、そこをレーザ等により削り、固有
振動数を合わせる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、棒状あるいは円環形状
の超音波モータの固有振動数調整方法、並びに超音波モ
ータおよび超音波モータを用いた装置に関する。
の超音波モータの固有振動数調整方法、並びに超音波モ
ータおよび超音波モータを用いた装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】図７は棒状超音波モータの振動子の分解
斜視図であり、図８は棒状超音波モータの縦断面図であ
る。
斜視図であり、図８は棒状超音波モータの縦断面図であ
る。
【０００３】図７に示す振動子は、２枚の圧電素子板Ｐ
ＺＴ１，ＰＺＴ２を一群とする駆動用のＡ相圧電素子ａ
1 、同様に２枚の圧電素子板ＰＺＴ３，ＰＺＴ４を一群
とする駆動用のＢ相圧電素子ａ2 、又１枚の圧電素子板
からなるセンサ用圧電素子ｓ1 を図示のように積層する
とともに、これらの圧電素子間に電気を供給するための
電極板Ａ１，Ａ２及びセンサ信号取り出し用の電極板Ｓ
がある。またそれらと共にＧＮＤ用電極板Ｇ１，Ｇ２，
Ｇ３もＧＮＤ電位を与えるためにある。そしてこれらの
圧電素子板および電極板を挟持するように前後に黄銅、
ステンレスなどの振動減衰の比較的小さい金属製ブロッ
クｂ1 ，ｂ2 を設け、締め付けボルトｃにより金属ブロ
ックｂ1 ，ｂ2 を締め付けることにより一体化し圧電素
子板に圧縮応力を付与している。またこのときセンサ用
圧電素子ｓ1 を一枚で済ませるためボルトｃと金属ブロ
ックｂ2 の間に絶縁シートｄが入っている。
ＺＴ１，ＰＺＴ２を一群とする駆動用のＡ相圧電素子ａ
1 、同様に２枚の圧電素子板ＰＺＴ３，ＰＺＴ４を一群
とする駆動用のＢ相圧電素子ａ2 、又１枚の圧電素子板
からなるセンサ用圧電素子ｓ1 を図示のように積層する
とともに、これらの圧電素子間に電気を供給するための
電極板Ａ１，Ａ２及びセンサ信号取り出し用の電極板Ｓ
がある。またそれらと共にＧＮＤ用電極板Ｇ１，Ｇ２，
Ｇ３もＧＮＤ電位を与えるためにある。そしてこれらの
圧電素子板および電極板を挟持するように前後に黄銅、
ステンレスなどの振動減衰の比較的小さい金属製ブロッ
クｂ1 ，ｂ2 を設け、締め付けボルトｃにより金属ブロ
ックｂ1 ，ｂ2 を締め付けることにより一体化し圧電素
子板に圧縮応力を付与している。またこのときセンサ用
圧電素子ｓ1 を一枚で済ませるためボルトｃと金属ブロ
ックｂ2 の間に絶縁シートｄが入っている。
【０００４】このときＡ相圧電素子ａ1 、Ｂ相圧電素子
ａ2 は位置的に９０度ずれて配置されており各々が該振
動子の軸を含む直行する２つの面内方向の屈曲振動を励
振させ、かつ適当な時間的位相差を持たせることによ
り、振動子の表面粒子に円あるいは楕円運動を生ぜしめ
振動子上部に押圧された移動体を摩擦駆動する。
ａ2 は位置的に９０度ずれて配置されており各々が該振
動子の軸を含む直行する２つの面内方向の屈曲振動を励
振させ、かつ適当な時間的位相差を持たせることによ
り、振動子の表面粒子に円あるいは楕円運動を生ぜしめ
振動子上部に押圧された移動体を摩擦駆動する。
【０００５】このような振動子を棒状超音波モータに用
いた例を図８に示す。この例では、振動子の締結ボルト
ｃは、先端部に細径の支柱部ｃ2 を有し、この支柱部ｃ
2 の先端部に固定された固定部材ｇによりモータ自体の
固定を行えるようにし、又ロータｒなどの回転支持の作
用も兼用している。ロータｒは前金属ブロックｂ1 の先
端面に接触し、加圧は固定部材ｇからベアリング部材ｅ
とギヤｆを介してロータｒに内装されたバネケースｉの
コイルバネｈを押圧することであたえられる。
いた例を図８に示す。この例では、振動子の締結ボルト
ｃは、先端部に細径の支柱部ｃ2 を有し、この支柱部ｃ
2 の先端部に固定された固定部材ｇによりモータ自体の
固定を行えるようにし、又ロータｒなどの回転支持の作
用も兼用している。ロータｒは前金属ブロックｂ1 の先
端面に接触し、加圧は固定部材ｇからベアリング部材ｅ
とギヤｆを介してロータｒに内装されたバネケースｉの
コイルバネｈを押圧することであたえられる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところで、棒状超音波
モータに限らず、円環形状の超音波モータにおいても、
高い効率を得るために、振動子に励起される２相の固有
モードの固有振動数が一致するように設計されている。
モータに限らず、円環形状の超音波モータにおいても、
高い効率を得るために、振動子に励起される２相の固有
モードの固有振動数が一致するように設計されている。
【０００７】しかしながら、実際には振動子を構成する
金属ブロック等の材料のムラ、ＰＺＴを挟持する部分の
圧力ムラ等により両固有振動数にずれが生じ、同一周波
数で両相を駆動したとき、夫々の相によって発生させら
れる振幅に差が生じ、振動体の質点に生じる円運動が歪
み、モータ効率の低下を招くという問題があった。
金属ブロック等の材料のムラ、ＰＺＴを挟持する部分の
圧力ムラ等により両固有振動数にずれが生じ、同一周波
数で両相を駆動したとき、夫々の相によって発生させら
れる振幅に差が生じ、振動体の質点に生じる円運動が歪
み、モータ効率の低下を招くという問題があった。
【０００８】本発明は、上記した従来の問題を解決する
ためになされたもので、振動子に励振される２つの固有
モードの固有振動数の差をできる限り小さくするための
調整方法を提供することを目的とする。
ためになされたもので、振動子に励振される２つの固有
モードの固有振動数の差をできる限り小さくするための
調整方法を提供することを目的とする。
【０００９】本発明の他の目的は、振動子に励起される
２相の固有モードの固有振動数を一致させるための処置
が施された超音波モータを提供せんとするものである。
２相の固有モードの固有振動数を一致させるための処置
が施された超音波モータを提供せんとするものである。
【００１０】本発明の更に他の目的は、以下に述べる発
明の詳細な説明から明らかとなろう。
明の詳細な説明から明らかとなろう。
【００１１】
【本発明の課題を解決するための手段】本発明の目的を
実現する超音波モータの固有モード調整方法は、超音波
モータの振動子におけるＡ、Ｂ２相の駆動用電気−機械
エネルギー変換素子へ交流電圧を印加し、ある周波数に
おける電圧および電流の大きさと、その位相差から調整
位置を検出する。
実現する超音波モータの固有モード調整方法は、超音波
モータの振動子におけるＡ、Ｂ２相の駆動用電気−機械
エネルギー変換素子へ交流電圧を印加し、ある周波数に
おける電圧および電流の大きさと、その位相差から調整
位置を検出する。
【００１２】あるいは、超音波モータの振動子における
Ａ、Ｂ２相の駆動用電気−機械エネルギー変換素子へ印
加する交流電圧の大きさ及び位相差を変化させながら電
流値を計測し、計測電流値がピークとなる位置を固有モ
ード調整位置とする。
Ａ、Ｂ２相の駆動用電気−機械エネルギー変換素子へ印
加する交流電圧の大きさ及び位相差を変化させながら電
流値を計測し、計測電流値がピークとなる位置を固有モ
ード調整位置とする。
【００１３】そして調整方法は、検出した調整位置を例
えばレーザーにより削り、２つの固有モードの固有振動
数の高いモードを低く、低いモードを高くして調整する
ことを特徴とする。
えばレーザーにより削り、２つの固有モードの固有振動
数の高いモードを低く、低いモードを高くして調整する
ことを特徴とする。
【００１４】
【実施例】図１は、本発明による超音波モータの調整位
置検出方法を有効に実施することができる検出装置の一
実施例の回路ブロック図を示す。
置検出方法を有効に実施することができる検出装置の一
実施例の回路ブロック図を示す。
【００１５】１は装置全体の制御等を行う演算マイコ
ン、２は発振器、３，４は駆動用アンプ（Ａ相，Ｂ相
用）、５はＡ相圧電素子ａ1 用、６はＢ相圧電素子ａ2
用の電圧検出器、７はＡ相圧電素子ａ1 用、８はＢ相圧
電素子ａ2 用の電流検出器（Ａ相，Ｂ相用）、９はＡ相
の電圧とＡ相の電流の位相差を検出する位相差検出器、
１０はＢ相の電圧とＢ相の電流の位相差を検出する位相
差検出器、１１はＡ相の電流とＢ相の電圧の位相差を検
出する位相差検出器である。
ン、２は発振器、３，４は駆動用アンプ（Ａ相，Ｂ相
用）、５はＡ相圧電素子ａ1 用、６はＢ相圧電素子ａ2
用の電圧検出器、７はＡ相圧電素子ａ1 用、８はＢ相圧
電素子ａ2 用の電流検出器（Ａ相，Ｂ相用）、９はＡ相
の電圧とＡ相の電流の位相差を検出する位相差検出器、
１０はＢ相の電圧とＢ相の電流の位相差を検出する位相
差検出器、１１はＡ相の電流とＢ相の電圧の位相差を検
出する位相差検出器である。
【００１６】演算マイコン１は、ある周波数範囲で発振
器２の出力周波数がスィープするよう原信号を発振器２
に与える。そしてその出力はアンプ３，４を介して図
７、図８で示したＡ相駆動用圧電素子ａ1 、およびＢ相
駆動用圧電素子ａ2 と同様な圧電素子ａ1 ，ａ2 に印加
される。このとき、ある固有モードの固有振動数がその
スィープ周波数の中に存在する場合は、アドミッタンス
（電流／電圧）がその周波数において最大になる。本発
明は、このことを利用して、固有振動数を検出するもの
である。
器２の出力周波数がスィープするよう原信号を発振器２
に与える。そしてその出力はアンプ３，４を介して図
７、図８で示したＡ相駆動用圧電素子ａ1 、およびＢ相
駆動用圧電素子ａ2 と同様な圧電素子ａ1 ，ａ2 に印加
される。このとき、ある固有モードの固有振動数がその
スィープ周波数の中に存在する場合は、アドミッタンス
（電流／電圧）がその周波数において最大になる。本発
明は、このことを利用して、固有振動数を検出するもの
である。
【００１７】この周波数スィープ（スキャン）と電圧、
電流の測定をＡ相、Ｂ相それぞれに対し行うことによ
り、２つの方向の固有振動数を求めることができる。こ
の過程で得られるアドミッタンス特性の例を図２の
（ａ），（ｂ），（ｃ）に示す。
電流の測定をＡ相、Ｂ相それぞれに対し行うことによ
り、２つの方向の固有振動数を求めることができる。こ
の過程で得られるアドミッタンス特性の例を図２の
（ａ），（ｂ），（ｃ）に示す。
【００１８】図２の（ａ）は、例えばＸ方向の剛性が高
く、該Ｘ方向と９０°異なるＹ方向の剛性が低い振動子
（図７参照）の特性図で、実線はＡ相圧電素子ａ1 に印
加される電圧の周波数と、各周波数におけるアドミッタ
ンスの特性図である。
く、該Ｘ方向と９０°異なるＹ方向の剛性が低い振動子
（図７参照）の特性図で、実線はＡ相圧電素子ａ1 に印
加される電圧の周波数と、各周波数におけるアドミッタ
ンスの特性図である。
【００１９】また、図２の（ａ）の点線はＢ相圧電素子
ａ2 に印加される電圧の周波数と、各周波数におけるア
ドミッタンスの特性図である。
ａ2 に印加される電圧の周波数と、各周波数におけるア
ドミッタンスの特性図である。
【００２０】図２の（ｂ）は図２の（ａ）のケースと異
なる振動子、即ちＸ方向の剛性が低く、Ｙ方向の剛性の
高い振動子のアドミッタンス特性図で、実線はＡ相に交
流電圧を印加した時のＡ相アドミッタンスの特性図、点
線はＢ相に交流電圧を印加した時のＢ相のアドミッタン
スの特性図である。
なる振動子、即ちＸ方向の剛性が低く、Ｙ方向の剛性の
高い振動子のアドミッタンス特性図で、実線はＡ相に交
流電圧を印加した時のＡ相アドミッタンスの特性図、点
線はＢ相に交流電圧を印加した時のＢ相のアドミッタン
スの特性図である。
【００２１】図２の（ｃ）は、高い剛性を持つ方向、低
い剛性を持つ方向が、図２の（ａ），（ｂ）の振動子の
それらの方向と異なる振動子の特性図で、実線、点線
は、図２の（ａ），（ｂ）のケースと同じである。
い剛性を持つ方向が、図２の（ａ），（ｂ）の振動子の
それらの方向と異なる振動子の特性図で、実線、点線
は、図２の（ａ），（ｂ）のケースと同じである。
【００２２】次に振動子の剛性の高い方向、低い方向
を、アドミッタンスおよび位相から求める方法を以下に
説明する。
を、アドミッタンスおよび位相から求める方法を以下に
説明する。
【００２３】ここで、Ａ相圧電素子ａ1 の加振方向ＡＰ
Ｄ（図７参照）からのずれの角度をθ（図７参照）とす
る。
Ｄ（図７参照）からのずれの角度をθ（図７参照）とす
る。
【００２４】また振動子、即ち図７に示す振動子構成部
材ａ1 ，ａ2 ，ｂ1 ，ｂ2 ，ｃ，ｄが本質的に持ってい
る剛性の高い方向をＸモード、剛性の低い方向を、Ｙモ
ードと称する。
材ａ1 ，ａ2 ，ｂ1 ，ｂ2 ，ｃ，ｄが本質的に持ってい
る剛性の高い方向をＸモード、剛性の低い方向を、Ｙモ
ードと称する。
【００２５】 Ａｘａ＝Ａ相の圧電素子ａ1 が振動子のＸモードを駆動
する時の力係数 Ａｙａ＝Ａ相の圧電素子ａ1 が振動子のＹモードを駆動
する時の力係数 Ａｘｂ＝Ｂ相の圧電素子ａ2 が振動子のＸモードを駆動
する時の力係数 Ａｙｂ＝Ｂ相の圧電素子ａ2 が振動子のＸモードを駆動
する時の力係数 Ｚｍｘ＝振動子のＸモードの振動の機械インピーダンス Ｚｍｙ＝振動子のＹモードの振動の機械インピーダンス とする。
する時の力係数 Ａｙａ＝Ａ相の圧電素子ａ1 が振動子のＹモードを駆動
する時の力係数 Ａｘｂ＝Ｂ相の圧電素子ａ2 が振動子のＸモードを駆動
する時の力係数 Ａｙｂ＝Ｂ相の圧電素子ａ2 が振動子のＸモードを駆動
する時の力係数 Ｚｍｘ＝振動子のＸモードの振動の機械インピーダンス Ｚｍｙ＝振動子のＹモードの振動の機械インピーダンス とする。
【００２６】Ａ相の圧電素子ａ1 駆動時のＡ相圧電素子
ａ1 のアドミッタンスＹａａは
ａ1 のアドミッタンスＹａａは
【００２７】
【数１】
【００２８】Ｂ相の圧電素子ａ2 駆動時のＢ相圧電素子
ａ2 のアドミッタンスＹｂｂは
ａ2 のアドミッタンスＹｂｂは
【００２９】
【数２】
【００３０】Ｂ相の圧電素子ａ2 駆動時のＡ相圧電素子
ａ1 の電流とａ2 の電圧の関係Ｙａｂは
ａ1 の電流とａ2 の電圧の関係Ｙａｂは
【００３１】
【数３】
【００３２】である。
【００３３】このとき、圧電素子ａ1 ，ａ2 の組み立て
誤差は無視できるものとする。
誤差は無視できるものとする。
【００３４】また √（Ａ2 ｘａ＋Ａ2 ｙａ）＝Ａと
し、√（Ａ2 ｘｂ＋Ａ2 ｙｂ）＝Ｂとし、Ａ＝Ｂとす
る。
し、√（Ａ2 ｘｂ＋Ａ2 ｙｂ）＝Ｂとし、Ａ＝Ｂとす
る。
【００３５】 尚 Ａｘａ＝Ａｃｏｓθ Ａｙａ＝Ａｓｉｎθ Ａｙｂ＝Ａｃｏｓθ Ａｘｂ＝Ａｓｉｎθ である。
【００３６】Ｙｂａ＝Ｙａｂとする。但し、ＹｂａはＡ
相圧電素子ａ1 駆動時のＢ相圧電素子ａ2 の電流と、Ａ
相圧電素子ａ1 の電圧の関係で、次式の通りである。
相圧電素子ａ1 駆動時のＢ相圧電素子ａ2 の電流と、Ａ
相圧電素子ａ1 の電圧の関係で、次式の通りである。
【００３７】
【数４】
【００３８】
【数５】
【００３９】
【数６】
【００４０】上記の式４，５からＺｍｘ，Ｚｍｙ，Ａを
消去すると
消去すると
【００４１】
【数７】
【００４２】となる。
【００４３】これらの演算式は、演算マイコン１に設定
されており、マイコン１（図１）に入力される各検出器
５〜１１の出力情報により、マイコン１で前述のＹａ
ａ，Ｙｂｂ及びＹａｂを求め、前述したθ、即ち２つの
剛性の方向のうちの一方の方向が求められることにな
る。
されており、マイコン１（図１）に入力される各検出器
５〜１１の出力情報により、マイコン１で前述のＹａ
ａ，Ｙｂｂ及びＹａｂを求め、前述したθ、即ち２つの
剛性の方向のうちの一方の方向が求められることにな
る。
【００４４】また剛性が高い、または低い方向はどちら
であるかを図２に示したアドミッタンス特性図より求め
る。
であるかを図２に示したアドミッタンス特性図より求め
る。
【００４５】すなわち、Ｒ１の方向（図７参照）の剛性
が高い場合は、アドミッタンス特性は図２の（ｄ）の様
になり、逆にＲ２の方向（図７参照）の剛性が高い場合
は、Ａ相圧電素子ａ1 ，Ｂ相圧電素子ａ2 夫々のアドミ
ッタンス特性は図２の（ｅ）の様になる。
が高い場合は、アドミッタンス特性は図２の（ｄ）の様
になり、逆にＲ２の方向（図７参照）の剛性が高い場合
は、Ａ相圧電素子ａ1 ，Ｂ相圧電素子ａ2 夫々のアドミ
ッタンス特性は図２の（ｅ）の様になる。
【００４６】なお、θ＝０でＲ１方向の剛性が高い場合
は図２の（ａ）、Ｒ２方向の剛性が高い場合は図２の
（ｂ）となる。
は図２の（ａ）、Ｒ２方向の剛性が高い場合は図２の
（ｂ）となる。
【００４７】そこで図２の（ａ）〜（ｅ）に示すような
ａ1 ，ａ2 のアドミッタンス特性を得て、これより振動
子の剛性の高い方向は、Ｒ１方向であるか、Ｒ２方向で
あるかを認識する。
ａ1 ，ａ2 のアドミッタンス特性を得て、これより振動
子の剛性の高い方向は、Ｒ１方向であるか、Ｒ２方向で
あるかを認識する。
【００４８】そして、剛性の高い方向の線上又は略線上
で、かつ振動による歪が大きい振動子の表面に、２方向
の剛性を一致又は略一致させるために、レーザー等で適
当な深さ（この深さはアドミッタンス特性図の図２の
（ａ），図２の（ｂ）に示す周波数ｆ1 ，ｆ2 ，ｆ11，
ｆ12の差、すなわち周波数差（ｆ1 −ｆ2 ）又は（ｆ11
−ｆ12）に対応している）の凹部を設け、前述の方法に
おける振動子の剛性を減少させる。
で、かつ振動による歪が大きい振動子の表面に、２方向
の剛性を一致又は略一致させるために、レーザー等で適
当な深さ（この深さはアドミッタンス特性図の図２の
（ａ），図２の（ｂ）に示す周波数ｆ1 ，ｆ2 ，ｆ11，
ｆ12の差、すなわち周波数差（ｆ1 −ｆ2 ）又は（ｆ11
−ｆ12）に対応している）の凹部を設け、前述の方法に
おける振動子の剛性を減少させる。
【００４９】又は前述の方向と９０°方向の異なる方向
で、かつ振動による歪が小さい振動子表面上に、前述の
凹部の質量に相当する質量を減少させる。
で、かつ振動による歪が小さい振動子表面上に、前述の
凹部の質量に相当する質量を減少させる。
【００５０】図３は、他の検出装置の回路を示すブロッ
ク図である。
ク図である。
【００５１】上記した図１の検出装置では、位相差検出
器９，１０，１１を用いて、θの演算を行なっていた
が、本実施例ではアンプ３，４からの出力はゲインコン
トローラ１２，１３により出力可変し、これによりθを
求め、前述の凹部加工位置、質量付加位置を決定する例
である。
器９，１０，１１を用いて、θの演算を行なっていた
が、本実施例ではアンプ３，４からの出力はゲインコン
トローラ１２，１３により出力可変し、これによりθを
求め、前述の凹部加工位置、質量付加位置を決定する例
である。
【００５２】すなわち、ゲインコントローラ１２，１３
の制御により、振動子には、Ａ相圧電素子ａ1 の加振方
向のみの振動と、Ｂ相圧電素子ａ2 の加振方向のみの振
動を励振することができる。またＡ相圧電素子の加振方
向とＢ相圧電素子ａ2 の加振方向の振動はａ1 ，ａ2 が
直交して配置される為に直交して形成される。またＡ
相、Ｂ相の圧電素子ａ1 ，ａ2 に同電圧を印加すれば、
その合成された２つの振動の方向はＡ相又はＢ相の圧電
素子ａ1 ，ａ2 の加振方向から−４５°あるいは４５°
ずれた方向となる。
の制御により、振動子には、Ａ相圧電素子ａ1 の加振方
向のみの振動と、Ｂ相圧電素子ａ2 の加振方向のみの振
動を励振することができる。またＡ相圧電素子の加振方
向とＢ相圧電素子ａ2 の加振方向の振動はａ1 ，ａ2 が
直交して配置される為に直交して形成される。またＡ
相、Ｂ相の圧電素子ａ1 ，ａ2 に同電圧を印加すれば、
その合成された２つの振動の方向はＡ相又はＢ相の圧電
素子ａ1 ，ａ2 の加振方向から−４５°あるいは４５°
ずれた方向となる。
【００５３】この現象を利用して、前述のθを求める。
【００５４】まず、Ａ相圧電素子ａ1 又はＢ相圧電素子
ａ2 に印加する交流電圧の周波数を順次変更し、図２の
（ａ）〜（ｅ）の如きアドミッタンス特性を求め、ｆ1
又はｆ1 近傍の周波数又はｆ2 又はｆ2 近傍の周波数を
求める。
ａ2 に印加する交流電圧の周波数を順次変更し、図２の
（ａ）〜（ｅ）の如きアドミッタンス特性を求め、ｆ1
又はｆ1 近傍の周波数又はｆ2 又はｆ2 近傍の周波数を
求める。
【００５５】次にこの周波数ｆ1 又はｆ2 の交流電圧を
Ａ相、Ｂ相圧電素子ａ1 ，ａ2 に印加する。
Ａ相、Ｂ相圧電素子ａ1 ，ａ2 に印加する。
【００５６】この時、Ａ相圧電素子ａ1 、Ｂ相圧電素子
ａ2 に印加する交流電圧の振幅を｜Ｖａ｜2 ＋｜Ｖｂ｜
2 ＝一定（但し、｜Ｖａ｜はａ1 に対する印加電圧の絶
対値、｜Ｖｂ｜はａ2 に対する印加電圧の絶対値）を満
足させながら次々に変え、その時の圧電素子ａ1 に流れ
る電流Ｉａを検出器７で検出する。なお、図３におい
て、図１に示される部材と同一機能を持った部材には同
一符号を付してある。
ａ2 に印加する交流電圧の振幅を｜Ｖａ｜2 ＋｜Ｖｂ｜
2 ＝一定（但し、｜Ｖａ｜はａ1 に対する印加電圧の絶
対値、｜Ｖｂ｜はａ2 に対する印加電圧の絶対値）を満
足させながら次々に変え、その時の圧電素子ａ1 に流れ
る電流Ｉａを検出器７で検出する。なお、図３におい
て、図１に示される部材と同一機能を持った部材には同
一符号を付してある。
【００５７】そして電流Ｉａ（尚、圧電素子ａ2 に流れ
る電流Ｉｂでも良い。理想的にはＩａ＋Ｉｂが望まし
い）の最大値を求める。
る電流Ｉｂでも良い。理想的にはＩａ＋Ｉｂが望まし
い）の最大値を求める。
【００５８】そして電流Ｉａの変化を図４で示す座標に
プロットする。ここで横軸はＡ相圧電素子ａ1 の印加電
圧の大きさをＹ軸上にとり、Ｂ相圧電素子ａ2 の印加電
圧の大きさをＸ軸上にとり、それら印加電圧の合成ベク
トルの方向とＹ軸とがなす角度がθであり、たて軸は電
流Ｉａの大きさである。
プロットする。ここで横軸はＡ相圧電素子ａ1 の印加電
圧の大きさをＹ軸上にとり、Ｂ相圧電素子ａ2 の印加電
圧の大きさをＸ軸上にとり、それら印加電圧の合成ベク
トルの方向とＹ軸とがなす角度がθであり、たて軸は電
流Ｉａの大きさである。
【００５９】この角度θは圧電素子ａ1 による加振と、
圧電素子ａ2 による加振とによって振動子ａ1 ，ａ2 ，
ｂ1 ，ｂ2 ，ｃ，ｄ（図７参照）に生じる合成された加
振方向に一致している。
圧電素子ａ2 による加振とによって振動子ａ1 ，ａ2 ，
ｂ1 ，ｂ2 ，ｃ，ｄ（図７参照）に生じる合成された加
振方向に一致している。
【００６０】そして、電流Ｉａの最大値又は最大値近傍
の値に対応する角度θを図４より求める（勿論角度θは
図４の如きグラフを紙の上に描いて求める必要はなくコ
ンピュータを利用して求めてもよい。）。
の値に対応する角度θを図４より求める（勿論角度θは
図４の如きグラフを紙の上に描いて求める必要はなくコ
ンピュータを利用して求めてもよい。）。
【００６１】この角度θは第１実施例で説明した角度θ
と同一内容（即ち、角度θは剛性の高い方向又は低い方
向と図７に示すＡＤＰとのなす角度を表わす）を表わす
ものであるから、この第２実施例の場合にも、この求め
られたθに基づく方向Ｒ１又はＲ２（図７参照）に一致
又は略一致した方向線上における振動子の表面又は内部
に凹部又は空洞を設けたり、或いはこの方向が剛性の低
い方向の場合には質量を付加する。
と同一内容（即ち、角度θは剛性の高い方向又は低い方
向と図７に示すＡＤＰとのなす角度を表わす）を表わす
ものであるから、この第２実施例の場合にも、この求め
られたθに基づく方向Ｒ１又はＲ２（図７参照）に一致
又は略一致した方向線上における振動子の表面又は内部
に凹部又は空洞を設けたり、或いはこの方向が剛性の低
い方向の場合には質量を付加する。
【００６２】これにより剛性の２つの方向の強さを一致
させることができる。
させることができる。
【００６３】いずれの方向の剛性が高いかの判断は第１
実施例同様、図２の（ａ）〜（ｃ）で示す様な各圧電素
子のアドミッタンス特性を測定して決定する。
実施例同様、図２の（ａ）〜（ｃ）で示す様な各圧電素
子のアドミッタンス特性を測定して決定する。
【００６４】尚２つの方向の剛性の強さを完全に一致さ
せること、換言すれば、圧電素子ａ1 を励振した時の振
動子のあるモードの固有振動数とａ2 を励振した時の振
動子の固有振動数とを完全に一致させることは必要な
い。固有振動数を用いて表現すれば、両振動数は２００
Ｈｚ程度離れていても実際上は問題ない。図５は前述し
たレーザーによって振動子の表面に凹部を設ける実施例
の要部構成図である。
せること、換言すれば、圧電素子ａ1 を励振した時の振
動子のあるモードの固有振動数とａ2 を励振した時の振
動子の固有振動数とを完全に一致させることは必要な
い。固有振動数を用いて表現すれば、両振動数は２００
Ｈｚ程度離れていても実際上は問題ない。図５は前述し
たレーザーによって振動子の表面に凹部を設ける実施例
の要部構成図である。
【００６５】１５はレーザーで振動子の金属ブロックｂ
１のくびれ部ｂ１１に照射するようになっている。そし
て、上記第１、第２実施例で求まった方向に一致又は略
一致した振動子の表面がレーザーの照射される部分にな
るように振動子ホルダー１６に保持された振動子を回転
させる。そしてレーザーを照射する。周波数の修正量は
レーザーの照射時間もしくはスキャン幅で調整する。上
記例はレーザーを用いたが、やすり、ドリル、砥石等を
用いて削ってもよい。また、本発明は棒状超音波モータ
に限らず円環超音波モータに対しても適用することがで
きる。
１のくびれ部ｂ１１に照射するようになっている。そし
て、上記第１、第２実施例で求まった方向に一致又は略
一致した振動子の表面がレーザーの照射される部分にな
るように振動子ホルダー１６に保持された振動子を回転
させる。そしてレーザーを照射する。周波数の修正量は
レーザーの照射時間もしくはスキャン幅で調整する。上
記例はレーザーを用いたが、やすり、ドリル、砥石等を
用いて削ってもよい。また、本発明は棒状超音波モータ
に限らず円環超音波モータに対しても適用することがで
きる。
【００６６】図６に本発明の方法によって加工された棒
状超音波モータを用いた駆動装置を示す。５６がスリッ
ト板、５７がフォトカプラ、５４がモータと装置、この
場合カメラの撮影レンズ駆動部５５をつなぐ軸である。
上記棒状超音波モータの出力は軸５４を通して装置５５
に伝達される。
状超音波モータを用いた駆動装置を示す。５６がスリッ
ト板、５７がフォトカプラ、５４がモータと装置、この
場合カメラの撮影レンズ駆動部５５をつなぐ軸である。
上記棒状超音波モータの出力は軸５４を通して装置５５
に伝達される。
【００６７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
２つの固有振動数を所望の値にすることができ、モータ
の性能を向上させることができる。
２つの固有振動数を所望の値にすることができ、モータ
の性能を向上させることができる。
【００６８】また実際に組み立てられた状態で、振動子
の固有モード調整を有効に行うことが可能となり、モー
タ又はアクチュエータを安価に製造することができる。
の固有モード調整を有効に行うことが可能となり、モー
タ又はアクチュエータを安価に製造することができる。
【図１】本発明の方法を有効に実施することができる検
出装置の一実施例の回路のブロック図。
出装置の一実施例の回路のブロック図。
【図２】図１の超音波モータの周波数とアドミッタンス
特性の関係図。
特性の関係図。
【図３】他の検出装置の実施例の回路のブロック図。
【図４】図３の実施例における角度と電流の関係図。
【図５】本発明により検出された角度の振動子の部分を
加工する加工方法を説明する図。
加工する加工方法を説明する図。
【図６】本発明により調整されたモータを駆動源とする
装置の要部構成図。
装置の要部構成図。
【図７】従来の超音波モータの分解斜視図。
【図８】棒状超音波モータの縦断面図。
１…マイコン ２…発振器 ３、４…アンプ ５、６…電
圧検出器 ７、８…電流検出器 ９、１０、
１１…位相差検出器 １２、１３…ゲインコントローラ ５４…接続
軸 ５５…装置 ５６…スリ
ット板 ５７…フォトカプラ ａ１、ａ２
…駆動用圧電素子 ｂ１、ｂ２…金属ブロック ｃ…締め付
けボルト ｄ…絶縁シート ｅ…ベアリ
ング部材 ｆ…ギヤ ｇ…固定部
材 ｒ…ロータ ｉ…バネケ
ース
圧検出器 ７、８…電流検出器 ９、１０、
１１…位相差検出器 １２、１３…ゲインコントローラ ５４…接続
軸 ５５…装置 ５６…スリ
ット板 ５７…フォトカプラ ａ１、ａ２
…駆動用圧電素子 ｂ１、ｂ２…金属ブロック ｃ…締め付
けボルト ｄ…絶縁シート ｅ…ベアリ
ング部材 ｆ…ギヤ ｇ…固定部
材 ｒ…ロータ ｉ…バネケ
ース
Claims (13)
- 【請求項１】 振動子に配置された位置的位相の異なる
２相の電気−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、該振動子に２方向の振動を発生させ、
両振動の合成により該振動子の表面粒子に円又は楕円運
動を発生させる超音波モータにおける該振動子の固有振
動数を調整する超音波モータの固有振動数調整方法であ
って、以下の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の工程より成るこ
とを特徴とする。 （ａ）該２相の電気−機械エネルギー変換素子を駆動す
ることにより振動子の剛性の方向を決定する。 （ｂ）該２相の電気−機械エネルギー変換素子の夫々の
周波数対アドミッタンス特性から振動子の剛性の高い方
向または低い方向を決定する。 （ｃ）得られた剛性の高い方向又は低い方向の線上又は
略線上に存在する振動子の質量を減少又は増加させる。 - 【請求項２】 請求項１において、前記剛性の方向は、
少なくとも２相の電気−機械エネルギー変換素子を駆動
した時に、該２相の電気−機械エネルギー変換素子の夫
々に供給される電圧の値、該２相の電気−機械エネルギ
ー変換素子の夫々に流れる電流値、該２相の電気−機械
エネルギー変換素子の夫々に供給される電圧と、夫々に
流れる電流の位相差により決定することを特徴とする超
音波モータの固有振動数調整方法。 - 【請求項３】 請求項１において、剛性の方向の決定
は、以下の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の工程を有すること
を特徴とする超音波モータの固有振動数調整方法。 （ａ）２相の電気−機械エネルギー変換素子に印加する
交流信号の周波数をスキャンし、該２相の電気−機械エ
ネルギー変換素子の少なくとも一方の周波数対アドミッ
タンス特性を得て、この特性のピーク又はピーク近傍に
対応する周波数を得る。 （ｂ）得られた周波数を持った交流信号を両方の電気−
機械エネルギー変換素子に印加し、かつ夫々の交流信号
の振幅を変更することにより、振動子に生じる振動のベ
クトル方向を変更する。 （ｃ）少なくとも該２相の電気−機械エネルギー変換素
子の一方に流れる電流のピーク値又はピーク近傍値が得
られた時における該ベクトル方向を求める。 - 【請求項４】 請求項１において、剛性の高い方向又は
低い方向の決定は、２相の電気−機械エネルギー変換素
子の夫々の周波数対アドミッタンス特性のピークから決
定することを特徴とする超音波モータの固有振動数調整
方法。 - 【請求項５】 請求項１において、振動子の質量を減少
又は増加する際の源少量又は増加量の決定は、電気−機
械エネルギー変換素子の周波数対アドミッタンス特性に
おける夫々のピーク値又は略ピーク値に対応する周波数
の差に応じて決定されることを特徴とする超音波モータ
の固有振動数調整方法。 - 【請求項６】 振動子に配置された位置的位相の異なる
２相の電気−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、該振動子に２方向の振動を発生させ、
両振動の合成により該振動子の表面粒子に円又は楕円運
動を発生させる超音波モータにおける該振動子の固有振
動数を調整する超音波モータの固有振動数調整方法であ
って、以下の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の工程より成るこ
とを特徴とする。 （ａ）該２相の電気−機械エネルギー変換素子を駆動す
ることにより振動子の剛性の方向を決定する。 （ｂ）該２相の電気−機械エネルギー変換素子の夫々の
アドミッタンス特性から振動子の剛性の高い方向又は低
い方向を決定する。 （ｃ）得られた剛性の高い方向又は低い方向の線上又は
略線上に存在する振動子の質量を減少又は増加させる。 - 【請求項７】 請求項６において、剛性の方向は、少な
くとも両電気−機械エネルギー変換素子を駆動した時
に、該両電気−機械エネルギー変換素子の夫々に供給さ
れる電圧の値、両電気−機械エネルギー変換素子の夫々
に流れる電流値、両電気−機械エネルギー変換素子の夫
々に供給される電圧と、夫々に流れる電流の位相差によ
り決定することを特徴とする超音波モータの固有振動数
調整方法。 - 【請求項８】 請求項６において、剛性の方向の決定
は、以下の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の工程を有すること
を特徴とする超音波モータの固有振動数調整方法。 （ａ）該２相の電気−機械エネルギー変換素子に印加す
る交流信号の周波数をスキャンし、該２相の電気−機械
エネルギー変換素子の少なくとも一方の周波数対アドミ
ッタンス特性を得て、この特性のピーク又はピーク近傍
に対応する周波数を得る。 （ｂ）得られた周波数を持った交流信号を両電気−機械
エネルギー変換素子に印加し、かつ夫々の交流信号の振
幅を変更することにより、振動子に生じる振動のベクト
ル方向を変更する。 （ｃ）少なくとも該２相の電気−機械エネルギー変換素
子の一方に流れる電流のピーク値又はピーク近傍値が得
られた時における該ベクトル方向を求める。 - 【請求項９】 請求項６において、剛性の高い方向又は
低い方向の決定は、２相の電気−機械エネルギー変換素
子の夫々の周波数対アドミッタンス特性のピークから決
定することを特徴とする超音波モータの固有振動数調整
方法。 - 【請求項１０】 請求項６において、振動子の質量を減
少又は増加する際の源少量又は増加量の決定は、電気−
機械エネルギー変換素子の周波数対アドミッタンス特性
における夫々のピーク値又は略ピーク値に対応する周波
数の差に応じて決定することを特徴とする超音波モータ
の固有振動数調整方法。 - 【請求項１１】 請求項１又は６において、振動子の質
量の減少は、レーザー加工法を用いることを特徴とする
超音波モータの固有振動数調整方法。 - 【請求項１２】 請求項１ないし１１のいずれかに記載
の超音波モータの固有振動数調整方法により固有振動数
が調整された振動子を有することを特徴とする超音波モ
ータ。 - 【請求項１３】 請求項１２において、振動子は棒状に
形成されていることを特徴とする超音波モータ。 【請求項１３】 請求項１２又は１３に記載の超音波モ
ータを駆動源とすることを特徴とする超音波モータを用
いた装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01266993A JP3179610B2 (ja) | 1992-01-29 | 1993-01-28 | 超音波モータの固有振動数調整方法、および超音波モータ、並びに超音波モータを用いた装置、超音波モータの状態検査方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4-13825 | 1992-01-29 | ||
| JP1382592 | 1992-01-29 | ||
| JP01266993A JP3179610B2 (ja) | 1992-01-29 | 1993-01-28 | 超音波モータの固有振動数調整方法、および超音波モータ、並びに超音波モータを用いた装置、超音波モータの状態検査方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05300768A true JPH05300768A (ja) | 1993-11-12 |
| JP3179610B2 JP3179610B2 (ja) | 2001-06-25 |
Family
ID=11844053
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP01266993A Expired - Fee Related JP3179610B2 (ja) | 1992-01-29 | 1993-01-28 | 超音波モータの固有振動数調整方法、および超音波モータ、並びに超音波モータを用いた装置、超音波モータの状態検査方法 |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5986385A (ja) |
| EP (1) | EP0553828B1 (ja) |
| JP (1) | JP3179610B2 (ja) |
| KR (1) | KR0138073B1 (ja) |
| AU (1) | AU666906B2 (ja) |
| CA (1) | CA2088234C (ja) |
| DE (1) | DE69330534T2 (ja) |
| ES (1) | ES2158849T3 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0696073A1 (en) | 1994-08-04 | 1996-02-07 | Canon Kabushiki Kaisha | Vibration actuator |
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| AU6357298A (en) * | 1997-04-28 | 1998-10-29 | Ethicon Endo-Surgery, Inc. | Methods and devices for controlling the vibration of ultrasonic transmission components |
| JP3434672B2 (ja) * | 1997-05-29 | 2003-08-11 | セイコーインスツルメンツ株式会社 | 小型回転式アクチュエータ及び小型回転式アクチュエータの共振周波数補正方法 |
| FR2771998B1 (fr) * | 1997-12-08 | 2000-02-25 | Sfim Ind | Actionneur de gouverne de commande de vol d'aeronef |
| JP2000184759A (ja) | 1998-12-10 | 2000-06-30 | Canon Inc | 振動型アクチュエ―タ駆動装置 |
| JP4428747B2 (ja) | 1999-02-22 | 2010-03-10 | キヤノン株式会社 | 振動型アクチュエータ駆動制御装置、駆動制御方法、及び記憶媒体 |
| US6278218B1 (en) * | 1999-04-15 | 2001-08-21 | Ethicon Endo-Surgery, Inc. | Apparatus and method for tuning ultrasonic transducers |
| JP2002204585A (ja) | 2000-12-28 | 2002-07-19 | Canon Inc | 振動型アクチュエータの制御装置 |
| FR2825680B1 (fr) * | 2001-06-07 | 2003-09-26 | Sagem | Actionneur de commande de vol primaire a moteur a vibration |
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| DE102005030777B4 (de) * | 2005-07-01 | 2016-10-20 | Martin Walter Ultraschalltechnik Ag | Verfahren und Schaltungsanordnung zum Betreiben eines Ultraschall-Schwingers |
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| JP2009293758A (ja) * | 2008-06-09 | 2009-12-17 | Konica Minolta Business Technologies Inc | マウントダンパーおよびそれを用いた画像形成装置 |
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| JP6584247B2 (ja) | 2014-10-10 | 2019-10-02 | キヤノン株式会社 | 振動型アクチュエータの駆動方法、駆動装置の制御方法、駆動装置、撮像装置及び装置 |
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|---|---|---|---|---|
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| US4713571A (en) * | 1986-01-23 | 1987-12-15 | Canon Kabushiki Kaisha | Driving circuit of a vibration wave motor |
| US4812697A (en) * | 1986-04-09 | 1989-03-14 | Taga Electric Co., Ltd. | Ultrasonic vibrator and a method of controllingly driving same |
| JP2589698B2 (ja) * | 1987-07-03 | 1997-03-12 | キヤノン株式会社 | 振動型アクチュエータ装置 |
| US4965482A (en) * | 1988-06-17 | 1990-10-23 | Nec Corporation | Ultrasonic motor and method of adjusting the same |
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| US5051647A (en) * | 1989-07-06 | 1991-09-24 | Nec Corporation | Ultrasonic motor |
| JPH03117384A (ja) * | 1989-09-28 | 1991-05-20 | Canon Inc | 超音波モータの摩擦材 |
| JPH0787712B2 (ja) | 1989-12-05 | 1995-09-20 | 日本電気株式会社 | 超音波モータ |
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| JP3124284B2 (ja) * | 1990-08-03 | 2001-01-15 | キヤノン株式会社 | 振動波駆動装置 |
| JP2994714B2 (ja) * | 1990-09-06 | 1999-12-27 | キヤノン株式会社 | 棒状超音波モータ |
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