JPH0732610B2 - 圧電モータの制御方法 - Google Patents
圧電モータの制御方法Info
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- JPH0732610B2 JPH0732610B2 JP62278587A JP27858787A JPH0732610B2 JP H0732610 B2 JPH0732610 B2 JP H0732610B2 JP 62278587 A JP62278587 A JP 62278587A JP 27858787 A JP27858787 A JP 27858787A JP H0732610 B2 JPH0732610 B2 JP H0732610B2
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Classifications
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- 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
- H02N2/02—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
- H02N2/06—Drive circuits; Control arrangements or methods
- H02N2/062—Small signal circuits; Means for controlling position or derived quantities, e.g. for removing hysteresis
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
- B65G—TRANSPORT OR STORAGE DEVICES, e.g. CONVEYORS FOR LOADING OR TIPPING, SHOP CONVEYOR SYSTEMS OR PNEUMATIC TUBE CONVEYORS
- B65G27/00—Jigging conveyors
-
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- B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
- B65G—TRANSPORT OR STORAGE DEVICES, e.g. CONVEYORS FOR LOADING OR TIPPING, SHOP CONVEYOR SYSTEMS OR PNEUMATIC TUBE CONVEYORS
- B65G27/00—Jigging conveyors
- B65G27/10—Applications of devices for generating or transmitting jigging movements
- B65G27/16—Applications of devices for generating or transmitting jigging movements of vibrators, i.e. devices for producing movements of high frequency and small amplitude
- B65G27/24—Electromagnetic devices
-
- 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
- H02N2/0005—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing non-specific motion; Details common to machines covered by H02N2/02 - H02N2/16
- H02N2/001—Driving devices, e.g. vibrators
- H02N2/002—Driving devices, e.g. vibrators using only longitudinal or radial modes
- H02N2/0025—Driving devices, e.g. vibrators using only longitudinal or radial modes using combined longitudinal modes
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- B65H2555/10—Actuating means linear
- B65H2555/14—Actuating means linear piezoelectric
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- Mechanical Engineering (AREA)
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- Electromagnetism (AREA)
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は圧電モータの制御方法、特に、圧電素子の振動
を利用して負荷を摩擦駆動させる圧電モータの制御方法
に関する。
を利用して負荷を摩擦駆動させる圧電モータの制御方法
に関する。
〔従来の技術〕 圧電モータは、圧電素子あるいは電歪素子に交番電圧を
印加し、発生する振動を利用して接触する被駆動体を摩
擦駆動するものであり、圧電素子の高いエネルギ密度を
利用することなどから近年注目されているものである。
印加し、発生する振動を利用して接触する被駆動体を摩
擦駆動するものであり、圧電素子の高いエネルギ密度を
利用することなどから近年注目されているものである。
その方式については日経メカニカル（1985.9.23発行）
に記載されているように、原理的には振動片型及び進行
被型に大きく分けることが出来る。前者の振動片型の中
でも特に、正逆方向の駆動が可能でしかも高出力の特徴
をもつものとして、特開昭60−200776号公報及び特開昭
61−168025号公報に記載されているように、一対の積層
圧電素子で構成した圧電駆動ユニットをモータの基本要
素とする方式がある。
に記載されているように、原理的には振動片型及び進行
被型に大きく分けることが出来る。前者の振動片型の中
でも特に、正逆方向の駆動が可能でしかも高出力の特徴
をもつものとして、特開昭60−200776号公報及び特開昭
61−168025号公報に記載されているように、一対の積層
圧電素子で構成した圧電駆動ユニットをモータの基本要
素とする方式がある。
この方式について、第10図を用いて説明する。図におい
て１は圧電素子斜交配置方式の圧電駆動ユニットの一例
を示し、一対の積層圧電素子２、３の変位方向が図中の
矢印のように被駆動体４の被駆動面に対し斜めに交差す
るようにマウント５上に固定されている。圧電素子２、
３の変位は、変位合成部６によって合成される。前記変
位合成部６は、ジョイント部として弾性ヒンジまたは図
に示すように板ばねを用いた一対の平行リンクを直行配
置した構造となっており、また前記平行リンクのそれぞ
れの一端と前記圧電素子２、３及び前記マウント５は接
着または図に示すようにボルト７によるボルト締め等の
固定手段によって固着されている。前記変位合成部６の
先端には、耐摩耗性材料から成る接触駆動部（駆動端
部）８がネジ９等の固定手段によって交換可能なように
前記変位合成部６に固定されている。さらに、マウント
５はボルト10等の固定手段によってベース11に固定され
ている。なお、被駆動体４と圧電駆動ユニット１とは相
対的に押し付けられている。
て１は圧電素子斜交配置方式の圧電駆動ユニットの一例
を示し、一対の積層圧電素子２、３の変位方向が図中の
矢印のように被駆動体４の被駆動面に対し斜めに交差す
るようにマウント５上に固定されている。圧電素子２、
３の変位は、変位合成部６によって合成される。前記変
位合成部６は、ジョイント部として弾性ヒンジまたは図
に示すように板ばねを用いた一対の平行リンクを直行配
置した構造となっており、また前記平行リンクのそれぞ
れの一端と前記圧電素子２、３及び前記マウント５は接
着または図に示すようにボルト７によるボルト締め等の
固定手段によって固着されている。前記変位合成部６の
先端には、耐摩耗性材料から成る接触駆動部（駆動端
部）８がネジ９等の固定手段によって交換可能なように
前記変位合成部６に固定されている。さらに、マウント
５はボルト10等の固定手段によってベース11に固定され
ている。なお、被駆動体４と圧電駆動ユニット１とは相
対的に押し付けられている。
さらに、12及び13は前記圧電素子２、３にパワーを供給
するパワーアンプ、14は位相変換器、15は高周波発信器
である。
するパワーアンプ、14は位相変換器、15は高周波発信器
である。
駆動方法は、それぞれの圧電素子に適正な位相差をもつ
高周波電圧（周波数：機械的共振周波数）を印加すると
駆動端部が楕円軌跡を描いて振動し、その振動によって
被駆動体を一方的に摩擦駆動するものである。なお、高
周波電圧の位相差を逆にすれば逆方向に駆動することが
できる。
高周波電圧（周波数：機械的共振周波数）を印加すると
駆動端部が楕円軌跡を描いて振動し、その振動によって
被駆動体を一方的に摩擦駆動するものである。なお、高
周波電圧の位相差を逆にすれば逆方向に駆動することが
できる。
本圧電モータの駆動速度を制御するには、印加電圧の周
波数を一定値（機械的共振周波数）に保ったまま、その
電圧振動値を変えることによってなされる。このように
すれば、上記楕円軌跡の長短軸が共に大あるいは小にな
ってて、前記被駆動体の速度が変化するようになる。
波数を一定値（機械的共振周波数）に保ったまま、その
電圧振動値を変えることによってなされる。このように
すれば、上記楕円軌跡の長短軸が共に大あるいは小にな
ってて、前記被駆動体の速度が変化するようになる。
上記圧電モータは摩擦力を駆動原理としているため、駆
動部と被駆動部は常に一定押付力で押し付けられ、した
がって駆動力を増すためにはこの押付力を増す必要があ
る。しかし、この場合、接触部の表面粗さ等に起因し
て、印加電圧が低いところでは動作せず、ある一定電圧
以上で初めて動作するという現象がみられる。
動部と被駆動部は常に一定押付力で押し付けられ、した
がって駆動力を増すためにはこの押付力を増す必要があ
る。しかし、この場合、接触部の表面粗さ等に起因し
て、印加電圧が低いところでは動作せず、ある一定電圧
以上で初めて動作するという現象がみられる。
このような現象を有する圧電モータ特性の一例を第11図
に示す。同図のグラフの横軸は共振周波数の交流印加電
圧Ｖであり、縦軸は無負荷時の楕円軌跡をもつ回転速度
ｎである。同図から明らかなように、所定の回転速度を
得るためにはある値（これを最小起動電圧と称する）以
上の印加電圧が必要となる。この最小起動電圧は接触部
の表面状態に起因して不安定となり、さらに起動時と停
止時の近傍では静摩擦と動摩擦の差異に起因してヒステ
リシスも存在してしまう。
に示す。同図のグラフの横軸は共振周波数の交流印加電
圧Ｖであり、縦軸は無負荷時の楕円軌跡をもつ回転速度
ｎである。同図から明らかなように、所定の回転速度を
得るためにはある値（これを最小起動電圧と称する）以
上の印加電圧が必要となる。この最小起動電圧は接触部
の表面状態に起因して不安定となり、さらに起動時と停
止時の近傍では静摩擦と動摩擦の差異に起因してヒステ
リシスも存在してしまう。
したがって、圧電モータの速度制御を行う場合、従来の
ような圧電制御のみでは、特に低速度での速度制御が困
難となる。換言すれば、従来の圧電モータ制御方式を用
いて、変位フィードバック系を構成した場合、最終位置
決め時に偏差電圧が小さくなった際の制御が困難とな
り、このため最終位置決め精度が不十分となる点が配慮
されていなかった。なお、この種のものとして、実開昭
58−168155号公報、実開昭59−58811号公報に記載され
ているものがある。しかし、これらのものは、圧電モー
タを微動制御するに際して、圧電モータに直流電圧を印
加しているが、目標位置との偏差に応じた直流電圧を単
に圧電素子に印加するだけであり、被駆動体を高精度に
位置決めすることはできない。
ような圧電制御のみでは、特に低速度での速度制御が困
難となる。換言すれば、従来の圧電モータ制御方式を用
いて、変位フィードバック系を構成した場合、最終位置
決め時に偏差電圧が小さくなった際の制御が困難とな
り、このため最終位置決め精度が不十分となる点が配慮
されていなかった。なお、この種のものとして、実開昭
58−168155号公報、実開昭59−58811号公報に記載され
ているものがある。しかし、これらのものは、圧電モー
タを微動制御するに際して、圧電モータに直流電圧を印
加しているが、目標位置との偏差に応じた直流電圧を単
に圧電素子に印加するだけであり、被駆動体を高精度に
位置決めすることはできない。
それ故、本発明はこのような事情に基づいてなされたも
のであり、その目的は長ストロークの駆動を行うととも
に、精密位置決めを行うことのできるようにした圧電モ
ータの制御方法を提供するにある。
のであり、その目的は長ストロークの駆動を行うととも
に、精密位置決めを行うことのできるようにした圧電モ
ータの制御方法を提供するにある。
前記目的を達成するために、本発明は、一対の圧電素子
を被駆動体に接触させた状態で各圧電素子に電圧を印加
し、この印加電圧に応じて被駆動体を駆動させる圧電モ
ータの制御方法において、 長ストローク駆動時には前記一対の圧電素子に位相の相
異なる高周波電圧を印加することによって各圧電素子の
被駆動体との接触部が楕円軌跡を描く振動による粗動駆
動を行い、粗動駆動に伴って被駆動体が位置決め領域に
到達した位置決め時には被駆動体の現在位置と目標位置
との偏差に応じた電圧として極性の相異なる直流電圧を
前記一対の圧電素子にそれぞれ印加することによって各
圧電素子が互いに逆方向に伸縮する微小変位による微動
駆動を行い、前記微動駆動の開始時点を、被駆動体の現
在位置と目標位置との偏差が前記各圧電素子の直流電圧
印加による被駆動体の最大ストローク以内の値以下とな
ったときと定めたことを特徴とする圧電モータの制御方
法を採用したものである。
を被駆動体に接触させた状態で各圧電素子に電圧を印加
し、この印加電圧に応じて被駆動体を駆動させる圧電モ
ータの制御方法において、 長ストローク駆動時には前記一対の圧電素子に位相の相
異なる高周波電圧を印加することによって各圧電素子の
被駆動体との接触部が楕円軌跡を描く振動による粗動駆
動を行い、粗動駆動に伴って被駆動体が位置決め領域に
到達した位置決め時には被駆動体の現在位置と目標位置
との偏差に応じた電圧として極性の相異なる直流電圧を
前記一対の圧電素子にそれぞれ印加することによって各
圧電素子が互いに逆方向に伸縮する微小変位による微動
駆動を行い、前記微動駆動の開始時点を、被駆動体の現
在位置と目標位置との偏差が前記各圧電素子の直流電圧
印加による被駆動体の最大ストローク以内の値以下とな
ったときと定めたことを特徴とする圧電モータの制御方
法を採用したものである。
前記した手段によれば、被駆動体が目標位置から離れて
いるときに各圧電素子に位相の相異なる高周波電圧を印
加すると、各圧電素子の被駆動体との接触部が楕円軌跡
を描くように振動し、この振動による粗動駆動によって
被駆動体を高速に目標位置方向へ移動させることができ
る。そして、粗動駆動に伴って被駆動体が位置決め領域
に到達した位置決め時には被駆動体の現在位置と目標位
置との偏差に応じた電圧として極性の相異なる直流電圧
を前記一対の圧電素子にそれぞれ印加すると、印加電圧
に応じて一方の圧電素子が縮み他方の圧電素子が伸びる
ことによって各圧電素子が微小変位し、この微小変位に
よる微動駆動によって被駆動体を目標位置に高精度に位
置決めすることができる。しかも、微動駆動の開始時点
を、被駆動体の現在位置と目標位置との偏差が前記各圧
電素子の直流電圧印加による被駆動体の最大ストローク
以内の値以下となったときと定めているので、微動駆動
でも、被駆動体を目標位置に高精度に位置決めすること
ができる。
いるときに各圧電素子に位相の相異なる高周波電圧を印
加すると、各圧電素子の被駆動体との接触部が楕円軌跡
を描くように振動し、この振動による粗動駆動によって
被駆動体を高速に目標位置方向へ移動させることができ
る。そして、粗動駆動に伴って被駆動体が位置決め領域
に到達した位置決め時には被駆動体の現在位置と目標位
置との偏差に応じた電圧として極性の相異なる直流電圧
を前記一対の圧電素子にそれぞれ印加すると、印加電圧
に応じて一方の圧電素子が縮み他方の圧電素子が伸びる
ことによって各圧電素子が微小変位し、この微小変位に
よる微動駆動によって被駆動体を目標位置に高精度に位
置決めすることができる。しかも、微動駆動の開始時点
を、被駆動体の現在位置と目標位置との偏差が前記各圧
電素子の直流電圧印加による被駆動体の最大ストローク
以内の値以下となったときと定めているので、微動駆動
でも、被駆動体を目標位置に高精度に位置決めすること
ができる。
第１図（ａ）は本発明による圧電モータの制御方法の一
実施例を示すフローチャートである。適用対象として
は、たとえば半導体装置製造の際に用いられるＸ−Ｙス
テージが揚げられ、第１図（ｂ）に示すように、そのス
テージの目標位置をＸφ、ステージの検出された現在位
値をX1、該目標位置Ｘφから現在位置を差し引いた値、
すなわち偏差をＥ、とし、また、あらかじめ設定された
基準偏差量をε、とする。ここで基準偏差量εは、圧電
モータの直流電圧印加による駆動体の最大ストローク以
内の値に設定されるものである。
実施例を示すフローチャートである。適用対象として
は、たとえば半導体装置製造の際に用いられるＸ−Ｙス
テージが揚げられ、第１図（ｂ）に示すように、そのス
テージの目標位置をＸφ、ステージの検出された現在位
値をX1、該目標位置Ｘφから現在位置を差し引いた値、
すなわち偏差をＥ、とし、また、あらかじめ設定された
基準偏差量をε、とする。ここで基準偏差量εは、圧電
モータの直流電圧印加による駆動体の最大ストローク以
内の値に設定されるものである。
第１図（ａ）に示すように、まずステップ１にて、目標
位置Ｘφを確認し、また現在位置X1を検出する、次に、
ステップ２にて、偏差Ｅを求める。さらに、ステップ３
にて、前記偏差Ｅの絶対値|E|が前記基準偏差量ε以下
であるか否かを判定する。
位置Ｘφを確認し、また現在位置X1を検出する、次に、
ステップ２にて、偏差Ｅを求める。さらに、ステップ３
にて、前記偏差Ｅの絶対値|E|が前記基準偏差量ε以下
であるか否かを判定する。
|E|＞εのとき、ステップ４にてＥの付号で駆動する方
向を判定する。これにより、Ｅ＞εのときには、ステッ
プ５にて圧電モータを＋方向へ共振周波数高周波電圧で
駆動し、Ｅ＜−εのときには、ステップ６にて一方向へ
共振周波数高周波電圧で駆動する。
向を判定する。これにより、Ｅ＞εのときには、ステッ
プ５にて圧電モータを＋方向へ共振周波数高周波電圧で
駆動し、Ｅ＜−εのときには、ステップ６にて一方向へ
共振周波数高周波電圧で駆動する。
さらに、前記ステップ３にて、偏差Ｅが|E|≦εの関係
にあった場合、ステップ７にて圧電モータを直流電圧で
駆動する。
にあった場合、ステップ７にて圧電モータを直流電圧で
駆動する。
以上が、本発明による圧電モータの制御方法の一実施例
であるが、前記圧電モータの直流電圧駆動による微小変
位による微動駆動について第２図を用いて説明する。
であるが、前記圧電モータの直流電圧駆動による微小変
位による微動駆動について第２図を用いて説明する。
同図は圧電モータを直流駆動させた場合のその変位を示
す模式図である。まず、ある適正な直流電圧を圧電素子
2,3に互いに逆向きになるよう印加する。たとえば圧電
素子２に負の直流電圧を、圧電素子３には正の直流電圧
を印加した場合、同図に示すように圧電素子２は縮み、
圧電素子３は伸びる。このときの圧電素子の各変位をａ
とすれば、変位合成部６は平行リンク構造となっている
ためそれぞれの微小変位を干渉させずに先端に伝え、接
触駆動部８は被駆動体面の水平方向に だけ変位することになる。従って、これにより被駆動体
４は だけ左方向に駆動されることになる。圧電素子の変位ａ
は、この圧電素子に印加する直流電圧に比例するため、
被駆動体の駆動変位は直流電圧値によって任意に調整可
能になる。第３図は、圧電素子に印加する直流電圧値
と、このときの被駆動体の変位を示したグラフである。
このグラフから明らかなように、例えば印加電圧±15V
では、±0.5μｍの範囲での微小位置決めに、精度とし
てはナノメートルオーダーの分解能が実現可能となる。
す模式図である。まず、ある適正な直流電圧を圧電素子
2,3に互いに逆向きになるよう印加する。たとえば圧電
素子２に負の直流電圧を、圧電素子３には正の直流電圧
を印加した場合、同図に示すように圧電素子２は縮み、
圧電素子３は伸びる。このときの圧電素子の各変位をａ
とすれば、変位合成部６は平行リンク構造となっている
ためそれぞれの微小変位を干渉させずに先端に伝え、接
触駆動部８は被駆動体面の水平方向に だけ変位することになる。従って、これにより被駆動体
４は だけ左方向に駆動されることになる。圧電素子の変位ａ
は、この圧電素子に印加する直流電圧に比例するため、
被駆動体の駆動変位は直流電圧値によって任意に調整可
能になる。第３図は、圧電素子に印加する直流電圧値
と、このときの被駆動体の変位を示したグラフである。
このグラフから明らかなように、例えば印加電圧±15V
では、±0.5μｍの範囲での微小位置決めに、精度とし
てはナノメートルオーダーの分解能が実現可能となる。
このようにすれば、被駆動体が目標位置に近づく際、前
記基準偏差量に対応する位置に到達した際に、直流電圧
値に比例した高精度の微小変位が可能となる。
記基準偏差量に対応する位置に到達した際に、直流電圧
値に比例した高精度の微小変位が可能となる。
したがって、前記目標位置に被駆動体が確実に精度よく
位置づけられ、精密位置決めを達成することができるよ
うになる。
位置づけられ、精密位置決めを達成することができるよ
うになる。
上述した実施例の圧電モータは、いわゆるXY振動子型圧
電モータと称されるものであるが、他の、たとえば進行
波方式の圧電モータであっても本発明が適用できること
はいうまでもない。すなわち進行波方式の圧電モータ
は、第４図（ａ）に示すように、弾性板27の主表面に分
割して接着された板状圧電素子28a,28b,28c,29a,29b,29
cを有するもので、反転増幅器30a,30b,30cを有するもの
である。粗動駆動時には、各板状圧電素子28a,28b,28c,
29a,29b,29cへ電圧を印加する端子A,Bに90゜位相差の交
流電圧を印加する。これによって、前記圧電素子28a,28
b,28c,29a,29b,29cが伸縮し、前記弾性板27に、屈曲進
行波を生じさせ、被駆動体を正逆方向に駆動するもので
ある。
電モータと称されるものであるが、他の、たとえば進行
波方式の圧電モータであっても本発明が適用できること
はいうまでもない。すなわち進行波方式の圧電モータ
は、第４図（ａ）に示すように、弾性板27の主表面に分
割して接着された板状圧電素子28a,28b,28c,29a,29b,29
cを有するもので、反転増幅器30a,30b,30cを有するもの
である。粗動駆動時には、各板状圧電素子28a,28b,28c,
29a,29b,29cへ電圧を印加する端子A,Bに90゜位相差の交
流電圧を印加する。これによって、前記圧電素子28a,28
b,28c,29a,29b,29cが伸縮し、前記弾性板27に、屈曲進
行波を生じさせ、被駆動体を正逆方向に駆動するもので
ある。
微動起動時には、端子A,Bに偏差Ｅに応じて第４図
（ｂ）のグラフに示すようなサインカーブをもった直流
電圧を印加すると、前記弾性板27の変形により第４図
（ｃ）にてＡ→Ｂ→Ｃ→D,又はＧ→Ｆ→Ｅ→Ｄの様に波
が矢印の方向に進み、被駆動体を微小変位だけ波の進行
方向と逆方向（目標位置方向）に駆動することができ
る。
（ｂ）のグラフに示すようなサインカーブをもった直流
電圧を印加すると、前記弾性板27の変形により第４図
（ｃ）にてＡ→Ｂ→Ｃ→D,又はＧ→Ｆ→Ｅ→Ｄの様に波
が矢印の方向に進み、被駆動体を微小変位だけ波の進行
方向と逆方向（目標位置方向）に駆動することができ
る。
また、この例の変形例として、第５図に示すように、直
流電圧値を実現しやすい直流形にしたものも適用でき
る。第５図（ａ）（ｂ）（ｃ）はそれぞれ第４図（ａ）
（ｂ）（ｃ）に対応させているものである。
流電圧値を実現しやすい直流形にしたものも適用でき
る。第５図（ａ）（ｂ）（ｃ）はそれぞれ第４図（ａ）
（ｂ）（ｃ）に対応させているものである。
次に、上記第２図に示す圧電モータの駆動回路を実施例
について説明する。第６図において、12,13は増幅器、2
0,21はアナログスイッチ、26は増幅器、Ｅは偏差信号で
ある。発振器15からは、圧電素子を駆動するための共振
周波数高周波電圧、位相変換器14からは、発振器15から
の高周波電圧の位相を90゜遅らせた電圧、直流電圧発生
器19からは、正、負２種類の直流電圧が印加されるよう
になって、正負判定回路24、微小偏差判定回路25は、オ
ペアンプ、抵抗等で、簡単に構成される。
について説明する。第６図において、12,13は増幅器、2
0,21はアナログスイッチ、26は増幅器、Ｅは偏差信号で
ある。発振器15からは、圧電素子を駆動するための共振
周波数高周波電圧、位相変換器14からは、発振器15から
の高周波電圧の位相を90゜遅らせた電圧、直流電圧発生
器19からは、正、負２種類の直流電圧が印加されるよう
になって、正負判定回路24、微小偏差判定回路25は、オ
ペアンプ、抵抗等で、簡単に構成される。
このような回路において、偏差Ｅを入力として、まず正
負判定回路24により偏差の符号によってアナログスイッ
チ20で、発振器15からの共振周波数高周波電圧と、位相
変換器14を通って位相が90゜遅れた共振周波数高周波電
圧を切り換える。次に、微小偏差判定回路25により、偏
差と所定の基準偏差量εとを比べてアナログスイッチ21
でアナログスイッチ20からの高周波電圧あるいは、直流
電圧発生器19からの直流電圧を切り換える。このアナロ
グスイッチ21の出力と偏差Ｅを、乗算器22,23でかけ合
わせた電圧が、偏差Ｅに見合った駆動電圧として、増幅
器12,13を介して、圧電素子2,3に印加される。
負判定回路24により偏差の符号によってアナログスイッ
チ20で、発振器15からの共振周波数高周波電圧と、位相
変換器14を通って位相が90゜遅れた共振周波数高周波電
圧を切り換える。次に、微小偏差判定回路25により、偏
差と所定の基準偏差量εとを比べてアナログスイッチ21
でアナログスイッチ20からの高周波電圧あるいは、直流
電圧発生器19からの直流電圧を切り換える。このアナロ
グスイッチ21の出力と偏差Ｅを、乗算器22,23でかけ合
わせた電圧が、偏差Ｅに見合った駆動電圧として、増幅
器12,13を介して、圧電素子2,3に印加される。
また、第７図は第６図の例の変形例を示した電気回路の
例であり、第６図は同一符号は同一部分を表わす。第７
図においては、第６における位相変換器14からの90゜遅
れの高周波電圧の替りに、接地する方法、すなわち一方
の圧電素子のみの振動で駆動することによって圧電モー
タを動作させるものである。このことにより、印加電圧
の位相調整が不要となるため、共振周波数での駆動が容
易となり実用上の効果が大きい。
例であり、第６図は同一符号は同一部分を表わす。第７
図においては、第６における位相変換器14からの90゜遅
れの高周波電圧の替りに、接地する方法、すなわち一方
の圧電素子のみの振動で駆動することによって圧電モー
タを動作させるものである。このことにより、印加電圧
の位相調整が不要となるため、共振周波数での駆動が容
易となり実用上の効果が大きい。
次に、第８図は、前記第４図に示す圧電モータの駆動回
路の一実施例を示す構成図である。図中、第６図と同符
号のものは同一部品を表わす。
路の一実施例を示す構成図である。図中、第６図と同符
号のものは同一部品を表わす。
発振器15からは、圧電素子を駆動するための共振周波数
高周波電圧、位相変換器１からは、発振器15からの高周
波電圧の位相を90゜遅らせた電圧が印加されている。
高周波電圧、位相変換器１からは、発振器15からの高周
波電圧の位相を90゜遅らせた電圧が印加されている。
正負判定回路24、微小偏差判定回路25は、オペアンプ、
抵抗等で簡単に構成される。
抵抗等で簡単に構成される。
このような回路において、偏差Ｅを入力として、まず正
負判定回路24で、偏差の符号によってアナログスイッチ
20で、発振器15からの共振周波数高周波電圧と、位相変
換器14を通って位相が90゜遅れた共振周波数高周波電圧
を切り換える。この出力と偏差Ｅを乗算器22,23でかけ
合わせた電圧と、偏差Ｅに応じて関数発生器31によって
作られた直流電圧とが、微小偏差判定回路25によって、
アナログスイッチ21で切り換えられ、その出力が増幅器
12,13を介して、第４図の端子A,Bへと印加される。
負判定回路24で、偏差の符号によってアナログスイッチ
20で、発振器15からの共振周波数高周波電圧と、位相変
換器14を通って位相が90゜遅れた共振周波数高周波電圧
を切り換える。この出力と偏差Ｅを乗算器22,23でかけ
合わせた電圧と、偏差Ｅに応じて関数発生器31によって
作られた直流電圧とが、微小偏差判定回路25によって、
アナログスイッチ21で切り換えられ、その出力が増幅器
12,13を介して、第４図の端子A,Bへと印加される。
さらに、第９図は進行波モータにおいて第５図の様な微
動駆動を行うときのブロック図である。図中の記号にお
いて、第６図と同一符号は同一部分を表わす。第９図の
回路は、第７図の回路に、加算器32,33が加わったもの
であるが、これにより、乗算器22,23からの出力電圧に
オフセット電圧を加えることができる。
動駆動を行うときのブロック図である。図中の記号にお
いて、第６図と同一符号は同一部分を表わす。第９図の
回路は、第７図の回路に、加算器32,33が加わったもの
であるが、これにより、乗算器22,23からの出力電圧に
オフセット電圧を加えることができる。
以上説明したように、本発明による圧電モータの制御方
法によれば、粗動駆動に伴って被駆動体が位置決め領域
に到達した位置決め時には被駆動体の現在位置と目標位
置との偏差に応じた電圧として極性の相異なる直流電圧
の一対の圧電素子にそれぞれ印加して各圧電素子を互い
に逆方向に微小変位させる微動駆動を実行すると共に、
微動駆動の開始時点を、被駆動体の現在位置と目標位置
との偏差が各圧電素子の直流電圧印加による被駆動体の
最大ストローク以内の値以下となったときと定めたた
め、被駆動体を長ストローク駆動した後、被駆動体を目
標位置に高精度に位置決めすることができる。
法によれば、粗動駆動に伴って被駆動体が位置決め領域
に到達した位置決め時には被駆動体の現在位置と目標位
置との偏差に応じた電圧として極性の相異なる直流電圧
の一対の圧電素子にそれぞれ印加して各圧電素子を互い
に逆方向に微小変位させる微動駆動を実行すると共に、
微動駆動の開始時点を、被駆動体の現在位置と目標位置
との偏差が各圧電素子の直流電圧印加による被駆動体の
最大ストローク以内の値以下となったときと定めたた
め、被駆動体を長ストローク駆動した後、被駆動体を目
標位置に高精度に位置決めすることができる。
第１図は本発明による圧電モータの制御方法の一実施例
を示すフローチャート、第２図はいわゆるXY振動子型圧
電モータのユニット先端の変位を示した模式図、第３図
は前記XY振動子型圧電モータの直流電圧に対する前記変
位の関係を示すグラフ、第４図および第５図はそれぞれ
いわゆる進行波方式の圧電モータに本発明を適用させた
場合の説明図、第６図は本発明による圧電モータの制御
方法の駆動回路の一実施例を示した構成図、第７図ない
し第９図はそれぞれ前記駆動回路の他の実施例を示した
構成図、第10図は従来のXY振動子型圧電モータの制御方
法の一例を示した構成図、第11図は従来のXY振動子型圧
電モータの制御方法の問題点を示すグラフである。 １……圧電駆動ユニット、2,3……圧電素子、４……被
駆動体、６……変位合成部、８……駆動端部、11……ベ
ース、12,13……増幅器、14……位相変換器、15……発
振器、19……直流電圧発生器、20,21……アナログスイ
ッチ、22,23……乗算器、24……正負判定回路、25……
微小偏差判定回路、26……増幅器、27……弾性板、28a,
28b,28c,29a,29b,29c……圧電素子、30a,30b,30c……反
転増幅器、31……関数発生器、32,33……加算器。
を示すフローチャート、第２図はいわゆるXY振動子型圧
電モータのユニット先端の変位を示した模式図、第３図
は前記XY振動子型圧電モータの直流電圧に対する前記変
位の関係を示すグラフ、第４図および第５図はそれぞれ
いわゆる進行波方式の圧電モータに本発明を適用させた
場合の説明図、第６図は本発明による圧電モータの制御
方法の駆動回路の一実施例を示した構成図、第７図ない
し第９図はそれぞれ前記駆動回路の他の実施例を示した
構成図、第10図は従来のXY振動子型圧電モータの制御方
法の一例を示した構成図、第11図は従来のXY振動子型圧
電モータの制御方法の問題点を示すグラフである。 １……圧電駆動ユニット、2,3……圧電素子、４……被
駆動体、６……変位合成部、８……駆動端部、11……ベ
ース、12,13……増幅器、14……位相変換器、15……発
振器、19……直流電圧発生器、20,21……アナログスイ
ッチ、22,23……乗算器、24……正負判定回路、25……
微小偏差判定回路、26……増幅器、27……弾性板、28a,
28b,28c,29a,29b,29c……圧電素子、30a,30b,30c……反
転増幅器、31……関数発生器、32,33……加算器。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 功 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 川本 宗男 東京都千代田区神田駿河台４丁目６番地 株式会社日立製作所内
Claims (2)
- 【請求項１】一対の圧電素子を被駆動体に接触させた状
態で各圧電素子に電圧を印加し、この印加電圧に応じて
被駆動体を駆動させる圧電モータの制御方法において、 長ストローク駆動時には前記一対の圧電素子に位相の相
異なる高周波電圧を印加することによって各圧電素子の
被駆動体との接触部が楕円軌跡を描く振動による粗動駆
動を行い、粗動駆動に伴って被駆動体が位置決め領域に
到達した位置決め時には被駆動体の現在位置と目標位置
との偏差に応じた電圧として極性の相異なる直流電圧を
前記一対の圧電素子にそれぞれ印加することによって各
圧電素子が互いに逆方向に伸縮する微小変位による微動
駆動を行い、前記微動駆動の開始時点を、被駆動体の現
在位置と目標位置との偏差が前記各圧電素子の直流電圧
印加による被駆動体の最大ストローク以内の値以下とな
ったときと定めたことを特徴とする圧電モータの制御方
法。 - 【請求項２】特許請求の範囲第１項記載の圧電モータの
制御方法において、位置決め時には被駆動体の現在位置
と目標位置との偏差に応じた電圧として極性の相異なる
直流電圧を関数発生器で生成し、この関数発生器で生成
された直流電圧を前記一対の圧電素子にそれぞれ印加す
ることによって各圧電素子が伸縮する微小変位による微
動駆動を行うことを特徴とする圧電モータの制御方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62278587A JPH0732610B2 (ja) | 1987-11-04 | 1987-11-04 | 圧電モータの制御方法 |
| US07/260,772 US4997177A (en) | 1987-10-23 | 1988-10-21 | Method of and apparatus for conveying object by utilizing vibration |
| DE88117577T DE3880781T2 (de) | 1987-10-23 | 1988-10-21 | Verfahren und Vorrichtung zum Fördern eines Gegenstandes mittels Vibration. |
| EP88117577A EP0313072B1 (en) | 1987-10-23 | 1988-10-21 | Method of and apparatus for conveying object by utilizing vibration |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62278587A JPH0732610B2 (ja) | 1987-11-04 | 1987-11-04 | 圧電モータの制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01122375A JPH01122375A (ja) | 1989-05-15 |
| JPH0732610B2 true JPH0732610B2 (ja) | 1995-04-10 |
Family
ID=17599339
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62278587A Expired - Lifetime JPH0732610B2 (ja) | 1987-10-23 | 1987-11-04 | 圧電モータの制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0732610B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2672160B2 (ja) * | 1989-10-23 | 1997-11-05 | キヤノン株式会社 | 振動型アクチュエータ装置 |
| JP2642783B2 (ja) * | 1990-09-01 | 1997-08-20 | 株式会社クボタ | 超音波モータの制御装置 |
| JP3804312B2 (ja) | 1998-12-17 | 2006-08-02 | コニカミノルタホールディングス株式会社 | 圧電アクチュエータ及び圧電アクチュエータ駆動装置 |
| JP5179913B2 (ja) * | 2008-03-25 | 2013-04-10 | 太平洋セメント株式会社 | 超音波モータ装置 |
| JP5179918B2 (ja) * | 2008-03-27 | 2013-04-10 | 太平洋セメント株式会社 | 超音波モータ装置 |
| CN114337358A (zh) * | 2021-11-30 | 2022-04-12 | 江西晶浩光学有限公司 | 一种压电马达的驱动控制方法及装置、mcu、存储介质 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS54108177A (en) * | 1978-02-14 | 1979-08-24 | Shaken Kk | Positioning system |
| JPS5572211A (en) * | 1978-11-24 | 1980-05-30 | Hitachi Ltd | Preventing method for address miss in position retrieval |
| JPS56121108A (en) * | 1980-02-27 | 1981-09-22 | Nec Corp | Positioning method |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58168155U (ja) * | 1982-05-06 | 1983-11-09 | トヨタ自動車株式会社 | 微小変位素子の駆動装置 |
| JPS5958811U (ja) * | 1982-10-04 | 1984-04-17 | ソニー株式会社 | 微小移動位置決め装置 |
-
1987
- 1987-11-04 JP JP62278587A patent/JPH0732610B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS54108177A (en) * | 1978-02-14 | 1979-08-24 | Shaken Kk | Positioning system |
| JPS5572211A (en) * | 1978-11-24 | 1980-05-30 | Hitachi Ltd | Preventing method for address miss in position retrieval |
| JPS56121108A (en) * | 1980-02-27 | 1981-09-22 | Nec Corp | Positioning method |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01122375A (ja) | 1989-05-15 |
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