JPH1080160A - Vibrating actuator and its control method - Google Patents

Vibrating actuator and its control method

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JPH1080160A
JPH1080160A JP8233939A JP23393996A JPH1080160A JP H1080160 A JPH1080160 A JP H1080160A JP 8233939 A JP8233939 A JP 8233939A JP 23393996 A JP23393996 A JP 23393996A JP H1080160 A JPH1080160 A JP H1080160A
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JP
Japan
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vibration
electromechanical
vibrator
voltage
speed
Prior art date
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Application number
JP8233939A
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Japanese (ja)
Inventor
Takatoshi Ashizawa
隆利 芦沢
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Publication date
Application filed by Nikon Corp filed Critical Nikon Corp
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Publication of JPH1080160A publication Critical patent/JPH1080160A/en
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  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a vibrating actuator whose driving speed can be controlled from an ultralow-speed region up to an ultrahigh-speed region and which eliminates the generation of a speed irregularity as much as possible especially in an ultralow-speed drive and to provide its control method. SOLUTION: An ultrasonic actuator is provided with a vibrator 21 provided with a piezoelectric body 22a, for a torsional vibration, whose main body displays a column-shaped outer shape and which generates the torsional vibration vibrated to a direction contained in an edge 21a and with a piezoelectric body 22b, for a longitudinal vibration, which generates the longitudinal vibration vibrated to a direction at right angles to the edge 21a and with a moving element which is brought into press contact with the edge 21a and which generates a relative motion between itself and the vibrator 21. In the ultrasonic actuator, the piezoelectric body 22b for the longitudinal vibration is composed of two electromechanical conversion elements 22b-1, 22b-2 which convert electric energy into a mechanical displacement independently.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、振動アクチュエー
タ及びその制御方法に関する。
The present invention relates to a vibration actuator and a control method thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】進行波型振動アクチュエータは、例えば
「日経メカニカル,1983年2月28日号」等により
報告されている。この振動アクチュエータは、略述すれ
ば、2相の駆動信号を印加することにより弾性体からな
る固定子の駆動面に超音波の進行波を発生させる。そし
て、この駆動面に加圧接触される移動子が進行波波頭に
おける楕円運動により摩擦的に駆動される。
2. Description of the Related Art Traveling wave type vibration actuators are reported, for example, in "Nikkei Mechanical, February 28, 1983". In brief, the vibration actuator generates a traveling wave of ultrasonic waves on the drive surface of the stator made of an elastic body by applying a two-phase drive signal. Then, the moving element that comes into pressure contact with the driving surface is frictionally driven by the elliptical motion at the traveling wave wavefront.

【0003】一方、図13は、縦−捩じり振動型の振動
アクチュエータの構造例を示した斜視図である。従来、
この種の振動アクチュエータでは、固定子101は、2
つの円柱型の振動子102,103の間に円環状の捩じ
り振動用圧電体104が挟まれて配置されるとともに、
振動子103の上側に円環状の縦振動用圧電体105が
配置されることによって、構成される。捩じり振動用圧
電体104は円周方向に分極される。また、縦振動用圧
電体105は厚さ方向に分極される。さらに、移動子1
06は、縦振動用圧電体105の上端面側に配置され
る。
FIG. 13 is a perspective view showing an example of the structure of a vertical-torsional vibration type vibration actuator. Conventionally,
In this type of vibration actuator, the stator 101 is
An annular torsional vibration piezoelectric body 104 is interposed between two cylindrical vibrators 102 and 103, and
It is configured by disposing an annular longitudinal vibration piezoelectric body 105 above the vibrator 103. The piezoelectric body for torsional vibration 104 is polarized in the circumferential direction. Further, the piezoelectric body for longitudinal vibration 105 is polarized in the thickness direction. In addition, mover 1
Reference numeral 06 is arranged on the upper end surface side of the piezoelectric body 105 for longitudinal vibration.

【0004】固定子101を構成する振動子102,1
03及び圧電体104,105は、いずれも固定軸10
7の外面に設けられたねじ部にネジ止めされることによ
り、固定される。また、移動子106は、中心部に装着
されたボールベアリング108を介して固定軸107に
回転自在に取り付けられる。固定軸107の先端には、
ばね109を介してナット110がネジ止めされる。ば
ね109のバネ力Fにより、移動子106を固定子10
1の端面に加圧接触させる。
The vibrators 102, 1 constituting the stator 101
03 and the piezoelectric bodies 104 and 105
7 is fixed by being screwed to a threaded portion provided on the outer surface of 7. Further, the moving element 106 is rotatably attached to the fixed shaft 107 via a ball bearing 108 mounted at the center. At the tip of the fixed shaft 107,
The nut 110 is screwed via the spring 109. The moving element 106 is fixed to the stator 10 by the spring force F of the spring 109.
1 is brought into pressure contact with the end face.

【0005】捩じり振動用圧電体104と縦振動用圧電
体105とは、ともに、発振器111から発振される同
一周波数の駆動電圧を、移相器112により適宜位相制
御することにより、駆動される。
The torsional vibration piezoelectric body 104 and the longitudinal vibration piezoelectric body 105 are both driven by appropriately controlling the phase of the drive voltage of the same frequency oscillated from the oscillator 111 by the phase shifter 112. You.

【0006】捩じり振動用圧電体104は、移動子10
6が固定軸107の周りに回転するための機械的変位を
与える。一方、縦振動用圧電体105は、固定子101
と移動子106との間に働く摩擦力を、圧電体104に
よる捩じり振動の周期に同期させて周期的に変動させる
ことにより、固定子101に発生させた振動を移動子1
06の一方向への運動に変換するクラッチ的役割を果た
す。
The piezoelectric body 104 for torsional vibration is
6 provide a mechanical displacement for rotation about the fixed axis 107. On the other hand, the piezoelectric body 105 for longitudinal vibration is
The friction generated between the stator 101 and the moving element 106 is periodically changed in synchronization with the cycle of the torsional vibration by the piezoelectric body 104, so that the vibration generated in the stator 101 is
06 acts as a clutch that converts the movement in one direction.

【0007】図14は、図13に示す振動アクチュエー
タを構成する固定子101を展開した状態で示す斜視図
である。捩じり振動用圧電体104は、前述したよう
に、円周方向に分極する必要がある。そこで、捩じり振
動用圧電体104は、圧電材料を、図14に示すよう
に、6〜8個程度の扇形の小片に一旦分割し、分割した
各小片を円周方向について分極した後に、再度環状に組
み合わせることにより、構成されていた。なお、図14
における符号104aは、捩じり振動用圧電体104へ
駆動電圧を印加するための電極である。
FIG. 14 is an exploded perspective view showing the stator 101 constituting the vibration actuator shown in FIG. As described above, the torsional vibration piezoelectric body 104 needs to be polarized in the circumferential direction. Therefore, the torsional vibration piezoelectric body 104 divides the piezoelectric material once into about 6 to 8 fan-shaped small pieces as shown in FIG. 14 and polarizes each of the divided small pieces in the circumferential direction. It was configured by assembling again annularly. FIG.
Reference numeral 104a denotes an electrode for applying a drive voltage to the torsional vibration piezoelectric body 104.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかし、このように構
成された従来の振動アクチュエータでは、捩じり振動用
圧電体104を環状に組み立てる際に、所望の寸法精度
を確保することが極めて難しかった。
However, in the conventional vibration actuator configured as described above, it is extremely difficult to secure desired dimensional accuracy when assembling the torsional vibration piezoelectric body 104 in a ring shape. .

【0009】一方、図13において、縦振動用圧電体1
05及び捩じり振動用圧電体104それぞれの断面積
は、固定子101の断面積と略等しいか、又は、固定子
101の断面積よりも少し小さかった。また、固定軸1
07を中心部に貫通させるために捩じり振動用圧電体1
04,縦振動用圧電体105の中央部に孔を開ける必要
があった。そのために、捩じり振動用圧電体104,縦
振動用圧電体105の断面積はさらに小さくなり、振動
アクチュエータの高トルク化及び高回転化を図ることが
いずれも難しかった。
On the other hand, in FIG.
The cross-sectional area of each of the piezoelectric body 05 and the torsional vibration piezoelectric body 104 was substantially equal to or slightly smaller than the cross-sectional area of the stator 101. In addition, fixed shaft 1
07 for penetrating torsion in the center
04, it was necessary to make a hole in the center of the piezoelectric body 105 for longitudinal vibration. Therefore, the cross-sectional areas of the torsional vibration piezoelectric body 104 and the longitudinal vibration piezoelectric body 105 are further reduced, and it is difficult to increase the torque and the rotation of the vibration actuator.

【0010】このような問題を解決するために、本出願
人は、既に、高トルク及び高回転により駆動することが
可能であって、しかも、構造が単純であって製造も容易
な異形モード縮退型の振動アクチュエータを、例えば特
願平6−180279号や特願平6−275022号等
により提案した。
[0010] In order to solve such a problem, the present applicant has already developed a modified mode degeneration that can be driven by high torque and high rotation, and that has a simple structure and is easy to manufacture. For example, Japanese Patent Application Nos. 6-180279 and 6-275022 propose a vibration actuator of the type.

【0011】図15は、これらの提案にかかる振動アク
チュエータ1の構造例を示す縦断面図であり、図16
は、図15の振動アクチュエータ1の制御を示すブロッ
ク図であり、また、図17(a)は、図15に示す半円
柱状の弾性体2a,2bに挟持される振動子2を底面方
向から見た図、図17(b)は、図15に示す振動子2
を側面方向から見た図である。さらに、図18は、振動
子2に発生する縦振動と捩じり振動とを組み合わせて駆
動面2cに楕円運動を生じさせる振動アクチュエータ1
の駆動原理を示す説明図である。
FIG. 15 is a longitudinal sectional view showing a structural example of the vibration actuator 1 according to these proposals, and FIG.
FIG. 17A is a block diagram showing the control of the vibration actuator 1 of FIG. 15. FIG. 17A shows the vibrator 2 sandwiched between the semi-cylindrical elastic bodies 2a and 2b shown in FIG. FIG. 17 (b) shows the vibrator 2 shown in FIG.
It is the figure which looked at from the side. Further, FIG. 18 shows a vibration actuator 1 that generates an elliptical motion on the driving surface 2c by combining the longitudinal vibration and the torsional vibration generated in the vibrator 2.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing the driving principle of FIG.

【0012】すなわち、図15及び図16において、縦
−捩じり振動型の振動アクチュエータ1の振動子2は、
駆動信号により励振され、電気エネルギーを機械的変位
に変換する電気機械変換素子である圧電体3,4と、こ
れらの圧電体3,4が接合されており、これらの圧電体
3,4の励振により1次の縦振動と1次の捩じり振動と
が生じることにより、端面である駆動面2cに駆動力が
発生する中空半円柱状の弾性体2a,2bとから構成さ
れる。
That is, in FIGS. 15 and 16, the vibrator 2 of the longitudinal-torsional vibration type vibration actuator 1 is
The piezoelectric members 3 and 4 which are electromechanical transducers that are excited by the drive signal and convert electric energy into mechanical displacement are joined to the piezoelectric members 3 and 4, and the piezoelectric members 3 and 4 are excited. As a result, primary longitudinal vibration and primary torsional vibration are generated, and hollow semi-cylindrical elastic bodies 2a and 2b that generate a driving force on the driving surface 2c that is the end face.

【0013】弾性体2a,2bは、厚肉の中空円筒を縦
に2つに分割した形状の弾性部材である。弾性体2a,
2bの分割面には、圧電体3,4が挟み込まれている。
圧電体3,4は2層ずつ合計4層からなる。4層のうち
の2層の圧電体3は、圧電定数d15を用いる捩じり振動
用圧電体であり、残り2層の圧電体4は、圧電定数d31
を用いる縦振動用圧電体である。
The elastic members 2a and 2b are elastic members having a shape in which a thick hollow cylinder is vertically divided into two. Elastic body 2a,
The piezoelectric bodies 3 and 4 are sandwiched between the divided surfaces 2b.
The piezoelectric bodies 3 and 4 are each composed of a total of four layers, two layers each. Two of the four layers of the piezoelectric body 3 are torsional vibration piezoelectric bodies using the piezoelectric constant d 15 , and the remaining two layers of the piezoelectric body 4 are piezoelectric constants d 31
Is a piezoelectric body for longitudinal vibration.

【0014】弾性体2a,2bには、高さ方向の略中心
に、圧電体3,4の積層方向と平行に貫通孔2d,2e
が形成される。この弾性体2a,2bは、その貫通孔2
d,2eを用いてボルト6a,6bで固定することによ
り、圧電体3,4を挟み込むとともに、軸方向の中心に
挿入された固定軸5にネジ止めされる。
The elastic bodies 2a and 2b have through holes 2d and 2e at substantially the center in the height direction in parallel with the laminating direction of the piezoelectric bodies 3 and 4.
Is formed. The elastic bodies 2a and 2b are
By fixing the bolts 6a and 6b using d and 2e, the piezoelectric bodies 3 and 4 are sandwiched and screwed to the fixed shaft 5 inserted at the center in the axial direction.

【0015】相対運動部材である移動子7は、移動子母
材7−1と,移動子母材7−1の端面に貼付されて振動
子2の駆動面2cに接触する摺動材7−2とから構成さ
れる。移動子7は、その内周部に嵌合された位置決め部
材であるベアリング8を介して、固定軸5に対して回転
自在に位置決め・固定される。
The moving element 7 which is a relative moving member is provided with a moving element base material 7-1 and a sliding member 7 which is attached to an end face of the moving element base material 7-1 and comes into contact with the drive surface 2c of the vibrator 2. And 2. The movable element 7 is rotatably positioned and fixed to the fixed shaft 5 via a bearing 8 which is a positioning member fitted to an inner peripheral portion thereof.

【0016】また、移動子7は、加圧部材である皿バネ
9aにより振動子2側に向けて付勢されることにより、
駆動面2cに加圧接触される。固定軸5は、弾性体2
a,2bの軸方向に形成された中空部に貫通しており、
弾性体2a,2b等からなる振動子2を固定・保持する
とともに、移動子7を半径方向について位置決めする。
この固定軸5は、上端部にねじ部が形成されており、皿
バネ9aの加圧力を調整する加圧力調整部材であるナッ
ト9bがネジ止めされる。
The moving element 7 is urged toward the vibrator 2 by a disc spring 9a as a pressing member,
It is brought into pressure contact with the drive surface 2c. The fixed shaft 5 includes the elastic body 2
a, 2b penetrates the hollow portion formed in the axial direction,
The vibrator 2 composed of the elastic bodies 2a, 2b and the like is fixed and held, and the moving element 7 is positioned in the radial direction.
The fixed shaft 5 has a threaded portion at the upper end, and a nut 9b, which is a pressing force adjusting member for adjusting the pressing force of the disc spring 9a, is screwed.

【0017】捩じり振動用圧電体3,縦振動用圧電体4
には、図16に示すように、駆動信号を発振する発振部
10と,出力された駆動信号を(1/4)λ位相差を有
する信号に振り分ける移相部11と,捩じり振動用圧電
体3に入力する駆動信号を増幅するT増幅部13と,縦
振動用圧電体4に入力する駆動信号を増幅するL増幅部
12等とから構成される。
Piezoelectric body for torsional vibration 3, Piezoelectric body for longitudinal vibration 4
As shown in FIG. 16, an oscillator 10 for oscillating a drive signal, a phase shifter 11 for distributing the output drive signal to a signal having a (1/4) λ phase difference, It comprises a T amplifier 13 for amplifying the drive signal input to the piezoelectric body 3, an L amplifying section 12 for amplifying the drive signal input to the longitudinal vibration piezoelectric body 4, and the like.

【0018】また、制御回路16は、捩じり振動を検出
する検出部14と,この検出部14の検出量に応じて発
振部10から出力される周波数や電圧等を制御する制御
部15等から構成される。検出部14は、振動子2の側
面に貼付されて機械的変位を電気エネルギーに変換する
圧電体14aを備える。これにより、振動子2に捩じり
に伴って発生する変位量を検出することにより、振動子
2に発生した捩じり変位を間接的に検出する。
The control circuit 16 includes a detecting unit 14 for detecting torsional vibration, a control unit 15 for controlling a frequency and a voltage output from the oscillating unit 10 in accordance with a detection amount of the detecting unit 14, and the like. Consists of The detection unit 14 includes a piezoelectric body 14a that is attached to a side surface of the vibrator 2 and converts mechanical displacement into electric energy. Thus, by detecting the amount of displacement generated in the vibrator 2 due to torsion, the torsional displacement generated in the vibrator 2 is indirectly detected.

【0019】図17(a)及び図17(b)に示すよう
に、圧電体3,4は、2つの弾性体2a,2bに挟まれ
た2群からなる。圧電体3,4の各群は、それぞれ4層
からなる。4層の圧電体のうち、2層の圧電体は圧電定
数d15を用いる圧電体3から構成され、一方、残り2層
の圧電体は圧電定数d31を用いる圧電体4から構成され
る。
As shown in FIGS. 17 (a) and 17 (b), the piezoelectric members 3 and 4 are composed of two groups sandwiched between two elastic members 2a and 2b. Each group of the piezoelectric bodies 3 and 4 has four layers. Among the piezoelectric four layers of piezoelectric material 2 layer is composed of a piezoelectric element 3 using a piezoelectric constant d 15, whereas, the piezoelectric body of the remaining two layers composed of a piezoelectric body 4 using a piezoelectric constant d 31.

【0020】圧電体3は圧電定数d15を用いており、弾
性体2a,2bの長手方向に対して剪断変位を発生させ
る。圧電体3は、図17(a)において、円周方向に対
して剪断変形が手前方向と反対方向とに交互になるよう
に、弾性体2a,2bの二つの分割面に配置される。
The piezoelectric element 3 is a piezoelectric constant d 15, the elastic body 2a, the shear displacement is generated with respect to the longitudinal direction of 2b. In FIG. 17A, the piezoelectric bodies 3 are arranged on the two divided surfaces of the elastic bodies 2a and 2b such that the shear deformation alternates in the circumferential direction with respect to the near side and the opposite direction.

【0021】圧電体3は、このように配置されることに
より、それぞれが剪断変形した時に、振動子2に捩じり
変位を発生し、振動子2の端面が捩じれる。一方、圧電
体4は圧電定数d31を用いており、弾性体2a,2bの
長手方向に対して伸縮変位を発生させる。4つの縦振動
用の圧電体4は全てある電位が印加された場合、同じ方
向へ変位が発生するように配置される。
By disposing the piezoelectric bodies 3 in this manner, when each of them is subjected to shear deformation, a torsional displacement is generated in the vibrator 2, and the end face of the vibrator 2 is twisted. On the other hand, the piezoelectric body 4 is using a piezoelectric constant d 31, the elastic body 2a, to generate the elastic displacement with respect to the longitudinal direction of 2b. The four piezoelectric members 4 for longitudinal vibration are all arranged such that when a certain potential is applied, displacement occurs in the same direction.

【0022】以上のように、圧電定数d15を用いる捩じ
り振動用圧電体3と、圧電定数d31を用いる縦振動用圧
電体4とを配置するとともに、捩じり振動用圧電体3に
正弦波電圧を印加することによって、それに応じて、振
動子2には捩じり運動が発生する。一方、縦振動用圧電
体4に正弦波電圧を印加することによって、それに応じ
て、振動子2には伸縮運動が発生する。
[0022] As described above, the vibration piezoelectric member 3 torsional using a piezoelectric constant d 15, with arranging the longitudinal vibration piezoelectric member 4 using a piezoelectric constant d 31, the torsional vibration piezoelectric member 3 , A torsional motion is generated in the vibrator 2 accordingly. On the other hand, when a sinusoidal voltage is applied to the piezoelectric body 4 for longitudinal vibration, the vibrator 2 expands and contracts accordingly.

【0023】このような振動アクチュエータ1では、図
16において、発振部10及び移相部11を介して、T
増幅部13及びL増幅部12から捩じり振動用圧電体
3,縦振動用圧電体4に駆動信号が印加されると、捩じ
り振動用圧電体3,縦振動用圧電体4はそれぞれ励振さ
れ、振動子2には捩じり振動と縦振動とが発生する。
In such a vibration actuator 1, as shown in FIG.
When a drive signal is applied from the amplifying unit 13 and the L amplifying unit 12 to the torsional vibration piezoelectric body 3 and the longitudinal vibration piezoelectric body 4, the torsional vibration piezoelectric body 3 and the longitudinal vibration piezoelectric body 4 respectively become When the vibrator 2 is excited, torsional vibration and longitudinal vibration are generated.

【0024】すなわち、図18に示すように、捩じり振
動Tの周期と縦振動(伸縮運動)Lの周期との位相差を
(1/4)λ(λ:波長)ずらして設定すると、振動子
2の駆動面2c上の定点Aには楕円運動が生じる。
That is, as shown in FIG. 18, when the phase difference between the period of the torsional vibration T and the period of the longitudinal vibration (expanding / contracting movement) L is set to be shifted by (1 /) λ (λ: wavelength), An elliptical motion occurs at a fixed point A on the drive surface 2c of the vibrator 2.

【0025】図18において、駆動時に印加する電圧の
周波数をfとし、このときの角周波数をω(=2πf)
とすると、t=(6/4)・(π/ω)の時点では、捩
じり振動Tの変位は左側に最大である。一方、縦振動L
の変位は零である。この状態では、移動子は、加圧部材
によって振動子2の駆動面2cに加圧接触された状態で
ある。
In FIG. 18, the frequency of the voltage applied during driving is f, and the angular frequency at this time is ω (= 2πf).
Then, at the time of t = (6/4) · (π / ω), the displacement of the torsional vibration T is maximum on the left side. On the other hand, the longitudinal vibration L
Is zero. In this state, the moving element is in a state of being pressed by the pressing member to the driving surface 2 c of the vibrator 2.

【0026】この状態から、t=(7/4)・(π/
ω)〜0〜(2/4)・(π/ω)までは、捩じり振動
Tは左側の最大から右側の最大まで変位する。一方、縦
振動Lは零から上側の最大に変位し再び零に戻る。した
がって、振動子2の駆動面2cは移動子の端面に接触し
て移動子を押しながら右方向へ回転し、この回転によっ
て移動子は右方向へ回転駆動される。
From this state, t = (7/4) · (π /
ω) to 0 to (2/4) · (π / ω), the torsional vibration T is displaced from the maximum on the left to the maximum on the right. On the other hand, the longitudinal vibration L is displaced from zero to the upper maximum and returns to zero again. Therefore, the driving surface 2c of the vibrator 2 contacts the end face of the moving element and rotates to the right while pushing the moving element, and the rotation drives the moving element to the right.

【0027】次に、t=(2/4)・(π/ω)〜(6
/4)・(π/ω)までは、捩じり振動Tは右側の最大
から左側の最大まで変位する。一方、縦振動Lは零から
下側の最大に変位し再び零に戻る。したがって、振動子
2の駆動面2cは、移動子から離れながら左方向に回転
するため、移動子は駆動されない。このときに、移動子
は、前述したように図18においては図示しない加圧部
材によって振動子2の駆動面2c側に向けて加圧される
が、固有振動数が異なるため、振動子2の縮みに追従す
ることができない。
Next, t = (2/4) · (π / ω)-(6
/ 4) · (π / ω), the torsional vibration T is displaced from the maximum on the right to the maximum on the left. On the other hand, the longitudinal vibration L is displaced from zero to the maximum below and returns to zero again. Accordingly, the driving surface 2c of the vibrator 2 rotates leftward while moving away from the moving element, and the moving element is not driven. At this time, the moving element is pressed toward the drive surface 2c side of the vibrator 2 by the pressing member (not shown in FIG. 18) as described above. Cannot follow shrinkage.

【0028】このようにして生じる捩じり振動及び縦振
動それぞれの共振周波数を略一致させると、捩じり振動
と縦振動とが同時に発生し(このような状態を「縮退」
という。)、振動子2の駆動面2cに捩じり振動と縦振
動との合成である楕円運動が発生して駆動力が発生し、
移動子が回転駆動される。
When the resonance frequencies of the torsional vibration and the longitudinal vibration generated in this way are substantially matched, the torsional vibration and the longitudinal vibration are simultaneously generated (this state is referred to as "degeneration").
That. ), An elliptical motion, which is a combination of torsional vibration and longitudinal vibration, is generated on the driving surface 2c of the vibrator 2, and a driving force is generated.
The mover is driven to rotate.

【0029】ところで、従来、進行波型振動アクチュエ
ータの駆動速度を制御する場合には、「日経メカニカ
ル,1983年2月28日号,第46頁,図6」にも示
されているように、各圧電体に入力する駆動信号の電圧
値を同じ変化率で変化させていた。すなわち、2相の駆
動信号とも入力電圧値を同時に同じ値に制御しないと、
進行波の波形が乱れてしまい、振動子2の駆動面2cに
楕円運動を生じなくなって、移動子の駆動が困難になる
からである。
Conventionally, when controlling the driving speed of a traveling wave type vibration actuator, as shown in "Nikkei Mechanical, February 28, 1983, page 46, FIG. 6", The voltage value of the drive signal input to each piezoelectric body is changed at the same rate. That is, unless the input voltage values of the two-phase drive signals are simultaneously controlled to the same value,
This is because the waveform of the traveling wave is disturbed, and no elliptical motion occurs on the driving surface 2c of the vibrator 2, which makes it difficult to drive the moving element.

【0030】すなわち、従来の進行波型振動アクチュエ
ータにおいて、その駆動信号の電圧を同じ変化率で変化
させると、駆動信号の電圧に応じて、振動子の駆動面に
おいて発生する楕円運動の大きさが相似的に変化する。
これにより、移動子の駆動速度や駆動力を変化させるこ
とができる。
That is, in the conventional traveling wave type vibration actuator, when the voltage of the drive signal is changed at the same rate of change, the magnitude of the elliptical motion generated on the drive surface of the vibrator according to the voltage of the drive signal is reduced. Change analogously.
Thereby, the driving speed and driving force of the moving element can be changed.

【0031】このように、進行波型振動アクチュエータ
では、常に振動子と移動子とが進行波波頭において点状
又は線状に接触する。そのため、楕円運動が小さくなっ
ても振動子から移動子へ駆動力を伝達することができ
る。したがって、2相の駆動電圧を同時に同じ変化率で
低下させることにより、駆動速度が低下して低速にする
ことができ、低速時にも駆動速度ムラが発生し難い。
As described above, in the traveling wave type vibration actuator, the vibrator and the moving element are always in point or linear contact with each other at the wave front of the traveling wave. Therefore, the driving force can be transmitted from the vibrator to the moving element even when the elliptical motion becomes small. Therefore, by simultaneously lowering the two-phase drive voltages at the same rate of change, the drive speed can be reduced to a low speed, and the drive speed unevenness is unlikely to occur even at a low speed.

【0032】これに対し、図15〜図18に示す異形モ
ード縮退型の振動アクチュエータでは、前述したよう
に、第1相の駆動信号により駆動方向の変位が発生し、
第2相の駆動信号により駆動方向と垂直方向の変位が発
生し、その合成により駆動面に楕円運動を発生させる。
すなわち、第1相の駆動信号が移動子の駆動(振動子と
相対運動部材との間の相対運動)に関与し、第2相の駆
動信号が移動子への動力伝達(振動子と相対運動部材と
の間のクラッチ機構)に関与する。
On the other hand, in the modified mode degenerate type vibration actuator shown in FIGS. 15 to 18, displacement in the drive direction is generated by the first phase drive signal, as described above.
The displacement in the direction perpendicular to the drive direction is generated by the drive signal of the second phase, and an elliptic motion is generated on the drive surface by the combination thereof.
That is, the first-phase drive signal is involved in driving of the moving element (relative motion between the vibrator and the relative motion member), and the second-phase driving signal is transmitted to the moving element (power transmission between the vibrator and the relative motion member). Clutch mechanism between the member).

【0033】そのため、異形モード縮退型の振動アクチ
ュエータの駆動速度を制御する場合に、従来の進行波型
振動アクチュエータと同様に、発振部10から出力され
る駆動信号の周波数を制御して、L増幅部12及びT増
幅部13から出力される2相の駆動電圧を同じ変化率で
小さくすると、それに応じて楕円運動も相似的に小さく
なる。これにより、駆動方向の楕円運動成分も小さくな
るため、駆動速度は低下する。
Therefore, when controlling the driving speed of the modified mode degenerate type vibration actuator, the frequency of the driving signal output from the oscillation unit 10 is controlled in the same manner as in the case of the conventional traveling wave type vibration actuator, and the L amplification is performed. When the two-phase driving voltages output from the unit 12 and the T amplifying unit 13 are reduced at the same rate of change, the elliptical motion is correspondingly reduced accordingly. As a result, the elliptic motion component in the driving direction is also reduced, and the driving speed is reduced.

【0034】しかし、2相とも駆動電圧を小さくするた
め、駆動方向と垂直方向の楕円運動成分も小さくなって
しまう。そのため、垂直方向の楕円運動成分の大きさが
駆動面の表面粗さよりも小さくなると、振動子と相対運
動部材との間のクラッチ機構が不充分になってしまう。
そのため、異形モード縮退型の振動アクチュエータで
は、低速駆動を行うことが難しくなったり、低速化によ
りクラッチ機構の作動が不十分になって、低速駆動時に
おける速度むらが発生し易くなるという課題があった。
However, since the drive voltage is reduced in both phases, the elliptical motion component in the direction perpendicular to the drive direction is also reduced. Therefore, if the magnitude of the elliptical motion component in the vertical direction is smaller than the surface roughness of the drive surface, the clutch mechanism between the vibrator and the relative motion member becomes insufficient.
For this reason, in the modified mode degenerate type vibration actuator, it is difficult to perform low-speed driving, and the operation of the clutch mechanism is insufficient due to the reduction in speed, so that there is a problem that speed unevenness during low-speed driving is likely to occur. Was.

【0035】一方、低速駆動の場合とは反対に、2相と
も駆動電圧を大きくして高速駆動を行おうとすると、駆
動方向の楕円運動成分だけでなく、駆動方向と垂直な方
向の楕円運動成分も相似的に大きくなってしまう。その
ため、駆動方向と垂直な方向の楕円運動成分の大きさが
適正範囲より大きくなると、クラッチ機構が不十分にな
って駆動効率が低下してしまう。そのため、異形モード
縮退型の振動アクチュエータにおいても安定的に高速駆
動を行うことができる限界値があった。したがって、こ
の限界値を越えた超高速域においても、速度ムラが発生
し易くなるという課題もあった。
On the other hand, contrary to the case of the low-speed driving, when the driving voltage is increased in both phases to perform the high-speed driving, not only the elliptic motion component in the driving direction but also the elliptical motion component in the direction perpendicular to the driving direction is obtained. Also grows similarly. Therefore, when the magnitude of the elliptical motion component in the direction perpendicular to the driving direction is larger than the appropriate range, the clutch mechanism becomes insufficient and the driving efficiency is reduced. For this reason, there is a limit value at which high-speed driving can be stably performed even in a modified mode degenerate type vibration actuator. Therefore, there is also a problem that speed unevenness is likely to occur even in an ultra-high speed region exceeding the limit value.

【0036】本発明では、このような異形モード縮退型
の振動アクチュエータが有する課題を解決することを目
的とし、具体的には、超低速域から超高速域まで駆動速
度の制御を行うことができ、特に超低速駆動時における
速度ムラの発生をできるだけ解消した振動アクチュエー
タ及びその制御方法を提供することを目的とする。
An object of the present invention is to solve the problem of such a modified mode degenerate type vibration actuator, and more specifically, it is possible to control the driving speed from a very low speed range to a very high speed range. In particular, it is an object of the present invention to provide a vibration actuator and a control method thereof that minimize occurrence of speed unevenness particularly at the time of ultra-low speed driving.

【0037】[0037]

【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、本体
が柱状の外形を呈し、この本体の端面と平行な面内で振
動する第1振動を発生する第1電気機械変換部と、第1
振動の振動方向と異なる方向に振動する第2振動を発生
する第2電気機械変換部とを備える振動子と、振動子と
の間で相対運動を行う相対運動部材とを有する振動アク
チュエータであって、第2電気機械変換部が、電気エネ
ルギーを機械的変位に変換する独立した複数の電気機械
変換部分により構成されていることを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a first electromechanical converter for generating a first vibration in which a main body has a columnar outer shape and vibrates in a plane parallel to an end surface of the main body. First
A vibration actuator comprising: a vibrator including a second electromechanical transducer that generates a second vibration that vibrates in a direction different from the vibration direction of the vibration; and a relative motion member that performs a relative motion between the vibrator and the vibrator. , The second electromechanical converter is constituted by a plurality of independent electromechanical converters for converting electric energy into mechanical displacement.

【0038】請求項2の発明は、請求項1に記載された
振動アクチュエータにおいて、複数の電気機械変換部分
が、一体の電気機械変換素子及びその表面に装着された
複数に分割された電極により、又は、複数に分割された
電気機械変換素子及びそれらの表面に装着された複数の
電極により、構成されることを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, in the vibration actuator according to the first aspect, the plurality of electromechanical conversion parts are formed by an integrated electromechanical conversion element and a plurality of divided electrodes mounted on the surface thereof. Alternatively, it is characterized by being constituted by a plurality of divided electromechanical transducers and a plurality of electrodes mounted on their surfaces.

【0039】請求項3の発明は、請求項1又は請求項2
に記載された振動アクチュエータにおいて、第1振動
が、振動子の軸に関する捩じり振動であるとともに、第
2振動が、振動子の軸方向に関する縦振動であることを
特徴とする。
The third aspect of the present invention is the first or second aspect.
The first vibration is a torsional vibration about the axis of the vibrator, and the second vibration is a longitudinal vibration about the axial direction of the vibrator.

【0040】請求項4の発明は、請求項1から請求項3
までのいずれか1項に記載された振動アクチュエータに
おいて、第1電気機械変換部が、振動子に発生する第1
振動の節位置を含む位置に一つ又は二つ形成されるとと
もに、第2電気機械変換部が、振動子に発生する第2振
動の節位置を含む位置に一つ形成されることを特徴とす
る。
The invention according to claim 4 is the invention according to claims 1 to 3.
In the vibration actuator according to any one of the above, the first electromechanical conversion unit includes:
One or two are formed at positions including the nodal position of the vibration, and one second electromechanical transducer is formed at a position including the nodal position of the second vibration generated in the vibrator. I do.

【0041】請求項5の発明は、第1振動を発生する第
1電気機械変換部と第1振動の振動方向と異なる方向に
振動する第2振動を発生する第2電気機械変換部とを備
えた振動子と、振動子との間で相対運動を行う相対運動
部材とを有する振動アクチュエータの制御方法であっ
て、第2電気機械変換部を複数の領域に分割し、各領域
毎に駆動信号を印加するとともに、それぞれの駆動信号
を個別に制御して相対運動の速度を制御することを特徴
とする。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a first electromechanical converter for generating a first vibration and a second electromechanical converter for generating a second vibration that vibrates in a direction different from the direction of vibration of the first vibration. A method of controlling a vibration actuator having a vibrator and a relative motion member that performs relative motion between the vibrator, wherein the second electromechanical converter is divided into a plurality of regions, and a drive signal is provided for each region. And the speed of the relative movement is controlled by individually controlling each drive signal.

【0042】請求項6の発明は、請求項5に記載された
振動アクチュエータの制御方法において、第1電気機械
変換部に印加される駆動信号の電圧を小さくするととも
に、第2電気機械変換部の各領域に印加される複数の駆
動信号のうちの少なくとも一つの電圧を大きくすること
により、相対運動の速度を小さくすることを特徴とす
る。
According to a sixth aspect of the present invention, in the method of controlling a vibration actuator according to the fifth aspect, the voltage of the drive signal applied to the first electromechanical converter is reduced and the voltage of the second electromechanical converter is reduced. The speed of the relative movement is reduced by increasing the voltage of at least one of the plurality of drive signals applied to each area.

【0043】請求項7の発明は、請求項5に記載された
振動アクチュエータの制御方法において、第1電気機械
変換部に印加される駆動信号の電圧を大きくするととも
に、第2電気機械変換部の各領域に印加される複数の駆
動信号のうちの少なくとも一つの電圧を小さくすること
により、相対運動の速度を大きくすることを特徴とす
る。
According to a seventh aspect of the present invention, in the method for controlling a vibration actuator according to the fifth aspect, the voltage of the drive signal applied to the first electromechanical converter is increased and the voltage of the second electromechanical converter is increased. It is characterized in that the speed of the relative movement is increased by reducing the voltage of at least one of the plurality of drive signals applied to each area.

【0044】請求項8の発明は、請求項5から請求項7
までのいずれか1項に記載された振動アクチュエータの
制御方法において、第1電気機械変換部に印加される駆
動信号、及び、第2電気機械変換部の各領域に印加され
る複数の駆動信号のうちの少なくとも一つの駆動信号の
周波数を変化させることで相対運動の速度を制御するこ
とを特徴とする。
The invention of claim 8 is the invention of claims 5 to 7.
In the method for controlling a vibration actuator according to any one of the above, the driving signal applied to the first electromechanical conversion unit and the plurality of driving signals applied to each region of the second electromechanical conversion unit The speed of the relative movement is controlled by changing the frequency of at least one of the drive signals.

【0045】請求項9の発明は、請求項8に記載された
振動アクチュエータの制御方法において、駆動信号の周
波数を低くするとともに、第1電気機械変換部に印加さ
れる駆動信号の電圧を大きくし、かつ第2電気機械変換
部の各領域に印加される複数の駆動信号のうちの少なく
とも一つの電圧を小さくすることにより、相対運動の速
度を大きくすることを特徴とする。
According to a ninth aspect of the present invention, in the control method of the vibration actuator according to the eighth aspect, the frequency of the drive signal is reduced and the voltage of the drive signal applied to the first electromechanical converter is increased. The speed of the relative motion is increased by reducing at least one voltage of a plurality of drive signals applied to each area of the second electromechanical converter.

【0046】請求項10の発明は、第1振動を発生する
第1電気機械変換部と第1振動の振動方向と異なる方向
に振動する第2振動を発生する第2電気機械変換部とを
備えた振動子と、振動子との間で相対運動を行う相対運
動部材と、第1電気機械変換部と第2電気機械変換部に
駆動信号を印加する駆動回路とを有する振動アクチュエ
ータであって、第1電気機械変換部と第2電気機械変換
部のうちの少なくとも一方が、電気エネルギーを機械的
変位に変換する複数の電気機械変換部分を有し、駆動回
路が、複数の電気機械変換部分における機械的変位の量
に差を生じさせることを特徴とする。
According to a tenth aspect of the present invention, there is provided a first electromechanical converter for generating a first vibration and a second electromechanical converter for generating a second vibration which vibrates in a direction different from the direction of vibration of the first vibration. A vibrator, a relative motion member performing relative motion between the vibrator, and a vibration actuator having a drive circuit for applying a drive signal to the first electromechanical converter and the second electromechanical converter, At least one of the first electromechanical converter and the second electromechanical converter has a plurality of electromechanical converters for converting electrical energy into mechanical displacement, and the drive circuit is configured to control the plurality of electromechanical converters. It is characterized in that a difference is generated in the amount of mechanical displacement.

【0047】請求項11の発明は、第1振動を発生する
第1電気機械変換部と第1振動の振動方向と異なる方向
に振動する第2振動を発生する第2電気機械変換部とを
備えた振動子と、振動子との間で相対運動を行う相対運
動部材とを有する振動アクチュエータの制御方法であっ
て、第1電気機械変換部と第2電気機械変換部のうちの
少なくとも一方に対し、電気エネルギーを機械的変位に
変換する電気機械変換部分を複数の領域に分けて各領域
間における機械的変位の量に差を生じさせることを特徴
とする。
The eleventh aspect of the present invention includes a first electromechanical converter for generating a first vibration and a second electromechanical converter for generating a second vibration that vibrates in a direction different from the direction of the first vibration. A method for controlling a vibration actuator having a vibrator and a relative motion member that performs relative motion between the vibrator and the vibrator, wherein at least one of a first electromechanical converter and a second electromechanical converter is used. In addition, an electromechanical converter for converting electric energy into mechanical displacement is divided into a plurality of regions, and a difference is generated in the amount of mechanical displacement between the respective regions.

【0048】請求項1〜請求項9の発明において、「第
1電気機械変換部」,「第2電気機械変換部」とは、電
気エネルギーを機械的変位に変換する電気機械変換素子
と電極とにより構成されて、電気エネルギーを機械的変
位に変換する振動子の構成部分を意味する。
In the first to ninth aspects of the present invention, the “first electromechanical converter” and the “second electromechanical converter” are an electromechanical transducer for converting electric energy into mechanical displacement, an electrode, And a component of the vibrator that converts electrical energy into mechanical displacement.

【0049】また、請求項1〜請求項9の発明におい
て、「電気機械変換部分」とは、第2電気機械変換部の
構成要素である、複数の第2電気機械変換部のそれぞれ
を意味する。
In the first to ninth aspects of the present invention, the “electromechanical converter” means each of a plurality of second electromechanical converters, which are components of the second electromechanical converter. .

【0050】[0050]

【発明の実施の形態】BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

(第1実施形態)以下、本発明の実施形態を添付図面を
参照しながら詳細に説明する。なお、以降の実施形態の
説明は、振動アクチュエータとして超音波の振動域を利
用する超音波アクチュエータを例にとって、行う。
(First Embodiment) Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description of the embodiments, an example of an ultrasonic actuator that uses an ultrasonic vibration region as a vibration actuator will be described.

【0051】図1は、本発明の第1実施形態にかかる超
音波アクチュエータ20を示す縦断面図である。振動子
21は、駆動信号により励振される電気機械変換素子で
ある圧電体22a,22bと、これらの圧電体22a,
22bが接合されて圧電体22a,22bの励振により
2次の捩じり振動と1次の縦振動とが生じることによ
り、端面である駆動面21aに駆動力を発生する中空円
柱状の外形を呈する弾性体23とにより構成される。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an ultrasonic actuator 20 according to the first embodiment of the present invention. The vibrator 21 includes piezoelectric bodies 22a and 22b, which are electromechanical transducers excited by a drive signal, and these piezoelectric bodies 22a and 22b.
When the piezoelectric bodies 22a and 22b are joined and the piezoelectric bodies 22a and 22b are excited to generate a secondary torsional vibration and a primary longitudinal vibration, a hollow cylindrical outer shape that generates a driving force on the driving surface 21a as an end surface is formed. The elastic body 23 is provided.

【0052】弾性体23は、例えば鉄鋼,ステンレス
鋼,リン青銅,エリンバー材等の共振先鋭度が大きな金
属材料からなる。弾性体23の外周面には、溝状かつ環
状に3つの小径部23a,23b,23cが形成されて
おり、これらの小径部23a〜23cに区切られること
により、4つの大径部23A,23B,23C,23D
が形成される。
The elastic body 23 is made of a metal material having a large resonance sharpness, such as steel, stainless steel, phosphor bronze, and elinvar. Three small-diameter portions 23a, 23b, and 23c are formed in an annular shape on the outer peripheral surface of the elastic body 23, and are divided into these small-diameter portions 23a to 23c to form four large-diameter portions 23A and 23B. , 23C, 23D
Is formed.

【0053】また、弾性体23は、厚肉の中空円柱体を
その略中心軸で縦に2つに分割することにより得られる
2つの半弾性体24a,24bを、再度円筒状に組み合
わせることにより得られる。
The elastic body 23 is obtained by assembling two semi-elastic bodies 24a and 24b obtained by dividing a thick hollow cylindrical body vertically into two substantially at the center axis thereof, again into a cylindrical shape. can get.

【0054】弾性体23の分割面には、後述するよう
に、それぞれ2層ずつの圧電体22a,22bと電極2
5a,25bとが挟み込まれた状態で保持される。圧電
体22aは、弾性体23に捩じり振動を発生する捩じり
振動用圧電体である。この捩じり振動用圧電体22a
は、発生する捩じり振動の駆動面21a側の節位置に配
置される。一方、圧電体22bは、弾性体23に縦振動
(伸縮振動)を発生する縦振動用圧電体である。この縦
振動用圧電体22bは、発生する縦振動の節位置に配置
される。ここで、弾性体23に小径部23a〜23cを
形成したのは、弾性体23に発生する縦1次振動の共振
周波数と捩じり2次振動の共振周波数とを略一致させ
て、振動子21の駆動面21aに楕円運動を発生させる
ためである。
As will be described later, two layers of the piezoelectric members 22a and 22b and the electrodes 2
5a and 25b are held in a sandwiched state. The piezoelectric body 22a is a torsional vibration piezoelectric body that generates torsional vibration in the elastic body 23. This torsional vibration piezoelectric body 22a
Is disposed at a node position on the drive surface 21a side of the generated torsional vibration. On the other hand, the piezoelectric body 22b is a piezoelectric body for longitudinal vibration that generates longitudinal vibration (stretching vibration) in the elastic body 23. The piezoelectric body for vertical vibration 22b is arranged at a node position of the generated vertical vibration. Here, the reason why the small-diameter portions 23a to 23c are formed in the elastic body 23 is that the resonance frequency of the longitudinal primary vibration generated in the elastic body 23 and the resonance frequency of the torsional secondary vibration are substantially matched, and the vibrator is formed. This is for generating an elliptical motion on the drive surface 21a of the motor 21.

【0055】弾性体23には、中心軸と直交する方向
(後述する圧電体の積層方向と平行な方向)に貫通孔2
6a,26bが設けられる。半弾性体24a,24bを
有する弾性体23は、貫通孔26a,26bにボルト2
7a,27bを挿入してナット28a,28bをネジ止
めすることにより、圧電体22a,22bを挟み込んだ
状態で、締結固定される。
The through holes 2 are formed in the elastic body 23 in a direction perpendicular to the central axis (a direction parallel to a laminating direction of piezoelectric bodies described later).
6a and 26b are provided. The elastic body 23 having the semi-elastic bodies 24a and 24b is provided with the bolt 2 in the through holes 26a and 26b.
By inserting the nuts 7a and 27b and screwing the nuts 28a and 28b, the nuts 28a and 28b are fastened and fixed with the piezoelectric bodies 22a and 22b sandwiched therebetween.

【0056】弾性体23に形成された小径部23aには
貫通孔29が設けられており、この貫通孔29を貫通す
るとともに後述する固定軸31も貫通する固定ピン30
により、弾性体23は固定軸31に固定される。
A through hole 29 is provided in the small diameter portion 23a formed in the elastic body 23, and a fixing pin 30 which passes through the through hole 29 and also passes through a fixed shaft 31 which will be described later.
Thereby, the elastic body 23 is fixed to the fixed shaft 31.

【0057】移動子32は、ステンレス鋼や銅合金やア
ルミニウム合金等からなる移動子母材32aと、移動子
母材32aの端面に貼付されて振動子21の駆動面21
aに接触する高分子材等を主成分とした摺動材32bと
により、構成される。
The moving element 32 includes a moving element base material 32a made of stainless steel, a copper alloy, an aluminum alloy or the like, and a driving surface 21 of the vibrator 21 attached to an end face of the moving element base material 32a.
and a sliding member 32b mainly made of a polymer material or the like that comes into contact with the sliding member 32a.

【0058】移動子32の内周部には、位置決め部材で
あるベアリング33aが嵌合されており、このベアリン
グ33aを介して固定軸31に対して回転自在に位置決
めされる。移動子母材32aの外周面には、出力取出用
の歯車32cが環状に形成されており、その出力は図示
しない被駆動体の歯車へ伝達される。
A bearing 33a, which is a positioning member, is fitted on the inner peripheral portion of the movable member 32, and is positioned rotatably with respect to the fixed shaft 31 via the bearing 33a. An output take-out gear 32c is formed in an annular shape on the outer peripheral surface of the mover base material 32a, and the output is transmitted to a gear of a driven body (not shown).

【0059】また、移動子32は、加圧部材である皿バ
ネ33b(スプリングバネや板バネ等であってもよ
い。)により、弾性体23の駆動面21aに加圧接触さ
れる。固定軸31は、弾性体23の軸方向に形成された
中空部34を貫通しており、弾性体23を固定ピン30
により固定するとともに、移動子32をその半径方向に
ついて回転自在に位置決めする。この固定軸31は、先
端部近傍にネジ部31aが形成され、このネジ部31a
に皿バネ33bの加圧力を調整する加圧力調整部材であ
るナット35がネジ止めされる。
The moving element 32 is brought into pressure contact with the drive surface 21a of the elastic body 23 by a disc spring 33b (which may be a spring or a leaf spring) as a pressure member. The fixed shaft 31 penetrates a hollow portion 34 formed in the axial direction of the elastic body 23, and fixes the elastic body 23 to the fixing pin 30.
And positions the movable element 32 so as to be rotatable in the radial direction. The fixed shaft 31 has a screw portion 31a formed near the distal end thereof.
A nut 35, which is a pressing force adjusting member for adjusting the pressing force of the disc spring 33b, is screwed to the nut.

【0060】また、固定軸31の両端部近傍には溝36
a,36bが形成されており、機器に搭載した際にセッ
トビスにより機器固定部に固定し、回り止めされる。図
2は、この振動子21に装着される振動用圧電体22
a,22bの配置を、振動子21に発生する縦振動モー
ド及び捩じり振動モードの一例とともに示す説明図であ
る。
Grooves 36 are provided near both ends of the fixed shaft 31.
a and 36b are formed, and are fixed to the device fixing portion by set screws when mounted on the device, and are prevented from rotating. FIG. 2 shows a vibrating piezoelectric body 22 mounted on the vibrator 21.
It is explanatory drawing which shows the arrangement of a and 22b with an example of the longitudinal vibration mode and the torsional vibration mode which generate | occur | produce in the vibrator 21.

【0061】弾性体23は、前述したように、4つの大
径部23A〜23Dと3つの小径部23a〜23cとを
有した厚肉の円筒体を縦に2つに分割した半弾性体24
a,24bを、再度円柱状に組み合わせることにより得
られる弾性部材である。弾性体23の分割面には、2層
の圧電体22a,22bと電極25a,25bとが挟み
込まれた状態で保持される。
As described above, the elastic body 23 is a semi-elastic body 24 obtained by vertically dividing a thick-walled cylinder having four large-diameter portions 23A to 23D and three small-diameter portions 23a to 23c into two.
a, 24b is an elastic member obtained by assembling again into a columnar shape. The split surface of the elastic body 23 holds the two layers of the piezoelectric bodies 22a and 22b and the electrodes 25a and 25b in a state of being sandwiched therebetween.

【0062】小径部23a,23cは、弾性体23に発
生する捩じり振動の節部(図2(b)における位置A,
C)に配置される。また、小径部23bは、弾性体23
に発生する縦振動の節部(図2(b)における位置B)
に配置される。捩じり振動用圧電体22aは捩じり振動
の駆動面21a側の節部を跨ぐ位置Aを含む位置に配置
され、一方、縦振動用圧電体22bは縦振動の節部を跨
ぐ位置Bを含む位置に配置される。
The small-diameter portions 23a and 23c are connected to nodes (positions A and B in FIG. 2B) of torsional vibration generated in the elastic body 23.
C). Further, the small diameter portion 23b is
Nodal part of longitudinal vibration generated at position (position B in FIG. 2 (b))
Placed in The torsional vibration piezoelectric body 22a is disposed at a position including a position A across the node on the drive surface 21a side of the torsional vibration, while the longitudinal vibration piezoelectric body 22b is positioned at a position B across the longitudinal vibration node. Is arranged at a position including.

【0063】捩じり振動用圧電体22aは、圧電定数d
15を用いる圧電体により構成され、周波電圧が印加され
ると印加された電圧の方向に応じた剪断変形を発生し、
それにより、振動子21の端面である駆動面21aに含
まれる方向へ振幅する2次の捩じり振動が発生する。本
実施形態では、2次の捩じり振動が本発明における第1
振動であって、振動子21のうちの圧電体22aが装着
された範囲が第1電気機械変換部である。
The torsional vibration piezoelectric body 22a has a piezoelectric constant d
It is composed of a piezoelectric material using 15 , and when a frequency voltage is applied, it generates shear deformation according to the direction of the applied voltage,
As a result, a secondary torsional vibration that oscillates in a direction included in the driving surface 21a that is the end face of the vibrator 21 is generated. In the present embodiment, the secondary torsional vibration is the first torsional vibration in the present invention.
The first electromechanical converter is a vibration range of the vibrator 21 in which the piezoelectric body 22a is mounted.

【0064】捩じり振動用圧電体22aは、手前側2枚
の捩じり振動用圧電体22aと向こう側2枚の捩じり振
動用圧電体22aとにより構成される。手前側の捩じり
振動用圧電体22aと向こう側の捩じり振動用圧電体2
2aとは、それぞれ発生する剪断変形が同じ方向への電
圧が印加されるとそれぞれ反対方向になるように、配置
してあり、振動子21にはある方向への捩じり変位が発
生する。本実施形態では、1次の縦振動が本発明におけ
る第2振動であって振動子21のうちの圧電体22bが
装着された範囲が第2電気機械変換部である。
The torsional vibration piezoelectric element 22a is composed of two torsional vibration piezoelectric elements 22a on the front side and two torsional vibration piezoelectric elements 22a on the other side. The torsional vibration piezoelectric body 22a on the near side and the torsional vibration piezoelectric body 2 on the other side
2a is arranged such that the shearing deformations that occur are in opposite directions when a voltage in the same direction is applied, and a torsional displacement occurs in the vibrator 21 in a certain direction. In the present embodiment, the primary longitudinal vibration is the second vibration in the present invention, and the range of the vibrator 21 where the piezoelectric body 22b is mounted is the second electromechanical converter.

【0065】例えば、図2(b)に示すように、手前側
2枚の捩じり振動用圧電体22a及び向こう側2枚の捩
じり振動用圧電体22aがいずれも剪断変形した場合、
駆動面21aは図2(a)に矢印で示す回転方向に、捩
じれる。また、これとは反対方向への電圧が印加される
と、逆向きの剪断変形を発生し、駆動面21aは図2
(a)に矢印で示す方向とは反対方向へ捩じれる。
For example, as shown in FIG. 2B, when both the two torsional vibration piezoelectric bodies 22a on the front side and the two torsional vibration piezoelectric bodies 22a on the other side are sheared,
The drive surface 21a is twisted in the rotation direction indicated by the arrow in FIG. When a voltage in the opposite direction is applied, shearing deformation in the opposite direction is generated, and the driving surface 21a is turned off as shown in FIG.
It is twisted in the direction opposite to the direction indicated by the arrow in FIG.

【0066】縦振動用圧電体22bは、圧電定数d31
用いる圧電体により構成され、周波電圧が印加されると
印加された電圧の方向に応じた伸縮変形を発生し、それ
により縦振動が発生する。
[0066] longitudinal vibration piezoelectric element 22b is constituted by a piezoelectric element using a piezoelectric constant d 31, the expansion deformation occurs in response to the direction of the voltage-frequency voltage is applied to be applied, it is thereby vertically vibrating Occur.

【0067】縦振動用圧電体22bも、捩じり振動用圧
電体22aと同様に、手前側2枚の縦振動用圧電体22
bと向こう側2枚の縦振動用圧電体22bとから構成さ
れる。これらの縦振動用圧電体22bに、同じ方向への
電圧が印加されると、それぞれ同方向に縦変形する。こ
れらの縦振動用圧電体22bをこのように配列すること
により、振動子21には縦振動が発生する。
Similarly to the torsional vibration piezoelectric body 22a, the two longitudinal vibration piezoelectric bodies 22b are also provided.
b and two longitudinal vibration piezoelectric members 22b on the other side. When voltages in the same direction are applied to these piezoelectric members for vertical vibration 22b, they are vertically deformed in the same direction. By arranging the piezoelectric bodies for vertical vibration 22b in this manner, a longitudinal vibration is generated in the vibrator 21.

【0068】図3は、第1実施形態の超音波アクチュエ
ータ20を構成する振動子21を分解状態で、制御ブロ
ック図とともに示す斜視図である。弾性体23は、外周
面に形成された3つの小径部23a〜23cと、これら
の小径部23a〜23cに区切られることにより形成さ
れる4つの大径部23A〜23Dとを有した厚肉の円筒
体を縦に2つに分割することにより得られる半弾性体2
4a,24bを、再度円柱状に組み合わせることにより
得られる弾性部材である。
FIG. 3 is a perspective view showing the vibrator 21 constituting the ultrasonic actuator 20 of the first embodiment in an exploded state together with a control block diagram. The elastic body 23 is a thick wall having three small diameter portions 23a to 23c formed on the outer peripheral surface and four large diameter portions 23A to 23D formed by being divided by these small diameter portions 23a to 23c. Semi-elastic body 2 obtained by vertically dividing a cylindrical body into two
This is an elastic member obtained by combining 4a and 24b again in a columnar shape.

【0069】弾性体23の2つの分割面には、2層の圧
電体22a,22bと電極25a,25bとが挟み込ま
れる。小径部23bは縦振動の節部に配置される。捩じ
り振動用圧電体22aは捩じり振動の駆動面側の節部を
跨ぐように配置され、縦振動用圧電体22bは縦振動の
節部を跨ぐように配置される。
Two layers of the piezoelectric members 22a and 22b and the electrodes 25a and 25b are sandwiched between the two divided surfaces of the elastic member 23. The small diameter portion 23b is arranged at a node of the longitudinal vibration. The torsional vibration piezoelectric body 22a is arranged so as to straddle a node on the driving surface side of torsional vibration, and the longitudinal vibration piezoelectric body 22b is arranged to straddle a longitudinal vibration node.

【0070】捩じり振動用圧電体22aは、圧電定数d
15を用いる圧電体により構成され、周波電圧が印加され
ると電圧の方向に応じた剪断変形を発生し、それにより
振動子21には振動子軸に関する捩じり振動が発生す
る。
The torsional vibration piezoelectric body 22a has a piezoelectric constant d
When a frequency voltage is applied, a shear deformation is generated in accordance with the direction of the voltage, so that the vibrator 21 generates torsional vibration about the vibrator axis.

【0071】縦振動用圧電体22bは、圧電定数d31
用いる圧電体により構成され、周波電圧が印加されると
電圧の方向に応じた伸縮変形を発生し、それにより振動
子21には振動子軸方向に関する縦振動が発生する。
[0071] longitudinal vibration piezoelectric element 22b is constituted by a piezoelectric element using a piezoelectric constant d 31, the frequency voltage is applied to generate the stretching deformation in accordance with the direction of the voltage, thereby vibrating the vibrator 21 Longitudinal vibration occurs in the slave axis direction.

【0072】なお、本実施形態の超音波アクチュエータ
20では、捩じり振動検出用圧電体37aが振動子21
の捩じり振動を検出するために設けられるとともに、縦
振動検出用圧電体37bが振動子21の縦振動を検出す
るために設けられる。
In the ultrasonic actuator 20 of the present embodiment, the torsional vibration detecting piezoelectric body 37a is
And a longitudinal vibration detecting piezoelectric body 37b is provided to detect the longitudinal vibration of the vibrator 21.

【0073】捩じり振動検出用圧電体37a,捩じり振
動用圧電体22a,縦振動用圧電体22b,縦振動検出
用圧電体37bは、駆動面21a側から反駆動面側まで
この順に、それぞれの層毎に同一平面(弾性体23の分
割面)上に配置される。
The torsional vibration detecting piezoelectric member 37a, the torsional vibration detecting piezoelectric member 22a, the longitudinal vibration piezoelectric member 22b, and the longitudinal vibration detecting piezoelectric member 37b are arranged in this order from the driving surface 21a side to the non-driving surface side. Are arranged on the same plane (division surface of the elastic body 23) for each layer.

【0074】さらに、本実施形態の超音波アクチュエー
タ20では、縦振動用圧電体22bは、第1縦振動用圧
電体22b−1と第2縦振動用圧電体22b−2とによ
って構成される。
Further, in the ultrasonic actuator 20 of the present embodiment, the longitudinal vibration piezoelectric body 22b is constituted by the first longitudinal vibration piezoelectric body 22b-1 and the second longitudinal vibration piezoelectric body 22b-2.

【0075】捩じり振動用圧電体22aは、捩じり振動
の節位置Aを跨ぐように配置される。また、第1縦振動
用圧電体22b−1は縦振動の節位置Bを跨ぐように配
置され、第2縦振動用圧電体22b−2は捩じり振動の
節位置Cを跨ぐように配置される。
The torsional vibration piezoelectric body 22a is disposed so as to straddle the nodal position A of the torsional vibration. Further, the first piezoelectric member for longitudinal vibration 22b-1 is disposed so as to straddle the node position B of the longitudinal vibration, and the second piezoelectric member for longitudinal vibration 22b-2 is disposed so as to straddle the node position C of the torsional vibration. Is done.

【0076】電極25a,25bは,それぞれ2層の捩
じり振動用圧電体22a,捩じり振動検出用圧電体37
a,第1縦振動用圧電体22b−1,第2縦振動用圧電
体22b−2,縦振動検出用圧電体37bの間に配置さ
れており、2層の縦振動用圧電体22b−1,22b−
2及び2層の捩じり振動用圧電体22aへ同時に駆動電
圧を印加することができるように構成される。
The electrodes 25a and 25b are respectively composed of a two-layer torsional vibration piezoelectric body 22a and a torsional vibration detecting piezoelectric body 37a.
a, which is disposed between the first longitudinal vibration piezoelectric body 22b-1, the second longitudinal vibration piezoelectric body 22b-2, and the longitudinal vibration detecting piezoelectric body 37b, and has two layers of longitudinal vibration piezoelectric bodies 22b-1. , 22b-
It is configured such that a drive voltage can be simultaneously applied to the two and two layers of torsional vibration piezoelectric bodies 22a.

【0077】また、捩じり振動検出用圧電体37a,縦
振動検出用圧電体37bから電圧も検出することができ
るように構成される。このようにして、振動子21は、
互いに独立して電気エネルギーを機械的変位に変換する
2つの電気機械変換部分を構成する第1縦振動用圧電体
22b−1と第2縦振動用圧電体22b−2とによっ
て、構成される。
The voltage is also detected from the torsional vibration detecting piezoelectric element 37a and the longitudinal vibration detecting piezoelectric element 37b. In this way, the vibrator 21
It is composed of a first piezoelectric member for longitudinal vibration 22b-1 and a second piezoelectric member for longitudinal vibration 22b-2 which constitute two electromechanical converters for converting electric energy into mechanical displacement independently of each other.

【0078】本実施形態では、2つの電気機械変換部
を、2つに分割された圧電体22b−1,22b−2及
びそれらの表面に装着された電極25b−1,25b−
2により構成したが、圧電体22bは分割せずに一体と
しこの圧電体22bの表面に電極25b−1,25b−
2を装着することにより、2つの電気機械変換部を構成
するようにしてもよい。圧電体22bを一体型とするこ
とにより構成部品点数が低減され、組み立て性が改善さ
れる。
In this embodiment, the two electromechanical converters are divided into two piezoelectric bodies 22b-1, 22b-2 and electrodes 25b-1, 25b- mounted on their surfaces.
2, the piezoelectric body 22b is integrated without being divided, and electrodes 25b-1, 25b- are formed on the surface of the piezoelectric body 22b.
2, two electromechanical converters may be configured. By integrating the piezoelectric body 22b, the number of component parts is reduced, and the assemblability is improved.

【0079】なお、弾性体24a,24bと各圧電体2
2a,22b−1,22b−2,37a,37bと電極
25a,25bとは、接着されて接合される。一方、駆
動回路40は、駆動信号を発生する発振器41と、その
駆動信号を約(1/4)λ位相差のある信号に振り分け
る移相器42と、捩じり振動用圧電体22aに入力する
駆動信号(以下、「T相駆動信号」という。)を増幅す
るT電圧増幅部43と、第1縦振動用圧電体22b−1
に入力する駆動信号(以下、「第1L相駆動信号」とい
う。)を増幅するL1電圧増幅部44−1と、第2縦振
動用圧電体22b−2に入力する駆動信号(以下、「第
2L相駆動信号」という。)を増幅するL2電圧増幅部
44−2とから構成される。
The elastic members 24a and 24b and each piezoelectric member 2
The electrodes 2a, 22b-1, 22b-2, 37a, 37b and the electrodes 25a, 25b are adhered and joined. On the other hand, the drive circuit 40 includes an oscillator 41 for generating a drive signal, a phase shifter 42 for distributing the drive signal to a signal having a phase difference of about (1 /) λ, and an input to a torsional vibration piezoelectric body 22a. Voltage amplifying section 43 for amplifying a driving signal (hereinafter, referred to as a “T-phase driving signal”), and a first vertical vibration piezoelectric body 22b-1.
And an L1 voltage amplifying unit 44-1 for amplifying a drive signal (hereinafter, referred to as a "first L-phase drive signal"), and a drive signal (hereinafter, referred to as a "first L-phase drive signal") input to the second longitudinal vibration piezoelectric body 22b-2. 2L-phase drive signal ”).

【0080】また、制御回路45は、速度を設定する速
度設定部46と、速度を検出する速度検出部47と、速
度設定部46により設定された速度値と速度検出部47
から検出された速度値とを比較して差がなくなるように
制御部に速度を指示する速度指令部48と、速度指令部
48からの信号を受けてT相駆動信号電圧を制御するT
電圧制御部49と、第2L相駆動信号電圧を制御するL
2電圧制御部50とから構成される。
The control circuit 45 includes a speed setting section 46 for setting a speed, a speed detecting section 47 for detecting a speed, and a speed value and a speed detecting section 47 set by the speed setting section 46.
A speed command unit 48 for instructing the speed to the control unit so as to eliminate the difference by comparing the detected speed value with the speed value, and a T-phase control signal voltage receiving the signal from the speed command unit 48 to control the T-phase drive signal voltage.
A voltage control unit 49 and an L controlling the second L-phase drive signal voltage;
And a two-voltage control unit 50.

【0081】速度検出は、図3中の捩じれ振動検出用圧
電体37aからの出力をモニタして、その検出値から速
度値に換算する方法でもよいし、エンコーダからの出力
を直接読み込む方法でもよい。
The speed may be detected by monitoring the output from the torsional vibration detecting piezoelectric body 37a in FIG. 3 and converting the detected value into a speed value, or by directly reading the output from the encoder. .

【0082】このように構成された振動子21に、2つ
の約(1/4)λ位相差を有する駆動信号を、それぞれ
捩じり振動用圧電体22aと縦振動用圧電体22b−
1,22b−2とに入力すると、振動子21に発生する
捩じり振動と縦振動との振動の位相が90度ずれ、これ
らの振動を合成した楕円運動が振動子21の駆動面21
aに発生する。
To the vibrator 21 configured as described above, two drive signals having a phase difference of about (1/4) λ are applied to the piezoelectric body 22a for torsional vibration and the piezoelectric body 22b for longitudinal vibration, respectively.
1 and 22b-2, the phases of the torsional vibration and the longitudinal vibration generated in the vibrator 21 are shifted by 90 degrees, and the elliptical motion obtained by combining these vibrations becomes a driving surface 21 of the vibrator 21.
a.

【0083】図4は、このような振動子21に発生する
捩じり振動と縦振動とを組み合わせて振動子21の駆動
面21aに楕円運動を生じさせることを経時的に示す説
明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing, over time, generation of an elliptical motion on the drive surface 21a of the vibrator 21 by combining such torsional vibration and longitudinal vibration generated in the vibrator 21. .

【0084】図4に示すように、捩じり振動の周期と縦
振動の周期との位相差を約(1/4)λ(λ:波長)ず
らして設定すると、駆動面21a上の定点には楕円運動
が発生する。ここで、駆動信号の周波数を縦1次振動モ
ードの固有振動数及び捩じり2次振動モードの固有振動
数に近い値に設定すると、捩じり振動振幅及び縦振動振
幅ともに大きくなり、大きな楕円運動を得ることができ
る。
As shown in FIG. 4, when the phase difference between the period of the torsional vibration and the period of the longitudinal vibration is set to be shifted by about (1/4) λ (λ: wavelength), the fixed point on the driving surface 21a Generates an elliptical motion. Here, when the frequency of the drive signal is set to a value close to the natural frequency of the longitudinal primary vibration mode and the natural frequency of the torsional secondary vibration mode, both the torsional vibration amplitude and the longitudinal vibration amplitude increase, and Elliptical motion can be obtained.

【0085】移動子32の角速度をωとすると、t=0
の時点では、捩じり振動の変位は左側に最大であり、縦
振動の変位は零である。この状態では、図示しない移動
子は加圧部材によって振動子21の駆動面21aに加圧
接触する。
Assuming that the angular velocity of the moving element 32 is ω, t = 0
At this point, the displacement of the torsional vibration is the largest on the left side, and the displacement of the longitudinal vibration is zero. In this state, the moving element (not shown) comes into pressure contact with the driving surface 21a of the vibrator 21 by the pressing member.

【0086】この状態から、t=0〜(4/4)・(π
/ω)までは、捩じり振動は左側の最大から右側の最大
まで変位し、縦振動は零から上側の最大に変位し、再び
零に戻る。したがって、振動子21の駆動面21aは移
動子を押しながら右方向に回転し、移動子は駆動され
る。
From this state, t = 0 to (4/4) · (π
/ Ω), the torsional vibration is displaced from the maximum on the left to the maximum on the right, and the longitudinal vibration is displaced from zero to the upper maximum and returns to zero again. Therefore, the driving surface 21a of the vibrator 21 rotates rightward while pressing the moving element, and the moving element is driven.

【0087】次に、t=(4/4)・(π/ω)〜0ま
では、捩じり振動は右側の最大から左側の最大まで変位
し、縦振動は零から下側の最大に変位し再び零に戻る。
したがって、振動子21の駆動面21aは移動子から離
れながら左方向に回転するため、移動子は駆動されな
い。このときに、移動子は、加圧部材により加圧されて
いるが、加圧部材の固有振動数が超音波振動域より低い
ために、振動子21の縮みに追従することができない。
Next, from t = (4/4) · (π / ω) to 0, the torsional vibration is displaced from the maximum on the right to the maximum on the left, and the longitudinal vibration is reduced from zero to the maximum on the lower side. It displaces and returns to zero again.
Therefore, since the driving surface 21a of the vibrator 21 rotates leftward while moving away from the movable element, the movable element is not driven. At this time, the moving element is pressed by the pressing member, but cannot follow the contraction of the vibrator 21 because the natural frequency of the pressing member is lower than the ultrasonic vibration range.

【0088】図5は、第1実施形態において、移動子か
らの速度指令に対して、T相駆動信号電圧VT,第1L
相駆動信号電圧VL1及び第2L相駆動信号電圧VL2
それぞれの制御の一例を示すグラフである。
FIG. 5 shows that in the first embodiment, the T-phase drive signal voltage VT and the first L
Phase drive signal voltage VL1 and second L-phase drive signal voltage VL2
It is a graph which shows an example of each control.

【0089】本実施形態では、略述すると、第1電気機
械変換部を構成する捩じり振動用圧電体22aに印加さ
れる第1駆動信号電圧(T相駆動信号電圧)と、第2電
気機械変換部を構成する二つの第1縦振動用圧電体22
b−1,第2縦振動用圧電体22b−2に印加される第
1L相駆動信号電圧VL1及び第2L相駆動信号電圧V
L2からなる第2駆動信号電圧(L相駆動信号電圧)と
の制御を行うことにより、振動子21と移動子32との
間の相対運動速度を制御する。
In the present embodiment, briefly, the first drive signal voltage (T-phase drive signal voltage) applied to the torsional vibration piezoelectric body 22a constituting the first electromechanical converter and the second electrical signal Two first longitudinal vibration piezoelectric members 22 forming a mechanical conversion unit
b-1, the first L-phase drive signal voltage VL1 and the second L-phase drive signal voltage V applied to the second vertical vibration piezoelectric body 22b-2.
By controlling the second driving signal voltage (L-phase driving signal voltage) composed of L2, the relative movement speed between the vibrator 21 and the moving element 32 is controlled.

【0090】すなわち、移動子32の速度を高速から低
速へ(例えば通常運転から低速運転へ)変更する際に
は、T相駆動信号電圧VTは徐々に小さくする。また、
駆動周波数は回転速度に関わらずに一定に保つ。一方、
第1L相駆動信号電圧VL1も回転速度に関わらずに一
定に保ち、第2L相駆動信号電圧VL2はある所定回転
速度まで零として、所定回転速度以下になったらステッ
プ的に増加させる。本実施形態では、第1駆動信号電圧
(T相駆動信号電圧)を小さくするとともに、二つの第
2駆動信号電圧(L相駆動信号電圧)のうちの少なくと
も一つを大きくする制御を行うことにより、捩じり振動
振幅を小さくしてもクラッチ成分である縦振動振幅を充
分に確保することができる。そのため、低速回転時にお
ける回転ムラの発生を解消することが可能となる。
That is, when the speed of the moving element 32 is changed from high speed to low speed (for example, from normal operation to low speed operation), the T-phase drive signal voltage VT is gradually reduced. Also,
The drive frequency is kept constant regardless of the rotation speed. on the other hand,
The first L-phase drive signal voltage VL1 is also kept constant irrespective of the rotation speed, the second L-phase drive signal voltage VL2 is set to zero up to a certain predetermined rotation speed, and is increased stepwise when the rotation speed falls below the predetermined rotation speed. In the present embodiment, control is performed to reduce the first drive signal voltage (T-phase drive signal voltage) and increase at least one of the two second drive signal voltages (L-phase drive signal voltage). Even if the torsional vibration amplitude is reduced, the longitudinal vibration amplitude, which is a clutch component, can be sufficiently ensured. Therefore, it is possible to eliminate the occurrence of rotation unevenness during low-speed rotation.

【0091】本実施形態では、低速回転の際に縦振動用
圧電体22b−1,22b−2の少なくとも一方の電圧
を高くして印加することにより縦振動を励起するために
消費電力はその分だけ増加するものの、捩じり振動用圧
電体22aに印加する電圧が低下されるために捩じり振
動を励起するための消費電力がその分だけ減少する。こ
れにより、電力消費量の増加分と減少分とが相殺し合う
ため、全体の消費電力は増加することなく、相対運動速
度を低下することができる。換言すれば、回転速度を低
下することにより、捩じり振動励起の消費電力減少分を
縦振動励起の消費電力増加分に充当したことになる。
In this embodiment, at the time of low-speed rotation, at least one of the piezoelectric members for longitudinal vibration 22b-1 and 22b-2 is applied at a high voltage to excite the longitudinal vibration, so that power consumption is correspondingly increased. However, since the voltage applied to the torsional vibration piezoelectric body 22a is reduced, the power consumption for exciting the torsional vibration is reduced accordingly. As a result, the increase and decrease in power consumption cancel each other out, so that the relative movement speed can be reduced without increasing the overall power consumption. In other words, by reducing the rotation speed, the decrease in power consumption due to torsional vibration excitation is allocated to the increase in power consumption during longitudinal vibration excitation.

【0092】図6は、T相駆動信号電圧の制御を示す説
明図である。T相駆動信号電圧制御部は、マルチプレク
サのようなものから構成されており、速度指令部からの
信号の選択を行うことができる。選択した信号によりM
OS電界効果トランジスタ等のスイッチング素子Q1〜
Q8をオン−オフすることができるように構成される。
FIG. 6 is an explanatory diagram showing control of the T-phase drive signal voltage. The T-phase drive signal voltage control unit is configured by a multiplexer or the like, and can select a signal from the speed command unit. M depending on the selected signal
Switching elements Q1 such as OS field effect transistors
It is configured so that Q8 can be turned on and off.

【0093】演算増幅器の帰還部には、抵抗値が異なる
抵抗Rf1〜Rf8が並列につながれる。各抵抗は、そ
れぞれ直列につながれたスイッチング素子Q1〜Q8
が、制御信号発生部であるT相駆動信号電圧制御部から
の制御信号によりオンされることにより、演算増幅器の
増幅量を決定することができる。これによって、移相器
からの駆動信号は増幅され、振動子21のT相電極25
aに入力される。
The resistors Rf1 to Rf8 having different resistance values are connected in parallel to the feedback section of the operational amplifier. Each resistor is connected to a switching element Q1-Q8 connected in series.
Is turned on by a control signal from a T-phase drive signal voltage control unit which is a control signal generation unit, so that the amplification amount of the operational amplifier can be determined. As a result, the driving signal from the phase shifter is amplified, and the T-phase electrode 25 of the vibrator 21 is amplified.
is input to a.

【0094】図6を参照しながら、T相駆動信号電圧を
変更する場合を説明する。まず、電圧を小さくする場合
を説明する。速度指令部の指示により、T相駆動信号電
圧制御部は増幅率が小さくなるスイッチング素子をオン
し、他のスイッチング素子をオフする。これにより、振
動子21に入力される電圧が小さくなる。
A case in which the T-phase drive signal voltage is changed will be described with reference to FIG. First, the case where the voltage is reduced will be described. In response to the instruction from the speed command unit, the T-phase drive signal voltage control unit turns on the switching element whose amplification factor decreases and turns off the other switching elements. Thus, the voltage input to the vibrator 21 decreases.

【0095】逆に、電圧を大きくする場合を説明する。
速度指令部の指示により、T相駆動信号電圧制御部は増
幅率が大きくなるスイッチング素子をオンし、他のスイ
ッチング素子をオフする。これにより、振動子21に入
力される電圧が大きくなる。
Conversely, a case where the voltage is increased will be described.
In response to an instruction from the speed command unit, the T-phase drive signal voltage control unit turns on a switching element having a large amplification factor and turns off other switching elements. Thereby, the voltage input to the vibrator 21 increases.

【0096】本実施形態では、説明を分かり易くするた
めに、A/D変換部からのデジタル信号を8ビットとす
るとともにスイッチング素子及び抵抗Rfをそれぞれ8
個とした。しかし、A/D変換部からのデジタル信号を
4ビットとするとともにスイッチング素子及び抵抗Rf
をそれぞれ4個としてもよい。また、A/D変換部から
のデジタル信号を16ビットとするとともにスイッチン
グ素子及び抵抗Rfをそれぞれ16個としてもよく、さ
らにそれ以上にしてもよい。ビット数、スイッチング素
子数及び抵抗数が多ければ多いほど、きめ細かい制御を
行うことが可能となる。
In the present embodiment, in order to make the description easy to understand, the digital signal from the A / D conversion unit is set to 8 bits, and the switching element and the resistance Rf are set to 8 bits.
It was made into pieces. However, the digital signal from the A / D conversion unit is set to 4 bits and the switching element and the resistor Rf
May be four in each case. Further, the digital signal from the A / D converter may be 16 bits, and the number of switching elements and the number of resistors Rf may be 16 respectively, or may be more. The greater the number of bits, the number of switching elements, and the number of resistors, the finer the control that can be performed.

【0097】図7は、第2L相駆動信号電圧VL2の制
御を示す説明図である。第2L相駆動信号電圧制御部
も、マルチプレクサのようなものから構成されており、
速度指令部からの信号の選択を行うことができ、その信
号によりMOS電界効果トランジスタ等のスイッチング
素子Q1を、オン−オフすることができるように構成さ
れる。
FIG. 7 is an explanatory diagram showing control of the second L-phase drive signal voltage VL2. The second L-phase drive signal voltage control unit is also configured from a kind of multiplexer,
A signal from the speed command section can be selected, and the switching element Q1 such as a MOS field effect transistor can be turned on / off by the signal.

【0098】移動子32の回転速度がある所定回転数よ
りも高い場合には、スイッチング素子Q1をオフする。
スイッチング素子Q1をオフすることにより、第2L相
駆動信号電圧は零となる。また、回転速度がある所定回
転数よりも小さい場合には、スイッチング素子Q1をオ
ンする。スイッチング素子Q1をオンすることにより、
第2L相駆動信号電圧はある所定電圧をかけることが可
能となる。
When the rotation speed of the moving element 32 is higher than a predetermined rotation speed, the switching element Q1 is turned off.
By turning off the switching element Q1, the second L-phase drive signal voltage becomes zero. When the rotation speed is lower than a predetermined rotation speed, the switching element Q1 is turned on. By turning on the switching element Q1,
The second L-phase drive signal voltage can be applied with a predetermined voltage.

【0099】なお、本実施形態では、第2L相駆動信号
電圧を所定回転速度以下になったらステップ的に印加す
ることとしたが、所定回転速度以下になったら第2L相
駆動信号電圧を徐々に増加するようにしてもよい。
In the present embodiment, the second L-phase drive signal voltage is applied in a stepwise manner when the speed becomes equal to or lower than the predetermined rotation speed. You may make it increase.

【0100】(第2実施形態)図8は、第2実施形態の
超音波アクチュエータを構成する振動子51を分解状態
で、制御ブロック図とともに示す斜視図である。なお、
以降の実施形態の説明は、第1実施形態と相違する部分
だけを説明することとし、共通の部分については、同一
の図中符号を付すことにより、重複する説明を省略す
る。
(Second Embodiment) FIG. 8 is a perspective view showing an oscillator 51 constituting an ultrasonic actuator according to a second embodiment in an exploded state together with a control block diagram. In addition,
In the following description of the embodiment, only portions different from the first embodiment will be described, and common portions will be denoted by the same reference numerals in the drawings, and redundant description will be omitted.

【0101】本実施形態の振動子51が第1実施形態と
相違するのは、制御回路45−1である。すなわち、制
御回路45−1は、速度を設定する速度設定部46と、
速度を検出する速度検出部47と、速度設定部46で設
定された速度値と速度検出部47から検出された速度値
とを比較して差がなくなるように制御部40に速度を指
示する速度指令部48と、速度指令部48からの信号を
受け駆動周波数を制御する駆動周波数制御部52と、T
相駆動信号電圧を制御するT相駆動信号電圧制御部49
と、第1L相駆動信号電圧を制御する第1L相駆動信号
電圧制御部50−1と、第2L相駆動信号電圧を制御す
る第2L相駆動信号電圧制御部50−2とから構成され
る。
The vibrator 51 of the present embodiment differs from the first embodiment in a control circuit 45-1. That is, the control circuit 45-1 includes a speed setting unit 46 for setting a speed,
A speed detecting unit 47 for detecting the speed, and a speed for instructing the speed to the control unit 40 so as to eliminate the difference by comparing the speed value set by the speed setting unit 46 with the speed value detected by the speed detecting unit 47. A driving frequency control unit 52 that receives a signal from the speed commanding unit 48 and controls a driving frequency;
T-phase drive signal voltage controller 49 for controlling phase drive signal voltage
And a first L-phase drive signal voltage controller 50-1 for controlling the first L-phase drive signal voltage, and a second L-phase drive signal voltage controller 50-2 for controlling the second L-phase drive signal voltage.

【0102】速度検出は、図3の捩じり振動検出用圧電
体からの出力をモニタして、その検出値から速度値に換
算する方法でもよいし、エンコーダからの出力を直接読
み込む方法でもよい。
The speed can be detected by monitoring the output from the torsional vibration detecting piezoelectric body in FIG. 3 and converting the detected value into a speed value, or by directly reading the output from the encoder. .

【0103】なお、駆動回路40は、駆動信号を発生す
る発振器41と、発生された駆動信号を約(1/4)λ
位相差のある信号に分ける移相器42と、捩じり振動用
圧電体22aに入力する駆動信号を増幅するT電圧増幅
部43と、第1縦振動用圧電体22b−1に入力する駆
動信号を増幅するL1駆動信号電圧増幅部44−1と、
第2縦振動用圧電体22b−2に入力する駆動信号を増
幅するL2駆動信号電圧増幅部44−2とから構成され
る。
The drive circuit 40 includes an oscillator 41 for generating a drive signal and a drive signal for generating a drive signal of about (1 /) λ.
A phase shifter 42 for dividing the signal into a signal having a phase difference, a T voltage amplifying unit 43 for amplifying a drive signal input to the torsional vibration piezoelectric body 22a, and a driving input to the first longitudinal vibration piezoelectric body 22b-1 An L1 drive signal voltage amplifier 44-1 for amplifying a signal,
An L2 drive signal voltage amplifying unit 44-2 for amplifying a drive signal input to the second vertical vibration piezoelectric body 22b-2.

【0104】このように構成された第2実施形態の超音
波アクチュエータ51に2つの約(1/4)λ位相差を
有する駆動信号を、それぞれ第1縦振動用圧電体22b
−1,第2縦振動用圧電体22b−2と捩じり振動用圧
電体22aとに入力すると、振動子21に発生する縦振
動及び捩じり振動それぞれの振動の位相が90度ずれ、
これら2種の振動を合成した楕円運動が、振動子21の
駆動面21aに発生する。
The ultrasonic actuator 51 of the second embodiment thus configured is supplied with two drive signals having a phase difference of about (1/4) λ, respectively, to the first piezoelectric body 22b for longitudinal vibration.
-1, when input to the second piezoelectric body for longitudinal vibration 22b-2 and the piezoelectric body for torsional vibration 22a, the phases of the longitudinal vibration and the torsional vibration generated in the vibrator 21 are shifted by 90 degrees,
An elliptical motion combining these two types of vibrations is generated on the driving surface 21a of the vibrator 21.

【0105】図9は、本発明の第2実施形態である移動
子32の速度指令に対しての駆動周波数,T相駆動信号
電圧VT,第1L相駆動信号電圧VL1及び第2L相駆
動信号電圧VL2の制御を示す説明図である。
FIG. 9 shows a drive frequency, a T-phase drive signal voltage VT, a first L-phase drive signal voltage VL1, and a second L-phase drive signal voltage according to a speed command of the moving element 32 according to the second embodiment of the present invention. FIG. 4 is an explanatory diagram showing control of VL2.

【0106】本実施形態では、略述すると、第1電気機
械変換部を構成する捩じり振動用圧電体に印加される第
1駆動信号電圧(T相駆動信号電圧)と、第2電気機械
変換部を構成する二つの第1L相駆動信号電圧VL1及
び第2L相駆動信号電圧VL2それぞれに独立して印加
されるL相駆動信号電圧との制御を行うことにより、振
動子21と移動子32との間の相対運動速度を制御す
る。
In the present embodiment, in brief, the first drive signal voltage (T-phase drive signal voltage) applied to the torsional vibration piezoelectric body constituting the first electromechanical converter and the second By controlling the two L-phase drive signal voltages VL1 and the second L-phase drive signal voltage VL2 that constitute the conversion unit with the L-phase drive signal voltage applied independently, the vibrator 21 and the mover 32 are controlled. To control the relative speed of movement between

【0107】すなわち、移動子32の速度を高速から低
速へ(例えば通常駆動から低速駆動へ)変更する際に
は、本実施形態では、駆動周波数を徐々に大きくし、T
相駆動信号電圧VTを徐々に小さくし、第1L相駆動信
号電圧VL1を変化させずに一定とし、さらに第2L相
駆動信号電圧VL2を0から徐々に大きくする。
That is, when the speed of the moving element 32 is changed from high speed to low speed (for example, from normal driving to low speed driving), in this embodiment, the driving frequency is gradually increased, and
The phase drive signal voltage VT is gradually reduced, the first L-phase drive signal voltage VL1 is kept unchanged, and the second L-phase drive signal voltage VL2 is gradually increased from 0.

【0108】一般的に、圧電体はある程度の大きさの電
圧を印加しないと励振し難くなる。したがって、T相の
駆動信号電圧を励振することができる値よりも高くした
状態でも、駆動周波数を大きくすることにより、振動子
21の駆動面21aに発生する楕円運動の駆動方向成分
を小さくすることができる。
Generally, it is difficult to excite a piezoelectric body unless a voltage of a certain magnitude is applied. Therefore, even in a state where the drive signal voltage of the T phase is higher than a value at which the drive signal voltage can be excited, it is possible to reduce the drive direction component of the elliptical motion generated on the drive surface 21a of the vibrator 21 by increasing the drive frequency. Can be.

【0109】一方、本実施形態では駆動周波数を大きく
するため、その分だけ楕円運動の加圧方向成分も相似的
に小さくなるが、この減少分は、第2L相駆動信号電圧
を大きくすることにより、その値を必要最小値以上に保
つことが可能となる。
On the other hand, in the present embodiment, since the driving frequency is increased, the pressing direction component of the elliptical motion is similarly reduced by the same amount. However, this reduction is achieved by increasing the second L-phase driving signal voltage. , Can be maintained at or above the required minimum value.

【0110】移動子の最高回転速度付近では、駆動周波
数が共振点に近い状態であるため、第1L相に第1L相
駆動信号電圧を印加することのみにより、楕円運動の加
圧方向成分を得ることができる。したがって、第2L相
駆動信号電圧を零にして、これにより、最高回転速度付
近での消費電力を抑制することが可能となる。
Since the driving frequency is close to the resonance point near the maximum rotational speed of the moving element, the pressing direction component of the elliptical motion is obtained only by applying the first L-phase driving signal voltage to the first L-phase. be able to. Therefore, the second L-phase drive signal voltage is set to zero, thereby making it possible to suppress power consumption near the maximum rotation speed.

【0111】図11は、最高回転速度Nmax時におけ
る駆動周波数fmaxと,最低回転速度Nmin時にお
ける駆動周波数fminとの決定手順を示す説明図であ
る。まず、実際に駆動信号を入力し、最高回転速度Nm
axが得られる駆動周波数fmaxを最高回転速度時の
駆動周波数とする。この駆動周波数fmaxは、捩じり
振動用圧電体22aへの端子の実電圧でのインピーダン
スが極大値と極小値との間になる。
FIG. 11 is an explanatory diagram showing a procedure for determining the drive frequency fmax at the maximum rotation speed Nmax and the drive frequency fmin at the minimum rotation speed Nmin. First, a drive signal is actually input, and the maximum rotation speed Nm
The drive frequency fmax at which ax is obtained is set as the drive frequency at the maximum rotation speed. In the driving frequency fmax, the impedance of the terminal to the torsional vibration piezoelectric body 22a at the actual voltage is between the maximum value and the minimum value.

【0112】次に、振動子21の捩じり振動用圧電体2
2aへの端子の実電圧でのインピーダンスを測定してお
き、このインピーダンスが極大値になる点を最低回転速
度Nmin時の駆動周波数fminとし、駆動周波数領
域はこれらの2つの駆動周波数fmax及びfminの
間の値とする。駆動周波数領域をこのように設定するこ
とにより、最低回転速度Nmin時の捩じり振動励起の
消費電力を抑制することができる。
Next, the piezoelectric body 2 for torsional vibration of the vibrator 21
The impedance at the actual voltage of the terminal to the terminal 2a is measured, and the point at which this impedance reaches a maximum value is defined as the drive frequency fmin at the minimum rotation speed Nmin, and the drive frequency region is defined by the two drive frequencies fmax and fmin. The value must be between. By setting the driving frequency region in this way, the power consumption of the torsional vibration excitation at the minimum rotation speed Nmin can be suppressed.

【0113】このように、本実施形態によれば、第1電
気機械変換部を構成する捩じり振動用圧電体22aに入
力される第1駆動信号と、第2電気機械変換部を構成す
る2つの第1縦振動用圧電体22b−1及び第2縦振動
用圧電体22b−2に入力される二つの第2駆動信号と
のいずれか一方の駆動周波数を変化させる制御を行うこ
とにより、振動子21と移動子32との間の相対運動速
度を変化させることが可能となる。
As described above, according to the present embodiment, the first drive signal input to the torsional vibration piezoelectric body 22a forming the first electromechanical converter and the second electromechanical converter are formed. By performing control to change the drive frequency of one of the two second drive signals input to the two first piezoelectric members for longitudinal vibration 22b-1 and the two piezoelectric members for second longitudinal vibration 22b-2, It is possible to change the relative movement speed between the vibrator 21 and the moving element 32.

【0114】図10は、駆動周波数の制御を示す説明図
である。駆動周波数制御部はマルチプレクサのようなも
のから構成されており、速度指令部からの信号の選択を
行うことができる。選択された信号によりMOS電界効
果トランジスタ等のスイッチング素子Q1〜Q8を、オ
ン−オフすることができるように構成される。
FIG. 10 is an explanatory diagram showing the control of the driving frequency. The drive frequency control unit is configured by a multiplexer or the like, and can select a signal from the speed command unit. The switching elements Q1 to Q8 such as MOS field effect transistors can be turned on / off by the selected signal.

【0115】演算増幅器の帰還部には、抵抗値が異なる
抵抗Rf1〜Rf8が並列につながれており、各抵抗R
f1〜Rf8はそれぞれ直列につながれたスイッチング
素子Q1〜Q8が、制御信号発生部からの制御信号によ
りオンされることにより、演算増幅器の増幅量を決定す
ることができる。これによって、入力された駆動信号は
演算増幅器により増幅され、電圧制御発振器(VCO)
に入力される。電圧制御発振器(VCO)は、入力され
た電圧値に応じて、周波数を出力する。
Resistors Rf1 to Rf8 having different resistance values are connected in parallel to the feedback section of the operational amplifier.
When the switching elements Q1 to Q8 connected in series to f1 to Rf8 are turned on by a control signal from a control signal generation unit, the amplification amount of the operational amplifier can be determined. As a result, the input drive signal is amplified by the operational amplifier, and the voltage control oscillator (VCO)
Is input to The voltage controlled oscillator (VCO) outputs a frequency according to the input voltage value.

【0116】図10に基づいて、発振器からの駆動周波
数を変更する場合を説明する。まず、駆動周波数を高い
値に変更する場合を説明する。速度指令部の指示によ
り、駆動周波数制御部は増幅率が大きくなるスイッチン
グ素子をオンし、他のスイッチング素子をオフする。こ
れにより、電圧制御発振器(VCO)に入力される電圧
が大きくなり、駆動周波数が高くなる。
A case where the driving frequency from the oscillator is changed will be described with reference to FIG. First, a case where the drive frequency is changed to a higher value will be described. In response to an instruction from the speed command unit, the drive frequency control unit turns on the switching element whose amplification factor increases and turns off the other switching elements. As a result, the voltage input to the voltage controlled oscillator (VCO) increases, and the driving frequency increases.

【0117】逆に、駆動周波数を低くする場合を説明す
る。駆動指令部の指示により、駆動周波数制御部は増幅
率が小さくなるスイッチング素子をONし、他のスイッ
チング素子をOFFする。これにより、電圧制御発振器
(VCO)に入力される電圧が小さくなり、駆動周波数
が低くなる。
On the contrary, a case where the driving frequency is lowered will be described. In response to an instruction from the drive command unit, the drive frequency control unit turns on the switching element whose amplification factor decreases and turns off the other switching elements. As a result, the voltage input to the voltage controlled oscillator (VCO) decreases, and the driving frequency decreases.

【0118】本実施形態では、説明を分かり易くするた
めに、A/D変換部からのデジタル信号を8ビットとす
るとともにスイッチング素子及び抵抗Rfをそれぞれ8
個とした。しかし、A/D変換部からのデジタル信号を
4ビットとするとともにスイッチング素子及び抵抗Rf
をそれぞれ4個としてもよい。または、A/D変換部か
らのデジタル信号を16ビットとするとともにスイッチ
ング素子及び抵抗Rfをそれぞれ16個としてもよく、
さらに、それ以上に設定してもよい。ビット数,スイッ
チング素子数及び抵抗数が多ければ多いほど、きめ細か
い制御を行うことが可能となる。
In the present embodiment, in order to make the description easy to understand, the digital signal from the A / D converter is set to 8 bits, and the switching element and the resistor Rf are set to 8 bits.
It was made into pieces. However, the digital signal from the A / D conversion unit is set to 4 bits and the switching element and the resistor Rf
May be four in each case. Alternatively, the digital signal from the A / D converter may be 16 bits, and the number of switching elements and the number of resistors Rf may be 16 respectively.
Furthermore, you may set more. The greater the number of bits, the number of switching elements, and the number of resistors, the finer the control that can be performed.

【0119】また、第2L相駆動信号電圧の制御も、図
10に示すような構成により制御することができる。T
相駆動信号電圧制御と異なることは、回転速度が小さく
なることに応じて、電圧を大きくするようにスイッチン
グ素子を切り換えることだけである。
Further, the control of the second L-phase drive signal voltage can be controlled by the configuration shown in FIG. T
The only difference from the phase drive signal voltage control is that the switching element is switched so as to increase the voltage as the rotational speed decreases.

【0120】本実施形態では、第1L相駆動信号電圧V
L1は変更しないようにしたが、一点鎖線のように、移
動子の速度を高速から低速に変更するのに対して、第1
L相駆動信号電圧VL1を徐々に大きくしてもよい。
In the present embodiment, the first L-phase drive signal voltage V
Although L1 was not changed, the speed of the moving element was changed from a high speed to a low speed as shown by a dashed line.
The L-phase drive signal voltage VL1 may be gradually increased.

【0121】本実施形態では、速度設定部が設定した速
度と、速度検出部から検出された速度値とを比較して偏
差がなくなるように速度指令部が指令を出力するため
に、最高回転速度Nmaxと最低回転速度Nminとの
間の設定速度では、前述したT電圧制御部49とL2相
駆動電圧制御部50−2と駆動周波数制御部52とをそ
れぞれ制御するように構成した。
In the present embodiment, the speed set by the speed setting unit is compared with the speed value detected by the speed detection unit, and the speed command unit outputs a command to eliminate the deviation. At the set speed between Nmax and the minimum rotation speed Nmin, the above-described T voltage control unit 49, L2-phase drive voltage control unit 50-2, and drive frequency control unit 52 are respectively controlled.

【0122】しかし、目標最高回転速度Nmax又は目
標最低回転速度Nminにおいて、設定値と検出値との
間に偏差が発生して、決められた駆動周波数領域を逸脱
してしまう場合には、駆動周波数は最小値又は最高値に
保持し、又第一L相駆動信号電圧や第二L相駆動信号電
圧も最小値又は最高値に保持し、駆動速度に最も関与す
るT電圧制御部を制御することにより、駆動速度を補正
する。
However, if a deviation occurs between the set value and the detected value at the target maximum rotation speed Nmax or the target minimum rotation speed Nmin and deviates from the determined driving frequency region, the driving frequency Is to keep the minimum or maximum value, and also keep the first L-phase drive signal voltage and the second L-phase drive signal voltage at the minimum or maximum value to control the T-voltage control unit that is most involved in the drive speed. Thereby corrects the driving speed.

【0123】(第3実施形態)図12は、第3実施形態
の超音波アクチュエータを構成する振動子61を分解状
態で、制御ブロック図とともに示す斜視図である。
(Third Embodiment) FIG. 12 is a perspective view showing an oscillator 61 constituting an ultrasonic actuator according to a third embodiment in an exploded state together with a control block diagram.

【0124】本実施形態の振動子61が第2実施形態の
振動子51と相違するのは、捩じり振動用圧電体62
a,62bが、発生する捩じり振動の二つの節位置を含
む位置(図2(b)における位置A,C)に配置される
とともに、第1縦振動用圧電体62b−1,第2縦振動
用圧電体62b−2が、発生する縦振動の節位置を含む
位置(図2(b)における位置B)に、弾性体23の半
径方向に並列された状態で配置される点である。
The vibrator 61 of the present embodiment is different from the vibrator 51 of the second embodiment in that a torsional vibration piezoelectric body 62 is provided.
a and 62b are arranged at positions (positions A and C in FIG. 2B) including two nodal positions of the generated torsional vibration, and the first longitudinal vibration piezoelectric body 62b-1 and the second longitudinal vibration The point is that the piezoelectric body for longitudinal vibration 62b-2 is arranged in a position including the node position of the generated longitudinal vibration (position B in FIG. 2B) in a state of being juxtaposed in the radial direction of the elastic body 23. .

【0125】位置Aに配置される捩じり振動用圧電体6
2aが発生する剪断変位と、位置Cに配置される捩じり
振動用圧電体62aが発生する剪断変位とは、互いに逆
方向に発生するように、捩じり振動用圧電体62aは配
置される。
The piezoelectric body for torsional vibration 6 arranged at the position A
The torsional vibration piezoelectric body 62a is arranged so that the shear displacement generated by 2a and the shear displacement generated by the torsional vibration piezoelectric body 62a arranged at the position C are generated in directions opposite to each other. You.

【0126】また、位置Bに配置される第1縦振動用圧
電体62b−1,第2縦振動用圧電体62b−2は、第
1実施形態及び第2実施形態とは異なり、弾性体23の
二つの分割面に、弾性体23の半径方向に平行に配置さ
れる。
Further, unlike the first and second embodiments, the first longitudinal vibration piezoelectric member 62b-1 and the second longitudinal vibration piezoelectric member 62b-2 arranged at the position B are different from the elastic members 23b. Are arranged in parallel with the radial direction of the elastic body 23 on the two divided surfaces.

【0127】本実施形態の振動子61では、捩じり振動
用圧電体62a,縦振動用圧電体62b−1,62b−
2の配置を変更してあるため、振動子61に捩じり振動
及び縦振動を効率的に発生させることが可能となる。
In the vibrator 61 of the present embodiment, the torsional vibration piezoelectric body 62a and the longitudinal vibration piezoelectric bodies 62b-1 and 62b-
Since the arrangement of 2 is changed, torsional vibration and longitudinal vibration can be efficiently generated in the vibrator 61.

【0128】(変形形態)以上詳細に説明した各実施形
態では、振動アクチュエータとして超音波の振動域を利
用する超音波アクチュエータを用いたが、本発明にかか
る振動アクチュエータ及びその制御方法は、他の振動域
を利用した振動アクチュエータについても等しく適用す
ることができる。
(Modification) In each of the embodiments described in detail above, the ultrasonic actuator utilizing the ultrasonic vibration range is used as the vibration actuator. However, the vibration actuator according to the present invention and the control method thereof are different from those of the other embodiments. The same can be applied to a vibration actuator using a vibration region.

【0129】また、各実施形態の説明では、振動子は略
円柱状であるが、本発明の振動アクチュエータはこのよ
うな態様のみに限定されるものではなく、他の柱状(四
角柱状等)の外形を呈する超音波アクチュエータについ
ても等しく適用することが可能である。
In the description of each embodiment, the vibrator has a substantially cylindrical shape. However, the vibrating actuator of the present invention is not limited to such a mode, but may have another column shape (such as a quadrangular prism shape). The same can be applied to an ultrasonic actuator having an outer shape.

【0130】また、各実施形態の説明では、1次の縦振
動と2次の捩じり振動とを利用した振動子を用いた超音
波アクチュエータを例にとったが、m次(m:自然数)
の捩じり振動とn次(n:自然数)の縦振動とを利用し
た超音波アクチュエータについても等しく適用すること
ができる。
In the description of each embodiment, an ultrasonic actuator using a vibrator utilizing primary longitudinal vibration and secondary torsional vibration has been taken as an example. However, an m-th order (m: natural number) )
The present invention can be equally applied to an ultrasonic actuator using the torsional vibration of the above and the longitudinal vibration of the nth order (n: natural number).

【0131】また、各実施形態の説明では、振動を発生
する入力がそれぞれ独立し、捩じり振動と縦振動とを組
み合わせた異形モード異入力の超音波アクチュエータを
用いた。しかし、異なる振動を組み合わせた異形モード
異入力の超音波アクチュエータであれば、捩じり振動及
び縦振動以外の他の組み合わせの場合であっても、一方
の振動が振動子と相対運動部材との間における相対運動
(駆動的機能)に関与し、他方の振動が振動子と相対運
動部材との間における駆動力の断続(クラッチ的機能)
に関与する超音波アクチュエータであるならば、全く同
様の効果を奏することが可能である。
Further, in the description of each embodiment, the ultrasonic actuators having different modes and different inputs which combine the torsional vibration and the longitudinal vibration are used, respectively, in which the vibration generating inputs are independent. However, in the case of an ultrasonic actuator of a different shape and a different input in which different vibrations are combined, even in the case of a combination other than the torsional vibration and the longitudinal vibration, one of the vibrations is generated between the vibrator and the relative motion member. Between the vibrator and the relative motion member (clutch-like function).
If the ultrasonic actuator is involved in the above, it is possible to achieve exactly the same effect.

【0132】このような超音波アクチュエータとして、
平板形状の振動体に縦振動モードと曲げ振動モードとを
組み合わせた超音波アクチュエータや、ドーナツ型円板
形状の振動体に円環対称伸び振動モードと非軸対称振動
モードとを組み合わせた超音波アクチュエータ等を例示
することができる。
As such an ultrasonic actuator,
An ultrasonic actuator combining a plate-shaped vibrator with a longitudinal vibration mode and a bending vibration mode, and an ultrasonic actuator combining a donut-shaped disk-shaped vibrator with an annularly symmetric elongation vibration mode and a non-axisymmetric vibration mode And the like.

【0133】さらに、同形モードの超音波アクチュエー
タであっても、弾性体に発生させる振動モードの励起を
異入力により行い、一方の振動モードが駆動的機能に関
与し他方の振動モードがクラッチ的機能に関与するので
あれば、全く同様な効果を生じることができる。
Further, even in the ultrasonic actuator of the same shape mode, the vibration mode generated in the elastic body is excited by different input, and one vibration mode is related to a driving function and the other vibration mode is a clutch function. If they are involved, the same effect can be produced.

【0134】このような超音波アクチュエータとして、
角柱形状や円柱形状等の柱状の振動体に2つの曲げ振動
モードを発生させることにより駆動力を発生する超音波
アクチュエータを例示することができる。
As such an ultrasonic actuator,
An ultrasonic actuator that generates a driving force by generating two bending vibration modes in a columnar vibrating body such as a prismatic or cylindrical shape can be exemplified.

【0135】さらに、各実施形態の説明では、電気機械
変換素子として圧電体を利用した超音波アクチュエータ
を用いたが、本発明はこのような態様に限定されるもの
ではなく、他の電気エネルギーを機械的変位に変換する
ことができる素子であれば、等しく適用することが可能
である。例えば、圧電体以外に、電歪素子や磁歪素子等
を例示することができる。
Further, in the description of each embodiment, an ultrasonic actuator using a piezoelectric material is used as the electromechanical transducer, but the present invention is not limited to such an embodiment, and other electric energy can be transferred. Any element that can be converted into mechanical displacement can be equally applied. For example, other than the piezoelectric body, an electrostrictive element, a magnetostrictive element and the like can be exemplified.

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

【図1】本発明の第1実施形態にかかる超音波アクチュ
エータを説明する縦断面図である。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view illustrating an ultrasonic actuator according to a first embodiment of the present invention.

【図2】第1実施形態の超音波アクチュエータにおい
て、振動子に装着される振動用圧電体の配置を、振動子
に発生する捩じり振動モード及び縦振動モードの一例と
ともに示す説明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing an arrangement of a vibration piezoelectric body mounted on a vibrator in the ultrasonic actuator according to the first embodiment, together with an example of a torsional vibration mode and a longitudinal vibration mode generated in the vibrator. .

【図3】第1実施形態の超音波アクチュエータを構成す
る振動子を、分解状態で、かつ制御ブロック図とともに
示す斜視図である。
FIG. 3 is a perspective view showing a vibrator constituting the ultrasonic actuator according to the first embodiment in an exploded state together with a control block diagram.

【図4】振動子に発生する捩じり振動と縦振動とを組み
合わせて振動子の駆動面に楕円運動を生じさせることを
経時的に示す説明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing, over time, generation of an elliptical motion on a driving surface of a vibrator by combining torsional vibration and longitudinal vibration generated in the vibrator.

【図5】第1実施形態の超音波アクチュエータにおい
て、移動子からの速度指令に対して、T相駆動信号電圧
VT,第1L相駆動信号電圧VL1及び第2L相駆動信
号電圧VL2それぞれの制御の一例を示すグラフであ
る。
FIG. 5 is a diagram illustrating control of each of a T-phase drive signal voltage VT, a first L-phase drive signal voltage VL1, and a second L-phase drive signal voltage VL2 in response to a speed command from a moving element in the ultrasonic actuator according to the first embodiment. It is a graph which shows an example.

【図6】T相駆動信号電圧の制御を示す説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram showing control of a T-phase drive signal voltage.

【図7】第2L相駆動信号電圧VL2の制御を示す説明
図である。
FIG. 7 is an explanatory diagram showing control of a second L-phase drive signal voltage VL2.

【図8】第2実施形態の超音波アクチュエータを構成す
る振動子を分解状態で、かつ制御ブロック図とともに示
す斜視図である。
FIG. 8 is a perspective view showing a vibrator constituting an ultrasonic actuator according to a second embodiment in an exploded state together with a control block diagram.

【図9】本発明の第2実施形態である移動子の速度指令
に対しての駆動周波数,T相駆動信号電圧,第1L相駆
動信号電圧及び第2L相駆動信号電圧の制御を示す説明
図である。
FIG. 9 is an explanatory diagram illustrating control of a drive frequency, a T-phase drive signal voltage, a first L-phase drive signal voltage, and a second L-phase drive signal voltage with respect to a speed command of a moving element according to a second embodiment of the present invention. It is.

【図10】駆動周波数の制御を示す説明図である。FIG. 10 is an explanatory diagram showing control of a driving frequency.

【図11】最高回転速度Nmax時における駆動周波数
と,最低回転速度Nmin時における駆動周波数とを決
定する手順を示す説明図である。
FIG. 11 is an explanatory diagram showing a procedure for determining a drive frequency at a maximum rotation speed Nmax and a drive frequency at a minimum rotation speed Nmin.

【図12】第3実施形態の超音波アクチュエータを構成
する振動子を分解状態で、かつ制御ブロック図とともに
示す斜視図である。
FIG. 12 is a perspective view showing a vibrator constituting an ultrasonic actuator according to a third embodiment in an exploded state and together with a control block diagram.

【図13】縦−捩じり振動型の振動アクチュエータの構
造を示した斜視図である。
FIG. 13 is a perspective view showing the structure of a vertical-torsional vibration type vibration actuator.

【図14】図13に示す振動アクチュエータの固定子を
展開して示した斜視図である。
FIG. 14 is an exploded perspective view showing a stator of the vibration actuator shown in FIG. 13;

【図15】異形モード縮退型の振動アクチュエータの構
造例を示す縦断面図である。
FIG. 15 is a longitudinal sectional view showing a structural example of a modified mode degenerate type vibration actuator.

【図16】図15の振動アクチュエータの制御を示すブ
ロック図である。
FIG. 16 is a block diagram showing control of the vibration actuator of FIG.

【図17】図17(a)は、図15に示す半円柱状の振
動子を底面方向から見た図、図17(b)は、図15に
示す振動子を側面方向から見た図である。
17 (a) is a view of the semi-cylindrical vibrator shown in FIG. 15 as viewed from the bottom, and FIG. 17 (b) is a view of the vibrator shown in FIG. 15 as viewed from the side. is there.

【図18】振動子に発生する捩じり振動と縦振動とを組
み合わせて駆動面に楕円運動を生じさせる振動アクチュ
エータの駆動原理を説明する図である。
FIG. 18 is a diagram illustrating a driving principle of a vibration actuator that generates an elliptical motion on a driving surface by combining torsional vibration and longitudinal vibration generated in a vibrator.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

20 超音波アクチュエータ(振動アクチュエータ) 21 振動子 21a 駆動面(端面) 22a 捩じり振動用圧電体(第1電気機械変換部) 22b 縦振動用圧電体(第2電気機械変換部) 22b−1 第1縦振動用圧電体(電気機械変換部分) 22b−2 第2縦振動用圧電体(電気機械変換部分) 25a,25b 電極 40 駆動回路 41 発振器 42 移相器 43 T電圧増幅部 44−1 L1電圧増幅部 44−2 L2電圧増幅部 45 制御回路 46 速度設定部 47 速度検出部 47 速度検出部 48 速度指令部 49 T電圧制御部 50 L2電圧制御部 Reference Signs 20 ultrasonic actuator (vibration actuator) 21 vibrator 21a drive surface (end face) 22a torsional vibration piezoelectric body (first electromechanical converter) 22b longitudinal vibration piezoelectric body (second electromechanical converter) 22b-1 First piezoelectric body for vertical vibration (electromechanical conversion part) 22b-2 Second piezoelectric body for vertical vibration (electromechanical conversion part) 25a, 25b Electrode 40 Drive circuit 41 Oscillator 42 Phase shifter 43 T voltage amplifier 44-1 L1 voltage amplifying unit 44-2 L2 voltage amplifying unit 45 control circuit 46 speed setting unit 47 speed detecting unit 47 speed detecting unit 48 speed commanding unit 49 T voltage controlling unit 50 L2 voltage controlling unit

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 本体が柱状の外形を呈し、前記本体の端
面と平行な面内で振動する第1振動を発生する第1電気
機械変換部と、前記第1振動の振動方向と異なる方向に
振動する第2振動を発生する第2電気機械変換部とを備
える振動子と、 前記振動子との間で相対運動を行う相対運動部材とを有
する振動アクチュエータであって、 前記第2電気機械変換部は、電気エネルギーを機械的変
位に変換する独立した複数の電気機械変換部分により構
成されていることを特徴とする振動アクチュエータ。
1. A first electromechanical converter for generating a first vibration that vibrates in a plane parallel to an end surface of the main body, the main body having a columnar outer shape, and a first electromechanical converter in a direction different from the vibration direction of the first vibration. A vibration actuator comprising: a vibrator including a second electromechanical transducer that generates a second vibration that vibrates; and a relative motion member that performs relative motion between the vibrator and the second electromechanical transducer. The vibration actuator is characterized in that the unit is constituted by a plurality of independent electromechanical conversion units that convert electric energy into mechanical displacement.
【請求項2】 請求項1に記載された振動アクチュエー
タにおいて、 複数の前記電気機械変換部分は、一体の電気機械変換素
子及びその表面に装着された複数に分割された電極によ
り、又は、複数に分割された電気機械変換素子及びそれ
らの表面に装着された複数の電極により、構成されるこ
とを特徴とする振動アクチュエータ。
2. The vibration actuator according to claim 1, wherein the plurality of electromechanical transducers are formed by an integrated electromechanical transducer and a plurality of divided electrodes mounted on a surface thereof. A vibration actuator, comprising a divided electromechanical transducer and a plurality of electrodes mounted on the surfaces thereof.
【請求項3】 請求項1又は請求項2に記載された振動
アクチュエータにおいて、 前記第1振動は、前記振動子の軸に関する捩じり振動で
あるとともに、前記第2振動は、前記振動子の軸方向に
関する縦振動であることを特徴とする振動アクチュエー
タ。
3. The vibration actuator according to claim 1, wherein the first vibration is a torsional vibration about an axis of the vibrator, and the second vibration is a vibration of the vibrator. A vibration actuator characterized by longitudinal vibration in an axial direction.
【請求項4】 請求項1から請求項3までのいずれか1
項に記載された振動アクチュエータにおいて、 前記第1電気機械変換部は、前記振動子に発生する前記
第1振動の節位置を含む位置に一つ又は二つ形成される
とともに、 前記第2電気機械変換部は、前記振動子に発生する前記
第2振動の節位置を含む位置に一つ形成されることを特
徴とする振動アクチュエータ。
4. One of claims 1 to 3
In the vibration actuator described in the paragraph, one or two of the first electromechanical conversion unit is formed at a position including a node position of the first vibration generated in the vibrator, and the second electric machine A vibration actuator, wherein one conversion unit is formed at a position including a node position of the second vibration generated in the vibrator.
【請求項5】 第1振動を発生する第1電気機械変換部
と前記第1振動の振動方向と異なる方向に振動する第2
振動を発生する第2電気機械変換部とを備えた振動子
と、 前記振動子との間で相対運動を行う相対運動部材とを有
する振動アクチュエータの制御方法であって、 前記第2電気機械変換部を複数の領域に分割し、前記各
領域毎に駆動信号を印加するとともに、それぞれの駆動
信号を個別に制御して前記相対運動の速度を制御するこ
とを特徴とする振動アクチュエータの制御方法。
5. A first electromechanical transducer that generates a first vibration and a second electromechanical transducer that vibrates in a direction different from the vibration direction of the first vibration.
A method for controlling a vibration actuator, comprising: a vibrator having a second electromechanical transducer that generates vibration; and a relative motion member that performs relative motion between the vibrator and the second electromechanical transducer. A method of controlling a vibration actuator, comprising: dividing a portion into a plurality of regions; applying a drive signal to each of the regions; and individually controlling each of the drive signals to control the speed of the relative movement.
【請求項6】 請求項5に記載された振動アクチュエー
タの制御方法において、 前記第1電気機械変換部に印加される駆動信号の電圧を
小さくするとともに、前記第2電気機械変換部の各領域
に印加される複数の駆動信号のうちの少なくとも一つの
電圧を大きくすることにより、前記相対運動の速度を小
さくすることを特徴とする振動アクチュエータの制御方
法。
6. The method for controlling a vibration actuator according to claim 5, wherein a voltage of a drive signal applied to the first electromechanical converter is reduced, and a voltage of each of the second electromechanical converters is reduced. A method of controlling a vibration actuator, wherein the speed of the relative movement is reduced by increasing at least one voltage of a plurality of applied drive signals.
【請求項7】 請求項5に記載された振動アクチュエー
タの制御方法において、 前記第1電気機械変換部に印加される駆動信号の電圧を
大きくするとともに、前記第2電気機械変換部の各領域
に印加される複数の駆動信号のうちの少なくとも一つの
電圧を小さくすることにより、前記相対運動の速度を大
きくすることを特徴とする振動アクチュエータの制御方
法。
7. The method for controlling a vibration actuator according to claim 5, wherein a voltage of a drive signal applied to the first electromechanical converter is increased, and a voltage of each of the second electromechanical converters is increased. A method of controlling a vibration actuator, wherein the speed of the relative movement is increased by reducing at least one voltage of a plurality of applied drive signals.
【請求項8】 請求項5から請求項7までのいずれか1
項に記載された振動アクチュエータの制御方法におい
て、 前記第1電気機械変換部に印加される駆動信号、及び、
前記第2電気機械変換部の各領域に印加される複数の駆
動信号のうちの少なくとも一つの駆動信号の周波数を変
化させることで前記相対運動の速度を制御することを特
徴とする振動アクチュエータの制御方法。
8. One of claims 5 to 7
In the control method of the vibration actuator described in the paragraph, a drive signal applied to the first electromechanical converter, and
Controlling the speed of the relative movement by changing the frequency of at least one of the plurality of drive signals applied to each area of the second electromechanical converter. Method.
【請求項9】 請求項8に記載された振動アクチュエー
タの制御方法において、 前記周波数を低くするとともに、前記第1電気機械変換
部に印加される駆動信号の電圧を大きくし、かつ前記第
2電気機械変換部の各領域に印加される複数の駆動信号
のうちの少なくとも一つの電圧を小さくすることによ
り、前記相対運動の速度を大きくすることを特徴とする
振動アクチュエータの制御方法。
9. The method of controlling a vibration actuator according to claim 8, wherein the frequency is reduced, a voltage of a drive signal applied to the first electromechanical conversion unit is increased, and the second electric power is increased. A method of controlling a vibration actuator, wherein the speed of the relative motion is increased by reducing at least one voltage of a plurality of drive signals applied to each region of a mechanical conversion unit.
【請求項10】 第1振動を発生する第1電気機械変換
部と前記第1振動の振動方向と異なる方向に振動する第
2振動を発生する第2電気機械変換部とを備えた振動子
と、 前記振動子との間で相対運動を行う相対運動部材と、 前記第1電気機械変換部と前記第2電気機械変換部に駆
動信号を印加する駆動回路とを有する振動アクチュエー
タであって、 前記第1電気機械変換部と前記第2電気機械変換部のう
ちの少なくとも一方は、電気エネルギーを機械的変位に
変換する複数の電気機械変換部分を有し、前記駆動回路
は、前記複数の電気機械変換部分における前記機械的変
位の量に差を生じさせることを特徴とする振動アクチュ
エータ。
10. A vibrator, comprising: a first electromechanical converter that generates a first vibration; and a second electromechanical converter that generates a second vibration that vibrates in a direction different from the vibration direction of the first vibration. A vibration actuator comprising: a relative movement member that performs relative movement between the vibrator; and a drive circuit that applies a drive signal to the first electromechanical conversion unit and the second electromechanical conversion unit, At least one of the first electromechanical converter and the second electromechanical converter has a plurality of electromechanical converters for converting electrical energy into mechanical displacement, and the drive circuit includes the plurality of electromechanical converters. A vibration actuator, wherein a difference is generated in the amount of the mechanical displacement in the conversion part.
【請求項11】 第1振動を発生する第1電気機械変換
部と前記第1振動の振動方向と異なる方向に振動する第
2振動を発生する第2電気機械変換部とを備えた振動子
と、 前記振動子との間で相対運動を行う相対運動部材とを有
する振動アクチュエータの制御方法であって、 前記第1電気機械変換部と前記第2電気機械変換部のう
ちの少なくとも一方に対し、電気エネルギーを機械的変
位に変換する電気機械変換部分を複数の領域に分けて各
領域間における前記機械的変位の量に差を生じさせるこ
とを特徴とする振動アクチュエータの制御方法。
11. A vibrator, comprising: a first electromechanical converter that generates a first vibration; and a second electromechanical converter that generates a second vibration that vibrates in a direction different from the direction of vibration of the first vibration. A method of controlling a vibration actuator having a relative motion member that performs relative motion between the vibrator and at least one of the first electromechanical converter and the second electromechanical converter. A method for controlling a vibration actuator, comprising: dividing an electromechanical conversion portion that converts electric energy into mechanical displacement into a plurality of regions to cause a difference in the amount of the mechanical displacement between the regions.
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