JPS62152377A - 超音波振動子の駆動制御方法 - Google Patents
超音波振動子の駆動制御方法Info
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- JPS62152377A JPS62152377A JP60291731A JP29173185A JPS62152377A JP S62152377 A JPS62152377 A JP S62152377A JP 60291731 A JP60291731 A JP 60291731A JP 29173185 A JP29173185 A JP 29173185A JP S62152377 A JPS62152377 A JP S62152377A
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- JP
- Japan
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- electrostrictive element
- drive
- vibration
- electrode
- phase
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- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 8
- 239000007769 metal material Substances 0.000 claims description 7
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/0005—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing non-specific motion; Details common to machines covered by H02N2/02 - H02N2/16
- H02N2/001—Driving devices, e.g. vibrators
- H02N2/003—Driving devices, e.g. vibrators using longitudinal or radial modes combined with bending modes
- H02N2/0035—Cylindrical vibrators
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/0005—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing non-specific motion; Details common to machines covered by H02N2/02 - H02N2/16
- H02N2/0075—Electrical details, e.g. drive or control circuits or methods
- H02N2/008—Means for controlling vibration frequency or phase, e.g. for resonance tracking
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R17/00—Piezoelectric transducers; Electrostrictive transducers
- H04R17/04—Gramophone pick-ups using a stylus; Recorders using a stylus
- H04R17/08—Gramophone pick-ups using a stylus; Recorders using a stylus signals being recorded or played back by vibration of a stylus in two orthogonal directions simultaneously
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
- Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、任意方向のねじり振動を発生させる足音波振
動子の駆動制御方法に係り、特に超音波モータなどへの
利用に適した超音波振動子の駆動制御方法に関するもの
である。
動子の駆動制御方法に係り、特に超音波モータなどへの
利用に適した超音波振動子の駆動制御方法に関するもの
である。
従来の技術
一般に、超音波振動子としては円板形電歪素子を二個の
金属体で挾持し一体で共振するランジュバン型振動子と
、フェライト磁歪材を円筒状又はπ形に成形したπ型振
動子とが多用されている。
金属体で挾持し一体で共振するランジュバン型振動子と
、フェライト磁歪材を円筒状又はπ形に成形したπ型振
動子とが多用されている。
また、振動方向として見れば、軸方向に振動する縦型振
動子と軸方向に対称にねじり振動するねじり振動子とが
存する。これらの振動子は単一方向、即ち、軸方向のみ
、又は、ねじり方向のみの振動を発生させる単一方向振
動子である。
動子と軸方向に対称にねじり振動するねじり振動子とが
存する。これらの振動子は単一方向、即ち、軸方向のみ
、又は、ねじり方向のみの振動を発生させる単一方向振
動子である。
このような単一方向振動子により超音波モータを構成し
たものとして、例えば特開昭５５−１２５０５２号公報
に記載されたものがある、すなわち、軸方向振動子の出
力端部に振動片を設け、ロータ等の可動部材の接合面の
法線を振動子の軸方向に対して僅かに傾斜させてその振
動片をロータに押圧する。これにより、振動片の先端部
は結果的に楕円振動し、ロータを摩擦振動させるもので
ある。このような振動片型においては、振動片とロータ
接触部との摩耗が著しく、さらに騒音の発生も大きいと
云う欠点を有する。
たものとして、例えば特開昭５５−１２５０５２号公報
に記載されたものがある、すなわち、軸方向振動子の出
力端部に振動片を設け、ロータ等の可動部材の接合面の
法線を振動子の軸方向に対して僅かに傾斜させてその振
動片をロータに押圧する。これにより、振動片の先端部
は結果的に楕円振動し、ロータを摩擦振動させるもので
ある。このような振動片型においては、振動片とロータ
接触部との摩耗が著しく、さらに騒音の発生も大きいと
云う欠点を有する。
このような単一方向振動子とは別の方式のものとして、
第２図に示すような振動子が存する。すなわち、縦形振
動子１とねじり変換体２とを一体的に締着して振動子３
が形成されている。前記ねじり変換体２の一方の面には
幅の広い溝４が形成され、他方の面には前記溝４とある
角度をもって形成された梁状突起５が形成されている。
第２図に示すような振動子が存する。すなわち、縦形振
動子１とねじり変換体２とを一体的に締着して振動子３
が形成されている。前記ねじり変換体２の一方の面には
幅の広い溝４が形成され、他方の面には前記溝４とある
角度をもって形成された梁状突起５が形成されている。
前記ねじり変換体２には、ボルト６とコイルバネ７とを
介してロータ８が抑圧状態で取付けられている。
介してロータ８が抑圧状態で取付けられている。
したがって、縦形振動子１により発生した縦振動がねじ
り変換体２に加えられると、ねじり変換体２の梁状突起
５の先端には矢印方向の楕円振動が発生し、それに接す
るロータ８は矢印のように時計方向に回転するものであ
る。そのため、効率の良い超音波モータを構成すること
ができるものである。
り変換体２に加えられると、ねじり変換体２の梁状突起
５の先端には矢印方向の楕円振動が発生し、それに接す
るロータ８は矢印のように時計方向に回転するものであ
る。そのため、効率の良い超音波モータを構成すること
ができるものである。
しかしながら、このような縦ねじり変換型は、振動片型
の欠点を解決したものとして期待されているものの、そ
の出力端部の振動姿態である楕円振動の楕円率はねじり
変換体２の形状によって一律に決ってしまうものであり
、駆動に最適な楕円率への制御やその回転方向を制御す
ることは不可能である。すなわち、いずれもロータの単
一方向のみの駆動であり、さらに、接触面の摩耗が少な
い状態で最大トルクでの駆動を効率良く行うために必要
な楕円形状を得るコントロールができないものである。
の欠点を解決したものとして期待されているものの、そ
の出力端部の振動姿態である楕円振動の楕円率はねじり
変換体２の形状によって一律に決ってしまうものであり
、駆動に最適な楕円率への制御やその回転方向を制御す
ることは不可能である。すなわち、いずれもロータの単
一方向のみの駆動であり、さらに、接触面の摩耗が少な
い状態で最大トルクでの駆動を効率良く行うために必要
な楕円形状を得るコントロールができないものである。
このようなことから、本出願人は先に特願昭６０−２５
２５２６号により第３図乃至第６図に示す構造の超音波
振動子を提案した。すなわち、厚み方向に分極された円
環状の電歪素子本体９が設けられ、二の電歪素子本体９
の一面には絶縁部１０を中心として電極１１．１２が二
分割して形成され、他面には共通型ｆｌ！１３が全面電
極として形成されて電歪素子１４が構成されている。
２５２６号により第３図乃至第６図に示す構造の超音波
振動子を提案した。すなわち、厚み方向に分極された円
環状の電歪素子本体９が設けられ、二の電歪素子本体９
の一面には絶縁部１０を中心として電極１１．１２が二
分割して形成され、他面には共通型ｆｌ！１３が全面電
極として形成されて電歪素子１４が構成されている。
このような電歪素子１４を二個阜備し、絶縁部１ｏを一
致させてＵ字形に形成した二個の電極板１５．１６を間
にして前記電極１１．１２を対向させ、中心部に絶縁筒
１７を挿通する。そして、一方の電歪素子１４の共通電
極１３の面には出力端部１８を細く形成するとともにエ
クスポネンシャル段部を有する金属材１９が接合され、
他方の電歪素子１４の共通電極１３の面には共通電極板
２０が接合され、この共通電極板２０には金属材２１を
接合させて締着具としてのボルト２２によりこれらは一
体的に固定されている。すなわち、前記金属材２１には
前記ボルト２２を押通する孔２３が形成されており、前
記金属材１９には前記ボルト２２が螺合するねじ部２４
が形成されている。このようにして、複合振動子２５が
構成されている。
致させてＵ字形に形成した二個の電極板１５．１６を間
にして前記電極１１．１２を対向させ、中心部に絶縁筒
１７を挿通する。そして、一方の電歪素子１４の共通電
極１３の面には出力端部１８を細く形成するとともにエ
クスポネンシャル段部を有する金属材１９が接合され、
他方の電歪素子１４の共通電極１３の面には共通電極板
２０が接合され、この共通電極板２０には金属材２１を
接合させて締着具としてのボルト２２によりこれらは一
体的に固定されている。すなわち、前記金属材２１には
前記ボルト２２を押通する孔２３が形成されており、前
記金属材１９には前記ボルト２２が螺合するねじ部２４
が形成されている。このようにして、複合振動子２５が
構成されている。
ついで、前記電極１１．１２と前記共通電極１３とには
、電極板１５．１６と共通電極板２０とを介在させて図
示しない駆動制御回路が接続されている。
、電極板１５．１６と共通電極板２０とを介在させて図
示しない駆動制御回路が接続されている。
このような構成において、電極板１５．１６と共通電極
板２０とに互いに位相を制御できる駆動電源を接続して
その駆動周波数を軸方向共振周波数に調節する。その位
相差を零としたときには、同相並列駆動となってその出
力端部１８は第３図（ｅ）に示すように軸方向共振振動
となって縦型振動子と同様な振動姿態で振動する。
板２０とに互いに位相を制御できる駆動電源を接続して
その駆動周波数を軸方向共振周波数に調節する。その位
相差を零としたときには、同相並列駆動となってその出
力端部１８は第３図（ｅ）に示すように軸方向共振振動
となって縦型振動子と同様な振動姿態で振動する。
そこで、一方の電極板１５に対し、他方の電極板１６に
印加する駆動電圧の位相を進ませると、第３図（ｄ）に
示すように軸方向に長い反時計方向の楕円振動を行い、
その進相度をさらに増して行くと、（Ｃ）、（ｂ）、（
ａ）の如く軸方向に短くなり、その軸方向とは直角方向
に長い楕円形状に変化する。
印加する駆動電圧の位相を進ませると、第３図（ｄ）に
示すように軸方向に長い反時計方向の楕円振動を行い、
その進相度をさらに増して行くと、（Ｃ）、（ｂ）、（
ａ）の如く軸方向に短くなり、その軸方向とは直角方向
に長い楕円形状に変化する。
同様にその位相を遅らせると、楕円振動方向は時計方向
に反転し、また、位相差の増大に伴って第３図（ｆ’）
、（ｇ）、（ｈ）、（ｉ）の如く振動姿態が変化する。
に反転し、また、位相差の増大に伴って第３図（ｆ’）
、（ｇ）、（ｈ）、（ｉ）の如く振動姿態が変化する。
さらに、電極板１５．１６に印加する駆動電圧の位相は
同相としておいて、その相対振幅を変化させると、その
出力端部１８の振動方向は第６図に示すように軸方向に
対して傾斜した直線で振動する。すなわち、印加電圧が
同振幅の場合には、第６図（Ｃ）に示すように通常の縦
型振動子と同様に共振振動するが、電極板１５の駆動電
圧を電極板１６の駆動電圧よりも小さくすると、第６図
（ｂ）のように傾き、さらにその差を大きくすると、（
ａ）のように一層その振動方向は傾斜する。また、その
差を反転すると、同様に（ｄ）、（ｅ）のように逆方向
に傾斜する。これらの傾斜角度は、駆動電圧の相対振幅
によって自由に制御することができる。
同相としておいて、その相対振幅を変化させると、その
出力端部１８の振動方向は第６図に示すように軸方向に
対して傾斜した直線で振動する。すなわち、印加電圧が
同振幅の場合には、第６図（Ｃ）に示すように通常の縦
型振動子と同様に共振振動するが、電極板１５の駆動電
圧を電極板１６の駆動電圧よりも小さくすると、第６図
（ｂ）のように傾き、さらにその差を大きくすると、（
ａ）のように一層その振動方向は傾斜する。また、その
差を反転すると、同様に（ｄ）、（ｅ）のように逆方向
に傾斜する。これらの傾斜角度は、駆動電圧の相対振幅
によって自由に制御することができる。
発明が解決しようとする問題点
このように本出願人が先に提案した特願昭６０−２５２
５２６号に記載した発明は、電極への駆動電圧の位相、
相対振幅を変化させることにより、出力端部の振動を直
線から楕円を経て円運動までの範囲にわたって多様な変
化を行わせることができると云う優れた特徴を具備して
いるものである。
５２６号に記載した発明は、電極への駆動電圧の位相、
相対振幅を変化させることにより、出力端部の振動を直
線から楕円を経て円運動までの範囲にわたって多様な変
化を行わせることができると云う優れた特徴を具備して
いるものである。
そのため、超音波モータに応用したときには、その超音
波振動する出力端部の振動の楕円形状を自由にコントロ
ールすることができるため、その回転方向のみならず、
駆動に当って摩擦を大きく、摩耗を最小にして最大のト
ルクが得られるようにその振動姿態を制御することがで
きるものであるが、軸方向共振周波数とたわみ方向共振
周波数とを完全に一致させることは構造上難しく、シた
がって、軸方向共振時にたわみ方向にも振動させること
は、たわみ方向が共振周波数ではないので、余分な駆動
エネルギーを必要としてしまうと云う問題がある。
波振動する出力端部の振動の楕円形状を自由にコントロ
ールすることができるため、その回転方向のみならず、
駆動に当って摩擦を大きく、摩耗を最小にして最大のト
ルクが得られるようにその振動姿態を制御することがで
きるものであるが、軸方向共振周波数とたわみ方向共振
周波数とを完全に一致させることは構造上難しく、シた
がって、軸方向共振時にたわみ方向にも振動させること
は、たわみ方向が共振周波数ではないので、余分な駆動
エネルギーを必要としてしまうと云う問題がある。
特に、超音波モータを定常回転で駆動するときには軸方
向を短軸とし、たわみ方向を長軸として用いるために、
その駆動損失は軸方向のみの場合に校べてかなり増大し
て超音波モータとしての効率を低下させてしまうもので
ある。
向を短軸とし、たわみ方向を長軸として用いるために、
その駆動損失は軸方向のみの場合に校べてかなり増大し
て超音波モータとしての効率を低下させてしまうもので
ある。
問題点を解決するための手段
厚み方向に分極された電歪素子本体の一面に二分割され
た電極を形成するとともに他面に共通電極を形成した電
歪素子を設け、一枚又は複数枚の前記電歪素子の両面に
金属材を締着具により一体的に締着し、前記電歪素子の
電極に１８０°の位相差を基準としてその相対位相、相
対振幅あるいはその両方を制御した駆動電圧を印加して
たわみ方向共振周波数で駆動させるようにする。
た電極を形成するとともに他面に共通電極を形成した電
歪素子を設け、一枚又は複数枚の前記電歪素子の両面に
金属材を締着具により一体的に締着し、前記電歪素子の
電極に１８０°の位相差を基準としてその相対位相、相
対振幅あるいはその両方を制御した駆動電圧を印加して
たわみ方向共振周波数で駆動させるようにする。
作用
超音波振動子は、たわみ方向共振周波数で駆動されるた
めに、その出力端部の振動はその軸方向が短軸で、たわ
み方向が長軸になり易いので、超音波モータに応用した
場合などの駆動損失が低くて効率のよい駆動を行うこと
ができるものである。
めに、その出力端部の振動はその軸方向が短軸で、たわ
み方向が長軸になり易いので、超音波モータに応用した
場合などの駆動損失が低くて効率のよい駆動を行うこと
ができるものである。
実施例
本発明の一実施例を第１図に基づいて説明する。
前述の第３図乃至第６図について説明した部分と同一部
分は同一符号を用い説明も省略する。すなわち、複合振
動子２５としての構造は、第３図に示すものと全く同様
である。
分は同一符号を用い説明も省略する。すなわち、複合振
動子２５としての構造は、第３図に示すものと全く同様
である。
しかして、複合振動子２５の電極板１５．１６に印加す
る駆動電圧の位相差を１８０’、すなわち反転させて、
たわみ方向共振周波数に調節すると、（ｄ）のように軸
と直角方向に直線状に共振振動を行うが、位相差１８０
°を基準として電極板１５に対して電極板１６の印加電
圧の位相を進ませると（ｃ）の如く軸と直角方向に長軸
をもつ反時計方向の楕円振動を行う。
る駆動電圧の位相差を１８０’、すなわち反転させて、
たわみ方向共振周波数に調節すると、（ｄ）のように軸
と直角方向に直線状に共振振動を行うが、位相差１８０
°を基準として電極板１５に対して電極板１６の印加電
圧の位相を進ませると（ｃ）の如く軸と直角方向に長軸
をもつ反時計方向の楕円振動を行う。
さらに、その進相の度合いを増して行くと、（ｂ）（ａ
）のように軸方向に長く、直角方向に短くその楕円形状
が変化する。
）のように軸方向に長く、直角方向に短くその楕円形状
が変化する。
逆に、位相差１８０°を基準として電極板１５に対して
電極板１６の印加電圧の位相を遅らせると、（ｅ）の如
くその回転方向が反転し、その遅相の度合いが増加する
とともに（ｆ）から（ｇ）の如く軸方向に長く、直角方
向に短く変化して行く。
電極板１６の印加電圧の位相を遅らせると、（ｅ）の如
くその回転方向が反転し、その遅相の度合いが増加する
とともに（ｆ）から（ｇ）の如く軸方向に長く、直角方
向に短く変化して行く。
また、たわみ方向共振周波数に調節した駆動電圧の位相
差を１８０°としておいて、その相対的振幅を制御する
と、（ｈ）〜（１）の如くその直線振動の傾斜角を変え
ることができるものである。
差を１８０°としておいて、その相対的振幅を制御する
と、（ｈ）〜（１）の如くその直線振動の傾斜角を変え
ることができるものである。
また、相対位相と相対振幅との両方を制御することによ
り傾斜した楕円振動を行わせることができるものである
。
り傾斜した楕円振動を行わせることができるものである
。
発明の効果
本発明は、上述のように厚み方向に分極された電歪素子
本体の一面に二分割された電極を形成するとともに他面
に共通電極を形成した電歪素子を設け、一枚又は複数枚
の前記電歪素子の両面に金属材を締着具により一体的に
締着して形成した超音波振動子に対して、前記電歪素子
の電極に１８０°の位相差を基準とした駆動電圧を印加
してたわみ方向共振周波数で駆動させるようにしたので
、出力端部の振動状態を軸方向に短く、その直角方向に
長い楕円や直線振動を効率良く行わせることができ、し
かも、駆動電圧の相対位相の制御により楕円振動を行わ
せ、その駆動電圧の相対振幅の制御により直線振動を行
わせることができ、また。
本体の一面に二分割された電極を形成するとともに他面
に共通電極を形成した電歪素子を設け、一枚又は複数枚
の前記電歪素子の両面に金属材を締着具により一体的に
締着して形成した超音波振動子に対して、前記電歪素子
の電極に１８０°の位相差を基準とした駆動電圧を印加
してたわみ方向共振周波数で駆動させるようにしたので
、出力端部の振動状態を軸方向に短く、その直角方向に
長い楕円や直線振動を効率良く行わせることができ、し
かも、駆動電圧の相対位相の制御により楕円振動を行わ
せ、その駆動電圧の相対振幅の制御により直線振動を行
わせることができ、また。
相対位相と相対振幅との両方を制御することにより傾斜
した楕円振動を行わせることができるものである。
した楕円振動を行わせることができるものである。
第１図は本発明の一実施例を示す縦断側面図、第２図は
従来の一例を示す分解斜視図、第３図は振動姿態を制御
し得るものの一例を示す縦断側面図、第４図は電歪素子
の斜視図、第５図は電極の斜視図、第６図は相対振幅を
変化させた場合の出力端部の振動姿態を示す側面図であ
る。
従来の一例を示す分解斜視図、第３図は振動姿態を制御
し得るものの一例を示す縦断側面図、第４図は電歪素子
の斜視図、第５図は電極の斜視図、第６図は相対振幅を
変化させた場合の出力端部の振動姿態を示す側面図であ
る。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、厚み方向に分極された電歪素子本体の一面に二分割
された電極を形成するとともに他面に共通電極を形成し
た電歪素子を設け、一枚又は複数枚の前記電歪素子の両
面に金属材を締着具により一体的に締着し、前記電歪素
子の電極に１８０°の位相差を基準とした駆動電圧を印
加してたわみ方向共振周波数で駆動させるようにしたこ
とを特徴とする超音波振動子の駆動制御方法。 ２、駆動電圧の相対位相を変化させるようにしたことを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載の超音波振動子の
駆動制御方法。 ３、駆動電圧の相対振幅を変化させるようにしたことを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載の超音波振動子の
駆動制御方法。 ４、駆動電圧の相対位相及び相対振幅を変化させるよう
にしたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の超
音波振動子の駆動制御方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60291731A JPS62152377A (ja) | 1985-12-24 | 1985-12-24 | 超音波振動子の駆動制御方法 |
| US06/921,385 US4728843A (en) | 1985-11-11 | 1986-10-22 | Ultrasonic vibrator and drive control method thereof |
| DE19873710874 DE3710874A1 (de) | 1985-11-11 | 1987-04-01 | Ultraschall-schwingungserzeuger und verfahren zu seiner antriebsregelung |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60291731A JPS62152377A (ja) | 1985-12-24 | 1985-12-24 | 超音波振動子の駆動制御方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62152377A true JPS62152377A (ja) | 1987-07-07 |
Family
ID=17772666
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60291731A Pending JPS62152377A (ja) | 1985-11-11 | 1985-12-24 | 超音波振動子の駆動制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62152377A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63236577A (ja) * | 1987-03-24 | 1988-10-03 | 日本特殊陶業株式会社 | 超音波振動子の波動整合方法 |
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