JPS627379A - 超音波モ−タ装置 - Google Patents
超音波モ−タ装置Info
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- JPS627379A JPS627379A JP60142875A JP14287585A JPS627379A JP S627379 A JPS627379 A JP S627379A JP 60142875 A JP60142875 A JP 60142875A JP 14287585 A JP14287585 A JP 14287585A JP S627379 A JPS627379 A JP S627379A
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- burst signal
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Links
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- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/10—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
- H02N2/14—Drive circuits; Control arrangements or methods
-
- 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
- H02N2/10—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
- H02N2/16—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors using travelling waves, i.e. Rayleigh surface waves
- H02N2/163—Motors with ring stator
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
本発明は圧電体を用いて駆動力を発生する超音波モータ
装置に関する。
装置に関する。
従来の技術
近年圧電セラミック等の圧電体を用いて超音波振動を励
振することにより、回転あるいは直線又は曲線運動をす
る超音波モータが発表され、構造が簡単、小型・軽量な
どの特徴から注目されている。
振することにより、回転あるいは直線又は曲線運動をす
る超音波モータが発表され、構造が簡単、小型・軽量な
どの特徴から注目されている。
以下、図面を参照しながら超音波モータの従来技術につ
いて説明を行う。
いて説明を行う。
第３図は超音波モータの一例であり、円環形の弾性体１
の円環面の一方に圧電体とし１円環形圧電セラミック２
を貼合せて圧電駆動体３を構成している。４は耐磨耗性
材料のスライダで、６は弾性体であり、互いに貼合せら
れτ動体６を構成している８動体６はスライダ４を介し
て駆動体３と接触している。圧電体２に電界を印加する
と駆動体３の周方向に曲げ振動が励起され、これが進行
波となることにより、動体６が回転する。
の円環面の一方に圧電体とし１円環形圧電セラミック２
を貼合せて圧電駆動体３を構成している。４は耐磨耗性
材料のスライダで、６は弾性体であり、互いに貼合せら
れτ動体６を構成している８動体６はスライダ４を介し
て駆動体３と接触している。圧電体２に電界を印加する
と駆動体３の周方向に曲げ振動が励起され、これが進行
波となることにより、動体６が回転する。
第４図は第３図の超音波モータに使用した圧電セラミッ
ク２の電極構造の一例を示している。同図では円周方向
に曲げ振動が９波長のるようにしである。同図において
、Ａ 、 Ｂｉｊそれぞれ２分の１波長相当の小領域か
ら成る電極群で、Ｃ［４分の３波長、Ｄは４分の１波長
の長さの電極である。
ク２の電極構造の一例を示している。同図では円周方向
に曲げ振動が９波長のるようにしである。同図において
、Ａ 、 Ｂｉｊそれぞれ２分の１波長相当の小領域か
ら成る電極群で、Ｃ［４分の３波長、Ｄは４分の１波長
の長さの電極である。
従って、人の電極群とＢの電極群とは位置的に４分の１
波長（＝９０度）の位相ずれがある。電極群ム、Ｂ内の
隣合う小電極部は互いに反対に厚み方向に分極されてい
る。圧電セラミック２の弾性体１との接着面は第４図に
しアサれた面と反対の面であり、電極はベタ電極である
。使用時には電極群ム、Ｂは第４図に斜線で示されたよ
うに、それぞれ短絡して用いられる。
波長（＝９０度）の位相ずれがある。電極群ム、Ｂ内の
隣合う小電極部は互いに反対に厚み方向に分極されてい
る。圧電セラミック２の弾性体１との接着面は第４図に
しアサれた面と反対の面であり、電極はベタ電極である
。使用時には電極群ム、Ｂは第４図に斜線で示されたよ
うに、それぞれ短絡して用いられる。
以上のように構成された超音波モータについて。
その動作を以下に説明する。前記圧電体２の電極群Ａに
Ｖｏ−ｓｉｎ （ωｔ）で表される電圧を印加すると（
ただしｖｏ け電圧の瞬時値、ωは角周波数、ｔは時間
）、駆動体３は円周方向に曲げ振動をする。
Ｖｏ−ｓｉｎ （ωｔ）で表される電圧を印加すると（
ただしｖｏ け電圧の瞬時値、ωは角周波数、ｔは時間
）、駆動体３は円周方向に曲げ振動をする。
第６図は第３図の超音波モータの一部分の斜視図であり
、同図＋ａ）に圧電体２に電圧を印υｎしていない時で
あり、同図は圧電体２に電圧を印加した時の様子を示す
、 第６図は動体６と駆動体３の接触状況を披犬して描いた
ものである。前記圧電体２の電極群ＡにｖｏＩＩ ５ｉ
ｎ（ωｔ ） 、他の電極群ＢにＶＯ１１ｃｏｓ（ωｔ
）の互いに位相がπ／２だけずれた電圧を印加すれば、
駆動体３０円周方向に曲げ振動の進行波を作ることがで
きる。一般に進行波は振をξとすればξ＝ξｏ＠ｃｏｓ
（ωｔ −ｋＸ ） −＝・ｈ）ただし ξ
０ ：波の大きさの瞬時値 ｋ ：波数（＝２π／λ） λ ：波長 Ｘ ：位置 で表せる。（１）式は ξ＝ξＯｅ （ｃｏｓ （ωｔ）−ｃｏｓ （ｋｘ）十
ｓｉｎ （ωｔ）−ｓｉｎ（ｋｘ） ）・・・・・・（
巧 と書き直せ、（２）式は進行波が時間的にπ／２だけ位
相のずれた波ｃｏｓ （ωｔ）とｓｉｎ （ωｔ）、お
よび位置的にπ／２だけ位相のずれたｃｏｓ （ｋｘ
）とｓｉｎ （ｋｘ ）とのそれぞれの積の和で得られ
ることを示している。前述の説明より、圧電体２は互い
に位置的にπ／２（＝λ／４）だけ位相のずれた電極群
Ａ、Ｂを持っているので、駆動体３の共振周波数に等し
い周波数出力を持つ発振器の出力から、それぞれに時間
的に位相のπ／２だけずれた交流電圧を作り、前記電極
群に印加すれば駆動体３に曲げ振動の進行波を作れる。
、同図＋ａ）に圧電体２に電圧を印υｎしていない時で
あり、同図は圧電体２に電圧を印加した時の様子を示す
、 第６図は動体６と駆動体３の接触状況を披犬して描いた
ものである。前記圧電体２の電極群ＡにｖｏＩＩ ５ｉ
ｎ（ωｔ ） 、他の電極群ＢにＶＯ１１ｃｏｓ（ωｔ
）の互いに位相がπ／２だけずれた電圧を印加すれば、
駆動体３０円周方向に曲げ振動の進行波を作ることがで
きる。一般に進行波は振をξとすればξ＝ξｏ＠ｃｏｓ
（ωｔ −ｋＸ ） −＝・ｈ）ただし ξ
０ ：波の大きさの瞬時値 ｋ ：波数（＝２π／λ） λ ：波長 Ｘ ：位置 で表せる。（１）式は ξ＝ξＯｅ （ｃｏｓ （ωｔ）−ｃｏｓ （ｋｘ）十
ｓｉｎ （ωｔ）−ｓｉｎ（ｋｘ） ）・・・・・・（
巧 と書き直せ、（２）式は進行波が時間的にπ／２だけ位
相のずれた波ｃｏｓ （ωｔ）とｓｉｎ （ωｔ）、お
よび位置的にπ／２だけ位相のずれたｃｏｓ （ｋｘ
）とｓｉｎ （ｋｘ ）とのそれぞれの積の和で得られ
ることを示している。前述の説明より、圧電体２は互い
に位置的にπ／２（＝λ／４）だけ位相のずれた電極群
Ａ、Ｂを持っているので、駆動体３の共振周波数に等し
い周波数出力を持つ発振器の出力から、それぞれに時間
的に位相のπ／２だけずれた交流電圧を作り、前記電極
群に印加すれば駆動体３に曲げ振動の進行波を作れる。
第６図は駆動体のム点が進行波によって、長軸２Ｗ％短
軸２ｕの楕円運動をしτいる様子を示し駆動体３上に置
かれた動体６が楕円の頂点で接触することにより、波の
進行方向とは逆方向にＶ＝ωＵの速度で運動する様子を
示している。即ち動体６は任意の静圧で駆動体３に押し
付けられて。
軸２ｕの楕円運動をしτいる様子を示し駆動体３上に置
かれた動体６が楕円の頂点で接触することにより、波の
進行方向とは逆方向にＶ＝ωＵの速度で運動する様子を
示している。即ち動体６は任意の静圧で駆動体３に押し
付けられて。
駆動体３の表面に接触し、動体６と駆動体３との摩擦力
で波の進行方向と逆方向に速度Ｖで駆動される。両者の
間にすべりがある時は、速度が上記のＶよシも小ざくな
る。また、上記に示した超音波モータの速度マは。
で波の進行方向と逆方向に速度Ｖで駆動される。両者の
間にすべりがある時は、速度が上記のＶよシも小ざくな
る。また、上記に示した超音波モータの速度マは。
Ｖ＝ωｔｏｃωξ０ ・・
・・・・（３）で表せ、駆動体３の曲げ振動の振幅瞬時
値ξ０に比例する。
・・・・（３）で表せ、駆動体３の曲げ振動の振幅瞬時
値ξ０に比例する。
発明が解決しようとする問題点
超音波モータの速度ｖカミる値以上の時ハ（３）式に従
うが、速度Ｖを小さくしようとすれば振幅値ξ０が小さ
くなり、振幅値が動体６および駆動体３の接触面の表面
の凹凸よりも小さくなれば、双方の接触は不安定になシ
超音波モータの速度Ｖも不安定になり、やがて止まって
しまう。第７図はこの様子を示している。そのため駆動
体３をバースト信号で駆動しτ結果的に低速度を得るこ
とが考えられるが、しかし超音波モータは応答性が良い
ためパルスモータのようにステップ動作してしまい％超
音波モータをパワーズームやオートフォーカスのために
カメラレンズ駆動などに用いたときには、その回転が滑
４らかでないので使いにくいという欠点がある。
うが、速度Ｖを小さくしようとすれば振幅値ξ０が小さ
くなり、振幅値が動体６および駆動体３の接触面の表面
の凹凸よりも小さくなれば、双方の接触は不安定になシ
超音波モータの速度Ｖも不安定になり、やがて止まって
しまう。第７図はこの様子を示している。そのため駆動
体３をバースト信号で駆動しτ結果的に低速度を得るこ
とが考えられるが、しかし超音波モータは応答性が良い
ためパルスモータのようにステップ動作してしまい％超
音波モータをパワーズームやオートフォーカスのために
カメラレンズ駆動などに用いたときには、その回転が滑
４らかでないので使いにくいという欠点がある。
本発明にかかる点に鑑みてなされたもので、滑らかなし
かも安定な低速回転が可能な超音波モー夕装置を提供す
ることを目的としている。
かも安定な低速回転が可能な超音波モー夕装置を提供す
ることを目的としている。
問題点を解決するための手段
圧電体を含む駆動体の駆動交流信号を作る発振器の出力
を一方ではそのまま、他方では９０°位相器に入力する
ことにより９０°移相して、バースト変換器に入力し、
その包絡線波形の立上りおよび立下り時間の少くとも一
方が５ミリ秒以上であるとともにその幅と間隔をタイミ
ング回路で決められるバースト信号にして、電力増幅器
にて駆動レベルにまで増幅した後圧電体に印加する。
を一方ではそのまま、他方では９０°位相器に入力する
ことにより９０°移相して、バースト変換器に入力し、
その包絡線波形の立上りおよび立下り時間の少くとも一
方が５ミリ秒以上であるとともにその幅と間隔をタイミ
ング回路で決められるバースト信号にして、電力増幅器
にて駆動レベルにまで増幅した後圧電体に印加する。
作用
駆動用バースト信号の包絡線波形における６ｉり秒以上
の立上りもしくけ立下り部分による動体の速度は滑らか
になるので、滑らかな、しかも安定した低速回転ができ
る。
の立上りもしくけ立下り部分による動体の速度は滑らか
になるので、滑らかな、しかも安定した低速回転ができ
る。
実施例
以下図に従って本発明の一実施例について説明をする。
第１図は本発明の一実施例の超音波モータ装置のブロッ
ク図である。同図において、７は第３図及び第４図に示
したような圧電駆動体３を駆動する交流信号を発生する
発振器であり、発振器７の出力の一方は９００移相器８
で９０°移相サネ、た後、他方は直接にバースト変換器
９，１゜にそれぞれ入力されて、上記交流信号はノ（−
スト信号に変換される５、バースト信号の幅と間隔はタ
イミング回路１１によつτ、希望の動体６の速度が得ら
れるように決められる。バースト変換器９゜１０のバー
スト信号出力は、それぞれ電力増幅器１２．１３に入力
され、超音波モータが安定に動作するに充分なレベルに
まで増幅されて、駆動体３を構成する圧電セラミック２
の電極群人、Ｂにそれぞれ印加される。前述したように
駆動体３には曲げ振動の進行波が励起されて、駆動体３
上の動体６は回転する。
ク図である。同図において、７は第３図及び第４図に示
したような圧電駆動体３を駆動する交流信号を発生する
発振器であり、発振器７の出力の一方は９００移相器８
で９０°移相サネ、た後、他方は直接にバースト変換器
９，１゜にそれぞれ入力されて、上記交流信号はノ（−
スト信号に変換される５、バースト信号の幅と間隔はタ
イミング回路１１によつτ、希望の動体６の速度が得ら
れるように決められる。バースト変換器９゜１０のバー
スト信号出力は、それぞれ電力増幅器１２．１３に入力
され、超音波モータが安定に動作するに充分なレベルに
まで増幅されて、駆動体３を構成する圧電セラミック２
の電極群人、Ｂにそれぞれ印加される。前述したように
駆動体３には曲げ振動の進行波が励起されて、駆動体３
上の動体６は回転する。
第２図は通常の矩形波形のバースト信号および立上り時
間と立下り時間の双方とも滑らかにしたバースト信号で
超音波モータを駆動した時の、動体６の回転速度のタイ
ピング図を示したものである。同図においτ、ａは駆動
波形を示しており。
間と立下り時間の双方とも滑らかにしたバースト信号で
超音波モータを駆動した時の、動体６の回転速度のタイ
ピング図を示したものである。同図においτ、ａは駆動
波形を示しており。
＆−１は矩形のバースト波形、ＩＬ−２［立上りおよび
立下り時間を１０ｍ５ｅｃ 程度にしたバースト波形で
ある。ｂ（４動体６の回転速度を示しており、ｂ−１は
矩形のバースト波形１Ｌ−１で駆動した時の動体６の回
転速度で、ｂ−２はバースト波形＆−２で駆動した時の
動体６の回転速度である。
立下り時間を１０ｍ５ｅｃ 程度にしたバースト波形で
ある。ｂ（４動体６の回転速度を示しており、ｂ−１は
矩形のバースト波形１Ｌ−１で駆動した時の動体６の回
転速度で、ｂ−２はバースト波形＆−２で駆動した時の
動体６の回転速度である。
ｂ−１は駆動体３の機械的Ｑで決まる立上り、立下り時
間をもった回転を示しτおシ、ｂ−２はざらに滑らかな
立上り、立下り時間にもった回転を示している。同図す
の縦軸は回転速度を示している。
間をもった回転を示しτおシ、ｂ−２はざらに滑らかな
立上り、立下り時間にもった回転を示している。同図す
の縦軸は回転速度を示している。
第１図に示した実施例において、超音波モータの速度は
第２図すのｂ−２の波形の平均値に等しい。故に第７図
に示した超音波モーメの速度特性の安定した回転速度が
得られる振幅値ξ１ （回転速度Ｒ４に対応）以上の振
幅が得られるように。
第２図すのｂ−２の波形の平均値に等しい。故に第７図
に示した超音波モーメの速度特性の安定した回転速度が
得られる振幅値ξ１ （回転速度Ｒ４に対応）以上の振
幅が得られるように。
バースト信号のレベルを電力増幅器１２．１３で設定す
れば、安定で滑らかな低速回転が得られる。
れば、安定で滑らかな低速回転が得られる。
また、第１図のタイミング回路でバースト信号の幅と間
隔を選ぶことにより所望の速度に設定することができる
。
隔を選ぶことにより所望の速度に設定することができる
。
駆動体３の機械的Ｑで決まるバースト信号印加時の立上
りおよび立下り時間は２〜３ミリ秒であるので、バース
ト信号の包絡線の立上りおよび立下り時間の一方または
両方を５ミリ秒以上にすれば、超音波モータの動作は滑
らかになる。上の実施例では立上りおよび立下りとも６
ｉり秒以上にしているが、いずれか一方の場合も効果が
あることは言う１でもない。
りおよび立下り時間は２〜３ミリ秒であるので、バース
ト信号の包絡線の立上りおよび立下り時間の一方または
両方を５ミリ秒以上にすれば、超音波モータの動作は滑
らかになる。上の実施例では立上りおよび立下りとも６
ｉり秒以上にしているが、いずれか一方の場合も効果が
あることは言う１でもない。
発明の効果
本発明によれば、簡単な構成で滑らかで安定な低速回転
ができる超音波モータ装置を提供することができる。
ができる超音波モータ装置を提供することができる。
第１図は本発明の一実施例の超音波モータ装置のブロッ
ク図、第２図はバースト駆動波形と駆動波形印加時の超
音波モータの速度のタイミングを示す波形図、第３図は
超音波モータの断面図、第４図は第１図に用いられてい
る圧電体の形状と電極構造を示す平面図、第５図は超音
波モータの駆動体部の振動状態を示すモデル図、第６図
は超音波モータの原理の説明図、第７図は超１音波モー
タの速度の振幅に対する特性図である。 ７・・・・・・発振器、８・・・・・・９０度移相器、
９．１０・・・・・・バースト変換器、１１・・・・・
・タイばング回路。 １２．１３・・・・・・電力増幅器。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名第１
図 第２図 ＣＬ） 回転速度〔ｒ門〕 囚 ンＯ
ク図、第２図はバースト駆動波形と駆動波形印加時の超
音波モータの速度のタイミングを示す波形図、第３図は
超音波モータの断面図、第４図は第１図に用いられてい
る圧電体の形状と電極構造を示す平面図、第５図は超音
波モータの駆動体部の振動状態を示すモデル図、第６図
は超音波モータの原理の説明図、第７図は超１音波モー
タの速度の振幅に対する特性図である。 ７・・・・・・発振器、８・・・・・・９０度移相器、
９．１０・・・・・・バースト変換器、１１・・・・・
・タイばング回路。 １２．１３・・・・・・電力増幅器。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名第１
図 第２図 ＣＬ） 回転速度〔ｒ門〕 囚 ンＯ
Claims (1)
- 弾性体と圧電体とを貼合せて圧電駆動体を構成し、上
記圧電駆動体に電圧を印加することにより、上記駆動体
に曲げ振動を励起して進行波を作り、上記弾性体の貼合
せ面に相対する面上の質点を楕円運動させることにより
、前記弾性体上に置かれた物体を移動させる超音波モー
タにおいて、前記駆動体に印加する交流を発生する発振
回路と、その発振出力を９０度移相する９０度移相器と
、前記の発振回路の出力を、包絡線の立上り時間および
立下り時間の少くとも一方が５ミリ秒以上であるバース
ト波形に変調するバースト変換器発生器と、上記バース
ト信号のタイミング制御により上記動体の速度を制御す
るタイミング回路とから成ることを特徴とする超音波モ
ータ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60142875A JPS627379A (ja) | 1985-06-28 | 1985-06-28 | 超音波モ−タ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60142875A JPS627379A (ja) | 1985-06-28 | 1985-06-28 | 超音波モ−タ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS627379A true JPS627379A (ja) | 1987-01-14 |
Family
ID=15325624
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60142875A Pending JPS627379A (ja) | 1985-06-28 | 1985-06-28 | 超音波モ−タ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS627379A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5320796A (en) * | 1992-04-30 | 1994-06-14 | Dow Corning Toray Silicone Co., Ltd. | Method for the preparation of powder mixtures |
| US5746187A (en) * | 1995-08-11 | 1998-05-05 | Mazda Motor Corporation | Automotive engine control system |
| EP3236578A1 (en) * | 2016-04-22 | 2017-10-25 | Topcon Corporation | Control of ultrasonic motor in surveying instrument |
-
1985
- 1985-06-28 JP JP60142875A patent/JPS627379A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5320796A (en) * | 1992-04-30 | 1994-06-14 | Dow Corning Toray Silicone Co., Ltd. | Method for the preparation of powder mixtures |
| US5746187A (en) * | 1995-08-11 | 1998-05-05 | Mazda Motor Corporation | Automotive engine control system |
| EP3236578A1 (en) * | 2016-04-22 | 2017-10-25 | Topcon Corporation | Control of ultrasonic motor in surveying instrument |
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