JPS63249477A - 超音波モ−タ駆動装置 - Google Patents

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。

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
の駆動装置に関する。

従来の技術 近年圧電セラミック等の圧電体を用いた振動体に弾性振
動を励撮し、これを駆動力とした超音波モータが注目さ
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。

第６図は円環形超音波モータの斜視図であり、円環形の
弾性体７に円環膨圧電体８を貼合せて振動体９を構成し
ている。１０は耐磨耗性材料の摩擦材、１１は弾性体で
あり、互いに貼合せられて移動体１２を構成している。

移動体１２は摩擦材１０を介して振動体９と接触してい
る。圧電体８に電界を印加すると振動体９の周方向に曲
げ振動の進行波が励起され、移動体１２を駆動する。尚
、同図中の振動体９には、機械出力取り出し用の突起体
１３が設置されている。

第６図は第６図の超音波モータに使用した圧電体２の電
極構造の一例を示している。同図では円周方向に９波の
弾性波がのるようにしである。同図において、Ａお°よ
びＢはそれぞれ２分の１波長相当の小領域Ｅから成る電
極群（図面中・・ツチング部分）で、Ｃは４分の３波長
、Ｄは４分の１波長相当の電極である。電極ＣおよびＤ
は重臣群ＡとＢに位置的に４分の１波長（＝９０度）の
位相差を作っている。電極群ＡとＢ内の小領域Ｅの電極
は圧電体８を分極する際に用いる電極で、圧電体８は電
極群ＡとＢ内の小領域電極部Ｅに対応して、交互に、反
対に厚み方向に分極されている。

使用時には、電極群人およびＢは第７図にハツチングに
より示されたように、それぞれ短絡して用いられる。圧
電体８の弾性体７との接着面は、第６図に示された面と
反対の面であり、その面の電極はベタ電極である。

以上のように構成された超音波モータの圧電体８の電極
ムおよびＢに Ｖ１＝　ＶＯｘ　５ｉｎ（ωｔ）　　　　　　　−−−
−川−（１）Ｖ２＝　ＶＯｘ　ｃｏｓ（ωｔ）　　　　
　　　＝−・−・・−・（２）ただし、ｖｏ：電圧の瞬
時値 ω：角周波数 ｔ：時間 で表される電圧ｖ１およびｖ２をそれぞれ印加すれば、
振動体９には ξ＝ξｏｘ　（ｃｏｓ（ωｔ）ｘｃｏｓ（ｋｘ）＋５ｉ
ｎ（ωｔ）　ｘｓｉｎ（ｋｘ））＝ξＯＸ　ｃｏｓ　（
ωｔ　−ｋｘ　）　　　　　・−−−−−−−・（３）
ただし、ξ：曲げ振動の振幅値 ξ０：曲げ振動の瞬時値 に：波数（２π／λ） λ：波長 Ｘ：位置 で表せる、円周方向に進行する曲げ振動が励起される。

第７図は振動体９の表面のＡ点が進行波の励起によって
、長軸２Ｗ、短軸２ｕの楕円運動をし、振動体９上に加
圧して設置された移動体１２が、楕円の頂点近傍で接触
することにより、摩擦力により波の進行方向とは逆方向
にＶ−ω×ｕの速度で運動する様子を示している。矢印
Ｂば、移動体の進行方向を示し、矢印Ｃは進行波の進行
方向を示す。

ここで、超音波モータの振動体は共振特性を示し、でき
るだけ低電圧で効率良く駆動するためには、振動体の共
振周波数近傍で駆動しなければならない。しかし、上記
共振周波数は温度や負荷の影響により変化するので、駆
動周波数はその変化に伴って変化させなければならない
。そのためには、駆動周波数の自動追尾機能が必要にな
る。しかし、このような機能を実現する回路は複雑にな
るという問題がある。また、回転速度が超低速の場合に
は、超音波モータの駆動はバースト駆動になるので、バ
ースト内での自動追尾機能の実現は高速性を要求され、
またより複雑になるという問題点がある。

発明が解決しようとする問題点 以上、説明した様に従来の超音波モータは、駆動周波数
の自動追尾機能が必要になり、このような機能を実現す
る回路は複雑になるという問題がある。特に、超低速の
場合には超音波モータの駆動はバースト駆動になるので
、バースト内での自動追尾機能の実現は高速性を要求さ
れ、またより複雑になるという問題点があった。

本発明はかかる点に鑑みてなされたもので、簡単な駆動
回路で、温度や負荷が変化しても、超音波モータを常に
安定に動作させることができる駆動回路を提供すること
を目的としている。

問題点を解決するための手段 本発明は、周期的に駆動周波数が高いほうから低いほう
へ掃引する駆動電圧を用いて、圧電体を駆動する手段を
備えた超音波モータ駆動装置であるっ 作用 圧電体の駆動交流電圧として、掃引周波数内に共振周波
数を含むように設定した周波数範囲を、周期的に駆動周
波数が高いほうから低いほうへ掃引する駆動電圧を用い
ることにより、等価的に安定にバースト駆動をすること
により、安定な低速回転を実現する。

実施例 以下、図面に従って本発明の実施例について詳細な説明
を行う。

第１図は本発明における一実施例の超音波モータ駆動装
置を示すブロック図である。同図において、鋸歯状波発
生回路１の出力は電圧制御発振回路２の制御端子に入力
され、′混圧制御発掘回路２は高いほうから低いほうへ
制御７ｆＥ圧に従って出力周波数を掃引する。電圧制御
発振回路２の出力は２分割され、一方は移相回路３によ
り９０度移相されて電力増幅回路４に入力され、他方は
そのまま電力増幅回路５に入力されて、超音波モータを
駆動するに十分なレベルにまで増幅される。ｅは超音波
モータの振動体を示す。

第２図は、超音波モータの振動体の周波数特性である。

同図中の、矢印は駆動周波数の掃引の方向を示す。周波
数を低いほうから高いほうへ掃引したときは、図に実線
で示すように領域ａでは、振動体の非線形現象により、
超音波モータの移動体の速度は、周波数にたいして、一
対電に対応せずに、非常に不安定になり、駆動周波数を
高いほうから低いほうへ掃引したとき（ｂ領域）に比べ
て、低速度しか得られず、また効率も低くなる。

したがって、本発明では、駆動周波数を低いほうから高
いほうへ掃引した時よりも安定であり、高効率の得られ
る駆動周波数を高いほうから低いほうへ掃引する方式を
用いる。

第３図は超音波モータの駆動周波数を低いほうから高い
ほうへ掃引したときの、駆動周波数と移動体の回転速度
のタイム・チャートであり、駆動周波数が振動体の共振
周波数近傍の時のみ、移動体は回転するが非常に不安定
な動作をする。

第４図は超音波モータの駆動周波数を高いほうから低い
ほうへ掃引したとき（第２図す領域で）の、駆動周波数
と移動体の回転速度のタイム・チャートであシ、駆動周
波数が振動体の共振周波数近傍の時のみ、移動体は駆動
電圧により決まる安定な動作をする。従って、移動体は
同図のＶにより示される安定な平均速度で回転する。

本実施例の駆動回路によれば、温度や負荷が変動し、そ
の結果、振動体の共振周波数が変化しても、駆動周波数
の掃引の範囲を、その中に必ず共振周波数が存在するよ
うに選べば、常に安定な低速動作をする超音波モータが
提供できる。

発明の効果 以上述べたように、本発明では簡単な回路により、温度
や負荷が変動しても、常に安定な低速動作をする超音波
モータを提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明における一実施例の超音波モータ駆動装
置のブロック図、第２図は超音波モータの回転速度の周
波数特性図、第３図は周波数を低いほうから高いほうへ
掃引させたときの駆動周波数と回転速度のタイミング・
チャート、第４図は周波数を高いほうから低いほうへ掃
引させた時の駆動周波数と回転速度のタイミング・チャ
ート、第５図は円環形超音波モータの切り欠き斜視図、
第６図は第５図の超音波モータに用いた圧電体の形状と
電極構造を示す平面図、第７図は超音波モータの動作原
理の説明図である。 １・・・・・・鋸歯状波発生回路、２・・・・・電圧制
御発振回路、３・・・・・移相回路、４，５・・・・・
・電力増幅回路、８・・・・振動体。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名　、
第１図 第２図 第３図 窮　４　図 胞 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 圧電体を交流電圧で駆動して、前記圧電体と弾性体とか
   ら構成される振動体に弾性進行波を励振することにより
   、前記振動体上に接触して設置された移動体を移動させ
   る超音波モータの駆動装置において、前記駆動交流電圧
   として周期的に駆動周波数が高いほうから低いほうへ掃
   引する駆動電圧を用いて、前記圧電体を駆動する手段を
   備えたことを特徴とする超音波モータ駆動装置。