JPS63299788A - 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
動を励振し、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４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１２に円環形圧電体１３を貼合せて振動体１４を
構成している。１６は耐磨耗性材料の摩擦材、１６は弾
性体であり、互いに貼合せられて移動体１了を構成して
いる。移動体１了は摩擦材１６を介して振動体１４と接
触している。

圧電体１３に電界を印加すると振動体１４の周方向に曲
げ振動の進行波が励起され、移動体１７を駆動する。尚
、同図中の振動体１４には、機械出力取り出し用の突起
体１８が設置されている。

第６図は第４図の超音波モータに使用した圧電体１３の
電極構造の一例を示七でいる。同図では円周方向に９個
の弾性波がのるよう構成されている。同図において、ム
およびＢはそれぞれ２分の１波長相当の小領域から成る
電極群で、Ｃは４頒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は電極群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Ａ
とＢ内の隣り合う小電極部は圧電体１３を分極する際に
用いる電極で、圧電体１３はこの小領域電極部に対応し
て交互に反対に厚み方向に分極されている。圧電体１３
の弾性体１２との接着面は、第５図に示された面と反対
の面であり、その面の電極は全面平面電極である。使用
時には、電極群人およびＢは第５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の圧電体２の電極
ムおよびＢに Ｖ　　＝　Ｖ　Ｘ５ｉｎ（ωｔ）　　　　　　　−−−
−−−（１）Ｖ２＝　ＶｏＸｃｏｓ（ωｔ）　　　　　
　　　−・・−１２まただし、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３には ξ＝ξ　Ｘ（ｃｏｓ（ωｔ）Ｘｃｏｓ（ｋｘ）＋５ｉｎ
（ωｔ）ＸＳｉｎ（ｋＸ）） ＝ξ　Ｘｃｏｓ（ωｔ−ｋｘ）　　　　　　−（３ただ
し　ξ　：曲げ振動の振幅値 ξ。：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６図は振動体１４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１４上
に加圧して設置された移動体１７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。

同図の矢印Ｂは、移動体１７の進行方向を示し、矢印人
は、この進行波の進行方向を示す。

また、この曲げ振動の瞬時値ξ０　は、印加電流に比例
し、振動体の形状が決まれば上記楕円軌跡の長軸２Ｗ、
短軸２ｕの比率が決まる。したがって、超音波モータの
回転速度は、印加電流により、前記楕円軌跡の短軸２ｕ
の大きさを変えて制御できる。しかし、この制御方法で
は、超音波モータを超低速で駆動させるとき、曲げ振動
の振幅が移動体或は振動体の表面あらさと同程度か、も
しくは、それより小さくなり、曲げ振動の頂上部だけで
はなく底部までも、移動体に接触するようになる。曲げ
振動の底部の質点け、頂上部の質点と逆方向の速度成分
を持っているので、頂上部の質点と底部の質点の速度成
分とが打ち消しあって駆動効率が低下することになり、
また、安定性も得られなくなるという問題が出てくる。

また、超音波モータの回転速度が超低速ではなくとも、
トランジスタ回路を使用し駆動印加電圧の振幅の大きさ
により電流を制御しようとすると回路効率が悪く、回路
が複雑なものになってしまうという問題がある。

発明が解決しようとする問題点 以上、説明したように従来の超音波モータは、駆動回路
の回路効率やその複雑さ、超低速のときの駆動効率や安
定性に問題点があった。

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、超低速域から高速域までの広い速度範囲で安定
で駆動効率の高い超音波モータ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 振動体の駆動電圧として、任意の設定速度以下の時はバ
ースト波を用い、設定速度以上の時はパルス波を用いる
。

作用 振動体の駆動交流電圧として、任意の設定速度以下の時
はバースト波を用い、間けつ駆動することにより曲げ振
動の振幅を小さくすることなしに、安定な超低速を実現
し、設定速度以上の時ならばパルス波を用いることによ
り、超低速域から高速域までの広い速度範囲で安定で駆
動効率の高い回転を実現する。

実施例 以下、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
置のブロック図である。まず、パルス波による駆動に関
する部分について説明する。

発振部１は圧電体の共振周波数近傍の周波数（周期ｔ。

）の信号を出力する。この信号は、次のパルス幅制御部
２に入力される。パルス幅制御部２では、第２図に示す
ような、発振部１で出力された信号の周波数でかつ、速
度指令に基づいて決定されたパルス幅ｔ１のパル□ス波
を出力する。

この出力信号は、スイッチ１１を通り、二分割され、一
方は９ｏ度移相器３を通して電力増幅器４に、他方はそ
のまま電力増幅器６にそれぞれ入力されて、振動体を駆
動するのに必要な値にまで増幅される。電力増幅器４．
６の出力は圧電体にそれぞれ印加されて、振動体を駆動
する。

次に、バースト駆動に関する部分を説明する。

発振部１により作られた圧電体の共振周波数近傍の周波
数（周期ｔｏ　）の信号は、変調部７に入力される。変
調部子では、速度指令に基づいてパルス発生部８で作成
された第３図１に示される周期ｔ２、パルス幅ｔ３のパ
ルス波と発振部１により作成された圧電体の共振周波数
近傍の周波数の信号により、第３図すに示されるバース
ト幅ｔ３、バースト間隔ｔ２のバースト波を出力する。

この出力信号は、パルス波と同様にスイッチ１１を通り
、二分割され、一方は９０度移相器３を通して電力増幅
器４に、他方はそのまま電力増幅器５にそれぞれ入力さ
れ、振動体を駆動するのに必要な値にまで増幅され、圧
電体にそれぞれ印加されて、振動体を駆動する。超音波
モータの回転速度は、速度検出部９により検出され、速
度比較部１ｏで基堕切シ替え速度と比較される。この出
力はスイッチ１１へ送られていて、超音波モータの回転
速度が基準切り替え速度より大きければ、駆動電圧とし
てパルス波が自動的に選択され、超音波モータの回転速
度が基準切り替え速度よシ小さければ、駆動電圧として
バースト波が自動的に選択される。

このように、本実施例の駆動装置によれば、圧電体の駆
動電圧としてパルス波とバースト波を基準切り替え速度
に基づいて切り替えることが可能である。この結果、超
低速域から高速域までの広い速度範囲で安定で駆動効率
の高い回転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、本発明では超低速域から高速域まで
の広い速度範囲で安定で駆動効率の高い回転をする超音
波モータが提供できる。

【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図は第１図のパルス幅制御部２の
出力波形図、第３図ａは第１図のパルス発生部８の出力
波形図、第３図すは第１図の変調部７の出力波形図、第
４図は円環形超音波モータの切り欠き斜視図、第６図は
第４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６図は超音波モータの動作原理の説明
図である。 １・・・・・・発振部、２・・・・・・パルス幅制御部
、３・・川・９ｏ度移相部、４，６・・・・・・電力増
幅部、６・・・・・・圧電体、７・・・・・・変調部、
８・・・・・・パルス発生部、９・・・・・・速度検出
部、１ｏ・・・・・・速度比較部、１１・・・・・・ス
イッチ。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第２
図 第３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
   せる超音波モータにおいて、任意の移動速度を設定し、
   前記設定速度以下の時は、前記駆動電圧としてバースト
   信号を用い、そのバースト幅あるいはバースト間隔によ
   り前記移動体の移動速度を制御し、前記設定速度以上な
   らば、前記駆動電圧としてパルス電圧を用い、前記パル
   ス電圧のパルス幅により前記移動体の移動速度を制御す
   ることを特徴とする超音波モータ駆動装置。