JPH03253274A - Ultrasonic motor - Google Patents
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- JPH03253274A JPH03253274A JP2050607A JP5060790A JPH03253274A JP H03253274 A JPH03253274 A JP H03253274A JP 2050607 A JP2050607 A JP 2050607A JP 5060790 A JP5060790 A JP 5060790A JP H03253274 A JPH03253274 A JP H03253274A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野]
本発明は、超音波振動エネルギを駆動源とする超音波モ
ータに関し、さらに詳しくはその振動状態を検出し、制
御できるようにした超音波モータに関するものである。[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to an ultrasonic motor using ultrasonic vibration energy as a driving source, and more specifically to an ultrasonic motor whose vibration state can be detected and controlled. It is related to.
[従来技術]
近年、超音波振動子の高周波機械振動エネルギを利用し
、摩擦力を駆動源とする超音波モータが種々開発され、
応用研究か進められている。これは、超音波振動子に可
動子を圧着し、その圧着力に起因する摩擦力により推力
を発生して相対運動を行なうものである。その従来例と
して、定在波型超音波モータを第8図に示す。[Prior Art] In recent years, various ultrasonic motors have been developed that utilize the high-frequency mechanical vibration energy of ultrasonic vibrators and use frictional force as a driving source.
Applied research is underway. In this method, a movable element is pressed against an ultrasonic vibrator, and thrust is generated by frictional force caused by the pressing force to perform relative motion. As a conventional example, a standing wave type ultrasonic motor is shown in FIG.
リニア超音波モータ1は、ヨーク2に超音波振動子3が
固定されており、該超音波振動子3の一端に駆動部4が
形成されている。該駆動部4には、可動子5がゴムロー
ラ6により圧着されており、該可動子5は前記ヨーク2
に固定されたリニアベアリング7a及び7bによって支
持されている。In the linear ultrasonic motor 1, an ultrasonic vibrator 3 is fixed to a yoke 2, and a drive section 4 is formed at one end of the ultrasonic vibrator 3. A movable element 5 is pressed onto the drive section 4 by a rubber roller 6, and the movable element 5 is attached to the yoke 2.
It is supported by linear bearings 7a and 7b fixed to.
上述のように構成されたリニア超音波モータ1に於て、
超音波振動子3を励振すると、前記可動子5は該超音波
振動子3の略楕円運動振動による駆動力を受け、図中矢
印Aの方向に動く。この駆動力は、前記駆動部4と前記
可動子5との摩擦力によって発生するものである。In the linear ultrasonic motor 1 configured as described above,
When the ultrasonic transducer 3 is excited, the movable element 5 receives a driving force due to the substantially elliptical vibration of the ultrasonic transducer 3, and moves in the direction of arrow A in the figure. This driving force is generated by the frictional force between the drive section 4 and the movable element 5.
このような超音波モータに於いては、その超音波振動子
の振動振幅は、一般的にはサブミクロンから数十ミクロ
ンの範囲にあり、又駆動周波数は数kHzから数十kH
zの範囲を用いている。In such an ultrasonic motor, the vibration amplitude of the ultrasonic vibrator generally ranges from submicrons to several tens of microns, and the driving frequency ranges from several kHz to several tens of kHz.
The range of z is used.
[発明が解決しようとする課題]
しかしながら、上述の超音波モータにおいては、微小振
幅でかつ数kHzから数十kHzの高周波数で駆動され
ているために、駆動時の摺動部位の挙動を知ることは非
常に困難であった。そのために、超音波モータが最適な
摩擦状態で駆動されているかを判断する事が難しかった
。[Problem to be solved by the invention] However, since the above-mentioned ultrasonic motor is driven with minute amplitude and at a high frequency of several kHz to several tens of kHz, it is difficult to know the behavior of the sliding parts during driving. That was extremely difficult. For this reason, it has been difficult to determine whether the ultrasonic motor is being driven in an optimal friction state.
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたも
のであり、超音波モータに於いて摺動部位に振動状態検
知手段を設けることにより、駆動時の摺動部位の挙動を
知ることができる超音波モータを得ることがその目的で
ある。また、超音波モータを最適な摩擦状態で駆動する
ことができ、その結果、高効率動作や低摩耗化が可能な
超音波モータを得ることがその目的である。The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and by providing a vibration state detection means in the sliding parts of an ultrasonic motor, it is possible to know the behavior of the sliding parts during driving. The purpose is to obtain an ultrasonic motor that can Another object of the present invention is to obtain an ultrasonic motor that can be driven in an optimal frictional state and, as a result, can operate with high efficiency and reduce wear.
[課題を解決するための手段]
この目的を達成するために本発明の超音波モータは、超
音波振動を行う第1弾性体と、該第1弾性体に圧着した
第2弾性体とを具備し、前記第1弾性体の超音波振動に
よって第1弾性体と第2弾性体との間に相対運動が生じ
る超音波モータに於いて、前記第1弾性体及び第2弾性
体の摺動部位が導電性材料で形成された第1及び第2導
電性摺動部材と、前記第1及び第2導電性摺動部材の電
気的接触状態を検知するための接触検知手段とを備えて
いる。[Means for Solving the Problems] In order to achieve this object, the ultrasonic motor of the present invention includes a first elastic body that performs ultrasonic vibration, and a second elastic body that is crimped to the first elastic body. In the ultrasonic motor in which relative movement occurs between the first elastic body and the second elastic body due to ultrasonic vibration of the first elastic body, a sliding portion of the first elastic body and the second elastic body is provided. includes first and second conductive sliding members made of a conductive material, and contact detection means for detecting an electrical contact state of the first and second conductive sliding members.
或は、上述のような超音波モータに於いて、前記第1弾
性体及び第2弾性体の摺動部位の少なくとも一方が圧電
素子で形成され、該圧電素子の出力信号を検知するため
の検知手段を備えている。Alternatively, in the ultrasonic motor as described above, at least one of the sliding parts of the first elastic body and the second elastic body is formed of a piezoelectric element, and a detection device for detecting an output signal of the piezoelectric element is provided. have the means.
更に、前記接触検知手段からの信号に応じて振動軌跡を
変化させても更によい。Furthermore, it is even better to change the vibration locus according to a signal from the contact detection means.
[作用〕
上記の構成を有する超音波モータに於いては、高周波振
動を行なう第1弾性体の摺動部位に第1導電性摺動部材
が着設され、かつ該第1弾性体に圧着された第2弾性体
の摺動部位に第2導電性摺動部材が着設されている。そ
のため、前記第1弾性体の超音波振動に伴って、前記第
1及び第2導電性摺動部材が接触・非接触を繰り返す。[Operation] In the ultrasonic motor having the above configuration, the first conductive sliding member is attached to the sliding portion of the first elastic body that performs high-frequency vibration, and is crimped to the first elastic body. A second conductive sliding member is attached to a sliding portion of the second elastic body. Therefore, the first and second conductive sliding members repeat contact and non-contact with the ultrasonic vibration of the first elastic body.
その結果、該2つの導電性摺動部材に電気的に接続され
た接触検知手段により、前記摺動面の挙動が検知され、
所望の振動軌跡を制御することができる。As a result, the behavior of the sliding surface is detected by the contact detection means electrically connected to the two conductive sliding members,
A desired vibration trajectory can be controlled.
或は、高周波振動を行う第1弾性体または第2弾性体の
摺動部位に圧電素子が着設されており、前記第1弾性体
の超音波振動に起因した摺動面の圧力変化に応じて該圧
電素子の出力電圧が変化する。その結果、摺動面の接触
・非接触のみならず、圧着力の変化も検知することがで
きる。Alternatively, a piezoelectric element is attached to a sliding portion of the first elastic body or the second elastic body that vibrates at high frequency, and the piezoelectric element vibrates in response to pressure changes on the sliding surface caused by ultrasonic vibration of the first elastic body. As a result, the output voltage of the piezoelectric element changes. As a result, it is possible to detect not only contact/non-contact of the sliding surfaces but also changes in the pressure force.
[実施例]
以下、本発明を具体化した一実施例を図面を参照して説
明する。[Example] Hereinafter, an example embodying the present invention will be described with reference to the drawings.
本発明に用いる超音波振動子は、例えば特願平1−46
866号の願書に添付した明細書及び図面により提案さ
れているような機械共振器を含んだ超音波振動子を用い
ればよい。以下にその構成の一例を第1図を参照しつつ
説明する。The ultrasonic transducer used in the present invention can be used, for example, in Japanese Patent Application No. 1-46
An ultrasonic transducer including a mechanical resonator as proposed in the specification and drawings attached to the '866 application may be used. An example of the configuration will be described below with reference to FIG.
超音波振動子11は、矩形角柱形状を有する弾性体21
の上面に、該弾性体21に曲げ振動を励振するための第
1圧電体22が着設されている。The ultrasonic transducer 11 includes an elastic body 21 having a rectangular prism shape.
A first piezoelectric body 22 for exciting bending vibration in the elastic body 21 is attached to the upper surface of the elastic body 21 .
該弾性体21に於いて、前記着設面と略直交する側面に
は、該弾性体21に縦振動を励振するための第2圧電体
23a及び23bが着設されている。Second piezoelectric bodies 23a and 23b for exciting longitudinal vibration in the elastic body 21 are attached to the side surfaces of the elastic body 21 that are substantially orthogonal to the mounting surface.
前記弾性体21の長手方向中心は、該弾性体21を固定
するための固定ボルト24a及び24bにより固定され
ている。該固定ボルト24a及び24bの他の一端は、
基台25a及び25bに固定されている。The longitudinal center of the elastic body 21 is fixed by fixing bolts 24a and 24b for fixing the elastic body 21. The other ends of the fixing bolts 24a and 24b are
It is fixed to bases 25a and 25b.
前記第1圧電体22の上面には、電極27a及び27b
が着設されている。また前記弾性体21自身は、アース
電極を兼ねており、該弾性体は前記固定ボルト24a及
び24bを介して基台25a及び25bに接地されてい
る。Electrodes 27a and 27b are provided on the upper surface of the first piezoelectric body 22.
has been installed. The elastic body 21 itself also serves as a ground electrode, and is grounded to the bases 25a and 25b via the fixing bolts 24a and 24b.
そして、前記第1圧電体22の電極26及び前記第2圧
電体23a及び23bの電極27a及び27bには、ア
ンプ28a及び28bに結線されており、該アンプ28
a及び28bの入力端子にはフェーズシフタ29を通し
て発振器30か接続されている。The electrode 26 of the first piezoelectric body 22 and the electrodes 27a and 27b of the second piezoelectric body 23a and 23b are connected to amplifiers 28a and 28b.
An oscillator 30 is connected to the input terminals of a and 28b through a phase shifter 29.
さらに該弾性体21は、その厚さ方向に所定の周波数f
に於いて両端自由端2次モードで曲げ振動し、且つ同一
の周波数fに於いて長さ方向に両端自由端1次モードで
縦振動するように形状寸法を調節されている。Furthermore, the elastic body 21 has a predetermined frequency f in its thickness direction.
The shape and dimensions are adjusted so that it bends in a secondary mode at both free ends, and longitudinally vibrates in a primary mode at both free ends in the longitudinal direction at the same frequency f.
一般に、弾性体中を伝ばんする縦振動の共振周波数は、
弾性体の長さに依存する。また弾性体の厚さ方向の曲げ
振動の共振周波数は、前記長さ及び厚さに依存する。従
って、前述のような弾性体21を設計することは容易で
あるので、その詳細は省く。Generally, the resonant frequency of longitudinal vibration propagating in an elastic body is
Depends on the length of the elastic body. Further, the resonance frequency of bending vibration in the thickness direction of the elastic body depends on the length and thickness. Therefore, since it is easy to design the elastic body 21 as described above, the details thereof will be omitted.
以上のように構成された複合振動子11の作用を以下に
説明する。まず交流電源30より、第1圧電体22に前
記所定周波数fの交流電圧を印加して振動させると、前
記弾性体21は曲げ振動2次モードで共振し、定在波か
励振される。次に第2圧電体23a及び23bに該周波
数fの交流電圧を印加して振動させると、前記弾性体2
1は縦振動1次モードで振動し、定在波か励振される。The operation of the composite vibrator 11 configured as described above will be explained below. First, when an AC voltage of the predetermined frequency f is applied to the first piezoelectric body 22 from the AC power source 30 to cause it to vibrate, the elastic body 21 resonates in the secondary mode of bending vibration, and a standing wave is excited. Next, when an AC voltage of the frequency f is applied to the second piezoelectric bodies 23a and 23b to cause them to vibrate, the elastic body 2
1 vibrates in the first mode of longitudinal vibration and is excited by a standing wave.
つまり、前記固定ボルト24及び24て固定される位置
は、各定在波の節となっている。In other words, the positions where the fixing bolts 24 and 24 are fixed are nodes of each standing wave.
この時、前記第1圧電体22と第2圧電体23及び23
に印加する電圧の振幅及び位相を調節すると、前記弾性
体21には任意の形状の略楕円振動を発生することが可
能となる。At this time, the first piezoelectric body 22 and the second piezoelectric bodies 23 and 23
By adjusting the amplitude and phase of the voltage applied to the elastic body 21, it is possible to generate approximately elliptical vibration of any shape in the elastic body 21.
尚、上記実施例では縦振動1次モードと曲げ振動2次モ
ードを励振し、その合成により略楕円運動振動を発生す
る超音波振動子について説明したが、これに限定される
ものではなく、縦振動、曲げ振動、せん断振動、ねじり
振動など、種々の振動の合成が考えられ、また高次モー
ドを利用してもよい。In the above embodiment, an ultrasonic vibrator that excites the first-order mode of longitudinal vibration and the second-order mode of bending vibration and generates approximately elliptical motion vibration by combining them is described, but the present invention is not limited to this. Various vibrations such as vibration, bending vibration, shear vibration, and torsional vibration can be synthesized, and higher-order modes may also be used.
上述の超音波振動子11を好適に利用した超音波モータ
の基本動作原理について、第2図及び第3図を参照しつ
つ説明する。同図に於て、第1図と同じ符号の付された
各部材は、前記詳述した各構成部材と同一であることを
示している。The basic operating principle of an ultrasonic motor that suitably utilizes the above-mentioned ultrasonic transducer 11 will be explained with reference to FIGS. 2 and 3. In this figure, each member given the same reference numeral as in FIG. 1 indicates that it is the same as each component described in detail above.
第2図に於て、超音波モータ30は、前記超音波振動子
11の最大振幅を与える両端部に、駆動子32を形成し
、さらに第2弾性体であるレール34に当接されて構成
されている。In FIG. 2, the ultrasonic motor 30 has drive elements 32 formed at both ends that provide the maximum amplitude of the ultrasonic vibrator 11, and is further abutted against a rail 34, which is a second elastic body. has been done.
第3図は、超音波振動子11の圧電体22及び23a、
23bに印加する人力信号の電圧波形を示した図である
。FIG. 3 shows piezoelectric bodies 22 and 23a of the ultrasonic transducer 11,
23b is a diagram showing a voltage waveform of a human power signal applied to the terminal 23b.
超音波振動子11に交流電気信号を印加して励振させる
と、該複合振動子11は第2図(a)〜(d)に示され
るような縦及び曲げ振動を繰り返すことによって駆動力
を発生する。すなわち、第2図(a)では縦振動の伸縮
時に、駆動部32の左端がレール34に接するように円
振動の位相が調節されている。次に時間とともに第2図
(a)・(b)・(c)と該複合振動子11の形状が変
化することによって、今度は縦振動の収縮時に駆動部3
2の右端がレール34に接する。この駆動子32とレー
ル34とが接するときに、それらの摩擦力に起因する駆
動力を受け、所定方向に推力を発生するものである。When an AC electric signal is applied to the ultrasonic vibrator 11 to excite it, the composite vibrator 11 generates a driving force by repeating vertical and bending vibrations as shown in FIGS. 2(a) to (d). do. That is, in FIG. 2(a), the phase of the circular vibration is adjusted so that the left end of the drive section 32 comes into contact with the rail 34 during expansion and contraction of the longitudinal vibration. Next, as the shape of the composite vibrator 11 changes as shown in FIGS. 2(a), (b), and (c) over time, the drive unit 3
The right end of 2 touches the rail 34. When the driver 32 and the rail 34 come into contact with each other, they receive a driving force due to the frictional force between them and generate thrust in a predetermined direction.
その方向は、同図中矢印A及びB出所されるように、常
に同一方向を向いている。該複合振動子11の速度は、
前記入力信号の電圧及び位相によって調節可能であり、
又その駆動方向は該位相により任意に変えられる。The directions always point in the same direction, as indicated by arrows A and B in the figure. The speed of the composite vibrator 11 is
adjustable by the voltage and phase of the input signal;
Further, the driving direction can be arbitrarily changed depending on the phase.
次に、リニア超音波モータ30を構成した具体例を、第
4図及び第5図を参照しつつ説明する。Next, a specific example of the configuration of the linear ultrasonic motor 30 will be described with reference to FIGS. 4 and 5.
第4図は、リニア超音波モータ30の上面図及び側面図
であり、第5図は第4図中のc−c’断面図である。FIG. 4 is a top view and a side view of the linear ultrasonic motor 30, and FIG. 5 is a sectional view taken along line cc' in FIG. 4.
同図に於て、前記超音波振動子11は、その節に於て支
持部材40が形成されている。該支持部材40は、ヨー
ク41に設けられた溝42で上下方向に自由度を有する
よう支持されている。前記ヨークは、2本のリニアベア
リング43a及び43bによって基台44上に移動可能
に取り付けられ、第7図中矢印A方向に移動可動となっ
ている。In the figure, the ultrasonic transducer 11 has support members 40 formed at its nodes. The support member 40 is supported by a groove 42 provided in a yoke 41 so as to have a degree of freedom in the vertical direction. The yoke is movably mounted on the base 44 by two linear bearings 43a and 43b, and is movable in the direction of arrow A in FIG.
一方、前記超音波振動子11の上部には、板バネ50.
バネ押え51、バネガイド52及びホルダ53より構成
される圧着機構が形成されている。On the other hand, a plate spring 50.
A crimping mechanism is formed by a spring presser 51, a spring guide 52, and a holder 53.
これらは、ホルダ53に支持されているバネガイド52
に形成されたスクリュウミゾに沿って、バネ押え51を
回転することにより、板バネ50の高さを調節し、圧着
力を制御するものである。These are the spring guides 52 supported by the holder 53.
By rotating the spring presser 51 along the screw groove formed in the plate spring 50, the height of the leaf spring 50 is adjusted and the pressing force is controlled.
又、前記基台44上には、前記レール34が前記超音波
振動子11の駆動子32に当接するように設置されてい
る。Further, the rail 34 is installed on the base 44 so as to come into contact with the driver 32 of the ultrasonic transducer 11.
以上のような構成をとっているので、上述の超音波モー
タ30於いては、固定子側のレール34に構造上の制限
がなく、簡単な支持機構を設けるだけで、任意の曲率の
軌道を構成することができる。又、超音波モータは、非
駆動時には摩擦力で保持されており、その力は通常該超
音波モータの2倍から5倍以上の大きい値であるので、
0〜90度の任意の角度の坂も構成することができるも
のである。With the above configuration, the ultrasonic motor 30 has no structural limitations on the rail 34 on the stator side, and can create a trajectory of any curvature simply by providing a simple support mechanism. Can be configured. In addition, when the ultrasonic motor is not driven, it is held by frictional force, and the force is usually two to five times larger than that of the ultrasonic motor.
A slope having an arbitrary angle of 0 to 90 degrees can also be constructed.
ここで、該超音波モータ30に設けられた制御装置の構
成につき、第6図を参照しつつ以下に説明する。Here, the configuration of the control device provided in the ultrasonic motor 30 will be explained below with reference to FIG. 6.
前記超音波振動子11の駆動部32の一方には、導電性
材料より成る第1導電性摺動部材60が着設されている
。又、前記レール34上面にも第2導電性摺動部材61
が着設されている。これら第1及び第2導電性摺動部材
60.61には、直流電源62が電気的に直列接続され
ており、かつ該電源62には電圧計63が接続されてい
る。ここに、これら第1及び第2導電性摺動部材601
61の材質としては、耐摩耗性を向上するために良導電
性の酸化物セラミックを用いてもよい。詳しくは、例え
ば
(1)酸化物半導体である5n02.TiO2,GeO
2,Cu2Og20
(2)金属的な酸化物であるRe03
(3)抵抗値が温度依存性を有するNTC、PTC、C
TRV2O3、Ti2O3
等が挙げられる。A first conductive sliding member 60 made of a conductive material is attached to one side of the drive section 32 of the ultrasonic transducer 11. Further, a second conductive sliding member 61 is also provided on the upper surface of the rail 34.
has been installed. A DC power source 62 is electrically connected in series to the first and second conductive sliding members 60, 61, and a voltmeter 63 is connected to the power source 62. Here, these first and second conductive sliding members 601
As the material of 61, a highly conductive oxide ceramic may be used to improve wear resistance. Specifically, for example, (1) 5n02. which is an oxide semiconductor. TiO2, GeO
2, Cu2Og20 (2) Re03 which is a metallic oxide (3) NTC, PTC, C whose resistance value is temperature dependent
Examples include TRV2O3 and Ti2O3.
そして、該電圧計63は電圧情報を制御回路64に送る
よう構成され、該制御回路64により前記アンプ28a
のゲインが任意に調節されるよう構成されている。The voltmeter 63 is configured to send voltage information to a control circuit 64, and the control circuit 64 controls the amplifier 28a.
The gain is configured to be adjusted arbitrarily.
前記詳述したように、超音波モータの摺動部位である駆
動子32は、略楕円運動しており、その運動軌跡は例え
ば第7図中矢印りに示される様な軌跡を示す。摺動面の
滑りが小さい材料を用いている場合、該超音波モータの
出力推力が最大となる条件は、前記楕円運動の軌跡がほ
ぼ半分につぶれた同図中矢印Eに示す軌跡となると考え
られる。As described in detail above, the driver element 32, which is a sliding part of the ultrasonic motor, moves in a substantially elliptical manner, and its movement trajectory shows, for example, the trajectory shown by the arrow in FIG. If a material with small slippage on the sliding surface is used, the condition for the maximum output thrust of the ultrasonic motor is considered to be the trajectory shown by arrow E in the figure, where the trajectory of the elliptical motion is nearly halved. It will be done.
すなわち、該超音波モータの摺動面に於いて、超音波振
動子11の運動エネルギが摺動部位の歪エネルギとして
蓄えられ、それが全て可動子を加速するように働いてい
る。よって、摺動部位の接触・非接触を検知し、その楕
円軌跡を所望の形に制御できるならば、大出力、高効率
の超音波モータを得ることができる。That is, on the sliding surface of the ultrasonic motor, the kinetic energy of the ultrasonic vibrator 11 is stored as strain energy at the sliding portion, and all of this acts to accelerate the movable element. Therefore, if contact/non-contact of sliding parts can be detected and the elliptical trajectory can be controlled into a desired shape, a high-output, high-efficiency ultrasonic motor can be obtained.
以下に、その制御方法につき説明する。The control method will be explained below.
高周波振動を行なう弾性体21の駆動部32の摺動部位
に第1導電性摺動部材60が着設され、かつ該弾性体2
1に圧着された第2弾性体であるレール34の摺動部位
に第2導電性摺動部材61が着設されている。そのため
、前記弾性体21の超音波振動につれて、前記第1及び
第2導電性摺動部材60.61が接触・非接触を繰り返
す。その結果、該2つの導電性摺動部材60.61に電
気的に接続された電圧計63には、直流電源62の電圧
値が上記接触・非接触のより検知される。A first conductive sliding member 60 is attached to a sliding portion of the driving section 32 of the elastic body 21 that performs high-frequency vibration, and the elastic body 2
A second conductive sliding member 61 is attached to a sliding portion of the rail 34, which is a second elastic body crimped onto the second elastic member 1. Therefore, as the elastic body 21 vibrates ultrasonically, the first and second conductive sliding members 60 and 61 repeat contact and non-contact. As a result, the voltage value of the DC power supply 62 is detected by the voltmeter 63 electrically connected to the two conductive sliding members 60 and 61, both in contact and in the non-contact manner.
従って、変形した楕円軌道の接触時間・非接触時間がわ
かる。該電圧の導通・遮断情報が前記制御回路64に送
られ、前記摺動面の挙動を検知して、接触時間・非接触
時間がほぼ等しくなるように、前記超音波振動子11に
曲げ振動を励振する第1圧電体22の印加電圧振幅を制
御してやれば、前記楕円振動軌跡を所望の軌跡すなわち
第7図矢印Eとすることか可能である。その結果、大出
力、高効率の超音波モータを実現することができる。Therefore, the contact time and non-contact time of the deformed elliptical orbit can be determined. The conduction/cutoff information of the voltage is sent to the control circuit 64, which detects the behavior of the sliding surface and applies bending vibration to the ultrasonic vibrator 11 so that the contact time and non-contact time are approximately equal. By controlling the amplitude of the voltage applied to the first piezoelectric body 22 to be excited, it is possible to make the elliptical vibration locus a desired locus, that is, the arrow E in FIG. 7. As a result, a high-output, high-efficiency ultrasonic motor can be realized.
或は、高周波振動を行なう弾性体21又はレール34の
摺動部位に別途圧電素子を着設すれば、該弾性体21の
超音波振動に起因した摺動面の圧着力変化につれ該圧電
素子の出力電圧が変化する。Alternatively, if a piezoelectric element is separately attached to the sliding portion of the elastic body 21 or rail 34 that performs high-frequency vibration, the piezoelectric element changes as the pressure force on the sliding surface changes due to the ultrasonic vibration of the elastic body 21. Output voltage changes.
その結果、摺動面の接触・非接触のみならす圧着力の変
化も検知することができる。As a result, it is possible to detect not only contact/non-contact of the sliding surfaces but also changes in the pressing force.
上述のような楕円振動軌跡と印加電圧振幅との関係は、
構造が非常に簡単な角柱形複合共振器を用いることによ
って、顕著に表われる。すなわち、角柱形複合共振器1
1は、該制御に非常に適していると考えられる。逆に、
複数の弾性体を組み合わせたり、ボルト締め構造を用い
たランジュバン型振動子に於いては、その構造の複雑さ
から、位相以外の条件により出力、速度の変化か起こり
やずいと考えられる。The relationship between the elliptical vibration locus and the applied voltage amplitude as described above is
This can be clearly seen by using a prismatic composite resonator with a very simple structure. That is, the prismatic composite resonator 1
1 is considered to be very suitable for such control. vice versa,
In a Langevin type vibrator that combines multiple elastic bodies or uses a bolted structure, it is thought that changes in output and speed are unlikely to occur due to conditions other than phase due to the complexity of the structure.
本実施例に於いては、角柱形複合共振器を例にとり説明
したが、それに限定されるものではなく、略平板形状の
共振器を用いても同様な効果が得られる。Although the present embodiment has been described using a prismatic composite resonator as an example, the present invention is not limited thereto, and similar effects can be obtained by using a substantially flat plate-shaped resonator.
また、本実施例に於いて弾性体の励振源として圧電体を
用いたか、その形状は平板に限らす円板状、積層形状な
ど種々の形状が考えられる。Further, in this embodiment, a piezoelectric material is used as an excitation source for the elastic material, but its shape is limited to a flat plate, and various shapes such as a disk shape and a laminated shape are possible.
さらに、本実施例では圧着機構に於て板バネを例にとり
説明したが、それに限定されるものではなく、コイルバ
ネ等の種々のバネや、磁気力の応用などが考えられる。Further, in this embodiment, the crimping mechanism has been described using a leaf spring as an example, but the present invention is not limited to this, and various springs such as coil springs, application of magnetic force, etc. can be considered.
その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が
考えられる。In addition, various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
[発明の効果コ
以上詳述したことから明らかなように、本発明によれば
、超音波モータに於いて摺動部位に振動状態検知手段を
設けることにより、駆動時の摺動部位の挙動を知ること
かでき、超音波モータが最適な摩擦状態で駆動すること
ができる。その結果、高効率動作や低摩耗化が可能な超
音波モータを得ることができる。[Effects of the Invention] As is clear from the detailed description above, according to the present invention, by providing a vibration state detection means in the sliding portion of the ultrasonic motor, the behavior of the sliding portion during driving can be monitored. By knowing this, the ultrasonic motor can be driven with optimal friction conditions. As a result, an ultrasonic motor capable of highly efficient operation and low wear can be obtained.
第1図から第7図までは本発明を具体化した実施例を示
すもので、
第1図は、本実施例に用いる超音波振動子の説明図であ
り、
第2図は、本実施例の超音波モータの動作説明図を示す
図であり、
第3図は、前記超音波振動子の圧電体に印加する人力信
号の電圧波形を示す図であり、
第4図は、本発明の超音波モータの上面図及び側面図を
示す図であり、
第5図は、第4図中におけるC−C−断面を示す図であ
り、
第6図は、超音波モータの制御装置を説明する図であり
、
第7図は、超音波モータの摺動面における楕円運動軌跡
特性を説明する図である。
第8図は、超音波モータの従来例を示す図である。
1
4
0
1
63及び64
2
23a及び23b
第1弾性体
第2弾性体
第1導電性摺動部材
第2導電性摺動部材
接触検知手段
第1圧電体
第2圧電体1 to 7 show embodiments embodying the present invention. FIG. 1 is an explanatory diagram of an ultrasonic transducer used in this embodiment, and FIG. 2 is an explanatory diagram of an ultrasonic transducer used in this embodiment. FIG. 3 is a diagram showing the voltage waveform of a human power signal applied to the piezoelectric body of the ultrasonic vibrator, and FIG. 4 is a diagram showing the operation of the ultrasonic motor of the present invention. FIG. 5 is a diagram showing a top view and a side view of the sonic motor; FIG. 5 is a diagram showing a CC section in FIG. 4; FIG. 6 is a diagram illustrating a control device for the ultrasonic motor. FIG. 7 is a diagram illustrating the elliptical motion locus characteristics on the sliding surface of the ultrasonic motor. FIG. 8 is a diagram showing a conventional example of an ultrasonic motor. 1 4 0 1 63 and 64 2 23a and 23b First elastic body Second elastic body First conductive sliding member Second conductive sliding member Contact detection means First piezoelectric body Second piezoelectric body
Claims (1)
着した第2弾性体とを具備し、前記第1弾性体の超音波
振動によって第1弾性体と第2弾性体との間に相対運動
が生じるように構成された超音波モータに於いて、 前記第1弾性体及び第2弾性体の摺動部位が導電性材料
で形成された第1及び第2導電性摺動部材と、 前記第1及び第2導電性摺動部材の電気的接触状態を検
知するための接触検知手段とを備えたことを特徴とする
超音波モータ。 2、超音波振動を行う第1弾性体と、該第1弾性体に圧
着した第2弾性体とを具備し、前記第1弾性体の超音波
振動によって第1弾性体と第2弾性体との間に相対運動
が生じるように構成された超音波モータに於いて、 前記第1弾性体及び第2弾性体の摺動部位の少なくとも
一方が圧電素子で形成され、 該圧電素子の出力信号を検知するための検知手段を備え
たことを特徴とする超音波モータ。 3、前記検知手段からの信号に応じて第1弾性体の振動
軌跡を変化させるように構成したことを特徴とする請求
項1或は2記載の超音波モータ。[Scope of Claims] 1. A first elastic body that performs ultrasonic vibration, and a second elastic body that is crimped to the first elastic body, and the ultrasonic vibration of the first elastic body causes the first elastic body to vibrate. In an ultrasonic motor configured to cause a relative movement between the first elastic body and the second elastic body, the sliding portions of the first elastic body and the second elastic body are made of a conductive material. An ultrasonic motor comprising: a second conductive sliding member; and a contact detection means for detecting an electrical contact state between the first and second conductive sliding members. 2. A first elastic body that performs ultrasonic vibration, and a second elastic body crimped to the first elastic body, and the first elastic body and the second elastic body are separated by the ultrasonic vibration of the first elastic body. In an ultrasonic motor configured to cause relative movement between the first elastic body and the second elastic body, at least one of the sliding parts of the first elastic body and the second elastic body is formed of a piezoelectric element, and an output signal of the piezoelectric element is transmitted to the ultrasonic motor. An ultrasonic motor characterized by being equipped with a detection means for detection. 3. The ultrasonic motor according to claim 1 or 2, wherein the ultrasonic motor is configured to change the vibration locus of the first elastic body in accordance with the signal from the detection means.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2050607A JPH03253274A (en) | 1990-03-01 | 1990-03-01 | Ultrasonic motor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2050607A JPH03253274A (en) | 1990-03-01 | 1990-03-01 | Ultrasonic motor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03253274A true JPH03253274A (en) | 1991-11-12 |
Family
ID=12863656
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2050607A Pending JPH03253274A (en) | 1990-03-01 | 1990-03-01 | Ultrasonic motor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH03253274A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006271168A (en) * | 2005-03-25 | 2006-10-05 | Nsk Ltd | Ultrasonic driver and drive stage |
JP2014057447A (en) * | 2012-09-13 | 2014-03-27 | Canon Inc | Vibration type drive device |
-
1990
- 1990-03-01 JP JP2050607A patent/JPH03253274A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006271168A (en) * | 2005-03-25 | 2006-10-05 | Nsk Ltd | Ultrasonic driver and drive stage |
JP2014057447A (en) * | 2012-09-13 | 2014-03-27 | Canon Inc | Vibration type drive device |
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