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JP2006246660A - Ultrasonic motor and ultrasonic motor system - Google Patents

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JP2006246660A
JP2006246660A JP2005061535A JP2005061535A JP2006246660A JP 2006246660 A JP2006246660 A JP 2006246660A JP 2005061535 A JP2005061535 A JP 2005061535A JP 2005061535 A JP2005061535 A JP 2005061535A JP 2006246660 A JP2006246660 A JP 2006246660A
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JP
Japan
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ultrasonic motor
magnetic field
ultrasonic
driven body
contact member
Prior art date
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Application number
JP2005061535A
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Japanese (ja)
Inventor
Mikio Nakamura
幹夫 中村
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Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Corp
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Publication date
Application filed by Olympus Corp filed Critical Olympus Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To relatively move a driven element to an ultrasonic vibrator with high accuracy, while a pressurizing mechanism is simplified and downsized. <P>SOLUTION: An ultrasonic motor 1 includes the ultrasonic vibrator 2 which generates two different oscillation modes simultaneously and generates nearly elliptical oscillation at an output end by supplying a driving voltage, a contact member 10 fixed to the output end of the ultrasonic vibrator 2, the driven element 3 composed of a magnetic material which is pressed by the contact member 10, a magnetic field generating means which is provided at the contact member 10, and generates a magnetic field M which attracts magnetically the driven element 3 toward a side of the contact member 10 to closely contact them, and a magnetic sensor 4 which is fixed to the driven element 3, and detects intensity of the magnetic field M generated by the magnetic field generating means. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

この発明は、超音波モータおよび超音波モータシステムに関するものである。   The present invention relates to an ultrasonic motor and an ultrasonic motor system.

近年、電磁型モータに代わる新しいモータとして超音波モータが注目されている。この超音波モータは、従来の電磁型モータに比べ以下のような利点を有している。
(1)ギヤなしで高トルクが得られる。
(2)電気OFF時に保持力がある。
(3)高分解能である。
(4)静粛性に富んでいる。
In recent years, ultrasonic motors have attracted attention as new motors that replace electromagnetic motors. This ultrasonic motor has the following advantages over conventional electromagnetic motors.
(1) High torque can be obtained without gears.
(2) There is holding power when electricity is OFF.
(3) High resolution.
(4) Rich in silence.

従来の超音波モータとしては、特許文献1に開示された構造のものがある。この特許文献1に開示された超音波モータは、磁性材料からなる被駆動体に接触する圧電振動子の近傍に磁石を固定し、該磁石と被駆動体との間に生ずる磁気吸引力によって圧電振動子を被駆動体に押圧することとし、圧電振動子の被駆動体への加圧機構を簡略化している。   As a conventional ultrasonic motor, there is one having a structure disclosed in Patent Document 1. In the ultrasonic motor disclosed in Patent Document 1, a magnet is fixed in the vicinity of a piezoelectric vibrator that is in contact with a driven body made of a magnetic material, and piezoelectric is generated by a magnetic attraction generated between the magnet and the driven body. The vibrator is pressed against the driven body, and the pressure mechanism for the driven body of the piezoelectric vibrator is simplified.

一方、超音波モータは、超音波振動子を被駆動体に押し付けて摩擦により駆動するものであるため、その位置精度は、超音波振動子と被駆動体の接触面の表面状態に大きく左右される。これを回避するためには、超音波振動子と被駆動体との相対位置を精度よく検出し、超音波振動子を駆動制御することが必要不可欠である。相対移動する固定子と可動子との相対位置を検出する方法としては、例えば、特許文献2に示されるように、固定子あるいは可動子のいずれか一方に磁気センサを、他方に磁気スケールを配置する方法が挙げられる。
特開平8−66061号公報 特開平11−289743号公報
On the other hand, since the ultrasonic motor is driven by friction by pressing the ultrasonic vibrator against the driven body, the positional accuracy is greatly influenced by the surface condition of the contact surface between the ultrasonic vibrator and the driven body. The In order to avoid this, it is indispensable to accurately detect the relative position between the ultrasonic transducer and the driven body and to drive and control the ultrasonic transducer. As a method for detecting the relative position between the relative moving stator and the movable element, for example, as shown in Patent Document 2, a magnetic sensor is arranged on either the stator or the movable element and a magnetic scale is arranged on the other The method of doing is mentioned.
JP-A-8-66061 JP-A-11-289743

しかしながら、特許文献1に示されるように、加圧機構を簡略化して超音波モータを小型化しても、位置検出を行わなければ被駆動体を精度よく駆動することができないという不都合がある。また、特許文献2に示されるような磁気スケール方式の相対位置検出装置を採用したのでは、超音波振動子と被駆動体との相対移動距離以上の長さの磁気スケールを相対移動方向に沿って配置する必要があるため、超音波モータを含む超音波モータシステム全体を小型化することが困難であるという問題がある。   However, as disclosed in Patent Document 1, even if the pressure mechanism is simplified and the ultrasonic motor is miniaturized, there is a disadvantage that the driven body cannot be driven accurately unless position detection is performed. Further, when a magnetic scale type relative position detection device as shown in Patent Document 2 is adopted, a magnetic scale having a length longer than the relative movement distance between the ultrasonic transducer and the driven body is moved along the relative movement direction. Therefore, there is a problem that it is difficult to downsize the entire ultrasonic motor system including the ultrasonic motor.

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、加圧機構を簡略化して小型化するとともに、超音波振動子に対して被駆動体を高精度に相対移動させることができる超音波モータおよび超音波モータシステムを提供することを目的としている。   The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and is capable of simplifying and downsizing a pressurizing mechanism and capable of relatively moving a driven body with respect to an ultrasonic transducer with high accuracy. It is an object to provide a motor and an ultrasonic motor system.

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、駆動電圧を供給されることにより、異なる2つの振動モードを同時に発生させて出力端に略楕円振動を生じさせる超音波振動子と、該超音波振動子の出力端に固定された接触部材と、該接触部材により押圧される磁性材料からなる被駆動体と、前記接触部材に設けられ、前記被駆動体を前記接触部材側に磁気吸引して両者を密着させる磁界を発生する磁界発生手段と、前記被駆動体に固定され、前記磁界発生手段により発生された磁界の強さを検出する磁気センサとを備える超音波モータを提供する。
In order to achieve the above object, the present invention provides the following means.
According to the present invention, an ultrasonic vibrator that generates two elliptical vibrations at the output end by supplying a driving voltage at the same time to generate a substantially elliptic vibration at the output end, and the ultrasonic vibrator fixed to the output end of the ultrasonic vibrator. A contact member, a driven body made of a magnetic material pressed by the contact member, and a magnetic field that is provided on the contact member and generates a magnetic field that magnetically attracts the driven body to the contact member side to bring them into close contact with each other There is provided an ultrasonic motor comprising a generating means and a magnetic sensor fixed to the driven body and detecting the strength of the magnetic field generated by the magnetic field generating means.

本発明によれば、超音波振動子に駆動電圧を供給することで、出力端に略楕円運動を生じさせるとともに、出力端に固定された接触部材によって被駆動体を押圧することにより、両者間に生ずる摩擦力の変化を利用して、超音波振動子と被駆動体とを相対的に移動させることができる。この場合において、接触部材に設けられた磁界発生手段の作動により、磁性材料からなる被駆動体を接触部材側に磁気吸引することで超音波振動子の接触部材と被駆動体とを密着させるので、大がかりな加圧機構が不要であり、小型化を図ることができる。   According to the present invention, by supplying a driving voltage to the ultrasonic transducer, a substantially elliptical motion is generated at the output end, and the driven member is pressed by the contact member fixed to the output end, thereby The ultrasonic transducer and the driven body can be relatively moved by utilizing the change in the frictional force generated in the above. In this case, since the driven member made of a magnetic material is magnetically attracted to the contact member side by the operation of the magnetic field generating means provided on the contact member, the contact member and the driven member of the ultrasonic vibrator are brought into close contact with each other. A large-scale pressurizing mechanism is unnecessary, and downsizing can be achieved.

また、被駆動体には、磁気センサが備えられているので、被駆動体に対して超音波振動子が相対的に変位すると、接触部材に設けられている磁界発生手段により発生され、磁気センサにより検出される磁界の強さが、両者の相対位置に応じて変化する。これにより、被駆動体に対する超音波振動子の相対位置を磁気センサによって精度よく検出し、超音波振動子を高精度に制御することが可能となる。この場合に、接触部材を被駆動体に密着させるために使用される磁界発生手段からの磁界を相対位置検出に利用するので、移動範囲の全長にわたって配されるような磁気スケールが不要となり、この超音波モータを含むシステムを小型化し、構成を簡略化してコストを低減することができる。   Further, since the driven body is provided with a magnetic sensor, when the ultrasonic transducer is displaced relative to the driven body, the magnetic sensor is generated by the magnetic field generating means provided in the contact member. The strength of the magnetic field detected by the above changes according to the relative position between the two. As a result, the relative position of the ultrasonic transducer with respect to the driven body can be accurately detected by the magnetic sensor, and the ultrasonic transducer can be controlled with high accuracy. In this case, since the magnetic field from the magnetic field generating means used for bringing the contact member into close contact with the driven body is used for detecting the relative position, a magnetic scale arranged over the entire length of the moving range becomes unnecessary. The system including the ultrasonic motor can be downsized, the configuration can be simplified, and the cost can be reduced.

上記発明においては、前記磁界発生手段が、前記接触部材を磁石とすることにより構成されていることが好ましい。
このように構成することで、接触部材の周囲に別個の磁石を配置する必要がなく、さらに小型軽量化を図ることができる。
In the said invention, it is preferable that the said magnetic field generation | occurrence | production means is comprised by making the said contact member into a magnet.
By comprising in this way, it is not necessary to arrange | position a separate magnet around a contact member, and can achieve further size reduction and weight reduction.

また、本発明は、上記いずれかの超音波モータと、該超音波モータを駆動制御する制御部とを備え、該制御部が、前記超音波モータの磁気センサにより検出された磁界の強さに基づいて、超音波振動子と被駆動体との相対位置を演算し、演算された相対位置に基づいて超音波振動子に供給する駆動電圧を調節する超音波モータシステムを提供する。   In addition, the present invention includes any one of the ultrasonic motors described above and a control unit that drives and controls the ultrasonic motor, and the control unit controls the intensity of the magnetic field detected by the magnetic sensor of the ultrasonic motor. There is provided an ultrasonic motor system that calculates a relative position between an ultrasonic transducer and a driven body and adjusts a drive voltage supplied to the ultrasonic transducer based on the calculated relative position.

本発明によれば、超音波モータの作動により、超音波振動子と被駆動体との相対位置が変化すると、超音波モータに備えられた磁界発生手段と磁気センサとの距離が変化するため、磁気センサによって検出される磁界が変化する。制御部は、磁気センサにより検出された磁界の変化に基づいて超音波振動子と被駆動体との相対位置を演算し駆動電圧を調節する。したがって、超音波振動子と被駆動体との相対位置を高精度に制御することができる。この場合に、移動範囲の全長にわたって配されるような磁気スケールが不要となり、超音波モータシステムを小型化し、コストを低減することができる。   According to the present invention, when the relative position between the ultrasonic transducer and the driven body changes due to the operation of the ultrasonic motor, the distance between the magnetic field generating means provided in the ultrasonic motor and the magnetic sensor changes. The magnetic field detected by the magnetic sensor changes. The control unit calculates the relative position between the ultrasonic transducer and the driven body based on the change in the magnetic field detected by the magnetic sensor, and adjusts the driving voltage. Therefore, the relative position between the ultrasonic transducer and the driven body can be controlled with high accuracy. In this case, a magnetic scale that is arranged over the entire length of the moving range becomes unnecessary, and the ultrasonic motor system can be downsized and the cost can be reduced.

本発明によれば、加圧機構および位置検出機構を簡略化して小型化を図ることができ、超音波振動子に対して被駆動体を高精度に相対移動させることができるという効果を奏する。   According to the present invention, the pressure mechanism and the position detection mechanism can be simplified and miniaturized, and the driven body can be moved relative to the ultrasonic transducer with high accuracy.

以下、本発明の第1の実施形態に係る超音波モータおよび超音波モータシステムについて、図1〜図6を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る超音波モータ1は、図1に示されるように、超音波振動子2と、該超音波振動子2により駆動される被駆動体3と、該被駆動体3と超音波振動子2との相対位置を検出するための磁気センサ4とを備えている。また、本実施形態に係る超音波モータシステム5は、上記超音波モータ1と、該超音波モータ1の磁気センサ4からの出力電圧または出力電流に基づいて超音波モータ1を制御する制御部6とを備えている。
Hereinafter, an ultrasonic motor and an ultrasonic motor system according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 1, the ultrasonic motor 1 according to the present embodiment includes an ultrasonic vibrator 2, a driven body 3 driven by the ultrasonic vibrator 2, and the driven body 3 and ultrasonic waves. And a magnetic sensor 4 for detecting a relative position with respect to the vibrator 2. Further, the ultrasonic motor system 5 according to the present embodiment includes a control unit 6 that controls the ultrasonic motor 1 based on the ultrasonic motor 1 and an output voltage or output current from the magnetic sensor 4 of the ultrasonic motor 1. And.

超音波振動子2は、例えば、図2〜図4に示されるように、矩形板状の圧電セラミックスシート7の片側面にシート状の内部電極8を設けたものを複数枚積層してなる直方体状の圧電積層体9と、該圧電積層体9の長さ方向の幅方向の一側面に形成される2つの出力端に接着された2つの摩擦接触子(接触部材)10とを備えている。   As shown in FIGS. 2 to 4, for example, the ultrasonic transducer 2 is a rectangular parallelepiped formed by laminating a plurality of sheet-shaped internal electrodes 8 provided on one side of a rectangular plate-shaped piezoelectric ceramic sheet 7. And two frictional contacts (contact members) 10 bonded to two output ends formed on one side surface in the width direction of the piezoelectric laminate 9. .

図4(a)に示される圧電セラミックスシート7は、そのほぼ全面に内部電極8を備えている。内部電極8は、圧電セラミックスシート7の長さ方向に所定の絶縁距離を開けて2つ配列されている。各内部電極8は、圧電セラミックスシート7の周縁から所定の隙間を空けて配置されるとともに、その一部が圧電セラミックスシート7の周縁まで延びている。   The piezoelectric ceramic sheet 7 shown in FIG. 4A includes an internal electrode 8 on almost the entire surface. Two internal electrodes 8 are arranged at a predetermined insulation distance in the length direction of the piezoelectric ceramic sheet 7. Each internal electrode 8 is disposed with a predetermined gap from the periphery of the piezoelectric ceramic sheet 7, and a part thereof extends to the periphery of the piezoelectric ceramic sheet 7.

図4(b)に示される圧電セラミックスシート7は、その幅方向の略半分に内部電極8を備えている。内部電極8は、圧電セラミックスシート7の長さ方向に所定の絶縁距離を開けて2つ配列されている。各内部電極8は、圧電セラミックスシート7の周縁から所定の隙間を空けて配置されるとともに、その一部が圧電セラミックスシート7の周縁まで延びている。   The piezoelectric ceramic sheet 7 shown in FIG. 4B includes an internal electrode 8 in substantially half of the width direction. Two internal electrodes 8 are arranged at a predetermined insulation distance in the length direction of the piezoelectric ceramic sheet 7. Each internal electrode 8 is disposed with a predetermined gap from the periphery of the piezoelectric ceramic sheet 7, and a part thereof extends to the periphery of the piezoelectric ceramic sheet 7.

これら内部電極8を備えた圧電セラミックスシート7は、図4(a)に示される内部電極8の大きいものと、図4(b)に示される内部電極8の小さいものとが交互に複数枚積層されることにより、直方体状の圧電積層体9を構成している。   The piezoelectric ceramic sheet 7 provided with these internal electrodes 8 is formed by laminating a plurality of sheets having a large internal electrode 8 shown in FIG. 4A and a small one having a small internal electrode 8 shown in FIG. As a result, a rectangular parallelepiped piezoelectric laminate 9 is formed.

圧電積層体9の長さ方向の両端面には2個ずつ、合計4個の外部電極11が設けられている。各外部電極11には、同種の圧電セラミックスシート7の同一位置に配される全ての内部電極8が接続されている。これにより、同種の圧電セラミックスシート7の同一位置に配される内部電極8は、同一の電位とされるようになっている。なお、外部電極11には図示しない配線が接続されている。配線は、リード線、フレキシブル基板等、可撓性を有する配線であれば任意のものでよい。   A total of four external electrodes 11 are provided, two at each end face in the length direction of the piezoelectric laminate 9. All the internal electrodes 8 arranged at the same position of the same kind of piezoelectric ceramic sheet 7 are connected to each external electrode 11. Thereby, the internal electrodes 8 arranged at the same position of the same kind of piezoelectric ceramic sheet 7 are set to the same potential. Note that a wiring (not shown) is connected to the external electrode 11. The wiring may be any wiring as long as it is flexible, such as a lead wire or a flexible substrate.

次に、圧電積層体9の動作について説明する。
圧電積層体9の長さ方向の一端に形成された2つの外部電極11をA相(A+,A−)、他端に形成された2つの外部電極11をB相(B+,B−)とする。A相およびB相に同位相で共振周波数に対応する交番電圧を加えると、図5に示されるような1次の縦振動が励起されるようになっている。また、A相とB相とに逆位相で共振周波数に対応する交番電圧を加えると、図6に示されるような2次の屈曲振動が励起されるようになっている。図5および図6は、有限要素法によるコンピュータ解析結果を示す図である。
Next, the operation of the piezoelectric laminate 9 will be described.
Two external electrodes 11 formed at one end in the longitudinal direction of the piezoelectric laminate 9 are A phase (A +, A−), and two external electrodes 11 formed at the other end are B phase (B +, B−). To do. When an alternating voltage having the same phase and corresponding to the resonance frequency is applied to the A phase and the B phase, the primary longitudinal vibration as shown in FIG. 5 is excited. Further, when an alternating voltage corresponding to the resonance frequency is applied to the A phase and the B phase in opposite phases, a secondary bending vibration as shown in FIG. 6 is excited. 5 and 6 are diagrams showing computer analysis results by the finite element method.

圧電積層体9に1次の縦振動が発生したときには、摩擦振動子10が圧電積層体9の長さ方向(図5に示されるX方向)に変位させられるようになっている。一方、圧電積層体9に2次の屈曲振動が生じたときには、摩擦接触子10が、圧電積層体9の幅方向(図5に示されるZ方向)に変位させられるようになっている。   When primary longitudinal vibration is generated in the piezoelectric laminate 9, the friction vibrator 10 is displaced in the length direction of the piezoelectric laminate 9 (X direction shown in FIG. 5). On the other hand, when secondary bending vibration is generated in the piezoelectric laminate 9, the frictional contact 10 is displaced in the width direction of the piezoelectric laminate 9 (Z direction shown in FIG. 5).

したがって、超音波振動子のA相とB相とに、位相が90°ずれた共振周波数に対応する交番電圧を加えることにより、1次の縦振動と2次の屈曲振動とが同時に発生して、図2に矢印Cで示されるように、摩擦接触子10の位置において時計回りまたは反時計回りの略楕円振動が発生するようになっている。   Therefore, by applying an alternating voltage corresponding to the resonance frequency whose phase is shifted by 90 ° to the A phase and the B phase of the ultrasonic vibrator, the primary longitudinal vibration and the secondary bending vibration are generated simultaneously. As shown by an arrow C in FIG. 2, a substantially elliptic vibration in a clockwise direction or a counterclockwise direction is generated at the position of the friction contact 10.

本実施形態に係る超音波モータ1においては、圧電積層体9に接着される摩擦接触子10が、永久磁石(磁界発生手段)により構成されている。
また、被駆動体3は、平板状の固定部材12と、該固定部材12の表面に固定された磁性材料からなる平板状の駆動面部材13とを備えている。
In the ultrasonic motor 1 according to the present embodiment, the frictional contact 10 bonded to the piezoelectric laminate 9 is constituted by a permanent magnet (magnetic field generating means).
The driven body 3 includes a flat plate-like fixing member 12 and a flat plate-like driving surface member 13 made of a magnetic material fixed to the surface of the fixing member 12.

前記磁気センサ4は、前記固定部材12に固定され、前記摩擦接触子10の側方に間隔をあけて配置されている。これにより、磁気センサ4は、永久磁石からなる摩擦接触子10が形成する磁界Mの強さを検出することができるようになっている。   The magnetic sensor 4 is fixed to the fixing member 12 and is arranged on the side of the friction contact 10 with a gap. Thereby, the magnetic sensor 4 can detect the strength of the magnetic field M formed by the frictional contact 10 made of a permanent magnet.

前記制御部6は、前記磁気センサ4から出力される磁界Mの強さを示す出力信号を受信して、被駆動体3と摩擦接触子10との相対位置を演算する位置演算部14と、該位置演算部14により演算された相対位置に基づいて、超音波振動子2に供給する駆動電圧を調節する駆動制御部15とを備えている。   The control unit 6 receives an output signal indicating the strength of the magnetic field M output from the magnetic sensor 4 and calculates a relative position between the driven body 3 and the friction contact 10; A drive control unit 15 that adjusts the drive voltage supplied to the ultrasonic transducer 2 based on the relative position calculated by the position calculation unit 14 is provided.

このように構成された本実施形態に係る超音波モータ1および超音波モータシステム5の作用について以下に説明する。
本実施形態に係る超音波モータ1によれば、超音波振動子2を構成する圧電積層体9に接着されている摩擦接触子10が永久磁石により構成され、被駆動体3となる固定部材12の表面には磁性材料からなる駆動面部材13が設けられているので、超音波振動子2は、駆動電圧が供給されていない状態で、その摩擦接触子10を磁気吸引力によって駆動面部材13に密着させた状態に配置される。
The operation of the ultrasonic motor 1 and the ultrasonic motor system 5 according to this embodiment configured as described above will be described below.
According to the ultrasonic motor 1 according to the present embodiment, the friction contact 10 bonded to the piezoelectric laminate 9 constituting the ultrasonic vibrator 2 is formed of a permanent magnet, and the fixing member 12 serving as the driven body 3. Since the drive surface member 13 made of a magnetic material is provided on the surface of the ultrasonic transducer 2, the drive surface member 13 is driven by the magnetic contact force of the friction contact 10 in a state where the drive voltage is not supplied. It arrange | positions in the state closely_contact | adhered to.

この初期状態において、磁気センサ4には、永久磁石からなる摩擦接触子10との位置関係に応じた強さの磁界Mが検出されている。したがって、磁気センサ4から出力される出力電圧または出力電流により、位置演算部14が磁気センサ4と摩擦接触子10との初期相対位置を演算して記憶する。   In this initial state, the magnetic sensor 4 detects a magnetic field M having a strength corresponding to the positional relationship with the friction contact 10 made of a permanent magnet. Therefore, the position calculation unit 14 calculates and stores the initial relative position between the magnetic sensor 4 and the friction contact 10 based on the output voltage or output current output from the magnetic sensor 4.

この状態で、制御部6により目標位置が設定されると、制御部6が、超音波振動子2を目標位置まで移動させるための駆動電圧を超音波振動子2に供給する。制御部6から駆動電圧を供給すると、圧電積層体9の出力端に接着された2つの摩擦接触子10が略楕円運動させられる。摩擦接触子10と駆動面部材13とは、永久磁石からなる摩擦接触子10の磁気吸引力によって密着状態に押し付けられているので、摩擦接触子10が略楕円運動させられると両者間に生ずる摩擦力によって、駆動面部材13が摩擦接触子10により略楕円運動の接線方向に押圧される。   When the target position is set by the control unit 6 in this state, the control unit 6 supplies the ultrasonic vibrator 2 with a driving voltage for moving the ultrasonic vibrator 2 to the target position. When a drive voltage is supplied from the control unit 6, the two frictional contacts 10 bonded to the output end of the piezoelectric laminate 9 are caused to move approximately elliptically. Since the friction contact 10 and the drive surface member 13 are pressed in close contact with each other by the magnetic attraction force of the friction contact 10 made of a permanent magnet, friction generated between the friction contact 10 and the drive surface member 13 is caused when the friction contact 10 is substantially elliptically moved. Due to the force, the driving surface member 13 is pressed by the friction contact 10 in the tangential direction of the substantially elliptical motion.

そして、2つの摩擦接触子10によって交互に、摩擦による押圧動作を繰り返すことにより、摩擦接触子10と駆動面部材13との密着および離間が断続的に繰り返されながら、被駆動体3に対して超音波振動子2が相対的に移動させられることになる。本実施形態においては、被駆動体3が固定されているので、超音波振動子2が被駆動体3に対して一方向に自走することになる。本実施形態によれば、摩擦接触子10を永久磁石によって構成することにより、摩擦接触子10を駆動面部材13に押圧する加圧機構を別個に設ける必要がなく、部品点数を少なくして構造を簡略化し、かつ、小型化およびコストの低減を図ることができる。   By alternately repeating the pressing operation by friction by the two friction contacts 10, the close contact and separation between the friction contact 10 and the drive surface member 13 are intermittently repeated, and the driven body 3 is repeatedly operated. The ultrasonic transducer 2 is moved relatively. In the present embodiment, since the driven body 3 is fixed, the ultrasonic transducer 2 self-travels in one direction with respect to the driven body 3. According to the present embodiment, the friction contact 10 is formed of a permanent magnet, so that it is not necessary to separately provide a pressurizing mechanism for pressing the friction contact 10 against the drive surface member 13, and the number of parts is reduced. Can be simplified, and downsizing and cost reduction can be achieved.

被駆動体3に対して超音波振動子2が相対移動させられると、磁気センサ4に対する摩擦接触子10の相対位置も変化させられるので、摩擦接触子10の形成する磁界Mが磁気センサ4に対して相対的に移動し、磁気センサ4により検出される磁界Mの強さが変化する。したがって、摩擦接触子10と磁気センサ4との相対位置関係と検出される磁界Mの強さとの関係を予め測定して、位置演算部14に記憶しておくことにより、磁気センサ4により検出される磁界Mの強さに基づいて、被駆動体3に対する超音波振動子2の相対位置を精度よく演算することができる。   When the ultrasonic transducer 2 is moved relative to the driven body 3, the relative position of the friction contact 10 with respect to the magnetic sensor 4 is also changed, so that the magnetic field M formed by the friction contact 10 is applied to the magnetic sensor 4. The strength of the magnetic field M detected by the magnetic sensor 4 changes relative to the relative movement. Accordingly, the relationship between the relative positional relationship between the frictional contact 10 and the magnetic sensor 4 and the strength of the detected magnetic field M is measured in advance and stored in the position calculation unit 14 to be detected by the magnetic sensor 4. Based on the strength of the magnetic field M, the relative position of the ultrasonic transducer 2 with respect to the driven body 3 can be calculated with high accuracy.

本実施形態によれば、摩擦接触子10を駆動面部材13に密着させるための磁界Mを利用して磁気センサ4により超音波振動子2と被駆動体3との相対位置を示す磁界Mの強さを精度よく検出し、位置演算部14によって、相対位置を精度よく演算することができる。したがって、移動距離以上の長さを有する磁気スケールを設置する必要がなく、小型で高精度の超音波モータ1および超音波モータシステム5を実現することができる。   According to the present embodiment, the magnetic field M indicating the relative position between the ultrasonic transducer 2 and the driven body 3 is detected by the magnetic sensor 4 using the magnetic field M for bringing the frictional contact 10 into close contact with the driving surface member 13. The strength can be detected with high accuracy, and the relative position can be calculated with high accuracy by the position calculation unit 14. Therefore, it is not necessary to install a magnetic scale having a length equal to or longer than the moving distance, and a small and highly accurate ultrasonic motor 1 and ultrasonic motor system 5 can be realized.

なお、本実施形態に係る超音波モータ1においては、固定された被駆動体3に対して超音波振動子2が移動する自走式の超音波モータ1を例示したが、これに代えて、超音波振動子2を固定し、被駆動体3を移動させる他動式の超音波モータ1を採用してもよい。この場合、磁気センサ4は、被駆動体3に固定されているので、被駆動体3とともに移動させられることになる。   In the ultrasonic motor 1 according to the present embodiment, the self-propelled ultrasonic motor 1 in which the ultrasonic transducer 2 moves with respect to the fixed driven body 3 is illustrated, but instead, A passive ultrasonic motor 1 that fixes the ultrasonic vibrator 2 and moves the driven body 3 may be employed. In this case, since the magnetic sensor 4 is fixed to the driven body 3, the magnetic sensor 4 is moved together with the driven body 3.

次に、本発明の第2の実施形態に係る超音波モータ20および超音波モータシステム21について、図7および図8を参照して以下に説明する。なお、本実施形態の説明において、上述した第1の実施形態に係る超音波モータ1とおよび超音波モータシステム5と構成を共通とする箇所には同一符号を付して説明を省略する。   Next, an ultrasonic motor 20 and an ultrasonic motor system 21 according to a second embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. In the description of the present embodiment, portions having the same configuration as those of the ultrasonic motor 1 and the ultrasonic motor system 5 according to the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

本実施形態に係る超音波モータ20は、超音波振動子2と被駆動体3との相対移動方向に間隔をあけて複数の磁気センサ22,23を備えている点において第1の実施形態に係る超音波モータ1と相違している。   The ultrasonic motor 20 according to this embodiment is the same as that of the first embodiment in that a plurality of magnetic sensors 22 and 23 are provided at intervals in the relative movement direction of the ultrasonic transducer 2 and the driven body 3. This is different from the ultrasonic motor 1.

本実施形態に係る超音波モータ20によれば、図7に示されるように、超音波モータ20の摩擦接触子10に対して2つの磁気センサ22,23が配置されている場合、超音波振動子2を作動させて、被駆動体3に対して一方向に相対移動させると、図8に示されるように、超音波振動子2が近づいていく第2の磁気センサ23により検出される磁界Mの強度は時間とともに増加するが、超音波振動子2が遠ざかっていく第1の磁気センサ22により検出される磁界Mの強度は時間とともに減少する。   According to the ultrasonic motor 20 according to the present embodiment, as shown in FIG. 7, when two magnetic sensors 22 and 23 are arranged with respect to the frictional contact 10 of the ultrasonic motor 20, ultrasonic vibration When the child 2 is operated and moved relative to the driven body 3 in one direction, the magnetic field detected by the second magnetic sensor 23 approaching the ultrasonic transducer 2 as shown in FIG. The intensity of M increases with time, but the intensity of the magnetic field M detected by the first magnetic sensor 22 to which the ultrasonic transducer 2 moves away decreases with time.

したがって、位置演算部14により超音波振動子2と被駆動体3との相対位置を演算する際に、隣接する2つの磁気センサ22,23からの出力電圧値あるいは電流値の変化の傾向をも判断することにより、相対位置関係を誤ってしまうことを防止できる。
なお、本実施形態においては、2つの磁気センサ22,23を有する場合について説明したが、これに代えて、間隔をあけて3つ以上の磁気センサが配置されていることとしてもよい。
Therefore, when the relative position between the ultrasonic transducer 2 and the driven body 3 is calculated by the position calculation unit 14, the output voltage value or current value from the two adjacent magnetic sensors 22 and 23 tends to change. By determining, it is possible to prevent the relative positional relationship from being wrong.
In addition, although this embodiment demonstrated the case where it had two magnetic sensors 22 and 23, it may replace with this and three or more magnetic sensors may be arrange | positioned at intervals.

また、摩擦接触子10の表面にジルコニアセラミックス等の硬質な材料からなる硬質層を接着してもよく、また、ジルコニアセラミックス等を溶射法により摩擦接触子10の表面に付着させることにしてもよい。   Further, a hard layer made of a hard material such as zirconia ceramics may be adhered to the surface of the friction contact 10, or zirconia ceramics or the like may be adhered to the surface of the friction contact 10 by a thermal spraying method. .

本発明の第1の実施形態に係る超音波モータおよび超音波モータシステムを示す全体構成図である。1 is an overall configuration diagram illustrating an ultrasonic motor and an ultrasonic motor system according to a first embodiment of the present invention. 図1の超音波モータの超音波振動子を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the ultrasonic transducer | vibrator of the ultrasonic motor of FIG. 図2の超音波振動子を構成する圧電積層体を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the piezoelectric laminated body which comprises the ultrasonic transducer | vibrator of FIG. 図3の圧電積層体を構成する圧電セラミックスシートを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the piezoelectric ceramic sheet which comprises the piezoelectric laminated body of FIG. 図2の圧電積層体が1次の縦振動モードで振動する様子をコンピュータ解析により示す図である。It is a figure which shows a mode that the piezoelectric laminated body of FIG. 2 vibrates in the primary longitudinal vibration mode by computer analysis. 図2の圧電積層体が2次の屈曲振動モードで振動する様子をコンピュータ解析により示す図である。It is a figure which shows a mode that the piezoelectric laminated body of FIG. 2 vibrates in a secondary bending vibration mode by computer analysis. 本発明の第1の実施形態に係る超音波モータおよび超音波モータシステムを示す全体構成図である。1 is an overall configuration diagram illustrating an ultrasonic motor and an ultrasonic motor system according to a first embodiment of the present invention. 図7の超音波モータの2つの磁気センサにより検出される磁界の強さと超音波振動子の位置との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the intensity | strength of the magnetic field detected by two magnetic sensors of the ultrasonic motor of FIG. 7, and the position of an ultrasonic transducer | vibrator.

符号の説明Explanation of symbols

1,20 超音波モータ
2 超音波振動子
3 被駆動体
4,22,23 磁気センサ
5,21 超音波モータシステム
6 制御部
10 摩擦接触子(接触部材:磁界発生手段)
12 固定部材(被駆動体)
13 駆動面部材(被駆動体)
M 磁界
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,20 Ultrasonic motor 2 Ultrasonic vibrator 3 Driven body 4,22,23 Magnetic sensor 5,21 Ultrasonic motor system 6 Control part 10 Friction contact (Contact member: Magnetic field generation means)
12 Fixing member (driven body)
13 Driving surface member (driven body)
M magnetic field

Claims (3)

駆動電圧を供給されることにより、異なる2つの振動モードを同時に発生させて出力端に略楕円振動を生じさせる超音波振動子と、
該超音波振動子の出力端に固定された接触部材と、
該接触部材により押圧される磁性材料からなる被駆動体と、
前記接触部材に設けられ、前記被駆動体を前記接触部材側に磁気吸引して両者を密着させる磁界を発生する磁界発生手段と、
前記被駆動体に固定され、前記磁界発生手段により発生された磁界の強さを検出する磁気センサとを備える超音波モータ。
An ultrasonic vibrator that generates a substantially elliptic vibration at the output end by simultaneously generating two different vibration modes by being supplied with a driving voltage;
A contact member fixed to the output end of the ultrasonic transducer;
A driven body made of a magnetic material pressed by the contact member;
A magnetic field generating means for generating a magnetic field that is provided on the contact member and magnetically attracts the driven body toward the contact member to bring them into close contact;
An ultrasonic motor comprising: a magnetic sensor that is fixed to the driven body and detects the strength of a magnetic field generated by the magnetic field generating means.
前記磁界発生手段が、前記接触部材を磁石とすることにより構成されている請求項1に記載の超音波モータ。   The ultrasonic motor according to claim 1, wherein the magnetic field generation unit is configured by using the contact member as a magnet. 請求項1または請求項2に記載の超音波モータと、
該超音波モータを駆動制御する制御部とを備え、
該制御部が、前記超音波モータの磁気センサにより検出された磁界の強さに基づいて、超音波振動子と被駆動体との相対位置を演算し、演算された相対位置に基づいて超音波振動子に供給する駆動電圧を調節する超音波モータシステム。
The ultrasonic motor according to claim 1 or 2,
A control unit for driving and controlling the ultrasonic motor,
The control unit calculates a relative position between the ultrasonic transducer and the driven body based on the strength of the magnetic field detected by the magnetic sensor of the ultrasonic motor, and the ultrasonic wave based on the calculated relative position. An ultrasonic motor system that adjusts the drive voltage supplied to the transducer.
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