JP3218945B2 - 超音波モータ - Google Patents
超音波モータInfo
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- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は超音波モータのロー
タ構造および制御回路に関するものである。
タ構造および制御回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、超音波モータは電磁モータに比べ
単位体積当たりのトルクが高いなどの利点を活かした次
世代アクチュエータとして注目をあびている。
単位体積当たりのトルクが高いなどの利点を活かした次
世代アクチュエータとして注目をあびている。
【０００３】この超音波モータは超音波振動する振動体
とこの上を摺動するロータとが均一接触，均一加圧され
た時に安定した最大の特性を示す。
とこの上を摺動するロータとが均一接触，均一加圧され
た時に安定した最大の特性を示す。
【０００４】図５に従来の超音波モータの構造図を示
す。図５において、２９は振動体、３０は出力軸、３１
は出力軸３０と一体成形されたロータ、３２はロータ３
１と振動体２９を加圧接触させる加圧バネ、３３は加圧
バネ３２に押され出力軸３０の端面に接しロータ３１を
加圧するためのピボット受け、３４はメタルベアリン
グ、３５はフレーム、３６はブラケットである。
す。図５において、２９は振動体、３０は出力軸、３１
は出力軸３０と一体成形されたロータ、３２はロータ３
１と振動体２９を加圧接触させる加圧バネ、３３は加圧
バネ３２に押され出力軸３０の端面に接しロータ３１を
加圧するためのピボット受け、３４はメタルベアリン
グ、３５はフレーム、３６はブラケットである。
【０００５】従来はこれらを均一接触，均一加圧させる
ために、ロータ，振動体の支持加圧方法に高い精度が要
求されていた。
ために、ロータ，振動体の支持加圧方法に高い精度が要
求されていた。
【０００６】図６に従来のロータを用い、振動体上に振
動センサをもつ超音波モータの制御回路のブロック図を
示す。図６において、２１は周波数可変発振回路、２２
は分周回路および９０゜位相器、２３は電力増幅回路、
２４は超音波モータ、２５は振動体上の振動センサ、３
７はピーク値検出回路、３８は比較演算回路である。従
来は図６のように振動体上に設けられた振動センサの信
号のピーク値のみを検出し、この情報より発振回路の周
波数を操作して制御を行っていた。
動センサをもつ超音波モータの制御回路のブロック図を
示す。図６において、２１は周波数可変発振回路、２２
は分周回路および９０゜位相器、２３は電力増幅回路、
２４は超音波モータ、２５は振動体上の振動センサ、３
７はピーク値検出回路、３８は比較演算回路である。従
来は図６のように振動体上に設けられた振動センサの信
号のピーク値のみを検出し、この情報より発振回路の周
波数を操作して制御を行っていた。
【０００７】超音波モータを駆動させた時のロータおよ
び振動体の接触面は、摩擦力による回転および振動セン
サの信号による制御の安定化のため、一定の軌跡を描く
ように高精度な加工が必要であった。またこの安定化し
た振動センサの信号は、振動体の振動状態を示すもので
あり、実際のロータの回転速度情報を含んでいない。さ
らに、この信号はピーク値のみが計測データとして使用
されていたため、正確な回転速度制御は困難であった。
び振動体の接触面は、摩擦力による回転および振動セン
サの信号による制御の安定化のため、一定の軌跡を描く
ように高精度な加工が必要であった。またこの安定化し
た振動センサの信号は、振動体の振動状態を示すもので
あり、実際のロータの回転速度情報を含んでいない。さ
らに、この信号はピーク値のみが計測データとして使用
されていたため、正確な回転速度制御は困難であった。
【０００８】このような高精度な加工をほどこされた超
音波モータは、外部からの圧力，振動，周囲の環境の変
化などに弱く、接触状態などの変化により特性が著しく
劣化する。
音波モータは、外部からの圧力，振動，周囲の環境の変
化などに弱く、接触状態などの変化により特性が著しく
劣化する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】ロータの接触面と振動
体の接触面は均一に接触し、かつ均一に加圧される必要
があり、それぞれの接触面は高精度な平行度を保ちつつ
摺動できる支持構造にする必要があるためコストが高く
なる。
体の接触面は均一に接触し、かつ均一に加圧される必要
があり、それぞれの接触面は高精度な平行度を保ちつつ
摺動できる支持構造にする必要があるためコストが高く
なる。
【００１０】また外部からの圧力，振動，周囲の環境の
変化などにより、ロータと振動体の接触状況が変化し接
触加圧が不均一になると、回転速度の変動および寿命の
劣化、さらにはロックの発生の可能性がある。
変化などにより、ロータと振動体の接触状況が変化し接
触加圧が不均一になると、回転速度の変動および寿命の
劣化、さらにはロックの発生の可能性がある。
【００１１】振動体上に振動センサが設けられている超
音波モータにおいては、振動センサの信号に擾乱が発生
しないように、モータ駆動時にロータおよび振動体の接
触面の描く軌跡は常に一定になるよう設計されている。
このため、駆動するにともないロータおよび振動体が互
いに接触している局部のみが摩耗し、接触状態の劣化が
早まるため寿命が短くなるという問題点がある。
音波モータにおいては、振動センサの信号に擾乱が発生
しないように、モータ駆動時にロータおよび振動体の接
触面の描く軌跡は常に一定になるよう設計されている。
このため、駆動するにともないロータおよび振動体が互
いに接触している局部のみが摩耗し、接触状態の劣化が
早まるため寿命が短くなるという問題点がある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め従来は振動体を支持する際に、その接触面の傾きに追
従できるような構造を用いていたが、本発明ではロータ
側に接触面の傾きを変化させられるような構造を提案す
る。
め従来は振動体を支持する際に、その接触面の傾きに追
従できるような構造を用いていたが、本発明ではロータ
側に接触面の傾きを変化させられるような構造を提案す
る。
【００１３】また、モータ駆動時にロータ接触面が摺動
する振動体の接触面上の軌跡が、均一にむらなく径方向
に一定の周期で往復移動するような構成とし、振動体上
に振動センサをもつ超音波モータにおいては、ロータの
位置によって振動センサの信号が規則的に変動するた
め、この位置情報をもった信号を検出することで簡単で
より正確な速度制御を行うことができる。
する振動体の接触面上の軌跡が、均一にむらなく径方向
に一定の周期で往復移動するような構成とし、振動体上
に振動センサをもつ超音波モータにおいては、ロータの
位置によって振動センサの信号が規則的に変動するた
め、この位置情報をもった信号を検出することで簡単で
より正確な速度制御を行うことができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しながら説明する。
て、図面を参照しながら説明する。
【００１５】（実施の形態１）図１は本発明の第１の実
施の形態による超音波モータの断面図を示し、図１にお
いて１が振動体、２が出力軸、３が出力軸２に一体成形
された第一のロータ、４が前記第一のロータ３と接触し
同時に前記振動体１の接触面とも接する第二のロータ、
５がロータを前記振動体１に加圧接触させるための加圧
バネ、６は前記加圧バネ５に押され前記出力軸２の端面
と接し、前記第一のロータ３，第二のロータ４を加圧す
るためのピボット受け、７はメタルベアリング、８はフ
レーム、９はブラケットである。前記第一のロータ３と
第二のロータ４が互いに接触している面は球面の一部分
で形成されており、その間の摩擦力は前記第二のロータ
４と前記振動体１の互いの接触面間の摩擦力、すなわち
超音波モータの出力より大きくされ、駆動力の反作用で
前記第一のロータ３と前記第二のロータ４の間で滑りが
発生しないように接触面積，摩擦係数などを考慮に入れ
て設計されている。
施の形態による超音波モータの断面図を示し、図１にお
いて１が振動体、２が出力軸、３が出力軸２に一体成形
された第一のロータ、４が前記第一のロータ３と接触し
同時に前記振動体１の接触面とも接する第二のロータ、
５がロータを前記振動体１に加圧接触させるための加圧
バネ、６は前記加圧バネ５に押され前記出力軸２の端面
と接し、前記第一のロータ３，第二のロータ４を加圧す
るためのピボット受け、７はメタルベアリング、８はフ
レーム、９はブラケットである。前記第一のロータ３と
第二のロータ４が互いに接触している面は球面の一部分
で形成されており、その間の摩擦力は前記第二のロータ
４と前記振動体１の互いの接触面間の摩擦力、すなわち
超音波モータの出力より大きくされ、駆動力の反作用で
前記第一のロータ３と前記第二のロータ４の間で滑りが
発生しないように接触面積，摩擦係数などを考慮に入れ
て設計されている。
【００１６】（実施の形態２）図２は第２の実施の形態
によるロータの平面図および断面図を示し、図２におい
て１０が第二のロータ、１１が第一のロータで互いに接
触する面は球面の一部分で形成され、第一のロータ１
１，第二のロータ１０が互いに接触する面の少なくとも
一方に図２に示すような、すり鉢状の溝がほどこされて
いる。これにより、駆動力の反作用による第一のロータ
と第二のロータ間の滑りを低減し、かつ実施の形態１に
述べた接触の傾きの変化にロータの接触面の傾きが追従
し、常に安定な接触をより円滑に実現できモータの特性
が安定する。
によるロータの平面図および断面図を示し、図２におい
て１０が第二のロータ、１１が第一のロータで互いに接
触する面は球面の一部分で形成され、第一のロータ１
１，第二のロータ１０が互いに接触する面の少なくとも
一方に図２に示すような、すり鉢状の溝がほどこされて
いる。これにより、駆動力の反作用による第一のロータ
と第二のロータ間の滑りを低減し、かつ実施の形態１に
述べた接触の傾きの変化にロータの接触面の傾きが追従
し、常に安定な接触をより円滑に実現できモータの特性
が安定する。
【００１７】（実施の形態３）図３は本発明におけるロ
ータおよび振動体の形状と、この振動体の裏面に接着さ
れた圧電体上の振動センサを示し、図３において１２は
ロータ、１３はロータが振動体と接触する接触面、１４
は出力軸、１５は振動を機械的に増幅する弾性体、１６
は弾性体１５上の振動振幅増幅用の突起部、１７は弾性
体１５がロータ１２と接する面上の任意の時間のロータ
１２の接触箇所、１８は圧電体、１９は圧電体１８のロ
ータ１２と反対側の面上の駆動電極、２０は圧電体１８
のロータ１２と反対側の面上の振動センサである。弾性
体１５と圧電体１８は接着などにより固着されて振動体
を形成する。以上の構成において、ロータ１２の接触面
１３の形状を正４角形とすることで、モータ駆動時に弾
性体１５の接触面上において広範囲に、均一にロータ１
２の接触面１３が摺動するため摩耗する面が広く分散さ
れ、長時間の駆動にも耐えられ長寿命化が可能である。
ータおよび振動体の形状と、この振動体の裏面に接着さ
れた圧電体上の振動センサを示し、図３において１２は
ロータ、１３はロータが振動体と接触する接触面、１４
は出力軸、１５は振動を機械的に増幅する弾性体、１６
は弾性体１５上の振動振幅増幅用の突起部、１７は弾性
体１５がロータ１２と接する面上の任意の時間のロータ
１２の接触箇所、１８は圧電体、１９は圧電体１８のロ
ータ１２と反対側の面上の駆動電極、２０は圧電体１８
のロータ１２と反対側の面上の振動センサである。弾性
体１５と圧電体１８は接着などにより固着されて振動体
を形成する。以上の構成において、ロータ１２の接触面
１３の形状を正４角形とすることで、モータ駆動時に弾
性体１５の接触面上において広範囲に、均一にロータ１
２の接触面１３が摺動するため摩耗する面が広く分散さ
れ、長時間の駆動にも耐えられ長寿命化が可能である。
【００１８】（実施の形態４）実施の形態３の圧電体１
８上に、図３の振動センサ２０を有する超音波モータの
速度制御回路図を図４に示す。２１は周波数可変の発振
回路、２２は分周回路および９０゜位相器、２３は電力
増幅回路、２４は超音波モータ、２５は振動体上の振動
センサ、２６はピーク値検出回路、２７は位相検出回
路、２８は比較演算回路である。
８上に、図３の振動センサ２０を有する超音波モータの
速度制御回路図を図４に示す。２１は周波数可変の発振
回路、２２は分周回路および９０゜位相器、２３は電力
増幅回路、２４は超音波モータ、２５は振動体上の振動
センサ、２６はピーク値検出回路、２７は位相検出回
路、２８は比較演算回路である。
【００１９】実施の形態３と同様にロータの接触面の形
状を正４角形とすることで、モータ駆動時にロータの接
触面が、振動体の接触面上において広範囲に、均一かつ
時間的に規則的に摺動するため、振動センサからは正弦
波近似の信号が発生する。
状を正４角形とすることで、モータ駆動時にロータの接
触面が、振動体の接触面上において広範囲に、均一かつ
時間的に規則的に摺動するため、振動センサからは正弦
波近似の信号が発生する。
【００２０】図４において、振動センサからの正弦波近
似の信号のピーク値をピーク値検出回路２６により、ま
た位相のズレ量を位相検出回路２７により各々検出し、
比較演算回路２８で目標回転数におけるピーク値，位相
のズレ量と比較演算し、駆動周波数を操作し速度制御を
行う。
似の信号のピーク値をピーク値検出回路２６により、ま
た位相のズレ量を位相検出回路２７により各々検出し、
比較演算回路２８で目標回転数におけるピーク値，位相
のズレ量と比較演算し、駆動周波数を操作し速度制御を
行う。
【００２１】振動センサから最短距離の位置にロータの
接触面の正４角形の頂点部分が接しているときは、振動
体の振動振幅の大きい外周部分を加圧するため、振動セ
ンサからみた振動体の共振周波数が上がり、正弦波近似
の振動センサの信号のピーク値が上がりその位相が遅れ
る。逆にロータ接触面の正４角形の辺の中点が、同様に
振動体の接触面上で振動センサから最短距離の位置に接
しているときは、振動体の振動振幅が小さい内周部を加
圧することになり、振動センサから見た振動体の共振周
波数は下がり、正弦波近似の振動センサの信号のピーク
値は下がりその位相は進む。
接触面の正４角形の頂点部分が接しているときは、振動
体の振動振幅の大きい外周部分を加圧するため、振動セ
ンサからみた振動体の共振周波数が上がり、正弦波近似
の振動センサの信号のピーク値が上がりその位相が遅れ
る。逆にロータ接触面の正４角形の辺の中点が、同様に
振動体の接触面上で振動センサから最短距離の位置に接
しているときは、振動体の振動振幅が小さい内周部を加
圧することになり、振動センサから見た振動体の共振周
波数は下がり、正弦波近似の振動センサの信号のピーク
値は下がりその位相は進む。
【００２２】従来のロータを用いた超音波モータでは、
振動体上に設けられた振動センサからの信号は、振動体
の振動状態の情報のみでロータの位置情報は含まれてい
ないが、本発明のロータを用いることで、ロータの位置
により振動体上の振動センサからの信号のピーク値，位
相のズレ量が規則的に変化するため、このロータの位置
情報を含んだ信号を用いることで、簡単でより正確な制
御を行うことが可能となる。
振動体上に設けられた振動センサからの信号は、振動体
の振動状態の情報のみでロータの位置情報は含まれてい
ないが、本発明のロータを用いることで、ロータの位置
により振動体上の振動センサからの信号のピーク値，位
相のズレ量が規則的に変化するため、このロータの位置
情報を含んだ信号を用いることで、簡単でより正確な制
御を行うことが可能となる。
【００２３】
【発明の効果】実施の形態１においては、第一のロータ
と第二のロータが互いに接触している面を球面の一部分
とすることで、出力軸の軸振れおよび振動体の接触面の
傾きの変化にロータの接触面の傾きが追従し、常に安定
な接触が実現できるためモータの特性が安定する。
と第二のロータが互いに接触している面を球面の一部分
とすることで、出力軸の軸振れおよび振動体の接触面の
傾きの変化にロータの接触面の傾きが追従し、常に安定
な接触が実現できるためモータの特性が安定する。
【００２４】また第一のロータと第二のロータの接触す
る球面の中心を図１とは逆の加圧バネ側にした構造およ
び出力軸の支持を、ベアリング１個だけで行う構造のモ
ータでも同様の効果を上げることが可能である。
る球面の中心を図１とは逆の加圧バネ側にした構造およ
び出力軸の支持を、ベアリング１個だけで行う構造のモ
ータでも同様の効果を上げることが可能である。
【００２５】実施の形態２においては、球面状の接触面
にすり鉢状の溝をほどこすことで、駆動力の反作用によ
る第一のロータと第二のロータ間の滑りが低減でき、か
つ実施の形態１と同様に接触の傾きの変化にロータの接
触面の傾きが追従し常に安定な接触をより円滑に実現で
き、モータの特性が安定する。
にすり鉢状の溝をほどこすことで、駆動力の反作用によ
る第一のロータと第二のロータ間の滑りが低減でき、か
つ実施の形態１と同様に接触の傾きの変化にロータの接
触面の傾きが追従し常に安定な接触をより円滑に実現で
き、モータの特性が安定する。
【００２６】実施の形態３においては、ロータの接触面
の形状を正４角形とすることで、モータ駆動時にロータ
の接触面が振動体の接触面上において広範囲に均一に摺
動するため、摩耗する面が広く分散され長時間の駆動に
も耐えられ長寿命化が可能である。
の形状を正４角形とすることで、モータ駆動時にロータ
の接触面が振動体の接触面上において広範囲に均一に摺
動するため、摩耗する面が広く分散され長時間の駆動に
も耐えられ長寿命化が可能である。
【００２７】実施の形態４においては、実施の形態３と
同様にロータの接触面の形状を正４角形とすることで、
ロータの位置により振動体上の振動センサからの信号の
ピーク値，位相のズレ量が規則的に変化するため、この
ロータの位置情報を含んだ信号を用いることで、簡単で
正確な制御を行うことが可能となる。
同様にロータの接触面の形状を正４角形とすることで、
ロータの位置により振動体上の振動センサからの信号の
ピーク値，位相のズレ量が規則的に変化するため、この
ロータの位置情報を含んだ信号を用いることで、簡単で
正確な制御を行うことが可能となる。
【００２８】なお、実施の形態３および実施の形態４に
おいて、ロータ接触面の形状は正４角形のみでなく正ｎ
角形としても同様の効果が得られる。
おいて、ロータ接触面の形状は正４角形のみでなく正ｎ
角形としても同様の効果が得られる。
【００２９】また超音波モータのロータの接触面の表面
の面精度は非常に高く加工されているため、組立工程で
接触面に傷が付きやすく、また長時間の駆動で接触面が
すり減り使用できなくなったものは従来はロータ全体を
交換していたが、本発明では第二のロータのみを交換す
ればよく、リサイクル性にも優れている。
の面精度は非常に高く加工されているため、組立工程で
接触面に傷が付きやすく、また長時間の駆動で接触面が
すり減り使用できなくなったものは従来はロータ全体を
交換していたが、本発明では第二のロータのみを交換す
ればよく、リサイクル性にも優れている。
【図１】本発明の第１の実施の形態による超音波モータ
の断面図
の断面図
【図２】本発明の第２の実施の形態によるロータの平面
および断面図
および断面図
【図３】本発明の第３の実施の形態によるモータの要部
分解斜視図
分解斜視図
【図４】本発明の第４の実施の形態によるモータの速度
制御回路のブロック図
制御回路のブロック図
【図５】従来の超音波モータの断面図
【図６】従来の超音波モータの制御回路のブロック図
１，２９ 振動体 ２，１４，３０ 出力軸 ３，１１ 第一のロータ ４，１０ 第二のロータ ５，３２ 加圧バネ ６，３３ ピボット受け ７，３４ メタルベアリング ８，３５ フレーム ９，３６ ブラケット １２，３１ ロータ １３ 接触面 １５ 弾性体 １６ 突起部 １７ 接触箇所 １８ 圧電体 １９ 駆動電極 ２０，２５ 振動センサ ２１ 周波数可変発振回路 ２２ 分周回路および９０゜位相器 ２３ 電力増幅回路 ２４ 超音波モータ ２６，３７ ピーク位置検出回路 ２７ 位相検出回路 ２８，３８ 比較演算回路
Claims (4)
- 【請求項１】超音波振動する振動体と、この上を摺動す
るロータとを備える超音波モータにおいて、前記ロータ
を２つの部分で構成し、それぞれの部分に凹，凸の球面
をほどこし、この球面部を互いに加圧接触させ、この２
つの部分間の摩擦力を介して出力を取り出すことを特徴
とする超音波モータ。 - 【請求項２】ロータを構成する２つの部分が互いに接す
る凹あるいは凸の球面部の少なくとも一方の球面部に、
出力軸から半径方向にｎ本の放射状の溝を設けたことを
特徴とする請求項１記載の超音波モータ。 - 【請求項３】超音波振動する圧電体と振動を増幅する弾
性体とが固着されて形成された振動体と、前記弾性体上
を摺動するロータとを備える超音波モータにおいて、前
記弾性体と接する前記ロータの接触面を正ｎ角形の形状
としたことを特徴とする超音波モータ。 - 【請求項４】超音波振動する圧電体と振動を増幅する弾
性体とが固着されて形成された振動体と、前記弾性体上
を摺動するロータとを備え、前記圧電体上に振動センサ
を有する超音波モータにおいて、前記弾性体と接する前
記ロータの接触面の形状を正ｎ角形とし、前記振動セン
サの信号を用いて速度制御を行うことを特徴とする超音
波モータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27743295A JP3218945B2 (ja) | 1995-10-25 | 1995-10-25 | 超音波モータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27743295A JP3218945B2 (ja) | 1995-10-25 | 1995-10-25 | 超音波モータ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09121567A JPH09121567A (ja) | 1997-05-06 |
| JP3218945B2 true JP3218945B2 (ja) | 2001-10-15 |
Family
ID=17583488
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27743295A Expired - Fee Related JP3218945B2 (ja) | 1995-10-25 | 1995-10-25 | 超音波モータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3218945B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6410467B1 (en) | 1998-04-08 | 2002-06-25 | Corning Incorporated | Antimony oxide glass with optical activity |
| US6560392B2 (en) | 1999-09-28 | 2003-05-06 | Asahi Glass Company, Limited | Optical amplifying glass fiber |
| US6599853B2 (en) | 2000-01-26 | 2003-07-29 | Asahi Glass Company, Limited | Optical amplifier glass |
| US6620748B1 (en) | 1998-10-20 | 2003-09-16 | Asahi Glass Co Ltd | Light-amplifying glass, light-amplifying medium and resin-coated light-amplifying medium |
| US6653251B2 (en) | 2000-01-26 | 2003-11-25 | Asahi Glass Company, Limited | Optical amplifying glass and method for its production |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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1995
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