JPH0284081A

JPH0284081A - 超音波モータ

Info

Publication number: JPH0284081A
Application number: JP63235424A
Authority: JP
Inventors: Shoji Kanamaru; 金丸　正二
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1988-09-20
Filing date: 1988-09-20
Publication date: 1990-03-26

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〕この発明は、超音波モータ、特にロータとステータ間の
圧接力を制御し得る超音波モータに関する。

〔発明の概要〕

この発明は、超音波モータにおいて、ロータとステータ
間の圧接力を検出する圧接力検出手段と、圧接力検出手
段からの出力に基づいて、所定の圧接力を維持する圧接
力制御手段と、圧接力制御手段からの出力に基づいて伸
縮するアクチュエータとを備えたことにより、ロータと
ステータ間の圧接力を均一に、そして常に一定の値に制
御できるようにしたものである。

〔従来の技術〕

進行波形の超音波モータは、一般的にロータをステータ
の弾性体に圧接させ、このステータ（弾性体）に発生す
る進行波によってロータを摩擦駆動するものである。こ
のような超音波モータにおいて、上述の圧接力を得る従
来の手段としては、例えば特開昭６２−１００１７９号
公報に開示されるように、主に、バネ、バネ押え用部材
等が用いられていた。

【発明が解決しよう゛とする課題〕

しかしながら、このような従来の圧接手段では、ロータ
とステータ間の圧接力を均一にすることが困難で、部位
によって圧接力に差が生じてしまうという問題点があっ
た。また雰囲気、駆動による温度上昇、そして、長時間
の駆動によって生ずる摩耗、ゆるみ等により圧接力が変
動し、一定に制御できないという問題点があった。この
ため、超音波モータの出力、トルク等も不安定になり、
超音波モータの安定性、信転性が損なわれるという問題
点があった。

このような問題は、進行波形のみならず、定在波形の超
音波モータにあっても同様に生ずるものであった。

従ってこの発明の目的は、圧接力を、均一に、そして一
定に制御し得る超音波モータを提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

この発明では、ロータをステータに圧接し、ステータに
て発生される進行波若しくは定在波で回転するロータか
ら回転力を得る超音波モータにおいて、ロータとステー
タ間の圧接力を検出する圧接力検出手段と、圧接力検出
手段からの出力に基づいて、所定の圧接力を維持する圧
接力制御手段と、圧接力制御手段からの出力に基づいて
伸縮するアクチュエータとを備えた構成としている。

〔作用〕

ロータとステータ間の圧接力が基準よりも低下した時は
、圧接力検出手段により検出された圧接力に基づいて圧
接力制御手段から圧接力を高めるための出゛力が、ロー
タとステータ間に配されたアクチュエータに供給される
。

アクチュエータでは、上述の出力に応じて伸長する。こ
のアクチエエータの変位がロータの全面へ伝達される。

アクチュエータは、ロータとステータ間の間隔を超えて
伸長しようとするため、ロータとステータ間の圧接力は
均一に且つ強められる。この過程は圧接力が所定値にな
るまで継続される。

一方、ロータとステータ間の圧接力が基準よりも高まっ
た時は、圧接力検出手段で検出された圧接力に基づいて
、圧接力制御手段から圧接力を低下させるための出力が
アクチュエータに供給される。

アクチュエータは、上述の出力に応じて縮小状態となり
、アクチュエータの変位がロータへ伝達される。このた
め、ロータに対する押圧力が弱まり、ロータとステータ
間の圧接力が均一に低下する。この過程は、圧接力が所
定値になるまで継続される。

この結果、ロータとステータ間の圧接力は常に均一で、
且つ一定に制御される。

〔実施例〕

以下、この発明の実施例について図面を参照して説明す
る。この実施例は、第１図乃至第６図に示すように進行
波形の超音波モータに対し、この発明を適用したもので
ある。尚、この実施例の説明は、以下の順序にて行われ
る。

（Ａ）超音波モータの全体的構成について（Ｂ）圧接力
制御手段について（Ｃ）所定の圧接力の維持について（Ａ）超音波モータの全体的構成について第１図及び第
２図には超音波モータの全体的な構成、第３図には圧電
体の構成、そして第４図及び第５図には圧電アクチュエ
ータの変形例が夫々示されている。

第１図及び第２図に示すように、この超音波モータは、
ステータ１と、ロータ２と、積層形圧電アクチュエータ
３〔以下、圧電アクチュエータと称す〕と、圧力センサ
５と、圧接力制御回路６と、軸７とから主に構成される
。

ステータ１は、全体的に円環状を呈する弾性体８と、弾
性体８から軸７方向に向けて形成されている弾性体支持
部９と、軸７支持用のベアリング部１０と、圧電体１１
とから構成される。

弾性体８は、下面に取付けられている圧電体１１により
、撓み振動を生じて進行波を発生し、ロータ２を回転さ
せる。

弾性体支持部９は弾性体８とベアリング部１０を一体的
に支持している。ベアリング部１０は、＃Ｉ７を回転自
在に支持している。

圧電体１１は、第３図に示されるように、位相の異なる
２つの交流電圧が印加されることにより、弾性体８に撓
み振動を生じさせ、進行波を発生させる。この圧電体１
１は、円環形状を呈し、圧電素子１２に電極１３．１４
が設けられることで構成される。

圧電素子１２は円周方向に複数の領域１５に区分されて
おり、各領域１５の極性は、板厚方向に交互に反転せし
められている。

２つの電極１３．１４は、圧電素子１２の上面に設けら
れており、電極１３．１４は、λ／４．３λ／４（λは
共振波長）の長さの非電極部１６を隔てて設けられてい
る。圧電素子１２の下面には図示せぬアース用のｔ＃ｌ
ｉが形成されている。

ロータ２は、ステータ１の弾性体８に対応して全体的に
円環状に形成され、弾性体８との間に摩擦力を発生させ
るために弾性体８に圧接されている。ロータ２は、弾性
体８に進行波が発生すると、弾性体８との間に生ずる摩
擦力によって回転するものである。尚、このロータ２の
上面と後述の固定板２５の間には、圧力センサ５及び圧
電アクチュエータ３が円周方向に等間隔で３個、取付け
られている。

圧電アクチュエータ３は、電圧が印加されると、電圧の
極性、高低に応じて上下方向〔第２図中、矢示Ｕ−Ｄ方
向〕に伸縮し、圧接力を生じるものである。この圧電ア
クチュエータ３への給電は、後述の固定板或いはロータ
２に、図示せぬもののブラシを取りつけて行われる。

圧力センサ５は、ロータ２と圧電アクチュエータ３の間
に取付けられている。この圧力センサ５は、圧電アクチ
ュエータ３の伸長により生ずる押圧力に応じたレベルを
有するセンサ信号Ｓｓを発生するものである。

上述の圧電アクチュエータ３、圧力センサ５には、駆動
時、涙じれが発生する。この捩じれを防止するため図示
せぬガイドが設けられている。

圧接力制御回路６は、圧力センサ５からのセンサ信号Ｓ
ｓに基づいて、圧電アクチュエータ３をフィードバック
制御することにより圧接力を常に一定の値に制御するも
のである。

固定板２５は、ステータ１の上方で、且つステータ１と
同軸に、そして軸７に固定的に設けられており、その中
心部には、軸７挿通用の孔２６が形成されている。固定
１２５の下面側には、各圧電アクチュエータ３の一端が
取付けられている。

軸７はロータ２の回転で得られた駆動力を伝達するもの
である。

この超音波モータは第１図及び第２図に示すように、軸
７にステータ１、ロータ２、固定板２５を取付け、軸７
のネジ部２７にナツト２８を螺合することにより固定さ
れる。

尚、第１図及び第２図に於いては、圧電アクチュエータ
３を、ロータ２上の円周方向に等間隔で３個設ける例に
ついて説明しているが、これに限定されず、圧電アクチ
エエータ３の数、形状、設ける範囲は任意に設定できる
ものである０例えば、第４図の圧電アクチュエータ１７
のように、ロータ２に対応して円環形状にしても良く、
また第５図の圧電アクチュエータ１８のように半円状に
２分割して設けてもよい。

（Ｂ）圧接力制御回路について第６図には、圧接力制御回路６の回路図が示されている
。

圧力センサ５からのセンサ信号Ｓｓが供給される端子３
５は、アンプ３６の非反転入力端子に接続されている。

一方、アンプ３６の出力は、抵抗Ｒ１を介して反転入力
端子にフィードバックされていると共に、抵抗Ｒ３を介
してアンプ３７の反転入力端子に接続されている。アン
プ３６の出力端子は、直列接続されている抵抗Ｒ１、Ｒ
２を介してアースされている。そして、抵抗Ｒ１と並列
に発振防止用のコンデンサＣ１が接続されている。

このアンプ３６、抵抗Ｒ１、Ｒ２、コンデンサＣ１は、
フォロワ　ウィズ　ゲイン（Ｆｏｌｌｏｗｅｒ　ｗｉｔ
ｈ　Ｇａ１ｎ）形の増幅回路３８を構成しており、例え
ば数ｍＶのセンサ信号Ｓｓを数十倍に増幅するものであ
る。尚、増幅回路３８の利得は、抵抗Ｒ１、Ｒ２の比に
よって定まる。増幅回路３８からの出力信号ＳＡは、抵
抗Ｒ３を介して、差動増幅回路３９のアンプ３７の反転
入力端子に供給されている。

アンプ３７の非反転入力端子は、可変抵抗ＲＶの摺動子
に接続されている。一方、アンプ３７の出力は、抵抗Ｒ
４を介して反転入力端子にフィードバックされていると
共に、抵抗Ｒ５を介して圧電アクチュエータ駆動回Ｉａ
４０に接続されている。

そして、抵抗Ｒ４と並列に発振防止用のコンデンサＣ２
が接続されている。アンプ３７、抵抗Ｒ３、Ｒ４、可変
抵抗ＲＶ、コンデンサＣ２は、差動増幅回路３９を構成
しており、前段の増幅回路３８からの出力信号ＳＡが、
可変抵抗ＲＶで規定される基準電圧Ｖｒになるように圧
電アクチエエータ駆動回路４０へ出力信号ＳＲを供給す
るものである。尚、差動増幅回路３９では、（抵抗Ｒ３
（抵抗Ｒ４）とされている、上述の差動増幅回路３９か
らの出力信号ＳＢが圧電アクチュエータ駆動回路４０に
供給される。

圧電アクチュエータ駆動回路４０には、端子４１に＋２
００　Ｖ、端子４２に一２００ｖの電圧が供給されてい
る。この圧電アクチュエータ駆動回路４０は、出力信号
ＳＢの極性、レベルに対応する制御信号Ｓｃを端子４３
に出力して圧電アクチュエータ３を制御する。

端子４４には、例えば＋１２Ｖ、端子４５には、例えば
−１２Ｖの電源電圧がアンプ３６．３７の駆動電圧とし
て供給されている。そして、端子４４．４５間には、上
述の基準電圧Ｖｒを形成するための、抵抗Ｒ６、可変抵
抗ＲＶ、抵抗Ｒ７が直列接続されている。尚、コンデン
サＣ３、Ｃ４はノイズ除去用である。

（Ｃ）所定の圧接力の維持について以下、ロータ２と、ステータ１の弾性体８間の圧接力を
一定値に制御する機構的、回路的な動作を説明する。

（Ｃ−１）圧接力が基準よりも低下した時ロータ２と、
弾性体８間の圧接力が基準よりも低下することは、即ち
、圧力センサ５に対する押圧力が低下することであり、
圧力センサ５から出力されるセンサ信号Ｓｓのレベルが
低下する。

センサ信号Ｓｓは、第６図に示す端子３５からアンプ３
６の非反転入力端子に供給される。この増幅回路３日の
出力信号ＳＡが次段の差動増幅回路３９に供給される。

差動増幅回路３９では、基準電圧Ｖｒと出力信号ＳＡの
電圧の差分が増幅されて出力信号ＳＲとされ、圧電アク
チュエータ駆動回路４０に供給される。出力信号ＳＢは
、増幅回路３８からの出力信号ＳＡに対し反転されてい
る。

圧電アクチエエータ駆動回路４０からは出力信号ＳＢと
同極性で且つ出力信号ＳＲの電圧レベルに比例した電圧
が制御信号Ｓｃとして圧電アクチュエータ３に供給され
る。

もし、基準電圧Ｖｒのレベルよりも出力信号Ｓへのレベ
ルが低い場合、制御信号ＳＢの極性は＋、そして制御信
号ＳＢのレベルは、基準電圧Ｖｒと出力信号ＳＡの電圧
の差分に対応しているので、圧電アクチュエータ３に供
給される制御信号Ｓｃの極性は士、そのレベルも出力信
号ＳＲに比例したものとなる。

この結果、圧電アクチュエータ３は上下方向〔第２図中
、矢示Ｕ−Ｄ方向〕に制御信号Ｓｃのレベルに対応して
伸長する。これによって発生する押圧力は、圧力センサ
５を介してロータ２に伝達される。そして、ロータ２の
全面が弾性体８に対し、より強く圧接される。

このフィードバック制御で、ロータ２と弾性体８間の圧
接力が均一に、且つ強められる。この過程は、圧接力が
所定値になる迄継続される。

（Ｃ−２）圧接力が基準よりも増加した時圧接力が基準
よりも増加することは、即ち、圧力センサ５に対する押
圧力の増加であり、圧力センサ５からのセンサ信号Ｓｓ
のレベルが増加する。

センサ信号Ｓｓは増幅回路３８を介して次段の差動増幅
回路３９に供給される。差動増幅回路３９では、基準電
圧Ｖｒと出力信号ＳＡの電圧の差分が増幅されて出力信
号ＳＢとされ、圧電アクチュエータ駆動回路４０に供給
される。出力信号ＳＢは、増幅回路３８からの出力信号
ＳＡに対し反転されている。

圧電アクチュエータ駆動回路４０からは出力信号ＳＢと
同極性で、且つ出力信号ＳＲの電圧レベルに比例した電
圧が制御信号Ｓｃとして圧電アクチュエータ３に供給さ
れる。

もし、基準電圧Ｖｒのレベルよりも出力信号Ｓへのレベ
ルが高い場合、制御信号ＳＢの極性は−そのレベルは基
準電圧Ｖｒと出力信号ＳＡの電圧の差分に対応している
ので、圧電アクチュエータ３に供給される制御信号Ｓｃ
の極性は−、そのレベルも出力信号ＳＲに比例したもの
となる。

この結果、圧電アクチュエータ３は縮小状態となる。圧
電アクチエエータ３の変位がロータ２に伝達され、ロー
タ２の弾性体８に対する圧接力は均一に弱められる。こ
のフィードバック制御は、圧接力が所定値になるまで継
続される。

このように、圧電アクチュエータ３の動き（変位量）に
よって生ずる押圧力はロータ２の全面にわたって及ぼさ
れるので、圧接力は均一になる。

またフィードバック制御で圧接力は常に一定値に効率良
く維持される。これによって、超音波モータの出力、ト
ルクを安定化でき、超音波モータの安定性、信軌性を向
上できる。

尚、この実施例では、進行波形の超音波モータを例に説
明しているが、これに限定されるものではなく、屈曲定
在波形の超音波モータに対しても十分に適用が可能であ
る。また、この実施例では、アクチュエータの例として
圧電アクチュエータ３を説明しているが、これに限定さ
れるものではなく、機械的な、或いはｔＭ！的なアクチ
ュエータを用いてもよい。

〔発明の効果〕

この発明に係る超音波モータでは、アクチュエータの伸
縮（変位量）がロータの全面に伝達されるので、圧接力
を均一にでき、部位による圧接力の差が生じないという
効果がある。また、圧接力検出手段からの出力に基づい
てアクチュエータの伸縮（変位量）を圧接力制御手段に
より、フィードバック制御しているので、温度変化、摩
耗、緩み等の条件の変化にかかわらず、ロータとステー
タ間の圧接力を常に一定に効率よく制御できるという効
果がある。これにより、超音波モータの出力、トルク等
を安定化できるという効果がある。

そして、超音波モータの安定性、偉績性を向上させるこ
とが出来るという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す概略斜視図、第２図
は超音波モータの概略断面図、第３図は圧電体を示す説
明図、第４図及び第５図は夫々圧電アクチュエータの変
形例を示す平面図、第６図は圧接力制御回路の回路図で
ある。６：圧接力制御回路。

Claims

【特許請求の範囲】ロータをステータに圧接し、上記ステータにて発生され
る進行波若しくは定在波で回転するロータから回転力を
得る超音波モータにおいて、上記ロータとステータ間の
圧接力を検出する圧接力検出手段と、上記圧接力検出手段からの出力に基づいて、所定の圧接
力を維持する圧接力制御手段と、上記圧接力制御手段からの出力に基づいて伸縮するアク
チュエータとを備えたことを特徴とする超音波モータ。