JPH03218277A - 超音波モータの駆動方法 - 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｛よ　圧電セラミック等の圧電体を用いて弾性波
を励振することにより駆動力を発生する超音波モータの
駆動方法に関する。

従来の技術 近低　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とその駆動方法
の従来技術について説明を行う。

第３図は円環形超音波モータの一部切欠斜視図であり、
円環形の弾性体１の円環面の一方に圧電体として円環形
圧電セラミック２を貼合せて振動体３を形成している。

また５は円環形の弾性体であり、耐摩耗性材料の摩擦材
４と貼合わせることにより移動体６を形成している。こ
の移動体６は摩擦材４を介して振動体３と加圧接触され
ている。

圧電体２に設けられた駆動電極（図示せず）に交流電圧
を印加すると、第５図に示すような径方向の変位分布を
有する径方向１次・周方向３次以上の撓み振動の進行波
が振動体３に励振される。

この進行波の波頭の横方向成分により、移動体６は摩擦
駆動され回転運動をする。

第５図は振動体に励振された撓み振動の進行波により、
移動体が摩擦駆動される原理を示す説明図である。振動
体３の表面の任意のＡ点＋．ｌｔ．撓み振動の進行波の
励振によって、長軸２ｗ、短軸２Ｕの楕円運動をする。

振動体３上に加圧して設置された移動体６は　楕円軌跡
の頂点近傍で振動体と接触することにより、接触面の摩
擦力により進行波の進行方向とは逆方向に運動する。振
動体の振動振幅は圧電体に流入する駆動電流により決ま
り、進行波の波頭の横方向成分Ｕは振動体の振動振幅に
よって決まる。移動体６の移動速度■（よ上記の進行波
の波頭の横方向成分Ｕと撓み振動の角周波数ωの積によ
り次式のように決まり、■　−ω　×　ｕ 出力トルクは振動体と移動体の間の摩擦力によって決ま
る。

超音波モータ１よ　圧電体に所定の位置だけずらした２
組の駆動電極を構成して駆動端子を取り出し　この２つ
の駆動端子に所定の位相の異なる交流電圧をそれぞれ印
加することにより、振動体に位置のずれた２つの撓み振
動の定在波を励振しその結果として撓み振動の進行波を
励振することができる。この時２つの定在波の振幅が等
しければ定在波成分の小さい進行波が得られ　動作原理
より効率良く移動体を駆動するこ七ができる。振動体は
圧電体単体の時と同様番へ　駆動端子からみると共振・
反共振特性を示す。従って、共振周波数近傍で駆動すれ
は　低電圧で効率よく駆動することができる。

発明が解決しようとする課題 以上説明した従来の超音波モータ１よ　通常の動作時に
は進行波の波頭の横方向成分によって、移動体の接触面
を摩擦力で均一に駆動することにより、安定性のよい特
性を得ている。しかし　外部の機械負荷が大きくなった
り、不均一になったりする力＼　移動体と振動体の接触
面に異物が入るなどの異常事態になると、移動体の速度
が低下したりひどい時には停止したりする。この様な状
況において依然駆動電極に電圧を印加し続けると移動体
の接触面に不均一に振動体が接触し　移動体の接触面に
構成された摩擦材が劣化したり、振動体が加熱して振動
体自身も劣化するという問題があり九 課題を解決するための手段 本発明は以上の問題を解決するた八　駆動電圧の印加中
に移動体の速度が所定の値以下になったことの検知と、
駆動電流値が所定の値以下になったことの検知と、駆動
電流の位相が変化したことの検知のうちいずれか〜っを
を所定の時間以上検出した場合に圧電体への駆動電圧の
印加を停止するものである。

作用 本発明の超音波モータの駆動方法（よ　圧電体の駆動電
極に駆動電圧を印加して振動体に進行波を励振中へ　移
動体の速度が所定の値以下になったこと、駆動電圧に対
して駆動電極に流入する電流値が所定の値以下になった
こと、あるいは駆ＦＥｌ［圧に対して駆動電流の位相が
変化したことのいずれか一つを検知することによって超
音波モータに異常事態が生じたのを検知し　この異常事
態の発生後一定時間以内に圧電体への駆動電圧の印加を
停止するた八　振動体および摩擦材の劣化を防止するこ
とができる。

実施例 以下、図面に従って本発明の実施例の説明を行う。

第１図（Ａ）は本発明の超音波モータの駆動方法におけ
る一実施例を示すブロック図である。　１０１は電圧制
御発振器であり、超音波モータ駆動用の交流信号を発生
する。　１０２は分割回路であり、電圧制御発振器１０
１の出力信号を所定の位相差を有する２つの駆動信号に
分割する。分割回路１０２の出力は電力増幅器１０３お
よび１０４によって超音波モータを駆動するのに充分な
レベルにまで増幅され　超音波モータ１０６の２つの駆
動端子にそれぞれ印加され　超音波モータ１０６の振動
体に撓み振動の進行波を励振させる。通常の動作時に（
主　進行波の波頭の横方向成分によって移動体の接触面
を摩擦力で均一に駆動することにより安定性のよい特性
を得ている。　１０７は超音波モータの移動体の回転移
動速度に応じた信号を出力するエンコーダであり、回転
低下検出器１０８はエンコーダ１０７の出力信号で移動
体の速度を検出する。

外部の機械負荷が大きくなる力＼　不均一になる力＼　
あるいは移動体と振動体の接触面に異物が入るかなどの
異常事態になると、移動体の速度が低下、または停止す
る。この様な状況のまま駆動電圧を印加し続けると、移
動体の接触面に不均一に振動体が接触し　移動体の接触
面に形成された摩擦材が劣化したり、振動体が加熱して
振動体自身が劣化する。そこで、振動体に進行波を励振
中に移動体が駆動電圧１ノベルに対して所定の速度以下
になったことを回転低下検出器１０８で検出しその検出
が一定時間続いたことを時間回路１０９で確認した後に
電圧制御発振器１０１の発振を停止して、超音波モータ
１０６の駆動を停止する。

ここで、時間回路１０９は瞬時の回転停止状態の検■　
または回転低下検出器１０８にノイズが入って誤動作を
起こし駆動停止にならないように移動体の回転を一定時
間確認している。確認時間として（戴　超音波モータの
劣化が起きないような時間を設定する。

第１図（Ｂ）は同図（Ａ）の端子Ａ，　　Ｂ，　　Ｃに
おけるタイムヂャートであり、同回路の動作を示す。端
子Ａの波形が示すように時間１＋に超音波モータの動作
がスタートすると、電圧制御発振器１０１から一定の出
力が得られ　超音波モータ１０６を駆動する。時間ｔ２
に異常事態が発生し移動体の速度が低下すると、端子Ｂ
の波形が示すように回転低下検出器１０８がそのことを
検知し　同時に端子Ｃの波形が示すように時間回路１０
９がこの異常が続く時間を測定し始める。異常が一定時
間（△ｔ）続いたことを時間回路１０９が検知すると、
時間ｔ３に電圧制御発振器１０１の出力を停止する。

ここでは速度低下を駆動電圧レベルを基準にして検出し
ている力丈　駆動電流レベルを基準にして検出すること
も可能である。

第２図は本発明の超音波モータの駆動方法の他の実施例
を示すブロック図である。

電圧制御発振器１１８は超音波モータの駆動交流信号を
発生する。分割回路１１９は電圧制御発振器１１８の出
力信号を所定の位相差を有する２つの駆動信号に分割す
る。分割回路１１９の出力は電力増幅器１２０および１
２１によって超音波モータを駆動するのに充分なレベル
にまで増幅され　超音波モータ１２３の２つの駆動端子
にそれぞれ印加される。異常事態時に移動体の速度が低
下、または停止すると、駆動電圧に対する駆動電流が低
下したり、駆動電圧に対する駆動電流の位相が変化する
。このうち駆動電流の値を抵抗１２２の人出力端子間に
接続した電流検出器１２４で検出し　駆動電圧レベルに
対して所定の電流値以下になったことを電流低下検出器
１２５が検出しその検出が一定時間続いたことを時間回
路１２６−９一 で確認した後に電圧制御発振器１１８の発振を停止して
超音波モータ１２３の駆動を停止する。

な抵　この実施例で（戴　電流値が駆動電圧レベルに対
して所定の値以下になったことを検出して超音波モータ
の駆動を停止した力丈　電流低下検出器１２５の代わり
に電圧と電流の位相の変化を検出する位相変化検出器を
用いることにより駆動電圧と電流の位相の変化を検出し
て超音波モータの駆動を停止することも同様に可能であ
る。

上記の実施例で（表　異常事態における移動体の速度の
停止または低下を振動体に進行派を励振中に移動体の速
度が所定の値以下になったこと力＼駆動電圧に対して駆
動電極に流入する電流値が所定の値以下になったこと力
＼　駆動電圧に対して駆動電流の位相が変化したことの
う板　一つだけをそれぞれの回路で検出することによっ
て検知した力丈　上記の回路を組み合わせることにより
、上記検知手段のうちいずれか一つを検出することによ
って同様に本発明を実現できる また　圧電体の振動は流入電流に比例するので１０− 圧電体に設けられた駆動電極の他に振動検出用のセンサ
電極を設けて、振動体の振動状態の変化を観ることによ
り電流値の低下や位相の変化を検知して本発明を実現す
ることもできる。

発明の効果 以上述べたようへ　本発明の駆動方法によれ（戴超音波
モータの異常事態を正確に検出して振動体の駆動を停止
することにより、振動体および摩擦材の永久的な劣化を
防止して信頼性の高い超音波モータを提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）は本発明の一実施例における駆動回路のブ
ロック艮　第１図（Ｂ）は同図（Ａ）の各部のタイムチ
ャート、第２図は本発明の実施例のブロック医　第３図
は円環形超音波モータの一部切欠斜視＠　第４図は円環
形超音波モータの振動体の径方向の振動変位阻　第５図
は超音波モータの動作原理の説明図である。 １０１、　１１８・・・電圧制御発振鳳１０２、　１１
９・・・分割回区 １１ １０３、　１０４、　１２０、　１２１・・・電力増幅
器 １０６、　１２３・・・超音波モー久 １０７・・・エンコータ２ １０８・・・回転低下検出銖 １０９、　１２６・・・時間回應 １２２・・・抵扼 １２４・・・電流検出器 １２５・・・電流低下検出器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 弾性体の一方の面に圧電体を接着することにより形成さ
   れた振動体と、上記振動体の圧電体のない方の面に加圧
   接触された移動体と、上記圧電体に設けられた２組の駆
   動電極を備えた超音波モータの駆動方法において、上記
   駆動電極にそれぞれ所定の位相差を持った駆動電圧を印
   加することにより上記振動体に進行波を励振し上記移動
   体を移動させると共に、上記駆動電圧印加中の上記移動
   体の速度が所定の値以下まで低下したこと、上記駆動電
   極に流入する電流値が所定の値以下まで低下したこと、
   および上記駆動電圧に対する上記電流の位相が変化した
   ことのいずれか一つを所定時間以上検出した場合に、上
   記圧電体への駆動電圧の印加を停止することを特徴とす
   る超音波モータの駆動方法。