JPH0352573A

JPH0352573A - 超音波モータ

Info

Publication number: JPH0352573A
Application number: JP1185797A
Authority: JP
Inventors: Takao Saeki; 佐伯　孝夫; Mutsuro Aoyama; 青山　睦郎; Yasuo Kuwabara; 保雄桑原
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 1989-07-18
Filing date: 1989-07-18
Publication date: 1991-03-06
Anticipated expiration: 2013-11-25
Also published as: JP2827300B2

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】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明はステータ上に発生する進行波によってロータを
回転させる超音波モータに関するものである。

（従来の技術）従来より、ステータに圧電振動子を接着し、該圧電振動
子に所定の交流電力を供給することによってステータに
進行波を発生させ、該進行波によりロータを回転させる
超音波モータが知られている。このような超音波モータ
は、例えば特開昭５９−２０４４７７号公報等に開示さ
れている。

特開昭５９−２０４４７７号公報等に開示された超音波
モータでは、ステータに進行波の強さを検出するための
センサが取り付けられている。このセンサが検出したモ
ニター信号は、圧電振動子に供給する交流電力の周波数
を調整するための制御回路に入力される。制御回路は該
センサから得られるモニター信号を利用して、ステータ
に発生する進行波の強さがほぼ一定になるように、圧電
振動子に印加する交流電力の周波数を調節する。

超音波モータに作用する負荷が大きくなった時には、ロ
ータから取り出されるエネルギーが大きくなるために、
ステータに発生する進行波が弱くなる。この時、制御回
路は圧電振動子に印加する交流電力の周波数を、あらか
しめ制御回路に設定されたステータの共振周波数に近づ
けて、ステータ上の進行波の強さがほぼ一定になるよう
に制御する。

逆に、超音波モータに作用する負荷が小さくなった時に
は、ロータから取り出されるエネルギーが小さくなるた
めに、ステータに発生する進行波が強くなる。この特、
制御回路は圧電振動子に印加する交ｆＬ電力の周波数を
、あらかしめ制御回路に設定されたステータの共振周波
数から遠ざけて、ステータ上の進行波がほぼ一定になる
ように制御する。

（発明が解決しようとする課題）ところで、ステータの共振周波数は、超音波モータに作
用する負荷の大きさに応じて変化する。

従って、負荷の大きさが大きく成り過ぎると、制御回路
に設定された駆動周波数とステータの実際の共振周波数
の間の差が小さくなったり、駆動周波数とステータの実
際の共振周波数の大小関係が逆転する等して、制御回路
が正しく動作しなくなる場合がある。このために従来の
超音波モータでは、負荷が大きくなると急にロータが停
止したり、ひどい時にはロータが逆転を始めたりする。

本発明はこのような従来技術の問題点を解消するために
なされたもので、ステータの共振特性の変化を抑えるこ
とにより、制御回路に設定された駆動周波数とステータ
の実際の共振周波数の間の差を小さく保持することを技
術的課題とする。

〔発明の構戒〕

（課題を解決するための手段）前述した技術的課題を達成するために講した技術的手段
は、ロータをステータに向かって所定の加圧力で押し付
ける加圧手段と、ロータに加えられる負荷トルクが大き
くなるに従って加圧手段の加圧力を減少させる調整手段
とを設けたことである。

（作用）前述した技術的手段によれば、超音波モータに作用する
負荷が大きくなると、ロータとステータの間の加圧力が
減らされる。ステータの共振周波数は加圧力の減少によ
り変化する。このために、負荷が大きくなっても実際の
ステータの共振周波数がほぼ一定に保持され、所期の技
術的課題が達威される。

（実施例）以下、添付図面を参照して本発明を適用した実施例装置
について説明する。

最初に第１図を参照して、本発明を適用した超音波モー
タの構造について説明する．基材ｌにはケース２が固定
されている。基材１の中心部には、ボールベアリング３
が嵌め込まれている。また、ケース２の凹部２ａには皿
バネ４が嵌められている。皿バネ４にはボールベアリン
グ５が支持されている。ボールベアリング３、５により
回転軸６が回転自在に支承されている。ボールベアリン
グ３と回転軸６の間にはプッシュ２０が配設されている
。

基材１には、ステータ７の固定部７ａが振動不可能なよ
うに皿ねじ８によってしっかりと固定されている。ステ
ータ７の一面にはリング状の圧電振動子９が接着されて
いる。

ステータ７は固定部７ａと振動部７ｃの間が薄肉の支持
部７ｂによって一体にされた形状を有している。振動部
７ｃの表面には多数の突起７ｄが全周にわたって定ピッ
チで形威されている。ステータ７は導電性に優れた金属
材料（りん青銅など）で作られており、基材ｌに電気的
に接続されている。

圧電振動子９はステータ７上に進行波を発生させるため
の素子で、ステータ７上に進行波を効率良く発生させる
ための分極が施されている。超音波モータ用の圧電振動
子９は既に多くの文献に紹介されており、公知なので、
詳細な説明は省略することにする。圧電振動子９に９０
″位相差を有する交流電力を供給すると、圧電振動子９
が伸縮してステータ７上に進行波振動が生起される。

ロータ１Ｇは皿バネ１１の加圧力によりステータ７に常
時圧接されている。皿バネ１１の加圧力がロータ１０の
全円周面に均一に加わるように、ロータ１０と皿バネ１
１の間には、スタビライザｌ２が配設されている。皿ハ
ネ１１とスタビライザ１２の間にはゴムシ一ト１３が、
スタビライザ１２とロータ１Ｇの間にはゴムシ一ト１４
が、それぞれ挟まれている。

ロータｌＯは外周部１０ａと内径部１０ｃの間が薄肉部
１０ｂを介して一体にされた形状を有している。ロータ
１０の外周部１０ａの下面にはリング状の摩擦材フイル
ムｌ５が接着されている。

摩擦材フイルムｌ５は外周部１０ａの下面とステータ７
の振動部７ｃの間に挟まれている。

本実施例のスタビライザｌ２は鉄材で作られており、ア
ルミ材で作られたロータｌＯよりも大きな質量を有して
いる。ここで、スタビライザｌ２の質量をロータ１０の
質量よりも大きくすれば、ロータ１０の振動が皿バネｌ
１に伝わりにくくなる。

また、スクビライザｌ２は剛性の高い材料で作ることが
望ましい。なぜならば、スタビライザｌ２の剛性が低い
と、ロータ１０の振動を吸収してしまうからである。

スタビライザｌ２の外周部にはリング状の突起１２ａが
形成されている。この突起１２ａはロータ１０とステー
タ７の当接面よりも内側に位置し、ロータ１０を押さえ
付けている。この突起１２ａは一定の寸法精度で形威さ
れているので、皿バネｌｌの加圧力は突起１２ａの円周
に沿って一様に分布する。

皿バネ１１はホルダｌ６の鍔部１６ａにより保持されて
いる。ホルダｌ６の中心部には回転軸６が挿入されてい
る。回転軸６は、ケース２に圧人されたプッシュｌ９と
ボールベアリング３によって回転自在に支持されている
。ホルダｌ６とポールベアリング５の間にはスベーサｌ
８が挿入されている。ホルダｌ６は回転軸６の回りを自
在に回転し得る。

第２図にホルダｌ６と回転軸６を描いた分解斜視図を示
す。ホルダｌ６の中心部には四つの略Ｖ字底を有するカ
ム面１６ｂが形成されている。

一方、回転軸６には鍔部６ａが形成されており、鍔部６
ａにはカム面１６ｂに相当する形状を有するカム面６ｂ
が形威されている。カム面６ｂとカム面１６ｂの間には
、四つの鋼球１　７　ａ，　　１　７　ｂ，１７ｃ，１
７ｄが挟持されている。ロータｌＯの駆動力はスタビラ
イザｌ２、皿バネ１１を通ってホルダｌ６に伝えられ、
さらにカム面１６ｂとカム面６ｂの間に挟まれた鋼球１
７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄを通って回転軸６に伝え
られる。

力・ム面ｓｂ，ｔａｂおよび鋼球１７ａ．１７ｂ，ＩＴ
ｃ，１７ｄは加圧力調整機構を構戒しており、回転軸６
に作用する負荷トルクの大きさをホルダｌ６の軸方向の
変位に変換する。

回転軸６に作用する負荷が小さい時には、ホルダｌ６と
回転軸６との相対的な変位が小さくなるので、鋼球ＩＴ
ａ．１７ｂ，ＩＴｃ．ＩＴｄがカム面１６ｂ、６ｂの略
Ｖ字底付近に移動する。この時、ホルダｌ６がステータ
７に近づく方向（第ｌ図で下方向）に移動するので、ロ
ータ１０は強い加圧力でステータ７に押し付けられる。

−逆に、回転軸６に作用する負荷が大きい時には、ホル
ダｌ６と回転軸６との相対的な変位が大きくなるので、
鋼球１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄがカム面１６ｂ、
６ｂの頂上に向かって移動する。

この時、ホルダｌ６がステータ７に向かって（第１図で
上方向に）移動するので、ロータ１０は弱い加圧力でス
テータ７に押し付けられる。

ロータ１０に作用する負荷が大きくなると、ステータ７
の共振周波数が高くなる。しかしながら、本実施例装置
では、加圧力調整機構が動作して、ステータ７の共振周
波数が低くなるようにステータ７に作用する加圧力が弱
められる。この結果、ステータ７の共振周波数はほぼ一
定に保持される。

第３図に本実施例装置の制御回路を示す。制御回路３０
は、電源回路３１、人力回路３２、マイクロコンピュー
タ３３、Ｄ／Ａ変換回路３４、電圧制御発振回路３５、
移相回路３６、ドライバ回路３７．３ｇ、昇圧トランス
３９．４Ｇ，平滑回路４ｌを備えている。

電源回路３１はバツテリ８ＴＴに接続されており、制御
回路３０内に一定電圧の電力を供給する。

入力回路３２はマイクロコンピュータ３３とスイッチＳ
Ｗの間に接続されており、スイッチＳＷがＯＮ側に設定
されているか、ＯＦＦ側に設定されているかをマイクロ
コンピュータ３３に入力する。

ステータ７に接着された圧電振動子９には、ステータ７
上に進行波を発生させるための一対の駆動電極９ａ，９
ｂが接合されている。移相回路３６によって位相が９０
６ずらされた一対の電気信号が駆動電極９ａ，９ｂに印
加されると、ステータ７上に進行波が発生する。ステー
タ７上に発生する進行波の振幅は電圧制御発振回路３５
の発振周波数によって変化する。即ち、電圧制御発振回
路３５の発振周波数がステータ７の共振周波数に近づく
に従って進行波の振幅は増大し、逆に電圧制御発振回路
３５の発振周波数がステータ７の共振周波数から遠ざか
るに従って進行波の振幅は減少する。

ステータ７上に発生した進行波は振幅の大きさにほぼ比
例したモニター電圧をセンサ電極７ｃに発生させる。モ
ニター電圧は平滑回路４１によつて平滑化され、マイク
ロコンピュータ３３に入力される。マイクロコンピュー
タ３３は平滑回路４１から人力されるステータ７の平均
的な振幅の大きさに応じてＤ／Ａ変換回路３４を制御し
、ステータ７上の振幅がほぼ一定になるように電圧制御
発振回路３５の発振周波数を調節する。

マイクロコンピュータ３３で実行されるプログラムの一
例を第４図に示す。電源回路３１にバツテリＢＴＴが接
続されるとマイクロコンピュータ３３は第４図に示した
プログラムをステップＳ１から実行し始める。

ステップ３１では以後の処理を実行するために必要な初
期化が行われる。

この後、ステップＳ２ではスイッチＳＷがオンになった
か否かが判定される。スイッチＳＷがオンになるまでス
テップＳ２の処理が繰り返される。

ステップＳ３では、標準的な駆動周波数ｆ。に相当する
コードが制御フラグｆに記憶される。なお、駆動周波数
ｆ０は定格負荷時におけるステータ７の共振周波数に基
づいて定められている。

その後、ステップＳ４において制御フラグｆに記憶され
たコードがＤ／Ａ変換回路３４に出力されると、電圧制
御発振回路３５から標準的な駆動周波数ｆ０が出力され
、ロータ６が回転し始める。

その後、ステップＳ５では、この瞬間にセンサ電極４ｃ
に発生しているモニター電圧Ｖの大きさが読み込まれ、
ステップＳ６で標準電圧Ｖ０と比較される。なお、標準
電圧Ｖ０は、定格負荷時におけるステータ７に駆動周波
数ｆ０を供給した時に検出されるモニター電圧の大きさ
に等しい。

標準電圧Ｖ０と読み込まれた電極電圧Ｖとが等しい場合
には、ステップＳ７の処理が省略される。

等しくない場合には、ステップＳ７の処理が実行され、
モニター電圧Ｖが標準電圧Ｖ０と一致するように制御フ
ラグｆのコードが増減される。

ステップＳ８では、スイッチＳＷがＯＮ側になったまま
か否かが判定される。スイッチＳＷがＯＮ側であれば、
再びステップＳ４の処理から実行を妬める。スイッチＳ
ＷがＯＦＦ側であればステップＳ９の処理が実行され電
圧制御発振回路３５の発振が停止し、ロータ６が停止す
る。

以上に述べた制御回路３０とマイクロコンピュータ３３
で実行されるプログラムによって、本実施例装置では、
ステータ７に発生する進行波の振幅がほぼ一定になるよ
う調節される。

以上に述べた制御回路３０では、定格負荷時におけるス
テータ７の共振特性を標準として制御が実行されている
。それゆえに、負荷に応してステータ７の共振特性が大
きく変化すると、正しい制御が実行できない。しかしな
がら、本実施例装置によれば、ステータ７の共振周波数
が機械的にほぼ一定に保持されるので、電気的な制御が
常に正しく実行され、超音波モータの出力特性が極めて
安定になる。

〔発明の効果〕

本発明の超音波モータでは、負荷トルクの変動が機械的
に検出され、ロータとステータの間の加圧力が調節され
る。それゆえに、負荷トルクの変動とは無関係にステー
タの共振周波数をほぼ一定に保持することができる。こ
の結果、本発明を適用した超音波モータでは、極めて安
定した出力特性が得られる。

【図面の簡単な説明】

第ｌ図は本発明の一実施例装置を描いた超音波モータの
ｉ析面図である。第２図は本発明の一実施例装置の加圧力調整機構を描い
た斜視図である。第３図は本発明の一実施例装置の制御回路を描いた回路
図である。第４図は第３図に描かれた制御回路で実行されるプログ
ラムの一例を示すフローチャートである。ｌ・・・基材、２・・・ケース、３・・・ポールベアリ
ング、４・・・皿ハネ、５・・・ポールベアリング、６
・・・回転軸（調整手段）、７・・・ステータ、８・・・ネジ、９・・・圧電振動子（振動子）、１１・・・皿バネ（加圧手段）、１２・・・スタビライザ、１３，ｌ５・・・摩擦材フイルム、ｌ４・・・ゴムシ一ト、ＩＯ・・・〔Ｊ一夕、ｌ６・・・ホルダ（調整手段）、１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ・・鋼球（調整手段）、１Ｂ・・・スペーサ、１９．２０・・・プッシュ３０・
・・制御回路、３ｌ・・・電源回路、３２・・・人力回
路、３３・・・マイクロコンピュータ、３４・・・Ｄ／
Ａ変換回路、３５・・・電圧制御発振回路、３６・・・
移相回路、３７．３８・・・ドライバ回路、３９．４０
・・・昇圧トランス、４ｌ・・・平滑回路。

Claims

【特許請求の範囲】ステータと、該ステータに貼り付けられ、該ステータ上に進行波を発
生させる振動子と、前記ステータに当接したロータと、該ロータを前記ステータに向かつて所定の加圧力で押し
付ける加圧手段と、前記ロータに加えられる負荷トルクが大きくなるに従つ
て前記加圧手段の加圧力を減少させる調整手段と、を備える超音波モータ。