JPH0715984A - 超音波アクチュエータ - Google Patents
超音波アクチュエータInfo
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- JPH0715984A JPH0715984A JP5158936A JP15893693A JPH0715984A JP H0715984 A JPH0715984 A JP H0715984A JP 5158936 A JP5158936 A JP 5158936A JP 15893693 A JP15893693 A JP 15893693A JP H0715984 A JPH0715984 A JP H0715984A
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- Japan
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- impedance
- resonance frequency
- ultrasonic
- piezoelectric element
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- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、振動子の機械的共振周波数が温度
および機械的負荷条件等により変動しても常に駆動周波
数に一致するように補正される超音波アクチュエータを
提供するにある。 【構成】 超音波振動子の温度をサーミスタ5で検出
し、インピーダンス制御量決定回路10でインピーダン
スの制御量に関する信号を形成してインピーダンス可変
回路11に入力する。このインピーダンス可変回路11
では、上記インピーダンスの制御量に関する信号によっ
て補正用の圧電素子4のスチフネスを変化させ、これに
よって振動子18全体のスチフネスを変化させ、超音波
振動子の共振周波数の温度による変化を補正する。
および機械的負荷条件等により変動しても常に駆動周波
数に一致するように補正される超音波アクチュエータを
提供するにある。 【構成】 超音波振動子の温度をサーミスタ5で検出
し、インピーダンス制御量決定回路10でインピーダン
スの制御量に関する信号を形成してインピーダンス可変
回路11に入力する。このインピーダンス可変回路11
では、上記インピーダンスの制御量に関する信号によっ
て補正用の圧電素子4のスチフネスを変化させ、これに
よって振動子18全体のスチフネスを変化させ、超音波
振動子の共振周波数の温度による変化を補正する。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、超音波アクチュエー
タ、詳しくは圧電素子等の電気ー機械エネルギー変換素
子を駆動源とする超音波アクチュエータに関するもので
ある。
タ、詳しくは圧電素子等の電気ー機械エネルギー変換素
子を駆動源とする超音波アクチュエータに関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】圧電素子等の電気ー機械エネルギ変換素
子を駆動源とする超音波アクチュエータあるいは超音波
モータは、既に周知である。また、弾性体に固定した2
つの圧電素子を駆動源とし該弾性体に縦振動および屈曲
振動を発生させ、これらの振動を合成して超音波楕円振
動を起こさせる超音波振動子と、この超音波振動子の一
部に押圧され、超音波振動子に対して相対的に移動する
被駆動部材とを有する超音波リニアモータを本出願人は
先に提案(特願平4ー321096号)した。
子を駆動源とする超音波アクチュエータあるいは超音波
モータは、既に周知である。また、弾性体に固定した2
つの圧電素子を駆動源とし該弾性体に縦振動および屈曲
振動を発生させ、これらの振動を合成して超音波楕円振
動を起こさせる超音波振動子と、この超音波振動子の一
部に押圧され、超音波振動子に対して相対的に移動する
被駆動部材とを有する超音波リニアモータを本出願人は
先に提案(特願平4ー321096号)した。
【0003】これは図11に示すように、横長の長方形
状の弾性体100の上面に二つの積層圧電素子101、
102を保持部材103,104,105により固定
し、また、弾性体100の下面の両端部に摺動部材10
6,107を接着により固定して振動子を構成し、この
振動子を図12に示すように、リニアガイド108、ガ
イドレール109、、保持枠110、ビス111、押圧
力調整ねじ112、バネ113、振動子保持部材114
により、左右方向に直線移動可能なように保持しなが
ら、摺動板115に振動子の摺動部材106、107が
摩擦接触するように押圧してリニアモータを構成したも
のである。
状の弾性体100の上面に二つの積層圧電素子101、
102を保持部材103,104,105により固定
し、また、弾性体100の下面の両端部に摺動部材10
6,107を接着により固定して振動子を構成し、この
振動子を図12に示すように、リニアガイド108、ガ
イドレール109、、保持枠110、ビス111、押圧
力調整ねじ112、バネ113、振動子保持部材114
により、左右方向に直線移動可能なように保持しなが
ら、摺動板115に振動子の摺動部材106、107が
摩擦接触するように押圧してリニアモータを構成したも
のである。
【0004】そして、上記振動子の寸法を適当に調節し
て、積層圧電素子101,102に交番電圧を印加する
と、図13に示す縦共振振動と、図14に示す屈曲共振
振動が同時に発生する。この2つの積層圧電素子10
1,102に印加する電圧の位相差を適当に調整する
と、縦振動と屈曲振動が合成されて屈曲振動の腹位置に
楕円振動が発生する。従って、この楕円振動部に固定し
た摺動部材106,107が摺動板115に対して駆動
力を発生する。
て、積層圧電素子101,102に交番電圧を印加する
と、図13に示す縦共振振動と、図14に示す屈曲共振
振動が同時に発生する。この2つの積層圧電素子10
1,102に印加する電圧の位相差を適当に調整する
と、縦振動と屈曲振動が合成されて屈曲振動の腹位置に
楕円振動が発生する。従って、この楕円振動部に固定し
た摺動部材106,107が摺動板115に対して駆動
力を発生する。
【0005】このリニアモータの駆動方法は次の通りで
ある。即ち、積層圧電素子に振動子の縦振動と屈曲振動
の共振周波数と一致する10Vp−p程度の交番電圧を
印加し、この際、2つの積層圧電素子に印加する交番電
圧の位相差を、一方の圧電素子に対し、他方を+90度
或いは−90度とすることにより、リニアモータの移動
方向が反転するというものである。
ある。即ち、積層圧電素子に振動子の縦振動と屈曲振動
の共振周波数と一致する10Vp−p程度の交番電圧を
印加し、この際、2つの積層圧電素子に印加する交番電
圧の位相差を、一方の圧電素子に対し、他方を+90度
或いは−90度とすることにより、リニアモータの移動
方向が反転するというものである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところが上記リニアモ
ータは、積層圧電素子に10Vp−p程度の交番電圧を
印加すると弾性体の内部摩擦による発熱が大きく、50
〜60℃程度に達してしまう。弾性体の温度が変化する
と、図15に示されているように、振動子の共振周波数
が変化する。これにより、アクチュエータの速度最大と
なる駆動周波数が図16に示されているように変化し、
アクチュエータの速度ムラが発生する等の問題点があ
る。
ータは、積層圧電素子に10Vp−p程度の交番電圧を
印加すると弾性体の内部摩擦による発熱が大きく、50
〜60℃程度に達してしまう。弾性体の温度が変化する
と、図15に示されているように、振動子の共振周波数
が変化する。これにより、アクチュエータの速度最大と
なる駆動周波数が図16に示されているように変化し、
アクチュエータの速度ムラが発生する等の問題点があ
る。
【0007】また、温度以外にも振動子に与える機械的
負荷により、共振周波数が変化し最適な駆動周波数が決
定できないという不具合もある。
負荷により、共振周波数が変化し最適な駆動周波数が決
定できないという不具合もある。
【0008】本発明の目的は、このような従来の超音波
振動子のアクチユエータにおける欠点を除去し、振動子
の機械的共振周波数(以下、単に共振周波数と称する)
が温度および機械的負荷条件等により変動しても常に補
正され、駆動周波数に一致するようになされている超音
波アクチユエータを提供するにある。
振動子のアクチユエータにおける欠点を除去し、振動子
の機械的共振周波数(以下、単に共振周波数と称する)
が温度および機械的負荷条件等により変動しても常に補
正され、駆動周波数に一致するようになされている超音
波アクチユエータを提供するにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の超音波アクチュ
エータは、弾性体と、該弾性体に設けられた電気ー機械
エネルギー変換素子とからなる超音波振動子と、この超
音波振動子により駆動される被駆動体と、上記超音波振
動子に固定され、両端に電極を有する他の電気ー機械エ
ネルギー変換素子と、上記他の電気ー機械エネルギー変
換素子の電極間のインピーダンスを変化させるインピー
ダンス変更手段とを具備している。
エータは、弾性体と、該弾性体に設けられた電気ー機械
エネルギー変換素子とからなる超音波振動子と、この超
音波振動子により駆動される被駆動体と、上記超音波振
動子に固定され、両端に電極を有する他の電気ー機械エ
ネルギー変換素子と、上記他の電気ー機械エネルギー変
換素子の電極間のインピーダンスを変化させるインピー
ダンス変更手段とを具備している。
【0010】
【作用】超音波振動子の温度を測定し、この温度情報に
基づいて、他の電気ー機械エネルギ変換素子の両端間の
インピーダンスを制御するための制御信号を形成し、こ
れをインピーダンス変更手段に供給する。インピーダン
ス変更手段では、上記制御信号に基づいて、上記電気ー
機械エネルギ変換素子の両端間のインピーダンスを制御
する。これによって、同素子のスチフネスが変化し、さ
らには超音波振動子全体のスチフネスも変化して共振周
波数も変化する。この結果、超音波振動子の共振周波数
の変化が補正され、共振周波数と電圧源の周波数が常に
一致する。
基づいて、他の電気ー機械エネルギ変換素子の両端間の
インピーダンスを制御するための制御信号を形成し、こ
れをインピーダンス変更手段に供給する。インピーダン
ス変更手段では、上記制御信号に基づいて、上記電気ー
機械エネルギ変換素子の両端間のインピーダンスを制御
する。これによって、同素子のスチフネスが変化し、さ
らには超音波振動子全体のスチフネスも変化して共振周
波数も変化する。この結果、超音波振動子の共振周波数
の変化が補正され、共振周波数と電圧源の周波数が常に
一致する。
【0011】
【実施例】以下、本発明の第1実施例を図1乃至図4を
参照して説明する。図1はリニア型の超音波アクチユエ
ータである。
参照して説明する。図1はリニア型の超音波アクチユエ
ータである。
【0012】に超音波振動子(以下、単に振動子と称す
る)18の構成を示したものである。長方形状の弾性体
1の上面には振動子励振用の電気ー機械エネルギ変換素
子である積層圧電素子(以下、単に圧電素子と称する)
2、3を嵌合し得る凹部が形成されている。この凹部に
は、圧電素子2、3が嵌合され固定される。また、弾性
体1下面に形成された凹部には、共振周波数補正用の電
気ー機械エネルギ変換素子である圧電素子4が嵌合され
固定される。更に弾性体1の下面の両端部には摺動部材
6、7が接着される。そして、また、弾性体1の正面の
中央には、温度測定用のサーミスタ5が接着されてい
る。
る)18の構成を示したものである。長方形状の弾性体
1の上面には振動子励振用の電気ー機械エネルギ変換素
子である積層圧電素子(以下、単に圧電素子と称する)
2、3を嵌合し得る凹部が形成されている。この凹部に
は、圧電素子2、3が嵌合され固定される。また、弾性
体1下面に形成された凹部には、共振周波数補正用の電
気ー機械エネルギ変換素子である圧電素子4が嵌合され
固定される。更に弾性体1の下面の両端部には摺動部材
6、7が接着される。そして、また、弾性体1の正面の
中央には、温度測定用のサーミスタ5が接着されてい
る。
【0013】図2は、この超音波振動子18を駆動する
ための電気回路図である。圧電素子2、3には90度の
位相差を有する交番電圧源8、9が接続される。また、
サーミスタ5の測定出力をインピーダンス制御量決定回
路10に供給し、該インピーダンス制御量決定回路10
の出力をインピーダンス可変回路11に供給するように
なっている。
ための電気回路図である。圧電素子2、3には90度の
位相差を有する交番電圧源8、9が接続される。また、
サーミスタ5の測定出力をインピーダンス制御量決定回
路10に供給し、該インピーダンス制御量決定回路10
の出力をインピーダンス可変回路11に供給するように
なっている。
【0014】インピーダンス可変回路11は圧電素子4
の両端に接続されており、この電気端子間のインピーダ
ンスを変化させる。
の両端に接続されており、この電気端子間のインピーダ
ンスを変化させる。
【0015】上記インピーダンス可変回路11は、その
回路の一例が図3に示されるように、インピーダンス制
御電圧12が抵抗R1を通してFET13のゲート電極
に印加されるようになっている。また、FET13のゲ
ート電極とドレイン間には抵抗R2が接続されており、
そして、FET13のドレインーソース間には上記圧電
素子4が並列的に接続されている。
回路の一例が図3に示されるように、インピーダンス制
御電圧12が抵抗R1を通してFET13のゲート電極
に印加されるようになっている。また、FET13のゲ
ート電極とドレイン間には抵抗R2が接続されており、
そして、FET13のドレインーソース間には上記圧電
素子4が並列的に接続されている。
【0016】また、上記インピーダンス制御量決定回路
10は、その回路の一例が図4に示されているように、
直流定電圧源14がサーミスタ5に直列に接続されてい
て、サーミスタ5の電気抵抗の変化を電圧変化として取
り出すようになっていて、サーミスタ5の出力端は、一
端がアースされている抵抗R5の他端に接続されている
と共に、オペアンプ16、抵抗R6、R7、R8、R9
等で構成される差動増幅回路17の一方の入力端子に接
続されている。この差動増幅回路17の他方の端子に
は、直流定電圧源15が接続されている。
10は、その回路の一例が図4に示されているように、
直流定電圧源14がサーミスタ5に直列に接続されてい
て、サーミスタ5の電気抵抗の変化を電圧変化として取
り出すようになっていて、サーミスタ5の出力端は、一
端がアースされている抵抗R5の他端に接続されている
と共に、オペアンプ16、抵抗R6、R7、R8、R9
等で構成される差動増幅回路17の一方の入力端子に接
続されている。この差動増幅回路17の他方の端子に
は、直流定電圧源15が接続されている。
【0017】次ぎに、このように構成されている上記第
1実施例の超音波アクチユエータの作用を説明する。ま
ず、上記補正用の圧電素子4の作用を先に説明すると、
一般に、圧電素子の電気端子を開放したときのスチフネ
スCD は短絡したときのスチフネスCE に対してCE =
(1ーk2 )DD の関係がある。ここで、kは圧電素子
の電気・機械結合係数を示す。従って上記圧電素子4の
スチフネスが変化すれば、超音波振動子全体のスチフネ
スも変化し、その結果、共振周波数も変化する。また、
開放したときに比較し、短絡すると共振周波数が低下す
ることになる。
1実施例の超音波アクチユエータの作用を説明する。ま
ず、上記補正用の圧電素子4の作用を先に説明すると、
一般に、圧電素子の電気端子を開放したときのスチフネ
スCD は短絡したときのスチフネスCE に対してCE =
(1ーk2 )DD の関係がある。ここで、kは圧電素子
の電気・機械結合係数を示す。従って上記圧電素子4の
スチフネスが変化すれば、超音波振動子全体のスチフネ
スも変化し、その結果、共振周波数も変化する。また、
開放したときに比較し、短絡すると共振周波数が低下す
ることになる。
【0018】さらに、端子間のインピーダンスを連続的
に変化させると圧電素子のスチフネスも連続的に変化
し、超音波振動子の共振周波数が連続的に変化する。
に変化させると圧電素子のスチフネスも連続的に変化
し、超音波振動子の共振周波数が連続的に変化する。
【0019】このように動作する上記圧電素子4を有す
る超音波アクチユエータにおいて、今、振動子18を機
械的振動の共振周波数(単に、共振周波数と称する)で
励振すると、弾性体の内部摩擦等の原因により発熱し共
振周波数が低下する。温度が上昇し共振周波数が低下す
ると、超音波アクチユエータの最大のアクチユエータの
速度を示す周波数も低下する。
る超音波アクチユエータにおいて、今、振動子18を機
械的振動の共振周波数(単に、共振周波数と称する)で
励振すると、弾性体の内部摩擦等の原因により発熱し共
振周波数が低下する。温度が上昇し共振周波数が低下す
ると、超音波アクチユエータの最大のアクチユエータの
速度を示す周波数も低下する。
【0020】上記したように振動子の温度が上昇する
と、サーミスタ5の電気抵抗が低下し、インピーダンス
可変回路11の入力値が変化する。この電圧変化は、オ
ペアンプを用いてなる上記差動増幅回路17に供給され
る。差動増幅回路17では、直流定電圧源15と、上記
電圧との差が増幅されてインピーダンス制御電圧12と
して出力される。なお、直流定電圧源15の電圧は、弾
性体1の温度が上昇する前の定常状態で上記インピーダ
ンス制御電圧12が零になるように決定されている。
と、サーミスタ5の電気抵抗が低下し、インピーダンス
可変回路11の入力値が変化する。この電圧変化は、オ
ペアンプを用いてなる上記差動増幅回路17に供給され
る。差動増幅回路17では、直流定電圧源15と、上記
電圧との差が増幅されてインピーダンス制御電圧12と
して出力される。なお、直流定電圧源15の電圧は、弾
性体1の温度が上昇する前の定常状態で上記インピーダ
ンス制御電圧12が零になるように決定されている。
【0021】インピーダンス可変回路11では、上記イ
ンピーダンス制御電圧12に基づいて、FET13のソ
ース・ドレイン間の電気抵抗を変化させる。そして、ソ
ース・ドレイン間の電気抵抗の変化は、圧電素子4のス
チフネスを変化させ振動子18の共振周波数を変化させ
る。
ンピーダンス制御電圧12に基づいて、FET13のソ
ース・ドレイン間の電気抵抗を変化させる。そして、ソ
ース・ドレイン間の電気抵抗の変化は、圧電素子4のス
チフネスを変化させ振動子18の共振周波数を変化させ
る。
【0022】つまり、この第1実施例では、超音波振動
子の温度をサーミスタ5で検出し、これに基づいて、イ
ンピーダンス制御量決定回路10でインピーダンスの制
御量に関する情報を形成する。インピーダンス可変回路
11では、上記インピーダンスの制御量に関する信号に
よってソース・ドレイン間の電気抵抗値を制御する。こ
のソース・ドレイン間の電気抵抗値の変化が圧電素子4
のスチフネス、即ち、前述したように振動子18全体の
スチフネスの変化となる。これによって、振動子18の
共振周波数が変化する。
子の温度をサーミスタ5で検出し、これに基づいて、イ
ンピーダンス制御量決定回路10でインピーダンスの制
御量に関する情報を形成する。インピーダンス可変回路
11では、上記インピーダンスの制御量に関する信号に
よってソース・ドレイン間の電気抵抗値を制御する。こ
のソース・ドレイン間の電気抵抗値の変化が圧電素子4
のスチフネス、即ち、前述したように振動子18全体の
スチフネスの変化となる。これによって、振動子18の
共振周波数が変化する。
【0023】従って、振動子18の共振周波数と、電圧
源8、9の周波数を常に一致させることが可能となり、
共振周波数の温度変化、機械的負荷による変化を打ち消
すように補正することができる。そして、これによっ
て、リニアアクチュエータの機械的出力を安定化するこ
とができる。
源8、9の周波数を常に一致させることが可能となり、
共振周波数の温度変化、機械的負荷による変化を打ち消
すように補正することができる。そして、これによっ
て、リニアアクチュエータの機械的出力を安定化するこ
とができる。
【0024】この第1実施例の変形例としては、インピ
ーダンス変更手段としてのインピーダンス可変回路11
を連続可変とせずに、オン/オフを行うスイッチ手段と
し、共振周波数を離散的に変化させることも可能であ
る。
ーダンス変更手段としてのインピーダンス可変回路11
を連続可変とせずに、オン/オフを行うスイッチ手段と
し、共振周波数を離散的に変化させることも可能であ
る。
【0025】図5および図6は本発明の第2実施例を示
した図である。この第2実施例が前述の第1実施例と異
なる点は、インピーダンス可変回路11およびインピー
ダンス制御量決定回路10を用いないで、サーミスタ5
に換えて白金抵抗体25を用い、圧電素子4の両端を該
白金抵抗体25の両端に接続している点で異なってい
る。そして、その他の構成は同一であるので、その重複
する説明は省略する。
した図である。この第2実施例が前述の第1実施例と異
なる点は、インピーダンス可変回路11およびインピー
ダンス制御量決定回路10を用いないで、サーミスタ5
に換えて白金抵抗体25を用い、圧電素子4の両端を該
白金抵抗体25の両端に接続している点で異なってい
る。そして、その他の構成は同一であるので、その重複
する説明は省略する。
【0026】電気回路の接続は、図6に示されるよう
に、独立して設けられている圧電素子2、3には、それ
ぞれ電圧源8、9が接続されている。また、白金抵抗体
25は圧電素子4に直列に接続されており、この電気端
子間の抵抗値を変化させる。
に、独立して設けられている圧電素子2、3には、それ
ぞれ電圧源8、9が接続されている。また、白金抵抗体
25は圧電素子4に直列に接続されており、この電気端
子間の抵抗値を変化させる。
【0027】次いで作用について説明する。
【0028】振動子18の温度が変化すると、前記第1
実施例にて説明したように振動子18の共振周波数が変
化する。これと同時に白金抵抗体25の抵抗値も変化す
る。即ち、温度が上昇すると、抵抗値が大きくなり、温
度が低下すると抵抗値が小さくなる。従って、白金抵抗
体25の、温度による抵抗値の変化率が適当なものを選
択し、圧電素子4の電気端子に接続すれば、前記第1実
施例で説明したように、温度変化による振動子18の共
振周波数の変化が自動的に補正される。
実施例にて説明したように振動子18の共振周波数が変
化する。これと同時に白金抵抗体25の抵抗値も変化す
る。即ち、温度が上昇すると、抵抗値が大きくなり、温
度が低下すると抵抗値が小さくなる。従って、白金抵抗
体25の、温度による抵抗値の変化率が適当なものを選
択し、圧電素子4の電気端子に接続すれば、前記第1実
施例で説明したように、温度変化による振動子18の共
振周波数の変化が自動的に補正される。
【0029】この第2実施例によれば、上記第1実施例
の効果に加えて、インピーダンス可変回路11およびイ
ンピーダンス制御量決定回路10を用いていないので、
第1実施例に比較して、温度による振動子の共振周波数
の変化を、より簡易な構成で補正できる。
の効果に加えて、インピーダンス可変回路11およびイ
ンピーダンス制御量決定回路10を用いていないので、
第1実施例に比較して、温度による振動子の共振周波数
の変化を、より簡易な構成で補正できる。
【0030】図7乃至図10は、本発明を円環状の超音
波モータのアクチユエータに適用した場合の第3実施例
である。この超音波モータは、図7および図8に示され
るように、ステータに進行波を発生させる方式の超音波
モータで、既に公知となっているものである。即ち、電
気ー機械エネルギ変換素子である圧電素子30を裏面に
接着した弾性体31からなるステータ40と、このステ
ータ40の上面に、図示しない保持押圧手段で矢印方向
に押圧しながら回転自在に保持されるロータ32から構
成される。
波モータのアクチユエータに適用した場合の第3実施例
である。この超音波モータは、図7および図8に示され
るように、ステータに進行波を発生させる方式の超音波
モータで、既に公知となっているものである。即ち、電
気ー機械エネルギ変換素子である圧電素子30を裏面に
接着した弾性体31からなるステータ40と、このステ
ータ40の上面に、図示しない保持押圧手段で矢印方向
に押圧しながら回転自在に保持されるロータ32から構
成される。
【0031】このように構成されている超音波モータに
おける上記圧電素子30は、図10に示されているよう
に、A相33、B相34の電極を持ち、これらは+−交
互に分極処理がなされている。また、ステータ40に
は、これとは別に、両電極間に振動状態のモニタ用の圧
電素子35が配設されて構成される。
おける上記圧電素子30は、図10に示されているよう
に、A相33、B相34の電極を持ち、これらは+−交
互に分極処理がなされている。また、ステータ40に
は、これとは別に、両電極間に振動状態のモニタ用の圧
電素子35が配設されて構成される。
【0032】本発明の第3実施例では、図9に示されて
いるように、上記ステータ40の内周面に複数個、例え
ば(本実施例では6個)の圧電素子41〜46が接着さ
れ、これらは図10のように電気回路に接続されてい
る。即ち、ステータ励振用の圧電素子33,34には、
相互に90度の位相差を有する電圧源70,71がそれ
ぞれ接続されている。そして、インピーダンス制御量決
定回路72に振動状態をモニタするための上記圧電素子
35が接続されており、該回路72の出力端は上記圧電
素子41〜46とインダクタ51〜56を接離するスイ
ッチ回路61〜66にそれぞれ接続されている。
いるように、上記ステータ40の内周面に複数個、例え
ば(本実施例では6個)の圧電素子41〜46が接着さ
れ、これらは図10のように電気回路に接続されてい
る。即ち、ステータ励振用の圧電素子33,34には、
相互に90度の位相差を有する電圧源70,71がそれ
ぞれ接続されている。そして、インピーダンス制御量決
定回路72に振動状態をモニタするための上記圧電素子
35が接続されており、該回路72の出力端は上記圧電
素子41〜46とインダクタ51〜56を接離するスイ
ッチ回路61〜66にそれぞれ接続されている。
【0033】上記圧電素子41の一端は、スイッチ61
を介してインダクタ51の一端側に接続されており、圧
電素子41の他端はインダクタ51の他端に接続されて
いる。そして、圧電素子42〜46、インダクタ52〜
56、スイッチ62〜66の接続状態も同様である。
を介してインダクタ51の一端側に接続されており、圧
電素子41の他端はインダクタ51の他端に接続されて
いる。そして、圧電素子42〜46、インダクタ52〜
56、スイッチ62〜66の接続状態も同様である。
【0034】そして、共振周波数補正用の圧電素子41
〜46とインダクタ51〜56は電気的共振周波数がス
テータの共振周波数と一致するようにそのキャパシタン
ス、インダクタンスが決定されている。また、圧電素子
41〜46に発生する電荷をインダクタ51〜56に一
時的に蓄え、また放出している。
〜46とインダクタ51〜56は電気的共振周波数がス
テータの共振周波数と一致するようにそのキャパシタン
ス、インダクタンスが決定されている。また、圧電素子
41〜46に発生する電荷をインダクタ51〜56に一
時的に蓄え、また放出している。
【0035】次ぎに作用を説明すると、圧電素子33,
34に位相の異なる交番電圧を印加して超音波モータを
駆動させると、弾性体31の内部摩擦等による発熱と、
ロータ32の機械的負荷状態により共振周波数が刻々と
変化する。このとき振動状態モニタ用の圧電素子35で
ステータ40の振動状態を観測する。共振周波数が駆動
周波数と一致しない場合はこの差を解消するようにスイ
ッチ61〜66をオン或いはオフする。
34に位相の異なる交番電圧を印加して超音波モータを
駆動させると、弾性体31の内部摩擦等による発熱と、
ロータ32の機械的負荷状態により共振周波数が刻々と
変化する。このとき振動状態モニタ用の圧電素子35で
ステータ40の振動状態を観測する。共振周波数が駆動
周波数と一致しない場合はこの差を解消するようにスイ
ッチ61〜66をオン或いはオフする。
【0036】前記第1実施例で説明したに示した圧電素
子の動作により、スイッチ61〜66がオン即ち、導通
状態になると共振周波数が低下し、スイッチ61〜66
がオフ即ち、非導通状態になると共振周波数が上昇す
る。ステータには、その内周に圧電素子41〜46が取
り付けられており、これを駆動するための回路が6個あ
るので、6段階に補正をすることができる。
子の動作により、スイッチ61〜66がオン即ち、導通
状態になると共振周波数が低下し、スイッチ61〜66
がオフ即ち、非導通状態になると共振周波数が上昇す
る。ステータには、その内周に圧電素子41〜46が取
り付けられており、これを駆動するための回路が6個あ
るので、6段階に補正をすることができる。
【0037】この第3実施例によれば、共振周波数補正
用の圧電素子41〜46を、6個用いた例を示したが、
これに限定されるものではなく、上記圧電素子を減らせ
ば、調整機構が小型・簡略化され、増せば微妙な調整を
行えるようになる。
用の圧電素子41〜46を、6個用いた例を示したが、
これに限定されるものではなく、上記圧電素子を減らせ
ば、調整機構が小型・簡略化され、増せば微妙な調整を
行えるようになる。
【0038】この第3実施例によれば、ステータの共振
周波数の変動を効率良く打ち消す事ができると共に、振
動により、圧電素子41〜46に発生する電荷をインダ
クタ51〜56に一時的に蓄え、また放出しているの
で、上記第1実施例、第2実施例のように、インピーダ
ンスで消費させる場合と比較してエネルギの損失を少な
くすることができる。
周波数の変動を効率良く打ち消す事ができると共に、振
動により、圧電素子41〜46に発生する電荷をインダ
クタ51〜56に一時的に蓄え、また放出しているの
で、上記第1実施例、第2実施例のように、インピーダ
ンスで消費させる場合と比較してエネルギの損失を少な
くすることができる。
【0039】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、機械
的共振周波数と駆動電圧の周波数とを常に一致させるこ
とができ、従って、機械的出力の安定した超音波アクチ
ュエータを提供することができる。
的共振周波数と駆動電圧の周波数とを常に一致させるこ
とができ、従って、機械的出力の安定した超音波アクチ
ュエータを提供することができる。
【図1】本発明の超音波アクチュエータの第1実施例を
示す超音波振動子の斜視図。
示す超音波振動子の斜視図。
【図2】上記第1実施例の超音波振動子の駆動電気回路
図。
図。
【図3】上記図2の駆動電気回路中のインピーダンス可
変回路の具体的な一例を示す回路図。
変回路の具体的な一例を示す回路図。
【図4】上記図2の駆動電気回路中のインピーダンス制
御量決定回路の具体的な一例を示す回路図。
御量決定回路の具体的な一例を示す回路図。
【図5】本発明の超音波アクチュエータの第2実施例を
示す超音波振動子の斜視図。
示す超音波振動子の斜視図。
【図6】しき第2実施例の超音波振動子の駆動電気回路
図。
図。
【図7】円環状の超音波モータの斜視図。
【図8】上記図7の超音波モータのステータに固定され
た励振用の圧電素子を示すステータの背面図。
た励振用の圧電素子を示すステータの背面図。
【図9】円環状の超音波モータに適用された本発明の第
3実施例を示すステータの斜視図。
3実施例を示すステータの斜視図。
【図10】上記第3実施例の超音波振動子の駆動電気回
路図。
路図。
【図11】リニア型の超音波アクチュエータに用いられ
る従来の超音波振動子を示す斜視図。
る従来の超音波振動子を示す斜視図。
【図12】上記図11の振動子を用いるリニア型の超音
波モータの正面図。
波モータの正面図。
【図13】上記図11に示した超音波振動子の作用を示
す斜視図。
す斜視図。
【図14】上記超音波振動子の作用を示す斜視図。
【図15】共振周波数と振動子温度の関係を示す図。
【図16】駆動周波数と振動子温度の関係を示す図。
1 弾性体 2、3、4 圧電素子(電気ー機械エネルギ変換素子) 10 インピーダンス制御量決定回路 11 インピーダンス可変回路 18 超音波振動子
Claims (1)
- 【請求項1】 弾性体と、該弾性体に設けられた電気ー
機械エネルギー変換素子とからなる超音波振動子と、 この超音波振動子により駆動される被駆動体と、 上記超音波振動子に固定され、両端に電極を有する他の
電気ー機械エネルギー変換素子と、 上記他の電気ー機械エネルギー変換素子の電極間のイン
ピーダンスを変化させるインピーダンス変更手段と、 を具備することを特徴とする超音波アクチュエータ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5158936A JPH0715984A (ja) | 1993-06-29 | 1993-06-29 | 超音波アクチュエータ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5158936A JPH0715984A (ja) | 1993-06-29 | 1993-06-29 | 超音波アクチュエータ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0715984A true JPH0715984A (ja) | 1995-01-17 |
Family
ID=15682584
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5158936A Withdrawn JPH0715984A (ja) | 1993-06-29 | 1993-06-29 | 超音波アクチュエータ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0715984A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008148435A (ja) * | 2006-12-08 | 2008-06-26 | Pentax Corp | 圧電体振動子 |
JP2012125114A (ja) * | 2010-12-10 | 2012-06-28 | Canon Inc | 振動型駆動装置 |
-
1993
- 1993-06-29 JP JP5158936A patent/JPH0715984A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008148435A (ja) * | 2006-12-08 | 2008-06-26 | Pentax Corp | 圧電体振動子 |
JP2012125114A (ja) * | 2010-12-10 | 2012-06-28 | Canon Inc | 振動型駆動装置 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20000905 |