JP2010166674A - Ultrasonic motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、超音波振動を駆動力源として被駆動体を駆動する超音波モータに関するものである。 The present invention relates to an ultrasonic motor that drives a driven body using ultrasonic vibration as a driving force source.
例えば、下記特許文献1には、振動子の縦振動とねじれ振動を合成して楕円振動を発生させ、ロータを回転させる超音波モータが提案されている。そして、下記特許文献1の図1には、振動子の分解斜視図が描かれており、振動子軸方向に対し斜めにカッティングされた弾性体の間に複数枚の圧電素子が挿入された構成となっている。また、該圧電素子の正電極は2分割されており、ここでは、それぞれA相、B相と称するものとする。 For example, Patent Document 1 below proposes an ultrasonic motor that rotates a rotor by synthesizing longitudinal vibration and torsional vibration of a vibrator to generate elliptical vibration. FIG. 1 of Patent Document 1 below shows an exploded perspective view of the vibrator, in which a plurality of piezoelectric elements are inserted between elastic bodies cut obliquely with respect to the vibrator axis direction. It has become. In addition, the positive electrode of the piezoelectric element is divided into two parts, which are referred to herein as A phase and B phase, respectively.
ここで、A相とB相に同位相の交番電圧を印加することで、棒状振動子に縦振動を発生させることができる。また、A相とB相に逆位相の交番電圧を印加することで、棒状振動子にねじれ振動を発生させることができる。尚、振動子の溝位置を調整して縦振動の共振周波数と、ねじれ振動の共振周波数を、ほぼ一致するようにしておく。そして、A相とB相にπ/2位相の異なる交番電圧を印加すると、縦振動とねじれ振動が同時に発生し、棒状弾性体上面に楕円振動を発生させることができる。棒状弾性体上面にロータを押圧することにより、ロータを時計方向(CW方向)若しくは反時計方向(CCW方向)に回転させることができる。 Here, by applying an alternating voltage having the same phase to the A phase and the B phase, longitudinal vibration can be generated in the rod-shaped vibrator. Further, torsional vibration can be generated in the rod-shaped vibrator by applying alternating voltages having opposite phases to the A phase and the B phase. The groove position of the vibrator is adjusted so that the resonance frequency of the longitudinal vibration and the resonance frequency of the torsional vibration are substantially matched. When alternating voltages having different π / 2 phases are applied to the A phase and the B phase, longitudinal vibration and torsional vibration are generated simultaneously, and elliptical vibration can be generated on the upper surface of the rod-shaped elastic body. By pressing the rotor against the upper surface of the rod-shaped elastic body, the rotor can be rotated clockwise (CW direction) or counterclockwise (CCW direction).
しかしながら、上記特許文献1に記載された超音波モータは、その図1に示されるように、弾性体を斜めにカットしなければならない、縦振動とねじれ振動の周波数を合わせるために弾性体の一部に溝部を設けなければならない、等の課題があった。また、圧電素子の中央部に穴部を設けてあるので、圧電素子がそれ自体で、若しくは特にシャフトと触れた際には破損しやすい等の課題があった。 However, as shown in FIG. 1, the ultrasonic motor described in the above-mentioned Patent Document 1 has to cut the elastic body diagonally. In order to match the frequencies of the longitudinal vibration and the torsional vibration, it is one of the elastic bodies. There was a problem that a groove portion had to be provided in the portion. In addition, since the hole is provided in the center of the piezoelectric element, there is a problem that the piezoelectric element is easily damaged by itself or particularly when touching the shaft.
したがって本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、溝部が不要であり、圧電素子に穴部を設ける必要が無く、簡単な構造で縦共振振動とねじれ共振振動を容易に励起することができ、超音波振動子に生じる楕円振動によりロータを回転させる超音波モータを提供することである。 Accordingly, the present invention has been made in view of the above problems, and the object thereof is to eliminate the need for a groove and to provide a hole in the piezoelectric element, and to facilitate longitudinal resonance vibration and torsional resonance vibration with a simple structure. It is an object of the present invention to provide an ultrasonic motor that can be excited by the motor and rotates a rotor by elliptic vibration generated in an ultrasonic vibrator.
すなわち本発明は、中心軸に垂直な断面が略長方形状の長さ比率を有する略直方体形状の振動子と、該振動子の楕円振動発生面に接して、該振動子の該楕円振動発生面と直交する中心軸を回転軸として回転駆動されるロータと、を少なくとも備えた超音波モータに於いて、上記振動子は、上記中心軸に垂直な断面が略長方形状で、該略長方形状の一辺を含む側面及び該第1の側面と対をなす第2の側面を有した略直方体形状の弾性体と、上記弾性体の第1の側面に対向して配置された圧電素子と、を具備し、上記振動子の上記回転軸方向に伸縮する縦1次共振振動と、該回転軸をねじれ軸とするねじれ2次共振振動若しくはねじれ3次共振振動と、を合成することにより上記楕円振動を形成して上記ロータを回転させることを特徴とする。 That is, the present invention relates to an approximately rectangular parallelepiped vibrator having a substantially rectangular length ratio in a cross section perpendicular to the central axis, and the elliptical vibration generating surface of the vibrator in contact with the elliptical vibration generating surface of the vibrator. And a rotor that is driven to rotate about a central axis orthogonal to the rotation axis, and the vibrator has a substantially rectangular cross section perpendicular to the central axis, and has a substantially rectangular shape. A substantially rectangular parallelepiped elastic body having a side surface including one side and a second side surface that is paired with the first side surface; and a piezoelectric element disposed opposite to the first side surface of the elastic body. Then, by combining the longitudinal primary resonance vibration of the vibrator extending and contracting in the direction of the rotation axis and the torsional secondary resonance vibration or the torsional tertiary resonance vibration having the rotation axis as the torsion axis, the elliptical vibration is reduced. The rotor is formed and rotated.
本発明によれば、溝部が不要であり、圧電素子に穴部を設ける必要が無く、簡単な構造で縦共振振動とねじれ共振振動を容易に励起することができ、超音波振動子に生じる楕円振動によりロータを回転させる超音波モータを提供することができる。 According to the present invention, there is no need for a groove portion, and there is no need to provide a hole portion in the piezoelectric element, so that longitudinal resonance vibration and torsional resonance vibration can be easily excited with a simple structure, and an ellipse generated in an ultrasonic transducer. An ultrasonic motor that rotates a rotor by vibration can be provided.
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1の実施形態)
先ず、図1乃至図6を参照して、本発明の第1の実施形態について説明する。
(First embodiment)
First, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図1は、本発明の第1の実施形態に係る超音波モータを示す外観斜視図である。また、図2は図1の振動子を示したもので、(a)は振動子の分解斜視図、(b)は振動子の外観斜視図、(c)は振動子の上面図である。 FIG. 1 is an external perspective view showing an ultrasonic motor according to the first embodiment of the present invention. 2 shows the vibrator of FIG. 1. FIG. 2A is an exploded perspective view of the vibrator, FIG. 2B is an external perspective view of the vibrator, and FIG. 2C is a top view of the vibrator.
この超音波モータ10は、振動子11と、摩擦接触部材12a及び12bと、外部電極13と、ロータ15と、ベアリング16と、ばね17と、ばね保持リング18と、シャフト19と、を少なくとも有して構成されている。
The
摩擦接触部材12a及び12bは、振動子11の長手方向と直交する面に接着されてロータ15と接触するようになっている。そして、摩擦接触部材12a及び12bは、アルミナやジルコニアのセラミクス材料、若しくはPPSやPEEK等のエンジニアリングプラスチック材料から成る。詳細は後述するが、この摩擦接触部材12a及び12bの位置に於いては、図2(b)に示されるように、時計方向(CW方向)若しくは反時計方向(CCW方向)の向きに楕円振動を発生する。但し、この摩擦接触部材12a及び12bは、必ずしも必要なものではない。
The
外部電極13は、振動子11を構成する積層圧電素子(詳細は後述する)25の側面には、上から順にA−相13a2 、C−相13c2 、B−相13b2 、D−相13d2 が設けられている。尚、図示されないが該積層圧電素子25の反対側側面には、A+相、C+相、B+相、D+相が設けられている。
The
上記ロータ15は、角柱形状の振動子11と該振動子11の頂面に押圧されて回転する。ベアリング16は、その外側面がロータ内側面に固定されロータ15を回転自在に保持するもので、シャフト19が固定されたベアリング内輪と、ロータ15の内周に固定されたベアリング外輪とで構成される。
The rotor 15 rotates by being pressed by the
ばね17は、上記ベアリング内輪に押圧力を加えるための弾性部材であり、該ベアリング内側部に接触する。ばね保持リング18は、上記ばね17を縮めてばね力を発生させるばね17の収縮量を制御するためのものである。更に、シャフト19は、上述したように、振動子11のほぼ中央部にて固定されている。
The spring 17 is an elastic member for applying a pressing force to the bearing inner ring, and contacts the inner side of the bearing. The spring holding ring 18 is for controlling the amount of contraction of the spring 17 that contracts the spring 17 and generates a spring force. Furthermore, as described above, the shaft 19 is fixed at substantially the center of the
尚、シャフト19の軸の長手方向を中心軸方向と定義する。 The longitudinal direction of the shaft 19 is defined as the central axis direction.
振動子11は、直方体形状で、ステンレス材、黄銅材等の金属材料から成る弾性体21と、該弾性体21の一側面に、やはり直方体形状の積層圧電素子25が、接着剤により接着されて構成されている。上記弾性体21は、図2(b)に示されるように、その側面に積層圧電素子25が接着されて振動子11を構成する際のほぼ中心部分に、シャフト19が挿通されるべく貫通穴22が形成されている。すなわち、弾性体21の中心部分からは偏心した位置に貫通穴22は設けられている。
The
そして、上記貫通穴22の軸方向の中央部には、シャフト19を保持するための雌ネジ部23が設けられており、シャフト19中央部の図示されない雄ネジ部が係合、接着される。尚、雌ねじ部23は、後述するように、振動子11の縦1次振動の節部とねじれ2次振動の節部と幾何学的にほぼ一致している。
A
振動子11の外径寸法としては、a=6mm、b=10mm、c=20mmとする。また、摩擦接触部材12a及び12bの厚みは、0.1mm〜1mm程度とする。
The outer diameter dimensions of the
次に、図3を参照して、本実施形態で用いられる積層圧電素子の構成について説明する。 Next, with reference to FIG. 3, the structure of the laminated piezoelectric element used in this embodiment will be described.
図3(a)は、圧電シート及び内部電極パターンの例を示した図である。 FIG. 3A is a diagram showing an example of a piezoelectric sheet and internal electrode patterns.
本積層圧電素子25は、所定の内部電極パターンが形成された、チタン酸ジルコン酸鉛(以下PZTと称する)等の薄い圧電シートが積層されて構成されたものである。圧電シートは、その厚さが10μm〜100μm程度のPZT材料から成り、圧電シート1(以下、圧電シート(1)と記す)25aには内部電極パターン、圧電シート2(以下、圧電シート(2)と記す)25bには内部電極パターン2が、それぞれ印刷されている。
The laminated
内部電極は、銀−パラジウム合金から成り、厚さは数μm程度である。圧電シート(1)25aは、図示されるように、交差指電極(第1交差指電極(内部電極)29と第2交差指電極(内部電極)30)が2箇所に印刷されている。交差指内部電極の幅は、0.1mm〜1mm程度の範囲に設定され、間の絶縁幅も0.1mm〜1mm程度の範囲に設定される。また、上記第1交差指電極29及び第2交差指電極30の一部は、外部電極13a1 、13a2 及び13b1 、13b2 と電気的に導通させるために、圧電シート端部まで引き出されて電極導出部291 、292 及び301 、302 が設けられている。
The internal electrode is made of a silver-palladium alloy and has a thickness of about several μm. As shown in the figure, the piezoelectric sheet (1) 25a has crossed finger electrodes (first crossed finger electrode (internal electrode) 29 and second crossed finger electrode (internal electrode) 30) printed at two locations. The width of the interdigital finger electrode is set to a range of about 0.1 mm to 1 mm, and the insulation width therebetween is also set to a range of about 0.1 mm to 1 mm. Further, a part of the first
ここで、交差指電極とは、+相の電極と−相の電極とが、交互に組み合わされて配置されているような電極を指すものとする。そして、交差指電極は、図3(a)では図面の見やすさから二対の交差指電極構成としているが、その面内でできるだけ大きな面積となるようにするため、実際には、図3(b)に示されるように、その面内の一面に形成されるように、更に多くの対の交差指電極構成としても良い。 Here, the cross finger electrode refers to an electrode in which a + phase electrode and a-phase electrode are alternately combined. In FIG. 3 (a), the cross finger electrodes have two pairs of cross finger electrodes for the sake of easy viewing. However, in order to have as large an area as possible in the plane, in practice, FIG. As shown in b), more pairs of crossed finger electrodes may be formed so as to be formed on one surface within the surface.
交差指電極は、図3(a)に於いて、中心軸方向(破線で示される)と交差指電極の指の方向との成す角が、図の第1交差指電極29では、
0<θ<π/2
とする。分極方向α(破線で示される)は、交差指電極の指の方向と直交する方向であるから、
α=π/2−θ
0<α<π/2
である。尚、角度を測定する向きに関しては、図示されるように、αとθでは逆にとっている。
In FIG. 3 (a), the cross finger electrode has an angle formed between the direction of the central axis (shown by a broken line) and the direction of the finger of the cross finger electrode.
0 <θ <π / 2
And Since the polarization direction α (indicated by a broken line) is a direction orthogonal to the direction of the fingers of the cross finger electrode,
α = π / 2−θ
0 <α <π / 2
It is. As shown in the figure, α and θ are reversed with respect to the direction in which the angle is measured.
図3(a)に示される第2交差指電極30の成す角は、図示されるように、同様にθである。これら圧電シート(1)25aがn枚積層され、その後圧電シート(2)25bが積層される。この圧電シート(2)25bの電極パターンは、圧電シート(1)25aと全く同様であるが、端部に延出される電極の位置が異なる第3交差指電極31及び第4交差指電極32が設けられている。これら第3交差指電極31及び第4交差指電極32は、振動検出用の電極として用いられる。尚、上記第3交差指電極31及び第4交差指電極32の一部は、外部電極13c1 、13c2 及び13d1 、13d2 と電気的に導通させるために、圧電シート端部まで引き出されて電極導出部311 、312 及び321 、322 が設けられている。
The angle formed by the second
そして、最後に、何も電極が印刷されていない圧電シート3(以下、圧電シート(3)と記す)25cが積層される。 Finally, a piezoelectric sheet 3 on which no electrode is printed (hereinafter referred to as a piezoelectric sheet (3)) 25c is laminated.
後述するように、本実施形態では、振動子11を構成した場合に、その振動子11に生じるねじれ2次振動と縦1次振動が用いられる。したがって、本実施形態の交差指電極の位置は、上部の第1交差指電極29の中央部はねじれ2次振動の上部節位置近傍に設けられ、下部の第2交差指電極30の中央部はねじれ2次振動の下部節位置近傍に設けられている。
As will be described later, in this embodiment, when the
図3(c)は、図3(a)に示される積層圧電素子の積層後の外部電極が示されている。 FIG. 3C shows an external electrode after lamination of the laminated piezoelectric element shown in FIG.
同図に於いて、右側面には、n枚の圧電シート(1)25aの内部電極と導通するA+相、B+相の外部電極13a1 、13b1 と、1枚の圧電シート(2)25bの内部電極と導通するC+相、D+相の外部電極13c1 、13d1 と、が設けられている。尚、図示されないが、反対側の面には、A−相、B−相の外部電極13a2 、13b2 と、C−相、D−相の外部電極13c2 、13d2 と、が設けられている。
In the figure, on the right side, there are A + phase and B + phase
このような構成の積層圧電素子25を、弾性体21に接着する。
The laminated
次に、本実施形態に於ける積層圧電素子25の作成方法について説明する。
Next, a method for producing the laminated
焼成前の圧電シート(1)25aに内部電極パターンが印刷されたものをn枚、圧電シート(2)25bに内部電極パターンを印刷されたものを1枚用意する。そして、先ず、圧電シート(1)25aがn枚積層された後、圧電シート(2)25bが1枚積層され、更に内部電極の印刷されていない圧電シート(3)25cが1枚積層される。 Prepare n sheets of printed internal electrode patterns on the piezoelectric sheet (1) 25a before firing, and 1 printed sheets of internal electrode patterns on the piezoelectric sheet (2) 25b. First, after n sheets of piezoelectric sheets (1) 25a are stacked, one sheet of piezoelectric sheets (2) 25b is stacked, and one sheet of piezoelectric sheet (3) 25c on which no internal electrode is printed is stacked. .
その後、プレスされ、所定の大きさにカットされた後、所定の温度で焼成が行われる。次いで、外部電極13が所定の位置に印刷、焼付けされる。その後、分極が行われて積層圧電素子25が完成する。
Then, after being pressed and cut into a predetermined size, firing is performed at a predetermined temperature. Next, the
ここで、分極について、図4を参照して説明する。 Here, the polarization will be described with reference to FIG.
図4は、図3(a)のA−A′線に沿って示した分極方向を含み、且つ、側面に垂直な断面図である。 FIG. 4 is a cross-sectional view including the polarization direction shown along the line AA ′ in FIG. 3A and perpendicular to the side surface.
図4に於いて、矢印Pで示される分極ベクトルは、片側の極(+)から中央部で多少の膨らみをもって、もう片方の極(−)に向かって分極が形成されている。尚、このべクトルは、電場のベクトルとも一致している。また、隣接する内部電極間は例えば300μmであり、圧電シートの厚さは例えば100μmである。 In FIG. 4, the polarization vector indicated by the arrow P is polarized toward the other pole (−) with a slight bulge from the pole (+) on one side. This vector also coincides with the electric field vector. The distance between adjacent internal electrodes is, for example, 300 μm, and the thickness of the piezoelectric sheet is, for example, 100 μm.
次に、本振動子11の動作について説明する。
Next, the operation of the
図5(a)に示されるように、振動子11の形状を直方体形状で、それぞれの辺a、b、cの各寸法を適切な値とすることで、縦1次振動モード(第1次共振振動)の共振周波数とねじれ2次振動モード(ねじれ2次共振振動)、若しくはねじれ3次振動モード(ねじれ3次共振振動)の、共振周波数をほぼ一致させるようにしている。
As shown in FIG. 5 (a), the shape of the
尚、図5(b)はねじれ1次振動モード(ねじれ1次共振振動)、図5(c)は縦1次振動モード、図5(d)はねじれ2次振動モード、図5(e)はねじれ3次振動モードの振動状態を概略的に示した図である。また、実線が振動前の振動子11の形状を示しており、破線が振動後の振動子11の形状を示している。そして、図中、351 、352 、353 、354 、355 は振動子11の振動の節に相当する位置であり、354 、355 はねじれ2次振動の上部節位置、ねじれ2次振動の下部節位置である。
5B is a torsional primary vibration mode (torsional primary resonance vibration), FIG. 5C is a longitudinal primary vibration mode, FIG. 5D is a torsional secondary vibration mode, and FIG. FIG. 6 is a diagram schematically showing a vibration state in a torsional tertiary vibration mode. A solid line indicates the shape of the
ここで、直方体の各辺a、b、cを定義する。いま、辺cの方向を、縦1次振動モードの振動の方向、且つ、ねじれ振動のねじれの軸方向とする。また、辺cと直交する方向を辺aの方向、辺bの方向とする。ここで、辺cに沿って、辺cと平行な軸線に垂直な長方形状の各断面の長さ比率をa<b<cとすると共に、aを短辺と称し、bを長辺と称するものとして、以下に説明する。 Here, each side a, b, and c of the rectangular parallelepiped is defined. Now, let the direction of the side c be the direction of vibration in the longitudinal primary vibration mode and the axial direction of torsion of torsional vibration. Further, the direction orthogonal to the side c is defined as the direction of the side a and the direction of the side b. Here, the length ratio of each rectangular cross section perpendicular to the axis parallel to the side c along the side c is a <b <c, a is referred to as a short side, and b is referred to as a long side. This will be described below.
図6は、辺cを一定として、横軸が短辺の長さ/長辺の長さ(a/b)であるような種々の矩形比率に於ける各モードの共振周波数を表した図である。同図からわかるように、a/bを変化させた場合には、縦1次振動モードの共振周波数はa/bに依存せず、ほぼ一定の値をとる。しかしながら、ねじれ振動の共振周波数は、a/b値が1に近付けば近付くほど単調に大きくなっていく。ねじれ1次振動モードの共振周波数は、a/bがどのような値をとっても、縦1次振動モードの共振周波数と一致する条件はない。 FIG. 6 is a diagram showing the resonance frequency of each mode in various rectangular ratios in which the side c is constant and the horizontal axis is the length of the short side / the length of the long side (a / b). is there. As can be seen from the figure, when a / b is changed, the resonance frequency of the longitudinal primary vibration mode does not depend on a / b and takes a substantially constant value. However, the resonance frequency of torsional vibration monotonously increases as the a / b value approaches 1. The resonance frequency of the torsional primary vibration mode has no condition that matches the resonance frequency of the longitudinal primary vibration mode regardless of the value of a / b.
しかしながら、ねじれ2次振動モードの共振周波数は、a/b値が0.6近傍の時に一致することが明らかである。また、ねじれ3次振動モードの共振周波数は、a/b値が0.3近傍の時に一致することが明らかである。したがって、本実施形態では、縦1次共振モードとねじれ2次共振モードが用いられるので、振動子11の各寸法を、a/bがほぼ0.6となるように設定する。具体的には、上述したが、a=6mm、b=10mm、c=20mmである。
However, it is clear that the resonance frequency of the torsional secondary vibration mode matches when the a / b value is around 0.6. Further, it is clear that the resonance frequency of the torsional tertiary vibration mode matches when the a / b value is around 0.3. Therefore, in the present embodiment, the longitudinal primary resonance mode and the torsional secondary resonance mode are used, so that the dimensions of the
尚、図5に示された各モードの共振振動の図から、縦1次振動モードの節部は、図5(c)に一点鎖線で示される略中央部位(節351 )、ねじれ2次振動モードの節部は、図5(d)に一点鎖線で示される上部節位置と下部節位置(節354 、355 )及び中心軸の任意の部位が共通の節部となる。したがって、この節部でシャフト19を保持すれば振動がシャフト19にほとんど漏れず、ひいては高効率なモータが得られる。
From the resonance vibration diagram of each mode shown in FIG. 5, the node portion of the longitudinal primary vibration mode is the substantially central portion (node 35 1 ) indicated by the alternate long and short dash line in FIG. As for the nodes in the vibration mode, the upper and lower node positions (
次に、図3(a)に示される第1交差指電極29を用いて、本実施形態に於ける振動子11の動作について説明する。
Next, the operation of the
先ず、駆動用交差指電極(圧電シート(1)25aの第1交差指電極29と第2交差指電極30)を用いた振動子11の動作について説明する。
First, the operation of the
図2(b)及び図3(b)に示されるA相(A+相、A−相)及びB相(B+相、B−相)に、縦1次振動若しくはねじれ2次振動の共振周波数に対応した交番電圧が印加される。 In the A phase (A + phase, A− phase) and the B phase (B + phase, B− phase) shown in FIG. 2B and FIG. 3B, the resonance frequency of the longitudinal primary vibration or torsional secondary vibration is set. A corresponding alternating voltage is applied.
図3(a)には、その際に逆圧電効果により第1交差指電極29近傍及び第2交差指電極30近傍に発生する力が、それぞれベクトルF及びF′で表示されている。図3(a)に示される力F、F′は交番力であり、その力をベクトル分解するとF1とF2、及びF1′とF2′となる。力F1、F1′は、図からも明らかなように、縦振動を励起させる伸縮カとなる。また、力F2、F2′は、図から明らかなように、ねじれ2次振動を発生させるねじれ力となる。積層された積層圧電素子についても同様に考えられる。これらの積層圧電素子25は、上述したようにして、弾性体12の一方の側面に接着されている。
In FIG. 3A, the forces generated in the vicinity of the first
図2(b)に戻って説明する。 Returning to FIG.
積層圧電素子25のA相に交番電圧が印加されると、上述した理由により、図の力Fなるベクトルの交番力が働くことになる。また、B相に、やはり交番電圧が印加されると、やはり同じベクトル方向の力F′なる交番力が発生することになる。
When an alternating voltage is applied to the A phase of the laminated
A相、B相に振動子11の縦1次振動若しくはねじれ2次振動の共振周波数に対応する周波数であって、位相が同じ交番電圧が印加されると、ベクトルFとF′の交番力が合成されて、ねじれ力は相殺され、縦1次共振振動のみが発生する。
When an alternating voltage having the same phase and corresponding to the resonance frequency of the longitudinal primary vibration or torsional secondary vibration of the
次に、A相、B相に同時に逆位相(位相差π)の上記周波数の交番電圧が印加される。すると、ベクトルFとF′は、逆位相で発生するので、伸縮力は相殺され、逆にねじれ力が働き、ねじれ共振2次振動のみが発生する。 Next, an alternating voltage having the above-mentioned frequency having an opposite phase (phase difference π) is simultaneously applied to the A phase and the B phase. Then, since the vectors F and F ′ are generated in opposite phases, the expansion / contraction force is canceled, and on the contrary, the torsional force works, and only the torsional resonance secondary vibration is generated.
次に、A相、B相に同時に位相が0、π以外の位相差が与えられた場合を考える。この場合には、縦1次振動とねじれ2次振動が同時に起こり、それらの振動が合成された振動となる。この時は、図2(b)に示されるように、振動子11の摩擦接触部材12a及び12bの位置にロータ15を回転させるような向きに、時計方向(CW方向)若しくは反時計方向(CCW方向)の楕円振動が形成される。
Next, consider a case where a phase difference other than 0 and π is simultaneously applied to the A phase and the B phase. In this case, the longitudinal primary vibration and the torsional secondary vibration occur simultaneously, and these vibrations are synthesized. At this time, as shown in FIG. 2 (b), the rotor 15 is rotated to the position of the
振動子11の摩擦接触部材12a及び12bの位置に楕円振動が発生していると、押圧されているロータ15は、その楕円振動の回転の向きに従って、時計方向(CW方向)若しくは反時計方向(CCW方向)の向きに回転動作を行うことになる。
When elliptical vibration is generated at the positions of the
次に、図3に示される圧電シート(2)25bの、第3交差指電極31と第4交差指電極32による振動検出の動作について説明する。
Next, the vibration detection operation by the third
縦1次振動やねじれ2次振動が発生すると、圧電効果により、交差指電極面には電荷が発生する。その場合、図2に於いて、電荷は、C相(C+相,C−相間)の電圧若しくはD相(D+相,D−相間)の電圧となって観測される。駆動用交差指電極での動作では、上述した逆圧電効果により駆動電圧により力が発生しているが、それとは全く逆に、機械的歪により電荷若しくは電圧が発生する。 When longitudinal primary vibration or torsional secondary vibration occurs, electric charges are generated on the surface of the interdigitated electrode due to the piezoelectric effect. In that case, in FIG. 2, the charge is observed as a voltage of the C phase (between the C + phase and the C− phase) or a voltage of the D phase (between the D + phase and the D− phase). In the operation with the driving cross-finger electrode, force is generated by the driving voltage due to the above-described reverse piezoelectric effect, but on the contrary, a charge or voltage is generated by mechanical strain.
したがって、縦1次共振振動のみが発生している場合は、C相とD相を並列順接続(C+相とD+相を結線し、C−相とD−相を結線:並列順接続相と定義する)すると、その間に発生している電圧は縦1次共振振動の大きさ、位相に比例した信号が得られる。しかし、C相とD相を並列逆接続(C+相とD−相を結線し、C−相とD+相を結線:並列逆接続相と定義する)した場合は信号は出力されない。 Therefore, when only the longitudinal primary resonance vibration is generated, the C phase and the D phase are connected in parallel in the forward direction (the C + phase and the D + phase are connected, and the C− phase and the D− phase are connected: the parallel forward connection phase). Then, a voltage proportional to the magnitude and phase of the longitudinal primary resonance vibration can be obtained. However, when the C phase and the D phase are reversely connected in parallel (the C + phase and the D− phase are connected and the C− phase and the D + phase are connected: defined as a parallel reverse connection phase), no signal is output.
一方、ねじれ2次振動のみが発生している場合は、C相とD相を並列逆接続(C+相とD−相を結線し、C−相とD+相を結線)すると、その間に発生している電圧はねじれ2次振動の大きさ、位相に比例した信号が得られる。しかしながら、C相とD相を並列順接続(C+相とD+相を結線し、C−相とD−相を結線)した場合は、信号は出力されない。 On the other hand, when only the torsional secondary vibration is generated, it occurs between the C phase and the D phase connected in reverse (connecting the C + phase and the D− phase and connecting the C− phase and the D + phase). A voltage proportional to the magnitude and phase of the torsional secondary vibration can be obtained. However, when the C phase and the D phase are connected in parallel in order (the C + phase and the D + phase are connected, and the C− phase and the D− phase are connected), no signal is output.
したがって、C相とD相の結線方法を選択することにより、縦1次振動若しくはねじれ2次振動を独立に検出することが可能である。 Therefore, it is possible to detect longitudinal primary vibration or torsional secondary vibration independently by selecting a connection method between the C phase and the D phase.
次に、このような振動検出相(C相、D相)を用いてモータを駆動する方法について説明する。 Next, a method of driving a motor using such a vibration detection phase (C phase, D phase) will be described.
駆動相であるA相若しくはB相の信号の位相と、振動検出相(例えば、C相とD相を並列逆接続したもの)との位相の位相差は、ねじれ2次振動の共振周波数での動作時に所定の値Ωをとることが知られている。したがって、この場合には、駆動相と検出相の位相差を常にΩになるように周波数を調整し駆動することで、モータ自身の発熱による温度上昇や周囲環境温度の変化による共振周波数変化や負荷変動による共振周波数変化があった場合でも、常にねじれ2次の共振周波数近傍で駆動することができる。それ故、常に最適な周波数で効率よく駆動することができる。これは、縦1次共振周波数近傍で駆動する場合も同様の考え方で可能である。 The phase difference between the phase of the A phase or B phase signal that is the driving phase and the phase of the vibration detection phase (for example, the C phase and the D phase are reversely connected in parallel) is the resonance frequency of the torsional secondary vibration. It is known to take a predetermined value Ω during operation. Therefore, in this case, by adjusting the frequency so that the phase difference between the drive phase and the detection phase is always Ω, the temperature is increased due to the heat generated by the motor itself, the resonance frequency changes due to changes in the ambient temperature, and the load. Even when there is a change in the resonance frequency due to fluctuations, it is always possible to drive near the torsional secondary resonance frequency. Therefore, it is always possible to efficiently drive at the optimum frequency. This is also possible with the same concept when driving near the longitudinal primary resonance frequency.
このように、第1の実施形態によれば、弾性体の一部に溝部を設ける必要がなく、また圧電素子にも穴部を設ける必要がない。よって、構成が単純になり、試作が容易になるばかりでなく、安定したモータ特性を得ることができる。 Thus, according to the first embodiment, it is not necessary to provide a groove in a part of the elastic body, and it is not necessary to provide a hole in the piezoelectric element. Therefore, not only the configuration becomes simple and the trial production becomes easy, but also stable motor characteristics can be obtained.
更に、本実施形態では、圧電素子が積層構造を有しているので、低電圧駆動が可能である。また、振動検出相も設けられているので、その信号を利用して常に最適な周波数での駆動が可能である。 Furthermore, in this embodiment, since the piezoelectric element has a laminated structure, low voltage driving is possible. In addition, since a vibration detection phase is also provided, it is possible to always drive at an optimum frequency using the signal.
(第1の変形例)
次に、本発明の第1の実施形態に於ける第1の変形例について説明する。
(First modification)
Next, a first modification of the first embodiment of the present invention will be described.
図7は、本発明の第1の実施形態の第1の変形例に於ける振動子の構成を示した分解斜視図である。 FIG. 7 is an exploded perspective view showing the configuration of the vibrator in the first modification of the first embodiment of the present invention.
上述した第1の実施形態では、振動子を構成する圧電素子は積層圧電素子を用いてきたが、本第1の変形例では単板の圧電素子を用いている。 In the first embodiment described above, a laminated piezoelectric element has been used as the piezoelectric element constituting the vibrator. However, in the first modification, a single plate piezoelectric element is used.
尚、以下に説明する第1の変形例に於いては、上述した第1の実施形態とは、振動子の構成のみ異なっている。したがって、ここでは振動子の構成について説明し、その他の超音波モータの基本的な構成及び動作については、上述した第1の実施形態と同じであるので、説明の重複を避けるため、同一の部分には同一の参照番号を付して、その図示及び詳細な説明を省略する。 In the first modification described below, only the configuration of the vibrator is different from the first embodiment described above. Therefore, the configuration of the vibrator will be described here, and the basic configuration and operation of other ultrasonic motors are the same as those in the first embodiment described above. Are denoted by the same reference numerals, and illustration and detailed description thereof are omitted.
すなわち、弾性体21の一方の側面に、交差指電極の電極パターンが印刷された単板圧電素子37が、接着により固定される。ここで、電極パターンが印刷された面は、弾性体21と対向する面と反対側になるようにする。圧電素子の電極パターンは、上述した第1の実施形態と同様である。単板圧電素子37の交差指電極として、上部の第1交差指電極29と、下部の第2交差指電極30が設けられる。
That is, the single-
この第1の変形例によれば、圧電素子として単板が用いられるので、その構成を単純化することができる。 According to the first modification, since a single plate is used as the piezoelectric element, the configuration can be simplified.
(第2の変形例)
次に、本発明の第1の実施形態に於ける第2の変形例について説明する。
(Second modification)
Next, a second modification example in the first embodiment of the present invention will be described.
この第2の変形例としては、図示されないが、ねじれ2次共振振動の代わりに、ねじれ3次共振振動を用いることも可能である。その際には、振動子11の短辺の長さ/長辺の長さ(a/b)の寸法比を、ほぼ0.3に設定する必要がある(図5及び図6参照)。
Although not shown in the drawings, the second modified example can use a twisted tertiary resonance vibration instead of the twisted secondary resonance vibration. In that case, it is necessary to set the dimensional ratio of the length of the short side / the length of the long side (a / b) of the
第2の変形例に於けるその他の超音波モータの基本的な構成及び動作については、上述した第1の実施形態の第1の変形例と同じであるので、説明の重複を避けるため、同一の部分には同一の参照番号を付して、その図示及び詳細な説明を省略する。 Since the basic configuration and operation of the other ultrasonic motor in the second modification are the same as those in the first modification of the first embodiment described above, they are the same to avoid duplication of explanation. The same reference numerals are assigned to the portions, and illustration and detailed description thereof are omitted.
この第2の変形例によれば、振動子保持を、上述した第1の実施形態で述べたシャフトによらずに可能な点にある。すなわち、縦1次共振振動とねじれ3次共振振動の共通の節が、図5から明らかなように、振動子の外側面中央部にあるので、ここを振動子保持部としてロータ等の取り付けを行うことができる。 According to the second modification, the vibrator can be held without using the shaft described in the first embodiment. That is, the common node of the longitudinal primary resonance vibration and the torsional tertiary resonance vibration is at the center of the outer surface of the vibrator, as is apparent from FIG. It can be carried out.
(第3の変形例)
次に、本発明の第1の実施形態に於ける第3の変形例について説明する。
(Third Modification)
Next, a third modification of the first embodiment of the present invention will be described.
図8は、本発明の第1の実施形態の第3の変形例に於ける積層圧電素子の構成を示したもので、(a)は分解斜視図、(b)は(a)の積層圧電素子の外部電極を示した図である。 FIGS. 8A and 8B show the structure of the laminated piezoelectric element according to the third modification of the first embodiment of the present invention. FIG. 8A is an exploded perspective view, and FIG. 8B is the laminated piezoelectric element of FIG. It is the figure which showed the external electrode of the element.
本第3の変形例では、圧電シート(1)25aには、例えばA+相用及びB+相用の一方の片側(右指交差指電極)の第1交差指電極29a1 及び第2交差指電極30b1 が、圧電シート(2)25bには、例えばA−相用及びB−相用の他方の片側(左指交差指電極)の第1交差指電極29a2 及び第2交差指電極30b2 が、それぞれ印刷されている。そして、第1交差指電極29a1 と29a2 は、その指部分が第1交差指電極29の指部分の間になるように、その高さ方向(図2(b)のc方向)がシフトされて配置されている。同様に、第2交差指電極30b1 と30b2 は、その指部分が第2交差指電極30の指部分の間になるように、その高さ方向がシフトされて配置されている。
In the third modification, the piezoelectric sheet (1) 25a includes, for example, a first
このような圧電シート(1)25aと圧電シート(2)25bが交互に積層され、最後に電極が印刷されていない圧電シート(3)25cが積層される。 Such piezoelectric sheets (1) 25a and piezoelectric sheets (2) 25b are alternately stacked, and finally a piezoelectric sheet (3) 25c on which no electrode is printed is stacked.
外部電極は、図8(b)に示されるように、本第3の変形例では、駆動相A相、B相のみが設けられている。尚、ここではA+相の外部電極13a1 、B+相の外部電極13b1 が示されているが、A−相の外部電極13a2 、B−相の外部電極13b2 についても同様である。
As shown in FIG. 8B, the external electrodes are provided with only the driving phase A phase and the B phase in the third modification. Here, the A + phase
図9は、本発明の第1の実施形態の第3の変形例による分極の様子を示した図である。 FIG. 9 is a diagram showing the state of polarization according to the third modification of the first embodiment of the present invention.
上述したように、内部電極の正極(A+(B+)相)と負極(A−(B−)相)が交互に積層されているので、図9に示されるように、分極の方向は僅かに角度ξを有して形成される。すなわち、圧電シート(1)25aと圧電シート(2)25bが対となって交差指電極の役目をする。 As described above, since the positive electrode (A + (B +) phase) and the negative electrode (A- (B-) phase) of the internal electrode are alternately laminated, the direction of polarization is slightly different as shown in FIG. Formed with an angle ξ. That is, the piezoelectric sheet (1) 25a and the piezoelectric sheet (2) 25b are paired to serve as a cross finger electrode.
したがって、面内に正極、負極がある第1の実施形態では電極にはみ出し等が存在する場合には分極中に放電現象が起こる場合が想定されるが、本第3の変形例ではそのような現象を防止することができる。 Therefore, in the first embodiment in which the positive electrode and the negative electrode are in the plane, it is assumed that a discharge phenomenon occurs during the polarization when the electrode protrudes or the like, but in the third modification example, The phenomenon can be prevented.
(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
図10は本発明の第2の実施形態に係る超音波モータの振動子の構成を示したもので、(a)は分解斜視図、(b)は(a)の振動子を組み立てた状態を示した斜視図、(c)は(b)の振動子を上から見た図である。 10A and 10B show the configuration of the vibrator of the ultrasonic motor according to the second embodiment of the present invention. FIG. 10A is an exploded perspective view, and FIG. 10B shows the assembled state of the vibrator of FIG. The perspective view shown, (c) is the figure which looked at the vibrator of (b) from the top.
この第2の実施形態に於いては、上述した第1の実施形態とは、弾性体及びシャフトの構成のみ異なっている。したがって、ここでは弾性体及びシャフトの構成について説明し、その他の超音波モータの基本的な構成及び動作については、上述した第1の実施形態と同じであるので、説明の重複を避けるため、同一の部分には同一の参照番号を付して、その図示及び詳細な説明を省略する。 The second embodiment differs from the first embodiment described above only in the configuration of the elastic body and the shaft. Therefore, here, the configuration of the elastic body and the shaft will be described, and the basic configuration and operation of other ultrasonic motors are the same as those in the first embodiment described above. The same reference numerals are assigned to the portions, and illustration and detailed description thereof are omitted.
直方体形状でステンレスや黄銅から成る弾性体41は、図示されるように、上側面及び下側面からそれぞれ2箇所に縦方向に中央部近傍まで溝部42が設けられている。そして、該溝部42によって切断された第1の本体部411 と第2の本体部412 とが、上記中央部の接合部413 によって一体的に構成されている。また、この接合部413 には、上記溝部42に沿って延出された角シャフト43が一体的に形成されている。更に、この角シャフト43には、その軸方向に連続的に丸シャフト44が一体的に形成されている。つまり、弾性体41の第1の本体部411 、第2の本体部412 、接合部413 、角シャフト43、丸シャフト44は、全て一体的に形成されている。
As shown in the figure, the
そして、弾性体41の一方の側面に、上述した第1の実施形態と同様に、積層圧電素子25が、接着剤を用いて接着されている。
And the laminated
角シャフト43の、積層圧電素子25と対向する面は、該積層圧電素子25の面との間に間隙を有している。したがって、図10(c)に示されるように、角シャフト43の部分は、積層圧電素子25とは接触しないようになっている。
A surface of the square shaft 43 facing the multilayer
尚、丸シャフト44の一部には、図示されないがネジ部が設けられている。
A part of the
また、丸シャフト44は、本実施形態では角シャフト43と一体的に形成されたものとしているが、例えば丸シャフト44と角シャフト43はネジのようなもので締結されていても良い。
In addition, the
本第2の実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。 According to the second embodiment, the following effects can be obtained.
振動子が小型になってきた場合には、上述した第1の実施形態に示すように弾性体に貫通穴をあけて、中央部に雌ネジ部を設けることが難しくなる。その場合には、本第2の実施形態のように、予め弾性体と一体的にシャフトを設けることで解決される。また、接合部の大きさをできるだけ小さくすることで、シャフトを極力振動させないようにすることができる。 When the vibrator becomes smaller, it is difficult to make a through hole in the elastic body and provide a female screw portion at the center as shown in the first embodiment. In that case, as in the second embodiment, the problem is solved by providing a shaft integrally with the elastic body in advance. Further, the shaft can be prevented from vibrating as much as possible by reducing the size of the joint as much as possible.
(変形例)
次に、本発明の第2の実施形態に於ける変形例について説明する。
(Modification)
Next, a modification of the second embodiment of the present invention will be described.
図11は本発明の第2の実施形態の変形例に係る超音波モータの振動子の構成を示したもので、(a)は分解斜視図、(b)は(a)の振動子を組み立てた状態を示した斜視図である。 11A and 11B show the configuration of the vibrator of the ultrasonic motor according to the modification of the second embodiment of the present invention. FIG. 11A is an exploded perspective view, and FIG. 11B is an assembly of the vibrator of FIG. It is the perspective view which showed the state.
尚、以下に説明する変形例に於いては、上述した第2の実施形態とは、振動子の構成のみ異なっている。したがって、ここでは振動子の構成について説明し、その他の超音波モータの基本的な構成及び動作については、上述した第2の実施形態と同じであるので、説明の重複を避けるため、同一の部分には同一の参照番号を付して、その図示及び詳細な説明を省略する。 In the modification described below, only the configuration of the vibrator is different from the above-described second embodiment. Therefore, the configuration of the vibrator will be described here, and the basic configuration and operation of other ultrasonic motors are the same as those in the second embodiment described above. Are denoted by the same reference numerals, and illustration and detailed description thereof are omitted.
図11に示されるように、本変形例では上述した第2の実施形態と比べ、2箇所の溝部42を弾性体51の上半分の部位のみに設け、連続的に形成された丸シャフト44と角シャフト43は、接合部52にて弾性体51と一体的に形成されている。
As shown in FIG. 11, in this modification, compared with the second embodiment described above, two groove portions 42 are provided only in the upper half of the
このように構成すると、上述した第2の実施形態に比べて弾性体の加工領域が減り、より単純な弾性体、振動子を得ることができる。 If comprised in this way, the process area | region of an elastic body will decrease compared with 2nd Embodiment mentioned above, and a simpler elastic body and vibrator | oscillator can be obtained.
尚、上述した実施形態では、圧電素子の側面部に設けられている電極を交差指電極として説明したが、これに限られるものではない。 In the above-described embodiment, the electrode provided on the side surface portion of the piezoelectric element has been described as the cross finger electrode. However, the present invention is not limited to this.
また、上述した実施形態に於いて、上記の各辺a×b×c(中心軸方向の長さ)の寸法はあくまで好適な例であって、適用しようとする機器や使用用途に応じて次のように適宜変更し得る。例えば、作製完了後の超音波モータに関し、短辺aと長辺bから成る矩形比率a/bは、図6に示したように、縦1次共振振動とねじれ2次(または3次)共振振動の各共振周波数が一致して同一の値を示すような所定比率(図では交差点に相当する矩形比率)が最も好ましく、その近傍範囲(例えば±0.02以内)に相当するような各共振周波数がほぼ一致する矩形比率に於いてもほぼ同等に使用できる。また、各共振周波数が一致する所定の矩形比率に対する有効範囲(例えば±0.05以内)の何れかであれば、上述したような本発明の作用効果を享受し得る。 In the above-described embodiment, the dimensions of the sides a × b × c (the length in the central axis direction) are only preferable examples, and are described below according to the device to be applied and the intended use. It can be changed as appropriate. For example, with respect to the ultrasonic motor after completion of production, the rectangular ratio a / b composed of the short side a and the long side b has a longitudinal primary resonance vibration and a torsional secondary (or tertiary) resonance as shown in FIG. A predetermined ratio (rectangular ratio corresponding to the intersection in the figure) in which the resonance frequencies of the vibrations coincide and indicate the same value is most preferable, and each resonance corresponding to the vicinity range (for example, within ± 0.02). Even in a rectangular ratio in which the frequencies are almost the same, it can be used almost equally. Moreover, if it is in any effective range (for example, within ± 0.05) with respect to a predetermined rectangular ratio in which the resonance frequencies coincide with each other, the above-described operational effects of the present invention can be enjoyed.
尚、回転軸方向の長さ(辺c:20mm)については、縦方向とねじれ方向に沿って振動し、これら振動を発生させるための電極を配置できるだけの長ささえ有していればよい。したがって、辺cの長さを他の長さ(辺a及び辺b)に対し所定の比率に設定する必要が無いだけでなく、従来必要であったような溝を介した振動調整用の長さ部分も不要であるので、設計自由度が大きく、且つ簡単で小型な超音波モータを提供できるという利点がある。また、このような3方向の寸法比率a/b、a/c(またはb/c)は、目的に応じて、種々相似の比率で拡大または縮小すれば、任意の寸法の超音波モータを提供でき、これにより大小多様な対象への適用が可能である。 The length in the rotation axis direction (side c: 20 mm) only needs to be long enough to arrange the electrodes for vibrating along the vertical direction and the torsional direction and generating these vibrations. Therefore, it is not necessary to set the length of the side c to a predetermined ratio with respect to the other lengths (side a and side b), but also a length for adjusting vibration through a groove as conventionally required. Since this portion is unnecessary, there is an advantage that a simple and small ultrasonic motor can be provided with a large degree of design freedom. Further, if the dimensional ratios a / b and a / c (or b / c) in these three directions are enlarged or reduced at various similar ratios according to the purpose, an ultrasonic motor having an arbitrary dimension can be provided. It can be applied to large and small objects.
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態以外にも、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形実施が可能である。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, in the range which does not deviate from the summary of this invention other than embodiment mentioned above, this invention can be variously modified.
更に、上述した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件の適当な組合せにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成も発明として抽出され得る。 Further, the above-described embodiments include inventions at various stages, and various inventions can be extracted by appropriately combining a plurality of disclosed constituent elements. For example, even if some constituent requirements are deleted from all the constituent requirements shown in the embodiment, the problem described in the column of the problem to be solved by the invention can be solved, and the effect described in the column of the effect of the invention Can be obtained as an invention.
本発明によれば、溝部が不要であり、圧電素子に穴部を設ける必要が無く、簡単な構造で縦共振振動とねじれ共振振動を容易に励起することができ、超音波振動子に生じる楕円振動によりロータを回転させることができる。 According to the present invention, there is no need for a groove portion, and there is no need to provide a hole portion in the piezoelectric element, so that longitudinal resonance vibration and torsional resonance vibration can be easily excited with a simple structure, and an ellipse generated in an ultrasonic transducer. The rotor can be rotated by vibration.
10…超音波モータ、11…振動子、12a、12b…摩擦接触部材、13、13a1 、13a2 、13b1 、13b2 、13c1 、13c2 、13d1 、13d2 …外部電極、15…ロータ、16…ベアリング、17…ばね、18…ばね保持リング、19…シャフト、21…弾性体、22…貫通穴、23…雌ねじ部、25…積層圧電素子、25a…圧電シート1(圧電シート(1))、25b…圧電シート2(圧電シート(2))、25c…圧電シート3(圧電シート(3))、29…第1交差指電極(内部電極)、30…第2交差指電極(内部電極)、31…第3交差指電極(内部電極)、32…第4交差指電極(内部電極)。
10 ... ultrasonic motor, 11 ... transducer, 12a, 12b ...
Claims (14)
上記振動子は、上記中心軸に垂直な断面が略長方形状で、該略長方形状の一辺を含む側面及び該第1の側面と対をなす第2の側面を有した略直方体形状の弾性体と、上記弾性体の第1の側面に対向して配置された圧電素子と、を有し、
上記振動子の上記回転軸方向に伸縮する縦1次共振振動と、該回転軸をねじれ軸とするねじれ2次共振振動若しくはねじれ3次共振振動と、を合成することにより上記楕円振動を形成して上記ロータを回転させることを特徴とする超音波モータ。 A substantially rectangular parallelepiped vibrator having a substantially rectangular length ratio in a cross section perpendicular to the central axis, and a central axis that is in contact with the elliptical vibration generating surface of the vibrator and orthogonal to the elliptical vibration generating surface of the vibrator In an ultrasonic motor comprising at least a rotor that is driven to rotate about the rotation axis,
The vibrator has a substantially rectangular parallelepiped elastic body having a substantially rectangular cross section perpendicular to the central axis, a side surface including one side of the substantially rectangular shape, and a second side surface that is paired with the first side surface. And a piezoelectric element disposed to face the first side surface of the elastic body,
The elliptical vibration is formed by synthesizing the longitudinal primary resonance vibration of the vibrator extending and contracting in the rotation axis direction and the torsional secondary resonance vibration or the torsional tertiary resonance vibration having the rotation axis as the torsion axis. And rotating the rotor.
0<α<π/2
を満たすように構成されていることを特徴とする請求項1に記載の超音波モータ。 The direction of polarization of the piezoelectric element is substantially in the in-plane direction of the first side surface of the elastic body, and an angle α formed with the central axis when viewing the central axis direction is:
0 <α <π / 2
The ultrasonic motor according to claim 1, wherein the ultrasonic motor is configured to satisfy.
上記貫通穴の略中央部に固定されたシャフトと、
上記シャフトに対し回転自在に保持されたロータを上記振動子に押圧するばねと、
を更に具備することを特徴とする請求項1乃至11の何れか1項に記載の超音波モータ。 A through hole provided in a portion corresponding to the rotation axis of the elastic body;
A shaft fixed to a substantially central portion of the through hole;
A spring that presses against the vibrator a rotor held rotatably with respect to the shaft;
The ultrasonic motor according to claim 1, further comprising:
上記シャフトに対し回転自在に保持されたロータを上記振動子に押圧するばねと、
を更に具備することを特徴とする請求項1乃至11の何れか1項に記載の超音波モータ。 A shaft integrally provided at a substantially central portion of the elastic body;
A spring that presses against the vibrator a rotor held rotatably with respect to the shaft;
The ultrasonic motor according to claim 1, further comprising:
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2009
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