JPH07264883A - Ultrasonic motor - Google Patents

Ultrasonic motor

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JPH07264883A
JPH07264883A JP6051515A JP5151594A JPH07264883A JP H07264883 A JPH07264883 A JP H07264883A JP 6051515 A JP6051515 A JP 6051515A JP 5151594 A JP5151594 A JP 5151594A JP H07264883 A JPH07264883 A JP H07264883A
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JP
Japan
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elastic body
ultrasonic motor
electromechanical conversion
conversion material
vibration
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JP6051515A
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Japanese (ja)
Inventor
Tadao Takagi
忠雄 高木
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Publication date
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  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

PURPOSE:To prevent the deterioration of the driving efficiency of an ultrasonic motor and the occurrence of a performance difference in the motor depending upon the driving direction. CONSTITUTION:An ultrasonic motor is provided with an elastic body 11, polarized first and second piezoelectric materials 12 and 13 which are coupled with the body 11 and make the body 11 to make elliptic motions resulting from the resultant vibration of a longitudinal vibration mode and flexural vibration mode, and unpolarized third piezoelectric material 14 which is coupled with the body 11 and transmits the potential at the body 11 through an electrode 14a provided on the surface of the body 11.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、分極処理を施した電気
機械変換材料によって、弾性体に振動波を発生させて駆
動力を得る超音波モータに関し、特に、弾性体と電気機
械変換材料との結合構造を改良した超音波モータに関す
るものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultrasonic motor for generating a driving force by generating an oscillating wave in an elastic body using an electromechanical conversion material that has been subjected to a polarization treatment, and more particularly to an elastic body and an electromechanical conversion material. The present invention relates to an ultrasonic motor having an improved coupling structure.

【0002】[0002]

【従来の技術】図6は、リニア型超音波モータの従来例
を示す図である。従来のリニア型超音波モータは、棒状
弾性体101の一端側に加振用の変成器102が配置さ
れ、他端側に制振用の変成器103が配置されている。
各変成器102,103には、振動子102a,103
aが接合されている。加振用の振動子102aに発振器
102bから交流電圧を印加して棒状弾性体101を振
動させ、この振動が棒状弾性体101を伝播することに
より進行波となる。この進行波により、棒状弾性体10
1に加圧接触された移動体104が駆動される。
2. Description of the Related Art FIG. 6 is a diagram showing a conventional example of a linear ultrasonic motor. In a conventional linear ultrasonic motor, a vibrating transformer 102 is arranged on one end side of a rod-shaped elastic body 101 and a vibrating transformer 103 is arranged on the other end side.
Each of the transformers 102, 103 includes a vibrator 102a, 103
a is joined. An alternating voltage is applied from the oscillator 102b to the vibrator 102a for vibration to vibrate the rod-shaped elastic body 101, and this vibration propagates through the rod-shaped elastic body 101 to become a traveling wave. Due to this traveling wave, the rod-shaped elastic body 10
The moving body 104 that is brought into pressure contact with 1 is driven.

【0003】一方、棒状弾性体101の振動は、制振用
の変成器103を通じて振動子103aに伝えられ、こ
の振動子103aによって振動エネルギーが電気エネル
ギーに変換される。この振動子103aに接続された負
荷103bにより電気エネルギーを消費することにより
振動を吸収する。この制振用の変成器103により、棒
状弾性体101の端面の反射を抑制して、棒状弾性体1
01の固有モードの定在波の発生を防いでいる。
On the other hand, the vibration of the rod-shaped elastic body 101 is transmitted to the vibrator 103a through the vibration damping transformer 103, and the vibrator 103a converts the vibration energy into electric energy. The load 103b connected to the vibrator 103a consumes the electric energy to absorb the vibration. This vibration damping transformer 103 suppresses the reflection of the end surface of the rod-shaped elastic body 101, and the rod-shaped elastic body 1
The generation of standing waves of 01 eigenmodes is prevented.

【0004】図6のリニア型超音波モータは、移動体1
04の移動範囲だけ、棒状弾性体101の長さが必要で
あり、その棒状弾性体101の全体を加振しなければな
らず、装置が大型化するとともに、固有モードの定在波
の発生を防止するために、制振用の変成器103などが
必要となる、という問題があった。
The linear type ultrasonic motor shown in FIG.
The length of the rod-shaped elastic body 101 is required only for the moving range of 04, and the whole of the rod-shaped elastic body 101 has to be vibrated, so that the device becomes large and the standing wave of the eigenmode is generated. In order to prevent this, there has been a problem that the vibration damping transformer 103 and the like are required.

【0005】このような問題を解決するために、自走式
の超音波モータが種々提案されており、例えば、「第5
回電磁力関連のダイナミックスシンポジウム講演論文
集」の「222 光ピックアップ移動を目的とした圧電
リニアモータ」に記載されている「異形縮退縦L1−屈
曲B4モード・平板モータ」が知られている。
In order to solve such problems, various self-propelled ultrasonic motors have been proposed.
The "degenerate vertical L1-bending B4 mode flat plate motor" described in "222 Piezoelectric linear motor for moving optical pickup" in "Proceedings of Dynamics Symposium on Electromagnetic Force" is known.

【0006】図7は、異形縮退縦L1−屈曲B4モード
・平板モータの従来例を示す模式図であって、図7
(A)は正面図、図7(B)は側面図、図7(C)は平
面図である。弾性体1は、矩形平板状の基礎部1aと、
その基礎部1aの一方の面に形成された突起部1b,1
cとから構成されている。圧電素子2,3は、弾性体1
の基礎部1aの他方の面に貼付され、縦振動L1モード
と屈曲振動B4モードを発生させる素子である。弾性体
1の突起部1b,1cは、基礎部1aに発生する屈曲振
動B4モードの腹の位置に設けられており、相対運動部
材(不図示)に加圧接触させられ、相対運動を行う。
FIG. 7 is a schematic diagram showing a conventional example of a modified degenerate vertical L1-bending B4 mode flat plate motor.
7A is a front view, FIG. 7B is a side view, and FIG. 7C is a plan view. The elastic body 1 includes a rectangular flat plate-shaped base portion 1a,
Protrusions 1b, 1 formed on one surface of the base 1a
and c. The piezoelectric elements 2 and 3 are elastic bodies 1.
Is an element that is attached to the other surface of the base portion 1a to generate a longitudinal vibration L1 mode and a bending vibration B4 mode. The protrusions 1b and 1c of the elastic body 1 are provided at antinodes of the bending vibration B4 mode generated in the base portion 1a, and are brought into pressure contact with a relative motion member (not shown) to perform relative motion.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】前述した図6のような
モータでは、モータ駆動回路の設計上、弾性体の電位を
得る必要がある。本出願人は、電気機械変換素子(分極
処理が施された電気機械変換材料)の表面電極と弾性体
とを、導電性の塗料によって電気的に接続して、その表
面電極を介して配線することを既に提案している(特願
平5−342630号)。
In the motor as shown in FIG. 6, it is necessary to obtain the electric potential of the elastic body in the design of the motor drive circuit. The applicant of the present invention electrically connects a surface electrode of an electromechanical conversion element (an electromechanical conversion material that has been subjected to a polarization treatment) and an elastic body with a conductive paint, and wires through the surface electrode. It has already been proposed (Japanese Patent Application No. 5-342630).

【0008】しかし、前記提案では、電気機械変換素子
の表面電極と、弾性体とを短絡させるような構造であっ
たために、弾性体の電位を伝達するための電気機械変換
素子の部分が減衰機能を果していまい、駆動効率が悪く
なるうえ、駆動方向による性能差が発生する、という問
題があった。
However, in the above-mentioned proposal, since the surface electrode of the electromechanical conversion element and the elastic body are short-circuited, the electromechanical conversion element portion for transmitting the potential of the elastic body has a damping function. However, there is a problem that the driving efficiency is deteriorated and a performance difference occurs depending on the driving direction.

【0009】本発明の目的は、前述の課題を解決し、駆
動効率の低下や駆動方向による性能差が発生することを
防止できる超音波モータを提供することである。
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to provide an ultrasonic motor capable of preventing a decrease in driving efficiency and a performance difference due to a driving direction.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明による超音波モータの第1の解決手段は、弾
性体と、前記弾性体に結合して、その励振により前記弾
性体に振動波を発生させる、分極処理を施した第1及び
第2の電気機械変換材料と、前記弾性体と結合し、その
表面に電極が設けられた、分極処理を施していない第3
の電気機械変換材料とを備え、前記弾性体の電位は、前
記第3の電気機械変換材料の電極を介して伝達されるこ
とを特徴としている。
In order to solve the above-mentioned problems, the first means for solving the problems of the ultrasonic motor according to the present invention is an elastic body, and the elastic body is coupled to the elastic body and is excited by the elastic body. A first and a second electro-mechanical conversion material that has been subjected to a polarization process for generating an oscillating wave, and a third electrode that is coupled to the elastic body and has an electrode on the surface thereof and is not subjected to the polarization process.
And the electric potential of the elastic body is transmitted via the electrode of the third electromechanical conversion material.

【0011】第2の解決手段は、弾性体と、前記弾性体
に結合して、その弾性体に縦振動モードと屈曲振動モー
ドとの合成振動により楕円運動を生じさせる、分極処理
を施した第1及び第2の電気機械変換材料と、前記弾性
体と結合し、その表面に電極が設けられた、分極処理を
施していない第3の電気機械変換材料とを備え、前記弾
性体の電位は、前記第3の電気機械変換材料の電極を介
して伝達されることを有することを特徴としている。
A second solving means is an elastic body and a polarization treatment which is coupled to the elastic body and causes the elastic body to generate an elliptical motion by a combined vibration of a longitudinal vibration mode and a bending vibration mode. The first and second electromechanical conversion materials and the third electromechanical conversion material which is coupled to the elastic body and has an electrode on the surface thereof and which has not been subjected to polarization treatment are provided. Is transmitted through the electrode of the third electromechanical conversion material.

【0012】第3の解決手段は、第1又は第2の解決手
段の超音波モータにおいて、前記第3の電気機械変換材
料の電極は、導電性の塗料によって前記弾性体に電気的
に接続されていることを特徴とする。
A third solving means is the ultrasonic motor of the first or second solving means, wherein the electrode of the third electromechanical conversion material is electrically connected to the elastic body by a conductive paint. It is characterized by

【0013】第4の解決手段は、第1〜第3のいずれか
1つの解決手段の超音波モータにおいて、前記弾性体と
結合して、その弾性体の機械振動を電気信号に変換す
る、分極処理を施した第4の電気機械変換材料を有する
ことを特徴としている。
A fourth solution means, in the ultrasonic motor according to any one of the first to third solution means, is coupled with the elastic body and converts mechanical vibration of the elastic body into an electric signal. It is characterized by having a fourth electromechanical conversion material which has been treated.

【0014】第5の解決手段は、第1〜第4のいずれか
1つの解決手段の超音波モータにおいて、前記第1〜第
3の電気機械変換材料又は前記第1〜第4の電気機械変
換材料は、単一の電気機械変換材料で構成されているこ
とを特徴としている。
A fifth solving means is the ultrasonic motor according to any one of the first to fourth solving means, wherein the first to third electromechanical converting materials or the first to fourth electromechanical converting materials are used. The material is characterized in that it is composed of a single electromechanical conversion material.

【0015】[0015]

【作用】本発明によれば、弾性体の電位を伝達するため
の第3の電気機械変換材料の部分を、分極処理を施さな
いようにしたので、その第3の電気機械変換材料は、減
衰機能を果たすことがなくなった。
According to the present invention, since the portion of the third electromechanical conversion material for transmitting the electric potential of the elastic body is not polarized, the third electromechanical conversion material is attenuated. It no longer functions.

【0016】[0016]

【実施例】以下、図面等を参照して、実施例につき、さ
らに詳細に説明する。図1は、本発明による超音波モー
タの実施例を示した模式図である。弾性体11は、基礎
部11aと、2つの突起部11b,11cとを有し、そ
の材質には、ステンレスやアルミニウム合金などの金属
又はプラスチック等が用いられる。
Embodiments Embodiments will be described in more detail below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic view showing an embodiment of an ultrasonic motor according to the present invention. The elastic body 11 has a base portion 11a and two protruding portions 11b and 11c, and the material thereof is metal such as stainless steel or aluminum alloy, or plastic.

【0017】圧電素子12〜15は、弾性体11の基礎
部11aの上面に接着されている。圧電素子12,13
は、縦振動L1モードと屈曲振動B4モードとを発生さ
せるための、分極処理が施された素子である。圧電素子
12,13は、その表面に電極12a,13aが焼き付
けられており、電極12aを介して、圧電素子12にA
端子の電圧が印加され、電極13aを介して、圧電素子
13にB端子の電圧が印加される。この実施例では、圧
電素子12,13は、図3のように、厚み方向に分極さ
れており、分極方向は互いに同方向である。また、A端
子の電圧とB端子の電圧とは、周波数が同一で、位相が
π/2だけずれている。なお、2つの圧電素子12,1
3の分極は互いに逆方向であってもよい。
The piezoelectric elements 12 to 15 are bonded to the upper surface of the base portion 11a of the elastic body 11. Piezoelectric elements 12, 13
Is an element that has been subjected to a polarization process in order to generate a longitudinal vibration L1 mode and a bending vibration B4 mode. Electrodes 12a and 13a are printed on the surfaces of the piezoelectric elements 12 and 13, and the electrodes 12a and 13a are attached to the piezoelectric element 12 via the electrodes 12a.
The voltage of the terminal is applied, and the voltage of the terminal B is applied to the piezoelectric element 13 via the electrode 13a. In this embodiment, the piezoelectric elements 12 and 13 are polarized in the thickness direction as shown in FIG. 3, and the polarization directions are the same. Further, the voltage of the A terminal and the voltage of the B terminal have the same frequency and are out of phase with each other by π / 2. The two piezoelectric elements 12, 1
The polarizations of 3 may be opposite to each other.

【0018】圧電素子14は、その表面に電極14aが
焼き付けられているが、他の圧電素子と異なり、分極処
理が施されていないので、電気機械変換機能を有しな
い。この電極14aは、弾性体11と導電性の塗料16
によって電気的に接続されている。
The piezoelectric element 14 has an electrode 14a burned on its surface, but unlike other piezoelectric elements, since it is not polarized, it does not have an electromechanical conversion function. The electrode 14a is composed of the elastic body 11 and the conductive paint 16
Are electrically connected by.

【0019】圧電素子15は、その表面に電極15aが
焼き付けられており、弾性体11の振動状態を電気信号
に変換し、その電極15aを介してP端子に伝える。こ
の電気信号には、4次の屈曲振動モードの振動状態と1
次の縦振動モードの振動状態との異なる2つの振動モー
ドが縮退された形で含まれている。そして、弾性体11
の合成された振動振幅にほぼ応じた大きさの信号が得ら
れる。
An electrode 15a is printed on the surface of the piezoelectric element 15, and the vibration state of the elastic body 11 is converted into an electric signal and transmitted to the P terminal via the electrode 15a. This electric signal contains the vibration state of the fourth bending vibration mode and 1
Two vibration modes different from the vibration state of the next longitudinal vibration mode are included in a degenerated form. And the elastic body 11
A signal having a magnitude substantially corresponding to the combined vibration amplitude of is obtained.

【0020】圧電素子11〜14は、図3に示すよう
に、電極11a〜14aの配置されている面とは逆側の
面には、電極11b〜14bが焼き付けられている。こ
れらの電極11b〜14bは、弾性体11と電気的に同
電位であり、その電位は、導電性の塗料16、電極14
aを経由して、G端子に伝えられる。以上のように構成
したことにより、電極11b〜14bの電位をA端子、
B端子、P端子と同形態で配線できると共に、構造的に
左右対象であるので、減衰も発生しないために、駆動効
率が低下することなく、駆動方向による性能差が発生す
ることはなくなった。
As shown in FIG. 3, the piezoelectric elements 11 to 14 have electrodes 11b to 14b burned on the surface opposite to the surface on which the electrodes 11a to 14a are arranged. These electrodes 11b to 14b have the same electric potential as that of the elastic body 11, and the electric potentials thereof are the conductive paint 16 and the electrodes 14
It is transmitted to the G terminal via a. With the above configuration, the potentials of the electrodes 11b to 14b are set to the A terminal,
Wiring can be performed in the same form as the B terminal and the P terminal, and since they are structurally symmetrical, damping does not occur, so driving efficiency does not decrease, and there is no difference in performance depending on the driving direction.

【0021】図2は、本発明による超音波モータの動作
を説明する図である。図2(A)は、超音波モータに入
力される2相の高周波電圧A,Bの時間的変化をt1〜
t9で示している。図2(A)の横軸は、高周波電圧の
実効値を示している。図2(B)は、超音波モータの断
面の変形の様子を示し、超音波モータに発生する屈曲振
動の時間的変化(t1〜t9)を示している。図2
(C)は、超音波モータの断面の変形の様子を示し、超
音波モータに発生する縦振動の時間的変化(t1〜t
9)を示している。図2(D)は、超音波モータの突起
部11b,11cとに発生する楕円運動の時間的変化
(t1〜t9)を示している。
FIG. 2 is a diagram for explaining the operation of the ultrasonic motor according to the present invention. FIG. 2 (A) shows time changes of two-phase high-frequency voltages A and B input to the ultrasonic motor from t1.
It is shown at t9. The horizontal axis of FIG. 2A shows the effective value of the high frequency voltage. FIG. 2B shows how the cross section of the ultrasonic motor is deformed, and shows a temporal change (t1 to t9) of the bending vibration generated in the ultrasonic motor. Figure 2
(C) shows the state of deformation of the cross section of the ultrasonic motor, and changes in longitudinal vibration (t1 to t) generated in the ultrasonic motor.
9) is shown. FIG. 2D shows a temporal change (t1 to t9) of the elliptic motion generated in the protrusions 11b and 11c of the ultrasonic motor.

【0022】次に、この実施例の超音波モータの動作
を、時間的変化(t1〜t9)ごとに説明する。時間t
1において、図2(A)に示すように、高周波電圧Aは
正の電圧を発生し、同様に高周波電圧Bは同一の正の電
圧を発生する。図2(B)に示すように、高周波電圧
A,Bによる屈曲運動は互いに打ち消し合い、質点Y1
とZ1とが振幅零となる。また、図2(C)に示すよう
に、高周波電圧A,Bによる縦振動は伸張する方向に発
生する。質点Y2とZ2とは矢印で示されるように、節
Xを中心にして最大の伸長を示す。その結果、図2
(D)に示すように、上記両振動が複合され、質点Y1
とY2との運動の合成が質点Yの運動となり、また、質
点Z1とZ2との運動の合成が質点Zの運動となる。
Next, the operation of the ultrasonic motor of this embodiment will be described for each time change (t1 to t9). Time t
2, the high frequency voltage A generates a positive voltage, and the high frequency voltage B similarly generates the same positive voltage, as shown in FIG. As shown in FIG. 2B, the bending motions due to the high frequency voltages A and B cancel each other out, and the mass point Y1
And Z1 have zero amplitude. Further, as shown in FIG. 2C, the longitudinal vibrations due to the high frequency voltages A and B are generated in the extending direction. The mass points Y2 and Z2 show the maximum elongation around the node X, as indicated by the arrow. As a result,
As shown in (D), the above-mentioned both vibrations are combined, and the mass point Y1
The synthesis of the motion of Y and Y2 becomes the motion of the mass point Y, and the synthesis of the motion of the mass points Z1 and Z2 becomes the motion of the mass point Z.

【0023】時間t2において、図2(A)に示すよう
に、高周波電圧Bは零となり、高周波電圧Aは正の電圧
を発生する。図2(B)に示すように、高周波電圧Aに
よる屈曲運動が発生し、質点Y1が正方向に振幅し、質
点Z1が負方向に振幅する。また、図2(C)に示すよ
うに、高周波電圧Aによる縦振動が発生し、質点Y2と
質点Z2とが時間t1のときよりも縮む。その結果、図
2(D)に示すように、上記両振動が複合され、質点Y
とZとが時間t1のときよりも右回りに移動する。
At time t2, as shown in FIG. 2 (A), the high frequency voltage B becomes zero and the high frequency voltage A generates a positive voltage. As shown in FIG. 2 (B), a bending motion is generated by the high frequency voltage A, the mass point Y1 oscillates in the positive direction, and the mass point Z1 oscillates in the negative direction. Further, as shown in FIG. 2 (C), longitudinal vibration due to the high frequency voltage A occurs, and the mass points Y2 and Z2 contract more than at time t1. As a result, as shown in FIG. 2D, the above-mentioned both vibrations are combined, and the mass Y
And Z move clockwise relative to the time t1.

【0024】時間t3において、図2(A)に示すよう
に、高周波電圧Aは正の電圧を発生し、同様に高周波電
圧Bは同一の負の電圧を発生する。図2(B)に示すよ
うに、高周波電圧A及びBによる屈曲運動が合成されて
増幅され、質点Y1が時間t2のときよりも正方向に増
幅され、最大の正の振幅値を示す。質点Z1が時間t2
のときよりも負方向に増幅され、最大の負の振幅値を示
す。また、図2(C)に示すように、高周波電圧A及び
Bによる縦振動が互いに打ち消しあい、質点Y2とZ2
とが元の位置に戻る。その結果、図2(D)に示すよう
に、上記両振動が複合され、質点YとZとが時間t2の
ときよりも右回りに移動する。
At time t3, as shown in FIG. 2 (A), the high frequency voltage A generates a positive voltage, and the high frequency voltage B similarly generates the same negative voltage. As shown in FIG. 2 (B), the bending motions due to the high frequency voltages A and B are combined and amplified, and the mass point Y1 is amplified in the positive direction more than at the time t2, showing the maximum positive amplitude value. Mass point Z1 is time t2
It is amplified in the negative direction more than, and shows the maximum negative amplitude value. Further, as shown in FIG. 2C, the longitudinal vibrations due to the high frequency voltages A and B cancel each other out, and the mass points Y2 and Z2
And return to their original positions. As a result, as shown in FIG. 2D, both of the above vibrations are combined, and the mass points Y and Z move clockwise relative to the time t2.

【0025】時間t4において、図2(A)に示すよう
に、高周波電圧Aは零となり、高周波電圧Bは負の電圧
を発生する。図2(B)に示すように、高周波電圧Bに
よる屈曲運動が発生し、質点Y1は時間t3のときより
も振幅が低下し、質点Z1時間t3のときよりも振幅が
低下する。また、図2(C)に示すように、高周波電圧
Bによる縦振動が発生し、質点Y2とZ2が収縮する。
その結果、図2(D)に示すように、上記両振動が複合
され、質点YとZとが時間t3のときよりも右回りに移
動する。
At time t4, as shown in FIG. 2 (A), the high frequency voltage A becomes zero and the high frequency voltage B produces a negative voltage. As shown in FIG. 2 (B), a bending motion is generated by the high frequency voltage B, and the amplitude of the mass point Y1 is lower than that at the time t3, and the amplitude is lower than that at the mass point Z1 time t3. Further, as shown in FIG. 2C, longitudinal vibration due to the high frequency voltage B is generated, and the mass points Y2 and Z2 contract.
As a result, as shown in FIG. 2 (D), both of the above vibrations are combined, and the mass points Y and Z move clockwise relative to the time t3.

【0026】時間t5において、図2(A)に示すよう
に、高周波電圧Aは負の電圧を発生し、同様に高周波電
圧Bは同一の負の電圧を発生する。図2(B)に示すよ
うに、高周波電圧A,Bによる屈曲運動は互いに打ち消
し合い、質点Y1とZ1とが振幅零となる。また、図2
(C)に示すように、高周波電圧A,Bによる縦振動は
収縮する方向に発生する。質点Y2とZ2とは矢印で示
されるように、節Xを中心にして最大の収縮を示す。そ
の結果、図2(D)に示すように、上記両振動が複合さ
れ、質点YとZとが時間t4のときよりも右回りに移動
する。
At time t5, as shown in FIG. 2 (A), the high frequency voltage A produces a negative voltage, and similarly the high frequency voltage B produces the same negative voltage. As shown in FIG. 2B, the bending motions due to the high frequency voltages A and B cancel each other out, and the masses Y1 and Z1 have zero amplitude. Also, FIG.
As shown in (C), the longitudinal vibration due to the high frequency voltages A and B is generated in the contracting direction. The mass points Y2 and Z2 show the maximum contraction around the node X, as indicated by the arrow. As a result, as shown in FIG. 2 (D), both of the above vibrations are combined, and the mass points Y and Z move clockwise relative to the time t4.

【0027】時間t6〜t9に変化するにしたがって、
上述の原理と同様に屈曲振動及び縦振動が発生し、その
結果、図2(D)に示すように、質点Y及び質点Zが右
回りに移動し、楕円運動をする。以上の原理により、こ
の超音波モータは、突起部11a,11bの先端に楕円
運動を発生させ、駆動力を取り出す構成となっている。
従って、突起部11b,11cの先端を相対運動部材1
7に加圧すると、弾性体11は、その相対運動部材17
に対して自走する。
As the time t6 to t9 changes,
Flexural vibrations and longitudinal vibrations are generated in the same manner as the above-described principle, and as a result, as shown in FIG. 2D, the mass points Y and Z move clockwise and make an elliptic motion. Based on the above principle, this ultrasonic motor is configured to generate an elliptic motion at the tips of the protrusions 11a and 11b to extract the driving force.
Therefore, the tips of the protrusions 11b and 11c are attached to the relative motion member 1
When pressure is applied to the elastic body 11,
Self-propelled against.

【0028】図4は、本実施例による超音波モータの駆
動回路を示すブロック図である。発振器21は、弾性体
11と圧電素子12〜15から構成される振動体の1次
の縦振動モードと4次の屈曲振動モードに相当する周波
数の信号を発振するためのものである。発振器21の出
力は分岐して、一方の出力は、増幅器23によって増幅
された後に、B層電圧として、圧電素子13の電極13
aに入力される。また、分岐した他方の出力は、移相器
22に接続されており、この移相器22によって、B層
電圧とはπ/2だけ位相をずらしてA層電圧とした後
に、増幅器24を介して、圧電素子12の電極12aに
入力される。
FIG. 4 is a block diagram showing the drive circuit of the ultrasonic motor according to this embodiment. The oscillator 21 is for oscillating a signal having a frequency corresponding to the first-order longitudinal vibration mode and the fourth-order bending vibration mode of the vibrating body composed of the elastic body 11 and the piezoelectric elements 12 to 15. The output of the oscillator 21 is branched, and one output is amplified by the amplifier 23, and then is output as the B layer voltage to the electrode 13 of the piezoelectric element 13.
Input to a. The other branched output is connected to the phase shifter 22. The phase shifter 22 shifts the phase of the B layer voltage by π / 2 to make it the A layer voltage, and then passes through the amplifier 24. And is input to the electrode 12a of the piezoelectric element 12.

【0029】比較器25は、設定器26で設定されてい
た電圧と、圧電素子15に接続されるP端子の出力が入
力されており、両者を比較して、P端子の出力の方が小
さいときには、周波数を低く、また、P端子の出力の方
が大きいときには、周波数を高くするように、発振器2
1を制御する。これにより、超音波モータの振動振幅が
所定の大きさに保持される。
The comparator 25 receives the voltage set by the setting device 26 and the output of the P terminal connected to the piezoelectric element 15, and compares the two, and the output of the P terminal is smaller. In some cases, the oscillator 2 is set so that the frequency is low, and when the output of the P terminal is higher, the frequency is increased.
Control 1 As a result, the vibration amplitude of the ultrasonic motor is maintained at a predetermined magnitude.

【0030】図5は、本発明による超音波モータの他の
実施例を主要部を示す図である。なお、前述した実施例
と同様な機能を果たす部分には、同一の符号を付して、
重複する説明を適宜省略する。図3の実施例では、各圧
電素子12〜15は分割されていたが、この実施例で
は、同一の圧電素子17によって構成している。この圧
電素子17は、前述の圧電素子12〜15に相当する1
7−12,17−13,17−14,17−15の部分
の表面に電極12a,13a,14a,15aが形成さ
れ、その反対側の面には、1つの電極17bが形成され
ている。また、圧電素子17の17−12,17−1
3,17−15の部分は、図5に示すように分極されて
いるが、17−14の部分は、分極処理が施されていな
いので、電気機械変換機能を有しない。この実施例で
は、1枚の圧電材料に各圧電素子を形成できるので、弾
性体11への位置決めなどが不要であり、貼付作業が容
易に行える等の利点がある。
FIG. 5 is a view showing the main part of another embodiment of the ultrasonic motor according to the present invention. In addition, the same reference numerals are given to portions that perform the same functions as those in the above-described embodiment,
Overlapping description will be omitted as appropriate. In the embodiment shown in FIG. 3, the piezoelectric elements 12 to 15 are divided, but in this embodiment, the same piezoelectric element 17 is used. The piezoelectric element 17 corresponds to the piezoelectric elements 12 to 15 described above.
Electrodes 12a, 13a, 14a, 15a are formed on the surfaces of the portions 7-12, 17-13, 17-14, 17-15, and one electrode 17b is formed on the opposite surface. In addition, 17-12, 17-1 of the piezoelectric element 17
The portions 3 and 17-15 are polarized as shown in FIG. 5, but the portions 17-14 have no electromechanical conversion function because they are not polarized. In this embodiment, since each piezoelectric element can be formed on one sheet of piezoelectric material, there is no need for positioning on the elastic body 11 and there are advantages such as easy attachment work.

【0031】以上説明した実施例に限定されず、種々の
変形や変更が可能であって、それらも本発明に含まれ
る。例えば、電気機械変換素子として、圧電素子の例で
説明したが、電歪素子であってもよい。また、異なる振
動モードとして、L1−B4モードの振動を例に説明し
たが、L1−B2,L1−B6,L2−B4などの他の
モードを使用するようにしてもよい。L1−B4モード
の振動の例で説明したが、電気機械変換素子によって、
弾性体の表面に進行性振動波を発生させる円環状超音波
モータであっても同様に適用できる。ただし、この場合
には、駆動方向の性能差は問題とならないので、駆動効
率の低下のみを改善したことになる。なお、自走式の例
で説明したが、弾性体側を固定して、長尺ものの相対運
動部材を移動させるようにしてもよい。
The present invention is not limited to the embodiments described above, and various modifications and changes are possible, which are also included in the present invention. For example, as the electromechanical conversion element, the piezoelectric element has been described as an example, but an electrostrictive element may be used. Further, as the different vibration modes, the vibration of the L1-B4 mode has been described as an example, but other modes such as L1-B2, L1-B6, L2-B4 may be used. The example of the L1-B4 mode vibration has been described, but by the electromechanical conversion element,
The same can be applied to an annular ultrasonic motor that generates a progressive vibration wave on the surface of an elastic body. However, in this case, the difference in performance in the driving direction does not cause a problem, so only the reduction in driving efficiency is improved. Although the self-propelled example has been described, the elastic body side may be fixed and the long relative movement member may be moved.

【0032】[0032]

【発明の効果】以上詳しく説明したように、本発明によ
れば、弾性体の電位を伝達するための電気機械変換材料
の部分を、分極処理を施さないようにしたので、減衰機
能を果たすことがなくなり、駆動効率が低下したり、駆
動方向による性能差が発生しなくなる、という効果があ
る。また、第3の電気機械変換素子に形成した電極の電
位を、第1、第2、第4の電気機械変換素子の電極と同
形態で配線できる。さらに、構造的に左右対象となるの
で、駆動方向による性能差が発生しない。
As described above in detail, according to the present invention, the electromechanical conversion material portion for transmitting the potential of the elastic body is not subjected to the polarization treatment, so that the damping function is achieved. And the driving efficiency is reduced, and there is no difference in performance depending on the driving direction. Further, the potential of the electrode formed on the third electromechanical conversion element can be wired in the same form as the electrodes of the first, second, and fourth electromechanical conversion elements. Furthermore, since the structure is symmetrical, there is no difference in performance depending on the driving direction.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明による超音波モータの実施例を示した模
式図である。
FIG. 1 is a schematic view showing an embodiment of an ultrasonic motor according to the present invention.

【図2】本実施例の超音波モータの駆動動作を説明する
図である。
FIG. 2 is a diagram illustrating a driving operation of the ultrasonic motor according to the present embodiment.

【図3】本実施例による超音波モータの圧電素子と電極
部分の詳細図である。
FIG. 3 is a detailed view of a piezoelectric element and an electrode portion of the ultrasonic motor according to this embodiment.

【図4】本実施例による超音波モータの駆動回路を示す
ブロック図である。
FIG. 4 is a block diagram showing a drive circuit of the ultrasonic motor according to the present embodiment.

【図5】本発明による超音波モータの他の実施例の圧電
素子と電極部分を示した詳細図である。
FIG. 5 is a detailed view showing a piezoelectric element and an electrode portion of another embodiment of the ultrasonic motor according to the present invention.

【図6】リニア型超音波モータの従来例を示す図であ
る。
FIG. 6 is a diagram showing a conventional example of a linear ultrasonic motor.

【図7】異形縮退縦L1−屈曲B4モード・平板モータ
の一例を示す模式図である。
FIG. 7 is a schematic view showing an example of a modified degenerate vertical L1-bending B4 mode flat plate motor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 弾性体 12,13,14,15 圧電素子 16 導電性の塗料 17 相対運動部材 21 発振器 22 移相器 23,24 増幅器 25 比較器 26 設定器 11 Elastic body 12, 13, 14, 15 Piezoelectric element 16 Conductive paint 17 Relative motion member 21 Oscillator 22 Phase shifter 23, 24 Amplifier 25 Comparator 26 Setting device

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 弾性体と、 前記弾性体に結合して、その励振により前記弾性体に振
動波を発生させる、分極処理を施した第1及び第2の電
気機械変換材料と、 前記弾性体と結合し、その表面に電極が設けられた、分
極処理を施していない第3の電気機械変換材料とを備
え、 前記弾性体の電位は、前記第3の電気機械変換材料の電
極を介して伝達されることを特徴とする超音波モータ。
1. An elastic body, first and second electromechanical conversion materials that are coupled to the elastic body, and are subjected to a polarization process to generate a vibration wave in the elastic body by excitation thereof, and the elastic body. A non-polarized third electromechanical conversion material that is coupled to the surface of the elastic body and has an electrode on the surface thereof, and the potential of the elastic body passes through the electrode of the third electromechanical conversion material. An ultrasonic motor characterized by being transmitted.
【請求項2】 弾性体と、 前記弾性体に結合して、その弾性体に縦振動モードと屈
曲振動モードとの合成振動により楕円運動を生じさせ
る、分極処理を施した第1及び第2の電気機械変換材料
と、 前記弾性体と結合し、その表面に電極が設けられた、分
極処理を施していない第3の電気機械変換材料とを備
え、 前記弾性体の電位は、前記第3の電気機械変換材料の電
極を介して伝達されることを有することを特徴とする超
音波モータ。
2. An elastic body, and first and second polarization-processed members that are coupled to the elastic body and cause the elastic body to generate an elliptical motion by a combined vibration of a longitudinal vibration mode and a bending vibration mode. An electromechanical conversion material and a third electromechanical conversion material which is coupled to the elastic body and is provided with an electrode on the surface thereof and which is not subjected to polarization treatment are provided, and the potential of the elastic body is the third electromechanical conversion material. An ultrasonic motor, characterized in that it is transmitted through electrodes of electromechanical conversion material.
【請求項3】 請求項1又は請求項2に記載の超音波モ
ータにおいて、 前記第3の電気機械変換材料の電極は、導電性の塗料に
よって前記弾性体に電気的に接続されていることを特徴
とする超音波モータ。
3. The ultrasonic motor according to claim 1 or 2, wherein the electrode of the third electromechanical conversion material is electrically connected to the elastic body by a conductive paint. Characteristic ultrasonic motor.
【請求項4】 請求項1〜請求項3のいずれか1項に記
載の超音波モータにおいて、 前記弾性体と結合して、その弾性体の機械振動を電気信
号に変換する、分極処理を施した第4の電気機械変換材
料を有することを特徴とする超音波モータ。
4. The ultrasonic motor according to any one of claims 1 to 3, wherein a polarization process is performed to combine with the elastic body and convert mechanical vibration of the elastic body into an electric signal. An ultrasonic motor having the fourth electromechanical conversion material described above.
【請求項5】 請求項1〜請求項4のいずれか1項に記
載の超音波モータにおいて、 前記第1〜第3の電気機械変換材料又は前記第1〜第4
の電気機械変換材料は、単一の電気機械変換材料で構成
されていることを特徴とする超音波モータ。
5. The ultrasonic motor according to any one of claims 1 to 4, wherein the first to third electromechanical conversion materials or the first to fourth electromechanical conversion materials are used.
The electro-mechanical conversion material of is composed of a single electro-mechanical conversion material.
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