JP2000040313A - Disk drive - Google Patents

Disk drive

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JP2000040313A
JP2000040313A JP11193160A JP19316099A JP2000040313A JP 2000040313 A JP2000040313 A JP 2000040313A JP 11193160 A JP11193160 A JP 11193160A JP 19316099 A JP19316099 A JP 19316099A JP 2000040313 A JP2000040313 A JP 2000040313A
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piezoelectric
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enable a high speed, high driving power and min. step size by providing the second end of an arm with a piezoelectric plate and elastically energizing the side of this piezoelectric plate or its extended portion to a rigid element. SOLUTION: Four electrodes 14, 16, 18 and 20 are plated on the surface of piezoelectric ceramics to form checker patterns consisting of a rectangular shape covering substantially 1/4 of the first surface. The surface on the opposite side of the piezoelectric ceramic is covered with one electrode over the entire part. The electrodes 14 and 18 are excited by a position DC voltage and the electrodes 16 and 20 are excited by a negative DC voltage base on the electrode on the second surface of the piezoelectric ceramic 10. The piezoelectric plate 10 has many resonance modes and the movement thereof is prohibited by a pair of fixed supporting bodies 32 and 34 and two supporting bodies 36 and 38 with springs, by which the wear is reduced and the piezoelectric plate is protected against impact.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明はマイクロモータ、
詳しくは圧電モータに関する。
The present invention relates to a micromotor,
Specifically, the present invention relates to a piezoelectric motor.

【0002】[0002]

【従来の技術】直線及び回転運動を与える共振圧電セラ
ミックの使用は公知である。このようなシステムの大き
な利点は可動機械部品を使用することなく大変良好な運
動を達成する能力にある。一般に、このようなシステム
は、開ループ動作では1マイクロメータ、閉ループ動作
では50ナノメータの運動精度に制限される。移動され
るべきプレートの重量が0.5kgであるとき、速度は
5−10mm/secに制限される。このような状況の
下で、運動方向にプレートに加えられる力は約5Nに制
限される。このようなモータに対してより良い解決すな
わちより速い速度とより大きな駆動力を達成すること
は、多くの状況において有益である。比較的高速で運動
する能力が保持される場合には、この改良された解決が
特に有益となるであろう。
BACKGROUND OF THE INVENTION The use of resonant piezoceramics to provide linear and rotational motion is known. A great advantage of such a system is the ability to achieve very good movements without using moving mechanical parts. Generally, such systems are limited to a motion accuracy of 1 micrometer for open loop operation and 50 nanometers for closed loop operation. When the weight of the plate to be moved is 0.5 kg, the speed is limited to 5-10 mm / sec. Under these circumstances, the force applied to the plate in the direction of movement is limited to about 5N. Achieving better solutions for such motors, i.e. faster speeds and greater driving power, is beneficial in many situations. This improved solution would be particularly beneficial if the ability to move at relatively high speeds was retained.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】SU693493は、
プレートの一つの大きな面(裏面)の全面を覆う1つの
電極と、前面の四分円部(quadrant)を覆う4つの電極
とを有する平坦な矩形の圧電プレートからなる圧電モー
タを開示している。裏面の電極は接地され、対角線上の
電極は電気的に接続されている。2つのセラミックパッ
ドがプレートの長手方向の2つのエッジのうち一方に取
り付けられ、これらのパッドは、他方の長手方向のエッ
ジを押圧するスプリング機構によって被駆動物体に押圧
されている。
SUMMARY OF THE INVENTION
Disclosed is a piezoelectric motor consisting of a flat rectangular piezoelectric plate having one electrode covering the entire surface of one large surface (back surface) of the plate and four electrodes covering the front quadrant. . The electrode on the back is grounded, and the diagonal electrodes are electrically connected. Two ceramic pads are attached to one of the two longitudinal edges of the plate, and these pads are pressed against the driven object by a spring mechanism that presses the other longitudinal edge.

【0004】接続された一方の1対の電極にAC電圧が
印加されると物体が一方に移動し、他方の1対の電圧に
印加されると物体が他方に移動するように、長手方向及
び短手方向は(異なったモード指令に対して)隣接した
共振周波数を有している。
When an AC voltage is applied to one pair of connected electrodes, the object moves to one side, and when an AC voltage is applied to the other pair of voltages, the object moves to the other side. The transversal direction has adjacent resonance frequencies (for different mode commands).

【0005】本発明の目的は、従来のマイクロモータよ
り高い速度、高い駆動力及びより小さい最小ステップサ
イズを有するマイクロモータを備えたディスクドライブ
を提供することにある。
It is an object of the present invention to provide a disk drive with a micromotor having higher speed, higher driving force and smaller minimum step size than conventional micromotors.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明の第1の特徴は、
その一方の大きな面に少なくとも1つの電極と、他方の
大きな面に複数の電極とを有する薄い矩形の圧電セラミ
ックからなる。好ましくは、硬質材料の単一のスペーサ
が圧電セラミックの短手エッジの中央に取り付けられ、
物体に対して押圧されている。少なくとも幾つかの電極
が通電されると、以下に説明するように、圧電セラミッ
クのエッジの長さ方向に沿って、圧電セラミック又は物
体のいずれかの移動が生じる。
A first feature of the present invention is as follows.
It consists of a thin rectangular piezoelectric ceramic having at least one electrode on one large surface and a plurality of electrodes on the other large surface. Preferably, a single spacer of hard material is attached to the center of the short edge of the piezoelectric ceramic,
It is pressed against the object. When at least some of the electrodes are energized, movement of either the piezoelectric ceramic or the object occurs along the length of the edge of the piezoelectric ceramic, as described below.

【0007】この発明の特徴の第1の実施の形態では、
矩形の大きな面の寸法は、圧電セラミックが異なったモ
ードではあるがxとy(圧電セラミックの矩形の大きな
面の寸法)に対して近接して配置された共振を有するよ
うに、選択されるのが好ましい。好ましくは、共振は重
複した応答曲線を有する。
In a first embodiment of the present invention,
The dimensions of the large face of the rectangle are selected so that the piezoceramics have different modes but resonances located close to x and y (the size of the large face of the piezoceramic rectangle). Is preferred. Preferably, the resonances have overlapping response curves.

【0008】圧電セラミックの励起は、両モードが複数
の電極のうち選択されたものに対して励起される周波数
で、AC電圧を印加することによって達成される。この
実施の形態では、小さな変位が要求される場合には少な
くとも幾つかの最小期間の間、より大きな変位が要求さ
れる場合にはより長い期間の間、共振励起が印加され
る。
[0008] Excitation of the piezoceramic is accomplished by applying an AC voltage at a frequency where both modes are excited for a selected one of the plurality of electrodes. In this embodiment, the resonant excitation is applied for at least some minimum period when a small displacement is required and for a longer period when a larger displacement is required.

【0009】この発明の特徴の第2の実施の形態では、
励起は複数の電極のうち幾つかに対する非共振非対象の
パルス電圧である。本発明者は、そのようなパルス例え
ばロー時間よりも比較的高いハイ時間を有する矩形パル
スが使用されると、非常に小さな運動が達成されること
を見出した。このような励起は、運動後に電極に残留電
圧が残らないことが望まれる場合に特に有用である。
In a second embodiment of the present invention,
Excitation is a non-resonant asymmetric pulse voltage to some of the electrodes. The inventor has found that very small movements are achieved when such pulses are used, for example rectangular pulses having a relatively high time higher than the low time. Such excitation is particularly useful where it is desired that no residual voltage remains on the electrodes after exercise.

【0010】この発明の特徴の第3の実施の形態では、
比較的大きなステップに対する共振AC励起と、小さな
ステップが要求されるときの好ましくは矩形のパルス励
起との間で切り換えられる。
In a third embodiment of the present invention,
It is switched between a resonant AC excitation for relatively large steps and a preferably rectangular pulse excitation when small steps are required.

【0011】多数の電極形状が本発明により可能であ
る。一つの実施の形態では、複数の電極は2つの矩形電
極からなり、各電極は圧電セラミックの1つの矩形表面
の半分を覆い、セラミックの大きい矩形面の長手方向に
沿って存在する。
Many electrode configurations are possible with the present invention. In one embodiment, the plurality of electrodes comprises two rectangular electrodes, each covering half of one rectangular surface of the piezoceramic and extending along the length of the large rectangular surface of the ceramic.

【0012】第2の好ましい電極形状は、圧電セラミッ
クの大きな面の4つの四分円部を覆う4つの電極を与え
る。異なった励起モード(ACとパルス)及び励起形状
により、モータによって生じる運動に対するより大きな
又は小さな最小ステップサイズが生じる場合、これらの
電極のうち1つ、2つ、又は3つが励起される。
A second preferred electrode configuration provides four electrodes that cover the four quadrants of the large face of the piezoelectric ceramic. If different excitation modes (AC and pulse) and excitation shapes result in a larger or smaller minimum step size for the motion caused by the motor, one, two or three of these electrodes will be excited.

【0013】本発明の他の特徴は、同一の共振周波数を
有する複数の積層された圧電セラミックの使用を含む
が、それは異なった圧電材料で形成するのが好ましく、
それらのうち1つは他よりも実質的に軟らかい。異なっ
た硬度を有するセラミックは同一周波数で位相信号から
外れて駆動される。このようなシステムでは、より硬い
材料は物体を駆動するサイクルの部分の間で高い駆動力
を与え、より軟らかい材料はより長い接触時間を与える
が力は小さい。この組合わせにより、高いスタート駆動
が慣性及び静的摩擦力を克服するのを許容するととも
に、運動中に円滑な動作を伴う。
Another feature of the present invention involves the use of a plurality of stacked piezoelectric ceramics having the same resonance frequency, which are preferably formed of different piezoelectric materials,
One of them is substantially softer than the other. Ceramics with different hardness are driven out of phase signal at the same frequency. In such a system, a harder material provides a higher driving force during the portion of the cycle that drives the object, and a softer material provides a longer contact time but less force. This combination allows for a high start drive to overcome inertia and static friction forces, and with smooth motion during movement.

【0014】本発明の好ましい実施の形態は、望まれた
モード以外の共振モードを抑制することによってマイク
ロモータの効率を増加するモード抑制装置の使用を含
む。
A preferred embodiment of the present invention involves the use of a mode suppression device that increases the efficiency of the micromotor by suppressing resonance modes other than the desired mode.

【0015】本発明のさらに他の特徴によると、スペー
サベアリングエッジの反対側の圧電セラミックの短手エ
ッジにアームの一端が取り付けられている。物体に対し
て付勢されたスペーサが、アームの第2の端部に取り付
けられている。動作中には、2つのスペーサが類似して
励起し、被駆動物体での位相運動から離れ、マイクロモ
ータの出力が増加し、圧電セラミックの両端の運動及び
力を利用することによって、スペーサに対して付勢され
ている物体の円滑な運動が与えられる。
According to yet another feature of the invention, one end of the arm is attached to a short edge of the piezoelectric ceramic opposite the spacer bearing edge. A spacer biased against the object is attached to the second end of the arm. In operation, the two spacers excite similarly, moving away from the phase motion at the driven object, increasing the output of the micromotor, and utilizing the motion and force across the piezoelectric ceramic to move the Smooth movement of the object being biased.

【0016】本発明の他の特徴は、長手エッジに垂直な
ほぼゼロの運動を有する地点で、弾性力を圧電プレート
の長手エッジに印加する弾性要素の使用を含む。そのよ
うな要素は、圧電プレートの短手エッジに平行な両方向
において物体に対称運動を与えるのに使用される。
Another feature of the present invention involves the use of a resilient element that applies a resilient force to the longitudinal edge of the piezoelectric plate at a point having substantially zero motion perpendicular to the longitudinal edge. Such elements are used to impart symmetrical movement to the object in both directions parallel to the short edge of the piezoelectric plate.

【0017】本発明のさらに他の特徴によると、本発明
による圧電マイクロモータはディスクドライブの光学又
は磁気読み/書きヘッドの移動に利用される。
According to yet another aspect of the present invention, a piezoelectric micromotor according to the present invention is utilized for moving an optical or magnetic read / write head of a disk drive.

【0018】したがって、本発明の好ましい実施の形態
では、物体を動かすマイクロモータは、長手エッジ及び
短手エッジ、第1及び第2面、第1及び第2面に取り付
けられた電極、第1のエッジ好ましくは短手エッジの好
ましくはその中央に取り付けられて物体に押圧されるセ
ラミックスペーサを有する少なくとも1つの矩形圧電プ
レートと、第1のエッジと反対側の第2のエッジに好ま
しくはその中央に力を印加し、物体にセラミックスペー
サを押圧する弾性力源と、少なくとも幾つかの前記電極
を励起する電力源とからなる。
Thus, in a preferred embodiment of the invention, the micromotor for moving the object comprises a long edge and a short edge, the first and second surfaces, the electrodes mounted on the first and second surfaces, the first and second surfaces. An edge, preferably a short edge, preferably at the center thereof, at least one rectangular piezoelectric plate having a ceramic spacer pressed against the object, and a second edge opposite the first edge, preferably at the center thereof; It consists of an elastic force source that applies a force and presses the ceramic spacer against the object, and a power source that excites at least some of the electrodes.

【0019】本発明の好ましい実施の形態では、電圧源
は少なくとも幾つかの電極を対称で単極のパルス励起電
圧で通電する。
In a preferred embodiment of the invention, the voltage source energizes at least some of the electrodes with a symmetric, unipolar pulsed excitation voltage.

【0020】好ましくは、電圧源は、対称で単極のパル
ス又はAC励起のいずれかで、幾つかの電極を選択的に
印加するように動作する。
Preferably, the voltage source is operative to selectively apply several electrodes, either with symmetric, unipolar pulses or with AC excitation.

【0021】本発明の好ましい実施の形態では、電極は
圧電プレートの第1の面の好ましくは各四分円部にある
複数の電極と、第2の面にある少なくとも1つの電極と
からなっている。
In a preferred embodiment of the invention, the electrodes comprise a plurality of electrodes, preferably on each quadrant of the first surface of the piezoelectric plate, and at least one electrode on the second surface. I have.

【0022】本発明の好ましい実施の形態では、プレー
トの第1の面の一方の長手エッジに沿って四分円部にあ
る電極は第1の極性を有する単極の対称パルス電圧が印
加され、第1の面の他方の長手エッジに沿って四分円部
にある電極は反対の極性を有する単極の対称パルス電圧
が印加される。
In a preferred embodiment of the invention, the electrodes in the quadrant along one longitudinal edge of the first face of the plate are applied with a unipolar symmetric pulse voltage having a first polarity, The electrodes in the quadrant along the other longitudinal edge of the first surface are subjected to a unipolar symmetric pulse voltage of opposite polarity.

【0023】代案として、セラミックスペーサに近接し
たそれぞれの四分円部の電極は反対の極性を有する単極
の対称パルス電圧が印加されるか、セラミックスペーサ
から離れたそれぞれの四分円部の電極は反対の極性を有
する単極の対称パルス電圧が印加される。
Alternatively, the electrodes of each quadrant proximate to the ceramic spacer may be applied with a unipolar symmetric pulse voltage of opposite polarity, or the electrodes of each quadrant remote from the ceramic spacer. Is applied with a unipolar symmetric pulse voltage having the opposite polarity.

【0024】本発明の好ましい実施の形態では、対角線
上に位置する四分円部の第1の組の電極は、所定の極性
を有する単極の対称パルス電圧が印加され、好ましく
は、対角線上に位置する四分円部の第2の組の電極は、
前記所定の極性と反対の極性を有する単極の対称パルス
電圧が印加される。
In a preferred embodiment of the present invention, a first set of electrodes of a quadrant located on a diagonal is applied with a unipolar symmetric pulse voltage having a predetermined polarity, preferably on a diagonal. The second set of electrodes of the quadrant located at
A unipolar symmetric pulse voltage having a polarity opposite to the predetermined polarity is applied.

【0025】本発明の好ましい実施の形態では、マイク
ロモータは、複数の前記圧電プレートからなり、各プレ
ートのセラミックスペーサは物体に弾性的に押圧されて
いる。好ましくは、複数のプレートの少なくとも1つは
比較的より硬い圧電材料で形成され、複数のプレートの
少なくとも1つは比較的より軟らかい圧電材料で形成さ
れる。本発明のさらに好ましい実施の形態では、電圧源
は複数のプレートの少なくとも1つにお互いに位相から
離れて電圧を印加する。
In a preferred embodiment of the present invention, the micromotor includes a plurality of the piezoelectric plates, and the ceramic spacer of each plate is elastically pressed against an object. Preferably, at least one of the plurality of plates is formed of a relatively harder piezoelectric material, and at least one of the plurality of plates is formed of a relatively softer piezoelectric material. In a further preferred embodiment of the invention, the voltage source applies voltages to at least one of the plates out of phase with each other.

【0026】さらに、本発明の好ましい実施の形態で
は、長手及び短手エッジ、第1及び第2面、第1面及び
第2面に取り付けられた電極を有し、該電極の少なくと
も幾つかの電極が対称でかつ単極のパルス励起電圧で印
加される少なくとも一つの矩形圧電プレートと、1つの
エッジ、又は1又はそれ以上のエッジの延長部を物体に
対して弾性的に付勢する弾性力源と、からなる物体を動
かすマイクロモータが提供されている。
Further, in a preferred embodiment of the present invention, there are provided longitudinal and short edges, first and second surfaces, electrodes mounted on the first and second surfaces, and at least some of the electrodes. At least one rectangular piezoelectric plate whose electrodes are symmetric and applied with a unipolar pulsed excitation voltage, and an elastic force for elastically biasing one edge or one or more edge extensions to the object. A source and a micromotor for moving an object comprising the same are provided.

【0027】さらに、本発明の好ましい実施の形態で
は、長手及び短手エッジ、第1及び第2面、第1面及び
第2面に取り付けられた電極を有する少なくとも1つの
矩形圧電プレートと、1つのエッジ、又は1又はそれ以
上のエッジの延長部を物体に対して弾性的に付勢する弾
性力源と、少なくとも幾つかの電極に、対称でかつ単極
のパルス励起電圧又はAC励起電圧を選択的に印加する
電圧源と、からなる物体を動かすマイクロモータが提供
されている。
Further, in a preferred embodiment of the present invention, there is provided at least one rectangular piezoelectric plate having longitudinal and short edges, first and second surfaces, electrodes mounted on the first and second surfaces, A source of elastic force for elastically biasing one edge, or one or more extensions of the edge, against an object, and applying a symmetric and monopolar pulsed or AC excitation voltage to at least some of the electrodes. A micromotor for moving an object comprising a selectively applied voltage source and an object is provided.

【0028】さらに、本発明の好ましい実施の形態で
は、長手及び短手エッジ、第1及び第2面、第1面及び
第2面に取り付けられた電極を有し、該電極の少なくと
も幾つかが励起される複数の矩形圧電プレートと、該複
数のプレートの1つのエッジ、又は1又はそれ以上のエ
ッジの延長部を物体に対して弾性的に付勢する弾性力源
と、からなる物体を動かすマイクロモータが提供されて
いる。
Further, in a preferred embodiment of the present invention, there are electrodes attached to the long and short edges, the first and second surfaces, and the first and second surfaces, at least some of the electrodes. Moving an object comprising a plurality of rectangular piezoelectric plates to be excited and a source of resilient force for resiliently biasing one or more of the edges of the plurality of plates against the object. A micromotor is provided.

【0029】さらに、本発明の好ましい実施の形態で
は、長手及び短手エッジ、第1及び第2面、第1面及び
第2面に取り付けられた電極を有し、該電極の少なくと
も1つが電圧で励起されて、プレートの1つのエッジの
みに向かって力を引き起こし、他の電極の少なくとも1
つが電圧で励起されて、前記エッジに沿ってある要素を
有するエッジの少なくとも一部の移動を引き起こす、少
なくとも1つの矩形圧電プレート、からなる物体を動か
すマイクロモータが提供されている。
Further, in a preferred embodiment of the present invention, there are longitudinal and short edges, first and second surfaces, and electrodes mounted on the first and second surfaces, wherein at least one of the electrodes has a voltage. , Causing a force towards only one edge of the plate and at least one of the other electrodes
A micromotor is provided for moving an object consisting of at least one rectangular piezoelectric plate, one of which is excited with a voltage to cause movement of at least a portion of the edge having an element along the edge.

【0030】さらに、本発明の好ましい実施の形態で
は、長手及び短手エッジ、第1及び第2面、第1面及び
第2面に取り付けられた電極を有する少なくとも一つの
矩形圧電プレートと、少なくとも幾つかの電極の電圧を
印加して圧電プレートの所望の共振モードを確立する電
源と、所望の共振モード以外の共振モードを抑制するモ
ード抑制手段と、からなる物体を動かすマイクロモータ
が提供されている。
Further, in a preferred embodiment of the present invention, at least one rectangular piezoelectric plate having longitudinal and short edges, first and second surfaces, and electrodes mounted on the first and second surfaces, A micromotor for moving an object, comprising: a power source for applying a voltage of several electrodes to establish a desired resonance mode of a piezoelectric plate; and mode suppression means for suppressing a resonance mode other than the desired resonance mode, is provided. I have.

【0031】本発明の好ましい実施の形態では、前記モ
ード抑制手段は、所望の共振モード以外の共振モードに
よって引き起こされる寸法変化を抑制するように適合さ
れた少なくとも一つの抑制手段からなる。
In a preferred embodiment of the present invention, the mode suppression means comprises at least one suppression means adapted to suppress a dimensional change caused by a resonance mode other than a desired resonance mode.

【0032】さらに、本発明の好ましい実施の形態で
は、2つの長手エッジ及び2つの短手エッジ、第1及び
第2面を有する少なくとも一つの矩形圧電プレートと、
圧電プレートの第1短手エッジの中心に取り付けられ物
体に押圧される第1セラミックスペーサと、一端に取り
付けられた第2スペーサを有し、圧電プレートの第2短
手エッジの取り付けられた他端を有するアームとからな
り、第1及び第2スペーサは物体に対して付勢されるよ
うに適合された隣接する平行な面を有する、物体を動か
すマイクロモータが提供されている。
Further, in a preferred embodiment of the present invention, at least one rectangular piezoelectric plate having two long edges and two short edges, a first and a second surface,
A first ceramic spacer attached to the center of the first short edge of the piezoelectric plate and pressed against an object, and a second spacer attached to one end, the other end attached to the second short edge of the piezoelectric plate Wherein the first and second spacers have adjacent parallel surfaces adapted to be biased against the object, and a micromotor for moving the object is provided.

【0033】さらに、本発明の好ましい実施の形態で
は、長手及び短手エッジ、第1及び第2面、第1面及び
第2面に取り付けられた電極を有し、該電極の少なくと
も幾つかが励起され、中央の長手軸に沿って一定間隔で
設けられた穴を有する複数の矩形圧電プレートと、穴に
回転可能に装着される一端を有する少なくとも1つのレ
バーと、からなる物体を動かすマイクロモータが提供さ
れている。
Further, in a preferred embodiment of the present invention, there are electrodes attached to the long and short edges, the first and second surfaces, the first and second surfaces, at least some of the electrodes. A micromotor for moving an object which is excited and has a plurality of rectangular piezoelectric plates having holes provided at regular intervals along a central longitudinal axis, and at least one lever having one end rotatably mounted in the hole. Is provided.

【0034】好ましくは、レバーの他端は、固定プレー
トに回転可能に装着されるか、その代案として前記軸の
方向にのみ移動するように拘束されたプレートに回転可
能に装着される。
Preferably, the other end of the lever is rotatably mounted on a fixed plate, or alternatively on a plate constrained to move only in the direction of said axis.

【0035】以上のすべての実施の形態では、セラミッ
クスペーサは圧電プレートの短手エッジの1つに、好ま
しくはその短手エッジの中央に取り付けられるのが好ま
しい。これにより、最適な駆動運動がセラミックプレー
トの短手エッジで生み出されるので、係合面に垂直な利
用可能なスペースがートの長手エッジが係合面にほぼ垂
直となる。係合面に垂直な入手可能な面が制限されるシ
ステムでは、本発明の好ましい実施の形態によれば、代
案のセラミックマイクロモータが設けられている。ここ
で、圧電セラミックプレートの短手エッジの運動は、長
手エッジと短エッジのコーナ部の近傍でプレートの長手
エッジに取り付けられたスペーサを用いてプレートの長
手エッジと並設された物体を動かすのに使用される。
In all of the above embodiments, the ceramic spacer is preferably mounted on one of the short edges of the piezoelectric plate, preferably in the center of the short edge. This allows the available space perpendicular to the engagement surface to be such that the long edge of the seat is substantially perpendicular to the engagement surface, since an optimal drive movement is created at the short edge of the ceramic plate. In systems where the available surface perpendicular to the engagement surface is limited, according to a preferred embodiment of the present invention, an alternative ceramic micromotor is provided. Here, the movement of the short edge of the piezoceramic plate is to move an object juxtaposed with the long edge of the plate using spacers attached to the long edge of the plate near the corners of the long and short edges. Used for

【0036】本発明のこの特徴によると、スペーサは短
手エッジで共振運動に従って動くが、係合面はセラミッ
クプレートの長手軸に平行に駆動される。左右運動の対
称性を避けるために、お互いに隣接するコーナ部をスペ
ーサで支持して、2つの並列された圧電セラミックプレ
ートを使用するのが好ましい。
According to this feature of the invention, the spacer moves at a short edge according to a resonant movement, but the engagement surface is driven parallel to the longitudinal axis of the ceramic plate. In order to avoid symmetry of the lateral movement, it is preferred to use two juxtaposed piezoelectric ceramic plates, with the corners adjacent to each other supported by spacers.

【0037】さらに、本発明の好ましい実施の形態で
は、第1及び第2長手エッジ、第1及び第2短手エッ
ジ、前面及び裏面を有する第1及び第2矩形圧電プレー
トと、第1プレートの第1短手エッジは第2プレートの
の第1短手エッジのほぼ平行に並設され、各プレートは
前面及び裏面に取り付けられた電極を有し、各プレート
は、第1短手エッジの近傍の一端で第1長手エッジに取
り付けられ、物体の表面に係合するセラミックスペーサ
を有し、各プレートの一部に印加され、セラミックスペ
ーサを物体の表面に押圧する弾性力源と、からなる物体
に対して運動を与える圧電マイクロモータが提供されて
いる。
Further, in a preferred embodiment of the present invention, first and second rectangular piezoelectric plates having first and second long edges, first and second short edges, front and back surfaces, and a first plate The first short edge is juxtaposed substantially parallel to the first short edge of the second plate, each plate having electrodes mounted on the front and back surfaces, each plate being proximate to the first short edge. An elastic force source attached to the first longitudinal edge at one end of the plate and engaging the surface of the object and applied to a portion of each plate to press the ceramic spacer against the surface of the object. Are provided.

【0038】本発明の好ましい実施の形態では、前記弾
性力源は少なくとも第2長手エッジの一部に印加され
る。加えて、あるいは代案として、前記弾性力源は圧電
プレート上の点に印加され、前記面に垂直な運動振幅が
ほぼゼロである。
[0038] In a preferred embodiment of the invention, the elastic source is applied to at least a part of the second longitudinal edge. Additionally or alternatively, the source of elastic force is applied to a point on the piezoelectric plate, and the amplitude of motion perpendicular to the plane is substantially zero.

【0039】さらに、本発明の好ましい実施の形態で
は、お互いに離れて配置されたほぼ矩形の第1及び第2
圧電プレートと、各プレートは2つの長手エッジ及び2
つの短手エッジ、前面及び裏面を有し、隣接するプレー
トの面は平行でお互いに対向し、隣接するプレートの長
手エッジは平行であり、第1プレートの第1長手エッジ
に係合する少なくとも1つの固定サポートと、第1プレ
ートの第2長手エッジに係合する少なくとも1つの弾性
サポートと、第2プレートの第1長手エッジに係合する
少なくとも1つの弾性サポートと、第2プレートの第2
長手エッジに係合する少なくとも1つの固定サポートと
からなり、第1プレートの第1長手エッジは第2プレー
トの第1長手エッジに隣接している、物体に対して運動
を与える圧電マイクロモータが提供されている。
Furthermore, in a preferred embodiment of the present invention, the first and second substantially rectangular first and second
Piezoelectric plates, each plate having two longitudinal edges and two
At least one short edge, a front surface and a back surface, the faces of adjacent plates are parallel and opposite each other, and the longitudinal edges of adjacent plates are parallel and engage at least one first longitudinal edge of the first plate. One fixed support, at least one elastic support engaging a second longitudinal edge of the first plate, at least one elastic support engaging a first longitudinal edge of the second plate, and a second elastic support of the second plate.
A piezoelectric micromotor for providing motion to an object is provided, wherein the piezoelectric micromotor comprises at least one fixed support engaging a longitudinal edge, the first longitudinal edge of the first plate being adjacent to the first longitudinal edge of the second plate. Have been.

【0040】好ましくは、各サポートは、長手エッジに
垂直な方向にほぼゼロの運動となる地点で、それぞれの
長手エッジに係合し、長手エッジにほぼ平行な方向にス
ライド可能である。
Preferably, each support engages the respective longitudinal edge at a point of substantially zero movement in a direction perpendicular to the longitudinal edge and is slidable in a direction substantially parallel to the longitudinal edge.

【0041】さらに、本発明の好ましい実施の形態で
は、長手及び短手エッジ、第1及び第2面、第1面及び
第2面に取り付けられた電極、長手エッジに垂直な方向
にほぼゼロの運動をとなる2つの地点で長手エッジの各
々に弾性力を与える弾性要素、を有する少なくとも一つ
の矩形圧電プレートと、少なくとも幾らかの電極を2つ
のモード、すなわち短手エッジの平行な第1の方向に短
手で運動を与える第1のモードと、第1の方向と反対の
第2の方向に運動を与える第2のモードで選択的に励起
するための電源と、からなる物体を動かす手段マイクロ
モータが提供されている。
Further, in a preferred embodiment of the present invention, the long and short edges, the first and second surfaces, the electrodes mounted on the first and second surfaces, and the substantially zero in the direction perpendicular to the long edges. At least one rectangular piezoelectric plate having an elastic element that applies elastic force to each of the longitudinal edges at two points of movement, and at least some electrodes in two modes, namely, a first parallel edge of the short edge. Means for moving an object comprising: a first mode for providing short-term motion in a direction; and a power source for selectively exciting in a second mode for providing motion in a second direction opposite to the first direction. A micromotor is provided.

【0042】本発明の他の好ましい実施の形態では、マ
イクロモータはさらに、第1の方向と第2の方向に対称
な運動と力を与えるように適合された構造アセンブリか
らなる。好ましくは、構造アセンブリは弾性要素を含
む。
[0042] In another preferred embodiment of the present invention, the micromotor further comprises a structural assembly adapted to provide symmetrical movement and force in the first and second directions. Preferably, the structural assembly includes a resilient element.

【0043】本発明の好ましい実施の形態では、前記電
圧源は前記電極の少なくとも幾つかの電極にAC励起電
圧を印加する。
In a preferred embodiment of the invention, said voltage source applies an AC excitation voltage to at least some of said electrodes.

【0044】さらに、好ましい実施の形態では、前記電
極は、各圧電プレートの前面上の複数の電極と、各圧電
プレートの裏面上の少なくとも1つの電極とからなる。
好ましくは、前記複数の電極は前記前面の各四分円部に
ある電極からなり、前記電圧源は前記前面上の少なくと
も幾つかの電極にAC励起電圧を印加する。
Further, in a preferred embodiment, the electrodes include a plurality of electrodes on a front surface of each piezoelectric plate and at least one electrode on a back surface of each piezoelectric plate.
Preferably, the plurality of electrodes comprises electrodes in each quadrant of the front surface, and the voltage source applies an AC excitation voltage to at least some electrodes on the front surface.

【0045】本発明の好ましい実施の形態では、各プレ
ートの対角線上に位置する四分円部の電極は同一極性の
励起電圧が印加される。
In a preferred embodiment of the present invention, an excitation voltage of the same polarity is applied to the electrodes of the quadrants located on the diagonal line of each plate.

【0046】さらに、好ましい実施の形態では、第1圧
電プレートの第1長手エッジと第1短手エッジの間の四
分円部の電極は第1極性の励起電圧が印加され、第2圧
電プレートの第1長手エッジと第1短手エッジの間の四
分円部の電極は第1極性と反対の第2極性の電圧が印加
される。
Further, in a preferred embodiment, an electrode of a quadrant between the first long edge and the first short edge of the first piezoelectric plate is supplied with an excitation voltage of the first polarity, and the second piezoelectric plate is A voltage having a second polarity opposite to the first polarity is applied to the electrodes in the quadrant between the first long edge and the first short edge.

【0047】本発明の1つの好ましい実施の形態では、
電力源は、少なくとも幾つかの電極に、AC励起電圧の
振幅よりも大きな絶対値を有するDC電圧を一定間隔で
分離したAC励起電圧パルスからなるパルス励起電圧を
印加する。好ましくは、前記パルス励起電圧のパルス率
は物体の自己共振周波数にほぼ相当する。
In one preferred embodiment of the present invention,
The power source applies to at least some of the electrodes a pulsed excitation voltage consisting of AC excitation voltage pulses separated at regular intervals from a DC voltage having an absolute value greater than the amplitude of the AC excitation voltage. Preferably, the pulse rate of the pulse excitation voltage substantially corresponds to the self-resonant frequency of the object.

【0048】本発明のさらに好ましい実施の形態では、
前記第1及び第2矩形圧電プレートは少なくとも1つの
長手エッジに接続された少なくとも1つの追加の電極を
有し、電圧源は少なくとも幾つかの追加電極を印加す
る。好ましくは、前記少なくとも一つの追加電極は第1
短手エッジの近傍の第1長手エッジのある電極を含む。
さらに好ましくは、前記少なくとも一つの追加電極は第
2短手エッジの近傍の第2長手エッジにある電極を含
む。
In a further preferred embodiment of the present invention,
The first and second rectangular piezoelectric plates have at least one additional electrode connected to at least one longitudinal edge, and the voltage source applies at least some additional electrodes. Preferably, said at least one additional electrode is a first
Including an electrode with a first long edge near the short edge.
More preferably, said at least one additional electrode comprises an electrode at a second longitudinal edge near a second shorter edge.

【0049】好ましくは、前記電圧源は追加電極に励起
電圧を印加し、これにより前記面にほぼ垂直な方向にお
けるセラミックスペーサの運動を増大する。好ましく
は、前記電圧源は、各追加電極に、追加電極に隣接する
前面の四分円部にある電極と同一極性の励起電圧を印加
する。
[0049] Preferably, said voltage source applies an excitation voltage to the additional electrode, thereby increasing the movement of the ceramic spacer in a direction substantially perpendicular to said plane. Preferably, the voltage source applies to each additional electrode an excitation voltage having the same polarity as the electrode in the quadrant on the front surface adjacent to the additional electrode.

【0050】本発明の好ましい実施の形態では、前記第
1及び第2圧電プレートは前記面に垂直な運動振幅がほ
ぼゼロであるプレート上の点で弾性的に支持されてい
る。
In a preferred embodiment of the present invention, the first and second piezoelectric plates are elastically supported at points on the plate where the amplitude of the motion perpendicular to the plane is substantially zero.

【0051】本発明の好ましい実施の形態では、前記弾
性力源は調整可能である。
In a preferred embodiment of the present invention, the elastic source is adjustable.

【0052】本発明の好ましい実施の形態では、マイク
ロモータは、前記複数の第1圧電プレートと、前記複数
の第2圧電プレートとからなり、各プレートのセラミッ
クスペーサは物体を弾性的に押圧している。
In a preferred embodiment of the present invention, the micromotor comprises the plurality of first piezoelectric plates and the plurality of second piezoelectric plates, and the ceramic spacer of each plate elastically presses an object. I have.

【0053】本発明の好ましい実施の形態では、マイク
ロモータはさらに、スペーサによって物体に印加される
力に対する反力を与えるために、前記スペーサと係合す
る表面と反対の前記物体の表面に係合する逆支持装置を
さらに含む。好ましくは、前記逆支持装置は少なくとも
一つの平坦な面に取り付けられた電極を有する圧電セラ
ミックベアリングからなり、前記電圧源は少なくとも幾
らかの圧電セラミックベアリングに電圧を印加する。
In a preferred embodiment of the invention, the micromotor further engages the surface of the object opposite the surface engaging the spacer to provide a reaction to the force applied to the object by the spacer. And a reverse support device. Preferably, the reverse support device comprises a piezoceramic bearing having electrodes mounted on at least one flat surface, and the voltage source applies a voltage to at least some of the piezoceramic bearings.

【0054】さらに、本発明の好ましい実施の形態で
は、軸回りに旋回可能で、両側で当該軸から一定間隔離
れた第1及び第2端部、第1端部に取り付けられた読み
書きヘッド、第2端部にある剛体を有するアームと、剛
体要素に対して弾性的に付勢された少なくとも1つの圧
電プレートマイクロモータと、からなるディスクドライ
ブが提供されている。
Further, in a preferred embodiment of the present invention, first and second ends which are rotatable about an axis and which are spaced apart from the axis by a certain distance on both sides, read / write heads attached to the first end, A disk drive is provided comprising a rigid arm at two ends and at least one piezoelectric plate micromotor resiliently biased against a rigid element.

【0055】本発明の好ましい実施の形態では、前記圧
電プレートは静止している。本発明の代案となる好まし
い実施の形態では、前記圧電プレートは前記軸に対して
移動可能である。
In a preferred embodiment of the present invention, the piezoelectric plate is stationary. In an alternative preferred embodiment of the invention, said piezoelectric plate is movable with respect to said axis.

【0056】さらに、本発明の好ましい実施の形態で
は、軸回りに旋回可能なアームからなり、該アームは、
両側で当該軸から一定間隔離れた第1及び第2端部、第
1端部に取り付けられた読み書きヘッド、第2端部に取
り付けられ、前記アームとともに移動可能な圧電プレー
トとを有するディスクドライブが提供されている。
Further, in a preferred embodiment of the present invention, the arm comprises an arm pivotable about an axis,
A disk drive having first and second ends spaced apart from the axis on both sides at a fixed distance, a read / write head mounted on the first end, and a piezoelectric plate mounted on the second end and movable with the arm. Provided.

【0057】本発明の好ましい実施の形態では、前記軸
は前記圧電プレートを貫通して延びている。
In a preferred embodiment of the present invention, said shaft extends through said piezoelectric plate.

【0058】本発明の好ましい実施の形態では、マイク
ロモータはさらに、前記圧電プレートに対して付勢され
た剛性要素からなる。
In a preferred embodiment of the present invention, the micromotor further comprises a rigid element biased against said piezoelectric plate.

【0059】さらに、本発明の好ましい実施の形態で
は、軸の回りに旋回可能で、2つの長手エッジ及び2つ
の短手エッジを有する第1矩形圧電プレートと、2つの
長手エッジ及び2つの短手エッジ、該エッジに取り付け
られたセラミックスペーサを有する第2矩形圧電プレー
トとからなり、前記スペーサは前記第1圧電プレートの
エッジに対して付勢されている、物体を動かすマイクロ
モータが提供されている。
Further, in a preferred embodiment of the present invention, a first rectangular piezoelectric plate pivotable about an axis and having two long edges and two short edges, and two long edges and two short edges. A micromotor for moving an object is provided, comprising an edge, a second rectangular piezoelectric plate having a ceramic spacer attached to the edge, the spacer being biased against an edge of the first piezoelectric plate. .

【0060】好ましくは、前記第2圧電プレートに取り
付けられたスペーサは前記第1圧電プレートの長手エッ
ジに対して付勢されている。
Preferably, the spacer attached to the second piezoelectric plate is urged against a longitudinal edge of the first piezoelectric plate.

【0061】本発明の幾つかの好ましい実施の形態で
は、マイクロモータはさらに、前記第2圧電プレートの
スペーサと、前記スペーサが付勢されている第1圧電プ
レートの長手エッジとの間に位置する剛性の弓形要素か
らなる。
In some preferred embodiments of the present invention, the micromotor is further located between a spacer of the second piezoelectric plate and a longitudinal edge of the first piezoelectric plate against which the spacer is biased. Consists of a rigid bow element.

【0062】[0062]

【発明の実施の形態】本発明の好ましい実施の形態によ
るモータにおいて使用される比較的薄い矩形の圧電セラ
ミックの大きな一つの面を示す図1を参照する。この圧
電セラミックの面(以下「第1面」という)には、4個
の電極14、16、18及び20がめっきされている
(plated)か、さもなけれが張り付けられており、これ
により、それぞれが実質的に第1面の1/4を覆う矩形
から成るチェッカー・パターンが形成されている。圧電
セラミックの反対側の面(以下「第2面」という)は、
好ましくは、一つの電極(図示せず)で実質的に全体が
覆われている。対角線方向に配置された電極(14及び
20;16及び18)は、好ましくはその4個の電極の
連結部分(junction)の近傍に配置されたワイヤ22及
び24によって電気的に接続されている。第2面上の電
極は好ましくは接地されている。その代わりに、これら
の電極を、その形成に使用される技術に類似したプリン
ト回路技術によって接続してもよい。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Reference is made to FIG. 1 which shows one large face of a relatively thin rectangular piezoelectric ceramic used in a motor according to a preferred embodiment of the present invention. On the surface of the piezoelectric ceramic (hereinafter referred to as the "first surface"), four electrodes 14, 16, 18 and 20 are plated or otherwise stuck, whereby Has a checker pattern consisting of a rectangle that substantially covers 1/4 of the first surface. The opposite surface of the piezoelectric ceramic (hereinafter referred to as “second surface”)
Preferably, one electrode (not shown) substantially covers the whole. The diagonally arranged electrodes (14 and 20; 16 and 18) are electrically connected, preferably by wires 22 and 24 located near the junction of the four electrodes. The electrodes on the second side are preferably grounded. Alternatively, these electrodes may be connected by printed circuit technology similar to the technology used to form them.

【0063】比較的堅いセラミックのスペーサ26が、
例えば接合剤で、圧電セラミック10の短辺28に、好
ましくはその辺の中央において取り付けられている。
A relatively stiff ceramic spacer 26
For example, a bonding agent is attached to the short side 28 of the piezoelectric ceramic 10, preferably at the center of the side.

【0064】圧電セラミック10は多数の共振モード
(resonaces)を有している。特に、圧電セラミック1
0の寸法は、Dx及びDy方向の共振モードが近づいてお
り(closely spaced)、励起曲線(excitation curve
s)が重なるような寸法が選ばれている。特に、本発明
による好ましい共振は、図2及び図4に示されているよ
うに、Dy方向については1/2モード共振であってDx
方向については11/2モード共振である。しかし、セラ
ミック10の寸法に応じて他の共振モードを使用するこ
とができる。
The piezoelectric ceramic 10 has a number of resonance modes. In particular, the piezoelectric ceramic 1
The dimension of 0 indicates that the resonance modes in the Dx and Dy directions are closely spaced (excitation curve).
The dimensions are chosen such that s) overlaps. In particular, the preferred resonance according to the present invention is a 図 mode resonance in the Dy direction, as shown in FIGS.
The direction is 11/2 mode resonance. However, other resonance modes can be used depending on the dimensions of the ceramic 10.

【0065】圧電セラミック10が図6においてω0と
して示された帯域内の周波数で励起されているとき、D
x及びDyの双方の共振モードが励起される。図3は、
所定の電極に電圧を印加し、それにより二つの共振モー
ドを励起する一例(one configuration)を示している。
この例では、電極16及び18に電圧が印加され、電極
14及び20は浮いたままである(又は、あまり好まし
くはないが接地されている)が、そのモードの振幅が図
2に示されている。この例における励起は、Dyが正の
ときDxを負にし、その結果、圧電セラミック10の動
きが阻止されている場合には、圧電セラミック10に押
し付けられている本体30が左方向に動くことになる。
本体30の表面は、回転すべき円筒の表面のようにカー
ブしているように描かれているが、直線的な動きが望ま
れる場合には、その表面は平坦でもよい。
When the piezoelectric ceramic 10 is excited at a frequency in the band indicated as ω0 in FIG.
Both x and Dy resonant modes are excited. FIG.
FIG. 2 shows an example (one configuration) of applying a voltage to a given electrode, thereby exciting two resonance modes.
In this example, voltage is applied to electrodes 16 and 18 and electrodes 14 and 20 are left floating (or less preferably grounded), but the amplitude of that mode is shown in FIG. . The excitation in this example causes Dx to be negative when Dy is positive, so that when the movement of the piezoelectric ceramic 10 is blocked, the body 30 pressed against the piezoelectric ceramic 10 moves to the left. Become.
Although the surface of the body 30 is depicted as curved, like the surface of a cylinder to be rotated, the surface may be flat if linear movement is desired.

【0066】電極14及び20に電圧が印加され電極1
6及び18が浮いたままである(又は、あまり好ましく
はないが接地されている)図5に示された励起の例につ
いては、Dyのモードは同一であるが、Dxのモードは位
相が逆であり、右方向への移動を生じさせる。
When a voltage is applied to the electrodes 14 and 20, the electrode 1
For the excitation example shown in FIG. 5 where 6 and 18 are left floating (or less preferably grounded), the modes of Dy are the same, while the modes of Dx are in opposite phase. Yes, causing movement to the right.

【0067】本発明の好ましい実施の形態では、圧電セ
ラミック10は、固定された1対の支持体32及び34
と2個のバネ付きの(spring loaded supports)支持体
36及び38とにより、動きが阻止されている。支持体
32〜38は、圧電セラミック10と、x方向の移動が
0の位置においてそのセラミックの1対の長辺40及び
42に沿って接している。これらの支持体はy方向にス
ライドするように設計されている。
In a preferred embodiment of the present invention, the piezoelectric ceramic 10 comprises a fixed pair of supports 32 and 34.
And two spring loaded supports 36 and 38 prevent movement. The supports 32 to 38 are in contact with the piezoelectric ceramic 10 along a pair of long sides 40 and 42 of the ceramic at a position where the movement in the x direction is zero. These supports are designed to slide in the y-direction.

【0068】このようにバネが取り付けられているの
は、磨耗の効果(effect of wear)を低減し、圧電セラ
ミックを或る程度衝撃から保護(a degree of shock pr
otection)するためである。
The mounting of the spring in this way reduces the effect of wear and protects the piezoelectric ceramic from a certain degree of impact (a degree of shock pr
otection).

【0069】バネ付きの支持体44は、好ましくは短辺
28の反対側の圧電セラミック10の第2の短辺43の
中央部に押し付けられる。支持体44はセラミック26
と本体30との間に圧力を与え、これにより、セラミッ
ク26の動きが本体30に伝達される。バネ付き支持体
44は圧電セラミック10が励起される周波数の1周期
よりも十分に長い応答時間を有している、ということに
注意すべきである。したがって、本体30に与えられる
動きの方向と反対にセラミック26が動いているときに
は、本体30に押し付けられているセラミック26の表
面は、実際にはその周期の一部の期間だけ本体から離れ
ていく。
The spring-loaded support 44 is preferably pressed against the center of the second short side 43 of the piezoelectric ceramic 10 opposite the short side 28. The support 44 is made of ceramic 26
Pressure between the body and the body 30, whereby the movement of the ceramic 26 is transmitted to the body 30. It should be noted that the spring-loaded support 44 has a response time sufficiently longer than one period of the frequency at which the piezoelectric ceramic 10 is excited. Thus, when the ceramic 26 is moving in the opposite direction of movement imparted to the body 30, the surface of the ceramic 26 that is pressed against the body 30 actually leaves the body for only a portion of its period. .

【0070】本発明の好ましい実施の形態では、バネ付
き支持体36、38及び44は、中身の詰まった堅いゴ
ム製の円柱体(バネ)であって、好ましくは約60のシ
ョアーAの硬度(a Shore A hardness of about 60)を
持つ、好ましくはシリコン・ゴム製のものである。実際
に、このような「バネ」は、Oリング(例えばパーカ-
ハニフィン(Parker-Hannifin)により市場に提供されて
いるもの)の一部を切断して所望のサイズにすることに
より製造することができる。好ましくは、そのバネの共
振モードは、使用される圧電セラミックの共振モードか
らは遠く離れているべきである。本発明の好ましい実施
の形態では、球状又は半球状の堅い部品(element)が
そのバネ部品(spring element)とセラミックとの間に
配置される。
In a preferred embodiment of the invention, the spring-loaded supports 36, 38 and 44 are solid, rigid rubber cylinders (springs), preferably having a Shore A hardness of about 60. a Shore A hardness of about 60), preferably of silicone rubber. In fact, such "springs" are typically O-rings (such as Parker-
It can be manufactured by cutting a portion of Hannifin (provided by the marketer by Parker-Hannifin) into a desired size. Preferably, the resonance mode of the spring should be far from the resonance mode of the piezoelectric ceramic used. In a preferred embodiment of the invention, a spherical or hemispherical rigid element is arranged between the spring element and the ceramic.

【0071】本発明の好ましい実施の形態では、圧電セ
ラミック10の寸法は、モーガン・マトロック社(Morg
an Matroc Inc.)によって製造されたPZT圧電材料を
使用した場合、2mmと5mmの間の厚みを有する30mm×7.7m
mの大きさである。この例に対し、所望の速度、本体3
0の重さ(及び/又はバネ44の圧力)、及び要求され
る力(power)に応じて、圧電セラミック10を励起す
るために30〜500ボルトの交流を使用することができ
る。このような装置は、20〜100kHz の範囲内の周波数
で動作し、10ナノメータ(nm)の範囲内の最小ステップ
サイズ(a minimum step size)を有し、約15〜350mm/sec
(又はそれ以上)の最大速度を有する。これらは、公称
の範囲に過ぎず、圧電セラミック10として使用される
材料、寸法、選択される共振モード、及びその他の要因
に応じて変化する。
In a preferred embodiment of the present invention, the dimensions of the piezoelectric ceramic 10 are measured by Morgan Matlock (Morg).
30mm x 7.7m with thickness between 2mm and 5mm using PZT piezoelectric material manufactured by An Matroc Inc.)
The size of m. For this example, the desired speed, body 3
Depending on the weight of zero (and / or the pressure of the spring 44) and the required power, 30-500 volts alternating current can be used to excite the piezoelectric ceramic 10. Such devices operate at frequencies in the range of 20-100 kHz, have a minimum step size in the range of 10 nanometers (nm), and have a minimum step size of about 15-350 mm / sec.
(Or more). These are only nominal ranges and will vary depending on the material used for the piezoelectric ceramic 10, the dimensions, the selected resonance mode, and other factors.

【0072】実際には、より大きい寸法のセラミックは
20mmと80mmの間とすることができ、より小さい寸法のも
のは3mmと20mmの間とすることができる。例えば、極め
て長く薄い装置(例えば、3mm×80mm)は極めて高速度
のモータとなるであろう。
In practice, larger sized ceramics
It can be between 20mm and 80mm, smaller ones can be between 3mm and 20mm. For example, very long and thin devices (eg, 3mm x 80mm) will result in very high speed motors.

【0073】本体30に対して付勢される圧電セラミッ
ク10の短辺28に取り付けられたスペーサ26を用い
ることにより、与えられたサイズのマイクロモータから
出る力が、スペーサが取り付けられていない同一サイズ
のマイクロモータに比べて増大する。スペーサが取り付
けられていない場合には、短辺28が直接本体30に作
用する(engage)。この力の増大は、励起中に圧電セラ
ミック内で生成される共振モードのエネルギがスペーサ
に集中することによる結果である。
By using the spacer 26 attached to the short side 28 of the piezoelectric ceramic 10 urged against the main body 30, the force generated from the micromotor of a given size is reduced to the same size without the spacer attached. Increase compared to the micromotor of the first embodiment. If no spacer is installed, short side 28 directly engages body 30. This increase in force is the result of the resonance mode energy generated in the piezoceramic during excitation being concentrated on the spacer.

【0074】好ましくは、スペーサ26はシステムの共
振モードに影響を与えるべきではない。また、所与のエ
ネルギー出力(power output)に対しx方向の運動につ
いて可能な最大振幅を達成することが望ましい。これら
の目標は極端に薄いスペーサを使用することにより達成
されるかもしれない。しかし、共振周波数の点から薄く
したスペーサは、しばしば薄すぎるため、とうてい実際
的でない。本発明の好ましい実施の形態による、より実
際的な解決策は、そのスペーサにおける共振モードの2/
2、3/2又は4/2波長にほとんど等しい長さのスペーサを
利用することである。スペーサ26は99%のアルミニウ
ムによって製造される。前記セラミックとこのスペーサ
との材料の相違のため、スペーサの共振モードの1/2波
長は、同一周波数のセラミックにおける1/2波長よりも
ほぼ3倍短い(ほぼ1/3の長さである)。実際には、約4
〜5mmの長さを有するセラミック製スペーサが適当であ
ることが判明している。
Preferably, spacer 26 should not affect the resonant mode of the system. It is also desirable to achieve the maximum possible amplitude for motion in the x direction for a given power output. These goals may be achieved by using extremely thin spacers. However, spacers that are thinned in terms of resonance frequency are often impractical because they are often too thin. A more practical solution according to the preferred embodiment of the present invention is to use the 2 /
The use of spacers of almost equal length to 2, 3/2 or 4/2 wavelengths. Spacer 26 is made of 99% aluminum. Due to the material difference between the ceramic and the spacer, the half-wavelength of the resonance mode of the spacer is almost three times shorter (about one-third the length) than the half-wavelength of the same frequency ceramic. . In fact, about 4
Ceramic spacers having a length of 55 mm have been found to be suitable.

【0075】図1〜図6と関連づけて上記で説明された
実施の形態において、図1における圧電セラミック10
は、その圧電セラミックの共振に近い周波数の交流電圧
によって励起される。図7及び8に描かれた方法では、
パルス状の単一極性の電圧(apulsed unipolar voltage)
によって励起される。本発明による、このパルス状の励
起の実施の形態において、電極14、16、18及び2
0は、図1の実施の形態におけるような固定された方法
で接続されているわけではなく、以下において説明する
ように、要求される最小ステップに応じて、異なる方法
で接続される。
In the embodiment described above in connection with FIGS. 1 to 6, the piezoelectric ceramic 10 shown in FIG.
Are excited by an AC voltage having a frequency close to the resonance of the piezoelectric ceramic. In the method depicted in FIGS. 7 and 8,
Pulsed unipolar voltage
Excited by In this pulsed excitation embodiment according to the invention, the electrodes 14, 16, 18 and 2
The 0s are not connected in a fixed way as in the embodiment of FIG. 1, but are connected in different ways depending on the required minimum step, as explained below.

【0076】パルスによる方法の動作原理は図7に示さ
れている。この図において、圧電セラミック10の第2
面上の電極を基準として、電極14及び18は正の直流
電圧によって励起され、電極16及び20は負の直流電
圧によって励起される。この励起の下で、圧電セラミッ
ク10の左側10が右側よりも長くなり(図7では非常
に誇張されて描かれている)、セラミック26が右方向
に移動する。当然ながら、電圧が印加されなくなると、
このセラミックは元の位置に戻る。
The principle of operation of the pulse method is shown in FIG. In this figure, the second
With reference to the electrodes on the surface, electrodes 14 and 18 are excited by a positive DC voltage and electrodes 16 and 20 are excited by a negative DC voltage. Under this excitation, the left side 10 of the piezoceramic 10 is longer than the right side (highly exaggerated in FIG. 7) and the ceramic 26 moves to the right. Of course, when no voltage is applied,
The ceramic returns to its original position.

【0077】しかし、非対称の電圧パルス、例えば図8
に示されているような電圧パルスが電極に印加される
と、ゼロに戻る間において、本体はセラミック26によ
ってその出発位置まで戻ることはない、ということを本
願発明者は見出している。好ましくは、このパルスの立
ち下がり時間が立ち上がり時間よりも少なくとも4倍長
くなるようにすべきである。パルス全体の時間(a total
pulse time)は10〜50ミリセカンドであるのが好ましい
が、正確な時間は、圧電セラミックによって動かされる
質量及びバネ44の力に依存する。実験では、1マイク
ロセカンドの立ち上がり時間と15ミリセカンドの立ち下
がり時間とにより、優れた結果が得られている。この例
の最小ステップは、パルス電圧に依存し、30〜100ボル
トのピーク電圧に対して2〜6nmに変化し得るものであ
り、より大きい質量に対しては慣性が増大するため最小
ステップが大きくなる。このモードは、一般に、大きな
動きには使用されないが、移動させる対象物の最終段階
の配置には有用である。励起の極性を逆にするか、又
は、立ち上がり時間を長くして立ち下がり時間を短くす
ると、反対の方向に移動することになる。このモードに
おける本体の動作はよく理解されているわけではない
が、極端に小さい最小ステップを実現することができ
る。
However, an asymmetric voltage pulse, for example FIG.
The present inventors have found that when a voltage pulse as shown in FIG. 1 is applied to the electrode, the body does not return to its starting position by means of the ceramic 26 while returning to zero. Preferably, the fall time of this pulse should be at least four times longer than the rise time. The total pulse time (a total
The pulse time is preferably between 10 and 50 milliseconds, but the exact time depends on the mass moved by the piezoceramic and the force of the spring 44. In the experiments, excellent results have been obtained with a rise time of 1 microsecond and a fall time of 15 milliseconds. The minimum step in this example depends on the pulse voltage and can vary from 2 to 6 nm for a peak voltage of 30 to 100 volts, and for larger masses, the minimum step is larger due to increased inertia. Become. This mode is not generally used for large movements, but is useful for the final placement of objects to be moved. Reversing the polarity of the excitation, or increasing the rise time and decreasing the fall time, will result in movement in the opposite direction. The operation of the body in this mode is not well understood, but extremely small minimum steps can be achieved.

【0078】上記の代わりに、一方の電極対のみに電圧
を印加し(electrified)、他方の電極対は接地するか
又は浮かせておく。
Alternatively, a voltage is applied to only one electrode pair, while the other electrode pair is grounded or left floating.

【0079】モータがパルス状に動作する代替の実施の
形態では、電極14及び16に同一の電圧が印加され、
電極18及び20には反対の極性の電圧が印加される
(又は接地され、又は浮いたままにされる)。このよう
な電圧印加(electrification)によっても、極めて小
さい移動が行われることになる。
In an alternative embodiment in which the motor operates in a pulsed fashion, the same voltage is applied to the electrodes 14 and 16 and
Opposite polarity voltages are applied to electrodes 18 and 20 (or grounded or left floating). Such a voltage application (electrification) also causes a very small movement.

【0080】このようなパルス状の電圧によって電極を
励起する他の例により、別の最小ステップ値が得られ
る。例えば、電極14を正のパルスで励起し、電極16
を負のパルスで励起すると(一方、電極18及び20は
接地されるか、又は浮いたままとされる)、約2〜5nmの
最小ステップが得られる。電極18及び20をそれぞれ
正及び負のパルスで励起することにより(一方、好まし
くは電極14及び16は浮いたままとする)、5〜8nmの
最小ステップが得られる。電極14及び18に一方の極
性のパルスが印加され、電極20にはその反対の極性の
パルスが印加されたときは(電極16は浮いている)、
同じような値の最小ステップが得られる。代替の例とし
て、上記において浮いているとされた電極を接地するこ
とができるが、この場合は、効率が低下することにな
る。
Another example of exciting the electrode with such a pulsed voltage provides another minimum step value. For example, the electrode 14 is excited by a positive pulse, and the electrode 16 is excited.
Is excited with a negative pulse (while electrodes 18 and 20 are grounded or left floating), a minimum step of about 2-5 nm is obtained. By exciting electrodes 18 and 20 with positive and negative pulses, respectively (while preferably electrodes 14 and 16 are left floating), a minimum step of 5-8 nm is obtained. When a pulse of one polarity is applied to electrodes 14 and 18 and a pulse of the opposite polarity is applied to electrode 20 (electrode 16 is floating),
A minimum value of similar value is obtained. As an alternative, the above-identified floating electrode could be grounded, but this would reduce efficiency.

【0081】特に有用な差動モードにおいては、2つの
電極14及び20には正のパルスが印加される一方、2
つの電極16及び18は接地され、フロート状態にし、
もしくは負のパルスが印加される。このモードにおいて
は、非常に小さい最小の動きを、0.1乃至2nmの範
囲で達成することができる。対角方向の電極には、同一
又は異なった振幅の電圧のパルスを印加してもよい。
In a particularly useful differential mode, a positive pulse is applied to the two electrodes 14 and 20 while
The two electrodes 16 and 18 are grounded and floated,
Alternatively, a negative pulse is applied. In this mode, very small minimal movements can be achieved in the range of 0.1 to 2 nm. Pulses of voltages of the same or different amplitudes may be applied to the diagonal electrodes.

【0082】パルス電圧による励起は、好ましくは図8
に図示された形状を有して利用され、例えば、各電極が
分離されて励起可能である、上述されたSU69349
4号の形状のような従来技術の形状に印加されるときに
また有用である。
Excitation by a pulse voltage is preferably performed as shown in FIG.
SU69349, described above, for example, wherein each electrode is separate and excitable.
It is also useful when applied to prior art shapes such as the No. 4 shape.

【0083】本発明に係るモータの好ましい実施の形態
においては、圧電セラミック10は、まず、高速の動き
を目標の位置の近傍に生成するように、図1乃至図6を
参照して説明したようにある交流電圧によって励起さ
れ、次いで、図7及び図8を参照して上述したようなパ
ルス電圧によって励起される。このような励起のための
装置構成を含むモータシステムの好ましい一実施の形態
が、図9においてブロック図の形式で図示されている。
In a preferred embodiment of the motor according to the invention, the piezoceramic 10 is first described with reference to FIGS. 1 to 6 so as to produce a high-speed movement near the target position. , And then by a pulse voltage as described above with reference to FIGS. One preferred embodiment of the motor system including the arrangement for such excitation is illustrated in block diagram form in FIG.

【0084】図9に示すように、コントロールシステム
50は、例えば、それぞれ電圧調節された1対のレギュ
レータ電源54及び56に対してエネルギーを印加する
ことと、4個のスイッチ/変調器回路58,60,62
及び64とを制御するマイクロコントローラ52である
コントローラを備える。スイッチ/変調器回路の各々は
電極14,16,18又は20の1つに接続される。第
2の面上の電極は、好ましくは同調用インダクタ66を
介して接地される。
As shown in FIG. 9, the control system 50 includes, for example, applying energy to a pair of regulated voltage regulator power supplies 54 and 56, and four switch / modulator circuits 58, 58, respectively. 60,62
, 64 and a microcontroller 52 that controls Each of the switch / modulator circuits is connected to one of the electrodes 14, 16, 18 or 20. The electrodes on the second side are preferably grounded via tuning inductor 66.

【0085】マイクロコントローラ52は好ましくは、
ボディ30の位置を示しかつマイクロコントローラ52
へのフィードバックを提供する位置指示器(又は位置検
出器)68からの位置信号を受信する。マイクロコント
ローラ52はまた好ましくは、位置(又は動き)を受信
し、さらにオプショナルでユーザインターフェース70
からの速度コマンドを受信する。
The microcontroller 52 is preferably
Microcontroller 52 indicating the position of body 30 and
A position signal is received from a position indicator (or position detector) 68 that provides feedback to the controller. The microcontroller 52 also preferably receives the position (or movement), and optionally the user interface 70
Receive speed command from

【0086】動作中において、マイクロコントローラ5
2は、ユーザインターフェース70からの位置コマンド
を受信し、それを位置指示器68によって指示される実
際の位置と比較する。もしコマンドが移動コマンドであ
れば、その位置はただ後の比較のために記憶(記録)す
る。
In operation, the microcontroller 5
2 receives the position command from the user interface 70 and compares it with the actual position indicated by the position indicator 68. If the command is a move command, its position is stored for later comparison.

【0087】マイクロコントローラ52は、必要とされ
る動きの量を記憶し、予め決められた最適化基準に基づ
いて、交流モード又はパルスモードが適当であるか、そ
して、ほとんどのボディが移動する方向はどちらの方向
であるかを決定する。複数の適当な信号は、圧電セラミ
ック10が上述のように適当な励起形状で動作するよう
に、それらの信号が各電極に対して交流電圧又はパルス
電圧のいずれか(もしくは、無電圧又は接地電圧)を生
成して印加されるように、スイッチ/変調器回路に出力
する。移動すべき距離の中で残っている距離は適当なレ
ベル以下に減少され、マイクロコントローラ52は図7
及び図8を参照して上述した、適当なパルス励起を利用
する高解像度低速度モードに切り換える。位置の高い正
確さが所望されるときに、励起様式における幾つかの変
形を適宜行ってもよい。ボディ30が目標の位置に到達
したときに、複数の電極の励起は終了される。
The microcontroller 52 stores the amount of movement required, based on predetermined optimization criteria, whether the AC or pulse mode is appropriate, and the direction in which most of the body moves. Determines which direction it is. A plurality of suitable signals are either AC or pulsed (or no voltage or ground voltage) to each electrode so that the piezoceramic 10 operates in a suitable excitation configuration as described above. ) Is generated and applied to the switch / modulator circuit. The remaining distance to be moved is reduced to below a suitable level, and the microcontroller 52 returns to FIG.
And switch to the high resolution low speed mode utilizing appropriate pulse excitation as described above with reference to FIG. Some variation in the excitation mode may be made as appropriate when high positional accuracy is desired. When the body 30 reaches the target position, the excitation of the plurality of electrodes is terminated.

【0088】圧電セラミック10の電気的な共振とそれ
に接続される配線とを、圧電セラミック10の機械的な
共振と同一の周波数に同調させるためにインダクタ66
が用いられる。電気回路は、圧電セラミック10の第1
と第2の面上の複数の電極によって形成された静電容量
のほとんどからなるので、この静電容量を“同調外に設
定し”かつ当該システムの効率を改善するために、例え
ばインダクタ66のようなインダクタを付加することが
適当である。
The inductor 66 is used to tune the electric resonance of the piezoelectric ceramic 10 and the wiring connected thereto to the same frequency as the mechanical resonance of the piezoelectric ceramic 10.
Is used. The electric circuit is composed of the first piezoelectric ceramic 10.
And the majority of the capacitance formed by the plurality of electrodes on the second surface, so that this capacitance may be "set out of tune" and improve the efficiency of the system, for example, by using inductor 66. It is appropriate to add such an inductor.

【0089】当該システムの動きの制御は閉ループシス
テムについて説明してきたが、より低い正確さでの開ル
ープ動作も可能である。閉ループ動作に対しては、当該
システムは約0.5nmよりも良い正確さを達成するこ
とができると信じる。開ループ動作に対しては、動きの
量はかなり正確に評価検出することができ、位置は動き
の全体の量の約0.1%乃至1%以内に制御することが
できる。
Although the control of the movement of the system has been described for a closed loop system, open loop operation with lower accuracy is also possible. For closed loop operation, we believe that the system can achieve accuracy better than about 0.5 nm. For open loop operation, the amount of motion can be estimated fairly accurately, and the position can be controlled to within about 0.1% to 1% of the total amount of motion.

【0090】本発明の好ましい実施の形態によれば、所
望の共振モード以外の共振モードを抑制することによっ
てマイクロモータの能力を増加させるために少なくとも
ひとつの拘束部材(constraining menber)が使用され
る。図32は2つの拘束部材が使用された形態を示し、
図33は、実寸法からの外れを強調して示した所望モー
ドに関するセラミック10を示す図32と同様に、ある
形態を示している。圧電セラミック10の輪郭にきつく
備わり取り付けられた拘束部材300,302は、糸も
しくはワイヤにて作成可能であり、上記圧電セラミック
に接着可能である。又、部材300.302は、プラス
チックもしくは金属成形を含むこともできる。部材30
0.302は、動作の所望モードに関するX方向におい
て寸法変化が0である点、即ち、セラミック10の長さ
のほぼ1/6及びほぼ5/6の位置に好ましくは位置す
る。他のモードではそれらの位置の一若しくは両方にて
寸法変化を有し、それによって抑制される。そのような
形態において、スペーサ26の運動幅(motion amplitu
de)は拘束部材を有しないマイクロモータにおいて同じ
入力電力にて得られる運動幅に比較して30%に達する
ことにより増加可能である。又、符号300若しくは符
号302のいずれか一方のみの拘束部材が使用される。
According to a preferred embodiment of the present invention, at least one constraint menber is used to increase the performance of the micromotor by suppressing resonance modes other than the desired resonance mode. FIG. 32 shows a form in which two restraining members are used,
FIG. 33 shows a form, similar to FIG. 32, showing the ceramic 10 for the desired mode with the departure from actual dimensions highlighted. The restraining members 300 and 302 tightly attached to the outline of the piezoelectric ceramic 10 can be made of a thread or a wire, and can be bonded to the piezoelectric ceramic. The members 300.302 can also include plastic or metal moldings. Member 30
0.302 is preferably located at a point where the dimensional change is zero in the X direction for the desired mode of operation, ie, at approximately 1/6 and approximately 5/6 of the length of the ceramic 10. Other modes have dimensional changes at one or both of their locations and are thereby suppressed. In such a configuration, the motion width of the spacer 26 (motion amplitu)
de) can be increased by reaching 30% compared to the movement width obtained with the same input power in a micromotor without a restraining member. Also, only one of the restriction members 300 or 302 is used.

【0091】本発明の好ましい実施の形態において、図
34に示すように、上記マイクロモータの出力を増加し
上記スペーサに押圧される本体の動作を円滑にするた
め、固定アーム310がスペーサ軸受け端(bearing ed
ge)に対する圧電セラミック10の短絡端(short edg
e)に取り付けられる。アーム310は、好ましくは圧
電セラミック10の表面にほぼ平行に取り付けられ、ア
ーム310の一端は垂直部材314を介してセラミック
10の短絡端43に取り付けられる。本体30に押圧さ
れて取り付けられるスペーサ312は、スペーサ26が
取り付けられるセラミック10の端部近傍にてアーム3
10の他端に取り付けられる。
In a preferred embodiment of the present invention, as shown in FIG. 34, in order to increase the output of the micromotor and to make the operation of the main body pressed by the spacer smooth, the fixed arm 310 has a spacer bearing end ( bearing ed
ge) to the short-circuited end of the piezoelectric ceramic 10 (short edg).
e) is attached. The arm 310 is preferably mounted substantially parallel to the surface of the piezoelectric ceramic 10, and one end of the arm 310 is mounted via a vertical member 314 to the short-circuit end 43 of the ceramic 10. The spacer 312 that is pressed and attached to the main body 30 is attached to the arm 3 near the end of the ceramic 10 to which the spacer 26 is attached.
10 is attached to the other end.

【0092】図34の実施の形態の他の多くの好ましい
形態が存在する。そのような形態の一つにおいて、スペ
ーサ312は好ましくはセラミックであり、垂直部材3
14は好ましくはアルミニウムにて作成される。この形
態において、垂直部材314が圧電セラミック10の第
1面の電極を短絡することを避けるため特別の注意を取
らねばならない。他の形態において、垂直部材314は
セラミックである。上述した形態において、垂直部材3
14は短絡端43の全体に沿って取り付けることがで
き、若しくは短絡端43の中央部のみに例えばセラミッ
クスペーサによって取り付けることができる。
There are many other preferred embodiments of the embodiment of FIG. In one such form, the spacer 312 is preferably ceramic and the vertical member 312
14 is preferably made of aluminum. In this configuration, special care must be taken to prevent the vertical member 314 from shorting the electrodes on the first side of the piezoelectric ceramic 10. In another form, the vertical member 314 is ceramic. In the embodiment described above, the vertical member 3
14 can be attached along the entire short-circuit end 43, or can be attached only to the central portion of the short-circuit end 43 by, for example, a ceramic spacer.

【0093】図3又は図5に示されるような形態におい
て、AC電圧による圧電セラミック10の励磁(excita
tion)に関連して上述した形態の一つの利用は、図35
に示すように、スペーサ26に関してスペーサ312の
位相外れ動作(180°の位相の相違)となる。結果と
して、本体30に働く力は2倍になり、本体30の動き
は、そのようなアームを使用しないマイクロモータに比
べよりスムースになる。
In the form shown in FIG. 3 or FIG. 5, the excitation (excita
One use of the form described above in connection with
As shown in FIG. 7, the out-of-phase operation (180 ° phase difference) of the spacer 312 with respect to the spacer 26 is performed. As a result, the force acting on the body 30 is doubled and the movement of the body 30 is smoother than a micromotor without such an arm.

【0094】又、エレメント10の他の励磁(excitati
ons)及び形態は、ここに記述するように、図32から
図35に示す装置に関連して使用することができる。本
発明によるモータの好ましい実施の形態において、複数
の圧電セラミックが上記モータの出力を増加するため、
及び異なる装置間に存在する変化(variability)を減
じるために形成可能である。図10に示されるそのよう
な一つの形態は、くし形形態にて2つの圧電セラミック
10,10’を備える。即ち、圧電セラミック10,1
0’により誘発される動作方向において2つの圧電セラ
ミック10,10’がくし形にて取り付けられる。2つ
の圧電セラミックは、図9に示される制御システム50
のような共通の制御システム若しくは分離した制御シス
テムによって駆動可能である。明快となるように、制御
システム及び電気的接続は図10には示していない。
Further, another excitation (excitati) of the element 10 is performed.
ons) and configurations, as described herein, can be used in connection with the apparatus shown in FIGS. In a preferred embodiment of the motor according to the invention, a plurality of piezoelectric ceramics increase the output of the motor,
And can be configured to reduce the variability that exists between different devices. One such configuration, shown in FIG. 10, comprises two piezoelectric ceramics 10, 10 'in a comb configuration. That is, the piezoelectric ceramics 10 and 1
Two piezoelectric ceramics 10, 10 'are mounted in a comb in the direction of motion induced by 0'. The two piezoceramics are connected to the control system 50 shown in FIG.
Or a separate control system. For clarity, the control system and electrical connections are not shown in FIG.

【0095】図10に示すように、圧電セラミック1
0,10’の中間に位置するスペーサユニット74は、
上記圧電セラミックを支持し分離する。4つのスプリン
グ付勢サイドサポート76及び2つのスプリング付勢エ
ンドサポート78は、図1の実施の形態に関連して上述
したような同一の方法にて圧電セラミック対を支持す
る。実際には、圧電セラミック10,10’は、好まし
くはスペーサユニット74とスプリング付勢サポート7
6,78の伸びにより圧電セラミックの表面に垂直に動
くことが拘束される。このような形態が図11に示され
る。
As shown in FIG.
The spacer unit 74 located in the middle between 0 and 10 '
The piezoelectric ceramic is supported and separated. Four spring-biased side supports 76 and two spring-biased end supports 78 support the piezoelectric ceramic pairs in the same manner as described above in connection with the embodiment of FIG. In practice, the piezoceramics 10, 10 'preferably comprise a spacer unit 74 and a spring-biased support 7.
The 6,78 elongation restricts movement perpendicular to the surface of the piezoelectric ceramic. Such a configuration is shown in FIG.

【0096】図11は、2つのユニットと3つのユニッ
トのくし形/平行形態にて形成された6つの圧電セラミ
ックを示す。図示の制約のため、スプリング付勢サポー
ト及び圧電セラミックに対する押圧スペーサユニット7
4の機構は示していないが、その好ましい支持機構は図
10に示されるものである。又、他の形態である、2×
4のくし形/平行形態も有益である。
FIG. 11 shows six piezoelectric ceramics formed in a comb / parallel configuration of two units and three units. Due to the limitations shown, the spring-loaded support and the pressing spacer unit 7 for the piezoelectric ceramics
Although the mechanism 4 is not shown, a preferred support mechanism is that shown in FIG. Another form, 2 ×
A four comb / parallel configuration is also beneficial.

【0097】本発明によるモータの好ましい実施の形態
において、図10及び図11に示される実施の形態に使
用される圧電セラミックはすべて同じではない。本発明
のこの実施の形態において、一つ若しくは複数の圧電セ
ラミックはPZT−8(Morgan Matroc Inc.にて製造さ
れる)のような比較的硬い材料にて作成され、一つ若し
くは複数の圧電セラミックはPZT−5H(Morgan Mat
roc Inc.にて製造される)のような柔らかい材料にて作
成される。上記の2つのタイプの材料は、同じx、y寸
法と同じ共振(resonance)を有し、共振周波数が個々
の圧電セラミックの厚さを調整することにより得られる
ように、物理的に形作ることができる。又、両方の材料
が同じ厚さにて使用することもできる。そのような形態
において、上記の柔らかい材料のブローダ(broader)
Qは、硬い材料及び柔らかい材料の両方が同じ周波数に
て十分に励磁(excite)されることを仮定するであろ
う。
In the preferred embodiment of the motor according to the invention, the piezoceramics used in the embodiments shown in FIGS. 10 and 11 are not all the same. In this embodiment of the invention, the one or more piezoelectric ceramics are made of a relatively hard material, such as PZT-8 (manufactured by Morgan Matroc Inc.), and the one or more piezoelectric ceramics are Is PZT-5H (Morgan Mat
(manufactured by roc Inc.). The above two types of materials have the same x, y dimensions and the same resonance, and can be physically shaped so that the resonance frequency is obtained by adjusting the thickness of the individual piezoceramics. it can. Also, both materials can be used at the same thickness. In such a configuration, a broader of the above soft material
Q will assume that both hard and soft materials are fully excite at the same frequency.

【0098】上記柔らかい圧電セラミックが帯電される
とき、共振幅がDx及びDyの両方において大きくな
り、セラミック26が本体に接触する期間の部分(時
間)が上記硬い圧電セラミックに関するよりも大きくな
る。しかしながら、この性質により、柔らかい圧電セラ
ミックが作用する原動力量は低くなり、動作のむらも低
くなる。
When the soft piezoelectric ceramic is charged, the resonance width increases in both Dx and Dy, and the portion (time) during which the ceramic 26 contacts the body is larger than for the hard piezoelectric ceramic. However, due to this property, the driving force acting on the soft piezoelectric ceramic is low, and the operation unevenness is also low.

【0099】先のパラグラフにて記述したように両方の
タイプの圧電セラミックが使用される、本発明の好まし
い実施の形態において、硬い圧電セラミックは静止摩擦
及び他の慣性力を抑える能力があり、柔らかい圧電セラ
ミックは、硬い圧電セラミックのみが使用される場合よ
りもスムースな停止、起動にてよりスムースな、より正
確な動作を付与する能力がある。
In a preferred embodiment of the invention, where both types of piezoelectric ceramics are used, as described in the preceding paragraph, hard piezoelectric ceramics have the ability to reduce traction and other inertial forces and are soft. Piezoceramics have the ability to provide a smoother, more accurate operation at smooth stop and start than when only hard piezoceramics are used.

【0100】本発明の好ましい実施の形態において、2
つのタイプのセラミックは、互いに位相外れ(180°
の位相差)を起こす。この場合、2つのタイプのセラミ
ックは、本質的に独立した方法(励磁サイクル(excita
tion cycle)の異なる部分にて)で動作し、2つのタイ
プの圧電セラミックの異なる動作のため最小の摩擦とな
る。本発明の好ましい実施の形態において、位相の逆転
は2つのセラミックにて極性化方向を逆にしたセラミッ
クを使用することで達成される。又、位相外れした電圧
を印加することもできる。上記セラミックの逆位相動作
はまた、同一特性の2つの圧電セラミックが使用される
ときにも有益である。
In a preferred embodiment of the present invention, 2
Two types of ceramic are out of phase with each other (180 °
Phase difference). In this case, the two types of ceramics are essentially independent (excitation cycle).
at different parts of the piezoceramic cycle), resulting in minimal friction due to the different behavior of the two types of piezoceramics. In a preferred embodiment of the present invention, phase reversal is achieved by using two ceramics with reversed polarization directions. Also, a voltage out of phase can be applied. The anti-phase operation of the ceramic is also beneficial when two piezoceramics of the same characteristics are used.

【0101】本発明のすべての有利な点を有するX−Y
運動も可能である。X−Y運動を生じる一つの形態が図
12に示される。一体式のX形状セクション90は、圧
電セラミック材料で形成され、上記セクションの大きな
平坦な内面に形成された前及び後電極を有する。図示さ
れていない(及び完全に若しくは部分的に示される面に
対する)上記内面には、全面に配置された単一電極が設
けられる。それらの単一電極は、接地され(若しくはシ
ステム電力共同帰線に接続される)、本発明の好ましい
実施の形態によれば、示される上記電極は上述した機構
に従い活性化される。そのようなデバイスでX−Yテー
ブルを構成することは、図1及び図11に従い上述した
ように上記セラミックを保持し、セラミック26に接触
する平坦なテーブルを加えることのみが要求される。同
一の若しくは異なるセラミックの複数のX形状セクショ
ン90は、図10及び図11に関して上述したような平
行−くし形形態において使用可能である。
XY having all the advantages of the present invention
Exercise is also possible. One form of producing XY motion is shown in FIG. The integral X-shaped section 90 is formed of a piezoceramic material and has front and rear electrodes formed on the large flat inner surfaces of the section. The inner surface, not shown (and with respect to the surface shown completely or partially), is provided with a single electrode arranged over the entire surface. Those single electrodes are grounded (or connected to the system power common return) and, according to a preferred embodiment of the invention, the electrodes shown are activated according to the mechanism described above. Configuring an XY table with such a device only requires the addition of a flat table that holds the ceramic and contacts the ceramic 26 as described above with reference to FIGS. Multiple X-shaped sections 90 of the same or different ceramics can be used in a parallel-comb configuration as described above with respect to FIGS.

【0102】図13は第2の、思い浮かべるよにう簡単
に、しかし、小型でない形態を示しており、この構成物
は、図1〜5に示したような2つの圧電セラミックが、
一端でのX運動および他端でのY運動を達成するよう
に、一体に固着されたものである。
FIG. 13 shows a second, reminiscently simple, but not compact form, in which two piezoceramics as shown in FIGS.
They are secured together to achieve an X movement at one end and a Y movement at the other end.

【0103】図13の形態を使用し、かつ、本願発明の
好ましい実施の形態として構成されたX−Yテーブル1
00は、図14に単純化された形で図示されている。テ
ーブル100は、固定されたベース102およびトップ
104の間に挟まれた図13の形態中に2つの圧電セラ
ミック10からなるものであり、支持体106,10
8,110,112,114および116,118およ
び120が、図1〜5の支持体32,34,36および
38に、形および機能において同一である。支持体10
6〜120のすべては定着物(明確には表示されていな
い)に一体に設けられているが、ベース102には取り
付けられていない。しかしながら、定着物とベース10
2との間をX方向(矢印122で示す)にスライド移動
することが許されるスライダーが設けられることが好ま
しく、かつ、定着物に取り付けられている。
An XY table 1 using the configuration of FIG. 13 and configured as a preferred embodiment of the present invention.
00 is shown in simplified form in FIG. The table 100 comprises two piezoelectric ceramics 10 in the configuration of FIG. 13 sandwiched between a fixed base 102 and a top 104, and supports 106, 10
8, 110, 112, 114 and 116, 118 and 120 are identical in shape and function to the supports 32, 34, 36 and 38 of FIGS. Support 10
All of 6 to 120 are provided integrally with the fixing material (not clearly shown), but are not attached to the base 102. However, the fixer and base 10
It is preferable to provide a slider that is allowed to slide in the X direction (indicated by an arrow 122) between the first and second fixing members, and is attached to the fixing material.

【0104】一組のスライダー124,126および1
28は、矢印130で示したY方向に定着物についてト
ップ104の動作を許すように設けられている。スライ
ダー124〜128は定着物に取り付けられることが好
ましい。
A set of sliders 124, 126 and 1
Reference numeral 28 is provided to allow the top 104 to move with respect to the fixed material in the Y direction indicated by the arrow 130. The sliders 124 to 128 are preferably attached to the fixing material.

【0105】要するに、定着物は、上下の圧電セラミッ
ク10およびスライダー用支持体を有しており、前記ス
ライダーはベース102に対してX方向に定着物、およ
び、この定着物に対してY方向にトップ104のスライ
ド移動を許すものである。
In short, the fixed material has upper and lower piezoelectric ceramics 10 and a support for a slider, and the slider is fixed to the base 102 in the X direction and to the fixed material in the Y direction. The slide movement of the top 104 is allowed.

【0106】使用中、下方側の圧電セラミックの励起
は、それをX方向に移動させる。トップ104は定着物
に対してX方向に移動することを前記定着物に規制され
ているので、トップ104はX方向に定着物と同様に同
じ量だけ移動する。したがって、下方側の圧電セラミッ
クの励起はトップ104のX運動を生じさせる。上方側
の圧電セラミックが励起された場合、トップ104は定
着物に対してY方向に移動する。定着物はベースに対し
てY方向にいくらか移動するように規制されているの
で、トップ104はベース102に対して移動する。。
In use, the excitation of the lower piezoelectric ceramic causes it to move in the X direction. Since the top 104 is restricted from moving in the X direction with respect to the fixed material by the fixed material, the top 104 moves in the X direction by the same amount as the fixed material. Thus, excitation of the lower piezoceramic causes the X motion of the top 104. When the upper piezoelectric ceramic is excited, the top 104 moves in the Y direction with respect to the fixing material. The top 104 moves with respect to the base 102 because the fixed matter is regulated to move somewhat in the Y direction with respect to the base. .

【0107】上方および下方の圧電セラミックを選択的
に励起することがベース102に対してトップ104の
X−Y動作を生じさせ、図1〜図11の実施の形態につ
いて上で示した直線運動に関する実施の形態のすべての
利点を有している。圧電セラミックの一つだけを励起す
ると、一方向だけの運動が生じる。
The selective excitation of the upper and lower piezoceramics causes the XY movement of the top 104 with respect to the base 102, with respect to the linear motion shown above for the embodiment of FIGS. It has all the advantages of the embodiment. Exciting only one of the piezoceramics results in movement in only one direction.

【0108】X,Y,Z運動、X,Y,Θ運動、また
は、直角でない複数の軸に沿う運動方向に略述した原理
を使用することは可能であり、各軸に沿って運動させる
ために異なるセラミックを設けてもよい。
It is possible to use the principles outlined for X, Y, Z motion, X, Y, Θ motion, or motion directions along a plurality of non-perpendicular axes. May be provided with different ceramics.

【0109】さらに、異なる又は同一の部品からなる圧
電セラミックの2個縦列および直列配置は、図10およ
び図11を参照することにより、直線運動装置に関する
2個縦列配置のように、前述と同様な利用を生じさせ
る。
Further, the two tandem and series arrangements of piezoelectric ceramics of different or identical parts are the same as described above, as in the two tandem arrangement for the linear motion device, with reference to FIGS. Generate usage.

【0110】回転運動を達成するために本願発明にかか
る圧電セラミックの使用が図15に示されており、図1
0で示されたと同様な圧電セラミック150の2個縦列
形態が、シリンダー152に沿うように、かつ、シリン
ダー152を回転するように適用されている。このよう
な形態により、セラミックスペーサ26の表面はシリン
ダー152の表面に沿う凹面形状を有していることが好
ましい。図1〜5に示したと同様の単一圧電セラミッ
ク、または、環状に配置された圧電セラミックのいくつ
かは形態150の代わりにも使用できる。
The use of a piezoceramic according to the invention to achieve a rotational movement is shown in FIG.
Two tandem forms of piezoceramic 150 similar to that shown at 0 are applied along cylinder 152 and rotate cylinder 152. With such a form, the surface of the ceramic spacer 26 preferably has a concave shape along the surface of the cylinder 152. A single piezoceramic similar to that shown in FIGS. 1-5, or some of the piezoceramics arranged in an annulus, can be used in place of feature 150.

【0111】球体の円運動および3次元位置決めが必要
な場合、図15のような形態は、球体を回転させ、か
つ、位置決めするために形態150と同様、3つの直交
するように配置されたセラミック組成物を設けることよ
り、修正して使用される。もし、回転だけ(そして、3
次元の位置決めが必要でない)が必要な場合、2つの直
交する駆動部で十分である。この実施の形態では、セラ
ミック26の外表面が球体の表面に沿うように形成され
ている。
When the circular movement and three-dimensional positioning of the sphere are required, the configuration as shown in FIG. 15 is similar to the configuration 150 for rotating and positioning the sphere, in which three orthogonally arranged ceramics are arranged. By providing the composition, it is used after being modified. If only rotation (and 3
(No dimensional positioning is required), two orthogonal drives are sufficient. In this embodiment, the outer surface of the ceramic 26 is formed along the surface of the sphere.

【0112】本願発明を使用する場合、速度,正確さ,
駆動力の組み合わせ改良することは可能である。単一セ
ラミックパッド26だけを使用することにより、過大な
力が必要とされるクラッキングのための先行技術以上
に、本体30に対してセラミックを押すため、より大き
な力を用いることができる。2個縦列のセラミックの使
用は意外に駆動力および速度の増大をもたらす。一般
に、より高い速度およびより大きな駆動力のいずれも
が、本願発明では同一体積の圧電セラミックで同時に達
成できる。
When using the present invention, speed, accuracy,
It is possible to improve the combination of driving forces. By using only a single ceramic pad 26, a greater force can be used to push the ceramic against the body 30 than in the prior art for cracking where excessive force is required. The use of two tandem ceramics unexpectedly results in increased driving force and speed. In general, both higher speeds and higher driving forces can be achieved simultaneously with the same volume of piezoelectric ceramic in the present invention.

【0113】また、本願発明は、前述の実施の形態にお
いて図示された長方形状の電極が使用されている場合、
運動は完全な直線ではなく、すなわち、セラミック26
の運動の回転特性のため、セラミックの一部分だけが動
作中の本体30に接触することが分かる。14′,1
6′,18′および20′が前述の図で示された直線化
バージョンのきっちりとしていない電極である場合に
は、例えば、図16に示すように電極を切削することに
よって改良できる。図16には正弦変化が示されている
が、他の電極形状もまた装置が直線化するように改良す
ることが可能である
Further, the present invention is applicable to the case where the rectangular electrode shown in the above-described embodiment is used.
The movement is not perfectly straight, ie, the ceramic 26
It can be seen that due to the rotational nature of the movement, only a portion of the ceramic contacts the body 30 in operation. 14 ', 1
If 6 ', 18' and 20 'are loose electrodes of the straightened version shown in the previous figure, this can be improved, for example, by cutting the electrodes as shown in FIG. Although the sinusoidal change is shown in FIG. 16, other electrode shapes can also be modified to straighten the device.

【0114】本発明の好ましい実施の形態として、図3
6に一例が挙げられ、複数の圧電セラミックを含む配置
は、X軸に沿って反対方向に本体30の運動を対称運動
とするために用いられる。この配置が、実質的に使用さ
れる場合、同一の力および振幅をXおよび−X方向に適
用できる。図36で示された配置は、図36で示された
X,Y方向によって形成されるX−Y平面で同一方向に
方向づけされている2つの平行な圧電セラミック10,
10′を有している
As a preferred embodiment of the present invention, FIG.
6, an arrangement including a plurality of piezoelectric ceramics is used to make the movement of the body 30 symmetrical in the opposite direction along the X axis. If this arrangement is used substantially, the same forces and amplitudes can be applied in the X and -X directions. The arrangement shown in FIG. 36 has two parallel piezoelectric ceramics 10, oriented in the same direction in the XY plane formed by the X and Y directions shown in FIG.
Has 10 '

【0115】図36に示すように、圧電セラミック1
0,10′のそれぞれは、一対の固定支持体32,34
および一対の弾性支持体36,38によって移動が規制
されている。支持体32〜38は、各セラミックの長手
方向の角部40,42および40′,42′に沿ってセ
ラミック10,10′を、実質上、X軸に沿って移動量
ゼロにしようとして引き合っている。支持体32〜38
はY軸に沿ってスライド可能であることが好ましい。
As shown in FIG. 36, the piezoelectric ceramic 1
Each of 0, 10 'is a pair of fixed supports 32, 34.
The movement is restricted by the pair of elastic supports 36 and 38. The supports 32-38 attract the ceramics 10, 10 'along the longitudinal corners 40, 42 and 40', 42 'of each ceramic in an attempt to achieve substantially zero displacement along the X axis. I have. Supports 32-38
Is preferably slidable along the Y axis.

【0116】固定された支持体32および34は長手方
向の角部40に沿って圧電セラミック10を引き合い、
一方、圧電セラミック10′が固定されているため、支
持体32,34が長手方向の角部42′を引き合ってい
る。弾性支持体36,38が長手方向の角部42にそっ
て圧電セラミック10を引き合い、一方、圧電セラミッ
ク10′のため、弾性支持体36.38が長手方向の角
部40′に沿って圧電セラミック10′を引き合ってい
る。この配置により、一つの圧電セラミックによっても
たらされるXおよび−X運動間のいくつかの違いが、同
一で反対の他の圧電セラミックによって補償される。
The fixed supports 32 and 34 attract the piezoelectric ceramic 10 along the longitudinal corners 40,
On the other hand, since the piezoelectric ceramic 10 'is fixed, the supports 32 and 34 attract the longitudinal corners 42'. The resilient supports 36, 38 attract the piezoelectric ceramic 10 along the longitudinal corners 42, while the resilient supports 36.38, due to the piezoelectric ceramic 10 ', extend along the longitudinal corners 40'. 10 '. With this arrangement, some differences between the X and -X movements caused by one piezoceramic are compensated by another, identical and opposite piezoceramic.

【0117】X軸に沿う対称運動を提供するための択一
的配置が、本発明の好ましい実施の形態として図37に
図示されている。
An alternative arrangement for providing symmetrical movement along the X axis is shown in FIG. 37 as a preferred embodiment of the present invention.

【0118】図37は、2つの全く同一構成のアセンブ
リ320及び340を有する装置を示している。アセン
ブリ320は2つの剛体322及び324からなり、そ
れらはヒンジ326によって連結されていると共に、ヒ
ンジ328及び329によって基台(図示せず)にそれ
ぞれ装着されている。同様に、アセンブリ340はヒン
ジ327、341、342によって基台にそれぞれ装着
されている。
FIG. 37 shows an apparatus having two identically constructed assemblies 320 and 340. The assembly 320 consists of two rigid bodies 322 and 324, which are connected by hinges 326 and mounted on a base (not shown) by hinges 328 and 329, respectively. Similarly, the assembly 340 is mounted on the base by hinges 327, 341 and 342, respectively.

【0119】ヒンジ326及び327は、圧電セラミッ
ク10の孔、特にセラミック面に延びている。ヒンジ3
26及び327用の孔は、短縁に沿って2つの電極の
間、例えば、電極14と16の間と、電極18と20の
間にそれぞれ配設され、X軸に沿って動作しない位置で
あるのが好ましい。本発明の好ましい実施の形態では、
ヒンジ326及び327はセラミック10の1/6及び
5/6の長さで短縁28からそれぞれ離れている。
The hinges 326 and 327 extend through holes in the piezoelectric ceramic 10, especially the ceramic surface. Hinge 3
Holes for 26 and 327 are located along the short edge between the two electrodes, eg, between electrodes 14 and 16, and between electrodes 18 and 20, respectively, at locations where they do not move along the X axis. Preferably it is. In a preferred embodiment of the present invention,
Hinge 326 and 327 are 1/6 and 5/6 the length of ceramic 10 and are spaced from short edge 28, respectively.

【0120】各要素322はセラミック10の反対面に
2つの腕部330及び331を有し、各要素324がセ
ラミック10の反対面に腕部334及び335を有する
のが好ましい。これにより、セラミック10は腕部33
0と331、腕部334と335の間に配設される。弾
性要素337及び338は要素322の腕部330と3
31の間、要素324の腕部334と335の間に配設
されるのが好ましい。アセンブリ320の弾性要素33
7及び338はセラミックの長さの約1/6で圧電セラ
ミック10に弾性力を付与しており、アセンブロ340
の同様な要素はセラミック10の長さの約5/6で弾性
力を付与する。
Preferably, each element 322 has two arms 330 and 331 on the opposite side of ceramic 10, and each element 324 has arms 334 and 335 on the opposite side of ceramic 10. As a result, the ceramic 10 is
0 and 331 and between the arms 334 and 335. Elastic elements 337 and 338 are provided with arms 330 and 3 of element 322.
31 and between the arms 334 and 335 of the element 324. Elastic element 33 of assembly 320
Numerals 7 and 338 provide an elastic force to the piezoelectric ceramic 10 at about 1/6 of the length of the ceramic.
A similar element provides elasticity at about 5/6 the length of the ceramic 10.

【0121】1つの典型的な装置では、圧電セラミック
10はPZT・4によって構成され、300mmの長
さ、7mmの幅、3mmの厚さを有する。この装置での
弾性要素337及び338は、5mmの長さで、直径
2.5・3mm、ショア硬さ60・70のシリコンシリ
ンダである。弾性要素44は、長さ5mm、直径2.5
mmで、圧電セラミック10の短縁43に約5N(ニュ
ートン)の力を及ぼすことが可能である。図3又は図5
に示すように、交流200・300Vで圧電セラミック
を励磁して、この装置を使用する場合、0.1・0.3μ
mの分解能(resolution)と最大約400mm/secの
速度とが得られる。
In one typical device, the piezoceramic 10 is made of PZT.4 and has a length of 300 mm, a width of 7 mm, and a thickness of 3 mm. The elastic elements 337 and 338 in this device are silicon cylinders 5 mm long, 2.5.3 mm in diameter and 60.70 Shore hardness. The elastic element 44 has a length of 5 mm and a diameter of 2.5
mm, it is possible to exert a force of about 5 N (Newton) on the short edge 43 of the piezoelectric ceramic 10. FIG. 3 or FIG.
As shown in the figure, when the piezoelectric ceramic is excited with an alternating current of 200 and 300 V and this device is used, 0.1.
A resolution of m and a speed of up to about 400 mm / sec are obtained.

【0122】本発明の好ましい実施の形態では、図17
に示される形状の電極が使用されている。この実施の形
態のために、電極14、16、18、20に加えて付加
電極150が圧電セラミックに適用されている。電極1
50は好ましくはセラミック10と同一幅まで延設さ
れ、直流電圧あるいは他の電極で使用される調波電圧に
よって励磁される。そのような励磁の結果、セラミック
10は伸長され、移動対象物に対してモータに予備負荷
を与える。調波励起を使用することによって、この予備
負荷は他の電極に対して同期され、セラミック26と移
動対象物との間の接触時間を増大させる。理論上は、そ
のようなシステムからスプリング44を省略することが
可能であるが、実際には(圧電セラミックよりもさらに
ゆっくりと反応する)幾らかの弾性付勢力が使用され、
必要ですらある。同様な作用が図18及び19の実施の
形態から得られる。
In a preferred embodiment of the present invention, FIG.
Are used. For this embodiment, an additional electrode 150 is applied to the piezoelectric ceramic in addition to the electrodes 14, 16, 18, 20. Electrode 1
50 preferably extends to the same width as the ceramic 10 and is excited by a DC voltage or a harmonic voltage used at another electrode. As a result of such excitation, the ceramic 10 is stretched and pre-loads the motor on the moving object. By using harmonic excitation, this preload is synchronized with respect to the other electrodes, increasing the contact time between ceramic 26 and the moving object. In theory, it would be possible to omit the spring 44 from such a system, but in practice some resilient biasing force (which reacts more slowly than piezoceramics) is used,
There is even need. A similar effect is obtained from the embodiment of FIGS.

【0123】単体及び複数のセラミックモータのいずれ
にも適用可能な他の装着手段が図20に示されている。
この装着手段では孔が、圧電セラミック10の中心と、
その中心線上の1/6と5/6の位置とに形成されてい
る。これらの孔はセラミック10の厚みの20及び30
%の直径を有するのが好ましい。ピン152は約±10
0μmの隙間を有して孔内に配設され、少なくとも一端
はレバー154、156、158の一端に取り付けられ
ている。ピンはセラミック10内で伝わるのと同一の音
響速度を有する材料で形成されている。ピンは金属、セ
ラミックあるいは他の適切な材料で構成すればよい。
FIG. 20 shows another mounting means applicable to both a single motor and a plurality of ceramic motors.
In this mounting means, the hole is located at the center of the piezoelectric ceramic 10;
It is formed at 1/6 and 5/6 positions on the center line. These holes have thicknesses 20 and 30 of the ceramic 10.
%. Pin 152 is approximately ± 10
It is disposed in the hole with a gap of 0 μm, and at least one end is attached to one end of levers 154, 156, 158. The pins are formed of a material having the same acoustic velocity as transmitted in the ceramic 10. The pins may be made of metal, ceramic or other suitable material.

【0124】本発明の好ましい実施の形態で使用される
セラミック10の共振モードのために、セラミックは孔
の長軸方向にのみ移動する。実際、中央孔は殆ど移動し
ない。レバーの他端が固着本体160に回転自在に取り
付けられると、セラミック10はその長軸に沿ってのみ
移動させられる。これにより、スプリング36及び38
を除去することが可能となる。さらに、スプリング44
は、物体が移動される方向にレバーの1つを推し進め、
モータを付勢するスプリング44′によって置き換えら
れる。そのようなスプリングの多くは他のレバーを付勢
するように使用される。
Because of the resonant mode of the ceramic 10 used in the preferred embodiment of the present invention, the ceramic moves only in the longitudinal direction of the hole. In fact, the central hole hardly moves. When the other end of the lever is rotatably attached to the fixed body 160, the ceramic 10 is moved only along its long axis. Thereby, the springs 36 and 38
Can be removed. Further, the spring 44
Pushes one of the levers in the direction the object is moved,
It is replaced by a spring 44 'that biases the motor. Many such springs are used to bias other levers.

【0125】同様な原理が、図21に示すように、2つ
の並設された圧電セラミック要素10及び10′を装着
することのみに適用される。この配置では、圧電セラミ
ック10及び10′は上述の手段に使用される5つのレ
バー162、164、166、168、170に装着さ
れる。レバー170は、好ましくは両セラミックの中心
に取り付けられると共に、プレート172の中心に固着
される単一部材のレバーであることに注目すべきであ
る。他のレバーは一端をセラミックの1つの孔に回転可
能の装着され、他端をプレート172に回転可能に装着
されている。各セラミック10及び10′は下端をスプ
リング44によって別個に付勢されている。
A similar principle applies only to mounting two juxtaposed piezoceramic elements 10 and 10 ', as shown in FIG. In this arrangement, the piezoceramics 10 and 10 'are mounted on five levers 162, 164, 166, 168, 170 used for the above-described means. It should be noted that lever 170 is preferably a single-piece lever attached to the center of both ceramics and secured to the center of plate 172. The other lever is rotatably mounted at one end to one hole of ceramic and rotatably mounted at the other end to the plate 172. Each ceramic 10 and 10 'is separately biased at its lower end by a spring 44.

【0126】他の形態では、セラミック10及び10′
はスプリングでは付勢されていない。しかしながら、プ
レート172は垂直方向にのみ移動できるだけであり、
移動対象物に対してセラミック10及び10′を付勢す
るために、下端でスプリング(図示せず)によって付勢
されている。装着手段の種々の幅寸法は、これらの好ま
しい実施の形態に於けるてこの原理を使用することによ
り、勿論、技術上の改良が可能である。
In another form, the ceramics 10 and 10 '
Is not biased by a spring. However, the plate 172 can only move vertically,
The lower end is biased by a spring (not shown) to bias the ceramics 10 and 10 'against the moving object. The various width dimensions of the mounting means can of course be technically improved by using this principle in these preferred embodiments.

【0127】上述のピンに圧電セラミックを装着する主
な利点は、セラミックの温度を顕著に低下させることで
あり、それは取付位置から熱を奪うことによって達成さ
れる。また、取付位置は好ましい操作形態では熱い部分
でもある。特に、これらの位置の温度は、この手段を使
用することによって50・80℃から約30℃まで低下
させることができる。
The main advantage of mounting piezoceramics on the pins described above is to significantly lower the temperature of the ceramic, which is achieved by removing heat from the mounting location. The mounting position is also a hot part in the preferred mode of operation. In particular, the temperature at these locations can be reduced from 50.80 ° C. to about 30 ° C. by using this means.

【0128】セラミックからピンへの熱伝導がよいと
き、ピンの冷却効果は高められる。そのような熱伝導を
確実にするために、ピンは熱伝導性がよく、相対的に柔
らかい材料、例えば、穴の内壁を被覆するエラストマー
中に固定されるべきである。1つの適切な材料はエポキ
シであり、それは硬化するには不十分な量で使用され
る。そのような弾性材料は孔でピンを小さく部分的に回
転させるのに十分である。本発明の好ましい実施の形態
では、エポキシには(圧電セラミック自身と同様な材料
の)PZT粉末が約40%充填されている。そのような
充填により、エポキシでの音響速度を圧電セラミックに
合わせることができる。
When the heat transfer from the ceramic to the pin is good, the cooling effect of the pin is enhanced. In order to ensure such heat conduction, the pins should be thermally conductive and fixed in a relatively soft material, for example an elastomer covering the inner wall of the hole. One suitable material is epoxy, which is used in an insufficient amount to cure. Such a resilient material is sufficient to rotate the pin small and partially in the hole. In a preferred embodiment of the invention, the epoxy is filled with about 40% PZT powder (of a material similar to the piezoceramic itself). Such a filling allows the acoustic velocity in the epoxy to be matched to the piezoelectric ceramic.

【0129】また、装置の動きは、セラミック26が移
動対象物に接触状態にある時間量に基づいて測定可能で
ある。そのような測定を容易にするために、移動対象物
に面するセラミックの表面は金属でコーティングされ、
電極はこのコーティングに接触している。この目的のた
めに、コーティングはセラミック26の側部に伸びてい
る。移動対象物は金属(あるいは金属コーティングを有
するもの)からなり、接触時間をセラミック26の金属
コーティングと移動対象物との間の短絡時間として測定
することができる。
The movement of the device can be measured based on the amount of time that the ceramic 26 is in contact with the moving object. To facilitate such measurements, the surface of the ceramic facing the moving object is coated with metal,
Electrodes are in contact with this coating. For this purpose, the coating extends to the side of the ceramic 26. The moving object is made of metal (or having a metal coating), and the contact time can be measured as a short-circuit time between the metal coating of the ceramic 26 and the moving object.

【0130】図22、23、24はステージの動きに対
してセラミックモータを適用した場合を示し、CD読取
器のような光学ディスク読取器として使用される。その
ような装置では、ステージ160には孔164が形成さ
れ、その孔164は、ステージ160に装着された光学
読取器(単体では図示せず)が光学ディスクを検出する
(及び読み取る)。
FIGS. 22, 23 and 24 show a case where a ceramic motor is applied to the movement of the stage, and is used as an optical disk reader such as a CD reader. In such an apparatus, a hole 164 is formed in the stage 160, and an optical reader (not shown alone) mounted on the stage 160 detects (and reads) an optical disk.

【0131】図22では、ステージ160は2つのレー
ル162とセラミックモータ166に装着されている。
このセラミックモータはここで説明するタイプの1つで
あるのが好ましく、レールに沿ってステージを移動させ
るためにステージ160の一縁部に移動可能に設けられ
ている。
In FIG. 22, the stage 160 is mounted on two rails 162 and a ceramic motor 166.
The ceramic motor is preferably of one of the types described herein and is movably provided on one edge of stage 160 for moving the stage along the rails.

【0132】図23及び24では、ステージ160の一
縁部はレールに装着され、他縁部はラック170によっ
てウォーム168に噛合されている。セラミックモータ
172はここで説明するタイプの1つであるのが好まし
く、ウォームの一端に装着されたホイール174を駆動
する。図23及び24はモータがホイールを駆動する方
法が相違している。
23 and 24, one edge of the stage 160 is mounted on a rail, and the other edge is engaged with the worm 168 by the rack 170. The ceramic motor 172 is preferably of one of the types described herein and drives a wheel 174 mounted on one end of the worm. 23 and 24 differ in the way the motor drives the wheels.

【0133】上述の全ての実施の形態では、セラミック
プレートとマイクロモータが取り付けられる表面との間
のスペーサがセラミックプレートの短縁の一方、好まし
くは短縁の中心に取り付けられている。プレートの長手
方向は取付面に対して直角である。光学駆動動作がセラ
ミックプレートの短縁で得られるので、この配置が好ま
しい。しかしながら、幾つかの適用例では、例えば、モ
ータがスライドとそのハウジングとの間に配置される
際、取付面に直交する、使用可能なスペースには制限が
あり、セラミックプレートの長手方向よりも短くなる。
この問題を解決するため、本発明は他のセラミックマイ
クロモータを提供する。それはセラミックプレートの長
手方向が取付面に対して平行であるが、セラミックプレ
ートの短縁で生み出される光学的動作は利用できるとい
うものである。
In all the embodiments described above, the spacer between the ceramic plate and the surface on which the micromotor is mounted is mounted at one of the short edges of the ceramic plate, preferably at the center of the short edge. The longitudinal direction of the plate is perpendicular to the mounting surface. This arrangement is preferred because the optical drive operation is obtained at the short edge of the ceramic plate. However, in some applications, for example, when the motor is positioned between the slide and its housing, there is a limit to the space available, perpendicular to the mounting surface, which is shorter than the longitudinal direction of the ceramic plate. Become.
To solve this problem, the present invention provides another ceramic micromotor. That is, the longitudinal direction of the ceramic plate is parallel to the mounting surface, but the optical movement created by the short edge of the ceramic plate is available.

【0134】本発明のこのような態様に関して、セラミ
ックスペーサは圧電プレートの長縁の一端に取り付けら
れ、長縁と平行な面に取り付けられている。そのように
取り付けられたスペーサはセラミックプレートの短縁の
近傍に配設されるため、スペーサは短縁で共鳴動作に関
係して移動する。このようにスペーサが移動する結果、
スペーサに係合する表面あるいはマイクロモータの動き
が得られる。その動きはセラミックプレートの長軸方向
と平行に両者が制約されることに依存する。しかしなが
ら、プレートの長縁の中央部というよりむしろ端部ある
いはその近傍にスペーサを配設することは、スペーサの
非対称な動きを生み出す。それで、一方向の取付面ある
いはマイクロモータの動きは異なり、例えば他の方向で
の一致した動きよりも力なくあるいはゆっくりとなる。
この非対称性をなくすため、圧電セラミックプレートは
後述するように一対で使用するのが好ましい。
For such an embodiment of the invention, the ceramic spacer is attached to one end of the long edge of the piezoelectric plate and is mounted on a plane parallel to the long edge. Since the spacer so mounted is arranged near the short edge of the ceramic plate, the spacer moves at the short edge in relation to the resonance operation. As a result of this movement of the spacer,
The movement of the surface or micromotor engaging the spacer is obtained. Its movement depends on the fact that both are constrained parallel to the longitudinal direction of the ceramic plate. However, arranging the spacer at or near the end rather than the center of the long edge of the plate creates an asymmetric movement of the spacer. Thus, the movement of the mounting surface or micromotor in one direction is different, for example less powerful or slower than the corresponding movement in the other direction.
In order to eliminate this asymmetry, it is preferable to use a pair of piezoelectric ceramic plates as described later.

【0135】表面210に取り付けられている、対をな
す圧電マイクロモータ200を図式的に図示する図15
をいま参照する。上述された対をなさない実施の形態に
おいては、表面210又はマイクロモータ200のいず
れかの動きが拘束され、印加される力に依存して、他の
動きを可能にする。マイクロモータ200は、好ましく
は、アルミニウムにてなるハウジング220内に装着さ
れた2枚の圧電セラミックプレート212及び214を
備える。ハウジング220は好ましくは、表面210に
対して押し付けられる。プレート212及び214の外
側の短いエッジ、すなわち、図25に図示されたプレー
ト212の右側エッジとプレート214の左側エッジと
は、好ましくは、例えばセラミック材料などの比較的堅
い材料で形成された水平方向の支持部材222によって
支持される。プレート212及び214の内側の短いエ
ッジ、すなわち、プレート212の左側エッジとプレー
ト214の右側エッジは、好ましくは、堅いゴム又はプ
ラスチック材料で好ましくは形成された、好ましくは弾
力性のある連結部材226によって支持される。プレー
ト212及び214は、部材226と同一の材料又は、
好ましくはより堅い材料で形成されることが可能な底部
支持部材224によってその底部から支持される。
FIG. 15 schematically illustrates a pair of piezoelectric micromotors 200 mounted on a surface 210.
See now. In the non-paired embodiment described above, movement of either surface 210 or micromotor 200 is constrained, allowing other movements, depending on the applied force. The micromotor 200 comprises two piezoceramic plates 212 and 214 mounted in a housing 220 preferably made of aluminum. Housing 220 is preferably pressed against surface 210. The outer short edges of the plates 212 and 214, ie, the right edge of the plate 212 and the left edge of the plate 214 illustrated in FIG. 25, are preferably horizontal, made of a relatively rigid material such as, for example, a ceramic material. Is supported by the support member 222. The inner short edges of the plates 212 and 214, ie, the left edge of the plate 212 and the right edge of the plate 214, are preferably provided by a resilient connecting member 226, preferably formed of a rigid rubber or plastic material. Supported. Plates 212 and 214 may be made of the same material as member 226, or
Supported from its bottom by a bottom support member 224, which can be preferably formed of a stiffer material.

【0136】本発明に係る好ましい実施の形態によれ
ば、好ましくはセラミックにてなるスペーサ216がプ
レート212の上表面にその左端部において取り付けら
れ、同様のスペーサ28がプレート214の上表面にそ
の右端部に取り付けられる。スペーサ212及び214
は、マイクロモータ200が表面210に対して押し付
けられるときに、機能的に表面210と嵌合されて取り
付けられる。本発明に係る好ましい実施の形態において
は、ハウシング220は、好ましくは、例えばテフロン
などの低摩擦材料にて形成され又は被覆された保護のた
めのフレーム215を備え、当該フレーム215は、ス
ペーサ216及び218によって嵌合されて取り付けら
れた表面210の領域と少なくとも部分的に分離し、ゴ
ミなどの所望されないものが表面210上に蓄積される
ことを防止する。
According to a preferred embodiment of the present invention, a spacer 216, preferably made of ceramic, is attached to the upper surface of plate 212 at its left end and a similar spacer 28 is attached to the upper surface of plate 214 at its right end. Attached to the part. Spacers 212 and 214
Is functionally fitted and attached to surface 210 when micromotor 200 is pressed against surface 210. In a preferred embodiment according to the present invention, the housing 220 preferably comprises a protective frame 215 formed or coated with a low friction material such as Teflon, the frame 215 comprising spacers 216 and At least partially separated from the area of the mated and attached surface 210 by 218 to prevent unwanted matter, such as debris, from accumulating on the surface 210.

【0137】4個の電極は、複数の長方形状を有するチ
ェッカー盤状のパターン電極を形成するようにメッキさ
れて、もしくは、そうでなければ、圧電セラミックプレ
ート212及び214の各々の前面に取り付けられ、こ
こで、パターン電極の複数の長方形のそれぞれは、図1
における電極14,16,18及び20を参照して上述
したように、前面の1/4を実質的にカバーする。各圧
電セラミックプレートの裏面は、図1を参照して上述し
たように、1つの電極(図示せず。)を用いて実質的に
その全体がカバーされる。図1の実施の形態におけるよ
うに、対角方向に位置する2つの電極は、好ましくは4
つの電極の接合部の近傍に置かれた複数のワイヤ230
によって電気的に接続される。各セラミックプレートの
裏面上の複数の電極は、好ましくは接地される。とって
代わって、複数の電極は、上記複数の電極を形成するた
めに用いられたプリント印刷配線技術と同様の技術によ
って接続することができる。
The four electrodes are plated to form a checkerboard-like patterned electrode having a plurality of rectangular shapes or otherwise mounted on the front of each of the piezoceramic plates 212 and 214. Here, each of the plurality of rectangles of the pattern electrode is shown in FIG.
Cover substantially one quarter of the front surface, as described above with reference to the electrodes 14, 16, 18 and 20 at. The back surface of each piezoelectric ceramic plate is substantially entirely covered with one electrode (not shown), as described above with reference to FIG. As in the embodiment of FIG. 1, the two electrodes located diagonally are preferably 4
Multiple wires 230 placed near the junction of the two electrodes
Electrically connected by The plurality of electrodes on the back of each ceramic plate are preferably grounded. Alternatively, the plurality of electrodes may be connected by a technique similar to the printed wiring technique used to form the plurality of electrodes.

【0138】プレート212及び214上の複数の電極
は、好ましくは、図25においてブロック図の形式で図
示された励起回路によって駆動される。当該励起回路
は、例えば、電圧調整されたレギュレータ電源242へ
のエネルギーの印加と、スイッチ/変調器回路240と
を制御するマイクロコントローラ244であるコントロ
ーラを備える。スイッチ/変調器回路240における複
数のスイッチは、ワイヤ234及び236又はその印刷
配線の電極パターンなどの等価物を介して、プレート2
12及び214の前面上の、予め選択された各グループ
の電極に接続される。セラミックプレート212及び2
14の裏面上の複数の電極は、好ましくは、増幅器24
6及びコイル248を備える同調回路を介して接地され
る。
The plurality of electrodes on the plates 212 and 214 are preferably driven by an excitation circuit illustrated in block diagram form in FIG. The excitation circuit includes, for example, a controller that is a microcontroller 244 that controls the application of energy to the voltage regulated regulator power supply 242 and the switch / modulator circuit 240. The switches in the switch / modulator circuit 240 are connected to the plate 2 via wires 234 and 236 or equivalents, such as printed wiring electrode patterns.
Connected to each preselected group of electrodes on the front of 12 and 214. Ceramic plates 212 and 2
The plurality of electrodes on the back of 14 preferably
6 and a tuning circuit comprising a coil 248.

【0139】後述される特別な励起モードとは別に、各
セラミックプレート212及び214上の複数の電極
は、与えられたアプリケーションに従って所望された特
徴を有するマイクロモータ200を提供するように、本
発明の対をなさない実施の形態を参照して上述した任意
のモードに従って相互に接続されかつ励起されてもよ
い。同様に、セラミックスペーサ214及び216は、
上述の実施の形態のように、比較的柔い又は比較的堅い
セラミックスによって形成してもよい。しかしながら、
プレート212上の複数の電極の励起は、後述するよう
に、表面210に対して同一の水平方向でスペーサ21
6及び218の動きを得るために、プレート214上の
複数の電極の励起と比較して反転する必要がある。
Apart from the special excitation modes described below, the plurality of electrodes on each ceramic plate 212 and 214 can be used to provide a micromotor 200 having the desired characteristics according to a given application. It may be interconnected and excited according to any of the modes described above with reference to the unpaired embodiment. Similarly, ceramic spacers 214 and 216
As in the above-described embodiment, it may be formed of relatively soft or relatively hard ceramics. However,
Excitation of the plurality of electrodes on the plate 212 is effected in the same horizontal direction with respect to the surface 210 as described below.
In order to obtain the movement of 6 and 218, it is necessary to invert compared to the excitation of the electrodes on the plate 214.

【0140】圧電セラミックプレート212及び214
における好ましい複数のx−y共振モードを図示し、マ
イクロモータ200の一部分の簡単にかつ概略を図示す
る図26をいままた参照する。図26をおいて図示され
るように、プレート212及び214上の複数の電極
は、好ましくは、2つのグループの電極である電極25
4と電極256とに分割される。電極254に印加され
る励起電圧は、一般に、電極256に印加される極性と
反対の極性を有し、すなわち、電極256に負の電圧が
印加されているとき電極254に正の電圧が印加され、
並びに、それらと反対に電圧が印加される。
Piezoelectric ceramic plates 212 and 214
26, which illustrates a plurality of preferred xy resonance modes in FIG. As shown in FIG. 26, the plurality of electrodes on plates 212 and 214 are preferably electrodes 25, which are two groups of electrodes.
4 and an electrode 256. The excitation voltage applied to electrode 254 generally has a polarity opposite to the polarity applied to electrode 256, ie, a positive voltage is applied to electrode 254 when a negative voltage is applied to electrode 256. ,
In addition, a voltage is applied in the opposite direction.

【0141】スペーサ216はプレート212の左側端
部に取り付けられる一方、スペーサ218はプレート2
14の右側端部に取り付けられ、図26における励起方
法は、上記2つのスペーサがY軸に沿った同一の方向、
すなわち上下方向で移動するとき、X軸に沿った同一の
方向、すなわち左右方向でのスペーサ216及び218
の動きをもたらすことを認識すべきである。従って、ス
ペーサ216及び218は常に、所望されるように表面
210に対して同一の方向で移動する。この励起方法に
よれば、圧電セラミック212及び214のX及びYの
共振モードの図式的なグラフは、プレート212及び2
14の下側に図式的に図示されている。図26において
さらに図示されるように、底部支持部材224は、好ま
しくは、プレート212及び214上の複数のポイント
の下側に設けられ、ここで、Y軸の沿った動き、すなわ
ちΔyが実質的にゼロになる。このことは、マイクロモ
ータ200の安定性を改善し、y軸に沿ってマイクロモ
ータ200によって得られた振幅を最大化する。
The spacer 216 is attached to the left end of the plate 212, while the spacer 218 is
14, the excitation method in FIG. 26 is such that the two spacers are in the same direction along the Y axis,
That is, when moving in the up-down direction, the spacers 216 and 218 in the same direction along the X-axis, that is, in the left-right direction
It should be recognized that Thus, spacers 216 and 218 always move in the same direction relative to surface 210 as desired. According to this excitation method, a schematic graph of the X and Y resonance modes of the piezo ceramics 212 and 214
14 is shown schematically below. As further illustrated in FIG. 26, the bottom support member 224 is preferably provided below a plurality of points on the plates 212 and 214, where the movement along the Y axis, ie, Δy, is substantially To zero. This improves the stability of the micromotor 200 and maximizes the amplitude obtained by the micromotor 200 along the y-axis.

【0142】本発明の好ましい一実施の形態に係る電極
254及び256に提供される、マイクロコントローラ
244(図25)によって制御されるパルス形状の励起
信号を図式的に図示する図27をいま参照する。図27
の励起信号は、表面210と接触しないで複数のスペー
サを移動するように動作させる、予め決められた直流電
圧の間隔によって分離された、駆動励起電圧の複数のパ
ルスからなる。図27においては、励起電圧の上側ピー
クと、励起電圧の下側ピークとの間の電圧の差が“A”
によって示され、パルスとパルスとの間の直流電圧が
“B”によって示されている。上述された対をなさない
マイクロモータに対して適当な本発明のこの実施の形態
によれば、励起信号のパルスレートは、実質的に、マイ
クロモータによって取り付けられたボディの自己共振周
波数に従って設定される。
Reference is now made to FIG. 27, which schematically illustrates a pulse-shaped excitation signal controlled by microcontroller 244 (FIG. 25) provided to electrodes 254 and 256 according to a preferred embodiment of the present invention. . FIG.
The excitation signal consists of a plurality of pulses of a drive excitation voltage, separated by a predetermined DC voltage interval, which operates to move the plurality of spacers without contacting the surface 210. In FIG. 27, the voltage difference between the upper peak of the excitation voltage and the lower peak of the excitation voltage is “A”.
And the DC voltage between the pulses is indicated by "B". According to this embodiment of the invention suitable for the unpaired micromotor described above, the pulse rate of the excitation signal is set substantially according to the self-resonant frequency of the body mounted by the micromotor. You.

【0143】マイクロモータによって駆動される複数の
ボディの典型的な複数の共振周波数、すなわち300H
zのオーダーでの複数の周波数は、一般的に、用いられ
る駆動交流周波数よりもきわめて低く、各パルスは駆動
する交流の周期における実際の数を含む。パルスとパル
スの間の電極254及び256(図25参照。)に印加
される直流電圧Bは、一般的に、スペーサ216及び2
18がパルスとパルスの間で表面210から離れるよう
に、電極254又は256のどちらが駆動されるかに依
存して、駆動周波数の低い側のピークよりも低いか、も
しくは、駆動周波数の高い側のピークよりも高い。従っ
て、駆動されるボディは自律的にパルスとパルスの間で
移動する。上記励起信号のパルスレートと、上記嵌合す
るように取り付けられたボディの自己共振との間のこの
相互関係は、駆動パルスと、それに応答して駆動された
ボディの応答との間の破壊的な干渉を防止する。
The typical resonance frequencies of the bodies driven by the micromotor, ie, 300H
Frequencies in the order of z are generally much lower than the driving AC frequency used, and each pulse contains the actual number in the period of the driving AC. The DC voltage B applied to the electrodes 254 and 256 (see FIG. 25) between the pulses generally comprises a spacer 216 and 2
Depending on whether electrode 254 or 256 is driven, so that 18 moves away from surface 210 between pulses, it is either lower than the lower peak of the drive frequency or the higher drive frequency. Higher than the peak. Thus, the driven body autonomously moves between pulses. This correlation between the pulse rate of the excitation signal and the self-resonance of the matingly mounted body results in a catastrophic between the drive pulse and the response of the body driven in response. Prevent interference.

【0144】セラミックプレート212及び214上に
おける変形例の電極形状を図式的に図示する図28をい
ま参照する。本発明に係るこの実施の形態によれば、付
加的な複数の電極260がプレート212及び214の
上側エッジと下側エッジ上に設けられる。複数の電極2
60は、好ましくは、複数の電極256(図26)を駆
動するために用いられる同一の複数の励起電圧によって
励起される。この形状においては、Y軸に沿ったスペー
サ216及び218の動きの振幅は、スペーサ216及
び218の上側に図式的に図示されるように、X軸に沿
った複数のスペーサの動きの振幅よりも大きいというこ
とを認識すべきである。複数のスペーサの上に図式的に
図示された図26における複数のスペーサの実質的に円
形の動きと対照的に、若干傾斜された、スペーサ216
及び218の楕円形状のこの動きは、そのような動きが
スペーサ216及び218と表面210との間の接触の
時間を増大させるので、複数のスペーサと表面210と
の間でより大きな駆動力とより良い牽引力(牽引摩擦
力)を有するマイクロモータ200を提供する。
Reference is now made to FIG. 28, which schematically illustrates an alternative electrode configuration on ceramic plates 212 and 214. According to this embodiment of the invention, additional electrodes 260 are provided on the upper and lower edges of plates 212 and 214. Multiple electrodes 2
60 is preferably excited by the same excitation voltages used to drive the electrodes 256 (FIG. 26). In this configuration, the amplitude of the movement of the spacers 216 and 218 along the Y axis is greater than the amplitude of the movement of the plurality of spacers along the X axis, as shown schematically above the spacers 216 and 218. It should be recognized that it is large. The spacers 216 are slightly angled, as opposed to the substantially circular movement of the plurality of spacers in FIG. 26 schematically illustrated over the plurality of spacers.
This movement of the elliptical shape of 218 and 218 increases the time of contact between the spacers 216 and 218 and the surface 210, and thus a greater driving force between the plurality of spacers and the surface 210. A micromotor 200 having good traction (traction friction) is provided.

【0145】圧電セラミックプレート212及び214
の変形例の装着構造を図示する図29をいま参照する。
水平方向の支持部材222及び連結部材226に加え
て、プレート212及び214がプレート212とプレ
ート214の下側であってそれらの間に、ハウジング2
20(図25)において装着されたベース266によっ
て支持される。複数のプレート212及び214はま
た、好ましくは弾性力のある、複数のホルダー262に
よって支持される。各ホルダー262の一端は、好まし
くは、ハウジング220に固定的に取り付けられた各取
付台(マウント)265上に回転可能に装着される一
方、各ホルダー262の他端は、プレート212又は2
14における各孔を介して延在する各ピン264上に回
転可能に装着される。4本のピン264は、好ましくは
プレート212及び214上に装着され、各プレート上
に2本のピンが、Y軸に沿った振幅が上述のように実質
的にゼロとなる複数のポイントにおいて装着される。好
ましい実施の形態においては、2つのホルダー262は
各ピン264上に装着され、1つのホルダーがプレート
212又は214の各側面に装着される。弾性のある底
部支持部材263は、好ましくは、各ホルダー262の
下側端部と、プレート212又はプレート214の底部
エッジとの間に装着される。上述のように最適な複数の
位置でプレート212及び214を支持する複数のホル
ダー262の提供は、マイクロモータ200の安定性を
改善する。複数のスペーサ262は好ましくは、図29
に図示されるように傾斜され、これによって、圧電プレ
ート212及び214の駆動の動きをY軸に沿って可能
にする。
Piezoelectric ceramic plates 212 and 214
Reference is now made to FIG.
In addition to horizontal support member 222 and connecting member 226, plates 212 and 214 are under plate 212 and plate 214 and between housing 212
20 (FIG. 25) is supported by the base 266 mounted. The plurality of plates 212 and 214 are also supported by a plurality of preferably resilient holders 262. One end of each holder 262 is preferably rotatably mounted on a respective mount 265 fixedly mounted to the housing 220, while the other end of each holder 262 is mounted on a plate 212 or 2
14 is rotatably mounted on each pin 264 extending through each hole. Four pins 264 are preferably mounted on plates 212 and 214, and two pins on each plate are mounted at multiple points where the amplitude along the Y axis is substantially zero as described above. Is done. In a preferred embodiment, two holders 262 are mounted on each pin 264, and one holder is mounted on each side of plate 212 or 214. An elastic bottom support member 263 is preferably mounted between the lower end of each holder 262 and the bottom edge of plate 212 or plate 214. Providing a plurality of holders 262 supporting the plates 212 and 214 at optimal positions as described above improves the stability of the micromotor 200. The plurality of spacers 262 are preferably configured as shown in FIG.
, Which allows a drive movement of the piezoelectric plates 212 and 214 along the Y-axis.

【0146】プレート212及び214のためのもう1
つの変形例の装着構造を図示する図30をいま参照す
る。この構造によれば、図29の複数のピン264と同
様の複数のピン268が、プレート212及び214上
であって、上述のように、動きの振幅が実質的にゼロに
なる位置に装着される。従って、上述の複数の共振モー
ドに従って、3本のピン268を各プレートに装着して
もよい。好ましくは鋼製のスプリングである、少なくと
も1つのスプリング270が、図30において図示され
た方法で複数のピン268上に装着される。スプリング
270の端部は好ましくは、スプリング70が好ましく
は水平方向の支持部材222上に装着される2つのボビ
ン272の間で伸びるように、ハウジング220におい
て調節ネジに連結される。このストレッチングは、さら
に水平サポート222をプレート212と214の外方
短手エッジに対して付勢し、圧電プレートにより良いサ
ポートを提供している。スプリング70のテンション
は、スクリュ274を使用して調整することができる
が、y軸に沿う運動に対してプレート212と214の
弾性を制御する。これにより、マイクロモータ200の
収縮、速度、及び力を制御することができる。
Another for plates 212 and 214
Reference is now made to FIG. 30, which illustrates a variation of the mounting structure. According to this structure, a plurality of pins 268, similar to the plurality of pins 264 of FIG. 29, are mounted on the plates 212 and 214, as described above, at positions where the amplitude of movement is substantially zero. You. Therefore, three pins 268 may be mounted on each plate according to the plurality of resonance modes described above. At least one spring 270, preferably a steel spring, is mounted on the plurality of pins 268 in the manner illustrated in FIG. The end of the spring 270 is preferably coupled to an adjustment screw in the housing 220 such that the spring 70 extends between two bobbins 272 mounted on a preferably horizontal support member 222. This stretching also biases the horizontal support 222 against the outer short edges of the plates 212 and 214, providing better support for the piezoelectric plate. The tension of spring 70 can be adjusted using screw 274, but controls the elasticity of plates 212 and 214 with respect to movement along the y-axis. Thereby, the contraction, speed, and force of the micromotor 200 can be controlled.

【0147】図31を参照すると、マイクロモータ20
0を比較的薄い物体278に係合するための好ましい配
置が図示されている。一般に、マイクロモータが薄い物
体に係合すると、モータによって物体に印加された律動
力(pulsed force)が係合領域で物体をわずかに損傷し
たり、屈曲させたりすることがある。このため、本発明
者はこの問題を最小にするカウンターベアリング装置2
80を考案した。これによると、本発明の好ましい実施
の形態であるカウンタ−ベアリング装置280はハウジ
ング282を含み、このハウジングはマイクロモータ2
00のハウジング220にコネクタ290を介して固定
して接続するのが好ましい。ハウジング282の中の少
なくとも1つのベアリング284は、スペーサ216と
218によって物体278の前面に印加される力に対す
る、物体278の裏面(すなわち、マイクロモータ20
0と係合しない面)の剛性サポートを提供する。ベアリ
ング284は、公知の如何なるベアリング、例えば金属
円筒であってもよい。
Referring to FIG. 31, micromotor 20
A preferred arrangement for engaging a zero with a relatively thin object 278 is shown. Generally, when a micromotor engages a thin object, the pulsed force applied to the object by the motor may cause the object to slightly damage or bend in the area of engagement. For this reason, the present inventor has proposed a counter bearing device 2 that minimizes this problem.
80 was devised. According to this, a preferred embodiment of the present invention, a counter-bearing device 280, includes a housing 282, which is
It is preferable to fix and connect to the housing 220 via a connector 290. At least one bearing 284 in housing 282 provides for the back of object 278 (ie, micromotor 20) to be applied to the force applied to the front of object 278 by spacers 216 and 218.
0 (the surface that does not engage with 0). Bearing 284 may be any known bearing, for example, a metal cylinder.

【0148】カウンタ−ベアリング装置280の特に好
ましい実施の形態では、ベアリング284はプレート2
12と214と類似した圧電セラミックを含む。この実
施の形態では、接地電極(不図示)はベアリング284
の一方の平坦な面を実質的に覆うのに対し、ベアリング
284の他方の面は2つの分離電極286と288を含
み、それらはその面の二分の一を覆う。電極286と2
88が図31に示すようにすなわち上下に配置され、上
述したようにAC電圧が印加されると、ベアリング28
4がy−軸に沿って共振周波数で振動する。ベアリング
284がプレート212と214のy−軸周波数で適当
な方向例えば上方に駆動され、スペーサ216と218
が次第に降下し、スペーサが上方すると、マイクロモー
タ200によって加えられる力に対する極めて効果的な
カウンタ−ベアリングを提供する。本発明のこの実施の
形態は、適当な構造的調整をすると、上述の組でないマ
イクロモータにも同様に適用することができるという利
点がある。
In a particularly preferred embodiment of the counter-bearing device 280, the bearing 284
12 and 214 include similar piezoelectric ceramics. In this embodiment, the ground electrode (not shown) is
While the other surface of bearing 284 includes two separate electrodes 286 and 288, which cover one-half of that surface. Electrodes 286 and 2
When the AC voltage is applied as described above, the bearings 28 are positioned as shown in FIG.
4 oscillate at the resonance frequency along the y-axis. Bearings 284 are driven in the appropriate direction, e.g., upward, at the y-axis frequency of plates 212 and 214, and spacers 216 and 218
As the spacers gradually descend and the spacers rise, they provide a very effective counter-bearing for the forces exerted by the micromotor 200. This embodiment of the invention has the advantage that, with appropriate structural adjustments, it can be applied to micromotors other than those described above as well.

【0149】マイクロモータ200は1つのプレート2
12と1つのプレート214のみを含むように記載した
が、圧電プレート212と214の複数の組を使用する
図25−31の実施の形態の変形も本発明の範囲に含ま
れるということを理解しなければならない。このような
場合、プレートの組はお互いに平行に装着されるのが好
ましい。
The micromotor 200 has one plate 2
Although described as including only 12 and one plate 214, it should be understood that variations of the embodiment of FIGS. 25-31 using multiple sets of piezoelectric plates 212 and 214 are also within the scope of the invention. There must be. In such a case, the sets of plates are preferably mounted parallel to one another.

【0150】本発明のいくつかの好ましい実施の形態で
は、圧電セラミック10が、読み/書きヘッドを移動し
位置決めするディスクドライブに利用されている。この
ような形態は図38−41に示されている。図38は読
み/書きヘッドを移動させる圧電マイクロモータを含む
ディスクドライブのブロック図である。ディスクドライ
ブ350は、軸354の回りに回転可能なディスク35
2と読み/書きアセンブリ360を収容する。読み/書
きアセンブリ360は軸372の回りに旋回可能なアー
ム370と、軸372の回りにアーム370を旋回させ
るのに利用される圧電セラミック10とを含む。ディス
ク352のスキャンニングは、アーム370を軸372
の回りに回転させる間に、ディスク352を軸354の
回りに回転させることによって達成される。ディスク3
52の読み取り及び書き込みは、読み/書きヘッド37
4を介して達成されるが、そのヘッドはアーム370端
部に取り付けられる如何なる公知のヘッドであってもよ
い。
In some preferred embodiments of the present invention, piezoceramic 10 is utilized in a disk drive for moving and positioning the read / write head. Such a configuration is shown in FIGS. FIG. 38 is a block diagram of a disk drive including a piezoelectric micromotor for moving a read / write head. The disk drive 350 includes a disk 35 rotatable about an axis 354.
2 and a read / write assembly 360. The read / write assembly 360 includes an arm 370 pivotable about an axis 372 and the piezoceramic 10 used to pivot the arm 370 about the axis 372. The scanning of the disk 352 is performed by moving the arm 370 to the axis 372.
Is achieved by rotating the disk 352 about the axis 354 while rotating about the axis. Disk 3
The reading and writing of the read / write head
4, the head may be any known head mounted at the end of the arm 370.

【0151】図39は、読み/書きアセンブリ360の
詳細図である。図39に示すように、圧電セラミック1
0は、上述の形式の如何なるものも採用することができ
るが、固定ベース(不図示)にスルーマウント(throug
h mounts)385と386を介してスライド可能に装着
された要素に固定して装着するのが好ましい。圧電セラ
ミック10は弾性要素44によってアーム370の剛性
要素380に対して弾性的に付勢されている。弾性要素
44は固定ベース(不図示)の中の固定要素に対して押
圧されているのが好ましい。上述の励起形状の1つに従
って励起されると、圧電セラミック10により、剛性要
素380に対して付勢されているスペーサ26が電圧印
加状態に依存してx又は−x方向のいずれの方向にも移
動する。剛性要素380を介したスペーサ26とアーム
370の間の相対運動により、アーム370が軸372
の回りに旋回する。この結果、読み/書きヘッド374
はディスク352の半径にほぼ接するθ又は−θのいず
れかの方向に移動する。
FIG. 39 is a detailed view of the read / write assembly 360. As shown in FIG.
0 can be of any of the types described above, but can be mounted on a fixed base (not shown) through
It is preferably fixedly mounted to the slidably mounted element via hmounts 385 and 386. The piezoelectric ceramic 10 is elastically urged by the elastic element 44 against the rigid element 380 of the arm 370. The elastic element 44 is preferably pressed against a fixed element in a fixed base (not shown). When excited according to one of the above excitation shapes, the piezoelectric ceramic 10 causes the spacer 26 urged against the rigid element 380 to be in either the x or -x direction depending on the voltage application condition. Moving. The relative movement between the spacer 26 and the arm 370 via the rigid element 380 causes the arm 370 to move
Orbit around. As a result, the read / write head 374
Moves in a direction of either θ or −θ substantially in contact with the radius of the disk 352.

【0152】マウント385と386は圧電セラミック
10の穴を貫通して広がっている。この穴は電極間にセ
ラミック10の長手軸に沿ってセラミック10の長さの
約1/6と5/6の地点に配置されるのが好ましい。こ
れらの地点では、x軸に沿うセラミック10の変位及び
寸法変化は実質的にゼロである。
The mounts 385 and 386 extend through the holes in the piezoelectric ceramic 10. The holes are preferably located between the electrodes at about 1/6 and 5/6 the length of the ceramic 10 along the longitudinal axis of the ceramic 10. At these points, the displacement and dimensional change of the ceramic 10 along the x-axis is substantially zero.

【0153】図40及び図41は、圧電セラミック10
が固定ベースに装着される点で図39とは異なってい
る。図40に示すように、圧電セラミック10は一対の
固着要素390と391によって固定ベースに装着する
ことができる。固着要素390と391はセラミックの
長さの約1/6と5/6の地点で圧電セラミック10と
係合するのが好ましい。圧電セラミック10は、当該セ
ラミック10をその長手軸に垂直な運動を拘束している
間にセラミック10の長手軸に沿う運動が可能なよう
に、要素390と391に形成されたガイド穴に位置し
ていてもよい。
FIGS. 40 and 41 show the piezoelectric ceramic 10.
Is different from FIG. 39 in that As shown in FIG. 40, the piezoelectric ceramic 10 can be mounted on a fixed base by a pair of fixing elements 390 and 391. The fastening elements 390 and 391 preferably engage the piezoelectric ceramic 10 at about 1/6 and 5/6 of the length of the ceramic. Piezoceramic 10 is located in guide holes formed in elements 390 and 391 so as to allow movement along the longitudinal axis of ceramic 10 while constraining movement of ceramic 10 perpendicular to its longitudinal axis. May be.

【0154】代案としては、図41に示すように、圧電
セラミック10は弾性支持要素392によって固定ベー
スに装着することができる。支持弾性は支持要素392
を構成する材料の剛性によって決定される。支持要素3
92は固定ベース(不図示)に取り付けられて、セラミ
ック10の長手軸に沿ってセラミックの長さの約1/6
と5/6の地点でセラミック10と係合するのが好まし
い。
As an alternative, as shown in FIG. 41, the piezoelectric ceramic 10 can be mounted on a fixed base by means of a resilient support element 392. The supporting elasticity is the supporting element 392
Is determined by the rigidity of the material constituting Support element 3
92 is attached to a fixed base (not shown) and extends along the longitudinal axis of the ceramic 10 to about 1/6 of the length of the ceramic.
It is preferable to engage the ceramic 10 at the point of 5/6.

【0155】支持要素392の端部395と396は、
要素380の上に積もったほこりを除去するために、ア
ーム370の要素380に係合するのが好ましい。スペ
ーサ26と両端395及び396の間の要素380のス
ペーサ対向側に好ましく配置されている突起397と3
98は、それぞれアーム370の角度変位の範囲を限定
し、スペーサ26の近傍にほこりが蓄積するのを抑制し
ている。
The ends 395 and 396 of the support element 392 are
Preferably, the element 380 of the arm 370 is engaged to remove dust that has accumulated on the element 380. Protrusions 397 and 3 preferably located on the spacer-facing side of element 380 between spacer 26 and both ends 395 and 396
Numerals 98 limit the range of angular displacement of the arms 370, respectively, and suppress accumulation of dust near the spacer 26.

【0156】実際的な例では、軸372に関する要素3
80上の点の回転半径R1と、軸372に関する読み/
書きヘッド374上の点の回転半径R2との間の比は、
1から3、又は1から5のオーダである。したがって、
ディスク352上の読み/書きヘッド374の所定の角
度変位Dθに対する直線変位は、スペーサ26の所定の
角度変位Dθに対する直線変位よりも約3から5倍大き
い。
In a practical example, element 3 with respect to axis 372
The radius of gyration R1 of the point on
The ratio between the radius of gyration R2 of the point on the write head 374 is
It is of the order of 1 to 3, or 1 to 5. Therefore,
The linear displacement of the read / write head 374 on the disk 352 for a given angular displacement Dθ is about 3 to 5 times greater than the linear displacement of the spacer 26 for a given angular displacement Dθ.

【0157】本発明の好適な実施の形態では、ディスク
ドライブの読みだしや書き込みの容量を増加させるため
に、多数の圧電セラミックが使用されている。2つの平
行な圧電セラミック10、10′を表した図42に示す
配置の例は、シャフト400に装着されている。この配
置は、1つのディスクにおける以上の読みだしや書き込
みを同時に行うために、単一のディスクの反対側面に読
みだしや書き込みを同時または択一的に行うために利用
可能である。しかしながら、単一の側面のディスクへの
読みだしや書き込みには、1つの圧電セラミック10又
は10′のいずれか一方のみが使用される。
In the preferred embodiment of the present invention, a number of piezoelectric ceramics are used to increase the read and write capacity of a disk drive. An example of the arrangement shown in FIG. 42 representing two parallel piezoelectric ceramics 10, 10 'is mounted on a shaft 400. This arrangement can be used to simultaneously or alternately read or write to opposite sides of a single disk in order to simultaneously read or write more than one on a single disk. However, for reading or writing to a single sided disc, only one of the piezoceramics 10 or 10 'is used.

【0158】図42に示す配置では両方のアーム37
0、370′が、圧電セラミック10、10′の穴を貫
通して伸びたシャフト400に関して旋回可能になって
いる。
In the arrangement shown in FIG.
0, 370 'is pivotable with respect to a shaft 400 extending through a hole in the piezoelectric ceramic 10, 10'.

【0159】各圧電セラミックのために、上記穴は、そ
れぞれの短い端部28に沿って隣接する電極の間に位置
させるのが好ましく、セラミックの長さのおよそ1/6
だけ上記それぞれの短い端部28から離れている。圧電
セラミック10、10′は、回転可能なシャフト400
に固定され、回転するシャフト400にしたがって動く
ことができる。一方、圧電セラミック10、10′は、
それぞれを独立して動かせるように、保持要素404と
405との間に固定的に保持されたシャフト400に回
転可能に取り付けられることもできる。上記保持要素4
04、405は固定された基部(図示せず。)に取り付
けられるのが好ましい。
For each piezoceramic, the holes are preferably located between adjacent electrodes along each short end 28, approximately 1/6 of the length of the ceramic.
Only from the respective short ends 28. The piezoceramics 10, 10 'comprise a rotatable shaft 400.
And can move according to a rotating shaft 400. On the other hand, the piezoelectric ceramics 10, 10 '
It can also be rotatably mounted on a shaft 400 fixedly held between the holding elements 404 and 405 so that each can be moved independently. The holding element 4
04, 405 are preferably mounted on a fixed base (not shown).

【0160】圧電セラミック10、10′は、連結要素
408、408′によって読みだし/書き込みのヘッド
374、374′にそれぞれ取り付けられている。要素
408は、長い端部40、42に沿った状態で、圧電セ
ラミック10に取り付けらるか、または、圧電セラミッ
ク10を把持するのが好ましい。要素408は、セラミ
ックの長さの約1/2、および約5/6だけ短い端部2
8から離れた点で圧電セラミックに係合するのが好まし
い。対応する要素408′は、長い端部40′、42′
に沿って上記1/2およおび5/6の点で圧電セラミッ
ク10′に係合されるのが好ましい。上記1/2および
5/6の点に、x方向におけるセラミック10、10′
の動きがない点、または、寸法の変化がおおよそ存在す
る。硬質要素410は、好ましくは弾性要素411を用
いて、セラミック10、10′のスペーサ26、26′
にそれぞれ付勢されるのが好ましい。
The piezoelectric ceramics 10, 10 'are mounted on read / write heads 374, 374' by connecting elements 408, 408 ', respectively. The element 408 is preferably attached to or grips the piezoceramic 10 along the long ends 40, 42. Element 408 has an end 2 that is about one-half the length of the ceramic and about five-sixths shorter.
It is preferred to engage the piezoceramic at a point away from 8. Corresponding elements 408 'have long ends 40', 42 '
Are preferably engaged with the piezoceramic 10 'at points 1/2 and 5/6 above. At the above 1/2 and 5/6 points, the ceramics 10, 10 'in the x direction
There is a point where there is no movement, or a change in dimensions. The rigid element 410 is preferably provided with spacers 26, 26 'of the ceramic 10, 10' using elastic elements 411.
It is preferred that each be biased.

【0161】図42に示すような実際の配置において、
シャフト400に関する要素410上の点の回転半径と
シャフト400に関する読みだし/書き込みのヘッド3
74上の点の回転半径との比率は、1対5から1対10
の間の範囲とすることができる。その結果、与えられた
角度の移動 Dθによって、ディスク352上の読みだ
し/書き込みのヘッド374の直線上の移動は、スペー
サ26の直線上の移動よりも5倍から10倍それぞれ大
きくすることができる。
In an actual arrangement as shown in FIG.
The radius of gyration of a point on element 410 for shaft 400 and read / write head 3 for shaft 400
The ratio of the point on 74 to the radius of gyration is from 1: 5 to 1:10
Range. As a result, with a given angle of movement Dθ, the linear movement of the read / write head 374 on the disk 352 can be 5 to 10 times greater than the linear movement of the spacer 26, respectively. .

【0162】圧電セラミック10、10′を含んでいる
このシステムは閉ループモードで作動され、書き込みヘ
ッドの位置を決定するためにディスクドライブトラック
コントローラ(図示せず。)を含んでいる。
The system, including the piezoceramics 10, 10 ', is operated in a closed loop mode and includes a disk drive track controller (not shown) to determine the position of the write head.

【0163】本発明の好適な実施の形態において、回転
性能を高めるとともに読みだし/書き込みのヘッドの移
動角度を増加させるために、多数の圧電セラミックが使
用されている。図43はそのような配置の一例を示して
おり、この配置では3つの圧電セラミックが用いられて
いる。一対の圧電セラミック10′、10″は、固定さ
れた基部(図示せず。)に好適に取り付けられたシャフ
ト420に関して圧電セラミック10を回転させるよう
に利用されている。圧電セラミック10に取り付けられ
たスペーサ26は、アーム370の端部440に付勢さ
れている。スペーサ26がアーム370の端部440に
及ぼす力は、スペーサ26の動きにしたがって、アーム
370とこれに取り付けられた読みだし/書き込みのヘ
ッド374のシャフト372に関する回転を起こさせ
る。
In the preferred embodiment of the present invention, a number of piezoelectric ceramics are used to increase the rotational performance and increase the read / write head travel angle. FIG. 43 shows an example of such an arrangement, in which three piezoelectric ceramics are used. A pair of piezoceramics 10 ', 10 "are utilized to rotate the piezoceramic 10 with respect to a shaft 420 suitably mounted on a fixed base (not shown). The spacer 26 is biased against the end 440 of the arm 370. The force exerted by the spacer 26 on the end 440 of the arm 370 depends on the movement of the spacer 26 and the arm 370 and the read / write attached thereto. Of the head 374 about the shaft 372.

【0164】本発明の好適な実施の形態では、図39を
参照して上記で説明したように、圧電セラミック1
0′、10″は、シャフト420に関して固定されると
ともに、固定された基部(図示せず。)にスライド可能
に装着された要素に取り付けられたシャフトによって上
記固定された基部に取り付けられることができる。一
方、圧電セラミック10′、10″は、図40に示すよ
うに固定要素によって、あるいは、この中で説明した他
の方法によって、固定された基部に取り付けられること
もできる。シャフト420は、圧電セラミック10の中
心であって、好ましくはセラミックの4つの電極の交差
領域に位置させた穴を貫通して伸びている。圧電セラミ
ック10′に取り付けられたスペーサ26′は、硬い円
弧状要素426の凹面側に付勢されている。上記要素4
26の凸面は、圧電セラミック10の長い端部40のほ
ぼ中央に取り付けられるのが好ましい。圧電セラミック
10′の励振は、印加される電圧に応じて、スペーサ2
6′をy方向または−y方向に移動させる。スペーサ2
6′が要素426に及ぼす力は、スペーサ26′の動き
にしたがって要素426の移動を起こさせる。
In a preferred embodiment of the present invention, as described above with reference to FIG.
The 0 ', 10 "are fixed with respect to the shaft 420 and can be mounted on said fixed base by means of a shaft mounted on an element slidably mounted on a fixed base (not shown). Alternatively, the piezoceramics 10 ', 10 "can be attached to the fixed base by a fixing element, as shown in Fig. 40, or by other methods described herein. The shaft 420 extends through a hole located at the center of the piezoelectric ceramic 10 and preferably in the intersection region of the four electrodes of the ceramic. The spacer 26 ′ attached to the piezoelectric ceramic 10 ′ is biased toward the concave side of the rigid arcuate element 426. Element 4 above
The convex surface of 26 is preferably mounted approximately at the center of the long end 40 of the piezoelectric ceramic 10. The piezoelectric ceramic 10 'is excited by the spacer 2 according to the applied voltage.
6 'is moved in the y direction or the -y direction. Spacer 2
The force exerted by 6 'on element 426 causes movement of element 426 in accordance with the movement of spacer 26'.

【0165】要素426が圧電セラミック10に及ぼす
力は、θ方向または−θ方向への圧電セラミック10の
回転を起こさせる。要素426と同様の円弧状要素42
7は、要素426について上記で説明したように、圧電
セラミック10″のスペーサ26″の動きと圧電セラミ
ック10の回転とを結びつけるために、圧電セラミック
10の長い端部42に付勢されるのが好ましい。y方向
または−y方向へのスペーサ26″の動きは、圧電セラ
ミック10を−θ方向またはθ方向にそれぞれ回転さ
せ、その回転方向はスペーサ26′とおおよそ同じ移動
Dyをもった圧電セラミック10′によって誘導され
る方向とは反対方向である。そのうえ、x方向または−
x方向への本体の直線移動を誘導するスペーサ26の動
きは、圧電セラミック10の直接的な励振によって達成
されることができる。
The force exerted on the piezoelectric ceramic 10 by the element 426 causes the piezoelectric ceramic 10 to rotate in the θ direction or the −θ direction. Arc-shaped element 42 similar to element 426
7 is biased against the long end 42 of the piezoelectric ceramic 10 to couple the movement of the spacer 26 "of the piezoelectric ceramic 10" with the rotation of the piezoelectric ceramic 10 as described above for the element 426. preferable. The movement of the spacer 26 ″ in the y direction or the −y direction causes the piezoelectric ceramic 10 to rotate in the −θ direction or the θ direction, respectively, and the rotation direction is substantially the same as that of the spacer 26 ′. The direction opposite to the guided direction, plus the x direction or-
The movement of the spacer 26, which induces a linear movement of the body in the x-direction, can be achieved by direct excitation of the piezoelectric ceramic 10.

【0166】圧電セラミック10、10′および10″
は、各圧電セラミック10、10′および10″にそれ
ぞれ取り付けられたスペーサ26、26′および26″
の動きを相互に関係させるために、電気的に接続されて
いるのが好ましい。スペーサ26の全体の動きと、その
結果として生ずる読みだし/書き込みのヘッド374の
動きは、圧電セラミック10、10′および10″のそ
れぞれによって個々に生み出される動きの重ね合わせか
らなるものである。なお、本発明がここで特に示し、か
つ説明したものに限られないことは当業者であれば理解
されるところであろう。むしろ、本発明の範囲は上記特
許請求の範囲によってのみ決定されるものである。
Piezoelectric ceramics 10, 10 'and 10 "
Have spacers 26, 26 'and 26 "attached to each piezoelectric ceramic 10, 10' and 10", respectively.
Are preferably electrically connected to correlate the movements of the two. The overall movement of the spacer 26 and the resulting movement of the read / write head 374 consist of a superposition of the movements produced individually by each of the piezoceramics 10, 10 'and 10 ". It will be appreciated by those skilled in the art that the present invention is not limited to what has been particularly shown and described herein, but rather the scope of the invention is to be determined solely by the appended claims. is there.

【0167】図43に示され、かつ先に説明した帯電
(electrification)のモードとの関連において上記で
説明した装置を利用すれば、そのような配置を用いてい
ないディスクドライブに比べて、読みだし/書き込みの
ヘッド374に拡大された範囲の角度および直線の移動
を与えることができるとともに、読みだし/書き込みの
ヘッドの動きをその移動範囲の全体に亘って精巧に調整
し得るという性能を向上させることができる。圧電セラ
ミック10、10′および10″の励振は、読みだし/
書き込みのヘッド374のための動きの輪郭の幅広い変
化を達成することができる。
Using the apparatus shown in FIG. 43 and described above in connection with the electrification mode described above, compared to a disk drive that does not use such an arrangement, reads out. The write / write head 374 can be provided with an extended range of angles and linear movements, and improves the ability to finely adjust the movement of the read / write head over its entire movement range. be able to. The excitation of the piezoceramics 10, 10 'and 10 "is read out /
A wide variety of motion profiles for the writing head 374 can be achieved.

【0168】[0168]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、従来のマイクロモータより高い速度、高い駆
動力及びより小さい最小ステップサイズを有するマイク
ロモータを提供することができる。
As is apparent from the above description, according to the present invention, it is possible to provide a micromotor having higher speed, higher driving force and smaller minimum step size than the conventional micromotor.

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

【図1】 本発明の好ましい実施の形態によるモータに
有用な圧電セラミック要素の概略図を示す。
FIG. 1 shows a schematic diagram of a piezoelectric ceramic element useful in a motor according to a preferred embodiment of the present invention.

【図2】 は本発明の好ましい実施の形態による(A)
の要素の第1励起形態を示す。
FIG. 2 shows (A) according to a preferred embodiment of the present invention.
2 shows a first excitation form of the element of FIG.

【図3】 図2のモード図を示す。FIG. 3 shows the mode diagram of FIG. 2;

【図4】 本発明の好ましい実施の形態による(A)の
要素の第1励起形態を示す。
FIG. 4 shows a first excitation form of the element of (A) according to a preferred embodiment of the present invention.

【図5】 図4のモード図を示す。FIG. 5 shows the mode diagram of FIG.

【図6】 本発明の好ましい実施の形態による図1の要
素の2つの近接して配置された共振モードの共振曲線を
示す。
FIG. 6 shows resonance curves of two closely located resonance modes of the element of FIG. 1 according to a preferred embodiment of the present invention.

【図7】 本発明の好ましい実施の形態によるモータに
有用な圧電要素のバイモルフ状の移動状態を示す。
FIG. 7 shows a bimorph-like movement of a piezoelectric element useful for a motor according to a preferred embodiment of the present invention.

【図8】 図3に示す要素の電極に印加されたときに、
要素に接触する物体の制御された運動を引き起こす電圧
パルスを示す。
8 when applied to the electrodes of the element shown in FIG.
Fig. 4 shows a voltage pulse causing a controlled movement of an object contacting the element.

【図9】 本発明の好ましい実施の形態による制御され
た運動を達成するマイクロモータのブロック図である。
FIG. 9 is a block diagram of a micromotor that achieves controlled movement according to a preferred embodiment of the present invention.

【図10】 本発明の好ましい実施の形態によるモータ
に有用なタンデム形圧電セラミック要素の斜視図であ
る。
FIG. 10 is a perspective view of a tandem piezoelectric ceramic element useful in a motor according to a preferred embodiment of the present invention.

【図11】 本発明の好ましい実施の形態によるモータ
に有用なタンデム/パラレル形圧電セラミック要素の斜
視図である。
FIG. 11 is a perspective view of a tandem / parallel piezoceramic element useful in a motor according to a preferred embodiment of the present invention.

【図12】 は本発明の好ましい実施の形態によるx−
y運動に適合した圧電セラミック要素の斜視図を示す。
FIG. 12 shows x- according to a preferred embodiment of the present invention.
FIG. 4 shows a perspective view of a piezoceramic element adapted for y-motion.

【図13】 本発明の好ましい実施の形態によるx−y
運動に適合した2つの圧電セラミック要素の斜視図を示
す。
FIG. 13 shows xy according to a preferred embodiment of the present invention.
FIG. 3 shows a perspective view of two piezoceramic elements adapted for movement.

【図14】 図13の実施の形態を利用したx−yテー
ブルの斜視図である。
FIG. 14 is a perspective view of an xy table using the embodiment of FIG.

【図15】 本発明の好ましい実施の形態による圧電セ
ラミック要素の円筒又は球を回転させるための使用を示
す。
FIG. 15 illustrates the use of a piezoceramic element to rotate a cylinder or sphere according to a preferred embodiment of the present invention.

【図16】 本発明の好ましい実施の形態による圧電セ
ラミック用のその他の電極形状を示す。
FIG. 16 shows another electrode shape for a piezoelectric ceramic according to a preferred embodiment of the present invention.

【図17】 本発明の好ましい実施の形態による被駆動
物体に対して圧電セラミックのプリローディング力を印
加するのに適した電極形状を示す。
FIG. 17 shows an electrode shape suitable for applying a preloading force of a piezoelectric ceramic to a driven object according to a preferred embodiment of the present invention.

【図18】 本発明の好ましい実施の形態による被駆動
物体に対して圧電セラミックのプリローディング力を印
加するのに適した電極形状を示す。
FIG. 18 shows an electrode shape suitable for applying a preloading force of a piezoelectric ceramic to a driven object according to a preferred embodiment of the present invention.

【図19】 本発明の好ましい実施の形態による被駆動
物体に対して圧電セラミックのプリローディング力を印
加するのに適した電極形状を示す。
FIG. 19 shows an electrode shape suitable for applying a preloading force of a piezoelectric ceramic to a driven object according to a preferred embodiment of the present invention.

【図20】 本発明の好ましい実施の形態による圧電セ
ラミックを装着する他の方法を示す。
FIG. 20 illustrates another method of mounting a piezoelectric ceramic according to a preferred embodiment of the present invention.

【図21】 本発明の好ましい実施の形態による2つの
圧電セラミックを装着するための図20の装着原理の応
用を示す。
FIG. 21 shows an application of the mounting principle of FIG. 20 for mounting two piezoelectric ceramics according to a preferred embodiment of the present invention.

【図22】 本発明の好ましい実施の形態によるCDリ
ーダのステージにセラミックモータを使用する他の形態
を示す。
FIG. 22 shows another embodiment in which a ceramic motor is used for a stage of a CD reader according to a preferred embodiment of the present invention.

【図23】 本発明の好ましい実施の形態によるCDリ
ーダのステージにセラミックモータを使用する他の形態
を示す。
FIG. 23 shows another embodiment in which a ceramic motor is used for a stage of a CD reader according to a preferred embodiment of the present invention.

【図24】 本発明の好ましい実施の形態によるCDリ
ーダのステージにセラミックモータを使用する他の形態
を示す。
FIG. 24 shows another embodiment in which a ceramic motor is used for a stage of a CD reader according to a preferred embodiment of the present invention.

【図25】 本発明のさらに好ましい実施の形態により
製造され動作される圧電マイクロモータのブロック図で
ある。
FIG. 25 is a block diagram of a piezoelectric micromotor manufactured and operated according to a further preferred embodiment of the present invention.

【図26】 マイクロモータの圧電セラミックの好まし
いx−y共振モードを示す、図25のマイクロモータの
概略図である
FIG. 26 is a schematic diagram of the micromotor of FIG. 25, illustrating a preferred xy resonance mode of the piezoelectric ceramic of the micromotor.

【図27】 本発明の1の好ましい実施の形態による図
25のマイクロモータの圧電セラミックを駆動するパル
ス励起信号の概略図である。
FIG. 27 is a schematic diagram of a pulse excitation signal for driving the piezoelectric ceramic of the micromotor of FIG. 25 according to one preferred embodiment of the present invention.

【図28】 異なったx及びy励起振幅で駆動される圧
電マイクロモータの概略図である。
FIG. 28 is a schematic diagram of a piezoelectric micromotor driven with different x and y excitation amplitudes.

【図29】 図25の圧電マイクロモータのセラミック
プレートの他の装着状態の概略図である。
FIG. 29 is a schematic view of another mounting state of the ceramic plate of the piezoelectric micromotor of FIG. 25;

【図30】 図25の圧電マイクロモータのセラミック
プレートのさらに他の装着状態の概略図である。
FIG. 30 is a schematic view of still another mounted state of the ceramic plate of the piezoelectric micromotor of FIG. 25.

【図31】 図25、26、28−30のマイクロモー
タを物体に動作的に連結する好ましい状態を示す概略図
である。
FIG. 31 is a schematic diagram illustrating a preferred state of operatively coupling the micromotor of FIGS. 25, 26, and 28-30 to an object.

【図32】 本発明の好ましい実施の形態による望まれ
ない共振モードを抑制するための抑制部材を利用する圧
電マイクロモータの概略図を示す。
FIG. 32 shows a schematic diagram of a piezoelectric micromotor utilizing a suppression member to suppress unwanted resonance modes according to a preferred embodiment of the present invention.

【図33】 図32のマイクロモータの誇張された振動
運動を示す。
FIG. 33 shows an exaggerated oscillatory motion of the micromotor of FIG. 32.

【図34】 は本発明の好ましい実施の形態による増加
された出力及びより円滑な運動を与えるために剛性アー
ムを利用した圧電マイクロモータの概略図を示す。
FIG. 34 shows a schematic diagram of a piezoelectric micromotor utilizing rigid arms to provide increased power and smoother movement according to a preferred embodiment of the present invention.

【図35】 選択された励起状態に対して図34のマイ
クロモータによって好ましく利用される2つのスペーサ
の相対運動を量的に示す。
FIG. 35 quantitatively shows the relative movement of two spacers preferably utilized by the micromotor of FIG. 34 for a selected excitation state.

【図36】 本発明の好ましい実施の形態による圧電セ
ラミックの短手エッジに平行な対称運動を与えるのに適
合された他のマイクロモータの概略図である。
FIG. 36 is a schematic diagram of another micromotor adapted to impart a symmetrical movement parallel to the short edge of the piezoelectric ceramic according to a preferred embodiment of the present invention.

【図37】 本発明の好ましい実施の形態による圧電セ
ラミックの短手エッジに平行な対称運動を与えるのに適
合されたさらに他のマイクロモータの概略図である。
FIG. 37 is a schematic diagram of yet another micromotor adapted to impart a symmetrical movement parallel to the short edge of a piezoelectric ceramic according to a preferred embodiment of the present invention.

【図38】 読み/書きヘッドを移動するために圧電マ
イクロモータを使用する本発明の好ましい実施の形態に
よるディスクドライブの概略ブロック図を示す。
FIG. 38 shows a schematic block diagram of a disk drive according to a preferred embodiment of the present invention that uses a piezoelectric micromotor to move the read / write head.

【図39】 本発明の好ましい実施の形態による図38
のディスクドライブの読み/書きアームの他の形態を示
す概略図である。
FIG. 39 according to a preferred embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a schematic diagram showing another form of the read / write arm of the disk drive of FIG.

【図40】 本発明の好ましい実施の形態による図38
のディスクドライブの読み/書きアームの他の形態を示
す概略図である。
FIG. 40 according to a preferred embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a schematic diagram showing another form of the read / write arm of the disk drive of FIG.

【図41】 本発明の好ましい実施の形態による図38
のディスクドライブの読み/書きアームの他の形態を示
す概略図である。
FIG. 41 according to a preferred embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a schematic diagram showing another form of the read / write arm of the disk drive of FIG.

【図42】 本発明の好ましい実施の形態によるデュア
ルディスクドライブの概略図である。
FIG. 42 is a schematic diagram of a dual disk drive according to a preferred embodiment of the present invention.

【図43】 本発明の好ましい実施の形態による、増加
された回転及び直線変位範囲を与える一方、読み/書き
ヘッドの運動の良好なチューニングを可能にするように
適合された3つの圧電プレート配置の概略図である。
FIG. 43 illustrates a three-piezo plate arrangement adapted to provide increased rotational and linear displacement ranges while allowing good tuning of the read / write head movement, according to a preferred embodiment of the present invention. It is a schematic diagram.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…圧電プレート、14,16,18,20…電極、
26…スペーサ。
10: piezoelectric plate, 14, 16, 18, 20 ... electrodes,
26 ... spacer.

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 第1及び第2長辺、第1及び第2短辺を
有する圧電プレートと、 軸回りに旋回可能なアームであって、軸から互いに反対
方向に延在する第1端部と第2端部を有するアームと、 該第1端部に設けた、読み出し、または書き込みを行な
うヘッドと、 該第2端部に設けた剛体とからなり、 前記圧電プレートは、該アームの第2端部に設けられ、
前記圧電プレートの辺、またはその延長された部分は、
前記剛性要素に弾性的に付勢されているディスクドライ
ブ。
A piezoelectric plate having first and second long sides and first and second short sides; and an arm pivotable about an axis, the first ends extending in opposite directions from the axis. An arm having a second end, a read / write head provided at the first end, and a rigid body provided at the second end, wherein the piezoelectric plate is It is provided at two ends,
The side of the piezoelectric plate, or an extended portion thereof,
A disk drive resiliently biased by said rigid element.
【請求項2】 前記圧電プレートは静止している請求項
1に記載のディスクドライブ。
2. The disk drive according to claim 1, wherein said piezoelectric plate is stationary.
【請求項3】 前記圧電プレートは前記軸に対して移動
可能である請求項1に記載のディスクドライブ。
3. The disk drive according to claim 1, wherein the piezoelectric plate is movable with respect to the axis.
【請求項4】 軸回りに旋回可能なアームからなり、 該アームは、第1及び第2端部を有し、 該第1端部に取り付けた読み出し、または書き込みを行
なうヘッドと、 該アームに固定された圧電プレートとを備え、 前記軸は前記圧電プレートを貫通して延びるディスクド
ライブ。
4. An arm pivotable about an axis, the arm having first and second ends, a read / write head attached to the first end, and an arm attached to the arm. A fixed piezoelectric plate, wherein the shaft extends through the piezoelectric plate.
【請求項5】 前記圧電プレートに対して付勢された硬
質要素を更に含む請求項4に記載のディスクドライブ。
5. The disk drive according to claim 4, further comprising a hard element biased against said piezoelectric plate.
【請求項6】 軸回りに旋回可能なアームと、 該アームの一端に設けた、読み出し、または書き込みを
行なうヘッドと、 該アームと共に軸回りに旋回可能に設けるとともに、2
つの長辺及び2つの短辺を有する圧電プレートと、 該圧電プレートのいずれかの辺、または該辺に取り付け
られたスペーサを付勢する固定された部材からなるディ
スクドライブ。
6. An arm rotatable around an axis, a head for reading or writing provided at one end of the arm, and a head rotatable around the axis together with the arm.
A disk drive comprising: a piezoelectric plate having two long sides and two short sides; and a fixed member for urging a side of the piezoelectric plate or a spacer attached to the side.
【請求項7】 上記軸は、圧電プレートを貫通している
請求項6に記載のディスクドライブ。
7. The disk drive according to claim 6, wherein said shaft passes through a piezoelectric plate.
【請求項8】 上記圧電プレートは、矩形である請求項
4,5,6,7のいずれか一項に記載のディスクドライ
ブ。
8. The disk drive according to claim 4, wherein the piezoelectric plate is rectangular.
【請求項9】 上記圧電プレートは、第2軸の回りを旋
回可能に設けた請求項1から5のいずれか一項に記載の
ディスクドライブ。
9. The disk drive according to claim 1, wherein the piezoelectric plate is provided so as to be rotatable around a second axis.
【請求項10】 少なくとも、もう一つマイクロモータ
を備え、上記第2軸の回りに圧電プレートを旋回させる
請求項9に記載のディスクドライブ。
10. The disk drive according to claim 9, further comprising at least another micromotor for rotating the piezoelectric plate about the second axis.
【請求項11】 上記スペーサは、セラミックで構成さ
れたことを特徴とする請求項6に記載のディスクドライ
ブ。
11. The disk drive according to claim 6, wherein said spacer is made of ceramic.
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