JP2003052184A - Ultrasonic motor - Google Patents

Ultrasonic motor

Info

Publication number
JP2003052184A
JP2003052184A JP2001238809A JP2001238809A JP2003052184A JP 2003052184 A JP2003052184 A JP 2003052184A JP 2001238809 A JP2001238809 A JP 2001238809A JP 2001238809 A JP2001238809 A JP 2001238809A JP 2003052184 A JP2003052184 A JP 2003052184A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
rotor
vibration
ultrasonic motor
contact portion
frequency signal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2001238809A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Susumu Hashimoto
進 橋本
Toru Sekiguchi
徹 関口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Asmo Co Ltd
Original Assignee
Asmo Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Asmo Co Ltd filed Critical Asmo Co Ltd
Priority to JP2001238809A priority Critical patent/JP2003052184A/en
Publication of JP2003052184A publication Critical patent/JP2003052184A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ultrasonic motor which can detect turning position of rotor, while controlling increase in the allocation space in the ultrasonic motor for driving the rotor to turn mainly with a plurality of axes. SOLUTION: A stator 4 has first to third piezoelectric elements 11 to 13, which generate vibration in different directions to a contact part 9b and generates vibration in a plurality of directions to a contact part 9a through a combination of vibrations in two directions. A rotor 5 turns about a plurality of axes respectively, based on the vibrations in a plurality of directions generated in the contact part 9b. The rotor 5 includes a position detector 51, which displaces vibration reflected to the stator 4 depending on the turning position. A high-frequency signal is supplied to any of the piezoelectric elements 11 to 13 to generate vibration to the contact part 9b, and the high-frequency signal reflected to the stator 4 from the rotor 5 is detected with any of piezoelectric element 11 to 13 which does not generate vibration to the contact part 9b, in order to detect the turned position of the rotor 5.

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】本発明は、ロータを複数軸中
心に回動駆動する超音波モータに係り、詳しくロ−タの
回動位置を検出可能な超音波モータに関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultrasonic motor for rotatably driving a rotor about a plurality of axes, and more particularly to an ultrasonic motor capable of detecting the rotational position of a rotor.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、ロータを複数軸中心に回動駆動す
る超音波モータが提案されている。例えば、トライボロ
ジスト(第40巻第8号(1995)627〜631)
には、球状に形成されたロータに対して複数の軸を互い
に直交させて配置した超音波モータが記載されている。
この超音波モータは、各一軸中心にそれぞれ振動を発生
して摩擦力を介してロータを回動駆動する複数のステー
タを備えており、これらステータによってロータの複数
軸中心の移動(回動)を実現している。この超音波モー
タは、振動発生のために複数のステータ等を必要とする
分、装置の大型化を余儀なくされている。
2. Description of the Related Art In recent years, ultrasonic motors have been proposed which rotate a rotor about a plurality of axes. For example, tribologist (Vol. 40, No. 8 (1995) 627-631)
Describes an ultrasonic motor in which a plurality of shafts are arranged orthogonal to each other with respect to a spherically formed rotor.
This ultrasonic motor is provided with a plurality of stators that respectively generate vibrations about respective one-axis centers and rotationally drive the rotors through frictional forces, and these stators move (rotate) about the plurality of axis centers of the rotors. Has been realized. Since this ultrasonic motor requires a plurality of stators and the like to generate vibration, the size of the device is inevitably increased.

【0003】そこで、単一のステータに対して複数軸中
心の振動を発生して摩擦力を介してロータを回動駆動す
る超音波モータも提案されている。例えば、この超音波
モータのステータには複数軸中心に振動を発生するため
の複数の圧電素子が積層されており、これら圧電素子に
よってロータの複数軸中心の移動(回動)を実現してい
る。
Therefore, an ultrasonic motor has been proposed in which vibration of a plurality of axes is generated with respect to a single stator and the rotor is rotationally driven by frictional force. For example, a plurality of piezoelectric elements for generating vibration around a plurality of axes are laminated on a stator of this ultrasonic motor, and these piezoelectric elements realize movement (rotation) of the rotor about the plurality of axes. .

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な超音波モータは、例えば動物型玩具ロボット等に搭載
して作動させることが考えられる。そして、例えば超音
波モータのステータを動物型玩具ロボットの胴体に配置
し、ロータに連結された被駆動部材を手足として実施す
る場合等では、同手足の位置に相当するロータの回動位
置を検出する必要がある。
By the way, it is conceivable that the ultrasonic motor as described above is mounted and operated in, for example, an animal toy robot. Then, for example, when the stator of the ultrasonic motor is arranged on the body of the animal toy robot and the driven member connected to the rotor is used as the limb, the rotational position of the rotor corresponding to the position of the limb is detected. There is a need to.

【0005】しかしながら、ロータの回動位置を検出す
るための専用のセンサを別途、設ける場合には、配置ス
ペースを増大させる原因となる。本発明の目的は、ロー
タを複数軸中心に回動駆動する超音波モータにおいて、
配置スペースの増大を抑制しながら、ロータの回動位置
を検出することができる超音波モータを提供することに
ある。
However, when a dedicated sensor for detecting the rotational position of the rotor is separately provided, it causes an increase in the arrangement space. An object of the present invention is to provide an ultrasonic motor that rotationally drives a rotor around a plurality of axes,
An object of the present invention is to provide an ultrasonic motor capable of detecting the rotational position of the rotor while suppressing an increase in the arrangement space.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、請求項1に記載の発明は、接触部に互いに異なる
方向の振動を発生する少なくとも3つの振動発生体を有
し、いずれか2方向の振動を合成させて該接触部に複数
方向の振動を発生するステータと、該接触部にて発生さ
れる複数方向の振動にそれぞれ基づいて複数軸中心に回
動するロータとを備えた超音波モータにおいて、前記ロ
ータは、回動位置に応じて前記ステータに反射する振動
を変動させる変動手段を有し、前記ロータから前記ステ
ータに反射された振動を、前記接触部に振動を発生させ
ないいずれか1つの振動発生体により検出して前記ロー
タの回動位置を検出したことを要旨とする。
In order to solve the above problems, the invention according to claim 1 has at least three vibration generators for generating vibrations in mutually different directions at a contact portion, and any one of them is provided. A stator that combines vibrations in two directions to generate vibrations in a plurality of directions at the contact portion and a rotor that rotates about a plurality of axes based on vibrations in a plurality of directions generated at the contact portion are provided. In the ultrasonic motor, the rotor has a variation unit that varies the vibration reflected by the stator according to the rotational position, and does not generate the vibration reflected by the rotor from the rotor in the contact portion. The gist is that the rotational position of the rotor is detected by detecting with any one of the vibration generators.

【0007】請求項2に記載の発明は、請求項1に記載
の超音波モータにおいて、前記接触部に振動を発生させ
る振動発生体に高周波信号を供給するととともに、前記
ロータから前記ステータに反射された該高周波信号を該
接触部に振動を発生させないいずれか1つの振動発生体
により検出して前記ロータの回動位置を検出したことを
要旨とする。
According to a second aspect of the present invention, in the ultrasonic motor according to the first aspect, a high frequency signal is supplied to a vibration generator that causes the contact portion to vibrate, and is reflected from the rotor to the stator. The gist is that the rotational position of the rotor is detected by detecting the high-frequency signal by any one vibration generator that does not generate vibration at the contact portion.

【0008】請求項3に記載の発明は、請求項2に記載
の超音波モータにおいて、前記高周波信号は、前記接触
部に振動を発生させるいずれか1つの振動発生体にのみ
供給されることを要旨とする。
According to a third aspect of the present invention, in the ultrasonic motor according to the second aspect, the high frequency signal is supplied only to any one of the vibration generators that cause the contact portion to vibrate. Use as a summary.

【0009】請求項4に記載の発明は、請求項3に記載
の超音波モータにおいて、前記高周波信号は、前記ロー
タから遠い側の振動発生体に供給されることを要旨とす
る。請求項5に記載の発明は、請求項2〜4のいずれか
に記載の超音波モータにおいて、前記高周波信号は、前
記接触部に振動を発生させるように前記振動発生体に供
給される駆動信号に代えて所定時間ごとに供給されるこ
とを要旨とする。
A fourth aspect of the present invention is based on the ultrasonic motor according to the third aspect, wherein the high frequency signal is supplied to a vibration generator on a side far from the rotor. The invention described in claim 5 is the ultrasonic motor according to any one of claims 2 to 4, wherein the high-frequency signal is a drive signal supplied to the vibration generator so as to generate vibration in the contact portion. Instead of this, the main point is that it is supplied every predetermined time.

【0010】請求項6に記載の発明は、請求項2〜4の
いずれかに記載の超音波モータにおいて、前記高周波信
号は、前記接触部に振動を発生させるように前記振動発
生体に供給される駆動信号に重畳させて連続的に供給さ
れることを要旨とする。
According to a sixth aspect of the present invention, in the ultrasonic motor according to any of the second to fourth aspects, the high frequency signal is supplied to the vibration generator so as to generate vibration at the contact portion. The main point is that it is continuously supplied while being superimposed on the drive signal.

【0011】請求項7に記載の発明は、接触部に縦振動
を発生するように分極され、所定角度ごとに配設された
非分極領域により分割された分極領域にて所定角度ごと
に素子片が形成された第1圧電素子と、前記接触部に撓
み振動を発生するように周方向の極性を変えて分極さ
れ、所定角度ごとに配設された非分極領域により分割さ
れた分極領域にて所定角度ごとに素子片が形成された第
2圧電素子と、前記接触部に撓み振動を発生するように
周方向の極性を前記第2圧電素子と略90度ずれるよう
に変えて分極され、所定角度ごとに配設された非分極領
域により分割された分極領域にて所定角度ごとに素子片
が形成された第3圧電素子とを有し、前記第1〜第3圧
電素子のいずれか2つの振動を合成させて前記接触部に
複数方向の振動を発生するステータと、前記接触部にて
発生される複数方向の振動にそれぞれ基づいて複数軸中
心に回動するロータとを備え、前記ロータは、回動位置
に応じて前記ステータに反射する振動を変動させる変動
手段を有し、前記ロータから前記ステータに反射された
振動を、前記接触部に振動を発生させない前記第1〜第
3圧電素子のいずれか1つに形成された各素子片により
個別に検出して該ロータの回動位置を検出したことを要
旨とする。
According to a seventh aspect of the present invention, the element piece is polarized at a predetermined angle in a polarization region divided by a non-polarization region arranged so as to generate longitudinal vibration at the contact portion and arranged at a predetermined angle. In the polarization region divided by non-polarization regions arranged at a predetermined angle, the first piezoelectric element having the above-mentioned structure is polarized and polarized with changing the polarity in the circumferential direction so as to generate bending vibration in the contact portion. The second piezoelectric element, in which element pieces are formed at predetermined angles, is polarized by changing the polarity in the circumferential direction so as to deviate from the second piezoelectric element by about 90 degrees so as to generate bending vibration in the contact portion. A third piezoelectric element in which element pieces are formed for each predetermined angle in a polarized region divided by a non-polarized region arranged for each angle, and two of the first to third piezoelectric elements are provided. Vibrations are combined to generate vibrations in multiple directions at the contact part. And a rotor that rotates about a plurality of axes based on vibrations in a plurality of directions generated at the contact portion. The rotor fluctuates the vibration reflected by the stator according to the rotation position. The vibration reflected from the rotor to the stator is individually controlled by each element piece formed in any one of the first to third piezoelectric elements that does not generate vibration in the contact portion. The gist is that the rotational position of the rotor is detected.

【0012】請求項8に記載の発明は、請求項7に記載
の超音波モータにおいて、前記第1〜第3圧電素子のい
ずれか2つに給電して振動駆動するとともにいずれか一
方に高周波信号を供給する駆動手段と、前記ロータから
前記ステータに反射された高周波信号に基づく起電力
を、駆動されない前記第1〜第3圧電素子のいずれか1
つに形成された各素子片により個別に検出して該ロータ
の回動位置を検出する検出手段とを備えたことを要旨と
する。
In the ultrasonic motor according to claim 7, the invention according to claim 8 supplies power to any two of the first to third piezoelectric elements to drive the vibration, and at the same time, to supply a high frequency signal to either one of the piezoelectric elements. Any one of the first to third piezoelectric elements that is not driven by a driving means that supplies the electromotive force based on the high frequency signal reflected from the rotor to the stator.
The gist of the present invention is to provide a detecting means for detecting the rotational position of the rotor by individually detecting the element pieces formed into one.

【0013】請求項9に記載の発明は、請求項8に記載
の超音波モータにおいて、前記検出されたロータの回動
位置と目標回動位置とを比較し、略同じ位置に至ったと
きに前記駆動手段による給電を停止する目標設定手段と
を備えたことを要旨とする。
According to a ninth aspect of the present invention, in the ultrasonic motor according to the eighth aspect, the detected rotational position of the rotor is compared with the target rotational position, and when they reach substantially the same position. The gist of the present invention is to include target setting means for stopping power supply by the driving means.

【0014】請求項10に記載の発明は、請求項1〜9
のいずれかに記載の超音波モータにおいて、前記変動手
段は、略円盤状に形成されて前記ロータと一体回動する
ように設けられていることを要旨とする。
The invention according to a tenth aspect is the first to ninth aspects.
In the ultrasonic motor according to any one of the above items, the fluctuating means is formed in a substantially disc shape and is provided so as to rotate integrally with the rotor.

【0015】請求項11に記載の発明は、請求項10に
記載の超音波モータにおいて、前記変動手段は、周方向
の一部に切欠部を有してなることを要旨とする。請求項
12に記載の発明は、請求項10又は11に記載の超音
波モータにおいて、前記ロータは略球面体であって、前
記変動手段は該ロータの内部に収容されたことを要旨と
する。
An eleventh aspect of the present invention is based on the ultrasonic motor according to the tenth aspect, wherein the varying means has a notch in a part in the circumferential direction. The twelfth aspect of the invention is summarized in that, in the ultrasonic motor according to the tenth or eleventh aspect, the rotor is a substantially spherical body, and the changing means is housed inside the rotor.

【0016】(作用)請求項1又は7に記載の発明によ
れば、ロータは回動位置に応じてステータに反射する振
動を変動させる変動手段を有している。そして、接触部
に振動を発生させないいずれか1つの振動発生体(第1
〜第3圧電素子)により、ロータからステータに反射さ
れた振動を検出してロータの回動位置を検出した。従っ
て、ロータの回動位置を検出するための特別な装置が不
要となり、同検出に係る構造が簡易化されて配置スペー
スの増大も抑制される。
(Operation) According to the invention described in claim 1 or 7, the rotor has the changing means for changing the vibration reflected by the stator according to the rotating position. Then, any one of the vibration generators (first
~ Third piezoelectric element), the vibration reflected from the rotor to the stator is detected to detect the rotational position of the rotor. Therefore, a special device for detecting the rotational position of the rotor is not required, the structure relating to the detection is simplified, and the increase of the installation space is suppressed.

【0017】請求項2又は8に記載の発明によれば、例
えば上記接触部に振動を発生させる振動発生体(第1〜
第3圧電素子)に供給される高周波信号の周波数を、同
接触部に振動を発生させるために当該振動発生体(第1
〜第3圧電素子)に供給される信号(駆動信号)の周波
数よりも十分に高く設定することで、高周波信号の供給
による接触部の振動への影響も抑制される。更に、高周
波信号であるためロータからステータへの反射が容易と
なり、ロータの回動位置の検出精度も向上される。
According to the second or eighth aspect of the invention, for example, the vibration generator (first to first) for vibrating the contact portion is used.
The frequency of the high-frequency signal supplied to the third piezoelectric element is the same as that of the vibration generator (the first piezoelectric element) in order to generate vibration at the contact portion.
~ By setting the frequency sufficiently higher than the frequency of the signal (drive signal) supplied to the third piezoelectric element, the influence of the supply of the high frequency signal on the vibration of the contact portion is suppressed. Further, since it is a high frequency signal, it is easy to reflect from the rotor to the stator, and the accuracy of detecting the rotational position of the rotor is improved.

【0018】請求項3又は8に記載の発明によれば、高
周波信号は接触部に振動を発生させるいずれか1つの振
動発生体(第1〜第3圧電素子)にのみ供給される。従
って、高周波信号の発生源が1つであることから、ロー
タからステータに反射される高周波信号に混入する外乱
信号が低減され、反射された高周波信号の検出によるロ
ータの回動位置の検出精度も向上される。また、例えば
複数(例えば、2つ)の高周波信号を供給する場合のよ
うに各信号間に同期をとる必要もないため、簡易な構造
とされる。
According to the invention described in claim 3 or 8, the high frequency signal is supplied only to any one of the vibration generators (first to third piezoelectric elements) that generate vibration in the contact portion. Therefore, since there is only one generation source of the high frequency signal, the disturbance signal mixed in the high frequency signal reflected from the rotor to the stator is reduced, and the detection accuracy of the rotational position of the rotor by the detection of the reflected high frequency signal is also improved. Be improved. Moreover, since it is not necessary to synchronize each signal as in the case of supplying a plurality of (for example, two) high frequency signals, the structure is simple.

【0019】請求項4に記載の発明によれば、高周波信
号はロータから遠い側の振動発生体に供給される。従っ
て、供給された高周波信号がロータからステータに反射
されて、接触部に振動を発生させないいずれか1つの振
動発生体により検出されるまでの時間差がその分大きく
なる。そして、反射前の高周波信号(供給された高周波
信号)と反射後の高周波信号との区別が容易とされる。
According to the invention described in claim 4, the high frequency signal is supplied to the vibration generator on the side far from the rotor. Therefore, the time difference until the supplied high-frequency signal is reflected from the rotor to the stator and detected by any one of the vibration generators that does not generate vibration at the contact portion is increased accordingly. Then, the high frequency signal before reflection (supplied high frequency signal) and the high frequency signal after reflection can be easily distinguished.

【0020】請求項5に記載の発明によれば、上記高周
波信号は、接触部に振動を発生させるように振動発生体
に供給される駆動信号に代えて所定時間ごとに供給され
る。従って、1つの振動発生体で駆動信号と検出の高周
波信号を発するため、部品点数が少ない。
According to the fifth aspect of the invention, the high frequency signal is supplied every predetermined time in place of the drive signal supplied to the vibration generator so as to generate vibration at the contact portion. Therefore, the number of components is small because one vibration generator emits the drive signal and the high-frequency signal for detection.

【0021】請求項6に記載の発明によれば、上記高周
波信号は、接触部に振動を発生させるように振動発生体
に供給される駆動信号に重畳させて連続的に供給され
る。従って、例えば所定時間ごとに断続的に高周波信号
を供給する場合に比べて、接触部の振動は安定化され
る。
According to the sixth aspect of the present invention, the high-frequency signal is continuously supplied while being superimposed on the drive signal supplied to the vibration generator so as to generate vibration at the contact portion. Therefore, for example, the vibration of the contact portion is stabilized as compared with the case where the high frequency signal is intermittently supplied every predetermined time.

【0022】請求項9に記載の発明によれば、検出され
たロータの回動位置と目標回動位置とを比較し、略同じ
位置に至ったときに駆動手段による給電を停止する目標
設定手段を備えている。従って、ロータの回動位置が上
記目標回動位置の範囲で規制されるため、同ロータの無
駄な動きが抑制される。
According to the ninth aspect of the present invention, the detected rotation position of the rotor is compared with the target rotation position, and the target setting means for stopping the power supply by the driving means when they reach substantially the same position. Is equipped with. Therefore, since the rotational position of the rotor is restricted within the range of the target rotational position, useless movement of the rotor is suppressed.

【0023】請求項10に記載の発明によれば、上記変
動手段は略円盤状に形成されてロータと一体回動するよ
うに設けられている。従って、ロータの回動に伴う変動
手段の位置(傾斜)に応じて同変動手段の電気的なイン
ピーダンスが変化すると共にステータの振動発生体(素
子片)との距離が変動し、ロータからステータに反射さ
れる振動の強度に変化が現れる。従って、この反射され
た振動の強度によりロータの回動位置が容易に検出され
る。
According to the tenth aspect of the invention, the fluctuating means is formed in a substantially disc shape so as to rotate integrally with the rotor. Therefore, the electrical impedance of the changing means changes according to the position (inclination) of the changing means accompanying the rotation of the rotor, and the distance between the vibration generating body (element piece) of the stator also changes, and A change appears in the intensity of the reflected vibration. Therefore, the rotational position of the rotor can be easily detected by the intensity of the reflected vibration.

【0024】請求項11に記載の発明によれば、上記変
動手段は周方向の一部に切欠部を有している。従って、
切欠部の位置に対応してロータからステータに反射され
る振動の強度が極端に低減される。従って、この反射さ
れた振動の強度によりロータの回動位置が容易に検出さ
れる。
According to the eleventh aspect of the invention, the fluctuating means has a notch in a part in the circumferential direction. Therefore,
The intensity of vibration reflected from the rotor to the stator corresponding to the position of the notch is extremely reduced. Therefore, the rotational position of the rotor can be easily detected by the intensity of the reflected vibration.

【0025】請求項12に記載の発明によれば、上記ロ
ータは略球面体であって、変動手段はロータの内部に収
容されている。従って、変動手段がロータの外部に露出
しない分、設計の自由度を増大した簡易な構造とされ
る。
According to the twelfth aspect of the present invention, the rotor is a substantially spherical body, and the changing means is housed inside the rotor. Therefore, since the varying means is not exposed to the outside of the rotor, the structure is simple and the degree of freedom in design is increased.

【0026】[0026]

【発明の実施の形態】以下、本発明を超音波モータを備
えた動物型玩具ロボットに具体化した一実施形態を図1
〜図11に従って説明する。図1に示すように、超音波
モータは、ケース1と、軸受3と、ステータ4と、ロー
タ5とを備えている。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An embodiment in which the present invention is embodied in an animal toy robot equipped with an ultrasonic motor is shown in FIG.
~ It demonstrates according to FIG. As shown in FIG. 1, the ultrasonic motor includes a case 1, a bearing 3, a stator 4, and a rotor 5.

【0027】ケース1は略円筒形状に形成されており、
軸受3がその一側(図1中、上部)開口部に圧入・固定
されている。詳しくは、軸受3は、その外径がケース1
の内径と略同じの筒形状に形成され、その内周面の下側
には、下方に設けられる球面と環状の面で接触するよう
に設定された球面状支持面3aが形成されている。又、
軸受3の内周面の上側には、上部に向かうほどその内径
が拡径するように、テーパ面3bが形成されている。
The case 1 is formed in a substantially cylindrical shape,
The bearing 3 is press-fitted and fixed to the opening on one side (upper part in FIG. 1). Specifically, the outer diameter of the bearing 3 is the case 1
A cylindrical support surface 3a is formed in a cylindrical shape having substantially the same inner diameter as that of the inner peripheral surface, and a spherical support surface 3a is formed below the inner peripheral surface thereof so as to be in contact with a spherical surface provided below and an annular surface. or,
On the upper side of the inner peripheral surface of the bearing 3, a tapered surface 3b is formed so that the inner diameter thereof increases toward the upper part.

【0028】ステータ4は、第1〜第3弾性体7〜9
と、第1〜第3圧電素子11〜13とを備えている。第
1〜第3弾性体7〜9は、導電性金属よりなり、本実施
形態ではアルミ合金にて形成されている。第1弾性体7
は、その外径がケース1の内径と略同じの略円柱体であ
って、同ケース1の他側(図1中、下部)開口部に固着
されて同開口部を閉塞する。第2弾性体8は略円柱体で
あって、その中心軸部には軸線方向に貫通する貫通孔が
形成されている。第3弾性体9は略円柱体であって、そ
の中心軸部には軸線方向に貫通する貫通孔9aが形成さ
れている。そして、貫通孔9aの開口部には、上方に設
けられる球面と環状の面で接触するように設定された接
触部9bが形成されている。
The stator 4 includes the first to third elastic bodies 7 to 9
And first to third piezoelectric elements 11 to 13. The first to third elastic bodies 7 to 9 are made of a conductive metal and are made of an aluminum alloy in this embodiment. First elastic body 7
Is a substantially columnar body whose outer diameter is substantially the same as the inner diameter of the case 1, and is fixed to the opening on the other side (lower part in FIG. 1) of the case 1 to close the opening. The second elastic body 8 is a substantially columnar body, and a through hole penetrating in the axial direction is formed in the central shaft portion thereof. The third elastic body 9 is a substantially columnar body, and a through hole 9a penetrating in the axial direction is formed in the central axis portion thereof. A contact portion 9b is formed at the opening of the through hole 9a so as to come into contact with a spherical surface provided above and an annular surface.

【0029】第1〜第3圧電素子11〜13は、それぞ
れ円盤状に形成された2枚の圧電素子11a,11b〜
13a,13bが接着されてなり、その中心軸部には軸
線方向に貫通する貫通孔が形成されている。これら圧電
素子11a,11b〜13a,13bは、周知の電気−
機械エネルギー変換素子であって、給電により振動を発
生し、あるいは振動により起電力を発生する。図2に併
せ示されるように、第1〜第3圧電素子11〜13の上
面全体、下面全体及び接着面全体には電極10a〜10
hがそれぞれ配設されている。
The first to third piezoelectric elements 11 to 13 are two piezoelectric elements 11a and 11b formed in a disk shape, respectively.
13a and 13b are adhered to each other, and a through hole penetrating in the axial direction is formed in the central shaft portion thereof. These piezoelectric elements 11a, 11b to 13a, 13b are well-known electric
It is a mechanical energy conversion element that generates vibration by power feeding or generates electromotive force by vibration. As shown in FIG. 2, the electrodes 10a to 10 are provided on the entire upper surface, the entire lower surface and the entire bonding surface of the first to third piezoelectric elements 11 to 13.
h are arranged respectively.

【0030】図3に示されるように、第1圧電素子11
を構成する一方の圧電素子11aの分極方向は、平面に
対して垂直な一方向とされている。又、第1圧電素子1
1を構成する他方の圧電素子11bの分極方向は、一方
の圧電素子11aの逆、即ち、前記接着面の電極10b
を中心として一方の圧電素子11aと対称とされてい
る。
As shown in FIG. 3, the first piezoelectric element 11
The polarization direction of the one piezoelectric element 11a constituting the above is one direction perpendicular to the plane. Also, the first piezoelectric element 1
The polarization direction of the other piezoelectric element 11b constituting 1 is opposite to that of the one piezoelectric element 11a, that is, the electrode 10b on the adhesive surface.
Is symmetrical with respect to one of the piezoelectric elements 11a.

【0031】図4に示されるように、本実施形態におい
て圧電素子11a,11bには中心部から所定角度(2
0度)ごとに放射状に伸びる複数(18つ)の非分極領
域A1が配設されており、これにより分割された分極領
域によって所定角度ごとに複数の素子片41を形成して
いる。尚、両圧電素子11a,11bの各素子片41
は、互いに周方向の位置が一致する態様で配置されてい
る(図3参照)。
As shown in FIG. 4, in this embodiment, the piezoelectric elements 11a and 11b have a predetermined angle (2
A plurality of (18) non-polarized regions A1 extending radially at every 0 degree are arranged, and the polarized regions divided by this form a plurality of element pieces 41 at predetermined angles. In addition, each element piece 41 of both piezoelectric elements 11a and 11b
Are arranged so that their positions in the circumferential direction coincide with each other (see FIG. 3).

【0032】上記圧電素子11a,11b間に介装され
る電極10bは、上記各素子片41に対応して周方向に
互いに分離された複数の電極片42によって構成されて
おり、各電極片42には配線Pが個別に接続されてい
る。そして、例えば電極10a,10cを接地した状態
で各電極片42に対して配線Pを介して駆動信号を同時
に供給することで、圧電素子11a,11bの素子片4
1を介して第1圧電素子11全体として振動が発生す
る。本実施形態では、第1圧電素子11の振動によって
前記第3弾性体9の接触部9bに縦振動を発生させるよ
うになっている。
The electrode 10b interposed between the piezoelectric elements 11a and 11b is composed of a plurality of electrode pieces 42 which are separated from each other in the circumferential direction corresponding to the element pieces 41. The wiring P is individually connected to. Then, for example, while the electrodes 10a and 10c are grounded, a drive signal is simultaneously supplied to each electrode piece 42 via the wiring P, so that the element pieces 4 of the piezoelectric elements 11a and 11b can be obtained.
Vibration is generated through the first piezoelectric element 11 as a whole. In this embodiment, the vibration of the first piezoelectric element 11 causes longitudinal vibration in the contact portion 9b of the third elastic body 9.

【0033】図5に示されるように、第2圧電素子12
を構成する一方の圧電素子12aの分極方向は、平面に
対して垂直で、かつ、その平面の半分づつで逆とされて
いる。又、第2圧電素子12を構成する他方の圧電素子
12bの分極方向は、一方の圧電素子12aの逆、即
ち、前記接着面の電極10eを中心として一方の圧電素
子12aと対称とされている。圧電素子12a,12b
にも中心部から所定角度(20度)ごとに放射状に伸び
る複数(18つ)の非分極領域A1(図4参照)が配設
されており、これにより分割された分極領域によって所
定角度ごとに複数の素子片41を形成している。尚、圧
電素子12a,12bの各素子片41は、互いに周方向
の位置が一致する態様で配置されている(図5参照)。
As shown in FIG. 5, the second piezoelectric element 12
The polarization direction of one of the piezoelectric elements 12a constituting the above is perpendicular to the plane, and is opposite every half of the plane. The polarization direction of the other piezoelectric element 12b constituting the second piezoelectric element 12 is opposite to that of the one piezoelectric element 12a, that is, symmetrical to the one piezoelectric element 12a about the electrode 10e on the adhesive surface. . Piezoelectric elements 12a, 12b
Also, a plurality (18) of non-polarized regions A1 (see FIG. 4) radially extending from the central portion at every predetermined angle (20 degrees) are provided, and the polarized regions divided by this are provided at predetermined angles. A plurality of element pieces 41 are formed. The element pieces 41 of the piezoelectric elements 12a and 12b are arranged so that their circumferential positions coincide with each other (see FIG. 5).

【0034】上記圧電素子12a,12b間に介装され
る電極10eも、上記各素子片41に対応して周方向に
互いに分離された複数の電極片42によって構成されて
おり、各電極片42には配線Pが個別に接続されてい
る。そして、例えば電極10d,10fを接地した状態
で各電極片42に対して配線Pを介して駆動信号を同時
に供給することで、圧電素子12a,12bの素子片4
1を介して第2圧電素子12全体として振動が発生す
る。本実施形態では、第2圧電素子12の振動によって
前記第3弾性体9の接触部9bに第1の方向を有する撓
み振動を発生させるようになっている。
The electrode 10e interposed between the piezoelectric elements 12a and 12b is also composed of a plurality of electrode pieces 42 which are separated from each other in the circumferential direction corresponding to the element pieces 41. The wiring P is individually connected to. Then, for example, while the electrodes 10d and 10f are grounded, a driving signal is simultaneously supplied to each electrode piece 42 via the wiring P, so that the element pieces 4 of the piezoelectric elements 12a and 12b.
Vibration is generated in the second piezoelectric element 12 as a whole via the first element 1. In the present embodiment, the vibration of the second piezoelectric element 12 causes the contact portion 9b of the third elastic body 9 to generate the flexural vibration having the first direction.

【0035】第2圧電素子12と同様、第3圧電素子1
3を構成する一方の圧電素子13aの分極方向は、平面
に対して垂直で、かつ、その平面の半分づつで逆とされ
ている。又、第3圧電素子13を構成する他方の圧電素
子13bの分極方向は、一方の圧電素子13aの逆、即
ち、前記接着面の電極10gを中心として一方の圧電素
子13aと対称とされている。圧電素子13a,13b
にも中心部から所定角度(20度)ごとに放射状に伸び
る複数(18つ)の非分極領域A1(図4参照)が配設
されており、これにより分割された分極領域によって所
定角度ごとに複数の素子片41を形成している。尚、圧
電素子13a,13bの各素子片41は、互いに周方向
の位置が一致する態様で配置されている(図5参照)。
Similar to the second piezoelectric element 12, the third piezoelectric element 1
The polarization direction of one of the piezoelectric elements 13a forming part 3 is perpendicular to the plane, and is opposite to each other by half of the plane. The polarization direction of the other piezoelectric element 13b constituting the third piezoelectric element 13 is opposite to that of the one piezoelectric element 13a, that is, symmetrical to the one piezoelectric element 13a about the electrode 10g on the adhesive surface. . Piezoelectric elements 13a, 13b
Also, a plurality (18) of non-polarized regions A1 (see FIG. 4) radially extending from the central portion at every predetermined angle (20 degrees) are provided, and the polarized regions divided by this are provided at predetermined angles. A plurality of element pieces 41 are formed. The element pieces 41 of the piezoelectric elements 13a and 13b are arranged in such a manner that their circumferential positions coincide with each other (see FIG. 5).

【0036】上記圧電素子13a,13b間に介装され
る電極10gも、上記各素子片41に対応して周方向に
互いに分離された複数の電極片42によって構成されて
おり、各電極片42には配線Pが個別に接続されてい
る。そして、例えば電極10f,10hを接地した状態
で各電極片42に対して配線Pを介して駆動信号を同時
に供給することで、圧電素子13a,13bの素子片4
1を介して第3圧電素子13全体として振動が発生す
る。本実施形態では、第3圧電素子13の振動によって
前記第3弾性体9の接触部9bに第1の方向と異なる第
2の方向を有する撓み振動を発生させるようになってい
る。
The electrode 10g interposed between the piezoelectric elements 13a and 13b is also composed of a plurality of electrode pieces 42 which are separated from each other in the circumferential direction corresponding to the element pieces 41. The wiring P is individually connected to. Then, for example, while the electrodes 10f and 10h are grounded, a driving signal is simultaneously supplied to each electrode piece 42 via the wiring P, so that the element pieces 4 of the piezoelectric elements 13a and 13b are formed.
Vibration is generated in the third piezoelectric element 13 as a whole via the first element 1. In the present embodiment, the vibration of the third piezoelectric element 13 causes the contact portion 9b of the third elastic body 9 to generate bending vibration having a second direction different from the first direction.

【0037】前記第1弾性体7の上面と第2弾性体8の
下面との間には第1圧電素子11が配設され、第2弾性
体8の上面と第3弾性体9の下面との間には第2及び第
3圧電素子12,13が配設される。詳しくは、第1弾
性体7、第1圧電素子11、第2弾性体8、第2及び第
3圧電素子12,13、第3弾性体9は、この順で積層
される。そして、第1弾性体7に立設されたボルト14
に係合されてこれら第1圧電素子11、第2弾性体8、
第2及び第3圧電素子12,13、第3弾性体9は略同
心軸上に固定されている。これにより、ステータ4は第
1弾性体7を介してケース1に対して固定される。尚、
このとき、第2圧電素子12と第3圧電素子13とは、
図2に示されるように極性が反転する分極の境界線が、
90°ずれるように積層される。そして、第1〜第3圧
電素子11〜13(圧電素子11a,11b〜13a,
13b)の各素子片41(非分極領域A1)は、互いに
周方向の位置が一致する態様で配置されている。
A first piezoelectric element 11 is arranged between the upper surface of the first elastic body 7 and the lower surface of the second elastic body 8, and the upper surface of the second elastic body 8 and the lower surface of the third elastic body 9 are arranged. The second and third piezoelectric elements 12 and 13 are arranged between them. Specifically, the first elastic body 7, the first piezoelectric element 11, the second elastic body 8, the second and third piezoelectric elements 12 and 13, and the third elastic body 9 are laminated in this order. Then, the bolt 14 erected on the first elastic body 7
Are engaged with the first piezoelectric element 11, the second elastic body 8,
The second and third piezoelectric elements 12, 13 and the third elastic body 9 are fixed on substantially concentric axes. As a result, the stator 4 is fixed to the case 1 via the first elastic body 7. still,
At this time, the second piezoelectric element 12 and the third piezoelectric element 13 are
As shown in FIG. 2, the boundary line of polarization whose polarity is reversed is
Stacked so as to be offset by 90 °. Then, the first to third piezoelectric elements 11 to 13 (piezoelectric elements 11a, 11b to 13a,
The element pieces 41 (non-polarized area A1) of 13b) are arranged in such a manner that their circumferential positions coincide with each other.

【0038】ロータ5は、ステンレス鋼等の剛体よりな
り、略球形状の球面部5aと、その球面部5aから突出
した出力軸5bとを有する。そして、ロータ5は、出力
軸5bがケース1(軸受3)の上方に突出する態様で軸
受3(球面状支持面3a)及びステータ4(接触部9
b)間に複数の軸中心に回動可能に支持されている。こ
のとき、ロータ5は、球面部5aが軸受3を介して下方
に加圧されることで、同球面部5aが前記ステータ4の
接触部9bに加圧接触されて保持されている。このロー
タ5は、出力軸5bが軸受3のテーパ面3bと当接する
までの範囲で複数の軸中心の回動が許容されている。
The rotor 5 is made of a rigid body such as stainless steel and has a substantially spherical spherical surface portion 5a and an output shaft 5b protruding from the spherical surface portion 5a. In the rotor 5, the output shaft 5b projects above the case 1 (bearing 3), and the bearing 3 (spherical support surface 3a) and the stator 4 (contact portion 9).
It is rotatably supported around a plurality of axes between b). At this time, in the rotor 5, the spherical surface portion 5a is pressed downward through the bearing 3 so that the spherical surface portion 5a is pressed and held by the contact portion 9b of the stator 4. The rotor 5 is allowed to rotate about a plurality of shafts until the output shaft 5b comes into contact with the tapered surface 3b of the bearing 3.

【0039】ここで、図6に示されるように、ロータ5
の内部には、出力軸5bの軸線に略直交する面内におい
て略円盤状に形成された位置検出体51が収容されてい
る。この位置検出体51は、例えばチタンなどの硬い材
料にて形成されている。そして、この位置検出体51に
は、前記第1〜第3圧電素子11〜13の素子片41と
同等の角度(20度)にて切り欠かれた切欠部51aが
形成されている。この位置検出体51は、後述の態様で
ステータ4に供給された高周波信号で見分けるためのも
のである。図7(a)(b)に示されるように、位置検
出体51は、上記切欠部51a以外に対応して配置され
た素子片41に対して上記高周波信号を反射し、同切欠
部51aに対応して配置された素子片41に対して上記
高周波信号を反射しない。位置検出体51は、ステータ
4の軸線に略一致するロータ5のz軸廻りの回動位置に
対応して反射波の強度を2値化し、これによりロータ5
のz軸廻りの回動位置を検出する。又、図7(c)に示
されるように、ロータ5がz軸に直交する平面内に設定
されるx軸廻り、y軸廻りに回転し、ステータ4(圧電
素子)の軸線(z軸)に対して傾くと、その傾斜角度に
応じて各素子片41間の距離が変動する。そして、上記
距離が短い素子片41ほど反射波の強度が大きくなり、
同長い素子片41ほど反射波の強度が小さくなる。これ
により、位置検出体51は、ロータ5のx軸廻り、y軸
廻りの回動位置を検出する。
Here, as shown in FIG. 6, the rotor 5
A position detecting body 51 formed in a substantially disc shape in a plane substantially orthogonal to the axis of the output shaft 5b is housed inside the. The position detector 51 is made of a hard material such as titanium. The position detecting body 51 is formed with a cutout portion 51a cut out at the same angle (20 degrees) as the element piece 41 of the first to third piezoelectric elements 11 to 13. The position detector 51 is used to identify the high-frequency signal supplied to the stator 4 in a manner described later. As shown in FIGS. 7A and 7B, the position detection body 51 reflects the high frequency signal to the element piece 41 arranged corresponding to other than the cutout portion 51a, and the cutout portion 51a receives the high frequency signal. The high frequency signal is not reflected on the element piece 41 arranged correspondingly. The position detection body 51 binarizes the intensity of the reflected wave corresponding to the rotational position of the rotor 5 around the z-axis, which substantially coincides with the axis of the stator 4, and thereby the rotor 5 is rotated.
The rotation position around the z-axis is detected. Further, as shown in FIG. 7C, the rotor 5 rotates about the x-axis and the y-axis set in a plane orthogonal to the z-axis, and the axis (z-axis) of the stator 4 (piezoelectric element). When tilted, the distance between the element pieces 41 varies depending on the tilt angle. Then, the intensity of the reflected wave increases as the element piece 41 having a shorter distance becomes,
The longer the element piece 41, the smaller the intensity of the reflected wave. As a result, the position detector 51 detects the rotational position of the rotor 5 around the x axis and the y axis.

【0040】給電されていないいずれかの圧電素子11
〜13の各素子片41は、上記反射波の強度に応じた起
電力を発生する。従って、上記態様で変動する反射波の
強度に基づく各素子片41ごとの起電力を検知すること
で、ロータ5の複数軸廻りの回動位置が検出される。
Any piezoelectric element 11 that is not powered
The element pieces 41 to 13 generate electromotive force according to the intensity of the reflected wave. Therefore, by detecting the electromotive force of each element piece 41 based on the intensity of the reflected wave that fluctuates in the above-described manner, the rotational position of the rotor 5 around the plurality of axes is detected.

【0041】ロータ5の出力軸5bの先端には、被駆動
部材16が固定されている。本実施の形態の被駆動部材
16は、図11の模式図に示すように、動物型玩具ロボ
ット31の可動する箇所である各足31aや、首31b
や、頭31cや、尻尾31dにそれぞれ該当する。
A driven member 16 is fixed to the tip of the output shaft 5b of the rotor 5. As shown in the schematic view of FIG. 11, the driven member 16 of the present embodiment has a leg 31a and a neck 31b which are movable parts of the animal toy robot 31.
The head 31c and the tail 31d.

【0042】次に、本実施形態の電気的な接続及び動作
について説明する。図8に示されるように、この超音波
モータは、位置検出回路21と、目標値設定回路22
と、アクチュエータ作動回路23と、3方向切替回路2
4とを備えている。そして、前記第1〜第3圧電素子1
1〜13(電極10b,10e,10gの各電極片4
2)のいずれか2つには3方向切替回路24を介してア
クチュエータ作動回路23が接続され、残りの1つには
3方向切替回路24を介して位置検出回路21が接続さ
れるようになっている。又、各圧電素子11〜13を挟
み込む電極10a,10c,10d,10f,10hは
接地されている(図3及び図5参照)。
Next, the electrical connection and operation of this embodiment will be described. As shown in FIG. 8, this ultrasonic motor includes a position detection circuit 21 and a target value setting circuit 22.
, The actuator operating circuit 23, and the three-direction switching circuit 2
4 and. Then, the first to third piezoelectric elements 1
1 to 13 (each electrode piece 4 of electrodes 10b, 10e, 10g)
The actuator actuation circuit 23 is connected to any two of 2) via the three-way switching circuit 24, and the position detection circuit 21 is connected to the other one via the three-way switching circuit 24. ing. The electrodes 10a, 10c, 10d, 10f and 10h sandwiching the piezoelectric elements 11 to 13 are grounded (see FIGS. 3 and 5).

【0043】位置検出回路21に接続されたいずれか1
つの圧電素子11〜13は、前記位置検出体51からの
反射波の強度を検出する。すなわち、位置検出回路21
に接続されたいずれか1つの圧電素子11〜13の各素
子片41は、上記反射波の強度に応じた起電力を発生す
る。既述のように、上記反射波の強度はロータ5のx、
y、z軸廻りの回動位置に応じて変動する。位置検出回
路21は、この反射波の強度に基づく各素子片41ごと
の起電力を順次、検知し、ロータ5の回動位置を検出す
る。
Any one connected to the position detection circuit 21
The two piezoelectric elements 11 to 13 detect the intensity of the reflected wave from the position detector 51. That is, the position detection circuit 21
Each element piece 41 of any one of the piezoelectric elements 11 to 13 connected to generates an electromotive force corresponding to the intensity of the reflected wave. As described above, the intensity of the reflected wave is x of the rotor 5,
It varies depending on the rotational position around the y and z axes. The position detection circuit 21 sequentially detects the electromotive force of each element piece 41 based on the intensity of the reflected wave to detect the rotational position of the rotor 5.

【0044】位置検出回路21は、目標値設定回路22
に接続されている。位置検出回路21は、検出されたロ
ータ5の回動位置に基づいて被駆動部材16(出力軸5
b)の傾動状態を算出し、その傾動状態に相当する傾動
状態信号S1を目標値設定回路22に出力する。
The position detection circuit 21 includes a target value setting circuit 22.
It is connected to the. The position detection circuit 21 detects the driven member 16 (output shaft 5) based on the detected rotational position of the rotor 5.
The tilting state of b) is calculated, and the tilting state signal S1 corresponding to the tilting state is output to the target value setting circuit 22.

【0045】目標値設定回路22は、アクチュエータ作
動回路23に接続されている。目標値設定回路22は、
前記傾動状態信号S1に基づいて、被駆動部材16(出
力軸5b)の傾動状態を予め設定(操作)された被駆動
部材16の傾動状態(行動パターン中の傾動状態を含
む)に近づけるための情報を含む目標値設定信号S2を
アクチュエータ作動回路23に出力する。
The target value setting circuit 22 is connected to the actuator operating circuit 23. The target value setting circuit 22 is
Based on the tilting state signal S1, the tilting state of the driven member 16 (output shaft 5b) is brought closer to the preset (operating) tilting state of the driven member 16 (including the tilting state in the action pattern). A target value setting signal S2 including information is output to the actuator operating circuit 23.

【0046】アクチュエータ作動回路23は、前記目標
値設定信号S2に基づいて、いずれか2つの圧電素子1
1〜13に、例えば正弦波形の駆動信号を供給する。こ
の駆動信号の周波数は、第1〜第3圧電素子11〜13
に発生する各振動の感度を互いに略同等にするように設
定されている。
The actuator actuating circuit 23 operates on the basis of the target value setting signal S2 to select any two of the piezoelectric elements 1.
A drive signal having, for example, a sine waveform is supplied to 1 to 13. The frequency of this drive signal is the first to third piezoelectric elements 11 to 13
It is set so that the sensitivities of the respective vibrations generated in the above are substantially equal to each other.

【0047】3方向切替回路24は、図示しない制御装
置からの切替信号に基づき、第1〜第3圧電素子11〜
13と位置検出回路21及びアクチュエータ作動回路2
3との各接続状態を切り替える。
The three-direction switching circuit 24 is based on a switching signal from a control device (not shown) and the first to third piezoelectric elements 11 to 11.
13, position detection circuit 21, and actuator operation circuit 2
Each connection state with 3 is switched.

【0048】例えば、アクチュエータ作動回路23は、
第1圧電素子11の接着面の電極10b(電極片42)
に駆動信号を供給する。同様に、アクチュエータ作動回
路23は、第2圧電素子12の接着面の電極10e(電
極片42)に駆動信号を供給する。
For example, the actuator operating circuit 23 is
The electrode 10b (electrode piece 42) on the adhesive surface of the first piezoelectric element 11
Supply a drive signal to. Similarly, the actuator operation circuit 23 supplies a drive signal to the electrode 10e (electrode piece 42) on the adhesive surface of the second piezoelectric element 12.

【0049】すると、第1圧電素子11に接着面の電極
10bを共通として上下に対称な駆動信号が供給される
ことと、一方の圧電素子11aと他方の圧電素子11b
の分極方向が接着面の電極10bを中心として対称とさ
れていることから、第1圧電素子11では大きな(圧電
素子11a,11bの振動を足算した)振動が発生す
る。この振動は、圧電素子11a,11bの分極方向が
それぞれ平面全体で一方向であることから、上面から下
面までが一様に伸び縮みする縦振動となる。
Then, a vertically symmetrical drive signal is supplied to the first piezoelectric element 11 with the electrode 10b on the adhesive surface common, and one piezoelectric element 11a and the other piezoelectric element 11b.
Since the polarization direction of is symmetrical with respect to the electrode 10b on the adhesive surface, a large vibration (the sum of the vibrations of the piezoelectric elements 11a and 11b) is generated in the first piezoelectric element 11. Since the polarization directions of the piezoelectric elements 11a and 11b are unidirectional on the entire plane, this vibration is a longitudinal vibration in which the upper surface and the lower surface are uniformly expanded and contracted.

【0050】又、第2圧電素子12に接着面の電極10
eを共通として上下に対称な駆動信号が供給されること
と、一方の圧電素子12aと他方の圧電素子12bの分
極方向が接着面の電極10eを中心として対称とされて
いることから、第2圧電素子12では大きな振動が発生
する。この振動は、圧電素子12a,12bの分極方向
がそれぞれ平面の半分づつで逆であることから、その分
割した一方が伸びるときには他方が縮み、一方が縮むと
きには他方が伸びる振動となる。
Further, the electrode 10 on the adhesive surface is attached to the second piezoelectric element 12.
Since a vertically symmetrical drive signal is supplied with e being common, and the polarization directions of the one piezoelectric element 12a and the other piezoelectric element 12b are symmetrical about the electrode 10e on the adhesive surface, Large vibration is generated in the piezoelectric element 12. This vibration is a vibration in which the polarization directions of the piezoelectric elements 12a and 12b are opposite in each half of the plane, so that when one of the divided parts expands, the other contracts, and when one contracts, the other expands.

【0051】すると、ステータ4の接触部9bでは、第
1及び第2圧電素子11、12の各振動に基づく複合振
動が発生する。そして、ロータ5は回動されるととも
に、出力軸5b及び被駆動部材16(各足31aや首3
1bや頭31cや尻尾31d等)が予め設定(操作)さ
れた傾動状態に傾動される。
Then, in the contact portion 9b of the stator 4, a composite vibration is generated based on each vibration of the first and second piezoelectric elements 11 and 12. The rotor 5 is rotated, and the output shaft 5b and the driven member 16 (each foot 31a and neck 3) are rotated.
1b, the head 31c, the tail 31d, etc.) are tilted to a preset (operated) tilting state.

【0052】又、アクチュエータ作動回路23は、駆動
信号を供給する第1及び第2圧電素子11,12の一方
に、高周波信号を供給する。図9は、上記高周波信号を
含む駆動信号を示すタイムチャートである。同図に示さ
れるように、本実施形態では、駆動信号の所定回数分の
周期経過ごとに1回の周期のタイミングに併せて駆動信
号に代えて複数周期分の高周波信号を供給している。す
なわち、所定時間ごとに、駆動信号と高周波信号とを選
択的に供給している。この高周波信号の振幅は、前記位
置検出体51からの反射後の高周波信号(反射波)の振
幅を確保するレベルに設定される。
The actuator actuating circuit 23 also supplies a high frequency signal to one of the first and second piezoelectric elements 11 and 12 which supplies a drive signal. FIG. 9 is a time chart showing a drive signal including the high frequency signal. As shown in the figure, in this embodiment, a high frequency signal for a plurality of cycles is supplied instead of the drive signal in accordance with the timing of one cycle every time a predetermined number of cycles of the drive signal elapse. That is, the drive signal and the high frequency signal are selectively supplied every predetermined time. The amplitude of the high frequency signal is set to a level that ensures the amplitude of the high frequency signal (reflected wave) after the reflection from the position detection body 51.

【0053】本実施形態では、ロータ5に対してより遠
い側の圧電素子(この場合、第1圧電素子11)に上記
高周波信号を供給するようになっている。これは、反射
前の高周波信号及び反射後の高周波信号(反射波)を受
信する時間差をより大きくすることで、これら両信号の
区別を容易にするためである。尚、この高周波信号の周
波数は、上記駆動信号の周波数よりも高い周波数に設定
されている。これは、高周波信号の供給によってステー
タ4に振動が発生し、ロータ5の回動性能に影響を及ぼ
すことを回避するためである。
In this embodiment, the high frequency signal is supplied to the piezoelectric element (first piezoelectric element 11 in this case) farther from the rotor 5. This is because the time difference between the high-frequency signal before reflection and the high-frequency signal (reflected wave) after reflection is made larger so that the two signals can be easily distinguished. The frequency of the high frequency signal is set to a frequency higher than the frequency of the drive signal. This is to prevent the stator 4 from vibrating due to the supply of the high frequency signal and affecting the rotation performance of the rotor 5.

【0054】一方、第3圧電素子13の各素子片41
は、上記第1及び第2圧電素子11,12の駆動信号に
よる複合振動に応じた起電力と上記第1及び第2圧電素
子11,12の一方に供給した高周波信号の前記位置検
出体51からの反射波の強度に応じた起電力を発生す
る。この中から反射波の強度に基づく各素子片41ごと
の起電力を検知することで、ロータ5の回動位置が検出
される。
On the other hand, each element piece 41 of the third piezoelectric element 13
From the position detector 51 of the electromotive force corresponding to the composite vibration due to the drive signals of the first and second piezoelectric elements 11 and 12 and the high frequency signal supplied to one of the first and second piezoelectric elements 11 and 12. Generates an electromotive force according to the intensity of the reflected wave. The rotational position of the rotor 5 is detected by detecting the electromotive force of each element piece 41 based on the intensity of the reflected wave.

【0055】ちなみに、前記目標値設定回路22は、前
記傾動状態信号S1に基づく被駆動部材16(出力軸5
b)の傾動状態が予め設定(操作)された被駆動部材1
6の傾動状態に略一致すると、すなわち検出されたロー
タ5の回動位置が目標とする回動位置に略一致すると、
上記目標値設定信号S2のアクチュエータ作動回路23
への出力を停止する。そして、アクチュエータ作動回路
23を介した駆動信号の供給を停止する。
Incidentally, the target value setting circuit 22 is configured so that the driven member 16 (the output shaft 5) based on the tilting state signal S1.
The driven member 1 in which the tilting state of b) is preset (operated)
6 substantially coincides with the tilted state, that is, when the detected rotational position of the rotor 5 substantially coincides with the target rotational position,
The actuator operating circuit 23 for the target value setting signal S2
Output to. Then, the supply of the drive signal via the actuator operating circuit 23 is stopped.

【0056】上記第1〜第3圧電素子11〜13のうち
振動発生に係るいずれか2つと、反射波検出に係る残り
の1つとの組み合わせを変えても、接触部9bにおける
合成振動が変わることを除きその動作態様は同様であ
る。
Even if the combination of any two of the first to third piezoelectric elements 11 to 13 related to vibration generation and the remaining one related to reflected wave detection is changed, the combined vibration at the contact portion 9b is changed. The operation mode is the same except for.

【0057】尚、図10は、ロータ5のx、y、z軸廻
りの回動に対しての第1〜第3圧電素子11〜13の振
動発生及び反射波検知(回動位置検出)に係る組み合わ
せを示す一覧図である。本実施形態では、第1及び第2
圧電素子11,12に駆動信号を供給することでロータ
5をy軸廻りに回動し、その回動位置を第3圧電素子1
3により検出する。又、第1及び第3圧電素子11,1
3に駆動信号を供給することでロータ5をx軸廻りに回
動し、その回動位置を第2圧電素子12により検出す
る。更に、第2及び第3圧電素子12,13に駆動信号
を供給することでロータ5をz軸廻りに回動し、その回
動位置を第1圧電素子11により検出する。
FIG. 10 shows the vibration generation and reflected wave detection (rotational position detection) of the first to third piezoelectric elements 11 to 13 with respect to the rotation of the rotor 5 around the x, y and z axes. It is a list diagram showing such a combination. In the present embodiment, the first and second
By supplying a drive signal to the piezoelectric elements 11 and 12, the rotor 5 is rotated about the y-axis, and the rotation position is set to the third piezoelectric element 1.
3 to detect. Also, the first and third piezoelectric elements 11, 1
By supplying a drive signal to 3, the rotor 5 is rotated about the x-axis, and the rotation position is detected by the second piezoelectric element 12. Further, by supplying a drive signal to the second and third piezoelectric elements 12 and 13, the rotor 5 is rotated about the z axis, and the rotation position is detected by the first piezoelectric element 11.

【0058】以上詳述したように、本実施形態によれ
ば、以下に示す効果が得られるようになる。 (1)本実施形態では、ロータ5は回動位置に応じてス
テータ4に反射する振動(高周波信号)を変動させる位
置検出体51を有している。そして、接触部9bに振動
を発生させるいずれか2つの圧電素子11〜13の一方
に高周波信号を供給するととともに、ロータ5からステ
ータ4に反射された高周波信号を、接触部9bに振動を
発生させないいずれか1つの圧電素子11〜13(素子
片41)により検出してロータ5の回動位置を検出し
た。従って、ロータ5の回動位置を検出するための特別
な装置が不要となり、同検出に係る構造を簡易化できて
配置スペースの増大も抑制できる。そして、ひいては装
置全体のコンパクト化が可能となる。
As described in detail above, according to this embodiment, the following effects can be obtained. (1) In the present embodiment, the rotor 5 has the position detection body 51 that changes the vibration (high frequency signal) reflected by the stator 4 according to the rotational position. Then, a high-frequency signal is supplied to one of the two piezoelectric elements 11 to 13 that generate vibration in the contact portion 9b, and the high-frequency signal reflected from the rotor 5 to the stator 4 does not generate vibration in the contact portion 9b. The rotational position of the rotor 5 was detected by detecting with any one of the piezoelectric elements 11 to 13 (element piece 41). Therefore, a special device for detecting the rotational position of the rotor 5 is not required, the structure related to the detection can be simplified, and the increase of the installation space can be suppressed. As a result, the entire device can be made compact.

【0059】又、上記接触部9bに振動を発生させるい
ずれか2つの圧電素子11〜13の一方に供給される高
周波信号の周波数は、上記駆動信号の周波数よりも十分
に高く設定されているため、高周波信号の供給による接
触部9bの振動への影響も抑制できる。更に、高周波信
号であるためロータ5からステータ4への反射が容易と
なり、ロータ5の回動位置の検出精度も向上できる。
Further, the frequency of the high frequency signal supplied to one of the two piezoelectric elements 11 to 13 which generate vibrations in the contact portion 9b is set sufficiently higher than the frequency of the drive signal. Also, the influence of the supply of the high frequency signal on the vibration of the contact portion 9b can be suppressed. Further, since it is a high frequency signal, it is easy to reflect from the rotor 5 to the stator 4, and the detection accuracy of the rotational position of the rotor 5 can be improved.

【0060】(2)本実施形態では、検出されたロータ
5の回動位置(傾動状態信号S1)と目標回動位置とを
比較し、略同じ位置に至ったときにアクチュエータ作動
回路23による給電を停止する目標値設定回路22を備
えている。従って、ロータ5の回動位置が上記目標回動
位置の範囲で規制されるため、同ロータ5の無駄な動き
を抑制できる。
(2) In the present embodiment, the detected rotational position (tilt state signal S1) of the rotor 5 is compared with the target rotational position, and when the substantially same position is reached, power is supplied by the actuator operating circuit 23. A target value setting circuit 22 for stopping the operation is provided. Therefore, since the rotational position of the rotor 5 is restricted within the range of the target rotational position, useless movement of the rotor 5 can be suppressed.

【0061】(3)本実施形態では、位置検出体51は
略円盤状に形成されてロータ5と一体回動するように設
けられている。従って、ロータ5の回動に伴う位置検出
体51の位置(傾斜)に応じて同位置検出体51の電気
的なインピーダンスが変化すると共にステータ4の圧電
素子(素子片41)との距離が変動し、ロータ5からス
テータ4に反射される高周波信号の強度に変化が現れ
る。従って、この反射された高周波信号の強度によりロ
ータ5の回動位置を容易に検出できる。
(3) In the present embodiment, the position detecting body 51 is formed in a substantially disc shape so as to rotate integrally with the rotor 5. Therefore, according to the position (inclination) of the position detection body 51 due to the rotation of the rotor 5, the electrical impedance of the position detection body 51 changes and the distance from the piezoelectric element (element piece 41) of the stator 4 changes. Then, a change appears in the intensity of the high frequency signal reflected from the rotor 5 to the stator 4. Therefore, the rotational position of the rotor 5 can be easily detected from the intensity of the reflected high frequency signal.

【0062】(4)本実施形態では、位置検出体51は
周方向の一部に切欠部51aを有している。従って、切
欠部51aの位置に対応してロータ5からステータ4に
反射される高周波信号の強度が極端に低減される。従っ
て、この反射された高周波信号の強度によりロータ5の
回動位置を容易に検出できる。
(4) In this embodiment, the position detecting body 51 has a notch 51a in a part in the circumferential direction. Therefore, the intensity of the high frequency signal reflected from the rotor 5 to the stator 4 corresponding to the position of the cutout portion 51a is extremely reduced. Therefore, the rotational position of the rotor 5 can be easily detected from the intensity of the reflected high frequency signal.

【0063】(5)本実施形態では、ロータ5は略球面
体であって、位置検出体51はロータ5の内部に収容さ
れている。従って、位置検出体51がロータ5の外部に
露出しない分、設計の自由度を増大した簡易な構造にで
きる。
(5) In this embodiment, the rotor 5 is a substantially spherical body, and the position detector 51 is housed inside the rotor 5. Therefore, since the position detecting body 51 is not exposed to the outside of the rotor 5, a simple structure can be obtained in which the degree of freedom in design is increased.

【0064】(6)本実施形態では、高周波信号は接触
部9bに振動を発生させるいずれか1つの圧電素子11
〜13にのみ供給される。従って、高周波信号の発生源
が1つであることから、ロータ5からステータ4に反射
される高周波信号に混入する外乱信号を低減でき、反射
された高周波信号の検出によるロータ5の回動位置の検
出精度も向上できる。また、例えば複数(例えば、2
つ)の高周波信号を供給する場合のように各信号間に同
期をとる必要もないため、簡易な構造にできる。
(6) In the present embodiment, the high frequency signal causes any one of the piezoelectric elements 11 to generate vibration in the contact portion 9b.
~ 13 only. Therefore, since there is only one high frequency signal generation source, the disturbance signal mixed in the high frequency signal reflected from the rotor 5 to the stator 4 can be reduced, and the rotational position of the rotor 5 can be determined by detecting the reflected high frequency signal. The detection accuracy can also be improved. Also, for example, a plurality (for example, 2
Since it is not necessary to synchronize each signal as in the case of supplying a high frequency signal, the structure can be simplified.

【0065】(7)本実施形態では、高周波信号はロー
タ5から遠い側の圧電素子11〜13に供給される。従
って、供給された高周波信号がロータ5からステータ4
に反射されて、接触部9bに振動を発生させないいずれ
か1つの圧電素子11〜13により検出されるまでの時
間差がその分大きくなる。そして、反射前の高周波信号
(供給された高周波信号)と反射後の高周波信号との区
別を容易にできる。
(7) In this embodiment, the high frequency signal is supplied to the piezoelectric elements 11 to 13 far from the rotor 5. Therefore, the supplied high frequency signal is transmitted from the rotor 5 to the stator 4
The time lag until it is reflected by and is detected by any one of the piezoelectric elements 11 to 13 that does not generate vibration in the contact portion 9b increases accordingly. Then, the high-frequency signal before reflection (supplied high-frequency signal) and the high-frequency signal after reflection can be easily distinguished.

【0066】(8)本実施形態では、上記高周波信号は
駆動信号に代えて所定時間ごとに供給される。従って、
1つの圧電素子11〜13で駆動信号と検出の高周波信
号を発するため、部品点数が少ない。
(8) In the present embodiment, the high frequency signal is supplied instead of the drive signal at every predetermined time. Therefore,
Since one piezoelectric element 11 to 13 outputs a drive signal and a high frequency signal for detection, the number of parts is small.

【0067】尚、本発明の実施の形態は上記実施形態に
限定されるものではなく、次のように変更してもよい。 ・前記実施形態においては、位置検出体51をロータ5
に設けたが、例えば被駆動部材16に設けてもよい。す
なわち、被駆動部材16はロータ5と一体的に動作する
ものであって実質的にロータ5の一部とみなすことも可
能である。従って、このような変更を加えても本発明を
何ら逸脱するものではない。そして、このように変更し
ても前記実施形態と同様の効果が得られる。
The embodiment of the present invention is not limited to the above embodiment, but may be modified as follows. -In the above-mentioned embodiment, the position detection body 51 is the rotor 5
However, it may be provided on the driven member 16, for example. That is, the driven member 16 operates integrally with the rotor 5 and can be regarded as substantially a part of the rotor 5. Therefore, even if such a change is made, the present invention is not deviated at all. Even with such a change, the same effect as that of the above embodiment can be obtained.

【0068】・前記実施形態においては、位置検出体5
1の切欠部51aの周方向の幅(20度)を各素子片4
1の周方向の幅と同等に設定したが、これらは互いに異
なっていてもよい。このように変更しても前記実施形態
と同様の効果が得られる。
In the above embodiment, the position detecting member 5
The width (20 degrees) in the circumferential direction of the notch 51a of each element element 4
Although the width is set to be equal to 1 in the circumferential direction, they may be different from each other. Even with this modification, the same effect as that of the above embodiment can be obtained.

【0069】・前記実施形態においては、位置検出体5
1を設け、その切欠部51aにより反射波の強度を変動
させ、ロータ5のz軸廻りの回動位置を検出した。これ
に対して、図12に示されるように、出力軸5bの軸線
に略直交するロータ5の外周面(球面部5a)に沿って
長手方向が配置される位置検出体61を設ける。この位
置検出体61は、例えばチタンなどの硬い材料にて形成
された振動反射体であって、周方向一側から他側(図1
2において右側から左側)に向かって徐々に密度が低く
なるように設定されている。具体的には、位置検出体6
1内部に設ける空孔を増やしていくことで徐々に密度を
低くしている。この場合、位置検出体61からの反射波
の強度は上記密度が大きくなるほど大きくなる。すなわ
ち、位置検出体61の密度(反射波の強度)に応じた各
素子片41の起電力をロータ5のz軸廻りの回動位置に
対応させることで同位置を検出するようにしてもよい。
尚、この位置検出体61は全周にわたって設けてもよい
し、一部に設けてもよい。又、このような形状の位置検
出体61を、例えば被駆動部材16に設けてもよい。こ
のように変更しても前記実施形態と同様の効果が得られ
る。
In the above embodiment, the position detecting member 5
1 was provided, the intensity of the reflected wave was varied by the notch 51a, and the rotational position of the rotor 5 around the z axis was detected. On the other hand, as shown in FIG. 12, a position detection body 61 is provided whose longitudinal direction is arranged along the outer peripheral surface (spherical surface portion 5a) of the rotor 5 substantially orthogonal to the axis of the output shaft 5b. The position detector 61 is a vibration reflector made of a hard material such as titanium, and is located on one side in the circumferential direction to the other side (see FIG. 1).
2, the density is set to gradually decrease from the right side to the left side). Specifically, the position detector 6
1 The density is gradually lowered by increasing the number of holes provided inside. In this case, the intensity of the reflected wave from the position detector 61 increases as the density increases. That is, the same position may be detected by making the electromotive force of each element piece 41 corresponding to the density of the position detector 61 (strength of the reflected wave) correspond to the rotational position of the rotor 5 around the z axis. .
The position detector 61 may be provided over the entire circumference or a part thereof. Further, the position detecting body 61 having such a shape may be provided on the driven member 16, for example. Even with this modification, the same effect as that of the above embodiment can be obtained.

【0070】・前記実施形態においては、駆動されるい
ずれか1つの圧電素子11〜13に対して、所定時間ご
とに駆動信号と高周波信号とを選択的に供給した。これ
に対して、図13に示されるように駆動されるいずれか
1つの圧電素子11〜13に駆動信号と高周波信号とを
常時重畳させて供給してもよい。このように変更をする
ことで、前記実施形態の(1)〜(7)と同様の効果に
加え、高周波信号が連続的に供給されることで接触部9
bの振動を安定化できる。
In the above embodiment, the drive signal and the high frequency signal are selectively supplied to the driven piezoelectric elements 11 to 13 every predetermined time. On the other hand, the drive signal and the high frequency signal may be always superimposed and supplied to any one of the piezoelectric elements 11 to 13 driven as shown in FIG. By making such a change, in addition to the same effects as (1) to (7) of the above-described embodiment, the high frequency signal is continuously supplied, so that the contact portion 9 is provided.
The vibration of b can be stabilized.

【0071】・前記実施形態においては、第1〜第3圧
電素子11〜13と位置検出回路21及びアクチュエー
タ作動回路23との各接続を1つの切替回路(3方向切
替回路24)のみで行った。これに対して、第1〜第3
圧電素子11〜13と位置検出回路21との接続、第1
〜第3圧電素子11〜13とアクチュエータ作動回路2
3との接続をそれぞれ個別に設けた切替回路で行っても
よい。このように変更をしても前記実施形態と同様の効
果が得られる。
In the above embodiment, each of the first to third piezoelectric elements 11 to 13 and the position detecting circuit 21 and the actuator operating circuit 23 is connected by only one switching circuit (three-direction switching circuit 24). . On the other hand, the first to the third
Connection between the piezoelectric elements 11 to 13 and the position detection circuit 21, first
-Third piezoelectric elements 11-13 and actuator operating circuit 2
The connection with 3 may be performed by a switching circuit provided individually. Even with such a change, the same effect as that of the above embodiment can be obtained.

【0072】・前記実施形態においては、駆動信号を正
弦波状にしたが、パルス状であってもよい。このように
変更をしても前記実施形態と同様の効果が得られる。 ・前記実施形態においては、第1〜第3圧電素子11〜
13を2枚1組となる圧電素子11a〜13a、11b
〜13bにて形成したが、1枚の圧電素子のみで形成し
てもよい。このように変更しても前記実施形態と同様の
効果が得られる。
In the above embodiment, the drive signal has a sine wave shape, but it may have a pulse shape. Even with such a change, the same effect as that of the above embodiment can be obtained. -In the said embodiment, the 1st-3rd piezoelectric element 11-.
Piezoelectric elements 11a to 13a and 11b that form a set of two sheets 13
13b, it may be formed by only one piezoelectric element. Even with this modification, the same effect as that of the above embodiment can be obtained.

【0073】・前記実施形態においては、第1〜第3圧
電素子11〜13(圧電素子11a〜13a、11b〜
13b)を周方向に互いに同数に等分(18等分)した
が、必ずしも同数である必要はなく、互いに異なる数で
等分してもよい。このように変更をしても前記実施形態
と同様の効果が得られる。
In the above embodiment, the first to third piezoelectric elements 11 to 13 (piezoelectric elements 11a to 13a, 11b to
Although 13b) is equally divided (18 equally) in the circumferential direction, the number is not necessarily the same, and different numbers may be equally divided. Even with such a change, the same effect as that of the above embodiment can be obtained.

【0074】・前記実施形態においては、第1〜第3圧
電素子11〜13(圧電素子11a〜13a、11b〜
13b)を周方向に18等分して素子片41を形成し
た。これに対して、圧電性能若しくは検出の分解能が確
保されるのであれば、その他の数に等分して素子片41
を形成してもよい。このように変更をしても前記実施形
態と同様の効果が得られる。
In the above embodiment, the first to third piezoelectric elements 11 to 13 (piezoelectric elements 11a to 13a, 11b to
13b) was divided into 18 equal parts in the circumferential direction to form the element piece 41. On the other hand, if the piezoelectric performance or the resolution of detection is ensured, the element piece 41 is equally divided into other numbers.
May be formed. Even with such a change, the same effect as that of the above embodiment can be obtained.

【0075】・前記実施形態においては、ロータ5をス
テンレス鋼とし、位置検出体51をチタンとしたが、ロ
ータ5をアルミニウムとし、位置検出体51を鉄として
もよい。このように変更をしても前記実施形態と同様の
効果が得られる。
In the above embodiment, the rotor 5 is made of stainless steel and the position detecting body 51 is made of titanium. However, the rotor 5 may be made of aluminum and the position detecting body 51 may be made of iron. Even with such a change, the same effect as that of the above embodiment can be obtained.

【0076】・前記実施形態のステータ4は、ロータ5
を複数の軸中心に回動させるべくロータ5が当接される
接触部に複数方向の振動を発生することができれば、他
の構成に変更してもよい。
The stator 4 of the above embodiment is the rotor 5
Other configurations may be used as long as vibration in a plurality of directions can be generated at the contact portion with which the rotor 5 abuts so as to rotate about the plurality of axes.

【0077】・前記実施形態では、超音波モータを備え
た動物型玩具ロボット31に具体化したが、上記各実施
の形態の超音波モータを、人間型等の他のロボットや、
他の装置等に搭載して実施してもよい。
In the above-described embodiment, the animal toy robot 31 having the ultrasonic motor is embodied, but the ultrasonic motor of each of the above-described embodiments may be replaced by another robot such as a humanoid robot,
It may be mounted on another device or the like.

【0078】次に、以上の実施形態から把握することが
できる請求項以外の技術的思想を、その効果とともに以
下に記載する。 (イ)請求項1〜9のいずれかに記載の超音波モータに
おいて、前記変動手段(61)は、前記ロータ(5)よ
りも密度若しくは硬度が高く周方向にて差が生じている
振動反射体により形成されてなることを特徴とする超音
波モータ。同構成によれば、ロータの回動位置に応じて
反射される振動に変化が現れる。従って、回動位置に応
じた反射振動の判別が容易なものとなる。
Next, technical ideas other than the claims that can be understood from the above-described embodiments will be described below along with their effects. (A) In the ultrasonic motor according to any one of claims 1 to 9, the fluctuation means (61) has a higher density or hardness than the rotor (5) and has a difference in the circumferential direction. An ultrasonic motor characterized by being formed by a body. According to this structure, the reflected vibration changes according to the rotational position of the rotor. Therefore, it becomes easy to distinguish the reflected vibration according to the rotational position.

【0079】(ロ)上記(イ)に記載の超音波モータに
おいて、前記振動反射体の密度若しくは硬度の周方向の
差は、該振動反射体の内部に設けた空孔によって設定し
たことを特徴とする超音波モータ。同構成によれば、素
材の選別に苦労することなく容易な方法で上記周方向の
差が設定される。
(B) In the ultrasonic motor described in (a) above, the difference in the density or hardness of the vibration reflector in the circumferential direction is set by the holes provided inside the vibration reflector. And ultrasonic motor. According to this configuration, the difference in the circumferential direction is set by an easy method without difficulty in selecting the material.

【0080】[0080]

【発明の効果】以上詳述したように、請求項1、2、
7、8のいずれかに記載の発明によれば、ロータを複数
軸中心に回動駆動する超音波モータにおいて、配置スペ
ースの増大を抑制しながら、ロータの回動位置を検出す
ることができる。
As described above in detail, the first, second,
According to the invention described in any one of 7 and 8, in the ultrasonic motor that rotationally drives the rotor about a plurality of axes, it is possible to detect the rotational position of the rotor while suppressing an increase in the arrangement space.

【0081】請求項3又は8に記載の発明によれば、高
周波信号の発生源が1つであることから、ロータからス
テータに反射される高周波信号に混入する外乱信号が低
減され、反射された高周波信号の検出によるロータの回
動位置の検出精度も向上できる。また、複数の高周波信
号を供給する場合のように各信号間に同期をとる必要も
ないため、簡易な構造にできる。
According to the third or eighth aspect of the invention, since there is only one high frequency signal generation source, the disturbance signal mixed in the high frequency signal reflected from the rotor to the stator is reduced and reflected. It is also possible to improve the detection accuracy of the rotational position of the rotor by detecting the high frequency signal. Further, since it is not necessary to synchronize each signal as in the case of supplying a plurality of high frequency signals, a simple structure can be achieved.

【0082】請求項4に記載の発明によれば、反射前の
高周波信号(供給された高周波信号)と反射後の高周波
信号との区別を容易にできる。請求項5に記載の発明に
よれば、振幅が大きく周波数が高いので、反射後の高周
波信号の振幅も大きくその検出も容易にできる。
According to the fourth aspect of the invention, it is possible to easily distinguish the high frequency signal before reflection (supplied high frequency signal) and the high frequency signal after reflection. According to the invention described in claim 5, since the amplitude is large and the frequency is high, the amplitude of the high frequency signal after reflection is large and the detection thereof can be easily performed.

【0083】請求項6に記載の発明によれば、接触部の
振動を安定化できる。請求項9に記載の発明によれば、
ロータの回動位置が目標回動位置の範囲で規制されるた
め、同ロータの無駄な動きを抑制できる。
According to the sixth aspect of the invention, the vibration of the contact portion can be stabilized. According to the invention of claim 9,
Since the rotational position of the rotor is restricted within the range of the target rotational position, it is possible to suppress unnecessary movement of the rotor.

【0084】請求項10又は11に記載の発明によれ
ば、反射された振動の強度によりロータの回動位置を容
易に検出できる。請求項12に記載の発明によれば、変
動手段がロータの外部に露出しない分、設計の自由度を
増大した簡易な構造にできる。
According to the tenth or eleventh aspect of the invention, the rotational position of the rotor can be easily detected by the intensity of the reflected vibration. According to the twelfth aspect of the present invention, since the changing means is not exposed to the outside of the rotor, a simple structure can be provided with an increased degree of freedom in design.

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

【図1】本発明に係る一実施形態の超音波モータの断面
図。
FIG. 1 is a cross-sectional view of an ultrasonic motor according to an embodiment of the present invention.

【図2】同実施形態のステータの分解斜視図。FIG. 2 is an exploded perspective view of the stator of the same embodiment.

【図3】同実施形態のステータの分解斜視図。FIG. 3 is an exploded perspective view of the stator of the same embodiment.

【図4】同実施形態の圧電素子の平面図。FIG. 4 is a plan view of the piezoelectric element according to the same embodiment.

【図5】同実施形態のステータの分解斜視図。FIG. 5 is an exploded perspective view of the stator of the same embodiment.

【図6】同実施形態のロータを示す部分断面図。FIG. 6 is a partial cross-sectional view showing the rotor of the same embodiment.

【図7】同実施形態の位置検出体の動作態様を示す斜視
図。
FIG. 7 is a perspective view showing an operation mode of the position detection body of the embodiment.

【図8】同実施形態の電気的構成を示すブロック図。FIG. 8 is a block diagram showing an electrical configuration of the same embodiment.

【図9】駆動信号及び高周波信号を示すタイムチャー
ト。
FIG. 9 is a time chart showing a drive signal and a high frequency signal.

【図10】振動発生及び位置検出に係る圧電素子の関係
を示す一覧図。
FIG. 10 is a list diagram showing a relationship between piezoelectric elements relating to vibration generation and position detection.

【図11】動物型玩具ロボットの模式図。FIG. 11 is a schematic diagram of an animal toy robot.

【図12】ロータの別例を示す側面図。FIG. 12 is a side view showing another example of the rotor.

【図13】駆動信号及び高周波信号の別例を示すタイム
チャート。
FIG. 13 is a time chart showing another example of a drive signal and a high frequency signal.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

A1…非分極領域、4…ステータ、5…ロータ、9b…
接触部、11…振動発生体としての第1圧電素子、12
…振動発生体としての第2圧電素子、13…振動発生体
としての第3圧電素子、21…検出手段としての位置検
出回路、22…目標設定手段としての目標値設定回路、
23…駆動手段としてのアクチュエータ作動回路、41
…素子片、51,61…変動手段としての位置検出体。
A1 ... Non-polarized region, 4 ... Stator, 5 ... Rotor, 9b ...
Contact part, 11 ... First piezoelectric element as vibration generator, 12
... second piezoelectric element as vibration generator, 13 ... third piezoelectric element as vibration generator, 21 ... position detection circuit as detection means, 22 ... target value setting circuit as target setting means,
23 ... Actuator operating circuit as driving means, 41
... Element pieces, 51, 61 ... Position detection body as a changing means.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5H680 AA19 BB02 BB15 BC08 CC01 DD02 DD13 DD23 DD36 DD37 DD65 DD85 DD88 DD95 EE07 FF04 FF26 FF36 GG01 GG27   ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    F-term (reference) 5H680 AA19 BB02 BB15 BC08 CC01                       DD02 DD13 DD23 DD36 DD37                       DD65 DD85 DD88 DD95 EE07                       FF04 FF26 FF36 GG01 GG27

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 接触部(9b)に互いに異なる方向の
振動を発生する少なくとも3つの振動発生体(11〜1
3)を有し、いずれか2方向の振動を合成させて該接触
部(9b)に複数方向の振動を発生するステータ(4)
と、該接触部(9b)にて発生される複数方向の振動に
それぞれ基づいて複数軸中心に回動するロータ(5)と
を備えた超音波モータにおいて、 前記ロータ(5)は、回動位置に応じて前記ステータ
(4)に反射する振動を変動させる変動手段(51,6
1)を有し、 前記ロータ(5)から前記ステータ(4)に反射された
振動を、前記接触部(9b)に振動を発生させないいず
れか1つの振動発生体(11〜13)により検出して前
記ロータ(5)の回動位置を検出したことを特徴とする
超音波モータ。
1. At least three vibration generators (11 to 1) that generate vibrations in different directions in a contact portion (9b).
3), and a stator (4) that combines vibrations in any two directions to generate vibrations in a plurality of directions at the contact portion (9b).
And a rotor (5) that rotates about a plurality of axes based on vibrations in a plurality of directions generated by the contact portion (9b), wherein the rotor (5) is rotated. A changing means (51, 6) for changing the vibration reflected on the stator (4) according to the position.
1), the vibration reflected from the rotor (5) to the stator (4) is detected by any one vibration generator (11 to 13) that does not generate vibration in the contact portion (9b). The ultrasonic motor is characterized in that the rotational position of the rotor (5) is detected.
【請求項2】 請求項1に記載の超音波モータにおい
て、 前記接触部(9b)に振動を発生させる振動発生体(1
1〜13)に高周波信号を供給するととともに、前記ロ
ータ(5)から前記ステータ(4)に反射された該高周
波信号を該接触部(9b)に振動を発生させないいずれ
か1つの振動発生体(11〜13)により検出して前記
ロータ(5)の回動位置を検出したことを特徴とする超
音波モータ。
2. The ultrasonic motor according to claim 1, wherein the vibration generator (1) generates vibration in the contact portion (9b).
1 to 13), and at the same time, any one of the vibration generators (which does not cause the high frequency signal reflected from the rotor (5) to the stator (4) to vibrate at the contact portion (9b) ( 11. An ultrasonic motor characterized in that the rotational position of the rotor (5) is detected by detecting the rotational position of the rotor (5).
【請求項3】 請求項2に記載の超音波モータにおい
て、 前記高周波信号は、前記接触部(9b)に振動を発生さ
せるいずれか1つの振動発生体(11〜13)にのみ供
給されることを特徴とする超音波モータ。
3. The ultrasonic motor according to claim 2, wherein the high frequency signal is supplied only to any one of the vibration generators (11 to 13) that generate vibration in the contact portion (9b). Ultrasonic motor characterized by.
【請求項4】 請求項3に記載の超音波モータにおい
て、 前記高周波信号は、前記ロータ(5)から遠い側の振動
発生体(11〜13)に供給されることを特徴とする超
音波モータ。
4. The ultrasonic motor according to claim 3, wherein the high frequency signal is supplied to the vibration generators (11 to 13) on the side far from the rotor (5). .
【請求項5】 請求項2〜4のいずれかに記載の超音
波モータにおいて、 前記高周波信号は、前記接触部(9b)に振動を発生さ
せるように前記振動発生体(11〜13)に供給される
駆動信号に代えて所定時間ごとに供給されることを特徴
とする超音波モータ。
5. The ultrasonic motor according to any one of claims 2 to 4, wherein the high frequency signal is supplied to the vibration generator (11 to 13) so as to generate vibration in the contact portion (9b). The ultrasonic motor is characterized in that the ultrasonic motor is supplied every predetermined time in place of the drive signal.
【請求項6】 請求項2〜4のいずれかに記載の超音
波モータにおいて、 前記高周波信号は、前記接触部(9b)に振動を発生さ
せるように前記振動発生体(11〜13)に供給される
駆動信号に重畳させて連続的に供給されることを特徴と
する超音波モータ。
6. The ultrasonic motor according to any one of claims 2 to 4, wherein the high frequency signal is supplied to the vibration generator (11 to 13) so as to generate vibration in the contact portion (9b). The ultrasonic motor is characterized by being continuously supplied while being superimposed on the drive signal.
【請求項7】 接触部(9b)に縦振動を発生するよ
うに分極され、所定角度ごとに配設された非分極領域
(A1)により分割された分極領域にて所定角度ごとに
素子片(41)が形成された第1圧電素子(11)と、 前記接触部(9b)に撓み振動を発生するように周方向
の極性を変えて分極され、所定角度ごとに配設された非
分極領域(A1)により分割された分極領域にて所定角
度ごとに素子片(41)が形成された第2圧電素子(1
2)と、 前記接触部(9b)に撓み振動を発生するように周方向
の極性を前記第2圧電素子(12)と略90度ずれるよ
うに変えて分極され、所定角度ごとに配設された非分極
領域(A1)により分割された分極領域にて所定角度ご
とに素子片(41)が形成された第3圧電素子(13)
とを有し、 前記第1〜第3圧電素子(11〜13)のいずれか2つ
の振動を合成させて前記接触部(9b)に複数方向の振
動を発生するステータ(4)と、 前記接触部(9b)にて発生される複数方向の振動にそ
れぞれ基づいて複数軸中心に回動するロータ(5)とを
備え、 前記ロータ(5)は、回動位置に応じて前記ステータ
(4)に反射する振動を変動させる変動手段(51,6
1)を有し、 前記ロータ(5)から前記ステータ(4)に反射された
振動を、前記接触部(9b)に振動を発生させない前記
第1〜第3圧電素子(11〜13)のいずれか1つに形
成された各素子片(41)により個別に検出して該ロー
タ(5)の回動位置を検出したことを特徴とする超音波
モータ。
7. An element piece (at a predetermined angle) in a polarization region divided by a non-polarization region (A1) which is polarized so as to generate longitudinal vibration at a contact portion (9b) and is arranged at a predetermined angle. 41) and the first piezoelectric element (11), and the non-polarized regions that are polarized by changing the polarity in the circumferential direction so as to generate bending vibration in the contact portion (9b), and are arranged at predetermined angles. A second piezoelectric element (1) in which element pieces (41) are formed at predetermined angles in the polarization region divided by (A1).
2) and polarized so that the polarities in the circumferential direction are shifted by about 90 degrees from the second piezoelectric element (12) so as to generate flexural vibrations in the contact portion (9b), and are arranged at predetermined angles. A third piezoelectric element (13) in which element pieces (41) are formed at predetermined angles in the polarized area divided by the non-polarized area (A1)
A stator (4) for generating vibrations in a plurality of directions at the contact part (9b) by combining any two vibrations of the first to third piezoelectric elements (11 to 13), A rotor (5) which rotates about a plurality of axes based on vibrations in a plurality of directions generated in the section (9b), the rotor (5) according to the rotating position, the stator (4). Fluctuating means (51, 6) for fluctuating the vibration reflected on the
Any of the first to third piezoelectric elements (11 to 13) that has 1) and that does not cause the contact part (9b) to generate vibrations reflected from the rotor (5) to the stator (4). An ultrasonic motor characterized in that the rotational position of the rotor (5) is detected by individually detecting each of the element pieces (41) formed as one.
【請求項8】 請求項7に記載の超音波モータにおい
て、 前記第1〜第3圧電素子(11〜13)のいずれか2つ
に給電して振動駆動するとともにいずれか一方に高周波
信号を供給する駆動手段(23)と、 前記ロータ(5)から前記ステータ(4)に反射された
振動に基づく起電力を、駆動されない前記第1〜第3圧
電素子(11〜13)のいずれか1つに形成された各素
子片(41)により個別に検出して前記ロータ(5)の
回動位置を検出する検出手段(21)とを備えたことを
特徴とする超音波モータ。
8. The ultrasonic motor according to claim 7, wherein any two of the first to third piezoelectric elements (11 to 13) are supplied with electric power to vibrate, and a high frequency signal is supplied to one of the piezoelectric elements. Any one of the first to third piezoelectric elements (11 to 13) that is not driven by the driving means (23) for driving and the electromotive force based on the vibration reflected from the rotor (5) to the stator (4). An ultrasonic motor comprising: a detection unit (21) for individually detecting the rotational position of the rotor (5) by individually detecting the element pieces (41) formed in the above.
【請求項9】 請求項8に記載の超音波モータにおい
て、 前記検出されたロータ(5)の回動位置と目標回動位置
とを比較し、略同じ位置に至ったときに前記駆動手段
(23)による給電を停止する目標設定手段(22)と
を備えたことを特徴とする超音波モータ。
9. The ultrasonic motor according to claim 8, wherein the detected rotational position of the rotor (5) is compared with a target rotational position, and when the substantially same position is reached, the drive means ( 23) An ultrasonic motor comprising: a target setting means (22) for stopping power supply by means of (23).
【請求項10】 請求項1〜9のいずれかに記載の超
音波モータにおいて、 前記変動手段(51)は、略円盤状に形成されて前記ロ
ータ(5)と一体回動するように設けられていることを
特徴とする超音波モータ。
10. The ultrasonic motor according to claim 1, wherein the changing means (51) is formed in a substantially disc shape and is provided so as to rotate integrally with the rotor (5). The ultrasonic motor is characterized by
【請求項11】 請求項10に記載の超音波モータに
おいて、 前記変動手段(51)は、周方向の一部に切欠部(51
a)を有してなることを特徴とする超音波モータ。
11. The ultrasonic motor according to claim 10, wherein the fluctuating means (51) has a notch (51) at a part in the circumferential direction.
An ultrasonic motor comprising a).
【請求項12】 請求項10又は11に記載の超音波
モータにおいて、 前記ロータ(5)は略球面体であって、前記変動手段
(51)は該ロータ(5)の内部に収容されたことを特
徴とする超音波モータ。
12. The ultrasonic motor according to claim 10, wherein the rotor (5) is a substantially spherical body, and the changing means (51) is housed inside the rotor (5). Ultrasonic motor characterized by.
JP2001238809A 2001-08-07 2001-08-07 Ultrasonic motor Pending JP2003052184A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001238809A JP2003052184A (en) 2001-08-07 2001-08-07 Ultrasonic motor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001238809A JP2003052184A (en) 2001-08-07 2001-08-07 Ultrasonic motor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2003052184A true JP2003052184A (en) 2003-02-21

Family

ID=19069669

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001238809A Pending JP2003052184A (en) 2001-08-07 2001-08-07 Ultrasonic motor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2003052184A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016193131A1 (en) * 2015-06-03 2016-12-08 Koninklijke Philips N.V. Actuator device based on an electroactive polymer
CN114077031A (en) * 2020-08-12 2022-02-22 华为技术有限公司 Ultrasonic piezoelectric motor, camera module and electronic equipment

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016193131A1 (en) * 2015-06-03 2016-12-08 Koninklijke Philips N.V. Actuator device based on an electroactive polymer
CN114077031A (en) * 2020-08-12 2022-02-22 华为技术有限公司 Ultrasonic piezoelectric motor, camera module and electronic equipment
CN114077031B (en) * 2020-08-12 2023-03-10 华为技术有限公司 Ultrasonic piezoelectric motor, camera module and electronic equipment

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR950013402B1 (en) Vibration motor
EP0406843B1 (en) Vibration driven motor and system
TWI314810B (en) Ultrasonic motor
JPH03289375A (en) Cylindrical ultrasonic wave motor
JP4328412B2 (en) Vibration type actuator and vibration type drive device
JP2003052184A (en) Ultrasonic motor
JP2007135270A (en) Spherical surface ultrasonic motor
JP2004194487A (en) Vibration driving gear
JP2611813B2 (en) Rotation control mechanism
JP2002165469A (en) Piezo-electric actuator
JPH0538170A (en) Oscillation motor
JPH065992B2 (en) Multi-axis type piezoelectric motor
JP2002345268A (en) Ultrasonic motor
JPH10272420A (en) Ultrasonic 3d torque resonator and actuator
JP2975072B2 (en) Actuator driving method and ultrasonic actuator realizing this driving method
JPH05203772A (en) Rotary drive device
JP2003107389A (en) Scanner driver, scanner and three-dimensional measurement device
JP4721559B2 (en) Ultrasonic motor device
JPH0332376A (en) Ultrasonic actuator
KR100688012B1 (en) ultrasonic motor additioned gyro sensing function
JP3006042B2 (en) Ultrasonic motor and its driving method
JP2003134857A (en) Drive unit for vibration wave motor
JP2010268564A (en) Ultrasonic actuator
JP2877792B1 (en) Ultrasonic motor
JPH07184380A (en) Piezo-electric motor