JP2004304887A - Oscillatory drive unit - Google Patents

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JP2004304887A
JP2004304887A JP2003092783A JP2003092783A JP2004304887A JP 2004304887 A JP2004304887 A JP 2004304887A JP 2003092783 A JP2003092783 A JP 2003092783A JP 2003092783 A JP2003092783 A JP 2003092783A JP 2004304887 A JP2004304887 A JP 2004304887A
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piezoelectric element
vibration
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formed
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Application number
JP2003092783A
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Inventor
Nobuyuki Kojima
信行 小島
Original Assignee
Canon Inc
キヤノン株式会社
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    • H02N2/0005Electric machines in general using piezo-electric effect, electrostriction or magnetostriction producing non-specific motion; Details common to machines covered by H02N2/02 - H02N2/16
    • H02N2/001Driving devices, e.g. vibrators
    • H02N2/0015Driving devices, e.g. vibrators using only bending modes
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02N2/02Electric machines in general using piezo-electric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
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    • H02N2/103Electric machines in general using piezo-electric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors by pressing one or more vibrators against the rotor

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To offer an oscillatory drive unit that can achieve high power, while achieving size reduction. <P>SOLUTION: This oscillatory drive unit is equipped with a plate-shaped oscillator (1), which has projections (3-1 and 3-2) formed in convexity and consists of at least one electrical-to-mechanical energy converting element (5) and a driven body (6)which pressure-contacts with the projection. The oscillator excites two flexural vibration modes where the directions of generation of nodes are substantially orthogonal to each other and the frequency substantially accords with the other, by receiving the input of a drive signal to an electrical-to-mechanical energy converting element, thereby relatively shifting the projection to the driven body via the projection. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】 [0001]
【発明の属する技術分野】 BACKGROUND OF THE INVENTION
本発明は、振動体および被駆動体を有する振動型駆動装置に関するものであり、特に振動体が略矩形の平板状に形成された振動型駆動装置に関するものである。 The present invention relates to a vibration type driving apparatus having a vibrating body and the driven body, and in particular vibrator vibration type driving apparatus which is formed into a substantially rectangular plate shape.
【0002】 [0002]
【従来の技術】 BACKGROUND OF THE INVENTION
従来の振動型駆動装置、特にリニア用の超音波モータには、以下に説明するタイプの平板状の振動体を用いたものがある。 Conventional vibration type driving apparatus, particularly to the ultrasonic motor for linear, there is one using a plate-shaped vibration body of the type described below.
【0003】 [0003]
平板状に形成された振動体の弾性体に対して、曲げ振動と縦振動を励起するタイプがある(例えば、特許文献1参照)。 Against the elastic body of the flat which is formed in the vibrating body, there is a type of exciting the bending vibration and the longitudinal vibration (e.g., see Patent Document 1). 板状の振動体に対して、例えば曲げ4次モードと縦振動1次モードで振動を励起し、これらの振動モードにより発生する振動変位を合成することで楕円または円運動を発生させる。 The plate-shaped vibrator to excite vibrations example bending 4-order mode and the longitudinal vibration primary mode, to generate elliptical or circular motion by synthesizing vibration displacement generated by these vibration modes. そして、振動体に対して他の部材(被駆動体)を加圧接触することで振動体との間に相対的な移動運動をもたらしている。 Then, it has caused relative movement motion between the vibrator other member (driven member) by pressure contact with the vibration member.
【0004】 [0004]
一方、平板状に形成された振動体に対して、2つの曲げ振動を励起するタイプがある(例えば、特許文献2参照)。 On the other hand, with respect to the vibrating body formed in a plate shape, there is a type of exciting the two bending vibrations (e.g., see Patent Document 2). この振動体の構成について図19を用いて説明する。 The configuration of the vibrator will be described with reference to FIG. 19.
【0005】 [0005]
同図(a)において、100は板状の弾性体で、片面側に圧電素子101が接合されており、この圧電素子を用いて図19(b)に示す形態の曲げ振動モードと図19(c)に示す形態の曲げ振動モードを励起する。 In FIG. (A), 100 is a plate-like elastic bodies are joined piezoelectric element 101 on one side, bending vibration mode and 19 in the form shown in FIG. 19 (b) using the piezoelectric element ( exciting a bending vibration mode of the embodiment shown in c).
【0006】 [0006]
図19(b)に示す振動形態は、十文字状の節(X1、Y1)を持つ曲げ振動モードであり、突起部102a、102b、102c、102dにZ方向の振動変位を発生させる。 Vibration mode shown in FIG. 19 (b), a bending vibration mode having a cross-shaped section (X1, Y1), projections 102a, 102b, 102c, and generates a vibration displacement in the Z direction to 102d. 図19(c)に示す振動形態は、Y方向に2つの節(X2、X3)を持つ面外曲げ振動であり、突起部102a〜102dにX方向の振動変位を発生させる。 Vibration mode shown in FIG. 19 (c) is a plane bending vibration having two nodes in the Y direction (X2, X3), to generate a vibration displacement in the X direction to the protrusions 102a to 102d.
【0007】 [0007]
なお、突起部102a〜102dの先端にはそれぞれ、接触部105a、105b、105c、105dが形成されている。 Incidentally, each of the tips of projecting portions 102a to 102d, the contact portions 105a, 105b, 105c, 105d are formed. そして、接触部105a〜105dには、不図示の被駆動体が加圧接触している。 Then, the contact portion 105a to 105d, the driven member (not shown) are in contact under pressure.
【0008】 [0008]
上述した2つの曲げ振動により発生する振動変位を組み合わせることで、突起部102a〜102dの先端にXY面内における楕円運動を起すことができ、これにより振動体および被駆動体を相対的に移動させることができるようになっている。 By combining the vibration displacement caused by two bending vibration as described above, the tip of the protrusion 102a~102d can cause an elliptical motion in the XY plane, the order thereby relatively moving the vibration member and the driven member thereby making it possible.
【0009】 [0009]
【特許文献1】 [Patent Document 1]
特開平7−143771号公報【特許文献2】 JP 7-143771 [Patent Document 2]
特開平6−311765号公報【0010】 JP-A-6-311765 [0010]
【発明が解決しようとする課題】 [Problems that the Invention is to Solve
上述した2タイプの振動型駆動装置に対しは、以下に述べるような欠点が指摘されている。 To the vibration type driving apparatus 2 type described above has been pointed out drawbacks as described below.
【0011】 [0011]
曲げ振動および縦振動を励振するタイプでは、板状の弾性体に対して縦1次振動モードで振動を励起しているため、振動体の小型化を図ろうとすると振動モードの共振周波数が高くなってしまう。 The type bending excites vibrations and longitudinal vibrations, since the excited vibration in the longitudinal primary oscillation mode with respect to the plate-like elastic body, the resonant frequency of the vibration mode and attempt is made to miniaturize the vibration member is higher and will. これにより、楕円運動の振動振幅を大きくすることができないため、部品精度が装置の駆動性能に大きな影響を与えることになり、装置の駆動性能にバラツキが生じてしまう。 Accordingly, it is not possible to increase the vibration amplitude of the elliptical motion, will be part accuracy greatly affects the driving performance of the device, variation occurs in the driving performance of the device.
【0012】 [0012]
2つの曲げ振動を励起するタイプでは、板状の弾性体に面外曲げモードを励起するため、弾性体の小型化には有利である。 The type of exciting the two bending vibrations, to excite the out-of-plane bending mode in a plate-like elastic body, it is advantageous for downsizing of the elastic body. しかし、図19(b)に示す形態の振動モードでは、十字状に節を持つ面外曲げモードであるため、歪みの分布が複雑となり、この振動を励起するには工夫を要する。 However, in the vibration mode of the embodiment shown in FIG. 19 (b), since a plane bending mode having the section in a cross shape, the strain distribution is complicated, requires a contrivance to excite the vibration.
【0013】 [0013]
また、突起部102a〜102dは、図19(c)に示す曲げ振動モードにおいて節となる位置の近傍に配置されているため、X方向の振動変位が大きくなっている。 Also, projections 102a~102d, because they are located in the vicinity of the position where the nodes in bending vibration mode shown in FIG. 19 (c), the vibration displacement in the X direction is large.
【0014】 [0014]
しかし、突起部102a〜102dは、図19(b)に示す曲げ振動モードにおいて、Z方向の最大変位をもたらす位置から離れた位置に配置されているため、突起部102a〜102dに十分な振動変位を与えることができない。 However, projections 102a~102d, in bending vibration mode shown in FIG. 19 (b), since it is arranged at a position away from the position that provides the largest displacement in the Z direction, sufficient vibration displacement in the protrusion 102a~102d I can not give. これにより、被駆動体に、より大きな駆動力を与えることができず、振動型駆動装置の高出力化には課題を残している。 Thus, the driven body can not provide a greater driving force, the higher output of the vibration type driving device remains a problem.
【0015】 [0015]
【課題を解決するための手段】 In order to solve the problems]
本発明の振動型駆動装置は、凸状に形成された突起部を有し、少なくとも電気−機械エネルギ変換素子からなる板状の振動体と、突起部に加圧接触する被駆動体とを備え、振動体は、電気−機械エネルギ変換素子への駆動信号の入力を受けることで、節の発生方向が互いに略直交する2つの曲げ振動モードを励起し、突起部を介して被駆動体に対して相対的に移動することを特徴とする。 Vibration type driving device of the present invention has a protrusion formed in a convex shape, at least electric - comprises a plate-like vibration member consisting of mechanical energy conversion element, and a driven member for pressure contact with the projections , vibrator, electro - by receiving an input of the drive signal to the energy transducer excites two bending vibration modes generating direction of the section is substantially perpendicular to each other, to the driven member through the projecting portion and wherein the relatively moving Te.
【0016】 [0016]
【発明の実施の形態】 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(第1実施形態) (First Embodiment)
図1は、本発明の第1実施形態であるリニア型超音波モータ10の外観斜視図である。 Figure 1 is an external perspective view of a linear type ultrasonic motor 10 according to a first embodiment of the present invention.
【0017】 [0017]
同図において、リニア型超音波モータ10は、振動体1およびリニアスライダ6によって構成されている。 In the figure, the linear ultrasonic motor 10 is composed of a vibration member 1 and the linear slider 6. なお、これらの部材のほかにも、振動体1およびリニアスライダ6を加圧接触させるための加圧部材や、振動体1への給電を行う導通用の部材等が必要になる。 Incidentally, addition to these members, and a pressure member for pressure contact with the vibration member 1 and the linear slider 6, it is necessary to members or the like for conducting for supplying power to the vibration member 1. これらの部材は、従来技術と同様であるため、説明を省略する。 These members are the same as the prior art, a description thereof will be omitted.
【0018】 [0018]
振動体1は、矩形の薄板状に形成された積層圧電素子5と、この積層圧電素子5の一端面で接合されて一体化される駆動板2とにより構成されている。 Vibrator 1 includes a laminated piezoelectric element 5 is formed in a rectangular thin plate shape and is constituted by a drive plate 2, which is integrally joined at one end face of the laminated piezoelectric element 5. この積層圧電素子5は、表面に電極を持つ薄板状の圧電素子膜を複数枚、積層して一体化したものである。 The laminated piezoelectric element 5, a plurality of thin plate-shaped piezoelectric element layer having an electrode on the surface is formed by integrating laminated. 積層圧電素子5は、矩形状に形成されており、略10×6×0.6(mm)のサイズである。 Laminated piezoelectric element 5 is formed in a rectangular shape, a size of approximately 10 × 6 × 0.6 (mm).
【0019】 [0019]
振動板2は、矩形状に形成された板部と、この板部の上面に対して凸状に形成された2つの突起部3−1、3−2とを有している。 Diaphragm 2 includes a formed in a rectangular shape plate portion, and two protrusions 31 and 32 formed in a convex shape with respect to the upper surface of the plate portion. 突起部3−1、3−2の先端面には、被駆動体であるリニアスライダ6と接触する接触部4−1、4−2が形成されている。 The distal end surface of the protrusion 31 and 32, the contact portions 4-1, 4-2 in contact with the linear slider 6 is driven body is formed.
【0020】 [0020]
振動板2の材料としては、振動特性に優れる材料であるステンレスを用いることができる。 The material of the diaphragm 2, it is possible to use stainless steel which is a material excellent in vibration characteristics. また、接触部4−1、4−2は摩擦係数や耐摩耗性に優れたものである必要があり、本実施形態ではステンレスに熱処理を行うことにより耐摩耗性を確保している。 The contact unit 4-1 and 4-2 must be excellent in friction coefficient and wear resistance, in this embodiment, thus assuring the wear resistance by performing heat treatment on the stainless steel.
【0021】 [0021]
突起部3−1、3−2は、プレス加工等により駆動板2とともに一体的に形成されている。 Projections 31 and 32 are integrally formed together with the drive plate 2 by press working or the like. ここで、突起部3−1、3−2および駆動板2を別体で形成して、両者を固定することもできるが、一体的に形成することにより、部品点数を削減できコストダウンを図ることができたり、組み立て個数が減って装置の組み立て性を向上させることができたり、部品の位置あわせを行う必要がないことで部品間のバラツキを防止することができたりする。 Here, by forming the projections 31 and 32 and the driving plate 2 separately, it is also possible to fix the both by integrally forming, reduce cost the number of parts can be reduced or can, or can improve the assembly of the device decreases assembly number, or it is possible to prevent variation among parts that there is no need to position the parts.
【0022】 [0022]
振動体1は、突起部3−1、3−2を含めて略10×6×2(mm)のサイズである。 Vibration member 1 is the size of approximately 10 × 6 × 2 including the protrusion 3-1, 3-2 (mm).
【0023】 [0023]
図2に、振動子2に励振される2つの振動モード(MODE−A、MODE−B)の変形形状を示す(a、b)。 Figure 2 shows the deformed shape of the two vibration modes that are excited in the vibrator 2 (MODE-A, MODE-B) (a, b). 2つの振動モードは、どちらも板状の振動体1の面外方向の曲げ振動モードである。 Two vibration modes, both of which are out-of-plane direction bending vibration mode of the plate-like vibration member 1.
【0024】 [0024]
これら2つの振動モードの共振周波数が略一致するように振動体1の形状は選択されており、共振周波数はおおよそ80kHzである。 These shapes of the vibration member 1 so that the two resonance frequencies of the vibration modes are substantially coincident is selected, the resonance frequency is approximately 80 kHz. 図2(a)は、振動体1をY方向から見たときの図であり、振動体1にMODE−Aの振動を励起すると、同図の下に示すように、振動の節(α)が3箇所現れる(2次の曲げ振動モード)。 2 (a) is a diagram when viewed vibration member 1 from the Y direction, when exciting the vibration of MODE-A to the vibrating body 1, as shown below in the figure, the vibration section (alpha) There appear three locations (secondary bending vibration mode). この節は、振動体1のY方向に延びている。 This section extends in the Y-direction of the vibration member 1.
【0025】 [0025]
この振動モードにおいて、振動体1をX方向から見たときには振動の節が発生しない。 In this vibration mode, nodes of vibration does not occur when viewed vibration member 1 in the X direction.
【0026】 [0026]
突起部3−1、3−2は、図2(a)に示すようにMODE−Aの振動において節となる位置の近傍に配置されており、MODE−Aの振動によって接触部4−1、4−2には矢印で示すようにX方向の往復運動が生じる。 Protrusions 3-1 and 3-2, FIG. 2 is disposed in the vicinity of the node positions in the vibration of MODE-A (a), the contact portion 4-1 by the vibration of MODE-A, reciprocation in the X direction as indicated by an arrow is generated in the 4-2.
【0027】 [0027]
このように突起部3−1、3−2を配置することで、突起部3−1、3−2をX方向において最も大きく変位させることができる。 By thus arranging the protrusions 3-1 and 3-2, it is possible to projections 31 and 32 are the largest displacement in the X direction.
【0028】 [0028]
図2(b)は、振動体1をX方向から見たときの図であり、振動体1にMODE−Bの振動を励起すると、同図の下に示すように、振動の節(β)が2箇所現れる(1次の曲げ振動モード)。 Figure 2 (b) is a diagram when viewed vibration member 1 in the X direction, when exciting the vibration of MODE-B to the vibrating body 1, as shown below in the figure, the vibration section (beta) There appear two places (first-order bending vibration mode). この節は、振動体1のX方向に延びている。 This section, which extends in the X direction of the vibrating body 1. すなわち、MODE−Aにおける振動の節と、MODE−Bにおける振動の節とが、XY平面内において互いに直交するようになっている。 That is, the node of vibration in the MODE-A, and the node of vibration in MODE-B, so that the perpendicular to each other in the XY plane.
【0029】 [0029]
この振動モードにおいて、振動体1をY方向から見たときには振動の節が発生しない。 In this vibration mode, nodes of vibration does not occur when viewed vibration member 1 from the Y direction.
【0030】 [0030]
突起3−1、3−2は、図2(b)に示すようにMODE−Bの振動において腹となる位置の近傍に配置されており、MODE−Bの振動によって接触部4−1、4−2には矢印で示すようにZ方向の往復運動が生じる。 Projections 31 and 32 is disposed in the vicinity of the position at which the antinode in the vibration of MODE-B, as shown in FIG. 2 (b), the contact portion by the vibration of MODE-B 4-1,4 reciprocation in the Z direction is generated as indicated by the arrow to -2.
【0031】 [0031]
このように突起部3−1、3−2を配置することで、突起部3−1、3−2をZ方向において最も大きく変位させることができる。 By thus arranging the protrusions 3-1 and 3-2, it is possible to projections 31 and 32 are the largest displacement in the Z direction. 上述したように突起部3−1、3−2をX方向およびZ方向において大きく変位させることにより、リニアスライダ6に対して最大の駆動力を与えることができる。 By the protruding portion 3-1 and 3-2 as described above is greatly displaced in the X and Z directions, it is possible to provide maximum driving force to the linear slider 6.
【0032】 [0032]
積層圧電素子5に所望の交流信号を入力すると、逆圧電効果により振動体1に上述した振動モードが励起される。 If you enter a desired AC signal to the laminated piezoelectric element 5, the vibration mode described above to the vibrating body 1 by the reverse piezoelectric effect is excited. 振動モードMODE−AとMODE−Bとの振動位相が略±π/2となるように励振することで、接触部4−1、4−2には図1のXZ面内の略楕円運動が生成される。 By exciting as vibration phase between the vibration modes MODE-A and MODE-B is substantially ± π / 2, the contact portions 4-1 and 4-2 substantially elliptical motion in the XZ plane of FIG. 1 It is generated. この楕円運動により、振動体1と、接触部4−1、4−2に加圧接触するリニアスライダ6との間には相対移動運動が発生する。 This elliptical motion, the vibration member 1, the relative displacement motion is generated between the linear slider 6 is pressure-contact with the contact portion 4-1 and 4-2.
【0033】 [0033]
上述した振動モードが励振されているときの、振動体1に発生している歪について説明する。 When the vibration mode described above is excited, the distortion occurring in the vibration member 1 will be described.
【0034】 [0034]
先ずMODE−Aの場合について説明する。 First, a description will be given of a case of MODE-A. 図2の符号(+)、(−)は、振動体1に振動変形が生じているときのX方向の歪成分の符号を表している。 Code 2 (+), (-) represents the sign of the X-direction of the distortion component when the vibration deformation occurs in the vibration member 1. 符号(+)は、積層圧電素子5がX方向に伸びていることを表し、符号(−)は、X方向に縮んでいることを表している。 Sign (+) indicates that the laminated piezoelectric element 5 is extended in the X direction, the sign (-) indicates that shrinks in the X direction.
【0035】 [0035]
符号(+)、(−)により積層圧電素子5は、この厚さ方向に2つの領域に分割されることが確認できる。 Sign (+), (-) laminated piezoelectric element 5 by, it is divided into the thickness direction into two areas can be confirmed. この領域が分割される部位をつないだ領域は、X方向の歪が生じていない面であり、中立面T1とする。 Region defined by connecting portions that this region is divided is a surface strain in the X direction has not occurred, the neutral plane T1. また、X方向における積層圧電素子5の中心付近で折り返すと、符号が反転することが確認できる(図2(a))。 Further, when the folded back near the center of the laminated piezoelectric element 5 in the X direction, it can be confirmed that the sign is inverted (FIG. 2 (a)).
【0036】 [0036]
MODE−Bにおいて、積層圧電素子5に生じるY方向の歪成分の符号を表すと、符号の領域が厚さ方向に分割されることが確認できる(図2(b))。 In MODE-B, to represent the sign of the distortion component in the Y direction occurs in the laminated piezoelectric element 5, it can be confirmed that the area code is divided in the thickness direction (Figure 2 (b)). この分割される面を中立面T2とする。 The split the surface to the neutral plane T2.
【0037】 [0037]
図3は、積層圧電素子5の積層状態の模式図である。 Figure 3 is a schematic view of a stacked state of the stacked piezoelectric element 5. 本実施形態における積層圧電素子5は、圧電素子膜Lを10層(L1〜L10)積層することで形成されている。 Laminated piezoelectric element 5 in this embodiment is formed by 10 layers of piezoelectric element layer L (L1 to L10) laminate.
【0038】 [0038]
各圧電素子膜の厚さは略0.06mmとなっているため、積層圧電素子5の厚さは略0.6mmとなる。 Since the thickness of each piezoelectric element film has a substantially 0.06 mm, the thickness of the laminated piezoelectric element 5 is substantially 0.6 mm. 圧電素子膜L2〜L10の表面には、図示のように電極膜P1〜P4が形成されている。 On the surface of the piezoelectric element film L2~L10, the electrode film P1~P4 as shown is formed. また、上下層に形成される電極膜との導通を行うため、圧電素子膜を貫通するようにバイアホール電極H1〜H4が形成されている。 Further, for performing the conduction between the electrode film formed on the upper and lower layers, via-hole electrode H1~H4 so as to penetrate through the piezoelectric element film is formed.
【0039】 [0039]
圧電素子膜L2からL10までのうち偶数層となる圧電素子膜L2、L4、L6、L8、L10には、図中X方向に対して略対称形状となるように2つの電極膜P1、P2が形成されている。 The piezoelectric element film L2, L4, L6, L8, L10 which an even layer of the piezoelectric element film L2 to L10, the two electrode films P1, P2 so as to be substantially symmetrical with respect to X direction in the figure It is formed. 同様に、圧電素子膜L3からL9までのうち奇数層となる圧電素子膜L3、L5、L7、L9には図中X方向に対して略対称形状となるように2つの電極膜P3、P4が形成されている。 Similarly, the piezoelectric element layer L3, L5, L7, L9 2 two electrode films P3, P4 so as to be substantially symmetrical with respect to the X direction in the drawing in which an odd layer of the piezoelectric element film L3 to L9 It is formed.
【0040】 [0040]
電極膜P1は、バイアホール電極H1と電気的に接続される。 Electrode film P1 is electrically connected to the via-hole electrode H1. 同様に、電極膜P2とバイアホール電極H2、電極膜P3とバイアホール電極H3、電極膜P4とバイアホール電極H4が電気的に接続される。 Similarly, the electrode film P2 and the via-hole electrode H2, the electrode film P3 and the via-hole electrode H3, the electrode film P4 and the via-hole electrode H4 are electrically connected. 積層圧電素子5の表面を形成する圧電素子膜L1には、4つのバイアホール電極H1〜H4が形成されており、これらの電極H1〜H4は、圧電素子膜L2以下の圧電素子膜に形成された電極膜および外部との導通を行う作用を成す。 The piezoelectric element layer L1 forming the surface of the laminated piezoelectric element 5, four and via-hole electrode H1~H4 is formed, these electrodes H1~H4 is formed on the piezoelectric element film L2 following the piezoelectric element film and an action to perform conduction between the electrode film and the outside.
【0041】 [0041]
図3中の符号(+)及びGNDは、分極時の電位を表している。 Sign (+) and GND in FIG. 3 represents a potential at the time of polarization. 例えば、圧電素子膜L2の電極膜P1の領域は、電極膜P1と圧電素子膜L3に形成される電極膜P3との間の電位により厚さ方向に分極される。 For example, the region of the electrode film P1 of the piezoelectric element film L2 is polarized in the thickness direction by the potential between the electrode film P3 is formed on the electrode film P1 and the piezoelectric element layer L3. また、圧電素子膜L2の電極膜P2の領域は、電極膜P2と圧電素子膜L3に形成される電極膜P4との間の電位により厚さ方向に分極される。 The area of ​​the electrode film P2 of the piezoelectric element film L2 is polarized in the thickness direction by the potential between the electrode film P4 is formed on the electrode film P2 and the piezoelectric element layer L3. 圧電素子膜L3〜L9までの圧電素子膜についても同様に、電極膜間の電位差により厚さ方向に分極される。 Similarly, the piezoelectric element layer up to the piezoelectric element film L3~L9, are polarized in the thickness direction by the potential difference between the electrode films.
【0042】 [0042]
積層圧電素子5の表面に露出しているバイアホール電極H3をコモンとして、バイアホール電極H1に電位を与えたとき及び、バイアホール電極H4をコモンとして、バイアホール電極H2に電位を与えたときに対応する分極状態を模式的に図4に示す。 As the common via holes electrodes H3 exposed on the surface of the laminated piezoelectric element 5, when giving a potential to the via-hole electrode H1 and, as the common a via-hole electrode H4, the via-hole electrode H2 when given the potential the corresponding polarization state is schematically shown in FIG. これらの図に示すように積層圧電素子5においては、X方向で略対称に2分割され、厚さ方向(Z方向)で同一方向に分極された領域R1と領域R2を有する。 In the laminated piezoelectric element 5 as shown in these drawings, an X is divided into two substantially symmetrically in the direction, the thickness direction (Z direction) with polarized in the same direction region R1 and the region R2.
【0043】 [0043]
図5に振動体1の底面を示す。 It shows the bottom surface of the vibration member 1 in FIG. 振動体1の底面に配置される積層圧電素子5の表面には、端子電極H1〜H4が形成されている。 On the surface of the laminated piezoelectric element 5 is disposed on the bottom surface of the vibration member 1, the terminal electrode H1~H4 are formed. 端子電極H1〜H4は、圧電素子膜L1に形成されているバイアホール電極としての機能も兼ね備えている。 Terminal electrodes H1~H4 is also functions as a via-hole electrode formed on the piezoelectric element layer L1.
【0044】 [0044]
端子電極H1に電位V1を与え、同様に端子電極H2に電位V2、端子電極H3に電位V3、端子電極H4に電位V4を与えている。 Give potential V1 to the terminal electrodes H1, similarly to the terminal electrode H2 potential V2, the potential V3 to the terminal electrodes H3, has given potential V4 to the terminal electrode H4. 電位V1と電位V3の差を電位差E1とし、電位V2と電位V4の差を電位差E2とする。 The difference between the potentials V1 and V3 and the potential difference E1, the potential difference E2 difference in potential V2 and the potential V4. ここで、電位差E1、E2が、MODE−A及びMODE−Bの共振周波数近傍の交番信号となるように各電位V1〜V4が選択される。 Here, the potential difference E1, E2 are, each potential V1~V4 is selected to be alternating signal near the resonance frequency of the MODE-A and MODE-B. また、電位差E1、E2の信号のレベルが同一となるよう各電位V1〜V4が選択される。 Each potential V1~V4 as the level of the potential difference E1, E2 of the signal are the same is selected.
【0045】 [0045]
以上領域R1と領域R2が同一方向に分極された状態を説明したものであるが、領域R1と領域R2が逆方向に分極された状態でも、上述した構成と同様の構成で振動波駆動装置の駆動を行うことができる。 Or more region R1 and the region R2 is for explaining the state of being polarized in the same direction, but the region R1 and the region R2 in a state of being polarized in opposite directions, the vibration wave driving apparatus in the same structure as that described above it is possible to carry out the drive.
【0046】 [0046]
また、本実施形態では、圧電素子として一つの積層圧電素子5を用いた構成について説明したが、複数の圧電素子を配置することでも上述した積層圧電素子5と同様の作用を得ることができる。 Further, in the present embodiment has described the configuration using one of the laminated piezoelectric element 5 as a piezoelectric element, it can also be arranged a plurality of piezoelectric elements obtain the same effect as the laminated piezoelectric element 5 described above. そして、領域R1と領域R2を各々個別の積層圧電素子で構成してもよい。 Then, it may be constituted in each individual laminated piezoelectric element region R1 and the region R2.
【0047】 [0047]
さらに、圧電素子として、図2に示すように、1つのブロック状に形成された圧電素子で構成しても上述した積層圧電素子5と同様の作用が得られる。 Furthermore, as a piezoelectric element, as shown in FIG. 2, the same effect as the laminated piezoelectric element 5 mentioned above be constituted by a piezoelectric element formed in a single block-shaped is obtained. この場合、図2に示すように、圧電素子5の一端面に2つの電極膜P1、P2を形成して、これらの電極と対応する位置に領域R1、R2を形成することができる。 In this case, as shown in FIG. 2, it is possible to form two electrode films P1, P2 to one end face of the piezoelectric element 5, to form the regions R1, R2 in positions corresponding to the electrodes.
【0048】 [0048]
そして、電極膜P1、P2に所望の駆動信号を与えることで、上述した積層圧電素子5と同様の作用が得られる。 Then, by giving a desired driving signal to the electrode film P1, P2, effects similar to the laminated piezoelectric element 5 described above is obtained. 圧電素子がブロック状に形成されているため、本実施形態の積層圧電素子5(図3)の場合と比較すると、駆動信号のレベルは大きな値を必要とするが、振動型駆動装置の仕様に合わせてどちらかの圧電素子を選択することができる。 Since the piezoelectric elements are formed in a block shape, as compared with the case of the laminated piezoelectric element 5 of this embodiment (FIG. 3), the level of the drive signal requires a large value, the specification of the vibration type driving device it is possible to select either of the piezoelectric elements in total.
【0049】 [0049]
以上述べたように、本実施形態の振動型駆動装置では、互いの節の発生方向が略直交しているとともに、周波数が略一致している2つの曲げ振動モード(MODE−AおよびMODE−B)を組み合わせることで、突起部3−1、3−2(接触部4−1、4−2)に楕円運動を生成させている。 As has stated, in the vibration type driving device of this embodiment, with the generating direction of the mutual sections are substantially orthogonal, two bending vibration modes that the frequency substantially coincides (MODE-A and MODE-B ) by combining, thereby generating the elliptical motion protrusions 3-1 and 3-2 (contact 4-1 and 4-2).
【0050】 [0050]
このように2つの曲げ振動モードを用いることにより、駆動周波数の上昇を抑えながら振動体の小型化を図ることができる。 Thus, by using the two bending vibration modes, it is possible to reduce the size of the vibration member while suppressing the increase in driving frequency. そして、振動体の小型化を図ることにより、振動型駆動装置の小型化を図ることができる。 By reducing the size of the vibrator, it is possible to reduce the size of the vibration type driving device.
【0051】 [0051]
一方、振動体に振動を励起する圧電素子として、複数の圧電素子膜で構成された積層圧電素子5を用いることで、振動体の励振に適した圧電素子の構成を実現することができるとともに、単一の圧電素子に比べて駆動信号のレベルを低く抑えることが可能となる。 On the other hand, as a piezoelectric element for exciting a vibration to the vibrating body, the use of the laminated piezoelectric element 5 composed of a plurality of piezoelectric elements films, it is possible to realize a configuration of a piezoelectric element which is suitable for the excitation of the vibrating body, it is possible to reduce the level of the drive signal as compared with a single piezoelectric element.
【0052】 [0052]
また、積層圧電素子5を所定方向(上記のX方向)に対して略対称の2分割の領域として、この2つの領域を2つの振動モードの励振に作用させることで、積層圧電素子を単純な構成とすることができる。 Further, the laminated piezoelectric element 5 as the area 2 divided substantially symmetrical with respect to a predetermined direction (the above X-direction), by the action of the two regions in the excitation of the two vibration modes, a simple laminated piezoelectric element it can be configured. これにより、圧電素子の全ての領域を被駆動体の駆動に関与させることができ、被駆動体の駆動に供しない圧電素子の領域が存在するのを抑えることができるため、小型の振動体でありながら十分な出力を得ることが可能となる。 Thus, it is possible to involve all the regions of the piezoelectric element to drive the driven body, it is possible to suppress the area of ​​the piezoelectric element is not subjected to the driving of the driven body is present, a small vibrator it is possible to obtain a sufficient output while remaining.
【0053】 [0053]
すなわち、振動体を小型化した場合でも、被駆動体を駆動するのに十分な出力が得られ、出力特性に優れた振動体を実現することが可能となる。 That is, even when the size of the vibrating body, a sufficient output can be obtained to drive the driven body, it is possible to realize an excellent vibrator output characteristics. 一方、振動体を通常のサイズとした場合には、容易に大出力化が可能となる。 On the other hand, in the case where the vibrator and normal size, readily allows a large output power.
【0054】 [0054]
このような振動体を用いた振動波駆動装置としての超音波モータにおいてもサイズに比べて大きな出力を得ることができる。 It is possible to obtain a large output as compared to the size in the ultrasonic motor as a vibration wave driving apparatus using such a vibrator.
【0055】 [0055]
なお、振動体の構成は、本実施形態で説明したような振動子1の構成に限定されない。 The configuration of the vibrator is not limited to the configuration of the vibrator 1 as described in the present embodiment. 例えば、図13に示すような超音波モータ10を実現することができる。 For example, it is possible to realize an ultrasonic motor 10 as shown in FIG. 13.
【0056】 [0056]
図13において、振動体1の上面のうち略中央の位置には、1つの突起部3−1が形成されている。 13, on the inner substantially central position of the upper surface of the vibration member 1, one protrusion 3-1 is formed. そして、この突起3−1の先端には、リニアスライダ6と接触する接触部4−1が形成されている。 Then, the distal end of the projection 3-1, the contact unit 4-1 that contacts the linear slider 6 is formed. 他の構成については、本実施形態における構成(図1)と同様である。 The other configuration is the same as the structure of the present embodiment (FIG. 1).
【0057】 [0057]
本実施形態で説明した振動モード(MODE−AおよびMODE−B)や積層圧電素子1を用いると、図14に示すような振動状態が得られる。 With vibration mode (MODE-A and MODE-B) and the laminated piezoelectric element 1 described in this embodiment, the vibration state as shown in FIG. 14 is obtained. 突起3−1の接触部4−1には、MODE−Aの振動によって図14(a)の矢印で示すようにX方向の往復運動が発生する。 The contact portion 4-1 of the projection 3-1, the reciprocating motion of the X direction is generated as indicated by an arrow shown in FIG. 14 (a) by the vibration of MODE-A. また、接触部4−1には、MODE−Bの振動によって図14(b)の矢印で示すようにZ方向の往復運動が発生する。 Further, the contact portion 4-1, the reciprocating motion of the Z direction is generated as indicated by an arrow shown in FIG. 14 (b) by the vibration of MODE-B.
【0058】 [0058]
上述したX方向およびZ方向における運動によって接触部4−1は楕円運動を行うようになり、これによりリニアスライダ6と振動体1とが相対的に移動するようになる。 Contact unit 4-1 by movement in the X and Z directions described above will perform an elliptic motion, thereby a linear slider 6 and the vibrating body 1 is such that relative movement.
【0059】 [0059]
図13に示すように、振動体1に1つの突起部3−1を設けることにより、突起部3−1と接触するリニアスライダ6の長さを短くする(小型化する)ことができる。 As shown in FIG. 13, by providing one protrusion 3-1 to the vibrating body 1, it is possible to shorten the length of the linear slider 6 in contact with the projections 3-1 (downsized). そして、リニアスライダ6の小型化により、超音波モータ10の更なる小型化を図ることができる。 By downsizing the linear slider 6, it is possible to achieve further miniaturization of the ultrasonic motor 10.
【0060】 [0060]
本実施形態においては、MODE−Aを面外2次曲げモードとし、MODE−Bを面外1次曲げモードとしている。 In this embodiment, the MODE-A and out-of-plane secondary bending mode, and the MODE-B and out-of-plane primary bending mode.
【0061】 [0061]
振動体1の駆動板2は、矩形状に形成されているため、駆動板2の中心を通りX方向又はY方向に延びる平面に対して略対称となっている(図1)。 Driving plate 2 of the vibrating body 1, which is formed in a rectangular shape, it is substantially symmetrical to the center of the driving plate 2 with respect to a plane extending as X or Y direction (FIG. 1). これにより、振動体1における振動モード(MODE−AおよびMODE−B)の節や腹は、図2に示すように振動体1における上記平面に対して略対称となる位置に発生する。 Thus, nodes and antinodes of the vibration modes in the vibrator 1 (MODE-A and MODE-B) is generated in a position to be substantially symmetrical with respect to the plane of the vibration member 1 as shown in FIG.
【0062】 [0062]
したがって、図1に示すように2つの突起部3−1、3−2を、振動体1において略対称位置に形成することができる。 Thus, the two projections 31 and 32 as shown in FIG. 1, can be formed in a substantially symmetrical position in the vibration member 1. また、図13に示すように1つの突起部3−1を振動体1の中心位置付近に配置することができる。 Further, it is possible to the one protrusion 3-1 as shown in FIG. 13 arranged in the vicinity of the center position of the vibration member 1. この場合にも、突起部3−1は上記平面に対して対称となる。 In this case, the projection 3-1 is symmetrical with respect to the plane.
【0063】 [0063]
上述したように突起部3−1、3−2を配置すれば、突起部3−1、3−2においてリニアスライダ6から受ける反力を、振動体1は偏り無く受けることができる。 By arranging the protrusions 3-1 and 3-2 as described above, the reaction force received from the linear slider 6 at the protrusion 31 and 32 can receive not bias the vibrator 1. また、リニアスライダ6と接触部4−1、4−2の相対位置関係が安定するので、環境や負荷の変動等の影響を受けずに安定した出力を発生する振動型駆動装置を実現する。 Further, since the relative positional relationship of the linear slider 6 and the contact portion 4-1 and 4-2 are stable, to achieve a vibratory driving device for generating a stable output without being affected by variations of environmental and load.
【0064】 [0064]
本実施形態において説明した部材の具体的な数値は、本発明を限定するものではない。 Specific numerical values ​​of the members described in the present embodiment is not intended to limit the present invention. すなわち、各部材を装置の要求に合わせた寸法に設定することができる。 That is, it is possible to set the dimensions to suit the requirements of each member device.
【0065】 [0065]
また、本実施形態では、超音波モータ10における被駆動体として、直線運動を行うリニアスライダ6について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。 Further, in the present embodiment, as a driven member in the ultrasonic motor 10 has been described linear slider 6 for linear movement, the present invention is not limited thereto. すなわち、被駆動体として、任意の円弧を持つ円筒状、円板状又は、楕円状等に形成された部材を用い、この部材を回転運動させることもできる。 That is, the driven member, a cylindrical shape having an arbitrary arc, discoid or, using a member formed into an elliptical shape or the like, may also be rotational movement of this member.
【0066】 [0066]
この回転駆動を行う超音波モータ10の形態を図18に示す。 The form of the ultrasonic motor 10 for the rotary drive shown in FIG. 18. 同図において、振動体1は上述した説明と同様の振動体を用いており、この振動体1に円盤型のロータ20(図18(a))又は、円環型のロータ21(図18(b))を接触させて超音波モータ10を構成している。 In the figure, the vibrating body 1 is with a vibrating body similar to the above description, the vibrating body 1 in a disk-type rotor 20 (FIG. 18 (a)) or, in the annular rotor 21 (FIG. 18 ( b)) contacting the by constituting the ultrasonic motor 10.
【0067】 [0067]
上述した超音波モータ10の構成により、ロータ20やロータ21を同図の矢印で示す方向に回転運動させることができる。 The structure of the ultrasonic motor 10 described above, can be rotational movement in the direction indicated the rotor 20 and the rotor 21 by an arrow in FIG.
【0068】 [0068]
(第2実施形態) (Second Embodiment)
図6は、本発明の第2実施形態である振動型駆動装置としてのリニア型超音波モータ10の外観斜視図である。 Figure 6 is an external perspective view of a linear type ultrasonic motor 10 as a a vibration type driving apparatus a second embodiment of the present invention.
【0069】 [0069]
同図において、振動子1は矩形薄板状の積層圧電素子5と、この積層圧電素子5の表面で一体化される2つの突起部3−1、3−2とで構成されている。 In the figure, the oscillator 1 is a rectangular thin plate of the laminated piezoelectric element 5, and a two protrusions 31 and 32 which are integrated in the surface of the laminated piezoelectric element 5. 突起3−1、3−2の先端面には、被駆動体であるリニアスライダ6と接触する接触部4−1、4−2が形成されている。 The distal end surface of the projection 3-1 and 3-2, the contact portions 4-1, 4-2 in contact with the linear slider 6 is driven body is formed.
【0070】 [0070]
すなわち、第1実施形態では積層圧電素子5、駆動板2および突起部3−1、3−2により振動体1を構成しているが、本実施形態では、積層圧電素子5および突起部3−1、3−2により振動体1を構成している。 That is, in the first embodiment the laminated piezoelectric element 5 and also forms the vibration member 1 by the drive plate 2 and the protrusions 3-1 and 3-2, in the present embodiment, the laminated piezoelectric element 5 and the protrusions 3 constitute a vibration member 1 by 1,3-2.
【0071】 [0071]
突起部3−1、3−2は、摩擦係数や耐磨耗性に優れた特性が要求され、本実施形態では、突起部3−1、3−2の材料としてアルミナが用いられている。 Projections 31 and 32 have excellent properties in the friction coefficient and abrasion resistance are required, in the present embodiment, alumina is used as the material of the protrusions 3-1 and 3-2. 本実施形態における振動子1に励振される2つの振動モード(MODE−AおよびMODE−B)は、第1実施形態で説明した振動モードと同様である(図2)。 Two vibration modes that are excited in the vibrator 1 in this embodiment (MODE-A and MODE-B) is the same as the vibration mode described in the first embodiment (FIG. 2).
【0072】 [0072]
図7は、本実施形態における積層圧電素子5の積層状態の模式図である。 Figure 7 is a schematic view of a stacked state of the stacked piezoelectric element 5 in this embodiment. この積層圧電素子5は、圧電素子膜Lを12層(L1〜L12)積層することで形成されている。 The laminated piezoelectric element 5 is formed by 12 layers of piezoelectric element layer L (L1 to L12) laminate. 各圧電素子膜の厚さは略0.06mmであるので、積層圧電素子5の厚さは略0.7mmとなる。 The thickness of each piezoelectric element film is substantially 0.06 mm, the thickness of the laminated piezoelectric element 5 is substantially 0.7 mm.
【0073】 [0073]
図7(a)において、圧電素子膜L2〜L12の表面には、X方向で略対称に分割された電極膜P1〜P6が形成されている。 In FIG. 7 (a), the surface of the piezoelectric element film L2~L12, electrode films P1~P6 divided substantially symmetrically in X direction is formed. 圧電素子膜L2、L4、L6には、電極膜P1、P2が形成されており、圧電素子膜L8、L10、L12には、電極膜P5、P6が形成されている。 The piezoelectric element film L2, L4, L6, the electrode film P1, P2 are formed, the piezoelectric element layer L8, L10, L12, the electrode film P5, P6 are formed. 圧電素子膜L3〜L11までのうち奇数層の圧電素子膜(L3、L5、L7、L9)には、電極膜P3、P4が形成されている。 The piezoelectric element film of odd layer of up to the piezoelectric element film L3~L11 (L3, L5, L7, L9), the electrode film P3, P4 are formed.
【0074】 [0074]
各電極膜P1〜P6は、各々バイアホール電極H1〜H6と電気的に接続している。 Each electrode film P1~P6 connects each via-hole electrode H1~H6 electrically. すなわち、電極膜P1とバイアホール電極H1、電極膜P2とバイアホール電極H2、電極膜P3とバイアホール電極H3、電極膜P4とバイアホール電極H4、電極膜P5とバイアホール電極H5、電極膜P6とバイアホール電極H6が各々電気的に接続される。 That is, the electrode film P1 and the via-hole electrode H1, the electrode film P2 and the via-hole electrode H2, the electrode film P3 and the via-hole electrode H3, the electrode film P4 and the via-hole electrode H4, the electrode film P5 and the via-hole electrode H5, the electrode film P6 via-hole electrode H6 are each electrically connected to.
【0075】 [0075]
圧電素子膜L1に形成されたバイアホール電極H1〜H6は、積層圧電素子5と外部との電気的な接続を行う端子電極として作用する。 Via-hole electrode H1~H6 formed in the piezoelectric element layer L1 acts as a terminal electrode for electrical connection between the laminated piezoelectric element 5 and the outside. これら端子電極の電位を、H1及びH2を正、H3及びH4を負、H5及びH6をコモンとすることで、図中に示した(+)、(−)、GNDの電位として分極が行われる。 The potential of these terminal electrodes, the H1 and H2 positive, negative H3 and H4, by the common the H5 and H6, shown in FIG. (+), (-), polarization is performed as GND potential .
【0076】 [0076]
このような分極状態における積層圧電素子5内部の分極方向を模式的に図7(b)に示す。 The laminated piezoelectric element 5 inside the polarization direction in such a polarization state is schematically shown in FIG. 7 (b). 同図に示すように、圧電素子膜L2からL6の部分には、領域R1と領域R2が形成されるようになっている。 As shown in the figure, the portion of the piezoelectric element film L2 L6, so that the region R1 and the region R2 is formed. また、圧電素子膜L7からL11の部分には、領域R3と領域R4が形成されるようになっている。 Further, in a portion of the piezoelectric element film L7 L11, so that the region R3 and the region R4 is formed.
【0077】 [0077]
振動体1に組み込まれた状態での積層圧電素子5の作用について説明する。 The operation of the laminated piezoelectric element 5 in a state of being incorporated in the vibration member 1 will be described.
【0078】 [0078]
積層圧電素子5の領域R1と領域R2は、図2に示した中立面T1、T2より圧電素子の上方に位置しており、領域R3とR4は、中立面T1、T2よりも圧電素子の下方に位置している。 Region R1 and the region R2 of the laminated piezoelectric element 5 is positioned above the piezoelectric element from the neutral plane T1, T2 shown in FIG. 2, the region R3 and R4, the piezoelectric element than the neutral plane T1, T2 which are located below.
【0079】 [0079]
図8に示すように積層圧電素子5の表面に形成された端子電極H1〜H6には、電位V1〜V4が与えられる。 The terminal electrodes H1~H6 formed on the surface of the laminated piezoelectric element 5 as shown in FIG. 8, the potential V1~V4 is applied. 電位V1は、端子電極H1、H5に印加される。 Potential V1 is applied to the terminal electrodes H1, H5. 電位V3は、端子電極H3に印加される。 Potential V3 is applied to the terminal electrode H3. 電位V1と電位V3との電位差を電位差E1とする。 The potential difference between the potential V1 and the potential V3 and the potential difference E1.
【0080】 [0080]
積層圧電素子5に電位差E1の電位が与えられたとき、領域R1と領域R3では、分極と電位差の関係が逆方向となるため、例えば領域R1に伸びの歪が発生するときは領域R3には縮む歪が発生する。 When the potential of the potential difference E1 to the laminated piezoelectric element 5 is provided, in the region R1 and the region R3, because the relationship between the polarization and the potential difference becomes opposite direction, for example in the region R3 when strain elongation in the region R1 is generated shrink distortion occurs. すなわち、領域R1および領域R3を対として、バイモルフ形態の作用を行う。 That is, pairs regions R1 and R3, performs the action of the bimorph configuration.
【0081】 [0081]
一方、電位V2は端子電極H2、H6に印可され、電位V4は端子電極H4に印可される。 On the other hand, the potential V2 is applied to the terminal electrodes H2, H6, potential V4 is applied to the terminal electrode H4. この電位V2とV4の電位差をE2とする。 A potential difference of the potential V2 and V4 and E2.
【0082】 [0082]
積層圧電素子5に電位差E2の電位が与えられたとき、例えば、領域R2に伸びの歪が発生するときは領域R4には縮む歪が発生する。 When the potential of the potential difference E2 is applied to the laminated piezoelectric element 5, for example, when the strain of elongation occurs in region R2 distortion occurs shrink in the region R4. すなわち、領域R2および領域R4を対としてバイモルフ形態の作用を行う。 That is, the action of the bimorph form in pairs the region R2 and the region R4.
【0083】 [0083]
上述した構成の積層圧電素子5を用いた振動体1において、振動体1を構成する部分の殆ど全てにおいて振動が発生するようになっている。 In the vibrating body 1 using the laminated piezoelectric element 5 having the configuration described above, so that the vibration occurs in almost all parts constituting the vibration member 1.
【0084】 [0084]
本実施形態によれば、積層圧電素子5を用いることで、単一の圧電素子を用いる倍に比べて駆動信号の電圧レベルが低くても十分な出力を得ることができるとともに、小型且つ高出力の振動型駆動装置を実現することができる。 According to this embodiment, by using the laminated piezoelectric element 5, the voltage level of the drive signal as compared with the times using a single piezoelectric element can obtain a also sufficient output is low, small-sized and high output it is possible to realize a vibration type driving apparatus.
【0085】 [0085]
(第3実施形態) (Third Embodiment)
図9に、本発明の第3実施形態である振動型駆動装置における圧電素子5の構成を示す。 9 shows the configuration of the piezoelectric element 5 in the vibration type driving apparatus according to a third embodiment of the present invention. なお、振動体1や超音波モータ10の構成は、第1実施形態(図1)と同様である。 The configuration of the vibration member 1 and the ultrasonic motor 10 is the same as the first embodiment (FIG. 1). すなわち、本実施形態では、第1実施形態における超音波モータ10の構成に対して圧電素子の構造が異なっている。 That is, in this embodiment, the structure of the piezoelectric element is different from the configuration of the ultrasonic motor 10 of the first embodiment.
【0086】 [0086]
図9に示すように、圧電素子5の一端面には、圧電素子5のX方向及びY方向に略対称となるように5つの電極膜P1〜P5が形成されている。 As shown in FIG. 9, the end face of the piezoelectric element 5, so as to be substantially symmetrical in X and Y directions of the piezoelectric elements 5 five electrode film P1~P5 is formed. 電極膜P1と電極膜P2、電極膜P3と電極膜P4はそれぞれ、圧電素子5の中心を通るX軸に対して略対称となるように形成されている。 Electrode film P1 and the electrode film P2, respectively electrode film P3 and the electrode film P4, are formed to be substantially symmetrical with respect to the X axis passing through the center of the piezoelectric element 5.
【0087】 [0087]
また、電極膜P1と電極膜P3、電極膜P2と電極膜P4はそれぞれ、圧電素子5の中心を通るY軸に略対称となるように形成されている。 The electrode film P1 and the electrode film P3, respectively electrode film P2 and the electrode film P4, are formed to be substantially symmetrical to the Y axis passing through the center of the piezoelectric element 5.
【0088】 [0088]
さらに、圧電素子5の中心付近を通りX軸方向に伸びる領域には、電極膜P5が形成されている。 Further, in a region extending through the X-axis direction near the center of the piezoelectric element 5, the electrode film P5 is formed. 圧電素子5において、上述した電極膜P1〜P5と裏面の共通電極で挟まれる部分(各電極膜P1〜P5に対してZ方向に延びる領域)をそれぞれ、領域R1〜R5とする。 In the piezoelectric element 5, respectively portion (a region extending in the Z direction with respect to each of the electrode films P1 to P5) which is sandwiched between the common electrode of the back electrode films P1 to P5 described above, the area R1 to R5.
【0089】 [0089]
各領域R1〜R5は、図中の符号(+)、(−)のように分極が行なわれるようになっている。 Each region R1~R5, the sign in the figure (+) - so that the polarization is performed as (). この圧電素子5を振動体1に適用した状態において、電極膜P1〜P4に共通の駆動信号を与えることで領域P1、P2と領域P3、P4には、互いに逆方向の歪が発生する。 In the state of applying the piezoelectric element 5 to the vibrating body 1, common in the area P1, P2 and the region P3, P4 by applying a driving signal to the electrode film P1 to P4, reverse distortion occurs each other.
【0090】 [0090]
この変形により、振動体1に対して第1実施形態で説明したMODE−Aの励振が行われる。 This deformation, excitation of MODE-A described in the first embodiment with respect to the vibrating body 1 is performed. 電極膜P5にもう一つの駆動信号を与えることで、第1実施形態で説明したMODE−Bの励振が行われる。 By providing another driving signal to the electrode film P5, excitation of MODE-B described in the first embodiment is performed.
【0091】 [0091]
各領域R1〜R5のうち、例えばY方向の幅は設計に応じて任意に選択可能である。 Among the regions R1 to R5, for example, the width in the Y direction can be arbitrarily selected according to design. これより、2つの振動モード(MODE−AおよびMODE−B)における発生力を選択できるため、振動体1において発生する楕円運動の形状をコントロール可能となる。 From this, it is possible to select the generated force in the two vibration modes (MODE-A and MODE-B), it is possible control the shape of the elliptical motion generated in the vibration member 1. この結果、駆動効率に優れた超音波モータ10を実現することができる。 As a result, it is possible to realize an excellent ultrasonic motor 10 to drive efficiency.
【0092】 [0092]
本実施形態では、圧電素子5として積層圧電素子を用いることもできる。 In the present embodiment, it is also possible to use a laminated piezoelectric element as a piezoelectric element 5. 図10に示す積層圧電素子5の構成図を用いて、本実施形態の変形例について説明する。 Using the configuration diagram of a laminated piezoelectric element 5 shown in FIG. 10, a description will be given of a variation of the embodiment. なお、圧電素子膜、電極膜及びバイアホール電極を用いた構成は、上述した実施形態と同様であるため、詳細な説明は略する。 Incidentally, a configuration using a piezoelectric element film, the electrode film and the via-hole electrode is the same as the embodiment described above, detailed description will be omitted.
【0093】 [0093]
積層圧電素子5は、圧電素子膜L1〜L10の10層の電極膜により形成されている。 Laminated piezoelectric element 5 is formed by the electrode film of 10 layers of the piezoelectric element film L1 to L10. 圧電素子膜L2〜L10までのうち偶数層の圧電素子膜(L2、L4、L6、L8、L10)にはそれぞれ、5つの電極膜P1〜P5が形成されている。 Each of the piezoelectric elements films even-numbered layers of the piezoelectric element film of up L2~L10 (L2, L4, L6, L8, L10), the five electrode film P1~P5 is formed. また、圧電素子膜L3〜L9までのうち奇数層の圧電素子膜(L3、L5、L7、L9)には、この膜の略全面に1つの電極膜P6が形成されている。 Further, the piezoelectric element layer odd layer of up to the piezoelectric element film L3~L9 (L3, L5, L7, L9) is one electrode film P6 on substantially the entire surface of the membrane is formed.
【0094】 [0094]
各圧電素子膜は、電極膜P1〜P5と電極膜P6とで挟まれる構成となっており、これらに対応する部分がそれぞれ、個別の駆動領域として作用する。 Each piezoelectric element film has a structure sandwiched between the electrode film P1~P5 and the electrode film P6, portions corresponding to those, respectively, acts as a separate drive region. これら領域を電極膜P1〜P5に対応するものとして領域R1〜R5とする。 And region R1~R5 these regions as corresponding to the electrode films P1 to P5. これらの領域R1〜R5は、図9で示した圧電素子と同様の配置となる。 These regions R1~R5 is the same arrangement as the piezoelectric element shown in FIG.
【0095】 [0095]
領域R1〜R4に電位を印加することにより、第1実施形態で説明したMODE−Aの励振を行うことができ、領域R5に電位を印加することにより、第1実施形態で説明したMODE−Bの励振を行うことができる。 By applying a potential to the region R1 to R4, it is possible to perform excitation of MODE-A described in the first embodiment, by applying a potential to the region R5, MODE-B described in the first embodiment it is possible to perform the excitation of.
【0096】 [0096]
本変形例の積層圧電素子5の外部との電気的な導通は、図11に模式的に示したように行なわれる。 Electrical conduction with the outside of the laminated piezoelectric element 5 of this modification is performed as schematically illustrated in FIG. 11. すなわち、端子電極H1〜H4に電位V1を印加し、端子電極H5に電位V2を印加し、端子電極H6に電位VGを印加する。 That is, the potential V1 is applied to the terminal electrodes H1-H4, the potential V2 is applied to the terminal electrodes H5, applying an electrical potential VG to the terminal electrodes H6. 端子電極H1〜H6はそれぞれ、各圧電素子膜L1〜L10に形成されたバイアホール電極H1〜H6としての機能も持つ。 Terminal electrodes H1~H6 Each also has a function as a via-hole electrode H1~H6 formed on the piezoelectric element film L1 to L10.
【0097】 [0097]
領域R1〜R4には、電位V1と電位VGの電位差E1が与えられる。 The regions R1 to R4, are given a potential difference E1 potential V1 and the potential VG. 領域R5には、電位V2と電位VGの電位差E2が与えられる。 The region R5, given the potential difference E2 of the potential V2 and the potential VG. このように積層圧電素子5及び駆動信号を選択することで、図9に示す場合と同様に、領域R1〜R4によりMODE−Aが励振され、領域R5によりMODE−Bの励振が行われる。 By thus selecting the laminated piezoelectric element 5 and the drive signal, as in the case shown in FIG. 9, the region R1 to R4 MODE-A is excited, the excitation of MODE-B is performed by the region R5.
【0098】 [0098]
(第4実施形態) (Fourth Embodiment)
図12に、本発明の第4実施形態である振動型駆動装置(超音波モータ10)における積層圧電素子5の構成を示す。 12 shows a configuration of a laminated piezoelectric element 5 in the vibration type driving apparatus according to a fourth embodiment of the present invention (ultrasonic motor 10). ここで、振動体1および超音波モータ10の構成は、第2実施形態における構成(図6)と同様であるため、詳細な説明は省略する。 Here, the configuration of the vibration member 1 and the ultrasonic motor 10, since the second is the same as the structure (FIG. 6) in the embodiment, the detailed description thereof is omitted.
【0099】 [0099]
本実施形態における積層圧電素子5は、図12(a)に示すように、12層の圧電素子膜(L1〜L12)で形成されている。 Laminated piezoelectric element 5 in this embodiment, as shown in FIG. 12 (a), is formed by 12 layers of the piezoelectric element film (L1 to L12). 各圧電素子膜L1〜L12には、上述した実施形態と同様に電極膜P1〜P4とバイアホール電極H1〜H4が形成されている。 Each the piezoelectric element film L1 to L12, the electrode film P1~P4 and the via hole electrode H1~H4 similar to the embodiment described above is formed.
【0100】 [0100]
圧電素子膜L2、L4、L6に形成された電極膜P1、P2と、圧電素子膜L3、L5、L7に形成された電極膜L3により、圧電素子膜L2〜L6は、図12(b)に示すように領域R1、R2を有する。 A piezoelectric element layer L2, L4, L6 electrode film P1 formed, P2, the piezoelectric element layer L3, L5, L7 electrode film L3 formed on the piezoelectric element film L2~L6 is in FIG. 12 (b) has regions R1, R2 as shown. この領域R1、R2は、MODE−Aの振動モードにおける励振用としてのみ作用する。 The regions R1, R2 act only for excitation in the vibration mode of MODE-A.
【0101】 [0101]
また、圧電素子膜L8、L10、L12に形成された電極膜P4と、圧電素子膜L7、L9、L11に形成された電極膜P3により、圧電素子膜L7〜L11は、図12(b)に示すように領域R3を有する。 Further, an electrode film P4 formed in the piezoelectric element film L8, L10, L12, the piezoelectric element layer L7, L9, L11 electrode film P3 formed on the piezoelectric element film L7~L11 is in FIG. 12 (b) It has regions R3 as shown.
【0102】 [0102]
バイアホール電極H3をコモンとして、バイアホール電極H1、H4に正の電位を与えるとともに、バイアホール電極H2に負の電位を与えたときの各電極膜の電位状態を、図12(a)の符号(+)、(−)、GNDで表している。 A via hole electrode H3 as a common, with providing a positive potential to the via-hole electrode H1, H4, the potential state of each electrode film when given a negative potential to the via-hole electrode H2, reference numeral shown in FIG. 12 (a) (+), (-), is expressed by GND. このように分極された状態を模式的に図12(b)の矢印で示す。 Such a polarization state schematically shown by the arrows in FIG. 12 (b). 領域R1と領域R2は互いに逆向きに分極されている。 Region R1 and the region R2 are polarized in opposite directions.
【0103】 [0103]
上述した構成の積層圧電素子5を用いて振動体1を構成したとき、領域R1、R2は図2に示した中立面T1を含まないとともに、中立面T1に対して片側に配置するように形成されている。 When configuring the vibration member 1 by using the laminated piezoelectric element 5 having the above structure, together with the regions R1, R2 does not include a neutral plane T1 shown in FIG. 2, to place on one side with respect to the neutral plane T1 It is formed in. 領域R3は、中立面T2を含まないとともに、中立面T2に対して片側に配置するように形成される。 Region R3, together with the not include neutral plane T2, is formed so as to place on one side with respect to the neutral plane T2.
【0104】 [0104]
本実施形態における積層圧電素子5を振動体1に用いたときの駆動状態について説明する。 The laminated piezoelectric element 5 in this embodiment will be described driving state when used in the vibrating body 1. 上述した実施形態と同様に、各端子電極H1〜H4に電位V1〜V4を与える。 Similar to the embodiment described above, applying a potential V1~V4 to the terminal electrodes H1-H4. この端子電極H1〜H4はそれぞれ、各圧電素子膜に形成されたバイアホール電極H1〜H4としての機能も持つ。 The terminal electrode H1~H4 Each also has a function as a via-hole electrode H1~H4 formed on each piezoelectric element films.
【0105】 [0105]
電位V1と電位V3の電位差をE1とし、電位V2と電位V3の電位差をE2とし、電位V4と電位V3の電位差をE3とする。 The potential difference between the potentials V1 and V3 and E1, the difference between the potential V2 and the potential V3 and E2, and E3 the difference between the potential V4 and the potential V3.
【0106】 [0106]
まず、振動体1におけるMODE−A(第1実施形態と同様)の励振について説明する。 It will be described first excitation MODE-A in the vibration member 1 (as in the first embodiment). 電位差E1=E2となるように電気的な接続を行ったり、駆動信号の選択を行ったりすることで、領域R1と領域R2に互いに逆向きの歪みを発生させる。 Potential difference E1 = E2 or perform electrical connection so that, by and go to the selection of the drive signals, to generate a distortion opposite to each other in the region R1 and the region R2. このとき、領域R3は、電位差E3に対応した励振力が生じるが、この領域R3はMODE−Aの励振力として作用しない。 In this case, region R3 is the exciting force that corresponds to the potential difference E3 occurs, this region R3 does not act as the exciting force of MODE-A.
【0107】 [0107]
すなわち、領域R1および領域R2を励振力として、ユニモルフ状態で作用することでMODE−Aが励振される。 That is, the regions R1 and R2 as the exciting force, MODE-A is excited by acting unimorph state.
【0108】 [0108]
同様に領域R3を励振力として、ユニモルフ状態の作用によりMODE−B(第1実施形態と同様)が励振される。 Similarly an area R3 as the exciting force, (as in the first embodiment) MODE-B by the action of unimorph state is excited.
【0109】 [0109]
本実施形態によれば、振動体1を形成する略すべての領域において被駆動体(リニアスライダ6)に対する駆動力の発生に供することができ、小型化および高出力化を両立する超音波モータを実現することができる。 According to this embodiment, in substantially all of the region for forming the vibration member 1 can be subjected to the generation of the driving force to the driven member (linear slider 6), an ultrasonic motor to achieve both miniaturization and higher output it can be realized.
【0110】 [0110]
(第5実施形態) (Fifth Embodiment)
図15に、本発明の第5実施形態である振動型駆動装置(超音波モータ10)における振動体1の外観斜視図を示す。 Figure 15 shows a perspective view of the vibration member 1 in the vibration type driving apparatus according to a fifth embodiment of the present invention (ultrasonic motor 10). 同図において、振動体1は、略矩形状に形成された薄板で構成されており、この一端面には、4つの突起部3−1〜3−4が配置されている。 In the figure, the vibrating body 1 is formed of a thin plate formed in a substantially rectangular shape, the one end face, four protrusions 31 to 34 are arranged. そして、突起部3−1〜3−4の先端部にはそれぞれ、不図示の被駆動体に接触する接触部4−1〜4−4が形成されている。 Then, each of the distal end portion of the projecting portion 3-1 to 3-4, the contact portions 4-1 to 4-4 that contacts the driven body (not shown) is formed.
【0111】 [0111]
また、振動体1は、略矩形状に形成された圧電素子5と突起部3−1〜3−2が一体的に形成された振動板2を有している。 The vibration member 1, the piezoelectric element 5 and the projection 3-1~3-2 has a diaphragm 2 which is formed integrally formed in a substantially rectangular shape. この振動体1には、図16に示すように2つの曲げ振動モードMODE−A、MODE−Bが励振されるようになっている。 The vibration member 1, two bending vibration modes MODE-A, as shown in FIG. 16, the MODE-B is adapted to be excited.
【0112】 [0112]
MODE−Aは、図16(a)に示すように、図中X方向の3箇所に節が発生する2次の面外曲げ振動モードであり、MODE−bは、図16(b)に示すように、図中Y方向の4箇所に節が発生する3次の面外振動モードである。 MODE-A, as shown in FIG. 16 (a), a second out-of-plane bending vibration mode nodes occurs in three positions in the X direction, MODE-b is shown in FIG. 16 (b) as a third-order plane vibration mode section occurs at four positions in the Y direction. 突起部3−1〜3−4は、MODE−Aにおける節位置の近傍であって、かつMODE−Bにおける腹位置の近傍となる位置に配置されている。 Protrusion 3-1 to 3-4, a vicinity of nodal positions of MODE-A, and is disposed in the vicinity of a position of the loop position in MODE-B.
【0113】 [0113]
MODE−Aの振動により、突起部3−1〜3−4にはX方向の往復運動が生じ、MODE−Bの振動により、突起3−1〜3−4にはZ方向の往復運動が発生する。 By the vibration of MODE-A, the protrusion 3-1 to 3-4 occur reciprocate in the X direction, the vibration of MODE-B, the protrusion 3-1 to 3-4 are reciprocated in the Z-direction occurs to. そして、互いに適当な位相が生じるように2つの振動モード(MODE−AおよびMODE−B)を励振することで、各接触部4−1〜4−4に楕円運動を生成させることができる。 Then, it is possible to generate one another as appropriate phase occurs by exciting the two vibration modes (MODE-A and MODE-B), elliptical motion to the contact portions 4-1 to 4-4.
【0114】 [0114]
ここで、突起部3−1〜3−4は上述したように配置されているため、突起部3−1〜3−4には、X方向およびZ方向において大きく変位させることができる。 Here, the protruding portion 3-1 to 3-4 because it is arranged as described above, the projections 31 to 34 can be greatly displaced in the X and Z directions. これにより、振動体1から被駆動体に大きな駆動力を与えることができ、振動型駆動装置の高出力化を図ることができる。 Thus, it is possible to provide a large driving force from the vibration member 1 to the driven member, it is possible to increase the output of the vibration type driving device.
【0115】 [0115]
本実施形態の振動体1に用いられる圧電素子5の電極膜の構成を図17に示す。 The configuration of the electrode films of the piezoelectric element 5 for use in the vibration member 1 of the present embodiment shown in FIG. 17. 圧電素子5の1つの端面には、6つの電極膜P1〜P6が形成されている。 The one end face of the piezoelectric element 5, six electrode film P1~P6 is formed. 電極膜P1〜P6に対応して圧電素子5に、上述したのと同様に領域R1〜R6が形成される。 The piezoelectric element 5 corresponding to the electrode films P1 to P6, region R1~R6 in the same manner as described above is formed.
【0116】 [0116]
領域R1と領域R4、領域R2と領域R5、領域R3と領域R6はそれぞれ、圧電素子5の中心を通るY軸に対して対称となるように配置されている。 Region R1 and the region R4, region R2 and the region R5, respectively the region R3 and the region R6, are arranged to be symmetrical with respect to the Y-axis passing through the center of the piezoelectric element 5. また、領域R1〜R3や、領域R4〜R6は、Y方向に並ぶように配置されている。 The area R1~R3 ​​or region R4~R6 are arranged side by side in the Y direction.
【0117】 [0117]
各領域R1〜R6は、圧電素子5の厚み方向に分極されており、図17に示すように、各領域R1〜R6の分極状態を相対的に表す記号として(+)、(−)を用いている。 Each region R1-R6 is polarized in the thickness direction of the piezoelectric element 5, as shown in FIG. 17, as a symbol that represents relative polarization states of the areas R1-R6 (+), - using () ing.
【0118】 [0118]
上述した圧電素子5を振動体1に用いたときの作用について説明する。 The piezoelectric element 5 described above will be described operation when used in the vibrating body 1.
【0119】 [0119]
領域P1〜P3に対して共通の駆動信号V1を与えて、領域P4〜P6に対してもう1つの駆動信号V2を与える。 Giving a common drive signal V1 to the region P1 to P3, give another driving signal to the area P4-P6 V2.
【0120】 [0120]
駆動信号V1および駆動信号V2における波形と位相が等しいとき、振動体1にはMODE−Bが励振されるようになっている。 When waveform and phase are equal in the drive signal V1 and the drive signal V2, the vibrator 1 MODE-B is adapted to be excited. また、駆動信号V1および駆動信号V2において、波形が等しく位相がπラジアンのときには、振動体1にMODE−Aの振動が励振されるようになっている。 Further, the drive signal V1 and the drive signal V2, waveform equal phase at π radians, the vibration of MODE-A to the vibrating body 1 is adapted to be excited.
【0121】 [0121]
駆動信号V1と駆動信号V2において、これらの波形が等しく位相が相対的にπ/2ラジアンのときには、相対的にπ/2ラジアンの位相差を保ちながら振動体1にMODE−AとMODE−Bが励振される。 In the drive signal V1 drive signal V2, when these waveforms are equal in phase relatively [pi / 2 radians, relative [pi / 2 radians MODE-A to the vibrating body 1 while keeping a phase difference of the MODE-B There is excited.
【0122】 [0122]
この結果、接触部4−1〜4−4には、同じ方向の楕円運動が生成される。 As a result, the contact portions 4-1 to 4-4, the elliptical motion in the same direction is generated. この楕円運動の軌跡は、各接触部4−1〜4−4において同形状であり、運動の時間的な位相が接触部4−1、4−2と接触部4−3、4−4との間でπラジアンの状態となる。 Locus of the elliptical motion, have the same shape in the contact portions 4-1 to 4-4, the temporal phase of movement and the contact portion 4-3 and 4-4 and the contact portion 4-1 and 4-2 the state of π radians between.
【0123】 [0123]
本実施形態における振動型駆動装置では、突起部3−1〜3−4を複数配置しているとともに、接触部4−1〜4−4を複数設けている。 In the vibration type driving apparatus of this embodiment, with which the projections 31 to 34 and more disposed is provided with a plurality of contact portions 4-1 to 4-4. これにより、突起部を増やした分だけ、被駆動体と振動体1との接触面積を増やすことができ、被駆動体および振動体1間における駆動力の伝達をより確実な状態とすることができる。 Thus, by the amount of increased projections, it can increase the contact area between the vibration member 1 and the driven member, be a more reliable state transmission of the driving force between the driven member and the vibration member 1 it can.
【0124】 [0124]
以上説明した各実施形態は、以下に示す各発明を実施した場合の一例でもあり、下記の各発明は上記各実施形態に様々な変更や改良が加えられて実施されるものである。 Each embodiment described above is also an example in the case of carrying out the invention described below, the following inventions are intended to be carried out is added that various changes and modifications to the embodiments described above.
【0125】 [0125]
〔発明1〕 凸状に形成された突起部を有し、少なくとも電気−機械エネルギ変換素子からなる板状の振動体と、 [Invention 1] has a protrusion formed in a convex shape, at least electrical - a plate-like vibration member consisting of mechanical energy conversion element,
前記突起部に加圧接触する被駆動体とを備え、 And a driven member for pressure contacting the protrusion,
前記振動体は、前記電気−機械エネルギ変換素子への駆動信号の入力を受けることで、節の発生方向が互いに略直交する2つの曲げ振動モードを励起し、前記突起部を介して前記被駆動体に対して相対的に移動することを特徴とする振動型駆動装置。 The vibrating body, said electrical - by receiving an input of the drive signal to the energy transducer excites two bending vibration modes generating direction of the section is substantially perpendicular to each other, said driven through the protrusion vibration type driving apparatus characterized by moving relative to the body.
【0126】 [0126]
上記発明1によれば、板状の振動体に2つの曲げ振動モードを励起しているため、従来の振動型駆動装置(曲げ振動および縦振動を励起するタイプ)に比べて、固有周波数の上昇を抑えて装置の小型化を図ることができる。 According to the invention 1, because it excites the two bending vibration modes in a plate-shaped vibration body, as compared with the conventional vibration type driving device (type for exciting the bending vibration and the longitudinal vibration), increase in the natural frequency it is possible to reduce the size of the suppressed and device. しかも、2つの曲げ振動モードは、各曲げ振動モードにおける節の発生方向が互いに略直交するため、一方の曲げ振動モードの節となる位置と他方の曲げ振動モードの腹となる位置を一致させることができ、小型でありながら出力特性に優れた振動型駆動装置を提供することができる。 Moreover, two bending vibration modes, since the generating direction of the sections in each bending vibration mode are substantially perpendicular to each other, matching the abdomen and a position of one of the bending vibration mode node a position and the other bending vibration mode of it can be, it is possible to provide a vibration type driving apparatus having excellent output characteristics with a small size.
【0127】 [0127]
〔発明2〕 前記突起部が、前記2つの曲げ振動モードのうち第1の曲げ振動モードにおける節の位置の近傍であって、第2の曲げ振動モードにおける腹の位置の近傍となる位置に配置されていることを特徴とする前記発明1に記載の振動型駆動装置。 [Invention 2] The protrusions, said a vicinity of the positions of the nodes in the first bending vibration mode of the two bending vibration modes, arranged at a position in the vicinity of the position of the antinodes in the second bending vibration mode vibratory driving device according to the invention 1, characterized in that it is.
【0128】 [0128]
上記発明2のように突起部を配置すれば、2つの曲げ振動モードによって突起部を大きく変位させることができ、被駆動体を効率良く駆動することができる。 By arranging the projections as above Invention 2, the two bending vibration modes can be largely displaced protrusions, it is possible to efficiently drive the driven member.
【0129】 [0129]
〔発明3〕 前記第1の曲げ振動モードの次数が偶数次であるとともに、前記第2の曲げ振動モードの次数が奇数次であることを特徴とする前記発明1又は2に記載の振動型駆動装置。 [Invention 3] The conjunction order of the first bending vibration mode is even order vibratory drive according to the invention 1 or 2, characterized in that the order of the second bending vibration mode is odd order apparatus.
【0130】 [0130]
上記発明3によれば、突起部を振動体の中心を含む面に対して対称な位置に1つ又は複数、配置することができる。 According to the invention 3, one or more symmetrical positions a protrusion with respect to the plane including the center of the vibrating body can be arranged. このように突起部を対称な位置に配置することにより、被駆動体に対する接触状態のバランスを向上させることができ、効率良く被駆動体を駆動することができる。 By thus arranging the protrusions on the symmetrical position, it is possible to improve the balance of the contact state of the driven body can be driven efficiently driven body.
【0131】 [0131]
〔発明4〕 前記第1の曲げ振動モードの次数が2次であるとともに、前記第2の曲げ振動モードの次数が1次であって、 [Invention 4] together with the order of the first bending vibration mode is a secondary, the order of the second bending vibration mode a primary,
前記突起部が、前記振動体の中心を含む面に対して対称な位置に配置されていることを特徴とする前記発明1から3のいずれかに記載の振動型駆動装置。 The protrusion, the vibration type driving apparatus according to any one of Inventions 1 to 3, characterized in that disposed in symmetrical positions with respect to the plane including the center of the vibrator.
【0132】 [0132]
上記発明4によれば、突起部および被駆動体の接触状態を良好に保つことができるとともに、低次の曲げ振動モードによって固有周波数の上昇を抑制することができる。 According to the invention 4, it is possible to keep the contact state of the protrusion and the driven member satisfactorily, it is possible to suppress the increase of the natural frequency by a low-order bending vibration mode.
【0133】 [0133]
〔発明5〕 前記第1の曲げ振動モードの次数が2次であるとともに、前記第2の曲げ振動モードの次数が1次であって、 [Invention 5] together with the order of the first bending vibration mode is a secondary, the order of the second bending vibration mode a primary,
前記突起部が、前記振動体の略中央の位置に配置されていることを特徴とする前記発明1から3のいずれかに記載の振動型駆動装置。 The protrusion, the vibration type driving apparatus according to any one of Inventions 1 to 3, characterized in that it is arranged in a substantially central position of the vibrator.
【0134】 [0134]
上記発明5によれば、低次の曲げ振動モードによって固有周波数の上昇を抑えることができるとともに、被駆動体に接触する突起部の数を最小限(1つ)に抑えることができることで装置の小型化を図ることができる。 According to the invention 5, it is possible to suppress an increase in natural frequency by the low-order bending vibration mode, the device can be suppressed to the minimum (one) the number of protrusions in contact with the driven body it is possible to reduce the size.
【0135】 [0135]
〔発明6〕 前記振動体が矩形状に形成されていることを特徴とする前記発明1から5のいずれかに記載の振動型駆動装置。 [Invention 6] the vibration type driving apparatus according to any one of Inventions 1 to 5, wherein the vibrator is characterized in that it is formed in a rectangular shape.
【0136】 [0136]
上記発明6によれば、振動体を単純な形状としながらも、所望の曲げ振動モードを得ることができる。 According to the invention 6, while the vibrating body and simple shape, it is possible to obtain a desired bending vibration mode.
【0137】 [0137]
〔発明7〕 前記電気−機械エネルギ変換素子が、板状に形成された圧電素子であることを特徴とする前記発明1から6のいずれかに記載の振動型駆動装置。 [Invention 7] The electro - mechanical energy conversion element, the vibration type driving apparatus according to any one of the invention 1, wherein 6 to be a piezoelectric element formed in a plate shape.
【0138】 [0138]
上記発明7によれば、電気−機械エネルギ変換素子だけで振動体を構成することができる。 According to the invention 7, electrical - it may constitute only vibrator energy transducer. これにより、振動体のほとんどの体積を電気−機械エネルギ変換素子が占めることになるため、出力特性に優れた振動型駆動装置を実現することができる。 Thus, most of the volume of the vibrator electric - to become occupy mechanical energy conversion element, it is possible to achieve excellent vibration type driving apparatus output characteristics.
【0139】 [0139]
〔発明8〕 前記電気−機械エネルギ変換素子が、板状に形成され、複数の層で構成された圧電素子であることを特徴とする前記発明1から6のいずれかに記載の振動型駆動装置。 [Invention 8] The electro - mechanical energy conversion element is formed in a plate shape, the vibration type driving apparatus according to any one of the invention 1, wherein 6 to be a piezoelectric element formed of a plurality of layers .
【0140】 [0140]
上記発明8によれば、上述した発明7の効果に加えて、電気−機械エネルギ変換素子に入力される駆動信号の信号レベルを低くすることができ、省電力化を図ることができる。 According to the invention 8, in addition to the effect of the invention 7 described above, electrical - can be lowered the signal level of the drive signal input to mechanical energy conversion element, it is possible to achieve power saving.
【0141】 [0141]
〔発明9〕 前記圧電素子が、前記2つの曲げ振動モードを励起するための2つの駆動領域を有することを特徴とする前記発明7又は8に記載の振動型駆動装置。 [Invention 9] The piezoelectric element, the vibration type driving apparatus according to the invention 7 or 8, characterized in that it has two drive region for exciting the two bending vibration modes.
【0142】 [0142]
上記発明9によれば、1つの圧電素子により2つの曲げ振動モードのうちそれぞれの曲げ振動モードを発生させることができる。 According to the invention 9, it is possible to generate a respective bending vibration mode of the two bending vibration modes by a single piezoelectric element. このように1つの圧電素子を用いることで、複数の圧電素子を用いる場合に比べて、部品点数を抑えて低コスト化を図ることができるとともに、出力特性の安定性と信頼性を高めることができる。 Thus, by using the single piezoelectric element, as compared with the case of using a plurality of piezoelectric elements, it is possible to reduce the cost by suppressing the number of components, to increase the stability and reliability of the output characteristics it can.
【0143】 [0143]
〔発明10〕 前記圧電素子が、互いに異なる駆動信号の入力を受ける2つの駆動領域を有することを特徴とする前記発明7又は8に記載の振動型駆動装置。 [Invention 10] The piezoelectric element, the vibration type driving apparatus according to the invention 7 or 8, characterized in that it has two drive region for receiving the input of the different drive signals.
【0144】 [0144]
上記発明10によれば、1つの圧電素子の簡単な構成により2つの曲げ振動モードを励起することができる。 According to the invention 10, it is possible to excite the two bending vibration modes by a simple structure of one piezoelectric element.
【0145】 [0145]
〔発明11〕 前記2つの駆動領域のうち各駆動領域がそれぞれ、前記圧電素子の厚み方向で分割された位置に形成されているとともに、駆動信号の入力を受けて互いに逆方向の加振力を発生することを特徴とする前記発明9又は10に記載の振動型駆動装置。 [Invention 11] Each driving region of the two drive regions, respectively, wherein with are formed in the divided positions in the thickness direction of the piezoelectric element, a reverse excitation force with each other receives the driving signal vibratory driving device according to the invention 9 or 10, characterized in that occur.
【0146】 [0146]
上記発明11によれば、曲げ振動モードを効率的に発生させることができるとともに、装置本体を小型化させながら十分な出力を得ることができる。 According to the invention 11, it is possible to generate a bending vibration mode efficiently, it is possible to obtain a sufficient output while downsizing the apparatus.
【0147】 [0147]
〔発明12〕 前記2つの駆動領域が、前記圧電素子の厚み方向で並んで形成されていることを特徴とする前記発明10に記載の振動型駆動装置。 [Invention 12] The two drive regions, the vibration type driving apparatus according to the invention 10, characterized in that it is formed in line in the thickness direction of the piezoelectric element.
【0148】 [0148]
上記発明12によれば、振動体に占める圧電素子の体積を十分に確保することができるとともに、2つの曲げ振動モードにおける励振力を確保することができる。 According to the invention 12, it is possible to sufficiently secure the volume of the piezoelectric element occupying the vibrating body, it is possible to secure an excitation force in the two bending vibration modes. これにより、装置の小型化を図りながら、十分な出力を得ることができる。 Thus, while reducing the size of the apparatus, it is possible to obtain a sufficient output.
【0149】 [0149]
【発明の効果】 【Effect of the invention】
本発明の振動型駆動装置によれば、小型化を図りつつ、高出力化を図ることができる。 According to the vibration type driving device of the present invention, it is possible while reducing the size, increasing the output power of.
【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
【図1】本発明の第1実施形態における超音波モータの斜視図。 1 is a perspective view of an ultrasonic motor according to the first embodiment of the present invention.
【図2】第1実施形態における振動体の振動モードの図。 Figure 2 is an illustration of the vibration mode of the vibrating body in the first embodiment.
【図3】第1実施形態における積層圧電素子の構成を示す図。 FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a laminated piezoelectric element according to the first embodiment.
【図4】第1実施形態における振動体の電気接続状態を示す図。 FIG. 4 shows an electrical connection state of the vibrating body in the first embodiment.
【図5】第1実施形態での他の構成を示す圧電素子の図。 [5] Figure piezoelectric element showing another structure of the first embodiment.
【図6】第2実施形態における超音波モータの斜視図。 6 is a perspective view of an ultrasonic motor according to the second embodiment.
【図7】第2実施形態における積層圧電素子の構成を示す図。 7 is a diagram showing a configuration of a laminated piezoelectric element according to the second embodiment.
【図8】第2実施形態における振動体の電気接続状態を示す図。 8 shows an electrical connection state of the vibrating body in the second embodiment.
【図9】第3実施形態における圧電素子を示す図。 9 is a diagram showing a piezoelectric element in the third embodiment.
【図10】第3実施形態における他の構成を示す積層圧電素子の図。 [10] Figure of the laminated piezoelectric element showing another configuration of the third embodiment.
【図11】第3実施形態における他の構成を示す振動体の電気接続状態を示す図。 11 is a diagram showing an electrical connection state of the vibrating body showing another configuration of the third embodiment.
【図12】第4実施形態における積層圧電素子の構成を示す図。 12 is a diagram showing a configuration of a laminated piezoelectric element according to the fourth embodiment.
【図13】第1実施形態における他の構成を示す振動体の斜視図。 Figure 13 is a perspective view of a vibration member showing another configuration of the first embodiment.
【図14】第1実施形態における他の構成を示す振動体の振動モードの図。 [14] Figure vibration modes of the vibrating body showing another configuration of the first embodiment.
【図15】第5実施形態における振動体の斜視図。 Figure 15 is a perspective view of the vibrator in the fifth embodiment.
【図16】第5実施形態における振動体の振動モードの図。 [16] Figure vibration mode of the vibrator according to the fifth embodiment.
【図17】第5実施形態における圧電素子の図。 [17] Figure of the piezoelectric element in the fifth embodiment.
【図18】第1実施形態における変形例の図。 [18] Figure modification of the first embodiment.
【図19】従来技術における振動体の斜視図。 Figure 19 is a perspective view of the vibrator in the prior art.
【符号の説明】 DESCRIPTION OF SYMBOLS
1:振動体2:振動板3:突起4:接触部5:圧電素子6:リニアスライダ10:超音波モータH:バイアホール電極L:圧電素子膜P:電極膜 1: vibrator 2: diaphragm 3: projection 4: Contact unit 5: the piezoelectric element 6: linear slider 10: ultrasonic motor H: via-hole electrode L: the piezoelectric element film P: electrode film

Claims (1)

  1. 凸状に形成された突起部を有し、少なくとも電気−機械エネルギ変換素子からなる板状の振動体と、 Has a protrusion formed in a convex shape, at least electrical - a plate-like vibration member consisting of mechanical energy conversion element,
    前記突起部に加圧接触する被駆動体とを備え、 And a driven member for pressure contacting the protrusion,
    前記振動体は、前記電気−機械エネルギ変換素子への駆動信号の入力を受けることで、節の発生方向が互いに略直交する2つの曲げ振動モードを励起し、前記突起部を介して前記被駆動体に対して相対的に移動することを特徴とする振動型駆動装置。 The vibrating body, said electrical - by receiving an input of the drive signal to the energy transducer excites two bending vibration modes generating direction of the section is substantially perpendicular to each other, said driven through the protrusion vibration type driving apparatus characterized by moving relative to the body.
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