JP2006238639A - Ultrasonic motor and x-y shifter using same - Google Patents

Ultrasonic motor and x-y shifter using same Download PDF

Info

Publication number
JP2006238639A
JP2006238639A JP2005051131A JP2005051131A JP2006238639A JP 2006238639 A JP2006238639 A JP 2006238639A JP 2005051131 A JP2005051131 A JP 2005051131A JP 2005051131 A JP2005051131 A JP 2005051131A JP 2006238639 A JP2006238639 A JP 2006238639A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ultrasonic motor
movable member
piezoelectric element
piezoelectric elements
piezoelectric
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
JP2005051131A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Nobuaki Tanaka
伸明 田中
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.)
NSK Ltd
Original Assignee
NSK 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 NSK Ltd filed Critical NSK Ltd
Priority to JP2005051131A priority Critical patent/JP2006238639A/en
Publication of JP2006238639A publication Critical patent/JP2006238639A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ultrasonic motor by which one movable member is driven in X and Y axial directions with compact configuration. <P>SOLUTION: The motor includes a support member 16 with a three-point support 16b formed in a recess 16c which is formed in a central portion, three piezoelectric elements 14 individually supported by the three-point support 16b of the support member 16, a movable member 12 which is fixed to the other end 14a of these three piezoelectric elements 14 and is protruded from the recessed portion 16c, and slits 18 which are formed at the support member 16 and apply a pre-load to each piezoelectric element 14. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は超音波モータ、およびX−Y移動装置に関する。   The present invention relates to an ultrasonic motor and an XY moving device.

超音波モータは、圧電モータともよばれ、電圧を印加することによって変位が生じる圧電素子を用いて振動を起こし、その振動で可動部材を駆動し、その可動部材の駆動力によって被制御部材を相対的に動かすものである。
近年、小型で、且つ停止時において被制御部材に対して大きな保持力が得られる超音波モータを、X−Y平面で使用することが試みられている。
An ultrasonic motor, also called a piezoelectric motor, causes vibration using a piezoelectric element that is displaced by applying a voltage, drives a movable member by the vibration, and relatively controls the controlled member by the driving force of the movable member. It is something that moves.
In recent years, attempts have been made to use an ultrasonic motor in the XY plane that is small and can provide a large holding force with respect to a controlled member when stopped.

例えば、この種の超音波モータとして、特許文献1に記載の技術では、図5に示すように、圧電素子160は、矩形板状をしており、圧電基板の主面の一方に、その基板の主面を4分割するように電極140が配置されており、主面の他方にはアース電極(不図示)を設けている。これらの電極140は、互いに絶縁された状態で個別に設けられており、互いに対角に位置する各電極同士が導線220によって相互に電気的に接続される。また、この超音波モータ100の駆動回路は、2つの交流電圧源によって構成されており、対角に接続された各電極に位相がπ/2ずれた電圧が印加されて、その矩形板状の長手方向に伸縮する長手縦振動モード(同図での符号Z方向)の振動と、矩形板状の短手方向に屈曲する屈曲振動モード(同図での符号±X方向)の振動とを発生させ、両振動モードを合成させた楕円運動を可動部材120に得て、その可動部材120での楕円運動を駆動力として被制御部材を相対的に動かすものである。   For example, as an ultrasonic motor of this type, in the technique described in Patent Document 1, as shown in FIG. 5, the piezoelectric element 160 has a rectangular plate shape, and the substrate is placed on one of the main surfaces of the piezoelectric substrate. An electrode 140 is arranged to divide the main surface into four, and a ground electrode (not shown) is provided on the other main surface. These electrodes 140 are individually provided in a state of being insulated from each other, and the respective electrodes located diagonally to each other are electrically connected to each other by the conductive wire 220. The driving circuit of the ultrasonic motor 100 is composed of two AC voltage sources, and a voltage whose phase is shifted by π / 2 is applied to each of the diagonally connected electrodes. Generates vibration in the longitudinal longitudinal vibration mode (reference Z direction in the figure) that expands and contracts in the longitudinal direction and bending vibration mode (sign ± X direction in the figure) that bends in the short direction of the rectangular plate. Then, an elliptical motion in which both vibration modes are combined is obtained in the movable member 120, and the controlled member is relatively moved using the elliptical motion in the movable member 120 as a driving force.

ここで、この超音波モータをリニアモータとして使用する際に、上記主面を一面で構成した場合には、X−Y平面での一の方向にのみ被制御部材を相対的に移動可能となるが、上記主面を二面で構成した場合には、一つの可動部材を駆動させてX−Y平面での任意の方向に被制御部材を相対的に移動することができる(以下、「X−Y駆動」という)。例えば特許文献2に記載の技術では、図6に示すように、一つの可動部材220に対して主面260を交差させた二面で構成してX−Y駆動させ得る超音波モータ200の構成例が開示されている。
特開平5−3688号公報 特開平7−184382号公報
Here, when the ultrasonic motor is used as a linear motor, if the main surface is configured as a single surface, the controlled member can be relatively moved only in one direction on the XY plane. However, when the main surface is constituted by two surfaces, the controlled member can be relatively moved in any direction on the XY plane by driving one movable member (hereinafter referred to as “X”). -Y drive)). For example, in the technique described in Patent Document 2, as shown in FIG. 6, a configuration of an ultrasonic motor 200 that is configured by two surfaces in which a main surface 260 intersects one movable member 220 and can be driven in an XY manner. An example is disclosed.
JP-A-5-3688 JP 7-184382 A

しかしながら、上述のX−Y駆動させ得る超音波モータの構成例では、駆動回路を少なくとも4つの交流電圧源によって構成することが必要となるため、超音波モータの構成や制御が複雑になる。
また、交差する二つの主面の各矩形板状での短手方向に生じる屈曲振動が合成されて、一体となっている超音波モータ本体全体が複雑に屈曲しつつ振動するため、超音波モータの動作状態を把握することが困難になる。しかし、超音波モータの構成や制御を容易にすべくX方向とY方向とを別途に構成すれば、一つの可動部材でX−Y駆動させ得る超音波モータをコンパクトな構成によって実現することが難しくなる。
本発明は、このような問題点に着目してなされたものであって、一つの可動部材をコンパクトな構成でX−Y駆動させ得る超音波モータ、およびこれを使用したX−Y移動装置を提供することを目的としている。
However, in the above-described configuration example of the ultrasonic motor that can be driven in the XY direction, the drive circuit needs to be configured by at least four AC voltage sources, and thus the configuration and control of the ultrasonic motor are complicated.
In addition, since the bending vibration generated in the short direction in each rectangular plate shape of the two intersecting main surfaces is synthesized and the entire ultrasonic motor main body vibrates while being bent in a complicated manner, the ultrasonic motor It becomes difficult to grasp the operating state of However, if the X direction and the Y direction are separately configured to facilitate the configuration and control of the ultrasonic motor, an ultrasonic motor that can be driven XY by a single movable member can be realized with a compact configuration. It becomes difficult.
The present invention has been made paying attention to such problems, and an ultrasonic motor capable of driving one movable member in an XY manner with a compact configuration, and an XY moving apparatus using the ultrasonic motor. It is intended to provide.

上記課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、超音波モータであって、中央部に形成した凹部内に3点支持部を形成した支持部材と、該支持部材の前記3点支持部に個別に支持された3つの圧電素子と、該3つの圧電素子の他端に固定されて前記凹部より突出する可動部材と、を備えていることを特徴としている。
また、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を用いるX−Y移動装置であって、請求項1に記載の超音波モータと、該超音波モータの前記可動部材に接して相対移動する相対移動部材と、該相対移動部材と前記超音波モータとの間に押圧力を付与する押圧力付与部材と、を備えることを特徴としている。
In order to solve the above problems, the invention according to claim 1 is an ultrasonic motor, wherein a support member having a three-point support portion formed in a recess formed in a central portion, and the three points of the support member. It is characterized by comprising three piezoelectric elements that are individually supported by the support portion, and a movable member that is fixed to the other end of the three piezoelectric elements and protrudes from the recess.
The invention described in claim 2 is an XY movement device using the ultrasonic motor according to claim 1, wherein the ultrasonic motor according to claim 1 and the movable member of the ultrasonic motor are provided. A relative movement member that moves in contact with the ultrasonic motor, and a pressing force applying member that applies a pressing force between the relative movement member and the ultrasonic motor.

本発明によれば、一つの可動部材をコンパクトな構成で二次元駆動させ得る超音波モータ、およびこれを使用したX−Y移動装置を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide an ultrasonic motor capable of two-dimensionally driving one movable member with a compact configuration, and an XY moving device using the same.

以下、本発明の一実施形態について、図面を適宜参照しつつ説明する。なお、この実施形態は、本発明に係る超音波モータを、X−Y平面で使用、つまり一つの可動部材で被制御部材をX−Y駆動可能に構成するX−Y移動装置で使用する例である。
まず、本発明に係る超音波モータ10、被制御部材51、および超音波モータ10に押圧力を付与する押圧力付与部材を備えたX−Y移動装置の構成例について図1を参照しつつ説明する。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings as appropriate. In this embodiment, the ultrasonic motor according to the present invention is used in an XY plane, that is, used in an XY moving device in which a controlled member is configured to be driven in XY by a single movable member. It is.
First, a configuration example of an XY moving device including an ultrasonic motor 10, a controlled member 51, and a pressing force applying member that applies a pressing force to the ultrasonic motor 10 according to the present invention will be described with reference to FIG. To do.

同図に示すように、このX−Y移動装置の構成例では、ベース101と、そのベース101に下方から支持された一組のブロック102,103と、雄ねじが形成された軸部104aを有するハンドル104とを有する押圧力付与部材を備えている。そして、超音波モータ10および被制御部材51全体は、押圧力付与部材のブロック103上に載置される。なお、被制御部材51は、例えば不図示のリニアガイド等によってX−Y平面内で移動可能かつZ軸方向(同図での上下方向)で拘束されている。   As shown in the figure, the configuration example of the XY moving device includes a base 101, a pair of blocks 102 and 103 supported on the base 101 from below, and a shaft portion 104a on which a male screw is formed. A pressing force applying member having a handle 104 is provided. The entire ultrasonic motor 10 and the controlled member 51 are placed on the block 103 of the pressing force applying member. The controlled member 51 is movable in the XY plane by a linear guide (not shown), for example, and is restrained in the Z-axis direction (vertical direction in the figure).

詳しくは、押圧力付与部材のハンドル104は、軸部104aを有しており、その軸部104aがベース101に形成されている雌ねじ101aに螺合して備えられている。そして、ハンドル104の軸部104a端面は、下側のブロック102の側面102aに当接しており、ハンドル104を時計方向(同図での矢印Q方向)に回すことによって軸部104aが推進軸となり、同図の右方向(矢印R方向)にブロック102を押圧可能になっている。ここで、一組のブロック102,103は、相互の当接面に、同図に示すような右下がりの傾斜をもつ楔状の斜面が形成されている。なお、ブロック103および超音波モータ10は垂直方向ガイド105によって同図の横方向には拘束されている。そのため、同図の右方向へのブロック102の移動によって上側のブロック103は上方(矢印S方向)に移動可能である。これにより、超音波モータ10全体を被制御部材51の方向に押圧して、所望の予圧を超音波モータ10各部に付加可能になっている。なお、所望の予圧を付加した後は、位置がずれないように、一組のブロック102,103同士や、下側のブロック102とベース101とをねじ等によって固定する。   Specifically, the handle 104 of the pressing force applying member has a shaft portion 104 a, and the shaft portion 104 a is screwed into a female screw 101 a formed on the base 101. The end surface of the shaft portion 104a of the handle 104 is in contact with the side surface 102a of the lower block 102, and the shaft portion 104a becomes a propulsion shaft by turning the handle 104 clockwise (in the direction of arrow Q in the figure). The block 102 can be pressed in the right direction (arrow R direction) in FIG. Here, the pair of blocks 102 and 103 has a wedge-shaped slope having a downward slope as shown in FIG. The block 103 and the ultrasonic motor 10 are constrained in the horizontal direction in FIG. Therefore, the upper block 103 can move upward (in the direction of arrow S) by moving the block 102 in the right direction in FIG. As a result, the entire ultrasonic motor 10 is pressed in the direction of the controlled member 51 so that a desired preload can be applied to each part of the ultrasonic motor 10. After applying the desired preload, the pair of blocks 102 and 103, or the lower block 102 and the base 101 are fixed with screws or the like so that the positions do not shift.

次に、超音波モータ10の構成について詳しく説明する。
図2は本発明に係る超音波モータの概略構成を説明する斜視図である。また、図3は、本発明に係る超音波モータの断面図である。
超音波モータ10は、図2に示すように、可動部材12と、圧電素子14と、支持部材16と、制御部20とを備えて構成されている。
支持部材16は、金属材料によって形成されており、外形が略六角形をなし、その中央部に略六角形の凹部16cが形成されて、可動部材12および各圧電素子14の周囲を取り囲む環状の部材である。
Next, the configuration of the ultrasonic motor 10 will be described in detail.
FIG. 2 is a perspective view illustrating a schematic configuration of the ultrasonic motor according to the present invention. FIG. 3 is a cross-sectional view of the ultrasonic motor according to the present invention.
As illustrated in FIG. 2, the ultrasonic motor 10 includes a movable member 12, a piezoelectric element 14, a support member 16, and a control unit 20.
The support member 16 is formed of a metal material, and has an outer shape that is substantially hexagonal. A substantially hexagonal recess 16c is formed at the center of the support member 16, and an annular shape that surrounds the periphery of the movable member 12 and each piezoelectric element 14 is formed. It is a member.

詳しくは、支持部材16は、図2および図3に示すように、軸線VLを中心軸とし、底部側は正六角柱状に形成され、支持部材16の高さ方向の略中央部分から上部に向けて六角錐状に傾斜した六つの面を有している。中央部には、上下に貫通する貫通孔16aが形成されており、貫通孔16aの上部側が広い凹部16cになっている。この凹部16cには、可動部材12を各圧電素子14を介して支持する3つの支持部16bが形成されている。各支持部16bは、軸線VL上に設定される仮想基準点BPに対して周方向に120°の等間隔に3面が配置されており、さらに、各支持部16bは、軸線VLに対して各々等しい所定の角度θをもつ圧電素子14の軸線JLに直交する面になっている。   Specifically, as shown in FIGS. 2 and 3, the support member 16 has an axis VL as the central axis, the bottom side is formed in a regular hexagonal column shape, and the support member 16 is directed upward from a substantially central portion in the height direction. And has six faces inclined in a hexagonal pyramid shape. A through hole 16a penetrating vertically is formed in the central portion, and an upper side of the through hole 16a is a wide concave portion 16c. Three support portions 16b for supporting the movable member 12 via the piezoelectric elements 14 are formed in the recess 16c. Each support portion 16b has three planes arranged at equal intervals of 120 ° in the circumferential direction with respect to the virtual reference point BP set on the axis VL. Further, each support portion 16b is Each surface is orthogonal to the axis JL of the piezoelectric element 14 having the same predetermined angle θ.

圧電素子14は、図2および図3に示すように、軸線VL上に設定される仮想基準点BPに対して周方向に120°の等間隔に同じものが3つ配置されており、軸線VLに対して各々等しい所定の角度θをもって仮想基準点BPに対して放射状に配置されている。各圧電素子14は、横断面が矩形をなす柱状であり、それぞれは、同じ形状、性能を有している。本発明の超音波モータ10は、この圧電素子14に後述する制御部20で制御された所定の電圧をそれぞれ印加して振動を起こし、その振動で可動部材12を駆動可能になっている。   As shown in FIGS. 2 and 3, three piezoelectric elements 14 are arranged at equal intervals of 120 ° in the circumferential direction with respect to a virtual reference point BP set on the axis VL. Are arranged radially with respect to the virtual reference point BP with a predetermined angle θ equal to each other. Each piezoelectric element 14 has a columnar shape with a rectangular cross section, and each has the same shape and performance. In the ultrasonic motor 10 of the present invention, a predetermined voltage controlled by a control unit 20 described later is applied to the piezoelectric element 14 to cause vibration, and the movable member 12 can be driven by the vibration.

ここで、上記の所定の角度θについて詳しく説明する。
上述のように、仮想基準点BPに対して放射状に配置される3つの圧電素子14は、軸線VLに対して図3の下方向に各々等しい所定の角度θをもって配置される。この超音波モータ10は、この所定の角度θを設計条件に合わせて適宜変更することによって、可動部材12による保持力、および移動量の設計条件に合わせて設定することが可能である。具体的には、この所定の角度θとしては、45度が好適である。所定の角度を45度とすれば、可動部材による保持力と移動量とをバランス良く振り分けて構成することができるからである。そのため、本実施形態では、この所定の角度θを45度に設定している。
Here, the predetermined angle θ will be described in detail.
As described above, the three piezoelectric elements 14 arranged radially with respect to the virtual reference point BP are arranged with a predetermined angle θ equal to each other in the downward direction of FIG. 3 with respect to the axis VL. The ultrasonic motor 10 can be set according to the design condition of the holding force and the movement amount by the movable member 12 by appropriately changing the predetermined angle θ according to the design condition. Specifically, the predetermined angle θ is preferably 45 degrees. This is because if the predetermined angle is 45 degrees, the holding force and the moving amount by the movable member can be distributed in a well-balanced manner. Therefore, in the present embodiment, the predetermined angle θ is set to 45 degrees.

可動部材12は、上記各圧電素子14の振動で所望の駆動力を得て、その駆動力によって被制御部材51を相対的に動かすものである。
詳しくは、可動部材12は、図2ないし図3に示すように、逆正三角錐台形状に形成され、その上面が凹部16cより突出する凸球面に形成されたチップであり、例えば金属材料やセラミックス等から形成されている。そして、可動部材12は、図3に示すように、被制御部材51とは反対の側の各三角錐面が、3つの圧電素子14の他端での端面14aとそれぞれ当接する3つの当接面12aとされている。つまり、各当接面12aは、軸線VLに対して各々等しい上記所定の角度θ(θ=45°)に対応した45°の傾きをもつとともに、各圧電素子14と同様に、軸線VL上に設定される仮想基準点BPに対して周方向に120°の向きをもつ斜面で形成されている。
The movable member 12 obtains a desired driving force by the vibration of each piezoelectric element 14 and relatively moves the controlled member 51 by the driving force.
Specifically, as shown in FIGS. 2 to 3, the movable member 12 is a chip formed in an inverted equilateral triangular frustum shape and having an upper surface formed on a convex spherical surface protruding from the concave portion 16c. Etc. are formed. As shown in FIG. 3, the movable member 12 has three abutments in which each triangular pyramid surface on the side opposite to the controlled member 51 abuts on the end surface 14 a at the other end of the three piezoelectric elements 14. It is set as the surface 12a. That is, each contact surface 12a has an inclination of 45 ° corresponding to the predetermined angle θ (θ = 45 °) that is equal to the axis VL, and is similar to each piezoelectric element 14 on the axis VL. It is formed with an inclined surface having a direction of 120 ° in the circumferential direction with respect to the set virtual reference point BP.

そして、この超音波モータ10に上述した押圧力付与部材等によって押圧力が付与され取り付けられる。なお、可動部材12と圧電素子14と支持部16bは互いに接着固定する。
ここで、スリット18は、支持部材16の中央部側から見て略W字状に形成された溝であり、各圧電素子14の軸線JLの延長線上で、各圧電素子14の一端の側と対向する支持部材16の肉厚部分にそれぞれ形成される。
The ultrasonic motor 10 is attached with a pressing force applied by the pressing force applying member described above. The movable member 12, the piezoelectric element 14, and the support portion 16b are bonded and fixed to each other.
Here, the slit 18 is a groove formed in a substantially W shape when viewed from the center portion side of the support member 16, and on the extension line of the axis JL of each piezoelectric element 14, and on one end side of each piezoelectric element 14. It forms in the thick part of the supporting member 16 which opposes, respectively.

そのため、超音波モータ10および被制御部材51全体に押圧力付与部材等によって押圧力を付与することによって、支持部材16の各支持部16b側は、スリット18部分での弾性変形が比較的小さな撓み量であっても、各圧電素子14に大きな予圧をそれぞれ付加できる。また、予圧付加手段として、例えば、ばね等の特段の部材を使用しないから、少ない部品点数で超音波モータ10を構成することが可能になっている。   Therefore, by applying a pressing force to the entire ultrasonic motor 10 and the controlled member 51 by a pressing force applying member or the like, each support portion 16b side of the support member 16 is bent with a relatively small elastic deformation at the slit 18 portion. Even if the amount is large, a large preload can be applied to each piezoelectric element 14. Further, since no special member such as a spring is used as the preload adding means, the ultrasonic motor 10 can be configured with a small number of parts.

次に、各圧電素子14および可動部材12になされる制御部20での制御について説明する。
図4は、制御部20によって制御される各圧電素子14および可動部材12のイメージを示す説明図である。なお、同図(a)は、図2のT方向から3つの圧電素子および可動部材を見た概略説明図、同図(b)は同図(a)でのU−U断面図、同図(c)は同図(a)での3つの圧電素子に生じる変位を説明する説明図である。
Next, the control in the control part 20 made to each piezoelectric element 14 and the movable member 12 is demonstrated.
FIG. 4 is an explanatory view showing an image of each piezoelectric element 14 and the movable member 12 controlled by the control unit 20. 2A is a schematic explanatory view of the three piezoelectric elements and the movable member viewed from the T direction in FIG. 2, and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line U-U in FIG. (C) is explanatory drawing explaining the displacement which arises in the three piezoelectric elements in the figure (a).

この超音波モータ10では、3つの圧電素子14のそれぞれは、横断面が矩形をなす柱状をした各圧電素子14の一方の側面に電極22を設け(図1参照)、他方の側面に不図示のアース電極を設けている。これらの電極22は、互いに絶縁された状態で個別に設けられ、各電極22がそれぞれ制御部20に接続される。そして、この超音波モータ10の制御部20の駆動回路は、3つの圧電素子14のそれぞれに対応する3つの交流電圧源によって構成されており、3つの圧電素子14にそれぞれ接続された各電極22に所定の電圧Vをそれぞれ印加して、各圧電素子14の矩形柱状の長手方向に伸縮する(図2に符号Mで示す矢印方向)長手縦振動モードの振動を発生させる。そして、3つの圧電素子14での振動モードを合成させて可動部材12に所望の方向で楕円運動を得て、この可動部材12での楕円運動を駆動力として被制御部材51を相対的に動かすことができるものである。   In this ultrasonic motor 10, each of the three piezoelectric elements 14 is provided with an electrode 22 on one side surface of each piezoelectric element 14 having a columnar shape with a rectangular cross section (see FIG. 1), and not shown on the other side surface. The earth electrode is provided. These electrodes 22 are individually provided in an insulated state, and each electrode 22 is connected to the control unit 20. And the drive circuit of the control part 20 of this ultrasonic motor 10 is comprised by the three alternating voltage sources corresponding to each of the three piezoelectric elements 14, and each electrode 22 connected to the three piezoelectric elements 14, respectively. A predetermined voltage V is respectively applied to the piezoelectric element 14 to expand and contract in the longitudinal direction of the rectangular columnar shape of each piezoelectric element 14 (in the direction indicated by the arrow M in FIG. 2), thereby generating a vibration in the longitudinal longitudinal vibration mode. Then, the vibration modes in the three piezoelectric elements 14 are combined to obtain an elliptical motion in a desired direction in the movable member 12, and the controlled member 51 is relatively moved using the elliptical motion in the movable member 12 as a driving force. It is something that can be done.

詳しくは、制御部20は、3つの圧電素子14に、振幅と波形とがそれぞれ個別に設定される電圧Vを印加して可動部材12に所望の方向に駆動力を与えるようになっている。
すなわち、図4(a)に示すように、各圧電素子14A,14B,14Cは、可動部材12に対してX−Y平面内で、正三角形の位置関係に配置されている。
Specifically, the control unit 20 applies a voltage V whose amplitude and waveform are individually set to the three piezoelectric elements 14 to apply a driving force to the movable member 12 in a desired direction.
That is, as shown in FIG. 4A, the piezoelectric elements 14 </ b> A, 14 </ b> B, 14 </ b> C are arranged in a regular triangular positional relationship with respect to the movable member 12 in the XY plane.

今、圧電素子14Aおよび圧電素子14Bに電圧Vを印加すると、圧電素子14A,14Bは、図4(b)に示すように、それぞれが設置された軸上にDだけ変位する。ここで、各圧電素子14は、上述のように、可動部材12の軸線VLに対して各々等しい上記所定の角度θに対応した斜面で形成されている。今、この所定の角度θが45°であれば、圧電素子14A,14Bの変位Dによって可動部材12は、図4(a)でのY1方向に、D・cos45°・sin30°=D/2√2だけ変位する。一方、圧電素子14Cは、圧電素子14A,14Bに対し、90°の位相をもたせて、電圧V/2で駆動する。これにより圧電素子14Cは、圧電素子14Cの軸上で約D/2だけ変位し、図4(a)でのY2方向に約D/2√2だけ変位する。これにより、圧電素子14A,14B,14Cに印加する電圧Vの信号を連続的な正弦波にすれば、可動部材12は、その凸球面側がY−Z平面上で楕円運動を形成して、この運動を用いて被制御部材51をX−Y平面内でY方向に動かすことができる。   Now, when a voltage V is applied to the piezoelectric element 14A and the piezoelectric element 14B, the piezoelectric elements 14A and 14B are displaced by D on the axes on which they are installed, as shown in FIG. Here, as described above, each piezoelectric element 14 is formed with a slope corresponding to the predetermined angle θ equal to the axis VL of the movable member 12. If the predetermined angle θ is 45 °, the movable member 12 moves in the Y1 direction in FIG. 4A by the displacement D of the piezoelectric elements 14A and 14B. D · cos 45 ° · sin 30 ° = D / 2 Displace by √2. On the other hand, the piezoelectric element 14C is driven at a voltage V / 2 with a phase of 90 ° with respect to the piezoelectric elements 14A and 14B. As a result, the piezoelectric element 14C is displaced by about D / 2 on the axis of the piezoelectric element 14C, and is displaced by about D / 2√2 in the Y2 direction in FIG. Thereby, if the signal of the voltage V applied to the piezoelectric elements 14A, 14B, and 14C is changed to a continuous sine wave, the movable member 12 forms an elliptical motion on the YZ plane on the convex spherical side. The controlled member 51 can be moved in the Y direction in the XY plane by using the movement.

なお、X−Y平面内の、その他の所望の方向へ変位させ得る駆動力を可動部材12に与える場合には、その所望の方向への角度に基づいて各圧電素子14A,14B,14Cへ印加する電圧Vを配分すればよい。このようにして、電圧Vの信号を連続的な正弦波にすれば、可動部材12は、その凸球面側が楕円運動を形成して、X−Y平面内で所望の方向への駆動力が得られる。   When a driving force that can be displaced in another desired direction in the XY plane is applied to the movable member 12, the voltage is applied to each of the piezoelectric elements 14A, 14B, and 14C based on the angle in the desired direction. What is necessary is just to distribute the voltage V to perform. Thus, if the signal of the voltage V is made into a continuous sine wave, the movable member 12 has an elliptical motion on the convex spherical surface side, and a driving force in a desired direction can be obtained in the XY plane. It is done.

次に、この超音波モータの作用・効果について説明する。
上述したように、本発明に係る超音波モータ10によれば、可動部材12を駆動する部分が、3つの圧電素子14で構成されているから、各圧電素子14に対応する制御部20も、3つの交流電圧源によって駆動回路を構成できる。そのため、例えば、上記例示したX−Y駆動させ得る超音波モータ200に比べて、各圧電素子および各圧電素子に対応する制御部分の構成および制御を簡略にすることができる。
Next, the operation and effect of this ultrasonic motor will be described.
As described above, according to the ultrasonic motor 10 according to the present invention, the portion that drives the movable member 12 is configured by the three piezoelectric elements 14, and therefore the control unit 20 corresponding to each piezoelectric element 14 is also configured as follows. A drive circuit can be constituted by three AC voltage sources. Therefore, for example, the configuration and control of each piezoelectric element and the control portion corresponding to each piezoelectric element can be simplified as compared to the above-exemplified ultrasonic motor 200 that can be driven in XY.

また、この超音波モータ10によれば、各圧電素子14は、各々が可動部材12に連結支持されているため、例えば複雑な屈曲等の変形が各圧電素子14に生じることもほとんどない。
また、この超音波モータ10によれば、予圧付加手段をスリット18によって実現しているから、予圧を付加するに際して、支持部材16の比較的小さな撓み量に比して、各圧電素子14に大きな予圧をそれぞれ付加できる。また、予圧付加手段としての特段の部品を使用していないから、少ない部品点数で超音波モータを構成することができる。
Further, according to the ultrasonic motor 10, each piezoelectric element 14 is connected to and supported by the movable member 12, and thus, for example, complicated deformation such as bending hardly occurs in each piezoelectric element 14.
Further, according to the ultrasonic motor 10, since the preload applying means is realized by the slit 18, when applying the preload, each piezoelectric element 14 is larger than the relatively small deflection amount of the support member 16. Each preload can be added. Further, since no special parts are used as the preload addition means, the ultrasonic motor can be configured with a small number of parts.

なお、本発明に係る超音波モータは、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しなければ種々の変形が可能である。
例えば、上記実施形態では、仮想基準点BPに対して放射状に配置される3つの圧電素子14は、軸線VLに対して各々等しい所定の角度θをθ=45°で配置されているが、所定の角度θは、θ=45°に限定されず、この所定の角度θを設計条件に合わせて適宜変更することができる。所定の角度θを設計条件に合わせて適宜変更することによって、可動部材による保持力、および移動量の調整が可能である。具体的には、可動部材12による被制御部材51への保持力を優先して構成する上では、所定の角度θを45度より狭く(鋭角に)することが望ましい。例えば所定の角度θを40°に設定することができる。また、可動部材による移動量を優先して構成する上では、所定の角度θを45度より広く(鈍角に)することが望ましい。例えば所定の角度θを50°に設定することができる。
The ultrasonic motor according to the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, in the above-described embodiment, the three piezoelectric elements 14 arranged radially with respect to the virtual reference point BP are arranged at a predetermined angle θ equal to the axis VL at θ = 45 °. The angle θ is not limited to θ = 45 °, and the predetermined angle θ can be appropriately changed according to the design conditions. By appropriately changing the predetermined angle θ according to the design conditions, the holding force and the moving amount by the movable member can be adjusted. Specifically, in order to preferentially configure the holding force of the movable member 12 to the controlled member 51, it is desirable that the predetermined angle θ is narrower than 45 degrees (an acute angle). For example, the predetermined angle θ can be set to 40 °. Further, in order to give priority to the amount of movement by the movable member, it is desirable that the predetermined angle θ be wider than 45 degrees (obtuse angle). For example, the predetermined angle θ can be set to 50 °.

また、上記実施形態では、3つの圧電素子は、120°の等間隔に配置されているが、これに限定されず、可動部材を駆動可能な配置であれば、仮想基準点BPに対して周方向に任意の角度で配置してもよい。例えば、上述の実施形態では、配置間隔は120°の等間隔としているが、二つの圧電素子を90°の相対位置(すなわち、配置角度は、135°,135°,90°)に配置すれば、X−Y平面内で、X軸とY軸との直交軸方向へ駆動させる上で好適である。   In the above embodiment, the three piezoelectric elements are arranged at equal intervals of 120 °. However, the present invention is not limited to this, and any arrangement that can drive the movable member is arranged around the virtual reference point BP. It may be arranged at any angle in the direction. For example, in the above-described embodiment, the arrangement interval is set to be equal to 120 °. However, if the two piezoelectric elements are arranged at relative positions of 90 ° (that is, the arrangement angles are 135 °, 135 °, and 90 °). It is suitable for driving in the direction of the orthogonal axis between the X axis and the Y axis in the XY plane.

また、上記実施形態では、仮想基準点BPに対して放射状に配置される3つの圧電素子で可動部材を駆動する部分を構成しているが、これに限定されず、圧電素子の数は、4つ以上であってもよい。しかし、各圧電素子および各圧電素子に対応する制御部分の構成および制御を簡略にする上では、3つの圧電素子で可動部材を駆動する部分を構成することが望ましい。   Moreover, in the said embodiment, although the part which drives a movable member is comprised by three piezoelectric elements radially arrange | positioned with respect to virtual reference point BP, it is not limited to this, The number of piezoelectric elements is four. There may be more than one. However, in order to simplify the configuration and control of each piezoelectric element and the control portion corresponding to each piezoelectric element, it is desirable to configure a portion that drives the movable member with three piezoelectric elements.

また、上記実施形態では、支持部材16の内外形形状をそれぞれ六角形に形成しているが、これに限定されず、支持部材16の外形形状は任意であり、例えば三角形や四角形であってもよい。また、内形形状についても、各圧電素子14を弾性的に付勢する予圧付加手段によって、例えばスリット18によって、可動部材12に向けて押圧可能な面や、それに相当する形状であれば任意の形状に設定することができる。   In the above embodiment, the inner and outer shapes of the support member 16 are each hexagonal. However, the present invention is not limited to this, and the outer shape of the support member 16 is arbitrary. Good. As for the inner shape, any surface can be used as long as the surface can be pressed toward the movable member 12 by the preload applying means for elastically urging each piezoelectric element 14, for example, the slit 18, or the shape corresponding thereto. The shape can be set.

また、上記実施形態では、予圧付加手段をスリット18によって実現しているが、予圧付加手段はスリットに限定されない。例えば、ばね等の弾性部材を圧電素子と支持部材との間に介装してもよい。しかし、予圧を付加するに際し、比較的小さな撓み量に対して大きな出力が得られ、且つ、予圧付加手段としての特段の部品を使用しないで超音波モータを構成する上では、スリットを形成して予圧付加手段とすることが好ましい。
なお、実施例では、スリット18の形状がW字状をなしているが、形状はこれに限定されず、ばね要素を持たせることが可能ならば任意の形状でよい。
また、上記実施形態では、各圧電素子14は、同一形状、同一性能のものを使用しているが、これに限定されず、異なる形状や異なる性能のものを使用できる。
Moreover, in the said embodiment, although the preload addition means is implement | achieved by the slit 18, a preload addition means is not limited to a slit. For example, an elastic member such as a spring may be interposed between the piezoelectric element and the support member. However, when applying a preload, a large output can be obtained for a relatively small amount of deflection, and when configuring an ultrasonic motor without using special parts as a preload adding means, a slit is formed. It is preferable to use preloading means.
In the embodiment, the shape of the slit 18 is W-shaped, but the shape is not limited to this, and may be any shape as long as it can have a spring element.
Moreover, in the said embodiment, although each piezoelectric element 14 uses the same shape and the same performance, it is not limited to this, A thing with a different shape and a different performance can be used.

超音波モータおよび被制御部材全体に予圧を加える押圧力付与部材を備えたX−Y移動装置の構成例の説明図である。It is explanatory drawing of the structural example of the XY moving apparatus provided with the pressing force provision member which applies a preload to the ultrasonic motor and the whole to-be-controlled member. 本発明に係る超音波モータの概略構成を説明する斜視図である。It is a perspective view explaining the schematic structure of the ultrasonic motor concerning the present invention. 本発明に係る超音波モータの正面図であり、同図では支持部材を断面で示している。1 is a front view of an ultrasonic motor according to the present invention, in which the support member is shown in cross section. 制御部によって制御される各圧電素子および可動部材のイメージを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the image of each piezoelectric element controlled by a control part, and a movable member. 従来の超音波モータの一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the conventional ultrasonic motor. 従来のX−Y駆動させ得る超音波モータの構成例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structural example of the ultrasonic motor which can be made to drive XY conventionally.

符号の説明Explanation of symbols

10 超音波モータ
12 可動部材
14 圧電素子
16 支持部材
18 スリット(予圧付加手段)
20 制御部
22 電極
51 被制御部材
101 ベース
102 (下側の)ブロック
103 (上側の)ブロック
104 ハンドル
VL 軸線
BP 仮想基準点
θ 所定の角度
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Ultrasonic motor 12 Movable member 14 Piezoelectric element 16 Support member 18 Slit (preload addition means)
20 Control Unit 22 Electrode 51 Controlled Member 101 Base 102 (Lower) Block 103 (Upper) Block 104 Handle VL Axis Line BP Virtual Reference Point θ Predetermined Angle

Claims (2)

中央部に形成した凹部内に3点支持部を形成した支持部材と、該支持部材の前記3点支持部に個別に支持された3つの圧電素子と、該3つの圧電素子の他端に固定されて前記凹部より突出する可動部材と、を備えていることを特徴とする超音波モータ。   A support member in which a three-point support portion is formed in a recess formed in the center portion, three piezoelectric elements individually supported by the three-point support portion of the support member, and fixed to the other end of the three piezoelectric elements And a movable member protruding from the recess. 請求項1に記載の超音波モータと、該超音波モータの前記可動部材に接して相対移動する相対移動部材と、該相対移動部材と前記超音波モータとの間に押圧力を付与する押圧力付与部材と、を備えることを特徴とするX−Y移動装置。   The ultrasonic motor according to claim 1, a relative moving member that relatively moves in contact with the movable member of the ultrasonic motor, and a pressing force that applies a pressing force between the relative moving member and the ultrasonic motor. An XY movement device comprising: an imparting member.
JP2005051131A 2005-02-25 2005-02-25 Ultrasonic motor and x-y shifter using same Pending JP2006238639A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005051131A JP2006238639A (en) 2005-02-25 2005-02-25 Ultrasonic motor and x-y shifter using same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005051131A JP2006238639A (en) 2005-02-25 2005-02-25 Ultrasonic motor and x-y shifter using same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2006238639A true JP2006238639A (en) 2006-09-07

Family

ID=37045683

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005051131A Pending JP2006238639A (en) 2005-02-25 2005-02-25 Ultrasonic motor and x-y shifter using same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2006238639A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012073958A1 (en) * 2010-11-30 2012-06-07 オリンパス株式会社 Piezoelectric actuator

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012073958A1 (en) * 2010-11-30 2012-06-07 オリンパス株式会社 Piezoelectric actuator
US9219221B2 (en) 2010-11-30 2015-12-22 Olympus Corporation Piezoelectric actuator having prismatic piezoelectric element
JP5914355B2 (en) * 2010-11-30 2016-05-11 オリンパス株式会社 Piezoelectric actuator

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101108455B1 (en) Ultrasonic motor
JP5211463B2 (en) Vibration actuator
JP4328412B2 (en) Vibration type actuator and vibration type drive device
US7638927B2 (en) Vibration actuator
JP2000139086A (en) Piezoelectric actuator
JP6269223B2 (en) Piezoelectric motor
JP2006238639A (en) Ultrasonic motor and x-y shifter using same
CN105553327A (en) Piezoelectric vibration travelling mechanism
JP2008312308A (en) Vibration type actuator
JP2011072990A (en) Ultrasonic vibration unit, ultrasonic press-in device and ultrasonic press-in method
JPWO2010032826A1 (en) Support device for vibration actuator
JP4654884B2 (en) Multi-degree-of-freedom ultrasonic motor
JP2008312309A (en) Vibration type actuator
Lin et al. Design of multi-DOF spherical piezoelectric motor using electrode configuration based actuating units
JP2005143176A (en) Rotary driver
RU2150169C1 (en) Three-coordinate displacement device
JP4654885B2 (en) Ultrasonic motor
JP4650221B2 (en) Multi-degree-of-freedom ultrasonic motor
JP2005102368A (en) Driving device
JP5483845B2 (en) Vibration wave motor
JP2008148440A (en) Oscillation driver
RU2164362C2 (en) Mobile piezoelectric microrobot
JP4724904B2 (en) Vibration actuator
JP2006174521A (en) Ultrasonic actuator
JP2008072803A (en) Multi-freedom actuator