JP2009131108A

JP2009131108A - Ultrasonic motor and ultrasonic vibrator used for the same

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Publication number: JP2009131108A
Application number: JP2007305754A
Authority: JP
Inventors: Akio Kotani; 晃央小谷; Masaki Hamamoto; 将樹濱本
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2007-11-27
Filing date: 2007-11-27
Publication date: 2009-06-11
Anticipated expiration: 2027-11-27
Also published as: JP4979017B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ultrasonic motor that drives at high efficiency. <P>SOLUTION: The ultrasonic motor comprises a rotor 200 as a driven unit, and an ultrasonic vibrator 10, which transmits vibrations to the rotor 200 to drive the rotor 200. The ultrasonic vibrator 10 includes a vibrating plate 21 on which major vibrations arise inward on the surface of the vibration plate 21; a drive protrusion 60 that protrudes from one main surface of the vibration plate 21 to be able to come in contact with the rotor 200; and a vibration balance protrusion 61, that protrudes from the other main surface of the vibration plate 21 so as to contribute to reduction in the outward vibrations of the outside of the vibrating plate 21. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、超音波モータおよびそれに用いられる超音波振動子に関するものである。 The present invention relates to an ultrasonic motor and an ultrasonic transducer used therefor.

従来から、圧電素子の振動を利用する超音波モータが用いられている。この超音波モータは、磁気の影響を受けず、小型であり、高いトルクを有し、高い応答速度を有し、かつ、無通電状態において停止しているなど、電磁モータとは異なる様々な特徴を有している。そのため、超音波モータは、特に携帯電話のオートフォーカス駆動機構等のための有望な素子である。 Conventionally, an ultrasonic motor using vibration of a piezoelectric element has been used. This ultrasonic motor is not affected by magnetism, is small, has a high torque, has a high response speed, and stops in a non-energized state. have. Therefore, the ultrasonic motor is a promising element particularly for an autofocus drive mechanism of a cellular phone.

また、超音波モータは、超音波振動子を利用している。超音波振動子は、平板型振動子に生じる平板の面内の楕円運動を平板型振動子の厚さ方向に伝達する機構を備えている。そのような超音波振動子は、上述の機構を有しない超音波モータとの比較において、超音波モータと被駆動体とを重ねて配置することが可能であるという特徴を有している。そのため、超音波モータの面内方向における占有領域を低減することができる。その結果、アクチュエータを小型化することができる。 The ultrasonic motor uses an ultrasonic transducer. The ultrasonic transducer includes a mechanism for transmitting the elliptical motion in the plane of the flat plate generated in the flat plate transducer in the thickness direction of the flat plate transducer. Such an ultrasonic transducer has a feature that the ultrasonic motor and the driven body can be arranged in an overlapping manner in comparison with the ultrasonic motor not having the above-described mechanism. Therefore, the occupation area in the in-plane direction of the ultrasonic motor can be reduced. As a result, the actuator can be reduced in size.

図１５および図１６は、特開２００５−２８７１０６号公報において開示されている超音波モータ９００を示している。超音波モータ９００は、前述の平板型振動子に生じる平板面内の楕円運動を平板型振動子の厚さ方向において伝達する機構を備えた超音波振動子を利用する超音波モータの一例である。
特開２００５−２８７１０６号公報 15 and 16 show an ultrasonic motor 900 disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2005-287106. The ultrasonic motor 900 is an example of an ultrasonic motor that uses an ultrasonic vibrator provided with a mechanism that transmits an elliptical motion in the flat plate surface generated in the flat plate vibrator in the thickness direction of the flat vibrator. .
JP-A-2005-287106

前述の超音波モータ９００は、超音波振動子９０１に生じた楕円運動を厚さ方向に伝える突起９０２を備えている。突起９０２は、超音波振動子９０１の鉛直下方向に延びている。そのため、超音波振動子９０１は厚さ方向について非対称な形状を有している。したがって、被駆動体９０３を駆動するための共振モードは面外方向に変位する成分を有する。 The above-described ultrasonic motor 900 includes a protrusion 902 that transmits the elliptical motion generated in the ultrasonic transducer 901 in the thickness direction. The protrusion 902 extends vertically downward from the ultrasonic transducer 901. Therefore, the ultrasonic transducer 901 has an asymmetric shape in the thickness direction. Therefore, the resonance mode for driving the driven body 903 has a component that is displaced in the out-of-plane direction.

面外方向に変位する振動成分は、被駆動体９０３の駆動には寄与しない。そのため、面外方向に変位する振動成分が生じると、超音波振動子９０１のエネルギーロスが生じる。その結果、超音波モータ９００を高い効率で駆動させることが困難になる。 The vibration component displaced in the out-of-plane direction does not contribute to driving the driven body 903. Therefore, when a vibration component that is displaced in the out-of-plane direction is generated, energy loss of the ultrasonic transducer 901 occurs. As a result, it becomes difficult to drive the ultrasonic motor 900 with high efficiency.

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、高い効率で駆動する超音波モータおよびそれに用いられる超音波振動子を提供することである。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to provide an ultrasonic motor that is driven with high efficiency and an ultrasonic transducer used therefor.

本発明の超音波モータは、被駆動体と、被駆動体に振動を伝達することによって被駆動体を駆動させるように、主たる振動が面内方向において生じる振動板と、被駆動体に接触し得るように、振動板の一方の主表面から突出している一方の突起と、振動板の面外方向の振動の低減に寄与するように、振動板の他方の主表面から突出している他方の突起とを含んでいる。 The ultrasonic motor of the present invention is in contact with a driven body, a vibration plate in which main vibrations are generated in an in-plane direction so as to drive the driven body by transmitting vibration to the driven body, and the driven body. One projection projecting from one main surface of the diaphragm and the other projection projecting from the other main surface of the diaphragm so as to contribute to reducing vibrations in the out-of-plane direction of the diaphragm. Including.

上記の構成によれば、一方の突起のみならず他方の突起もまた振動板から突出している。そのため、振動板の面外方向の振動が低減される。その結果、面内方向の振動が高い効率で被駆動体に伝達される。 According to the above configuration, not only one protrusion but also the other protrusion protrudes from the diaphragm. Therefore, the vibration in the out-of-plane direction of the diaphragm is reduced. As a result, the vibration in the in-plane direction is transmitted to the driven body with high efficiency.

一方の突起が被駆動体の外側面に接していれば、一方の突起に接触するための特別な構造を被駆動体に設ける必要がない。 If one protrusion is in contact with the outer surface of the driven body, it is not necessary to provide the driven body with a special structure for contacting the one protrusion.

被駆動体が溝を有しており、一方の突起が溝の２つの内側面のいずれかに接していれば、一方の突起が被駆動体の外側面に接触している場合に比較して、被駆動体の外側面の構造の自由度を高めることができる。 If the driven body has a groove and one protrusion is in contact with one of the two inner surfaces of the groove, compared to the case where one protrusion is in contact with the outer surface of the driven body. The degree of freedom in the structure of the outer surface of the driven body can be increased.

一方の突起および他方の突起が振動板の組成とが異なる組成からなっていれば、超音波振動子の設計の自由度を高くすることができる。 If one of the protrusions and the other protrusion have a composition different from the composition of the diaphragm, the degree of freedom in designing the ultrasonic vibrator can be increased.

一方の突起が振動板の硬度よりも高い硬度を有していれば、一方の突起と被駆動体との接触によって生じる一方の突起の摩耗の度合を低減することができるため、超音波モータの寿命が長くなる。 If one protrusion has a hardness higher than that of the diaphragm, the degree of wear of one protrusion caused by the contact between the one protrusion and the driven body can be reduced. Long life.

一方の突起および他方の突起が、振動板が介在する状態で、互いに対向するように突出していれば、超音波振動子の面外方向における振動の発生を容易に抑制することができる。 If one protrusion and the other protrusion protrude so as to oppose each other with the diaphragm interposed, generation of vibration in the out-of-plane direction of the ultrasonic transducer can be easily suppressed.

一方の突起と他方の突起とが振動板に対して鏡面対称の構造を有していれば、超音波振動子の面外方向における振動の発生を最も確実に抑制することができる。 If one protrusion and the other protrusion have a mirror-symmetrical structure with respect to the diaphragm, the generation of vibration in the out-of-plane direction of the ultrasonic transducer can be most reliably suppressed.

また、被駆動体がロータであり、ロータがシャフトの軸まわりに回転可能にシャフトに取り付けられており、かつ、超音波振動子がシャフトに対して移動可能にシャフトに取り付けられていることが望ましい。 Further, it is desirable that the driven body is a rotor, the rotor is attached to the shaft so as to be rotatable around the axis of the shaft, and the ultrasonic transducer is attached to the shaft so as to be movable with respect to the shaft. .

これによれば、１つのシャフトがロータを回転可能に支持する機能と超音波振動子を移動可能に支持する機能との双方を有している。そのため、ロータを回転可能に支持するシャフトと超音波振動子を移動可能に支持するシャフトとが別個に設けられている超音波モータとの比較において、超音波モータの部品点数が低減される。 According to this, one shaft has both the function of supporting the rotor to be rotatable and the function of supporting the ultrasonic transducer to be movable. Therefore, the number of parts of the ultrasonic motor is reduced in comparison with an ultrasonic motor in which a shaft that rotatably supports the rotor and a shaft that rotatably supports the ultrasonic transducer are provided.

一方の突起と他方の突起とが振動板を貫通する１つの部材を含んでいれば、一方の突起および他方の突起の製造が容易である。 If one protrusion and the other protrusion include one member that penetrates the diaphragm, it is easy to manufacture one protrusion and the other protrusion.

本発明の超音波振動子は、主たる振動が面内方向において生じる振動板と、被駆動体に接触し得るように、振動板の一方の主表面から突出している一方の突起と、振動板の面外方向の振動の低減に寄与するように、振動板の他方の主表面から突出している他方の突起とを含んでいる。 The ultrasonic transducer according to the present invention includes a vibration plate in which main vibration is generated in the in-plane direction, one protrusion protruding from one main surface of the vibration plate so as to be in contact with the driven body, The other projection protruding from the other main surface of the diaphragm is included so as to contribute to the reduction of the vibration in the out-of-plane direction.

本発明によれば、高い効率で駆動する超音波モータおよびそれに用いられる超音波振動子が得られる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the ultrasonic motor driven with high efficiency and the ultrasonic vibrator used for it are obtained.

（実施の形態１）
まず、図１および図２を用いて、本実施の形態１の超音波モータを説明する。 (Embodiment 1)
First, the ultrasonic motor according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2.

図１および図２に示されるように、本実施の形態１の超音波モータ１は、長方形の平板形状を有する矩形平板タイプの超音波振動子１０、および、超音波振動子１０によって駆動されるロータ２００を備えている。なお、ロータ２００は被駆動体の一例であるが、本発明の被駆動体は直線往復運動する可動子であってもよい。また、超音波モータ１は、円柱状の振動子支持シャフト３００および円柱状のロータ支持シャフト４００を備えている。振動子支持シャフト３００およびロータ支持シャフト４００のそれぞれは、装置の本体１０００に固定されている。 As shown in FIGS. 1 and 2, the ultrasonic motor 1 of the first embodiment is driven by a rectangular flat plate type ultrasonic transducer 10 having a rectangular flat plate shape, and the ultrasonic transducer 10. A rotor 200 is provided. The rotor 200 is an example of a driven body, but the driven body of the present invention may be a mover that reciprocates linearly. Further, the ultrasonic motor 1 includes a columnar vibrator support shaft 300 and a columnar rotor support shaft 400. Each of the vibrator support shaft 300 and the rotor support shaft 400 is fixed to the main body 1000 of the apparatus.

ロータ２００は、厚さ１．５ｍｍかつ外径１０ｍｍの円板形状をなしている。ロータ支持シャフト４００は、ロータ２００の中心部を貫通し、ロータ２００の回転中心軸に沿って延びている。ロータ支持シャフト４００は、側方に突出する円盤状の支持部４０１を有し、支持部の上にロータ２００が載置されている。ロータ２００は、支持部４０１上において、ボールベアリングが介在する状態でロータ支持シャフト４００の周囲に設けられているため、ロータ支持シャフトまわりに回転することができる。つまり、ロータ２００は、ロータ支持シャフト４００および突出部４０１によって、図１および２におけるｘｙ面内の方向において、ｚ軸まわりに回転自由に支持されている。したがって、超音波モータ１は、ロータ２００の外周面に接続された構造に回転往復運動を生じさせることが可能である。 The rotor 200 has a disk shape with a thickness of 1.5 mm and an outer diameter of 10 mm. The rotor support shaft 400 passes through the center portion of the rotor 200 and extends along the rotation center axis of the rotor 200. The rotor support shaft 400 has a disk-shaped support portion 401 protruding sideways, and the rotor 200 is placed on the support portion. Since the rotor 200 is provided on the support portion 401 around the rotor support shaft 400 with a ball bearing interposed therebetween, the rotor 200 can rotate around the rotor support shaft. That is, the rotor 200 is supported by the rotor support shaft 400 and the protrusion 401 so as to be freely rotatable around the z axis in the direction in the xy plane in FIGS. Therefore, the ultrasonic motor 1 can cause the rotary reciprocating motion in the structure connected to the outer peripheral surface of the rotor 200.

なお、本発明の超音波モータ１は、超音波振動子１０がロータ２００に接触しておりかつ所望の楕円運動を発生させるものであれば、いかなるものであってもよいため、本発明の構成要素以外の構成要素は、以下の実施の形態に示される構造を有する超音波モータの構成要素に限定されない。例えば、超音波振動子の大きさ、形状、および材料等は、本発明の目的を達成できかつ効果を得ることができるのであれば、いかなるものであってもよい。 The ultrasonic motor 1 of the present invention may be any one as long as the ultrasonic transducer 10 is in contact with the rotor 200 and generates a desired elliptical motion. The constituent elements other than the elements are not limited to the constituent elements of the ultrasonic motor having the structure shown in the following embodiment. For example, the size, shape, material, and the like of the ultrasonic transducer may be any as long as the object of the present invention can be achieved and the effect can be obtained.

＜全体構成＞
図１および図２に示される超音波モータ１は、図３に示されるような矩形平板タイプの超音波振動子１０を備えている。超音波振動子１０は振動板２１を含んでいる。振動板２１は、主板部２２および支持用突出部３０を有している。支持用突出部３０は、主板部２２の長辺方向における中心部、つまり、縦振動の節の位置から側方に向かって突出している。図３に示されるように、支持用突出部３０には円形の貫通孔３２が開けられている。振動子支持シャフト３００には、その周面に沿うように円盤状の支持用プレート３３０および３５０が設けられている。支持用プレート３３０および３５０は、それぞれ、支持用突出部３０を上下から挟むように設けられている。超音波振動子１０は、ｘｙ平面内において、振動子支持シャフト３００の回転中心軸まわりに回転可能に支持用プレート３３０および３５０によって支持されている。より具体的に言うと、超音波振動子１０の支持用突出部３０は、支持用プレート３３０および３５０に挟まれた状態で、支持用シャフト３００、支持用プレート３３０および３５０に接触しながら、支持用シャフト３００まわりに回転することができる。したがって、超音波振動子１０の駆動突起６０をロータ２００の外周面に押し付けることができる。 <Overall configuration>
The ultrasonic motor 1 shown in FIGS. 1 and 2 includes a rectangular flat plate type ultrasonic transducer 10 as shown in FIG. The ultrasonic transducer 10 includes a diaphragm 21. The diaphragm 21 has a main plate portion 22 and a supporting protrusion 30. The supporting protrusion 30 protrudes laterally from the central portion of the main plate portion 22 in the long side direction, that is, the position of the longitudinal vibration node. As shown in FIG. 3, a circular through hole 32 is formed in the supporting protrusion 30. The transducer support shaft 300 is provided with disc-shaped support plates 330 and 350 along the peripheral surface thereof. Support plates 330 and 350 are provided so as to sandwich support protrusion 30 from above and below, respectively. The ultrasonic transducer 10 is supported by support plates 330 and 350 so as to be rotatable around the rotation center axis of the transducer support shaft 300 in the xy plane. More specifically, the support protrusion 30 of the ultrasonic transducer 10 is supported while being in contact with the support shaft 300 and the support plates 330 and 350 while being sandwiched between the support plates 330 and 350. It can be rotated around the shaft 300. Therefore, the drive protrusion 60 of the ultrasonic transducer 10 can be pressed against the outer peripheral surface of the rotor 200.

また、超音波振動子１０には、電極４０、４１、４２、４３、４４および圧電素子５０がそれぞれ２つずつ設けられている。電極４０、４１、４２、４３、４４および圧電素子５０のそれぞれは、主板部２２に関して、厚さ方向において面対称に設けられている。電極４０、４１、４２、４３および４４は、所定の信号が入力され得るように、制御装置５００（図示せず）に電気的に接続されている。 The ultrasonic transducer 10 is provided with two electrodes 40, 41, 42, 43, 44 and two piezoelectric elements 50 each. Each of the electrodes 40, 41, 42, 43, 44 and the piezoelectric element 50 is provided symmetrically with respect to the main plate portion 22 in the thickness direction. The electrodes 40, 41, 42, 43 and 44 are electrically connected to a control device 500 (not shown) so that a predetermined signal can be inputted.

また、本実施の形態の超音波振動子１０においては、圧電素子５０が、逆圧電効果を利用して電極４０、４１、４２、４３および４４に印加された交流電界によって振動する。圧電素子５０の振動は、振動板２１に伝達される。そのため、振動板２１の先端が、矢印Ｅ１で示される楕円軌道を描くように振動する。その結果、駆動突起６０に接触しているロータ２００が矢印Ｃ１に沿って移動する。すなわち、ロータ２００が回転する。 Further, in the ultrasonic transducer 10 of the present embodiment, the piezoelectric element 50 vibrates due to an alternating electric field applied to the electrodes 40, 41, 42, 43, and 44 using the inverse piezoelectric effect. The vibration of the piezoelectric element 50 is transmitted to the diaphragm 21. Therefore, the tip of the diaphragm 21 vibrates so as to draw an elliptical orbit indicated by an arrow E1. As a result, the rotor 200 in contact with the driving protrusion 60 moves along the arrow C1. That is, the rotor 200 rotates.

＜超音波振動子＞
次に、図３を用いて、超音波振動子１０の構造がより詳細に説明される。図３に示されるように、超音波振動子１０は振動板２１を有している。振動板２１は、振動子支持シャフト３００に対して軸まわりに回転可能に装着された支持用突出部３０と、支持用突出部３０と一体的に形成され、振動によってロータ２００を回転させる主板部２２とを有している。支持用突出部３０は、振動子支持シャフト３００に設けられた支持用プレート３３０および３５０によって振動子支持シャフト３００の軸方向における移動は拘束されるが、振動子支持シャフト３００の軸まわりの回転は拘束されていない。 <Ultrasonic transducer>
Next, the structure of the ultrasonic transducer 10 will be described in more detail with reference to FIG. As shown in FIG. 3, the ultrasonic transducer 10 has a diaphragm 21. The vibration plate 21 is integrally formed with the support protrusion 30 and the support protrusion 30 that are mounted to the vibrator support shaft 300 so as to be rotatable about the axis, and the main plate portion that rotates the rotor 200 by vibration. 22. The support protrusion 30 is restrained from moving in the axial direction of the vibrator support shaft 300 by the support plates 330 and 350 provided on the vibrator support shaft 300, but is not rotated around the axis of the vibrator support shaft 300. Not restrained.

主板部２２は、幅２ｍｍ、長さ９ｍｍかつ厚さ０．２ｍｍの実質的に長方形の平面形状を有する平板状部材である。また、支持用突出部３０は、主板部２２の一方の長辺の中央位置から主板部２２の短辺方向に沿って延びるように、主板部２２の長辺から突出しており、幅１ｍｍ、長さ２．５ｍｍ、かつ厚さ０．２ｍｍの実質的に長方形の平面形状を有する平板状部材である。 The main plate portion 22 is a flat plate member having a substantially rectangular planar shape having a width of 2 mm, a length of 9 mm, and a thickness of 0.2 mm. Further, the supporting protrusion 30 protrudes from the long side of the main plate portion 22 so as to extend along the short side direction of the main plate portion 22 from the center position of one long side of the main plate portion 22, and has a width of 1 mm and a long length. It is a flat plate-like member having a substantially rectangular planar shape with a thickness of 2.5 mm and a thickness of 0.2 mm.

支持用突出部３０には直径０．６ｍｍの円形の貫通孔３２が設けられている。貫通孔３２の直径は、０．６ｍｍであり、振動子支持シャフト３００の直径とほぼ同一である。主板部２２の長辺の中央位置かから貫通孔３２の中心点までの距離が１．５ｍｍである。圧電素子５０は、幅２ｍｍ、長さ８ｍｍ、厚さ０．２ｍｍの長方形の平面形状を有する平板状部材である。また、圧電素子５０の長辺と主板部２２の長辺とが一致するように、圧電素子５０は、主板部２２に対して、それらの間に電極４４が挟まれた状態で固定されている。 The supporting protrusion 30 is provided with a circular through hole 32 having a diameter of 0.6 mm. The diameter of the through hole 32 is 0.6 mm, which is substantially the same as the diameter of the vibrator support shaft 300. The distance from the center position of the long side of the main plate portion 22 to the center point of the through hole 32 is 1.5 mm. The piezoelectric element 50 is a flat plate-like member having a rectangular planar shape with a width of 2 mm, a length of 8 mm, and a thickness of 0.2 mm. In addition, the piezoelectric element 50 is fixed to the main plate portion 22 with the electrode 44 sandwiched therebetween so that the long side of the piezoelectric element 50 and the long side of the main plate portion 22 coincide. .

なお、振動板２１および圧電素子５０のそれぞれの寸法および形状は、上述の寸法および形状に限定されず、他の寸法および形状であってもよい。また、振動板２１の材料は、特に限定されないが、ステンレス等の導電性を有する材料であることが望ましい。また、支持用突出部３０と主板部２２とは、別個の部材からなっていてもよいが、それらが１つの部材で一体的に形成されていることが望ましい。 The dimensions and shapes of the diaphragm 21 and the piezoelectric element 50 are not limited to the above-described dimensions and shapes, and may be other dimensions and shapes. The material of the diaphragm 21 is not particularly limited, but is preferably a conductive material such as stainless steel. Moreover, although the support protrusion part 30 and the main plate part 22 may be made of separate members, it is desirable that they are integrally formed by one member.

圧電素子５０は、チタン酸ジルコニウム酸鉛（ＰＺＴ）からなっているが、電圧が印加されて振動する素子であれば、いかなる材料からなってしてもよい。圧電素子５０の一方の主表面上には、電極４０、４１、４２、および４３が取り付けられている。電極４０、４１、４２、および４３のそれぞれは、同一の長方形の平面形状を有する平板状部材である。電極４０、４１、４２、および４３のそれぞれは、圧電素子５０の一方の主表面が実質的に同一の４つの長方形の領域に分割されたとすると、その４つの長方形の領域のそれぞれの中に設けられている。ただし、電極４０、４１、４２、および４３は、互いに電気的に導通することがないように、互いに所定の間隔（たとえば、０.２ｍｍ）を置いて設けられている。また、圧電素子５０の他方の主表面上には、実質的に長方形の電極４４が設けられている。電極４４は、圧電素子５０の他方の主表面と同一の平面形状を有する平板状部材である。 The piezoelectric element 50 is made of lead zirconate titanate (PZT), but may be made of any material as long as the element vibrates when a voltage is applied thereto. Electrodes 40, 41, 42 and 43 are attached on one main surface of the piezoelectric element 50. Each of the electrodes 40, 41, 42, and 43 is a flat plate member having the same rectangular planar shape. Each of the electrodes 40, 41, 42, and 43 is provided in each of the four rectangular regions, assuming that one main surface of the piezoelectric element 50 is divided into substantially the same four rectangular regions. It has been. However, the electrodes 40, 41, 42, and 43 are provided at a predetermined interval (for example, 0.2 mm) so as not to be electrically connected to each other. A substantially rectangular electrode 44 is provided on the other main surface of the piezoelectric element 50. The electrode 44 is a flat plate member having the same planar shape as the other main surface of the piezoelectric element 50.

本実施の形態の超音波振動子１０においては、２つの圧電素子５０は、それぞれ、主板部２２の一方の主表面および他方の主表面上に、それらの間に電極４４が間に挟まれた状態で設けられている。２つの電極４４は、それぞれ、平面視において、その長辺方向が主板部２２の長辺方向とが重なるように、主板部２２の一方および他方の主表面に固定されている。２つの電極４４は、それぞれ、銀ペーストなどの導電性接着剤によって主板部２２に接着されている。電極４０と電極４１とは配線Ｗ１によって電気的に接続されている。電極４２と電極４３とは配線Ｗ２によって電気的に接続されている。 In the ultrasonic transducer 10 of the present embodiment, the two piezoelectric elements 50 each have an electrode 44 sandwiched between one main surface and the other main surface of the main plate portion 22. It is provided in the state. The two electrodes 44 are fixed to one main surface and the other main surface of the main plate portion 22 so that the long side direction thereof overlaps the long side direction of the main plate portion 22 in plan view. The two electrodes 44 are respectively bonded to the main plate portion 22 with a conductive adhesive such as silver paste. The electrode 40 and the electrode 41 are electrically connected by the wiring W1. The electrode 42 and the electrode 43 are electrically connected by a wiring W2.

また、一方の圧電素子５０と他方の圧電素子５０とは、振動板２１の厚さ方向において鏡面対称に配置されている。一方の電極４０、４１、４２、４３および４４と、他方の電極４０、４１、４２、４３および４４とも、振動板２１の厚さ方向において鏡面対称に配置されている。圧電素子５０は厚さ方向に沿って分極しており、分極の方向は、振動板２１の厚さ方向に対称になっている。 In addition, one piezoelectric element 50 and the other piezoelectric element 50 are arranged in mirror symmetry in the thickness direction of the diaphragm 21. One of the electrodes 40, 41, 42, 43 and 44 and the other electrode 40, 41, 42, 43 and 44 are arranged mirror-symmetrically in the thickness direction of the diaphragm 21. The piezoelectric element 50 is polarized along the thickness direction, and the direction of polarization is symmetric with respect to the thickness direction of the diaphragm 21.

したがって、振動板２１の一方の主表面上の圧電素子５０の振動特性と、振動板２１の他方の主表面上の圧電素子５０の振動特性とは実質的に同一である。また、振動板２１の主板部２２は長方形であるため、ｘｙ平面内の方向において、振動板２１の先端は楕円運動する。 Therefore, the vibration characteristic of the piezoelectric element 50 on one main surface of the diaphragm 21 and the vibration characteristic of the piezoelectric element 50 on the other main surface of the diaphragm 21 are substantially the same. Since the main plate portion 22 of the diaphragm 21 is rectangular, the tip of the diaphragm 21 moves elliptically in the direction within the xy plane.

主板部２２の支持用突出部３０が設けられている長辺に対向する長辺の中央部には押付力調節用突出部３１が設けられている。押付力調節用突出部３１には、輪ゴム６００が引っ掛けられている。また、輪ゴム６００の他端が、押付力調整機構７００の突出部７０１に引っ掛けられている。なお、押付力調節用突出部７０１に突出部７０１が設けられていない場合には、線状のゴム６００の一端が押付力調節用突出部３１に接着または結束され、線状のゴム６００の他端が押付力調整機構７００に接着もしくは結束されていてもよい。 A pressing force adjusting protrusion 31 is provided at the center of the long side of the main plate 22 opposite to the long side where the supporting protrusion 30 is provided. A rubber band 600 is hooked on the pressing force adjusting protrusion 31. Further, the other end of the rubber band 600 is hooked on the protruding portion 701 of the pressing force adjusting mechanism 700. When the protrusion 701 is not provided on the pressing force adjusting protrusion 701, one end of the linear rubber 600 is bonded or bound to the pressing force adjusting protrusion 31, and the other ends of the linear rubber 600 are connected. The end may be bonded or bound to the pressing force adjusting mechanism 700.

また、輪ゴムまたは線状のゴム６００は、その収縮力によって、押付力調整機構７００に対して、押付力調節用突出部３１を引っ張る。それによって、超音波振動子１０の駆動突起６０がロータ２００の外周部を押す。したがって、ゴム６００の収縮力を調整することによって、駆動突起６０がロータ２００を押す力を調整することができる。つまり、輪ゴムまたは線状のゴム６００の収縮力の調整によって、超音波振動子１０とロータ２００と間の当接力が調整される。なお、ゴム６００の収縮力は、押付力調整機構７００をその軸まわりに回転させて、ゴム６００の押付力調整機構７００に巻き付いている部分の長さを変化させることによって調整される。押付力調整機構７００は、ゴム６００に引っ張られる力によって自身が自然に回転しまうことを防止するための回転防止機構（図示せず）を装置の本体１０００内に備えている。したがって、作業員が、押付力調整機構７００を軸まわりに回転させてゴム６００の収縮力を調整した後、回転防止手段を操作することによって、円柱状の押付力調整機構７００がその軸まわりに自然に回転してしまうことが防止される。回転防止手段は、たとえば、ラチェット等の機構を利用するものであってもよい。また、押付力調整機構７００とそれが挿入されている装置の本体１０００の孔との間の摩擦力を利用して、円柱状の押付力調整機構７００が自然にその軸まわりに自然に回転してしまうことを防止する手法が採用されてもよい。なお、押付力調整機構７００とゴム６００とは、超音波振動子を被駆動体に押し付ける本発明の押付機構の一例である。押付機構は、超音波振動子を被駆動体に押し付けることができる機構であれば、いかなる機構であってもよい。 Further, the rubber band or the linear rubber 600 pulls the pressing force adjusting protrusion 31 with respect to the pressing force adjusting mechanism 700 by the contraction force. Thereby, the driving protrusion 60 of the ultrasonic transducer 10 presses the outer peripheral portion of the rotor 200. Therefore, by adjusting the contraction force of the rubber 600, the force with which the drive protrusion 60 pushes the rotor 200 can be adjusted. That is, the contact force between the ultrasonic transducer 10 and the rotor 200 is adjusted by adjusting the contraction force of the rubber band or the linear rubber 600. The contraction force of the rubber 600 is adjusted by rotating the pressing force adjusting mechanism 700 around its axis and changing the length of the portion of the rubber 600 wound around the pressing force adjusting mechanism 700. The pressing force adjusting mechanism 700 includes a rotation prevention mechanism (not shown) in the apparatus main body 1000 for preventing itself from rotating naturally due to a force pulled by the rubber 600. Therefore, after the operator rotates the pressing force adjusting mechanism 700 around the axis to adjust the contraction force of the rubber 600, the columnar pressing force adjusting mechanism 700 is moved around the axis by operating the rotation preventing means. Natural rotation is prevented. The rotation preventing means may use a mechanism such as a ratchet, for example. Further, by utilizing the frictional force between the pressing force adjusting mechanism 700 and the hole of the main body 1000 of the apparatus in which it is inserted, the cylindrical pressing force adjusting mechanism 700 naturally rotates around its axis. A technique for preventing this may be employed. The pressing force adjusting mechanism 700 and the rubber 600 are an example of the pressing mechanism of the present invention that presses an ultrasonic transducer against a driven body. The pressing mechanism may be any mechanism as long as it can press the ultrasonic transducer against the driven body.

主板部２２の一方の端部のロータ２００側の表面には駆動突起６０が接着されている。駆動突起６０は、直径０．４ｍｍかつ長さ１．５ｍｍの円柱形状を有している。主板部２２の駆動突起６０が接着されている面とは反対側の面には、振動バランス突起６１が接着されている。振動バランス突起６１は、直径０．４ｍｍの円柱形状である。後述のように、振動バランス突起６１は、駆動突起６０の寸法と多少異なっていてもよいが、駆動突起６０の長さと略同一の長さを有していれば、最も良好な振動特性が得られる。また、駆動突起６０と振動バランス突起６１とが振動板２１を貫通する１つの部材からなっていてもよい。これによれば、駆動突起６０および振動バランス突起６１の製造が容易である。また、この場合に、駆動突起６０および振動バランス突起６１のそれぞれを構成する部分に他の部材が付加されていてもよい。 A driving protrusion 60 is bonded to the surface of the one end portion of the main plate portion 22 on the rotor 200 side. The drive protrusion 60 has a cylindrical shape with a diameter of 0.4 mm and a length of 1.5 mm. A vibration balance protrusion 61 is bonded to the surface of the main plate portion 22 opposite to the surface to which the drive protrusion 60 is bonded. The vibration balance protrusion 61 has a cylindrical shape with a diameter of 0.4 mm. As will be described later, the vibration balance protrusion 61 may be slightly different from the dimension of the drive protrusion 60. However, if the vibration balance protrusion 61 has substantially the same length as the drive protrusion 60, the best vibration characteristics can be obtained. It is done. Further, the drive protrusion 60 and the vibration balance protrusion 61 may be made of one member that penetrates the diaphragm 21. According to this, manufacture of the drive protrusion 60 and the vibration balance protrusion 61 is easy. In this case, other members may be added to the portions constituting the drive protrusion 60 and the vibration balance protrusion 61.

駆動突起６０は、その外周面においてロータ２００に接触している。駆動突起６０は、駆動突起６０とロータ２００との間に生じる摩擦力を利用して、超音波振動子１０の楕円運動をロータ２００に伝えるために設けられている。一方、振動バランス突起６１は、超音波振動子１０の面外方向（ｚ方向）の振動成分を低減するために設けられている。 The drive protrusion 60 is in contact with the rotor 200 on the outer peripheral surface thereof. The drive protrusion 60 is provided to transmit the elliptical motion of the ultrasonic transducer 10 to the rotor 200 using a frictional force generated between the drive protrusion 60 and the rotor 200. On the other hand, the vibration balance protrusion 61 is provided to reduce the vibration component in the out-of-plane direction (z direction) of the ultrasonic transducer 10.

駆動突起６０および振動バランス突起６１は、ロータ２００によって摩耗されないために、かつ、超音波振動子１０の対称性を良好に維持するために、アルミナセラミック等の主板部２２の組成とは異なる組成を有する材料からなることが好ましい。また、駆動突起６０および振動バランス突起６１は、主板部２２よりも高い硬度を有する材料からなることが好ましい。 The drive protrusion 60 and the vibration balance protrusion 61 are not worn by the rotor 200 and have a composition different from the composition of the main plate portion 22 such as alumina ceramic in order to maintain the symmetry of the ultrasonic vibrator 10 satisfactorily. It is preferable to consist of the material which has. Further, the drive protrusion 60 and the vibration balance protrusion 61 are preferably made of a material having a higher hardness than the main plate portion 22.

駆動突起６０および振動バランス突起６１は、同一材料および同一形状を有していることが好ましい。また、駆動突起６０および振動バランス突起６１は、超音波振動子１０の厚さ方向において、振動板２１に対して鏡面対称に設けられていることが好ましい。この構成によれば、後述されるように、縦振動とたわみ振動とが共振している状態において、主板部２２のｘｙ平面についての面外方向における振動の成分は最小になり、主板部２２のｘｙ平面についての面内方向における縦振動およびたわみ振動のそれぞれ振幅が最大になる。 It is preferable that the drive protrusion 60 and the vibration balance protrusion 61 have the same material and the same shape. Further, it is preferable that the drive protrusion 60 and the vibration balance protrusion 61 are provided mirror-symmetrically with respect to the vibration plate 21 in the thickness direction of the ultrasonic transducer 10. According to this configuration, as will be described later, in the state where the longitudinal vibration and the flexural vibration are resonating, the vibration component in the out-of-plane direction with respect to the xy plane of the main plate portion 22 is minimized, and the main plate portion 22 The amplitudes of longitudinal vibration and flexural vibration in the in-plane direction with respect to the xy plane are maximized.

次に、図３〜図８を用いて、本実施の形態の超音波振動子１０の駆動方法が説明される。超音波振動子１０が駆動されるときには、所定の信号が、外部に設けられた制御装置（図示せず）から電極４０、４１、４２、４３および４４へ入力される。なお、振動板２１の一方の主表面側に位置づけられた電極４０、４１、４２、４３および４４に入力される信号（印加電圧）は、振動板２１の他方の主表面に取り付けられた電極４０、４１、４２、４３および４４に入力される信号（印加電圧）に対して鏡面対称に入力される。 Next, a method for driving the ultrasonic transducer 10 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. When the ultrasonic transducer 10 is driven, a predetermined signal is input to the electrodes 40, 41, 42, 43 and 44 from a control device (not shown) provided outside. A signal (applied voltage) input to the electrodes 40, 41, 42, 43 and 44 positioned on one main surface side of the diaphragm 21 is an electrode 40 attached to the other main surface of the diaphragm 21. , 41, 42, 43, and 44 are input mirror-symmetrically with respect to signals (applied voltages) input thereto.

図３に示されるように、電極４０と電極４１とは、結線されており、同一の信号（φ１）が入力される。電極４２と電極４３とは、結線されており、同一の信号(φ２)が入力される。したがって、電極４０、４１、４２、４３に入力される信号は、図４に示されるように、４つのモード（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）および（Ｄ）を有している。また、図５に示されるように、電極４０および電極４１に入力される信号（ｉ）と、電極４２および電極４３に入力される信号（ii）とは、その位相において９０°のずれを有しているが、同一の振幅および周波数を有している。 As shown in FIG. 3, the electrode 40 and the electrode 41 are connected, and the same signal (φ1) is input. The electrode 42 and the electrode 43 are connected, and the same signal (φ2) is input. Therefore, the signals input to the electrodes 40, 41, 42, and 43 have four modes (A), (B), (C), and (D) as shown in FIG. Further, as shown in FIG. 5, the signal (i) input to the electrode 40 and the electrode 41 and the signal (ii) input to the electrode 42 and the electrode 43 have a 90 ° shift in their phases. However, they have the same amplitude and frequency.

上述の超音波振動子１０の主板部２２は、図６に示される１次縦振動および図７に示される２次たわみ振動との組み合わせの振動を行う。図６に示される縦振動によれば、振動板２１の主板部２２は、白抜き矢印で示されるように、長辺方向において、(i)押し縮められたり、(ii)初期状態に戻ったり、(iii)引き伸ばされたりする。それにより、駆動突起６０は長辺方向に振動する。一方、図７に示されるたわみ振動においては、振動板２１は、(i)一のＳ字形状から、(ii)初期状態を経て、(i)一のＳ字形状に鏡面対称な(iii)他のＳ字形状へ変化し、その後、(iii)他のＳ字形状から、(ii)初期状態を経て、(iii)他のＳ字形状に鏡面対称な(i)一のＳ字形状へ変化する動作を繰り返す。それにより、図７において白抜き矢印で示されるように、駆動突起６０は短辺方向において振動する。 The main plate portion 22 of the ultrasonic transducer 10 described above performs a combination of the primary longitudinal vibration shown in FIG. 6 and the secondary flexural vibration shown in FIG. According to the longitudinal vibration shown in FIG. 6, the main plate portion 22 of the vibration plate 21 is (i) compressed or (ii) returned to the initial state in the long side direction as indicated by a white arrow. (Iii) It is stretched. Thereby, the drive protrusion 60 vibrates in the long side direction. On the other hand, in the flexural vibration shown in FIG. 7, the diaphragm 21 is mirror-symmetrical from (i) one S-shape to (ii) an initial state and (i) one S-shape (iii) Change to another S-shape, and then (iii) another S-shape, (ii) go through initial state, (iii) mirror-symmetric to another S-shape, (i) one S-shape Repeat changing actions. As a result, the drive protrusion 60 vibrates in the short side direction, as indicated by the white arrow in FIG.

縦振動の共振周波数と同一の周波数で変化する電圧が、電極４０、４１、４２および４３のそれぞれに同位相で印加されると、主板部２２は、図６において白抜き矢印で示される方向において、縦振動を行う。また、屈曲振動の共振周波数と同一の周波数で変化する電圧が、電極４０および４１に印加され、電極４０および４１と同一の周波数かつ逆位相の電圧が電極４２および４３に印加されると、主板部２２は、図７において白抜き矢印で示されるように、たわみ振動を行う。なお、２つの電極４４のそれぞれには、常に基準電位（０ｖ）が与えられている。 When a voltage that changes at the same frequency as the resonance frequency of the longitudinal vibration is applied to each of the electrodes 40, 41, 42, and 43 in the same phase, the main plate portion 22 is in the direction indicated by the white arrow in FIG. Perform longitudinal vibration. When a voltage changing at the same frequency as the resonance frequency of the bending vibration is applied to the electrodes 40 and 41, and a voltage having the same frequency as that of the electrodes 40 and 41 and having an opposite phase is applied to the electrodes 42 and 43, the main plate The part 22 performs a flexural vibration as shown by the white arrow in FIG. A reference potential (0 v) is always applied to each of the two electrodes 44.

図６に示される縦振動の共振周波数と、図７に示されるたわみ振動の共振周波数が略一致している振動板２１において、縦振動の共振周波数およびたわみ振動の共振周波数と同一周波数の電圧が電極４０および４１に同位相で印加され、電極４０および４１と同一周波数であって、かつ位相が＋９０°だけずれた電圧が電極４２および４３に印加される。それにより、超音波振動子１０の縦振動およびたわみ振動が同時に生じる。その結果、駆動突起６０が図１に矢印Ｅ１で示されるように楕円運動する。 In the diaphragm 21 in which the resonance frequency of the longitudinal vibration shown in FIG. 6 and the resonance frequency of the flexural vibration shown in FIG. 7 are substantially the same, a voltage having the same frequency as the resonance frequency of the longitudinal vibration and the resonance frequency of the flexural vibration is applied. A voltage having the same phase as that of the electrodes 40 and 41 and having a phase shifted by + 90 ° is applied to the electrodes 42 and 43. Thereby, the longitudinal vibration and the flexural vibration of the ultrasonic transducer 10 occur simultaneously. As a result, the drive protrusion 60 moves elliptically as indicated by an arrow E1 in FIG.

また、電極４２および４３に、電極４０および４１と同一周波数であってかつ位相が−９０°だけずれた電圧が印加されると、図１に矢印Ｅ１で示された方向とは逆方向に楕円運動が生じる。また、ある一方向に楕円運動している状態で、電極４０、４１および電極４２、４３に入力されている電圧のいずれか一方の位相が１８０°だけ変化すれば、駆動突起６０の楕円運動の回転方向が反転するため、それに接するロータ２００の回転方向も反転する。 Further, when a voltage having the same frequency as that of the electrodes 40 and 41 and having a phase shifted by −90 ° is applied to the electrodes 42 and 43, an ellipse is formed in a direction opposite to the direction indicated by the arrow E1 in FIG. Movement occurs. In addition, when the phase of any one of the voltages input to the electrodes 40 and 41 and the electrodes 42 and 43 changes by 180 ° in a state in which the ellipse moves in one direction, the elliptical motion of the drive protrusion 60 is reduced. Since the rotation direction is reversed, the rotation direction of the rotor 200 in contact therewith is also reversed.

ここで、振動バランス突起６１の効果が説明される。図８は、超音波モータ１の１次縦振動モードの変形形状を示す。また、図９は、超音波モータ１の２次たわみ振動モードの変形形状を示す。図８および図９に示される振動モードは、いずれも、振動バランス突起６１が駆動突起６０の半分の長さを有する場合における振動モードである。 Here, the effect of the vibration balance protrusion 61 will be described. FIG. 8 shows a deformed shape of the primary longitudinal vibration mode of the ultrasonic motor 1. FIG. 9 shows a deformed shape of the secondary flexural vibration mode of the ultrasonic motor 1. The vibration modes shown in FIGS. 8 and 9 are both vibration modes when the vibration balance protrusion 61 has a half length of the drive protrusion 60.

図８および図９に示されたように、前述のような振動バランス突起６１の長さが駆動突起６０の長さと同一でない長さを有する場合には、超音波振動子１０の厚さ方向における形状が鏡面対称ではない。そのため、１次縦振動および２次たわみ振動のいずれもが、超音波振動子１０はｚ方向における振動成分を有する。超音波振動子１が振動バランス突起６１を有しない場合、または、駆動突起６０と振動バランス突起６１とが非対称に設けられている場合には、超音波振動子１の振動はｚ方向における成分を有する。 As shown in FIG. 8 and FIG. 9, when the length of the vibration balance protrusion 61 is not the same as the length of the drive protrusion 60 as described above, The shape is not mirror-symmetric. Therefore, the ultrasonic vibrator 10 has a vibration component in the z direction for both the primary longitudinal vibration and the secondary flexural vibration. When the ultrasonic vibrator 1 does not have the vibration balance protrusion 61 or when the drive protrusion 60 and the vibration balance protrusion 61 are provided asymmetrically, the vibration of the ultrasonic vibrator 1 has a component in the z direction. Have.

図１０の（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、（振動バランス突起６１の長さ／駆動突起６０の長さ）と長辺方向の振幅との関係、（振動バランス突起６１の長さ／駆動突起６０の長さ）と短辺方向の振幅との関係、および、（振動バランス突起６１の長さ／駆動突起６０の長さ）と厚さ方向の振幅との関係についての周波数２４０ｋＨｚにける有限要素法シミュレーション結果を示すグラフである。要するに、図１０（ａ）〜（ｃ）のすべてのグラフにおいて、横軸は振動バランス突起６１の長さと駆動突起６０の長さとの比を示している。また、図１０は、振幅２４ｖの正弦波信号を電極４０および４１に与えるとともに、電極４０および４１に与えられている正弦波信号から９０度だけ位相がずれた正弦波信号を電極４２および４３に与えた場合の超音波振動子の振幅を算出したときのシミュレーション結果を示している。なお、正弦波信号の周波数は、縦振動およびたわみ振動の共振周波数と略一致している。 10A to 10C respectively show the relationship between (the length of the vibration balance protrusion 61 / the length of the drive protrusion 60) and the amplitude in the long side direction, and (the length / drive of the vibration balance protrusion 61). The relationship between the length of the projection 60) and the amplitude in the short side direction, and the finite relationship at a frequency of 240 kHz regarding the relationship between the length of the vibration balance projection 61 / the length of the driving projection 60 and the amplitude in the thickness direction. It is a graph which shows an element method simulation result. In short, in all the graphs of FIGS. 10A to 10C, the horizontal axis indicates the ratio between the length of the vibration balance protrusion 61 and the length of the drive protrusion 60. FIG. 10 shows that a sine wave signal having an amplitude of 24v is applied to the electrodes 40 and 41, and a sine wave signal whose phase is shifted by 90 degrees from the sine wave signal applied to the electrodes 40 and 41 is applied to the electrodes 42 and 43. The simulation result when the amplitude of the ultrasonic transducer in a given case is calculated is shown. Note that the frequency of the sine wave signal substantially matches the resonance frequency of longitudinal vibration and flexural vibration.

図１０の（ａ）および（ｂ）から、振動バランス突起６１の長さが駆動突起６０の長さよりも短い場合には、振動バランス突起６１が長くなるにつれて、長辺方向および横方向のそれぞれの振幅が大きくなることが分かる。また、図１０（ａ）および（ｂ）から、振動バランス突起６１の長さが駆動突起６０の長さと一致する場合に長辺方向および横方向のそれぞれの振幅が最大値となることが分かる。さらに、図１０（ａ）および（ｂ）から、振動バランス突起６１が駆動突起６０の長さよりも長くなると、長辺方向および横方向のそれぞれの振幅は小さくなっていくことも分かる。 10 (a) and 10 (b), when the length of the vibration balance protrusion 61 is shorter than the length of the drive protrusion 60, as the vibration balance protrusion 61 becomes longer, the longer side direction and the lateral direction respectively. It can be seen that the amplitude increases. 10 (a) and 10 (b), it can be seen that when the length of the vibration balance protrusion 61 matches the length of the drive protrusion 60, the respective amplitudes in the long side direction and the lateral direction are maximum values. Further, from FIGS. 10A and 10B, it can be seen that when the vibration balance protrusion 61 becomes longer than the length of the drive protrusion 60, the amplitudes in the long side direction and the lateral direction become smaller.

一方、図１０の（ｃ）から、振動バランス突起６１の長さが駆動突起６０の長さよりも短い場合には、振動バランス突起６１の長さが長くなるにつれ、厚さ方向における振動板２１の振幅が小さくなっていくことが分かる。また、図１０の（ｃ）から、振動バランス突起６１の長さが駆動突起６０の長さと一致する場合に、振動板２１の厚さ方向における振幅が最小値になることが分かる。さらに、図１０の（ｃ）から、振動バランス突起６１が駆動突起６０の長さよりも長くなると、振動板２１の厚さ方向における振幅が大きくなっていくことも分かる。 On the other hand, from FIG. 10C, when the length of the vibration balance protrusion 61 is shorter than the length of the drive protrusion 60, as the length of the vibration balance protrusion 61 becomes longer, the vibration plate 21 in the thickness direction becomes longer. It can be seen that the amplitude decreases. 10C that the amplitude in the thickness direction of the diaphragm 21 becomes the minimum value when the length of the vibration balance protrusion 61 matches the length of the drive protrusion 60. FIG. Furthermore, it can be seen from FIG. 10C that when the vibration balance protrusion 61 becomes longer than the length of the drive protrusion 60, the amplitude in the thickness direction of the diaphragm 21 increases.

振動板２１の長辺方向における振幅および短辺方向における振幅は、それぞれ、ロータ２００の駆動に寄与する。したがって、図１０の（ａ）〜（ｃ）から、振動バランス突起６１が、駆動突起６０より短い場合には、振動バランス突起６１が長くなるにつれて、超音波振動子１０の効率は向上することが分かる。さらに、振動バランス突起６１と駆動突起６０の長さとが一致すれば、超音波振動子１０の効率は最も高いことが分かる。 The amplitude in the long side direction and the amplitude in the short side direction of the diaphragm 21 contribute to driving of the rotor 200, respectively. Accordingly, from FIGS. 10A to 10C, when the vibration balance protrusion 61 is shorter than the drive protrusion 60, the efficiency of the ultrasonic transducer 10 is improved as the vibration balance protrusion 61 becomes longer. I understand. Furthermore, if the lengths of the vibration balance protrusion 61 and the drive protrusion 60 match, it can be seen that the efficiency of the ultrasonic transducer 10 is the highest.

振動バランス突起６１が超音波振動子１０に設けられていない場合、つまり、図１０の（ａ）〜（ｃ）において、横軸の値がゼロである場合には、超音波振動子１０の厚さ方向の形状が非対称になっている。このように、超音波振動子１０が厚さ方向において非対称な構造を有する場合には、縦振動モードおよびたわみ振動モードが厚さ方向において非対称になる。そのため、超音波振動子１０の位置Ｓは厚さ方向における振動成分を有する。 When the vibration balance protrusion 61 is not provided on the ultrasonic transducer 10, that is, when the value of the horizontal axis is zero in (a) to (c) of FIG. The shape in the vertical direction is asymmetric. As described above, when the ultrasonic transducer 10 has an asymmetric structure in the thickness direction, the longitudinal vibration mode and the flexural vibration mode are asymmetric in the thickness direction. Therefore, the position S of the ultrasonic transducer 10 has a vibration component in the thickness direction.

しかしながら、駆動突起６０に起因して生じる振動板２１の厚さ方向における超音波振動子１０の振動の少なくとも一部が、振動バランス突起６１に起因して生じる振動板２１の厚さ方向における超音波振動子１０の振動によって相殺されるように、振動バランス突起６１が超音波振動子１０に設けられていれば、超音波振動子１０の位置Ｓにおける厚さ方向の振幅が小さくなる。また、振動バランス突起６１の長さが駆動突起６０の長さと一致するときに、超音波振動子１０は、厚さ方向において完全に鏡面対称になる。そのため、縦振動およびたわみ振動の厚さ方向における振動の振幅は最小となる。 However, at least a part of the vibration of the ultrasonic vibrator 10 in the thickness direction of the vibration plate 21 caused by the drive protrusion 60 is generated in the thickness direction of the vibration plate 21 caused by the vibration balance protrusion 61. If the vibration balance protrusion 61 is provided on the ultrasonic vibrator 10 so as to be canceled out by the vibration of the vibrator 10, the amplitude in the thickness direction at the position S of the ultrasonic vibrator 10 becomes small. Further, when the length of the vibration balance protrusion 61 coincides with the length of the drive protrusion 60, the ultrasonic transducer 10 is completely mirror-symmetric in the thickness direction. Therefore, the amplitude of vibration in the thickness direction of longitudinal vibration and flexural vibration is minimized.

さらに、振動バランス突起６１が駆動突起６０よりも長くなることによって、超音波振動子１０の厚さ方向における構造が対称でなくなると、振動板２１の厚さ方向における振動の成分が生じる。さらに、振動バランス突起６１の長さが長くなれば、厚さ方向における振動板２１の振幅が徐々に増加していく。 Furthermore, when the vibration balance protrusion 61 is longer than the drive protrusion 60 and the structure of the ultrasonic vibrator 10 in the thickness direction is not symmetrical, a vibration component in the thickness direction of the diaphragm 21 is generated. Furthermore, if the length of the vibration balance protrusion 61 becomes longer, the amplitude of the diaphragm 21 in the thickness direction gradually increases.

本実施の形態の超音波モータ１においては、上述の形状および寸法の振動バランス突起６１が採用されているが、超音波モータ１の厚さ方向における振動の振幅を低減させることによって超音波モータ１を高い効率で駆動させることができるのであれば、振動バランス突起６１の形状および寸法は前述のものに限定されない。 In the ultrasonic motor 1 according to the present embodiment, the vibration balance protrusion 61 having the above-described shape and size is employed. However, by reducing the amplitude of vibration in the thickness direction of the ultrasonic motor 1, the ultrasonic motor 1. Can be driven with high efficiency, the shape and dimensions of the vibration balance protrusion 61 are not limited to those described above.

（実施の形態２）
次に、図１１および１２を用いて、本発明の実施の形態２の超音波モータ２を説明する。図１１および１２に示されるように、超音波モータ２は、超音波振動子１０とロータ２０１とを備えている。なお、本実施の形態においては、実施の形態１に示された超音波モータ１の構成要素と同一構成および同一の機能を有する超音波モータ２の構成要素には同一参照符号が付されており、特に必要がなければ、その説明は繰り返さない。 (Embodiment 2)
Next, the ultrasonic motor 2 according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. As shown in FIGS. 11 and 12, the ultrasonic motor 2 includes an ultrasonic transducer 10 and a rotor 201. In the present embodiment, the same reference numerals are assigned to the components of the ultrasonic motor 2 having the same configuration and the same functions as those of the ultrasonic motor 1 shown in the first embodiment. Unless otherwise necessary, the description will not be repeated.

本実施の形態における超音波振動子１０は、実施の形態１において説明された超音波振動子１０と同一サイズおよび同一形状を有する振動板２１、電極４０、４１、４２、４３および４４を備えている。 The ultrasonic transducer 10 in the present embodiment includes a diaphragm 21 and electrodes 40, 41, 42, 43, and 44 having the same size and the same shape as the ultrasonic transducer 10 described in the first embodiment. Yes.

ロータ２０１は、厚さ１．５ｍｍかつ外径１１ｍｍの円板形状をなしており、その中心部をロータ支持シャフト４００が貫通している。ロータ支持シャフト４００に支持部４０１（図示せず）が設けられており、ロータ２０１が支持部４０１上においてロータ支持シャフト４００の周囲に設けられているボールベアリングを利用してロータ支持シャフト４００まわりに回転する態様は、実施の形態１において述べられた態様と同様である。したがって、ロータ２０１は、ロータ支持シャフト４００および支持部４０１によって、図１および２におけるｘｙ面内方向においてｚ軸まわりに回転可能に支持されている。また、実施の形態２の超音波モータ２は、超音波振動子１０の支持用突出部３０は、支持用プレート３３０および３５０に挟まれた状態で、支持用シャフト３００、支持用プレート３３０および３５０に接触しながら、支持用シャフト３００まわりに回転することができる。したがって、超音波振動子１０の駆動突起６０をロータ２０１に押し付けることができる点において、実施の形態１の超音波モータ１と同様の構造を有している。 The rotor 201 has a disk shape with a thickness of 1.5 mm and an outer diameter of 11 mm, and the rotor support shaft 400 passes through the center thereof. A support portion 401 (not shown) is provided on the rotor support shaft 400, and the rotor 201 is moved around the rotor support shaft 400 using ball bearings provided around the rotor support shaft 400 on the support portion 401. The mode of rotation is the same as the mode described in the first embodiment. Therefore, the rotor 201 is supported by the rotor support shaft 400 and the support portion 401 so as to be rotatable around the z axis in the xy plane direction in FIGS. 1 and 2. Further, in the ultrasonic motor 2 according to the second embodiment, the support shaft 300 and the support plates 330 and 350 are supported in a state where the support protrusion 30 of the ultrasonic transducer 10 is sandwiched between the support plates 330 and 350. It is possible to rotate around the supporting shaft 300 while contacting the. Therefore, it has the same structure as the ultrasonic motor 1 of the first embodiment in that the drive protrusion 60 of the ultrasonic transducer 10 can be pressed against the rotor 201.

ロータ２０１は、その外周面と同心円に沿って形成されたリング状溝６３を備えている。リング状溝６３は、ロータ２０１の中心から半径５ｍｍの位置に外周面を有し、かつ、ロータ２０１の中心から半径４．４ｍｍの位置に内周面を有している。リング状溝６３の幅は０．６ｍｍであり、リング状溝６３の溝の深さは０．５ｍｍである。前述のリング状の溝６３の外周面と駆動突起６０とが接触しているいこと以外においては、本実施の形態の超音波モータ２と実施の形態１の超音波モータ１とは同様の構造を有している。なお、リング状の溝６３の外周面と駆動突起６０とが接触していている場合においても、同様の効果を得ることが可能である。 The rotor 201 includes a ring-shaped groove 63 formed along a concentric circle with the outer peripheral surface thereof. The ring-shaped groove 63 has an outer peripheral surface at a radius of 5 mm from the center of the rotor 201 and an inner peripheral surface at a radius of 4.4 mm from the center of the rotor 201. The width of the ring-shaped groove 63 is 0.6 mm, and the depth of the ring-shaped groove 63 is 0.5 mm. The ultrasonic motor 2 of the present embodiment and the ultrasonic motor 1 of the first embodiment have the same structure except that the outer peripheral surface of the ring-shaped groove 63 and the drive protrusion 60 are in contact with each other. Have. The same effect can be obtained even when the outer peripheral surface of the ring-shaped groove 63 and the drive protrusion 60 are in contact with each other.

また、本発明の超音波モータは、超音波振動子１０がロータ２０１に接触しておりかつ所望の楕円振動を発生させるものであれば、いかなるものであってもよいため、以下の実施の形態に示される構造を有する超音波モータに限定されない。例えば、超音波振動子の大きさ、形状、および材料等は、本発明の目的を達成できかつ効果を得ることができるのであれば、いかなるものであってもよい。 The ultrasonic motor of the present invention may be anything as long as the ultrasonic transducer 10 is in contact with the rotor 201 and generates a desired elliptical vibration. It is not limited to the ultrasonic motor which has the structure shown by these. For example, the size, shape, material, and the like of the ultrasonic transducer may be any as long as the object of the present invention can be achieved and the effect can be obtained.

本実施の形態の超音波モータ２は、超音波振動子１の駆動突起６０がロータ２０１のリング状溝６３の外周面と当接するように設けられている。ただし、駆動突起６０はリング状溝６３の外周面とのみ接し、リング状溝６３の底面および内周面には接しないように配置されている。 The ultrasonic motor 2 of the present embodiment is provided so that the drive projection 60 of the ultrasonic transducer 1 is in contact with the outer peripheral surface of the ring-shaped groove 63 of the rotor 201. However, the drive protrusion 60 is disposed so as to contact only the outer peripheral surface of the ring-shaped groove 63 and not to contact the bottom surface and the inner peripheral surface of the ring-shaped groove 63.

押付力調節用突出部３１には、輪ゴム６００が引っ掛けられている。なお、押付力調節用突出部３１に線状のゴム６００の一端が接着または結束されていてもよい。また、輪ゴム６００の他の端が、押付力調整機構７００の突出部７０１に引っ掛けられている。なお、線状のゴム６００の他端が押付力調整機構７００に接着もしくは結束されていてもよい。輪ゴムまたは線状のゴム６００は、その収縮力によって、押付力調整機構７００に向かって、押付力調節用突出部３１を引っ張る。それによって、超音波振動子１０の駆動突起６０がロータ２０１のリング状溝６３の外周部を押す。したがって、輪ゴムまたは線状のゴム６００の収縮力の調整によって、超音波振動子１０とロータ２０１との間の当接力が調整される。 A rubber band 600 is hooked on the pressing force adjusting protrusion 31. Note that one end of a linear rubber 600 may be bonded or bound to the pressing force adjusting protrusion 31. The other end of the rubber band 600 is hooked on the protruding portion 701 of the pressing force adjusting mechanism 700. The other end of the linear rubber 600 may be bonded or bound to the pressing force adjusting mechanism 700. The rubber band 600 or the linear rubber 600 pulls the pressing force adjusting protrusion 31 toward the pressing force adjusting mechanism 700 by the contraction force. Thereby, the driving protrusion 60 of the ultrasonic transducer 10 presses the outer peripheral portion of the ring-shaped groove 63 of the rotor 201. Therefore, the contact force between the ultrasonic transducer 10 and the rotor 201 is adjusted by adjusting the contraction force of the rubber band or the linear rubber 600.

次に、本実施の形態２の超音波モータ２の駆動方法を説明する。電極４０、４１、４２、４３および４４へ入力される信号は、実施の形態１の電極４０、４１、４２、４３および４４に入力される信号と同一である。つまり、電圧は、図４および図５に示される様態で、電極４０、４１、４２、４３および４４に印加される。上述のように、振動板２１は駆動突起６０を有している。駆動突起６０はロータ２０１のリング状溝６３の外周面に接触している。したがって、図４および図５に示される信号が電極４０、４１、４２、４３に入力されると、図１１の矢印Ｅ２で示されるように超音波振動子１０は楕円運動し、ロータ２０１は図１１の矢印Ｃ２で示される方向に回転する。 Next, a method for driving the ultrasonic motor 2 according to the second embodiment will be described. The signals input to the electrodes 40, 41, 42, 43 and 44 are the same as the signals input to the electrodes 40, 41, 42, 43 and 44 of the first embodiment. That is, the voltage is applied to the electrodes 40, 41, 42, 43, and 44 in the manner shown in FIGS. As described above, the diaphragm 21 has the drive protrusion 60. The drive protrusion 60 is in contact with the outer peripheral surface of the ring-shaped groove 63 of the rotor 201. Therefore, when the signals shown in FIGS. 4 and 5 are input to the electrodes 40, 41, 42, and 43, the ultrasonic transducer 10 moves elliptically as indicated by the arrow E2 in FIG. Rotate in the direction indicated by 11 arrow C2.

電極４０および電極４１に入力される信号および電極４２および電極４３に入力される信号のうちのいずれか一方の位相が１８０°だけ変化すると、超音波振動子１０に生じる楕円運動は図１１における矢印Ｅ２とは逆向きになるため、ロータ２０１は図１１における矢印Ｃ２とは逆向きに回転する。 When the phase of any one of the signal input to the electrode 40 and the electrode 41 and the signal input to the electrode 42 and the electrode 43 changes by 180 °, the elliptical motion generated in the ultrasonic transducer 10 is an arrow in FIG. Since the direction is opposite to E2, the rotor 201 rotates in the direction opposite to the arrow C2 in FIG.

（実施の形態３）
次に、図１３および図１４を用いて、本発明の実施の形態３の超音波モータ３を説明する。図１３および図１４に示されるように、超音波モータ３は、超音波振動子１２とロータ２０２とを備えている。なお、本実施の形態においては、実施の形態１に示された超音波モータ１の構成要素と同一構成および同一の機能を有する超音波モータ３の構成要素には同一参照符号が付され、その説明は繰り返さない。 (Embodiment 3)
Next, the ultrasonic motor 3 according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 13 and 14. As shown in FIGS. 13 and 14, the ultrasonic motor 3 includes an ultrasonic transducer 12 and a rotor 202. In the present embodiment, the same reference numerals are given to the components of the ultrasonic motor 3 having the same configuration and the same functions as the components of the ultrasonic motor 1 shown in the first embodiment. The explanation will not be repeated.

本実施の形態における超音波振動子１２は、振動板２３を有しており、振動板２３は実施の形態１において説明された超音波振動子１の主板部２２、圧電素子５０、電極４０、４１、４２、４３および４４と同一サイズおよび同一の形状を有する主板部２２、圧電素子５０、電極４０、４１、４２、４３および４４を備えている。さらに、振動板２３は、主板部２２の長辺中心から延びる幅１ｍｍかつ長さ１．５ｍｍの支持押付力調節用突出部３３を有している。 The ultrasonic transducer 12 in the present embodiment has a diaphragm 23, and the diaphragm 23 includes the main plate portion 22, the piezoelectric element 50, the electrode 40, and the ultrasonic transducer 1 described in the first embodiment. The main plate portion 22, the piezoelectric element 50, and the electrodes 40, 41, 42, 43 and 44 having the same size and the same shape as those of 41, 42, 43 and 44 are provided. Further, the diaphragm 23 has a support pressing force adjusting protrusion 33 having a width of 1 mm and a length of 1.5 mm extending from the long side center of the main plate portion 22.

支持押付力調節用突出部３３には、幅０．６ｍｍかつ長さ０．８ｍｍの長孔３４が設けられている。長孔３４の両端部分は半径０．３ｍｍの半円形状になっている。また、支持押付力調節用突出部３３には輪ゴム６００が引っ掛けられている。なお、支持押付力調節用突出部３３に線状のゴム６００の一端が接着または結束されていてもよい。また、輪ゴム６００の他端は、押付力調整機構７００の突出部７０１に引っ掛けられている。ただし、線状のゴム６００の他端が押付力調整機構７００に接着または結束されていてもよい。輪ゴムまたは線状のゴム６００は、その収縮力によって、押付力調整機構７００に向かって、支持押付力調節用突出部３３を引っ張る。それによって、超音波振動子１２の駆動突起６０がロータ２０２の外周面を押す。つまり、輪ゴムまたは線状のゴム６００の収縮力の調整によって、超音波振動子１２とロータ２０２との間の当接力が調整される。 The support pressing force adjusting projection 33 is provided with a long hole 34 having a width of 0.6 mm and a length of 0.8 mm. Both end portions of the long hole 34 have a semicircular shape with a radius of 0.3 mm. A rubber band 600 is hooked on the support pressing force adjusting projection 33. One end of the linear rubber 600 may be bonded or bound to the support pressing force adjusting protrusion 33. Further, the other end of the rubber band 600 is hooked on the protruding portion 701 of the pressing force adjusting mechanism 700. However, the other end of the linear rubber 600 may be bonded or bound to the pressing force adjusting mechanism 700. The rubber band or the linear rubber 600 pulls the supporting pressing force adjusting protrusion 33 toward the pressing force adjusting mechanism 700 by the contraction force. Thereby, the driving protrusion 60 of the ultrasonic transducer 12 presses the outer peripheral surface of the rotor 202. That is, the contact force between the ultrasonic transducer 12 and the rotor 202 is adjusted by adjusting the contraction force of the rubber band or the linear rubber 600.

ロータ２０２は、厚さ１．５ｍｍかつ外径１０ｍｍの円板形状をなしている。ロータ２０２の中心部をロータ支持シャフト４００が貫通している。ロータ支持シャフト４００に支持部４０１（図示せず）が設けられており、ロータ２０２が支持部４０１上でロータ支持シャフト４００および支持部４０１に接触しながら回転する態様は、実施の形態１において述べられた態様と同様である。したがって、ロータ２０２は、ロータ支持シャフト４００および突出部４０１によって、図３におけるｘｙ面内方向においてｚ軸まわりに回転可能に支持されている。 The rotor 202 has a disk shape with a thickness of 1.5 mm and an outer diameter of 10 mm. A rotor support shaft 400 passes through the center of the rotor 202. A mode in which a support portion 401 (not shown) is provided on the rotor support shaft 400 and the rotor 202 rotates while contacting the rotor support shaft 400 and the support portion 401 on the support portion 401 will be described in the first embodiment. This is the same as the embodiment described above. Therefore, the rotor 202 is supported by the rotor support shaft 400 and the protrusion 401 so as to be rotatable around the z axis in the xy in-plane direction in FIG.

本実施の形態においては、ロータ支持シャフト４００は、ロータ２０２のみならず超音波振動子１２をも支持しており、超音波振動子１２は長孔３４を貫通するロータ支持シャフト４００に長孔３４が延びる方向以外の方向における移動が拘束されるように固定されている。したがって、超音波振動子１２をロータ支持シャフト４００に固定する構造としては、たとえば、ロータ支持シャフト４００の周面に設けられた互いに対向する２つの切込み溝に、支持押付力調節用突出部３３の長孔３４の２つの長辺の周辺部が嵌り込んでいる構造が考えられる。この構造によれば、支持押付力調節用突出部３３は、ロータ支持シャフト４００の切込み溝をレールとして、長孔３４が延びる方向に沿って移動することはできるが、長孔３４が延びる方向以外の方向においては移動することができない。また、図１３に示されるように、溝部を有する部材３４０がロータ支持シャフト４００の周面に互いに対向するように設けられており、その部材３４０の溝部に支持押付力調節用突出部３３の長孔３４の周辺部が挿入されている構造が採用されてもよい。この構造によれば、支持押付力調節用突出部３３は溝部を有する部材３４０をレールとして、長孔３４に沿って移動するが、長孔３４が延びる方向以外の方向においては移動することができない。 In the present embodiment, the rotor support shaft 400 supports not only the rotor 202 but also the ultrasonic vibrator 12, and the ultrasonic vibrator 12 has a long hole 34 in the rotor support shaft 400 that penetrates the long hole 34. It is being fixed so that movement in directions other than the direction which extends may be restrained. Therefore, as a structure for fixing the ultrasonic transducer 12 to the rotor support shaft 400, for example, the support pressing force adjusting protrusion 33 is formed in two mutually facing cut grooves provided on the peripheral surface of the rotor support shaft 400. A structure in which peripheral portions of two long sides of the long hole 34 are fitted is conceivable. According to this structure, the protrusion 33 for adjusting the support pressing force can move along the direction in which the long hole 34 extends using the cut groove of the rotor support shaft 400 as a rail, but the direction other than the direction in which the long hole 34 extends. It cannot move in the direction of. Further, as shown in FIG. 13, members 340 having grooves are provided on the circumferential surface of the rotor support shaft 400 so as to face each other, and the length of the support pressing force adjusting protrusion 33 is formed in the groove of the member 340. A structure in which the peripheral portion of the hole 34 is inserted may be employed. According to this structure, the support pressing force adjusting protrusion 33 moves along the long hole 34 using the member 340 having the groove as a rail, but cannot move in a direction other than the direction in which the long hole 34 extends. .

なお、本発明の超音波モータ３は、超音波振動子１２がロータ２０２に接触しておりかつ所望の楕円振動を発生させるものであれば、いかなるものであってもよいため、以下の実施の形態に示される構造を有する超音波モータに限定されない。例えば、超音波振動子の大きさ、形状、および材料等は、本発明の目的を達成できかつ効果を得ることができるのであれば、いかなるものであってもよい。 The ultrasonic motor 3 according to the present invention may be anything as long as the ultrasonic transducer 12 is in contact with the rotor 202 and generates a desired elliptical vibration. It is not limited to the ultrasonic motor having the structure shown in the form. For example, the size, shape, material, and the like of the ultrasonic transducer may be any as long as the object of the present invention can be achieved and the effect can be obtained.

次に、本実施の形態３の超音波モータ３の駆動方法を説明する。
電極４０、４１、４２、４３および４４へ入力される信号は、実施の形態１の電極４０、４１、４２、４３および４４に入力される信号と同一である。つまり、電圧は、図４および図５に示される様態で、電極４０、４１、４２、４３および４４に印加される。上述のように、振動板２３は駆動突起６０を有している。駆動突起６０はロータ２０２の外周面に接触している。したがって、図４および図５に示される信号が電極４０、４１、４２、４３に入力されると、図１３における矢印Ｅ３で示されるように、超音波振動子１２は楕円運動し、ロータ２０２は図１３における矢印Ｃ３で示される方向に回転する。 Next, a method for driving the ultrasonic motor 3 according to the third embodiment will be described.
The signals input to the electrodes 40, 41, 42, 43 and 44 are the same as the signals input to the electrodes 40, 41, 42, 43 and 44 of the first embodiment. That is, the voltage is applied to the electrodes 40, 41, 42, 43, and 44 in the manner shown in FIGS. As described above, the diaphragm 23 has the drive protrusion 60. The drive protrusion 60 is in contact with the outer peripheral surface of the rotor 202. Therefore, when the signals shown in FIGS. 4 and 5 are input to the electrodes 40, 41, 42, and 43, the ultrasonic transducer 12 moves elliptically as indicated by the arrow E3 in FIG. It rotates in the direction shown by arrow C3 in FIG.

電極４０および電極４１に入力される信号および電極４２および電極４３に入力される信号のいずれか一方の位相が１８０°だけ変化すると、超音波振動子１２に生じる楕円運動の方向は図１３における矢印Ｅ３とは逆向きになるため、ロータ２０２は図１３における矢印Ｃ３とは逆向きに回転する。 When the phase of any one of the signal input to the electrode 40 and the electrode 41 and the signal input to the electrode 42 and the electrode 43 changes by 180 °, the direction of the elliptical motion generated in the ultrasonic transducer 12 is the arrow in FIG. Since the direction is opposite to E3, the rotor 202 rotates in the direction opposite to the arrow C3 in FIG.

なお、前述の各実施の形態の超音波モータは、被駆動体の一例としてロータを備えているが、本発明の超音波モータは、リニアモータであって、被駆動体として、直線運動する可動子を備えていてもよい。直線運動する可動子が被駆動体として用いられる場合には、超音波振動子の駆動突起６０に接触する面は直線状に延びるように形成されていることが必要である。したがって、可動子の外周面と駆動突起とが接触する場合には、可動子の外周面は直線状に延びている必要があり、また、可動子の溝の側面と駆動突起とが接触する場合には、溝の側面が直線状に延びていることが必要である。 In addition, although the ultrasonic motor of each of the above-described embodiments includes a rotor as an example of a driven body, the ultrasonic motor of the present invention is a linear motor and is movable as a driven body that linearly moves. You may have a child. When a movable element that moves linearly is used as a driven body, it is necessary that the surface of the ultrasonic transducer that contacts the driving projection 60 be formed to extend linearly. Therefore, when the outer peripheral surface of the mover and the drive protrusion come into contact, the outer peripheral surface of the mover needs to extend linearly, and when the side surface of the groove of the mover and the drive protrusion come into contact with each other For this, it is necessary that the side surface of the groove extends linearly.

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 It should be understood that the embodiments and examples disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

実施の形態１の超音波モータの平面図である。2 is a plan view of the ultrasonic motor according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態１の超音波モータの斜視図である。1 is a perspective view of an ultrasonic motor according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態１の超音波振動子の分解斜視図である。3 is an exploded perspective view of the ultrasonic transducer according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態１の超音波振動子の４つのモードを示す図である。4 is a diagram illustrating four modes of the ultrasonic transducer according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態１の超音波振動子の入力電圧の位相を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a phase of an input voltage of the ultrasonic transducer according to the first embodiment. 実施の形態１の超音波振動子に生じるｘｙ面内における縦振動を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating longitudinal vibration in the xy plane that occurs in the ultrasonic transducer according to the first embodiment. 実施の形態１の超音波振動子に生じるｘｙ面内におけるたわみ振動を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing flexural vibration in the xy plane that occurs in the ultrasonic transducer of the first embodiment. 実施の形態１の超音波振動子に縦振動に起因して生じる３次元変形形状を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a three-dimensional deformed shape caused by longitudinal vibration in the ultrasonic transducer of the first embodiment. 実施の形態１の超音波振動子にたわみ振動に起因して生じる３次元変形形状を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a three-dimensional deformed shape caused by the flexural vibration in the ultrasonic transducer of the first embodiment. 実施の形態１の超音波振動子の振動板の短辺における中心部に生じるｚ方向の振幅のシミュレーション結果を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a simulation result of an amplitude in the z direction generated at the central portion on the short side of the diaphragm of the ultrasonic transducer according to the first embodiment. 実施の形態２の超音波モータの平面図である。6 is a plan view of an ultrasonic motor according to Embodiment 2. FIG. 実施の形態２の超音波モータの斜視図である。6 is a perspective view of an ultrasonic motor according to Embodiment 2. FIG. 実施の形態３の超音波モータの平面図である。6 is a plan view of an ultrasonic motor according to Embodiment 3. FIG. 実施の形態３の超音波モータの斜視図である。6 is a perspective view of an ultrasonic motor according to Embodiment 3. FIG. 特開２００５−２８７１０６号公報に示された超音波モータの概略平面図を示す。1 is a schematic plan view of an ultrasonic motor disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2005-287106. 特開２００５−２８７１０６号公報に示された超音波モータの概略立面図である。1 is a schematic elevation view of an ultrasonic motor disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2005-287106.

Explanation of symbols

１，２，３超音波モータ、１０，１２超音波振動子、２１，２３振動板、３０支持用突出部、３１押付力調節用突出部、３２孔、３３支持押付力調節用突出部、３４長孔、６０駆動突起、６１振動バランス突起、３００振動子支持シャフト、４００ロータ支持シャフト、７００押付力調整機構、７０１突出部。 1,2,3 Ultrasonic motor, 10,12 ultrasonic vibrator, 21,23 diaphragm, 30 supporting protrusion, 31 pressing force adjusting protrusion, 32 holes, 33 supporting pressing force adjusting protrusion, 34 Long hole, 60 drive protrusion, 61 vibration balance protrusion, 300 vibrator support shaft, 400 rotor support shaft, 700 pressing force adjusting mechanism, 701 protrusion.

Claims

A driven body;
A vibration plate in which main vibration is generated in an in-plane direction so as to drive the driven body by transmitting vibration to the driven body;
One protrusion protruding from one main surface of the diaphragm so as to be in contact with the driven body;
An ultrasonic motor comprising: the other protrusion protruding from the other main surface of the diaphragm so as to contribute to reduction of vibration in an out-of-plane direction of the diaphragm.

The ultrasonic motor according to claim 1, wherein the one protrusion is in contact with an outer surface of the driven body.

The driven body has a groove;
The ultrasonic motor according to claim 1, wherein the one protrusion is in contact with one of two inner surfaces of the groove.

The ultrasonic motor according to claim 1, wherein the one protrusion and the other protrusion have a composition different from that of the diaphragm.

The ultrasonic motor according to claim 1, wherein the one protrusion has a hardness higher than that of the diaphragm.

The ultrasonic motor according to claim 1, wherein the one protrusion and the other protrusion protrude so as to face each other with the diaphragm interposed.

The ultrasonic motor according to claim 1, wherein the one protrusion and the other protrusion have a mirror-symmetric structure with respect to the diaphragm.

The driven body is a rotor;
The rotor is attached to the shaft so as to be rotatable about an axis of the shaft;
The ultrasonic motor according to claim 1, wherein the ultrasonic transducer is attached to the shaft so as to be movable with respect to the shaft.

The ultrasonic motor according to claim 1, wherein the one protrusion and the other protrusion include one member that penetrates the diaphragm.

A diaphragm in which main vibrations occur in the in-plane direction;
One protrusion protruding from one main surface of the diaphragm so as to be in contact with the driven body;
An ultrasonic transducer comprising: the other protrusion protruding from the other main surface of the diaphragm so as to contribute to reduction of vibration in the out-of-plane direction of the diaphragm.

The ultrasonic transducer according to claim 10, wherein the one protrusion and the other protrusion protrude so as to face each other with the diaphragm interposed.

The ultrasonic transducer according to claim 10, wherein the one protrusion and the other protrusion have a mirror-symmetric structure with respect to the diaphragm.