JP2010104162A - 超音波モータ - Google Patents

Abstract

【課題】単板の圧電振動子を従来とは異なる辺比で構成すると共に、これを積層することにより、小型化、効率化、および構造の簡略化を図る。
【解決手段】矩形で単板の圧電振動子を積層して積層型圧電振動子５０を構成し、積層型圧電振動子５０が、拡がり振動モードと曲げ振動モードとを組み合わせた多重振動モードで振動することにより駆動力を発生する超音波モータであって、単板の圧電振動子の二組の辺のうち、一方の組の辺の長さをＬとし、他方の組の辺の長さをｗとし、ｗ／Ｌを変数として、ｗ／Ｌと拡がり振動モードの共振周波数とを対応させると共に、ｗ／Ｌと曲げ振動モードの共振周波数とを対応させた場合、単板の圧電振動子は、拡がり振動の共振周波数と曲げ振動の共振周波数とが実質的に同一となるｗ／Ｌの値に基づいて形成されていると共に、単板の圧電振動子は、厚さ方向に複数積層されている。
【選択図】図５

Description

本発明は、超音波モータに関し、特に、積層された矩形型の圧電振動子が、拡がり振動モードと曲げ振動モードとを組み合わせた多重振動モードで振動することにより駆動力を発生する超音波モータに関する。

従来から、圧電素子を矩形に形成し、第一次縦振動モード（Ｌ１）と第二次屈曲振動モード（Ｆ２）とを組み合わせた多重振動モードで振動することにより駆動力を発生する超音波モータが知られている。例えば、特開２００６−０９４５９７号公報には、複数の圧電体を積層し、Ｌ１Ｆ２共振モードで駆動する超音波振動子が開示されている。この超音波振動子は、圧電素子と内部電極とが交互に積層されており、この積層方向と直交する第２の方向および第３の方向に沿って、概ね４分割された内部電極群を備えている。また、それらの内部電極群とそれぞれ導通する第１の外部電極群および第２の外部電極群とを有している。そして、第１および第２の外部電極群に電圧を印加することにより、第２の方向に発生する縦振動モードと、第３の方向に発生する屈曲振動モードとが同時に励起することによって、楕円振動を発生させる。

また、特表２００７−５３８４８４号公報には、振動子を長さＬおよび高さＨの圧電プレートで形成して、ラーメモードで駆動する圧電超音波モータが開示されている。この圧電超音波モータでは、圧電プレートで一次非対称定在波が励起され、摺動チップが楕円運動をすることによって駆動力を発生させる。
特開２００６−０９４５９７号公報 特表２００７−５３８４８４号公報

従来から、超音波モータは種々の目的に用いられているが、工業的に超音波モータに求められる主な特性は、小型であること、効率が高いこと、構造が簡単であることである。ここで、超音波モータが小型であることとは、圧電振動子の共振周波数がなるべく低いことを意味する。また、効率が高いとは、圧電振動子の機械−電気結合係数が大きいことを意味する。

しかしながら、第一次縦振動モード（Ｌ１）と第二次屈曲振動モード（Ｆ２）とを組み合わせた多重振動モードで超音波モータを駆動させようとする場合、主面を４つの領域に分けて、それぞれに電力を配置し、対角に位置する電極同士を接続しなければならず、電極構造が複雑にならざるを得ない。また、ラーメモードで超音波モータを駆動させようとする場合、他のモードと比較して共振周波数が高いため、他のモードと同じ共振周波数で駆動させようとした場合は、他のモードを用いる場合よりも超音波モータが大きくなってしまい、小型化を図ることが困難となる。さらに、矩形で単板の圧電振動子を上記のような辺比で構成すると共に、これを積層した超音波モータを構成することは行なわれていなかった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、単板の圧電振動子を従来とは異なる辺比で構成すると共に、これを積層することにより、小型化を図ると共に、効率が高く、さらに構造が簡単である超音波モータを提供することを目的とする。

（１）上記の目的を達成するために、本発明は、以下のような手段を講じた。すなわち、本発明の超音波モータは、矩形で単板の圧電振動子を積層して積層型圧電振動子を構成し、前記積層型圧電振動子が、拡がり振動モードと曲げ振動モードとを組み合わせた多重振動モードで振動することにより駆動力を発生する超音波モータであって、前記単板の圧電振動子の二組の辺のうち、一方の組の辺の長さをＬとし、他方の組の辺の長さをｗとし、ｗ／Ｌを変数として、ｗ／Ｌと拡がり振動モードの共振周波数とを対応させると共に、ｗ／Ｌと曲げ振動モードの共振周波数とを対応させた場合、前記単板の圧電振動子は、拡がり振動の共振周波数と曲げ振動の共振周波数とが実質的に同一となるｗ／Ｌの値に基づいて形成されていると共に、前記単板の圧電振動子は、厚さ方向に複数積層されていることを特徴としている。

このように、単板の圧電振動子が、拡がり振動の共振周波数と曲げ振動の共振周波数とが実質的に同一となるｗ／Ｌの値に基づいて形成されているので、他のモード、例えば、Ｌ１Ｆ２モードで駆動させる場合よりも単板の圧電振動子の主面の形状を正方形に近いものとすることができる。その結果、全体の寸法が扁平とならないため、奥行き寸法を小さくすることができる。これにより、パワー入力を従来のものよりも大きく取ることが可能となる。また、このように形成された単板の圧電振動子を、厚さ方向に複数積層することによって、積層型圧電振動子に単板と同じ入力電圧で大きな電界強度を印加することができるので、必要な電源電圧を小さくすることが可能となる。その結果、従来の超音波モータでは必要とされていた昇圧部品を不要とすることができ、ドライバ基板の小型化を図ることが可能となる。これにより、マルチチャネル動作可能な小型ドライバシステムを実現することが可能となる。なお、拡がり振動の共振周波数と曲げ振動の共振周波数とが実質的に同一となるｗ／Ｌの値とは、単板の圧電振動子が超音波モータとして実用的に機能する範囲という意味である。拡がり振動の共振周波数と曲げ振動の共振周波数とが多少ずれていても、単板の圧電振動子が超音波モータとして実用的に機能するのであれば、ｗ／Ｌの値は実質的に同一であると言える。逆に言えば、ｗ／Ｌの値は、単板の圧電振動子が超音波モータとして実用的に機能するのであれば、拡がり振動の共振周波数と曲げ振動の共振周波数とがちょうど同じ値でなければならないわけではない。

（２）また、本発明の超音波モータは、矩形で単板の圧電振動子を積層して積層型圧電振動子を構成し、前記積層型圧電振動子が、拡がり振動モードと曲げ振動モードとを組み合わせた多重振動モードで振動することにより駆動力を発生する超音波モータであって、前記単板の圧電振動子の二組の辺のうち、一方の組の辺の長さをＬとし、他方の組の辺の長さをｗとし、ｗ／Ｌを変数として、ｗ／Ｌと拡がり振動モードの共振周波数とを対応させると共に、ｗ／Ｌと曲げ振動モードの共振周波数とを対応させた場合、前記単板の圧電振動子は、前記ｗ／Ｌの値が０．７５から０．９０の範囲に収まるように形成されていると共に、前記単板の圧電振動子は、厚さ方向に複数積層されていることを特徴としている。

このように、単板の圧電振動子は、前記ｗ／Ｌの値が０．７５から０．９０の範囲に収まるように形成されているので、他のモード、例えば、Ｌ１Ｆ２モードで駆動させる場合よりも単板の圧電振動子の主面の形状を正方形に近いものとすることができる。その結果、全体の寸法が扁平とならないため、奥行き寸法を小さくすることができる。これにより、パワー入力が従来のものよりも大きく取ることが可能となる。また、このように形成された単板の圧電振動子を、厚さ方向に複数積層することによって、積層型圧電振動子に単板と同じ入力電圧で大きな電界強度を印加することができるので、必要な電源電圧を小さくすることが可能となる。その結果、従来の超音波モータでは必要とされていた昇圧部品を不要とすることができ、ドライバ基板の小型化を図ることが可能となる。これにより、マルチチャネル動作可能な小型ドライバシステムを実現することが可能となる。

（３）また、本発明の超音波モータは、矩形で単板の圧電振動子を積層して積層型圧電振動子を構成し、前記積層型圧電振動子が、拡がり振動モードと曲げ振動モードとを組み合わせた多重振動モードで振動することにより駆動力を発生する超音波モータであって、前記単板の圧電振動子の二組の辺のうち、一方の組の辺の長さをＬとし、他方の組の辺の長さをｗとし、ｗ／Ｌを変数として、ｗ／Ｌと拡がり振動モードの共振周波数とを対応させると共に、ｗ／Ｌと曲げ振動モードの共振周波数とを対応させた場合、前記単板の圧電振動子は、前記ｗ／Ｌの値が実質的に０．８５となるように形成されていると共に、前記単板の圧電振動子は、厚さ方向に複数積層されていることを特徴としている。

このように、単板の圧電振動子は、ｗ／Ｌの値が実質的に０．８５となるように形成されているので、他のモード、例えば、Ｌ１Ｆ２モードで駆動させる場合よりも単板の圧電振動子の主面の形状を正方形に近いものとすることができる。その結果、全体の寸法が扁平とならないため、奥行き寸法を小さくすることができる。これにより、パワー入力が従来のものよりも大きく取ることが可能となる。また、このように形成された単板の圧電振動子を、厚さ方向に複数積層することによって、積層型圧電振動子に単板と同じ入力電圧で大きな電界強度を印加することができるので、必要な電源電圧を小さくすることが可能となる。その結果、従来の超音波モータでは必要とされていた昇圧部品を不要とすることができ、ドライバ基板の小型化を図ることが可能となる。これにより、マルチチャネル動作可能な小型ドライバシステムを実現することが可能となる。なお、ｗ／Ｌの値が実質的に０．８５であるとは、単板の圧電振動子が超音波モータとして実用的に機能する範囲という意味である。ｗ／Ｌの値が０．８５の前後にずれていても、単板の圧電振動子が超音波モータとして実用的に機能するのであれば、ｗ／Ｌの値は実質的に０．８５であると言える。逆に言えば、ｗ／Ｌの値は、単板の圧電振動子が超音波モータとして実用的に機能するのであれば、ちょうど０．８５でなければならないわけではない。

本発明によれば、単板の圧電振動子が、拡がり振動の共振周波数と曲げ振動の共振周波数とが実質的に同一となるｗ／Ｌの値に基づいて形成されているので、他のモード、例えば、Ｌ１Ｆ２モードで駆動させる場合よりも単板の圧電振動子の主面の形状を正方形に近いものとすることができる。その結果、全体の寸法が扁平とならないため、奥行き寸法を小さくすることができる。これにより、パワー入力を従来のものよりも大きく取ることが可能となる。また、このように形成された単板の圧電振動子を、厚さ方向に複数積層することによって、積層型圧電振動子に単板と同じ入力電圧で大きな電界強度を印加することができるので、必要な電源電圧を小さくすることが可能となる。その結果、従来の超音波モータでは必要とされていた昇圧部品を不要とすることができ、ドライバ基板の小型化を図ることが可能となる。これにより、マルチチャネル動作可能な小型ドライバシステムを実現することが可能となる。

従来、圧電トランスにおいては、拡がり振動（輪郭振動）を用いると共に、曲げ振動（スプリアス振動）を回避することによって、動作性の良い圧電トランスを実現していた。すなわち、圧電トランスでは曲げ振動を回避する方策が採られていた。本発明者は、この点に着目し、矩形型の圧電振動子を、拡がり振動モードと曲げ振動モードとを組み合わせた多重振動モードで振動させることにより駆動力を発生させることを見出した。また、本発明者は、圧電振動子のいずれか一方の主面上に２枚の電極を並設した超音波モータは知られているが、矩形型の圧電振動子において、拡がり振動の共振周波数と曲げ振動の共振周波数とが実質的に同一となる場合を利用した超音波モータは実現されていなかった点に着目し、圧電振動子を、その時の寸法に基づいて形成することによって、超音波モータの小型化、高効率化および構成の簡略化を実現することができることを見出し、さらに、このように形成された単板の圧電振動子を、厚さ方向に複数積層することによって、積層型圧電振動子に単板と同じ入力電圧で大きな電界強度を印加できることを見出し、本発明をするに至った。

すなわち、本発明は、矩形で単板の圧電振動子を積層して積層型圧電振動子を構成し、前記積層型圧電振動子が、拡がり振動モードと曲げ振動モードとを組み合わせた多重振動モードで振動することにより駆動力を発生する超音波モータであって、前記単板の圧電振動子の二組の辺のうち、一方の組の辺の長さをＬとし、他方の組の辺の長さをｗとし、ｗ／Ｌを変数として、ｗ／Ｌと拡がり振動モードの共振周波数とを対応させると共に、ｗ／Ｌと曲げ振動モードの共振周波数とを対応させた場合、前記単板の圧電振動子は、拡がり振動の共振周波数と曲げ振動の共振周波数とが実質的に同一となるｗ／Ｌの値に基づいて形成されていると共に、前記単板の圧電振動子は、厚さ方向に複数積層されていることを特徴とする。

これにより、本発明者は、小型化、高効率化および構成の簡略化を図ることを可能とした。また、必要な電源電圧を小さくすることを可能とした。以下、本発明に係る実施形態について、図面を参照しながら説明する。

図１から図３は、本実施形態に係る単板の圧電振動子の平面図である。この単板の圧電振動子１は、圧電セラミックスから形成されており、紙面に対して垂直方向に分極している。この単板の圧電振動子１には、チタン酸ジルコン酸鉛系セラミックス等の公知の材料を用いることができる。一般的なセラミックスの製造プロセス、例えば、圧電セラミックス粉末の成形（脱脂）、焼成、加工という製造プロセスに従って、単板の圧電振動子１を作製する。作製した単板の圧電振動子１に銀ペーストをスクリーン印刷等により所定のパターンで塗布し、焼成することによって、一方の主面に、後述する２つの電極を設けることができる。

また、単板の圧電振動子１の紙面に対して上側の中央部に、駆動力を伝達する摺動チップ２が設けられている。この摺動チップ２は、耐摩耗性に優れた材料が用いられる。例えば、アルミナやジルコニア、窒化珪素、炭化珪素等のセラミックス部品や、超剛等の耐摩耗性金属部品、硬質金属材料の表面にセラミックス薄膜やダイヤモンド薄膜をコーティングした部品等が好適に用いられる。

なお、図２および図３において、点線で示すように、単板の圧電振動子１の紙面に対して上側の両端部に摺動チップ３ａおよび３ｂを設けても良い。単板の圧電振動子１の紙面に対して上側の中央部に摺動チップ２を設けた場合は、円板や球体等の回転体を駆動するのに好適であり、単板の圧電振動子１の紙面に対して上側の両端部に摺動チップ３ａおよび３ｂを設けた場合は、直線的に動作する摺動体を駆動するのに好適である。また、図１に示すように、矩形で単板の圧電振動子１の二組の辺のうち、一方の組の辺の長さはＬであり、他方の組の辺の長さはｗである。

図２は、単板の圧電振動子１が拡がり振動をしている様子を示す図である。この拡がり振動とは、矩形で単板の圧電振動子１が、中心から四辺の方向へ伸縮を繰り返す振動である。単板の圧電振動子１の電位分布は、等電位線がほぼ平行に端面に向かって高くなる。図３は、単板の圧電振動子１が曲げ振動を起こしている様子を示す図である。この曲げ振動とは、矩形で単板の圧電振動子１が二次元的に屈曲するのであるが、電位分布は、出力側中心部とその幅方向の両側に逆符号の電位が発生する。図２に示す拡がり振動モードと図３に示す曲げ振動モードとが合成（縮退）することによって、摺動チップ２、または摺動チップ３ａおよび３ｂは、楕円運動をし、駆動力が生ずる。

次に、本実施形態に係る超音波モータの駆動原理について説明する。図４は、矩形で単板の圧電振動子を、拡がり振動モード（Expand Mode）および曲げ振動モード（Flexural Mode）で振動させたときの周波数スペクトラムを示す図である。矩形で単板の圧電振動子１の二組の辺のうち、一方の組の辺の長さはＬであり、他方の組の辺の長さはｗであるとし、図４に示すように、ｗ／Ｌを変数として、ｗ／Ｌと単板の圧電振動子の拡がり振動モードの共振周波数とを対応させると共に、ｗ／Ｌと曲げ振動モードの共振周波数とを対応させる。なお、図４ではＬ＝２０ｍｍで固定し、ｗ（Width）のみを変化させている。この場合、ｗが１７．０ｍｍ、すなわち、縦横の二辺の比（以下、「辺比」と呼称する。）ｗ／Ｌが、０．８５付近で両者の共振周波数が一致し、二つの振動が縮退する。このときの共振周波数は、１０７ｋＨｚ〜１０８ｋＨｚとなっている。

このように、辺比が０．８５であり、一辺が２０ｍｍ程度の正方形となるため、小型化を図ることが可能となる。

図５は、上記のように形成された単板の圧電振動子１を、厚さ方向に複数個積層することにより構成した積層型圧電振動子を概念的に表した図である。図５では、一部を切断して表現している。この積層型圧電振動子５０は、単板の圧電振動子１を積層した圧電層５１およびその圧電層の間に設けられた内層電極５２から構成されている。また、積層型圧電振動子５０は、入力電極５３、２つの外部取り出し電極５４、およびグランド電極５５を有している。

単板の圧電振動子１を、例えば、６層に積層して、積層型圧電振動子５０を構成すると、単板の圧電振動子１では、入力電圧が６０Ｖｐｐであったものが、積層型圧電振動子５０では、２０Ｖｐｐに低下させることができた。この場合、積層方向と変位方向とは垂直の関係にあるため、圧電効果は、「横効果」を利用することとなる。また、効率をより上昇させるため、「縦効果」を利用する構成を採ることも可能である。例えば、変位方向に積層することによって、縦効果を利用することができる。例えば、単板の圧電振動子を縦方向に分極すると、駆動電圧は５００Ｖｐｐ以上が必要となる。一方、単板の圧電振動子を、０．５ｍｍ間隔で積層して、積層型圧電振動子を構成することによって、駆動電圧を１０Ｖｐｐ以下にして駆動することが可能となる。

図６は、交差指電極を取り付けた圧電振動子を示す図である。この圧電振動子６０は、交差指電極６１と、グランド電極６２を有している。このような交差指電極６１を用いて積層型圧電振動子を構成し、交差指の間隔方向に分極して超音波モータを構成することによっても、同様の効果を得ることが可能である。また、積層数が少なくて済み、工業上、有利である。

具体的には、横効果を用いた場合は、ｄ３１＝１３０×１０^−１２ｍ／Ｖ、であり、縦効果を利用した場合は、ｄ３３＝２９０×１０^−１２ｍ／Ｖであるため、縦効果を利用した場合は、横効果の約２．２倍の効率改善を図ることが可能となる。

図７Ａは、本実施形態に係る６層に積層した積層型圧電振動子による超音波モータのインピーダンス特性を示す図であり、図７Ｂは、単板の圧電振動子による超音波モータのインピーダンス特性を示す図である。両者のインピーダンス特性を比較すると、図７Ａおよび図７Ｂに示すように、６層に積層した積層型圧電振動子のインピーダンスは、単板の圧電振動子のインピーダンスよりも１桁小さい。従って、積層型圧電振動子を駆動するための入力電圧は、明らかに、単板の圧電振動子よりも小さくて済むこととなる。

図８は、本実施形態に係る超音波モータ装置の概略構成を示す図である。この超音波モータ装置８０において、積層型圧電振動子５０ａは、摺動チップ２ａが楕円運動をすることにより、駆動対象物１５を図８中、矢印ＡまたはＢの方向へスライドさせる。また、積層型圧電振動子５０ａは、図５に示したような電極を有しており、２箇所から電圧を供給され、中央の電極は接地されている。

図８において、駆動装置７０は、駆動対象物１５の位置を検出する位置センサ３１と、超音波モータ（積層型圧電振動子）５０ａを共振駆動する共振駆動装置３２と、超音波モータ５０ａを直流駆動する直流駆動装置３３と、位置センサ３１の検出信号に従って共振駆動装置３２または直流駆動装置３３に駆動指令信号を送る駆動制御装置（ＣＰＵ）３４と、を備えている。共振駆動装置３２と直流駆動装置３３は、増幅器３５ａ、３５ｂを共有している。さらに、共振駆動装置３２は、第１フィードバック制御装置３６と位相制御装置３７とを有している。直流駆動装置３３は、第２フィードバック制御装置３８と信号反転器３９とを有している。

超音波モータ５０ａは、積層型圧電振動子から構成されているため、上記のように、単板の圧電振動子より駆動電圧が小さくても同様の駆動力を発揮することが可能である。このため、増幅器３５ａ、３５ｂにおいては、従来のように昇圧部品を用いる必要がなく、増幅器３５ａ、３５ｂを小型化することが可能である。より具体的には、本実施形態に係る増幅器３５ａ、３５ｂは、従来の増幅器と比較して、大きさが１／３程度に小さくなっている。

位置センサ３１には、レーザを利用した非接触光学式センサシステムが好適に用いられる。例えば、駆動対象物１５には駆動対象物１５の位置を示すためのマーキング（図示せず）が施されており、位置センサ３１は反射光パターンから駆動対象物１５の位置を検出する。

第１フィードバック制御装置３６は、駆動制御装置（ＣＰＵ）３４から超音波モータ５０ａを共振駆動させる指令信号を受信すると、超音波モータ５０ａを共振駆動させるための共振駆動信号を発生させ、それを増幅器３５ａ、３５ｂに送る。また、第１フィードバック制御装置３６は、位置センサ３１の検出信号を受信して、駆動対象物１５の移動速度を調節する。このため第１フィードバック制御装置３６は、共振駆動信号の波形を適宜変形させる（例えば、ゼロ−ピーク電圧値を変化させる）ことができるようになっている。

第１フィードバック制御装置３６から増幅器３５ａ、３５ｂへは同一波形の共振駆動信号が出力される。このため一方の増幅器、つまり増幅器３５ａに送られる共振駆動信号は増幅器３５ａに入力される前に位相制御装置３７によって位相を９０度ずらされる。例えば、第１フィードバック制御装置３６から出力される共振駆動信号がＶ＝Ｖ_０ｓｉｎ（２πｆｔ）である場合には、増幅器３５ｂにはこのＶ＝Ｖ_０ｓｉｎ（２πｆｔ）の共振駆動信号が入力されるが、増幅器３５ａには位相制御装置３７によって位相制御されたＶ＝Ｖ_０ｃｏｓ（２πｆｔ）またはＶ＝−Ｖ_０ｃｏｓ（２πｆｔ）の共振駆動信号が入力される。

なお、第１フィードバック制御装置３６から出力される共振駆動信号はＶ＝Ｖ_０ｃｏｓ（２πｆｔ）であってもよい。この場合には、位相制御装置３７からは、Ｖ＝Ｖ_０ｓｉｎ（２πｆｔ）またはＶ＝−Ｖ_０ｓｉｎ（２πｆｔ）の共振駆動信号が出力される。

第２フィードバック制御装置３８は、駆動制御装置（ＣＰＵ）３４から超音波モータ５０ａを直流駆動させる指令信号を受け取ると、超音波モータ５０ａを直流駆動させるための直流電圧信号を発生させ、それを増幅器３５ａ、３５ｂに送る。また第２フィードバック制御装置３８は、位置センサ３１からの信号を受信して、直流電圧信号の電圧値を適宜調整して増幅器３５ａ、３５ｂに送ることができるようになっている。

第２フィードバック制御装置３８から増幅器３５ａ、３５ｂへは同じ直流電圧信号が出力される。このため増幅器３５ａに送られる直流電圧信号は増幅器３５ａに入力される前に信号反転器３９によって正負を逆転される。

以上説明したように、本実施形態によれば、単板の圧電振動子１が、拡がり振動の共振周波数と曲げ振動の共振周波数とが実質的に同一となるｗ／Ｌの値に基づいて形成されているので、他のモード、例えば、Ｌ１Ｆ２モードで駆動させる場合よりも単板の圧電振動子の主面の形状を正方形に近いものとすることができる。その結果、全体の寸法が扁平とならないため、奥行き寸法を小さくすることができる。これにより、パワー入力を従来のものよりも大きく取ることが可能となる。また、このように形成された単板の圧電振動子１を、厚さ方向に複数積層することによって、積層型圧電振動子に単板と同じ入力電圧で大きな電界強度を印加することができるので、必要な電源電圧を小さくすることが可能となる。その結果、従来の超音波モータでは必要とされていた昇圧部品を不要とすることができ、ドライバ基板の小型化を図ることが可能となる。これにより、マルチチャネル動作可能な小型ドライバシステムを実現することが可能となる。

本実施形態に係る圧電振動子の平面図である。 圧電振動子１が拡がり振動をしている様子を示す図である。 圧電振動子１が曲げ振動を起こしている様子を示す図である。 矩形型の圧電振動子を、拡がり振動モード（Expand Mode）および曲げ振動モード（Flexural Mode）で振動させたときの周波数スペクトラムを示す図である。 単板の圧電振動子を、厚さ方向に複数個積層することにより構成した積層型圧電振動子を概念的に表した図である。 交差指電極を取り付けた圧電振動子を示す図である。 本実施形態に係る６層に積層した積層型圧電振動子による超音波モータのインピーダンス特性を示す図である。 単板の圧電振動子による超音波モータのインピーダンス特性を示す図である。 本実施形態に係る超音波モータ装置の概略構成を示す図である。

符号の説明

１ 単板の圧電振動子
２ 摺動チップ
２ａ 摺動チップ
３ａ 摺動チップ
３ｂ 摺動チップ
１５ 駆動対象物
３１ 位置センサ
３２ 共振駆動装置
３３ 直流駆動装置
３５ａ 増幅器
３５ｂ 増幅器
３６ フィードバック制御装置
３７ 位相制御装置
３８ フィードバック制御装置
３９ 信号反転器
５０ 積層型圧電振動子
５０ａ 超音波モータ（積層型圧電振動子）
５１ 圧電層
５２ 内層電極
５３ 入力電極
５４ 外部取り出し電極
５５ グランド電極
６０ 圧電振動子
６１ 交差指電極
６２ グランド電極
７０ 駆動装置
８０ 超音波モータ装置

Claims (3)

1. 矩形で単板の圧電振動子を積層して積層型圧電振動子を構成し、前記積層型圧電振動子が、拡がり振動モードと曲げ振動モードとを組み合わせた多重振動モードで振動することにより駆動力を発生する超音波モータであって、
   前記単板の圧電振動子の二組の辺のうち、一方の組の辺の長さをＬとし、他方の組の辺の長さをｗとし、ｗ／Ｌを変数として、ｗ／Ｌと拡がり振動モードの共振周波数とを対応させると共に、ｗ／Ｌと曲げ振動モードの共振周波数とを対応させた場合、
   前記単板の圧電振動子は、拡がり振動の共振周波数と曲げ振動の共振周波数とが実質的に同一となるｗ／Ｌの値に基づいて形成されていると共に、
   前記単板の圧電振動子は、厚さ方向に複数積層されていることを特徴とする超音波モータ。
2. 矩形で単板の圧電振動子を積層して積層型圧電振動子を構成し、前記積層型圧電振動子が、拡がり振動モードと曲げ振動モードとを組み合わせた多重振動モードで振動することにより駆動力を発生する超音波モータであって、
   前記単板の圧電振動子の二組の辺のうち、一方の組の辺の長さをＬとし、他方の組の辺の長さをｗとし、ｗ／Ｌを変数として、ｗ／Ｌと拡がり振動モードの共振周波数とを対応させると共に、ｗ／Ｌと曲げ振動モードの共振周波数とを対応させた場合、
   前記単板の圧電振動子は、前記ｗ／Ｌの値が０．７５から０．９０の範囲に収まるように形成されていると共に、
   前記単板の圧電振動子は、厚さ方向に複数積層されていることを特徴とする超音波モータ。
3. 矩形で単板の圧電振動子を積層して積層型圧電振動子を構成し、前記積層型圧電振動子が、拡がり振動モードと曲げ振動モードとを組み合わせた多重振動モードで振動することにより駆動力を発生する超音波モータであって、
   前記単板の圧電振動子の二組の辺のうち、一方の組の辺の長さをＬとし、他方の組の辺の長さをｗとし、ｗ／Ｌを変数として、ｗ／Ｌと拡がり振動モードの共振周波数とを対応させると共に、ｗ／Ｌと曲げ振動モードの共振周波数とを対応させた場合、
   前記単板の圧電振動子は、前記ｗ／Ｌの値が実質的に０．８５となるように形成されていると共に、
   前記単板の圧電振動子は、厚さ方向に複数積層されていることを特徴とする超音波モータ。

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