JP2010142092A - Ultrasonic motor - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、例えばデジタルカメラの手振れ補正ユニットやAFレンズ等のアクチュエータとして用いられている超音波モータに関する。 The present invention relates to an ultrasonic motor used as an actuator such as a camera shake correction unit or an AF lens of a digital camera.
一般に、この種の超音波モータには、振動子である圧電素子に電圧を印加して棒状弾性体に縦振動と捻り振動を励起させて楕円振動を発生させ、この楕円振動を利用して回転体である被駆動体を回転駆動する構成のものがある。 In general, in this type of ultrasonic motor, a piezoelectric element, which is a vibrator, is applied with a voltage to excite longitudinal vibrations and torsional vibrations in a rod-like elastic body to generate elliptical vibrations. There is a configuration that rotationally drives a driven body that is a body.
このような超音波モータは、ステータを構成する棒状弾性体の側面に対向させて2個の積層型圧電素子が軸方向に対して傾斜されて配置され、この積層型圧電素子に対して電圧を印加することで、該棒状弾性体に縦振動と捻り振動を励起させ、棒状弾性体の端面に配した環状の駆動子に楕円振動を励起させる。 In such an ultrasonic motor, two stacked piezoelectric elements are arranged to be inclined with respect to the axial direction so as to face the side surface of the rod-shaped elastic body constituting the stator, and voltage is applied to the stacked piezoelectric element. By applying this, longitudinal vibration and torsional vibration are excited in the rod-shaped elastic body, and elliptical vibration is excited in the annular driver arranged on the end surface of the rod-shaped elastic body.
上記棒状弾性体には、回転軸が同軸的に設けられ、この回転軸の先端部には、上記被駆動体がばね部材を介して回転自在に組付けられ、この被駆動体がばね部材により、駆動子に対して回転自在に圧接配置される。これにより、被駆動体は、駆動子に楕円振動が励起されると、この駆動子に発生した楕円振動を駆動力として回転軸回りに回転駆動される(例えば、特許文献1参照。)。
上記超音波モータは、左右の圧電素子に同位相の交番電圧を印加すると縦振動のみが、また、逆位相の交番電圧を印加すると捻り振動をのみが発生する。そこで、90度位相差の交番電圧を印加して縦振動と捻り振動を同時に発生するようにしている。 The ultrasonic motor generates only longitudinal vibration when an alternating voltage having the same phase is applied to the left and right piezoelectric elements, and generates only torsional vibration when an alternating voltage having an opposite phase is applied. Therefore, an alternating voltage having a phase difference of 90 degrees is applied to generate longitudinal vibration and torsional vibration at the same time.
しかしながら、上記超音波モータの左右の積層型圧電素子で棒状弾性体を挟持する構造では、左右の積層型圧電素子の位相差を持った伸縮動作により、棒状弾性体には曲げモードの屈曲共振振動が発生しやすい。更に、棒状弾性体の構造によっては、棒状弾性体に捻り共振モードと屈曲共振モードの固有共振周波数が近くに存在することもありうる。このような状態で、積層型圧電素子と棒状弾性体との間で振動が漏れ、あるいは、振動は伝わるが振動の位相遅れが発生するなど積層型圧電素子と棒状弾性体との振動的一体性が弱いと、積層型圧電素子の伸縮動作にあわせ捻り振動の共振周波数帯域に屈曲振動の周波数成分が混入し、駆動子には均一な楕円振動が発生しないという不都合を有する。これによると、モータ摺動特性が低下され、モータ効率が低下されるという問題を有する。 However, in the structure in which the rod-shaped elastic body is sandwiched between the left and right laminated piezoelectric elements of the ultrasonic motor, the rod-shaped elastic body has a bending resonance vibration in a bending mode due to an expansion / contraction operation having a phase difference between the left and right laminated piezoelectric elements. Is likely to occur. Furthermore, depending on the structure of the rod-shaped elastic body, the natural resonance frequencies of the torsional resonance mode and the bending resonance mode may exist in the vicinity of the rod-shaped elastic body. In such a state, vibration is leaked between the laminated piezoelectric element and the rod-shaped elastic body, or vibration is transmitted, but a phase delay of the vibration is generated. If it is weak, the frequency component of the bending vibration is mixed in the resonance frequency band of the torsional vibration in accordance with the expansion / contraction operation of the multilayer piezoelectric element, and there is a disadvantage that uniform elliptical vibration does not occur in the driver. According to this, there is a problem that the motor sliding characteristic is lowered and the motor efficiency is lowered.
この発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、簡易な構成で、捻り振動以外の不要な屈曲振動成分の除去を図って安定した楕円振動の発生を実現して、摺動特性の向上を図り、モータ効率の向上を実現し得るようにした超音波モータを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and with a simple configuration, unnecessary bending vibration components other than torsional vibrations are removed to realize stable elliptical vibration, thereby improving sliding characteristics. An object of the present invention is to provide an ultrasonic motor that can improve motor efficiency.
この発明による棒状弾性体の側面に対向して配置された2個の積層型圧電素子の伸縮振動により、前記棒状弾性体に縦振動と捻り振動とを励起し、前記棒状弾性体の端面に設けられた駆動子に楕円振動を励起させて、該駆動子に対して前記棒状弾性体の端面に回転自在に支持された被駆動体を圧接配置して摩擦駆動する超音波モータは、前記棒状弾性体の側面に振動緩衝部を前記積層型圧電素子に対応して設けて構成した。 Longitudinal and torsional vibrations are excited in the rod-like elastic body by stretching vibration of two stacked piezoelectric elements arranged opposite to the side surfaces of the rod-like elastic body according to the present invention, and provided on the end surface of the rod-like elastic body. The ultrasonic motor which excites elliptical vibration to the driven element and presses and arranges the driven body rotatably supported on the end surface of the rod-shaped elastic body with respect to the driver is friction-driven. A vibration buffer portion was provided on the side surface of the body corresponding to the laminated piezoelectric element.
上記構成によれば、振動緩衝部は、棒状弾性体の捻り振動を伝達し、捻り振動以外の不要な屈曲振動による変位を低減して、縦振動共振周波数と捻り振動共振周波数との一致が図れて、駆動子の接触面に励起される楕円振動を安定化させる。これにより、高効率な摺動特性が得られて、モータ効率の向上が図れる。 According to the above configuration, the vibration buffer transmits the torsional vibration of the rod-like elastic body, reduces displacement due to unnecessary bending vibration other than torsional vibration, and matches the longitudinal vibration resonance frequency and the torsional vibration resonance frequency. Thus, the elliptical vibration excited on the contact surface of the driver is stabilized. Thereby, highly efficient sliding characteristics can be obtained, and motor efficiency can be improved.
以上述べたように、この発明によれば、簡易な構成で、捻り振動以外の不要な屈曲振動成分の除去を図って安定した楕円振動の発生を実現して、摺動特性の向上を図り、モータ効率の向上を実現し得るようにした超音波モータを提供することができる。 As described above, according to the present invention, with a simple configuration, it is possible to remove unnecessary bending vibration components other than torsional vibrations and to generate stable elliptical vibrations, thereby improving sliding characteristics. An ultrasonic motor capable of improving motor efficiency can be provided.
以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1及び図2は、この発明の一実施の形態に係る超音波モータを示すもので、図1は、正面側から見た状態を示し、図2は、棒状弾性体10を側面側から見た状態を示す。
1 and 2 show an ultrasonic motor according to an embodiment of the present invention. FIG. 1 shows a state seen from the front side, and FIG. 2 shows the rod-like
即ち、上記棒状弾性体10は、金属材料、例えば黄銅で円柱状に形成され、第1の弾性部101と第2の弾性部102とが溝部103を挟んで括れ形状に連設されている。この棒状弾性体10は、その全長が、例えば縦振動振幅に対応され、その第1の弾性部101の長さ寸法が捻り振動振幅に対応される(図3参照)。そして、第1の弾性部101には、その側面に、例えば2個の積層型圧電素子11が軸方向に対して所定の傾斜角を有して対向して設けられる。
That is, the rod-like
また、棒状弾性体10の第1の弾性部には、その側面における2個の積層型圧電素子11に対応する捻り振動の腹近傍(屈曲振動の節位置近傍)に振動緩衝部を構成する凹部9が柱状弾性体10の縦振動方向と直交する方向に延設されてそれぞれ設けられる。この凹部9は、少なくとも積層型圧電素子11を棒状弾性体10の第1の弾性部101の端面(駆動子面)に向けて投影した領域が含まれる。
Further, the first elastic portion of the rod-shaped
これにより、棒状弾性体10の第1の弾性部101の凹部9は、捻り振動周波数領域において、例えば図4に示す不要な屈曲振動成分が発生すると、該不要な屈曲振動成分を縦振動方向と垂直な方向に減衰し、棒状弾性体10の第1の弾性部101の端面に安定した楕円振動を励起させる。
Thereby, if the unnecessary bending vibration component shown in FIG. 4, for example, is generated in the
さらに、上記棒状弾性体10には、その第1の弾性部101の端面の略中心部に回転軸12の基端が同軸的に突設される。そして、この棒状弾性体10の第1の弾性部101の端面には、例えばセラミック材料、樹脂材料等で形成されたリング状の駆動子13が取付けられる。
Further, the rod-shaped
この駆動子13は、2個の積層型圧電素子11に位相の異なる交番電圧が印加されて棒状弾性体10に縦振動及び捻り振動が同時に励起されると、その縦振動以外の不要な屈曲振動成分が取除かれた状態で楕円振動が励起される。
When an alternating voltage having a different phase is applied to the two laminated
この積層型圧電素子11は、例えば内部電極が焼結時の温度に耐えうる銀パラジウム等の高融点な導電性材料を、例えばスクリーン印刷等の手法により形成され、厚さ寸法が10〜200μm程度の圧電材料が10mm程度の寸法に積層されて形成される。
The multilayer
また、上記回転軸12には、ロータを構成する被駆動体14が回転自在に挿通された後、ばね部材15、ばね押さえ部材16が順に挿着され、例えば先端部に設けた螺子部(図示せず)にナット部材17が螺着される。これにより、被駆動体14は、ナット部材17の螺合調整により、ばね押さえ部材16がばね部材15のばね力を可変させることで、2個の駆動子13の各接触面に対する圧接力が調整される。
Further, after the driven
上記構成において、棒状弾性体10は、その2個の積層型圧電素子11に対して位相の異なる交番電圧が印加されると、縦振動と捻り振動が同時に励起され、駆動子13に楕円振動が励起される。この際、棒状弾性体10は、捻り振動周波数領域に屈曲振動が発生すると、その凹部9が、図5に示すように振動緩衝作用を奏して屈曲振動による変位を低減させて、捻り振動共振周波数と縦振動共振周波数の一致を図る。
In the above configuration, when an alternating voltage having a different phase is applied to the two laminated
これにより、棒状弾性体10の第1の弾性部101の端面に配した駆動子13は、不要な屈曲振動の影響を受けることなく、安定した楕円振動が励起され、該楕円振動を駆動力として圧接配置される被駆動体14を所望の摺動特性で回転駆動する。これにより、高効率な摺動特性が得られて、高いモータ効率を得ることができる。
As a result, the
このように、上記超音波モータは、棒状弾性体10の側面に凹部9を積層型圧電素子11に対応して設け、この凹部9で棒状弾性体10の捻り振動の励起による捻り振動以外の不要な屈曲振動による変位を低減して、縦振動共振周波数と捻り振動共振周波数との一致を図るように構成した。
As described above, the ultrasonic motor is provided with the
これによれば、棒状弾性体10の第1の弾性部101の端面の駆動子13に高精度で安定した楕円振動を励起することができることにより、高効率な摺動特性が得られるため、モータ効率の向上が図れる。
According to this, since the highly accurate and stable elliptical vibration can be excited on the
また、上記実施の形態では、棒状弾性体10の第1の弾性部101に配した凹部9を一つの溝構造として構成した場合について説明したが、この発明は、これに限ることなく、その他、例えば図6乃至図10に示すように凹部91〜95を構成するようにしてもよく、同様の効果が期待される。但し、この図6乃至図10に示す各実施の形態においては、上記図1乃至図5に示す構成と同一部分について同一符号を付して、その詳細な説明を省略する。
Moreover, although the said embodiment demonstrated the case where the
図6に示す凹部91は、複数個の溝911を、隔壁912を用いて幅間隔を有して並設して構成した。
The
図7に示す凹部92は、複数個の溝921を、隔壁922を用いて異なる幅間隔を有して並設して構成した。
The
図8に示す凹部93は、複数個の溝931を、例えば両面が先端方向に傾斜されて、先端方向に尖った隔壁932を用いて所定の幅間隔に並設して構成した。
The
図9に示す凹部94は、複数個の溝941を、例えば両面が先端方向に傾斜されて、先端方向に尖った隔壁942を用いて異なる幅間隔に並設して構成した。
The
図10に示す凹部95は、複数個の溝951を、例えば一方面のみが先端方向に傾斜されて、先端方向に尖った隔壁952を用いて異なる幅間隔に並設して構成した。
The
なお、この図10に示す凹部95の複数個の溝951を構成する隔壁952の隔壁構造は、上記図8及ぶ図9に示す凹部93,94における隔壁932,942おいても適用してもよい。
10 may be applied to the partition walls 932 and 942 in the
また、上記各実施の形態では、棒状弾性体10を円柱状に形成して構成した場合について説明したが、これに限ることなく、角柱形状に形成して構成することも可能で、同様に有効な効果が期待される。
In each of the above embodiments, the case where the rod-like
さらに、この発明は、上記実施の形態に限ることなく、その他、例えば上記棒状弾性体10の第1の弾性部101に形成した凹部9(91,92,93,94,95)にゴム材や樹脂材等の緩衝機能を奏する振動減衰材を埋設するようにしてもよい。これによれば、さらに良好な緩衝効果を期待することができる。
Furthermore, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and, for example, a rubber material or the like is provided in the concave portion 9 (91, 92, 93, 94, 95) formed in the first
よって、この発明は、上記実施の形態に限ることなく、その他、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々の変形を実施し得ることが可能である。さらに、上記実施の形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組合せにより種々の発明が抽出され得る。 Therefore, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention at the stage of implementation. Further, the above embodiments include inventions at various stages, and various inventions can be extracted by appropriately combining a plurality of disclosed constituent elements.
例えば実施の形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。 For example, even if some constituent requirements are deleted from all the constituent requirements shown in the embodiment, the problem described in the column of the problem to be solved by the invention can be solved, and the effect described in the effect of the invention can be obtained. In such a case, a configuration in which this configuration requirement is deleted can be extracted as an invention.
9…凹部、10…棒状弾性体、101…第1の弾性部、102…第2の弾性部、103…溝部、11…積層型圧電素子、12…回転軸、13…駆動子、14…被駆動体、15…ばね部材、16…ばね押さえ部材、17…ナット部材、91,92,93,94,95…凹部、911,921,931,941,951…溝、912,922,932,942,952…隔壁。
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記棒状弾性体の側面に振動緩衝部を前記積層型圧電素子に対応して設けたことを特徴とする超音波モータ。 The longitudinal vibration and the torsional vibration are excited in the rod-like elastic body by the stretching vibration of the two laminated piezoelectric elements arranged facing the side surfaces of the rod-like elastic body, and the drive provided on the end surface of the rod-like elastic body An ultrasonic motor that excites elliptical vibration in a child and frictionally drives a driven member that is rotatably supported on an end face of the rod-like elastic body with respect to the driver;
An ultrasonic motor characterized in that a vibration buffer portion is provided on a side surface of the rod-shaped elastic body so as to correspond to the laminated piezoelectric element.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008318923A JP2010142092A (en) | 2008-12-15 | 2008-12-15 | Ultrasonic motor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2008318923A JP2010142092A (en) | 2008-12-15 | 2008-12-15 | Ultrasonic motor |
Publications (1)
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JP2010142092A true JP2010142092A (en) | 2010-06-24 |
Family
ID=42351703
Family Applications (1)
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JP2008318923A Withdrawn JP2010142092A (en) | 2008-12-15 | 2008-12-15 | Ultrasonic motor |
Country Status (1)
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JP (1) | JP2010142092A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109951103A (en) * | 2019-04-09 | 2019-06-28 | 哈尔滨工业大学 | A kind of the ultraprecise movement hexapod robot and its motivational techniques of Piezoelectric Driving |
-
2008
- 2008-12-15 JP JP2008318923A patent/JP2010142092A/en not_active Withdrawn
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN109951103A (en) * | 2019-04-09 | 2019-06-28 | 哈尔滨工业大学 | A kind of the ultraprecise movement hexapod robot and its motivational techniques of Piezoelectric Driving |
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Legal Events
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