JP2010158143A - Ultrasonic motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧電振動子を用いて移動子を駆動する超音波モータに関する。 The present invention relates to an ultrasonic motor that drives a moving element using a piezoelectric vibrator.
最近、カメラのオートフォーカスや手ぶれ補正のためのレンズ駆動に小形の超音波モータが広く使用されている。また、磁界の影響を無くした、いわゆるXYステージと呼ばれる平面状の基盤の駆動にも、騒音が少なく電磁ノイズの発生が少ないことから、各種の超音波モータが使用されている。
そして、近年の超音波モータには、さらなる小型化のほか、正方向および逆方向への移動子の容易な切り替え駆動が要求されている。
Recently, a small ultrasonic motor is widely used for driving a lens for camera autofocus and camera shake correction. Various ultrasonic motors are also used for driving a flat substrate called an XY stage, which is free from the influence of a magnetic field, because it generates less noise and less electromagnetic noise.
In recent ultrasonic motors, in addition to further miniaturization, an easy switching drive of the moving element in the forward direction and the reverse direction is required.
下記特許文献1(特に図3を参照)には、厚さ方向に分極された圧電セラミック矩形板の一方の面を矩形配列状に4等分する電極が形成され、互いに対角の位置にある電極同士が電気的に接続されて駆動電極とされ、他方の面には全面電極が施された超音波モータが開示されている。
圧電セラミック矩形板は、長さ方向縦振動の1次共振モードの共振周波数と面内幅方向屈曲振動の2次共振モードの共振周波数をほぼ一致させる幅寸法と長さ寸法に選定されている。
In Patent Document 1 (see FIG. 3 in particular), electrodes that divide one surface of a piezoelectric ceramic rectangular plate polarized in the thickness direction into four equal parts in a rectangular array are formed at diagonal positions. An ultrasonic motor is disclosed in which electrodes are electrically connected to form a drive electrode and the other surface is provided with a full-surface electrode.
The piezoelectric ceramic rectangular plate is selected to have a width dimension and a length dimension that substantially match the resonance frequency of the primary resonance mode of longitudinal vibration in the longitudinal direction and the resonance frequency of the secondary resonance mode of in-plane width direction bending vibration.
この発明では、一方の駆動電極と共通アース電極との間に、共振周波数に等しい第1の正弦波電圧を印加し、他方の駆動電極と共通アース電極との間に、第1の正弦波電圧と90度位相が異なる第2の正弦波電圧を印加する。そして、圧電セラミック矩形板の長さ方向の縦振動と幅方向の屈曲振動を同時に発生させ、その合成として圧電セラミック矩形板の両短辺の中央部分に楕円振動を発生させ、短辺の中央部に形成された突起部が押圧される移動子を圧電セラミック矩形板の短辺方向に移動させる。
駆動電圧およびの一方の駆動電圧の位相を180度変化させるか、あるいは、駆動電圧を印加する電極を切り替えることにより、突起部に発生する楕円振動の向きが逆転し、その結果、移動子の移動方向を逆向きにすることができる。
In the present invention, a first sine wave voltage equal to the resonance frequency is applied between one drive electrode and the common ground electrode, and a first sine wave voltage is applied between the other drive electrode and the common ground electrode. A second sine wave voltage having a phase difference of 90 degrees is applied. Then, the longitudinal vibration in the length direction and the bending vibration in the width direction of the piezoelectric ceramic rectangular plate are generated at the same time, and as a synthesis, elliptical vibration is generated in the central portion of both short sides of the piezoelectric ceramic rectangular plate, The mover that presses the protrusion formed on is moved in the short side direction of the piezoelectric ceramic rectangular plate.
By changing the phase of the drive voltage and one of the drive voltages by 180 degrees, or by switching the electrode to which the drive voltage is applied, the direction of the elliptical vibration generated in the protrusion is reversed, and as a result, the movement of the slider The direction can be reversed.
しかし、下記特許文献1に開示されている従来の超音波モータでは、楕円振動を利用して移動子に駆動力を加えているため、直交する二つの振動モードの共振周波数を高い精度で合わせる必要があり、精度の高い加工が必要になり、製造が難しいという問題がある。さらに、かかる従来の超音波モータの場合には、振動モードとして縦振動と横振動を利用しているため、共振周波数の温度特性が異なり、周囲温度の変化によりこれらの共振周波数に差が生じて超音波モータの特性が劣化するという問題がある。
However, in the conventional ultrasonic motor disclosed in
また、下記特許文献2には、縦方向に展延する区画面によって矩形状の圧電プレートを2個の同一部分に分割し、その一方に非対称的な二次元定在波を発生させて、圧電プレートの長い端部面の中心に配置された摩擦要素によって移動子に運動エネルギーを伝達する超音波モータが記載されている。
かかる発明は、単相の正弦波を圧電プレートに印加して、一つの共振周波数を用いて駆動する方式であることから、周囲温度の変化により超音波モータの特性が劣化することがない。
Further, in
Since this invention is a system in which a single-phase sine wave is applied to a piezoelectric plate and driven using a single resonance frequency, the characteristics of the ultrasonic motor do not deteriorate due to changes in ambient temperature.
しかしながら、上記特許文献2に記載の発明では、正方向と逆方向とに切り替え可能な駆動力を、区画面によって左右に分割された圧電プレートの非対称的な二次元定在波によって得るためには、摩擦要素を長辺の中心に配置することが必須となる。これは、同文献の図6に示すとおり、区画面の片側の分割部分(アクティブ側)のみに着目した場合にはその共振モードは単純な面の伸縮振動であるところ、区画面の反対側(パッシブ側)の分割部分の剛性を利用して、境界部分にあたる長辺の中心に、正方向と逆方向とに切り替え可能な駆動力を発生させているためである。したがって、上記発明では、パッシブ側の剛性による拘束力により、長辺の中心における変位量を大きく得ることはできず、摩擦要素のストロークを十分に確保することが困難であるため、移動子の駆動効率に問題があった。
However, in the invention described in
本発明は、上記従来の超音波モータの問題点に鑑みてなされたものであり、単相の交番電圧によって移動子を正逆方向に駆動することが可能であって、かつ高い駆動効率を得ることのできる超音波モータを提供するものである。 The present invention has been made in view of the problems of the conventional ultrasonic motor described above, and is capable of driving the moving element in the forward and reverse directions by a single-phase alternating voltage and obtaining high driving efficiency. It is an object of the present invention to provide an ultrasonic motor.
本発明の超音波モータは、厚さ方向に分極され、第一コーナー部および第二コーナー部を少なくとも有する板状をなす圧電振動子を、交番電圧の印加により弾性的に共振させて、移動子を正方向および逆方向に駆動する超音波モータであって、
前記圧電振動子は前記共振によるモード形状が前記第一コーナー部と前記第二コーナー部とで非対称であり、
前記圧電振動子は、一方の主面が複数の領域に分割されて駆動電極が前記領域にそれぞれ個別に形成され、他方の主面にアース電極が形成され、
前記複数より選択された前記駆動電極のいずれかと前記アース電極との間に前記交番電圧が印加されることにより、前記共振による最大変位を生じるコーナー部が前記第一コーナー部または前記第二コーナー部に切り替えられるとともに、
前記移動子を正方向に駆動する第一付勢部と、前記移動子を逆方向に駆動する第二付勢部が、前記第一コーナー部と前記第二コーナー部とにそれぞれ設けられていることを特徴とする。
The ultrasonic motor according to the present invention includes a movable body that is elastically resonated by applying an alternating voltage to a piezoelectric vibrator that is polarized in the thickness direction and has a plate shape having at least a first corner portion and a second corner portion. An ultrasonic motor that drives the motor in the forward and reverse directions,
In the piezoelectric vibrator, a mode shape by the resonance is asymmetric between the first corner portion and the second corner portion,
In the piezoelectric vibrator, one main surface is divided into a plurality of regions, drive electrodes are individually formed in the regions, and a ground electrode is formed on the other main surface.
When the alternating voltage is applied between any one of the plurality of drive electrodes selected from the plurality and the ground electrode, the corner portion causing the maximum displacement due to the resonance is the first corner portion or the second corner portion. As well as
A first urging portion that drives the moving element in the forward direction and a second urging portion that drives the moving element in the reverse direction are provided in the first corner portion and the second corner portion, respectively. It is characterized by that.
また本発明の超音波モータにおいては、より具体的な実施の態様として、前記駆動電極が、前記交番電圧が常時印加される共通駆動電極と、前記交番電圧が選択的に印加される選択駆動電極とを含んでもよい。 In the ultrasonic motor of the present invention, as a more specific embodiment, the drive electrode includes a common drive electrode to which the alternating voltage is constantly applied, and a selective drive electrode to which the alternating voltage is selectively applied. And may be included.
また本発明の超音波モータにおいては、より具体的な実施の態様として、前記第一コーナー部が形成された領域と、前記第二コーナー部が形成された領域に、前記選択駆動電極がそれぞれ形成されていてもよい。 Further, in the ultrasonic motor of the present invention, as a more specific embodiment, the selective drive electrodes are respectively formed in a region where the first corner portion is formed and a region where the second corner portion is formed. May be.
前記第一コーナー部が形成された領域と、前記第二コーナー部が形成された領域に、前記共通駆動電極がともに形成されていてもよい。 The common drive electrode may be formed in a region where the first corner portion is formed and a region where the second corner portion is formed.
また本発明の超音波モータにおいては、より具体的な実施の態様として、前記一方の主面が、矩形状の前記圧電振動子の辺に平行な直線で4等分した前記領域に分割されて、前記共通駆動電極または前記選択駆動電極が前記領域にそれぞれ形成されていてもよい。 In the ultrasonic motor of the present invention, as a more specific embodiment, the one main surface is divided into four regions divided by a straight line parallel to the side of the rectangular piezoelectric vibrator. The common drive electrode or the selective drive electrode may be formed in each of the regions.
また本発明の超音波モータにおいては、より具体的な実施の態様として、前記一方の主面が、矩形状の前記圧電振動子の二本の対角線で4個の前記領域に分割されて、隣り合う前記領域に前記共通駆動電極と前記選択駆動電極とが交互に配置されていてもよい。 In the ultrasonic motor of the present invention, as one more specific embodiment, the one main surface is divided into four regions by two diagonal lines of the rectangular piezoelectric vibrator, and is adjacent to the region. The common drive electrodes and the selective drive electrodes may be alternately arranged in the matching regions.
また本発明の超音波モータにおいては、より具体的な実施の態様として、前記第一付勢部が、一の前記選択駆動電極を挟む二つの前記第一コーナー部に設けられ、
前記第二付勢部が、他の前記選択駆動電極を挟む二つの前記第二コーナー部に設けられていてもよい。
Moreover, in the ultrasonic motor of the present invention, as a more specific embodiment, the first urging portion is provided in two first corner portions sandwiching one of the selection drive electrodes,
The second urging portion may be provided in the two second corner portions sandwiching the other selective drive electrode.
また本発明の超音波モータにおいては、より具体的な実施の態様として、前記圧電振動子が矩形状であって、互いに隣り合う前記第一コーナー部および前記第二コーナー部と、他の二つのコーナー部とを含み、
前記第一付勢部を駆動する一の前記選択駆動電極が、前記第一コーナー部が形成された領域とは異なる領域に形成され、
前記第二付勢部を駆動する他の前記選択駆動電極が、前記第二コーナー部が形成された領域とは異なる領域に形成されていてもよい。
In the ultrasonic motor of the present invention, as a more specific embodiment, the piezoelectric vibrator has a rectangular shape, the first corner portion and the second corner portion adjacent to each other, and the other two Including corners,
The one selective drive electrode for driving the first urging portion is formed in a region different from the region in which the first corner portion is formed,
The other selective drive electrode for driving the second urging portion may be formed in a region different from the region in which the second corner portion is formed.
なお、本発明の各種の構成要素は、個々に独立した存在である必要はなく、複数の構成要素が一個の部材として形成されていること、一つの構成要素が複数の部材で形成されていること、ある構成要素が他の構成要素の一部であること、ある構成要素の一部と他の構成要素の一部とが重複していること、等でもよい。 Note that the various components of the present invention do not have to be individually independent, that a plurality of components are formed as one member, and one component is formed of a plurality of members. It may be that a certain component is a part of another component, a part of a certain component overlaps a part of another component, and the like.
本発明の超音波モータは、駆動電極の選択によって、圧電振動子の共振による最大変位を生じるコーナー部が切り替えられるため、単相の交番電圧によって移動方向の正逆の切り替えができる。このため、温度変化による特性の劣化の問題のない超音波モータを提供することができる。
さらに、本発明の超音波モータでは、移動子を駆動する付勢部を、共振による最大変位が生じるコーナー部に設けていることから、付勢部のストロークが十分に確保されて高い駆動効率を得ることができる。
In the ultrasonic motor of the present invention, the corner portion that causes the maximum displacement due to the resonance of the piezoelectric vibrator is switched by the selection of the drive electrode. Therefore, it is possible to provide an ultrasonic motor that does not have a problem of deterioration of characteristics due to temperature changes.
Furthermore, in the ultrasonic motor of the present invention, the urging portion for driving the moving element is provided at the corner portion where the maximum displacement due to resonance occurs, so that the stroke of the urging portion is sufficiently ensured and high driving efficiency is achieved. Obtainable.
<第一実施形態>
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
図1は、本発明の第一の実施形態にかかる超音波モータ10の構造を示す概略図である。
はじめに、本実施形態の超音波モータ10の概要について説明する。
<First embodiment>
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In all the drawings, the same reference numerals are given to the same components, and the description will be omitted as appropriate.
FIG. 1 is a schematic view showing the structure of an
First, the outline | summary of the
超音波モータ10は、厚さ方向に分極され第一コーナー部23および第二コーナー部24を少なくとも有する板状をなす圧電振動子(圧電セラミック正方形板101)を、交番電圧の印加により弾性的に共振させて、移動子107を正方向および逆方向に駆動するものである。
圧電セラミック正方形板101は、共振によるモード形状が第一コーナー部23と第二コーナー部24とで非対称である。
圧電セラミック正方形板101の一方の主面(主面30)は、複数の領域A、B、C、Dに分割されて駆動電極(分割電極41a〜41d)が各領域にそれぞれ個別に形成され、他方の主面(主面35)にアース電極(共通アース電極102)が形成されている。
超音波モータ10は、複数(領域A〜Dの四つ)より選択された分割電極41a〜41dのいずれかと共通アース電極102との間に交番電圧が印加されることにより、共振による最大変位を生じるコーナー部が、第一コーナー部23または第二コーナー部24に切り替えられる。
そして、移動子107を正方向に駆動する第一付勢部(摩擦要素103)と、移動子を逆方向に駆動する第二付勢部(摩擦要素104)が、第一コーナー部23と第二コーナー部24とにそれぞれ設けられている。
The
In the piezoelectric ceramic
One main surface (main surface 30) of the piezoelectric ceramic
The
The first urging portion (friction element 103) that drives the moving
なお、本実施形態において、コーナー部とは、圧電セラミック正方形板101の頂点を含む所定の広がりをもつ領域を意味する。
また、分割電極41a〜41dは、各領域A、B、C、Dの全面に形成されてもよく、またはそれぞれの一部領域に形成されてもよい。
また、本実施形態において、圧電セラミック正方形板101が領域に分割されているとは、圧電セラミック正方形板101がその主面30に複数枚の電極を備えていることを意味するものであり、圧電セラミック正方形板101自体が明示的な区画表示を有していることを必ずしも要しない。
In the present embodiment, the corner portion means a region having a predetermined spread including the apex of the piezoelectric ceramic
The divided
In the present embodiment, the fact that the piezoelectric ceramic
また、共振時の圧電セラミック正方形板101のモード形状が第一コーナー部23と第二コーナー部24とで非対称であるとは、圧電セラミック正方形板101に対して共振周波数の交番電圧を駆動電圧として印加した場合に、第一コーナー部23と第二コーナー部24に生じる変位量が互いに相違することをいう。
In addition, the mode shape of the piezoelectric ceramic
次に、本実施形態の超音波モータ10について詳細に説明する。
圧電セラミック正方形板101は矩形状であり、さらに具体的には、その主面30が正方形である。そして、互いに隣り合う第一コーナー部23および第二コーナー部24と、他の二つのコーナー部21,22とを含んでいる。
Next, the
Piezoelectric ceramic
圧電セラミック正方形板101の主面30は、辺31〜34に平行な直線で4等分した領域A、B、C、Dに分割されて、4個の駆動電極(分割電極41a〜41d)が形成されている。
The
圧電セラミック正方形板101の主面35に形成されたアース電極は、領域A〜Dにそれぞれ対向して個別に形成されていてもよく、または領域A〜Dのうち二つ以上にまたがって形成されていてもよい。本実施形態のアース電極は、圧電セラミック正方形板101の他の主面35において四つの領域A〜Dにまたがって設けられた共通アース電極102として形成されている。
そして、共通アース電極102は、圧電振動子(圧電セラミック正方形板101)の他方の主面35の全面に形成されている。
The ground electrode formed on the
The
移動子107を駆動するための付勢部(第一付勢部、第二付勢部)は、移動子107と係合してこれを駆動するものであれば特に限定されない。
付勢部は、圧電セラミック正方形板101の所定のコーナー部に対して、摩擦要素などの係合要素を取り付けて作製してもよい。この場合、摩擦要素の材料は特に限定されないが、アルミナなどのセラミック材料を一例として挙げることができる。または、コーナー部の側面を粗面化処理して付勢部を作製してもよい。すなわち、付勢部は、圧電セラミック正方形板101と別部材として作製してもよく、圧電セラミック正方形板101自体を加工して形成してもよい。
The urging unit (the first urging unit and the second urging unit) for driving the moving
The biasing portion may be manufactured by attaching an engagement element such as a friction element to a predetermined corner portion of the piezoelectric ceramic
このほか、移動子107を粗面化処理するなどして移動子107の側に係合要素を設けてもよい。この場合は、圧電セラミック正方形板101の第一コーナー部23および第二コーナー部24を素地のまま付勢部として用いることができる。
すなわち、本実施形態において第一または第二付勢部が圧電セラミック正方形板101のコーナー部に設けられているとは、当該コーナー部に係合要素を設ける場合と、当該コーナー部を素地のまま付勢部として用いる場合とを含む。
In addition, an engaging element may be provided on the moving
That is, in the present embodiment, the first or second urging portion is provided at the corner portion of the piezoelectric ceramic
本実施形態の付勢部は、アルミナ製の摩擦要素103および104を、圧電セラミック正方形板101のうち、同図に示す下側の第一コーナー部23および第二コーナー部24より対角線方向に突出して取り付けている。そして、摩擦要素103または104を切り替えて移動子107の摩擦表面に押圧することにより、移動子107を正方向または逆方向に駆動する。
The urging portion of the present embodiment projects the
移動子107は、ローラーなどの摺動機構108により、ベース109の上を自在に移動可能な状態で支持されている。
超音波モータ10は、圧電セラミック正方形板101を支持する支持部(支持具105)をさらに備えている。本実施形態では、支持具105は圧電セラミック正方形板101の中央の円孔42に取り付けられて、圧電セラミック正方形板101の主面30の中心G(図2を参照)を空間に対して回転および並進不可能に剛固定している。
支持具105は、少なくとも圧電セラミック正方形板101と接触する外表面が、圧電セラミック正方形板101よりもヤング率の低い硬質ゴムなどの樹脂材料によって形成されている。これにより、交番電圧が印加されて圧電セラミック正方形板101が弾性的に共振した際に円孔42の内径が拡大または縮小したとしても、圧電セラミック正方形板101の振動を抑制することなく、安定して圧電セラミック正方形板101を支持することができる。
The moving
The
The
そして、圧電セラミック正方形板101の中央部に設けられた支持具105は、弾性部材106を介してベース109に連結されている。摩擦要素103および104は、弾性部材106の付勢力をうけて移動子107の表面に当接し、または所定の押圧力で押し付けられて常時接触している。
The
スイッチSW1は、駆動電圧を印加する電極を切り替える。スイッチSW1のコモン端子S0は、常に発振器110の出力端子111に接続され、同時に分割電極41aおよび41bに接続されている。ここで、分割電極41aおよび41bは、圧電セラミック正方形板101上で電極パターンにより互いに電気的に接続されている。
また、端子S1は分割電極41cと接続され、端子S2は分割電極41dと接続されている。発振器110の電源は、内部抵抗R0、出力電圧V0の交番電圧であり、具体的には正弦波電圧である。かかる正弦波の周波数は、圧電セラミック正方形板101の共振周波数に設定されている。すなわち、本実施形態の超音波モータ10は、発振器110により調整された周波数の正弦波電圧が印加される他励方式である。
この状態で、スイッチSW1を端子S1側に倒すと、駆動電圧は分割電極41a、41bおよび41cに印加される。一方、スイッチSW1を端子S2側に倒すと、駆動電圧は分割電極41a、41bおよび41dに印加される。
The switch SW1 switches the electrode to which the drive voltage is applied. The common terminal S0 of the switch SW1 is always connected to the
The terminal S1 is connected to the divided
In this state, when the switch SW1 is tilted toward the terminal S1, the drive voltage is applied to the divided
すなわち、本実施形態の超音波モータ10は、駆動電極(分割電極41a〜41d)として、交番電圧が常時印加される共通駆動電極と、交番電圧が選択的に印加される選択駆動電極と、を含んでいる。
本実施形態の超音波モータ10では、分割電極41a、41bが共通駆動電極にあたり、分割電極41c、41dが選択駆動電極にあたる。
That is, the
In the
そして、後述するように、本実施形態の超音波モータ10では、駆動電圧を領域A,B,C、すなわち分割電極41a、41bおよび41cにL字状に印加することにより、圧電セラミック正方形板101は共振して、領域Dのコーナー部である第二コーナー部24が最大変位を示す。また、駆動電圧を領域A,B,D、すなわち分割電極41a、41bおよび41dにL字状に印加することにより、圧電セラミック正方形板101の共振モードは図1の左右方向に反転して、領域Cのコーナー部である第一コーナー部23が最大変位を示す。
As will be described later, in the
本実施形態では、第一コーナー部23が形成された領域Cと、第二コーナー部24が形成された領域Dに、選択駆動電極がそれぞれ形成されている。
すなわち、領域Cに形成された分割電極41cと、領域Dに形成された分割電極41dが、択一的に駆動電圧が印加される第一および第二選択駆動電極として用いられる。
In this embodiment, the selective drive electrodes are formed in the region C where the
That is, the divided
また、本実施形態の超音波モータ10では、第一付勢部(摩擦要素103)を駆動するのは第二選択駆動電極(分割電極41d)である。第二選択駆動電極は、第二コーナー部24が形成された領域Dに形成されている。そして、第一選択駆動電極(分割電極41c)は、第一コーナー部23が形成された領域Cに形成されている。
すなわち、本実施形態では、第一付勢部(摩擦要素103)を駆動する第二選択駆動電極(分割電極41d)は、第一コーナー部23が形成された領域(領域C)とは異なる領域に形成されている。また、第二付勢部(摩擦要素104)を駆動する第一選択駆動電極(分割電極41c)は、第二コーナー部24が形成された領域Dとは異なる領域に形成されている。
Moreover, in the
That is, in the present embodiment, the second selective drive electrode (divided
<動作原理>
以下、本実施形態の圧電セラミック正方形板101に正弦波電圧を印加した場合に生じる共振モードと、コーナー部21〜24の変位について詳説する。
<Operating principle>
Hereinafter, the resonance mode that occurs when a sine wave voltage is applied to the piezoelectric ceramic
図2は、本実施形態の超音波モータ10に用いられる圧電セラミック正方形板101の模式的な構造図である。同図(a)は圧電セラミック正方形板101の平面図であり、同図(b)は立面図である。同図(b)に矢印で示すように、圧電セラミック正方形板101は厚さ方向に分極されている。
かかる圧電セラミック正方形板101を、辺に平行な直線で4等分した領域A、B、C、Dの一方の面に、4個の分割電極41a〜41dを形成し、他方の面に全面電極を形成して共通アース電極102としている。なお、図2では、便宜上、分割電極41a〜41dを互いに電気的に分離して図示しているが、図1に示したように分割電極41aと41bとは互いに連結されていてもよい。
そして、4個の分割電極のうちの3個を駆動電極とし、残る1個の分割電極を開放電極として、共通アース電極102との間に所定の周波数の交流電圧を印加する。本実施形態は、圧電セラミック正方形板101の中心Gと、3個の駆動電極のうちの中央の分割電極が形成された領域のコーナー部とを結ぶ方向の変形量が、圧電セラミック正方形板101の中心Gとその他の頂点とを結ぶ方向の変形量と比較して格段に大きくなるという現象を利用したものである。
FIG. 2 is a schematic structural diagram of the piezoelectric ceramic
Four divided
Then, three of the four divided electrodes are used as drive electrodes, the remaining one divided electrode is used as an open electrode, and an AC voltage having a predetermined frequency is applied between the
言い換えると、本実施形態は、圧電セラミック正方形板101の中心Gを通り、共通駆動電極(分割電極41aおよび41b)の全体を二等分する中心線CLに関して、圧電セラミック正方形板101の共振時の変位モードが非対称になることを利用して移動子107を正逆方向に切り替え駆動するものである。
In other words, the present embodiment relates to the center line CL that passes through the center G of the piezoelectric ceramic
図3は、図2の圧電セラミック正方形板の4個の分割電極のうちの任意の3個を電気的に接続した場合の、共通アース電極102との間のインピーダンスの周波数特性に関するシミュレーション結果の一例を示す図である。
図3から分かるように、インピーダンスが極小値を示す周波数が二つ現れている。共振周波数の低い方をfr1、高い方をfr2とする。
FIG. 3 shows an example of a simulation result regarding the frequency characteristics of the impedance with the
As can be seen from FIG. 3, two frequencies at which the impedance has a minimum value appear. The lower resonance frequency is fr1, and the higher resonance frequency is fr2.
図4(a),(b)は、分割電極41a、41cおよび41dを駆動電極とし、共通アース電極102(図2を参照)との間に、周波数fr1の正弦波電圧を印加した場合のFEM解析により得られた圧電セラミック正方形板101の変形の状態を示す変位モード図である。同図(a)は最大伸び変形の状態を示し、同図(b)は最大縮み変形の状態を示している。なお、図4各図に示す変位モード図では、変位量の大きい部位を濃色で示し、変位量の少ない部位を淡色で示している。
4A and 4B show FEMs when a sine wave voltage having a frequency fr1 is applied between the divided
図4から分かるように、L字型に並ぶ3個の分割電極41a、41cおよび41dのうちの中央の分割電極41dが形成された領域D(図2を参照)の第二コーナー部24の近傍の変形が、それ以外のコーナー部21〜23の近傍の変位に比べて際立って大きくなっている。
As can be seen from FIG. 4, in the vicinity of the
一方、図5(a),(b)は、上記3個の分割電極41a、41cおよび41dと共通アース電極102との間に印加する正弦波電圧の共振周波数を、高い方の周波数fr2とした場合のFEM解析により得られた圧電セラミック正方形板101の変形の状態を示す変位モード図である。同図(a)は最大伸び変形の状態を示し、同図(b)は最大縮み変形の状態を示している。
図5から分かるように、この場合は、駆動電圧が印加されていない分割電極41bの領域Bのコーナー部22の近傍の変形が、それ以外のコーナー部21,23,24の近傍の変位に比べて際立って大きくなっている。
On the other hand, in FIGS. 5A and 5B, the resonance frequency of the sine wave voltage applied between the three divided
As can be seen from FIG. 5, in this case, the deformation in the vicinity of the
つまり、4個の分割電極のうちの3個を電気的に接続し、共通アース電極102との間に、低い方の周波数fr1あるいは高い方の周波数fr2のいずれか一方の周波数の正弦波電圧を印加することにより、圧電セラミック正方形板101の一つのコーナー部の近傍に、その頂点と圧電セラミック正方形板101の中心Gとを結ぶ方向の大きな変形を生じさせることができる。
そして、本実施形態の圧電セラミック正方形板101の場合、周波数fr1の正弦波電圧を分割電極の3個および共通アース電極102に印加した場合、3個の駆動電極のうち中央の電極が形成された領域のコーナー部における変位が最大となることが分かる。
一方、周波数fr2の正弦波電圧を分割電極の3個および共通アース電極102に印加した場合には、正弦波電圧が印加されなかった領域のコーナー部、換言すると、3個の駆動電極のうち中央の電極が形成された領域に対して中心Gを挟んで反対側に位置する領域のコーナー部において、変位が最大となることが分かる。
That is, three of the four divided electrodes are electrically connected, and a sine wave voltage of either the lower frequency fr1 or the higher frequency fr2 is connected to the
In the case of the piezoelectric ceramic
On the other hand, when a sine wave voltage having a frequency fr2 is applied to the three divided electrodes and the
ここで、中心Gを原点とし、領域AからDをそれぞれXY平面の第一から第四象限に配置した場合、本実施形態の圧電セラミック正方形板101はX軸およびY軸に関する鏡面対称性がある。したがって、図4を参照すると、分割電極41b、41cおよび41dに周波数fr1の正弦波電圧を印加した場合には、変位モード図が左右反転する。すなわち、この場合、第一コーナー部23における変位が、他のコーナー部21,22,24における変位に比べて際立って大きくなる。
また、図5を参照すると、分割電極41b、41cおよび41dに周波数fr2の正弦波電圧を印加した場合にも変位モード図が左右反転する。すなわち、この場合、コーナー部21における変位が、他のコーナー部22,23,24における変位に比べて際立って大きくなる。
Here, when the center G is the origin and the regions A to D are arranged in the first to fourth quadrants of the XY plane, the piezoelectric ceramic
Referring to FIG. 5, the displacement mode diagram is also reversed left and right when a sine wave voltage of frequency fr2 is applied to the divided
なお、図4および図5の場合、駆動電圧が印加されていない分割電極には電圧が発生しているため、この電圧を帰還電圧として利用することにより、後述のように自励発振回路を構成することができる。 In the case of FIG. 4 and FIG. 5, a voltage is generated in the divided electrode to which no drive voltage is applied. By using this voltage as a feedback voltage, a self-excited oscillation circuit is configured as described later. can do.
図6(a)から(d)は、本実施形態の超音波モータ10の動作原理の説明図である。
同図(a)および(b)は、分割電極41a、41bおよび41cを駆動電極とし、これらと裏面の共通アース電極102との間に、図3の周波数fr2の正弦波電圧を印加した場合の、圧電セラミック正方形板101の最大伸び変形(同図(a))と最大縮み変形(同図(b))の状態を示すモード図である。
上述のように、周波数fr2の正弦波電圧を3個の分割電極に印加した場合、当該電圧が印加されていない分割電極が形成された領域のコーナー部において最大変位が生じる。この場合、分割電極41dに当該電圧が印加されていないため、第二コーナー部24における変位が最大になっている。
一方、同図(c)および(d)は、分割電極41a、41bおよび41dを駆動電極とし、これらと裏面の共通アース電極102との間に、周波数fr2の正弦波電圧を印加した場合の、圧電セラミック正方形板101の最大伸び変形(同図(c))と最大縮み変形(同図(d))の状態を示すモード図である。
この場合は、分割電極41cに当該電圧が印加されていないため、第一コーナー部23における変位が最大になっている。
FIGS. 6A to 6D are explanatory views of the operation principle of the
FIGS. 4A and 4B show the case where the divided
As described above, when a sinusoidal voltage having a frequency fr2 is applied to the three divided electrodes, a maximum displacement occurs in the corner portion of the region where the divided electrodes to which the voltage is not applied are formed. In this case, since the voltage is not applied to the divided
On the other hand, (c) and (d) in the figure show that the divided
In this case, since the voltage is not applied to the divided
そして、図6の場合、変位が最大となるコーナー部(第二コーナー部24および第一コーナー部23)に対して、左右方向に隣接する他のコーナー部(第一コーナー部23および第二コーナー部24)の近傍における変位は非常に小さい。
In the case of FIG. 6, other corner portions (
したがって、図6の場合、分割電極41cおよび41dを選択駆動電極とし、分割電極41aおよび41bを共通駆動電極とした場合には、選択駆動電極の切り替えによって、最大変位するコーナー部をスイッチすることが可能である。
より具体的には、共通駆動電極(分割電極41a,41b)には正弦波電圧を常時印加し、さらに第一選択駆動電極(分割電極41c)に通電した場合には、同図(a)および(b)に示すように、電圧が無印加の分割電極41dが形成された第二コーナー部24を、圧電セラミック正方形板101のほぼ対角線上にて、中心Gに対して進退する方向に駆動することができる。
Therefore, in the case of FIG. 6, when the divided
More specifically, when a sine wave voltage is always applied to the common drive electrodes (divided
そして、同様に共通駆動電極(分割電極41a,41b)には正弦波電圧を常時印加し、さらに第二選択駆動電極(分割電極41d)を選択して通電した場合には、同図(c)および(d)に示すように、電圧が無印加の分割電極41cが形成された第一コーナー部23を、圧電セラミック正方形板101のほぼ対角線上にて、中心Gに対して進退する方向に駆動することができる。
Similarly, when a sine wave voltage is always applied to the common drive electrodes (divided
そして、かかる共通駆動電極および選択駆動電極の設定は、図1に示す本実施形態の超音波モータ10と共通している。
したがって、第一コーナー部23および第二コーナー部24に対して摩擦要素103および104をそれぞれ形成して、これらを移動子107の表面に当接しておき、選択駆動電極のいずれか一方、および共通駆動電極に対して周波数fr2の正弦波電圧を印加することにより、摩擦要素103または104のいずれか一方が他方に卓越して斜め方向に進退する。
And the setting of this common drive electrode and selection drive electrode is common to the
Therefore, the
本実施形態の超音波モータ10では、圧電セラミック正方形板101の共振により、摩擦要素103は支持具105と第一コーナー部23とを結ぶ方向に振動し、摩擦要素104は支持具105と第二コーナー部24とを結ぶ方向に振動する。
In the
例えば、図6(a)および(b)のように第二コーナー部24が最大の変位量を示す圧電セラミック正方形板101の変位モードの場合、図6(a)のように圧電セラミック正方形板101が伸長している間は、摩擦要素104が図1の左下方向に突出して、移動子107の表面に対して左方向の摩擦力を与える。そして、図6(b)のように圧電セラミック正方形板101が収縮している間は、摩擦要素104は移動子107の表面に対して非接触となるため、移動子107は慣性に従って左方向への運動を続ける。そして、圧電セラミック正方形板101が再び図6(a)のように伸長した場合、移動子107は摩擦要素104に押されてさらに左方向に移動する。
一方、スイッチSW1を端子S1から端子S2に切り替えて、選択駆動電極を分割電極41cから分割電極41dに切り替えた場合、圧電セラミック正方形板101の変位モードは図6(c)および(d)となる。この場合、摩擦要素103が移動子107に対して図1の右方向に付勢力を与える。したがって、スイッチSW1の操作によって、移動子107の正逆走行切り替えが可能な超音波モータ10を得ることができる。
For example, in the case of the displacement mode of the piezoelectric ceramic
On the other hand, when the switch SW1 is switched from the terminal S1 to the terminal S2 and the selection drive electrode is switched from the divided
なお、圧電セラミック正方形板101は弾性部材106によってベース109に連結されている。したがって、移動子107を付勢する摩擦要素103または104の反力が圧電セラミック正方形板101に上方に負荷されたとしても、弾性部材106の弾性復元力により圧電セラミック正方形板101は基準位置に回復し、摩擦要素103または104と移動子107とが非接触になることはない。
The piezoelectric ceramic
また、摩擦要素103または104が圧電セラミック正方形板101の最大変位により駆動されるに際し、仮に他方の摩擦要素が移動子107に接触したとしても、当該他方の摩擦要素の変位はきわめて小さいため、移動子107の所望の送り力に影響を及ぼすことはない。
具体的には、図6(a)の場合、最大変位を示す第二コーナー部24に対して、第一コーナー部23の変位量は僅かである。また、第一コーナー部23の変位方向は移動子107の送り方向(この場合、図中左方)に対してほぼ直交しており、送り方向に対する逆方向には摩擦力を与えない。したがって、第一コーナー部23が移動子107の送り力に悪影響を及ぼすことはない。
Further, when the
Specifically, in the case of FIG. 6A, the amount of displacement of the
上記本実施形態の超音波モータ10の作用効果について説明する。
本実施形態の超音波モータ10によれば、駆動電極の選択によって、圧電セラミック正方形板101の共振による最大変位を生じるコーナー部21〜24が切り替えられる。このため、単相の交番電圧によって移動子107の移動方向の正逆の切り替えができ、温度変化等による超音波モータ10の特性の劣化の問題がない。
また、本実施形態の超音波モータ10では、移動子107を駆動する摩擦要素103または104を、共振による最大変位が生じる第一コーナー部23または第二コーナー部24に設けている。これにより、移動子107の高い駆動効率を得ることができる。
また、本実施形態の超音波モータ10は、圧電セラミック正方形板101が矩形状であることにより、簡単に精度の高い機械加工が可能である。
The effects of the
According to the
Further, in the
In addition, the
また、本実施形態の超音波モータ10では、駆動電極として、交番電圧が常時印加される共通駆動電極と、交番電圧が選択的に印加される選択駆動電極と、を含んでいる。これにより、圧電セラミック正方形板101の主面30には、約3/4の面積に対して交番電圧を印加することができるため、摩擦要素103または104について大きな変位量を得ることができる。
また、本実施形態のように圧電セラミック正方形板101が正方形の場合、対向する辺の中点同士を結ぶ線分で区画された四分の一領域のうちの二つを選択電極として電圧印加または開放を切り替え、他の二つを共通電極とすることにより、電圧印加領域の面積と開放領域の面積とが適切にバランスして、きわめて効率的に摩擦要素103,104を駆動することができる。
Moreover, in the
Further, when the piezoelectric ceramic
また、本実施形態の超音波モータ10では、四つのコーナー部のうちの三つを含む領域に対して交番電圧を印加する。そして、駆動される付勢部の設けられていない領域の分割電極に交番電圧を印加して当該付勢部を駆動する。したがって、上記三つのコーナー部の周辺における圧電セラミック正方形板101の歪みが合成されて付勢部が変位するため、大きな変位量を得ることができる。
Moreover, in the
また本実施形態の超音波モータ10では、圧電セラミック正方形板101の共振により、摩擦要素103または104は圧電セラミック正方形板101の中心Gと第一コーナー部23または摩擦要素104とを結ぶ方向に振動する。これにより、摩擦要素103または104から移動子107に与えられる付勢力は、移動子107に対する面直方向の押圧力と、面内方向の押し出し力がバランスする。したがって、移動子107との摩擦力により駆動力を得る摩擦要素103または104において好適な駆動効率を実現ことができる。
In the
<第二実施形態>
図7は、本発明の超音波モータ10の他の実施形態の構造を示す概略図である。
同図において、スイッチSW2は2回路4接点の駆動電圧を印加する電極を切り替えるためのものであり、第1回路C1のコモン端子S00は、常に帰還発振器(アンプ)112の出力端子113に接続され、同時に分割電極41c、41dに接続されている。ここで、分割電極41c、41dは圧電セラミック正方形板101上で電極パターンにより接続されている。
なお、分割電極41aおよび41bは、互いに絶縁されている。
<Second embodiment>
FIG. 7 is a schematic view showing the structure of another embodiment of the
In the figure, a switch SW2 is for switching electrodes for applying a driving voltage of two circuits and four contacts, and the common terminal S00 of the first circuit C1 is always connected to the
The divided
端子S01は分割電極41bと接続され、端子S02は分割電極41aと接続されている。また、帰還発振器112の入力端子114は、スイッチSW2の第2回路C2のコモン端子S10に接続されている。
端子S11は、分割電極41aとアース端子115との間に接続された抵抗R11、R12の中間に設けられている。端子S12は、分割電極41bとアース端子116との間に接続された抵抗R21、R22の中間に設けられている。
帰還発振器112の発振周波数は、図3における低い方の周波数fr1に設定されている。
ここで、抵抗R11とR12の直列抵抗、および抵抗R21とR22の直列抵抗の値は、駆動電圧が印加されない分割電極が実効的に開放となるような高い抵抗値とする。なお、分圧抵抗R12およびR22の値は、帰還発振器112に適切な電圧が帰還されるように適宜選択可能である。
The terminal S01 is connected to the divided
The terminal S11 is provided in the middle of resistors R11 and R12 connected between the divided
The oscillation frequency of the
Here, the values of the series resistances of the resistors R11 and R12 and the series resistances of the resistors R21 and R22 are set to a high resistance value that effectively opens the divided electrode to which no drive voltage is applied. Note that the values of the voltage dividing resistors R12 and R22 can be appropriately selected so that an appropriate voltage is fed back to the
この状態で、スイッチSW2を上側に倒すと、駆動電圧は分割電極41b、41cおよび41dに印加される。したがって、上述のように、3個の駆動電極の中央にあたる領域Cのコーナー部(第一コーナー部23)において最大変位が生じる。よって、第一コーナー部23に装着された摩擦要素103により、移動子107が突き出され、移動子107は右向きに移動する。
一方、スイッチSW2を下側に倒すと、駆動電圧は分割電極41a、41cおよび41dに印加されるため、第二コーナー部24の近傍が変形するため、第二コーナー部24に装着された摩擦要素104により移動子107が突き出され、移動子107は左向きに移動する。
In this state, when the switch SW2 is tilted upward, the drive voltage is applied to the divided
On the other hand, when the switch SW2 is tilted downward, the drive voltage is applied to the divided
すなわち、本実施形態の超音波モータ10は、第一コーナー部23および第二コーナー部24に共通駆動電極が形成されており、分割電極41cおよび41dが共通駆動電極となっている。また、分割電極41aおよび41bが選択駆動電極となる。
そして、本実施形態の超音波モータ10によっても、スイッチSW2を切り替えるだけで、移動子107を正逆方向に移動させるように切り替えることができる。
That is, in the
The
ここで、交番電圧(正弦波電圧)が印加されない選択駆動電極(分割電極41cまたは41d)は開放される。そして、開放された選択駆動電極を、自励発振回路用の帰還電極としている。
これにより、機械的負荷状態の変化や周囲温度の変化により共振周波数が変化した場合でも自動的にその共振周波数を追尾するため、安定な駆動回路を構成することができる。
Here, the selective drive electrode (divided
Thus, even when the resonance frequency changes due to a change in the mechanical load state or a change in the ambient temperature, the resonance frequency is automatically tracked, so that a stable drive circuit can be configured.
<第三実施形態>
図8は、本実施形態にかかる超音波モータ10の構造を示す概略図である。
本実施形態の超音波モータ10は、領域A〜Dの分割形状および分割電極の形状が第一実施形態と相違している。
すなわち、本実施形態の超音波モータ10は、圧電振動子(圧電セラミック正方形板101)の一方の主面30が、二本の対角線で4個の領域A〜Dに分割されて、隣り合う領域に共通駆動電極(分割電極41a,41c)と選択駆動電極(分割電極41b,41d)とが交互に配置されている。
<Third embodiment>
FIG. 8 is a schematic view showing the structure of the
The
That is, in the
以下、本実施形態の超音波モータ10について詳細に説明する。
圧電セラミック正方形板101の一の主面30は正方形であり、互いに隣り合う第一コーナー部23および第二コーナー部24と、他の二つのコーナー部21,22とを含んでいる。
Hereinafter, the
One
本実施形態の領域A〜Dは、圧電セラミック正方形板101の辺31〜34を底辺とし圧電セラミック正方形板101の中心Gを頂点とする、略直角二等辺三角形状をなしている。
領域A〜Dは互いに略同一形状をなし、それぞれのほぼ全面に分割電極41a〜41dが形成されている。
圧電セラミック正方形板101の他の主面35には、共通アース電極102が全面に形成されている。
The regions A to D of the present embodiment have a substantially right-angled isosceles triangle shape with the
The regions A to D have substantially the same shape, and the divided
On the other
圧電セラミック正方形板101のコーナー部21〜24には、互いに隣り合う二つの分割電極41a〜41dの底角同士が近接して、かつ離間して配置されている。
In the
本実施形態の超音波モータ10は、中心Gを挟んで対向する一対の分割電極41aおよび41cを共通駆動電極とし、他の一対の分割電極41bおよび41dを選択駆動電極とする。
すなわち、選択駆動電極の一つ(分割電極41bまたは41d)ならびに共通駆動電極(分割電極41aおよび41c)と、共通アース電極102との間に所定の周波数の交番電圧が印加される。
共通駆動電極(分割電極41aおよび41c)は、互いに電気的に接続されている。
そして、スイッチSW1の操作によって、交番電圧が印加される選択駆動電極が分割電極41bまたは41dに切り替えられる。
In the
That is, an alternating voltage having a predetermined frequency is applied between one of the selected drive electrodes (divided
The common drive electrodes (divided
The selection drive electrode to which the alternating voltage is applied is switched to the divided
摩擦要素103および104は、共通駆動電極である分割電極41cの両側に設けられている。より具体的には、分割電極41cが形成された領域Cを構成する辺33の両側にあたる第一コーナー部23および第二コーナー部24に、摩擦要素103および104は設けられている。
The
本実施形態の移動子107、摺動機構108、ベース109、支持具105、弾性部材106および発振器110を含む回路構成は第一実施形態と共通である。
The circuit configuration including the moving
本実施形態の圧電セラミック正方形板101に正弦波電圧を印加した場合に生じる共振モードと、コーナー部21〜24の変位について詳説する。
The resonance mode that occurs when a sine wave voltage is applied to the piezoelectric ceramic
図9(a)、(b)は、本実施形態の超音波モータ10に用いられる圧電セラミック正方形板101の模式的な構造図である。同図(a)は圧電セラミック正方形板101の平面図であり、同図(b)はそのII−II断面図である。同図(b)に矢印で示すように、圧電セラミック正方形板101は厚さ方向に分極されている。
かかる圧電セラミック正方形板101の一の主面30を二本の対角線で4等分した略直角二等辺三角形状の領域A、B、C、Dに、4個の分割電極41a〜41dを形成し、他方の主面35に全面電極を形成して共通アース電極102としている。
そして、4個の分割電極のうちの3個を駆動電極とし、残る1個の分割電極を開放電極として、共通アース電極102との間に所定の周波数の交流電圧を印加する。
FIGS. 9A and 9B are schematic structural diagrams of the piezoelectric ceramic
Four divided
Then, three of the four divided electrodes are used as drive electrodes, the remaining one divided electrode is used as an open electrode, and an AC voltage having a predetermined frequency is applied between the
本実施形態は、圧電セラミック正方形板101の中心Gを通り、共通駆動電極(分割電極41aおよび41c)をそれぞれ二等分する中心線CLに関して、圧電セラミック正方形板101の共振時の変位モードが非対称になることを利用して移動子107を正逆方向に切り替え駆動するものである。
In the present embodiment, the displacement mode at the time of resonance of the piezoelectric ceramic
図10は、図9の圧電セラミック正方形板の4個の分割電極41a〜41dのうちの任意の3個を電気的に接続した場合の、共通アース電極102との間のインピーダンスの周波数特性に関するシミュレーション結果の一例を示す図である。
4個の分割電極41a〜41dのうち、いずれの3個を選択しても、3個の分割電極はコ字状に並ぶこととなる。
FIG. 10 shows a simulation of the frequency characteristics of the impedance with the
Even if any three of the four divided
図10から分かるように、圧電セラミック正方形板101のインピーダンスが極小値を示す周波数が200kHzの近傍(具体的には、204kHzおよび206kHz)に二つ現れている。共振周波数の低い方をfr3、高い方をfr4とする。
As can be seen from FIG. 10, two frequencies at which the impedance of the piezoelectric ceramic
図11(a),(b)は、分割電極41a、41bおよび41cを駆動電極とし、共通アース電極102(図2を参照)との間に、周波数fr3の正弦波電圧を印加した場合のFEM解析により得られた圧電セラミック正方形板101の変形の状態を示す変位モード図である。同図(a)は最大伸び変形の状態を示し、同図(b)は最大縮み変形の状態を示している。なお、図11各図に示す変位モード図では、変位量の大きい部位を濃色で示し、変位量の少ない部位を淡色で示している。
11A and 11B show FEMs when a sine wave voltage of frequency fr3 is applied between the divided
図11に示すように、コ字状に並ぶ3個の分割電極41a、41bおよび41cのうち中央の分割電極41bが形成された領域B(図9を参照)を構成する辺32の両端のコーナー部22および23の変位量が、それ以外のコーナー部21および24の近傍の変位量に比べて際立って大きくなっている。
なお、コーナー部22と23の変位量は互いに略等しく、コーナー部21と24の変位量も互いに略等しい。
また、圧電セラミック正方形板101の変位モード形状は、同図において上下対称である。言い換えると、圧電セラミック正方形板101は、中心線CL(図9を参照)に直交する中心線(領域BおよびDを各二等分する中心線)に関して鏡面対称に共振する。
As shown in FIG. 11, the corners at both ends of the
The displacement amounts of the
Further, the displacement mode shape of the piezoelectric ceramic
図12(a),(b)は、上記3個の分割電極41a、41cおよび41dを駆動電極とし、共通アース電極102との間に、周波数fr3の正弦波電圧を印加した場合のFEM解析により得られた圧電セラミック正方形板101の変形の状態を示す変位モード図である。同図(a)は最大伸び変形の状態を示し、同図(b)は最大縮み変形の状態を示している。
12A and 12B show FEM analysis when a sinusoidal voltage of frequency fr3 is applied between the three divided
図12から分かるように、この場合も、コ字状(逆コ字状)に並ぶ3個の分割電極41a、41dおよび41cのうち中央の分割電極41dが形成された領域D(図9を参照)を構成する辺34の両端のコーナー部21および24の変位量が、それ以外のコーナー部22および23の近傍の変位量に比べて際立って大きくなっている。
なお、圧電セラミック正方形板101の変位モード形状は同図において上下対称である。よって、コーナー部22と23の変位量は互いに略等しく、コーナー部21と24の変位量も互いに略等しい。
As can be seen from FIG. 12, also in this case, the region D in which the central divided
The displacement mode shape of the piezoelectric ceramic
図11および12より、分割電極41aおよび41cを共通駆動電極として正弦波電圧を常時印加しつつ、分割電極41bと41dを選択駆動電極として択一的に切り替えて正弦波電圧を印加することにより、圧電セラミック正方形板101のモード形状が中心線CL(図9を参照)に関して反転することが分かる。
これにより、圧電セラミック正方形板101の最大変位を示すコーナー部は、コーナー部22および23、またはコーナー部21および24に切り替えられる。
From FIGS. 11 and 12, by applying the sine wave voltage by selectively switching the divided
Thereby, the corner part which shows the maximum displacement of the piezoelectric ceramic
そして、本実施形態の圧電セラミック正方形板101の場合、図8に示すように、コーナー部22または23の一方または両方に一の摩擦要素103を設け、コーナー部21または24の一方または両方に他の摩擦要素104を設けている。これにより、駆動電圧を印加する選択駆動電極(分割電極41bまたは41d)の選択によって、移動子107を正逆方向に切り替え駆動することができる。
In the case of the piezoelectric ceramic
なお、本実施形態の超音波モータ10に関しては、上記態様に代えて、圧電セラミック正方形板101に対して周波数fr4の正弦波電圧(図10を参照)を印加してもよい。
この場合、共通駆動電極(分割電極41aおよび41c)と、選択駆動電極(分割電極41bまたは41d)の一方に対して正弦波電圧を印加すると、共振時の変位は、開放(電圧無印加)された選択駆動電極を挟む両側のコーナー部において最大となることが明らかとなっている。具体的には、周波数fr4の正弦波電圧を分割電極41a、41bおよび41cに印加した場合にはコーナー部21および24の近傍に最大変位が生じ、同じく分割電極41a、41cおよび41dに印加した場合にはコーナー部22および23の近傍に最大変位が生じる。
したがって、周波数fr4の正弦波電圧を駆動電圧に用いた場合にも、本実施形態の超音波モータ10によれば移動子107を正逆方向に切り替えて駆動することができる。
In addition, regarding the
In this case, when a sinusoidal voltage is applied to one of the common drive electrode (divided
Therefore, even when a sinusoidal voltage with a frequency fr4 is used as the drive voltage, the
<第四実施形態>
図13は、本発明の超音波モータ10の他の実施形態の構造を示す概略図である。本実施形態の超音波モータ10は、帰還発信回路を有する第二実施形態の超音波モータ10に対して第三実施形態の圧電セラミック正方形板101を適用したものである。
<Fourth embodiment>
FIG. 13 is a schematic view showing the structure of another embodiment of the
帰還発振器112、抵抗R11〜R22、スイッチSW2、アース端子115および116は、図7に示す第二実施形態の超音波モータ10と共通である。
第1回路C1のコモン端子S00は、常に帰還発振器(アンプ)112の出力端子113に接続され、同時に分割電極41aに接続されている。ここで、分割電極41aと41cとは、圧電セラミック正方形板101上で電極パターンにより電気的に接続されている。
The
The common terminal S00 of the first circuit C1 is always connected to the
端子S01は分割電極41bと接続され、端子S02は分割電極41dと接続されている。また、帰還発振器112の入力端子114は、スイッチSW2の第2回路C2のコモン端子S10に接続されている。
端子S11は、分割電極41dとアース端子115との間に接続された抵抗R11、R12の中間に設けられている。端子S12は、分割電極41bとアース端子116との間に接続された抵抗R21、R22の中間に設けられている。
本実施形態の帰還発振器112の発振周波数は、図10における低い方の周波数fr3に設定されている。
The terminal S01 is connected to the divided
The terminal S11 is provided in the middle of resistors R11 and R12 connected between the divided
The oscillation frequency of the
この状態で、スイッチSW2を上側に倒すと、駆動電圧は分割電極41a、41bおよび41cに印加される。したがって、図11に示したように、3個の駆動電極の中央にあたる領域Bのコーナー部(第一コーナー部23)において最大変位が生じる。よって、第一コーナー部23に装着された摩擦要素103により、移動子107が突き出され、移動子107は右向きに移動する。
一方、スイッチSW2を下側に倒すと、駆動電圧は分割電極41a、41cおよび41dに印加される。したがって、図12に示したように、領域Dのコーナー部(第二コーナー部24)の近傍において最大変位が生じる。よって、第二コーナー部24に装着された摩擦要素104により、移動子107が突き出され、移動子107は左向きに移動する。
In this state, when the switch SW2 is tilted upward, the drive voltage is applied to the divided
On the other hand, when the switch SW2 is tilted downward, the drive voltage is applied to the divided
すなわち、本実施形態の超音波モータ10によっても、スイッチSW2を切り替えるだけで、移動子107を正逆方向に移動させるように切り替えることができる。
ここで、交番電圧(正弦波電圧)が印加されない選択駆動電極(分割電極41bまたは41d)は開放される。そして、開放された選択駆動電極を、自励発振回路用の帰還電極としている。
That is, the
Here, the selective drive electrode (divided
<第五実施形態>
上記第三および第四実施形態の超音波モータ10では、共振する圧電セラミック正方形板101の二つのコーナー部において同時に最大変位が生じる。具体的には、分割電極41a、41bおよび41cに対して周波数fr3の交番電圧を印加した場合には、図11に示すようにコーナー部22と23において等しく最大変位が生じる。また、分割電極41a、41cおよび41dに対して周波数fr3の交番電圧を印加した場合には、図12に示すようにコーナー部21と24において等しく最大変位が生じる。
本実施形態の超音波モータ10は、コーナー部21〜24の二つを同時に用いて移動子107を駆動するものである。
<Fifth embodiment>
In the
The
本実施形態の超音波モータ10は、第一付勢部が、一の選択駆動電極(分割電極41b)を挟む二つの第一コーナー部(コーナー部22、23)に設けられ、第二付勢部が、他の選択駆動電極(分割電極41d)を挟む二つの第二コーナー部(コーナー部21、24)に設けられている。
In the
すなわち、本実施形態の超音波モータ10では、分割電極41bが形成された領域Bを構成する辺32の両側のコーナー部22、23を、移動子107を正方向に駆動する第一付勢部として用いる。そして、分割電極41dが形成された領域Dを構成する辺34の両側のコーナー部21、24を、移動子107を逆方向に駆動する第二付勢部として用いる。
That is, in the
図14(a)は本実施形態の超音波モータ10の構成を示す概略図であり、同図(b)は圧電セラミック正方形板101の平面図である。
本実施形態の超音波モータ10は、圧電セラミック正方形板101に生ずる2箇所の共振変形を利用して構成したリニアガイド型の構造を備える。同図では、圧電セラミック正方形板101に駆動電圧を印加するための駆動回路は図示を省略している。
FIG. 14A is a schematic view showing the configuration of the
The
本実施形態の超音波モータ10では、図9と同様、圧電セラミック正方形板101の領域A〜Dは正方形状の主面30を二本の対角線で4分割してなる直角二等辺三角形状をなしている。領域AとCに共通電極としての分割電極41a、41cが形成され、領域BとDに選択駆動電極としての分割電極41b、41dが形成されている。
In the
また、本実施形態の超音波モータ10においては、第一選択駆動電極(分割電極41b)と第二選択駆動電極(分割電極41d)は主面30の中心線CLに関して鏡面対称に配置されている。また、共通駆動電極(分割電極41a、41c)は、中心線CLによってそれぞれ二等分されている。
In the
そして、第一または第二選択駆動電極の一方および共通駆動電極と、共通アース電極102(図9を参照)との間に周波数fr3(図10を参照)の正弦波電圧を印加すると、圧電セラミック正方形板101は共振する。モード形状は、図11および図12に示したように、コーナー部22および23、またはコーナー部21および24が、同時に最大変位を示す。具体的には、第一選択駆動電極(分割電極41b)を駆動電極として選択した場合は、コーナー部22および23が最大変位を示す。また、第二選択駆動電極(分割電極41d)を駆動電極として選択した場合は、コーナー部21および24が最大変位を示す。
When a sine wave voltage of frequency fr3 (see FIG. 10) is applied between one of the first or second selective drive electrodes and the common drive electrode and the common ground electrode 102 (see FIG. 9), the piezoelectric ceramic The
ここで、圧電セラミック正方形板101の変位モード形状は図14(b)において上下対称である。したがって、圧電セラミック正方形板101に対して移動子107を上下対称に配置、言い換えると領域Aと領域Cにそれぞれ対向させて移動子107を配置することにより、二箇所のコーナー部による駆動力によって移動子107を駆動することができる。
Here, the displacement mode shape of the piezoelectric ceramic
したがって、本実施形態の超音波モータ10によれば、二つの移動子107を個別に領域Aと領域Cに対向配置することで、当該二つの移動子107を同時に駆動することができる。また、図14(a)に示すように、本実施形態の超音波モータ10では、領域Aと領域Cを挟んで圧電セラミック正方形板101を収容する一つの移動子107を駆動してもよい。
Therefore, according to the
移動子107は、基板121と、基板121に立設されて圧電セラミック正方形板101を挟持する一対の平行な立板122、123とを備えている。すなわち、図14(a)に示すように、移動子107は上方開口した、断面コ字状の部材である。
また、移動子107には、対向する立板122、123の内側に、弾性板124と、さらにその内側に摩擦板125が被着されている。摩擦板125同士の対向間隔は、圧電セラミック正方形板101の辺31と辺33の距離よりも僅かに小さい。
すなわち、圧電セラミック正方形板101は、対向する摩擦板125によって所定の押圧力にて挟持される。
The
The
That is, the piezoelectric ceramic
基板121には、中央部に長円形の孔126が貫通して形成されている。孔126の長径方向は、対向する摩擦板125の延在方向と一致している。以下、孔126の長径方向を移動子107の長手方向といい、対向する摩擦板125の間隔方向を移動子107の幅方向という。
The substrate 121 is formed with an
圧電セラミック正方形板101の支持具105は棒状をなし、圧電セラミック正方形板101の中心Gを通り、圧電セラミック正方形板101の面直方向の下方に突出して孔126に挿通されている。支持具105は孔126に対して実質的に長手方向にのみ摺動可能である。
The
ベースガイド130は、移動子107を長手方向に摺動可能に保持するレール部材である。移動子107の基板121は、ベースガイド130の凹溝131に対して長手方向に摺動可能に嵌合している。
圧電セラミック正方形板101の支持具105の下端は、凹溝131の底面132に固定されている。
The
The lower end of the
かかる圧電セラミック正方形板101の第一選択駆動電極(分割電極41b)と共通駆動電極(分割電極41a,41c)とに対して、駆動電圧として周波数fr3の交番電圧を印加すると、コーナー部22と23は図11に図示のように共振して摩擦板125を正方向に駆動する。
また、第二選択駆動電極(分割電極41d)と共通駆動電極(分割電極41a,41c)とに対して、駆動電圧として周波数fr3の交番電圧を印加すると、コーナー部21と24は図12に図示のように共振して摩擦板125を逆方向に駆動する。
When an alternating voltage having a frequency fr3 is applied as a drive voltage to the first selective drive electrode (divided
Further, when an alternating voltage having a frequency fr3 is applied as a drive voltage to the second selection drive electrode (divided
ここで、移動子107に装着された弾性板124は、摩擦板125を圧電セラミック正方形板101に常に押し付ける構成となっているため、圧電セラミック正方形板101のコーナー部21〜24(付勢部)とは所定の摩擦力にて係合している。
そして、駆動電圧の印加によって生じたコーナー部22と23、または21と24(付勢部)の弾性変形によって、移動子107は長手方向に摩擦力をうけてベースガイド130上を駆動される。
また、駆動電圧を印加する第一または第二選択駆動電極(分割電極41b、41d)の選択を切り替えることにより、付勢部の振動方向は長手方向に反転し、移動子107の送り方向が正逆に切り替えられる。
Here, since the
Then, due to the elastic deformation of the
Further, by switching the selection of the first or second selection drive electrode (divided
なお、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的が達成される限りにおける種々の変形、改良等の態様も含む。
上記実施形態では、四つの領域AからDに分割した圧電セラミック正方形板101に対して、三つの領域に対して交番電圧を印加している。ただし、本発明はこれに限られない。
すなわち、例えば、四つの領域AからDのうち、一つの領域のみに対して交番電圧を印加することによっても、圧電セラミック正方形板101に関して、共振によるモード形状を第一コーナー部23と第二コーナー部24とで非対称とすることができる。より具体的には、第一コーナー部23を含む領域Cの分割電極41cのみに対して交番電圧を印加した場合には、第一コーナー部23またはコーナー部21における変位を最大化し、他のコーナー部における変位を抑制することが可能である。
したがって、駆動電極(選択駆動電極)を41cから41dに切り替えて交番電圧を印加することにより、かかる態様によっても摩擦要素103,104の正逆方向の切り替えが可能である。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes various modifications and improvements as long as the object of the present invention is achieved.
In the above embodiment, an alternating voltage is applied to the three regions of the piezoelectric ceramic
That is, for example, by applying an alternating voltage to only one of the four regions A to D, the mode shape by resonance can be changed to the
Therefore, by switching the drive electrode (selective drive electrode) from 41c to 41d and applying an alternating voltage, the
換言すると、本発明においては、第一付勢部(摩擦要素103)を駆動する一の選択駆動電極(分割電極41c)を、第一コーナー部23を含む領域Cに形成し、第二付勢部(摩擦要素104)を駆動する他の選択駆動電極(分割電極41d)を、第二コーナー部24を含む領域Dに形成してもよい。
In other words, in the present invention, one selective drive electrode (divided
また、例えば上記実施形態では、圧電振動子として、単一板状の圧電セラミック板を用いた場合について説明したが、本発明はこれに限られない。圧電振動子を、圧電セラミック層と電極層とが交互に積層された積層型圧電セラミック板とし、1層おきの電極層を例えば図2に示すように四つの分割電極とし、他の1層おきの電極層を共通アース電極102としてもよい。そして、同じ領域に積層された分割電極同士を電気的に層間接続するとよい。これにより、単一板状の圧電振動子を用いる場合に比して、より低い駆動電圧で同様の効果が得られる。
For example, in the above-described embodiment, the case where a single plate-shaped piezoelectric ceramic plate is used as the piezoelectric vibrator has been described. However, the present invention is not limited to this. The piezoelectric vibrator is a laminated piezoelectric ceramic plate in which piezoelectric ceramic layers and electrode layers are alternately laminated, and every other electrode layer is divided into four divided electrodes as shown in FIG. 2, for example, and every other layer. These electrode layers may be used as the
また、上記実施形態では圧電振動子の形状が正方形板の場合を例示的に説明したが、本発明はこれに限られない。矩形状の圧電振動子を用いる場合、主面の形状は長方形、菱形、平行四辺形または等脚台形などでもよい。また、圧電振動子は、付勢部が設けられるコーナー部を除いては、他のコーナー部が設けられていることは必須ではなく円弧状などの曲線状でもよい。 Moreover, although the case where the shape of the piezoelectric vibrator was a square plate was exemplarily described in the above embodiment, the present invention is not limited to this. When a rectangular piezoelectric vibrator is used, the shape of the main surface may be a rectangle, a rhombus, a parallelogram, or an isosceles trapezoid. Further, the piezoelectric vibrator is not necessarily provided with other corner portions except for the corner portion where the urging portion is provided, and may have a curved shape such as an arc shape.
また、圧電振動子を複数の領域に分割するにあたり、各領域の面積は均等であっても、または互いに相違してもよい。また、各領域は、必ずしも一つ以上のコーナー部を内包していなくてもよい。例えば、矩形状の圧電振動子を用いる場合、各コーナー部を含む四つの領域に加えて、支持具105が形成される中心近傍に他の領域を設けてもよい。また、各領域の形状に関しても、上記実施形態のように矩形状であることは一例であり、三角形や六角形、もしくは曲線を含む形状、またはこれらの組み合わせでもよく、複数の領域の形状が互いに相違してもよい。
そして、二個の付勢部材が圧電振動子の一の辺の両側に設けられている場合には、各領域の形状は、当該一の辺の垂直二等分線に関して対称形状にするとよい。
In dividing the piezoelectric vibrator into a plurality of regions, the areas of the regions may be equal or different from each other. Each region does not necessarily include one or more corner portions. For example, when a rectangular piezoelectric vibrator is used, other regions may be provided in the vicinity of the center where the
When the two urging members are provided on both sides of one side of the piezoelectric vibrator, the shape of each region is preferably symmetrical with respect to the vertical bisector of the one side.
さらに、図1、7、8および13に示した駆動回路は、単なる実施例であり、デジタル信号処理回路等の種々の回路構成により同様の機能を満足させることが可能である。 Furthermore, the drive circuits shown in FIGS. 1, 7, 8 and 13 are merely examples, and similar functions can be satisfied by various circuit configurations such as a digital signal processing circuit.
また、上記実施形態では、移動子107の駆動方向については直線状の進退駆動を例示したが、本発明はこれに限られない。移動子107の曲面部に対して付勢部を係合させることで、移動子107を回転駆動することも可能である。
また、移動子107を駆動するにあたり、複数個の付勢部によって同時に駆動してもよく、または複数個の超音波モータ10によってこれを駆動してもよい。
In the above-described embodiment, the driving direction of the moving
Further, when the moving
本発明の上記実施形態およびその変形例は、以下の技術思想を包含するものである。
(1)厚さ方向に分極され、第一コーナー部および第二コーナー部を少なくとも有する板状をなす圧電振動子を、交番電圧の印加により弾性的に共振させて、移動子を正方向および逆方向に駆動する超音波モータであって、前記圧電振動子は前記共振によるモード形状が前記第一コーナー部と第二コーナー部とで非対称であり、前記圧電振動子は、一方の主面が複数の領域に分割されて駆動電極が前記領域にそれぞれ個別に形成され、他方の主面にアース電極が形成され、前記複数より選択された前記駆動電極のいずれかと前記アース電極との間に前記交番電圧が印加されることにより、前記共振による最大変位を生じるコーナー部が前記第一コーナー部または前記第二コーナー部に切り替えられるとともに、前記移動子を正方向に駆動する第一付勢部と、前記移動子を逆方向に駆動する第二付勢部が、前記第一コーナー部と前記第二コーナー部とにそれぞれ設けられていることを特徴とする超音波モータ;
(2)前記駆動電極が、前記交番電圧が常時印加される共通駆動電極と、前記交番電圧が選択的に印加される選択駆動電極とを含む上記の超音波モータ;
(3)前記第一コーナー部が形成された領域と、前記第二コーナー部が形成された領域に、前記選択駆動電極がそれぞれ形成されていることを特徴とする上記の超音波モータ;
(4)前記第一コーナー部が形成された領域と、前記第二コーナー部が形成された領域に、前記共通駆動電極がともに形成されていることを特徴とする上記の超音波モータ;
(5)前記一方の主面が、矩形状の前記圧電振動子の辺に平行な直線で4等分した領域に分割されて、前記共通駆動電極または前記選択駆動電極が前記領域にそれぞれ形成されている上記の超音波モータ;
(6)前記一方の主面が、矩形状の前記圧電振動子の二本の対角線で4個の前記領域に分割されて、隣り合う前記領域に前記共通駆動電極と前記選択駆動電極とが交互に配置されている上記の超音波モータ;
(7)前記第一付勢部が、一の前記選択駆動電極を挟む二つの前記第一コーナー部に設けられ、前記第二付勢部が、他の前記選択駆動電極を挟む二つの前記第二コーナー部に設けられていることを特徴とする上記の超音波モータ;
(8)前記圧電振動子が矩形状であって、互いに隣り合う前記第一コーナー部および前記第二コーナー部と、他の二つのコーナー部とを含み、前記第一付勢部を駆動する一の前記選択駆動電極が、前記第一コーナー部以外のコーナー部に形成され、前記第二付勢部を駆動する他の前記選択駆動電極が、前記第二コーナー部以外のコーナー部に形成されていることを特徴とする上記の超音波モータ;
(9)互いに隣り合う前記第一コーナー部および前記第二コーナー部と、他のコーナー部とを含み、前記第一付勢部を駆動する一の前記選択駆動電極が、前記第一コーナー部以外のコーナー部が形成された領域に設けられ、前記第二付勢部を駆動する他の前記選択駆動電極が、前記第二コーナー部以外のコーナー部が形成された領域に設けられていることを特徴とする上記の超音波モータ;
(10)前記アース電極が、前記圧電振動子の他方の主面の全面に形成されている上記の超音波モータ;
(11)前記圧電振動子を支持する支持部をさらに備えるとともに、前記圧電振動子の共振により、前記第一付勢部が、前記支持部と前記第一コーナー部とを結ぶ方向に振動し、前記第二付勢部が、前記支持部と前記第二コーナー部とを結ぶ方向に振動することを特徴とする上記の超音波モータ;
(12)前記第一付勢部を駆動する一の前記選択駆動電極が、前記第一コーナー部が形成された領域に設けられ、前記第二付勢部を駆動する他の前記選択駆動電極が、前記第二コーナー部が形成された領域に設けられていることを特徴とする上記の超音波モータ;
(13)前記第一付勢部を駆動する一の前記選択駆動電極が、前記第二コーナー部が形成された領域に設けられ、
前記第二付勢部を駆動する他の前記選択駆動電極が、前記第一コーナー部が形成された領域に設けられていることを特徴とする上記の超音波モータ;
(14)前記交番電圧が印加されない前記選択駆動電極が開放されている上記の超音波モータ;
(15)開放された前記選択駆動電極を、自励発振回路用の帰還電極としたことを特徴とする上記の超音波モータ。
The above-described embodiments of the present invention and modifications thereof include the following technical ideas.
(1) A piezoelectric vibrator that is polarized in the thickness direction and has a plate shape having at least a first corner portion and a second corner portion is elastically resonated by application of an alternating voltage, so that the movable element is moved in the forward and reverse directions. An ultrasonic motor driven in a direction, wherein the piezoelectric vibrator has an asymmetric mode shape due to the resonance between the first corner portion and the second corner portion, and the piezoelectric vibrator has a plurality of principal surfaces on one side. Drive electrodes are individually formed in each of the regions, and a ground electrode is formed on the other main surface, and the alternating electrode is provided between any one of the plurality of drive electrodes selected from the plurality and the ground electrode. When a voltage is applied, the corner portion causing the maximum displacement due to the resonance is switched to the first corner portion or the second corner portion, and the moving element is driven in the positive direction. Ultrasonic motor for the one urging portion, the second urging unit for driving the moving element in the reverse direction, characterized in that provided respectively between the first corner portion and the second corner portion;
(2) The ultrasonic motor, wherein the drive electrode includes a common drive electrode to which the alternating voltage is constantly applied and a selective drive electrode to which the alternating voltage is selectively applied;
(3) The ultrasonic motor as described above, wherein the selective drive electrodes are respectively formed in a region where the first corner portion is formed and a region where the second corner portion is formed;
(4) The ultrasonic motor described above, wherein the common drive electrode is formed in both the region where the first corner portion is formed and the region where the second corner portion is formed;
(5) The one main surface is divided into four equal areas by straight lines parallel to the sides of the rectangular piezoelectric vibrator, and the common drive electrode or the selective drive electrode is formed in the area. The above ultrasonic motor;
(6) The one main surface is divided into four regions by two diagonal lines of the rectangular piezoelectric vibrator, and the common drive electrode and the selective drive electrode are alternately arranged in the adjacent regions. An ultrasonic motor as described above arranged in;
(7) The first urging portion is provided at the two first corner portions sandwiching one of the selection drive electrodes, and the second urging portion is disposed at the two second portions of the other selection drive electrode. The ultrasonic motor as described above, wherein the ultrasonic motor is provided at two corners;
(8) The piezoelectric vibrator has a rectangular shape and includes the first corner portion and the second corner portion adjacent to each other, and the other two corner portions, and drives the first biasing portion. The selective driving electrode is formed in a corner portion other than the first corner portion, and the other selective driving electrode for driving the second urging portion is formed in a corner portion other than the second corner portion. An ultrasonic motor as described above,
(9) One of the selective drive electrodes that includes the first corner portion and the second corner portion adjacent to each other and another corner portion and drives the first biasing portion is other than the first corner portion. The other drive electrode for driving the second biasing portion is provided in the region where the corner portion other than the second corner portion is formed. Said ultrasonic motor characterized;
(10) The ultrasonic motor as described above, wherein the ground electrode is formed on the entire other main surface of the piezoelectric vibrator;
(11) It further includes a support portion that supports the piezoelectric vibrator, and the first urging portion vibrates in a direction connecting the support portion and the first corner portion due to resonance of the piezoelectric vibrator, The ultrasonic motor as described above, wherein the second urging portion vibrates in a direction connecting the support portion and the second corner portion;
(12) One selection drive electrode for driving the first biasing portion is provided in a region where the first corner portion is formed, and the other selection drive electrode for driving the second biasing portion is The ultrasonic motor as described above, wherein the ultrasonic motor is provided in a region where the second corner portion is formed;
(13) The one selective drive electrode that drives the first biasing portion is provided in a region where the second corner portion is formed,
The ultrasonic motor as described above, wherein the other selective driving electrode for driving the second urging portion is provided in a region where the first corner portion is formed;
(14) The above ultrasonic motor in which the selective drive electrode to which the alternating voltage is not applied is opened;
(15) The ultrasonic motor as described above, wherein the opened selective driving electrode is a feedback electrode for a self-excited oscillation circuit.
10 超音波モータ
21〜24 コーナー部
30 主面
31〜34 辺
35 主面
41a〜41d 分割電極
42 円孔
101 圧電セラミック正方形板
102 共通アース電極
103、104 摩擦要素
105 支持具
106 弾性部材
107 移動子
108 摺動機構
109 ベース
110 発振器
111 出力端子
112 帰還発振器(アンプ)
113 出力端子
114 入力端子
115、116 アース端子
121 基板
122、123 立板
124 弾性板
125 摩擦板
126 孔
130 ベースガイド
131 凹溝
132 底面
A〜D 領域
C1 第1回路
C2 第2回路
CL 中心線
G 中心
R0 内部抵抗
R11〜R22 抵抗
S0、S00、S10 コモン端子
S01、S02、S1、S2、S11、S12 端子
SW1、SW2 スイッチ
10 Ultrasonic motor 21-24 Corner
30 main surface 31-34 sides
35 Main surfaces 41a to 41d Split electrodes
42
113
C1 first circuit
C2 Second circuit
CL center line
G center
R0 Internal resistors R11 to R22 Resistors S0, S00, S10 Common terminals S01, S02, S1, S2, S11, S12 Terminals SW1, SW2 switch
Claims (8)
前記圧電振動子は前記共振によるモード形状が前記第一コーナー部と前記第二コーナー部とで非対称であり、
前記圧電振動子は、一方の主面が複数の領域に分割されて駆動電極が前記領域にそれぞれ個別に形成され、他方の主面にアース電極が形成され、
前記複数より選択された前記駆動電極のいずれかと前記アース電極との間に前記交番電圧が印加されることにより、前記共振による最大変位を生じるコーナー部が前記第一コーナー部または前記第二コーナー部に切り替えられるとともに、
前記移動子を正方向に駆動する第一付勢部と、前記移動子を逆方向に駆動する第二付勢部が、前記第一コーナー部と前記第二コーナー部とにそれぞれ設けられていることを特徴とする超音波モータ。 A piezoelectric vibrator that is polarized in the thickness direction and has a plate shape having at least a first corner and a second corner is elastically resonated by applying an alternating voltage to drive the moving element in the forward and reverse directions. An ultrasonic motor that
In the piezoelectric vibrator, a mode shape by the resonance is asymmetric between the first corner portion and the second corner portion,
In the piezoelectric vibrator, one main surface is divided into a plurality of regions, drive electrodes are individually formed in the regions, and a ground electrode is formed on the other main surface.
When the alternating voltage is applied between any one of the plurality of drive electrodes selected from the plurality and the ground electrode, the corner portion causing the maximum displacement due to the resonance is the first corner portion or the second corner portion. As well as
A first urging portion that drives the moving element in the forward direction and a second urging portion that drives the moving element in the reverse direction are provided in the first corner portion and the second corner portion, respectively. An ultrasonic motor characterized by that.
前記第二付勢部が、他の前記選択駆動電極を挟む二つの前記第二コーナー部に設けられていることを特徴とする請求項6に記載の超音波モータ。 The first urging portion is provided at two first corner portions sandwiching one of the selective drive electrodes,
The ultrasonic motor according to claim 6, wherein the second urging portion is provided at two second corner portions sandwiching the other selected drive electrode.
前記第一付勢部を駆動する一の前記選択駆動電極が、前記第一コーナー部が形成された領域とは異なる領域に形成され、
前記第二付勢部を駆動する他の前記選択駆動電極が、前記第二コーナー部が形成された領域とは異なる領域に形成されている
ことを特徴とする請求項2から7のいずれかに記載の超音波モータ。 The piezoelectric vibrator has a rectangular shape, and includes the first corner portion and the second corner portion adjacent to each other, and the other two corner portions,
The one selective drive electrode for driving the first urging portion is formed in a region different from the region in which the first corner portion is formed,
The other selection drive electrode that drives the second urging portion is formed in a region different from a region in which the second corner portion is formed. The described ultrasonic motor.
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