JP2010166673A - Ultrasonic motor - Google Patents

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Tomoki Funakubo
朋樹 舟窪
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  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ultrasonic motor which eliminates the formation of a groove, does not need to form a hole at a piezoelectric element, can easily excite vertical resonance vibration and twisted resonance vibration by a simple structure, and rotates a rotor by using an ellipse vibration generated at an ultrasonic vibrator. <P>SOLUTION: The ultrasonic motor comprises parallelepiped laminated piezoelectric elements 25, 26 whose cross sections vertical to a central axis are almost rectangular, and the rotor 15 which contacts with ellipse vibration generation faces of the laminated piezoelectric elements 25, 26, and is rotationally driven with the central axis as a rotating axis which is orthogonal to the ellipse vibration generation faces. The laminated piezoelectric elements 25, 26 are composed of an elastic body 21 whose cross section is vertical to the central axis, and the first laminated piezoelectric element 25 and the second laminated piezoelectric element 26 which are arranged so as to oppose a face in the longitudinal direction of the cross section. Then, there is formed the ellipse vibration by synthesizing the vertical primary resonance vibration which expands and contracts in the rotational axial directions of the laminated piezoelectric elements 25, 26, and the twisted secondary resonance vibration or the tertiary resonance vibration with the central axis as a twisted axis. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、超音波振動を駆動力源として被駆動体を駆動する超音波モータに関するものである。   The present invention relates to an ultrasonic motor that drives a driven body using ultrasonic vibration as a driving force source.

例えば、下記特許文献1には、振動子の縦振動とねじれ振動を合成して楕円振動を発生させ、ロータを回転させる超音波モータが提案されている。そして、下記特許文献1の図1には、振動子の分解斜視図が描かれており、振動子軸方向に対し斜めにカッティングされた弾性体の間に複数枚の圧電素子が挿入された構成となっている。また、該圧電素子の正電極は2分割されており、ここでは、それぞれA相、B相と称するものとする。   For example, Patent Document 1 below proposes an ultrasonic motor that rotates a rotor by synthesizing longitudinal vibration and torsional vibration of a vibrator to generate elliptical vibration. FIG. 1 of Patent Document 1 below shows an exploded perspective view of the vibrator, in which a plurality of piezoelectric elements are inserted between elastic bodies cut obliquely with respect to the vibrator axis direction. It has become. In addition, the positive electrode of the piezoelectric element is divided into two parts, which are referred to herein as A phase and B phase, respectively.

ここで、A相とB相に同位相の交番電圧を印加することで、棒状振動子に縦振動を発生させることができる。また、A相とB相に逆位相の交番電圧を印加することで、棒状振動子にねじれ振動を発生させることができる。尚、振動子の溝位置を調整して縦振動の共振周波数と、ねじれ振動の共振周波数を、ほぼ一致するようにしておく。そして、A相とB相にπ/2位相の異なる交番電圧を印加すると、縦振動とねじれ振動が同時に発生し、棒状弾性体上面に楕円振動を発生させることができる。棒状弾性体上面にロータを押圧することにより、ロータを時計方向(CW方向)若しくは反時計方向(CCW方向)に回転させることができる。   Here, by applying an alternating voltage having the same phase to the A phase and the B phase, longitudinal vibration can be generated in the rod-shaped vibrator. Further, torsional vibration can be generated in the rod-shaped vibrator by applying alternating voltages having opposite phases to the A phase and the B phase. The groove position of the vibrator is adjusted so that the resonance frequency of the longitudinal vibration and the resonance frequency of the torsional vibration are substantially matched. When alternating voltages having different π / 2 phases are applied to the A phase and the B phase, longitudinal vibration and torsional vibration are generated simultaneously, and elliptical vibration can be generated on the upper surface of the rod-shaped elastic body. By pressing the rotor against the upper surface of the rod-shaped elastic body, the rotor can be rotated clockwise (CW direction) or counterclockwise (CCW direction).

特開平9−117168号公報JP-A-9-117168

しかしながら、上記特許文献1に記載された超音波モータは、その図1に示されるように、弾性体を斜めにカットしなければならない、縦振動とねじれ振動の周波数を合わせるために弾性体の一部に溝部を設けなければならない、等の課題があった。また、圧電素子の中央部に穴部を設けてあるので、圧電素子がそれ自体で、若しくは特にシャフトと触れた際には破損しやすい等の課題があった。   However, as shown in FIG. 1, the ultrasonic motor described in the above-mentioned Patent Document 1 has to cut the elastic body diagonally. In order to match the frequencies of the longitudinal vibration and the torsional vibration, it is one of the elastic bodies. There was a problem that a groove portion had to be provided in the portion. In addition, since the hole is provided in the center of the piezoelectric element, there is a problem that the piezoelectric element is easily damaged by itself or particularly when touching the shaft.

したがって本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、溝部が不要であり、圧電素子に穴部を設ける必要が無く、簡単な構造で縦共振振動とねじれ共振振動を容易に励起することができ、超音波振動子に生じる楕円振動によりロータを回転させる超音波モータを提供することである。   Accordingly, the present invention has been made in view of the above problems, and the object thereof is to eliminate the need for a groove and to provide a hole in the piezoelectric element, and to facilitate longitudinal resonance vibration and torsional resonance vibration with a simple structure. It is an object of the present invention to provide an ultrasonic motor that can be excited by the motor and rotates a rotor by elliptic vibration generated in an ultrasonic vibrator.

すなわち本発明は、中心軸に垂直な断面が略長方形状の長さ比率を有する略直方体形状の振動子と、該振動子の楕円振動発生面に接して、該振動子の該楕円振動発生面と直交する中心軸を回転軸として回転駆動されるロータと、を少なくとも備えた超音波モータに於いて、上記振動子は、上記中心軸に垂直な断面が略長方形状で、該略長方形状の一辺を含む第1の側面及び該第1の側面と対をなす第2の側面を有した略直方体形状の弾性体と、上記弾性体の第1の側面に対向して配置された第1の圧電素子と、上記弾性体の第2の側面に対向して配置された第2の圧電素子と、を具備し、上記振動子の上記回転軸方向に伸縮する縦1次共振振動と、該回転軸をねじれ軸とするねじれ2次共振振動若しくはねじれ3次共振振動と、を合成することにより上記楕円振動を形成して上記ロータを回転させることを特徴とする。   That is, the present invention relates to an approximately rectangular parallelepiped vibrator having a substantially rectangular length ratio in a cross section perpendicular to the central axis, and the elliptical vibration generating surface of the vibrator in contact with the elliptical vibration generating surface of the vibrator. And a rotor that is driven to rotate about a central axis orthogonal to the rotation axis, and the vibrator has a substantially rectangular cross section perpendicular to the central axis, and has a substantially rectangular shape. A substantially rectangular parallelepiped-shaped elastic body having a first side surface including one side and a second side surface that forms a pair with the first side surface, and a first surface disposed opposite to the first side surface of the elastic body A longitudinal primary resonance vibration that includes a piezoelectric element and a second piezoelectric element disposed opposite to the second side surface of the elastic body and expands and contracts in the direction of the rotation axis of the vibrator; Torsional secondary resonance vibration or torsional tertiary resonance vibration with the axis as a torsion axis. To form the elliptical vibration by, characterized in that for rotating the rotor.

本発明によれば、溝部が不要であり、圧電素子に穴部を設ける必要が無く、簡単な構造で縦共振振動とねじれ共振振動を容易に励起することができ、超音波振動子に生じる楕円振動によりロータを回転させる超音波モータを提供することができる。   According to the present invention, there is no need for a groove portion, and there is no need to provide a hole portion in the piezoelectric element, so that longitudinal resonance vibration and torsional resonance vibration can be easily excited with a simple structure, and an ellipse generated in an ultrasonic transducer. An ultrasonic motor that rotates a rotor by vibration can be provided.

本発明の第1の実施形態に係る超音波モータを示す外観斜視図である。1 is an external perspective view showing an ultrasonic motor according to a first embodiment of the present invention. 図1の振動子を示したもので、(a)は振動子の分解斜視図、(b)は振動子の斜視図である。FIGS. 2A and 2B show the vibrator of FIG. 1, in which FIG. 1A is an exploded perspective view of the vibrator, and FIG. 本発明の第1実施形態で用いられる積層圧電素子の構成について説明するもので、(a)は圧電シート及び内部電極パターンの例を示した図、(b)は振動子表面に形成された交差指電極の配置例を示した図、(c)は(b)に示される積層圧電素子の積層後の外部電極を示した図である。FIGS. 2A and 2B are diagrams illustrating a configuration of a laminated piezoelectric element used in the first embodiment of the present invention, in which FIG. 1A shows an example of a piezoelectric sheet and internal electrode patterns, and FIG. The figure which showed the example of arrangement | positioning of a finger electrode, (c) is the figure which showed the external electrode after lamination | stacking of the lamination | stacking piezoelectric element shown by (b). 図2(a)のA−A′線に沿って示した分極方向を含み、且つ、側面に垂直な断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view including the polarization direction shown along line AA ′ in FIG. 2A and perpendicular to the side surface. 本発明の第1の実施形態の超音波モータ10に使用される振動子11の固有周波数の一致に関して説明するための図である。It is a figure for demonstrating matching of the natural frequency of the vibrator | oscillator 11 used for the ultrasonic motor 10 of the 1st Embodiment of this invention. 図5の振動子11の辺cを一定として、横軸が短辺の長さ/長辺の長さ(a/b)であるような種々の矩形比率に於ける各モードの共振周波数を表した図である。5 represents the resonance frequency of each mode at various rectangular ratios where the side c of the vibrator 11 in FIG. 5 is constant and the horizontal axis is the length of the short side / the length of the long side (a / b). FIG. 本発明の第1の実施形態の第1の変形例に於ける積層圧電素子の構成を示したもので、(a)は分解斜視図、(b)は(a)の積層圧電素子を左方向から見た図、(c)は(a)の積層圧電素子を右方向から見た図である。1 shows a configuration of a multilayer piezoelectric element according to a first modification of the first embodiment of the present invention, where (a) is an exploded perspective view, and (b) is a leftward direction of the multilayer piezoelectric element of (a). (C) is a view of the laminated piezoelectric element of (a) as viewed from the right direction. 本発明の第1の実施形態の第2の変形例に於ける積層圧電素子の構成を示したもので、(a)は分解斜視図、(b)は(a)の積層圧電素子の外部電極を示した図である。The structure of the laminated piezoelectric element in the 2nd modification of the 1st Embodiment of this invention is shown, (a) is a disassembled perspective view, (b) is an external electrode of the laminated piezoelectric element of (a). FIG. 本発明の第1の実施形態の第2の変形例による分極の様子を示した図である。It is the figure which showed the mode of the polarization by the 2nd modification of the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態の第3の変形例に於ける積層圧電素子の構成を示したもので、(a)は分解斜視図、(b)は(a)の積層圧電素子の外部電極を示した図である。The structure of the laminated piezoelectric element in the 3rd modification of the 1st Embodiment of this invention is shown, (a) is a disassembled perspective view, (b) is an external electrode of the laminated piezoelectric element of (a). FIG. 本発明の第4の変形例に於ける積層圧電素子の構成を示したもので、(a)は圧電シート及び内部電極パターンの例を示した図、(b)は(a)の圧電シート(3)25cの方向から見た透視図、(c)は右側面方向から見た図、(d)は左側面方向から見た図である。The structure of the laminated piezoelectric element in the 4th modification of this invention is shown, (a) is the figure which showed the example of a piezoelectric sheet and an internal electrode pattern, (b) is a piezoelectric sheet (a) ( 3) A perspective view seen from the direction 25c, (c) a view seen from the right side direction, and (d) a view seen from the left side direction. 本発明の第1の実施形態の第4の変形例に於ける振動子の構成を示したもので、(a)は分解斜視図、(b)は(a)の第1圧電素子の電極パターンを示した図、(c)は(a)の第2圧電素子の電極パターンを示した図である。The structure of the vibrator | oscillator in the 4th modification of the 1st Embodiment of this invention is shown, (a) is a disassembled perspective view, (b) is the electrode pattern of the 1st piezoelectric element of (a). (C) is a figure which showed the electrode pattern of the 2nd piezoelectric element of (a). 本発明の第2の実施形態に係る超音波モータの振動子の構成を示したもので、(a)は分解斜視図、(b)は(a)の振動子を組み立てた状態を示した斜視図、(c)は(b)の振動子を上から見た図である。FIGS. 3A and 3B show a configuration of an ultrasonic motor vibrator according to a second embodiment of the present invention, in which FIG. 4A is an exploded perspective view, and FIG. 4B is a perspective view showing a state where the vibrator of FIG. FIG. 4C is a view of the vibrator of FIG. 本発明の第2の実施形態の変形例に係る超音波モータの振動子の構成を示したもので、(a)は分解斜視図、(b)は(a)の振動子を組み立てた状態を示した斜視図である。The structure of the vibrator | oscillator of the ultrasonic motor which concerns on the modification of the 2nd Embodiment of this invention is shown, (a) is a disassembled perspective view, (b) shows the state which assembled the vibrator | oscillator of (a). It is the shown perspective view.

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

(第1の実施形態)
先ず、図1乃至図6を参照して、本発明の第1の実施形態について説明する。
(First embodiment)
First, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

図1は、本発明の第1の実施形態に係る超音波モータを示す外観斜視図である。また、図2は図1の振動子を示したもので、(a)は振動子の分解斜視図、(b)は振動子の斜視図である。   FIG. 1 is an external perspective view showing an ultrasonic motor according to the first embodiment of the present invention. 2 shows the vibrator of FIG. 1. FIG. 2A is an exploded perspective view of the vibrator, and FIG. 2B is a perspective view of the vibrator.

この超音波モータ10は、振動子を構成する振動子11と、摩擦接触部材12a及び12bと、外部電極13と、ロータ15と、ベアリング16と、ばね17と、ばね保持リング18と、シャフト19と、を少なくとも有して構成されている。   The ultrasonic motor 10 includes a vibrator 11 that constitutes a vibrator, friction contact members 12 a and 12 b, an external electrode 13, a rotor 15, a bearing 16, a spring 17, a spring holding ring 18, and a shaft 19. And at least.

摩擦接触部材12a及び12bは、振動子11の長手方向と直交する面に接着されてロータ15と接触するようになっている。そして、摩擦接触部材12a及び12bは、アルミナやジルコニアのセラミクス材料、若しくはPPSやPEEK等のエンジニアリングプラスチック材料から成る。詳細は後述するが、この摩擦接触部材12a及び12bの位置に於いては、図2(b)に示されるように、時計方向(CW方向)若しくは反時計方向(CCW方向)の向きに楕円振動を発生する。但し、この摩擦接触部材12a及び12bは、必ずしも必要なものではない。外部電極13は、図1及び図2では、図面の左側面には4箇所と、図には示されないが右側面にも4箇所設けられている。   The friction contact members 12 a and 12 b are bonded to a surface perpendicular to the longitudinal direction of the vibrator 11 so as to come into contact with the rotor 15. The friction contact members 12a and 12b are made of a ceramic material such as alumina or zirconia, or an engineering plastic material such as PPS or PEEK. Although details will be described later, at the positions of the frictional contact members 12a and 12b, as shown in FIG. 2B, elliptical vibration is generated in the clockwise direction (CW direction) or counterclockwise direction (CCW direction). Is generated. However, the friction contact members 12a and 12b are not necessarily required. 1 and 2, four external electrodes 13 are provided on the left side of the drawing, and four are also provided on the right side although not shown in the drawing.

上記ロータ15は、角柱形状の振動子11と該振動子11の頂面に押圧されて回転する。ベアリング16は、その外側面がロータ内側面に固定されロータ15を回転自在に保持するもので、シャフト19が固定されたベアリング内輪と、ロータ15の内周に固定されたベアリング外輪とで構成される。   The rotor 15 rotates by being pressed by the prismatic vibrator 11 and the top surface of the vibrator 11. The bearing 16 has an outer surface fixed to the inner surface of the rotor and rotatably holds the rotor 15. The bearing 16 includes a bearing inner ring to which the shaft 19 is fixed and a bearing outer ring fixed to the inner periphery of the rotor 15. The

ばね17は、上記ベアリング内輪に押圧力を加えるための弾性部材であり、該ベアリング内側部に接触する。ばね保持リング18は、上記ばね17を縮めてばね力を発生させるばね17の収縮量を制御するためのものである。更に、シャフト19は、上述したように、振動子11のほぼ中央部にて固定されている。   The spring 17 is an elastic member for applying a pressing force to the bearing inner ring, and contacts the inner side of the bearing. The spring holding ring 18 is for controlling the amount of contraction of the spring 17 that contracts the spring 17 and generates a spring force. Furthermore, as described above, the shaft 19 is fixed at substantially the center of the vibrator 11.

尚、シャフト19の軸の長手方向を中心軸方向と定義する。   The longitudinal direction of the shaft 19 is defined as the central axis direction.

振動子11は、直方体形状で、ステンレス材、黄銅材等の金属材料から成る弾性体21と、該弾性体21の両側面に、やはり直方体形状の第1積層圧電素子25と第2積層圧電素子26が、接着剤により接着されて構成されている。上記弾性体21は、その中心部分にシャフト19が挿通されるべく貫通穴22が形成されている。そして、この貫通穴22の軸方向の中央部には、シャフト19を保持するための雌ネジ部23が設けられており、シャフト19中央部の図示されない雄ネジ部が係合、接着される。尚、雌ねじ部23は、後述するように、振動子11の縦1次振動の節部とねじれ2次振動の中央の節部と幾何学的にほぼ一致している。   The vibrator 11 has a rectangular parallelepiped shape, an elastic body 21 made of a metal material such as stainless steel or brass material, and a rectangular parallelepiped first laminated piezoelectric element 25 and a second laminated piezoelectric element on both side surfaces of the elastic body 21. 26 is constituted by being bonded by an adhesive. The elastic body 21 has a through hole 22 at the center thereof so that the shaft 19 can be inserted therethrough. A female screw portion 23 for holding the shaft 19 is provided at the central portion of the through hole 22 in the axial direction, and a male screw portion (not shown) at the central portion of the shaft 19 is engaged and bonded. As will be described later, the female screw portion 23 geometrically substantially coincides with the node portion of the longitudinal primary vibration of the vibrator 11 and the central node portion of the torsional secondary vibration.

また、各積層圧電素子25、26の両側面には、図示されるように、外部電極13が設けられている。   In addition, external electrodes 13 are provided on both side surfaces of each of the laminated piezoelectric elements 25 and 26 as shown in the figure.

外部電極13としては、第1積層圧電素子25にはA−相及びC−相、図示されないがその反対側にはA+相及びC+相が存在する。また、第2積層圧電素子26にはB−相及びD−相、図示されないがその反対側にはB+相、D+相が存在する。   As the external electrode 13, the first laminated piezoelectric element 25 has an A− phase and a C− phase, and although not shown, an A + phase and a C + phase exist on the opposite side. The second laminated piezoelectric element 26 has a B-phase and a D-phase, and although not shown, there are a B + phase and a D + phase on the opposite side.

振動子11の外径寸法としては、a=6mm、b=10mm、c=20mmとする。また、摩擦接触部材12a及び12bの厚みは、0.1mm〜1mm程度とする。   The outer diameter dimensions of the vibrator 11 are a = 6 mm, b = 10 mm, and c = 20 mm. Moreover, the thickness of the friction contact members 12a and 12b is about 0.1 mm to 1 mm.

次に、図3を参照して、本実施形態で用いられる積層圧電素子の構成について説明する。   Next, with reference to FIG. 3, the structure of the laminated piezoelectric element used in this embodiment will be described.

図3(a)は、圧電シート及び内部電極パターンの例を示した図である。   FIG. 3A is a diagram showing an example of a piezoelectric sheet and internal electrode patterns.

本積層圧電素子251 は、所定の内部電極パターンが形成された、チタン酸ジルコン酸鉛(以下PZTと称する)等の薄い圧電シートが積層されて構成されたものである。圧電シートは、その厚さが10μm〜100μm程度のPZT材料から成り、圧電シート1(以下、圧電シート(1)と記す)25aには内部電極パターン、圧電シート2(以下、圧電シート(2)と記す)25bには内部電極パターン2が、それぞれ印刷されている。 The laminated piezoelectric element 25 1 is formed by laminating thin piezoelectric sheets such as lead zirconate titanate (hereinafter referred to as PZT) on which a predetermined internal electrode pattern is formed. The piezoelectric sheet is made of a PZT material having a thickness of about 10 μm to 100 μm. The piezoelectric sheet 1 (hereinafter referred to as piezoelectric sheet (1)) 25a has an internal electrode pattern, and the piezoelectric sheet 2 (hereinafter referred to as piezoelectric sheet (2)). The internal electrode pattern 2 is printed on each 25b.

内部電極は、銀−パラジウム合金から成り、厚さは数μm程度である。圧電シート(1)25aは、図示されるように、交差指電極(上部交差指電極(内部電極)27と下部交差指電極(内部電極)28)が2箇所に印刷されている。交差指内部電極の幅は、0.1mm〜1mm程度の範囲に設定され、間の絶縁幅も0.1mm〜1mm程度の範囲に設定される。   The internal electrode is made of a silver-palladium alloy and has a thickness of about several μm. As shown in the figure, the piezoelectric sheet (1) 25a has crossed finger electrodes (upper crossed finger electrode (internal electrode) 27 and lower crossed finger electrode (internal electrode) 28) printed at two locations. The width of the interdigital finger electrode is set to a range of about 0.1 mm to 1 mm, and the insulation width therebetween is also set to a range of about 0.1 mm to 1 mm.

ここで、交差指電極とは、+相の電極と−相の電極とが、交互に組み合わされて配置されているような電極を指すものとする。そして、交差指電極は、図3(a)では図面の見やすさから二対の交差指電極構成としているが、その面内でできるだけ大きな面積となるようにするため、実際には、図3(b)に示されるように、その面内の一面に形成されるように、更に多くの対の交差指電極構成としても良い。   Here, the cross finger electrode refers to an electrode in which a + phase electrode and a-phase electrode are alternately combined. In FIG. 3 (a), the cross finger electrodes have two pairs of cross finger electrodes for the sake of easy viewing. However, in order to have as large an area as possible in the plane, in practice, FIG. As shown in b), more pairs of crossed finger electrodes may be formed so as to be formed on one surface within the surface.

交差指電極は、図3(a)に於いて、中心軸方向(破線で示される)と交差指電極の指の方向との成す角が、図の上部交差指電極27では、
0<θ<π/2
とする。分極方向α(破線で示される)は、交差指電極の指の方向と直交する方向であるから、
α=π/2−θ
0<α<π/2
である。尚、角度を測定する向きに関しては、図示されるように、αとθでは逆にとっている。
In FIG. 3 (a), the cross finger electrode has an angle formed by the direction of the central axis (shown by a broken line) and the finger direction of the cross finger electrode.
0 <θ <π / 2
And Since the polarization direction α (indicated by a broken line) is a direction orthogonal to the direction of the fingers of the cross finger electrode,
α = π / 2−θ
0 <α <π / 2
It is. As shown in the figure, α and θ are reversed with respect to the direction in which the angle is measured.

図3(a)に示される下部交差指電極28の成す角は、図示されるように、φであり、
φ=π−θ
π/2<φ<π
となっている。
The angle formed by the lower cross finger electrode 28 shown in FIG. 3A is φ, as shown in the figure.
φ = π−θ
π / 2 <φ <π
It has become.

また、下部交差指電極28は、上部交差指電極27と電気的に並列に接続されていて、その一部は圧電シートの端部にまで延出されている。これら圧電シート(a)25aがn枚積層され、その後圧電シート(2)25bが積層される。この圧電シート(2)25bの電極パターンは圧電シート(1)25aと全く同様であるが、端部に延出される電極の位置のみ異なっている。この圧電シート(2)25bは、振動検出用として用いられる。そして、最後に、何も電極が印刷されていない圧電シート3(以下、圧電シート(3)と記す)25cが積層される。   The lower cross finger electrode 28 is electrically connected to the upper cross finger electrode 27 in parallel, and a part of the lower cross finger electrode 28 extends to the end of the piezoelectric sheet. N sheets of the piezoelectric sheets (a) 25a are stacked, and then the piezoelectric sheet (2) 25b is stacked. The electrode pattern of the piezoelectric sheet (2) 25b is exactly the same as that of the piezoelectric sheet (1) 25a, but only the position of the electrode extending to the end is different. This piezoelectric sheet (2) 25b is used for vibration detection. Finally, a piezoelectric sheet 3 on which no electrode is printed (hereinafter referred to as a piezoelectric sheet (3)) 25c is laminated.

後述するように、本実施形態では、振動子11を構成した場合に、その振動子11に生じるねじれ2次振動と縦1次振動が用いられる。したがって、本実施形態の交差指電極の位置は、上部交差指電極27の中央部はねじれ2次振動の上部節位置近傍に設けられ、下部交差指電極28の中央部はねじれ2次振動の下部節位置近傍に設けられている。   As will be described later, in this embodiment, when the vibrator 11 is configured, torsional secondary vibration and longitudinal primary vibration generated in the vibrator 11 are used. Therefore, the position of the interdigitated electrode of the present embodiment is such that the central portion of the upper interdigital finger electrode 27 is provided near the upper node position of the torsional secondary vibration, and the central portion of the lower interdigital finger electrode 28 is the lower portion of the torsional secondary vibration. It is provided near the node position.

図3(c)は、図3(b)に示される積層圧電素子の積層後の外部電極が示されている。   FIG. 3C shows an external electrode after the lamination of the laminated piezoelectric element shown in FIG.

同図に於いて、右側面には、n枚の圧電シート(a)25aの内部電極と導通するA+(B+)相の外部電極13a1 (13b1 )と、1枚の圧電シート(2)25bの内部電極と導通するC+(D+)相の外部電極13c1 (13d1 )と、が設けられている。尚、図示されないが、反対側の面には、A−(B−)相の外部電極13a2 (13b2 )と、C−(D−)相の外部電極13c2 (13d2 )と、が設けられている。 In the figure, on the right side, an A + (B +) phase external electrode 13a 1 (13b 1 ) electrically connected to the internal electrodes of n piezoelectric sheets (a) 25a and one piezoelectric sheet (2). An external electrode 13c 1 (13d 1 ) of C + (D +) phase that is electrically connected to the internal electrode 25b is provided. Although not shown, on the opposite surface, there are A- (B-) phase external electrodes 13a 2 (13b 2 ) and C- (D-) phase external electrodes 13c 2 (13d 2 ). Is provided.

このような構成の積層圧電素子11を、図2に示される弾性体21に接着する場合には、該弾性体12の片面に第1積層圧電素子25を接着後、弾性体21の対向する面に別の第2積層圧電素子26を上下反転させ、且つ、表裏反転させた状態で該弾性体21に接着する。この理由は、同じ種類の積層圧電素子を用いて、弾性体21に対して振動検出相のある圧電シート(2)25b側が振動子11の外側になるように配置し、且つ、分極の方向が同一の方向になるようにするためである。   When the laminated piezoelectric element 11 having such a configuration is bonded to the elastic body 21 shown in FIG. 2, the first laminated piezoelectric element 25 is bonded to one surface of the elastic body 12, and then the surface facing the elastic body 21. In addition, another second laminated piezoelectric element 26 is turned upside down and bonded to the elastic body 21 while being turned upside down. This is because the same type of laminated piezoelectric elements is used so that the piezoelectric sheet (2) 25b side having the vibration detection phase with respect to the elastic body 21 is located outside the vibrator 11, and the direction of polarization is This is to ensure that they are in the same direction.

次に、本実施形態に於ける積層圧電素子25、26の作成方法について説明する。   Next, a method for creating the laminated piezoelectric elements 25 and 26 in the present embodiment will be described.

焼成前の圧電シート(1)25aに内部電極パターンが印刷されたものをn枚、圧電シート(2)25bに内部電極パターンを印刷されたものを1枚用意する。そして、先ず、圧電シート(1)25aがn枚積層された後、圧電シート(2)25bが1枚積層され、更に内部電極の印刷されていない圧電シート(3)25cが1枚積層される。   Prepare n sheets of printed internal electrode patterns on the piezoelectric sheet (1) 25a before firing, and 1 printed sheets of internal electrode patterns on the piezoelectric sheet (2) 25b. First, after n sheets of piezoelectric sheets (1) 25a are stacked, one sheet of piezoelectric sheets (2) 25b is stacked, and one sheet of piezoelectric sheet (3) 25c on which no internal electrode is printed is stacked. .

その後、プレスされ、所定の大きさにカットされた後、所定の温度で焼成が行われる。次いで、外部電極13が所定の位置に印刷、焼付けされる。その後、分極が行われて積層圧電素子25、26が完成する。   Then, after being pressed and cut into a predetermined size, firing is performed at a predetermined temperature. Next, the external electrode 13 is printed and baked at a predetermined position. Thereafter, polarization is performed to complete the laminated piezoelectric elements 25 and 26.

ここで、分極について、図4を参照して説明する。   Here, the polarization will be described with reference to FIG.

図4は、図3(a)のA−A′線に沿って示した分極方向を含み、且つ、側面に垂直な断面図である。   FIG. 4 is a cross-sectional view including the polarization direction shown along the line AA ′ in FIG. 3A and perpendicular to the side surface.

図4に於いて、矢印Pで示される分極ベクトルは、片側の極(+)から中央部で多少の膨らみをもって、もう片方の極(−)に向かって分極が形成されている。尚、このべクトルは、電場のベクトルとも一致している。また、隣接する内部電極間は例えば300μmであり、圧電シートの厚さは例えば100μmである。   In FIG. 4, the polarization vector indicated by the arrow P is polarized toward the other pole (−) with a slight bulge from the pole (+) on one side. This vector also coincides with the electric field vector. The distance between adjacent internal electrodes is, for example, 300 μm, and the thickness of the piezoelectric sheet is, for example, 100 μm.

次に、本振動子11の動作について説明する。   Next, the operation of the vibrator 11 will be described.

図5(a)に示されるように、振動子11の形状を直方体形状で、それぞれの辺a、b、cの各寸法を適切な値とすることで、縦1次振動モード(第1次共振振動)の共振周波数とねじれ2次振動モード(ねじれ2次共振振動)、若しくはねじれ3次振動モード(ねじれ3次共振振動)の、共振周波数をほぼ一致させるようにしている。   As shown in FIG. 5 (a), the shape of the vibrator 11 is a rectangular parallelepiped shape, and the dimensions of the sides a, b, and c are set to appropriate values, so that the longitudinal primary vibration mode (first order) The resonance frequency of the resonance vibration) and the resonance frequency of the torsional secondary vibration mode (torsional secondary resonance vibration) or the torsional tertiary vibration mode (torsional tertiary resonance vibration) are made to substantially coincide.

尚、図5(b)はねじれ1次振動モード(ねじれ1次共振振動)、図5(c)は縦1次振動モード、図5(d)はねじれ2次振動モード、図5(e)はねじれ3次振動モードの振動状態を概略的に示した図である。また、実線が振動前の振動子11の形状を示しており、破線が振動後の振動子11の形状を示している。そして、図中、301 、302 、303 、304 、305 は振動子11の振動の節に相当する位置であり、304 、305 はねじれ2次振動の上部節位置、ねじれ2次振動の下部節位置である。 5B is a torsional primary vibration mode (torsional primary resonance vibration), FIG. 5C is a longitudinal primary vibration mode, FIG. 5D is a torsional secondary vibration mode, and FIG. FIG. 6 is a diagram schematically showing a vibration state in a torsional tertiary vibration mode. A solid line indicates the shape of the vibrator 11 before vibration, and a broken line indicates the shape of the vibrator 11 after vibration. In the figure, 30 1 , 30 2 , 30 3 , 30 4 , 30 5 are positions corresponding to the vibration nodes of the vibrator 11, and 30 4 , 30 5 are the upper node positions of the torsional secondary vibration, torsion. This is the lower node position of the secondary vibration.

ここで、直方体の各辺a、b、cを定義する。いま、辺cの方向を、縦1次振動モードの振動の方向、且つ、ねじれ振動のねじれの軸方向とする。また、辺cと直交する方向を辺aの方向、辺bの方向とする。ここで、辺cに沿って、辺cと平行な軸線に垂直な長方形状の各断面の長さ比率をa<b<cとすると共に、aを短辺と称し、bを長辺と称するものとして、以下に説明する。   Here, each side a, b, and c of the rectangular parallelepiped is defined. Now, let the direction of the side c be the direction of vibration in the longitudinal primary vibration mode and the axial direction of torsion of torsional vibration. Further, the direction orthogonal to the side c is defined as the direction of the side a and the direction of the side b. Here, the length ratio of each rectangular cross section perpendicular to the axis parallel to the side c along the side c is a <b <c, a is referred to as a short side, and b is referred to as a long side. This will be described below.

図6は、辺cを一定として、横軸が短辺の長さ/長辺の長さ(a/b)であるような種々の矩形比率に於ける各モードの共振周波数を表した図である。同図からわかるように、a/bを変化させた場合には、縦1次振動モードの共振周波数はa/bに依存せず、ほぼ一定の値をとる。しかしながら、ねじれ振動の共振周波数は、a/b値が1に近付けば近付くほど単調に大きくなっていく。ねじれ1次振動モードの共振周波数は、a/bがどのような値をとっても、縦1次振動モードの共振周波数と一致する条件はない。   FIG. 6 is a diagram showing the resonance frequency of each mode in various rectangular ratios in which the side c is constant and the horizontal axis is the length of the short side / the length of the long side (a / b). is there. As can be seen from the figure, when a / b is changed, the resonance frequency of the longitudinal primary vibration mode does not depend on a / b and takes a substantially constant value. However, the resonance frequency of torsional vibration monotonously increases as the a / b value approaches 1. The resonance frequency of the torsional primary vibration mode has no condition that matches the resonance frequency of the longitudinal primary vibration mode regardless of the value of a / b.

しかしながら、ねじれ2次振動モードの共振周波数は、a/b値が0.6近傍の時に一致することが明らかである。また、ねじれ3次振動モードの共振周波数は、a/b値が0.3近傍の時に一致することが明らかである。したがって、本実施形態では、縦1次共振モードとねじれ2次共振モードが用いられるので、振動子11の各寸法を、a/bがほぼ0.6となるように設定する。   However, it is clear that the resonance frequency of the torsional secondary vibration mode matches when the a / b value is around 0.6. Further, it is clear that the resonance frequency of the torsional tertiary vibration mode matches when the a / b value is around 0.3. Therefore, in the present embodiment, the longitudinal primary resonance mode and the torsional secondary resonance mode are used, so that the dimensions of the vibrator 11 are set so that a / b is approximately 0.6.

尚、図6に示された各モードの共振振動の図から、縦1次振動モードの節部は略中央部位、ねじれ2次振動モードの節部は中心軸の任意の部位(及び上部節位置と下部節位置)であるから、弾性体12の中心軸上のほぼ中央部位が共通の節部となる。したがって、この節部でシャフト19を保持すれば振動がシャフト19にほとんど漏れず、ひいては高効率なモータが得られる。   In addition, from the figure of the resonance vibration of each mode shown in FIG. 6, the node portion of the longitudinal primary vibration mode is a substantially central portion, the node portion of the torsional secondary vibration mode is an arbitrary portion of the central axis (and the upper node position). Therefore, a substantially central portion on the central axis of the elastic body 12 is a common node. Therefore, if the shaft 19 is held at this node, vibration hardly leaks into the shaft 19 and a highly efficient motor can be obtained.

次に、図3(a)に示される上部交差指電極26を用いて、本実施形態に於ける振動子11の動作について説明する。   Next, the operation of the vibrator 11 in this embodiment will be described using the upper cross finger electrode 26 shown in FIG.

先ず、駆動用交差指電極を用いた振動子11の動作について説明する。   First, the operation of the vibrator 11 using the driving cross finger electrodes will be described.

図2(b)に示されるA相(A+相、A−相)及びB相(B+相、B−相)に、縦1次振動若しくはねじれ2次振動の共振周波数に対応した交番電圧が印加される。   An alternating voltage corresponding to the resonance frequency of the primary longitudinal vibration or torsional secondary vibration is applied to the A phase (A + phase, A-phase) and B phase (B + phase, B-phase) shown in FIG. Is done.

図3(a)には、その際に逆圧電効果により上部交差指電極近傍に発生する力が、べクトルFで表示されている。図3(a)に示される力Fは交番力であり、その力をベクトル分解するとF1とF2となる。力F1は、図からも明らかなように、縦振動を励起させる伸縮カとなる。また、力F2は、図から明らかなように、ねじれ2次振動を発生させるねじれカとなる。積層された積層圧電素子についても同様に考えてよい。これらの積層圧電素子11は、上述したようにして、弾性体12の両面に接着されている。   In FIG. 3A, the force generated in the vicinity of the upper interdigital finger electrode by the inverse piezoelectric effect at that time is displayed as a vector F. The force F shown in FIG. 3A is an alternating force, and when the force is vector-decomposed, F1 and F2 are obtained. As is clear from the figure, the force F1 becomes an expansion / contraction force that excites longitudinal vibration. Further, as is apparent from the drawing, the force F2 becomes a torsional force that generates a torsional secondary vibration. The same applies to laminated piezoelectric elements that are laminated. These laminated piezoelectric elements 11 are bonded to both surfaces of the elastic body 12 as described above.

図2(b)に戻って説明する。   Returning to FIG.

第1積層圧電素子25のA相に交番電圧が印加されると、上述した理由により、図の力Fなるベクトルの交番力が働くことになる。図示されないが、裏面の第2積層圧電素子26のB相に、やはり交番電圧が印加されると、やはり同じベクトル方向の力Fなる交番力が発生することになる。   When an alternating voltage is applied to the A phase of the first laminated piezoelectric element 25, the alternating force of the vector, which is the force F in the figure, acts for the reason described above. Although not shown, when an alternating voltage is applied to the B phase of the second laminated piezoelectric element 26 on the back surface, an alternating force having a force F in the same vector direction is also generated.

A相、B相に振動子11の縦1次振動若しくはねじれ2次振動の共振周波数に対応する周波数であって、位相が同じ交番電圧を印加すると、ベクトルFの交番力が合成されて、ねじれ力は相殺され、縦1次共振振動のみが発生する。   When an alternating voltage having the same phase and corresponding to the resonance frequency of the longitudinal primary vibration or torsional secondary vibration of the vibrator 11 is applied to the A phase and the B phase, the alternating force of the vector F is synthesized and twisted. The force is canceled and only the longitudinal primary resonance vibration is generated.

次に、A相、B相に同時に逆位相(位相差π)の上記周波数の交番電圧を印加する。すると、ベクトルFは、第1積層圧電素子25と第2積層圧電素子26では逆位相で発生する。したがって、伸縮力は相殺され、逆にねじれ力が働き、ねじれ共振2次振動のみが発生する。   Next, an alternating voltage having the above-mentioned frequency having an opposite phase (phase difference π) is simultaneously applied to the A phase and the B phase. Then, the vector F is generated in the opposite phase in the first laminated piezoelectric element 25 and the second laminated piezoelectric element 26. Therefore, the expansion / contraction force is canceled, and conversely, the torsional force works and only the torsional resonance secondary vibration is generated.

次に、A相、B相に同時に位相が0、π、−π以外の位相差を与えた場合を考える。この場合には、縦1次振動とねじれ2次振動が同時に起こり、それらの振動が合成された振動となる。この時は、図2(b)に示されるように、振動子11の摩擦接触部材12a及び12bの位置にロータ15を回転させるような向きに、時計方向(CW方向)若しくは反時計方向(CCW方向)の楕円振動が形成される。   Next, consider a case where a phase difference other than 0, π, and −π is simultaneously given to the A phase and the B phase. In this case, the longitudinal primary vibration and the torsional secondary vibration occur simultaneously, and these vibrations are synthesized. At this time, as shown in FIG. 2 (b), the rotor 15 is rotated to the position of the frictional contact members 12a and 12b of the vibrator 11 in the clockwise direction (CW direction) or counterclockwise direction (CCW). Direction) elliptical vibrations are formed.

振動子11の摩擦接触部材12a及び12bの位置に楕円振動が発生していると、押圧されているロータ15は、その楕円振動の回転の向きに従って、時計方向(CW方向)若しくは反時計方向(CCW方向)の向きに回転動作を行うことになる。   When elliptical vibration is generated at the positions of the frictional contact members 12a and 12b of the vibrator 11, the pressed rotor 15 is clockwise (CW direction) or counterclockwise (in accordance with the rotational direction of the elliptical vibration). The rotation operation is performed in the direction of (CCW direction).

尚、残りの一対の下部交差指電極27の働きについては、ねじれの向きが逆になるので、交差指電極の方向は鈍角になるように設定されているのであり、その他の駆動原理については上述した上部交差指電極26の場合と同様であるので説明は省略する。   The remaining pair of lower interdigitated electrodes 27 have their twisting directions reversed so that the directions of the interdigitated electrodes are set to be obtuse, and the other driving principles are described above. Since this is the same as the case of the upper cross finger electrode 26, the description is omitted.

次に、図3に示される圧電シート(2)25bによる振動検出の動作について説明する。   Next, the vibration detection operation by the piezoelectric sheet (2) 25b shown in FIG. 3 will be described.

縦1次振動やねじれ2次振動が発生すると、圧電効果により、交差指電極面には電荷が発生する。その場合、図2に於いて、電荷は、C相(C+相,C−相間)の電圧若しくはD相(D+相,D−相間)の電圧となって観測される。駆動用交差指電極での動作では、上述した逆圧電効果により駆動電圧により力が発生しているが、それとは全く逆に、機械的歪により電荷若しくは電圧が発生する。   When longitudinal primary vibration or torsional secondary vibration occurs, electric charges are generated on the surface of the interdigitated electrode due to the piezoelectric effect. In that case, in FIG. 2, the charge is observed as a voltage of the C phase (between the C + phase and the C− phase) or a voltage of the D phase (between the D + phase and the D− phase). In the operation with the driving cross-finger electrode, force is generated by the driving voltage due to the above-described reverse piezoelectric effect, but on the contrary, a charge or voltage is generated by mechanical strain.

したがって、縦1次共振振動のみが発生している場合は、C相とD相を並列順接続(C+相とD+相を結線し、C−相とD−相を結線:並列順接続相と定義する)すると、その間に発生している電圧は縦1次共振振動の大きさ、位相に比例した信号が得られる。しかし、C相とD相を並列逆接続(C+相とD−相を結線し、C−相とD+相を結線:並列逆接続相と定義する)した場合は信号は出力されない。   Therefore, when only the longitudinal primary resonance vibration is generated, the C phase and the D phase are connected in parallel in the forward direction (the C + phase and the D + phase are connected, and the C− phase and the D− phase are connected: the parallel forward connection phase). Then, a voltage proportional to the magnitude and phase of the longitudinal primary resonance vibration can be obtained. However, when the C phase and the D phase are reversely connected in parallel (the C + phase and the D− phase are connected and the C− phase and the D + phase are connected: defined as a parallel reverse connection phase), no signal is output.

一方、ねじれ2次振動のみが発生している場合は、C相とD相を並列逆接続(C+相とD−相を結線し、C−相とD+相を結線)すると、その間に発生している電圧はねじれ2次振動の大きさ、位相に比例した信号が得られる。しかしながら、C相とD相を並列順接続(C+相とD+相を結線し、C−相とD−相を結線)した場合は、信号は出力されない。   On the other hand, when only the torsional secondary vibration is generated, it occurs between the C phase and the D phase connected in reverse (connecting the C + phase and the D− phase and connecting the C− phase and the D + phase). A voltage proportional to the magnitude and phase of the torsional secondary vibration can be obtained. However, when the C phase and the D phase are connected in parallel in order (the C + phase and the D + phase are connected, and the C− phase and the D− phase are connected), no signal is output.

したがって、C相とD相の結線方法を選択することにより、縦1次振動若しくはねじれ2次振動を独立に検出することが可能である。   Therefore, it is possible to detect longitudinal primary vibration or torsional secondary vibration independently by selecting a connection method between the C phase and the D phase.

次に、このような振動検出相(C相、D相)を用いてモータを駆動する方法について説明する。   Next, a method of driving a motor using such a vibration detection phase (C phase, D phase) will be described.

駆動相であるA相若しくはB相の信号の位相と、振動検出相(例えば、C相とD相を並列逆接続したもの)との位相の位相差は、ねじれ2次振動の共振周波数での動作時に所定の値Ωをとることが知られている。したがって、この場合には、駆動相と検出相の位相差を常にΩになるように周波数を調整し駆動することで、モータ自身の発熱による温度上昇や周囲環境温度の変化による共振周波数変化や負荷変動による共振周波数変化があった場合でも、常にねじれ2次の共振周波数近傍で駆動することができる。それ故、常に最適な周波数で効率よく駆動することができる。これは、縦1次共振周波数近傍で駆動する場合も同様の考え方で可能である。   The phase difference between the phase of the A phase or B phase signal that is the driving phase and the phase of the vibration detection phase (for example, the C phase and the D phase are reversely connected in parallel) is the resonance frequency of the torsional secondary vibration. It is known to take a predetermined value Ω during operation. Therefore, in this case, by adjusting the frequency so that the phase difference between the drive phase and the detection phase is always Ω, the temperature is increased due to the heat generated by the motor itself, the resonance frequency changes due to changes in the ambient temperature, and the load. Even when there is a change in the resonance frequency due to fluctuations, it is always possible to drive near the torsional secondary resonance frequency. Therefore, it is always possible to efficiently drive at the optimum frequency. This is also possible with the same concept when driving near the longitudinal primary resonance frequency.

このように、第1の実施形態によれば、弾性体の一部に溝部を設ける必要がなく、また圧電素子にも穴部を設ける必要がない。よって、構成が単純になり、試作が容易になるばかりでなく、安定したモータ特性を得ることができる。   Thus, according to the first embodiment, it is not necessary to provide a groove in a part of the elastic body, and it is not necessary to provide a hole in the piezoelectric element. Therefore, not only the configuration becomes simple and the trial production becomes easy, but also stable motor characteristics can be obtained.

更に、本実施形態では、圧電素子が積層構造を有しているので、低電圧駆動が可能である。また、振動検出相も設けられているので、その信号を利用して常に最適な周波数での駆動が可能である。   Furthermore, in this embodiment, since the piezoelectric element has a laminated structure, low voltage driving is possible. In addition, since a vibration detection phase is also provided, it is possible to always drive at an optimum frequency using the signal.

(第1の変形例)
次に、本発明の第1の実施形態に於ける第1の変形例について説明する。
(First modification)
Next, a first modification of the first embodiment of the present invention will be described.

図7は、本発明の第1の実施形態の第1の変形例に於ける積層圧電素子の構成を示したもので、(a)は分解斜視図、(b)は(a)の積層圧電素子を左方向から見た図、(c)は(a)の積層圧電素子を右方向から見た図である。   FIGS. 7A and 7B show the configuration of the laminated piezoelectric element in the first modification of the first embodiment of the present invention. FIG. 7A is an exploded perspective view, and FIG. 7B is the laminated piezoelectric element of FIG. The figure which looked at the element from the left direction, (c) is the figure which looked at the laminated piezoelectric element of (a) from the right direction.

尚、以下に説明する変形例に於いては、上述した第1の実施形態とは、積層圧電素子の構成のみ異なっている。したがって、ここでは積層圧電素子の構成について説明し、その他の超音波モータの基本的な構成及び動作については、上述した第1の実施形態と同じであるので、説明の重複を避けるため、同一の部分には同一の参照番号を付して、その図示及び詳細な説明を省略する。   In the modification described below, only the configuration of the laminated piezoelectric element is different from the first embodiment described above. Therefore, here, the configuration of the multilayer piezoelectric element will be described, and the basic configuration and operation of the other ultrasonic motors are the same as those in the first embodiment described above. Parts are denoted by the same reference numerals, and illustration and detailed description thereof are omitted.

図7(a)に於いて、圧電シート(1)25aの内部電極は、上述した第1の実施形態と同じであるが、上部交差指電極32の端部引き出し位置と下部交差指電極33の端部への引き出し位置が異なっている。   In FIG. 7A, the internal electrodes of the piezoelectric sheet (1) 25a are the same as those in the first embodiment described above, but the end drawing position of the upper cross finger electrode 32 and the lower cross finger electrode 33 are the same. The drawing position to the end is different.

また、本第1の変形例では、圧電シートをn枚積層後、内部電極が設けられていない圧電シート(3)25cを最後に一枚積層して、積層圧電素子252 を構成している。 Further, in the first modification, after the n laminated piezoelectric sheet, and a piezoelectric sheet (3) 25c of the internal electrode is not provided finally laminated one, constitutes a laminated piezoelectric element 25 2 .

図7(b)に於いて、積層圧電素子252 の右側面には、上部に駆動相としてのA+(B+)相の外部電極33a1 (33b1 )、下部に振動検出相としてのC+(D+)相の外部電極33c1 (33d1 )が設けられている。同様に、積層圧電素子252 の左側面には、上部に駆動相としてのA−(B−)相の外部電極33a2 (33b2 )、下部に振動検出相としてのC−(D−)相の外部電極33c2 (33d2 )が設けられている。 In FIG. 7B, on the right side surface of the laminated piezoelectric element 25 2 , an external electrode 33a 1 (33b 1 ) having an A + (B +) phase as a driving phase is provided on the upper side, and C + ( An external electrode 33c 1 (33d 1 ) of the D +) phase is provided. Similarly, on the left side surface of the laminated piezoelectric element 25 2 , an A- (B−) phase external electrode 33a 2 (33b 2 ) as a driving phase is provided at the upper portion, and C- (D−) as a vibration detection phase is provided at the lower portion. A phase external electrode 33c 2 (33d 2 ) is provided.

尚、この積層圧電素子252 の全体の構成、駆動方法については、上述した第1の実施形態に記載したものと同じであるので、ここでは説明を省略する。 Note that the overall configuration and driving method of the multilayer piezoelectric element 25 2 are the same as those described in the first embodiment, and a description thereof will be omitted here.

この第1の変形例によれば、下部交差指電極の信号全てを振動検出信号として用いることができるので、大きな振動検出信号を得ることができる。   According to the first modification, all the signals of the lower cross finger electrodes can be used as the vibration detection signal, so that a large vibration detection signal can be obtained.

(第2の変形例)
次に、本発明の第1の実施形態に於ける第2の変形例について説明する。
(Second modification)
Next, a second modification example in the first embodiment of the present invention will be described.

図8は、本発明の第1の実施形態の第2の変形例に於ける積層圧電素子の構成を示したもので、(a)は分解斜視図、(b)は(a)の積層圧電素子の外部電極を示した図である。   FIGS. 8A and 8B show the structure of the laminated piezoelectric element according to the second modification of the first embodiment of the present invention. FIG. 8A is an exploded perspective view, and FIG. 8B is the laminated piezoelectric element of FIG. It is the figure which showed the external electrode of the element.

本第2の変形例では、圧電シート(1)25aには、例えばA+(B+)相用の一方の片側(右指交差指電極)の交差指電極35が、圧電シート(2)25bには、例えばA−(B−)相用の他方の片側(左指交差指電極)の交差指電極36が印刷されている。交差指電極36は、その指部分が交差指電極35の指部分の間になるように、その高さ方向(図2(b)のc方向)がシフトされて配置されている。   In the second modified example, the piezoelectric sheet (1) 25a has a cross finger electrode 35 on one side (right finger cross finger electrode) for A + (B +) phase, for example, and the piezoelectric sheet (2) 25b has For example, the cross finger electrode 36 on the other side (left finger cross finger electrode) for the A- (B-) phase is printed. The cross finger electrode 36 is arranged with its height direction (c direction in FIG. 2B) shifted so that the finger portion is between the finger portions of the cross finger electrode 35.

そして、圧電シート(1)25aと圧電シート(2)25bが交互に積層され、最後に電極が印刷されていない圧電シート(3)25cが積層される。   And the piezoelectric sheet (1) 25a and the piezoelectric sheet (2) 25b are laminated | stacked alternately, and the piezoelectric sheet (3) 25c in which the electrode is not printed is laminated | stacked finally.

外部電極は、図8bに示されるように、本第2の変形例では、駆動相A(B)相のみが設けられている。尚、ここではA+(B+)相の外部電極37a1 (37b1 )が示されているが、A−(B−)相の外部電極37a2 (37b2 )についても同様である。 As shown in FIG. 8b, the external electrode is provided with only the drive phase A (B) phase in the second modification. Note that the A + (B +) phase external electrode 37a 1 (37b 1 ) is shown here, but the same applies to the A− (B−) phase external electrode 37a 2 (37b 2 ).

図9は、本発明の第1の実施形態の第2の変形例による分極の様子を示した図である。   FIG. 9 is a diagram showing the state of polarization according to the second modification of the first embodiment of the present invention.

上述したように、内部電極の正極(A+(B+)相)と負極(A−(B−)相)が交互に積層されているので、図9に示されるように、分極の方向は僅かに角度ξを有して形成される。すなわち、圧電シート(1)25aと圧電シート(2)25bが対となって交差指電極の役目をする。   As described above, since the positive electrode (A + (B +) phase) and the negative electrode (A- (B-) phase) of the internal electrode are alternately laminated, the direction of polarization is slightly different as shown in FIG. Formed with an angle ξ. That is, the piezoelectric sheet (1) 25a and the piezoelectric sheet (2) 25b are paired to serve as a cross finger electrode.

したがって、面内に正極、負極がある第1の実施形態では電極にはみ出し等が存在する場合には分極中に放電現象が起こる場合が想定されるが、本第2の変形例ではそのような現象を防止することができる。   Therefore, in the first embodiment in which the positive electrode and the negative electrode are in the plane, it is assumed that a discharge phenomenon occurs during polarization when the electrode protrudes or the like, but in the second modification example, The phenomenon can be prevented.

(第3の変形例)
次に、本発明の第1の実施形態に於ける第3の変形例について説明する。
(Third Modification)
Next, a third modification of the first embodiment of the present invention will be described.

図10は、本発明の第1の実施形態の第3の変形例に於ける積層圧電素子の構成を示したもので、(a)は分解斜視図、(b)は(a)の積層圧電素子の外部電極を示した図である。   FIGS. 10A and 10B show the structure of the laminated piezoelectric element according to the third modification of the first embodiment of the present invention. FIG. 10A is an exploded perspective view, and FIG. 10B is the laminated piezoelectric element of FIG. It is the figure which showed the external electrode of the element.

この第3の変形例と上述した第2の変形例との差異は、上部交差指電極41、43が駆動電極、下部交差指電極42、44が振動検出電極として機能している点である。そして、それぞれの外部電極は、駆動用外部電極45a1 (45b1 )、検出用外部電極45c1 (45d1 )となる。 The difference between the third modification and the second modification described above is that the upper cross finger electrodes 41 and 43 function as drive electrodes and the lower cross finger electrodes 42 and 44 function as vibration detection electrodes. The external electrodes are a driving external electrode 45a 1 (45b 1 ) and a detection external electrode 45c 1 (45d 1 ).

この第3の変形例によれば、上述した第2の変形例と比べて振動検出相を加えることができる。   According to the third modification, it is possible to add a vibration detection phase as compared with the second modification described above.

(第4の変形例)
次に、本発明の第1の実施形態に於ける第4の変形例について説明する。
(Fourth modification)
Next, a fourth modification of the first embodiment of the present invention will be described.

本第4の変形例は、振動子の縦1次振動モードとねじれ3次振動モードを同時に励起させて楕円振動を得るものである。   In the fourth modification, elliptical vibration is obtained by simultaneously exciting the longitudinal primary vibration mode and the torsional tertiary vibration mode of the vibrator.

図11は本発明の第4の変形例に於ける積層圧電素子の構成を示したもので、(a)は圧電シート及び内部電極パターンの例を示した図、(b)は(a)の圧電シート(3)25cの方向から見た透視図、(c)は右側面方向から見た図、(d)は左側面方向から見た図である。   FIG. 11 shows the structure of a laminated piezoelectric element according to a fourth modification of the present invention. (A) is a diagram showing examples of piezoelectric sheets and internal electrode patterns, and (b) is a diagram of (a). The perspective view seen from the direction of the piezoelectric sheet (3) 25c, (c) is the figure seen from the right side direction, (d) is the figure seen from the left side direction.

圧電シート(1)25aには、3箇所に交差指電極46、47、48が設けられている。そして、このような構成の圧電シート(1)25aがn枚積層された後に、同じ内部電極パターンで端部への導出位置が異なる圧電シート(2)25bが1枚積層され、最後に内部電極の印刷されていない圧電シート(3)25cが積層されて、積層圧電素子254 が構成される。この場合、圧電シート(1)25aの内部電極パターンが駆動電極用であり、圧電シート(2)25bの内部電極パターンが検出用電極である。 The piezoelectric sheet (1) 25a is provided with cross finger electrodes 46, 47 and 48 at three locations. Then, after n sheets of piezoelectric sheets (1) 25a having such a configuration are stacked, one sheet of piezoelectric sheet (2) 25b having the same internal electrode pattern and different lead-out position to the end is stacked, and finally the internal electrodes Are laminated to form a laminated piezoelectric element 25 4 . In this case, the internal electrode pattern of the piezoelectric sheet (1) 25a is for the drive electrode, and the internal electrode pattern of the piezoelectric sheet (2) 25b is the detection electrode.

ここで、図11(b)を参照して、3箇所の交差指電極46、47、48の位置について説明する。   Here, with reference to FIG. 11B, the positions of the three crossed finger electrodes 46, 47 and 48 will be described.

上部交差指電極46の位置は、ねじれ3次振動モードの上部節位置51に対応した位置に設けられる。また、中央部交差指電極47の位置は、縦1次振動モードの節位置及びねじれ3次振動モードの中央部節位置50に対応した位置に設けられる。更に、下部交差指電極48の位置は、ねじれ3次振動モードの下部節位置52に対応した位置に設けられる。   The position of the upper cross finger electrode 46 is provided at a position corresponding to the upper node position 51 of the torsional tertiary vibration mode. Further, the position of the central cross finger electrode 47 is provided at a position corresponding to the node position in the longitudinal primary vibration mode and the central node position 50 in the torsional tertiary vibration mode. Furthermore, the position of the lower cross finger electrode 48 is provided at a position corresponding to the lower node position 52 of the torsional tertiary vibration mode.

外部電極は、圧電シート(1)25aが積層された部分で上記端部の導出位置にA+(B+)相の外部電極49a1 (49b1 )と、A−(B−)相の外部電極49a2 (49b2 )が設けられている。更に、圧電シート(2)25bの上記端部の導出位置には、C+(D+)相の外部電極49c1 (49d1 )と、C−(D−)相の外部電極49c2 (49d2 )が設けられている。 The external electrodes are an A + (B +) phase external electrode 49a 1 (49b 1 ) and an A- (B−) phase external electrode 49a at the lead-out position of the end in the portion where the piezoelectric sheet (1) 25a is laminated. 2 (49b 2 ) is provided. Further, the lead-out position of the end portion of the piezoelectric sheet (2) 25b has a C + (D +) phase external electrode 49c 1 (49d 1 ) and a C- (D−) phase external electrode 49c 2 (49d 2 ). Is provided.

つまり、図11(c)及び(d)に示されるように、検出用の外部電極49c1 (49d1 )、49c2 (49d2 )は、駆動用の外部電極49a1 (49b1 )、49a2 (49b2 )よりも低い位置に設けられている。 That is, as shown in FIGS. 11C and 11D, the detection external electrodes 49c 1 (49d 1 ) and 49c 2 (49d 2 ) are the drive external electrodes 49a 1 (49b 1 ) and 49a. 2 (49b 2 ) is provided at a lower position.

尚、本第4の変形例の積層圧電素子254 を用いて振動子を構成する場合は、振動子の短辺aの長辺bに対する比を、ほぼ0.3程度に設定する必要がある。具体的には、振動子の寸法を、a=3mm、b=10mm、c=20mmとする。 When the vibrator is configured using the laminated piezoelectric element 25 4 of the fourth modification, the ratio of the short side a to the long side b of the vibrator needs to be set to about 0.3. . Specifically, the dimensions of the vibrator are a = 3 mm, b = 10 mm, and c = 20 mm.

このように、第4の変形例によれば、振動子に縦1次振動モードとねじれ3次振動モードの共通の節部(中央部)が存在するので、その位置で振動子を保持することが可能となる。   As described above, according to the fourth modification, the vibrator has the common node (central part) of the longitudinal primary vibration mode and the torsional tertiary vibration mode, and thus the vibrator is held at that position. Is possible.

(第5の変形例)
次に、本発明の第1の実施形態に於ける第5の変形例について説明する。
(Fifth modification)
Next, a fifth modification example of the first embodiment of the present invention will be described.

図12は本発明の第1の実施形態の第5の変形例に於ける振動子の構成を示したもので、(a)は分解斜視図、(b)は(a)の第1圧電素子の電極パターンを示した図、(c)は(a)の第2圧電素子の電極パターンを示した図である。   FIGS. 12A and 12B show the configuration of the vibrator in the fifth modification of the first embodiment of the present invention. FIG. 12A is an exploded perspective view, and FIG. 12B is the first piezoelectric element of FIG. The figure which showed the electrode pattern of (a), (c) is the figure which showed the electrode pattern of the 2nd piezoelectric element of (a).

上述した第1の実施形態及び第1乃至第4の変形例では、圧電素子は積層圧電素子を用いてきたが、本第5の変形例では単板の圧電素子を用いている。   In the first embodiment and the first to fourth modifications described above, the piezoelectric element has been a laminated piezoelectric element, but in the fifth modification, a single-plate piezoelectric element is used.

すなわち、弾性体21の両側面に、交差指電極の電極パターンが印刷された第1圧電素子55と第2圧電素子56が接着により固定される。圧電素子の電極パターンは、上述した第1の変形例と同様である。第1圧電素子55側の交差指電極57a1 、57a2 には、駆動用電極のためのA+相の導出部58a1 とA−相の導出部58a2 が設けられ、交差指電極58a1 、58a2 には、検出用電極のためのC+相の導出部58c1 とC−相の導出部58c2 が設けられる。同様に、第2圧電素子56側の交差指電極57b1 、57b2 には、駆動用電極のためのB+相の導出部58b1 とB−相の導出部58b2 が設けられ、交差指電極58b1 、58b2 には、検出用電極のためのD+相の導出部58d1 とD−相の導出部58d2 が設けられる。 That is, the first piezoelectric element 55 and the second piezoelectric element 56 on which the electrode patterns of the interdigitated electrodes are printed are fixed to both side surfaces of the elastic body 21 by adhesion. The electrode pattern of the piezoelectric element is the same as that of the first modification described above. The interdigital electrodes 57a 1, 57a 2 of the first piezoelectric element 55 side, A + phase derivation unit 58a 1 and the A- is derived portion 58a 2 of the phases provided for the drive electrodes, interdigital 58a 1, The 58a 2 is provided with a C + phase derivation unit 58c 1 and a C− phase derivation unit 58c 2 for the detection electrode. Similarly, the interdigital electrodes 57b 1 and 57b 2 on the second piezoelectric element 56 side are provided with a B + phase deriving portion 58b 1 and a B− phase deriving portion 58b 2 for driving electrodes. 58b 1 and 58b 2 are provided with a D + phase derivation unit 58d 1 and a D− phase derivation unit 58d 2 for the detection electrodes.

この第5の変形例によれば、駆動電圧の低電圧化は望めないものの、単純な圧電素子を使用してモータを構成することができる。   According to the fifth modification, although it is not possible to lower the drive voltage, the motor can be configured using a simple piezoelectric element.

尚、その他の変形例としては、図には示されないが、上述した第1の実施形態に用いられている積層圧電素子の外部電極を全て1つの側面に設けることも可能であり、その場合の効果はフレキシブル基板等による外部配線が容易となる。   As other modifications, although not shown in the drawing, it is possible to provide all the external electrodes of the laminated piezoelectric element used in the first embodiment described above on one side surface. The effect is that external wiring by a flexible substrate or the like becomes easy.

(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described.

図13は本発明の第2の実施形態に係る超音波モータの振動子の構成を示したもので、(a)は分解斜視図、(b)は(a)の振動子を組み立てた状態を示した斜視図、(c)は(b)の振動子を上から見た図である。   FIGS. 13A and 13B show the configuration of the vibrator of the ultrasonic motor according to the second embodiment of the present invention. FIG. 13A is an exploded perspective view, and FIG. 13B shows the assembled state of the vibrator of FIG. The perspective view shown, (c) is the figure which looked at the vibrator of (b) from the top.

この第2の実施形態に於いては、上述した第1の実施形態とは、弾性体及びシャフトの構成のみ異なっている。したがって、ここでは弾性体及びシャフトの構成について説明し、その他の超音波モータの基本的な構成及び動作については、上述した第1の実施形態と同じであるので、説明の重複を避けるため、同一の部分には同一の参照番号を付して、その図示及び詳細な説明を省略する。   The second embodiment differs from the first embodiment described above only in the configuration of the elastic body and the shaft. Therefore, here, the configuration of the elastic body and the shaft will be described, and the basic configuration and operation of other ultrasonic motors are the same as those in the first embodiment described above. The same reference numerals are assigned to the portions, and illustration and detailed description thereof are omitted.

直方体形状でステンレスや黄銅から成る弾性体61は、図示されるように、上側面及び下側面からそれぞれ2箇所に縦方向に中央部近傍まで溝部62が設けられている。そして、該溝部62によって切断された第1の本体部611 と第2の本体部612 とが、上記中央部の接合部613 によって一体的に構成されている。また、この接合部613 には、上記溝部62に沿って延出された角シャフト63が一体的に形成されている。更に、この角シャフト63には、その軸方向に連続的に丸シャフト64が一体的に形成されている。つまり、弾性体61の第1の本体部611 、第2の本体部612 、接合部613 、角シャフト63、丸シャフト64は、全て一体的に形成されている。 As shown in the figure, the elastic body 61 made of stainless steel or brass having a rectangular parallelepiped shape is provided with grooves 62 in the vertical direction from the upper side and the lower side to the vicinity of the center. The first main body portion 61 1 and the second main body portion 61 2 cut by the groove portion 62 are integrally configured by the joint portion 61 3 at the central portion. Further, this junction 61 3, angled shaft 63 that extends along the groove 62 are formed integrally. Further, a round shaft 64 is formed integrally with the square shaft 63 in the axial direction. That is, the first body portion 61 1 of the elastic body 61, the second body portion 61 2, junction 61 3, the angled shaft 63. round shaft 64 are all integrally formed.

そして、弾性体61の両面に、上述した第1の実施形態と同様に、第1積層圧電素子65と第2積層圧電素子66が、接着剤を用いて接着されている。   And the 1st lamination piezoelectric element 65 and the 2nd lamination piezoelectric element 66 are pasted up on both sides of elastic body 61 using adhesives like the 1st embodiment mentioned above.

角シャフト63の、第1積層圧電素子65及び第2積層圧電素子66と対向する面は、該第1積層圧電素子65及び第2積層圧電素子66の面との間に間隙を有している。したがって、図13(c)に示されるように、角シャフト63の部分は、積層圧電素子65、66とは接触しないようになっている。   The surface of the square shaft 63 facing the first laminated piezoelectric element 65 and the second laminated piezoelectric element 66 has a gap between the surface of the first laminated piezoelectric element 65 and the second laminated piezoelectric element 66. . Accordingly, as shown in FIG. 13C, the portion of the square shaft 63 is not in contact with the laminated piezoelectric elements 65 and 66.

尚、丸シャフト64の一部には、図示されないがネジ部が設けられている。   A part of the round shaft 64 is provided with a screw portion (not shown).

また、丸シャフト64は、本実施形態では角シャフト63と一体的に形成されたものとしているが、例えば丸シャフト64と角シャフト63はネジのようなもので締結されていても良い。   In addition, the round shaft 64 is formed integrally with the square shaft 63 in this embodiment, but the round shaft 64 and the square shaft 63 may be fastened with a screw or the like, for example.

本第2の実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。   According to the second embodiment, the following effects can be obtained.

振動子が小型になってきた場合には、上述した第1の実施形態に示すように弾性体に貫通穴をあけて、中央部に雌ネジ部を設けることが難しくなる。その場合には、本第2の実施形態のように、予め弾性体と一体的にシャフトを設けることで解決される。また、接合部の大きさをできるだけ小さくすることで、シャフトを極力振動させないようにすることができる。   When the vibrator becomes smaller, it is difficult to make a through hole in the elastic body and provide a female screw portion at the center as shown in the first embodiment. In that case, as in the second embodiment, the problem is solved by providing a shaft integrally with the elastic body in advance. Further, the shaft can be prevented from vibrating as much as possible by reducing the size of the joint as much as possible.

(変形例)
次に、本発明の第2の実施形態に於ける変形例について説明する。
(Modification)
Next, a modification of the second embodiment of the present invention will be described.

図14は本発明の第2の実施形態の変形例に係る超音波モータの振動子の構成を示したもので、(a)は分解斜視図、(b)は(a)の振動子を組み立てた状態を示した斜視図である。   FIGS. 14A and 14B show the configuration of a vibrator of an ultrasonic motor according to a modification of the second embodiment of the present invention. FIG. 14A is an exploded perspective view, and FIG. 14B is an assembly of the vibrator of FIG. It is the perspective view which showed the state.

尚、以下に説明する変形例に於いては、上述した第2の実施形態とは、振動子の構成のみ異なっている。したがって、ここでは振動子の構成について説明し、その他の超音波モータの基本的な構成及び動作については、上述した第2の実施形態と同じであるので、説明の重複を避けるため、同一の部分には同一の参照番号を付して、その図示及び詳細な説明を省略する。   In the modification described below, only the configuration of the vibrator is different from the above-described second embodiment. Therefore, the configuration of the vibrator will be described here, and the basic configuration and operation of other ultrasonic motors are the same as those in the second embodiment described above. Are denoted by the same reference numerals, and illustration and detailed description thereof are omitted.

図14に示されるように、本変形例では上述した第2の実施形態と比べ、2箇所の溝部62を弾性体70の上半分の部位のみに設け、連続的に形成された丸シャフト64と角シャフト63は、接合部69にて弾性体68と一体的に形成されている。   As shown in FIG. 14, in this modification, compared with the second embodiment described above, two groove portions 62 are provided only in the upper half of the elastic body 70, and a round shaft 64 formed continuously is provided. The square shaft 63 is integrally formed with the elastic body 68 at the joint portion 69.

このように構成すると、上述した第2の実施形態に比べて弾性体の加工領域が減り、より単純な弾性体、振動子を得ることができる。   If comprised in this way, the process area | region of an elastic body will decrease compared with 2nd Embodiment mentioned above, and a simpler elastic body and vibrator | oscillator can be obtained.

尚、上述した実施形態では、圧電素子の側面部に設けられている電極を交差指電極として説明したが、これに限られるものではない。   In the above-described embodiment, the electrode provided on the side surface portion of the piezoelectric element has been described as the cross finger electrode. However, the present invention is not limited to this.

また、上述した実施形態に於いて、上記の各辺a×b×c(中心軸方向の長さ)の寸法はあくまで好適な例であって、適用しようとする機器や使用用途に応じて次のように適宜変更し得る。例えば、作製完了後の超音波モータに関し、短辺aと長辺bから成る矩形比率a/bは、図6に示したように、縦1次共振振動とねじれ2次(または3次)共振振動の各共振周波数が一致して同一の値を示す所定比率(図では交差点に相当する矩形比率)が最も好ましく、その近傍範囲(例えば±0.02以内)に相当するような各共振周波数がほぼ一致する矩形比率に於いてもほぼ同等に使用できる。また、各共振周波数が一致する所定の矩形比率に対する有効範囲(例えば±0.05以内)の何れかであれば、上述したような本発明の作用効果を享受し得る。   In the above-described embodiment, the dimensions of the sides a × b × c (the length in the central axis direction) are only preferable examples, and are described below according to the device to be applied and the intended use. It can be changed as appropriate. For example, with respect to the ultrasonic motor after completion of production, the rectangular ratio a / b composed of the short side a and the long side b has a longitudinal primary resonance vibration and a torsional secondary (or tertiary) resonance as shown in FIG. A predetermined ratio (rectangular ratio corresponding to the intersection in the figure) in which the resonance frequencies of the vibrations coincide and indicate the same value is most preferable, and each resonance frequency corresponding to the vicinity range (for example, within ± 0.02) is most preferable. Even if the rectangular ratios are almost the same, they can be used almost equally. Moreover, if it is in any effective range (for example, within ± 0.05) with respect to a predetermined rectangular ratio in which the resonance frequencies coincide with each other, the above-described operational effects of the present invention can be enjoyed.

尚、回転軸方向の長さ(辺c:20mm)については、縦方向とねじれ方向に沿って振動し、これら振動を発生させるための電極を配置できるだけの長ささえ有していればよい。したがって、辺cの長さを他の長さ(辺a及び辺b)に対し所定の比率に設定する必要が無いだけでなく、従来必要であったような溝を介した振動調整用の長さ部分も不要であるので、設計自由度が大きく、且つ簡単で小型な超音波モータを提供できるという利点がある。また、このような3方向の寸法比率a/b、a/c(またはb/c)は、目的に応じて、種々相似の比率で拡大または縮小すれば、任意の寸法の超音波モータを提供でき、これにより大小多様な対象への適用が可能である。   The length in the rotation axis direction (side c: 20 mm) only needs to be long enough to arrange the electrodes for vibrating along the vertical direction and the torsional direction and generating these vibrations. Therefore, it is not necessary to set the length of the side c to a predetermined ratio with respect to the other lengths (side a and side b), but also a length for adjusting vibration through a groove as conventionally required. Since this portion is unnecessary, there is an advantage that a simple and small ultrasonic motor can be provided with a large degree of design freedom. Further, if the dimensional ratios a / b and a / c (or b / c) in these three directions are enlarged or reduced at various similar ratios according to the purpose, an ultrasonic motor having an arbitrary dimension can be provided. It can be applied to large and small objects.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態以外にも、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形実施が可能である。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described, in the range which does not deviate from the summary of this invention other than embodiment mentioned above, this invention can be variously modified.

更に、上述した実施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の適当な組合せにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施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、発明の効果の欄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も発明として抽出され得る。   Further, the above-described embodiments include inventions at various stages, and various inventions can be extracted by appropriately combining a plurality of disclosed constituent elements. 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 column of the effect of the invention Can be obtained as an invention.

本発明によれば、溝部が不要であり、圧電素子に穴部を設ける必要が無く、簡単な構造で縦共振振動とねじれ共振振動を容易に励起することができ、超音波振動子に生じる楕円振動によりロータを回転させることができる。   According to the present invention, there is no need for a groove portion, and there is no need to provide a hole portion in the piezoelectric element, so that longitudinal resonance vibration and torsional resonance vibration can be easily excited with a simple structure, and an ellipse generated in an ultrasonic transducer. The rotor can be rotated by vibration.

10…超音波モータ、11…振動子、12a、12b…摩擦接触部材、13、13a1 、13a2 、13b1 、13b2 、13c1 、13c2 、13d1 、13d2 …外部電極、15…シャフト、16…ロータ、17…ばね、18…ばね保持リング、19…シャフト、21…弾性体、22…貫通穴、23…雌ねじ部、25…第1積層圧電素子、25a…圧電シート1(圧電シート(1))、25b…圧電シート2(圧電シート(2))、25c…圧電シート3(圧電シート(3))、26…第2積層圧電素子、27…上部交差指電極(内部電極)、28…下部交差指電極(内部電極)。 10 ... ultrasonic motor, 11 ... transducer, 12a, 12b ... frictional contact member, 13,13a 1, 13a 2, 13b 1, 13b 2, 13c 1, 13c 2, 13d 1, 13d 2 ... external electrode, 15 ... Shaft, 16 ... rotor, 17 ... spring, 18 ... spring retaining ring, 19 ... shaft, 21 ... elastic body, 22 ... through hole, 23 ... female thread, 25 ... first laminated piezoelectric element, 25a ... piezoelectric sheet 1 (piezoelectric) Sheet (1)), 25b ... Piezoelectric sheet 2 (piezoelectric sheet (2)), 25c ... Piezoelectric sheet 3 (piezoelectric sheet (3)), 26 ... Second laminated piezoelectric element, 27 ... Upper cross finger electrode (internal electrode) , 28. Lower cross finger electrodes (internal electrodes).

Claims (15)

中心軸に垂直な断面が略長方形状の長さ比率を有する略直方体形状の振動子と、該振動子の楕円振動発生面に接して、該振動子の該楕円振動発生面と直交する中心軸を回転軸として回転駆動されるロータと、を少なくとも備えた超音波モータに於いて、
上記振動子は、上記中心軸に垂直な断面が略長方形状で、該略長方形状の一辺を含む第1の側面及び該第1の側面と対をなす第2の側面を有した略直方体形状の弾性体と、上記弾性体の第1の側面に対向して配置された第1の圧電素子と、上記弾性体の第2の側面に対向して配置された第2の圧電素子と、
を具備し、
上記振動子の上記回転軸方向に伸縮する縦1次共振振動と、該回転軸をねじれ軸とするねじれ2次共振振動若しくはねじれ3次共振振動と、を合成することにより上記楕円振動を形成して上記ロータを回転させることを特徴とする超音波モータ。
A substantially rectangular parallelepiped vibrator having a substantially rectangular length ratio in a cross section perpendicular to the central axis, and a central axis that is in contact with the elliptical vibration generating surface of the vibrator and orthogonal to the elliptical vibration generating surface of the vibrator In an ultrasonic motor comprising at least a rotor that is driven to rotate about the rotation axis,
The vibrator has a substantially rectangular parallelepiped shape having a first side surface including one side of the substantially rectangular shape and a second side surface paired with the first side surface, wherein the cross section perpendicular to the central axis is substantially rectangular. An elastic body, a first piezoelectric element disposed opposite to the first side surface of the elastic body, a second piezoelectric element disposed opposite to the second side surface of the elastic body,
Comprising
The elliptical vibration is formed by synthesizing the longitudinal primary resonance vibration of the vibrator extending and contracting in the rotation axis direction and the torsional secondary resonance vibration or the torsional tertiary resonance vibration having the rotation axis as the torsion axis. And rotating the rotor.
上記第1の圧電素子の分極の方向が上記弾性体の上記第1の側面の面内方向にほぼあり、且つ、上記中心軸方向を見た時の該中心軸とのなす角αが
0<α<π/2
を満たすように接合されており、
上記第2の圧電素子の分極の方向が上記弾性体の上記第2の側面の面内方向にほぼあり、且つ、上記中心軸方向を見た時の該中心軸とのなす角βが
β=−α
を満たすように接合されていることを特微とする請求項1に記載の超音波モータ。
The direction of polarization of the first piezoelectric element is substantially in the in-plane direction of the first side surface of the elastic body, and an angle α formed with the central axis when viewing the central axis direction is
0 <α <π / 2
Are joined to satisfy
The direction of polarization of the second piezoelectric element is substantially in the in-plane direction of the second side surface of the elastic body, and an angle β formed with the central axis when the central axis direction is viewed is
β = −α
The ultrasonic motor according to claim 1, wherein the ultrasonic motor is joined so as to satisfy.
上記分極は、上記ねじれ2次共振振動の2箇所の節部のうちの少なくとも1箇所の節部を含む位置に形成されていることを特徴とする請求項2に記載の超音波モータ。   The ultrasonic motor according to claim 2, wherein the polarization is formed at a position including at least one of the two nodes of the torsional secondary resonance vibration. 上記分極は、上記ねじれ3次共振振動の3箇所の節部のうちの少なくとも1箇所の節部を含む位置に形成されていることを特徴とする請求項2に記載の超音波モータ。   The ultrasonic motor according to claim 2, wherein the polarization is formed at a position including at least one of the three nodes of the torsional tertiary resonance vibration. 上記第1の圧電素子の分極及び第2の圧電素子の分極は、複数の電極パターンが交差して配置された交差指電極により形成されていることを特徴とする請求項2乃至4の何れか1項に記載の超音波モータ。   5. The polarization of the first piezoelectric element and the polarization of the second piezoelectric element are formed by intersecting finger electrodes in which a plurality of electrode patterns are arranged to intersect with each other. The ultrasonic motor according to item 1. 上記交差指電極は、駆動用電極と振動検出用電極を備えることを特微とする請求項5に記載の超音波モータ。   The ultrasonic motor according to claim 5, wherein the cross finger electrode includes a drive electrode and a vibration detection electrode. 上記第1の圧電素子及び上記第2の圧電素子は、上記交差指電極が上記中心軸に対して所定の角度傾けて配設された圧電シートを複数枚積層された構造の積層型圧電素子であることを特徴とする請求項5若しくは6に記載の超音波モータ。   The first piezoelectric element and the second piezoelectric element are stacked piezoelectric elements having a structure in which a plurality of piezoelectric sheets in which the interdigitated electrodes are inclined at a predetermined angle with respect to the central axis are stacked. The ultrasonic motor according to claim 5, wherein the ultrasonic motor is provided. 上記第1の圧電素子の駆動用交差指電極と上記第2の圧電素子の交差指駆動電極に位相の異なる交番電圧を印加することにより、上記縦1次共振振動と上記ねじれ2次共振振動若しくはねじれ3次共振振動を同時に励起し、上記楕円振動を発生させ、上記ロータを所定の方向に回転させることを特徴とする請求項5乃至7の何れか1項に記載の超音波モータ。   By applying alternating voltages having different phases to the driving interdigital electrodes of the first piezoelectric element and the interdigital driving electrodes of the second piezoelectric element, the longitudinal primary resonance vibration and the torsional secondary resonance vibration or The ultrasonic motor according to claim 5, wherein a torsional tertiary resonance vibration is simultaneously excited to generate the elliptical vibration, and the rotor is rotated in a predetermined direction. 上記第1の圧電素子の振動検出用電極からの信号及び上記第2の圧電素子の振動検出用電極からの信号を並列接続して、それぞれ縦振動若しくはねじれ振動を検出することを特徴とする請求項6乃至8の何れか1項に記載の超音波モータ。   A signal from the vibration detection electrode of the first piezoelectric element and a signal from the vibration detection electrode of the second piezoelectric element are connected in parallel to detect longitudinal vibration or torsional vibration, respectively. Item 9. The ultrasonic motor according to any one of Items 6 to 8. 上記振動子検出用電極は、上記第1の圧電素子及び第2の圧電素子の上記駆動用電極と同一の面に形成されていることを特徴とする請求項9に記載の超音波モータ。   The ultrasonic motor according to claim 9, wherein the vibrator detection electrode is formed on the same surface as the driving electrodes of the first piezoelectric element and the second piezoelectric element. 上記振動子の上記回転軸方向に伸縮する縦1次共振振動と該回転軸をねじれ軸とするねじれ2次共振振動の共振周波数がほぼ一致するように上記振動子の上記回転軸に直交する略長方形断面の短辺の長辺に対する比率を略0.6としたことを特徴とする請求項1乃至10の何れか1項に記載の超音波モータ。   The longitudinal primary resonance vibration of the vibrator extending and contracting in the rotation axis direction and the torsional secondary resonance vibration having the rotation axis as a torsion axis substantially coincide with the rotation axis of the vibrator so as to be approximately the same. The ultrasonic motor according to any one of claims 1 to 10, wherein a ratio of a short side to a long side of the rectangular cross section is set to about 0.6. 上記振動子の上記回転軸方向に伸縮する縦1次共振振動と該回転軸をねじれ軸とするねじれ3次共振振動の共振周波数がほぼ一致するように上記振動子の該回転軸に直交する略長方形断面の短辺の長辺に対する比率を略0.3としたことを特徴とする請求項1乃至10の何れか1項に記載の超音波モータ。   The longitudinal primary resonance vibration of the vibrator extending and contracting in the direction of the rotation axis and the torsional tertiary resonance vibration having the rotation axis as a torsion axis substantially coincide with each other so that the resonance frequency of the vibrator is approximately perpendicular to the rotation axis. The ultrasonic motor according to any one of claims 1 to 10, wherein a ratio of a short side to a long side of the rectangular cross section is set to approximately 0.3. 上記弾性体の上記回転軸に一致する部分に設けられた貫通穴と、
上記貫通穴の略中央部に固定されたシャフトと、
上記シャフトに対し回転自在に保持された上記ロータを上記振動子に押圧するばねと、
を更に具備することを特徴とする請求項1乃至12の何れか1項に記載の超音波モータ。
A through hole provided in a portion corresponding to the rotation axis of the elastic body;
A shaft fixed to a substantially central portion of the through hole;
A spring that presses against the vibrator the rotor held rotatably with respect to the shaft;
The ultrasonic motor according to claim 1, further comprising:
上記弾性体の略中央部にて一体的に設けられたシャフトと、
上記シャフトに対し回転自在に保持された上記ロータを上記振動子に押圧するばねと、
を更に具備することを特徴とする請求項1乃至12の何れか1項に記載の超音波モータ。
A shaft integrally provided at a substantially central portion of the elastic body;
A spring that presses against the vibrator the rotor held rotatably with respect to the shaft;
The ultrasonic motor according to claim 1, further comprising:
上記弾性体の第1の側面及び第2の側面は、該弾性体の上記略長方形状の断面の長辺方向を含む面であることを特徴とする請求項1に記載の超音波モータ。   2. The ultrasonic motor according to claim 1, wherein the first side surface and the second side surface of the elastic body are surfaces including a long side direction of the substantially rectangular cross section of the elastic body.
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