JP2010246347A - Ultrasonic motor - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ultrasonic motor for driving a mover in forward and backward directions by switching electrodes which applies an alternating voltage, and obtains a high driving efficiency. <P>SOLUTION: The alternating voltage is applied to one selected from first or second selection driving electrodes 41c, 41d, and common driving electrodes 41a, 41b in the ultrasonic motor 10. A piezoelectric ceramic plate 101 is resonated along a flat surface direction, by opening the second or first selection driving electrodes 41d, 41c. A biasing unit 103 vibrates in circumferential and radial directions of the piezoelectric ceramic plate 101, with larger displacement in a radial direction than in the circumferential direction. The phase of the circumferential vibration and the radial vibration of the biasing unit 103 is inverted by changing the selection of the first or second selection driving electrodes 41c, 41d. Then, the feed direction of the mover 107 biased by the biasing unit 103 is changed in forward or backward directions. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、超音波モータに関する。   The present invention relates to an ultrasonic motor.

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等の用途に小型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、更なる小型化のほか、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, small ultrasonic motors are widely used for applications such as camera autofocus and lens drive for 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.

超音波モータの駆動原理としては、板状の圧電振動子の主面を複数の領域に区画して電極を形成し、これらの電極に交番電圧を印加して圧電振動子を共振させることにより移動子を駆動するものが知られている。そして、交番電圧を印加する電極をスイッチすることにより、圧電振動子の振動方向を反転させ、移動子の送り方向が正逆に切り替えられる。   The principle of driving an ultrasonic motor is that the main surface of a plate-shaped piezoelectric vibrator is divided into a plurality of regions to form electrodes, and an alternating voltage is applied to these electrodes to resonate the piezoelectric vibrator. What drives a child is known. Then, by switching the electrodes to which the alternating voltage is applied, the vibration direction of the piezoelectric vibrator is reversed, and the moving direction of the moving element is switched between forward and reverse.

この種の超音波モータとしては、下記特許文献1に記載のものが提案されている。
特許文献1に記載のモータでは、厚さ方向に分極された円板状の圧電振動子の一方の主面を4等分して電極A,B,C,Dが配置されている(特許文献1の図1を参照)。圧電振動子の他方の主面には、電極A,B,C,Dにそれぞれ対向する位置に、電極a,b,c,dを形成し、電極Aとc、Bとd、Cとa、およびDとbを電気的に接続して、電極A,B,c,dを等電位とし、また電極a,b,C,Dを等電位としている。そして、電極A,B,c,dの組と、電極a,b,C,Dの組に対して、電圧の極性を正逆に反転した交番電圧をそれぞれ印加することにより、回転子を回転駆動する。すなわち、特許文献1のモータでは、圧電セラミック板の面積の半分の領域と、他の半分の領域の電界の向きが異なっている。
また、同文献に記載のモータでは、コモン端子に接続された2回路4接点スイッチを切り替えることにより、同一電位とする電極の組み合わせを変更し、回転子の回転方向を反転させている。
As this type of ultrasonic motor, one described in Patent Document 1 below has been proposed.
In the motor described in Patent Document 1, electrodes A, B, C, and D are arranged by dividing one main surface of a disk-shaped piezoelectric vibrator polarized in the thickness direction into four equal parts (Patent Document). 1 (see FIG. 1). Electrodes a, b, c, and d are formed on the other main surface of the piezoelectric vibrator at positions facing the electrodes A, B, C, and D, respectively, and electrodes A and c, B and d, and C and a , And D and b are electrically connected so that the electrodes A, B, c, d are equipotential, and the electrodes a, b, C, D are equipotential. The rotor is rotated by applying an alternating voltage in which the polarity of the voltage is reversed to the pair of electrodes A, B, c, and d and the pair of electrodes a, b, C, and D, respectively. To drive. That is, in the motor of Patent Document 1, the direction of the electric field is different between the half area of the piezoelectric ceramic plate and the other half area.
Further, in the motor described in the same document, the combination of electrodes having the same potential is changed by switching the two-circuit four-contact switch connected to the common terminal, and the rotation direction of the rotor is reversed.

特開平06−98568号公報Japanese Patent Laid-Open No. 06-98568

しかしながら、上記特許文献1に記載のモータでは、圧電振動子の主面に設けられたすべての電極に対して交番電圧が印加されるため、圧電振動子の全体が電気的に短絡された状態となる。このため、印加する交番電圧に対して圧電振動子の共振変位量を十分に得ることができず、移動子の駆動効率が低いという問題がある。   However, in the motor described in Patent Document 1, since an alternating voltage is applied to all the electrodes provided on the main surface of the piezoelectric vibrator, the entire piezoelectric vibrator is electrically short-circuited. Become. For this reason, there is a problem that a sufficient amount of resonance displacement of the piezoelectric vibrator cannot be obtained with respect to the applied alternating voltage, and the driving efficiency of the moving element is low.

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、交番電圧を印加する電極の切り替え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 can move the moving element in the forward and reverse directions by switching the electrodes to which the alternating voltage is applied, and has high driving. An ultrasonic motor capable of obtaining efficiency is provided.

本発明の超音波モータは、厚さ方向に分極され、一方の主面が複数の領域に区画された板状の圧電振動子と、
前記領域に個別に形成されて交番電圧が印加される、第一および第二選択駆動電極ならびに共通駆動電極と、
前記圧電振動子の他方の主面に形成されたアース電極と、
前記圧電振動子の外周に設けられた付勢部と、を備え、
前記第一または第二選択駆動電極より選択された一方および前記共通駆動電極と前記アース電極との間に前記交番電圧を印加し、前記第二または第一選択駆動電極を開放することにより、前記圧電振動子が平面方向に共振して、前記付勢部が前記圧電振動子の周方向および径方向に、前記周方向よりも前記径方向に大きな変位量にて振動し、かつ、
前記第一または第二選択駆動電極の選択を切り替えることにより、前記付勢部の前記周方向の振動と前記径方向の振動の位相が反転して、前記付勢部に付勢される移動子の送り方向が正方向または逆方向に切り替えられることを特徴とする。
The ultrasonic motor of the present invention is a plate-like piezoelectric vibrator polarized in the thickness direction and having one main surface partitioned into a plurality of regions,
First and second selective drive electrodes and common drive electrodes, which are individually formed in the region and applied with an alternating voltage;
An earth electrode formed on the other main surface of the piezoelectric vibrator;
An urging portion provided on an outer periphery of the piezoelectric vibrator,
Applying the alternating voltage between one selected from the first or second selection drive electrode and the common drive electrode and the ground electrode, and opening the second or first selection drive electrode, The piezoelectric vibrator resonates in a plane direction, and the biasing portion vibrates in a circumferential direction and a radial direction of the piezoelectric vibrator with a larger displacement in the radial direction than in the circumferential direction; and
By switching the selection of the first or second selection drive electrode, the phase of the circumferential vibration and the radial vibration of the urging unit is reversed, and the movable element urged by the urging unit The feed direction is switched between the forward direction and the reverse direction.

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、前記圧電振動子が円板状をなし、
円形の前記主面の一つの直径を対称軸として、
前記第一選択駆動電極と前記第二選択駆動電極とが対称位置に配置され、かつ、
前記共通駆動電極が対称形状をなし、
前記付勢部が前記対称軸上に設けられていてもよい。
In the ultrasonic motor of the present invention, as a more specific embodiment, the piezoelectric vibrator has a disk shape,
With one diameter of the circular main surface as the axis of symmetry,
The first selection drive electrode and the second selection drive electrode are arranged at symmetrical positions; and
The common drive electrode has a symmetrical shape;
The urging portion may be provided on the symmetry axis.

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、前記第一選択駆動電極と前記第二選択駆動電極とが、前記主面の中心に関して点対称位置に配置され、
前記付勢部が、前記対称軸上であって前記中心を挟む両側に対向して設けられていてもよい。
Further, in the ultrasonic motor of the present invention, as a more specific embodiment, the first selection drive electrode and the second selection drive electrode are arranged at point-symmetric positions with respect to the center of the main surface,
The urging portion may be provided on both sides of the center on the axis of symmetry.

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、第一または第二選択駆動電極の選択によって、圧電振動子の外周に設けられた付勢部の振動方向が反転するため、単相の交番電圧によって移動方向の正逆の切り替えが可能である。また、本発明では、交番電圧の印加されない選択駆動電極を開放することにより、圧電振動子の当該領域の弾性率を圧電反作用によって実効的に高くすることができる。このため、共振時の圧電振動子において、付勢部を中心とする非対称のモード形状が実現され、移動子を正方向または逆方向に好適に駆動することができる。
そして、本発明では、付勢部が圧電振動子の周方向および径方向に振動するとともに、周方向よりも径方向に大きな変位量にて振動するため、付勢部から移動子に対して圧電振動子の周方向のみならず径方向にも十分な付勢力が与えられ、移動子の駆動力を安定して得ることができる。
In the ultrasonic motor according to the present invention, the vibration direction of the urging portion provided on the outer periphery of the piezoelectric vibrator is reversed by the selection of the first or second selective drive electrode. The reverse switching is possible. In the present invention, the elastic modulus of the region of the piezoelectric vibrator can be effectively increased by the piezoelectric reaction by opening the selective drive electrode to which no alternating voltage is applied. For this reason, in the piezoelectric vibrator at the time of resonance, an asymmetric mode shape centering on the urging portion is realized, and the moving element can be suitably driven in the forward direction or the reverse direction.
In the present invention, the urging portion vibrates in the circumferential direction and the radial direction of the piezoelectric vibrator and vibrates with a larger displacement amount in the radial direction than in the circumferential direction. Sufficient urging force is given not only in the circumferential direction of the vibrator but also in the radial direction, and the driving force of the moving element can be obtained stably.

本発明の第一実施形態にかかる超音波モータの構造を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the ultrasonic motor concerning 1st embodiment of this invention. 圧電セラミック板の構造図である。It is a structural diagram of a piezoelectric ceramic plate. 圧電セラミック板の4個の電極のうちの3個を電気的に接続した場合の、共通アース電極との間のインピーダンスの周波数特性の測定例を示す図である。It is a figure which shows the example of a measurement of the frequency characteristic of the impedance between the common earth electrodes at the time of electrically connecting three of the four electrodes of a piezoelectric ceramic board. 有限要素解析により得られた圧電セラミック板の共振状態を示す変位モード図である。It is a displacement mode figure which shows the resonance state of the piezoelectric ceramic board obtained by the finite element analysis. 領域Bの電極を開放した場合の圧電セラミック板の共振状態を示す変位モード図である。It is a displacement mode figure which shows the resonance state of the piezoelectric ceramic board when the electrode of the area | region B is open | released. 領域BとCに共通駆動電極を形成し、領域AとDにそれぞれ第一選択駆動電極と第二選択駆動電極を形成した場合の、圧電セラミック板の外周上の点a〜hの変形図である。In the deformation | transformation figure of the points ah on the outer periphery of a piezoelectric ceramic board at the time of forming a common drive electrode in the area | regions B and C, and forming the 1st selection drive electrode and the 2nd selection drive electrode in the area | regions A and D, respectively. is there. 図6の圧電セラミック板の点eに付勢部を設けて移動子に圧接した状態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the state which provided the urging | biasing part in the point e of the piezoelectric ceramic board of FIG. 図6の圧電セラミック板の点aに付勢部を設けて移動子に圧接した状態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the state which provided the urging | biasing part in the point a of the piezoelectric ceramic board of FIG. 領域AとCに共通駆動電極を形成し、領域BとDにそれぞれ第一選択駆動電極と第二選択駆動電極を形成した場合の、圧電セラミック板の外周上の点a〜hの変形図である。In the deformation | transformation figure of the points ah on the outer periphery of a piezoelectric ceramic board at the time of forming a common drive electrode in area | region A and C, and forming the 1st selection drive electrode and the 2nd selection drive electrode in area | region B and D, respectively. is there. 図9の圧電セラミック板の点fに付勢部を設けて移動子に圧接した状態を示す模式図である。FIG. 10 is a schematic diagram illustrating a state in which a biasing portion is provided at a point f of the piezoelectric ceramic plate in FIG. 図9の圧電セラミック板の点bに付勢部を設けて移動子に圧接した状態を示す模式図である。FIG. 10 is a schematic diagram illustrating a state in which a biasing portion is provided at a point b of the piezoelectric ceramic plate in FIG. 比較態様に係る圧電セラミック板の外周上の点a〜hにおける変形方向と変形量を線分で示す図である。It is a figure which shows the deformation | transformation direction and deformation amount in the points ah on the outer periphery of the piezoelectric ceramic board which concerns on a comparison aspect with a line segment. 第二実施形態にかかる超音波モータの構造を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the ultrasonic motor concerning 2nd embodiment. 第三実施形態にかかる超音波モータの構造を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the ultrasonic motor concerning 3rd embodiment.

<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。尚、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 ultrasonic motor 10 according to the first embodiment of the present invention.
First, the outline | summary of the ultrasonic motor 10 of this embodiment is demonstrated.

超音波モータ10は、圧電振動子(圧電セラミック板101)と、第一および第二選択駆動電極41c、41dならびに共通駆動電極41a,41bと、アース電極(共通アース電極102)と、付勢部103とを備えている。
圧電セラミック板101は板状をなし、厚さ方向に分極され、一方の主面(主面30)は複数の領域A、B、C、Dに区画されている。
第一および第二選択駆動電極41c、41dならびに共通駆動電極41a,41bは、領域A、B、C、Dに個別に形成されて交番電圧が印加される電極である。
アース電極(共通アース電極102)は、圧電セラミック板101の他方の主面(主面31)に形成されている。
付勢部103は、圧電セラミック板101の外周に設けられている。
超音波モータ10では、第一または第二選択駆動電極41c、41dより選択された一方と共通駆動電極41a,41bとに交番電圧を印加し、第二または第一選択駆動電極41d、41cを開放することにより、圧電セラミック板101が平面方向に共振して、付勢部103が圧電セラミック板101の周方向および径方向に、周方向よりも径方向に大きな変位量にて振動する。
そして、本実施形態の超音波モータ10では、第一または第二選択駆動電極41c、41dの選択を切り替えることにより、付勢部103の周方向の振動と径方向の振動の位相が反転して、付勢部103に付勢される移動子107の送り方向が正方向または逆方向に切り替えられる。
The ultrasonic motor 10 includes a piezoelectric vibrator (piezoelectric ceramic plate 101), first and second selective drive electrodes 41c and 41d, common drive electrodes 41a and 41b, a ground electrode (common ground electrode 102), and a biasing unit. 103.
The piezoelectric ceramic plate 101 has a plate shape and is polarized in the thickness direction, and one main surface (main surface 30) is partitioned into a plurality of regions A, B, C, and D.
The first and second selective drive electrodes 41c and 41d and the common drive electrodes 41a and 41b are electrodes that are individually formed in the regions A, B, C, and D and to which an alternating voltage is applied.
The ground electrode (common ground electrode 102) is formed on the other main surface (main surface 31) of the piezoelectric ceramic plate 101.
The urging portion 103 is provided on the outer periphery of the piezoelectric ceramic plate 101.
In the ultrasonic motor 10, an alternating voltage is applied to one selected from the first or second selection drive electrodes 41c and 41d and the common drive electrodes 41a and 41b, and the second or first selection drive electrodes 41d and 41c are opened. As a result, the piezoelectric ceramic plate 101 resonates in the plane direction, and the urging portion 103 vibrates in the circumferential direction and radial direction of the piezoelectric ceramic plate 101 with a larger displacement in the radial direction than in the circumferential direction.
In the ultrasonic motor 10 of the present embodiment, the phase of the circumferential vibration and the radial vibration of the urging unit 103 is reversed by switching the selection of the first or second selection drive electrodes 41c and 41d. The feeding direction of the moving element 107 urged by the urging unit 103 is switched between the forward direction and the reverse direction.

ここで、圧電セラミック板101の径方向とは、面内方向に共振する圧電セラミック板101の振動中心と所定位置とを結ぶ方向を意味する。また、圧電セラミック板101の周方向とは、径方向に対して直交する方向である。たとえば圧電セラミック板101が円板状の場合、圧電セラミック板101の径方向とは半径方向であり、周方向とは接線方向である。圧電セラミック板101が矩形などの非円形形状の場合も同様である。   Here, the radial direction of the piezoelectric ceramic plate 101 means a direction connecting the vibration center of the piezoelectric ceramic plate 101 that resonates in the in-plane direction and a predetermined position. The circumferential direction of the piezoelectric ceramic plate 101 is a direction orthogonal to the radial direction. For example, when the piezoelectric ceramic plate 101 has a disk shape, the radial direction of the piezoelectric ceramic plate 101 is a radial direction, and the circumferential direction is a tangential direction. The same applies when the piezoelectric ceramic plate 101 has a non-circular shape such as a rectangle.

また、本実施形態において、圧電セラミック板101が領域に分割されているとは、圧電セラミック板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、圧電セラミック板101自体に各領域を示すための区画表示が明示的に形成されていることを必ずしも要しない。   In the present embodiment, the fact that the piezoelectric ceramic plate 101 is divided into regions means that the piezoelectric ceramic plate 101 includes a plurality of electrodes on its main surface 30. It is not always necessary that a section display for indicating each area is explicitly formed on 101 itself.

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。
本実施形態の圧電セラミック板101は円板状をなし、中央には厚み方向に貫通した所定径の円孔42(図2を参照)が穿設されている。すなわち、本実施形態の圧電セラミック板101は円環板状をなしている。
Next, the ultrasonic motor 10 of this embodiment will be described in detail.
The piezoelectric ceramic plate 101 of the present embodiment has a disk shape, and a circular hole 42 (see FIG. 2) having a predetermined diameter penetrating in the thickness direction is formed in the center. That is, the piezoelectric ceramic plate 101 of the present embodiment has an annular plate shape.

圧電セラミック板101は、単一板状であってもよく、または圧電セラミック層と電極層とを交互に積層した積層型圧電セラミック板を用いてもよい。圧電セラミック板101を積層型圧電セラミック板とする場合、一層おきの電極層を、図1に示す領域A〜Dと同様に4分割して駆動電極(共通駆動電極41a,41bまたは選択駆動電極41c,41d)とし、他の一層おきの電極層を共通アース電極102とする。そして、同一領域に積層された駆動電極同士を電気的に層間接続するとよい。   The piezoelectric ceramic plate 101 may be a single plate or may be a laminated piezoelectric ceramic plate in which piezoelectric ceramic layers and electrode layers are alternately stacked. When the piezoelectric ceramic plate 101 is a laminated piezoelectric ceramic plate, every other electrode layer is divided into four like the regions A to D shown in FIG. 1 to drive electrodes (common drive electrodes 41a and 41b or selective drive electrodes 41c). , 41 d), and the other electrode layer is the common ground electrode 102. The drive electrodes stacked in the same region may be electrically connected to each other.

領域A、B、C、Dは、円形の主面30を複数の半径で区画してなる扇状をなしている。ここで、扇状の領域A〜Dにおける中心角は、各領域について互いに等しくても、または相違してもよい。本実施形態でいう扇状には、中心角が180度の扇形、すなわち半円形を含む。
より具体的には、本実施形態の領域A、B、C、Dは、円環状の主面30を二本の互いに直交する直径で4分割してなる略扇状であり、各領域の中心角はそれぞれ90度である。
The regions A, B, C, and D have a fan shape formed by dividing the circular main surface 30 with a plurality of radii. Here, the central angles in the fan-shaped areas A to D may be equal to or different from each other. The fan shape referred to in this embodiment includes a fan shape having a central angle of 180 degrees, that is, a semicircular shape.
More specifically, the areas A, B, C, and D of the present embodiment are substantially fan-shaped by dividing the annular main surface 30 into four parts with mutually orthogonal diameters, and the central angle of each area Are each 90 degrees.

主面30の領域A、B、C、Dには、各領域に個別に、または複数の領域にまたがって、駆動電極(分割電極)が被着形成されている。
本実施形態の超音波モータ10では、略扇状の各領域のほぼ全面に対してそれぞれ電極41a〜41dが形成されている。領域AとCに形成された電極41aと41cは互いに接続されており、領域BとDにそれぞれ形成された電極41b、41dとは電気的に分離している。
In the regions A, B, C, and D of the main surface 30, drive electrodes (divided electrodes) are deposited and formed individually in each region or across a plurality of regions.
In the ultrasonic motor 10 of this embodiment, electrodes 41a to 41d are formed on substantially the entire surface of each of the substantially fan-shaped regions. The electrodes 41a and 41c formed in the regions A and C are connected to each other, and are electrically separated from the electrodes 41b and 41d formed in the regions B and D, respectively.

以下、本実施形態においては、電極41cを第一選択駆動電極、電極41dを第二選択駆動電極、電極41aおよび41bを共通駆動電極という。
すなわち、本実施形態の超音波モータ10では、共通駆動電極41a,41bは領域A、B、C、Dのうちの二つに形成され、かつ、第一および第二選択駆動電極41c、41dは、領域A、B、C、Dのうちの他の一つにそれぞれ形成されている。より具体的には、本実施形態の共通駆動電極41a,41bは、対向する二つの領域AおよびCに形成され、第一および第二選択駆動電極41c、41dは、他の二つの領域BとDに形成されている。
Hereinafter, in the present embodiment, the electrode 41c is referred to as a first selection drive electrode, the electrode 41d is referred to as a second selection drive electrode, and the electrodes 41a and 41b are referred to as a common drive electrode.
That is, in the ultrasonic motor 10 of the present embodiment, the common drive electrodes 41a and 41b are formed in two of the regions A, B, C, and D, and the first and second selective drive electrodes 41c and 41d are , Regions A, B, C, and D, respectively. More specifically, the common drive electrodes 41a and 41b of the present embodiment are formed in two opposing regions A and C, and the first and second selective drive electrodes 41c and 41d are connected to the other two regions B. D is formed.

第一選択駆動電極41cと第二選択駆動電極41dは、いずれか一方が選択されて交番電圧が印加され、他方が開放される電極である。また、共通駆動電極41a,41bは交番電圧が常時印加される電極である。   One of the first selection drive electrode 41c and the second selection drive electrode 41d is selected, an alternating voltage is applied, and the other is opened. The common drive electrodes 41a and 41b are electrodes to which an alternating voltage is constantly applied.

圧電セラミック板101の他の主面31にはアース電極が設けられている。アース電極は、電極41a〜41d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、圧電セラミック板101の他の主面31において4つの領域A〜Dにまたがって設けられた共通アース電極として形成されている。
また、本実施形態の共通アース電極102は、主面31のほぼ全面に形成されている。
そして、本実施形態では、第一選択駆動電極41cまたは第二選択駆動電極41dより選択された一方および共通駆動電極41a,41bと、共通アース電極102と、の間に所定の共振周波数の交番電圧が印加される。これにより、圧電セラミック板101は平面方向(図1における上下および左右方向)に共振する。
A ground electrode is provided on the other main surface 31 of the piezoelectric ceramic plate 101. The ground electrode may be individually formed facing the electrodes 41a to 41d, or may be formed across two or more of the regions A to D. The ground electrode of the present embodiment is formed as a common ground electrode provided across the four regions A to D on the other main surface 31 of the piezoelectric ceramic plate 101.
Further, the common ground electrode 102 of the present embodiment is formed on almost the entire main surface 31.
In the present embodiment, an alternating voltage having a predetermined resonance frequency is provided between the one selected from the first selection drive electrode 41 c or the second selection drive electrode 41 d and the common drive electrodes 41 a and 41 b and the common ground electrode 102. Is applied. As a result, the piezoelectric ceramic plate 101 resonates in the planar direction (vertical and horizontal directions in FIG. 1).

本実施形態の超音波モータ10においては、円板状の圧電セラミック板101における円形の主面30の一つの直径を対称軸AXとして、第一選択駆動電極41cと第二選択駆動電極41dとは対称位置に配置され、かつ、共通駆動電極41a,41bは対称形状をなしている。そして、付勢部103は対称軸AX上に設けられている。   In the ultrasonic motor 10 according to the present embodiment, the first selection drive electrode 41c and the second selection drive electrode 41d are defined with one diameter of the circular main surface 30 of the disk-shaped piezoelectric ceramic plate 101 as the axis of symmetry AX. The common drive electrodes 41a and 41b are arranged symmetrically and have a symmetrical shape. The urging portion 103 is provided on the symmetry axis AX.

本実施形態の場合、付勢部103は、共通駆動電極41a,41bの形成された領域AおよびCの二等分線(対称軸AX)と圧電セラミック板101の外周との交点近傍に設けられている。   In the case of this embodiment, the urging portion 103 is provided in the vicinity of the intersection of the bisector (symmetric axis AX) of the regions A and C where the common drive electrodes 41 a and 41 b are formed and the outer periphery of the piezoelectric ceramic plate 101. ing.

なお、本実施形態において、対称軸AXに関して第一選択駆動電極41cと第二選択駆動電極41dとが対称位置に配置され、共通駆動電極41a,41bが対称形状であるとは、交番電圧の印加電極を切り替えた際に、付勢部103の振動方向が対称軸AXを中心に実用的に反転することを意味するものであり、幾何学的に厳密な対称性を要するものではない。
同様に、付勢部103が対称軸AX上に設けられているとは、付勢部103の平面視の一部を対称軸AXが通過する場合のほか、付勢部103の振動方向の反転により移動子107の送り方向を実用的に切り替え可能である限りにおいて、付勢部103が対称軸AXの近傍に位置していることを含む。
In the present embodiment, the first selection drive electrode 41c and the second selection drive electrode 41d are arranged at symmetrical positions with respect to the symmetry axis AX, and the common drive electrodes 41a and 41b are symmetrical. This means that when the electrodes are switched, the vibration direction of the urging unit 103 is practically reversed about the symmetry axis AX, and geometrically strict symmetry is not required.
Similarly, that the urging portion 103 is provided on the symmetry axis AX means that the symmetric portion AX passes through a part of the urging portion 103 in plan view, and that the oscillating direction of the urging portion 103 is reversed. As long as the feed direction of the moving element 107 can be switched practically, the biasing portion 103 is included in the vicinity of the symmetry axis AX.

圧電セラミック板101の外周に設けられて移動子107を駆動する付勢部103は、本実施形態の場合、移動子107に対して摩擦力により駆動力を付与する要素である。
付勢部103による移動子107の送り方向は特に限定されないが、本実施形態では圧電セラミック板101の周方向を送り方向としている。
In the present embodiment, the urging portion 103 provided on the outer periphery of the piezoelectric ceramic plate 101 and driving the moving element 107 is an element that applies a driving force to the moving element 107 by a frictional force.
The feeding direction of the moving element 107 by the urging unit 103 is not particularly limited, but in this embodiment, the circumferential direction of the piezoelectric ceramic plate 101 is the feeding direction.

本実施形態の付勢部103は、圧電セラミック板101の外周面上に設けられた摩擦要素として構成されている。
付勢部103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、圧電セラミック板101の外周面を粗面化処理して付勢部103としてもよい。すなわち、付勢部103は、圧電セラミック板101とは別部材として作製してもよく、圧電セラミック板101自体を加工して形成してもよい。
より具体的には、本実施形態の付勢部103は、アルミナ製のパッド状の摩擦要素を、円環板状の圧電セラミック板101の外周面上の一部に装着して設けられている。
The urging portion 103 of this embodiment is configured as a friction element provided on the outer peripheral surface of the piezoelectric ceramic plate 101.
Although the material of the urging | biasing part 103 is not specifically limited, Ceramic materials, such as an alumina, can be mentioned as an example. Alternatively, the urging portion 103 may be formed by roughening the outer peripheral surface of the piezoelectric ceramic plate 101. That is, the urging portion 103 may be manufactured as a separate member from the piezoelectric ceramic plate 101 or may be formed by processing the piezoelectric ceramic plate 101 itself.
More specifically, the biasing portion 103 of the present embodiment is provided by attaching an alumina pad-like friction element to a part of the outer peripheral surface of the annular plate-like piezoelectric ceramic plate 101. .

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。
圧電セラミック板101に対向する移動子107の表面は、付勢部103と摩擦的に係合するよう粗面化されている。
図1に示す本実施形態の圧電セラミック板101には、その下端にあたる領域Cの外周縁の中央近傍に付勢部103が設けられている。そして、圧電セラミック板101の共振による付勢部103の送り方向を圧電セラミック板101の周方向とすることにより、摺動機構108により許容される移動子107の移動方向は、図1における左右方向となる。
The moving element 107 is supported in a state in which it can freely move on the base 109 by a sliding mechanism 108 such as a roller.
The surface of the moving element 107 facing the piezoelectric ceramic plate 101 is roughened so as to frictionally engage the urging portion 103.
In the piezoelectric ceramic plate 101 of this embodiment shown in FIG. 1, a biasing portion 103 is provided in the vicinity of the center of the outer peripheral edge of the region C corresponding to the lower end thereof. The moving direction of the moving element 107 permitted by the sliding mechanism 108 is the left-right direction in FIG. 1 by setting the feeding direction of the urging portion 103 due to the resonance of the piezoelectric ceramic plate 101 to the circumferential direction of the piezoelectric ceramic plate 101. It becomes.

なお、図1では移動子107の移動方向として水平移動を例示しているが、本発明はこれに限られない。移動子107を回転子とし、摺動機構108を移動子107の回転軸とすることにより、本実施形態の超音波モータ10は移動子107をローター回転させる駆動装置として動作する(図7、8を参照)。   Although FIG. 1 illustrates horizontal movement as the moving direction of the moving element 107, the present invention is not limited to this. By using the moving element 107 as a rotor and the sliding mechanism 108 as a rotating shaft of the moving element 107, the ultrasonic motor 10 of this embodiment operates as a drive device that rotates the moving element 107 as a rotor (FIGS. 7 and 8). See).

超音波モータ10は、圧電セラミック板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は圧電セラミック板101の中央の円孔42(図2を参照)に取り付けられて、圧電セラミック板101の主面30の中心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板101と接触する外表面が、圧電セラミック板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板101が弾性的に共振する際に主面30の中央の円孔42の内径が拡大または縮小したとしても、振動を抑制することなく安定して圧電セラミック板101を支持することができる。
The ultrasonic motor 10 further includes a support portion (support tool 105) that supports the piezoelectric ceramic plate 101. In this embodiment, the support 105 is attached to the central circular hole 42 (see FIG. 2) of the piezoelectric ceramic plate 101, and the center of the main surface 30 of the piezoelectric ceramic plate 101 cannot be rotated and translated with respect to the space. It is rigidly fixed to.
The support 105 is formed of a resin material such as hard rubber having a Young's modulus lower than that of the piezoelectric ceramic plate 101 at least on the outer surface in contact with the piezoelectric ceramic plate 101. As a result, even when the inner diameter of the circular hole 42 at the center of the main surface 30 is enlarged or reduced when an alternating voltage is applied to elastically resonate the piezoelectric ceramic plate 101, the piezoelectric ceramic plate 101 is stably suppressed without suppressing vibration. The ceramic plate 101 can be supported.

また、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。付勢部103は、弾性部材106の付勢力をうけて移動子107の表面に押し付けられている。
これにより、付勢部103と移動子107とが常時接触した状態で圧電セラミック板101は共振する。
The support 105 is connected to the base 109 via the elastic member 106. The urging portion 103 is pressed against the surface of the moving element 107 by receiving the urging force of the elastic member 106.
Thereby, the piezoelectric ceramic plate 101 resonates in a state where the urging portion 103 and the moving element 107 are always in contact.

そして、交番電圧が印加されて圧電セラミック板101が共振することにより、付勢部103は圧電セラミック板101の周方向とともに径方向に振動して、移動子107の表面に対して所定の垂直抗力にて押圧される。付勢部103から移動子107への垂直抗力は、圧電セラミック板101の振動モードにしたがって周期的に変動する。かかる状態で付勢部103が圧電セラミック板101の周方向成分をもって振動することにより、移動子107は正方向または逆方向に駆動される。
さらに、第一または第二選択駆動電極41c、41dの選択を切り替えると、付勢部103の周方向の振動と径方向の振動の位相が反転する。これにより、移動子107に対する垂直抗力を所定に維持しつつ、移動子107の送り方向が正方向(図1における左方)または逆方向(同、右方)に切り替えられる。
Then, when the alternating voltage is applied and the piezoelectric ceramic plate 101 resonates, the urging portion 103 vibrates in the radial direction along with the circumferential direction of the piezoelectric ceramic plate 101, and a predetermined vertical drag against the surface of the moving element 107. Is pressed. The vertical drag from the urging unit 103 to the moving element 107 periodically varies according to the vibration mode of the piezoelectric ceramic plate 101. In this state, the urging portion 103 vibrates with a circumferential component of the piezoelectric ceramic plate 101, so that the moving element 107 is driven in the forward direction or the reverse direction.
Furthermore, when the selection of the first or second selection drive electrodes 41c and 41d is switched, the phase of the vibration in the circumferential direction and the vibration in the radial direction of the urging unit 103 are reversed. As a result, the feed direction of the moving element 107 is switched to the normal direction (left side in FIG. 1) or the reverse direction (the same direction, right direction) while maintaining the vertical drag on the moving element 107 at a predetermined level.

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、同時に共通駆動電極41a,41bに電気的に接続されている。
また、端子S1は第一選択駆動電極41cと接続され、端子S2は第二選択駆動電極41dと接続されている。
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 output terminal 111 of the oscillator 110, and is electrically connected to the common drive electrodes 41a and 41b at the same time.
The terminal S1 is connected to the first selection drive electrode 41c, and the terminal S2 is connected to the second selection drive electrode 41d.

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。
図1に示すように、スイッチSW1を端子S1側に倒すと、駆動電圧は共通駆動電極41aおよび41b、ならびに第一選択駆動電極41cに印加される。
一方、スイッチSW1を端子S2側に倒すと、駆動電圧は共通駆動電極41aおよび41b、ならびに第二選択駆動電極41dに印加される。
The power supply of the oscillator 110 is an alternating voltage of the internal resistance R0 and the output voltage V0, specifically a sine wave voltage. The frequency of the sine wave is set to the resonance frequency of the piezoelectric ceramic plate 101. That is, the ultrasonic motor 10 of this embodiment is a separately excited system to which a sine wave voltage having a frequency adjusted by the oscillator 110 is applied.
As shown in FIG. 1, when the switch SW1 is tilted toward the terminal S1, the drive voltage is applied to the common drive electrodes 41a and 41b and the first selection drive electrode 41c.
On the other hand, when the switch SW1 is tilted toward the terminal S2, the drive voltage is applied to the common drive electrodes 41a and 41b and the second selection drive electrode 41d.

本実施形態の超音波モータ10では、第一選択駆動電極41cと共通駆動電極41a,41bとの合計面積、および第二選択駆動電極41dと共通駆動電極41a,41bとの合計面積は、ともに主面30の面積の二分の一よりも大きい。より具体的には、これらの合計面積は、主面30の面積のほぼ四分の三である。   In the ultrasonic motor 10 of this embodiment, the total area of the first selection drive electrode 41c and the common drive electrodes 41a and 41b and the total area of the second selection drive electrode 41d and the common drive electrodes 41a and 41b are both main. It is greater than one half of the area of the surface 30. More specifically, these total areas are approximately three-quarters of the area of main surface 30.

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、環状に連結した4つの領域A〜Dのうち、任意の2つの領域を共通駆動電極とし、残る2つの領域を選択駆動電極とした場合に、少なくとも一つの対称軸AXを設定することができる。そして、駆動電圧を印加する領域を対称軸AXに関して反転することにより、共振する圧電セラミック板101のモード形状は対称軸AXに関して反転する。これにより、対称軸AX上に配置した付勢部103に付勢される移動子107の送り方向が正方向または逆方向に切り替えられる。   As will be described later, in the ultrasonic motor 10 of this embodiment, among the four regions A to D connected in a ring shape, any two regions are used as a common drive electrode, and the remaining two regions are selected drive electrodes. In this case, at least one axis of symmetry AX can be set. Then, by reversing the region to which the drive voltage is applied with respect to the symmetry axis AX, the mode shape of the resonating piezoelectric ceramic plate 101 is reversed with respect to the symmetry axis AX. Thereby, the feed direction of the moving element 107 urged by the urging unit 103 arranged on the symmetry axis AX is switched between the forward direction and the reverse direction.

<動作原理>
以下、本実施形態の圧電セラミック板101に正弦波電圧を印加した場合に生じる共振モードと、圧電セラミック板101の外周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 plate 101 of the present embodiment and the displacement of the outer periphery of the piezoelectric ceramic plate 101 will be described in detail.

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板101の構造図である。同図(a)は圧電セラミック板101の平面図であり、同図(b)は同図(a)のII-II断面図である。
同図(b)に矢印で示すように、円環板状の圧電セラミック板101は厚さ方向に分極され、主面30の中央には円孔42が穿設されている。なお、以下の説明は円孔42の内径の大小によらない。すなわち、圧電セラミック板101の円環の太さは任意であり、また圧電セラミック板101が中実の円板状であっても同様の動作原理が説明される。
FIG. 2 is a structural diagram of the piezoelectric ceramic plate 101 used in the ultrasonic motor 10 of this embodiment. 2A is a plan view of the piezoelectric ceramic plate 101, and FIG. 2B is a sectional view taken along line II-II in FIG.
As shown by the arrow in FIG. 2B, the annular plate-shaped piezoelectric ceramic plate 101 is polarized in the thickness direction, and a circular hole 42 is formed in the center of the main surface 30. The following description does not depend on the size of the inner diameter of the circular hole 42. That is, the thickness of the annular ring of the piezoelectric ceramic plate 101 is arbitrary, and the same operation principle will be explained even if the piezoelectric ceramic plate 101 is a solid disc shape.

かかる圧電セラミック板101の主面30は、直交する二本の直径で4等分して領域A〜Dが形成され、各領域の略全面に電極41a〜41dが設けられている。圧電セラミック板101の他方の主面31には全面に共通アース電極102が形成されている。
また、図2(a)には、圧電セラミック板101の外周部の変形量を説明するため、電極41a〜41d同士の境界部および電極41a〜41dの外周円弧の中央部における、圧電セラミック板101の外周を8等分する点の位置に、便宜上の記号a〜hを付している。
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。
The main surface 30 of the piezoelectric ceramic plate 101 is divided into four equal parts by two orthogonal diameters to form regions A to D, and electrodes 41a to 41d are provided on substantially the entire surface of each region. A common ground electrode 102 is formed on the entire other main surface 31 of the piezoelectric ceramic plate 101.
FIG. 2A illustrates the piezoelectric ceramic plate 101 at the boundary portion between the electrodes 41a to 41d and the central portion of the outer peripheral arc of the electrodes 41a to 41d in order to explain the deformation amount of the outer peripheral portion of the piezoelectric ceramic plate 101. For convenience, symbols a to h are attached to the positions of the points that divide the outer periphery of each into eight equal parts.
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 common ground electrode 102.

図3は、図2に示した圧電セラミック板101の寸法を外径60mm、内径20mm、厚さ3mmとし、4個の電極41a〜41dのうちの3個を電気的に接続し、対向する共通アース電極102との間のインピーダンスの周波数特性の測定例を示す図である。図3より、本実施形態の圧電セラミック板101は29.6kHzで共振することを示している。以下、圧電セラミック板101の共振周波数をfrとする。   In FIG. 3, the piezoelectric ceramic plate 101 shown in FIG. 2 has dimensions of an outer diameter of 60 mm, an inner diameter of 20 mm, and a thickness of 3 mm, and three of the four electrodes 41a to 41d are electrically connected to face each other. It is a figure which shows the example of a measurement of the frequency characteristic of the impedance between the earth electrodes. FIG. 3 shows that the piezoelectric ceramic plate 101 of this embodiment resonates at 29.6 kHz. Hereinafter, the resonance frequency of the piezoelectric ceramic plate 101 is fr.

図4は、有限要素(FEM)解析により得られた圧電セラミック板101の共振状態を示す変位モード図である。同図は、圧電セラミック板101の主面30のうち、領域A、BおよびCにそれぞれ形成された電極41a、41bおよび41cを互いに電気的に接続して駆動電極とし、残る領域Dに形成された電極41dを開放した場合の圧電セラミック板101の変位モードを示している。主面30の駆動電極と、他の主面31の共通アース電極102との間に、周波数frの交流電圧を印加することにより、圧電セラミック板101は面内方向に共振している。
図4(a)は圧電セラミック板101の収縮変形時、同図(b)は膨張変形時を示している。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。
同図(a)および(b)より、圧電セラミック板101の共振変形は、対称軸AXに関して左右非対称になっており、特に開放状態の電極41dが形成された領域Dの変形量が小さいことがわかる。
FIG. 4 is a displacement mode diagram showing the resonance state of the piezoelectric ceramic plate 101 obtained by finite element (FEM) analysis. This figure shows that the electrodes 41a, 41b and 41c formed in the regions A, B and C, respectively, of the main surface 30 of the piezoelectric ceramic plate 101 are electrically connected to each other as drive electrodes and formed in the remaining region D. The displacement mode of the piezoelectric ceramic plate 101 when the electrode 41d is opened is shown. The piezoelectric ceramic plate 101 resonates in the in-plane direction by applying an alternating voltage with a frequency fr between the drive electrode on the main surface 30 and the common ground electrode 102 on the other main surface 31.
FIG. 4 (a) shows the piezoelectric ceramic plate 101 during contraction deformation, and FIG. 4 (b) shows the expansion deformation. In the displacement mode diagrams shown in FIGS. 4A and 4B, a portion with a large amount of displacement is shown in dark color, and a portion with a small amount of displacement is shown in light color.
From FIGS. 7A and 7B, the resonance deformation of the piezoelectric ceramic plate 101 is asymmetrical with respect to the symmetry axis AX, and the deformation amount of the region D where the open electrode 41d is formed is particularly small. Recognize.

図5は、領域A、CおよびDにそれぞれ形成された電極41a、41cおよび41dを駆動電極とし、領域Bに形成された電極41bを開放した場合の、圧電セラミック板101の共振状態を示す変位モード図である。図4と図5では、交流電圧を印加する電極を、電極41bから電極41dに変えた以外の条件は共通である。図5(a)は収縮変形時、同図(b)は膨張変形時を示している。
同図(a)および(b)より、圧電セラミック板101の共振変形は、対称軸AXに関して左右非対称になっており、特に開放している電極41bの形成領域(領域B)の変形量が小さいことがわかる。
FIG. 5 shows a displacement indicating a resonance state of the piezoelectric ceramic plate 101 when the electrodes 41a, 41c and 41d formed in the regions A, C and D are used as drive electrodes and the electrode 41b formed in the region B is opened. FIG. 4 and 5, the conditions are the same except that the electrode to which the AC voltage is applied is changed from the electrode 41b to the electrode 41d. FIG. 5A shows the time of contraction deformation, and FIG. 5B shows the time of expansion deformation.
From FIGS. 9A and 9B, the resonance deformation of the piezoelectric ceramic plate 101 is asymmetrical with respect to the symmetry axis AX, and the deformation amount of the open electrode 41b formation region (region B) is particularly small. I understand that.

ここで、図4と図5とを比較すると、収縮および膨張の変形形状が対称軸AXに関して反転していることがわかる。このため、4個の電極41a〜41dのうち、電極41aと41cを共通駆動電極として駆動電圧を常時印加し、電極41bと41dを選択駆動電極として選択された一方にのみ駆動電圧を印加して他方を開放することにより、圧電セラミック板101における変位の大きい領域が対称軸AXに関して反転することがわかる。   Here, when FIG. 4 and FIG. 5 are compared, it can be seen that the deformed shapes of contraction and expansion are reversed with respect to the symmetry axis AX. Therefore, among the four electrodes 41a to 41d, the electrodes 41a and 41c are always used as a common drive electrode, and the drive voltage is always applied, and the drive voltage is applied only to one of the electrodes 41b and 41d selected as the selected drive electrode. By opening the other, it can be seen that the large displacement region in the piezoelectric ceramic plate 101 is reversed with respect to the symmetry axis AX.

このことを利用すると、交流電圧を印加する電極を選択的に切り替えることにより、この圧電セラミック板101の外周部の特定の位置に圧接した移動子107(図1を参照)の移動方向を反転させることができることを示している。   When this is utilized, the moving direction of the moving element 107 (see FIG. 1) in pressure contact with a specific position on the outer peripheral portion of the piezoelectric ceramic plate 101 is reversed by selectively switching the electrode to which the AC voltage is applied. It shows that you can.

ここで、超音波モータ10における駆動効率を良好に実現するためには、付勢部103の変形量が大きいことに加えて、付勢部103の変形方向と圧電セラミック板101の接線方向とのなす角度が45度以上であって、かつ45度に近いことが好ましい。
これは、付勢部103により移動子107に駆動力を一定方向に連続的に付与するためには、付勢部103から移動子107に与えられる付勢力が圧電セラミック板101の共振周期にしたがって周期的に変動することが好ましいためである。したがって、圧電セラミック板101の振動モードとしては、付勢部103の近傍が、移動子107の送り方向とともに、移動子107に対する接近および退避方向にも振動することが好ましい。このため、付勢部103の変形方向は圧電セラミック板101の接線方向に対して略45度で交差することが好適である。
Here, in order to realize the drive efficiency in the ultrasonic motor 10 satisfactorily, in addition to the large deformation amount of the urging portion 103, the deformation direction of the urging portion 103 and the tangential direction of the piezoelectric ceramic plate 101 are The angle formed is preferably 45 degrees or more and close to 45 degrees.
This is because the urging force applied from the urging unit 103 to the moving element 107 is applied according to the resonance period of the piezoelectric ceramic plate 101 in order to continuously apply the driving force to the moving element 107 by the urging unit 103. This is because it preferably varies periodically. Therefore, as a vibration mode of the piezoelectric ceramic plate 101, it is preferable that the vicinity of the urging portion 103 vibrates in the approaching and retracting directions with respect to the moving element 107 as well as the feeding direction of the moving element 107. For this reason, it is preferable that the deformation direction of the urging portion 103 intersects with the tangential direction of the piezoelectric ceramic plate 101 at approximately 45 degrees.

以上より、本実施形態の超音波モータ10においては、移動子107の送り方向に相当する圧電セラミック板101の周方向のみならず、移動子107に対する接近方向に相当する圧電セラミック板101の径方向にも付勢部103が変形するとともに、付勢部103の変位量は周方向よりも径方向に大きくしている。   As described above, in the ultrasonic motor 10 of this embodiment, not only the circumferential direction of the piezoelectric ceramic plate 101 corresponding to the feeding direction of the moving element 107 but also the radial direction of the piezoelectric ceramic plate 101 corresponding to the approaching direction to the moving element 107. In addition, the biasing portion 103 is deformed, and the displacement amount of the biasing portion 103 is larger in the radial direction than in the circumferential direction.

また、本実施形態の超音波モータ10においては、駆動電圧を印加する選択駆動電極41c,41dを切り替えて移動子107の移動方向を反転させた場合、正方向と逆方向への移動子107の移動速度を均等とすることが好ましい。そのためには、駆動電圧を印加する選択駆動電極41c,41dを切り替えた場合に、付勢部103の変形量が同等であって、かつ付勢部103の変形方向と圧電セラミック板101の接線とのなす角度の正負が反転するとよい。
このため、図1に示す本実施形態の超音波モータ10では、円環板状の圧電セラミック板101の一つの直径を対称軸AXとして選択駆動電極41c,41dと共通駆動電極41a,41bのそれぞれを対称に配置し、かつ付勢部103を対称軸AX上に設けている。かかる構成により、選択駆動電極41c,41dへの印加と開放を切り替えた際に付勢部103に生じる変形が対称軸AXに関して対称となり、移動子107の移動速度が正方向と逆方向とで均等化している。
Further, in the ultrasonic motor 10 of the present embodiment, when the moving direction of the moving element 107 is reversed by switching the selection driving electrodes 41c and 41d to which the driving voltage is applied, the moving element 107 is moved in the direction opposite to the forward direction. It is preferable to make the movement speed uniform. For this purpose, when the selection drive electrodes 41c and 41d to which the drive voltage is applied are switched, the deformation amount of the urging portion 103 is the same, and the deformation direction of the urging portion 103 and the tangent line of the piezoelectric ceramic plate 101 are It is recommended that the sign of the angle is reversed.
Therefore, in the ultrasonic motor 10 of the present embodiment shown in FIG. 1, each of the selective drive electrodes 41c and 41d and the common drive electrodes 41a and 41b has one diameter of the annular plate-shaped piezoelectric ceramic plate 101 as the axis of symmetry AX. Are arranged symmetrically, and the urging portion 103 is provided on the symmetry axis AX. With this configuration, the deformation generated in the urging portion 103 when switching between application and release to the selective drive electrodes 41c and 41d is symmetric with respect to the symmetry axis AX, and the moving speed of the moving element 107 is equal in the forward direction and the reverse direction. It has become.

さらに、本実施形態の超音波モータ10では、圧電セラミック板101を円板状とし、その外周に設けた付勢部103によって移動子107を圧電セラミック板101の接線方向に駆動する。このため、圧電セラミック板101が所定の振幅で共振した場合も、圧電セラミック板101が円形ゆえ、付勢部103以外の圧電セラミック板101の部位が移動子107と干渉することがない。   Further, in the ultrasonic motor 10 of the present embodiment, the piezoelectric ceramic plate 101 is formed in a disc shape, and the moving element 107 is driven in the tangential direction of the piezoelectric ceramic plate 101 by an urging portion 103 provided on the outer periphery thereof. For this reason, even when the piezoelectric ceramic plate 101 resonates with a predetermined amplitude, the portion of the piezoelectric ceramic plate 101 other than the biasing portion 103 does not interfere with the moving element 107 because the piezoelectric ceramic plate 101 is circular.

また、本実施形態の超音波モータ10では、圧電セラミック板101を4等分する領域のうちの3つに対して駆動電圧を印加しているため、超音波モータ10の入力インピーダンスを低減することができるとともに、良好な電気−機械変換効率を得ることができる。   Moreover, in the ultrasonic motor 10 of this embodiment, since the drive voltage is applied to three of the regions that divide the piezoelectric ceramic plate 101 into four equal parts, the input impedance of the ultrasonic motor 10 is reduced. And good electro-mechanical conversion efficiency can be obtained.

以下、図2に示す圧電セラミック板101を周波数frで共振させた際の、外周上の点a〜hにおける変位について説明する。   Hereinafter, displacement at points a to h on the outer periphery when the piezoelectric ceramic plate 101 shown in FIG. 2 is resonated at the frequency fr will be described.

図6(a)、(b)は、図2に示した圧電セラミック板101の領域BとCに共通駆動電極41a,41bを形成し、領域AとDにそれぞれ第一選択駆動電極41cと第二選択駆動電極41dを形成した場合の、圧電セラミック板101の外周上の点a〜hの変形図である。図6各図は、図2の圧電セラミック板101を時計回りに45度回転した状態を図示している。
各点a〜hに示す線分の延在方向は圧電セラミック板101の共振時における当該各点a〜hの変形方向を表し、各線分の長さは当該各点a〜hの変形の大きさを示している。
6A and 6B, common drive electrodes 41a and 41b are formed in the regions B and C of the piezoelectric ceramic plate 101 shown in FIG. 2, and the first selection drive electrode 41c and the first drive electrode 41c are formed in the regions A and D, respectively. FIG. 6 is a modified view of points a to h on the outer periphery of the piezoelectric ceramic plate 101 when a two-select drive electrode 41d is formed. Each drawing of FIG. 6 illustrates a state in which the piezoelectric ceramic plate 101 of FIG. 2 is rotated 45 degrees clockwise.
The extending direction of the line segment indicated by each point a to h represents the deformation direction of the point a to h at the time of resonance of the piezoelectric ceramic plate 101, and the length of each line segment is the magnitude of the deformation of the point a to h. It shows.

図6各図に示すように、圧電セラミック板101は、領域AおよびBと、領域CおよびDとで対称軸AXに関して対称に構成されている。言い換えると、圧電セラミック板101は、第一選択駆動電極41cと第二選択駆動電極41dとが対称軸AXを挟んで対称に切り替えられ、かつ、共通駆動電極41a,41bは対称軸AXを挟んで対称形状に形成されている。
以下、図6各図に示す圧電セラミック板101を第一態様という。
As shown in FIGS. 6A and 6B, the piezoelectric ceramic plate 101 is configured symmetrically with respect to the symmetry axis AX in the regions A and B and the regions C and D. In other words, in the piezoelectric ceramic plate 101, the first selection drive electrode 41c and the second selection drive electrode 41d are switched symmetrically across the symmetry axis AX, and the common drive electrodes 41a and 41b sandwich the symmetry axis AX. It is formed symmetrically.
Hereinafter, the piezoelectric ceramic plate 101 shown in each drawing of FIG.

同図では、領域A〜Dのうち、駆動電圧が印加される領域の符号を丸で囲んで示す。すなわち、同図(a)は、共通駆動電極41a,41bおよび第二選択駆動電極41dに駆動電圧を印加した状態を意味し、同図(b)は、共通駆動電極41a,41bおよび第一選択駆動電極41cに駆動電圧を印加した状態を意味している。   In the same figure, among the areas A to D, the reference numerals of the areas to which the drive voltage is applied are circled. That is, FIG. 6A means a state in which a drive voltage is applied to the common drive electrodes 41a and 41b and the second selection drive electrode 41d, and FIG. 5B shows the common drive electrodes 41a and 41b and the first selection drive electrode 41d. This means that a drive voltage is applied to the drive electrode 41c.

下表1は、図6に示す圧電セラミック板101の外周部の各点a〜hにおける相対的な変形量、および各点a〜hにおける変形方向と当該各点a〜hにおける圧電セラミック板101の外周縁(すなわち、圧電セラミック板101の接線)とのなす角度を示している。   Table 1 below shows the relative deformation amount at each point a to h of the outer peripheral portion of the piezoelectric ceramic plate 101 shown in FIG. 6, the deformation direction at each point a to h, and the piezoelectric ceramic plate 101 at each point a to h. The angle formed with the outer peripheral edge (that is, the tangent line of the piezoelectric ceramic plate 101) is shown.

Figure 2010246347
Figure 2010246347

図6および表1から、点aおよび点eは、変形方向と圧電セラミック板101の接線方向とのなす角度が45度以上であって、かつ駆動電圧を印加する選択駆動電極41c,41dを切り替えた場合に上記角度の正負が反転するという条件を満たす点である。したがって、点aまたは点eに付勢部103を設けることにより、移動子107(図1を参照)を好適に駆動可能となる。なお、表1より、上記角度が45度に近いという観点から、付勢部103の設置位置としては点aがもっとも適していることがわかる。   From FIG. 6 and Table 1, the points a and e switch the selection drive electrodes 41c and 41d to which the drive voltage is applied and the angle between the deformation direction and the tangential direction of the piezoelectric ceramic plate 101 is 45 degrees or more. This is a point that satisfies the condition that the sign of the angle is reversed. Therefore, by providing the urging portion 103 at the point a or the point e, the movable element 107 (see FIG. 1) can be driven appropriately. From Table 1, it can be seen that the point a is most suitable as the installation position of the urging unit 103 from the viewpoint that the angle is close to 45 degrees.

図7(a)、(b)は、図6と同様に共通駆動電極41a,41bを領域BとCに形成し、選択駆動電極41c,41dを領域AとDに形成するとともに、圧電セラミック板101の点eに付勢部103(図7では図示省略)を設けて移動子107をこれに圧接した状態を示す模式図である。
図8(a)、(b)は、圧電セラミック板101の点aに付勢部103(図8では図示省略)を設けて移動子107をこれに圧接した状態を示す模式図である。
図7(a)および図8(a)では、領域B,C,Dに駆動電圧を印加し、図7(b)および図8(b)では、領域A,B,Cに駆動電圧を印加している。
7A and 7B, common drive electrodes 41a and 41b are formed in regions B and C, selective drive electrodes 41c and 41d are formed in regions A and D, and a piezoelectric ceramic plate is formed as in FIG. FIG. 10 is a schematic diagram showing a state in which an urging portion 103 (not shown in FIG. 7) is provided at a point e 101 and the moving element 107 is pressed against it.
FIGS. 8A and 8B are schematic views showing a state in which the urging portion 103 (not shown in FIG. 8) is provided at the point a of the piezoelectric ceramic plate 101 and the moving element 107 is pressed against the urging portion 103.
7A and 8A, the drive voltage is applied to the regions B, C, and D, and the drive voltage is applied to the regions A, B, and C in FIGS. 7B and 8B. is doing.

図7および図8では、移動子107として回転子を例示している。移動子107は圧電セラミック板101の外周に接する円板状または円柱状をなし、軸心に摺動機構108が取り付けられて軸まわりの両方向に回転可能である。   7 and 8 exemplify a rotor as the moving element 107. The moving element 107 has a disk shape or a cylindrical shape in contact with the outer periphery of the piezoelectric ceramic plate 101, and a sliding mechanism 108 is attached to the shaft center and can be rotated in both directions around the axis.

領域B,C,Dに駆動電圧を印加する図7(a)では、圧電セラミック板101の点eは、径方向内側左方から、径方向外側右方に向かって振動する。このため、移動子107の回転方向は、同図における時計回りとなる。
一方、領域A,B,Cに駆動電圧を印加する図7(b)では、圧電セラミック板101の点eは、径方向内側右方から、径方向外側左方に向かって振動する。このため、移動子107の回転方向は、同図における反時計回りとなる。
In FIG. 7A in which a drive voltage is applied to the regions B, C, and D, the point e of the piezoelectric ceramic plate 101 vibrates from the radially inner left side toward the radially outer right side. For this reason, the rotation direction of the moving element 107 is clockwise in FIG.
On the other hand, in FIG. 7B in which a driving voltage is applied to the regions A, B, and C, the point e of the piezoelectric ceramic plate 101 vibrates from the radially inner right side toward the radially outer left side. For this reason, the rotation direction of the moving element 107 is counterclockwise in FIG.

また、圧電セラミック板101の点aに移動子107を圧接する図8(a)、(b)の態様の場合、移動子107の回転方向は図7各図の場合とは上下反転する。
具体的には、領域B,C,Dに駆動電圧を印加する図8(a)では、圧電セラミック板101の点aは、径方向内側左方から、径方向外側右方に向かって振動する。このため、移動子107の回転方向は、同図における反時計回りとなる。
一方、領域A,B,Cに駆動電圧を印加する図8(b)では、圧電セラミック板101の点aは、径方向内側右方から、径方向外側左方に向かって振動する。このため、移動子107の回転方向は、同図における時計回りとなる。
8A and 8B in which the moving element 107 is pressed against the point a of the piezoelectric ceramic plate 101, the rotation direction of the moving element 107 is inverted upside down from the case of each figure in FIG.
Specifically, in FIG. 8A in which the drive voltage is applied to the regions B, C, and D, the point a of the piezoelectric ceramic plate 101 vibrates from the radially inner left side toward the radially outer right side. . For this reason, the rotation direction of the moving element 107 is counterclockwise in FIG.
On the other hand, in FIG. 8B in which the drive voltage is applied to the regions A, B, and C, the point a of the piezoelectric ceramic plate 101 vibrates from the radially inner right side to the radially outer left side. For this reason, the rotation direction of the moving element 107 is clockwise in FIG.

以上より、対称軸AX(図6を参照)に関して対称な圧電セラミック板101において、付勢部103を圧電セラミック板101の外周かつ対称軸AX上の点aまたは点eに配置することにより、選択駆動電極41c,41dの切り替えによって移動子107を正逆方向に等しい移動速度で駆動することができる。   As described above, in the piezoelectric ceramic plate 101 that is symmetric with respect to the symmetry axis AX (see FIG. 6), the urging portion 103 is selected by disposing it at the point a or point e on the outer periphery of the piezoelectric ceramic plate 101 and the symmetry axis AX. By switching the drive electrodes 41c and 41d, the moving element 107 can be driven at a moving speed equal to the forward and reverse directions.

図6から8では、隣接する領域AとDに第一および第二選択駆動電極41c、41dを形成する態様を例示したが、本発明はこれに限られない。   6 to 8 exemplify a mode in which the first and second selective drive electrodes 41c and 41d are formed in the adjacent regions A and D, but the present invention is not limited to this.

図9各図は、領域AとCに共通駆動電極41a,41bを形成し、領域BとDにそれぞれ第一選択駆動電極41cと第二選択駆動電極41dを形成した場合の、圧電セラミック板101の外周上の点a〜hの変形図である。
すなわち、図6各図に示す圧電セラミック板101とは異なり、図9の圧電セラミック板101では対向する領域に選択駆動電極41c,41dが形成されている。
以下、図9各図に示す圧電セラミック板101の態様を第二態様という。
9 shows the piezoelectric ceramic plate 101 when the common drive electrodes 41a and 41b are formed in the regions A and C, and the first selection drive electrode 41c and the second selection drive electrode 41d are formed in the regions B and D, respectively. It is a deformation | transformation figure of the points ah on the outer periphery.
That is, unlike the piezoelectric ceramic plate 101 shown in FIGS. 6A and 6B, the selective driving electrodes 41c and 41d are formed in regions facing each other in the piezoelectric ceramic plate 101 of FIG.
Hereinafter, the mode of the piezoelectric ceramic plate 101 shown in each drawing of FIG. 9 is referred to as a second mode.

図9(a)は、共通駆動電極41a,41bとともに第二選択駆動電極41dに駆動電圧を印加し、第一選択駆動電極41cを開放した状態を示し、同図(b)は、共通駆動電極41a,41bとともに第一選択駆動電極41cに駆動電圧を印加し、第二選択駆動電極41dを開放した状態を示している。   FIG. 9A shows a state in which a drive voltage is applied to the second selection drive electrode 41d together with the common drive electrodes 41a and 41b, and the first selection drive electrode 41c is opened, and FIG. 9B shows the common drive electrode 41c. The drive voltage is applied to the first selection drive electrode 41c together with 41a and 41b, and the second selection drive electrode 41d is opened.

下表2は、表1と同様に、圧電セラミック板101の外周部の各点a〜hにおける相対的な変形量、および各点a〜hにおける変形方向と圧電セラミック板101の外周縁とのなす角度を示している。   The following Table 2 shows the relative deformation amount at each point a to h of the outer peripheral portion of the piezoelectric ceramic plate 101 and the deformation direction at each point a to h and the outer peripheral edge of the piezoelectric ceramic plate 101 as in Table 1. The angle to make is shown.

Figure 2010246347
Figure 2010246347

ここで、図9の場合も、圧電セラミック板101は対称軸AXに関して対称に構成されている。図9のように圧電セラミック板101の中心を挟んで対向する領域(領域BおよびD)に選択駆動電極41c,41dを形成した場合、選択駆動電極41c,41dの切り替えによって駆動電圧の印加領域が反転する基準となる対称軸AXは、領域AとCの各中央を通る直径である。   Here, also in the case of FIG. 9, the piezoelectric ceramic plate 101 is configured symmetrically with respect to the symmetry axis AX. When the selective drive electrodes 41c and 41d are formed in regions (regions B and D) facing each other across the center of the piezoelectric ceramic plate 101 as shown in FIG. 9, the drive voltage application region is changed by switching the selective drive electrodes 41c and 41d. The axis of symmetry AX serving as a reference for reversal is a diameter passing through the centers of the regions A and C.

図9および表2から、この場合、点bおよび点fが、変形方向と圧電セラミック板101の接線方向とのなす角度が45度以上であって、かつ駆動電圧を印加する選択駆動電極41c,41dを切り替えた場合に上記角度の正負が反転するという条件を満たす点である。   9 and Table 2, in this case, the point b and the point f have an angle formed by the deformation direction and the tangential direction of the piezoelectric ceramic plate 101 of 45 degrees or more, and the selection drive electrodes 41c, This is a point that satisfies the condition that the sign of the angle is reversed when 41d is switched.

図10(a)、(b)は、図9と同様に共通駆動電極41a,41bを領域AとCに形成し、選択駆動電極41c,41dを領域BとDに形成するとともに、圧電セラミック板101の点fに付勢部103(図10では図示省略)を設けて移動子107をこれに圧接した状態を示す模式図である。
図11(a)、(b)は、圧電セラミック板101の点bに付勢部103(図11では図示省略)を設けて移動子107をこれに圧接した状態を示す模式図である。
図10(a)および図11(a)では、領域A,C,Dに駆動電圧を印加し、図10(b)および図11(b)では、領域A,B,Cに駆動電圧を印加している。
10A and 10B, common drive electrodes 41a and 41b are formed in regions A and C, selective drive electrodes 41c and 41d are formed in regions B and D, and a piezoelectric ceramic plate is formed as in FIG. FIG. 10 is a schematic diagram showing a state where an urging portion 103 (not shown in FIG. 10) is provided at a point f 101 and the moving element 107 is pressed against this.
FIGS. 11A and 11B are schematic views showing a state in which the urging portion 103 (not shown in FIG. 11) is provided at the point b of the piezoelectric ceramic plate 101 and the moving element 107 is in pressure contact therewith.
10 (a) and 11 (a), a drive voltage is applied to the regions A, C, and D, and in FIGS. 10 (b) and 11 (b), a drive voltage is applied to the regions A, B, and C. is doing.

図10および図11では、移動子107として、平坦なベース109上を水平移動するスライダを例示している。移動子107は摺動機構108によって各図の左右方向に平行移動可能である。そして、図10に示す圧電セラミック板101および移動子107の構成は、図1の超音波モータ10に対応している。   10 and 11 exemplify a slider that moves horizontally on a flat base 109 as the moving element 107. The moving element 107 can be translated in the left-right direction in each figure by a sliding mechanism 108. The configurations of the piezoelectric ceramic plate 101 and the mover 107 shown in FIG. 10 correspond to the ultrasonic motor 10 shown in FIG.

図10に矢印で示すように、領域A,C,Dに駆動電圧を印加した場合、点fに設けられた付勢部103(同図では図示省略)は、移動子107を図中右方に直線駆動する。一方、領域A,B,Cに駆動電圧を印加した場合、点fに設けられた付勢部103は、移動子107を図中左方に直線駆動する。
図11に関しても同様であり、領域A,C,Dに駆動電圧を印加した場合、点bに設けられた付勢部103(同図では図示省略)は、移動子107を図中右方に直線駆動する。一方、領域A,B,Cに駆動電圧を印加した場合、点bに設けられた付勢部103は、移動子107を図中左方に直線駆動する。
As indicated by arrows in FIG. 10, when a drive voltage is applied to the regions A, C, and D, the urging unit 103 (not shown in the figure) provided at the point f Drive linearly. On the other hand, when a driving voltage is applied to the regions A, B, and C, the urging unit 103 provided at the point f linearly drives the moving element 107 to the left in the drawing.
The same applies to FIG. 11, and when a drive voltage is applied to the regions A, C, and D, the urging unit 103 (not shown in the figure) provided at the point b causes the moving element 107 to move to the right in the figure. Drive linearly. On the other hand, when a driving voltage is applied to the regions A, B, and C, the urging unit 103 provided at the point b linearly drives the moving element 107 to the left in the drawing.

また、表1および図6に示す点aと点eとの関係とは異なり、表2および図9に示す点bと点fにおける変位量および角度は互いに等しい。したがって、図14を参照して後述するように、図9〜11に示す圧電セラミック板101の場合、圧電セラミック板101の対向する二箇所(点bおよび点f)に付勢部103をそれぞれ設けることにより、移動子107を二点で直線駆動するリニア超音波モータを実現することができる。   Further, unlike the relationship between the points a and e shown in Table 1 and FIG. 6, the displacement amounts and angles at the points b and f shown in Table 2 and FIG. 9 are equal to each other. Therefore, as will be described later with reference to FIG. 14, in the case of the piezoelectric ceramic plate 101 shown in FIGS. 9 to 11, the urging portions 103 are respectively provided at two opposing points (point b and point f) of the piezoelectric ceramic plate 101. Thus, a linear ultrasonic motor that linearly drives the movable element 107 at two points can be realized.

ここで、本実施形態の超音波モータ10との比較のために、圧電セラミック板の主面の二分の一の領域に対して駆動電圧を印加して圧電セラミック板を共振させた場合の変形図を図12(a)、(b)に示す。   Here, for comparison with the ultrasonic motor 10 of the present embodiment, a modified view when the piezoelectric ceramic plate is resonated by applying a driving voltage to a half region of the main surface of the piezoelectric ceramic plate. Is shown in FIGS. 12 (a) and 12 (b).

図12各図は、領域Aに共通駆動電極、領域BとDに選択駆動電極を形成し、領域Cを常時開放した圧電セラミック板101のFEM解析の結果に基づいて、外周上の点a〜hにおける変形方向と変形量を線分で図示したものである。   FIG. 12 shows each of the points a˜ on the outer periphery based on the result of FEM analysis of the piezoelectric ceramic plate 101 in which the common drive electrode is formed in the region A, the selective drive electrodes are formed in the regions B and D, and the region C is always open. The deformation direction and deformation amount at h are illustrated by line segments.

下表3は、表1、2と同様に、圧電セラミック板101の外周部の各点a〜hにおける相対的な変形量、および各点a〜hにおける変形方向と圧電セラミック板101の外周縁とのなす角度を示している。   The following Table 3 shows the relative deformation amount at each point a to h of the outer peripheral portion of the piezoelectric ceramic plate 101 and the deformation direction at each point a to h and the outer peripheral edge of the piezoelectric ceramic plate 101 as in Tables 1 and 2. The angle formed by is shown.

以下、図12(a)および(b)に示す圧電セラミック板101における点bの変形を用いて移動子を駆動する態様を、第一比較態様という。
また、図12(a)および(b)に示す圧電セラミック板101における点cの変形を用いて移動子を駆動する態様を、第二比較態様というものとする。
Hereinafter, the mode in which the moving element is driven using the deformation of the point b in the piezoelectric ceramic plate 101 shown in FIGS. 12A and 12B is referred to as a first comparative mode.
In addition, a mode in which the moving element is driven using the deformation at the point c in the piezoelectric ceramic plate 101 shown in FIGS. 12A and 12B is referred to as a second comparative mode.

Figure 2010246347
Figure 2010246347

図12および表3に示す第一および第二比較態様の結果を、本実施形態の第一態様(図6および表1)ならびに第二態様(図9および表2)の結果と比較する。
まず、第一比較態様の場合、駆動点に相当する点bにおける変形量(0.34:表3)は、本実施形態の第一態様における付勢部103の位置(点aまたは点e)における変形量(0.63または0.75:表1)、ならびに第二態様における付勢部103の位置(点bまたは点f)における変形量(0.73:表2)の約半分の値である。このため、第一比較態様のモータでは、移動子の駆動速度を、本実施形態の第一または第二態様にかかる超音波モータ10と同等に得ることはできない。
また、表3に示す点bにおける変形方向と圧電セラミック板101の接線方向とのなす角度は45度未満(19度)であるため、かかる点bに付勢部および移動子を配置した場合には、付勢部から移動子に向かう接近方向成分を付勢部が十分に得ることができない。
The results of the first and second comparative modes shown in FIG. 12 and Table 3 are compared with the results of the first mode (FIGS. 6 and 1) and the second mode (FIGS. 9 and 2) of the present embodiment.
First, in the case of the first comparison mode, the deformation (0.34: Table 3) at the point b corresponding to the drive point is the position (point a or point e) of the urging portion 103 in the first mode of the present embodiment. About half of the amount of deformation (0.63 or 0.75: Table 1) and the amount of deformation (0.73: Table 2) at the position of the biasing portion 103 (point b or point f) in the second mode It is. For this reason, in the motor of a 1st comparison aspect, the drive speed of a slider cannot be obtained equivalent to the ultrasonic motor 10 concerning the 1st or 2nd aspect of this embodiment.
Further, since the angle formed by the deformation direction at the point b shown in Table 3 and the tangential direction of the piezoelectric ceramic plate 101 is less than 45 degrees (19 degrees), when the urging portion and the moving element are arranged at the point b, The urging unit cannot sufficiently obtain an approach direction component from the urging unit toward the moving element.

第二比較態様のモータの場合も同様である。移動子の駆動点に相当する点cにおける変形量(0.46:表3)は、本実施形態の第一または第二態様における付勢部103の位置における変形量よりも小さく、かつ点cにおける上記角度は0度である。したがって、第二比較態様のモータも、本実施形態の超音波モータ10と比較して、移動子の駆動速度が十分に得られず、かつ移動子を安定して駆動することができない。   The same applies to the motor of the second comparison mode. The deformation amount (0.46: Table 3) at the point c corresponding to the driving point of the moving element is smaller than the deformation amount at the position of the urging portion 103 in the first or second aspect of the present embodiment, and the point c. The angle at is 0 degrees. Therefore, the motor of the second comparison mode also cannot obtain a sufficient driving speed of the moving element and cannot stably drive the moving element as compared with the ultrasonic motor 10 of the present embodiment.

これに対し、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41a,41bと、交番電圧が選択的に印加される選択駆動電極41c,41dと、を含んでいる。これにより、圧電セラミック板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、圧電セラミック板101に大きな圧電変形を生じさせることができる。   On the other hand, in the ultrasonic motor 10 of the present embodiment, as drive electrodes, common drive electrodes 41a and 41b to which an alternating voltage is always applied, and selective drive electrodes 41c and 41d to which an alternating voltage is selectively applied, Is included. As a result, an alternating voltage can be applied to the main surface 30 of the piezoelectric ceramic plate 101 with respect to an area of about 3/4, so that a large piezoelectric deformation can be caused in the piezoelectric ceramic plate 101.

<第二実施形態>
図13は、本発明の超音波モータの他の実施形態の構成を示す概略図である。
本実施形態の超音波モータ10は、図7(a)、(b)に示す第一態様に係る圧電セラミック板101を用いて移動子107を駆動するものである。
<Second embodiment>
FIG. 13 is a schematic diagram showing the configuration of another embodiment of the ultrasonic motor of the present invention.
The ultrasonic motor 10 of this embodiment drives the moving element 107 using the piezoelectric ceramic plate 101 according to the first aspect shown in FIGS. 7 (a) and 7 (b).

すなわち、本実施形態の超音波モータ10は、圧電セラミック板101が円環板状をなし、領域A、B、C、Dは円環状の主面30を二本の互いに直交する直径で4分割してなる略扇状をなしている。共通駆動電極41a,41bは、隣接する二つの領域BおよびCに形成され、第一および第二選択駆動電極41c、41dは、他の二つの領域AとDにそれぞれ形成されている。圧電セラミック板101の他の主面(図示せず)には共通アース電極102が設けられている。
そして、付勢部103は、共通駆動電極41a,41bの形成された二つの領域B,C同士の境界線と圧電セラミック板101の外周との交点近傍に設けられている。
ベース109に載置された移動子107、支持具105、弾性部材106および摺動機構108は、図1に示す第一実施形態と共通である。
That is, in the ultrasonic motor 10 of the present embodiment, the piezoelectric ceramic plate 101 has an annular plate shape, and the regions A, B, C, and D are divided into two annular main surfaces 30 with two orthogonal diameters. It has a general fan shape. The common drive electrodes 41a and 41b are formed in two adjacent regions B and C, and the first and second selective drive electrodes 41c and 41d are formed in the other two regions A and D, respectively. A common ground electrode 102 is provided on the other main surface (not shown) of the piezoelectric ceramic plate 101.
The biasing portion 103 is provided in the vicinity of the intersection between the boundary line between the two regions B and C where the common drive electrodes 41 a and 41 b are formed and the outer periphery of the piezoelectric ceramic plate 101.
The mover 107, the support 105, the elastic member 106, and the sliding mechanism 108 placed on the base 109 are the same as those in the first embodiment shown in FIG.

図13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、同時に共通駆動電極41a,41bに接続されている。ここで、共通駆動電極41a,41bは、圧電セラミック板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。
なお、選択駆動電極41cと41dは、互いに絶縁されている。
In FIG. 13, 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 output terminal 113 of the feedback oscillator (amplifier) 112. At the same time, they are connected to the common drive electrodes 41a and 41b. Here, the common drive electrodes 41 a and 41 b are electrically connected to each other by an electrode pattern on the piezoelectric ceramic plate 101.
The selective drive electrodes 41c and 41d are insulated from each other.

端子S01は第一選択駆動電極41cと接続され、端子S02は第二選択駆動電極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、第二選択駆動電極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、第一選択駆動電極41c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、周波数frに設定されている。
The terminal S01 is connected to the first selection drive electrode 41c, and the terminal S02 is connected to the second selection drive electrode 41d. The input terminal 114 of the feedback oscillator 112 is connected to the common terminal S10 of the second circuit C2 of the switch SW2.
The terminal S11 is provided between resistors R11 and R12 connected between the second selection drive electrode 41d and the ground terminal 115. The terminal S12 is provided between resistors R21 and R22 connected between the first selection drive electrode 41c and the ground terminal 116.
The oscillation frequency of the feedback oscillator 112 is set to the frequency fr.

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第一または第二選択駆動電極41c、41d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。   Here, the values of the series resistances of the resistors R11 and R12 and the series resistances of the resistors R21 and R22 are high resistances that effectively open the first or second selection drive electrodes 41c and 41d to which no drive voltage is applied. Value. 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 feedback oscillator 112.

この状態で、スイッチSW2を上側に倒すと、駆動電圧は共通駆動電極41a,41bおよび第一選択駆動電極41cに印加されて圧電セラミック板101の領域A,B,Cが通電される。したがって、図7(b)に示すように、領域BとCの境界部(同図における点e)の近傍が圧電セラミック板101の周方向および径方向に変形するため、同部に形成された付勢部103により移動子107は図13の左方に突き出されて左向きに移動する。   In this state, when the switch SW2 is tilted upward, the drive voltage is applied to the common drive electrodes 41a and 41b and the first selection drive electrode 41c, and the regions A, B, and C of the piezoelectric ceramic plate 101 are energized. Therefore, as shown in FIG. 7B, the vicinity of the boundary between the regions B and C (the point e in the figure) is deformed in the circumferential direction and the radial direction of the piezoelectric ceramic plate 101, and thus formed in the same part. The moving element 107 protrudes to the left in FIG. 13 by the urging unit 103 and moves to the left.

一方、スイッチSW2を下側に倒すと、駆動電圧は領域B,C,Dに印加されるため、図7(a)に示すように、領域BとCの境界部の近傍が変形するため、同部に形成された付勢部103により移動子107は図13の右方に突き出されて右向きに移動する。
つまり、スイッチSW2を切り替えるだけで、移動子107を左右方向に選択的に移動させることができる。
On the other hand, when the switch SW2 is tilted downward, the drive voltage is applied to the regions B, C, and D, so that the vicinity of the boundary between the regions B and C is deformed as shown in FIG. The moving element 107 is protruded rightward in FIG. 13 by the urging portion 103 formed in the same portion and moves rightward.
That is, the moving element 107 can be selectively moved in the left-right direction simply by switching the switch SW2.

ここで、交番電圧(駆動電圧)が印加されない第一または第二選択駆動電極41c、41dは開放される。そして、本実施形態の超音波モータ10では、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 first or second selective drive electrodes 41c and 41d to which no alternating voltage (drive voltage) is applied are opened. In the ultrasonic motor 10 of the present embodiment, the opened selective driving electrode is used as a feedback electrode for the self-excited oscillation circuit.
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14は、本発明の超音波モータの他の実施形態の構成を示す概略図である。
本実施形態の超音波モータ10は、圧電セラミック板101に生ずる2カ所の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ものである。同図では、圧電セラミック板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。
<Third embodiment>
FIG. 14 is a schematic diagram showing the configuration of another embodiment of the ultrasonic motor of the present invention.
The ultrasonic motor 10 of the present embodiment has a linear guide type structure configured by utilizing two deformations that occur in the piezoelectric ceramic plate 101. In the figure, a drive circuit for applying a drive voltage to the piezoelectric ceramic plate 101 is not shown.

本実施形態の超音波モータ10では、図9各図と同様、領域A〜Dは円環状の主面30を二本の互いに直交する直径で4分割してなる略扇状をなし、領域AとCに共通駆動電極41a,41bが形成され、領域BとDに第一および第二選択駆動電極41c、41dがそれぞれ形成されている。   In the ultrasonic motor 10 of the present embodiment, the regions A to D are substantially fan-shaped by dividing the annular main surface 30 into four parts with mutually perpendicular diameters, as in the respective drawings in FIG. Common drive electrodes 41a and 41b are formed in C, and first and second selective drive electrodes 41c and 41d are formed in regions B and D, respectively.

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41cと第二選択駆動電極41dは主面30の中心CPに関して点対称位置に配置され、付勢部103は圧電セラミック板101の外周のうち対称軸AX上であって中心CPを挟む両側に対向して設けられている。   Further, in the ultrasonic motor 10 of the present embodiment, the first selection drive electrode 41c and the second selection drive electrode 41d are disposed at point-symmetrical positions with respect to the center CP of the main surface 30, and the biasing portion 103 is the piezoelectric ceramic plate 101. Are provided opposite to both sides of the outer periphery of the outer periphery of the optical axis on the symmetry axis AX and sandwiching the center CP.

具体的には、領域AとCの外周縁の中央に、それぞれ付勢部103(領域Cにおける付勢部103は図示省略)が設けられている。   Specifically, urging portions 103 (the urging portions 103 in the region C are not shown) are provided at the centers of the outer peripheral edges of the regions A and C, respectively.

一方、本実施形態の超音波モータ10により駆動される移動子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、付勢部103の外縁同士の距離よりもわずかに小さい。
すなわち、圧電セラミック板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。
On the other hand, the moving element 107 driven by the ultrasonic motor 10 according to the present embodiment includes a substrate 121 and a pair of parallel standing plates 122 and 123 that are erected on the substrate 121 and sandwich the piezoelectric ceramic plate 101. Yes. That is, as shown in FIG. 14, the moving element 107 is a member having an upper opening and a U-shaped cross section.
The movable element 107 is provided with an elastic plate 124 on the inner side of the opposed standing plates 122 and 123 and a friction plate 125 on the inner side. The facing interval between the friction plates 125 is slightly smaller than the distance between the outer edges of the urging portion 103.
That is, the piezoelectric ceramic plate 101 is sandwiched between the opposing friction plates 125 with a predetermined pressing force.

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 oval hole 126 penetrating through the center. The major axis direction of the hole 126 coincides with the extending direction of the opposing friction plate 125. Hereinafter, the major axis direction of the hole 126 is referred to as the longitudinal direction of the moving element 107, and the interval direction of the friction plates 125 facing each other is referred to as the width direction of the moving element 107.

圧電セラミック板101の支持具105は棒状をなし、圧電セラミック板101の中心CPを通り、圧電セラミック板101の面直方向の下方に突出して孔126に挿通されている。
孔126の短径方向の内径は、支持具105の軸径よりもわずかに大きい。
The support 105 of the piezoelectric ceramic plate 101 has a rod shape, passes through the center CP of the piezoelectric ceramic plate 101, protrudes downward in the direction perpendicular to the surface of the piezoelectric ceramic plate 101, and is inserted into the hole 126.
The inner diameter of the hole 126 in the minor axis direction is slightly larger than the shaft diameter of the support tool 105.

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 base guide 130 is a rail member that holds the movable element 107 so as to be slidable in the longitudinal direction. The substrate 121 of the moving element 107 is fitted in the groove 131 of the base guide 130 so as to be slidable in the longitudinal direction.
The lower end of the support 105 of the piezoelectric ceramic plate 101 is fixed to the bottom surface 132 of the groove 131.

かかる圧電セラミック板101の第一または第二選択駆動電極41c、41dより選択された一方と、共通駆動電極41a,41bとに対して、駆動電圧として周波数frの交番電圧を印加すると、圧電セラミック板101は図9各図に図示のように共振する。   When an alternating voltage having a frequency fr is applied as a drive voltage to one of the piezoelectric ceramic plate 101 selected from the first or second selective drive electrodes 41c and 41d and the common drive electrodes 41a and 41b, the piezoelectric ceramic plate 101 resonates as shown in FIGS.

その結果、表2に示したように、圧電セラミック板101において付勢部103が設けられた点bおよび点fにおいては、移動子107を同じ方向に移動させる同じ角度かつ同じ量の変形が生ずる。
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、圧電セラミック板101の領域AとCの部分円弧の中央部に設けられた付勢部103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付勢部103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41c、41dの選択を切り替えることにより、付勢部103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。
As a result, as shown in Table 2, at the point b and point f where the urging portion 103 is provided in the piezoelectric ceramic plate 101, the same angle and the same amount of deformation that causes the mover 107 to move in the same direction occurs. .
Here, since the elastic plate 124 attached to the moving element 107 is configured to always press the friction plate 125 against the piezoelectric ceramic plate 101, it is provided at the center of the partial arcs of the areas A and C of the piezoelectric ceramic plate 101. The urging portion 103 is engaged with a predetermined frictional force.
The moving element 107 is driven on the base guide 130 by receiving a frictional force in the longitudinal direction by the elastic deformation of the urging portion 103 generated by the application of the driving voltage.
Further, by switching the selection of the first or second selection drive electrodes 41c and 41d to which the drive voltage is applied, the vibration direction of the urging unit 103 is reversed in the longitudinal direction, and the feed direction of the moving element 107 is switched between forward and reverse. It is done.

なお、本発明は上述の各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、圧電セラミック板101を円板状とし、これを二本の直径で4つの領域A〜Dに区画しているが、本発明はこれに限られない。
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes various modifications and improvements as long as the object of the present invention is achieved.
In the said embodiment, although the piezoelectric ceramic board 101 is made into disk shape and this is divided into four area | regions AD by two diameters, this invention is not limited to this.

たとえば、図4、5には圧電セラミック板101が円板状(円環板状)である場合の振動モード図を図示したが、圧電セラミック板101が幾何学的に厳密な円板状であるほか、実質的に円板状であれば、同様の振動モードを利用して移動子107を駆動することができる。すなわち、本実施形態において圧電セラミック板101が円板状であるとは、上記実施形態と同様に移動子107を正逆方向に実用的に切り替えて駆動可能である限り、たとえば円板の一部を削除した形状や、円板に対して角部その他の部位を部分的に付加した形状など、実質的に円板状である場合を含む。   For example, FIGS. 4 and 5 show vibration mode diagrams in the case where the piezoelectric ceramic plate 101 has a disc shape (annular plate shape), but the piezoelectric ceramic plate 101 has a geometrically strict disc shape. In addition, if it is substantially disk-shaped, the moving element 107 can be driven using the same vibration mode. That is, in this embodiment, the piezoelectric ceramic plate 101 is disc-shaped as long as the movable element 107 can be practically switched in the forward and reverse directions as in the above embodiment, for example, a part of the disc. This includes a case where the shape is substantially disc-shaped, such as a shape obtained by deleting or a shape in which corners or other parts are partially added to the disc.

また、上記実施形態では、付勢部103と移動子107とが常時接触している態様を説明したが、本発明はこれに限られない。たとえば、圧電セラミック板101の共振周期において、付勢部103と移動子107とが一時的に離間してもよい。
また、付勢部103は圧電セラミック板101の共振周期において、圧電セラミック板101の拡径時に移動子107を付勢してもよく、または圧電セラミック板101の縮径時に移動子107を付勢してもよい。
Moreover, although the biasing part 103 and the moving element 107 have always been described in the above embodiment, the present invention is not limited to this. For example, the urging unit 103 and the moving element 107 may be temporarily separated in the resonance period of the piezoelectric ceramic plate 101.
Further, the urging unit 103 may urge the moving element 107 when the piezoelectric ceramic plate 101 is expanded in the resonance period of the piezoelectric ceramic plate 101 or urge the moving element 107 when the piezoelectric ceramic plate 101 is reduced in diameter. May be.

また、上記実施形態および変形例では、対称軸AX上にのみ付勢部103が設けられている態様を説明したが、本発明はこれに限られない。たとえば対称軸AX上に加え、他の部位にも付勢部103をさらに設けてもよい。   Moreover, although the embodiment and the modification have described the aspect in which the urging portion 103 is provided only on the symmetry axis AX, the present invention is not limited to this. For example, in addition to the axis of symmetry AX, the urging unit 103 may be further provided in other parts.

また、圧電セラミック板101の主面30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、各領域の形状に関しても、複数の領域に関して互いに同一であっても、または相違してもよい。   Further, when the main surface 30 of the piezoelectric ceramic plate 101 is divided into a plurality of regions, the area of each region may be equal or different from each other. In addition, the shape of each region may be the same as or different from each other with respect to the plurality of regions.

さらに、図1および図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 and 13 are merely examples, and similar functions can be satisfied by various circuit configurations such as a digital signal processing circuit.

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、一方の主面が複数の領域に区画された板状の圧電振動子と、前記領域に個別に形成されて交番電圧が印加される、第一および第二選択駆動電極ならびに共通駆動電極と、前記圧電振動子の他方の主面に形成されたアース電極と、前記圧電振動子の外周に設けられた付勢部と、を備え、前記第一または第二選択駆動電極より選択された一方および前記共通駆動電極と前記アース電極との間に前記交番電圧を印加し、前記第二または第一選択駆動電極を開放することにより、前記圧電振動子が平面方向に共振して、前記付勢部が前記圧電振動子の周方向および径方向に、前記周方向よりも前記径方向に大きな変位量にて振動し、かつ、前記第一または第二選択駆動電極の選択を切り替えることにより、前記付勢部の前記周方向の振動と前記径方向の振動の位相が反転して、前記付勢部に付勢される移動子の送り方向が正方向または逆方向に切り替えられることを特徴とする超音波モータ;
(2)前記圧電振動子が円板状をなし、円形の前記主面の一つの直径を対称軸として、前記第一選択駆動電極と前記第二選択駆動電極とが対称位置に配置され、かつ、前記共通駆動電極が対称形状をなし、前記付勢部が前記対称軸上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;
(3)前記第一選択駆動電極と前記第二選択駆動電極とが、前記主面の中心に関して点対称位置に配置され、前記付勢部が、前記対称軸上であって前記中心を挟む両側に対向して設けられていることを特徴とする上記の超音波モータ;
(4)前記付勢部が前記移動子に対して摩擦力により駆動力を付与するとともに、前記移動子の送り方向が前記圧電振動子の前記周方向である上記いずれかの超音波モータ;
(5)前記第一選択駆動電極と前記共通駆動電極との合計面積、および前記第二選択駆動電極と前記共通駆動電極との合計面積が、ともに前記主面の面積の二分の一よりも大きいことを特徴とする上記いずれかの超音波モータ;
(6)前記圧電振動子が円板状をなし、前記領域が、円形の前記主面を複数の半径で区画してなる扇状をなしている上記いずれかの超音波モータ;
(7)前記圧電振動子が円板状をなし、前記領域が、円形の前記主面を二本の互いに直交する直径で4分割してなる扇状をなし、前記領域の二つに前記共通駆動電極が形成され、かつ、前記領域の各一つに前記第一および第二選択駆動電極が形成されている上記いずれかの超音波モータ;
(8)前記圧電振動子が円環板状をなし、前記領域が、円環状の前記主面を二本の互いに直交する直径で4分割してなる略扇状をなし、隣接する二つの前記領域に前記共通駆動電極が形成され、他の二つの前記領域に、前記第一および第二選択駆動電極がそれぞれ形成され、前記アース電極が、前記圧電振動子の前記他の主面において4つの前記領域にまたがって設けられた共通アース電極であり、前記付勢部が、前記共通駆動電極の形成された二つの前記領域同士の境界線と前記圧電振動子の外周との交点近傍に設けられ、前記第一または第二選択駆動電極より選択された一方および前記共通駆動電極と、前記共通アース電極と、の間に前記交番電圧が印加されることを特徴とする上記いずれかの超音波モータ;
(9)前記圧電振動子が円環板状をなし、前記領域が、円環状の前記主面を二本の互いに直交する直径で4分割してなる略扇状をなし、対向する二つの前記領域に前記共通駆動電極が形成され、他の二つの前記領域に、前記第一および第二選択駆動電極がそれぞれ形成され、前記アース電極が、前記圧電振動子の前記他の主面において4つの前記領域にまたがって設けられた共通アース電極であり、前記付勢部が、前記共通駆動電極の形成された前記領域の二等分線と前記圧電振動子の外周との交点近傍に設けられ、前記第一または第二選択駆動電極より選択された一方および前記共通駆動電極と、前記共通アース電極と、の間に前記交番電圧が印加されることを特徴とする上記いずれかの超音波モータ。
The above-described embodiments of the present invention and modifications thereof include the following technical ideas.
(1) A plate-like piezoelectric vibrator that is polarized in the thickness direction and has one main surface partitioned into a plurality of regions, and an alternating voltage that is individually formed in the region and applied with an alternating voltage. A selection drive electrode and a common drive electrode, a ground electrode formed on the other main surface of the piezoelectric vibrator, and an urging portion provided on an outer periphery of the piezoelectric vibrator, the first or second By applying the alternating voltage between one selected from the selection drive electrodes and the common drive electrode and the ground electrode, and opening the second or first selection drive electrode, the piezoelectric vibrator is in a plane direction The biasing portion vibrates in a circumferential direction and a radial direction of the piezoelectric vibrator with a larger displacement in the radial direction than in the circumferential direction, and the first or second selective drive electrode By switching the selection of Circumferential direction vibration and the phase is inverted vibration in the radial direction of the ultrasonic motor feeding direction of the moving element which is biased in the urging portion is characterized in that it is switched to the forward or reverse direction;
(2) The piezoelectric vibrator has a disk shape, the first selection drive electrode and the second selection drive electrode are arranged at symmetrical positions with one diameter of the circular main surface as an axis of symmetry, and The ultrasonic motor, wherein the common drive electrode has a symmetrical shape, and the urging portion is provided on the symmetry axis;
(3) The first selection drive electrode and the second selection drive electrode are arranged at point-symmetrical positions with respect to the center of the main surface, and the biasing portion is on the symmetry axis and sandwiches the center The ultrasonic motor described above, wherein the ultrasonic motor is provided opposite to the motor;
(4) The ultrasonic motor according to any one of the above, wherein the urging unit applies a driving force to the moving element by a frictional force, and the moving direction of the moving element is the circumferential direction of the piezoelectric vibrator;
(5) The total area of the first selection drive electrode and the common drive electrode and the total area of the second selection drive electrode and the common drive electrode are both greater than one half of the area of the main surface. Any one of the above-described ultrasonic motors;
(6) The ultrasonic motor according to any one of the above, wherein the piezoelectric vibrator has a disk shape and the region has a fan shape formed by dividing the circular main surface with a plurality of radii.
(7) The piezoelectric vibrator has a disk shape, and the region has a fan shape formed by dividing the main surface of the circle into four parts with mutually orthogonal diameters, and the common drive is performed in two of the regions. Any one of the above ultrasonic motors in which an electrode is formed and the first and second selective drive electrodes are formed in each one of the regions;
(8) The piezoelectric vibrator has an annular plate shape, and the region has a substantially fan shape formed by dividing the annular main surface into four parts with mutually orthogonal diameters, and the two adjacent regions. The common drive electrode is formed on the other two regions, and the first and second selective drive electrodes are formed on the other two regions, respectively, and the ground electrode is formed on the four other main surfaces of the piezoelectric vibrator. A common earth electrode provided over a region, and the biasing portion is provided in the vicinity of an intersection between a boundary line between the two regions where the common drive electrode is formed and the outer periphery of the piezoelectric vibrator, Any one of the above-described ultrasonic motors, wherein the alternating voltage is applied between one selected from the first or second selection drive electrode and the common drive electrode and the common ground electrode;
(9) The piezoelectric vibrator has an annular plate shape, and the region has a substantially fan shape formed by dividing the annular main surface into four parts with mutually perpendicular diameters, and the two regions facing each other. The common drive electrode is formed on the other two regions, and the first and second selective drive electrodes are formed on the other two regions, respectively, and the ground electrode is formed on the four other main surfaces of the piezoelectric vibrator. A common earth electrode provided across a region, wherein the biasing portion is provided in the vicinity of an intersection of a bisector of the region where the common drive electrode is formed and the outer periphery of the piezoelectric vibrator, Any one of the above-described ultrasonic motors, wherein the alternating voltage is applied between one selected from the first or second selection drive electrode and the common drive electrode and the common ground electrode.

10 超音波モータ
30,31 主面
41a,41b,41e 共通駆動電極
41c,41f 第一選択駆動電極
41d,41g 第二選択駆動電極
42 円孔
101 圧電セラミック板
102 共通アース電極
103 付勢部
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
111,113 出力端子
112 帰還発振器(アンプ)
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,E〜G 領域
AX 対称軸
CP 中心
SW1,SW2 スイッチ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Ultrasonic motor 30,31 Main surface 41a, 41b, 41e Common drive electrode 41c, 41f 1st selection drive electrode 41d, 41g 2nd selection drive electrode 42 Circular hole 101 Piezoelectric ceramic board 102 Common earth electrode 103 Energizing part 105 Support Tool 106 Elastic member 107 Moving element 108 Sliding mechanism 109 Base 110 Oscillator 111, 113 Output terminal 112 Feedback oscillator (amplifier)
114 Input terminal 115, 116 Ground terminal 121 Substrate 122, 123 Standing plate 124 Elastic plate 125 Friction plate 126 Hole 130 Base guide 131 Concave groove 132 Bottom surface A to D, E to G Region AX Symmetry axis CP Center SW1, SW2 switch

Claims (3)

厚さ方向に分極され、一方の主面が複数の領域に区画された板状の圧電振動子と、
前記領域に個別に形成されて交番電圧が印加される、第一および第二選択駆動電極ならびに共通駆動電極と、
前記圧電振動子の他方の主面に形成されたアース電極と、
前記圧電振動子の外周に設けられた付勢部と、を備え、
前記第一または第二選択駆動電極より選択された一方および前記共通駆動電極と前記アース電極との間に前記交番電圧を印加し、前記第二または第一選択駆動電極を開放することにより、前記圧電振動子が平面方向に共振して、前記付勢部が前記圧電振動子の周方向および径方向に、前記周方向よりも前記径方向に大きな変位量にて振動し、かつ、
前記第一または第二選択駆動電極の選択を切り替えることにより、前記付勢部の前記周方向の振動と前記径方向の振動の位相が反転して、前記付勢部に付勢される移動子の送り方向が正方向または逆方向に切り替えられることを特徴とする超音波モータ。
A plate-like piezoelectric vibrator polarized in the thickness direction and having one main surface partitioned into a plurality of regions;
First and second selective drive electrodes and common drive electrodes, which are individually formed in the region and applied with an alternating voltage;
An earth electrode formed on the other main surface of the piezoelectric vibrator;
An urging portion provided on an outer periphery of the piezoelectric vibrator,
Applying the alternating voltage between one selected from the first or second selection drive electrode and the common drive electrode and the ground electrode, and opening the second or first selection drive electrode, The piezoelectric vibrator resonates in a plane direction, and the biasing portion vibrates in a circumferential direction and a radial direction of the piezoelectric vibrator with a larger displacement in the radial direction than in the circumferential direction; and
By switching the selection of the first or second selection drive electrode, the phase of the circumferential vibration and the radial vibration of the urging unit is reversed, and the movable element urged by the urging unit The ultrasonic motor is characterized in that the feed direction is switched between the forward direction and the reverse direction.
前記圧電振動子が円板状をなし、
円形の前記主面の一つの直径を対称軸として、
前記第一選択駆動電極と前記第二選択駆動電極とが対称位置に配置され、かつ、
前記共通駆動電極が対称形状をなし、
前記付勢部が前記対称軸上に設けられていることを特徴とする請求項1に記載の超音波モータ。
The piezoelectric vibrator has a disk shape,
With one diameter of the circular main surface as the axis of symmetry,
The first selection drive electrode and the second selection drive electrode are arranged at symmetrical positions; and
The common drive electrode has a symmetrical shape;
The ultrasonic motor according to claim 1, wherein the biasing portion is provided on the axis of symmetry.
前記第一選択駆動電極と前記第二選択駆動電極とが、前記主面の中心に関して点対称位置に配置され、
前記付勢部が、前記対称軸上であって前記中心を挟む両側に対向して設けら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 first selection drive electrode and the second selection drive electrode are arranged in a point-symmetrical position with respect to the center of the main surface,
The ultrasonic motor according to claim 2, wherein the urging portion is provided opposite to both sides of the symmetric axis and sandwiching the center.
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