JP2012070572A - Piezoelectric motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば圧電素子等の振動子の振動を利用する圧電モータに関する。 The present invention relates to a piezoelectric motor that uses vibration of a vibrator such as a piezoelectric element.
特許文献1に、圧電モータの一種である超音波モータが開示されている。この特許文献1に開示された超音波モータは、ヘリカル(螺旋)状のコイルをステータとし、ロータを螺旋の方向に回転させる超音波モータである。この超音波モータの基本構成及び動作原理は下記の通りである。 Patent Document 1 discloses an ultrasonic motor that is a kind of piezoelectric motor. The ultrasonic motor disclosed in Patent Document 1 is an ultrasonic motor that uses a helical coil as a stator and rotates a rotor in a spiral direction. The basic configuration and operating principle of this ultrasonic motor are as follows.
横波で振動している弦に対して円筒を配設すると、弦の振動の腹の部分で円筒は回転する。弦が両端を節として縄跳びの縄のように回転運動をすると、前記円筒はより回転する。しかしながら、一本の弦のみを用いる場合、円筒の回転方向は不安定である。そこで、引用文献1に開示された超音波モータでは、細線または薄板をコイル状にしたものを弦として用いることで、起動時の超音波の伝搬方向すなわち螺旋の方向にロータを回転させる。 When a cylinder is arranged for a string vibrating with a transverse wave, the cylinder rotates at the antinode of the vibration of the string. When the string rotates at both ends like a jump rope, the cylinder rotates more. However, when only one string is used, the rotation direction of the cylinder is unstable. Therefore, in the ultrasonic motor disclosed in the cited document 1, the rotor is rotated in the propagation direction of the ultrasonic wave at the time of activation, that is, in the spiral direction, by using a thin wire or a thin plate coiled as a string.
ところで、引用文献1に開示されている超音波モータの駆動は、上述の動作原理から明らかなように回転駆動に限定される。従って、直動運動と回転運動とを組み合わせたような駆動が要求される場合には、別途直動機構が必要になり、システム全体が大型化・複雑化してしまう。 Incidentally, the driving of the ultrasonic motor disclosed in the cited document 1 is limited to the rotational driving as is apparent from the above-described operation principle. Therefore, when driving such as a combination of linear motion and rotational motion is required, a separate linear motion mechanism is required, and the entire system becomes large and complicated.
本発明は、前記の事情に鑑みて為されたものであり、簡易な構成で、直動駆動と回転駆動とを選択的に行うことができる圧電モータを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a piezoelectric motor capable of selectively performing linear motion driving and rotational driving with a simple configuration.
前記の目的を達成するために、本発明の一態様による圧電モータは、
略直方体形状の圧電素子である振動子の振動を利用して被駆動体を駆動する圧電モータであって、
前記被駆動体に対向する矩形面の長辺方向が伸縮方向であり、且つ、前記矩形面の短辺方向に並列配置された少なくとも2つの圧電活性領域を備える振動子と、
前記振動子の長手方向における一方端部を保持し、該一方端部と前記被駆動体との相対位置を固定する保持部と、
前記振動子の長手方向における他方端部に設けられ、前記被駆動体と接触する摩擦接触部材と、
前記摩擦接触部材が前記被駆動体に加圧接触するように前記振動子を押圧する押圧部材と、
を具備することを特徴とする。
In order to achieve the above object, a piezoelectric motor according to an aspect of the present invention includes:
A piezoelectric motor that drives a driven body using vibration of a vibrator that is a substantially rectangular parallelepiped piezoelectric element,
A vibrator comprising at least two piezoelectric active regions arranged in parallel in the short side direction of the rectangular surface, wherein the long side direction of the rectangular surface facing the driven body is an expansion / contraction direction;
Holding one end in the longitudinal direction of the vibrator, and a holding part for fixing the relative position between the one end and the driven body;
A friction contact member provided at the other end in the longitudinal direction of the vibrator, and in contact with the driven body;
A pressing member that presses the vibrator so that the friction contact member is in pressure contact with the driven body;
It is characterized by comprising.
本発明によれば、簡易な構成で、直動駆動と回転駆動とを選択的に行うことができる圧電モータを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a piezoelectric motor capable of selectively performing direct drive and rotational drive with a simple configuration.
以下、本発明の実施形態に係る超音波モータについて、図面を参照して説明する。
[第1実施形態]
図1は、本発明の第1実施形態に係る圧電モータの一構成例を示す図である。
図1に示すように本第1実施形態に係る圧電モータは、シャフト11と、振動子13と、保持部材15と、押圧部材17と、摩擦接触部材19と、ケース21と、駆動部100と、を具備する。
Hereinafter, an ultrasonic motor according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[First Embodiment]
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a piezoelectric motor according to a first embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, the piezoelectric motor according to the first embodiment includes a
前記シャフト11は、摩擦接触部材19を介して振動子13により駆動され、直動運動及び回転運動する円柱状の被駆動体である。このシャフト11は、耐磨耗性に優れる材料から成る被駆動体であり、例えばアルミナやジルコニア等のセラミクス系材料、または、焼入れやメッキ等で表面処理を行った金属材料等から成る。また、このシャフト11は、図1において矢印Sで示す方向(直動方向)及び矢印Rで示す方向(回転方向)に移動可能なように、ガイド機構11gによってケース21内で保持されている。
The
このガイド機構11gは、少なくともシャフト11との接触部位が摺動性を有する材料(例えば樹脂材料)で構成され、鋼球とリテーナとを備えるガイド機構である。
なお、ガイド機構11gは、ケース21内でシャフト11を摺動可能に支持できる構成であれば、どのような構成であってもよい。
The
The
前記振動子13は、シャフト11の断面の接線(図1において矢印Aで示す方向から観た場合の摩擦接触部材19とシャフト11との接点における接線;以降、単にシャフト断面の接線と称する)方向に2分割された圧電活性領域を有する圧電素子である。また、振動子13は、シャフト11の直動方向に長手方向を有する。
The
換言すれば、略直方体形状の振動子13は、シャフト11に対向する矩形面の長辺方向が伸縮方向であり、且つ、シャフト11に対向する矩形面の短辺方向に並列配置された2つの圧電活性領域を備えている。
なお、振動子13は、上述したようにシャフト断面の接線方向に少なくとも2分割された圧電活性領域を有する構造の振動子であればよく、具体的には、例えば次のような構成の振動子であればよい。
In other words, the substantially rectangular parallelepiped-
The
図2乃至図6は、それぞれ振動子13の一構成例を示す図である。図2乃至図5において矢印Lで示しているのは、シャフト断面の接線方向である。また、図2乃至図5において矢印Pで示しているのは、振動子13の各圧電活性領域の分極方向である。
図2に示す振動子13は、2つの同形状の単板圧電素子13A,13Bがシャフト断面の接線方向Lと同方向に並列配置され且つ接着等により一体化され、シャフト断面の接線方向Lに対して垂直な方向(振動子13の長手方向)に分極されて成る圧電素子である。本例の振動子13は、所謂“縦効果”を利用する圧電素子である。図1に示す振動子13は、図2に示す態様の振動子である。
2 to 6 are diagrams showing an example of the configuration of the
In the
図3に示す振動子13は、2つの同形状の積層圧電素子(圧電シートの積層方向は、シャフト断面の接線方向Lに垂直な方向(振動子13の長手方向))13A´,13B´がシャフト断面の接線方向Lと同方向に並列配置され且つ接着等により一体化され(圧電シートを一体焼成して構成しても勿論よい)、シャフト断面の接線方向Lに対して垂直な方向(振動子13の長手方向)に分極されて成る圧電素子である。本例の振動子13は、所謂“縦効果”を利用する圧電素子である。本例のように、振動子13を積層構造とすることで、低電圧駆動が可能となる。
The
図4に示す振動子13は、2つの同形状の単板圧電素子13A,13Bがシャフト断面の接線方向Lと同方向に並列配置され且つ接着等により一体化され、シャフト断面の接線方向Lと同方向に分極されて成る圧電素子である。本例の振動子13は、所謂“横効果”を利用する圧電素子である。
The
図5に示す振動子13は、2つの同形状の積層圧電素子(圧電シートの積層方向はシャフト断面の接線方向Lと同方向)13A´´,13B´´がシャフト断面の接線方向Lと同方向に並列配置され且つ接着等により一体化され(圧電シートを一体焼成して構成しても勿論よい)、シャフト断面の接線方向Lと同方向に分極されて成る圧電素子である。本例の振動子13は、所謂“横効果”を利用する圧電素子である。本例のように、振動子13を積層構造とすることで、低電圧駆動が可能となる。
The
なお、図6に示すように、振動子13を、圧電素子13Aと圧電素子13Bとの間に弾性体13Eを挟み込む構成としてもよい。この弾性体13Eとしては、例えば金属板等を挙げることができる。このように構成した場合、弾性体13Eを振動子13の保持に利用することができる為、保持構造をより簡略化できる。
As shown in FIG. 6, the
前記保持部材15は、振動子13の長手方向における一方端部を接着等により保持して当該一方端部とシャフト11との相対位置を固定する。
前記押圧部材17は、振動子13に設けられた摩擦接触部材19をシャフト11に対して加圧接触させる為に、振動子13をシャフト11に向かって押圧する部材であり、例として板バネ、コイルバネ、シリコンゴム等の弾性部材が挙げられる。
The holding
The pressing
前記摩擦接触部材19は、振動子13の長手方向における他方端部(保持部材15によって保持されていない方の端部)のうちシャフト11に対向する面に設けられ、押圧部材17による振動子13の押圧でシャフト11に対して加圧接触する駆動子である。なお、摩擦接触部材19の材料としては、例えば耐摩耗性のある樹脂材料やアルミナ等のセラミクス材料等を挙げることができる。
The
前記ケース21は、当該圧電モータ1を構成する上述の各部材を収容するケースである。
前記駆動部100は、振動子13に対して駆動信号を印加する為の駆動信号出力部である。
以下、本第1実施形態に係る圧電モータの動作について説明する。
《回転動作》
図7は、シャフト11を回転駆動する場合の振動子13の動作例を示す図である。図8は、シャフト11を回転駆動する場合に振動子13の圧電活性領域に印加する駆動信号の一例を示す図である。図8において、最上位に示すグラフの横軸は時間を示し且つ縦軸は圧電素子13Aに印加する駆動信号の電圧値を示しており、中位に示すグラフの横軸は時間を示し且つ縦軸は圧電素子13Bに印加する駆動信号の電圧値を示しており、下位に示すグラフの横軸は時間を示し且つ縦軸はシャフト11の移動量を示している。
The
The driving
Hereinafter, the operation of the piezoelectric motor according to the first embodiment will be described.
《Rotation operation》
FIG. 7 is a diagram illustrating an operation example of the
振動子13における各圧電活性領域の分極方向両端部位に設けられた外部電極(不図示)に対して次のように電圧信号を印加することで、振動子13を撓み振動させることができる。
すなわち、シャフト11を回転動作させる為には、振動子13における各圧電活性領域に設けられた外部電極(不図示)を利用して、一方の圧電活性領域(図7に示す例では圧電素子13A)については分極方向に対して順方向に(分極方向と同一方向に)電圧信号を印加し(図8に示す駆動信号(1))、且つ、他方の圧電活性領域(図7に示す例では圧電素子13B)については分極方向に対して逆方向に電圧信号を印加する(図8に示す駆動信号(2))。
By applying a voltage signal to the external electrodes (not shown) provided at both ends in the polarization direction of each piezoelectric active region in the
In other words, in order to rotate the
このとき、分極方向に対して順方向に(分極方向と同一方向に)電圧信号を印加した圧電活性領域(圧電素子13A)は図7において矢印Gで示す方向に伸張変形し、分極方向に対して逆方向に(分極方向と反対方向に)電圧信号を印加した圧電活性領域(圧電素子13B)は図7において矢印Sで示す方向に収縮変形する。
At this time, the piezoelectric active region (
このような振動子13における変形の非対称性によって、振動子13は図7に示すように収縮変形した圧電活性領域側へ(図7において矢印Tで示す方向へ)曲がった形状に変形する(撓む)。そして、電圧印加を中止すると、振動子13は元の形状(図7において破線で示す形状)に戻る。本第1実施形態に係る圧電モータでは、各駆動信号の立ち下がりを図8に示すように急峻に設定したノコギリ波形の駆動信号(電圧信号)を、各圧電活性領域(圧電素子13A,13B)に印加する。
Due to the deformation asymmetry of the
すなわち、振動子13を変形させる為の立ち上がりにおいては、徐々に印加電圧を増加させていくような駆動信号とし、立ち下がりにおいては駆動信号を高速に零とする。このような駆動信号を、外部電極を介して各圧電活性領域に印加することで、立ち上がりにおいては摩擦接触部材19とシャフト11との間の摩擦力によってシャフト回転方向Rと同一方向への力がシャフト11に加わって駆動される。一方、立ち下がりにおいては、摩擦接触部材19とシャフト11との間に滑りが生じ、シャフト11は慣性力によりその場に留まる。そして、このような信号入力を繰り返し行うことで、シャフト11は一回転方向へ回転する。
In other words, the drive signal gradually increases the applied voltage at the rise for deforming the
なお、上述の例における回転方向とは逆方向にシャフト11を回転させる場合には、圧電素子13Aに印加する駆動信号と、圧電素子13Bに印加する駆動信号とを逆にすればよい。つまり、圧電素子13Aを収縮変形させ、且つ、圧電素子Bを伸張変形させればよい。
《直動動作》
図9は、シャフト11を直動駆動する場合の振動子13の動作を示す図である。図10は、シャフト11を直動駆動する場合に振動子13の圧電活性領域に印加する駆動信号の一例を示す図である。図10において、最上位に示すグラフの横軸は時間を示し且つ縦軸は圧電素子13Aに印加する駆動信号の電圧値を示しており、中位に示すグラフの横軸は時間を示し且つ縦軸は圧電素子13Bに印加する駆動信号の電圧値を示しており、下位に示すグラフの横軸は時間を示し且つ縦軸はシャフト11の移動量を示している。
When the
<Linear operation>
FIG. 9 is a diagram illustrating the operation of the
振動子13において圧電活性領域の分極方向両端部位に設けられた外部電極(不図示)に対して次のように電圧信号を印加することで、振動子13を伸縮振動させることができる。
すなわち、シャフト11を直動動作させる為には、振動子13における圧電活性領域に設けられた外部電極(不図示)を利用して、全ての圧電活性領域(図9に示す例では圧電素子13A,13B)について分極方向に対して順方向に(分極方向と同一方向に)同一の電圧信号を印加する(図10に示す駆動信号(1)、駆動信号(2))。
By applying a voltage signal to external electrodes (not shown) provided at both ends of the piezoelectric active region in the polarization direction of the
That is, in order to cause the
このとき、分極方向に対して順方向に(分極方向と同一方向に)電圧信号を印加した圧電活性領域(圧電素子13A,13B)は分極方向に(図9において矢印Gで示す方向に)伸張変形する。
このように振動子13は、図9に示すように伸張変形し、その後電圧印加を中止すると振動子13は元の形状(図9において破線で示す形状)に戻る。本第1実施形態に係る圧電モータでは、各駆動信号の立ち上がり速度と立ち下がり速度とを図10に示すように設定したノコギリ波形を、各圧電活性領域(圧電素子13A,13B)に印加する。
At this time, the piezoelectric active regions (
As described above, the
すなわち、振動子13を変形させる為の立ち上がりにおいては、徐々に印加電圧を増加させていくような駆動信号とし、立ち下がりにおいては駆動信号を高速に零とする。このような駆動信号を、外部電極を介して各圧電活性領域に印加することで、立ち上がりにおいては摩擦接触部材19とシャフト11との間の摩擦力によってシャフト直進方向Sと同一方向への力がシャフト11に加わって駆動される。一方、立ち下がりにおいては、摩擦接触部材19とシャフト11との間に滑りが生じ、シャフト11は慣性力によりその場に留まる。そして、このような信号入力を繰り返し行うことで、摩擦接触部材19によってシャフト11には軸方向(長手方向)への力が働き、長さ方向に直進する。
In other words, the drive signal gradually increases the applied voltage at the rise for deforming the
なお、シャフト11を後進させる場合には、全ての圧電活性領域(図9に示す例では圧電素子13A,13B)について分極方向に対して逆方向に同一の電圧信号を印加すればよい。つまり、全ての圧電活性領域(圧電素子13A,13B)を同様に収縮変形させればよい。
《螺旋動作》
上述した直動動作の為の駆動信号を次のように変更することで、シャフト11を螺旋動作させることが可能となる。
When the
《Helix motion》
The
すなわち、直動動作の為の電圧印加方法と同様、全圧電活性領域について分極方向に対して順方向に(分極方向と同一方向に)同一の電圧信号を印加するのであるが、その際に2つの圧電活性領域へ印加する駆動信号の電圧値に差を設ける。これにより、振動子13には伸びの変形と反りの変形とが同時に起こり、振動子13は斜め方向に向かって伸張するように変形する。このとき、摩擦接触部材19とシャフト11との間の摩擦力により、シャフト11には振動子13の変形方向と同方向への力が働く。
That is, the same voltage signal is applied in the forward direction (in the same direction as the polarization direction) with respect to the polarization direction in all piezoelectric active regions in the same manner as the voltage application method for the linear motion operation. A difference is provided in the voltage value of the drive signal applied to the two piezoelectric active regions. As a result, the
従って、直動動作と同様にノコギリ波形の駆動信号で繰り返し上述の動作を行うことで、シャフト11は螺子が進むような螺旋の動きで駆動される。
以上説明したように、本第1実施形態によれば、簡易な構成で直動方向と回転方向とに選択的に駆動可能な圧電モータを提供することができる。
Accordingly, the
As described above, according to the first embodiment, it is possible to provide a piezoelectric motor that can be selectively driven in the linear motion direction and the rotational direction with a simple configuration.
具体的には、本第1実施形態に係る圧電モータでは、複数の圧電活性領域を備え長手方向における一方端部が固定された圧電素子である振動子13を、被駆動体であるシャフト11の軸方向に沿って配置し且つ摩擦接触部材を介して加圧接触させ、立ち上がりと立ち下がりの速度に差を設けたノコギリ波形の電圧信号を印加する(例えば立ち下がりにおいては駆動信号の出力をOFFにする)。これにより、入力の増減が緩やかな立ち上がり領域においては、シャフト11が摩擦接触部材19との間の摩擦力により駆動される。一方、入力の増減が急峻な立ち下り領域においては、慣性力によりシャフト11はその場に留まる(摩擦駆動されない)。詳細には、振動子13を伸縮させることで、シャフト11を直動駆動させることができる。また、振動子13を撓ませる(反らせる)ことで、シャフト11を回転駆動させることができる。
Specifically, in the piezoelectric motor according to the first embodiment, the
なお、立ち上がりの速度と立ち下がりの速度とに差を設けたノコギリ波形の電圧信号としては、立ち上がりを急峻にし且つ立ち下がりを緩やかに変化させる電圧信号でもよい。このような電圧信号により駆動する場合、立ち下がり領域においてはシャフト11が摩擦接触部材19との間の摩擦力により駆動され、立ち上がり領域においては慣性力によりシャフト11はその場に留まる(摩擦駆動されない)。
上述した構成により、本第1実施形態に係る圧電モータによれば、1つの圧電モータによる1つの作用点で、被駆動体であるシャフト11に回転運動、直進運動、及び螺旋運動させることができるので、小さなスペースで多自由度に駆動可能なモータが実現する。
The sawtooth waveform voltage signal having a difference between the rising speed and the falling speed may be a voltage signal that makes the rising edge steep and changes the falling edge gently. When driven by such a voltage signal, the
With the configuration described above, according to the piezoelectric motor according to the first embodiment, the
また、本第1実施形態に係る圧電モータは、“バイモルフ構造の圧電素子”という汎用性・信頼性の高い部品を用いて構成されている為、上述の格別な効果を奏するだけでなく、当該圧電モータの製造容易性や信頼性も高い。
[第2実施形態]
以下、本発明の第2実施形態に係る圧電モータについて説明する。説明の重複を避ける為、第1実施形態に係る圧電モータとの相違点を説明する。主な相違点の一つは、本第2実施形態に係る圧電モータは、駆動源である圧電素子を複数具備する点である。
In addition, the piezoelectric motor according to the first embodiment is configured by using a highly versatile and reliable part called “a piezoelectric element having a bimorph structure”. The manufacturability and reliability of piezoelectric motors are also high.
[Second Embodiment]
Hereinafter, a piezoelectric motor according to a second embodiment of the present invention will be described. In order to avoid duplication of explanation, differences from the piezoelectric motor according to the first embodiment will be described. One of the main differences is that the piezoelectric motor according to the second embodiment includes a plurality of piezoelectric elements as drive sources.
図11は、本第2実施形態に係る圧電モータの一構成例を示す図である。なお、同図においては、図面の煩雑化を避ける為に、振動子に対して駆動信号を印加する駆動部の図示を省略している。
同図に示すように、本第2実施形態に係る圧電モータは駆動源として、長手方向における一方端部を保持部材15−1に保持された振動子13−1及び振動子13−2と、長手方向における一方端部を保持部材15−2に保持された振動子13−3及び振動子13−4と、を具備する。
FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration example of the piezoelectric motor according to the second embodiment. In the figure, in order to avoid complication of the drawing, the illustration of a drive unit that applies a drive signal to the vibrator is omitted.
As shown in the figure, the piezoelectric motor according to the second embodiment has a vibrator 13-1 and a vibrator 13-2 each having one end in the longitudinal direction held by a holding member 15-1, The vibrator 13-3 and the vibrator 13-4 each having one end in the longitudinal direction held by the holding member 15-2 are provided.
前記振動子13−1と前記13−2とは保持部材15−1に対して対称に配置されている。同様に、前記振動子13−3と前記13−4とは保持部材15−2に対して対称に配置されている。また、保持部材15−1と保持部材15−2とはシャフト11に対して対称に配置されている。
The vibrator 13-1 and the 13-2 are arranged symmetrically with respect to the holding member 15-1. Similarly, the vibrator 13-3 and the 13-4 are arranged symmetrically with respect to the holding member 15-2. Further, the holding member 15-1 and the holding member 15-2 are arranged symmetrically with respect to the
前記振動子13−1,13−2,13−3,13−4の長手方向における端部(保持部材15−1,15−2によって保持されていない端部)のうちシャフト11に対向する面には、摩擦接触部材19−1,19−2,19−3,19−4が設けられている。
Of the end portions (end portions not held by the holding members 15-1 and 15-2) in the longitudinal direction of the vibrators 13-1, 13-2, 13-3, and 13-4, the surface facing the
また、摩擦接触部材19−1,19−2,19−3,19−4をシャフト11に対して加圧接触させる為に、振動子13−1,13−2,13−3,13−4をシャフト11に向かって押圧する押圧部材17−1,17−2,17−3,17−4が設けられている。
Further, in order to make the frictional contact members 19-1, 19-2, 19-3, 19-4 come into pressure contact with the
なお、駆動原理については、上述した第1実施形態に係る圧電モータと同様である。
以上説明したように、本第2実施形態によれば、第1実施形態に係る圧電モータと同様の効果を奏する上に、次の効果を奏する圧電モータを提供することができる。すなわち、本第2実施形態に係る圧電モータによれば、第1実施形態に係る圧電モータよりも推力・トルクが大きく、且つ、無通電時の保持力も向上した圧電モータを提供することができる。
The driving principle is the same as that of the piezoelectric motor according to the first embodiment described above.
As described above, according to the second embodiment, in addition to the same effects as the piezoelectric motor according to the first embodiment, a piezoelectric motor having the following effects can be provided. That is, according to the piezoelectric motor according to the second embodiment, it is possible to provide a piezoelectric motor having a larger thrust / torque than the piezoelectric motor according to the first embodiment and improved holding force when no current is supplied.
なお、圧電モータに具備させる振動子の個数は4個に限られず、当該圧電モータに求められる推力・トルクやシャフト11の径・長さ等に応じて適宜決定すればよい。
[第3実施形態]
以下、本発明の第3実施形態に係る圧電モータについて説明する。説明の重複を避ける為、第1実施形態に係る圧電モータとの相違点を説明する。主な相違点の一つは、本第3実施形態に係る圧電モータでは、被駆動体が円筒形状の中空シャフトである点である。
The number of vibrators provided in the piezoelectric motor is not limited to four, and may be determined as appropriate according to the thrust / torque required for the piezoelectric motor, the diameter / length of the
[Third Embodiment]
Hereinafter, a piezoelectric motor according to a third embodiment of the present invention will be described. In order to avoid duplication of explanation, differences from the piezoelectric motor according to the first embodiment will be described. One of the main differences is that in the piezoelectric motor according to the third embodiment, the driven body is a cylindrical hollow shaft.
図12は、本第3実施形態に係る圧電モータの一構成例を示す図である。同図においては、図面の煩雑化を避ける為に、振動子に対して駆動信号を印加する駆動部の図示を省略している。
同図に示すように、本第3実施形態に係る圧電モータは、振動子13−1,13−2と、保持部材15−1,15−2と、押圧部材17と、摩擦接触部材19−1,19−2と、ケース21と、パイプ状部材31と、位置決め部材41と、を具備する。
FIG. 12 is a diagram illustrating a configuration example of the piezoelectric motor according to the third embodiment. In the figure, in order to avoid complication of the drawing, the illustration of a drive unit that applies a drive signal to the vibrator is omitted.
As shown in the figure, the piezoelectric motor according to the third embodiment includes vibrators 13-1, 13-2, holding members 15-1, 15-2, a pressing
前記パイプ状部材31は、ケース21内に挿入されている円筒形状の被駆動体であり、その内周面において接触している摩擦接触部材19−1,19−2を介して振動子13−1,13−2によって駆動される。また、駆動時においては、被駆動体であるパイプ状部材31のガイド機構の機能を担うのは、ケース21の内周面である。
The pipe-shaped
前記振動子13−1は、長手方向における一方端部が保持部材15−1によって保持されて当該一方端部とケース21との相対位置が固定されている。また、振動子13−1の長手方向における他方端部のうちパイプ状部材31の内周面(内壁面)に対向する面には、摩擦接触部材19−1が設けられている。
One end of the vibrator 13-1 in the longitudinal direction is held by a holding member 15-1, and the relative position between the one end and the
同様に、前記振動子13−2は、長手方向における一方端部が保持部材15−2によって保持されて当該一方端部とケース21との相対位置が固定されている。また、振動子13−2の長手方向における他方端部のうちパイプ状部材31の内周面(内壁面)に対向する面には、摩擦接触部材19−2が設けられている。
Similarly, one end of the vibrator 13-2 in the longitudinal direction is held by the holding member 15-2, and the relative position between the one end and the
前記押圧部材17は、振動子13−1,13−2をパイプ状部材31の内周面に向かって押圧し、摩擦接触部材19−1,19−2をパイプ状部材31の内周面に対して加圧接触させる。
前記位置決め部材41は、前記保持部材15−1,15−2をパイプ状部材31の内周面に対して押圧して位置決めすることで、振動子13−1,13−2を位置決めする部材である。
The pressing
The positioning
上述のように構成することで、パイプ状部材の中空部位を利用し、内部に配線や薬液輸送用細径カテーテル等を通すことができる。
なお、駆動原理については、上述した第1実施形態に係る圧電モータと同様である。
以上説明したように、本第3実施形態によれば、第1実施形態に係る圧電モータと同様の効果を奏する上に、次の効果を奏する圧電モータを提供することができる。すなわち、本第3実施形態に係る圧電モータによれば、当該圧電モータ外部への突出部位がないので、より細径なモータが実現する。また、本第3実施形態に係る圧電モータは、例えば超音波内視鏡、超音波顕微鏡、及び血栓除去等への適用が特に見込まれる。
[第4実施形態]
以下、本発明の第4実施形態に係る圧電モータについて説明する。説明の重複を避ける為、第1実施形態に係る圧電モータとの相違点を説明する。主な相違点の一つは、被駆動体の形状及び駆動方向である。具体的には、本第4実施形態に係る圧電モータでは、被駆動体が板状の部材であり、単一の圧電モータによって互いに直交する二軸方向への駆動が可能である。
By comprising as mentioned above, the hollow part of a pipe-shaped member can be utilized, and wiring, a thin catheter for drug solution transportation, etc. can be passed inside.
The driving principle is the same as that of the piezoelectric motor according to the first embodiment described above.
As described above, according to the third embodiment, in addition to the same effects as the piezoelectric motor according to the first embodiment, a piezoelectric motor having the following effects can be provided. That is, according to the piezoelectric motor according to the third embodiment, since there is no projecting portion to the outside of the piezoelectric motor, a smaller diameter motor is realized. The piezoelectric motor according to the third embodiment is particularly expected to be applied to, for example, an ultrasonic endoscope, an ultrasonic microscope, and thrombus removal.
[Fourth Embodiment]
Hereinafter, a piezoelectric motor according to a fourth embodiment of the present invention will be described. In order to avoid duplication of explanation, differences from the piezoelectric motor according to the first embodiment will be described. One of the main differences is the shape and driving direction of the driven body. Specifically, in the piezoelectric motor according to the fourth embodiment, the driven body is a plate-like member and can be driven in a biaxial direction perpendicular to each other by a single piezoelectric motor.
図13は、本第4実施形態に係る圧電モータの一構成例を示す図である。なお、同図においては、図面の煩雑化を避ける為に、振動子に対して駆動信号を印加する駆動部の図示を省略している。
図13に示すように、本第4実施形態に係る圧電モータは、振動子13と、保持部材15と、押圧部材17と、摩擦接触部材19と、XYステージ50と、ベース51と、ストッパ53と、ガイド機構55と、を具備する。
FIG. 13 is a diagram illustrating a configuration example of the piezoelectric motor according to the fourth embodiment. In the figure, in order to avoid complication of the drawing, the illustration of a drive unit that applies a drive signal to the vibrator is omitted.
As shown in FIG. 13, the piezoelectric motor according to the fourth embodiment includes a
前記振動子13は、その長手方向における一方端部が保持部材15によって保持されている。また、振動子13の長手方向における他方端部のうちXYステージ50に対向する面には、摩擦接触部材19が設けられている。さらに、振動子13は、保持部材15に設けられた押圧部材17によって、XYステージ50に向かって押圧されている。これにより、摩擦接触部材19が、被駆動体であるXYステージ50に対して加圧接触する。
One end of the
前記ベース51は、XYステージ50が載置される板状部材である。このベース51の四隅には、XYステージ50の脱落を防止する為のストッパ53が設けられている。また、ベース51上には、前記保持部材15が固定されている。
前記ガイド機構55は、XYステージ50を二方向(図13において矢印Xで示す方向と矢印Yで示す方向と)に移動可能とするように組み合わされたリニアガイドから成るガイド機構である。
The
The
上述の構成を採り、第1実施形態に係る圧電モータにおける“回動動作”と同様の駆動信号を振動子13に与えると、被駆動体であるXYステージ50は、X方向に直進駆動される。他方、第1実施形態に係る圧電モータにおける“直動動作”と同様の駆動信号を振動子13に与えると、被駆動体であるXYステージ50は、Y方向に直進駆動される。
When the drive signal similar to the “rotation operation” in the piezoelectric motor according to the first embodiment is applied to the
以上説明したように、本第4実施形態によれば、単一の圧電モータで、互いに直交する二軸方向(X軸方向及びY軸方向)への駆動が可能で、且つ、駆動部材の占める体積が小さいXYステージが実現する。従来技術では、互いに直交する二軸への駆動を行う為には、X軸方向への駆動モータとY軸方向への駆動モータとを必要としており、駆動部材が占める体積が或る程度大きな体積となってしまうが、本第4実施形態に係る圧電モータによれば、駆動部材が占める体積が小さいXYステージが実現する。 As described above, according to the fourth embodiment, a single piezoelectric motor can be driven in two axial directions (X-axis direction and Y-axis direction) orthogonal to each other, and the drive member occupies it. An XY stage with a small volume is realized. In the prior art, in order to drive in two axes orthogonal to each other, a drive motor in the X-axis direction and a drive motor in the Y-axis direction are required, and the volume occupied by the drive member is somewhat large. However, with the piezoelectric motor according to the fourth embodiment, an XY stage with a small volume occupied by the drive member is realized.
以上、第1実施形態乃至第4実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で、種々の変形及び応用が可能なことは勿論である。
例えば、第1実施形態乃至第3実施形態に係る圧電モータにおいて、摩擦接触部材19とシャフト11とが線接触するような形状に摩擦接触部材19を構成してもよい。このように構成することで、シャフト11を回転動作させる場合に、振動子13が“撓み状態から真っ直ぐな状態”に戻る際の摩擦接触部材19とシャフト11との間の摩擦をより小さくすることができる。
As mentioned above, although this invention was demonstrated based on 1st Embodiment thru | or 4th Embodiment, this invention is not limited to each embodiment mentioned above, In the range of the summary of this invention, various deformation | transformation and Of course, application is possible.
For example, in the piezoelectric motor according to the first to third embodiments, the
さらに、上述した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示した複数の構成要件の適当な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示す全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成も発明として抽出され得る。 Further, the above-described embodiments include inventions at various stages, and various inventions can be extracted by appropriately combining a plurality of disclosed constituent elements. For example, even if some constituent requirements are deleted from all the constituent requirements shown in the embodiment, the problem described in the column of the problem to be solved by the invention can be solved, and the effect described in the column of the effect of the invention can be achieved. In the case of being obtained, a configuration from which this configuration requirement is deleted can also be extracted as an invention.
1…圧電モータ、 11…シャフト、 11g…ガイド機構、 13…振動子、 13A,13B…単板圧電素子、 13A´,13B´…積層圧電素子、 13E…弾性体、 15…保持部材、 17…押圧部材、 19…摩擦接触部材、 21…ケース、 31…パイプ状部材、 41…位置決め部材、 50…XYステージ、 51…ベース、 53…ストッパ、 55…ガイド機構。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Piezoelectric motor, 11 ... Shaft, 11g ... Guide mechanism, 13 ... Vibrator, 13A, 13B ... Single plate piezoelectric element, 13A ', 13B' ... Laminated piezoelectric element, 13E ... Elastic body, 15 ... Holding member, 17 ... Press member, 19 ... friction contact member, 21 ... case, 31 ... pipe-like member, 41 ... positioning member, 50 ... XY stage, 51 ... base, 53 ... stopper, 55 ... guide mechanism.
Claims (9)
前記被駆動体に対向する矩形面の長辺方向が伸縮方向であり、且つ、前記矩形面の短辺方向に並列配置された少なくとも2つの圧電活性領域を備える振動子と、
前記振動子の長手方向における一方端部を保持し、該一方端部と前記被駆動体との相対位置を固定する保持部と、
前記振動子の長手方向における他方端部に設けられ、前記被駆動体と接触する摩擦接触部材と、
前記摩擦接触部材が前記被駆動体に加圧接触するように前記振動子を押圧する押圧部材と、
を具備することを特徴とする圧電モータ。 A piezoelectric motor that drives a driven body using vibration of a vibrator that is a substantially rectangular parallelepiped piezoelectric element,
A vibrator comprising at least two piezoelectric active regions arranged in parallel in the short side direction of the rectangular surface, wherein the long side direction of the rectangular surface facing the driven body is an expansion / contraction direction;
Holding one end in the longitudinal direction of the vibrator, and a holding part for fixing the relative position between the one end and the driven body;
A friction contact member provided at the other end in the longitudinal direction of the vibrator, and in contact with the driven body;
A pressing member that presses the vibrator so that the friction contact member is in pressure contact with the driven body;
A piezoelectric motor comprising:
前記摩擦接触部材は、前記被駆動体の外周面に対して接触し、
当該圧電モータは、前記被駆動体を回転方向及び回転軸方向に移動可能に案内するガイド部材を含む
ことを特徴とする請求項1に記載の圧電モータ。 The driven body is a cylindrical member,
The friction contact member is in contact with the outer peripheral surface of the driven body;
The piezoelectric motor according to claim 1, further comprising a guide member that guides the driven body so as to be movable in a rotation direction and a rotation axis direction.
前記摩擦接触部材は、前記被駆動体の内周面に対して接触し、
当該圧電モータは、前記被駆動体を回転方向及び回転軸方向に移動可能に案内するガイド部材を含む
ことを特徴とする請求項1に記載の圧電モータ。 The driven body is a cylindrical member,
The friction contact member is in contact with the inner peripheral surface of the driven body;
The piezoelectric motor according to claim 1, further comprising a guide member that guides the driven body so as to be movable in a rotation direction and a rotation axis direction.
ことを特徴とする請求項1に記載の圧電モータ。 The piezoelectric motor according to claim 1, wherein the driven body is a plate-like member.
一方の前記圧電活性領域には分極方向に対して順方向に電圧信号を印加し、他方の前記圧電活性領域には分極方向に対して逆方向に電圧信号を印加する駆動部を含み、
前記電圧信号は、立ち下がりが立ち上がりよりも急峻なノコギリ波形の電圧信号である
ことを特徴とする請求項1乃至請求項4のうち何れか一つに記載の圧電モータ。 The number of piezoelectric active regions is two;
One piezoelectric active region includes a driving unit that applies a voltage signal in a forward direction with respect to the polarization direction, and the other piezoelectric active region includes a voltage signal that is applied in a direction opposite to the polarization direction,
The piezoelectric motor according to any one of claims 1 to 4, wherein the voltage signal is a voltage signal having a sawtooth waveform whose falling is steeper than rising.
一方の前記圧電活性領域には分極方向に対して順方向に電圧信号を印加し、他方の前記圧電活性領域には分極方向に対して逆方向に電圧信号を印加する駆動部を含み、
前記電圧信号は、立ち上がりが立ち下がりよりも急峻なノコギリ波形の電圧信号である
ことを特徴とする請求項1乃至請求項4のうち何れか一つに記載の圧電モータ。 The number of piezoelectric active regions is two;
One piezoelectric active region includes a driving unit that applies a voltage signal in a forward direction with respect to the polarization direction, and the other piezoelectric active region includes a voltage signal that is applied in a direction opposite to the polarization direction,
5. The piezoelectric motor according to claim 1, wherein the voltage signal is a voltage signal having a sawtooth waveform whose rising edge is steeper than falling.
前記2つの圧電活性領域に、それぞれ分極方向に対して同一方向に電圧信号を印加する駆動部を含み、
前記電圧信号は、立ち下がりが立ち上がりよりも急峻なノコギリ波形の電圧信号である
ことを特徴とする請求項1乃至請求項4のうち何れか一つに記載の圧電モータ。 The number of piezoelectric active regions is two;
The two piezoelectric active regions each include a drive unit that applies a voltage signal in the same direction with respect to the polarization direction,
The piezoelectric motor according to any one of claims 1 to 4, wherein the voltage signal is a voltage signal having a sawtooth waveform whose falling is steeper than rising.
前記2つの圧電活性領域に、それぞれ分極方向に対して同一方向に電圧信号を印加する駆動部を含み、
前記電圧信号は、立ち上がりが立ち下がりよりも急峻なノコギリ波形の電圧信号である
ことを特徴とする請求項1乃至請求項4のうち何れか一つに記載の圧電モータ。 The number of piezoelectric active regions is two;
The two piezoelectric active regions each include a drive unit that applies a voltage signal in the same direction with respect to the polarization direction,
5. The piezoelectric motor according to claim 1, wherein the voltage signal is a voltage signal having a sawtooth waveform whose rising edge is steeper than falling.
ことを特徴とする請求項1に記載の圧電モータ。 The piezoelectric motor according to claim 1, wherein the contact between the friction contact member and the driven body is a line contact.
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