JP2014003736A

JP2014003736A - Piezoelectric motor and driving method of the same

Info

Publication number: JP2014003736A
Application number: JP2012135526A
Authority: JP
Inventors: Taiji Hashimoto; 泰治橋本
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2012-06-15
Filing date: 2012-06-15
Publication date: 2014-01-09

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To realize efficient driving in a piezoelectric motor rotationally driving a rotor even when a direction of the rotation changes.SOLUTION: A piezoelectric motor includes: a rotor which rotates around a rotation axis in a normal rotation direction and a reverse rotation direction opposite to the normal rotation direction; and an actuator which vibrates and partially contacts with the rotor thereby rotating the rotor. A posture of the actuator facing the rotor changes according to whether the actuator rotates the rotor in the normal direction or the reverse rotation direction.

Description

本発明は、圧電モーター及び圧電モーター駆動方法に関する。 The present invention relates to a piezoelectric motor and a piezoelectric motor driving method.

振動する素子（例えば圧電素子）を備えるアクチュエーターによって回転体（被駆動体）を回転駆動させる駆動装置として、圧電モーターが知られている。一般的な圧電モーターでは、回転体とアクチュエーターとの位置関係等を適正に設定する事によって、効率的に回転体を駆動させることができる。例えば特許文献１では、アクチュエーターを振動させる際に、該アクチュエーターと回転体との当接部が所定の角度をなすように、アクチュエーターの設置位置や姿勢を調整することによって、高い駆動効率で圧電モーターを駆動する方法が提案されている。 2. Description of the Related Art A piezoelectric motor is known as a driving device that rotationally drives a rotating body (driven body) by an actuator including a vibrating element (for example, a piezoelectric element). In a general piezoelectric motor, the rotating body can be efficiently driven by appropriately setting the positional relationship between the rotating body and the actuator. For example, in Patent Document 1, when the actuator is vibrated, the piezoelectric motor is driven with high driving efficiency by adjusting the installation position and orientation of the actuator so that the contact portion between the actuator and the rotating body forms a predetermined angle. A method of driving is proposed.

特開２００１−２８６１６６号公報JP 2001-286166 A

特許文献１の方法によれば、回転体が所定の方向（正転方向とする）に回転する場合に、良好な条件にて圧電モーターを駆動することができる。しかし、圧電モーターは用途に応じて駆動方向が変更され、所定の方向（正転方向）と反対の方向（逆転方向とする）に回転駆動される場合がある。逆転方向の回転を行うと、回転体を駆動する際にアクチュエーターに作用する反力が正転方向の回転の場合と異なるため、アクチュエーターの設置位置や姿勢がずれやすくなる。そのため、回転駆動時の回転方向が変化すると、効率的な駆動が行えなくなったり、圧電モーターの耐久性が低下したりするおそれがある。 According to the method of Patent Document 1, when the rotating body rotates in a predetermined direction (normal rotation direction), the piezoelectric motor can be driven under favorable conditions. However, the drive direction of the piezoelectric motor is changed depending on the application, and the piezoelectric motor may be rotationally driven in a direction opposite to a predetermined direction (forward rotation direction) (reverse rotation direction). When the rotation in the reverse direction is performed, the reaction force acting on the actuator when driving the rotating body is different from that in the case of the rotation in the normal rotation direction. For this reason, if the rotational direction at the time of rotational driving is changed, there is a possibility that efficient driving cannot be performed or the durability of the piezoelectric motor is lowered.

本発明は、回転体を回転駆動する圧電モーターにおいて、回転の方向が変化する場合でも効率的な駆動を実現することを課題としている。 An object of the present invention is to achieve efficient driving even when the direction of rotation changes in a piezoelectric motor that rotationally drives a rotating body.

上記目的を達成するための主たる発明は、回転軸を中心として正転方向及び該正転方向とは反対の逆転方向に回転する回転体と、振動するアクチュエーターであって、前記アクチュエーターの一部が前記回転体と当接することにより前記回転体を回転させるアクチュエーターと、を備える圧電モーターであって、前記アクチュエーターが前記回転体を前記正転方向に回転させる場合と前記逆転方向に回転させる場合とで、前記回転体と相対する前記アクチュエーターの姿勢が変化する、ことを特徴とする圧電モーターである。
本発明の他の特徴については、本明細書及び添付図面の記載により明らかにする。 A main invention for achieving the above object is a rotating body that rotates in a normal rotation direction and a reverse rotation direction opposite to the normal rotation direction around a rotation axis, and an actuator that vibrates, wherein a part of the actuator is A piezoelectric motor comprising: an actuator that rotates the rotating body by contacting the rotating body; wherein the actuator rotates the rotating body in the forward rotation direction and in the reverse rotation direction; The piezoelectric motor is characterized in that the posture of the actuator facing the rotating body changes.
Other features of the present invention will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.

圧電モーター１の分解斜視図である。1 is an exploded perspective view of a piezoelectric motor 1. FIG. 圧電モーター１の平面図である。1 is a plan view of a piezoelectric motor 1. FIG. 図２のＡ−Ａ断面を表す断面図である。It is sectional drawing showing the AA cross section of FIG. 図４Ａ〜図４Ｃは、アクチュエーター１０の動作を表す平面図である。4A to 4C are plan views illustrating the operation of the actuator 10. アクチュエーター１０の動作によって回転体４１を回転させる方法について説明する図である。It is a figure explaining the method to rotate the rotary body 41 by operation | movement of the actuator. アクチュエーターと回転体との当接角度について説明する図である。It is a figure explaining the contact angle of an actuator and a rotary body. 圧電モーター１を駆動する際のアクチュエーター１０の姿勢の変化について説明する図である。It is a figure explaining the change of the attitude | position of the actuator 10 at the time of driving the piezoelectric motor 1. FIG. 第１実施形態で、回転体４１を回転させる際にアクチュエーター１０に働く力について説明する図である。It is a figure explaining the force which acts on actuator 10 when rotating rotating body 41 in a 1st embodiment. 第２実施形態における圧電モーター１の平面図である。It is a top view of the piezoelectric motor 1 in 2nd Embodiment. 第２実施形態における圧電モーター１の側面図である。It is a side view of the piezoelectric motor 1 in 2nd Embodiment. 第３実施形態における圧電モーター１の平面図である。It is a top view of the piezoelectric motor 1 in 3rd Embodiment.

本明細書及び添付図面の記載により、少なくとも、以下の事項が明らかとなる。 At least the following matters will become clear from the description of the present specification and the accompanying drawings.

回転軸を中心として正転方向及び該正転方向とは反対の逆転方向に回転する回転体と、振動するアクチュエーターであって、前記アクチュエーターの一部が前記回転体と当接することにより前記回転体を回転させるアクチュエーターと、を備える圧電モーターであって、前記アクチュエーターが前記回転体を前記正転方向に回転させる場合と前記逆転方向に回転させる場合とで、前記回転体と相対する前記アクチュエーターの姿勢が変化する、ことを特徴とする圧電モーター。
このような圧電モーターによれば、回転体（被駆動部）を回転駆動する際に、回転の方向が変化する場合でも効率的な駆動を実現することができる。 A rotating body that rotates in a forward rotation direction and a reverse rotation direction opposite to the normal rotation direction around a rotation axis, and an oscillating actuator, wherein a part of the actuator comes into contact with the rotating body to thereby rotate the rotating body An actuator for rotating the actuator, wherein the actuator is opposed to the rotating body when the actuator rotates the rotating body in the forward rotation direction and in the reverse rotation direction. A piezoelectric motor characterized by changing.
According to such a piezoelectric motor, when the rotating body (driven portion) is rotationally driven, efficient driving can be realized even when the direction of rotation changes.

かかる圧電モーターであって、前記アクチュエーターを前記回転体の方向に付勢する付勢部を有し、前記アクチュエーターが前記回転体を前記正転方向に回転させる場合と前記逆転方向に回転させる場合とで、前記付勢部によって前記アクチュエーターが付勢される量が異なることが望ましい。
このような圧電モーターによれば、圧電モーターの回転方向が変化する場合でも、その回転方向に対応してアクチュエーターの姿勢の変動を小さくすることにより、効率的な駆動を実現することができる。 The piezoelectric motor has a biasing portion that biases the actuator in the direction of the rotating body, and the actuator rotates the rotating body in the forward rotation direction and the reverse rotation direction. Thus, it is desirable that the amount by which the actuator is urged differs by the urging portion.
According to such a piezoelectric motor, even when the rotation direction of the piezoelectric motor changes, efficient driving can be realized by reducing the change in the posture of the actuator corresponding to the rotation direction.

かかる圧電モーターであって、前記付勢部は、形状記憶合金で形成されたばねを有し、前記ばねを加熱することにより、前記ばねが前記アクチュエーターを前記回転体の方向に付勢するように変形することが望ましい。
このような圧電モーターによれば、形状記憶合金製のばねの発熱による伸びでアクチュエーターの付勢量を変化させることから、当該ばね以外に別途の付勢手段を設けることなく、アクチュエーターの姿勢を調整することができる。 In this piezoelectric motor, the urging portion has a spring formed of a shape memory alloy, and the spring is deformed so as to urge the actuator toward the rotating body by heating the spring. It is desirable to do.
According to such a piezoelectric motor, the biasing amount of the actuator is changed by the elongation of the spring made of the shape memory alloy, so that the posture of the actuator can be adjusted without providing a separate biasing means other than the spring. can do.

かかる圧電モーターであって、前記アクチュエーターは、所定の電圧信号を印加されることによって振動し、前記付勢部に設けられた前記ばねのうち、前記回転体を回転させる際に前記アクチュエーターが前記回転体から受ける反作用と対向する方向に前記アクチュエーターを付勢するばねを介して、前記アクチュエーターに前記所定の電圧信号が印加されることが望ましい。
このような圧電モーターによれば、複雑な制御が不要であり、装置の構成を簡易化してコストを低く抑えることができる。 In this piezoelectric motor, the actuator vibrates when a predetermined voltage signal is applied, and the actuator rotates when the rotating body is rotated among the springs provided in the biasing portion. It is desirable that the predetermined voltage signal is applied to the actuator via a spring that biases the actuator in a direction opposite to a reaction received from the body.
According to such a piezoelectric motor, complicated control is unnecessary, and the configuration of the apparatus can be simplified and the cost can be kept low.

かかる圧電モーターであって、前記付勢部は、前記アクチュエーターの重心位置よりも高い位置を付勢することが望ましい。
このような圧電モーターによれば、回転体の周面に対してアクチュエーターを垂直に近い角度で当接させることができるようになる。また、両者が当接する際の摩擦力が大きくなり、より大きなトルクを発生させることができる。 In such a piezoelectric motor, it is preferable that the urging unit urges a position higher than the center of gravity of the actuator.
According to such a piezoelectric motor, the actuator can be brought into contact with the peripheral surface of the rotating body at an angle close to perpendicular. Further, the frictional force when the two come into contact with each other increases, and a larger torque can be generated.

かかる圧電モーターであって、前記アクチュエーターが前記回転体と当接する際に、前記アクチュエーターの長手方向が、前記回転体が回転する方向に傾くことが望ましい。
このような圧電モーターによれば、単純な構成でアクチュエーターの姿勢を変化させ、効率的な駆動を実現することができる。回転体の回転方向があまり変化しない場合には、特に有効である。 In such a piezoelectric motor, it is desirable that the longitudinal direction of the actuator tilts in the direction in which the rotating body rotates when the actuator contacts the rotating body.
According to such a piezoelectric motor, it is possible to change the posture of the actuator with a simple configuration and realize efficient driving. This is particularly effective when the rotation direction of the rotating body does not change much.

また、振動するアクチュエーターの一部が当接することにより、回転軸を中心として回転体を正転方向及び該正転方向とは反対の逆転方向に回転させることと、前記アクチュエーターが前記回転体を前記正転方向に回転させる場合と前記逆転方向に回転させる場合とで、前記回転体と相対する前記アクチュエーターの姿勢が変化することと、を有する圧電モーター駆動方法が明らかとなる。 Further, when a part of the vibrating actuator comes into contact, the rotating body is rotated about the rotation axis in the normal rotation direction and in the reverse rotation direction opposite to the normal rotation direction; The piezoelectric motor driving method is clarified by changing the attitude of the actuator relative to the rotating body between when rotating in the forward direction and when rotating in the reverse direction.

＝＝＝第１実施形態＝＝＝
第１実施形態では、圧電アクチュエーターを用いて回転体（被駆動部）を回転駆動させる圧電モーター１について説明する。 === First Embodiment ===
In the first embodiment, a piezoelectric motor 1 that rotationally drives a rotating body (driven part) using a piezoelectric actuator will be described.

＜圧電モーター１の基本的構成＞
図１は、圧電モーター１の分解斜視図である。図２は、圧電モーター１の平面図である。図３は、図２のＡ−Ａ断面を表す断面図である。また、説明のため、図に示されるようなＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸からなる座標軸を設定する。Ｚ軸は鉛直方向（図１において上向きの方向）であり、Ｘ軸はＺ軸に対して垂直な方向であり、Ｙ軸はＺ軸及びＸ軸に垂直な方向であるものとする。 <Basic configuration of piezoelectric motor 1>
FIG. 1 is an exploded perspective view of the piezoelectric motor 1. FIG. 2 is a plan view of the piezoelectric motor 1. FIG. 3 is a cross-sectional view showing the AA cross section of FIG. 2. For the sake of explanation, a coordinate axis consisting of an X axis, a Y axis, and a Z axis as shown in the figure is set. The Z axis is a vertical direction (the upward direction in FIG. 1), the X axis is a direction perpendicular to the Z axis, and the Y axis is a direction perpendicular to the Z axis and the X axis.

本実施形態の圧電モーター１は、アクチュエーター１０と、被駆動部４０と、付勢部５０と、装置本体６０とを有する。 The piezoelectric motor 1 according to the present embodiment includes an actuator 10, a driven part 40, an urging part 50, and an apparatus main body 60.

（アクチュエーター１０）
アクチュエーター１０は、振動部材（導体平板）２０及び振動部材２０の両面にそれぞれ接着された圧電素子３０を備える。 (Actuator 10)
The actuator 10 includes a vibration member (conductor flat plate) 20 and piezoelectric elements 30 bonded to both surfaces of the vibration member 20.

振動部材２０は略長方形の板状部材２１と、板状部材２１の長手方向（図１でＹ軸方向）の一端側に突出するように延設された突起部２２と、板状部材２１の幅方向（図１でＸ軸方向）の両端側に延設された一対の腕部２３を有する。 The vibration member 20 includes a substantially rectangular plate-shaped member 21, a protruding portion 22 extending so as to protrude to one end side in the longitudinal direction (Y-axis direction in FIG. 1) of the plate-shaped member 21, and the plate-shaped member 21. It has a pair of arm parts 23 extended in the both ends of the width direction (X-axis direction in FIG. 1).

板状部材２１は金属や樹脂材料によって形成される。本実施形態では、導電性を有するステンレス鋼（ＳＵＳ）で形成され、後述する２つの圧電素子３０の第１電極３２同士を導通させる共通電極としても機能させている。腕部２３には、Ｚ軸方向に貫通する貫通孔２３Ａが設けられており（図１参照）、貫通孔２３Ａに挿通させたねじ状の部材を介して詳しくは後述する固定部５２に固定される。すなわち、アクチュエーター１０は、振動部材２０の腕部２３によって固定部５２に固定される。そして、圧電素子３０の振動に応じて、振動部材２０は固定部５２に対して腕部２３を基点としてＸＹ平面上で縦振動及び屈曲振動が可能となるように支持される。縦振動及び屈曲振動の具体的動作については後で説明する。 The plate-like member 21 is formed of a metal or a resin material. In the present embodiment, it is made of conductive stainless steel (SUS) and functions as a common electrode for conducting first electrodes 32 of two piezoelectric elements 30 described later. The arm portion 23 is provided with a through hole 23A penetrating in the Z-axis direction (see FIG. 1), and is fixed to a fixing portion 52, which will be described in detail later, through a screw-like member inserted through the through hole 23A. The That is, the actuator 10 is fixed to the fixing portion 52 by the arm portion 23 of the vibration member 20. Then, according to the vibration of the piezoelectric element 30, the vibration member 20 is supported so as to be capable of longitudinal vibration and bending vibration on the XY plane with respect to the fixed portion 52 with the arm portion 23 as a base point. Specific operations of longitudinal vibration and bending vibration will be described later.

圧電素子３０は振動部材２０の両面にそれぞれ設けられ、所定の電圧信号を印加されることによって振動する。圧電素子３０は、圧電体層３１と、圧電体層３１の振動部材２０側に設けられた第１電極３２と、圧電体層３１の第１電極３２とは反対側に設けられた第２電極３３とを備える。詳しくは後述するが、圧電素子３０は、長手方向（図１でＹ軸方向）の中央部が縦振動及び屈曲振動における節となっており、長手方向の中央部は比較的変位量が少ない。 The piezoelectric elements 30 are provided on both surfaces of the vibration member 20, and vibrate when a predetermined voltage signal is applied thereto. The piezoelectric element 30 includes a piezoelectric layer 31, a first electrode 32 provided on the vibration member 20 side of the piezoelectric layer 31, and a second electrode provided on the opposite side of the piezoelectric layer 31 from the first electrode 32. 33. As will be described in detail later, the piezoelectric element 30 has a central portion in the longitudinal direction (Y-axis direction in FIG. 1) as a node in longitudinal vibration and bending vibration, and the central portion in the longitudinal direction has a relatively small amount of displacement.

圧電体層３１は、電気機械変換作用を示す圧電材料、特に圧電材料の中でも一般式ＡＢＯ３で示されるベロブスカイト構造を有する金属酸化物からなる。圧電体層３１としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛等の強誘電体材料や、これに酸化ニオブ、酸化ニッケル、又は酸化マグネシウム等の金属酸化物を添加したもの等が好適である。具体的には、チタン酸鉛、チタン酸鉛ランタン、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン、又はマグネシウムニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛、チタン酸バリウム、ニオブ酸リチウム等を用いることができる。もちろん、本実施形態の圧電体層３１は、上記した材料に限定されるものではない。 The piezoelectric layer 31 is made of a piezoelectric material exhibiting an electromechanical conversion action, particularly a metal oxide having a bevelskite structure represented by the general formula ABO3 among piezoelectric materials. As the piezoelectric layer 31, for example, a ferroelectric material such as lead zirconate titanate or a material obtained by adding a metal oxide such as niobium oxide, nickel oxide, or magnesium oxide to the piezoelectric layer 31 is suitable. Specifically, lead titanate, lead lanthanum titanate, lead lanthanum zirconate titanate, magnesium zirconium niobate, lead zirconium titanate, barium titanate, lithium niobate, or the like can be used. Of course, the piezoelectric layer 31 of the present embodiment is not limited to the materials described above.

第１電極３２は、圧電体層３１の振動部材２０側の面に亘って連続して設けられた共通電極である。 The first electrode 32 is a common electrode provided continuously over the surface of the piezoelectric layer 31 on the vibration member 20 side.

第２電極３３は、複数の電極（３３１〜３３３）によって構成され、各電極は溝部３４によって互いに電気的に隔離されている。第２電極３３を分割する溝部３４は、第２電極３３を幅方向（図１でＸ軸方向）にほぼ三等分するように形成された長手方向溝部３４Ａと、長手方向溝部３４Ａによって分割された３つの電極のうち幅方向両側の電極を長手方向でほぼ二等分するように形成された幅方向溝部３４Ｂとからなる。第２電極３３は、これら長手方向溝部３４Ａ及び幅方向溝部３４Ｂからなる溝部３４によって、幅方向中央部に長手方向に亘って設けられた縦振動用電極部３３１と、この縦振動用電極部３３１の幅方向両側に、縦振動用電極部３３１を挟んで対角となるように配置されて対をなす２組の屈曲振動用電極部３３２及び３３３との合計５つに分割されている。ここで、圧電素子３０は、第２電極３３の縦振動用電極部３３１が設けられた領域が、圧電素子３０の長手方向（Ｙ軸方向）の縦振動を励起する縦振動励起領域となっている。これに対して、該縦振動励起領域の幅方向両側の屈曲振動用電極部３３２，３３３が設けられた領域が、それぞれ圧電素子３０の幅方向（Ｘ軸方向）に屈曲振動を励起する屈曲振動励起領域となっている。以下、縦振動用電極部３３１を電極３３１とも呼び、屈曲振動用電極部３３２及び３３３を電極３３２及び３３３とも呼ぶ。 The second electrode 33 is configured by a plurality of electrodes (331 to 333), and each electrode is electrically isolated from each other by the groove 34. The groove 34 that divides the second electrode 33 is divided by a longitudinal groove 34A formed so as to divide the second electrode 33 substantially in the width direction (X-axis direction in FIG. 1) and the longitudinal groove 34A. Of the three electrodes, the electrodes on both sides in the width direction are formed of width direction groove portions 34B formed so as to be substantially equally divided in the longitudinal direction. The second electrode 33 includes a longitudinal vibration electrode portion 331 provided in the longitudinal direction at the central portion in the width direction by the groove portion 34 including the longitudinal groove portion 34A and the width direction groove portion 34B, and the longitudinal vibration electrode portion 331. On the both sides in the width direction, the bending vibration electrode portions 332 and 333 are divided into five in total, which are arranged diagonally with the longitudinal vibration electrode portion 331 sandwiched therebetween. Here, in the piezoelectric element 30, a region where the electrode portion 331 for longitudinal vibration of the second electrode 33 is provided becomes a longitudinal vibration excitation region for exciting longitudinal vibration in the longitudinal direction (Y-axis direction) of the piezoelectric element 30. Yes. On the other hand, the bending vibrations in which the regions provided with the bending vibration electrode portions 332 and 333 on both sides in the width direction of the longitudinal vibration excitation region excite bending vibration in the width direction (X-axis direction) of the piezoelectric element 30 respectively. It is an excitation area. Hereinafter, the electrode portion 331 for longitudinal vibration is also referred to as an electrode 331, and the electrode portions 332 and 333 for bending vibration are also referred to as electrodes 332 and 333.

（被駆動部４０）
被駆動部４０は、回転体４１と回転軸４２とを有し、アクチュエーター１０によって駆動されることにより、回転動力を発生させる。
回転体４１は円筒（円柱）形の部材であり、回転軸４２によって圧電モーター１の装置本体６０に接続され（図３参照）、回転軸４２を中心としてＸＹ平面上で図２の矢印に示される回転方向に回転する。詳細については後述するが、本実施形態で回転体４１はアクチュエーター１０の突起部２２と当接する際の摩擦力によって回転する。したがって、十分な強度を得られるように回転体４１は金属やセラミック等の硬い材料で形成されることが望ましい。なお、被駆動部４０の回転方向はアクチュエーター１０の動作方向によって変更することが可能である。 (Driven part 40)
The driven unit 40 includes a rotating body 41 and a rotating shaft 42, and is driven by the actuator 10 to generate rotational power.
The rotating body 41 is a cylindrical (columnar) member, and is connected to the device main body 60 of the piezoelectric motor 1 by a rotating shaft 42 (see FIG. 3), and is indicated by an arrow in FIG. 2 on the XY plane around the rotating shaft 42. Rotate in the direction of rotation. Although details will be described later, in this embodiment, the rotating body 41 is rotated by a frictional force when contacting the protrusion 22 of the actuator 10. Therefore, it is desirable that the rotating body 41 be formed of a hard material such as metal or ceramic so that sufficient strength can be obtained. The rotation direction of the driven unit 40 can be changed depending on the operation direction of the actuator 10.

（付勢部５０）
付勢部５０は、アクチュエーター１０を被駆動部４０（回転体４１）の方向に向かって所定の力で付勢する。付勢部５０は、固定部５２と、保持部材５３と、スライドピン５４と、ばね部材５５と、導電部５６と、偏心ピン５８とを有する。 (Biasing part 50)
The urging unit 50 urges the actuator 10 with a predetermined force toward the driven unit 40 (rotating body 41). The urging portion 50 includes a fixing portion 52, a holding member 53, a slide pin 54, a spring member 55, a conductive portion 56, and an eccentric pin 58.

固定部５２は、アクチュエーター１０を固定するためのフランジ状の部材であり、図１のようにアクチュエーター１０の腕部２３に対応する位置に一対設けられる。固定部５２のフランジ面はアクチュエーター１０の長手方向（図でＹ軸方向）に沿って伸びた長方形の板状部材であり、フランジ面の中央部付近に固定用孔５２Ａが開いている。固定用孔５２Ａは、振動部材２０の腕部２３に設けられた貫通孔２３Ａと同軸の孔であり、図１に示されるようなネジ状部材を貫通孔２３Ａ及び固定用孔５２Ａに通すことによってアクチュエーター１０が固定部５２に固定される。 The fixing portions 52 are flange-shaped members for fixing the actuator 10, and a pair of fixing portions 52 are provided at positions corresponding to the arm portions 23 of the actuator 10 as shown in FIG. 1. The flange surface of the fixing portion 52 is a rectangular plate-like member extending along the longitudinal direction (Y-axis direction in the drawing) of the actuator 10, and a fixing hole 52A is opened near the center of the flange surface. The fixing hole 52A is a hole coaxial with the through hole 23A provided in the arm portion 23 of the vibration member 20, and by passing a screw-like member as shown in FIG. 1 through the through hole 23A and the fixing hole 52A. The actuator 10 is fixed to the fixing portion 52.

保持部材５３は、アクチュエーター１０の幅方向（Ｘ軸方向）両端の固定部５２の間に一体的に設けられる板状の部材であり、装置本体６０に対して付勢部５０をスライド可能に取り付ける。保持部材５３の幅方向（Ｘ軸方向）中央部には、長手方向（Ｙ軸方向）に沿って縦長のスライド孔５３Ａ、及び、スライド孔５３Ｂが設けられる（図２参照）。スライド孔５３Ａはスライド孔５３Ｂよりも回転体４１に近い位置に設けられ、また、スライド孔５３ＡのＸ軸方向の幅は、スライド孔５３ＢのＸ軸方向の幅よりも狭く形成される。 The holding member 53 is a plate-like member provided integrally between the fixing portions 52 at both ends in the width direction (X-axis direction) of the actuator 10, and the urging portion 50 is slidably attached to the apparatus main body 60. . In the central portion of the holding member 53 in the width direction (X-axis direction), a vertically long slide hole 53A and a slide hole 53B are provided along the longitudinal direction (Y-axis direction) (see FIG. 2). The slide hole 53A is provided at a position closer to the rotating body 41 than the slide hole 53B, and the width of the slide hole 53A in the X-axis direction is narrower than the width of the slide hole 53B in the X-axis direction.

スライドピン５４はスライド孔５３Ａ及びスライド孔５３Ｂに挿通することによって、保持部材５３を支持する。ここで、スライド孔５３ＡのＸ軸方向の幅は、スライドピン５４の軸径（軸の太さ）とほぼ同等の大きさである。そのため、保持部材５３はＹ軸方向にスライド移動可能に支持される。一方、スライド孔５３ＢのＸ軸方向の幅はスライドピン５４の軸径よりも大きい。そのため、スライド孔５３Ｂにスライドピン５４を挿通することによって、保持部材５３はＹ軸方向にスライド移動可能に支持されるとともに、スライド孔５３Ａの位置を基点としてスライド孔５３Ｂの位置でＸ軸方向にスイング可能に支持される。 The slide pin 54 supports the holding member 53 by being inserted into the slide hole 53A and the slide hole 53B. Here, the width of the slide hole 53A in the X-axis direction is substantially the same as the shaft diameter (shaft thickness) of the slide pin 54. Therefore, the holding member 53 is supported so as to be slidable in the Y-axis direction. On the other hand, the width of the slide hole 53B in the X-axis direction is larger than the shaft diameter of the slide pin 54. Therefore, by inserting the slide pin 54 into the slide hole 53B, the holding member 53 is supported so as to be slidable in the Y-axis direction, and at the position of the slide hole 53B in the X-axis direction from the position of the slide hole 53A. It is supported so that it can swing.

ばね部材５５はコイルばね等の弾性部材であり、図２では、アクチュエーター１０を挟んでＸ軸方向の右側にばね５５１を有し、Ｘ軸方向の左側にばね５５２を有する。ばね５５１及び５５２の一端部は、それぞれ固定部５２のフランジ面側面に固定される。また、ばね５５１及び５５２の他端部は、装置本体６０に偏心回転可能に固定された偏心ピン５８の側面に当接するように固定される。図に示されるように、ばね５５１及び５５２は、保持部材５３のスライド方向（すなわち、図のＹ軸方向）に沿って配置されている。そして、Ｙ軸方向に作用する弾性力によってアクチュエーター１０を回転体４１に向かって付勢する。 The spring member 55 is an elastic member such as a coil spring. In FIG. 2, the spring 551 is provided on the right side in the X-axis direction with the actuator 10 interposed therebetween, and the spring 552 is provided on the left side in the X-axis direction. One end portions of the springs 551 and 552 are fixed to the flange surface side surfaces of the fixing portion 52, respectively. The other ends of the springs 551 and 552 are fixed so as to abut on the side surface of the eccentric pin 58 fixed to the apparatus main body 60 so as to be eccentrically rotatable. As shown in the drawing, the springs 551 and 552 are arranged along the sliding direction of the holding member 53 (that is, the Y-axis direction in the drawing). Then, the actuator 10 is biased toward the rotating body 41 by the elastic force acting in the Y-axis direction.

本実施形態のばね５５１及び５５２は、形状記憶合金によって形成される。ここで、形状記憶合金は、常温時において形状が変形した場合であっても、熱を加えることによって元の形状に戻る導電性を有する金属である。本実施形態で、ばね５５１及び５５２は、共に常温時においてＹ軸方向に縮んだ状態で設置されており、加熱することによってＹ軸方向に伸びてアクチュエーター１０を回転体４１の方向へさらに付勢するように構成される。また、ばね５５１及び５５２は、アクチュエーター１０の圧電素子３０を振動させる為の電圧波形信号を印加する際に電流を流す導電線としての機能を有する。 The springs 551 and 552 of this embodiment are formed of a shape memory alloy. Here, the shape memory alloy is a metal having conductivity that returns to its original shape by applying heat even when the shape is deformed at room temperature. In this embodiment, the springs 551 and 552 are both installed in a contracted state in the Y-axis direction at room temperature, and are extended in the Y-axis direction by heating to further bias the actuator 10 toward the rotating body 41. Configured to do. In addition, the springs 551 and 552 have a function as a conductive line through which a current flows when a voltage waveform signal for vibrating the piezoelectric element 30 of the actuator 10 is applied.

なお、本実施形態では、ばね部材５５としてコイルばねを用いたが、ばね部材５５は特にこれに限定されず、例えば、板ばね等の弾性部材を用いるようにしてもよい。 In this embodiment, a coil spring is used as the spring member 55. However, the spring member 55 is not particularly limited to this, and for example, an elastic member such as a leaf spring may be used.

導電部５６は、導電性を有する金属等で形成された接続導体５６１及び５６２を有する。接続導体５６１はＸ軸方向の右側の固定部５２のフランジ面に設けられ、接続導体５６２はＸ軸方向の左側の固定部５２のフランジ面に設けられる（図２参照）。接続導体５６１及び５６２は、不図示の電圧波形信号生成部によって生成され、ばね５５１及び５５２を介して伝送される電圧波形信号を、圧電素子３０の電極３３２及び３３３にそれぞれ供給する。 The conductive portion 56 includes connection conductors 561 and 562 formed of a conductive metal or the like. The connection conductor 561 is provided on the flange surface of the right fixed portion 52 in the X-axis direction, and the connection conductor 562 is provided on the flange surface of the left fixed portion 52 in the X-axis direction (see FIG. 2). The connection conductors 561 and 562 supply voltage waveform signals generated by a voltage waveform signal generation unit (not shown) and transmitted via the springs 551 and 552 to the electrodes 332 and 333 of the piezoelectric element 30, respectively.

具体的には、図２に示されるように、ばね５５１と接続導体５６１と電極３３２とが接続され、電極３３２を振動させる際には、ばね５５１、接続導体５６１、電極３３２の順に電流が流れる。同様に、ばね５５２と接続導体５６２と電極３３３とが接続され、電極３３３を振動させる際には、ばね５５２、接続導体５６２、電極３３３の順に電流が流れる。 Specifically, as shown in FIG. 2, the spring 551, the connection conductor 561, and the electrode 332 are connected, and when the electrode 332 is vibrated, a current flows in the order of the spring 551, the connection conductor 561, and the electrode 332. . Similarly, when the spring 552, the connection conductor 562, and the electrode 333 are connected and the electrode 333 is vibrated, a current flows in the order of the spring 552, the connection conductor 562, and the electrode 333.

偏心ピン５８は、装置本体６０に対して偏心回転可能に設けられており、偏心ピン５８を偏心回転させることによって、偏心ピン５８の側面と保持部材５３との間隔を変化させて、ばね部材５５による付勢力を調整することができる。 The eccentric pin 58 is provided so as to be able to rotate eccentrically with respect to the apparatus main body 60, and by rotating the eccentric pin 58 eccentrically, the distance between the side surface of the eccentric pin 58 and the holding member 53 is changed, and the spring member 55. The urging force by can be adjusted.

このような付勢部５０によって、アクチュエーター１０は、圧電素子３０の長手方向（Ｙ軸方向）が回転体４１（回転軸４２）の中心となるように、所定の圧力で回転体４１に付勢される。すなわち、本実施形態のアクチュエーター１０は、圧電素子３０の長手方向が回転体４１の径方向になるように配置され、回転体４１の径方向に向かってスライド移動可能に設けられている。したがって、アクチュエーター１０は、圧電素子３０の長手方向が回転体４１の径方向となるように付勢される。そして、付勢部５０によってアクチュエーター１０の突起部２２を回転体４１に付勢しながら、圧電素子３０に縦振動及び屈曲振動を同時に励振して突起部２２が楕円軌道を描くように駆動することで回転体４１を回転させることができる。 By such an urging unit 50, the actuator 10 urges the rotating body 41 with a predetermined pressure so that the longitudinal direction (Y-axis direction) of the piezoelectric element 30 is the center of the rotating body 41 (rotating shaft 42). Is done. That is, the actuator 10 of the present embodiment is arranged so that the longitudinal direction of the piezoelectric element 30 is the radial direction of the rotating body 41 and is slidable in the radial direction of the rotating body 41. Therefore, the actuator 10 is biased so that the longitudinal direction of the piezoelectric element 30 is the radial direction of the rotating body 41. Then, while urging the projecting portion 22 of the actuator 10 to the rotating body 41 by the urging portion 50, longitudinal vibration and bending vibration are simultaneously excited in the piezoelectric element 30 to drive the projecting portion 22 to draw an elliptical orbit. Thus, the rotating body 41 can be rotated.

（装置本体６０）
装置本体は、図１〜図３に示されるようにアクチュエーター１０や被駆動部４０、付勢部５０等が固定される基盤である。 (Device main body 60)
The apparatus main body is a base on which the actuator 10, the driven part 40, the urging part 50, and the like are fixed as shown in FIGS.

＜アクチュエーター１０の動作の説明＞
図４Ａ〜図４Ｃは、本実施形態のアクチュエーター１０の動作を表す平面図であり、図５は、アクチュエーター１０の動作によって回転体４１を回転させる方法について説明する図である。 <Description of operation of actuator 10>
4A to 4C are plan views illustrating the operation of the actuator 10 of the present embodiment, and FIG. 5 is a diagram illustrating a method of rotating the rotating body 41 by the operation of the actuator 10.

図４Ａは、アクチュエーター１０の長手方向（Ｙ軸方向）の振動を表す図である。圧電素子３０の縦振動用電極部３３１に所定の電圧信号が印加されると、縦振動用電極部３３１は長手方向（Ｙ軸方向）に伸張・収縮する。すなわち、ＸＹ平面において縦振動励起領域が長手方向（Ｙ軸方向）に伸張・収縮することによって、圧電素子３０に長手方向の縦振動を生じさせる。 FIG. 4A is a diagram illustrating vibration in the longitudinal direction (Y-axis direction) of the actuator 10. When a predetermined voltage signal is applied to the longitudinal vibration electrode portion 331 of the piezoelectric element 30, the longitudinal vibration electrode portion 331 expands and contracts in the longitudinal direction (Y-axis direction). That is, the longitudinal vibration excitation region in the XY plane expands and contracts in the longitudinal direction (Y-axis direction), thereby causing longitudinal vibration in the longitudinal direction in the piezoelectric element 30.

図４Ｂ及び図４Ｃは、アクチュエーター１０の幅方向（Ｘ軸方向）の振動を表す図である。圧電素子３０の対となる屈曲振動用電極部３３２にそれぞれ所定の電圧信号が印加されると、屈曲振動用電極部３３２はそれぞれ長手方向（Ｙ軸方向）に伸張・収縮する。同様に、屈曲振動用電極部３３３にそれぞれ所定の電圧信号が印加されると、屈曲振動用電極部３３３はそれぞれ長手方向（Ｙ軸方向）に伸張・収縮する。 4B and 4C are diagrams illustrating vibrations of the actuator 10 in the width direction (X-axis direction). When a predetermined voltage signal is applied to each of the bending vibration electrode portions 332 that form a pair of the piezoelectric elements 30, each of the bending vibration electrode portions 332 expands and contracts in the longitudinal direction (Y-axis direction). Similarly, when a predetermined voltage signal is applied to each of the bending vibration electrode portions 333, each of the bending vibration electrode portions 333 expands and contracts in the longitudinal direction (Y-axis direction).

図４Ｂでは、圧電素子３０の幅方向で対角となる屈曲振動用電極部３３３（屈曲振動励起領域）をそれぞれ伸張させている。これにより、圧電素子３０が図４Ｂの破線で示されるようなＳ字状に変形する。逆に、図４Ｃでは、屈曲振動用電極部３３３をそれぞれ収縮させている。これにより、圧電素子３０が図４Ｃの破線で示されるような逆Ｓ字状に変形する。この図４Ｂ及び図４Ｃに示す屈曲変形を交互に繰り返させることで、圧電素子３０にＳ字状及び逆Ｓ字状の屈曲振動を生じさせる。屈曲振動用電極部３３２についても同様の動作が行われる。 In FIG. 4B, the bending vibration electrode portions 333 (bending vibration excitation regions) that are diagonal in the width direction of the piezoelectric element 30 are extended. Thereby, the piezoelectric element 30 is deformed into an S shape as indicated by a broken line in FIG. 4B. On the other hand, in FIG. 4C, the bending vibration electrode portions 333 are contracted. As a result, the piezoelectric element 30 is deformed into an inverted S shape as indicated by a broken line in FIG. 4C. By alternately repeating the bending deformation shown in FIGS. 4B and 4C, S-shaped and inverted S-shaped bending vibrations are generated in the piezoelectric element 30. The same operation is performed for the bending vibration electrode section 332.

圧電素子３０において、縦振動励起領域による縦振動と屈曲振動励起領域による屈曲振動とを交互に繰り返させることにより、図５に示すように、アクチュエーター１０の長手方向の端部、すなわち、振動部材２０の突起部２２を、楕円軌道を描くように回転駆動することができる。具体的には、圧電素子３０に、縦方向（長手方向）の伸張、Ｓ字状の屈曲、縦方向の収縮、逆Ｓ字状の屈曲の変形を順次繰り返し行わせることで、突起部２２をＸＹ平面において時計まわり方向に楕円軌道を描くように回転駆動することができる。また、圧電素子３０に変形を行わせる際に、屈曲の順番を入れ替えることで、突起部２２をＸＹ平面において反時計まわり方向に楕円軌道を描くように回転駆動することもできる。 In the piezoelectric element 30, the longitudinal vibration by the longitudinal vibration excitation region and the bending vibration by the bending vibration excitation region are alternately repeated, thereby, as shown in FIG. 5, the longitudinal end of the actuator 10, that is, the vibration member 20. The protrusion 22 can be rotationally driven to draw an elliptical orbit. Specifically, by causing the piezoelectric element 30 to repeatedly perform longitudinal (longitudinal) expansion, S-shaped bending, vertical contraction, and reverse S-shaped bending, the protrusion 22 is made to repeat. It can be rotationally driven to draw an elliptical orbit in the clockwise direction on the XY plane. Further, when the piezoelectric element 30 is deformed, by changing the order of bending, the protrusion 22 can be rotationally driven to draw an elliptical orbit in the counterclockwise direction on the XY plane.

なお、本実施形態では、振動部材２０の両面にそれぞれ圧電素子３０が設けられているが（図１及び図３参照）、２つの圧電素子３０は、振動部材２０の面内において同じ縦振動及び屈曲振動を行う。すなわち、２つの圧電素子３０の各縦振動励起領域及び屈曲振動励起領域は、アクチュエーター１０を一方の圧電素子３０の第２電極３３側から平面視した際に重なるように配置されており、平面視した際に重なる領域において同じ伸張・収縮を行わせることで、振動部材２０は面内方向に変形する。 In the present embodiment, the piezoelectric elements 30 are provided on both surfaces of the vibration member 20 (see FIGS. 1 and 3). The two piezoelectric elements 30 have the same longitudinal vibration and vibration in the plane of the vibration member 20. Perform bending vibration. That is, the longitudinal vibration excitation region and the bending vibration excitation region of the two piezoelectric elements 30 are arranged so as to overlap when the actuator 10 is viewed in plan from the second electrode 33 side of the one piezoelectric element 30. In this case, the vibration member 20 is deformed in the in-plane direction by performing the same expansion / contraction in the overlapping region.

楕円軌道を描くように駆動される突起部２２が付勢部５０によって回転体４１に押し付けられて当接することにより、図５のように回転体４１が回転される。なお、アクチュエーター１０によって回転される回転体４１の回転数は、縦振動及び屈曲振動を行う振動周期による影響が大きく、また、回転体４１のトルクは、付勢部５０によるアクチュエーター１０の回転体４１への付勢力による影響が大きい。 The protrusion 22 that is driven to draw an elliptical orbit is pressed against the rotating body 41 by the urging unit 50 and comes into contact therewith, whereby the rotating body 41 is rotated as shown in FIG. Note that the rotational speed of the rotating body 41 rotated by the actuator 10 is greatly influenced by the vibration period in which longitudinal vibration and bending vibration are performed, and the torque of the rotating body 41 depends on the rotating body 41 of the actuator 10 by the urging unit 50. The influence of the urging force on is large.

また、回転体４１を回転させる際に、アクチュエーター１０は回転体４１に当接する突起部２２を介して、回転駆動による反作用を受ける。例えば、図５において、突起部２２が時計まわり方向に楕円軌道を描くように回転体４１と当接する場合、回転体４１は反時計まわり方向（正転方向とする）に回転駆動され、アクチュエーター１０（突起部２２）にはその反作用によって反時計まわり方向のモーメントが作用する。したがって、駆動中にアクチュエーター１０と回転体４１との当接角度が変化する場合がある。 Further, when the rotating body 41 is rotated, the actuator 10 is subjected to a reaction due to the rotational drive via the protrusion 22 that contacts the rotating body 41. For example, in FIG. 5, when the protrusion 22 contacts the rotating body 41 so as to draw an elliptical orbit in the clockwise direction, the rotating body 41 is rotationally driven in the counterclockwise direction (forward rotation direction), and the actuator 10 A counterclockwise moment is applied to the (projection 22) by the reaction. Therefore, the contact angle between the actuator 10 and the rotating body 41 may change during driving.

図６は、アクチュエーターと回転体との当接角度について説明する図である。図６では、回転体に対してアクチュエーターの突起部が接点Ｐにおいて当接する場合の例について示している。この場合、回転体の外周面上の接線Ｓと、アクチュエーターの突起部の楕円軌道の長軸方向線Ｔとのなす角度がφで表される。ここで、角度φ＝０となる場合、つまり接線Ｓと楕円の長軸方向線Ｔとが一致するように圧電モーターを駆動する場合に、最も高い駆動効率が得られることがわかっている。 FIG. 6 is a diagram for explaining the contact angle between the actuator and the rotating body. FIG. 6 shows an example in which the protrusion of the actuator contacts the rotating body at the contact P. In this case, the angle formed between the tangent S on the outer peripheral surface of the rotating body and the long axis direction line T of the elliptical orbit of the protrusion of the actuator is represented by φ. Here, it is known that the highest drive efficiency can be obtained when the angle φ = 0, that is, when the piezoelectric motor is driven so that the tangent line S and the long axis direction line T of the ellipse coincide.

図７は、圧電モーター１を駆動する際のアクチュエーター１０の姿勢の変化について説明する図である。本実施形態の圧電モーター１では、アクチュエーター１０の突起部２２の位置と回転体４１の中心位置（回転軸４２の位置）とがＸ軸方向の同じ位置に配置されている（図２参照）。つまり、非駆動状態においてはφ＝０である。一方、回転体を回転させる際にはアクチュエーター１０が反作用によるモーメントを受けるため、図７に示されるように、回転体４１に対してアクチュエーター１０の姿勢が傾く。この場合、アクチュエーター１０と回転体４１との当接角度が変化して角度φが大きくなり、圧電モーター１の駆動効率が低下する。 FIG. 7 is a diagram illustrating a change in the posture of the actuator 10 when the piezoelectric motor 1 is driven. In the piezoelectric motor 1 of the present embodiment, the position of the protrusion 22 of the actuator 10 and the center position of the rotating body 41 (position of the rotating shaft 42) are arranged at the same position in the X-axis direction (see FIG. 2). That is, φ = 0 in the non-driven state. On the other hand, when the rotating body is rotated, the actuator 10 receives a moment due to the reaction, so that the posture of the actuator 10 is inclined with respect to the rotating body 41 as shown in FIG. In this case, the contact angle between the actuator 10 and the rotating body 41 changes, and the angle φ increases, and the drive efficiency of the piezoelectric motor 1 decreases.

＜駆動動作時のアクチュエーターの姿勢について＞
上述のような駆動効率の低下を抑制するため、本実施形態では駆動に応じてアクチュエーター１０の姿勢を変化させる。具体的には、回転体４１を正転方向に回転させる場合と、正転方向と逆の逆転方向に回転させる場合とで、回転体４１と相対するアクチュエーター１０の姿勢を変化させる。そして、それぞれの回転方向について、アクチュエーター１０と回転体４１との当接角度が適切になるようにすることで、圧電モーター１を効率的に駆動させる。 <About the attitude of the actuator during driving>
In the present embodiment, the posture of the actuator 10 is changed according to driving in order to suppress the reduction in driving efficiency as described above. Specifically, the posture of the actuator 10 facing the rotating body 41 is changed depending on whether the rotating body 41 is rotated in the forward rotation direction or in the reverse rotation direction opposite to the normal rotation direction. Then, the piezoelectric motor 1 is efficiently driven by making the contact angle between the actuator 10 and the rotating body 41 appropriate for each rotation direction.

図８は、本実施形態において、回転体４１を回転させる際にアクチュエーター１０に働く力について説明する図である。アクチュエーター１０を駆動させる際には、上述のように圧電素子３０に所定の電圧信号を印加して、縦振動用電極及び屈曲振動用電極を伸縮させることによって振動部材２０の突起部２２を楕円運動させる。本実施形態では、回転体４１を反時計回り方向（正転方向）に回転させる際に屈曲振動用電極部３３３を用いてアクチュエーター１０を駆動し、回転体４１を時計回り方向（逆転方向）に回転させる際に屈曲振動用電極部３３２を用いてアクチュエーター１０を駆動する。 FIG. 8 is a diagram illustrating the force acting on the actuator 10 when rotating the rotating body 41 in the present embodiment. When the actuator 10 is driven, a predetermined voltage signal is applied to the piezoelectric element 30 as described above to expand and contract the longitudinal vibration electrode and the bending vibration electrode, thereby causing the protrusion 22 of the vibration member 20 to elliptically move. Let In the present embodiment, when rotating the rotating body 41 in the counterclockwise direction (forward rotation direction), the actuator 10 is driven using the bending vibration electrode portion 333, and the rotating body 41 is rotated in the clockwise direction (reverse rotation direction). When rotating, the actuator 10 is driven using the electrode portion 332 for bending vibration.

回転体４１を正転方向に回転させる場合、図８の太線部で表されるように、アクチュエーター１０の左側に配置されるばね５５２から接続導体５６２を介して屈曲振動用電極部３３３に電圧信号が印加される。すなわち、ばね５５２及び接続導体５６２に電流が流れる。なお、固定部５２は非導電性の材質で形成されているので、当該固定部５２には電流が流れない。 When the rotating body 41 is rotated in the forward rotation direction, a voltage signal is transmitted from the spring 552 disposed on the left side of the actuator 10 to the bending vibration electrode portion 333 via the connection conductor 562, as represented by the bold line portion in FIG. Is applied. That is, a current flows through the spring 552 and the connection conductor 562. Since the fixing portion 52 is made of a non-conductive material, no current flows through the fixing portion 52.

ばね５５２は形状記憶合金製で、常温時において縮んだ状態で設置されているため、電流が流れると発熱して（加熱して）Ｙ軸方向に伸びる。ばね５５２の一端側は偏心ピン５８に固定されているので、ばね５５２（形状記憶合金）が加熱によって伸びると、アクチュエーター１０の左側の固定部５２がＹ軸方向に付勢される。右側のばね５５２から付勢されることによって、アクチュエーター１０にはスライド孔５３Ａ（スライドピン５４）の位置を中心として時計まわり方向のモーメントが発生する。この形状記憶合金の付勢によるモーメントによって、回転体４１を正転方向に回転させる際にアクチュエーター１０に作用する反時計まわり方向のモーメント（駆動時の反作用によるモーメント）が相殺され、回転体４１に対するアクチュエーター１０の当接角度の変化が小さく抑えられる。すなわち、回転体４１の接線Ｓとアクチュエーター１０の突起部２２の楕円軌道の長軸方向線Ｔとがなす角度φが０に近づくように、アクチュエーター１０の姿勢が調整される。 Since the spring 552 is made of a shape memory alloy and is installed in a contracted state at room temperature, it generates heat (heats) and extends in the Y-axis direction when a current flows. Since one end side of the spring 552 is fixed to the eccentric pin 58, when the spring 552 (shape memory alloy) is extended by heating, the fixing portion 52 on the left side of the actuator 10 is biased in the Y-axis direction. By being urged by the right spring 552, a moment in the clockwise direction is generated in the actuator 10 around the position of the slide hole 53A (slide pin 54). The moment due to the urging of the shape memory alloy cancels the counterclockwise moment (the moment due to the reaction during driving) acting on the actuator 10 when the rotating body 41 is rotated in the forward rotation direction. A change in the contact angle of the actuator 10 is suppressed to a small level. That is, the attitude of the actuator 10 is adjusted so that the angle φ formed by the tangent line S of the rotating body 41 and the long axis direction line T of the elliptical orbit of the protrusion 22 of the actuator 10 approaches zero.

一方、回転体４１を逆転方向に回転させる場合には、アクチュエーター１０の右側に配置されるばね５５１から接続導体５６１を介して屈曲振動用電極部３３２に電圧信号が印加される。したがって、図８の場合と逆に、アクチュエーター１０はばね５５１（形状記憶合金）によってＹ軸方向に付勢される。これにより、反時計まわり方向のモーメントを発生させ、駆動の反作用によるモーメントを相殺してφが０に近づくようにアクチュエーター１０の姿勢が調整される。 On the other hand, when the rotating body 41 is rotated in the reverse rotation direction, a voltage signal is applied to the bending vibration electrode portion 332 through the connection conductor 561 from the spring 551 disposed on the right side of the actuator 10. Therefore, contrary to the case of FIG. 8, the actuator 10 is urged in the Y-axis direction by the spring 551 (shape memory alloy). As a result, a counterclockwise moment is generated, and the attitude of the actuator 10 is adjusted such that φ approaches 0 by canceling out the moment due to the drive reaction.

つまり、本実施形態では、回転体４１を回転させる際にアクチュエーター１０が回転体４１から受ける反作用と対向する方向に該アクチュエーター１０を付勢するばねを介して、アクチュエーター１０に電圧信号が印加される。当該ばねは電流が流れることで加熱して伸び、その伸び分だけアクチュエーター１０が付勢される。したがって、回転体４１の回転方向に応じて、ばねによってアクチュエーター１０が付勢される量が変化する。 In other words, in the present embodiment, a voltage signal is applied to the actuator 10 via the spring that biases the actuator 10 in a direction opposite to the reaction that the actuator 10 receives from the rotating body 41 when the rotating body 41 is rotated. . When the current flows, the spring is heated and stretched, and the actuator 10 is biased by the stretch. Therefore, the amount by which the actuator 10 is urged by the spring changes according to the rotation direction of the rotating body 41.

このように、回転体が回転駆動される際の回転方向に応じてアクチュエーターが付勢される量が異なることによって、回転体に相対するアクチュエーターの姿勢も変化する。具体的は、形状記憶合金からなるばねの付勢によるモーメントが、回転体駆動時の反作用によるモーメントを打ち消す方向に働き、アクチュエーターの姿勢の変動を小さくすることができる。そのため、圧電モーターで被駆動部の回転方向が変化する場合でも、その回転方向に対応して効率的な駆動を実現することができる。 Thus, the attitude of the actuator relative to the rotating body also changes due to the difference in the amount of biasing of the actuator depending on the rotation direction when the rotating body is rotationally driven. Specifically, the moment caused by the biasing of the spring made of the shape memory alloy acts in a direction to cancel the moment caused by the reaction at the time of driving the rotating body, and the variation in the posture of the actuator can be reduced. Therefore, even when the rotational direction of the driven part is changed by the piezoelectric motor, efficient driving can be realized corresponding to the rotational direction.

また、本実施形態では付勢部に設けられた形状記憶合金製のばねの発熱による伸びで付勢量を変化させることから、当該ばね以外に別途の付勢手段を設ける必要がなく、複雑な制御も不要である。したがって、装置の構成を簡易化し、コストを低く抑えることができる。 Further, in this embodiment, since the amount of bias is changed by the elongation due to heat generation of the spring made of shape memory alloy provided in the biasing portion, it is not necessary to provide a separate biasing means other than the spring, and it is complicated. Control is also unnecessary. Therefore, the configuration of the apparatus can be simplified and the cost can be kept low.

＝＝＝第２実施形態＝＝＝
第２実施形態では、アクチュエーターの付勢位置を変更することにより、より効率的な駆動を行なう。 === Second Embodiment ===
In the second embodiment, more efficient driving is performed by changing the biasing position of the actuator.

図９は、第２実施形態における圧電モーター１の平面図である。図１０は、第２実施形態における圧電モーター１の側面図である。第２実施形態では、付勢部５０の構成が第１実施形態とは異なる。それ以外の構成は、第１実施形態とほぼ同様である。 FIG. 9 is a plan view of the piezoelectric motor 1 according to the second embodiment. FIG. 10 is a side view of the piezoelectric motor 1 according to the second embodiment. In the second embodiment, the configuration of the urging unit 50 is different from that of the first embodiment. Other configurations are almost the same as those of the first embodiment.

第２実施形態の付勢部５０では第１実施形態の固定部５２とは形状の異なる固定部５７が設けられる。固定部５７は、ばね５５１及びばね５５２によって付勢される部分が、ＸＺ平面と平行な板状に形成されている。また、ばね５５１及びばね５５２は、板状部材２１（振動部材２０）よりもＺ軸方向の高い位置に設置される（図１０参照）。したがって、ばね５５１（または、ばね５５２）によってアクチュエーター１０が付勢される際には、該アクチュエーター１０のＺ軸方向の重心位置よりも高い位置が付勢される。本実施形態において、アクチュエーター１０の重心位置とは、振動部材２０及び固定部５７の全体としての重心位置のことである。 In the urging portion 50 of the second embodiment, a fixing portion 57 having a shape different from that of the fixing portion 52 of the first embodiment is provided. The fixing portion 57 is formed in a plate shape parallel to the XZ plane at a portion urged by the spring 551 and the spring 552. Further, the spring 551 and the spring 552 are installed at a position higher in the Z-axis direction than the plate-like member 21 (vibrating member 20) (see FIG. 10). Therefore, when the actuator 10 is biased by the spring 551 (or the spring 552), a position higher than the center of gravity of the actuator 10 in the Z-axis direction is biased. In the present embodiment, the gravity center position of the actuator 10 is the gravity center position of the vibration member 20 and the fixed portion 57 as a whole.

＜第２実施形態の動作について＞
アクチュエーター１０を駆動して回転体４１を回転させる際に、駆動の反作用によるモーメントが回転体４１の回転方向と同じ向きに働くことを説明したが、アクチュエーター１０に対して他の方向にも反作用が働く場合がある。図１０の場合、突起部２２が回転体４１と当接する際に、回転体４１からの反作用によって、アクチュエーター１０に対してＹＺ平面上で反時計回り方向のモーメントが発生する。この場合、突起部２２をＺ軸方向の上側に移動させるような力が作用し、アクチュエーター１０の姿勢がＺ軸方向に傾きやすくなるため、駆動効率が悪化するおそれがある。 <Operation of Second Embodiment>
It has been explained that when the actuator 10 is driven to rotate the rotating body 41, the moment due to the reaction of the driving acts in the same direction as the rotation direction of the rotating body 41. May work. In the case of FIG. 10, when the protrusion 22 contacts the rotating body 41, a counterclockwise moment is generated on the YZ plane with respect to the actuator 10 due to the reaction from the rotating body 41. In this case, a force that moves the protruding portion 22 to the upper side in the Z-axis direction acts, and the posture of the actuator 10 is likely to be inclined in the Z-axis direction.

第２実施形態でアクチュエーター１０を駆動させる際には、第１実施形態と同様にしてばね５５１（またはばね５５２）を介して圧電素子３０に電圧信号が印加される。形状記憶合金製のばね５５１（またはばね５５２）に電流が流れると、ばねが発熱して伸び、アクチュエーター１０をＹ軸方向に付勢する。このとき、本実施形態ではアクチュエーター１０のＺ軸方向の重心位置よりも上側が付勢されるため、アクチュエーター１０に対してＹＺ平面上で時計回り方向のモーメントが発生する。 When the actuator 10 is driven in the second embodiment, a voltage signal is applied to the piezoelectric element 30 via the spring 551 (or the spring 552) as in the first embodiment. When a current flows through the spring 551 (or the spring 552) made of shape memory alloy, the spring generates heat and extends to urge the actuator 10 in the Y-axis direction. At this time, in the present embodiment, the upper side of the center of gravity of the actuator 10 in the Z-axis direction is urged, so that a moment in the clockwise direction is generated on the YZ plane with respect to the actuator 10.

そして、ばね５５１（またはばね５５２）の付勢による時計回り方向のモーメントによって、駆動の反作用による反時計回り方向のモーメントが打ち消されることで、アクチュエーター１０のＺ軸方向の姿勢の変化が小さくなる。 Then, the moment in the counterclockwise direction due to the reaction of the drive is canceled by the moment in the clockwise direction due to the bias of the spring 551 (or the spring 552), so that the change in the posture of the actuator 10 in the Z-axis direction becomes small.

これにより、回転体４１の周面に対して突起部２２を垂直に近い角度で当接させることができるようになる。また、両者が当接する際の摩擦力が大きくなり、より大きなトルクを発生させることができる。つまり、アクチュエーター１０のＹＺ平面における姿勢の変化を小さくすることで、より効率的な駆動を実現することができるようになる。 Accordingly, the protrusion 22 can be brought into contact with the peripheral surface of the rotating body 41 at an angle close to vertical. Further, the frictional force when the two come into contact with each other increases, and a larger torque can be generated. That is, more efficient driving can be realized by reducing the change in the posture of the actuator 10 in the YZ plane.

＝＝＝第３実施形態＝＝＝
第３実施形態では、より簡単な構成で効率的な駆動を行なう。
図１１は、第３実施形態における圧電モーター１の平面図である。第３実施形態の圧電モーターでは、付勢部５０の構成が前述の各実施形態と異なる。 === Third Embodiment ===
In the third embodiment, efficient driving is performed with a simpler configuration.
FIG. 11 is a plan view of the piezoelectric motor 1 according to the third embodiment. In the piezoelectric motor of the third embodiment, the configuration of the urging unit 50 is different from those of the above-described embodiments.

第３実施形態の付勢部５０では、固定部５２に接続導体５６１及び５６２が備えられていない。また、ばね５５１及びばね５５２の材質を形状記憶合金にする必要はなく、もっと安価な金属や樹脂等を使用することが可能である。そして、本実施形態では、圧電素子３０を振動させるための電圧信号が、ばね５５１及び５５２を介さず、不図示の電圧信号印加用配線によって印加される。すなわち、圧電モーター１の駆動動作中にばね５５１及び５５２には電流が流れない。 In the urging portion 50 of the third embodiment, the fixing portion 52 is not provided with the connection conductors 561 and 562. Further, the material of the spring 551 and the spring 552 is not required to be a shape memory alloy, and it is possible to use a cheaper metal, resin, or the like. In this embodiment, a voltage signal for vibrating the piezoelectric element 30 is applied by a voltage signal application wiring (not shown) without passing through the springs 551 and 552. That is, no current flows through the springs 551 and 552 during the driving operation of the piezoelectric motor 1.

また、保持部材５３のスライド孔５３Ａ及び５３Ｂに挿通されるスライドピンがそれぞれ異なる。スライド孔５３Ａに挿通されるスライドピンは第１実施形態のスライドピン５４と同様である（第３実施形態ではスライドピン５４Ａと呼ぶ）。一方、スライド孔５３Ｂに挿通されるスライドピンは、図１１のＸ軸方向に移動可能なスライドピン５４Ｂである。スライドピン５４Ｂの形状はスライドピン５４Ａとほぼ同じであるが、Ｘ軸方向に移動させることにより、スライド孔５３Ａの位置を基点として、保持部材５３をスライド孔５３Ｂの位置でＸ軸方向にスイング可能に支持する。なお、スライドピン５４ＢのＸ軸方向の移動は手動で行ってもよいし、外部から動力を加えることで行ってもよい。 Further, the slide pins inserted into the slide holes 53A and 53B of the holding member 53 are different from each other. The slide pin inserted through the slide hole 53A is the same as the slide pin 54 of the first embodiment (referred to as the slide pin 54A in the third embodiment). On the other hand, the slide pin inserted through the slide hole 53B is a slide pin 54B movable in the X-axis direction in FIG. The shape of the slide pin 54B is almost the same as that of the slide pin 54A, but by moving in the X-axis direction, the holding member 53 can swing in the X-axis direction at the position of the slide hole 53B with the position of the slide hole 53A as a base point. To support. The movement of the slide pin 54B in the X-axis direction may be performed manually or by applying power from the outside.

＜第３実施形態の動作について＞
第３実施形態では、回転体４１の回転方向に応じて、スライドピン５４ＢをあらかじめＸ軸方向に移動させて、アクチュエーター１０の姿勢を変更しておく。例えば、回転体４１を正方向（反時計回り方向）に回転させる場合、スライドピン５４Ｂを図１１の左側に移動させておく。スライドピン５４ＡのＸ軸方向の位置が変化しないのに対して、スライドピン５４ＢがＸ軸方向の左側に移動するため、回転体４１に対するアクチュエーター１０の角度が変化する。つまり、アクチュエーター１０が回転体４１と当接する際に、アクチュエーター１０の長手方向が回転体４１の回転する方向に傾くように、該アクチュエーター１０の姿勢を変更する。図１１の場合、振動部材２０の突起部２２が回転体４１に対して右側に傾くような姿勢に変化する。 <Operation of the Third Embodiment>
In the third embodiment, the attitude of the actuator 10 is changed by moving the slide pin 54B in advance in the X-axis direction according to the rotation direction of the rotating body 41. For example, when the rotating body 41 is rotated in the forward direction (counterclockwise direction), the slide pin 54B is moved to the left side in FIG. While the position of the slide pin 54A in the X-axis direction does not change, the slide pin 54B moves to the left side in the X-axis direction, so the angle of the actuator 10 with respect to the rotating body 41 changes. That is, when the actuator 10 comes into contact with the rotating body 41, the posture of the actuator 10 is changed so that the longitudinal direction of the actuator 10 is inclined in the rotating direction of the rotating body 41. In the case of FIG. 11, the posture changes so that the protrusion 22 of the vibrating member 20 tilts to the right with respect to the rotating body 41.

この状態で駆動を開始すると、突起部２２が時計まわり方向に楕円軌道を描くように動作して回転体４１に当接する。そして、アクチュエーター１０（突起部２２）には駆動の反作用によって反時計回り方向のモーメントが作用する。アクチュエーター１０は右側に傾くような姿勢で設置されているため、当該反作用によってアクチュエーター１０の姿勢をＹ軸と平行にするような力が働く。その結果、回転体４１の接線Ｓとアクチュエーター１０の突起部２２の楕円軌道の長軸方向線Ｔとがなす角度φが０に近づくように、アクチュエーター１０の姿勢が適切に調整される。 When driving is started in this state, the protrusion 22 operates to draw an elliptical orbit in the clockwise direction and comes into contact with the rotating body 41. Then, a counterclockwise moment is applied to the actuator 10 (protrusion 22) by the reaction of driving. Since the actuator 10 is installed in such a posture that it tilts to the right, the reaction causes a force that makes the posture of the actuator 10 parallel to the Y axis. As a result, the posture of the actuator 10 is appropriately adjusted so that the angle φ formed by the tangent S of the rotating body 41 and the long axis direction line T of the elliptical orbit of the protrusion 22 of the actuator 10 approaches zero.

逆に、回転体４１の回転方向を逆転方向（時計回り方向）とする場合は、スライドピン５４Ｂを図１１の右側に移動させることで、駆動時におけるアクチュエーター１０の姿勢を適切に調整することができる。 Conversely, when the rotation direction of the rotating body 41 is the reverse rotation direction (clockwise direction), the posture of the actuator 10 during driving can be adjusted appropriately by moving the slide pin 54B to the right side of FIG. it can.

なお、上述の例ではスライドピン５４Ｂを移動させることで回転体４１に対するアクチュエーター１０の長手方向の角度を傾けていたが、その他の構造によって姿勢を変更してもよい。例えば、アクチュエーター１０の側部にＸ軸方向に伸縮するピストンを設け、該ピストンによってスライドピン５４Ｂの位置でアクチュエーター１０をＸ軸方向に押す（もしくは引く）構造とすることもできる。 In the above-described example, the longitudinal angle of the actuator 10 with respect to the rotating body 41 is inclined by moving the slide pin 54B. However, the posture may be changed by other structures. For example, a piston that expands and contracts in the X-axis direction may be provided on the side of the actuator 10, and the actuator 10 may be pushed (or pulled) in the X-axis direction at the position of the slide pin 54B by the piston.

第３実施形態によれば、スライドピン５４Ｂの位置を変更して、アクチュエーターの長手方向を回転体の回転方向に傾けることによって、効率的な駆動を実現することができる。付勢部５０のばねを介して圧電素子３０に電圧信号を印加する必要がなくなるため、付勢部５０の構成が単純となり、装置全体のコストを低く抑えることもできる。特に、回転体４１の回転方向があまり変化しない場合には、駆動開始前にスライドピン５４Ｂを手動で移動させるだけで対応可能なため、低コストで効率的な駆動を行なう手段として有効である。 According to the third embodiment, efficient driving can be realized by changing the position of the slide pin 54B and tilting the longitudinal direction of the actuator in the rotational direction of the rotating body. Since it is not necessary to apply a voltage signal to the piezoelectric element 30 via the spring of the urging unit 50, the configuration of the urging unit 50 is simplified, and the cost of the entire apparatus can be kept low. In particular, when the rotation direction of the rotating body 41 does not change so much, it can be dealt with only by manually moving the slide pin 54B before the start of driving, which is effective as a means for performing efficient driving at low cost.

＝＝＝その他の実施形態＝＝＝
一実施形態としての圧電モーターについて説明したが、上記の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることは言うまでもない。特に、以下に述べる実施形態であっても、本発明に含まれるものである。 === Other Embodiments ===
Although the piezoelectric motor as one embodiment has been described, the above embodiment is for facilitating the understanding of the present invention, and is not intended to limit the present invention. The present invention can be changed and improved without departing from the gist thereof, and it is needless to say that the present invention includes equivalents thereof. In particular, the embodiments described below are also included in the present invention.

１圧電モーター、
１０アクチュエーター、
２０振動部材、２１板状部材、２２突起部、２３腕部、２３Ａ貫通孔、
３０圧電素子、３１圧電体層、３２第１電極、３３第２電極、
３３１縦振動用電極部、３３２・３３３屈曲振動用電極部、
３４溝部、３４Ａ長手方向溝部、３４Ｂ幅方向溝部、
４０被駆動部、４１回転体、４２回転軸、
５０付勢部、５２固定部、５２Ａ固定用孔、
５３保持部材、５３Ａ・５３Ｂスライド孔、
５４・５４Ａ・５４Ｂスライドピン、
５５ばね部材、５５１・５５２ばね、５６導電部、５６１・５６２接続導体、
５７固定部、５８偏心ピン、
６０装置本体 1 Piezoelectric motor,
10 Actuator,
20 vibration member, 21 plate-like member, 22 projection, 23 arm, 23A through-hole,
30 piezoelectric element, 31 piezoelectric layer, 32 first electrode, 33 second electrode,
331 Electrode for longitudinal vibration, 332, 333 Electrode for flexural vibration,
34 groove part, 34A longitudinal direction groove part, 34B width direction groove part,
40 driven part, 41 rotating body, 42 rotating shaft,
50 urging portion, 52 fixing portion, 52A fixing hole,
53 holding member, 53A / 53B slide hole,
54 ・ 54A ・ 54B Slide pin,
55 Spring member, 551 and 552 Spring, 56 Conductive part, 561 and 562 Connecting conductor,
57 fixing part, 58 eccentric pin,
60 Device body

Claims

A rotating body that rotates in the forward direction and the reverse direction opposite to the forward direction about the rotation axis;
An actuator that vibrates, wherein an actuator that rotates the rotating body by contacting a part of the actuator with the rotating body;
A piezoelectric motor comprising:
The piezoelectric motor according to claim 1, wherein an attitude of the actuator relative to the rotating body changes depending on whether the actuator rotates the rotating body in the forward rotation direction or the reverse rotation direction.

The piezoelectric motor according to claim 1,
A biasing portion that biases the actuator in the direction of the rotating body;
2. The piezoelectric motor according to claim 1, wherein the amount of biasing of the actuator by the biasing portion differs depending on whether the actuator rotates the rotating body in the forward rotation direction or in the reverse rotation direction.

The piezoelectric motor according to claim 2,
The urging portion has a spring formed of a shape memory alloy,
The piezoelectric motor, wherein the spring is deformed so as to bias the actuator toward the rotating body by heating the spring.

The piezoelectric motor according to claim 3,
The actuator vibrates by being applied with a predetermined voltage signal,
Among the springs provided in the urging unit, the actuator is moved to the actuator via a spring that urges the actuator in a direction opposite to a reaction that the actuator receives from the rotator when rotating the rotator. A piezoelectric motor, wherein a predetermined voltage signal is applied.

The piezoelectric motor according to any one of claims 2 to 4,
The urging unit urges a position higher than the position of the center of gravity of the actuator.

The piezoelectric motor according to claim 1,
The piezoelectric motor according to claim 1, wherein when the actuator comes into contact with the rotating body, a longitudinal direction of the actuator is inclined in a direction in which the rotating body rotates.

When a part of the vibrating actuator comes into contact, the rotating body is rotated in the normal rotation direction and the reverse rotation direction opposite to the normal rotation direction around the rotation axis;
Changing the posture of the actuator relative to the rotating body between when the actuator rotates the rotating body in the forward direction and when rotating the rotating body in the reverse direction;
A method for driving a piezoelectric motor.