JP3113481B2 - Piezo motor - Google Patents

Piezo motor

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JP3113481B2
JP3113481B2 JP05347505A JP34750593A JP3113481B2 JP 3113481 B2 JP3113481 B2 JP 3113481B2 JP 05347505 A JP05347505 A JP 05347505A JP 34750593 A JP34750593 A JP 34750593A JP 3113481 B2 JP3113481 B2 JP 3113481B2
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piezoelectric element
torsional vibration
piezoelectric
vibration
motor
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保良 本多
晶彦 菰田
敬介 本多
年昭 宮本
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Asmo Co Ltd
Honda Electronics Co Ltd
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Asmo Co Ltd
Honda Electronics Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、圧電素子の振動によっ
てロータ部の回転駆動を行なう圧電モータに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a piezoelectric motor for rotating a rotor section by vibrating a piezoelectric element.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、ボルト締めランジュバン型の
圧電モータが周知であり、例えば特開昭61−4967
0号公報に係る片持ち梁状捩り超音波振動子を用いた圧
電モータや、特開昭63−217984号公報に係る超
音波モータ等が知られている。
2. Description of the Related Art A bolted Langevin type piezoelectric motor has been well known.
A piezoelectric motor using a cantilever torsional ultrasonic vibrator according to Japanese Patent Publication No. 0, and an ultrasonic motor according to Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-217984 are known.

【0003】また、これらの圧電モータ(あるいは超音
波モータ)を制御する方法としては、特開平4−210
784号公報に係るボルト締めランジュバン型超音波モ
ータが知られている。この超音波モータは、図12に示
すようにステータ部111と、このステータ部111の
端面に取り付けられた図示しないロータとを有し、この
ステータ部111は、圧電素子118a,118bと、
ブロック体114,116と、図示しないボルト等で構
成されている。また、ブロック体116の側面所定位置
には捩り振動センサ130が取り付け固定されている。
A method for controlling these piezoelectric motors (or ultrasonic motors) is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. Hei 4-210.
There is known a bolted Langevin type ultrasonic motor according to Japanese Patent Publication No. 784. As shown in FIG. 12, the ultrasonic motor includes a stator section 111 and a rotor (not shown) attached to an end face of the stator section 111. The stator section 111 includes piezoelectric elements 118a and 118b,
It is composed of block bodies 114 and 116 and bolts and the like (not shown). A torsional vibration sensor 130 is attached and fixed at a predetermined position on the side surface of the block body 116.

【0004】上述した公報に開示された圧電モータの制
御方法は、最適駆動周波数がどのように変化した場合で
も、モータ駆動電圧の周波数が最適駆動周波数に制御さ
れている限り、モータ駆動電圧とステータ部111に発
生する捩り振動との位相差、すなわち位相角φは常に一
定の値α°になることを利用したものである。このステ
ータ部111に発生する捩り振動の位相を検出するため
に上述した捩り振動センサ130が設けられており、図
13に示すように圧電素子118a,118bに印加さ
れるモータ駆動電圧Vmと捩り振動の状態を表わす捩り
振動センサ130の出力信号Vsとの位相差φが常に一
定の値α°となるようにこのモータ駆動電圧Vmの制御
を行なう。このとき、モータ駆動電圧Vmは最適駆動周
波数に制御され、最も効率のよいモータ駆動を行なうこ
とができる。
[0004] The control method of the piezoelectric motor disclosed in the above-mentioned publication discloses a method of controlling the motor drive voltage and the stator as long as the frequency of the motor drive voltage is controlled to the optimum drive frequency, no matter how the optimum drive frequency changes. The phase difference from the torsional vibration generated in the portion 111, that is, the phase angle φ always uses a constant value α °. The torsional vibration sensor 130 described above is provided to detect the phase of the torsional vibration generated in the stator portion 111. As shown in FIG. 13, the motor drive voltage Vm applied to the piezoelectric elements 118a and 118b and the torsional vibration The motor drive voltage Vm is controlled such that the phase difference φ between the output signal Vs of the torsional vibration sensor 130 and the output signal Vs, which represents the state described above, always becomes a constant value α °. At this time, the motor drive voltage Vm is controlled to the optimum drive frequency, and the most efficient motor drive can be performed.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したよ
うにモータ駆動電圧と捩り振動との位相差φを一定の値
α°に維持するには捩り振動の位相を正確に検出しなけ
ればならず、そのために捩り振動センサ130がブロッ
ク体116の側面所定位置に取り付け固定されている。
このように従来の超音波モータは、ステータ部111の
外側に捩り振動センサ130を取り付けなければなら
ず、ステータ部111への後付けを行なうために組付性
が悪く、しかも捩り振動センサ130の装着部に振動応
力がかかることにより、破損しやすく、耐久性が悪いと
いう問題があった。
As described above, in order to maintain the phase difference φ between the motor drive voltage and the torsional vibration at a constant value α °, the phase of the torsional vibration must be accurately detected. For this purpose, the torsional vibration sensor 130 is mounted and fixed at a predetermined position on the side surface of the block body 116.
As described above, in the conventional ultrasonic motor, the torsional vibration sensor 130 must be attached to the outside of the stator section 111, and the retrofit to the stator section 111 is poor, and thus the assembling property is poor. Due to the vibration stress applied to the portion, there is a problem that the portion is easily broken and the durability is poor.

【0006】そのため、振動センサをステータ部111
の外側に取り付けずにステータ部111の内部に取り込
むことができれば便利であり、このような振動センサと
しては特開平4−210786号公報あるいは特開平3
−289375号公報に開示されたものがある。これら
の公報によれば、振動発生用に用いられる圧電素子と同
じ圧電素子を振動検出用に用いており、この振動検出用
の圧電素子をブロック体で挟んで使用するというもので
あり、外付けしないため耐久性および組付性等が向上す
るというものである。しかし、これらの公報に開示され
た振動検出用の圧電素子は、ロータ部の回転軸方向に分
極されており、縦振動の検出は可能であるが捩り振動の
検出ができないという問題がある。
Therefore, the vibration sensor is connected to the stator 111
It is convenient if the vibration sensor can be taken into the inside of the stator portion 111 without being attached to the outside of the housing.
-289375. According to these publications, the same piezoelectric element as that used for vibration generation is used for vibration detection, and the piezoelectric element for vibration detection is used by sandwiching it between block bodies. In this case, durability and assemblability are improved. However, the piezoelectric elements for vibration detection disclosed in these publications are polarized in the direction of the rotation axis of the rotor portion, and have a problem that longitudinal vibration can be detected but torsional vibration cannot be detected.

【0007】ところで、上述した特開平4−21078
4号公報に開示されている制御方法であるモータ駆動電
圧とステータ部に発生する捩り振動との位相差を一定の
値に制御する代わりに、モータ駆動電圧とステータ部に
発生する縦振動との位相差を一定に制御することにより
最適駆動周波数によるモータ駆動が可能であれば振動セ
ンサの分極方向がロータ部の回転軸方向であっても問題
はなく、上述した特開平4−210786号等に開示さ
れた技術をそのまま用いればよい。しかし、図12に示
された超音波モータにおいては、駆動電圧と縦振動の位
相差は、図14(A)のようになり、最適駆動周波数f
1 での位相差はφb となるが、最適駆動周波数f1 近傍
では、位相差はほとんど変化しないため、縦振動の位相
差をφb一定とする制御では、最適駆動周波数f1 を検
出することは非常に困難である。
Incidentally, the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 4-21078 is disclosed.
Instead of controlling the phase difference between the motor drive voltage and the torsional vibration generated in the stator unit to a constant value according to the control method disclosed in Japanese Patent Application Publication No. 4 (1994), the motor drive voltage and the longitudinal vibration generated in the stator unit are not controlled. If the motor can be driven at the optimum drive frequency by controlling the phase difference to be constant, there is no problem even if the polarization direction of the vibration sensor is in the direction of the rotation axis of the rotor unit. The disclosed technology may be used as it is. However, in the ultrasonic motor shown in FIG. 12, the phase difference between the drive voltage and the longitudinal vibration is as shown in FIG.
Although the phase difference at 1 is φb, the phase difference hardly changes near the optimal driving frequency f1, and therefore, it is very difficult to detect the optimal driving frequency f1 by controlling the phase difference of the longitudinal vibration to be constant φb. Have difficulty.

【0008】また、縦振動の振動強度は、図14(B)
のようになり、最適駆動周波数f1での強度はその近傍
では、ほとんど変化せず、負荷等でも変化するため、縦
振動の強度で最適駆動周波数f1 を検出することは非常
に困難である。
Further, the vibration intensity of the longitudinal vibration is shown in FIG.
The intensity at the optimum driving frequency f1 hardly changes in the vicinity thereof and changes even with a load or the like. Therefore, it is very difficult to detect the optimum driving frequency f1 based on the intensity of the longitudinal vibration.

【0009】以上のように、特開平4−210786号
公報あるいは特開平3−289375号公報に開示され
た技術では、図12分示した超音波モータを最適駆動周
波数f1 で駆動することはできず、最も効率のよいモー
タ駆動を行うことは困難である。
As described above, the technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. Hei 4-210786 and Hei 3-289375 cannot drive the ultrasonic motor shown in FIG. 12 at the optimum driving frequency f1. It is difficult to perform the most efficient motor drive.

【0010】しかしながら、図14(A)に示すよう
に、駆動電圧と捩り振動の位相差を用いた場合には、こ
の位相差をφa 一定となるよう制御すれば、最適駆動周
波数f1を検出することができる。よって、捩り振動の
位相を検出することができれば、最も効率のよいモータ
駆動を行うことができる。
However, as shown in FIG. 14A, when the phase difference between the driving voltage and the torsional vibration is used, the optimum driving frequency f1 is detected by controlling the phase difference to be constant at φa. be able to. Therefore, if the phase of the torsional vibration can be detected, the most efficient motor drive can be performed.

【0011】本発明は、このような点に鑑みて創作され
たものであり、捩り振動の位相検出が可能であり、しか
も組付性および耐久性がよい捩り振動センサを有する圧
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 points, and provides a piezoelectric motor having a torsional vibration sensor capable of detecting the phase of torsional vibration and having good assemblability and durability. The purpose is to:

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、請求項1の発明は、ステータ部およびロータ部
を有し、前記ステータ部に発生した捩り振動を利用して
前記ロータ部の回転を行なう圧電モータにおいて、前記
ステータ部は、直接あるいは間接的に前記捩り振動を発
生させるために用いられる第1の圧電素子と、前記圧電
素子の高周波交流電圧の印加を行なう第1の電極と、前
記ロータ部の円周方向に分極されており、前記捩り振動
の腹以外の位置に設置することにより前記捩り振動の検
出を行なう第2の圧電素子と、前記第2の圧電素子の端
面に発生する電圧を検出する第2の電極と、前記第1お
よび第2の圧電素子と前記第1および第2の電極とを挟
持するようにそれらの両側に取り付け固定された少なく
とも2つのブロック体と、を備え、前記第1の圧電素子
の振動により発生した捩り振動を前記第2の圧電素子に
よって検出したことを特徴とする圧電モータ。
In order to solve the above-mentioned problems, a first aspect of the present invention has a stator section and a rotor section, and utilizes the torsional vibration generated in the stator section to rotate the rotor section. In a piezoelectric motor that performs rotation, the stator section includes a first piezoelectric element used to directly or indirectly generate the torsional vibration, and a first electrode that applies a high-frequency AC voltage to the piezoelectric element. A second piezoelectric element that is polarized in the circumferential direction of the rotor portion and detects the torsional vibration by being installed at a position other than the antinode of the torsional vibration; and an end face of the second piezoelectric element that detects the torsional vibration. A second electrode for detecting a generated voltage; and at least two blocks attached and fixed to both sides of the first and second piezoelectric elements so as to sandwich the first and second piezoelectric elements and the first and second electrodes. The piezoelectric motor comprises a body, a, characterized in that the torsional vibration generated by the vibration of the first piezoelectric element detected by said second piezoelectric element.

【0013】請求項2の発明は、請求項1の発明におい
て、前記第2の圧電素子を前記捩り振動の節の位置近傍
に装着することを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the second piezoelectric element is mounted near a position of the node of the torsional vibration.

【0014】請求項3の発明は、請求項1または2の発
明において、前記第1の電極に印加する高周波交流電圧
と前記第2の電極からの検出電圧との位相差が所定の値
となるように制御することを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect, a phase difference between a high-frequency AC voltage applied to the first electrode and a detection voltage from the second electrode becomes a predetermined value. Control as described above.

【0015】[0015]

【作用】請求項1の圧電モータでは、第2の圧電素子を
ロータ部の円周方向に分極しておいて、この圧電素子が
捩り振動の腹以外の位置になるようにブロック体により
挟持している。また、この第2の圧電素子には第2の電
極が設けられており、捩り振動によって第2の圧電素子
の端面に発生した電圧が外部に取り出せるようになって
いる。
In the piezoelectric motor according to the first aspect, the second piezoelectric element is polarized in the circumferential direction of the rotor portion, and is sandwiched by the block so that the piezoelectric element is located at a position other than the antinode of the torsional vibration. ing. The second piezoelectric element is provided with a second electrode, so that a voltage generated on the end face of the second piezoelectric element due to torsional vibration can be taken out.

【0016】請求項1の発明によれば、第2の圧電素子
を円周方向に分極し、これを捩り振動の腹以外の位置に
装着することにより、捩り振動の位相を効率よく検出す
ることができる。しかも、この第2の圧電素子は振動を
発生させるために用いられる第1の圧電素子と同様に少
なくとも2つのブロック体により挟持されており、ステ
ータ部に外付けしないため、組付性および耐久性を向上
させることができる。
According to the first aspect of the present invention, the phase of the torsional vibration is efficiently detected by polarizing the second piezoelectric element in the circumferential direction and mounting it at a position other than the antinode of the torsional vibration. Can be. Moreover, the second piezoelectric element is sandwiched by at least two blocks like the first piezoelectric element used for generating vibration, and is not externally attached to the stator, so that the assembly and durability are improved. Can be improved.

【0017】また、請求項2の圧電モータでは、上述し
た第2の圧電素子を捩り振動の節の位置近傍に装着して
おり、第2の圧電素子の2つの端面間における捩り振動
の振幅の差が最大となる。このため、第2の電極から出
力される電圧の強度も最大となり、SN比が良好な最も
効率よい捩り振動の検出を行なうことができる。
In the piezoelectric motor according to the present invention, the second piezoelectric element is mounted near the position of the node of the torsional vibration, and the amplitude of the torsional vibration between the two end faces of the second piezoelectric element is reduced. The difference is the largest. For this reason, the intensity of the voltage output from the second electrode also becomes maximum, and the most efficient torsional vibration detection with a favorable SN ratio can be performed.

【0018】また、請求項3の圧電モータでは、第2の
圧電素子によって検出される捩り振動の位相を利用して
第1の圧電素子に印加する高周波交流電圧とステータ部
に現れる捩り振動との位相差が所定の値となるように制
御してモータ駆動を行なっており、常に最適駆動周波数
の高周波交流電圧を第1の圧電素子に印加することが可
能であり、圧電モータの駆動効率を最大とすることがで
きる。
Further, in the piezoelectric motor according to the present invention, the high-frequency AC voltage applied to the first piezoelectric element and the torsional vibration appearing in the stator portion are utilized by utilizing the phase of the torsional vibration detected by the second piezoelectric element. The motor drive is performed by controlling the phase difference to be a predetermined value, and it is possible to always apply a high-frequency AC voltage having an optimum drive frequency to the first piezoelectric element, thereby maximizing the drive efficiency of the piezoelectric motor. It can be.

【0019】[0019]

【実施例】次に、図面に基づいて本発明の一実施例につ
いて詳細に説明する。
Next, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

【0020】図1は、本発明の圧電モータを適用した一
実施例の全体構成を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing the entire configuration of an embodiment to which the piezoelectric motor of the present invention is applied.

【0021】同図に示す本実施例の圧電モータは、一定
方向に回転駆動されるロータ部10とこのロータ部10
を一方の端面であるロータ接触面12に発生する楕円振
動によって回転駆動するステータ部20とを含んで構成
される。このロータ部10は、ロータ接触面に一定の圧
力で接触する円板14と、この円板14の回転中心に取
り付けられた回転出力軸16とを含んでいる。したがっ
て、ステータ部20のロータ接触面12に楕円振動が発
生すると、ロータ部10の円板14は回転出力軸16の
回りに一方向に回転駆動される。
The piezoelectric motor according to the present embodiment shown in FIG.
And a stator portion 20 that is driven to rotate by elliptical vibration generated on the rotor contact surface 12 which is one end surface. The rotor unit 10 includes a disk 14 that comes into contact with the rotor contact surface with a constant pressure, and a rotation output shaft 16 attached to the center of rotation of the disk 14. Therefore, when the elliptical vibration occurs on the rotor contact surface 12 of the stator section 20, the disk 14 of the rotor section 10 is driven to rotate around the rotation output shaft 16 in one direction.

【0022】また、ステータ部20は、縦振動を発生さ
せるために用いられる圧電素子22,24および電極板
26,28と、捩り振動を検出するために用いられる圧
電素子30および電極板32,34,絶縁板36と、こ
れらを両側から挟持するように配置された第1の金属ブ
ロック体38,第2の金属ブロック体40,第3の金属
ブロック体42と、両端に位置する第1の金属ブロック
体38と第3の金属ブロック体42とを締め付け固定す
るための結合ボルト44とを含んでいる。
The stator section 20 includes piezoelectric elements 22 and 24 and electrode plates 26 and 28 used for generating longitudinal vibration, and a piezoelectric element 30 and electrode plates 32 and 34 used for detecting torsional vibration. , An insulating plate 36, a first metal block body 38, a second metal block body 40, and a third metal block body 42 arranged so as to sandwich them from both sides, and a first metal block positioned at both ends. It includes a connecting bolt 44 for tightening and fixing the block body 38 and the third metal block body 42.

【0023】縦振動発生のために用いられる圧電素子2
2,24は、例えばセラミックス等の圧電体を用いてリ
ング状に形成されており、ロータ部10の回転軸方向に
分極されている。また、2つの電極板26,28は、一
方の圧電素子24の両側に全面で接触するように配置さ
れており、一方の圧電素子24に対する駆動電圧の印加
が行われる。しかも、一方の電極板26は圧電素子22
の一方の端面にも全面で接触するように配置されている
とともに、他方の電極板28は第1の金属ブロック体3
8,結合ボルト44,第2の金属ブロック体40を介し
て圧電素子22の他方の端面にも間接的に接触してお
り、これら2つの電極板26,28によって他方の圧電
素子22に対するモータ駆動電圧の印加も行なえるよう
になっている。
Piezoelectric element 2 used for generating longitudinal vibration
Each of the members 2 and 24 is formed in a ring shape by using a piezoelectric material such as ceramics, and is polarized in the rotation axis direction of the rotor unit 10. The two electrode plates 26 and 28 are arranged so as to be in contact with both sides of one piezoelectric element 24 over the entire surface, and drive voltage is applied to one piezoelectric element 24. In addition, one of the electrode plates 26 is
And the other electrode plate 28 is arranged so as to contact the entire surface with one end face of the first metal block body 3.
8, the other end face of the piezoelectric element 22 is also indirectly contacted via the coupling bolt 44 and the second metal block body 40, and the two electrode plates 26 and 28 drive the motor for the other piezoelectric element 22. A voltage can be applied.

【0024】また、捩り振動検出を行う振動センサとし
て機能する圧電素子30は、円周方向に分極されてお
り、その両側に全面で接触する電極板32,34が配置
されている。さらに、一方の電極板32の外側には絶縁
板36が配置されており、2つの電極板32,34が第
2の金属ブロック体40,結合ボルト44,第3の金属
ブロック体42を通して同電位となることを防いでお
り、これにより2つの電極板32,34からは捩り振動
発生時に圧電素子30の端面に発生した電圧を取り出せ
るようになっている。
The piezoelectric element 30 functioning as a vibration sensor for detecting torsional vibration is polarized in the circumferential direction, and electrode plates 32 and 34 that are in contact with the entire surface on both sides are arranged. Further, an insulating plate 36 is disposed outside one of the electrode plates 32, and the two electrode plates 32 and 34 are connected to the same potential through the second metal block body 40, the connecting bolt 44, and the third metal block body 42. The voltage generated at the end face of the piezoelectric element 30 when torsional vibration occurs can be taken out from the two electrode plates 32 and 34.

【0025】なお、上述した圧電素子22,24は、分
極の際に電極として使用した、例えば銀,ニッケル面を
分極終了後に研磨して除去したものを用いるものとし、
圧電素子30の分極の詳細方法等については後述する。
The above-mentioned piezoelectric elements 22 and 24 are used as electrodes during polarization, for example, those obtained by polishing and removing the silver and nickel surfaces after the completion of polarization.
A detailed method of polarization of the piezoelectric element 30 will be described later.

【0026】図2は、ステータ部20を組み立てた状態
を示す斜視図である。同図に示すように、組み付けられ
たステータ部20は、第3の金属ブロック体42,絶縁
板36,電極板32,圧電素子30,電極板34,第2
の金属ブロック体40,圧電素子22,電極板26,圧
電素子24,電極板28,第1の金属ブロック体38が
連結されて一体化した構造を有している。そして、圧電
素子24の両側に配置された一方の電極板26からは外
部接続端子46が、他方の電極板28からは外部接続端
子48がそれぞれ突出した形となっている。また、圧電
素子30の両側に配置された一方の電極板32からは外
部接続端子50が、他方の電極板34からは外部接続端
子52がそれぞれ突出した形となっている。
FIG. 2 is a perspective view showing a state where the stator unit 20 is assembled. As shown in the figure, the assembled stator unit 20 includes a third metal block body 42, an insulating plate 36, an electrode plate 32, a piezoelectric element 30, an electrode plate 34,
The metal block body 40, the piezoelectric element 22, the electrode plate 26, the piezoelectric element 24, the electrode plate 28, and the first metal block body 38 are connected and integrated. An external connection terminal 46 protrudes from one of the electrode plates 26 disposed on both sides of the piezoelectric element 24, and an external connection terminal 48 protrudes from the other electrode plate 28. Further, external connection terminals 50 protrude from one electrode plate 32 disposed on both sides of the piezoelectric element 30, and external connection terminals 52 protrude from the other electrode plate 34.

【0027】2つの外部接続端子46,48は、圧電素
子24に対して一定周波数の高周波交流電圧を印加する
ためのものである。また、上述したように、他方の圧電
素子22に対しては外部接続端子48に図1に示す結合
ボルト44を介して電気的に接続された第2の金属ブロ
ック体40の端面が電極板として作用するため、この第
2の金属ブロック体40と外部接続端子46とによって
一定周波数の高周波交流電圧が印加される。
The two external connection terminals 46 and 48 are for applying a high frequency AC voltage having a constant frequency to the piezoelectric element 24. Further, as described above, the end face of the second metal block 40 electrically connected to the external connection terminal 48 via the coupling bolt 44 shown in FIG. In order to operate, a high frequency AC voltage having a constant frequency is applied by the second metal block body 40 and the external connection terminal 46.

【0028】また、2つの外部接続端子50,52は、
圧電素子30の2つの端面(平面部)間に発生した電圧
を検出するためのものであり、これらの外部接続端子5
0,52によって外部に検出電圧が取り出せるようにな
っている。
The two external connection terminals 50 and 52 are
This is for detecting a voltage generated between two end faces (flat portions) of the piezoelectric element 30.
The detection voltage can be taken out to the outside by 0 and 52.

【0029】図3は、ステータ部20の詳細構造および
組み付け状態を示す分解斜視図である。
FIG. 3 is an exploded perspective view showing the detailed structure and the assembled state of the stator section 20.

【0030】上述した第1の金属ブロック体38および
第3の金属ブロック体42のそれぞれの中心にはねじ孔
が形成されており、結合ボルト44に形成された雄ねじ
溝が螺合するようになっている。第2の金属ブロック体
40の中心には、結合ボルト44の外径にほぼ等しい内
径を有するボルト挿通孔40aが形成されている。
A screw hole is formed at the center of each of the first metal block body 38 and the third metal block body 42 so that a male screw groove formed in the coupling bolt 44 is screwed. ing. At the center of the second metal block body 40, a bolt insertion hole 40a having an inner diameter substantially equal to the outer diameter of the coupling bolt 44 is formed.

【0031】また、圧電素子22,電極板26,圧電素
子24,電極板28のそれぞれには、結合ボルト44の
外径よりも大きな内径を有するボルト挿通孔22a,2
6a,24a,28aが形成されている。これらのボル
ト挿通孔22a,26a,24a,28aの内径は、圧
電素子22,電極板26,圧電素子24,電極板28を
組み立てる際に結合ボルト44の外側に挿通される絶縁
性のカラー54の外径とほぼ一致するように形成されて
いる。
Further, each of the piezoelectric element 22, the electrode plate 26, the piezoelectric element 24, and the electrode plate 28 has a bolt insertion hole 22a, 2 having an inner diameter larger than the outer diameter of the coupling bolt 44.
6a, 24a and 28a are formed. The inner diameter of these bolt insertion holes 22a, 26a, 24a, 28a is determined by the size of the insulating collar 54 inserted outside the coupling bolt 44 when the piezoelectric element 22, the electrode plate 26, the piezoelectric element 24, and the electrode plate 28 are assembled. It is formed so as to substantially match the outer diameter.

【0032】同様に、絶縁板36,電極板32,圧電素
子30,電極板34のそれぞれには、結合ボルト44の
外径よりも大きな内径を有するボルト挿通孔36a,3
2a,30a,34aが形成されており、これらのボル
ト挿通孔の内径は圧電素子30等を組み立てる際に結合
ボルト44の外側に挿通される絶縁性のカラー56の外
径とほぼ一致するように形成されている。
Similarly, each of the insulating plate 36, the electrode plate 32, the piezoelectric element 30, and the electrode plate 34 has a bolt insertion hole 36a, 3 having an inner diameter larger than the outer diameter of the coupling bolt 44.
2a, 30a, and 34a are formed, and the inner diameters of these bolt insertion holes substantially match the outer diameters of the insulating collars 56 that are inserted outside the coupling bolts 44 when assembling the piezoelectric element 30 and the like. Is formed.

【0033】ステータ部20の組み立ては、まず第1の
金属ブロック体38に結合ボルト44の一方端を螺合し
て取り付け固定した後、カラー54を挿通し、その後こ
のカラー54の外周側に電極板28,圧電素子24,電
極板26,圧電素子22のそれぞれを順に挿通する。次
に、第2の金属ブロック体40とカラー56を順に挿通
し、その後このカラー56の外周側に電極板34,圧電
素子30,電極板32,絶縁板36のそれぞれを挿通す
る。そして、最後に第3の金属ブロック体42を結合ボ
ルト44の他方端に螺合させることにより、第1および
第3の金属ブロック体38,42によってそれ以外の部
材を締め付け固定する。
To assemble the stator portion 20, first, one end of a coupling bolt 44 is screwed and fixed to the first metal block body 38, and then a collar 54 is inserted. Each of the plate 28, the piezoelectric element 24, the electrode plate 26, and the piezoelectric element 22 is inserted sequentially. Next, the second metal block body 40 and the collar 56 are sequentially inserted, and then the electrode plate 34, the piezoelectric element 30, the electrode plate 32, and the insulating plate 36 are inserted through the outer periphery of the collar 56. Finally, the third metal block body 42 is screwed into the other end of the coupling bolt 44, so that the other members are fastened and fixed by the first and third metal block bodies 38 and 42.

【0034】なお、圧電素子22,24は、図3に示す
ように分極方向が異なるように配置されており、同一極
性の高周波交流電圧を印加した場合には一方が伸びる時
は他方が縮むことになる。ところが、電極板26を共通
にして逆極性の高周波交流電圧を印加しているため、一
方の圧電素子22が伸びる場合には他方の圧電素子24
も伸び、一方の圧電素子22が縮む場合には他方の圧電
素子24も縮むことになる。これによりステータ部20
全体としての結合ボルト44の長手方向の縦振動の振幅
値を大きくすることができる。
The piezoelectric elements 22 and 24 are arranged so as to have different polarization directions as shown in FIG. 3. When high-frequency AC voltages of the same polarity are applied, when one expands, the other contracts. become. However, since the high frequency AC voltage of the opposite polarity is applied by using the electrode plate 26 in common, when one piezoelectric element 22 is extended, the other piezoelectric element 24
When one of the piezoelectric elements 22 contracts, the other piezoelectric element 24 also contracts. Thereby, the stator section 20
The amplitude value of the longitudinal vibration in the longitudinal direction of the coupling bolt 44 as a whole can be increased.

【0035】このように、本実施例の圧電モータは、圧
電素子22,24に高周波交流電圧を印加することによ
りこの圧電素子22,24の厚み方向への縦振動が生じ
ると同時に、結合ボルト44のねじ溝に起因する捩り振
動が生じ、第3の金属ブロック体42の端面(第1の金
属ブロック体38の端面も同様)には縦振動と捩り振動
とを合成した楕円振動が発生することになり、この楕円
振動により図1に示したロータ部10が一方向に回転駆
動される。
As described above, in the piezoelectric motor of this embodiment, when a high-frequency AC voltage is applied to the piezoelectric elements 22 and 24, longitudinal vibrations in the thickness direction of the piezoelectric elements 22 and 24 occur, and the coupling bolt 44 Torsion vibration caused by the thread groove of the first metal block body 42 and the elliptical vibration which combines the longitudinal vibration and the torsional vibration on the end face of the third metal block body 42 (the same applies to the end face of the first metal block body 38). The rotor section 10 shown in FIG. 1 is driven to rotate in one direction by the elliptical vibration.

【0036】次に、捩り振動を検出するために用いられ
る圧電素子30の作用について説明する。図4は、円周
方向に分極された圧電素子によって捩り振動検出を行う
際の原理を示す図である。
Next, the operation of the piezoelectric element 30 used for detecting torsional vibration will be described. FIG. 4 is a diagram showing the principle of detecting torsional vibration using a piezoelectric element polarized in the circumferential direction.

【0037】同図(A)に示すように、円周方向に分極
された圧電素子30の一部分Δtに着目する。この一部
分Δtは、同図(B)に示すように長方形形状と考える
ことができ、その分極方向はこの長方形形状の一辺にほ
ぼ平行であると近似することができる。このような長方
形形状を有する圧電素子の2つの端面に高周波交流電圧
を印加すると、同図(C)に示すように2つの端面が互
いに逆方向に移動するように動作する。したがって、円
形形状を有する圧電素子30の2つの端面に高周波交流
電圧を印加した場合には、円周方向に向かって2つの端
面が互いに逆方向に移動するように動作する。
As shown in FIG. 3A, attention is paid to a part Δt of the piezoelectric element 30 polarized in the circumferential direction. This part Δt can be considered as a rectangular shape as shown in FIG. 3B, and its polarization direction can be approximated as being substantially parallel to one side of the rectangular shape. When a high-frequency AC voltage is applied to the two end faces of the piezoelectric element having such a rectangular shape, the two end faces operate to move in opposite directions as shown in FIG. Therefore, when a high-frequency AC voltage is applied to the two end faces of the piezoelectric element 30 having a circular shape, the piezoelectric element 30 operates so that the two end faces move in opposite directions toward the circumferential direction.

【0038】圧電素子30の捩り振動検出は、このよう
な原理の逆効果を使用することによって、行えるのでは
ないかという考えに基づいてなされたものである。
The detection of the torsional vibration of the piezoelectric element 30 is based on the idea that it can be performed by using the opposite effect of such a principle.

【0039】図5は、捩り振動を検出するために装着す
る圧電素子の最適位置を説明するための図である。同図
(A)はステータ部20に現れる縦振動の状態を示して
おり、同図(B)はステータ部20に現れる捩り振動の
状態を示している。
FIG. 5 is a diagram for explaining the optimal position of the piezoelectric element mounted for detecting torsional vibration. FIG. 2A shows a state of longitudinal vibration appearing on the stator section 20, and FIG. 2B shows a state of torsional vibration appearing on the stator section 20.

【0040】このような振動状態を有する本実施例の圧
電モータでは、同図(C)に示すように捩り振動の節の
位置に圧電素子30を配置することにより、その検出効
率が最大となると考えられる。すなわち、この位置に圧
電素子30を配置することにより、図4(C)に示すよ
うに圧電素子30の2つの端面が互いに逆方向に移動す
る現象が生じ、2つの端面間に生じる電圧振幅が最大と
なる。ただし、圧電素子30の2つの端面が反対方向に
移動する場合のみならず、移動方向は同一であるがその
量が異なる場合であっても2つの端面間には電圧が発生
するため、図5(B)に示す腹1および腹2以外の位置
であれば捩り振動の検出は可能である。
In the piezoelectric motor of this embodiment having such a vibration state, by arranging the piezoelectric element 30 at the position of the node of the torsional vibration as shown in FIG. Conceivable. That is, by disposing the piezoelectric element 30 at this position, a phenomenon occurs in which the two end faces of the piezoelectric element 30 move in opposite directions as shown in FIG. 4C, and the voltage amplitude generated between the two end faces is reduced. Will be the largest. However, not only when the two end faces of the piezoelectric element 30 move in opposite directions but also when the moving directions are the same but the amounts are different, a voltage is generated between the two end faces. At positions other than antinode 1 and antinode 2 shown in (B), torsional vibration can be detected.

【0041】図6は、圧電素子30を円周方向に分極す
る場合の分極方法の一例を示す図である。同図に示すよ
うに、本実施例の圧電素子30は、平面部が円周方向に
沿って複数の領域(例えば8分割)に分割されており、
それぞれの分割領域に銀蒸着が施されている。同図「分
極1」〜「分極8」に示すように、隣接する2つの分割
領域を抽出し、これら2つの分割領域間に直流電圧を印
加することにより、円周方向の一部の分極を実施する。
この一部の分極を全ての分割領域について終了するまで
一巡して行い、最後に銀蒸着面を研磨することにより、
銀蒸着を除去して圧電素子30が完成する。
FIG. 6 is a diagram showing an example of a polarization method when the piezoelectric element 30 is polarized in the circumferential direction. As shown in the figure, in the piezoelectric element 30 of the present embodiment, the plane portion is divided into a plurality of regions (for example, 8 divisions) along the circumferential direction.
Silver deposition is applied to each of the divided regions. As shown in “Polarization 1” to “Polarization 8” in the same drawing, two adjacent divided regions are extracted, and a DC voltage is applied between these two divided regions, whereby a part of the polarization in the circumferential direction is changed. carry out.
By performing this part of the polarization in a loop until it is completed for all the divided regions, and finally polishing the silver deposition surface,
The piezoelectric element 30 is completed by removing the silver deposition.

【0042】なお、図6に示した分極方法では、一例と
して圧電素子30の平面部を8分割した場合を例にとり
説明したが、それ以外の分割であってもよい。また、隣
接する2つの分割領域毎に分極を行うようにしたが、隣
接する2つの分割領域毎に組を構成し、複数組同時に分
極を行うようにしてもよい。
In the polarization method shown in FIG. 6, a case where the plane portion of the piezoelectric element 30 is divided into eight parts has been described as an example, but other divisions may be used. Although the polarization is performed for each of two adjacent divided regions, a pair may be formed for each of two adjacent divided regions, and a plurality of sets may be simultaneously polarized.

【0043】次に、実際に圧電素子30を用いて捩り振
動の検出を行った結果について説明する。
Next, the results of actually detecting the torsional vibration using the piezoelectric element 30 will be described.

【0044】図7は、圧電素子30の装着位置を変えて
検出信号の強度を測定した結果を示す図であり、電極板
26,28間に印加するモータ駆動電圧の周波数と電極
板32,34間に現れる検出信号の強度(出力振幅)と
の関係が示されている。同図のa〜cのそれぞれは、図
5(B)のa〜cのそれぞれに対応している。すなわ
ち、aは圧電素子30を図5(B)に示す捩り振動の節
2の位置に配置した場合の検出結果であり、bは捩り振
動の節1から僅かにずれた位置に圧電素子30を配置し
た場合の検出結果である。また、cは捩り振動の腹1の
位置に圧電素子30を配置した検出結果である。
FIG. 7 is a diagram showing the result of measuring the strength of the detection signal while changing the mounting position of the piezoelectric element 30. The frequency of the motor drive voltage applied between the electrode plates 26 and 28 and the electrode plates 32 and 34 are shown. The relation with the strength (output amplitude) of the detection signal appearing in between is shown. Each of a to c in FIG. 5 corresponds to each of a to c in FIG. That is, a is a detection result when the piezoelectric element 30 is arranged at the position of the node 2 of the torsional vibration shown in FIG. 5B, and b is a position where the piezoelectric element 30 is slightly shifted from the node 1 of the torsional vibration. This is a detection result in the case of arrangement. C is a detection result in which the piezoelectric element 30 is arranged at the position of the antinode 1 of the torsional vibration.

【0045】図7に示すように、捩り振動の節の位置に
圧電素子30を配置した場合に最もその検出強度が大き
くなり、節の位置からずれるにしたがって小さくなるこ
とがわかる。したがって、節の位置に圧電素子30を配
置した場合には、SN比が最も良好な効率よい検出動作
が行われることになる。
As shown in FIG. 7, when the piezoelectric element 30 is arranged at the position of the node of the torsional vibration, the detected intensity is the largest, and it becomes smaller as the position is shifted from the position of the node. Therefore, when the piezoelectric element 30 is arranged at the position of the node, an efficient detection operation with the best SN ratio is performed.

【0046】図8は、圧電素子30の位置を変えて捩り
振動の位相を測定した結果を示す図であり、モータ駆動
電圧と捩り振動との位相差が駆動周波数を変えた場合に
どの様に変化するかが示されている。同図のa〜cのそ
れぞれは、図7および図5(B)のa〜cのそれぞれに
対応している。
FIG. 8 is a diagram showing the result of measuring the phase of the torsional vibration by changing the position of the piezoelectric element 30. FIG. 8 shows how the phase difference between the motor drive voltage and the torsional vibration changes the drive frequency. Is shown. Each of a to c in FIG. 14 corresponds to each of a to c in FIG. 7 and FIG.

【0047】図8に示すように、捩り振動の腹以外の位
置に圧電素子30を配置したaおよびbでは、ほぼ同一
傾向の位相差曲線が得られる。ただし、図5(B)の節
2と節1の近傍では捩り振動の方向が反対となるため、
図8のaに示す位相差曲線とbに示す位相差曲線とでは
位相が180度ずれて現れる。
As shown in FIG. 8, in a and b in which the piezoelectric elements 30 are arranged at positions other than the antinode of the torsional vibration, phase difference curves having almost the same tendency are obtained. However, since the directions of the torsional vibration are opposite in the vicinity of the nodes 2 and 1 in FIG.
The phase difference curve shown in FIG. 8A and the phase difference curve shown in FIG. 8B appear 180 degrees out of phase.

【0048】これに対し、振動の腹に圧電素子30を設
置したcの位相差曲線は、一定の傾向を示さずに不安定
となる。
On the other hand, the phase difference curve of c in which the piezoelectric element 30 is placed at the antinode of vibration does not show a certain tendency and becomes unstable.

【0049】このような位相差特性を有する圧電モータ
の最適駆動周波数をf1 とすると、図5(B)の節に圧
電素子30を装着した場合(aの場合)には、モータ駆
動電圧と捩り振動との位相差が約−70度となるように
駆動電圧の周波数制御を行うことにより、常にモータ駆
動を最大効率で行うことができる。同様に図5(B)の
節1の近傍に圧電素子30を装着した場合(bの場合)
には、モ−タ駆動電圧と捩り振動との位相差が約110
度となるようにモータ駆動電圧の制御を行うことによ
り、最大効率でのモータ駆動が可能となる。
Assuming that the optimum driving frequency of the piezoelectric motor having such a phase difference characteristic is f 1, when the piezoelectric element 30 is mounted on the node of FIG. By controlling the frequency of the drive voltage so that the phase difference with the vibration is about -70 degrees, the motor can always be driven with the maximum efficiency. Similarly, when the piezoelectric element 30 is mounted near the node 1 in FIG. 5B (case b)
Has a phase difference between the motor drive voltage and the torsional vibration of about 110.
By controlling the motor drive voltage so that the motor drive voltage is high, the motor can be driven with maximum efficiency.

【0050】ところが、図5(B)の腹1の位置に圧電
素子30を装着した場合(cの場合)には、モータ駆動
電圧と捩り振動との位相差を約−80度に設定しても、
対応する駆動周波数が定まらないため、この検出信号に
基づいてモータ駆動を行うことはできない。
However, when the piezoelectric element 30 is mounted at the position of the antinode 1 in FIG. 5B (case (c)), the phase difference between the motor drive voltage and the torsional vibration is set to about -80 degrees. Also,
Since the corresponding drive frequency is not determined, the motor cannot be driven based on this detection signal.

【0051】図9は、捩り振動の腹以外の位置に圧電素
子を装着した場合の位相差曲線を詳細に示す図であり、
一例としてモータ駆動電圧と捩り振動との位相差が約9
0°のときに最適駆動周波数f1 となる圧電モータの場
合が示されている。最適駆動周波数f1 近傍では位相差
が急激に変化するため、反対に位相差が一定となるよう
に制御した場合には駆動周波数の変化が少なく、安定し
た制御を行うことができる。
FIG. 9 is a diagram showing in detail a phase difference curve when a piezoelectric element is mounted at a position other than the antinode of torsional vibration.
As an example, the phase difference between the motor drive voltage and the torsional vibration is about 9
A case of a piezoelectric motor having an optimum driving frequency f1 at 0 ° is shown. Since the phase difference changes abruptly near the optimum drive frequency f1, when the control is performed so that the phase difference is constant, the change in the drive frequency is small and stable control can be performed.

【0052】このように、本実施例の圧電モータは、捩
り振動を利用してロータ接触面12に楕円振動を発生さ
せており、この捩り振動の位相を捩り振動の腹以外の位
置(好ましくは節の近傍の位置)に装着した圧電素子3
0によって検出している。特に、この圧電素子30は、
円周方向に分極されているため、捩り方向の振動状態を
効率良く検出することができ、しかも第2および第3の
金属ブロック体40,42で挟持することにより装着が
可能であるため、振動によって部分的に応力が作用して
破損したり、はずれてしまうということがなく、組付性
および耐久性を向上させることができる。
As described above, the piezoelectric motor of this embodiment generates the elliptical vibration on the rotor contact surface 12 using the torsional vibration, and changes the phase of the torsional vibration to a position other than the antinode of the torsional vibration (preferably, Piezoelectric element 3 attached to the position near the node)
0 is detected. In particular, this piezoelectric element 30
Since it is polarized in the circumferential direction, it is possible to efficiently detect the vibration state in the torsional direction, and since it can be mounted by being sandwiched between the second and third metal block bodies 40 and 42, Thereby, the parts are not broken or detached due to partial stress, and the assembling property and the durability can be improved.

【0053】なお、本発明は上述した実施例に限定され
るものではなく、要旨の範囲内で種々の変形実施が可能
である。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made within the scope of the invention.

【0054】例えば、上述した実施例においては、第2
の金属ブロック体40と第3の金属ブロック体42との
間に円周方向に分極された圧電素子30を配置したため
に少なくとも3つの金属ブロック体38,40,42が
必要となったが、第1の金属ブロック体38と振動発生
用に用いられる圧電素子22等との間に捩り振動検出用
の圧電素子等を配置してもよい。すなわち、図5(C)
に示すように縦振動を発生させるために用いられる圧電
素子22,24はほぼ縦振動および捩り振動の節の位置
となるように配置されているため、これらの圧電素子2
2,24等に隣接して捩り振動検出用の圧電素子30等
を配置した場合であっても、必ず捩り振動の節の位置近
傍になる。したがって、捩り振動の節の位置に完全に対
応させて圧電素子30を配置した場合に比べると若干そ
の検出信号の強度が低下するものの、図8のbに示した
ような良好な位相差曲線が得られ、最適駆動周波数によ
るモータ駆動が可能となる。しかも、このように圧電素
子30を配置した場合には、第2の金属ブロック体40
と第3の金属ブロック体42とを分割する必要はないた
め、これらの両方を一体化して形成することができ、組
付性をさらに向上させることができる。
For example, in the above-described embodiment, the second
Since the circumferentially polarized piezoelectric element 30 is arranged between the metal block body 40 and the third metal block body 42, at least three metal block bodies 38, 40, and 42 are required. A piezoelectric element or the like for detecting torsional vibration may be arranged between the first metal block body 38 and the piezoelectric element 22 or the like used for generating vibration. That is, FIG.
Since the piezoelectric elements 22 and 24 used to generate longitudinal vibration are arranged so as to be substantially at the nodes of longitudinal vibration and torsional vibration as shown in FIG.
Even when the torsional vibration detecting piezoelectric element 30 or the like is arranged adjacent to the torsional vibrations 2, 24, etc., it is always near the position of the node of the torsional vibration. Therefore, although the strength of the detection signal is slightly reduced as compared with the case where the piezoelectric element 30 is arranged completely corresponding to the position of the node of the torsional vibration, a good phase difference curve as shown in FIG. As a result, the motor can be driven at the optimum drive frequency. In addition, when the piezoelectric element 30 is arranged as described above, the second metal block 40
Since it is not necessary to divide the third metal block body 42 and the third metal block body 42, both of them can be formed integrally, and the assemblability can be further improved.

【0055】また、上述した実施例においては、圧電素
子によって発生した縦振動とボルトのねじ溝に起因する
捩り振動を利用してロータ接触面12に楕円振動を発生
させるようにしたが、捩り振動の発生原理はこれに限定
されるものではない。
In the above-described embodiment, the elliptical vibration is generated on the rotor contact surface 12 by using the longitudinal vibration generated by the piezoelectric element and the torsional vibration caused by the screw groove of the bolt. Is not limited to this.

【0056】図10は第3の金属ブロック体42の一方
の端面(ロータ接触面12と反対側)に端部が一致する
ように複数の斜めスリット溝58が形成されている。し
たがって、ステータ部20を組み立てた後は、第2の金
属ブロック体40と第3の金属ブロック体42とが圧電
素子30等を挟んで一体となり、そのほぼ中央部近傍に
複数の斜めスリット溝58が形成されることになる。
In FIG. 10, a plurality of oblique slit grooves 58 are formed on one end surface (the side opposite to the rotor contact surface 12) of the third metal block 42 so that the ends thereof coincide with each other. Therefore, after assembling the stator section 20, the second metal block body 40 and the third metal block body 42 are integrated with the piezoelectric element 30 or the like interposed therebetween, and a plurality of oblique slit grooves 58 are provided near the center thereof. Is formed.

【0057】図11は、第3の金属ブロック体40に形
成された斜めスリット溝58の詳細を示す図である。同
図(A)は、第3の金属ブロック体42を側面から見た
図を示しており、複数の斜めスリット溝58が、第3の
金属ブロック体42の下側端面に部分的に接するように
配置される状態が示されている。これらの斜めスリット
溝58は、第3の金属ブロック体42の下側あるいは横
方向から切削することにより形成することができるた
め、その形成は比較的容易に行うことができる。
FIG. 11 is a diagram showing details of the oblique slit groove 58 formed in the third metal block body 40. FIG. 5A is a view of the third metal block body 42 as viewed from the side, in which a plurality of oblique slit grooves 58 are partially in contact with the lower end face of the third metal block body 42. Is shown. These oblique slit grooves 58 can be formed by cutting from the lower side or the lateral direction of the third metal block body 42, so that the formation can be performed relatively easily.

【0058】また、同図(B)は第3の金属ブロック体
42を下側から見た図を示しており、一例として12個
の斜めスリット溝58が形成された状態が示されてい
る。
FIG. 7B is a view of the third metal block 42 as viewed from below, and shows a state in which twelve oblique slit grooves 58 are formed as an example.

【0059】このような複数の斜めスリット溝58の中
心を縦振動の節の位置にほぼ一致させるように配置させ
ることにより、斜めスリット溝58はその中心を境とし
て異なる方向に伸び縮みすることになる。しかも、斜め
スリット溝58の傾斜方向と縦振動の振動方向とは異な
っているため、このような伸び縮みが生じると、中心部
を回転中心として一定の角度範囲で回転する方向に歪む
現象が生じる。これにより、第3の金属ブロック体42
の斜めスリット溝58部分には捩り方向の振動が発生
し、この振動が他の金属ブロック体38,40にも伝搬
するため、ステータ部20の全体に捩り振動が生じるこ
とになる。したがって、圧電素子22,24により直接
発生させた縦振動と、斜めスリット溝58の作用により
発生した捩り振動とが合成され、ロータ接触面12上に
は一定方向の楕円振動が生じ、この楕円振動によってロ
ータ部10が一方向に回転駆動される。
By arranging the centers of the plurality of oblique slit grooves 58 so as to substantially coincide with the positions of the nodes of the longitudinal vibration, the oblique slit grooves 58 can expand and contract in different directions with the center as a boundary. Become. In addition, since the inclination direction of the oblique slit groove 58 is different from the vibration direction of the longitudinal vibration, when such expansion and contraction occurs, a phenomenon occurs that the rotation is performed in a direction in which the center portion rotates in a certain angle range around the center. . Thereby, the third metal block body 42
In the diagonal slit groove 58, a torsional vibration is generated, and this vibration is propagated to the other metal block bodies 38, 40, so that the entire stator portion 20 is torsionally vibrated. Therefore, the longitudinal vibration directly generated by the piezoelectric elements 22 and 24 and the torsional vibration generated by the action of the oblique slit groove 58 are combined, and an elliptical vibration in a certain direction is generated on the rotor contact surface 12, and the elliptical vibration is generated. Accordingly, the rotor unit 10 is driven to rotate in one direction.

【0060】この図10の圧電モータの縦振動および捩
り振動とモータ駆動電圧との位相差は図15(A)のよ
うになり、振動強度は図15(B)のようになる。最適
駆動周波数f1 に対する縦振動とモータ駆動電圧との位
相差はφb 、捩り振動とモータ駆動電圧との位相差はφ
a であるが、縦振動においてはφb となる周波数が多数
存在することとなり、縦振動とモータ駆動電圧との位相
差をφb 一定に制御することによる最適駆動周波数f1
の検出は困難である。また、最適駆動周波数f1 に対す
る強度はgb であるが、負荷等の変化でgb の値は変化
するため、振動強度においても最適駆動周波数f1 の検
出は困難である。
The phase difference between the longitudinal and torsional vibrations of the piezoelectric motor of FIG. 10 and the motor drive voltage is as shown in FIG. 15A, and the vibration intensity is as shown in FIG. 15B. The phase difference between the longitudinal vibration and the motor drive voltage with respect to the optimum drive frequency f1 is φb, and the phase difference between the torsional vibration and the motor drive voltage is φ
Although there are many frequencies that become φb in the longitudinal vibration, the optimum driving frequency f1 by controlling the phase difference between the longitudinal vibration and the motor driving voltage to be constant φb is obtained.
Is difficult to detect. Further, although the intensity with respect to the optimum driving frequency f1 is gb, the value of gb changes due to a change in load or the like, so that it is difficult to detect the optimum driving frequency f1 even with the vibration intensity.

【0061】以上のことより、図10の圧電モータにお
いても特開平−210786号公報に開示された技術で
は、最も効率のよいモータ駆動を行うことは困難であ
る。
As described above, it is difficult for the piezoelectric motor shown in FIG. 10 to perform the most efficient motor drive with the technique disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 210786/1990.

【0062】しかしながら、捩り振動の位相差をφa 一
定とする制御では、最適駆動周波数f1 を検出すること
ができるため、図10の圧電モータにおいても、本発明
によって、同様に、最も効率のよいモータ駆動を行うこ
とができる。したがって、このようにして捩り振動が発
生する場合であっても、上述した実施例と同様に捩り振
動の節の位置近傍(あるいは腹以外の位置)に円周方向
に分極された圧電素子30を装着しておくことにより、
捩り振動を効率よく検出することが可能となり、これに
よりモータ駆動電圧と捩り振動との位相差を利用したモ
ータ制御が可能となる。
However, in the control in which the phase difference of the torsional vibration is kept constant at φa, the optimum drive frequency f1 can be detected. Therefore, the piezoelectric motor of FIG. Driving can be performed. Therefore, even when the torsional vibration is generated in this manner, the piezoelectric element 30 polarized in the circumferential direction near the position of the node of the torsional vibration (or a position other than the antinode) as in the above-described embodiment. By attaching it,
It is possible to efficiently detect torsional vibration, thereby enabling motor control using the phase difference between the motor drive voltage and the torsional vibration.

【0063】また、それ以外に捩り振動を発生する方法
としては、例えば回転軸方向に分極された圧電素子と円
周方向に分極された圧電素子とを同時に振動させ、これ
により縦振動と円周方向の振動とが合成された捩り振動
が生じるようにしてもよい。
As another method of generating torsional vibration, for example, a piezoelectric element polarized in the direction of the rotational axis and a piezoelectric element polarized in the circumferential direction are simultaneously vibrated, thereby obtaining longitudinal vibration and circumferential vibration. The torsional vibration combined with the vibration in the direction may be generated.

【0064】また、本実施例においては、円周方向に分
極された圧電素子30を圧電モータの一部に装着する場
合を説明したが、例えば捩り振動子が用いられる他の装
置内に組み込んで、この捩り振動子によって発生した捩
り振動を直接検出するようにしてもよい。
Further, in this embodiment, the case where the piezoelectric element 30 polarized in the circumferential direction is mounted on a part of the piezoelectric motor has been described. However, for example, the piezoelectric element 30 is incorporated in another device using a torsional vibrator. Alternatively, the torsional vibration generated by the torsional vibrator may be directly detected.

【0065】[0065]

【発明の効果】このように、請求項1の発明によれば、
第2の圧電素子を円周方向に分極し、これを捩り振動の
腹以外の位置に装着することにより、捩り振動の位相を
効率よく検出することができる。しかも、この第2の圧
電素子は振動を発生するために用いられる第1の圧電素
子と同様に少なくとも2つのブロック体により挟持され
ており、ステータ部に外付けしないため、組付性および
耐久性を向上させることができる。
As described above, according to the first aspect of the present invention,
By polarizing the second piezoelectric element in the circumferential direction and mounting it at a position other than the antinode of the torsional vibration, the phase of the torsional vibration can be detected efficiently. Moreover, the second piezoelectric element is sandwiched by at least two blocks like the first piezoelectric element used for generating vibration, and is not externally attached to the stator portion, so that the assemblability and durability are improved. Can be improved.

【0066】また、請求項2の圧電モータによれば、上
述した第2の圧電素子を捩り振動の節の位置近傍に装着
しており、第2の圧電素子の2つの平面部間における捩
り振動の振幅の差が最大となるため、第2の電極から出
力される電圧の振幅強度も最大となり、SN比が良好な
最も効率のよい捩り振動検出を行うことができる。
Further, according to the piezoelectric motor of the present invention, the second piezoelectric element is mounted near the position of the node of the torsional vibration, and the torsional vibration between the two plane portions of the second piezoelectric element is provided. Is maximized, the amplitude intensity of the voltage output from the second electrode is also maximized, and the most efficient torsional vibration detection with a good SN ratio can be performed.

【0067】また請求項3の圧電モータによれば、第2
の圧電素子によって検出される捩り振動の位相を利用し
て第1の圧電素子に印加する高周波交流電圧とステータ
部に現れる捩り振動との位相差が所定の値となるような
モータ駆動が可能であり、常に最適駆動周波数の高周波
交流電圧を第1の圧電素子に印加することが可能であ
り、圧電モータの駆動効率を最大とすることができる。
According to the piezoelectric motor of the third aspect, the second
It is possible to drive the motor such that the phase difference between the high-frequency AC voltage applied to the first piezoelectric element and the torsional vibration appearing in the stator section has a predetermined value by utilizing the phase of the torsional vibration detected by the piezoelectric element. Yes, it is possible to always apply a high-frequency AC voltage having the optimum driving frequency to the first piezoelectric element, and it is possible to maximize the driving efficiency of the piezoelectric motor.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の圧電モータを適用した一実施例の全体
構成を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing an entire configuration of an embodiment to which a piezoelectric motor of the present invention is applied.

【図2】ステータ部を組み立てた状態を示す斜視図であ
る。
FIG. 2 is a perspective view showing a state where a stator unit is assembled.

【図3】ステータ部の詳細構造および組付け状態を示す
分解斜視図である。
FIG. 3 is an exploded perspective view showing a detailed structure and an assembled state of a stator unit.

【図4】円周方向に分極された圧電素子によって捩り振
動検出を行う際の原理を示す図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating the principle of detecting torsional vibration using a piezoelectric element polarized in a circumferential direction.

【図5】捩り振動を検出するために装着する圧電素子の
最適位置を説明するための図である。
FIG. 5 is a diagram for explaining an optimal position of a piezoelectric element mounted for detecting torsional vibration.

【図6】圧電素子を円周方向に分極する場合の分極方法
の一例を示す図である。
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a polarization method when a piezoelectric element is polarized in a circumferential direction.

【図7】圧電素子の装着位置を変えて検出信号の強度を
測定した結果を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing the result of measuring the strength of a detection signal while changing the mounting position of a piezoelectric element.

【図8】圧電素子の位置を変えて捩り振動の位相を測定
した結果を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing the result of measuring the phase of torsional vibration while changing the position of the piezoelectric element.

【図9】捩り振動の位相差と駆動周波数との関係を示す
図である。
FIG. 9 is a diagram illustrating a relationship between a phase difference of torsional vibration and a driving frequency.

【図10】金属ブロック体の一方の端面に複数の斜めス
リット溝が形成されている圧電モータの構造を示す図で
ある。
FIG. 10 is a view showing a structure of a piezoelectric motor in which a plurality of oblique slit grooves are formed on one end surface of a metal block.

【図11】金属ブロック体に形成された斜めスリット溝
の詳細を示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing details of an oblique slit groove formed in a metal block body.

【図12】従来の圧電モータを示す図である。FIG. 12 is a view showing a conventional piezoelectric motor.

【図13】図12に示す圧電モータを駆動する際の駆動
周波数と捩り振動の位相の関係を示す図である。
FIG. 13 is a diagram showing a relationship between a driving frequency and a phase of torsional vibration when driving the piezoelectric motor shown in FIG.

【図14】図12に示す圧電モータの縦振動に対する位
相差および振幅強度と駆動周波数との関係を示す図であ
る。
FIG. 14 is a diagram illustrating a relationship between a phase difference, an amplitude intensity, and a driving frequency with respect to longitudinal vibration of the piezoelectric motor illustrated in FIG.

【図15】図10に示す圧電モータの縦振動と捩り振動
に対する位相差および振幅強度と駆動周波数との関係を
示す図である。
FIG. 15 is a diagram illustrating a relationship between a phase difference, amplitude intensity, and driving frequency of the piezoelectric motor illustrated in FIG. 10 with respect to longitudinal vibration and torsional vibration.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 ロータ部 20 ステータ部 22,24,30 圧電素子 26,28,32,34 電極板 36 絶縁板 38 第1の金属ブロック体 40 第2の金属ブロック体 42 第3の金属ブロック体 44 結合ボルト DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Rotor part 20 Stator part 22, 24, 30 Piezoelectric element 26, 28, 32, 34 Electrode plate 36 Insulating plate 38 1st metal block body 40 2nd metal block body 42 3rd metal block body 44 Coupling bolt

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 本多 敬介 愛知県豊橋市大岩町字小山塚20番地 本 多電子株式会社内 (72)発明者 宮本 年昭 愛知県豊橋市大岩町字小山塚20番地 本 多電子株式会社内 (56)参考文献 特開 平5−111267(JP,A) 特開 平5−64468(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02N 2/00 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (72) Inventor Keisuke Honda 20 Oyama-cho, Oiwa-cho, Toyohashi-city, Aichi Prefecture Inside Honda Electronics Co., Ltd. (56) References JP-A-5-111267 (JP, A) JP-A-5-64468 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H02N 2/00

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 ステータ部およびロータ部を有し、前記
ステータ部に発生した捩り振動を利用して前記ロータ部
の回転を行なう圧電モータにおいて、 前記ステータ部は、 直接あるいは間接的に前記捩り振動を発生させるために
用いられる第1の圧電素子と、 前記圧電素子に対して高周波交流電圧の印加を行なう第
1の電極と、 前記ロータ部の円周方向に分極されており、前記捩り振
動の腹以外の位置に設置することにより前記捩り振動の
検出を行なう第2の圧電素子と、 前記第2の圧電素子の端面に発生する電圧を検出する第
2の電極と、 前記第1および第2の圧電素子と前記第1および第2の
電極とを挟持するようにそれらの両側に取り付け固定さ
れた少なくとも2つのブロック体と、 を備え、前記第1の圧電素子の振動により発生した捩り
振動を前記第2の圧電素子によって検出したことを特徴
とする圧電モータ。
1. A piezoelectric motor having a stator portion and a rotor portion, wherein the stator portion rotates by utilizing torsional vibration generated in the stator portion, wherein the stator portion directly or indirectly causes the torsional vibration. A first piezoelectric element used to generate a piezoelectric element; a first electrode for applying a high-frequency AC voltage to the piezoelectric element; and a first electrode that is polarized in a circumferential direction of the rotor section, and A second piezoelectric element that detects the torsional vibration by being installed at a position other than the antinode, a second electrode that detects a voltage generated at an end face of the second piezoelectric element, the first and second piezoelectric elements, And at least two blocks attached and fixed to both sides of the piezoelectric element and the first and second electrodes so as to sandwich the piezoelectric element and the first and second electrodes. The piezoelectric motor, characterized in that the torsional vibration detected by said second piezoelectric element.
【請求項2】 請求項1において、 前記第2の圧電素子を前記捩り振動の節の位置近傍に装
着することを特徴とする圧電モータ。
2. The piezoelectric motor according to claim 1, wherein the second piezoelectric element is mounted near a position of the node of the torsional vibration.
【請求項3】 請求項1または2において、 前記第1の電極に印加する高周波交流電圧と前記第2の
電極からの検出電圧との位相差が所定の値となるように
制御することを特徴とする圧電モータ。
3. The method according to claim 1, wherein a phase difference between a high-frequency AC voltage applied to the first electrode and a detection voltage from the second electrode is controlled to a predetermined value. And a piezoelectric motor.
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