JP3120427B2 - Ultrasonic motor - Google Patents

Ultrasonic motor

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JP3120427B2
JP3120427B2 JP01058448A JP5844889A JP3120427B2 JP 3120427 B2 JP3120427 B2 JP 3120427B2 JP 01058448 A JP01058448 A JP 01058448A JP 5844889 A JP5844889 A JP 5844889A JP 3120427 B2 JP3120427 B2 JP 3120427B2
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【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は位置と位相がずれた定在波を生じる2枚の圧
電素子により振動体に進行波を発生させる超音波モータ
に関する。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultrasonic motor that generates a traveling wave on a vibrating body using two piezoelectric elements that generate a standing wave whose position and phase are shifted.

[発明の概要] 本発明は、振動体の所定半径上に複数の突起を一定間
隔に設け、この突起の上面に移動体を圧接し、中心角度
をπ/n(nは2上の整数)とする、伸縮方向を交互に反
転した領域を2n個設けた2枚の圧電素子を互いに略π/2
nずらして前記振動体の他面に固着し、これらの圧電素
子にそれぞれ位相がずれた電圧を印加し、振動体に生じ
る進行波にて移動体を回転する超音波モータにおいて、
前記突起を、第1の圧電素子の各分極領域の中心に関し
2分割した区域の周方向の中心にそれぞれ1個づつ形成
するとともに、第2の圧電素子を第1の圧電素子に対し
π/2nより僅かにずれた位置に配置することにより、 2枚の圧電素子の共振周波数を容易に揃えることがで
き、モータの感度の向上を図る。
[Summary of the Invention] In the present invention, a plurality of projections are provided at a predetermined interval on a predetermined radius of a vibrating body, a moving body is pressed against an upper surface of the projections, and a center angle is π / n (n is an integer of 2). The two piezoelectric elements provided with 2n areas where the directions of expansion and contraction are alternately inverted are substantially π / 2
In an ultrasonic motor that is fixed to the other surface of the vibrating body by shifting by n and applying voltages having phases shifted to these piezoelectric elements, and rotating the moving body by a traveling wave generated in the vibrating body,
The protrusions are formed one at a time in the circumferential center of a section divided into two with respect to the center of each polarization region of the first piezoelectric element, and the second piezoelectric element is π / 2n with respect to the first piezoelectric element. By arranging the piezoelectric elements at a slightly shifted position, the resonance frequencies of the two piezoelectric elements can be easily adjusted, and the sensitivity of the motor is improved.

また、モータの効率を向上させるとともにノイズの発
生を防止する。
In addition, the efficiency of the motor is improved and the generation of noise is prevented.

さらに、前記2枚の圧電素子をπ/2nより僅かにずら
すことにより両者の共振周波数を一致させて一層モータ
の感度の向上を図るものである。
Further, by shifting the two piezoelectric elements slightly from π / 2n, the resonance frequencies of the two piezoelectric elements are matched to further improve the sensitivity of the motor.

[従来の技術] 従来から第7図〜第9図に示すような超音波モータ1
が知られている。
[Prior Art] Conventionally, an ultrasonic motor 1 as shown in FIGS.
It has been known.

第7図において、この超音波モータ1は、振動体6
と、この振動体6の一面に圧接された移動体9と、前記
振動体6の他面に2枚重ねられて固着された第1・第2
の圧電素子7,8とを備えている。
In FIG. 7, the ultrasonic motor 1 includes a vibrating body 6
And a moving body 9 pressed against one surface of the vibrating body 6 and first and second moving bodies 9 stacked and fixed on the other surface of the vibrating body 6.
And the piezoelectric elements 7, 8.

前記振動体6は円盤状の金属からなり、その一面の所
定の半径上には、くし歯状の突起6aが一定の間隔で複数
(この従来例においては24個)形成されている。前記移
動体9は円盤状に形成され、前記突起6aの上面に圧接さ
れている。
The vibrating body 6 is made of a disc-shaped metal, and a plurality of comb-shaped projections 6a (24 in this conventional example) are formed at a predetermined interval on a predetermined radius of one surface. The moving body 9 is formed in a disk shape and is pressed against the upper surface of the projection 6a.

前記第1・第2の圧電素子7,8は円形に形成され、そ
の伸縮方向を反転させた分極領域7b,8b即ち、電圧を印
加すると伸びる(+)分極領域7b,8bと縮む(−)分極
領域7b,8bとが周方向に交互に並ぶように2n個設けてあ
る(nは振動モードで、2以上の整数、この従来例では
n=4)。
The first and second piezoelectric elements 7 and 8 are formed in a circular shape, and are polarized regions 7b and 8b in which the directions of expansion and contraction are reversed, that is, (+) polarized regions 7b and 8b which expand when a voltage is applied and contract (-). 2n polarization regions 7b and 8b are provided alternately in the circumferential direction (n is a vibration mode, which is an integer of 2 or more, and n = 4 in this conventional example).

前記第2の圧電素子8は第1の圧電素子7に対し、そ
れぞれに電圧を印加した際に生じる波長の位置がλ/4ず
れるように、π/2n回転させた状態で固着されている。
前記第1・第2の圧電素子7,8の両面にはそれぞれ駆動
用電極パターン14,15,16,17が印刷されている。
The second piezoelectric element 8 is fixed to the first piezoelectric element 7 in a state of being rotated by π / 2n so that the position of the wavelength generated when a voltage is applied to each of them is shifted by λ / 4.
Driving electrode patterns 14, 15, 16, 17 are printed on both surfaces of the first and second piezoelectric elements 7, 8, respectively.

第8図に示すように、前記振動体6の破線で示す突起
6aは、実線で示す第2の圧電素子8の各伸びる(+)、
縮む(−)分極領域8b上には3個づつ一定間隔で配置さ
れている。このような突起6aの配置の仕方は、第1の圧
電素子7についてみると、仮想線で示す各伸びる
(+)、縮む(−)分極領域7b上には前記突起6aは両端
に1/2個、中央に2個位置している。なお前記第2の圧
電素子8には共通電極用切欠部18を設けてある。この共
通電極用切欠部18から露出した第1の圧電素子7の駆動
用電極パターン15を第1・第2の圧電素子7,8の共通電
極としている。
As shown in FIG. 8, a projection of the vibrating body 6 indicated by a broken line
6a indicates each extension (+) of the second piezoelectric element 8 indicated by a solid line,
On the shrinking (-) polarization region 8b, three are arranged at regular intervals. The way of arranging the protrusions 6a is as follows. As for the first piezoelectric element 7, the protrusions 6a are halved at both ends on the extending (+) and contracting (-) polarization regions 7b indicated by phantom lines. And two in the center. The second piezoelectric element 8 is provided with a cutout 18 for a common electrode. The drive electrode pattern 15 of the first piezoelectric element 7 exposed from the common electrode notch 18 is used as a common electrode of the first and second piezoelectric elements 7 and 8.

而して、第7図に示すように、図示を省略した移相装
置にて第1・第2の圧電素子7,8に位相がπ/2ずれた電
圧、即ちcos波とsin波とを印加する。すると、第1・第
2の圧電素子7,8には位置と位相がずれた定在波が発生
し、この2種類の定在波が合成され、前記振動体6には
進行波が生じる。すると第9図に示すように振動体6の
突起6aは楕円運動を繰り返し、所定の押圧力でこの突起
6aに圧接された移動体9は摩擦により前記楕円運動の水
平方向の分力Fが作用して回転する。
As shown in FIG. 7, a voltage having a phase shifted by π / 2, that is, a cosine wave and a sine wave, are applied to the first and second piezoelectric elements 7 and 8 by a phase shifter (not shown). Apply. Then, standing waves having positions and phases shifted from each other are generated in the first and second piezoelectric elements 7 and 8, and the two types of standing waves are combined, and a traveling wave is generated in the vibrator 6. Then, as shown in FIG. 9, the projection 6a of the vibrating body 6 repeats an elliptical motion, and this projection 6a
The moving body 9 pressed against 6a is rotated by the horizontal component force F of the elliptical motion due to friction.

[発明が解決しようとする課題] しかし、前記従来例によれば、以下の4つの問題点が
ある。
[Problems to be Solved by the Invention] However, according to the conventional example, there are the following four problems.

第8図において、前記振動体6の破線で示す突起6aは
実線で示す第2の圧電素子8の各伸びる(+)、縮む
(−)分極領域8b上に3個位置するのでこの各分極領域
8bは3個の突起6aを両側と中間部に機械的負荷として負
担している。これに対し、1点鎖線で示した第1の圧電
素子7の各伸びる(+)、縮む(−)分極領域7bにはそ
の中間部に2個、この分極領域7bの両側境界部7c側に
(駆動用電極パターン14が印刷されていない部分)に1/
2個づつ配置されていることとなり、前記分極領域7bは
この突起6aを中間部に2個、両側の境界部7c側に1/2個
づつ機械的負荷として負担していることとなる。このよ
うに、24個の突起6aを前述のように配置すると、第1・
第2の圧電素子7,8の負担する機械的負荷が異なるた
め、その共振周波数も著しく異なり、進行波が歪んだ
り、あるいは進行波ができない場合も生じ、モータの感
度が低下してしまう。
In FIG. 8, three projections 6a indicated by broken lines of the vibrating body 6 are located on the respective extending (+) and contracting (-) polarization regions 8b of the second piezoelectric element 8 indicated by solid lines.
8b bears three protrusions 6a as mechanical loads on both sides and an intermediate portion. On the other hand, each of the extending (+) and contracting (-) polarization regions 7b of the first piezoelectric element 7 indicated by the dashed line is two in the middle portion thereof, and is located on both sides 7c side of the polarization region 7b. (The part where the drive electrode pattern 14 is not printed)
That is, the polarization region 7b bears the two mechanically loaded protrusions 6a in the middle part and the half of the protrusions 6a in the boundary part 7c on both sides. Thus, when the 24 projections 6a are arranged as described above, the first
Since the second piezoelectric elements 7 and 8 have different mechanical loads, their resonance frequencies are also significantly different, and the traveling wave may be distorted or the traveling wave may not be produced, and the sensitivity of the motor will be reduced.

第9図において、前記従来例の如く突起6aの数が多い
と、進行波の山の部分に位置する突起6a1は完全に接触
して前記移動体9を回転させるが、その突起6a1の隣り
の突起6a2は、完全に接触せずむしろ前記移動体9にか
することとなり、可聴域のノイズが発生し易くなる。
In FIG. 9, when the number of the protrusions 6a is large as in the conventional example, the protrusions 6a 1 located at the peak of the traveling wave completely contact and rotate the moving body 9, but the protrusions 6a 1 projections 6a 2 next becomes a impose on the moving body 9 rather not completely contact, easily audible frequency noise is generated.

さらに、仮想線で示す第1の圧電素子7についてみれ
ば定在波の節の部分、即ち、伸びる(+)分極領域7aと
縮む(−)分極領域7aとの境界部分7cに位置する突起6a
はほとんど振動せず、振動エネルギーを回転エネルギー
に変換していないので、モータの効率が低い。
Further, regarding the first piezoelectric element 7 indicated by a virtual line, a projection 6a located at a node portion of a standing wave, that is, a boundary portion 7c between the extending (+) polarization region 7a and the contracting (-) polarization region 7a.
Does not vibrate substantially and does not convert vibrational energy into rotational energy, so that the efficiency of the motor is low.

たとえ、第1・第2の圧電素子7,8の各伸びる(+)
分極領域、縮む(−)分極領域7b,8bが負担する突起6a
による機械的負荷を同一にしても、第1の圧電素子7は
その一面に振動体6を、他面に第2の圧電素子8を機械
的負荷として負担しているのに対し、第2の圧電素子は
一面に振動体6および第1の圧電素子7を機械的負荷と
して備えている。即ち、両者の機械的負荷の負担の仕方
が微妙に異なるので、第1・第2の圧電素子7,8の共振
周波数を完全に一致させることは大変難しい。
For example, each of the first and second piezoelectric elements 7, 8 extends (+).
Protrusion 6a borne by polarized region, contracted (-) polarized region 7b, 8b
, The first piezoelectric element 7 bears the vibrating body 6 on one side and the second piezoelectric element 8 on the other side as a mechanical load, whereas the second piezoelectric element 8 bears the mechanical load on the other side. The piezoelectric element has a vibrating body 6 and a first piezoelectric element 7 on one surface as a mechanical load. In other words, since the manner in which the two members bear the mechanical load is slightly different, it is very difficult to completely match the resonance frequencies of the first and second piezoelectric elements 7, 8.

本発明は、上記問題点を解決するためになされたもの
で、第1・第2の圧電素子7,8の共振周波数を一致さ
せ、モータの感度を向上させるとともに、ノイズを防止
し、振動エネルギーを有効に回転エネルギーに変換して
モータの効率を向上させることを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problems, and the resonance frequencies of the first and second piezoelectric elements 7 and 8 are matched to improve the sensitivity of the motor, prevent noise, and reduce vibration energy. Is effectively converted into rotational energy to improve the efficiency of the motor.

[課題を解決するための手段] 本発明は、複数の突起が一面の所定半径上に一定間隔
で形成された振動体と、前記突起の上面に圧接された移
動体と、前記振動体の他面に2枚重ねられて固着された
第1・第2の圧電素子とを備え、この第1・第2の圧電
素子には、それぞれ伸縮方向を反転した2n個(n:nは2
以上の整数)の分極領域が中心角度π/n毎に交互に設け
られ、前記第1・第2の圧電素子を互いにずらして配置
し、それぞれ位相がπ/2ずれた電圧を印加し、前記振動
体に発生した進行波にて移動体を回転する超音波モータ
において、前記突起を第1の圧電素子の各分極領域の中
心に関し2分割した区域の周方向の中心にそれぞれ1個
づつ形成するとともに、第2の圧電素子を第1の圧電素
子に対しπ/2nより僅かにずれた位置に配置し、前記第
1・第2の圧電素子の共振周波数を一致させたことを、
その構成とする。
[Means for Solving the Problems] The present invention provides a vibrating body in which a plurality of protrusions are formed at predetermined intervals on a predetermined radius of one surface, a moving body pressed against the upper surface of the protrusion, A first and a second piezoelectric element that are stacked and fixed on the surface, and each of the first and the second piezoelectric elements has 2n pieces (n: n is 2
The above-mentioned polarization regions are alternately provided for each central angle π / n, the first and second piezoelectric elements are arranged shifted from each other, and voltages having phases shifted by π / 2 are applied, respectively. In an ultrasonic motor that rotates a moving body by a traveling wave generated in a vibrating body, one protrusion is formed at each of the circumferential centers of two divided regions with respect to the center of each polarization region of the first piezoelectric element. At the same time, the second piezoelectric element is arranged at a position slightly shifted from π / 2n with respect to the first piezoelectric element, and the resonance frequencies of the first and second piezoelectric elements are matched.
It has that configuration.

[作用] 突起を第1の圧電素子の各分極領域の中心に関し2分
割した区域の周方向の中心にそれぞれ1個づつ形成する
とともに、第2の圧電素子を第1の圧電素子にしπ/2n
より僅かにずれた位置に配置したことにより、第1・第
2の圧電素子の各分極領域が負担する機械的負荷が同一
となり、第1・第2の圧電素子の共振周波数が完全に一
致し、進行波の歪が略完全になくなる。
[Operation] One protrusion is formed at the center in the circumferential direction of the area divided into two with respect to the center of each polarization region of the first piezoelectric element, and the second piezoelectric element is used as the first piezoelectric element.
By arranging them at positions slightly shifted from each other, the mechanical loads borne by the polarization regions of the first and second piezoelectric elements become the same, and the resonance frequencies of the first and second piezoelectric elements completely match. The distortion of the traveling wave is almost completely eliminated.

また前記突起を第1の圧電素子の各分極領域の中心に
関し2分割した区域の周方向の中心にそれぞれ1個づつ
形成しているので、第1・第2の圧電素子の双方の中心
対称性が維持される。また、第1・第2の圧電素子の機
械的負荷が同一で、かつ、突起の数が最少限となるの
で、ある突起が進行波の振幅の最大位置にあり移動体を
回動させる際、その隣りの振幅の中間位置にある突起が
前記移動体にかするということがなくなる。
Further, since each of the protrusions is formed at the center in the circumferential direction of a section divided into two with respect to the center of each polarization region of the first piezoelectric element, the central symmetry of both the first and second piezoelectric elements is formed. Is maintained. In addition, since the mechanical loads of the first and second piezoelectric elements are the same and the number of protrusions is minimized, when a certain protrusion is at the maximum position of the amplitude of the traveling wave and the moving body is rotated, The protrusion at the intermediate position of the amplitude next to it does not fog on the moving body.

[実施例] 以下、本発明の第1実施例を第1図〜第5図に基づい
て説明する。
[Embodiment] Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

第3図および第4図において、超音波モータ1のベー
ス2にはブラケット嵌合孔2aが形成され、このブラケッ
ト嵌合孔2aにブラケット3が嵌合している。このブラケ
ット3の軸挿通孔3aには回転軸4が回転自在に挿通し、
この回転軸4とブラケット3との間にはベアリング5が
設けられている。前記ブラケット3の外周には、振動体
6とこの振動体6の下面に固着された第1・第2の圧電
素子7,8のブラケット嵌合孔6b,7a,8aが嵌合している。
前記振動体6は円盤状の金属からなり、その一面(図中
上面)の所定半径上には放射方向にくし歯状の複数の突
起6aが形成されている。この突起6aの上面には円盤状に
形成された移動体9の外周部9aが当接するとともにその
中心部9bの軸嵌合孔9cには前記回転軸4が嵌合してい
る。前記移動体9の外周部9a下面には摩擦材10を設けて
ある。前記移動体9の中心部9bと外周部9aとの中間部は
バネ座収納凹部9dが形成されている。このバネ座収納凹
部9dにはバネ座11が収納され、このバネ座11の上面には
前記回転軸4に嵌合したバネ押え12が当接している。こ
のバネ押え12の上面は回転軸4に固着されたEリング13
にて上方への移動が規制され、前記移動体9は前記バネ
座11にて所定の圧力で前記振動体6の突起6aの上面に押
圧されている。
3 and 4, a bracket fitting hole 2a is formed in the base 2 of the ultrasonic motor 1, and the bracket 3 is fitted in the bracket fitting hole 2a. The rotating shaft 4 is rotatably inserted into the shaft insertion hole 3a of the bracket 3,
A bearing 5 is provided between the rotating shaft 4 and the bracket 3. The outer periphery of the bracket 3 is fitted with a vibrating body 6 and bracket fitting holes 6b, 7a, 8a of first and second piezoelectric elements 7, 8 fixed to the lower surface of the vibrating body 6.
The vibrating body 6 is made of a disc-shaped metal, and a plurality of comb-shaped protrusions 6a are formed in a radial direction on a predetermined radius of one surface (the upper surface in the figure). An outer peripheral portion 9a of a moving body 9 formed in a disk shape is in contact with the upper surface of the projection 6a, and the rotary shaft 4 is fitted in a shaft fitting hole 9c in a central portion 9b. A friction material 10 is provided on the lower surface of the outer peripheral portion 9a of the moving body 9. A spring seat receiving recess 9d is formed at an intermediate portion between the central portion 9b and the outer peripheral portion 9a of the moving body 9. A spring seat 11 is housed in the spring seat housing recess 9d, and a spring holder 12 fitted to the rotary shaft 4 is in contact with the upper surface of the spring seat 11. The upper surface of the spring retainer 12 is an E-ring 13 fixed to the rotating shaft 4.
The upward movement of the movable body 9 is restricted, and the movable body 9 is pressed against the upper surface of the projection 6a of the vibrating body 6 by the spring seat 11 at a predetermined pressure.

第1図および第2図に示すように、前記振動体6の他
面(第1図中下面)には第1・第2の圧電素子7,8が2
枚重ねられ、互いに接着剤にて接着されている。この第
1・第2の圧電素子7,8は中央にブラケット嵌合孔7a,8a
を有する円形に形成され、たわみ方向を反転させた領
域、即ち電圧を印加すると伸びる(+)分極領域7b,8b
と縮む(−)分極領域7b,8bとが周方向に所定角度で交
互に並ぶように2n個(n=振動モードで、2以上の整
数、この実施例でn=4)設けられている。これら第1
・第2の圧電素子7,8の振動体6側の一面には第1・第
2の圧電素子7,8に通電するための駆動用電極パターン1
4,16が前記各分極領域7b,8bに対応して扇形に印刷され
ている。また、前記第1・第2の圧電素子7,8の他面に
は、これらの圧電素子7,8に通電するための電極パター
ン15,17が略全面に渡って印刷されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, on the other surface (the lower surface in FIG. 1) of the vibrating body 6, two first and second piezoelectric elements 7, 8 are provided.
The sheets are stacked and bonded to each other with an adhesive. The first and second piezoelectric elements 7 and 8 have bracket fitting holes 7a and 8a at the center.
(+) Polarization regions 7b, 8b which are formed in a circular shape and have the direction of deflection inverted, that is, extend when a voltage is applied.
(N) (n = an integer of 2 or more in the vibration mode, n = 4 in this embodiment) are provided so that the (−) polarization regions 7b and 8b that shrink are arranged alternately at a predetermined angle in the circumferential direction. These first
A driving electrode pattern 1 for energizing the first and second piezoelectric elements 7, 8 on one surface of the second piezoelectric elements 7, 8 on the vibrating body 6 side;
Reference numerals 4 and 16 are printed in a fan shape corresponding to the polarization regions 7b and 8b. Further, on the other surfaces of the first and second piezoelectric elements 7, 8, electrode patterns 15, 17 for energizing these piezoelectric elements 7, 8 are printed over substantially the entire surface.

第1図に示すように、前記振動体6の図中、破線で示
す突起6aは、1点鎖線で囲まれ、1点鎖線の斜線で示し
た第1の圧電素子7の伸び(+)又は縮む(−)分極領
域7bと、実線で示す第2の圧電素子8の伸び(+)又は
縮む(−)分極領域8bとの重なり合った2点鎖線で囲ま
れ、網線で示す区域19の周方向の中央にそれぞれ1個づ
つ設けてある。即ち、第2の圧電素子8は第1の圧電素
子7の各分極領域7bの中心角π/nの半分即ちπ/2nずら
しているので、第1の圧電素子7の伸びる(+)、また
は縮む(−)分極領域7bに突起6aが2個づつ設けられ、
かつ、この突起6aは周方向に2分割した区域の周方向の
中央にそれぞれ配置されていることとなる。このような
突起6aの数および配置は、同時に、第2の圧電素子8の
伸び(+)、または縮む(−)分極領域8bにも2個づつ
設けられていることとなり、かつ、この突起6aは前記第
1の圧電素子7と同様、各分極領域8bを周方向に2分割
した区域の周方向の中央に位置している。
As shown in FIG. 1, in the drawing of the vibrating body 6, a projection 6a shown by a broken line is surrounded by a dashed line, and the extension (+) or the extension (+) of the first piezoelectric element 7 shown by an oblique line in the dashed line. A region surrounded by a two-dot chain line in which the contracted (−) polarized region 7b and the extended (+) or contracted (−) polarized region 8b of the second piezoelectric element 8 indicated by a solid line are overlapped with each other, One each is provided at the center in the direction. That is, since the second piezoelectric element 8 is shifted by half of the central angle π / n of each polarization region 7b of the first piezoelectric element 7, that is, π / 2n, the first piezoelectric element 7 extends (+) or Two projections 6a are provided in the shrinking (−) polarization region 7b,
In addition, the projections 6a are respectively arranged at the center in the circumferential direction of the area divided into two in the circumferential direction. The number and the arrangement of the protrusions 6a are such that two protrusions 6a are simultaneously provided in the extension (+) or contraction (-) polarization regions 8b of the second piezoelectric element 8, and the protrusions 6a Similarly to the first piezoelectric element 7, is located at the center in the circumferential direction of a section obtained by dividing each polarization region 8b into two in the circumferential direction.

なお、第3図に示す前記第2の圧電素子8の外周縁の
一部には円弧状の共通電極用切欠部18が設けてある。こ
の共通電極用切欠部18は、該切欠部18から露出した第1
の圧電素子7の駆動用電極パターン15を共通電極として
これに通電することにより、第1の圧電素子7および駆
動用電極パターン16を介して第2の圧電素子8の両者に
電圧を印加するためのもである。
An arc-shaped common electrode notch 18 is provided at a part of the outer peripheral edge of the second piezoelectric element 8 shown in FIG. The notch 18 for the common electrode is the first
When a voltage is applied to both the second piezoelectric element 8 via the first piezoelectric element 7 and the driving electrode pattern 16 by energizing the driving electrode pattern 15 of the piezoelectric element 7 as a common electrode, It is also.

また、前記振動体6、共通電極用切欠部18から露出し
た駆動用電極パターン15および第2の圧電素子8の振動
体6と反対側の駆動用電極パターン17にはそれぞれハー
ネス20,21,22が電気的に接続されている。前記振動体6
にハーネス20を電気的に接続したのは、振動体6が金属
からなっており、前記第1の圧電素子7の振動体6側の
駆動用電極パターン14に導通するからである。これらの
ハーネス20,21,22には第2図に示すように電源が接続さ
れ、第1の圧電素子にはcos波を、第2の圧電素子8に
はsin波、即ち位相がずれた電圧を印加する。
Harnesses 20, 21 and 22 are provided on the vibrating body 6, the driving electrode pattern 15 exposed from the common electrode notch 18 and the driving electrode pattern 17 of the second piezoelectric element 8 on the side opposite to the vibrating body 6, respectively. Are electrically connected. Vibrator 6
The reason why the harness 20 is electrically connected is that the vibrating body 6 is made of metal and is electrically connected to the driving electrode pattern 14 on the vibrating body 6 side of the first piezoelectric element 7. As shown in FIG. 2, a power supply is connected to these harnesses 20, 21, and 22, and a cos wave is applied to the first piezoelectric element, and a sin wave, that is, a voltage shifted in phase is applied to the second piezoelectric element 8. Is applied.

次に、前記実施例の作用を第4図および第5図に基づ
いて説明する。
Next, the operation of the above embodiment will be described with reference to FIGS.

一般的には進行波の基本式は Z(θ,t)=a sin(nθ+ωt) … (n=振動モード) で表される。この式を変形すると、 となる。即ち、式で表されるcos波と式で表されるs
in波の2つの定在波を合成すれば進行波が得られる。こ
のsin波は式で示されるように だけ、cos波に対して位置がずれていることを示してい
る。
Generally, the basic formula of a traveling wave is represented by Z (θ, t) = asin (nθ + ωt) (n = vibration mode). By transforming this equation, Becomes That is, the cos wave represented by the equation and the s represented by the equation
A traveling wave can be obtained by combining two standing waves of the in wave. This sin wave is Only the position is shifted with respect to the cosine wave.

従って、第2図の原理図に示すように、前記第1・第
2の圧電素子7,8は互いにπ/2n(λ/4)だけ位置をずら
すとともに、第1の圧電素子7にはcos波、第2の圧電
素子8にはsin波(位相がπ/2だけcos波に対しずれてい
る。)の電圧を印加するので、第1の圧電素子7には 式…a sin nθ θcos ωt の定在波が発生し、第2の圧電素子には の定在波が発生する。
Therefore, as shown in the principle diagram of FIG. 2, the first and second piezoelectric elements 7 and 8 are shifted from each other by π / 2n (λ / 4), and the first piezoelectric element 7 Since a voltage of a sine wave (the phase is shifted by π / 2 with respect to the cos wave) is applied to the second piezoelectric element 8, the following equation is applied to the first piezoelectric element 7: a sin nθ θcos ωt Standing wave is generated, and the second piezoelectric element Standing wave is generated.

前記第1・第2の圧電素子7,8は振動体6の下面に2
枚重ねられて固着してあるので、前記振動体6には、前
記式と式で表された定在波が合成され、式の進行
波が生じる。すると、第5図に示すように、前記振動体
6の突起6aの上面は楕円運動を繰り返し、この突起6aに
所定の圧力で押圧された移動体9には摩擦により水平方
向の分力Fが作用して回転運動する。そしてこの移動体
9がバネ11を介して結合した回転軸4が回転する。
The first and second piezoelectric elements 7 and 8 are provided on the lower surface of the vibrating body 6.
Since the sheets are stacked and fixed, the standing wave represented by the above equation and the equation is synthesized in the vibrating body 6, and a traveling wave of the equation is generated. Then, as shown in FIG. 5, the upper surface of the projection 6a of the vibrating body 6 repeats an elliptical motion, and a horizontal component force F is applied to the moving body 9 pressed by a predetermined pressure on the projection 6a. Act and rotate. Then, the rotating shaft 4 to which the moving body 9 is connected via the spring 11 rotates.

この際、第1図に示すように前記振動体6の突起6a
は、第1の圧電素子7と第2の圧電素子8の双方の伸び
(+)または縮む(−)分極領域7b,8bの重なる二点鎖
線で囲まれ、網線にて示す区域19の周方向の中心に1個
づつ設けられている。即ち、図中、二点鎖線で示す第1
の圧電素子7の伸び(+)または縮む(−)分極領域7b
には2個の突起6aを機械的負荷として負担し、この突起
6aはそれぞれ前記分極領域7bを周方向に2等分した区域
の中心に配置されていることとなる。同様に、実線で示
す第2の圧電素子8の伸び(+)または縮む(−)分極
領域8bも2個の突起6aを機械的負荷として負担し、この
突起6aはそれぞれ前記分極領域8bを周方向に2等分した
区域の周方向の中心に設けられていることとなる。この
ように、第1・第2の圧電素子7,8の機械的負荷及びそ
の負担の仕方が略同一になるように突起6aが設けられて
いるので、その共振周波数も略同一となり、進行波の歪
が略なくなり、モータの感度が向上する。また、前記突
起6aの数は第1・第2の圧電素子7,8の各分極領域7b,8b
の機械的負荷が略同一になるための最少の数即ち4n個
(この実施例では16個)としたので、第5図に示すよう
にある突起6a1が進行波の最大振幅にある時にその突起6
a1の隣りの中間振幅にある突起6a2が移動体9にこすれ
ることがなくなり、モータのノイズを防止できる。
At this time, as shown in FIG.
Is surrounded by an alternate long and two short dashes line of the extension (+) or contraction (−) polarization regions 7b and 8b of both the first piezoelectric element 7 and the second piezoelectric element 8, and is surrounded by a dotted line. One is provided at the center of the direction. That is, in the figure, the first dashed line
(+) Or contracted (-) polarized region 7b of the piezoelectric element 7
Bears two projections 6a as mechanical loads,
6a is arranged at the center of the area where the polarization region 7b is bisected in the circumferential direction. Similarly, the extension (+) or contraction (-) polarization region 8b of the second piezoelectric element 8 shown by a solid line also bears two projections 6a as a mechanical load, and each of the projections 6a surrounds the polarization region 8b. It is provided at the center in the circumferential direction of the area bisected in the direction. As described above, since the protrusions 6a are provided so that the mechanical loads of the first and second piezoelectric elements 7 and 8 and the manner of the load are substantially the same, the resonance frequencies thereof are also substantially the same, and the traveling wave Is substantially eliminated, and the sensitivity of the motor is improved. The number of the protrusions 6a is the same as that of the polarization regions 7b, 8b of the first and second piezoelectric elements 7, 8.
The mechanical load is the number or the 4n minimum to become substantially the same (16 in this example), the when the projections 6a 1 in as shown in FIG. 5 is in the maximum amplitude of the traveling wave Protrusion 6
projections 6a 2 in the middle amplitude next to a 1 is no longer possible to rub the moving body 9 can prevent noise of the motor.

しかも、第1・第2の圧電素子7,8の各分極領域7b,8b
の中心に対し左右対称に機械的負荷である突起6aが配置
されていることとなるので、第1・第2の圧電素子の定
在波の乱れをなくし、一層進行波の歪をなくすことがで
きる。
In addition, the polarization regions 7b, 8b of the first and second piezoelectric elements 7, 8
Since the protrusions 6a, which are mechanical loads, are disposed symmetrically with respect to the center of the piezoelectric element, it is possible to eliminate the disturbance of the standing waves of the first and second piezoelectric elements and further reduce the distortion of the traveling wave. it can.

また、前記突起6aは、第1・第2の圧電素子7,8のい
ずれか一方が振動しない各分極領域の境界部7c,8c(定
在波の節の部分)には設けず、振動する各分極領域7b,8
bに配置したので振動エネルギーが効率よく回転エネル
ギーに変換されることとなる。
Further, the protrusion 6a vibrates without being provided at the boundary portions 7c, 8c (nodes of the standing wave) of the respective polarization regions in which one of the first and second piezoelectric elements 7, 8 does not vibrate. Each polarization region 7b, 8
The vibration energy is efficiently converted to rotational energy because the vibration energy is arranged at b.

次に、第6図に基づいて本発明の第2実施例について
説明する。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

この実施例は、ほぼ前記同様の構成となっており、同
一構成部分の説明を省略するが、この実施例において
は、前記振動体6の突起6aは、第1の圧電素子7bの伸び
(+)、縮む(−)分極領域7bを周方向に2等分した斜
線で示す区域のそれぞれ周方向の中央に1個づつ設けら
れている。そして第2の圧電素子8は第1の圧電素子7
に対しπ/2nより僅かに、すなわち ずらして固着し、第1・第2の圧電素子7,8の共振周波
数を略完全に一致させてある。これは、第1実施例の如
く第1・第2の圧電素子7,8に対して前記突起6aを機械
的負荷として均等に配置すると、厳密には、第1の圧電
素子はその一面に振動体6を機械的負荷として有し、他
面に第2の圧電素子8を機械的負荷として負担してい
る。これに対し第2の圧電素子8は一面にのみ、振動体
6と第1の圧電素子7の両者を機械的負荷として負担し
ているため、第1・第2の圧電素子7,8の共振周波数は
若干異なってしまう。そこで前述の如く、第2の圧電素
子8を第1の圧電素子7に対しπ/2nより僅かにずらす
ことにより、第2の圧電素子8の各分極領域8bに対する
突起6aの位置を僅かにずらし、その機械的負荷を微妙に
変化させて、第1・第2の圧電素子7,8の機械的負荷を
完全に一致させ共振周波数も完全に等しくすることがで
きる。その結果、進行波の歪を略完全になくし、モータ
の効率をさらに向上させることができる。
In this embodiment, the structure is substantially the same as that described above, and the description of the same components is omitted. However, in this embodiment, the protrusion 6a of the vibrating body 6 is formed by the extension (+) of the first piezoelectric element 7b. ), Shrinking (-) polarization region 7b is provided at the center in the circumferential direction of each of the hatched areas bisected in the circumferential direction. Then, the second piezoelectric element 8 is connected to the first piezoelectric element 7.
Slightly less than π / 2n for The first and second piezoelectric elements 7 and 8 are almost completely matched in resonance frequency. This is because, when the protrusions 6a are evenly arranged as mechanical loads with respect to the first and second piezoelectric elements 7 and 8 as in the first embodiment, strictly speaking, the first piezoelectric element vibrates on one surface thereof. The body 6 is provided as a mechanical load, and the second piezoelectric element 8 is provided as a mechanical load on the other surface. On the other hand, since the second piezoelectric element 8 bears both the vibrating body 6 and the first piezoelectric element 7 as a mechanical load only on one surface, resonance of the first and second piezoelectric elements 7 and 8 is prevented. The frequencies will be slightly different. Therefore, as described above, the position of the projection 6a with respect to each polarization region 8b of the second piezoelectric element 8 is slightly shifted by slightly shifting the second piezoelectric element 8 with respect to the first piezoelectric element 7 by more than π / 2n. By slightly changing the mechanical load, the mechanical loads of the first and second piezoelectric elements 7 and 8 can be completely matched, and the resonance frequency can be completely equalized. As a result, the distortion of the traveling wave can be almost completely eliminated, and the efficiency of the motor can be further improved.

また、前記第1実施例においては前記突起6aを第1・
第2の圧電素子7,8双方の伸びる(+)または縮む
(−)分極領域7b,8bの重なり合った区域19の周方向の
中心位置に1個づつ配置する構成としたが、この突起6a
は必ずしも周方向の中心位置に設けなくとも前記重なり
合った区域19のそれぞれ対応する位置に設ける構成であ
ればよい。また突起6aの数も前記重なり合った区域19に
1個づつ設ける構成に限るものではなく、前記第1・第
2の圧電素子7,8の双方の伸びる(+)領域・縮む
(−)分極領域7b,8bの重なった区域19の対応する位置
であれば複数個、例えば2個づつ設ける構成としても、
第1・第2の圧電素子7,8の共振周波数を一致させるこ
とができる。なお、第1、第2の圧電素子7・8の振動
体6側の駆動用電極パターン14・16を設けず、金属から
なる振動体6および駆動用電極パターン15で、これらの
駆動用電極を兼ねた構成としてもよい。
Further, in the first embodiment, the protrusion 6a is connected to the first
The protrusions 6a are arranged one by one at the circumferential center of the overlapping area 19 of the extending (+) or contracting (-) polarized regions 7b, 8b of both the second piezoelectric elements 7, 8.
Need not necessarily be provided at the center position in the circumferential direction, as long as it is provided at a position corresponding to each of the overlapping areas 19. Also, the number of the protrusions 6a is not limited to the configuration provided one by one in the overlapping area 19, and the extending (+) region and the contracting (-) polarized region of both the first and second piezoelectric elements 7, 8 are provided. If the position corresponding to the overlapping area 19 of 7b, 8b is a plurality, for example, a configuration provided two by two,
The resonance frequencies of the first and second piezoelectric elements 7 and 8 can be matched. In addition, the driving electrode patterns 14 and 16 on the vibrating body 6 side of the first and second piezoelectric elements 7 and 8 are not provided, and these driving electrodes are formed by the vibrating body 6 and the driving electrode pattern 15 made of metal. It may be a configuration that also serves.

また、前記実施例は、円形の移動板、振動板および第
1、第2の圧電素子を用いたが、円環状のものでもよ
い。さらに短円筒状の移動板の内側に順次中心軸を共通
にして振動板および第1、第2の圧電素子が嵌合した構
造のものでもよい。
In the above-described embodiment, the circular moving plate, the diaphragm, and the first and second piezoelectric elements are used. Further, a structure in which the diaphragm and the first and second piezoelectric elements are fitted to the inside of the short cylindrical moving plate sequentially with the central axis being common may be used.

[発明の効果] 以上の説明から明らかなように、複数の突起が一面の
所定半径上に一定間隔で形成された振動体と、前記突起
の上面に圧接された移動体と、前記振動体の他面に2枚
重ねられて固着された第1・第2の圧電素子とを備え、
この第1・第2の圧電素子には、それぞれ伸縮方向を反
転した2n個(n:nは2以上の整数)の分極領域が中心角
度π/n毎に交互に設けられ、前記第1・第2の圧電素子
を互いにずらして配置し、それぞれ位相がπ/2ずれた電
圧を印加し、前記振動体に発生した進行波にて移動体を
回転する超音波モータにおいて、前記突起を第1の圧電
素子の各分極領域の中心に関し2分割した区域の周方向
の中心にそれぞれ1個づつ形成するとともに、第2の圧
電素子を第1の圧電素子に対しπ/2nより僅かにずれた
位置に配置したので、2枚の圧電素子の共振周波数を完
全に一致させて、進行波の歪をなくしてモータの感度の
向上を図るという効果がある。
[Effects of the Invention] As is clear from the above description, a vibrating body in which a plurality of protrusions are formed at regular intervals on a predetermined radius of one surface, a moving body pressed against the upper surface of the protrusion, A first piezoelectric element and a second piezoelectric element that are stacked and fixed on the other surface,
The first and second piezoelectric elements are provided with 2n (n: n is an integer of 2 or more) polarization regions alternately arranged at every center angle π / n, the direction of expansion and contraction being reversed. In an ultrasonic motor in which the second piezoelectric elements are arranged to be shifted from each other, voltages having phases shifted by π / 2 are applied, and the moving body is rotated by a traveling wave generated in the vibrating body, the protrusion is formed by the first A single piezoelectric element is formed at the center in the circumferential direction with respect to the center of each polarization region of the piezoelectric element, and the second piezoelectric element is slightly shifted from π / 2n with respect to the first piezoelectric element. In this case, the resonance frequencies of the two piezoelectric elements are completely matched with each other to eliminate the distortion of the traveling wave, thereby improving the sensitivity of the motor.

また、前記突起を第1の圧電素子の各分極領域の中心
に関し2分割した区域の周方向の中心にそれぞれ1個づ
つ形成したので、一層進行波の歪をなくしモータの効率
を向上させるとともに突起の数が少なくなるので突起が
移動体にかすることによるノイズの発生を防止するとい
う効果もある。
Further, since each of the protrusions is formed one at the center in the circumferential direction of a region divided into two with respect to the center of each polarization region of the first piezoelectric element, the distortion of the traveling wave is further eliminated, and the efficiency of the motor is improved. Is also reduced, so that there is also an effect of preventing the generation of noise due to the projection moving on the moving body.

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

第1図〜第5図は本発明の第1実施例を示すもので、第
1図は超音波モータの振動体の突起と第1・第2の圧電
素子との配置を示す配置説明図、第2図は原理説明図、
第3図は分解斜視図、第4図は断面図、第5図は原理説
明図、第6図は第2実施例を示すもので突起と第1,第2
の圧電素子との配置を示す配置説明図、第7図〜第9図
は従来例を示すもので、第7図は原理説明図、第8図は
振動体の突起と第1・第2の圧電素子との配置説明図、
第9図は原理説明図である。 1……超音波モータ、6……振動体、6a……突起、7…
…第1の圧電素子、7b……伸びる(+)・縮む(−)分
極領域、8……第2の圧電素子、8b……伸びる(+)・
縮む(−)分極領域、19……第1・第2の圧電素子の双
方の領域が重なった区域。
FIGS. 1 to 5 show a first embodiment of the present invention. FIG. 1 is a layout explanatory view showing the layout of a projection of a vibrating body of an ultrasonic motor and first and second piezoelectric elements. FIG. 2 is a diagram illustrating the principle,
FIG. 3 is an exploded perspective view, FIG. 4 is a sectional view, FIG. 5 is a view for explaining the principle, and FIG. 6 shows a second embodiment.
7 to 9 show a conventional example. FIG. 7 is a view for explaining the principle, and FIG. 8 is a diagram showing the projections of the vibrating body and the first and second piezoelectric elements. Explanatory drawing of arrangement with piezoelectric elements,
FIG. 9 is a diagram illustrating the principle. 1 ... Ultrasonic motor, 6 ... Vibrator, 6a ... Protrusion, 7 ...
... First piezoelectric element, 7b... Expanding (+), contracting (−) polarization region, 8... Second piezoelectric element, 8b.
Shrinking (-) polarization region, 19 ... A region where both regions of the first and second piezoelectric elements overlap.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】複数の突起が一面の所定半径上に一定間隔
で形成された振動体と、 前記突起の上面に圧接された移動体と、 前記振動体の他面に2枚重ねられて固着された第1・第
2の圧電素子とを備え、 この第1・第2の圧電素子には、それぞれ伸縮方向を反
転した2n個(n:nは2以上の整数)の分極領域が中心角
度π/n毎に交互に設けられ、 前記第1・第2の圧電素子を互いにずらして配置し、そ
れぞれ位相がπ/2ずれた電圧を印加し、前記振動体に発
生した進行波にて移動体を回転する超音波モータにおい
て、 前記突起を第1の圧電素子の各分極領域の中心に関し2
分割した区域の周方向の中心にそれぞれ1個づつ形成す
るとともに、第2の圧電素子を第1の圧電素子に対しπ
/2nより僅かにずれた位置に配置し、前記第1・第2の
圧電素子の共振周波数を一致させたことを特徴とする超
音波モータ。
1. A vibrating body in which a plurality of protrusions are formed at predetermined intervals on a predetermined radius of one surface; a moving body pressed against an upper surface of the protrusion; and two moving bodies pressed and fixed on the other surface of the vibrating body. The first and second piezoelectric elements each have 2n (n: n is an integer of 2 or more) polarization regions whose reversing directions are reversed. The first and second piezoelectric elements are alternately provided for every π / n, and are arranged so as to be shifted from each other, and are applied with voltages whose phases are shifted by π / 2, respectively, and are moved by traveling waves generated in the vibrating body. An ultrasonic motor for rotating a body, wherein the protrusion is formed with respect to the center of each polarization region of the first piezoelectric element.
One piece is formed at the center of each of the divided sections in the circumferential direction, and the second piezoelectric element is set to π with respect to the first piezoelectric element.
An ultrasonic motor, wherein the ultrasonic motor is disposed at a position slightly shifted from / 2n, and the resonance frequencies of the first and second piezoelectric elements are matched.
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