JP4269739B2 - Vibration wave motor - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、弾性体が断面略矩形の円環状をした振動波モータに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、この種の振動波モータは、圧電体の伸縮を利用して、弾性体の駆動面に進行性振動波を発生させ、この進行波によって、駆動面には楕円運動が生じ、楕円運動の波頭に加圧接触した移動子が駆動される(例えば、特許文献1)。
このような振動波モータは、低回転でも高トルクを有するという特徴があるため、駆動装置に搭載した場合に、その駆動装置のギアを省略することができるので、ギア騒音をなくしたり、位置決め精度が向上できるという利点がある。
振動性進行波を用いた振動波モータの振動子は、圧電体と弾性体とから構成されており、圧電体と弾性体とは接着剤等により強固に接着されている。圧電体は、その両表面にスクリーン印刷等により銀電極が施され、その電極面に駆動信号が印加されるようになっている。
【0003】
【特許文献1】
特公平1−17354号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上述した振動波モータは、弾性体に発生する進行性振動波が、圧電体の励振により生じる二つの曲げ振動の定在波を合成することにより得られる。その定在波の曲げ振動は、圧電体への電圧印加による伸縮力を利用して発生させている(ユニモルフ効果)。このため、圧電体に印加する電極部分が少ない場合には、曲げを発生させる力が減少し、曲げ振動の励振が十分に行えない場合がある。
【0005】
また、駆動面側に溝を設けた弾性体は、その溝が設けられていない面に圧電体を接着等で接合する。圧電体に電圧を印加して、弾性体に曲げを発生させようとした場合に、曲げ変位の大きさを左右するのは、溝がない部分、いわゆるベース部の剛性である。このベース部は、その厚さが薄いほど、又は、その幅が狭いほど、剛性が小さく、圧電体から同じ曲げの力を与えられた場合には、曲げ変位が大きくなる。
【0006】
一方、圧電体に施された電極は、印刷ズレによるはみ出しが原因となる、表裏面でのショートを防止するために、通常は、外径端及び内径端よりも隙間を設けて印刷されるので、その分だけ、駆動信号が印加される部分が減少する。それに伴い、圧電体が弾性体に与える曲げようする力は減少し、曲げ振動の振幅の大きさが十分でない場合があった。その場合には、駆動力や駆動効率が十分得られないという問題が生じる。
【0007】
本発明の課題は、駆動力や駆動効率などの駆動性能を向上させることができる振動波モータを提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、請求項1の発明は、駆動信号により励振される圧電体と、該圧電体に接合され、前記励振により駆動面に進行性振動波を生じる弾性体を有する振動体と、前記弾性体の駆動面に加圧接触され、前記進行性振動波によって駆動される移動子と、を備える振動波モータにおいて、前記弾性体が固定される固定部材を有し、前記弾性体は、前記圧電体が接合された円環状のベース部該ベース部の前記圧電体が接合される側に設けられ径方向に延出した延出部と、前記延出部から前記固定部材の方向に延出し、前記固定部材に固定されたフランジ部とを有し、前記圧電体の径方向の一端は、前記延出部に接合され、前記圧電体の径方向における幅を、前記ベース部の径方向における幅より大きくしたことを特徴とする振動波モータである。
請求項2の発明は、請求項1に記載の振動波モータにおいて、前記延出部は、前記弾性体の内径側に延出しており、前記圧電体の内径端は、前記延出部に接合されていること、を特徴とする振動波モータである。
【0009】
請求項3の発明は、請求項1または請求項2に記載の振動波モータにおいて、前記圧電体は、駆動信号を印加する電極部を有し、前記電極部の径方向における幅は、前記ベース部の径方向における幅よりも大きく、前記圧電体の径方向の幅より小さいこと、を特徴とする振動波モータである。
請求項4の発明は、請求項に記載の振動波モータにおいて、前記圧電体は、駆動信号を印加する電極部を有し、前記電極部の内径端は、前記ベース部の内径端を加圧方向に投影した位置よりも内側にあり、かつ、前記圧電体の内径端よりも外側にあること、を特徴とする振動波モータである。
【0010】
請求項の発明は、請求項または請求項に記載の振動波モータにおいて、前記電極部の径方向の幅は、前記弾性体の曲げ中心の径方向の幅よりも広いこと、を特徴とする振動波モータである。
請求項6の発明は、請求項3から請求項5のいずれか1項に記載の振動波モータにおいて、前記圧電体は、前記弾性体が接合される側の面とその反対側の面に前記電極部を有すること、を特徴とする振動波モータである。
【0011】
請求項の発明は、請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の振動波モータにおいて、前記延出部は、前記圧電体を保持又は保護する部材であること、を特徴とする振動波モータである。
【0012】
請求項8の発明は、請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の振動波モータにおいて、前記弾性体は、前記ベース部の前記圧電体が接合される面と反対側の面に複数の突起部を有し、前記移動子は、前記突起部の先端面に加圧接触されること、を特徴とする振動波モータである。
請求項9の発明は、請求項1に記載の振動波モータにおいて、前記圧電体は、駆動信号を印加する電極部を有し、前記ベース部の前記圧電体が接合される側は、前記ベース部の内径側及び外径側に延出した延出部を有し、前記圧電体の内径端は、内径側の前記延出部に接合され、かつ、前記圧電体の外径端は、外径側の前記延出部に接合され、前記電極部の外径端は、前記ベース部の外径端を加圧方向に投影した位置よりも内側にあり、かつ、前記圧電体の外径端よりも内側にあること、を特徴とする振動波モータである。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる振動波モータの実施形態をあげて、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以降の実施形態は、振動波モータとして、超音波の振動域を利用した超音波モータを例にとって説明する。
(第一実施形態)
図1は、本発明の第一実施形態による超音波モータを説明する図である。
第一実施形態の超音波モータ10は、振動子11と、移動子(相対運動部材)14とを備え、振動子11側を固定とし、移動子14を駆動するようになっている。
【0014】
振動子11は、後述するように、電気エネルギーを機械エネルギーに変換する圧電素子や電歪素子等を例とした電気機械変換素子(以下、圧電体と称する)12と、圧電体12を接合した弾性体13とから構成されている。振動体11には、進行波が発生するが、本実施形態では、一例として、4次の進行波として説明する。
【0015】
弾性体13は、共振先鋭度が大きな金属材料から成り、その形状は、断面略矩形の円環形状をしている。この弾性体13は、圧電体12が接合される反対面には、溝13aが設けられた振動拡大部が形成され、突起部(溝と溝の間)13bの先端面が駆動面となり、移動子14に加圧接触される。
溝13aを切る理由は、進行波の中立面をできる限り圧電体12側に近づけ、これにより、駆動面の進行波の振幅を増幅させるためである。溝13aの切っていない部分を、本実施形態では、ベース部13cと呼ぶ。圧電体12は、そのベース部13cの溝13a側とは反対面(接合面)に接合される。
【0016】
ベース部13cには、フランジ部13dが設けられ、その部分を用いて固定部材16に固定する。フランジ部13dは、圧電体12と接合する面よりやや駆動面側によった形態となっている。
【0017】
圧電体12は、円周方向に沿って2つの相(A相、B相)に分かれており、各相においては、1/2波長毎に、分極が交互となった要素が並べられていて、A相とB相の間には、1/4波長分の間隔が空くようにしてある(図3参照)。
【0018】
移動子14は、アルミニウムといった軽金属からなり、摺動面の表面には、耐摩耗性向上のための表面処理が施されている。
【0019】
出力軸15は、移動子14に圧入され、移動子14と一体に回転するようにされている。出力軸15と固定部材16との間には、ベアリング17,17が設けられ、固定部材16に対して、出力軸15及び移動子14が回転可能となっている。
【0020】
加圧部材18は、2つのベアリング17,17間に設けられ、移動子14が振動体11の駆動面に加圧接触するようにされている。出力軸15には、Eクリップ等のストッパ19が設けられ、ベアリング17,17及び加圧部材18の軸方向の位置を決めている。
【0021】
図2は、第一実施形態による超音波モータの駆動制御装置を説明するブロック図である。まず、超音波モータの駆動制御部について説明する。
発振部21は、制御部26の指令により所望の周波数の駆動信号を発生する。移相部22は、発振器21で発生した駆動信号を90゜位相の異なる2つの駆動信号に分ける。増幅部23,24は、移相部22によって分けられた2つの駆動信号をそれぞれ所望の電圧に昇圧する。増幅部23,24からの駆動信号は、超音波モータ10に伝達され、この駆動信号の印加により振動体11に進行波が発生し、移動子14が駆動される。
【0022】
検出部25は、光学式エンコーダや磁気エンコーダ等により構成され、移動子14の駆動によって駆動された駆動物の位置や速度を検出する。
制御部26は、CPUからの駆動指令を基に超音波モータ10の駆動を制御する。制御部26は、検出部25からの検出信号を受け、その値を基にして、位置情報と速度情報を得て、目標位置に位置決めされるように、発振器21の周波数を制御する。
【0023】
本実施形態によれば、超音波モータの駆動制御装置は、以下のようにして動作する。
まず、制御部26に目標位置が伝達される。発振部21からは駆動信号が発生し、その信号は、移相部22により90゜位相の異なる2つの駆動信号に分割され、増幅部23,24により所望の電圧に増幅される。駆動信号は、超音波モータ10の圧電体12に印加され、圧電体12は励振され、その励振によって弾性13体には、9次の曲げ振動が発生する。
圧電体12は、A相とB相とに分けられており、駆動信号は、それぞれA相とB相に印加される。A相から発生する4次曲げ振動とB相から発生する4次曲げ振動とは、位置的な位相が1/4波長ずれるようになっており、また、A相駆動信号とB相駆動信号とは、90゜位相がずれているため、2つの曲げ振動は、合成され、9波の進行波となる。
【0024】
進行波の波頭には、楕円運動が生じている。従って、駆動面に加圧接触された移動子14は、この楕円運動によって摩擦的に駆動される。移動子14の駆動により駆動された駆動体(出力軸15)には、光学式エンコーダなどの検出部25が配置されていて、そこから、電気パルスが発生し、制御部26に伝達される。制御部26は、この信号を基にして、現在の位置と現在の速度を得ることが可能となり、これらの位置情報、速度情報及び目標位置情報を基にして、発振部21の駆動周波数が制御される。
【0025】
図3は、第一実施形態による超音波モータの圧電体及び圧電体表面に設けられた電極を説明する図である。
圧電体12の裏面(接合側)と、表面(非接合側)には、各面を覆うように銀メッキ等により電極12aが設けられていて、駆動信号が圧電体12の全体に印加されるようになっている。
しかし、電極12aの印刷ズレ対策、表裏電極のショート対策から、電極12aは外内径部から隙間δを持って印刷されている。このように、電極12aの幅が圧電体12の幅よりも小さい場合に、実際に駆動信号により曲げ振動が励起される部分は、電極12aの部分であるため、外内径からの隙間δの分、圧電体12が無駄になっていた。
【0026】
圧電体12に電圧を印加して、弾性体13に曲げを発生させようとした場合、曲げ変位の大きさを左右するのは、溝13aがない部分、いわゆるベース部13cの剛性である。このベース部13cの厚さが薄いほど、又は、幅が狭いほど、剛性が小さく、圧電体12から同じ曲げの力を与えた場合には、曲げ変位は大きくなる。圧電体12の幅と同じ幅の弾性体13のベース部13cに、圧電体12を接合した場合に、曲げたいベース部13cの幅よりも、圧電体12の電極12aの幅が狭いため、十分な曲げ変位が得られない場合があった。
【0027】
そこで、本実施形態では、フランジ部13dを境に、ベース部13cにベース部13cよりも大径の延出部13eを設け、十分に曲げがなされるようにした。つまり、図1に示すように、電極12aの幅をwとすると、電極12aの外径端は、弾性体13のベース部13cの外径端を加圧方向に投影した位置よりも外側にあり、その内径端は、ベース部13cの内径端を加圧方向に投影した位置よりも内側にある。そして、電極12aの径方向の幅wは、弾性体13の曲げ中心の径方向の幅よりも広くしてある。
フランジ部13dは、接合面側に寄っているため、ベース部13cの剛性は、くし歯側の幅に依存している。これにより、弾性体13は、十分な曲げ変位が得られ、それにより、十分な曲げ振動振幅が得られるようになり、駆動力や駆動効率等が向上し、性能向上が得られる。
【0028】
本実施形態では、弾性体13は、フランジ部13dの接合面側に段部が設けられ、その部分が、ベース部13cから外径及び内径側に延出した延出部13eとなっている。電極12aの外径端及び内径端は、延出部13eを加圧方向に投影した範囲にある。そして、この延出部13eは、圧電体12を保持又は保護する役割を果たしている。
【0029】
また、弾性体13は、圧電体12の接合面には、接着強度を上げるために、面を粗くする必要があり、その粗くする面積を必要なだけ確保するために、このような延出部13eを設けることが有効である。
なお、粗くする面積が広くてもいい場合には、圧電体12の接合面とフランジ部13dの下面とを同じ面にしてもよい。
【0030】
(第二実施形態)
図4は、第二実施形態による超音波モータを説明する図である。
第二実施形態の超音波モータ10−2は、フランジ部15より下のベース部13c、つまり、延出部13eの幅を、フランジ部15より上の幅よりも、内径側にのみ広げるようにした。他の構成は、第一実施形態と同じため、省略する。
【0031】
本実施形態では、外径側は、圧電体12の電極12aの隙間部がベース部13cと重なるが、内径側は、ベース部13cの内径側よりも内側に電極12aの内径が配置され、第一実施形態と同様な効果が生じる。
【0032】
(変形形態)
以上説明した実施形態に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の均等の範囲内である。
上記各実施形態に用いた超音波モータは、4波の進行性振動波であるが、他の波数の進行性振動波でも、圧電体の電極部の内径又は外径を弾性体のベース部よりも内側又は外側にするように配置することで、十分な曲げ変位が得られ、それにより、十分な曲げ振動振幅が得られるようになり、駆動力や駆動効率等が向上し、性能向上が得られる。
【0033】
【発明の効果】
以上詳しく説明したように、本発明によれば、電極部の外径端は、弾性体のベース部の外径端を加圧方向に投影した位置よりも外側にあり、及び/又は、その内径端は、ベース部の内径端を加圧方向に投影した位置よりも内側にあるので、十分な曲げ変位が得られ、それにより、十分な曲げ振動振幅が得られるようになり、駆動力や駆動効率等が向上し、性能向上が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第一実施形態による超音波モータを説明する図である。
【図2】第一実施形態による超音波モータの駆動制御装置を説明するブロック図である。
【図3】第一実施形態による超音波モータの圧電体及び圧電体表面に設けられた電極を説明する図である。
【図4】第二実施形態による超音波モータを説明する図である。
【符号の説明】
10 超音波モータ
11 振動子
12 圧電体
13 弾性体
13a 溝
13b 突起部分
13c ベース部
14 移動子(相対運動部材)
15 出力軸
16 固定部材
17 ベアリング
18 加圧部材
19 ストッパ
20 駆動制御装置
21 発振部
22 移相部
23,24 増幅部
25 検出部
26 制御部
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a vibration wave motor whose elastic body has an annular shape with a substantially rectangular cross section.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, this type of vibration wave motor generates a progressive vibration wave on the drive surface of the elastic body by utilizing the expansion and contraction of the piezoelectric body, and this traveling wave causes an elliptical motion on the drive surface, and the elliptical motion The mover that is in pressure contact with the wave front is driven (for example, Patent Document 1).
Since such a vibration wave motor has a feature of having a high torque even at a low rotation, when mounted on a drive device, the gear of the drive device can be omitted, so that gear noise can be eliminated or positioning accuracy can be eliminated. There is an advantage that can be improved.
A vibrator of a vibration wave motor using an oscillating traveling wave includes a piezoelectric body and an elastic body, and the piezoelectric body and the elastic body are firmly bonded with an adhesive or the like. The piezoelectric body is provided with silver electrodes on both surfaces by screen printing or the like, and a drive signal is applied to the electrode surfaces.
[0003]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Publication No. 1-17354 [0004]
[Problems to be solved by the invention]
In the above-described vibration wave motor, the progressive vibration wave generated in the elastic body is obtained by synthesizing the two standing vibration waves generated by the excitation of the piezoelectric body. The bending vibration of the standing wave is generated by using a stretching force due to voltage application to the piezoelectric body (unimorph effect). For this reason, when there are few electrode parts applied to a piezoelectric body, the force which generate | occur | produces a bending reduces and it may be unable to fully excite bending vibration.
[0005]
Moreover, the elastic body provided with the groove on the driving surface side joins the piezoelectric body to the surface where the groove is not provided by adhesion or the like. When a voltage is applied to the piezoelectric body to cause the elastic body to bend, it is the rigidity of the portion without the groove, that is, the so-called base portion, that determines the magnitude of the bending displacement. The thinner the base portion, the narrower the width, the smaller the rigidity, and the greater the bending displacement when the same bending force is applied from the piezoelectric body.
[0006]
On the other hand, the electrodes applied to the piezoelectric body are usually printed with a gap between the outer diameter end and the inner diameter end in order to prevent short-circuiting on the front and back surfaces caused by protrusions due to printing misalignment. Accordingly, the portion to which the drive signal is applied is reduced by that amount. Along with this, the bending force that the piezoelectric body gives to the elastic body decreases, and the amplitude of the bending vibration may not be sufficient. In that case, there arises a problem that sufficient driving force and driving efficiency cannot be obtained.
[0007]
An object of the present invention is to provide a vibration wave motor capable of improving driving performance such as driving force and driving efficiency.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, the invention of claim 1 is a vibration body having a piezoelectric body excited by a drive signal and an elastic body joined to the piezoelectric body and generating a progressive vibration wave on a drive surface by the excitation. A moving member that is pressed against the driving surface of the elastic body and driven by the progressive vibration wave, and includes a fixing member to which the elastic body is fixed , and the elastic body An annular base portion to which the piezoelectric body is bonded, an extending portion provided on a side of the base portion to which the piezoelectric body is bonded and extending in a radial direction, and the fixing member from the extending portion And a flange portion fixed to the fixing member, and one end in the radial direction of the piezoelectric body is joined to the extending portion, and the width in the radial direction of the piezoelectric body is set to the base. characterized by being larger than the width in the radial direction of the parts Doha is a motor.
According to a second aspect of the present invention, in the vibration wave motor according to the first aspect, the extension portion extends to the inner diameter side of the elastic body, and the inner diameter end of the piezoelectric body is joined to the extension portion. This is a vibration wave motor characterized by that.
[0009]
According to a third aspect of the present invention, in the vibration wave motor according to the first or second aspect, the piezoelectric body has an electrode portion to which a drive signal is applied, and the width of the electrode portion in the radial direction is the base. The vibration wave motor is characterized in that it is larger than the width in the radial direction of the portion and smaller than the width in the radial direction of the piezoelectric body .
The invention according to claim 4, in the vibration wave motor according to claim 2, wherein the piezoelectric element has an electrode unit for applying a driving signal, an inner diameter end of the electrode portion, pressurizing the inside diameter end of said base portion It is a vibration wave motor characterized by being inside the position projected in the pressure direction and outside the inner diameter end of the piezoelectric body .
[0010]
According to a fifth aspect of the present invention, in the vibration wave motor according to the third or fourth aspect , the radial width of the electrode portion is wider than the radial width of the bending center of the elastic body. This is a vibration wave motor.
According to a sixth aspect of the present invention, in the vibration wave motor according to any one of the third to fifth aspects, the piezoelectric body has the surface on the side to which the elastic body is joined and the surface on the opposite side. It is a vibration wave motor characterized by having an electrode part .
[0011]
The invention according to claim 7 is the vibration wave motor according to any one of claims 1 to 5 , wherein the extension portion is a member that holds or protects the piezoelectric body. It is a vibration wave motor.
[0012]
According to an eighth aspect of the present invention, in the vibration wave motor according to any one of the first to sixth aspects, the elastic body is provided on a surface of the base portion opposite to a surface to which the piezoelectric body is bonded. The vibration wave motor includes a plurality of protrusions, and the movable element is in pressure contact with a front end surface of the protrusion.
According to a ninth aspect of the present invention, in the vibration wave motor according to the first aspect, the piezoelectric body has an electrode portion for applying a driving signal, and the side of the base portion to which the piezoelectric body is joined is the base. An extension part extending to the inner diameter side and the outer diameter side of the part, the inner diameter end of the piezoelectric body is joined to the extension part on the inner diameter side, and the outer diameter end of the piezoelectric body is The outer diameter end of the electrode portion is joined to the extension portion on the radial side, and is located on the inner side of the position where the outer diameter end of the base portion is projected in the pressurizing direction, and the outer diameter end of the piezoelectric body It is a vibration wave motor characterized by being inside.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of a vibration wave motor according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In the following embodiments, an ultrasonic motor using an ultrasonic vibration region will be described as an example of the vibration wave motor.
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram illustrating an ultrasonic motor according to a first embodiment of the present invention.
The ultrasonic motor 10 according to the first embodiment includes a vibrator 11 and a mover (relative motion member) 14, and the vibrator 11 side is fixed and the mover 14 is driven.
[0014]
As will be described later, the vibrator 11 is obtained by joining a piezoelectric body 12 and an electromechanical transducer (hereinafter referred to as a piezoelectric body) 12 such as a piezoelectric element or an electrostrictive element that converts electrical energy into mechanical energy. And an elastic body 13. Although a traveling wave is generated in the vibrating body 11, this embodiment will be described as a fourth-order traveling wave as an example.
[0015]
The elastic body 13 is made of a metal material having a high resonance sharpness, and has a circular shape with a substantially rectangular cross section. The elastic body 13 is formed with a vibration expanding portion provided with a groove 13a on the opposite surface to which the piezoelectric body 12 is bonded, and the tip surface of the protrusion (between the groove) 13b serves as a driving surface, which moves The child 14 is brought into pressure contact.
The reason for cutting the groove 13a is to make the neutral surface of the traveling wave as close as possible to the piezoelectric body 12 side, thereby amplifying the amplitude of the traveling wave on the drive surface. In the present embodiment, a portion where the groove 13a is not cut is referred to as a base portion 13c. The piezoelectric body 12 is bonded to a surface (bonding surface) opposite to the groove 13a side of the base portion 13c.
[0016]
The base portion 13c is provided with a flange portion 13d and is fixed to the fixing member 16 using the flange portion 13d. The flange portion 13d has a form slightly depending on the drive surface side from the surface to be joined to the piezoelectric body 12.
[0017]
The piezoelectric body 12 is divided into two phases (A phase and B phase) along the circumferential direction, and in each phase, elements with alternating polarization are arranged for every ½ wavelength. A space corresponding to a quarter wavelength is provided between the A phase and the B phase (see FIG. 3).
[0018]
The mover 14 is made of a light metal such as aluminum, and the surface of the sliding surface is subjected to a surface treatment for improving wear resistance.
[0019]
The output shaft 15 is press-fitted into the moving element 14 and rotates integrally with the moving element 14. Bearings 17, 17 are provided between the output shaft 15 and the fixed member 16, and the output shaft 15 and the mover 14 can rotate with respect to the fixed member 16.
[0020]
The pressure member 18 is provided between the two bearings 17 and 17 so that the movable element 14 is in pressure contact with the drive surface of the vibrating body 11. The output shaft 15 is provided with a stopper 19 such as an E clip to determine the axial positions of the bearings 17 and 17 and the pressure member 18.
[0021]
FIG. 2 is a block diagram for explaining the ultrasonic motor drive control apparatus according to the first embodiment. First, the drive control unit of the ultrasonic motor will be described.
The oscillating unit 21 generates a drive signal having a desired frequency according to a command from the control unit 26. The phase shifter 22 divides the drive signal generated by the oscillator 21 into two drive signals having a 90 ° phase difference. The amplification units 23 and 24 boost the two drive signals divided by the phase shift unit 22 to desired voltages, respectively. Drive signals from the amplifying units 23 and 24 are transmitted to the ultrasonic motor 10, and traveling waves are generated in the vibrating body 11 by applying the drive signals, so that the movable element 14 is driven.
[0022]
The detection unit 25 is configured by an optical encoder, a magnetic encoder, or the like, and detects the position and speed of a driven object driven by driving the moving element 14.
The control unit 26 controls driving of the ultrasonic motor 10 based on a driving command from the CPU. The control unit 26 receives the detection signal from the detection unit 25, obtains position information and speed information based on the values, and controls the frequency of the oscillator 21 so as to be positioned at the target position.
[0023]
According to the present embodiment, the ultrasonic motor drive control device operates as follows.
First, the target position is transmitted to the control unit 26. A drive signal is generated from the oscillating unit 21, and the signal is divided into two drive signals having a phase difference of 90 ° by the phase shift unit 22, and is amplified to a desired voltage by the amplification units 23 and 24. The drive signal is applied to the piezoelectric body 12 of the ultrasonic motor 10, and the piezoelectric body 12 is excited. By the excitation, a ninth-order bending vibration is generated in the elastic body 13.
The piezoelectric body 12 is divided into an A phase and a B phase, and drive signals are applied to the A phase and the B phase, respectively. The quaternary bending vibration generated from the A phase and the quaternary bending vibration generated from the B phase are such that the positional phase is shifted by a quarter wavelength, and the A phase driving signal and the B phase driving signal are Is 90 ° out of phase, the two bending vibrations are combined into nine traveling waves.
[0024]
An elliptical motion is generated at the front of the traveling wave. Therefore, the moving element 14 in pressure contact with the driving surface is frictionally driven by this elliptical motion. A detection unit 25 such as an optical encoder is disposed on the driving body (output shaft 15) driven by driving the moving element 14, and an electric pulse is generated therefrom and transmitted to the control unit 26. The control unit 26 can obtain the current position and current speed based on this signal, and the drive frequency of the oscillation unit 21 is controlled based on the position information, speed information, and target position information. Is done.
[0025]
FIG. 3 is a diagram for explaining the piezoelectric body of the ultrasonic motor according to the first embodiment and the electrodes provided on the surface of the piezoelectric body.
Electrodes 12a are provided on the back surface (bonding side) and the front surface (non-bonding side) of the piezoelectric body 12 by silver plating or the like so as to cover each surface, and a drive signal is applied to the entire piezoelectric body 12. It is like that.
However, the electrode 12a is printed with a gap δ from the outer inner diameter portion to prevent printing misalignment of the electrode 12a and to prevent short circuit between the front and back electrodes. As described above, when the width of the electrode 12a is smaller than the width of the piezoelectric body 12, the portion where the bending vibration is actually excited by the drive signal is the portion of the electrode 12a. The piezoelectric body 12 was wasted.
[0026]
When a voltage is applied to the piezoelectric body 12 to cause the elastic body 13 to bend, it is the rigidity of the portion without the groove 13a, that is, the so-called base portion 13c, that determines the magnitude of the bending displacement. The thinner the base part 13c or the narrower the width, the smaller the rigidity. When the same bending force is applied from the piezoelectric body 12, the bending displacement increases. When the piezoelectric body 12 is joined to the base portion 13c of the elastic body 13 having the same width as the piezoelectric body 12, the width of the electrode 12a of the piezoelectric body 12 is narrower than the width of the base portion 13c to be bent. In some cases, a large bending displacement could not be obtained.
[0027]
Therefore, in the present embodiment, the base portion 13c is provided with the extended portion 13e having a diameter larger than that of the base portion 13c with the flange portion 13d as a boundary so that the bending is sufficiently performed. That is, as shown in FIG. 1, when the width of the electrode 12a is w, the outer diameter end of the electrode 12a is outside the position where the outer diameter end of the base portion 13c of the elastic body 13 is projected in the pressurizing direction. The inner diameter end is inside the position where the inner diameter end of the base portion 13c is projected in the pressurizing direction. The radial width w of the electrode 12a is wider than the radial width of the bending center of the elastic body 13.
Since the flange portion 13d is closer to the joint surface side, the rigidity of the base portion 13c depends on the width on the comb tooth side. As a result, the elastic body 13 can obtain a sufficient bending displacement, whereby a sufficient bending vibration amplitude can be obtained, the driving force and the driving efficiency can be improved, and the performance can be improved.
[0028]
In this embodiment, the elastic body 13 is provided with a step portion on the joint surface side of the flange portion 13d, and the portion is an extended portion 13e extending from the base portion 13c to the outer diameter and inner diameter side. The outer diameter end and the inner diameter end of the electrode 12a are in a range in which the extending portion 13e is projected in the pressurizing direction. The extending portion 13 e plays a role of holding or protecting the piezoelectric body 12.
[0029]
In addition, the elastic body 13 needs to be roughened on the bonding surface of the piezoelectric body 12 in order to increase the adhesive strength, and such an extension portion is required to secure the roughening area as much as necessary. It is effective to provide 13e.
When the area to be roughened may be large, the joint surface of the piezoelectric body 12 and the lower surface of the flange portion 13d may be the same surface.
[0030]
(Second embodiment)
FIG. 4 is a diagram for explaining the ultrasonic motor according to the second embodiment.
In the ultrasonic motor 10-2 of the second embodiment, the width of the base portion 13 c below the flange portion 15, that is, the extending portion 13 e is expanded only to the inner diameter side than the width above the flange portion 15. did. Other configurations are the same as those in the first embodiment, and are omitted.
[0031]
In the present embodiment, on the outer diameter side, the gap portion of the electrode 12a of the piezoelectric body 12 overlaps the base portion 13c. On the inner diameter side, the inner diameter of the electrode 12a is arranged on the inner side of the inner diameter side of the base portion 13c. An effect similar to that of the embodiment occurs.
[0032]
(Deformation)
The present invention is not limited to the embodiment described above, and various modifications and changes are possible, and these are also within the equivalent scope of the present invention.
The ultrasonic motor used in each of the above embodiments is a progressive vibration wave of four waves, but the inner diameter or the outer diameter of the electrode portion of the piezoelectric body can be changed from the base portion of the elastic body even with a progressive vibration wave of other wave numbers. By placing them inside or outside, sufficient bending displacement can be obtained, so that sufficient bending vibration amplitude can be obtained, driving force and driving efficiency can be improved, and performance improvement can be obtained. It is done.
[0033]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, the outer diameter end of the electrode portion is outside the position where the outer diameter end of the base portion of the elastic body is projected in the pressurizing direction and / or the inner diameter thereof. Since the end is inside the position where the inner diameter end of the base portion is projected in the pressurizing direction, sufficient bending displacement can be obtained, and thereby sufficient bending vibration amplitude can be obtained, and driving force and driving Efficiency etc. improve and performance improvement is obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating an ultrasonic motor according to a first embodiment of the invention.
FIG. 2 is a block diagram for explaining an ultrasonic motor drive control apparatus according to the first embodiment;
FIG. 3 is a diagram illustrating a piezoelectric body of the ultrasonic motor according to the first embodiment and electrodes provided on the surface of the piezoelectric body.
FIG. 4 is a diagram illustrating an ultrasonic motor according to a second embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Ultrasonic motor 11 Vibrator 12 Piezoelectric body 13 Elastic body 13a Groove 13b Projection part 13c Base part 14 Mover (relative motion member)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 15 Output shaft 16 Fixing member 17 Bearing 18 Pressure member 19 Stopper 20 Drive control apparatus 21 Oscillation part 22 Phase shift part 23, 24 Amplification part 25 Detection part 26 Control part

Claims (9)

駆動信号により励振される圧電体と、該圧電体に接合され、前記励振により駆動面に進行性振動波を生じる弾性体を有する振動体と、
前記弾性体の駆動面に加圧接触され、前記進行性振動波によって駆動される移動子と、
を備える振動波モータにおいて、
前記弾性体が固定される固定部材を有し、
前記弾性体は、前記圧電体が接合された円環状のベース部該ベース部の前記圧電体が接合される側に設けられ径方向に延出した延出部と、前記延出部から前記固定部材の方向に延出し、前記固定部材に固定されたフランジ部とを有し、
前記圧電体の径方向の一端は、前記延出部に接合され、
前記圧電体の径方向における幅を、前記ベース部の径方向における幅より大きくしたことを特徴とする振動波モータ。
A piezoelectric body that is excited by a drive signal, and a vibrating body that is bonded to the piezoelectric body and has an elastic body that generates a progressive vibration wave on a driving surface by the excitation;
A mover that is in pressure contact with the drive surface of the elastic body and is driven by the progressive vibration wave;
In a vibration wave motor comprising:
A fixing member to which the elastic body is fixed ;
The elastic body includes an annular base portion to which the piezoelectric body is bonded, an extending portion that is provided on a side of the base portion to which the piezoelectric body is bonded and extends in a radial direction, and the extending portion. Extending in the direction of the fixing member, and having a flange portion fixed to the fixing member,
One end of the piezoelectric body in the radial direction is joined to the extending portion,
A vibration wave motor characterized in that a width in a radial direction of the piezoelectric body is made larger than a width in a radial direction of the base portion.
請求項1に記載の振動波モータにおいて、
前記延出部は、前記弾性体の内径側に延出しており、前記圧電体の内径端は、前記延出部に接合されていること、
を特徴とする振動波モータ。
The vibration wave motor according to claim 1,
The extension part extends to the inner diameter side of the elastic body, and the inner diameter end of the piezoelectric body is joined to the extension part;
Vibration wave motor characterized by
請求項1または請求項2に記載の振動波モータにおいて、
前記圧電体は、駆動信号を印加する電極部を有し、
前記電極部の径方向における幅は、前記ベース部の径方向における幅よりも大きく、前記圧電体の径方向の幅より小さいこと、
を特徴とする振動波モータ。
In the vibration wave motor according to claim 1 or 2,
The piezoelectric body has an electrode portion for applying a drive signal,
The width in the radial direction of the electrode portion is larger than the width in the radial direction of the base portion and smaller than the width in the radial direction of the piezoelectric body;
Vibration wave motor characterized by
請求項に記載の振動波モータにおいて、
前記圧電体は、駆動信号を印加する電極部を有し、
前記電極部の内径端は、前記ベース部の内径端を加圧方向に投影した位置よりも内側にあり、かつ、前記圧電体の内径端よりも外側にあること、
を特徴とする振動波モータ。
The vibration wave motor according to claim 2 ,
The piezoelectric body has an electrode portion for applying a drive signal,
The inner diameter end of the electrode portion is inside the position where the inner diameter end of the base portion is projected in the pressurizing direction, and is outside the inner diameter end of the piezoelectric body;
Vibration wave motor characterized by
請求項または請求項に記載の振動波モータにおいて、
前記電極部の径方向の幅は、前記弾性体の曲げ中心の径方向の幅よりも広いこと、
を特徴とする振動波モータ。
In the vibration wave motor according to claim 3 or 4 ,
The radial width of the electrode portion is wider than the radial width of the bending center of the elastic body;
Vibration wave motor characterized by
請求項3から請求項5のいずれか1項に記載の振動波モータにおいて、
前記圧電体は、前記弾性体が接合される側の面とその反対側の面に前記電極部を有すること、
を特徴とする振動波モータ。
In the vibration wave motor according to any one of claims 3 to 5 ,
The piezoelectric body has the electrode portion on the surface to which the elastic body is bonded and the opposite surface,
Vibration wave motor characterized by
請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の振動波モータにおいて、
前記延出部は、前記圧電体を保持又は保護する部材であること、
を特徴とする振動波モータ。
In the vibration wave motor according to any one of claims 1 to 5 ,
The extending portion is a member that holds or protects the piezoelectric body;
Vibration wave motor characterized by
請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の振動波モータにおいて、The vibration wave motor according to any one of claims 1 to 6,
前記弾性体は、前記ベース部の前記圧電体が接合される面と反対側の面に複数の突起部を有し、前記移動子は、前記突起部の先端面に加圧接触されること、The elastic body has a plurality of protrusions on a surface of the base portion opposite to a surface to which the piezoelectric body is bonded, and the movable element is in pressure contact with a tip surface of the protrusion;
を特徴とする振動波モータ。Vibration wave motor characterized by
請求項1に記載の振動波モータにおいて、The vibration wave motor according to claim 1,
前記圧電体は、駆動信号を印加する電極部を有し、The piezoelectric body has an electrode portion for applying a drive signal,
前記ベース部の前記圧電体が接合される側は、前記ベース部の内径側及び外径側に延出した延出部を有し、The side of the base portion to which the piezoelectric body is joined has an extending portion extending to the inner diameter side and the outer diameter side of the base portion,
前記圧電体の内径端は、内径側の前記延出部に接合され、かつ、前記圧電体の外径端は、外径側の前記延出部に接合され、The inner diameter end of the piezoelectric body is joined to the extension portion on the inner diameter side, and the outer diameter end of the piezoelectric body is joined to the extension portion on the outer diameter side,
前記電極部の外径端は、前記ベース部の外径端を加圧方向に投影した位置よりも内側にあり、かつ、前記圧電体の外径端よりも内側にあること、The outer diameter end of the electrode part is inside the position where the outer diameter end of the base part is projected in the pressurizing direction, and inside the outer diameter end of the piezoelectric body,
を特徴とする振動波モータ。Vibration wave motor characterized by
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