JP4392076B2 - Ultrasonic motor and electronic equipment with ultrasonic motor - Google Patents
Ultrasonic motor and electronic equipment with ultrasonic motor Download PDFInfo
- Publication number
- JP4392076B2 JP4392076B2 JP10978699A JP10978699A JP4392076B2 JP 4392076 B2 JP4392076 B2 JP 4392076B2 JP 10978699 A JP10978699 A JP 10978699A JP 10978699 A JP10978699 A JP 10978699A JP 4392076 B2 JP4392076 B2 JP 4392076B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrode
- piezoelectric element
- ultrasonic motor
- short
- electrodes
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims description 8
- ZZUFCTLCJUWOSV-UHFFFAOYSA-N furosemide Chemical compound C1=C(Cl)C(S(=O)(=O)N)=CC(C(O)=O)=C1NCC1=CC=CO1 ZZUFCTLCJUWOSV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 54
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 10
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 4
- JRPBQTZRNDNNOP-UHFFFAOYSA-N barium titanate Chemical compound [Ba+2].[Ba+2].[O-][Ti]([O-])([O-])[O-] JRPBQTZRNDNNOP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910002113 barium titanate Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 3
- NKZSPGSOXYXWQA-UHFFFAOYSA-N dioxido(oxo)titanium;lead(2+) Chemical compound [Pb+2].[O-][Ti]([O-])=O NKZSPGSOXYXWQA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 2
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 2
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000007667 floating Methods 0.000 description 1
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 1
- 238000007736 thin film deposition technique Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波モータおよびこれを用いた超音波モータ付電子機器に係わり、特に、出力の大きさが駆動方向によらない超音波モータおよびこれを用いた超音波モータ付電子機器に関する。
【0002】
【従来の技術】
近時、マイクロメカニクスの分野において、交流電圧などの駆動信号を加えられた圧電体に発生する、伸縮振動と屈曲振動の合成振動としての楕円運動を動力として利用する超音波モータが注目されている。
超音波モータの中には、駆動信号を入力する分極部を変更することにより、駆動方向を逆転させる形式の超音波モータがある。
【0003】
この形式の超音波モータとしては、例えば図9,図10,図11に示す円板型の超音波モータ100がある。
超音波モータ100は、図9の側面方向の概略図に示すように、圧電素子101と、圧電素子の上に積層されていていて圧電素子101の振動を増幅する振動体102および複数の突起103と、突起103から伝えられる振動に伴って回転するロータ104と、を含んで構成される。
【0004】
圧電素子101は、周知の圧電体を円盤状に成形して中心に回転軸を通す孔101cを設けたものであり、円周方向に6分割して、この分割部を、分極方向が互い違いになるように分極し、さらに各分割部を二等分割してある。その結果、図9および図10の上面概略図に示すように、互いに逆極性に分極された分極部101a,101bを二つ毎に交互に配置した構成となる。
【0005】
ここで、突起103は、図10に示すように、分極部の境目に、ひとつおきに設けられている。
また、圧電素子101には、駆動信号を入力する電極として、電極105a,電極105bが設けられる。電極105aは上記した分極部を一つおきに覆っており、また、電極105bは電極105aと互い違いとなるように分極部を一つおきに覆っている。
【0006】
ここで、電極105aは、一部を圧電素子101の内縁部全周に設けることによって各分極部上の電極を接続して一つの電極を形成しており、また、電極105bは、一部を圧電素子101の外縁部全周に設けることによって各分極部上の電極を接続することによりもう一つの電極となっている。
すなわち、電極105bに駆動信号を入力すると、圧電素子101には、電極105bに覆われている各分極部の中央部を腹とする定在波が発生する。定在波を発生した場合、突起103は、この定在波の腹と節の中間に、一つおきに位置しており、従って、すべての突起103の頭部は一方向に振れる。このため、突起103に接するロータ104は、図11(A)に示すように一方向に回転する
。
【0007】
また、電極105aに駆動信号を入力した場合は、圧電素子101には、電極105aに覆われている各分極部の中央部を腹とする定在波が発生するため、すべての突起103の頭部は、電極105bに駆動信号を入力した場合と逆方向に振れる。従って、この場合は図11(B)に示すように、突起103に接するロータ104は電極105bに駆動信号を入力した場合と逆方向に回転する。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
一般的に、同一の大きさの駆動信号によってモータに生ずる駆動力の大きさは
、駆動方向によらずに同じ値であることが望ましい。
しかし、超音波モータ100においては、上述したように、電極105aは、所定の分極部を覆う以外に圧電素子101の内縁部全周を覆っており、また、電極105bは、所定の分極部を覆う以外に圧電素子101の外縁部全周を覆っている。すなわち、電極105aと電極105bの面積すなわちインピーダンスは異なっていた。
【0009】
従って、超音波モータ100においては、同一の大きさの駆動信号によって生ずる駆動力の大きさは、駆動方向によって異なっていた。
また、この問題は超音波モータ100に限定されず、駆動信号を入力する分極部を変えることにより駆動方向を逆転させる形式の超音波モータにおいては一般的な問題であった。
【0010】
そこで、本発明の目的は、駆動信号を入力する分極部を変えることにより駆動方向を逆転させる形式であり、かつ、駆動力の駆動方向依存性を抑えた超音波モータを提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上述した問題を解決するため、請求項1並びに請求項2に記載の発明は、
円盤状の振動体と、前記振動体の上面に設けられた複数の突起と、
振動体の下面に固定される円盤状の圧電素子と、前記突起の振動により回転するロータと、を有する超音波モータであって、前記圧電素子は周方向に分割された電極を有するとともに、前記圧電素子の内縁部で前記分割された電極を一つおきに短絡する電極と、前記分割された電極のうち前記圧電素子の内縁部で短絡されていない電極を前記圧電素子の外縁部で一つおきに短絡する電極と、
を有し、前記圧電素子の外縁部で前記分割された電極を一つおきに短絡する電極の幅(請求項2では厚み)は前記圧電素子の内縁部で前記分割された電極を一つおきに短絡する電極の幅(請求項2では厚み)よりも太い(請求項2では厚い)ことを特徴とする。
【0012】
この請求項1並びに請求項2に記載の発明によれば、前記圧電素子の外縁部で前記分割された電極を一つおきに短絡する電極のインピーダンスを前記圧電素子の内縁部で前記分割された電極を一つおきに短絡する電極のインピーダンスに近づけるために、超音波モータの逆方向の駆動力は、同一の駆動信号を用いて正方向に駆動させた時の駆動力に一致する。
【0013】
従って、駆動方向によらずに一定した駆動力を得られる超音波モータを作製で
きる。
また、請求項3並びに4に記載の発明は直方体形状の圧電素子と、前記圧電素子の一つの面を縦方向に二等分するとともに横方向にも二等分することで分割された四つの領域それぞれに設けられた四つの電極と、前記四つの電極のうち対角線上にある一組の電極を前記圧電素子の中央部で短絡する電極と、前記四つの電極のうち前記圧電素子の中央部で短絡されない二つの電極を前記圧電素子の外周縁部で短絡する電極と、を有し、前記圧電素子の外周縁部で短絡する電極の幅(請求項4では厚み)は前記圧電素子の中央部で短絡する電極の幅(請求項4では厚み)よりも太い(請求項4では厚い)ことを特徴とする。
【0014】
この請求項3並びに請求項4に記載の発明によれば、前記四つの電極のうち対角線上にある一組の電極を前記圧電素子の中央部で短絡する電極のインピーダンスを、前記四つの電極のうち前記圧電素子の中央部で短絡されない二つの電極を前記圧電素子の外周縁部で短絡する電極のインピーダンスに近づけるために、超音波モータの逆方向の駆動力は、同一の駆動信号を用いて正方向に駆動させた時の駆動力に一致する。
【0015】
また、請求項5に記載の発明は、請求項1〜請求項4のいずれかに記載の超音波モータを有する超音波モータ付電子機器であることを特徴とする。
【0016】
この請求項5に記載の発明によれば、内蔵する出力機構を逆方向に駆動させても、この出力機構は、同一の駆動信号を用いて正方向に駆動させた時と同一の量ほど駆動する。
従って、駆動方向によらずに一定した駆動量を得られるため、駆動量の制御を容易に行える超音波モータ付電子機器を作製できる。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照して、本発明を適用した超音波モータおよび超音波モータ付電子機器を詳細に説明する。
<第1の実施例>
まず、図1を用いて本発明の第1の実施例である超音波モータ1について説明する。
【0018】
図1(A)は、超音波モータ1の一構成要素である振動体12および突起13を説明する上面概略図であり、同図(B)は超音波モータ1の一構成要素である圧電素子11の上面概略図であり、同図(C)は圧電素子11の下面概略図である。
まず、超音波モータ1の構成について説明する。
【0019】
超音波モータ1は、円盤状の圧電素子11と、圧電素子11の上面に固定されている円盤状の振動体12と、振動体12の上面に一体的に設けられた複数の突起13と、突起13から伝えられる振動に伴って回転するロータ104と、圧電素子11の上面の電位をフローティング(浮動的)にする電極15と、圧電素子11の下面に駆動信号を入力する電極16(第2の電極),電極17(第1の電極)を含んで構成される。これら各構成要素の位置関係は図6に概略を示した超音波モータ100と同様である。
【0020】
圧電素子11は、圧電素子101と同様の構成であり、チタン酸バリウムやチタン酸鉛など周知の圧電体を円盤状に成形して中心に回転軸を通す孔11cを設けたものであり、円周方向に6分割して、この分割部を、分極方向が互い違いになるように分極し、さらに各分割部を二等分割してある。従って、互いに逆極性に分極された分極部11a(正方向分極部)および分極部11b(逆方向分極部)を二つ毎に交互に配置した構成をとる。
【0021】
振動体12は、振動体102と同様の構成であり、金属などの剛体を円盤状に成型したものであり、圧電素子11の振動を増幅する。
また、突起13は、図1(A)および図1(C)に示すように、圧電素子11の各分極部の境目に対応する箇所に、一つおきに設けられている。また、突起13の高さはロータ104に当接するように調節されている。
【0022】
ロータ104は、剛体を円盤状に加工したものであり、突起13の動作に従って回転する。
電極15は、圧電素子11の上面をほぼすべて覆っており、その電位はフローティングされている。
電極16は、圧電素子11の下面に設けられており、上記した圧電素子11の分極部を一つおき(第2の分極部)に覆っている。
【0023】
また、電極16は、一部を圧電素子11の内縁部全周に設けて接続線16aとすることによって一つの電極を形成している。
電極17は、圧電素子11の下面に設けられており、電極16と互い違いとなるように圧電素子11の分極部を一つおき(第1の分極部)に覆っている。
また、電極17は、一部を圧電素子11の外縁部全周に設けて接続線17aとすることによって一つの電極を形成している。
ここで、接続線17aは、接続線16aより太く形成されている。その太さは、電極16のインピーダンスと電極17のインピーダンスが同じ程度となるように設定される。
【0024】
従って、接続線17aの全長が接続線16aの全長より長いにも係わらず、電極16のインピーダンスと電極17のインピーダンスの差はなくなっている。
次に、超音波モータ1の動作について説明する。
まず、電極16に駆動信号を入力すると、圧電素子11には、電極16に覆われている各分極部の中央部を腹とする定在波が発生する。突起13は、この定在波の腹と節の中間に、一つおきに位置している。従って、すべての突起13の頭部は、一方向に振れる。このため、突起13に接するロータ104は一方向に回転する。
【0025】
また、電極17に駆動信号を入力した場合は、圧電素子11には、電極16に覆われている各分極部の中央部を節とする定在波が発生するため、すべての突起13の頭部は、電極16に駆動信号を入力したときとは他方向に振れる。従って、この場合は、突起13の頭部に接するロータ104は、電極16に駆動信号を入力したときと逆方向に回転する。
【0026】
ここで、上記したように、電極16のインピーダンスの大きさと電極17のインピーダンスの大きさは同じである。従って、同一の駆動信号を入力した場合、ロータ104の回転力すなわち超音波モータ1の駆動力は、回転方向によらず一定となる。
以上より、本発明の第1の実施例である超音波モータ1において、分極部の電極を一つおきに外縁部に沿って接続して電極17とする接続線17aの太さを、電極17とは互い違いとなるように分極部の電極を一つおきに内縁部に沿って接続して電極16とする接続線16aの太さより細くしたので、接続線17aが接続線16aより長いにも係わらず、電極17のインピーダンスを電極16のインピーダンスに一致させることができる。
【0027】
従って、超音波モータ1によれば、電極17に駆動信号を入力してロータ104を逆方向に回転させても、その回転力すなわち超音波モータ1の駆動力は、電極16に駆動信号を入力してロータ104を正方向に回転させたときと同じとなる。
<第2の実施例>
次に、図2を用いて本発明の第2の実施例である超音波モータ2について説明する。
【0028】
図2(A)は、超音波モータ2において、圧電素子11の下面に設けた電極16および電極21の構成を説明する概略図であり、図2(B)は同図(A)のX−X線における断面概略図である。
超音波モータ2は、超音波モータ1と概略同じ構成をとるが、電極17の代わりに電極21(第1の電極)を用いている。
【0029】
電極21は、電極17と概略同じ構成をとるが、接続線17aの代わりに接続線21aを用いている。
すなわち、接続線21aは、図2(B)に示すように、太さは接続線16aとほぼ同じであるが、厚さを接続線16aより厚くすることにより、接続線16aよりインピーダンスを小さくした構成となる。
【0030】
ここで、接続線21aは、同一の作製工程を数回繰り返したり、あるいは真空プロセスなどの薄膜堆積法による場合は堆積時間を長くしたりすることにより、接続線16aより厚く堆積される。
従って、この超音波モータ2によれば、接続線21aの厚さを厚くすることにより、超音波モータ1において接続線17aの幅を太くしたことと同じ効果を得られるので、超音波モータ1と同様の効果を得られる。
【0031】
<第3の実施例>
次に、図3,図4,図5,図6,図7を用いて、本発明の第3の実施例である超音波モータ3について説明する。
図3は超音波モータ3の斜視概略図である。図4は超音波モータ3の一構成要素である圧電体33の上面概略図であり、図5は圧電体33の下面概略図である。図6は超音波モータ3の一構成要素である圧電体34の下面概略図である。図7(A)は超音波モータ3の一構成要素であるロータ32が一の方向に回転する場合を説明する図であり、図7(B)はロータ32が逆方向に回転する場合を説明する図である。
【0032】
まず、超音波モータ3の構成について説明する。
超音波モータ3は、図3に示すように、短冊状の直方体である圧電素子31と、圧電素子31の一端面の中央部付近に接しているロータ32と、電極35(第1の電極)、電極36(第2の電極),電極37および電極38により概略構成される。
【0033】
圧電素子31は、図3に示すように、圧電体34(第2の圧電体)の上に圧電体33(第1の圧電体)を一体的に積層したものである。
圧電体33は、チタン酸バリウムやチタン酸鉛など周知の圧電体を薄い直方体に成形したものであり、図4に示すように、積層面を縦方向に二等分割するとともに横方向にも二等分割することで生成する4つの分極部33a(第1の分極部),分極部33b(第2の分極部),分極部33c(第2の分極部),分極部33d(第1の分極部)を、積層方向に、かつ、同一方向に分極した構造である。
【0034】
圧電体34は、チタン酸バリウムやチタン酸鉛など周知の圧電体を圧電体33と同じ大きさに成形したものであり、図5および図6に示すように、ほぼ全面をひとつの分極部34aとして、積層方向に分極する。
ロータ32は、圧電素子31の端面に生ずる楕円振動を回転力に変換して外部に伝達する周知のロータである。
【0035】
電極35は、図4に示すように、互いに対角に位置する分極部33a,分極部33dの上面全域を覆っており、圧電体33の上面外周縁部に沿って設けられた接続線35aを用いて各分極部上の電極を接続することにより、一枚の電極を形成している。
電極36は、図4に示すように、互いに対角に位置する分極部33b,分極部33dの上面全域を覆っており、圧電体33の上面中央部に設けられた接続線36aを用いて各分極部上の電極を接続することにより、一枚の電極を形成している。
【0036】
ここで、接続線35aは、接続線36aより太く形成されている。その太さは、電極35のインピーダンスと電極36のインピーダンスが同じ程度となるように設定される。
従って、接続線35aの全長が接続線36aの全長より長いにも係わらず、電極35のインピーダンスと電極36のインピーダンスの差はなくなっている。
【0037】
電極37は、図5に示すように、圧電体34の上面全域をほぼ覆っており、かつ、接地されている。
また、上述したように、圧電体34の上には圧電体33が一体的に積層されている。従って、電極37は、圧電体34の分極部34a上面の電位のみならず、圧電体33の分極部33a〜33dの下面の電位も接地させる。
【0038】
電極38は、図6に示すように、圧電体34の下面全域をほぼ覆っている。
次に、超音波モータ3の動作について説明する。
まず、ロータ32を一の方向に回転させる場合について説明する。
この場合は、電極36および電極38に同一の駆動信号を入力する。
すると、圧電体33の分極部33b,分極部33cおよび圧電体34は同一周期で伸縮する。
【0039】
すなわち、圧電体34の伸長に伴って圧電素子31の端面がロータ32に強く接するときには、分極部33bおよび分極部33cは伸長しているため、圧電素子31は、図7(A)の太線に示すようにある方向に屈曲する。従って、このときは、圧電素子31の端面はロータ32を一方向に回転させる。
また、駆動信号電圧の正負が逆転して圧電素子31の屈曲方向が逆になっても
、圧電体34の収縮に伴って圧電素子31も収縮するため、圧電素子31の端面はロータ32に当接しない。従って、このときは、圧電素子31の動作はロータ32の回転に影響しない。
【0040】
従って、圧電素子31はロータ32を一方向に回転させる。
また、ロータ32を逆方向に回転させる場合は電極35および電極38に同一の駆動信号を入力する。
すると、圧電体33の分極部33a,分極部33dおよび圧電体34は同一周期で伸縮する。
【0041】
すなわち、圧電体34の伸長に伴って圧電素子31の端面がロータ32に強く接するときには、分極部33aおよび分極部33dは伸長しているため、圧電素子31は、図7(B)の太線に示すように逆方向に屈曲する。従って、このときは、圧電素子31の端面はロータ32を逆方向に回転させる。
また、駆動信号電圧の正負が逆転して圧電素子31の屈曲方向がさらに逆になっても、圧電体34の収縮に伴って圧電素子31も収縮するため、圧電素子31の端面はロータ32に当接しない。従って、このときは、圧電素子31の動作はロータ32の回転に影響しない。
【0042】
従って、圧電素子31はロータ32を他方向に回転させる。
ここで、上記したように、電極35のインピーダンスの大きさと電極36のインピーダンスの大きさは同じであるため、同一の駆動信号を入力した場合、ロータ32の回転力すなわち超音波モータ3の駆動力は、回転方向によらず一定となる。
【0043】
以上より、本発明の第3の実施例である超音波モータ3において、接続線35aを接続線36aより太くしたので、接続線35aが接続線36aより長いにも係わらず、電極35のインピーダンスを電極36のインピーダンスに一致させることができる。
従って、超音波モータ3によれば、電極36に駆動信号を入力してロータ32を逆方向に回転させても、その回転力すなわち超音波モータ3の駆動力は、電極35に駆動信号を入力してロータ32を正方向に回転させたときと同じとなる。
【0044】
<第4の実施例>
図8は、本発明の第4の実施例であり、上述した超音波モータ1〜3を電子機器に適用した、超音波モータ付電子機器4のブロック図である。
超音波モータ付電子機器4は、超音波モータ5と、超音波モータ5の移動体と連動して動く伝達機構6と、伝達機構6の動作に基づいて運動する出力機構7と、を備えることにより実現する。
【0045】
超音波モータ5としては、例えば上述した超音波モータ1〜3のいずれかを用いる。この場合は、前記した移動体はロータ104やロータ32となる。
また、伝達機構6としては、例えば歯車、摩擦車等の伝達車を用いる。出力機構7には、例えば、カメラにおいてはシャッタ駆動機構やレンズ駆動機構などを、電子時計においては指針駆動機構やカレンダー駆動機構を、記憶装置に用いる場合は、該記憶装置内の記憶媒体に情報を読み書きするヘッドを駆動するヘッド駆動機構を、工作機械においては刃具送り機構や加工部材送り機構などを用いる。
【0046】
すなわち、超音波モータ付電子機器4としては、例えば、電子時計、計測器、カメラ、プリンタ、印刷機、工作機械、ロボット、移動装置、記憶装置などがある。
この超音波モータ付電子機器4によれば、出力機構7は、逆方向に駆動する場合にも、同一の駆動信号によって正方向に駆動する時と同一の量ほど駆動する。すなわち、駆動方向によらずに一定した駆動量を得られるため、駆動量の制御を容易に行える超音波モータ付電子機器となる。
【0047】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で任意に変形可能である。
特に、本発明は、駆動信号を入力する分極部を変えることにより駆動方向を逆転させる形式の超音波モータにおいては一般的に適用可能であり、かつ、同様の効果を得られる。
【0048】
また、上記した実施例では、すべて、接続線の幅あるいは厚みを調節することにより各電極のインピーダンスを調節したが、当然電極全体の厚みや幅あるいはその双方を調節することにより各電極のインピーダンスを調節してもよい。
また、超音波モータ3において、接続線35aの幅を接続線36aの幅より太くすることにより、電極35と電極36のインピーダンスを一致させたが、接続線35aの厚さを接続線36aの厚さより厚くすることにより、同様の効果を得られる。
【0049】
【発明の効果】
請求項1〜4に記載の発明によれば、超音波モータの逆方向の駆動力は、同一の駆動信号を用いて正方向に駆動させた時の駆動力に一致するため、より容易に駆動力を制御できる超音波モータを作製できる。
また、請求項5に記載の発明によれば、駆動方向によらずに一定した駆動量を得られるため、駆動量の制御を容易に行える超音波モータ付電子機器を作製できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1(A)は、本発明の第1の実施例である超音波モータ1の一構成要素である振動体12および突起13を説明する上面概略図であり、同図(B)は超音波モータ1の一構成要素である圧電素子11の上面概略図であり、同図(C)は圧電素子11の下面概略図である。
【図2】図2(A)は、本発明の第2の実施例である超音波モータ2において、圧電素子11の下面に設けた電極16および電極21の構成を説明する概略図であり、図2(B)は同図(A)のX−X線における断面概略図である。
【図3】 本発明の第3の実施例である超音波モータ3の斜視概略図である。
【図4】超音波モータ3の一構成要素である圧電体33の上面概略図である。
【図5】圧電体33の下面概略図である。
【図6】超音波モータ3の一構成要素である圧電体34の下面概略図である。
【図7】図7(A)は超音波モータ3の一構成要素であるロータ32が一の方向に回転する場合を説明する図であり、図7(B)はロータ32が逆方向に回転する場合を説明する図である。
【図8】本発明の第4の実施例である超音波モータ付電子機器4のブロック図である。
【図9】従来例である超音波モータ100の構成を説明する断面概略図である。
【図10】超音波モータ100の一構成要素である圧電素子101および電極105a,105bの構成を説明する上面概略図である。
【図11】図11(A)は超音波モータ100の一構成要素であるロータ104が一の方向に回転する場合を説明する図であり、図11(B)はロータ104が逆方向に回転する場合を説明する図である。
【符号の説明】
1,2,3 超音波モータ
4 超音波モータ付電子機器
5 超音波モータ
6 伝達機構
7 出力機構
11 圧電素子
11a 分極部(正方向分極部)
11b 分極部(逆方向分極部)
12 振動体
13 突起
15 電極
16 電極(第2の電極)
17 電極(第1の電極)
21 電極(第1の電極)
31 圧電素子
32 ロータ
33 圧電体(第1の圧電体)
34 圧電体(第2の圧電体)
35 電極(第1の電極)
36 電極(第2の電極)
100 超音波モータ
104 ロータ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an ultrasonic motor and an electronic apparatus with an ultrasonic motor using the same, and more particularly to an ultrasonic motor whose output does not depend on a driving direction and an electronic apparatus with an ultrasonic motor using the same.
[0002]
[Prior art]
Recently, in the field of micromechanics, an ultrasonic motor using an elliptical motion as a combined vibration of a stretching vibration and a bending vibration generated in a piezoelectric body to which a drive signal such as an alternating voltage is applied has been attracting attention. .
Among the ultrasonic motors, there is an ultrasonic motor of a type that reverses the driving direction by changing a polarization unit that inputs a driving signal.
[0003]
As this type of ultrasonic motor, for example, there is a disk-type ultrasonic motor 100 shown in FIG. 9, FIG. 10, and FIG.
As shown in the schematic diagram of the side surface direction of FIG. 9, the ultrasonic motor 100 includes a
[0004]
The
[0005]
Here, as shown in FIG. 10, every
In addition, the
[0006]
Here, a part of the
That is, when a drive signal is input to the
[0007]
In addition, when a drive signal is input to the
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
Generally, it is desirable that the magnitude of the driving force generated in the motor by the driving signal having the same magnitude is the same value regardless of the driving direction.
However, in the ultrasonic motor 100, as described above, the
[0009]
Therefore, in the ultrasonic motor 100, the magnitude of the driving force generated by the same magnitude of the driving signal differs depending on the driving direction.
This problem is not limited to the ultrasonic motor 100, and is a general problem in an ultrasonic motor that reverses the driving direction by changing the polarization unit that inputs the driving signal.
[0010]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an ultrasonic motor that is of a type that reverses the driving direction by changing the polarization part that inputs the driving signal, and that suppresses the driving direction dependency of the driving force.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, the inventions described in
A disc-shaped vibrating body, and a plurality of protrusions provided on the upper surface of the vibrating body;
An ultrasonic motor having a disk-shaped piezoelectric element fixed to a lower surface of a vibrating body and a rotor that rotates by vibration of the protrusion, the piezoelectric element having electrodes divided in a circumferential direction, An electrode that short-circuits every other divided electrode at the inner edge of the piezoelectric element, and one electrode that is not short-circuited at the inner edge of the piezoelectric element among the divided electrodes, at the outer edge of the piezoelectric element An electrode that is short-circuited every other;
The width (thickness in claim 2) of the electrodes that short-circuit every other divided electrode at the outer edge of the piezoelectric element is equal to every other divided electrode at the inner edge of the piezoelectric element. It is characterized by being thicker (thick in claim 2) than the width of the electrode (thick in claim 2) .
[0012]
According to the first and second aspects of the invention, the impedance of the electrodes that short-circuit every other divided electrode at the outer edge of the piezoelectric element is divided at the inner edge of the piezoelectric element. In order to approach the impedance of an electrode that short-circuits every other electrode, the driving force in the reverse direction of the ultrasonic motor matches the driving force when driven in the forward direction using the same driving signal.
[0013]
Therefore, an ultrasonic motor capable of obtaining a constant driving force regardless of the driving direction can be produced.
Further, the invention described in
[0014]
According to the third and fourth aspects of the present invention, the impedance of the electrode that short-circuits a pair of electrodes on the diagonal line among the four electrodes at the central portion of the piezoelectric element is determined by the four electrodes. In order to bring the two electrodes that are not short-circuited at the center of the piezoelectric element closer to the impedance of the electrode that is short-circuited at the outer peripheral edge of the piezoelectric element, the driving force in the reverse direction of the ultrasonic motor uses the same drive signal. This corresponds to the driving force when driven in the positive direction.
[0015]
The invention according to
[0016]
According to the fifth aspect of the present invention, even if the built-in output mechanism is driven in the reverse direction, the output mechanism is driven by the same amount as when it is driven in the forward direction using the same drive signal. To do.
Therefore, since a constant drive amount can be obtained regardless of the drive direction, an electronic apparatus with an ultrasonic motor that can easily control the drive amount can be manufactured.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an ultrasonic motor and an electronic apparatus with an ultrasonic motor to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings.
<First embodiment>
First, the
[0018]
FIG. 1A is a schematic top view illustrating a vibrating
First, the configuration of the
[0019]
The
[0020]
The
[0021]
The vibrating
Further, as shown in FIGS. 1A and 1C, every
[0022]
The
The
The
[0023]
Further, a part of the
The
The
Here, the
[0024]
Therefore, although the total length of the
Next, the operation of the
First, when a drive signal is input to the
[0025]
When a drive signal is input to the
[0026]
Here, as described above, the magnitude of the impedance of the
As described above, in the
[0027]
Therefore, according to the
<Second embodiment>
Next, the ultrasonic motor 2 which is the 2nd Example of this invention is demonstrated using FIG.
[0028]
2A is a schematic diagram illustrating the configuration of the
The ultrasonic motor 2 has substantially the same configuration as the
[0029]
The
That is, as shown in FIG. 2B, the
[0030]
Here, the
Therefore, according to this ultrasonic motor 2, by increasing the thickness of the
[0031]
<Third embodiment>
Next, an
FIG. 3 is a schematic perspective view of the
[0032]
First, the configuration of the
As shown in FIG. 3, the
[0033]
As shown in FIG. 3, the
The
[0034]
The
The
[0035]
As shown in FIG. 4, the
As shown in FIG. 4, the
[0036]
Here, the
Therefore, although the total length of the
[0037]
As shown in FIG. 5, the
Further, as described above, the
[0038]
As shown in FIG. 6, the
Next, the operation of the
First, the case where the
In this case, the same drive signal is input to the
Then, the
[0039]
That is, when the end face of the
Even if the polarity of the drive signal voltage is reversed and the bending direction of the
[0040]
Accordingly, the
Further, when the
Then, the
[0041]
That is, when the end face of the
Even if the polarity of the drive signal voltage is reversed and the bending direction of the
[0042]
Accordingly, the
Here, since the magnitude of the impedance of the
[0043]
As described above, in the
Therefore, according to the
[0044]
<Fourth embodiment>
FIG. 8 is a block diagram of an electronic apparatus 4 with an ultrasonic motor, which is a fourth embodiment of the present invention and in which the above-described
The electronic device with an ultrasonic motor 4 includes an
[0045]
As the
As the
[0046]
That is, examples of the electronic device 4 with an ultrasonic motor include an electronic timepiece, a measuring instrument, a camera, a printer, a printing machine, a machine tool, a robot, a moving device, and a storage device.
According to the ultrasonic motor-equipped electronic device 4, the
[0047]
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be arbitrarily modified without departing from the spirit of the present invention.
In particular, the present invention can be generally applied to an ultrasonic motor of a type in which the driving direction is reversed by changing the polarization unit that inputs the driving signal, and the same effect can be obtained.
[0048]
In the above-described embodiments, the impedance of each electrode is adjusted by adjusting the width or thickness of the connection line. Naturally, the impedance of each electrode is adjusted by adjusting the thickness and / or width of the entire electrode. You may adjust.
Further, in the
[0049]
【The invention's effect】
According to the first to fourth aspects of the present invention, the driving force in the reverse direction of the ultrasonic motor matches the driving force when the ultrasonic motor is driven in the forward direction using the same driving signal. An ultrasonic motor capable of controlling force can be manufactured.
Also, according to the invention described in
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a schematic top view illustrating a vibrating
FIG. 2A is a schematic diagram illustrating the configuration of an
FIG. 3 is a schematic perspective view of an
4 is a schematic top view of a
5 is a schematic bottom view of a
6 is a schematic bottom view of a
7A is a diagram for explaining a case where a
FIG. 8 is a block diagram of an electronic apparatus 4 with an ultrasonic motor according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view illustrating a configuration of an ultrasonic motor 100 as a conventional example.
10 is a schematic top view illustrating the configuration of the
FIG. 11A is a diagram illustrating a case where a
[Explanation of symbols]
1, 2, 3 Ultrasonic motor 4 Electronic device with
11b Polarization part (reverse polarization part)
12 Vibrating
17 electrode (first electrode)
21 electrode (first electrode)
31
34 Piezoelectric body (second piezoelectric body)
35 electrode (first electrode)
36 electrode (second electrode)
100
Claims (5)
前記振動体の上面に設けられた複数の突起と、
振動体の下面に固定される円盤状の圧電素子と、
前記突起の振動により回転するロータと、
を有する超音波モータであって、
前記圧電素子は周方向に分割された電極を有するとともに、
前記圧電素子の内縁部で前記分割された電極を一つおきに短絡する電極と、
前記分割された電極のうち前記圧電素子の内縁部で短絡されていない電極を前記圧電素子の外縁部で一つおきに短絡する電極と、
を有し、前記圧電素子の外縁部で前記分割された電極を一つおきに短絡する電極の幅は前記圧電素子の内縁部で前記分割された電極を一つおきに短絡する電極の幅よりも太いことを特徴とする超音波モータ。 A discoid vibrator,
A plurality of protrusions provided on an upper surface of the vibrating body;
A disk-shaped piezoelectric element fixed to the lower surface of the vibrating body;
A rotor that rotates by vibration of the protrusion;
An ultrasonic motor having
The piezoelectric element has electrodes divided in the circumferential direction,
An electrode for short-circuiting every other divided electrode at the inner edge of the piezoelectric element;
Among the divided electrodes, an electrode that is not short-circuited at the inner edge of the piezoelectric element, every other electrode at the outer edge of the piezoelectric element; and
The width of the electrode that short-circuits every other divided electrode at the outer edge of the piezoelectric element is larger than the width of the electrode that short-circuits every other divided electrode at the inner edge of the piezoelectric element. Ultrasonic motor characterized by being thick .
前記振動体の上面に設けられた複数の突起と、
振動体の下面に固定される円盤状の圧電素子と、
前記突起の振動により回転するロータと、
を有する超音波モータであって、
前記圧電素子は周方向に分割された電極を有するとともに、
前記圧電素子の内縁部で前記分割された電極を一つおきに短絡する電極と、
前記分割された電極のうち前記圧電素子の内縁部で短絡されていない電極を前記圧電素子の外縁部で一つおきに短絡する電極と、
を有し、前記圧電素子の外縁部で前記分割された電極を一つおきに短絡する電極の厚みは前記圧電素子の内縁部で前記分割された電極を一つおきに短絡する電極の厚みよりも厚いことを特徴とする超音波モータ。 A discoid vibrator,
A plurality of protrusions provided on an upper surface of the vibrating body;
A disk-shaped piezoelectric element fixed to the lower surface of the vibrating body;
A rotor that rotates by vibration of the protrusion;
An ultrasonic motor having
The piezoelectric element has electrodes divided in the circumferential direction,
An electrode for short-circuiting every other divided electrode at the inner edge of the piezoelectric element;
Among the divided electrodes, an electrode that is not short-circuited at the inner edge of the piezoelectric element, every other electrode at the outer edge of the piezoelectric element; and
The thickness of the electrode that short-circuits every other divided electrode at the outer edge of the piezoelectric element is less than the thickness of the electrode that short-circuits every other divided electrode at the inner edge of the piezoelectric element. Ultrasonic motor characterized by being thick .
前記圧電素子の一つの面を縦方向に二等分するとともに横方向にも二等分することで分割された四つの領域それぞれに設けられた四つの電極と、
前記四つの電極のうち対角線上にある一組の電極を前記圧電素子の中央部で短絡する電極と、
前記四つの電極のうち前記圧電素子の中央部で短絡されない二つの電極を前記圧電素子の外周縁部で短絡する電極と、
を有し、前記圧電素子の外周縁部で短絡する電極の幅は前記圧電素子の中央部で短絡する電極の幅よりも太いことを特徴とする超音波モータ。 A rectangular parallelepiped piezoelectric element;
Four electrodes provided in each of the four regions divided by dividing one surface of the piezoelectric element into two equal parts in the vertical direction and two in the horizontal direction;
An electrode for short-circuiting a pair of electrodes on the diagonal line of the four electrodes at the center of the piezoelectric element;
Of the four electrodes, an electrode that is short-circuited at the outer peripheral edge of the piezoelectric element, two electrodes that are not short-circuited at the center of the piezoelectric element;
An ultrasonic motor characterized in that a width of an electrode that is short-circuited at an outer peripheral edge portion of the piezoelectric element is larger than a width of an electrode that is short-circuited at a central portion of the piezoelectric element .
前記圧電素子の一つの面を縦方向に二等分するとともに横方向にも二等分することで分割された四つの領域それぞれに設けられた四つの電極と、
前記四つの電極のうち対角線上にある一組の電極を前記圧電素子の中央部で短絡する電極と、
前記四つの電極のうち前記圧電素子の中央部で短絡されない二つの電極を前記圧電素子の外周縁部で短絡する電極と、
を有し、前記圧電素子の外周縁部で短絡する電極の厚みは前記圧電素子の中央部で短絡する電極の厚みよりも厚いことを特徴とする超音波モータ。 A rectangular parallelepiped piezoelectric element;
Four electrodes provided in each of the four regions divided by dividing one surface of the piezoelectric element into two equal parts in the vertical direction and two in the horizontal direction;
An electrode for short-circuiting a pair of electrodes on the diagonal line of the four electrodes at the center of the piezoelectric element;
Of the four electrodes, an electrode that is short-circuited at the outer peripheral edge of the piezoelectric element, two electrodes that are not short-circuited at the center of the piezoelectric element;
The ultrasonic motor is characterized in that the thickness of the electrode that is short-circuited at the outer peripheral edge of the piezoelectric element is thicker than the thickness of the electrode that is short-circuited at the center of the piezoelectric element .
ることを特徴とする超音波モータ付電子機器。An electronic device with an ultrasonic motor.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10978699A JP4392076B2 (en) | 1999-04-16 | 1999-04-16 | Ultrasonic motor and electronic equipment with ultrasonic motor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10978699A JP4392076B2 (en) | 1999-04-16 | 1999-04-16 | Ultrasonic motor and electronic equipment with ultrasonic motor |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000308376A JP2000308376A (en) | 2000-11-02 |
JP4392076B2 true JP4392076B2 (en) | 2009-12-24 |
Family
ID=14519194
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP10978699A Expired - Fee Related JP4392076B2 (en) | 1999-04-16 | 1999-04-16 | Ultrasonic motor and electronic equipment with ultrasonic motor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4392076B2 (en) |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4576185B2 (en) * | 2004-09-22 | 2010-11-04 | オリンパス株式会社 | Ultrasonic transducer |
KR100691280B1 (en) | 2005-09-05 | 2007-03-12 | 삼성전기주식회사 | Piezoelectric Vibrator, Manufacturing Method Thereof And Linear Actuator Having The Same |
CN101213733B (en) * | 2006-01-23 | 2011-03-02 | 松下电器产业株式会社 | Piezoelectric element and ultrasonic actuator |
US7638932B2 (en) | 2006-02-07 | 2009-12-29 | Panasonic Corporation | Piezoelectric element and ultrasonic actuator |
JP5411196B2 (en) * | 2011-04-08 | 2014-02-12 | セイコーインスツル株式会社 | Piezoelectric device and electronic apparatus using the same |
CN113659868A (en) * | 2021-08-23 | 2021-11-16 | 金陵科技学院 | Modal decoupling three-partition piezoelectric ceramic single-foot or double-foot ultrasonic motor and excitation mode thereof |
-
1999
- 1999-04-16 JP JP10978699A patent/JP4392076B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2000308376A (en) | 2000-11-02 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4479725B2 (en) | Piezoelectric actuators and equipment | |
JP3402816B2 (en) | Ultrasonic motor drive circuit | |
US6720711B2 (en) | Piezoelectric actuator, ultrasonic motor equipped with piezoelectric actuator, and electronic apparatus equipped with piezoelectric actuator | |
JP5884303B2 (en) | Piezoelectric actuator, robot hand, and robot | |
US7830103B2 (en) | Method for driving ultrasonic motor | |
JP6056224B2 (en) | Vibration wave motor | |
JP4392076B2 (en) | Ultrasonic motor and electronic equipment with ultrasonic motor | |
JP2009189219A (en) | Vibration actuator, lens barrel, camera | |
JP5455752B2 (en) | Ultrasonic motor and electronic device equipped with the same | |
US8304962B2 (en) | Ultrasonic motor | |
US20110057544A1 (en) | Ultrasonic motor | |
US6404103B1 (en) | Ultrasonic motor and electronic apparatus having ultrasonic motor | |
CN109417357A (en) | Vibration wave motor and optical device | |
JP6658716B2 (en) | Piezo actuator | |
JP2012210053A (en) | Piezoelectric actuator, robot, and robot hand | |
JP6413618B2 (en) | Finger joint drive device | |
JPS60183981A (en) | Supersonic wave motor | |
US8446066B2 (en) | Ultrasonic motor | |
JPS6149672A (en) | Supersonic motor | |
JP2000277823A (en) | Laminated piezoelectric vibrator, ultrasonic motor and piezoelectric actuator using the vibrator, and electronic apparatus using the motor and actuator | |
JP3100653B2 (en) | Piezoelectric element | |
JP2000308377A (en) | Piezoelectric vibrator, and ultrasonic motor using the piezoelectric vibrator and manufacture of the piezoelectric vibrator | |
JPH0650949B2 (en) | Method for manufacturing piezoelectric actuator | |
JPS60226781A (en) | Supersonic wave motor | |
JP3155339B2 (en) | Ultrasonic motor |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
RD01 | Notification of change of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421 Effective date: 20040302 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060118 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090714 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20090901 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20091006 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20091009 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121016 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
RD01 | Notification of change of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421 Effective date: 20091104 |
|
RD01 | Notification of change of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421 Effective date: 20091113 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |