JP4897016B2 - Piezoelectric motor - Google Patents

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Description

本発明は、圧電ユニットを用いて被駆動体を駆動させる圧電モータ及び圧電モータシステムに関する。   The present invention relates to a piezoelectric motor and a piezoelectric motor system that drive a driven body using a piezoelectric unit.

従来、監視カメラ等の指向方向制御やロボットの関節部などに代表される多自由度回転駆動制御系の分野では、単一軸駆動モータを直列多段に積み上げた構成の駆動機構或いはモータシステムが広く用いられている。また、小型高精度化の観点では、ジンバル機構やジョイント機構による支持系と、別途配設された電磁モータ等による駆動系から構成された多自由度型駆動機構或いは多自由度型モータシステムが採用される場合がある。しかしながら、ジンバル機構やジョイント機構を基本構造とした従来の駆動機構或いはモータシステムでは、構造が複雑化するため小型化に限界があり、必ずしも満足したものではなかった。状況を鑑み、近年では圧電素子を用いた球面モータの研究開発が注目されている。特に、圧電ユニットを用いて被駆動体である球体を摩擦力により駆動する圧電モータは、次世代の小型高精度球面モータとして期待されている。   Conventionally, in the field of multi-degree-of-freedom rotation drive control systems represented by pointing control of surveillance cameras and the like and robot joints, a drive mechanism or a motor system having a configuration in which single-axis drive motors are stacked in series in multiple stages is widely used. It has been. From the viewpoint of miniaturization and high accuracy, a multi-degree-of-freedom type drive mechanism or multi-degree-of-freedom type motor system composed of a support system using a gimbal mechanism or a joint mechanism and a drive system using a separately disposed electromagnetic motor or the like is adopted. May be. However, the conventional drive mechanism or motor system based on the gimbal mechanism or joint mechanism is not always satisfactory because the structure is complicated and the size is limited. In view of the situation, in recent years, research and development of spherical motors using piezoelectric elements have attracted attention. In particular, a piezoelectric motor that uses a piezoelectric unit to drive a sphere, which is a driven body, with frictional force is expected as a next-generation compact high-precision spherical motor.

圧電素子を用いた圧電モータとしては、特許文献1に記載された「ボールジョイントの角度変更装置」が知られている。このボールジョイントの角度変更装置は、ボールジョイントの球体を収納している球体収納部材内に所定配列により配設された3個の振動子(圧電ユニット)の各先端部が、球体に当接されている。また、この当接状態を維持するため、この球体は、同じく球体収納部材内に所定配列により配設された複数個のバネ部材により、振動子方向に付勢された構成とされている。この状態でこれらの振動子の各結合部が所望の所定方向に回転されるので、ボールジョイントの球体が所望の方向に回転される。それにより、ボールジョイントの角度が所定方向に変更される。この振動子(圧電ユニット)は先端部が結合されて一体化されている3個の振動素子(圧電素子)から構成されており、正三角錐の頂点を中心とする3本の稜の位置に振動素子(圧電素子)が配置されている。   As a piezoelectric motor using a piezoelectric element, a “ball joint angle changing device” described in Patent Document 1 is known. In this ball joint angle changing device, the tip portions of three vibrators (piezoelectric units) arranged in a predetermined arrangement in a sphere housing member housing a ball joint sphere are brought into contact with the sphere. ing. Further, in order to maintain this contact state, the sphere is configured to be urged in the vibrator direction by a plurality of spring members arranged in a predetermined arrangement in the sphere housing member. In this state, the coupling portions of these vibrators are rotated in a desired predetermined direction, so that the ball joint sphere is rotated in a desired direction. Thereby, the angle of the ball joint is changed to a predetermined direction. This vibrator (piezoelectric unit) is composed of three vibrating elements (piezoelectric elements) that are integrated by joining the tip parts, and vibrates at the positions of three ridges centered on the apex of the regular triangular pyramid. An element (piezoelectric element) is arranged.

また、圧電ユニットを用いた圧電モータの他の従来例としては、特許文献2に記載された「撮像装置」が知られている。この撮像装置において、撮像ユニットは略球体であり、撮像光学系の部分を除き、その外周面は凸球面で構成されている。また、撮像ユニットの内部には、撮像光学系、CCD等の撮像素子が設けられている。撮像ユニットの筐体(球体)は、例えば磁性材料で形成されており、その凸球面部分は環状磁石からなる保持部材に吸着されている。保持部材は、撮像装置本体に固定されている。結果的に、撮像ユニットは保持部材の磁力により撮像装置本体に旋回可能に保持される。環状の保持部材の中央の開口部分の中央には、駆動機構が設けられている。駆動機構は、2次元圧電アクチュエータとそのほぼ中央部に設けられた摩擦部材等で構成されている。摩擦部材は、撮像ユニットの凸球面に当接し、2次元圧電アクチュエータの各腕の伸縮に伴って移動し、撮像ユニットを旋回させるように構成されている。   As another conventional example of a piezoelectric motor using a piezoelectric unit, an “imaging device” described in Patent Document 2 is known. In this image pickup apparatus, the image pickup unit is a substantially spherical body, and its outer peripheral surface is formed of a convex spherical surface except for the portion of the image pickup optical system. An imaging optical system, an imaging element such as a CCD, etc. are provided inside the imaging unit. The housing (sphere) of the imaging unit is made of, for example, a magnetic material, and the convex spherical surface portion is adsorbed by a holding member made of an annular magnet. The holding member is fixed to the imaging apparatus main body. As a result, the imaging unit is pivotably held by the imaging apparatus main body by the magnetic force of the holding member. A drive mechanism is provided in the center of the central opening of the annular holding member. The drive mechanism is composed of a two-dimensional piezoelectric actuator and a friction member provided at substantially the center thereof. The friction member is configured to abut on the convex spherical surface of the imaging unit, move with the expansion and contraction of each arm of the two-dimensional piezoelectric actuator, and turn the imaging unit.

特許文献1に記載された「ボールジョイントの角度変更装置」や特許文献2に記載された「撮像装置」によれば、ジンバル機構やジョイント機構の複雑さを解消し、小型で多自由度の駆動機構が実現できる。   According to the “ball joint angle changing device” described in Patent Document 1 and the “imaging device” described in Patent Document 2, the complexity of the gimbal mechanism and the joint mechanism is eliminated, and the drive is small and has a high degree of freedom. The mechanism can be realized.

この種の圧電モータは摩擦駆動のため、被駆動体に圧電ユニットを押し付けて使用する必要がある。ところが、特許文献1においては、複数個のバネ部材を用いて予圧力を付与する構成となっており、バネ部材からなる予圧部及びその周辺部には球体を回転自在に支持するためのガイド部も実際には必要となる。これら予圧部及びガイド部はモータの大型化と共に、可動範囲の縮小、摩擦による駆動負荷の増大(無効トルクの増大)を招いていた。また、球体と振動子及び複数個のバネ部材が全て球体収納部材内に配設されているため、装置全体として更に大型化する課題があった。   Since this type of piezoelectric motor is driven by friction, it is necessary to press the piezoelectric unit against the driven body. However, in Patent Document 1, a preload is applied using a plurality of spring members, and a preload portion made of a spring member and a guide portion for rotatably supporting a sphere on the periphery thereof. Is actually necessary. These preload portions and guide portions have caused an increase in the size of the motor, a reduction in the movable range, and an increase in driving load due to friction (increase in ineffective torque). Further, since the sphere, the vibrator, and the plurality of spring members are all disposed in the sphere housing member, there is a problem that the entire apparatus is further increased in size.

また、特許文献2においては、撮像ユニットの凸球面部分を環状磁石からなる保持部材で吸着することで撮像ユニットを回転自在に支持するためのガイド部を構成していることから、ガイド部の摩擦による駆動負荷が大幅に増加(無効トルクの大幅な増加)するため、この摩擦による駆動負荷に打ち勝つだけの駆動力を駆動機構が発生しなければならず、結果的に装置全体として大型化する課題があった。   Further, in Patent Document 2, a guide portion for rotatably supporting the imaging unit is configured by adsorbing the convex spherical surface portion of the imaging unit with a holding member made of an annular magnet. As the driving load due to the friction increases significantly (increase in reactive torque), the driving mechanism must generate enough driving force to overcome this frictional driving load. was there.

特許第3065427号公報(図8)Japanese Patent No. 3065427 (FIG. 8) 特開2000−165738号公報(図9)Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-165738 (FIG. 9)

本発明は、無効トルクの最小化、可動範囲の向上及び装置全体の小型化を図ることができる圧電モータ及び圧電モータシステムを提供する。   The present invention provides a piezoelectric motor and a piezoelectric motor system that can minimize the ineffective torque, improve the movable range, and reduce the size of the entire apparatus.

本願発明の一態様によれば、(イ)基台と、(ロ)球状の被駆動体にそれぞれ接し互いに離間して設置され、被駆動体を安定に保持すると共に回転2自由度方向に駆動させる複数の圧電ユニットと、(ハ)被駆動体を非接触状態で磁気吸引することにより、複数の圧電ユニットのそれぞれに予圧力を付与する磁石とを備え、複数の圧電ユニットのそれぞれは、振動方向が基台と略水平方向となり且つ被駆動体の駆動方向と斜交するように設置された第1の圧電素子と、第1の圧電素子の振動方向と略直角に交差するように基台に対して略垂直方向に配設された第2の圧電素子と、被駆動体と接し、第1及び第2の圧電素子を連結し、第1及び第2の圧電素子の合成振動により被駆動体の駆動平面を動作平面として被駆動体を駆動させる駆動部とを備え、磁石の予圧力が第1及び第2の圧電素子に付与される圧電モータが提供される。本願発明の他の態様によれば、(イ)基台と、(ロ)球状の被駆動体にそれぞれ接し互いに離間して設置され、被駆動体を安定に保持すると共に回転3自由度方向に駆動させる複数の圧電ユニットと、(ハ)被駆動体を非接触状態で磁気吸引することにより、複数の圧電ユニットのそれぞれに予圧力を付与する磁石とを備え、複数の圧電ユニットのそれぞれは、振動方向が基台と略水平方向となり且つ被駆動体の駆動方向と斜交するように設置された第1の圧電素子と、第1の圧電素子の中立軸線と中立軸線が略直角に交差して交点を有し、振動方向が基台と略水平方向となり且つ被駆動体の駆動方向と斜交するように設置された第2の圧電素子と、第1及び第2の圧電素子のそれぞれの中立軸線と中立軸線が略直角に交点で交差し、第1及び第2の圧電素子の振動方向と振動方向が略直角に交差するように基台に対して略垂直方向に配設された第3の圧電素子と、被駆動体と接し、第1〜第3の圧電素子を連結し、第1〜第3の圧電素子の合成振動により被駆動体の駆動平面を動作平面として被駆動体を駆動させる駆動部とを備え、磁石の予圧力が第1〜第3の圧電素子に付与される圧電モータが提供される。 According to one aspect of the present invention, (a) the base and (b) the spherical driven body are in contact with each other and spaced apart from each other, and the driven body is stably held and driven in the direction of two degrees of freedom of rotation. And (c) a magnet that applies a preload to each of the plurality of piezoelectric units by magnetically attracting the driven body in a non-contact state, and each of the plurality of piezoelectric units vibrates. A first piezoelectric element installed so that the direction thereof is substantially horizontal with the base and obliquely intersects with the driving direction of the driven body, and the base so as to intersect the vibration direction of the first piezoelectric element at a substantially right angle The second piezoelectric element disposed substantially perpendicular to the electrode and the driven body are in contact with each other, the first and second piezoelectric elements are connected, and driven by the combined vibration of the first and second piezoelectric elements. Driving unit for driving a driven body using the driving plane of the body as an operation plane Comprises a piezoelectric motor preload force of the magnet is applied to the first and second piezoelectric elements are provided. According to another aspect of the present invention, (a) the base and (b) the spherical driven body are in contact with each other and are spaced apart from each other to hold the driven body stably and in the direction of three degrees of freedom of rotation. A plurality of piezoelectric units to be driven, and (c) a magnet that applies a preload to each of the plurality of piezoelectric units by magnetically attracting the driven body in a non-contact state, and each of the plurality of piezoelectric units includes: The first piezoelectric element installed so that the vibration direction is substantially horizontal with the base and obliquely intersects with the drive direction of the driven body, and the neutral axis and the neutral axis of the first piezoelectric element intersect at a substantially right angle. Each of the first and second piezoelectric elements, which has a crossing point, the vibration direction is substantially horizontal with the base, and is obliquely crossed with the driving direction of the driven body . neutral axis and the neutral axis intersect at a substantially right angle intersection, first及A third piezoelectric element disposed in a substantially perpendicular direction relative to the base so that the vibration direction and the vibration direction of the second piezoelectric element intersect substantially at right angles in contact with the driven member, the first to third And a driving unit that drives the driven body with the driving plane of the driven body as an operation plane by the combined vibration of the first to third piezoelectric elements, and the preload of the magnet is the first to first A piezoelectric motor applied to the three piezoelectric elements is provided.

本発明によれば、無効トルクの最小化、可動範囲の向上及び装置全体の小型化を図ることができる圧電モータ及び圧電モータシステムを提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a piezoelectric motor and a piezoelectric motor system that can minimize the ineffective torque, improve the movable range, and reduce the size of the entire apparatus.

本発明の実施の形態に係る圧電モータシステムの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the piezoelectric motor system which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る圧電モータの上面図である。1 is a top view of a piezoelectric motor according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態に係る視線変更カメラモジュールの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the gaze change camera module which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る視線変更カメラモジュールの視線変更動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the gaze change operation | movement of the gaze change camera module which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る視線変更カメラモジュールの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the gaze change camera module which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る視線変更カメラモジュールの視線変更動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the gaze change operation | movement of the gaze change camera module which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態の変形例に係る圧電モータの構成を示す上面図である。It is a top view which shows the structure of the piezoelectric motor which concerns on the modification of embodiment of this invention. 本発明の実施の形態の変形例に係る圧電モータの構成を示す上面図(図7のB−B断面図)である。It is a top view (BB sectional drawing of Drawing 7) showing composition of a piezoelectric motor concerning a modification of an embodiment of the invention. 本発明の実施の形態の変形例に係る圧電モータの構成を示す上面図である。It is a top view which shows the structure of the piezoelectric motor which concerns on the modification of embodiment of this invention.

次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。また、以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の技術的思想は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。   Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. Further, the embodiments described below exemplify apparatuses and methods for embodying the technical idea of the present invention, and the technical idea of the present invention includes the material, shape, structure, The layout is not specified as follows. The technical idea of the present invention can be variously modified within the scope of the claims.

本発明の実施の形態に係る圧電モータシステムは、図1に示すように、被駆動体105を駆動する圧電モータ100と、圧電モータ100の動作を制御する制御部200を備える。圧電モータ100は、図1及び図2に示すように、略環状の基台101と、基台101に設置され、被駆動体105を直動或いは回転自在に支持する複数(第1〜第3)の圧電ユニット(2自由度圧電ユニット)102,103,104と、基台101に設置され、被駆動体105を非接触状態で磁気吸引することにより第1〜第3の圧電ユニット102,103,104のそれぞれに予圧力を付与する磁石109とを備える。   As shown in FIG. 1, the piezoelectric motor system according to the embodiment of the present invention includes a piezoelectric motor 100 that drives a driven body 105 and a control unit 200 that controls the operation of the piezoelectric motor 100. As shown in FIGS. 1 and 2, the piezoelectric motor 100 is installed on the base 101 and a plurality of (first to third) supporting the driven body 105 so as to move or rotate freely. ) Piezoelectric units (two-degree-of-freedom piezoelectric units) 102, 103, 104 and the base 101, and the driven body 105 is magnetically attracted in a non-contact state to thereby provide first to third piezoelectric units 102, 103. , 104 are provided with magnets 109 for applying a preload.

磁石109は、例えば環状であり、Z軸上に被駆動体105と所定の隙間wを持って配設されている。磁石109は、被駆動体105を非接触状態で磁気吸引し、第1〜第3の圧電ユニット102,103,104に予圧力を付与する。磁石109としては、単体の電磁石、或いは永久磁石と電磁石との組み合わせが使用可能である。   The magnet 109 has, for example, a ring shape, and is disposed on the Z axis with a predetermined gap w from the driven body 105. The magnet 109 magnetically attracts the driven body 105 in a non-contact state, and applies a preload to the first to third piezoelectric units 102, 103, and 104. As the magnet 109, a single electromagnet or a combination of a permanent magnet and an electromagnet can be used.

第1〜第3の圧電ユニット102,103,104は、被駆動体105を安定に保持するに必要な所定の配列を持って設けられており、図2に示す例ではZ軸を中心として周方向に120度で等配されている。   The first to third piezoelectric units 102, 103, 104 are provided with a predetermined arrangement necessary for stably holding the driven body 105. In the example shown in FIG. It is equally distributed at 120 degrees in the direction.

第1の圧電ユニット102は、振動方向が基台101と略水平方向となり且つ被駆動体105の駆動方向と斜交するように設置された第1の圧電素子102aと、第1の圧電素子102aの振動方向と略直角に交差するように基台101に対して略垂直方向に配設された第2の圧電素子102bと、第1及び第2の圧電素子102a,102bを連結し、被駆動体105と接触点P1で接触し、それらの合成振動が摩擦を介して被駆動体105に駆動力を伝達するための駆動部106とを備える。   The first piezoelectric unit 102 includes a first piezoelectric element 102 a and a first piezoelectric element 102 a that are installed so that the vibration direction is substantially horizontal with the base 101 and is oblique to the driving direction of the driven body 105. The second piezoelectric element 102b disposed in a direction substantially perpendicular to the base 101 so as to intersect at right angles to the vibration direction of the first piezoelectric element 102a and the first and second piezoelectric elements 102a and 102b are connected to be driven. A drive unit 106 is provided for contacting the body 105 at the contact point P1 and for transmitting a driving force to the driven body 105 through friction between the combined vibrations.

第2の圧電ユニット103は、振動方向が基台101と略水平方向となり且つ被駆動体105の駆動方向と斜交するように設置された第1の圧電素子103aと、第1の圧電素子103aの振動方向と略直角に交差するように基台101に対して略垂直方向に配設された第2の圧電素子103bと、第1及び第2の圧電素子103a,103bを連結し、被駆動体105と接触点P2で接触し、それらの合成振動が摩擦を介して被駆動体105に駆動力を伝達するための駆動部107とを備える。   The second piezoelectric unit 103 includes a first piezoelectric element 103 a and a first piezoelectric element 103 a that are installed so that the vibration direction is substantially horizontal with the base 101 and is oblique to the driving direction of the driven body 105. A second piezoelectric element 103b disposed in a direction substantially perpendicular to the base 101 so as to intersect at right angles to the vibration direction of the first piezoelectric element 103a, and the first and second piezoelectric elements 103a and 103b. A drive unit 107 is provided for contacting the body 105 at a contact point P2 and for transmitting the driving force to the driven body 105 through friction between the combined vibrations.

第3の圧電ユニット104は、振動方向が基台101と略水平方向となり且つ被駆動体105の駆動方向と斜交するように設置された第1の圧電素子104aと、第1の圧電素子104aの振動方向と略直角に交差するように基台101に対して略垂直方向に配設された第2の圧電素子104bと、第1及び第2の圧電素子104a,104bを連結し、被駆動体105と接触点P3で接触し、それらの合成振動が摩擦を介して被駆動体105に駆動力を伝達するための駆動部108とを備える。   The third piezoelectric unit 104 includes a first piezoelectric element 104 a and a first piezoelectric element 104 a that are installed so that the vibration direction is substantially horizontal with the base 101 and is oblique to the driving direction of the driven body 105. The second piezoelectric element 104b disposed in a direction substantially perpendicular to the base 101 so as to intersect with the vibration direction of the first piezoelectric element 104b, and the first and second piezoelectric elements 104a and 104b are connected to be driven. A drive unit 108 for contacting the body 105 at a contact point P3 and transmitting the driving force to the driven body 105 through friction between the combined vibrations is provided.

第1及び第2の圧電素子102a,102b,103a,103b,104a,104bのそれぞれは、圧電セラミックス、電歪セラミックス、高分子圧電体、又はそれらの組み合わせやそれらの積層体が使用可能である。   As each of the first and second piezoelectric elements 102a, 102b, 103a, 103b, 104a, and 104b, piezoelectric ceramics, electrostrictive ceramics, polymer piezoelectric bodies, a combination thereof, or a laminate thereof can be used.

被駆動体105は、例えば球状であり、第1〜第3の圧電ユニット102,103,104との接触点P1,P2,P3で支持されて、位置が一意的に定まる。一方、被駆動体105の姿勢については幾何図形的には回転自在に支持されているが、第1〜第3の圧電ユニット102,103,104との接触点P1,P2,P3における摩擦力でその回転運動は拘束されており、第1〜第3の圧電ユニット102,103,104の動作が停止している。第1〜第3の圧電ユニット102,103,104と被駆動体105との間の摩擦力を超える大きな外力が働かない限り、被駆動体105の姿勢はその状態を保持されている。   The driven body 105 is, for example, spherical, and is supported at contact points P1, P2, P3 with the first to third piezoelectric units 102, 103, 104, and the position is uniquely determined. On the other hand, the attitude of the driven body 105 is supported in a geometrically rotatable manner, but is a frictional force at the contact points P1, P2, P3 with the first to third piezoelectric units 102, 103, 104. The rotational motion is constrained, and the operations of the first to third piezoelectric units 102, 103, 104 are stopped. As long as a large external force exceeding the frictional force between the first to third piezoelectric units 102, 103, 104 and the driven body 105 does not work, the posture of the driven body 105 is maintained in that state.

制御部200は、第1〜第3の圧電ユニット102,103,104の被駆動体105に対する予圧力を調整するための電磁石吸引力制御系である。制御部200は、圧電モータ100の取り付け面202に設置された姿勢角センサ201と、操作部203と、操作部203に接続された駆動波形生成部204と、駆動波形生成部204にそれぞれ接続されたアンプ205,206,207と、姿勢角センサ201及び駆動波形生成部204のそれぞれに接続された予圧設定部208と、予圧設定部208に接続された電磁石アンプ209を備える。   The control unit 200 is an electromagnet attractive force control system for adjusting the pre-pressure on the driven body 105 of the first to third piezoelectric units 102, 103, 104. The control unit 200 is connected to the attitude angle sensor 201 installed on the mounting surface 202 of the piezoelectric motor 100, the operation unit 203, the drive waveform generation unit 204 connected to the operation unit 203, and the drive waveform generation unit 204, respectively. A preload setting unit 208 connected to each of the attitude angle sensor 201 and the drive waveform generation unit 204, and an electromagnet amplifier 209 connected to the preload setting unit 208.

姿勢角センサ201は、圧電モータ100の姿勢を計測し、姿勢情報S1を予圧設定部208へ伝達する。操作部203は、圧電モータ100の駆動条件等を設定し、操作信号C1を駆動波形生成部204へ伝達する。駆動波形生成部204は、操作部203からの操作信号C1に基づき、第1及び第2の圧電素子102a,102b,103a,103b,104a,104bに印加するための電圧波形(駆動信号)を生成する。アンプ205,206,207は、駆動波形生成部204からの駆動信号E1,E2,E3,E4,E5,E6に基づき、第1及び第2の圧電素子102a,102b,103a,103b,104a,104bに所定の駆動電圧V1,V2,V3,V4,V5,V6を印加する。   The attitude angle sensor 201 measures the attitude of the piezoelectric motor 100 and transmits the attitude information S 1 to the preload setting unit 208. The operation unit 203 sets the drive conditions of the piezoelectric motor 100 and transmits the operation signal C1 to the drive waveform generation unit 204. The drive waveform generation unit 204 generates a voltage waveform (drive signal) to be applied to the first and second piezoelectric elements 102a, 102b, 103a, 103b, 104a, 104b based on the operation signal C1 from the operation unit 203. To do. The amplifiers 205, 206, and 207 are based on the drive signals E 1, E 2, E 3, E 4, E 5, E 6 from the drive waveform generator 204, and the first and second piezoelectric elements 102 a, 102 b, 103 a, 103 b, 104 a, 104 b. A predetermined drive voltage V1, V2, V3, V4, V5, and V6 is applied to.

予圧設定部208は、駆動波形生成部204からの印加電圧E1,E2,E3,E4,E5,E6の最大値(駆動信号)E0と、姿勢角センサ201からの姿勢情報S1を入力し、印加電圧の最大値E0と姿勢情報S1の情報に基づいて、予め定められた予圧値を参照又は所定の算出式を用いて予圧値M1を設定する。ここでは、印加電圧の最大値E0と姿勢情報S1の両方の情報を用いて予圧値M1を設定するように構成しているが、使用環境や使用状況及び要求精度等の観点から、印加電圧の最大値E0と姿勢情報S1の内いずれか一方の情報のみを用いて予圧値M1を設定しても構わない。電磁石アンプ209は、予圧設定部208にて設定された予圧値M1を入力し、予圧値M1に対応した磁気吸引力を発生するため、環状磁石109のコイル109aに印加するための電流A1を励磁する。   The preload setting unit 208 receives and applies the maximum value (drive signal) E0 of the applied voltages E1, E2, E3, E4, E5, and E6 from the drive waveform generation unit 204 and the posture information S1 from the posture angle sensor 201. Based on the maximum voltage value E0 and the information of the posture information S1, the preload value M1 is set by referring to a predetermined preload value or using a predetermined calculation formula. Here, the preload value M1 is set using both the maximum value E0 and the posture information S1 of the applied voltage. However, from the viewpoint of the use environment, the use situation, the required accuracy, etc., the applied voltage The preload value M1 may be set using only one of the maximum value E0 and the posture information S1. The electromagnet amplifier 209 receives the preload value M1 set by the preload setting unit 208 and generates a magnetic attraction force corresponding to the preload value M1, so that an electric current A1 to be applied to the coil 109a of the annular magnet 109 is excited. To do.

圧電モータ100を作動し、被駆動体105の姿勢を変更する場合は、第1〜第3の圧電ユニット102,103,104のそれぞれの第1及び第2の圧電素子102a,102b,103a,103b,104a,104bにアンプ205,206,207を用いて所定の駆動電圧V1,V2,V3,V4,V5,V6を印加し、第1〜第3の圧電ユニット102,103,104の駆動部106,107,108は、公知の駆動方法に従う運動、例えば、楕円運動や急速変形運動を付与することによって、被駆動体105の姿勢を任意の2自由度方向に回転駆動する。   When operating the piezoelectric motor 100 and changing the attitude of the driven body 105, the first and second piezoelectric elements 102a, 102b, 103a, 103b of the first to third piezoelectric units 102, 103, 104, respectively. , 104a, 104b are applied with predetermined drive voltages V1, V2, V3, V4, V5, V6 using amplifiers 205, 206, 207, and the drive units 106 of the first to third piezoelectric units 102, 103, 104 are applied. , 107, and 108 apply a motion in accordance with a known driving method, for example, an elliptical motion or a rapid deformation motion, to rotationally drive the posture of the driven body 105 in an arbitrary two-degree-of-freedom direction.

このように、本発明の実施の形態に係る圧電モータ100を備える圧電モータシステムによれば、第1〜第3の圧電ユニット102,103,104によって被駆動体105を回転自在に支持すると共に、第1〜第3の圧電ユニット102,103,104の合成振動の組み合せによって被駆動体105を任意の2自由度方向に回転駆動させ、且つ環状磁石109が被駆動体105を非接触状態で磁気吸引して第1〜第3の圧電ユニット102,103,104に予圧力を付与する構成としているので、第1〜第3の圧電ユニット102,103,104との接触点P1,P2,P3以外の摩擦接触部を排除でき、他の構成部位での摩擦による駆動負荷が原理的に発生しない。その結果、無効トルクを最小化できるので、第1〜第3の圧電ユニット102,103,104の大幅な小型化が期待できる。   As described above, according to the piezoelectric motor system including the piezoelectric motor 100 according to the embodiment of the present invention, the driven body 105 is rotatably supported by the first to third piezoelectric units 102, 103, and 104. The driven body 105 is rotationally driven in any two degrees of freedom by a combination of the combined vibrations of the first to third piezoelectric units 102, 103, and 104, and the annular magnet 109 magnetizes the driven body 105 in a non-contact state. Since it is configured to suck and apply pre-pressure to the first to third piezoelectric units 102, 103, 104, other than the contact points P1, P2, P3 with the first to third piezoelectric units 102, 103, 104 The frictional contact portion can be eliminated, and a driving load due to friction at other components does not occur in principle. As a result, since the ineffective torque can be minimized, the first to third piezoelectric units 102, 103, and 104 can be expected to be greatly reduced in size.

また、第1〜第3の圧電ユニット102,103,104と磁石109が被駆動体105の下方(片側半球部近傍)に集中配置され、且つ磁石109が第1〜第3の圧電ユニット102,103,104のそれぞれの位置を直線で結んで形成される多角形状(三角形状)の領域内に配設された構成としているので、装置全体の小型化と共に、可動範囲の大幅な向上を実現可能となる。このような小型化と多自由度駆動が可能な特長を生かして監視カメラ等の指向方向制御やロボットの関節部としての利用が期待できる。   In addition, the first to third piezoelectric units 102, 103, 104 and the magnet 109 are concentratedly arranged below the driven body 105 (in the vicinity of one hemisphere), and the magnet 109 is arranged in the first to third piezoelectric units 102, Since it is arranged in a polygonal (triangular) area formed by connecting the positions of 103 and 104 with straight lines, the entire device can be downsized and the movable range can be greatly improved. It becomes. Taking advantage of such downsizing and multi-degree-of-freedom driving, it can be expected to be used as a direction control for a surveillance camera or the like, or as a robot joint.

また、第1〜第3の圧電ユニット102,103,104は、リング状に圧電素子を貼り付けてあるリング型振動子に比較して、振動変位(厚さ)は大きいが、発生力(面積)は小さい。発生力が小さいと、予圧力を大きくできず、初期予圧力に対して圧電モータ100の姿勢変化等に起因して生じる変動分の割合が大きくなる。圧電モータ100は摩擦駆動のため、この予圧力変動の割合が大きいと、駆動特性の安定性が損なわれる場合がある。本発明の実施の形態においては、圧電モータ100の姿勢や圧電ユニット印加電圧の最大値に応じて電磁石109の吸引力を制御し、圧電モータ100の姿勢や第1〜第3の圧電ユニット102,103,104の駆動状態の変化に応じて予圧力(電磁石109の磁気吸引力)を能動的に調整するように構成しているので、圧電モータ100の姿勢や第1〜第3の圧電ユニット102,103,104の駆動状態が変動した状況にあっても、駆動特性の安定性向上を実現可能となる。   In addition, the first to third piezoelectric units 102, 103, and 104 have a large vibration displacement (thickness) but a generated force (area) compared to a ring-type vibrator in which a piezoelectric element is attached in a ring shape. ) Is small. If the generated force is small, the preload cannot be increased, and the rate of fluctuation caused by the change in the attitude of the piezoelectric motor 100 with respect to the initial preload increases. Since the piezoelectric motor 100 is driven by friction, the stability of the drive characteristics may be impaired if the ratio of the pre-pressure fluctuation is large. In the embodiment of the present invention, the attractive force of the electromagnet 109 is controlled according to the posture of the piezoelectric motor 100 and the maximum value of the applied voltage of the piezoelectric unit, and the posture of the piezoelectric motor 100 and the first to third piezoelectric units 102, Since the preload (the magnetic attractive force of the electromagnet 109) is actively adjusted according to the change in the driving state of 103, 104, the attitude of the piezoelectric motor 100 and the first to third piezoelectric units 102 are configured. , 103, 104, even when the driving state fluctuates, it is possible to improve the stability of the driving characteristics.

(第1の変形例)
本発明の実施の形態の第1の変形例として、圧電モータ100にカメラモジュールを搭載してなる視線変更カメラモジュールの構成を説明する。図3及び図4に示すように、視線変更カメラモジュール150は、圧電モータ100と、被駆動体151と、被駆動体151の内側中央部近傍に埋め込まれたカメラモジュール120を備える。
(First modification)
As a first modification of the embodiment of the present invention, a configuration of a line-of-sight changing camera module in which a camera module is mounted on the piezoelectric motor 100 will be described. As shown in FIGS. 3 and 4, the line-of-sight changing camera module 150 includes a piezoelectric motor 100, a driven body 151, and a camera module 120 embedded in the vicinity of the inner central portion of the driven body 151.

カメラモジュール120は、被駆動体151内部に固定して配置される。被駆動体151は、第1〜第3の圧電ユニット102,103,104から駆動力が伝達される外周面が球面形状に加工されている。なお、視線変更カメラモジュール150は、撮影した画像を回転処理するための画像処理手段を必要に応じて備えている。   The camera module 120 is fixedly arranged inside the driven body 151. The driven body 151 has an outer peripheral surface to which a driving force is transmitted from the first to third piezoelectric units 102, 103, and 104 processed into a spherical shape. The line-of-sight change camera module 150 includes image processing means for rotating the captured image as necessary.

圧電モータ100を作動させ被駆動体151を回転駆動すると、カメラモジュール120の視線方向を任意の2自由度方向に変更することができる。例えば、図4では垂直方向(上方)を向いていたカメラモジュール120の視線方向D1を、図5及び図6に示すような水平方向(横方向)の視線方向D2に変更することができる。   When the piezoelectric motor 100 is operated and the driven body 151 is rotationally driven, the line-of-sight direction of the camera module 120 can be changed to an arbitrary two-degree-of-freedom direction. For example, the line-of-sight direction D1 of the camera module 120 that is oriented in the vertical direction (upward) in FIG. 4 can be changed to the line-of-sight direction D2 in the horizontal direction (lateral direction) as shown in FIGS.

また、図1及び図2に示した圧電モータ100と異なる部分についてのみ説明し、共通する部分については重複した説明を省略する。   Further, only the parts different from the piezoelectric motor 100 shown in FIGS. 1 and 2 will be described, and overlapping description of common parts will be omitted.

本発明の実施の形態の第1の変形例に係る視線変更カメラモジュール150によれば、第1〜第3の圧電ユニット102,103,104と環状磁石109が、カメラモジュール120を搭載した被駆動体151の下方(片側半球部近傍)に集中配置された構成としているので、装置全体の小型化を実現しつつ、周囲360度(全方位と呼ぶ)の画像が撮影できる。   According to the line-of-sight changing camera module 150 according to the first modification of the embodiment of the present invention, the first to third piezoelectric units 102, 103, 104 and the annular magnet 109 are driven by mounting the camera module 120. Since it is configured to be concentrated below the body 151 (near one hemisphere), an image of 360 degrees around (referred to as “omnidirectional”) can be taken while realizing downsizing of the entire apparatus.

(第2の変形例)
本発明の実施の形態の第2の変形例に係る圧電モータ300は、図7及び図8に示すように、被駆動体105と、略環状の基台301と、この基台301に設置され、Z’軸を中心として周方向に120度で等配された第1〜第3の圧電ユニット(3自由度圧電ユニット)302,303,304と、Z’軸上に被駆動体105と所定の隙間wを持って配設された環状磁石109を備える。
(Second modification)
As shown in FIGS. 7 and 8, a piezoelectric motor 300 according to a second modification of the embodiment of the present invention is installed on a driven body 105, a substantially annular base 301, and the base 301. , First to third piezoelectric units (three-degree-of-freedom piezoelectric units) 302, 303, and 304 equally arranged at 120 degrees in the circumferential direction around the Z ′ axis, and the driven body 105 and a predetermined number on the Z ′ axis The annular magnet 109 is provided with a gap w.

環状磁石109は、被駆動体105を非接触状態で磁気吸引することにより、第1〜第3の圧電ユニット302,303,304に予圧力を付与する。   The annular magnet 109 applies pre-pressure to the first to third piezoelectric units 302, 303, and 304 by magnetically attracting the driven body 105 in a non-contact state.

第1の圧電ユニット302において、第1〜第3の圧電素子302a,302b,302cの中立軸線が互いに略直角に交差し交点を有するように配設されている。第1及び第2の圧電素子302a,302bはそれらの振動方向が基台301に略水平方向となるように設けられている。第3の圧電素子302cはその振動方向が基台301に略垂直方向となるように設けられている。駆動部306は、第1〜第3の圧電素子302a,302b,302cを連結し、それらの合成振動が接触点P4での摩擦を介して被駆動体105に駆動力を伝達する。   In the first piezoelectric unit 302, the neutral axes of the first to third piezoelectric elements 302a, 302b, and 302c are arranged so as to intersect each other substantially at right angles and have intersections. The first and second piezoelectric elements 302 a and 302 b are provided such that their vibration directions are substantially horizontal to the base 301. The third piezoelectric element 302 c is provided so that the vibration direction thereof is substantially perpendicular to the base 301. The drive unit 306 couples the first to third piezoelectric elements 302a, 302b, and 302c, and their combined vibration transmits a driving force to the driven body 105 through friction at the contact point P4.

第2の圧電ユニット303において、第1の圧電素子303a、第2の圧電素子303b及び第3の圧電素子(図示せず)の中立軸線が互いに略直角に交差するように配設されている。第1及び第2の圧電素子303a,303bはそれらの振動方向が基台301に略水平方向となるように設けられている。第3の圧電素子(図示せず)はその振動方向が基台301に略垂直方向となるように設けられている。駆動部307は、第1の圧電素子303a、第2の圧電素子303b及び第3の圧電素子(図示せず)を連結し、それらの合成振動が摩擦を接触点P5での介して被駆動体105に駆動力を伝達する。   In the second piezoelectric unit 303, the neutral axes of the first piezoelectric element 303a, the second piezoelectric element 303b, and the third piezoelectric element (not shown) are arranged so as to intersect each other at a substantially right angle. The first and second piezoelectric elements 303 a and 303 b are provided so that their vibration directions are substantially horizontal to the base 301. The third piezoelectric element (not shown) is provided such that its vibration direction is substantially perpendicular to the base 301. The drive unit 307 connects the first piezoelectric element 303a, the second piezoelectric element 303b, and the third piezoelectric element (not shown), and their combined vibration causes friction to be driven via the contact point P5. The driving force is transmitted to 105.

第3の圧電ユニット304において、第1〜第3の圧電素子304a,304b,304cの中立軸線が互いに略直角に交差するように配設されている。第1及び第2の圧電素子304a,304bはそれらの振動方向が基台301に略水平方向となるように設けられている。第3の圧電素子304cはその振動方向が基台301に略垂直方向となるように設けられている。駆動部308は、第1〜第3の圧電素子304a,304b,304cを連結し、それらの合成振動が接触点P6での摩擦を介して被駆動体105に駆動力を伝達する。   In the third piezoelectric unit 304, the neutral axes of the first to third piezoelectric elements 304a, 304b, and 304c are arranged so as to intersect at a substantially right angle. The first and second piezoelectric elements 304 a and 304 b are provided such that their vibration directions are substantially horizontal to the base 301. The third piezoelectric element 304 c is provided so that the vibration direction thereof is substantially perpendicular to the base 301. The driving unit 308 connects the first to third piezoelectric elements 304a, 304b, and 304c, and their combined vibration transmits driving force to the driven body 105 through friction at the contact point P6.

被駆動体105は、第1〜第3の圧電ユニット302,303,304との接触点P4,P5,P6で支持されて位置が一意的に定まる。一方、被駆動体105の姿勢については幾何図形的には回転自在に支持されているが、第1〜第3の圧電ユニット302,303,304との接触点P4,P5,P6における摩擦力でその回転運動は拘束されており、第1〜第3の圧電ユニット302,303,304の動作が停止していると共に、被駆動体105との間の摩擦力を超える大きな外力が働かない限り、被駆動体105の姿勢はその状態を保持されている。   The driven body 105 is supported at contact points P4, P5, and P6 with the first to third piezoelectric units 302, 303, and 304, and its position is uniquely determined. On the other hand, the posture of the driven body 105 is supported in a geometrical manner so as to be freely rotatable, but is a frictional force at contact points P4, P5, P6 with the first to third piezoelectric units 302, 303, 304. As long as the rotational motion is constrained and the operation of the first to third piezoelectric units 302, 303, and 304 is stopped and a large external force exceeding the frictional force with the driven body 105 does not work, The posture of the driven body 105 is maintained in that state.

圧電モータ300を作動し、被駆動体105の姿勢を変更する場合は、第1〜第3の圧電ユニット302,303,304の第1〜第3の圧電素子302a,302b,302c,303a,303b,303c,304a,304b,304cに図示を省略したアンプを用いて所定の電圧を印加し、第1〜第3の圧電ユニット302,303,304の駆動部306,307,308に公知の駆動方法に従う運動、例えば、楕円運動や急速変形運動を付与することによって、被駆動体105の姿勢を任意の3自由度方向に回転駆動するものである。   When the piezoelectric motor 300 is operated to change the posture of the driven body 105, the first to third piezoelectric elements 302a, 302b, 302c, 303a, and 303b of the first to third piezoelectric units 302, 303, and 304 are used. , 303c, 304a, 304b, 304c, a predetermined voltage is applied using an amplifier (not shown), and a known driving method is applied to the driving units 306, 307, 308 of the first to third piezoelectric units 302, 303, 304. The posture of the driven body 105 is rotationally driven in an arbitrary three-degree-of-freedom direction by applying a motion according to the above, for example, an elliptical motion or a rapid deformation motion.

なお、図1及び図2に示した圧電モータ100と異なる部分についてのみ説明し、共通する部分については重複した説明を省略する。   Only parts different from the piezoelectric motor 100 shown in FIG. 1 and FIG.

このように、本発明の実施の形態の第2の変形例に係る圧電モータ300によれば、3組(第1〜第3)の圧電ユニット302,303,304によって被駆動体105を回転自在に支持すると共に、第1〜第3の圧電ユニット302,303,304の合成振動の組み合せによって被駆動体105を任意の3自由度方向に回転駆動させ、且つ環状磁石109が被駆動体105を非接触状態で磁気吸引して第1〜第3の圧電ユニット302,303,304に予圧力を付与する構成としているので、第1〜第3の圧電ユニット302,303,304との接触点P4,P5,P6以外の摩擦接触部を排除でき、他の構成部位での摩擦による駆動負荷が原理的に発生しない。その結果、無効トルクを最小化できるので、第1〜第3の圧電ユニット302,303,304の大幅な小型化が期待できる。   As described above, according to the piezoelectric motor 300 according to the second modification of the embodiment of the present invention, the driven body 105 can be freely rotated by the three sets (first to third) of the piezoelectric units 302, 303, and 304. And the driven body 105 is rotationally driven in an arbitrary three degrees of freedom direction by a combination of combined vibrations of the first to third piezoelectric units 302, 303, and 304, and the annular magnet 109 causes the driven body 105 to be driven. Since the pre-pressure is applied to the first to third piezoelectric units 302, 303, and 304 by magnetic attraction in a non-contact state, the contact point P4 with the first to third piezoelectric units 302, 303, and 304 is obtained. , P5, and P6 other than the friction contact portions can be eliminated, and a driving load due to friction at other constituent portions does not occur in principle. As a result, since the ineffective torque can be minimized, the first to third piezoelectric units 302, 303, and 304 can be expected to be significantly downsized.

なお、第1の変形例に係る視線変更カメラモジュール150では2自由度圧電ユニットの圧電モータ100を用いて構成したが、第2の変形例に係る3自由度圧電ユニットの圧電モータ300を用いて構成しても良い。視線変更カメラモジュール150では、画像の回転処理を行う画像処理手段を必要に応じて使用することとしていたが、圧電モータ300を用いて視線変更カメラモジュールを構成することにより、3自由度の回転駆動の特長を生かし、圧電モータ100では実現できなかった画像の傾き補正を実現できるので、画像処理手段が不要となる。更に、画像処理を不要としたため、搭載したカメラモジュール120で撮影された画像は、周囲360度(全方位と呼ぶ)のリアルタイム性の高い安定した画像が撮影できる。   The line-of-sight changing camera module 150 according to the first modification is configured using the piezoelectric motor 100 of the two-degree-of-freedom piezoelectric unit, but using the piezoelectric motor 300 of the three-degree-of-freedom piezoelectric unit according to the second modification. It may be configured. In the line-of-sight changing camera module 150, image processing means for performing image rotation processing is used as necessary. However, by configuring the line-of-sight changing camera module using the piezoelectric motor 300, rotation driving with three degrees of freedom is performed. By taking advantage of this feature, it is possible to realize image inclination correction that could not be realized by the piezoelectric motor 100, so that no image processing means is required. Furthermore, since no image processing is required, the image captured by the mounted camera module 120 can capture a stable image with high real-time characteristics around 360 degrees (referred to as omnidirectional).

(その他の実施の形態)
本発明は実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
(Other embodiments)
Although the present invention has been described according to the embodiment, it should not be understood that the description and drawings constituting a part of this disclosure limit the present invention. From this disclosure, various alternative embodiments, examples and operational techniques will be apparent to those skilled in the art.

例えば、3組の2自由度(交差型)圧電ユニット又は3自由度(トラス型)圧電ユニットを組み合わせた場合を説明したが、組み合わせる圧電ユニットの数は特に限定されない。例えば図9に示すように、4組の2自由度圧電ユニット402,403,404,405を組み合わせているように、4組以上の圧電素子を組み合わせても良い。   For example, although the case where three sets of two-degree-of-freedom (cross type) piezoelectric units or three-degree-of-freedom (truss type) piezoelectric units are combined has been described, the number of piezoelectric units to be combined is not particularly limited. For example, as shown in FIG. 9, four or more sets of piezoelectric elements may be combined such that four sets of two-degree-of-freedom piezoelectric units 402, 403, 404, and 405 are combined.

また、被駆動体105としては図1に示すように球体を回転させる一例を説明したが、特に限定されない。例えば、被駆動体105として平板を用いて、直動させても良い。   Moreover, although the example which rotates a spherical body as shown in FIG. 1 was demonstrated as the to-be-driven body 105, it is not specifically limited. For example, a flat plate may be used as the driven body 105 and the driven body 105 may be moved linearly.

また、図1に示した磁石109の代わりに、複数の磁石が圧電ユニット102,103、104のそれぞれの設置位置近傍にそれぞれ配設されていても良い。   Further, instead of the magnet 109 shown in FIG. 1, a plurality of magnets may be disposed in the vicinity of the respective installation positions of the piezoelectric units 102, 103, and 104.

また、図1に示した磁石109及び圧電ユニット102,103,104は、被駆動体105の下方に配置したが、取り付ける環境に応じて、被駆動体の上方に配置しても良い。   Further, although the magnet 109 and the piezoelectric units 102, 103, and 104 shown in FIG. 1 are arranged below the driven body 105, they may be arranged above the driven body according to the installation environment.

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲はの説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。   As described above, the present invention naturally includes various embodiments not described herein. Therefore, the technical scope of the present invention is defined only by the invention specific matters according to the scope of claims reasonable from the description.

100,300…圧電モータ
101,301…基台
102,103,104,302,303,304…圧電ユニット
102a,102b,103a,103b,104a,104b,302a,302b,302c,303a,303b,303c,304a,304b…圧電素子
105,151…被駆動体(球体)
106,107,108,306,307,308…駆動部
109…環状電磁石
109a…コイル
120…カメラモジュール
150…視線変更カメラモジュール
200…圧電モータシステム
201…姿勢角センサ
202…取り付け面
203…操作部
204…駆動波形生成部
205,206,207…アンプ
208…予圧設定部
209…電磁石アンプ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100,300 ... Piezoelectric motor 101,301 ... Base 102,103,104,302,303,304 ... Piezoelectric unit 102a, 102b, 103a, 103b, 104a, 104b, 302a, 302b, 302c, 303a, 303b, 303c, 304a, 304b ... Piezoelectric elements 105, 151 ... Driven bodies (spheres)
106, 107, 108, 306, 307, 308... Driving unit 109... Annular electromagnet 109 a .. coil 120 .. camera module 150. ... Drive waveform generation unit 205, 206, 207 ... Amplifier 208 ... Preload setting unit 209 ... Electromagnetic amplifier

Claims (4)

基台と、
球状の被駆動体にそれぞれ接し互いに離間して設置され、前記被駆動体を安定に保持すると共に回転2自由度方向に駆動させる複数の圧電ユニットと、
前記被駆動体を非接触状態で磁気吸引することにより、前記複数の圧電ユニットのそれぞれに予圧力を付与する磁石とを備え、
前記複数の圧電ユニットのそれぞれは、
振動方向が前記基台と略水平方向となり且つ前記被駆動体の駆動方向と斜交するように設置された第1の圧電素子と、
前記第1の圧電素子の振動方向と略直角に交差するように前記基台に対して略垂直方向に配設された第2の圧電素子と、
前記被駆動体と接し、前記第1及び第2の圧電素子を連結し、前記第1及び第2の圧電素子の合成振動により前記被駆動体の駆動平面を動作平面として前記被駆動体を駆動させる駆動部とを備え、
前記磁石の予圧力が前記第1及び第2の圧電素子に付与されることを特徴とする圧電モータ。
The base,
A plurality of piezoelectric units that are respectively in contact with and separated from the spherical driven body, hold the driven body stably, and drive in the direction of two degrees of freedom of rotation;
A magnet that applies a preload to each of the plurality of piezoelectric units by magnetically attracting the driven body in a non-contact state;
Each of the plurality of piezoelectric units is
A first piezoelectric element installed such that a vibration direction is substantially horizontal with the base and obliquely intersects with a drive direction of the driven body;
A second piezoelectric element disposed in a substantially vertical direction with respect to the base so as to intersect the vibration direction of the first piezoelectric element at a substantially right angle;
The first and second piezoelectric elements are connected in contact with the driven body, and the driven body is driven with the driving plane of the driven body as an operation plane by the combined vibration of the first and second piezoelectric elements. A drive unit
A piezoelectric motor, wherein a pre-pressure of the magnet is applied to the first and second piezoelectric elements.
基台と、
球状の被駆動体にそれぞれ接し互いに離間して設置され、前記被駆動体を安定に保持すると共に回転3自由度方向に駆動させる複数の圧電ユニットと、
前記被駆動体を非接触状態で磁気吸引することにより、前記複数の圧電ユニットのそれぞれに予圧力を付与する磁石とを備え、
前記複数の圧電ユニットのそれぞれは、
振動方向が前記基台と略水平方向となり且つ前記被駆動体の駆動方向と斜交するように設置された第1の圧電素子と、
前記第1の圧電素子の中立軸線と中立軸線が略直角に交差して交点を有し、振動方向が前記基台と略水平方向となり且つ前記被駆動体の駆動方向と斜交するように設置された第2の圧電素子と、
前記第1及び第2の圧電素子のそれぞれの中立軸線と中立軸線が略直角に前記交点で交差し、前記第1及び第2の圧電素子の振動方向と振動方向が略直角に交差するように前記基台に対して略垂直方向に配設された第3の圧電素子と、
前記被駆動体と接し、前記第1〜第3の圧電素子を連結し、前記第1〜第3の圧電素子の合成振動により前記被駆動体の駆動平面を動作平面として前記被駆動体を駆動させる駆動部とを備え、
前記磁石の予圧力が前記第1〜第3の圧電素子に付与されることを特徴とする圧電モータ。
The base,
A plurality of piezoelectric units that are respectively in contact with and separated from the spherical driven body, hold the driven body stably, and drive in the direction of three degrees of freedom;
A magnet that applies a preload to each of the plurality of piezoelectric units by magnetically attracting the driven body in a non-contact state;
Each of the plurality of piezoelectric units is
A first piezoelectric element installed such that a vibration direction is substantially horizontal with the base and obliquely intersects with a drive direction of the driven body;
The neutral axis of the first piezoelectric element and the neutral axis intersect with each other at a substantially right angle and have an intersection, and the vibration direction is substantially horizontal with the base and is oblique to the drive direction of the driven body. A second piezoelectric element ,
The neutral axis and the neutral axis of each of the first and second piezoelectric elements intersect at a substantially right angle at the intersection, and the vibration direction and the vibration direction of the first and second piezoelectric elements intersect at a substantially right angle. A third piezoelectric element disposed substantially perpendicular to the base;
The first to third piezoelectric elements are connected in contact with the driven body, and the driven body is driven with the driving plane of the driven body as an operation plane by the combined vibration of the first to third piezoelectric elements. A drive unit
A piezoelectric motor, wherein a pre-pressure of the magnet is applied to the first to third piezoelectric elements.
前記磁石が、前記複数の圧電ユニットのそれぞれの位置を直線で結んで形成される多角形状の領域内に配設されることを特徴とする請求項1又は2に記載の圧電モータ。   3. The piezoelectric motor according to claim 1, wherein the magnet is disposed in a polygonal region formed by connecting the positions of the plurality of piezoelectric units with straight lines. 4. 前記磁石を複数有し、該複数の磁石が前記圧電ユニットのそれぞれの設置位置近傍にそれぞれ配設されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の圧電モータ。   4. The piezoelectric motor according to claim 1, wherein the piezoelectric motor includes a plurality of the magnets, and the plurality of magnets are disposed in the vicinity of the respective installation positions of the piezoelectric units.
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