JP5275734B2 - Ultrasonic motor - Google Patents
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Description
本発明は、矩形型の圧電振動子が、拡がり振動モードと曲げ振動モードとを組み合わせた多重振動モードで振動することにより駆動力を発生する超音波モータに関する。 The present invention relates to an ultrasonic motor that generates a driving force when a rectangular piezoelectric vibrator vibrates in a multiple vibration mode that combines a spread vibration mode and a bending vibration mode.
従来から、圧電素子を矩形に形成し、第一次縦振動モード(L1)と第二次屈曲振動モード(F2)とを組み合わせた多重振動モードで振動することにより駆動力を発生する超音波モータが知られている。例えば、特開2006−094597号公報には、複数の圧電体を積層し、L1F2共振モードで駆動する超音波振動子が開示されている。この超音波振動子は、圧電素子と内部電極とが交互に積層されており、この積層方向と直交する第2の方向および第3の方向に沿って、概ね4分割された内部電極群を備えている。また、それらの内部電極群とそれぞれ導通する第1の外部電極群および第2の外部電極群とを有している。そして、第1および第2の外部電極群に電圧を印加することにより、第2の方向に発生する縦振動モードと、第3の方向に発生する屈曲振動モードとが同時に励起することによって、楕円振動を発生させる。 Conventionally, an ultrasonic motor that generates a driving force by forming a piezoelectric element in a rectangular shape and oscillating in a multiple vibration mode in which a primary longitudinal vibration mode (L1) and a secondary bending vibration mode (F2) are combined. It has been known. For example, Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2006-094597 discloses an ultrasonic transducer in which a plurality of piezoelectric bodies are stacked and driven in the L1F2 resonance mode. The ultrasonic transducer includes piezoelectric elements and internal electrodes that are alternately stacked, and includes an internal electrode group that is substantially divided into four along a second direction and a third direction orthogonal to the stacking direction. ing. In addition, the first external electrode group and the second external electrode group that are electrically connected to the internal electrode group, respectively. Then, by applying a voltage to the first and second external electrode groups, the longitudinal vibration mode generated in the second direction and the bending vibration mode generated in the third direction are excited simultaneously, thereby causing an elliptical Generate vibration.
また、特表2007−538484号公報には、振動子を長さLおよび高さHの圧電プレートで形成して、ラーメモードで駆動する圧電超音波モータが開示されている。この圧電超音波モータでは、圧電プレートで一次非対称定在波が励起され、摺動チップが楕円運動をすることによって駆動力を発生させる。
従来から、超音波モータは種々の目的に用いられているが、工業的に超音波モータに求められる主な特性は、小型であること、効率が高いこと、構造が簡単であることである。ここで、超音波モータが小型であることとは、圧電振動子の共振周波数がなるべく低いことを意味する。また、効率が高いとは、圧電振動子の機械−電気結合係数が大きいことを意味する。 Conventionally, ultrasonic motors have been used for various purposes, but the main characteristics required for ultrasonic motors industrially are small size, high efficiency, and simple structure. Here, the fact that the ultrasonic motor is small means that the resonance frequency of the piezoelectric vibrator is as low as possible. Moreover, high efficiency means that the mechanical-electrical coupling coefficient of the piezoelectric vibrator is large.
しかしながら、第一次縦振動モード(L1)と第二次屈曲振動モード(F2)とを組み合わせた多重振動モードで超音波モータを駆動させようとする場合、主面を4つの領域に分けて、それぞれに電力を配置し、対角に位置する電極同士を接続しなければならず、電極構造が複雑にならざるを得ない。また、ラーメモードで超音波モータを駆動させようとする場合、他のモードと比較して共振周波数が高いため、他のモードと同じ共振周波数で駆動させようとした場合は、他のモードを用いる場合よりも超音波モータが大きくなってしまい、小型化を図ることが困難となる。 However, when the ultrasonic motor is driven in a multiple vibration mode that combines the primary longitudinal vibration mode (L1) and the secondary bending vibration mode (F2), the main surface is divided into four regions, Electric power must be arranged for each of the electrodes, and the electrodes positioned diagonally must be connected, and the electrode structure must be complicated. Also, when trying to drive the ultrasonic motor in the lame mode, the resonance frequency is higher than in other modes, so when trying to drive at the same resonance frequency as other modes, use other modes. The ultrasonic motor becomes larger than the case, making it difficult to reduce the size.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、小型化を図ると共に、効率が高く、さらに構造が簡単である超音波モータを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide an ultrasonic motor that is small in size, high in efficiency, and simple in structure.
(1)上記の目的を達成するために、本発明は、以下のような手段を講じた。すなわち、本発明の超音波モータは、矩形型の圧電振動子が、拡がり振動モードと曲げ振動モードとを組み合わせた多重振動モードで振動することにより駆動力を発生する超音波モータであって、前記矩形型の圧電振動子の二組の辺のうち、一方の組の辺の長さをLとし、他方の組の辺の長さをwとし、w/Lを変数として、w/Lと拡がり振動モードの共振周波数とを対応させると共に、w/Lと曲げ振動モードの共振周波数とを対応させた場合、前記圧電振動子は、拡がり振動の共振周波数と曲げ振動の共振周波数とが実質的に同一となるw/Lの値に基づいて形成されていることを特徴としている。 (1) In order to achieve the above object, the present invention takes the following measures. That is, the ultrasonic motor of the present invention is an ultrasonic motor that generates a driving force when a rectangular piezoelectric vibrator vibrates in a multiple vibration mode that combines a spread vibration mode and a bending vibration mode. Of the two sides of the rectangular piezoelectric vibrator, the length of one side is L, the length of the other side is w, and w / L is a variable. When the resonance frequency of the vibration mode is made to correspond, and the w / L is made to correspond to the resonance frequency of the bending vibration mode, the piezoelectric vibrator substantially has a resonance frequency of the expansion vibration and a resonance frequency of the bending vibration. It is characterized by being formed based on the same w / L value.
このように、拡がり振動の共振周波数と曲げ振動の共振周波数とが実質的に同一となるw/Lの値に基づいて形成されているので、他のモード、例えば、L1F2モードで駆動させる場合よりも圧電振動子の主面の形状を正方形に近いものとすることができる。その結果、全体の寸法が扁平とならないため、奥行き寸法を小さくすることができる。これにより、パワー入力を従来のものよりも大きく取ることが可能となる。なお、拡がり振動の共振周波数と曲げ振動の共振周波数とが実質的に同一となるw/Lの値とは、圧電振動子が超音波モータとして実用的に機能する範囲という意味である。拡がり振動の共振周波数と曲げ振動の共振周波数とが多少ずれていても、圧電振動子が超音波モータとして実用的に機能するのであれば、w/Lの値は実質的に同一であると言える。逆に言えば、w/Lの値は、圧電振動子が超音波モータとして実用的に機能するのであれば、拡がり振動の共振周波数と曲げ振動の共振周波数とがちょうど同じ値でなければならないわけではない。 In this way, since the resonance frequency of the spread vibration and the resonance frequency of the bending vibration are formed based on the value of w / L, which is substantially the same, the driving is performed in another mode, for example, the L1F2 mode. Also, the shape of the main surface of the piezoelectric vibrator can be made close to a square. As a result, the overall dimension does not become flat, and the depth dimension can be reduced. Thereby, it becomes possible to take a power input larger than the conventional one. The w / L value at which the resonance frequency of the spread vibration and the resonance frequency of the bending vibration are substantially the same means a range in which the piezoelectric vibrator functions practically as an ultrasonic motor. Even if the resonance frequency of the spread vibration and the resonance frequency of the bending vibration are somewhat different, if the piezoelectric vibrator functions practically as an ultrasonic motor, it can be said that the value of w / L is substantially the same. . Conversely, if the piezoelectric vibrator functions practically as an ultrasonic motor, the value of w / L must be the same value as the resonance frequency of the spread vibration and the resonance frequency of the bending vibration. is not.
(2)また、本発明の超音波モータは、矩形型の圧電振動子が、拡がり振動モードと曲げ振動モードとを組み合わせた多重振動モードで振動することにより駆動力を発生する超音波モータであって、前記矩形型の圧電振動子の二組の辺のうち、一方の組の辺の長さをLとし、他方の組の辺の長さをwとし、w/Lを変数として、w/Lと拡がり振動モードの共振周波数とを対応させると共に、w/Lと曲げ振動モードの共振周波数とを対応させた場合、前記圧電振動子は、前記w/Lの値が0.75から0.90の範囲に収まるように形成されていることを特徴としている。 (2) The ultrasonic motor of the present invention is an ultrasonic motor that generates a driving force when a rectangular piezoelectric vibrator vibrates in a multiple vibration mode that combines a spreading vibration mode and a bending vibration mode. Of the two sets of sides of the rectangular piezoelectric vibrator, the length of one set of sides is L, the length of the other set of sides is w, and w / L is a variable. When L is associated with the resonance frequency of the spreading vibration mode and w / L is associated with the resonance frequency of the bending vibration mode, the piezoelectric vibrator has a value of w / L of 0.75 to 0. It is characterized by being formed so as to be within the range of 90.
このように、圧電振動子は、前記w/Lの値が0.75から0.90の範囲に収まるように形成されているので、他のモード、例えば、L1F2モードで駆動させる場合よりも圧電振動子の主面の形状を正方形に近いものとすることができる。その結果、全体の寸法が扁平とならないため、奥行き寸法を小さくすることができる。これにより、パワー入力が従来のものよりも大きく取ることが可能となる。 Thus, since the piezoelectric vibrator is formed so that the value of w / L falls within the range of 0.75 to 0.90, the piezoelectric vibrator is more piezoelectric than when driven in other modes, for example, the L1F2 mode. The shape of the main surface of the vibrator can be close to a square. As a result, the overall dimension does not become flat, and the depth dimension can be reduced. As a result, the power input can be made larger than the conventional one.
(3)また、本発明の超音波モータは、矩形型の圧電振動子が、拡がり振動モードと曲げ振動モードとを組み合わせた多重振動モードで振動することにより駆動力を発生する超音波モータであって、前記矩形型の圧電振動子の二組の辺のうち、一方の組の辺の長さをLとし、他方の組の辺の長さをwとし、w/Lを変数として、w/Lと拡がり振動モードの共振周波数とを対応させると共に、w/Lと曲げ振動モードの共振周波数とを対応させた場合、前記圧電振動子は、前記w/Lの値が実質的に0.85となるように形成されていることを特徴としている。 (3) In addition, the ultrasonic motor of the present invention is an ultrasonic motor that generates a driving force when a rectangular piezoelectric vibrator vibrates in a multiple vibration mode that combines a spread vibration mode and a bending vibration mode. Of the two sets of sides of the rectangular piezoelectric vibrator, the length of one set of sides is L, the length of the other set of sides is w, and w / L is a variable. When L is associated with the resonance frequency of the spreading vibration mode and w / L is associated with the resonance frequency of the bending vibration mode, the piezoelectric vibrator has a value of w / L substantially equal to 0.85. It is characterized by being formed.
このように、圧電振動子は、w/Lの値が実質的に0.85となるように形成されているので、他のモード、例えば、L1F2モードで駆動させる場合よりも圧電振動子の主面の形状を正方形に近いものとすることができる。その結果、全体の寸法が扁平とならないため、奥行き寸法を小さくすることができる。これにより、パワー入力が従来のものよりも大きく取ることが可能となる。なお、w/Lの値が実質的に0.85であるとは、圧電振動子が超音波モータとして実用的に機能する範囲という意味である。w/Lの値が0.85の前後にずれていても、圧電振動子が超音波モータとして実用的に機能するのであれば、w/Lの値は実質的に0.85であると言える。逆に言えば、w/Lの値は、圧電振動子が超音波モータとして実用的に機能するのであれば、ちょうど0.85でなければならないわけではない。 As described above, the piezoelectric vibrator is formed so that the value of w / L is substantially 0.85. Therefore, the piezoelectric vibrator is more main than the case of driving in another mode, for example, the L1F2 mode. The shape of the surface can be close to a square. As a result, the overall dimension does not become flat, and the depth dimension can be reduced. As a result, the power input can be made larger than the conventional one. Note that the value of w / L is substantially 0.85 means a range in which the piezoelectric vibrator functions practically as an ultrasonic motor. Even if the value of w / L is deviated around 0.85, it can be said that the value of w / L is substantially 0.85 if the piezoelectric vibrator practically functions as an ultrasonic motor. . In other words, the value of w / L does not have to be exactly 0.85 if the piezoelectric vibrator functions practically as an ultrasonic motor.
(4)また、本発明の超音波モータにおいて、前記圧電振動子は、いずれか一方の主面上に並設された2枚の電極を備え、前記2枚の電極の少なくとも一方に印加された電圧によって駆動することを特徴としている。 (4) In the ultrasonic motor according to the present invention, the piezoelectric vibrator includes two electrodes arranged in parallel on one of the main surfaces, and is applied to at least one of the two electrodes. It is characterized by being driven by voltage.
このように、いずれか一方の主面上に2枚の電極が並設されているため、L1F2モードの場合よりも電極構造を簡単にすることができる。 Thus, since two electrodes are arranged in parallel on one of the main surfaces, the electrode structure can be simplified as compared with the case of the L1F2 mode.
(5)また、本発明の超音波モータは、前記圧電振動子は、いずれか一方の前記電極に第1の交流電圧を印加すると共に、いずれか他方の前記電極に前記第1の交流電圧と位相がπ/2ずれた第2の交流電圧を印加する2相信号入力方式、またはいずれか一方の前記電極に交流電圧を印加すると共に、いずれか他方の前記電極を開放する1相信号入力方式のいずれか一方の方式で駆動することを特徴としている。 (5) In the ultrasonic motor of the present invention, the piezoelectric vibrator applies a first AC voltage to any one of the electrodes, and the first AC voltage to any one of the electrodes. A two-phase signal input method for applying a second AC voltage whose phase is shifted by π / 2, or a one-phase signal input method for applying an AC voltage to one of the electrodes and opening the other electrode It is characterized by driving by either one of the methods.
この構成により、2相信号入力方式または1相信号入力方式のいずれの方式でも圧電振動子を駆動することが可能となる。 With this configuration, the piezoelectric vibrator can be driven by either the two-phase signal input method or the one-phase signal input method.
本発明によれば、圧電振動子が、拡がり振動の共振周波数と曲げ振動の共振周波数とが実質的に同一となるw/Lの値に基づいて形成されているので、他のモード、例えば、L1F2モードで駆動させる場合よりも圧電振動子の主面の形状を正方形に近いものとすることができる。その結果、全体の寸法が扁平とならないため、奥行き寸法を小さくすることができる。これにより、パワー入力を従来のものよりも大きく取ることが可能となる。 According to the present invention, the piezoelectric vibrator is formed based on the value of w / L in which the resonance frequency of the spreading vibration and the resonance frequency of the bending vibration are substantially the same. The shape of the main surface of the piezoelectric vibrator can be made closer to a square than when driven in the L1F2 mode. As a result, the overall dimension does not become flat, and the depth dimension can be reduced. Thereby, it becomes possible to take a power input larger than the conventional one.
従来、圧電トランスにおいては、拡がり振動(輪郭振動)を用いると共に、曲げ振動(スプリアス振動)を回避することによって、動作性の良い圧電トランスを実現していた。すなわち、圧電トランスでは曲げ振動を回避する方策が採られていた。本発明者は、この点に着目し、矩形型の圧電振動子を、拡がり振動モードと曲げ振動モードとを組み合わせた多重振動モードで振動させることにより駆動力を発生させることを見出した。また、本発明者は、圧電振動子のいずれか一方の主面上に2枚の電極を並設した超音波モータは知られているが、矩形型の圧電振動子において、拡がり振動の共振周波数と曲げ振動の共振周波数とが実質的に同一となる場合を利用した超音波モータは実現されていなかった点に着目し、圧電振動子を、その時の寸法に基づいて形成することによって、超音波モータの小型化、高効率化および構成の簡略化を実現することができることを見出し、本発明をするに至った。 Conventionally, piezoelectric transformers have realized high-operability piezoelectric transformers by using spreading vibration (contour vibration) and avoiding bending vibration (spurious vibration). That is, the piezoelectric transformer has taken measures to avoid bending vibration. The inventor paid attention to this point and found that a driving force is generated by vibrating a rectangular piezoelectric vibrator in a multiple vibration mode in which a spread vibration mode and a bending vibration mode are combined. In addition, the present inventor has known an ultrasonic motor in which two electrodes are arranged in parallel on one main surface of a piezoelectric vibrator. However, in a rectangular piezoelectric vibrator, a resonance frequency of spreading vibration is known. Focusing on the fact that an ultrasonic motor using the case where the resonance frequency of the bending vibration and the resonance frequency of the bending vibration are substantially the same has not been realized, the ultrasonic vibrator is formed by forming the piezoelectric vibrator based on the dimensions at that time. The present inventors have found that it is possible to realize miniaturization, high efficiency and simplification of the configuration of the motor.
すなわち、本発明は、矩形型の圧電振動子が、拡がり振動モードと曲げ振動モードとを組み合わせた多重振動モードで振動することにより駆動力を発生する超音波モータであって、前記矩形型の圧電振動子の二組の辺のうち、一方の組の辺の長さをLとし、他方の組の辺の長さをwとし、w/Lを変数として、w/Lと拡がり振動モードの共振周波数とを対応させると共に、w/Lと曲げ振動モードの共振周波数とを対応させた場合、前記圧電振動子は、拡がり振動の共振周波数と曲げ振動の共振周波数とが実質的に同一となるw/Lの値に基づいて形成されていることを特徴とする。 That is, the present invention is an ultrasonic motor in which a rectangular piezoelectric vibrator generates a driving force by vibrating in a multiple vibration mode that combines a spreading vibration mode and a bending vibration mode, and the rectangular piezoelectric vibrator Of the two sets of sides of the vibrator, the length of one set of sides is L, the length of the other set of sides is w, and w / L is a variable. When the frequency is made to correspond and w / L is made to correspond to the resonance frequency of the bending vibration mode, the piezoelectric vibrator has the resonance frequency of the expansion vibration substantially the same as the resonance frequency of the bending vibration. It is formed based on the value of / L.
これにより、本発明者は、小型化、高効率化および構成の簡略化を図ることを可能とした。以下、本発明に係る実施形態について、図面を参照しながら説明する。 As a result, the inventor has made it possible to reduce the size, increase the efficiency, and simplify the configuration. Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings.
図1から図3は、本実施形態に係る圧電振動子の平面図である。この圧電振動子1は、圧電セラミックスから形成されており、紙面に対して垂直方向に分極している。この圧電振動子1には、チタン酸ジルコン酸鉛系セラミックス等の公知の材料を用いることができる。一般的なセラミックスの製造プロセス、例えば、圧電セラミックス粉末の成形(脱脂)、焼成、加工という製造プロセスに従って、圧電振動子1を作製する。作製した圧電振動子1に銀ペーストをスクリーン印刷等により所定のパターンで塗布し、焼成することによって、一方の主面に、後述する2つの電極を設けることができる。
1 to 3 are plan views of the piezoelectric vibrator according to the present embodiment. The
また、圧電振動子1の紙面に対して上側の中央部に、駆動力を伝達する摺動チップ2が設けられている。この摺動チップ2は、耐摩耗性に優れた材料が用いられる。例えば、アルミナやジルコニア、窒化珪素、炭化珪素等のセラミックス部品や、超剛等の耐摩耗性金属部品、硬質金属材料の表面にセラミックス薄膜やダイヤモンド薄膜をコーティングした部品等が好適に用いられる。
In addition, a sliding
なお、図2および図3において、点線で示すように、圧電振動子1の紙面に対して上側の両端部に摺動チップ3aおよび3bを設けても良い。圧電振動子1の紙面に対して上側の中央部に摺動チップ2を設けた場合は、円板や球体等の回転体を駆動するのに好適であり、圧電振動子1の紙面に対して上側の両端部に摺動チップ3aおよび3bを設けた場合は、直線的に動作する摺動体を駆動するのに好適である。また、図1に示すように、矩形型の圧電振動子1の二組の辺のうち、一方の組の辺の長さはLであり、他方の組の辺の長さはwである。
2 and 3, sliding
図2は、圧電振動子1が拡がり振動をしている様子を示す図である。この拡がり振動とは、矩形型の圧電振動子1が、中心から四辺の方向へ伸縮を繰り返す振動である。圧電振動子1の電位分布は、等電位線がほぼ平行に端面に向かって高くなる。図3は、圧電振動子1が曲げ振動を起こしている様子を示す図である。この曲げ振動とは、矩形型の圧電振動子1が二次元的に屈曲するのであるが、電位分布は、出力側中心部とその幅方向の両側に逆符号の電位が発生する。図2に示す拡がり振動モードと図3に示す曲げ振動モードとが合成(縮退)することによって、摺動チップ2、または摺動チップ3aおよび3bは、楕円運動をし、駆動力が生ずる。
FIG. 2 is a diagram illustrating a state in which the
次に、本実施形態に係る超音波モータの駆動原理について説明する。図4は、矩形型の圧電振動子を、拡がり振動モード(Expand Mode)および曲げ振動モード(Flexural Mode)で振動させたときの周波数スペクトラムを示す図である。矩形型の圧電振動子1の二組の辺のうち、一方の組の辺の長さはLであり、他方の組の辺の長さはwであるとし、図4に示すように、w/Lを変数として、w/Lと圧電振動子の拡がり振動モードの共振周波数とを対応させると共に、w/Lと曲げ振動モードの共振周波数とを対応させる。なお、図4ではL=20mmで固定し、w(Width)のみを変化させている。この場合、wが1
7.0mm、すなわち、縦横の二辺の比(以下、「辺比」と呼称する。)w/Lが、0.85付近で両者の共振周波数が一致し、二つの振動が縮退する。このときの共振周波数は、107kHz〜108kHzとなっている。
Next, the driving principle of the ultrasonic motor according to this embodiment will be described. FIG. 4 is a diagram illustrating a frequency spectrum when a rectangular piezoelectric vibrator is vibrated in an expansion vibration mode (Expand Mode) and a bending vibration mode (Flexural Mode). Of the two sets of sides of the rectangular
7.0 mm, that is, the ratio of the two sides in the vertical and horizontal directions (hereinafter referred to as “side ratio”) w / L is around 0.85, the resonance frequencies of the two coincide, and the two vibrations degenerate. The resonance frequency at this time is 107 kHz to 108 kHz.
このように、辺比が0.85であり、一辺が20mm程度の正方形となるため、小型化を図ることが可能となる。 Thus, the side ratio is 0.85, and one side is a square having a length of about 20 mm, so that the size can be reduced.
図5は、実施例1に係る超音波モータの概略構成を示す図である。この超音波モータ10は、圧電振動子1の紙面に対して左端の中央部に摺動チップ2を1つ備える構成を採る。この構成では、円板や球体等の回転体を駆動するのに好適であり、実施例1では、円板50を図5中、矢印の方向に回転させる。超音波モータ10において、圧電振動子1は、矩形の圧電基板1bの一方の主面を2分割するように、電極4aと電極4bとが設けられている。他方の主面は接地されている。これらの電極4a、4bは、互いに絶縁された状態で個別に設けられる。超音波モータ10の駆動回路は、2つの交流電圧源5a、5bによって構成される。交流電圧源5aは、電極4bにV0sinωtの電圧を印加し、交流電圧源5bは、電極4aにV0cosωtの電圧を印加する。このように、圧電振動子1の電極4a、4bに対して位相がπ/2ずれた電圧V0sinωtおよびV0cosωtが印加されると、圧電振動子1には、図2および図3に示すように、拡がり振動モードの振動と、曲げ振動モードの振動とが発生する。そして、拡がり振動モードの共振周波数と、曲げ振動モードの共振周波数とが等しいときに、両振動モードが合成(縮退)され、圧電振動子1のチップ(図5に図示せず)には楕円振動が発生する。なお、電圧V0sinωtとV0cosωtとは、それぞれ第1の交流電圧と第2の交流電圧とに該当する。両者が入れ替わっても何ら問題はない。
FIG. 5 is a diagram illustrating a schematic configuration of the ultrasonic motor according to the first embodiment. The
このように、いずれか一方の主面上に2枚の電極が並設されているため、L1F2モードの場合のように、主面を4つの領域に分けて、それぞれに電力を配置し、対角に位置する電極同士を接続しなければならない構成よりも簡単な構成にすることができる。 As described above, since two electrodes are arranged side by side on either one of the main surfaces, the main surface is divided into four regions as in the L1F2 mode, and electric power is arranged in each region. The configuration can be made simpler than the configuration in which the electrodes positioned at the corners must be connected.
図6は、実施例2に係る超音波モータの概略構成を示す図である。この超音波モータ10は、圧電振動子1の紙面に対して左端の両端部に摺動チップ3a、3bを2つ備える構成を採る。この構成では、直線的に動作する摺動体を駆動するのに好適であり、実施例2では、リニアガイド60にスライド自在に配置されたスライダ61を、図6中、矢印の方向にスライドさせる。
FIG. 6 is a diagram illustrating a schematic configuration of the ultrasonic motor according to the second embodiment. The
なお、図5および図6では、2相信号入力の構成を示したが、本発明は、これに限定されるわけではない。例えば、図7に示すように、1相信号入力の構成を採ることも可能である。この場合、一方の電極4bに、交流電源5aによってV0sinωtの交流信号を印加し、他方の電極4aを開放状態とすることで動作させることも可能である。
5 and 6 show the configuration of the two-phase signal input, the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. 7, it is possible to adopt a configuration of a one-phase signal input. In this case, it is also possible to operate by applying an AC signal of V 0 sin ωt to the one
以上説明したように、本実施形態によれば、圧電振動子1が、拡がり振動の共振周波数と曲げ振動の共振周波数とが実質的に同一となるw/Lの値に基づいて形成されているので、他のモード、例えば、L1F2モードで駆動させる場合よりも圧電振動子の主面の形状を正方形に近いものとすることができる。その結果、全体の寸法が扁平とならないため、奥行き寸法を小さくすることができる。これにより、パワー入力を従来のものよりも大きく取ることが可能となる。
As described above, according to this embodiment, the
1 圧電振動子
1b 圧電基板
2 摺動チップ
4a 電極
4b 電極
5a 交流電圧源
5b 交流電圧源
10 超音波モータ
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記矩形型の圧電振動子の二組の辺のうち、一方の組の辺の長さをLとし、他方の組の辺の長さをwとし、w/Lを変数として、w/Lと拡がり振動モードの共振周波数とを対応させると共に、w/Lと曲げ振動モードの共振周波数とを対応させた場合、
前記圧電振動子は、拡がり振動の共振周波数と曲げ振動の共振周波数とが実質的に同一となるw/Lの値に基づいて、前記w/Lの値が0.75から0.90の範囲に収まるように形成されており、
前記圧電振動子のいずれか一方の主面上に並設された2枚の電極と、
前記2枚の電極のうちの一方に対して、交流電圧を印加して前記圧電振動子を駆動させる第1の交流電源と、
前記2枚の電極のうちの他方に対して、交流電圧を印加して前記圧電振動子を駆動させる第2の交流電源と、を備え、
前記第1の交流電源が、前記2枚の電極のうちの一方に対して第1の交流電圧を印加すると共に、前記第2の交流電源が、前記2枚の電極のうちの他方に対して前記第1の交流電圧と位相がπ/2ずれた第2の交流電圧を印加することで、前記圧電振動子は、2相信号入力方式で駆動されることを特徴とする超音波モータ。 A rectangular piezoelectric vibrator is an ultrasonic motor that generates a driving force by oscillating in a multiple vibration mode that combines a spread vibration mode and a bending vibration mode,
Of the two sets of sides of the rectangular piezoelectric vibrator, the length of one set of sides is L, the length of the other set of sides is w, w / L is a variable, and w / L When the resonance frequency of the spreading vibration mode is made to correspond, and w / L and the resonance frequency of the bending vibration mode are made to correspond,
In the piezoelectric vibrator, the w / L value is in the range of 0.75 to 0.90 based on the w / L value at which the resonance frequency of the spreading vibration and the resonance frequency of the bending vibration are substantially the same. It is formed to fit in,
Two electrodes juxtaposed on one main surface of the piezoelectric vibrator;
A first AC power source for driving the piezoelectric vibrator by applying an AC voltage to one of the two electrodes;
A second AC power source for driving the piezoelectric vibrator by applying an AC voltage to the other of the two electrodes;
The first AC power source applies a first AC voltage to one of the two electrodes, and the second AC power source applies to the other of the two electrodes. The ultrasonic motor according to claim 1, wherein the piezoelectric vibrator is driven by a two-phase signal input method by applying a second AC voltage whose phase is shifted by π / 2 from the first AC voltage .
前記矩形型の圧電振動子の二組の辺のうち、一方の組の辺の長さをLとし、他方の組の辺の長さをwとし、w/Lを変数として、w/Lと拡がり振動モードの共振周波数とを対応させると共に、w/Lと曲げ振動モードの共振周波数とを対応させた場合、
前記圧電振動子は、拡がり振動の共振周波数と曲げ振動の共振周波数とが実質的に同一となるw/Lの値に基づいて、前記w/Lの値が0.75から0.90の範囲に収まるように形成されており、
前記圧電振動子のいずれか一方の主面上に並設された2枚の電極と、
前記2枚の電極のうちの一方に対して、交流電圧を印加して前記圧電振動子を駆動させる交流電源を備え、
前記交流電源が、前記2枚の電極のうちの一方に交流電圧を印加すると共に、前記他方の電極が、開放されることで、前記圧電振動子は、1相信号入力方式で駆動されることを特徴とする超音波モータ。 A rectangular piezoelectric vibrator is an ultrasonic motor that generates a driving force by oscillating in a multiple vibration mode that combines a spread vibration mode and a bending vibration mode,
Of the two sets of sides of the rectangular piezoelectric vibrator, the length of one set of sides is L, the length of the other set of sides is w, w / L is a variable, and w / L When the resonance frequency of the spreading vibration mode is made to correspond, and w / L and the resonance frequency of the bending vibration mode are made to correspond,
In the piezoelectric vibrator, the w / L value is in the range of 0.75 to 0.90 based on the w / L value at which the resonance frequency of the spreading vibration and the resonance frequency of the bending vibration are substantially the same. It is formed to fit in,
Two electrodes juxtaposed on one main surface of the piezoelectric vibrator;
An AC power source for driving the piezoelectric vibrator by applying an AC voltage to one of the two electrodes;
The AC power source applies an AC voltage to one of the two electrodes, and the other electrode is opened, so that the piezoelectric vibrator is driven by a one-phase signal input method. Ultrasonic motor characterized by
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