JP5491718B2 - Ultrasonic motor - Google Patents

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  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Description

本発明は、超音波モータに関し、特に、積層された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, and more particularly, to an ultrasonic motor that generates a driving force when a laminated 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。
特開2006−094597号公報 特表2007−538484号公報
JP-T-2007-538484 discloses a piezoelectric ultrasonic motor in which a vibrator is formed of a piezoelectric plate having a length L and a height H and is driven in a lame mode. In this piezoelectric ultrasonic motor, a primary asymmetric standing wave is excited by the piezoelectric plate, and the sliding tip makes an elliptical motion to generate a driving force.
JP 2006-094597 A Special table 2007-538484 gazette

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。さらに、矩形で単板の圧電振動子を上記のような辺比で構成すると共に、これを積層した超音波モータを構成することは行なわれていなかった。   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 to each other, 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. Furthermore, a rectangular and single-plate piezoelectric vibrator is configured with the above-described side ratio, and an ultrasonic motor in which this is laminated has not been performed.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、単板の圧電振動子を従来とは異なる辺比で構成すると共に、これを積層することにより、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 a single-plate piezoelectric vibrator is configured with a side ratio different from the conventional one, and by laminating this, it is possible to reduce the size and improve the efficiency. An object of the present invention is to provide an ultrasonic motor that is high and has a simple 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、矩形で単板の圧電振動子を積層して積層型圧電振動子を構成し、前記積層型圧電振動子が、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、前記単板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、前記単板の圧電振動子は、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と共に、前記単板の圧電振動子は、厚さ方向に複数積層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 configured by stacking rectangular and single-plate piezoelectric vibrators to form a laminated piezoelectric vibrator, and the laminated piezoelectric vibrator combines a spreading vibration mode and a bending vibration mode. An ultrasonic motor that generates a driving force by oscillating in a multi-vibration mode, wherein one of the two sides of the single-plate piezoelectric vibrator has a side length L, and the other set Where w / L is a variable, w / L is a variable, and w / 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 single-plate piezoelectric vibrator is formed based on the value of w / L where the resonance frequency of the spreading vibration and the resonance frequency of the bending vibration are substantially the same. It is characterized by being laminated in the thickness direction.

このように、単板の圧電振動子が、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単板の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。また、このように形成された単板の圧電振動子を、厚さ方向に複数積層することによって、積層型圧電振動子に単板と同じ入力電圧で大きな電界強度を印加することができるので、必要な電源電圧を小さくすることが可能となる。その結果、従来の超音波モータでは必要とされていた昇圧部品を不要とすることができ、ドライバ基板の小型化を図ることが可能となる。これにより、マルチチャネル動作可能な小型ドライバシステムを実現す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、単板の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、単板の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、単板の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。   Thus, since the single-plate 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, other modes, for example, The shape of the main surface of the single-plate 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. In addition, by laminating a plurality of single-plate piezoelectric vibrators formed in this way in the thickness direction, a large electric field strength can be applied to the multilayer piezoelectric vibrator with the same input voltage as the single plate. The necessary power supply voltage can be reduced. As a result, it is possible to eliminate the step-up component required in the conventional ultrasonic motor, and to reduce the size of the driver board. As a result, a small driver system capable of multi-channel operation can be realized. 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 single-plate 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, the value of w / L is substantially the same as long as the single-plate piezoelectric vibrator functions practically as an ultrasonic motor. It can be said that there is. Conversely, if the single-plate piezoelectric vibrator functions practically as an ultrasonic motor, the w / L value must be exactly the same as the resonance frequency of the spread vibration and the resonance frequency of the bending vibration. It doesn't have to be.

(2)また、本発明の超音波モータは、矩形で単板の圧電振動子を積層して積層型圧電振動子を構成し、前記積層型圧電振動子が、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、前記単板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、前記単板の圧電振動子は、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と共に、前記単板の圧電振動子は、厚さ方向に複数積層されていることを特徴としている。   (2) Further, the ultrasonic motor of the present invention is configured by stacking rectangular and single-plate piezoelectric vibrators to form a laminated piezoelectric vibrator, and the laminated piezoelectric vibrator has a spreading vibration mode and a bending vibration mode. Is an ultrasonic motor that generates a driving force by oscillating in a multi-vibration mode in which the length of one of the two sides of the single-plate piezoelectric vibrator is L, The length of the other side of the pair is w, w / L is a variable, w / L is associated with the resonance frequency of the spread vibration mode, and w / L is associated with the resonance frequency of the bending vibration mode. In this case, the single-plate piezoelectric vibrator is formed so that the value of w / L falls within the range of 0.75 to 0.90, and the single-plate piezoelectric vibrator is arranged in the thickness direction. It is characterized by being stacked in plural.

このように、単板の圧電振動子は、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単板の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。また、このように形成された単板の圧電振動子を、厚さ方向に複数積層することによって、積層型圧電振動子に単板と同じ入力電圧で大きな電界強度を印加することができるので、必要な電源電圧を小さくすることが可能となる。その結果、従来の超音波モータでは必要とされていた昇圧部品を不要とすることができ、ドライバ基板の小型化を図ることが可能となる。これにより、マルチチャネル動作可能な小型ドライバシステムを実現することが可能となる。   Thus, the single-plate piezoelectric vibrator is formed so that the value of w / L falls within the range of 0.75 to 0.90. Therefore, when driven in another mode, for example, the L1F2 mode. In addition, the shape of the main surface of the single-plate piezoelectric vibrator can be made closer 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. In addition, by laminating a plurality of single-plate piezoelectric vibrators formed in this way in the thickness direction, a large electric field strength can be applied to the multilayer piezoelectric vibrator with the same input voltage as the single plate. The necessary power supply voltage can be reduced. As a result, it is possible to eliminate the step-up component required in the conventional ultrasonic motor, and to reduce the size of the driver board. As a result, a small driver system capable of multi-channel operation can be realized.

(3)また、本発明の超音波モータは、矩形で単板の圧電振動子を積層して積層型圧電振動子を構成し、前記積層型圧電振動子が、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、前記単板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、前記単板の圧電振動子は、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と共に、前記単板の圧電振動子は、厚さ方向に複数積層されていることを特徴としている。   (3) Further, the ultrasonic motor of the present invention is configured by stacking rectangular and single-plate piezoelectric vibrators to form a laminated piezoelectric vibrator, and the laminated piezoelectric vibrator has a spreading vibration mode and a bending vibration mode. Is an ultrasonic motor that generates a driving force by oscillating in a multi-vibration mode in which the length of one of the two sides of the single-plate piezoelectric vibrator is L, The length of the other side of the pair is w, w / L is a variable, w / L is associated with the resonance frequency of the spread vibration mode, and w / L is associated with the resonance frequency of the bending vibration mode. In this case, the single-plate piezoelectric vibrator is formed so that the value of w / L is substantially 0.85, and a plurality of the single-plate piezoelectric vibrators are stacked in the thickness direction. It is characterized by having.

このように、単板の圧電振動子は、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単板の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。また、このように形成された単板の圧電振動子を、厚さ方向に複数積層することによって、積層型圧電振動子に単板と同じ入力電圧で大きな電界強度を印加することができるので、必要な電源電圧を小さくすることが可能となる。その結果、従来の超音波モータでは必要とされていた昇圧部品を不要とすることができ、ドライバ基板の小型化を図ることが可能となる。これにより、マルチチャネル動作可能な小型ドライバシステムを実現す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、単板の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、単板の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、単板の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 single-plate piezoelectric vibrator is formed so that the value of w / L is substantially 0.85. Therefore, the single-plate piezoelectric vibrator is more single-plate than when driven in other modes, for example, the L1F2 mode. 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. As a result, the power input can be made larger than the conventional one. In addition, by laminating a plurality of single-plate piezoelectric vibrators formed in this way in the thickness direction, a large electric field strength can be applied to the multilayer piezoelectric vibrator with the same input voltage as the single plate. The necessary power supply voltage can be reduced. As a result, it is possible to eliminate the step-up component required in the conventional ultrasonic motor, and to reduce the size of the driver board. As a result, a small driver system capable of multi-channel operation can be realized. Note that the value of w / L is substantially 0.85 means a range in which a single-plate piezoelectric vibrator practically functions as an ultrasonic motor. Even if the value of w / L is deviated around 0.85, if the single-plate piezoelectric vibrator functions practically as an ultrasonic motor, the value of w / L is substantially 0.85. It can be said that there is. Conversely, the value of w / L does not have to be exactly 0.85 if a single-plate piezoelectric vibrator functions practically as an ultrasonic motor.

本発明によれば、単板の圧電振動子が、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単板の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。また、このように形成された単板の圧電振動子を、厚さ方向に複数積層することによって、積層型圧電振動子に単板と同じ入力電圧で大きな電界強度を印加することができるので、必要な電源電圧を小さくすることが可能となる。その結果、従来の超音波モータでは必要とされていた昇圧部品を不要とすることができ、ドライバ基板の小型化を図ることが可能となる。これにより、マルチチャネル動作可能な小型ドライバシステムを実現することが可能となる。   According to the present invention, the single-plate piezoelectric vibrator is formed based on the value of w / L at which the resonance frequency of the spreading vibration and the resonance frequency of the bending vibration are substantially the same. For example, the shape of the main surface of the single-plate 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. In addition, by laminating a plurality of single-plate piezoelectric vibrators formed in this way in the thickness direction, a large electric field strength can be applied to the multilayer piezoelectric vibrator with the same input voltage as the single plate. The necessary power supply voltage can be reduced. As a result, it is possible to eliminate the step-up component required in the conventional ultrasonic motor, and to reduce the size of the driver board. As a result, a small driver system capable of multi-channel operation can be realized.

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、さらに、このように形成された単板の圧電振動子を、厚さ方向に複数積層することによって、積層型圧電振動子に単板と同じ入力電圧で大きな電界強度を印加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. It has been found that miniaturization, high efficiency and simplification of the configuration of the motor can be realized, and further, a plurality of single-plate piezoelectric vibrators formed in this way are laminated in the thickness direction, so that the laminated type It has been found that a large electric field strength can be applied to a piezoelectric vibrator with the same input voltage as that of a single plate, and the present invention has been achieved.

すなわち、本発明は、矩形で単板の圧電振動子を積層して積層型圧電振動子を構成し、前記積層型圧電振動子が、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、前記単板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、前記単板の圧電振動子は、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と共に、前記単板の圧電振動子は、厚さ方向に複数積層されていることを特徴とする。   That is, the present invention forms a laminated piezoelectric vibrator by laminating rectangular and single-plate piezoelectric vibrators, and the laminated piezoelectric vibrator is in a multiple vibration mode combining a spreading vibration mode and a bending vibration mode. An ultrasonic motor that generates a driving force by vibration, wherein one of the two sides of the single-plate piezoelectric vibrator has a side length L, and the other side has a side length. When w / L is a variable and w / L is made to correspond to the resonance frequency of the spreading vibration mode, and w / L is made to correspond to the resonance frequency of the bending vibration mode, w / L is a variable. The vibrator is formed based on a 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, and the single-plate piezoelectric vibrator is formed in the thickness direction. A plurality of layers are stacked.

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。また、必要な電源電圧を小さくす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. In addition, the necessary power supply voltage can be reduced. Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings.

図1から図3は、本実施形態に係る単板の圧電振動子の平面図である。この単板の圧電振動子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。この単板の圧電振動子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、単板の圧電振動子1を作製する。作製した単板の圧電振動子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 a single-plate piezoelectric vibrator according to this embodiment. This single-plate piezoelectric vibrator 1 is made of piezoelectric ceramics and is polarized in a direction perpendicular to the paper surface. A known material such as lead zirconate titanate-based ceramics can be used for the single-plate piezoelectric vibrator 1. The single-plate piezoelectric vibrator 1 is manufactured according to a general ceramic manufacturing process, for example, a manufacturing process of forming (degreasing), firing, and processing of piezoelectric ceramic powder. By applying a silver paste in a predetermined pattern to the manufactured single-plate piezoelectric vibrator 1 by screen printing or the like and baking it, two electrodes to be described later can be provided on one main surface.

また、単板の圧電振動子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。   Further, a sliding chip 2 for transmitting a driving force is provided in the central portion on the upper side with respect to the paper surface of the single-plate piezoelectric vibrator 1. The sliding tip 2 is made of a material having excellent wear resistance. For example, ceramic parts such as alumina, zirconia, silicon nitride, and silicon carbide, wear-resistant metal parts such as super-rigid, parts having a hard metal material coated with a ceramic thin film or a diamond thin film, and the like are preferably used.

なお、図2および図3において、点線で示すように、単板の圧電振動子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。単板の圧電振動子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、単板の圧電振動子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、矩形で単板の圧電振動子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 chips 3a and 3b may be provided at both ends on the upper side with respect to the paper surface of the single-plate piezoelectric vibrator 1 as indicated by a dotted line. When the sliding chip 2 is provided at the upper central portion with respect to the paper surface of the single-plate piezoelectric vibrator 1, it is suitable for driving a rotating body such as a disk or a sphere, and the single-plate piezoelectric vibrator When the sliding tips 3a and 3b are provided at both ends on the upper side of the sheet of paper 1, it is suitable for driving a sliding body that operates linearly. Further, as shown in FIG. 1, the length of one side of the two sides of the rectangular and single-plate piezoelectric vibrator 1 is L, and the length of the other side is w. is there.

図2は、単板の圧電振動子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、矩形で単板の圧電振動子1が、中心から四辺の方向へ伸縮を繰り返す振動である。単板の圧電振動子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、単板の圧電振動子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、矩形で単板の圧電振動子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 single-plate piezoelectric vibrator 1 is expanding and vibrating. This spreading vibration is vibration in which the rectangular, single-plate piezoelectric vibrator 1 repeatedly expands and contracts from the center toward the four sides. The potential distribution of the single-plate piezoelectric vibrator 1 becomes higher toward the end face with equipotential lines almost parallel. FIG. 3 is a diagram illustrating a state in which the single-plate piezoelectric vibrator 1 causes bending vibration. This bending vibration is a rectangular and single-plate piezoelectric vibrator 1 bent two-dimensionally, but in the potential distribution, potentials with opposite signs are generated at the output-side central portion and both sides in the width direction. When the expansion vibration mode shown in FIG. 2 and the bending vibration mode shown in FIG. 3 are combined (degenerated), the sliding tip 2 or the sliding tips 3a and 3b perform an elliptical motion, and a driving force is generated.

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、矩形で単板の圧電振動子を、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。矩形で単板の圧電振動子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と単板の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17.0mm、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 showing a frequency spectrum when a rectangular, single-plate 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 and single-plate piezoelectric vibrator 1, the length of one set of sides is L, and the length of the other set of sides is w, as shown in FIG. , W / L is used as a variable, and w / L is associated with the resonance frequency of the spreading vibration mode of the single-plate piezoelectric vibrator, and w / L is associated with the resonance frequency of the bending vibration mode. In FIG. 4, L is fixed at 20 mm, and only w (Width) is changed. In this case, w is 17.0 mm, that is, the ratio of the two sides in the vertical and horizontal directions (hereinafter referred to as “side ratio”) w / L is about 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、上記のように形成された単板の圧電振動子1を、厚さ方向に複数個積層することにより構成した積層型圧電振動子を概念的に表した図である。図5では、一部を切断して表現している。この積層型圧電振動子50は、単板の圧電振動子1を積層した圧電層51およびその圧電層の間に設けられた内層電極52から構成されている。また、積層型圧電振動子50は、入力電極53、2つの外部取り出し電極54、およびグランド電極55を有している。   FIG. 5 is a diagram conceptually showing a laminated piezoelectric vibrator formed by laminating a plurality of single-plate piezoelectric vibrators 1 formed as described above in the thickness direction. In FIG. 5, a part is expressed by cutting. The laminated piezoelectric vibrator 50 includes a piezoelectric layer 51 in which a single-plate piezoelectric vibrator 1 is laminated and an inner layer electrode 52 provided between the piezoelectric layers. The laminated piezoelectric vibrator 50 includes an input electrode 53, two external extraction electrodes 54, and a ground electrode 55.

単板の圧電振動子1を、例えば、6層に積層して、積層型圧電振動子50を構成すると、単板の圧電振動子1では、入力電圧が60Vppであったものが、積層型圧電振動子50では、20Vppに低下させることができた。この場合、積層方向と変位方向とは垂直の関係にあるため、圧電効果は、「横効果」を利用することとなる。また、効率をより上昇させるため、「縦効果」を利用する構成を採ることも可能である。例えば、変位方向に積層することによって、縦効果を利用することができる。例えば、単板の圧電振動子を縦方向に分極すると、駆動電圧は500Vpp以上が必要となる。一方、単板の圧電振動子を、0.5mm間隔で積層して、積層型圧電振動子を構成することによって、駆動電圧を10Vpp以下にして駆動することが可能となる。   For example, when the laminated piezoelectric vibrator 50 is configured by laminating the single-plate piezoelectric vibrator 1 in six layers, the single-plate piezoelectric vibrator 1 having an input voltage of 60 Vpp is the laminated piezoelectric vibrator. In the vibrator 50, the voltage could be reduced to 20Vpp. In this case, since the stacking direction and the displacement direction are perpendicular to each other, the “lateral effect” is used as the piezoelectric effect. Further, in order to further increase the efficiency, it is possible to adopt a configuration using the “vertical effect”. For example, the vertical effect can be used by stacking in the displacement direction. For example, when a single-plate piezoelectric vibrator is polarized in the vertical direction, the drive voltage needs to be 500 Vpp or more. On the other hand, by laminating single-plate piezoelectric vibrators at intervals of 0.5 mm to form a laminated piezoelectric vibrator, it becomes possible to drive with a drive voltage of 10 Vpp or less.

図6は、交差指電極を取り付けた圧電振動子を示す図である。この圧電振動子60は、交差指電極61と、グランド電極62を有している。このような交差指電極61を用いて積層型圧電振動子を構成し、交差指の間隔方向に分極して超音波モータを構成することによっても、同様の効果を得ることが可能である。また、積層数が少なくて済み、工業上、有利である。   FIG. 6 is a diagram showing a piezoelectric vibrator to which a cross finger electrode is attached. The piezoelectric vibrator 60 has a cross finger electrode 61 and a ground electrode 62. A similar effect can also be obtained by configuring a laminated piezoelectric vibrator using such a crossed finger electrode 61 and forming an ultrasonic motor by polarization in the direction of the interval between the crossed fingers. Further, the number of stacked layers is small, which is industrially advantageous.

具体的には、横効果を用いた場合は、d31=130×10−12m/V、であり、縦効果を利用した場合は、d33=290×10−12m/Vであるため、縦効果を利用した場合は、横効果の約2.2倍の効率改善を図ることが可能となる。 Specifically, when the horizontal effect is used, d31 = 130 × 10 −12 m / V, and when the vertical effect is used, d33 = 290 × 10 −12 m / V. When the effect is used, the efficiency can be improved by about 2.2 times the lateral effect.

図7Aは、本実施形態に係る6層に積層した積層型圧電振動子による超音波モータのインピーダンス特性を示す図であり、図7Bは、単板の圧電振動子による超音波モータのインピーダンス特性を示す図である。両者のインピーダンス特性を比較すると、図7Aおよび図7Bに示すように、6層に積層した積層型圧電振動子のインピーダンスは、単板の圧電振動子のインピーダンスよりも1桁小さい。従って、積層型圧電振動子を駆動するための入力電圧は、明らかに、単板の圧電振動子よりも小さくて済むこととなる。   FIG. 7A is a diagram showing impedance characteristics of an ultrasonic motor using a laminated piezoelectric vibrator laminated in six layers according to the present embodiment, and FIG. 7B shows impedance characteristics of the ultrasonic motor using a single-plate piezoelectric vibrator. FIG. Comparing the impedance characteristics of the two, as shown in FIGS. 7A and 7B, the impedance of the laminated piezoelectric vibrator laminated in six layers is one digit smaller than the impedance of the single-plate piezoelectric vibrator. Therefore, the input voltage for driving the laminated piezoelectric vibrator is obviously smaller than that of the single-plate piezoelectric vibrator.

図8は、本実施形態に係る超音波モータ装置の概略構成を示す図である。この超音波モータ装置80において、積層型圧電振動子50aは、摺動チップ2aが楕円運動をすることにより、駆動対象物15を図8中、矢印AまたはBの方向へスライドさせる。また、積層型圧電振動子50aは、図5に示したような電極を有しており、2箇所から電圧を供給され、中央の電極は接地されている。   FIG. 8 is a diagram illustrating a schematic configuration of the ultrasonic motor device according to the present embodiment. In the ultrasonic motor device 80, the multilayer piezoelectric vibrator 50a slides the drive target 15 in the direction of the arrow A or B in FIG. 8 by the elliptical movement of the sliding tip 2a. The laminated piezoelectric vibrator 50a has electrodes as shown in FIG. 5, is supplied with voltage from two locations, and the center electrode is grounded.

図8において、駆動装置70は、駆動対象物15の位置を検出する位置センサ31と、超音波モータ(積層型圧電振動子)50aを共振駆動する共振駆動装置32と、超音波モータ50aを直流駆動する直流駆動装置33と、位置センサ31の検出信号に従って共振駆動装置32または直流駆動装置33に駆動指令信号を送る駆動制御装置(CPU)34と、を備えている。共振駆動装置32と直流駆動装置33は、増幅器35a、35bを共有している。さらに、共振駆動装置32は、第1フィードバック制御装置36と位相制御装置37とを有している。直流駆動装置33は、第2フィードバック制御装置38と信号反転器39とを有している。   In FIG. 8, a driving device 70 includes a position sensor 31 that detects the position of the driven object 15, a resonance driving device 32 that resonates and drives an ultrasonic motor (laminated piezoelectric vibrator) 50a, and a direct current that drives the ultrasonic motor 50a. A DC drive device 33 for driving and a drive control device (CPU) 34 for sending a drive command signal to the resonance drive device 32 or the DC drive device 33 in accordance with a detection signal of the position sensor 31 are provided. The resonance driving device 32 and the DC driving device 33 share the amplifiers 35a and 35b. Further, the resonance driving device 32 includes a first feedback control device 36 and a phase control device 37. The DC drive device 33 includes a second feedback control device 38 and a signal inverter 39.

超音波モータ50aは、積層型圧電振動子から構成されているため、上記のように、単板の圧電振動子より駆動電圧が小さくても同様の駆動力を発揮することが可能である。このため、増幅器35a、35bにおいては、従来のように昇圧部品を用いる必要がなく、増幅器35a、35bを小型化することが可能である。より具体的には、本実施形態に係る増幅器35a、35bは、従来の増幅器と比較して、大きさが1/3程度に小さくなっている。   Since the ultrasonic motor 50a is composed of a laminated piezoelectric vibrator, as described above, it is possible to exhibit the same driving force even when the driving voltage is smaller than that of a single-plate piezoelectric vibrator. For this reason, in the amplifiers 35a and 35b, it is not necessary to use a boosting component as in the prior art, and the amplifiers 35a and 35b can be downsized. More specifically, the amplifiers 35a and 35b according to the present embodiment are about 1/3 smaller in size than the conventional amplifier.

位置センサ31には、レーザを利用した非接触光学式センサシステムが好適に用いられる。例えば、駆動対象物15には駆動対象物15の位置を示すためのマーキング(図示せず)が施されており、位置センサ31は反射光パターンから駆動対象物15の位置を検出する。   As the position sensor 31, a non-contact optical sensor system using a laser is preferably used. For example, marking (not shown) for indicating the position of the driving object 15 is provided on the driving object 15, and the position sensor 31 detects the position of the driving object 15 from the reflected light pattern.

第1フィードバック制御装置36は、駆動制御装置(CPU)34から超音波モータ50aを共振駆動させる指令信号を受信すると、超音波モータ50aを共振駆動させるための共振駆動信号を発生させ、それを増幅器35a、35bに送る。また、第1フィードバック制御装置36は、位置センサ31の検出信号を受信して、駆動対象物15の移動速度を調節する。このため第1フィードバック制御装置36は、共振駆動信号の波形を適宜変形させる(例えば、ゼロ−ピーク電圧値を変化させる)ことができるようになっている。   When the first feedback control device 36 receives a command signal for resonantly driving the ultrasonic motor 50a from the drive control device (CPU) 34, the first feedback control device 36 generates a resonant drive signal for resonantly driving the ultrasonic motor 50a and amplifies it. Send to 35a, 35b. Further, the first feedback control device 36 receives the detection signal of the position sensor 31 and adjusts the moving speed of the driven object 15. Therefore, the first feedback control device 36 can appropriately change the waveform of the resonance drive signal (for example, change the zero-peak voltage value).

第1フィードバック制御装置36から増幅器35a、35bへは同一波形の共振駆動信号が出力される。このため一方の増幅器、つまり増幅器35aに送られる共振駆動信号は増幅器35aに入力される前に位相制御装置37によって位相を90度ずらされる。例えば、第1フィードバック制御装置36から出力される共振駆動信号がV=Vsin(2πft)である場合には、増幅器35bにはこのV=Vsin(2πft)の共振駆動信号が入力されるが、増幅器35aには位相制御装置37によって位相制御されたV=Vcos(2πft)またはV=−Vcos(2πft)の共振駆動信号が入力される。 A resonance drive signal having the same waveform is output from the first feedback control device 36 to the amplifiers 35a and 35b. Therefore, the phase of the resonance drive signal sent to one amplifier, that is, the amplifier 35a, is shifted by 90 degrees by the phase controller 37 before being input to the amplifier 35a. For example, when the resonance drive signal output from the first feedback control device 36 is V = V 0 sin (2πft), this resonance drive signal of V = V 0 sin (2πft) is input to the amplifier 35b. However, a resonance drive signal of V = V 0 cos (2πft) or V = −V 0 cos (2πft) phase-controlled by the phase controller 37 is input to the amplifier 35a.

なお、第1フィードバック制御装置36から出力される共振駆動信号はV=Vcos(2πft)であってもよい。この場合には、位相制御装置37からは、V=Vsin(2πft)またはV=−Vsin(2πft)の共振駆動信号が出力される。 The resonance drive signal output from the first feedback control device 36 may be V = V 0 cos (2πft). In this case, the phase controller 37 outputs a resonance drive signal of V = V 0 sin (2πft) or V = −V 0 sin (2πft).

第2フィードバック制御装置38は、駆動制御装置(CPU)34から超音波モータ50aを直流駆動させる指令信号を受け取ると、超音波モータ50aを直流駆動させるための直流電圧信号を発生させ、それを増幅器35a、35bに送る。また第2フィードバック制御装置38は、位置センサ31からの信号を受信して、直流電圧信号の電圧値を適宜調整して増幅器35a、35bに送ることができるようになっている。   When the second feedback control device 38 receives a command signal for direct drive of the ultrasonic motor 50a from the drive control device (CPU) 34, the second feedback control device 38 generates a direct current voltage signal for direct drive of the ultrasonic motor 50a and amplifies it. Send to 35a, 35b. The second feedback control device 38 can receive a signal from the position sensor 31 and appropriately adjust the voltage value of the DC voltage signal and send it to the amplifiers 35a and 35b.

第2フィードバック制御装置38から増幅器35a、35bへは同じ直流電圧信号が出力される。このため増幅器35aに送られる直流電圧信号は増幅器35aに入力される前に信号反転器39によって正負を逆転される。   The same DC voltage signal is output from the second feedback control device 38 to the amplifiers 35a and 35b. For this reason, the DC voltage signal sent to the amplifier 35a is inverted by the signal inverter 39 before being input to the amplifier 35a.

以上説明したように、本実施形態によれば、単板の圧電振動子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単板の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。また、このように形成された単板の圧電振動子1を、厚さ方向に複数積層することによって、積層型圧電振動子に単板と同じ入力電圧で大きな電界強度を印加することができるので、必要な電源電圧を小さくすることが可能となる。その結果、従来の超音波モータでは必要とされていた昇圧部品を不要とすることができ、ドライバ基板の小型化を図ることが可能となる。これにより、マルチチャネル動作可能な小型ドライバシステムを実現することが可能となる。   As described above, according to this embodiment, the single-plate piezoelectric vibrator 1 is formed based on the value of w / L at which the resonance frequency of the spreading vibration and the resonance frequency of the bending vibration are substantially the same. Therefore, the shape of the main surface of the single-plate piezoelectric vibrator can be made closer to a square than when driven in another mode, for example, 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. Further, by stacking a plurality of single-plate piezoelectric vibrators 1 formed in this way in the thickness direction, a large electric field strength can be applied to the multilayer piezoelectric vibrator at the same input voltage as the single plate. This makes it possible to reduce the necessary power supply voltage. As a result, it is possible to eliminate the step-up component required in the conventional ultrasonic motor, and to reduce the size of the driver board. As a result, a small driver system capable of multi-channel operation can be realized.

本実施形態に係る圧電振動子の平面図である。It is a top view of the piezoelectric vibrator concerning this embodiment. 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。It is a figure which shows a mode that the piezoelectric vibrator 1 is expanding and vibrating. 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。It is a figure which shows a mode that the piezoelectric vibrator 1 is raising the bending vibration. 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。It is a figure which shows a frequency spectrum when a rectangular-shaped piezoelectric vibrator is vibrated in an expansion vibration mode (Expand Mode) and a bending vibration mode (Flexural Mode). 単板の圧電振動子を、厚さ方向に複数個積層することにより構成した積層型圧電振動子を概念的に表した図である。FIG. 3 is a diagram conceptually illustrating a stacked piezoelectric vibrator configured by stacking a plurality of single-plate piezoelectric vibrators in a thickness direction. 交差指電極を取り付けた圧電振動子を示す図である。It is a figure which shows the piezoelectric vibrator which attached the cross finger electrode. 本実施形態に係る6層に積層した積層型圧電振動子による超音波モータのインピーダンス特性を示す図である。It is a figure which shows the impedance characteristic of the ultrasonic motor by the lamination type piezoelectric vibrator laminated | stacked on 6 layers which concern on this embodiment. 単板の圧電振動子による超音波モータのインピーダンス特性を示す図である。It is a figure which shows the impedance characteristic of the ultrasonic motor by a single-plate piezoelectric vibrator. 本実施形態に係る超音波モータ装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the ultrasonic motor apparatus which concerns on this embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1 単板の圧電振動子
2 摺動チップ
2a 摺動チップ
3a 摺動チップ
3b 摺動チップ
15 駆動対象物
31 位置センサ
32 共振駆動装置
33 直流駆動装置
35a 増幅器
35b 増幅器
36 フィードバック制御装置
37 位相制御装置
38 フィードバック制御装置
39 信号反転器
50 積層型圧電振動子
50a 超音波モータ(積層型圧電振動子)
51 圧電層
52 内層電極
53 入力電極
54 外部取り出し電極
55 グランド電極
60 圧電振動子
61 交差指電極
62 グランド電極
70 駆動装置
80 超音波モータ装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Single-plate piezoelectric vibrator 2 Sliding tip 2a Sliding tip 3a Sliding tip 3b Sliding tip 15 Drive target 31 Position sensor 32 Resonant drive device 33 DC drive device 35a Amplifier 35b Amplifier 36 Feedback control device 37 Phase control device 38 Feedback Control Device 39 Signal Inverter 50 Multilayer Piezoelectric Vibrator 50a Ultrasonic Motor (Multilayer Piezoelectric Vibrator)
51 Piezoelectric Layer 52 Inner Layer Electrode 53 Input Electrode 54 External Extraction Electrode 55 Ground Electrode 61 Piezoelectric Vibrator 61 Cross Finger Electrode 62 Ground Electrode 70 Drive Device 80 Ultrasonic Motor Device

Claims (2)

矩形で単板の圧電振動子を積層して積層型圧電振動子を構成し、前記積層型圧電振動子が、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、
前記単板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、
前記単板の圧電振動子は、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と共に、
前記単板の圧電振動子は、厚さ方向に複数積層されており、
前記積層型圧電振動子は、圧電層および前記圧電層の間に設けられた内層電極により形成され、前記内層電極として、交互にグランド電極と並設された2つの外部取り出し電極とを有し、
前記2つの外部取り出し電極のうちの一方には、第1の交流電圧が印加され、
前記2つの外部取り出し電極のうちの他方には、前記第1の交流電圧と位相がπ/2ずれた第2の交流電圧が印加されることで、前記積層型圧電振動子が駆動されることを特徴とする超音波モータ。
A rectangular single plate piezoelectric vibrator is laminated to form a laminated piezoelectric vibrator, and the laminated piezoelectric vibrator vibrates in a multiple vibration mode combining a spread vibration mode and a bending vibration mode, thereby driving force. An ultrasonic motor that generates
Of the two sets of sides of the single-plate 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,
The single plate piezoelectric vibrator is formed so that the value of w / L falls within a range of 0.75 to 0.90,
A plurality of the single-plate piezoelectric vibrators are stacked in the thickness direction,
The laminated piezoelectric vibrator is formed by a piezoelectric layer and an inner layer electrode provided between the piezoelectric layers, and has two external lead electrodes alternately arranged in parallel with a ground electrode as the inner layer electrode,
A first AC voltage is applied to one of the two external extraction electrodes,
The stacked piezoelectric vibrator is driven by applying a second AC voltage whose phase is shifted by π / 2 to the other of the two external extraction electrodes. Ultrasonic motor characterized by
矩形で単板の圧電振動子を積層して積層型圧電振動子を構成し、前記積層型圧電振動子が、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、
前記単板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、
前記単板の圧電振動子は、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と共に、
前記単板の圧電振動子は、厚さ方向に複数積層されており、
前記積層型圧電振動子は、圧電層および前記圧電層の間に設けられた内層電極により形成され、前記内層電極として、交互にグランド電極と並設された2つの外部取り出し電極とを有し、
前記2つの外部取り出し電極のうちの一方には、第1の交流電圧が印加され、
前記2つの外部取り出し電極のうちの他方には、前記第1の交流電圧と位相がπ/2ずれた第2の交流電圧が印加されることで、前記積層型圧電振動子が駆動されることを特徴とする超音波モータ。
A rectangular single plate piezoelectric vibrator is laminated to form a laminated piezoelectric vibrator, and the laminated piezoelectric vibrator vibrates in a multiple vibration mode combining a spread vibration mode and a bending vibration mode, thereby driving force. An ultrasonic motor that generates
Of the two sets of sides of the single-plate 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,
The single-plate piezoelectric vibrator is formed such that the value of w / L is substantially 0.85,
A plurality of the single-plate piezoelectric vibrators are stacked in the thickness direction,
The laminated piezoelectric vibrator is formed by a piezoelectric layer and an inner layer electrode provided between the piezoelectric layers, and has two external lead electrodes alternately arranged in parallel with a ground electrode as the inner layer electrode,
A first AC voltage is applied to one of the two external extraction electrodes,
The stacked piezoelectric vibrator is driven by applying a second AC voltage whose phase is shifted by π / 2 to the other of the two external extraction electrodes. Ultrasonic motor characterized by
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