JP4673420B2 - Multilayer piezoelectric vibrator, ultrasonic motor, and electronic device with ultrasonic motor - Google Patents
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Description
本発明は、時計、カメラ、プリンタ、記憶装置などに用いる超音波モータに係わり、特に、駆動力を大きくした超音波モータに関する。 The present invention relates to an ultrasonic motor used for a timepiece, a camera, a printer, a storage device, and the like, and more particularly, to an ultrasonic motor having a large driving force.
近時、マイクロメカニクスの分野において、交流電圧などの駆動信号を加えられた圧電素子に発生する、伸縮振動と屈曲振動の合成振動としての楕円運動を動力として利用する超音波モータが注目されている。 Recently, in the field of micromechanics, an ultrasonic motor that uses an elliptical motion as a combined vibration of a stretching vibration and a bending vibration generated in a piezoelectric element to which a drive signal such as an alternating voltage is applied has been attracting attention. .
ここで、従来の超音波モータとしての超音波モータ4、超音波モータ5について、図13を用いて説明する。
Here, the
超音波モータ4は、図13(A)に示すように、直方体の圧電素子40の一端面に、移動体(図示省略)に圧接して該移動体を動かす出力取り出し用の突起41を設けた構造である。
As shown in FIG. 13 (A), the
ここで、圧電素子40は、厚さ方向に同一極性に分極していて2個づつ二列に配置された4つの分極領域40a,分極領域40b,分極領域40c,分極領域40dを有する。また、これらの分極領域40a,40b,40c,40dは電極をそれぞれ有している。さらに、対角に位置する分極領域40a上の電極と分極領域40d上の電極とをリード線などを用いて短絡し、同様に分極領域40b上の電極と分極領域40c上の電極とをリード線などを用いて短絡している。 この超音波モータ4は、分極領域40a,40dに駆動信号を入力されることによって前記移動体を正方向に動かし、また、分極領域40b,40cに駆動信号を入力されることによって前記移動体を逆方向に動かす。
Here, the
超音波モータ5は、動力源として図13(B)に示す圧電素子50を有している。この圧電素子50は、圧電素子40と同様に、厚さ方向に同一極性に分極し2個づつ二列に配置された4つの分極領域50a,分極領域50b,分極領域50c,分極領域50dを有する。また、これらの分極領域50a,50b,50c,50dは相互に絶縁した電極をそれぞれ有する。
The
この超音波モータ5は、分極領域50a,50dに同一位相の駆動信号Xを入力するとともに、分極領域50b,50cには駆動信号Xから位相が90度進んだ駆動信号を入力されることにより、図示しない移動体を正方向に動かす。また、分極領域50b,50cに駆動信号Xから位相が90度遅れた駆動信号を入力することにより、超音波モータ5は図示しない移動体を逆方向に動かす。
The
しかしながら、超音波モータ4は、動力源としての圧電素子40の分極領域を半分しか利用していなかったため、大きな出力を得られなかった。
However, since the
また、超音波モータ5は、動力源としての圧電素子50の分極領域をすべて利用していたが、入力信号の位相を90度ずらすための回路が必要であった。特に、自励発振を利用して該超音波モータを駆動する自励発振駆動を行う場合は、位相の異なる2つの入力信号を用いるため、自励発振駆動回路の構成が複雑となり、その実現が難しかった。
Further, although the
さらに、超音波モータ4は圧電素子40を、また超音波モータ5は圧電素子50を、伸縮振動源と屈曲振動源の双方として利用しているため、大きな伸縮振動もしくは屈曲振動を得られなかった。すなわち、従来の超音波モータ4,5では十分な出力を得ることはできなかった。このため、超音波モータ4,5を用いて大きな出力を得るためには、図14に示すように、例えば複数の超音波モータ4を専用冶具を用いて並列に配置する必要があり、小型化を妨げていた。この場合でも、前記専用冶具から振動が逃げるため、超音波モータの出力は低下していた。
Furthermore, since the
また、この伸縮振動および屈曲振動を互いに独立して制御することはできず、従って、移動体の移動速度、駆動力を幅広く制御することができなかった。 In addition, the stretching vibration and the bending vibration cannot be controlled independently of each other, and accordingly, the moving speed and driving force of the moving body cannot be controlled widely.
そこで、本発明は低電圧で出力が大きく小型化の可能な超音波モータを提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an ultrasonic motor that can be reduced in size with a low voltage and a large output.
上記課題を解決するため、本発明は、請求項に記載するように、表裏の面に電極が設けられた第一の圧電振動子と、表裏の面に電極が設けられた第二の圧電振動子が積層されて構成された積層圧電振動子であって、前記積層圧電振動子の側面には前記第一の圧電振動子の表裏の電極各々と前記第二の圧電振動子の表裏の電極各々と独立に導通する電極が設けられ、前記第1の圧電振動子と前記第2の圧電振動子は夫々独立に駆動可能なことを特徴とする積層圧電振動子であることを特徴とする。 In order to solve the above problems, the present invention provides a first piezoelectric vibrator having electrodes provided on the front and back surfaces and a second piezoelectric vibration having electrodes provided on the front and back surfaces. A laminated piezoelectric vibrator configured by laminating a plurality of elements, each of the front and back electrodes of the first piezoelectric vibrator and the front and back electrodes of the second piezoelectric vibrator on side surfaces of the laminated piezoelectric vibrator; The laminated piezoelectric vibrator is characterized in that the first piezoelectric vibrator and the second piezoelectric vibrator can be driven independently of each other.
そして、前記第一の圧電振動子と前記第二の圧電振動子は互いに異なる振動を励振し、特に前記第一の圧電振動子は屈曲振動を励振し、前記第二の圧電振動子は伸縮振動を励振することを特徴とする。 The first piezoelectric vibrator and the second piezoelectric vibrator excite vibrations different from each other, in particular the first piezoelectric vibrator excites bending vibration, and the second piezoelectric vibrator expands and contracts. It is characterized by exciting.
また、この積層圧電振動子の振動によって駆動力を得る超音波モータであることを特徴とする。 Further, the present invention is characterized in that the ultrasonic motor obtains a driving force by the vibration of the laminated piezoelectric vibrator.
この発明によれば、第1の圧電振動子は、大きな屈曲振動を生む。また、前記第1の圧電振動子とは別個に設けられた伸縮振動源としての第2の圧電振動子は、大きな伸縮振動を生む。また、前記第1の圧電振動子と前記第2の圧電振動子とは一体的に形成されるので、屈曲振動と伸縮振動とは漏れなく合成される。従って、出力の大きな超音波モータを作製できる。 According to the present invention, the first piezoelectric vibrator generates a large bending vibration. In addition, the second piezoelectric vibrator as a stretching vibration source provided separately from the first piezoelectric vibrator generates a large stretching vibration. Further, since the first piezoelectric vibrator and the second piezoelectric vibrator are integrally formed, the bending vibration and the stretching vibration are combined without omission. Therefore, an ultrasonic motor with a large output can be manufactured.
このため、従来と同一出力を得る場合に、超音波モータを小型化することができる。 For this reason, when obtaining the same output as before, the ultrasonic motor can be reduced in size.
また、第1の圧電振動子と第2の圧電振動子とを別個に制御することにより、伸縮振動と屈曲振動とを別個に制御できる。 Further, by separately controlling the first piezoelectric vibrator and the second piezoelectric vibrator, the stretching vibration and the bending vibration can be controlled separately.
また、前記第1の圧電振動子と前記第2の圧電振動子の枚数比を変えることにより伸縮振動と屈曲振動の大きさの比を変えることが出来る。 Further, by changing the number ratio of the first piezoelectric vibrator and the second piezoelectric vibrator, the ratio of the magnitude of the stretching vibration and the bending vibration can be changed.
更に本発明は、上記に記載の超音波モータを有する超音波モータ付電子機器であることを特徴とする。 Furthermore, the present invention is an electronic apparatus with an ultrasonic motor having the ultrasonic motor described above.
ここで、前記電子機器としては、例えば電子時計、計測器、カメラ、プリンタ、印刷機、工作機械、ロボット、移動装置、記憶装置などがある
この発明によれば、従来の超音波モータと比べて出力の大きい上記に記載の超音波モータを用いるので、超音波モータの大きさおよびその周辺回路を小型化することができ、これにより、超音波モータ付電子機器を小型化することが可能となる。
Here, examples of the electronic device include an electronic timepiece, a measuring instrument, a camera, a printer, a printing machine, a machine tool, a robot, a moving device, and a storage device. According to the present invention, compared to a conventional ultrasonic motor. Since the above-described ultrasonic motor having a large output is used, the size of the ultrasonic motor and its peripheral circuit can be reduced, and thus the electronic device with the ultrasonic motor can be reduced in size. .
また、超音波モータの駆動方法として特に自励発振駆動を容易に適用できるので、周辺回路は更に小型化できる。 In addition, since the self-excited oscillation driving can be easily applied as a driving method of the ultrasonic motor, the peripheral circuit can be further downsized.
本発明によれば、第1の圧電振動子は、大きな屈曲振動を生む。また、前記第1の圧電振動子とは別個に設けられた伸縮振動源としての第2の圧電振動子は、大きな伸縮振動を生む。また、前記第1の圧電振動子と前記第2の圧電振動子とは一体的に形成されるので、屈曲振動と伸縮振動とは漏れなく合成される。従って、出力の大きな超音波モータを作製できる。 According to the present invention, the first piezoelectric vibrator generates a large bending vibration. In addition, the second piezoelectric vibrator as a stretching vibration source provided separately from the first piezoelectric vibrator generates a large stretching vibration. Further, since the first piezoelectric vibrator and the second piezoelectric vibrator are integrally formed, the bending vibration and the stretching vibration are combined without omission. Therefore, an ultrasonic motor with a large output can be manufactured.
また、従来と同一出力の場合は、超音波モータは小型化する。 In the case of the same output as the conventional one, the ultrasonic motor is downsized.
また、第1の圧電振動子と第2の圧電振動子とを別個に制御することにより、伸縮振動と屈曲振動とを別個に制御できる。 Further, by separately controlling the first piezoelectric vibrator and the second piezoelectric vibrator, the stretching vibration and the bending vibration can be controlled separately.
さらに、超音波モータは一つの入力信号によって駆動するので、自励発信回路は簡単になり、従って、自励発信制御を容易に行える。 Furthermore, since the ultrasonic motor is driven by one input signal, the self-excited transmission circuit is simplified, and therefore, the self-excited transmission control can be easily performed.
また本発明によれば、上記記載の発明と同等の効果を得るほか、前記第1の圧電振動子と前記第2の圧電振動子とをそれぞれ複数用いたので、その出力はさらに大きくなる。 According to the present invention, in addition to obtaining the same effect as the above-described invention, the output is further increased because a plurality of the first piezoelectric vibrators and the second piezoelectric vibrators are used.
更に本発明によれば、従来の超音波モータと比べて出力の大きい上記記載の超音波モータを用いるので、超音波モータの大きさおよびその周辺回路は小型化するため、超音波モータ付電子機器は小型化する。 Furthermore, according to the present invention, since the above-described ultrasonic motor having a larger output than that of a conventional ultrasonic motor is used, the size of the ultrasonic motor and its peripheral circuits are reduced. Is miniaturized.
また、超音波モータの制御方法として自励発振制御を用いた場合は、超音波モータ付電子機器の可動部の位置決め精度は向上するとともに、電子機器の小型化が実現できる。 When self-excited oscillation control is used as a method for controlling the ultrasonic motor, the positioning accuracy of the movable part of the electronic device with the ultrasonic motor can be improved and the electronic device can be downsized.
以下、図1から図12を参照して本発明を適用した実施の形態を詳細に説明する。 Hereinafter, an embodiment to which the present invention is applied will be described in detail with reference to FIGS.
図1から図5は第一の実施の形態例である超音波モータ1を説明する図であり、図6から図9は、第二の実施の形態例である超音波モータ2を説明する図であり、図10から図11は第三の実施の形態のを示す図である。
FIGS. 1 to 5 are diagrams for explaining an
図12は第四の実施の形態例である超音波モータを利用した電子機器を説明する図である。
<第一の実施の形態例>
図1は超音波モータ1の構成の全体を示す図である。
FIG. 12 is a diagram for explaining an electronic apparatus using an ultrasonic motor according to the fourth embodiment.
<First embodiment>
FIG. 1 is a diagram showing the entire configuration of the
図1(A)の上面図及び同図(B)の正面図に示すように、超音波モータ1は、圧電素子10と、圧電素子10を支える支持部材13と、圧電素子10の端面に接していて圧電素子10によって動く移動体14aを有する対象部14と、により構成される。すなわち、超音波モータ1は、圧電素子10の端面と平行な方向に移動体14aを動かす超音波モータである。
As shown in the top view of FIG. 1A and the front view of FIG. 1B, the
圧電素子10は、図2に示すように、屈曲振動源としての圧電振動子11(第1の圧電振動子)を例えば4枚一体的に積層し、その上に、絶縁体となる圧電振動子18を介して伸縮振動源としての圧電振動子12(第2の圧電振動子)を例えば4枚一体的に積層した構造とする。また、圧電素子10は後述する電極(図2においては図示省略)を有する。
As shown in FIG. 2, the
なお、端面のほぼ中央に、移動体14aに接して駆動させる突起を設けてもよい。
In addition, you may provide the processus | protrusion driven in contact with the moving
ここで、圧電振動子11と圧電振動子12の分極状態および圧電素子10の電極の構造について、図3を用いて説明する。
Here, the polarization state of the
図3(A)は圧電素子10の側面10a(図2参照)を示す図であり、図3(F)は側面10b(図2参照)を示す図である。図3(B)は圧電振動子11の奇数番目の上面図および偶数番目の下面図であり、同図(C)は圧電振動子11の奇数番目の下面図および偶数番目の上面図である。また、図3(D)は圧電振動子12の奇数番目の上面図および偶数番目の下面図であり、同図(E)は圧電振動子12の奇数番目の下面図および遇数番目の上面図である。すなわち各圧電振動子の接合面は共通電極となる。
3A is a view showing the
まず、圧電振動子11と圧電振動子12の分極状態について説明する。
First, the polarization states of the
圧電振動子11は、図3(B)および同図(C)に示すように、縦方向に2分割するとともに横方向にも2分割することで生成する4つの分極領域11a,分極領域11b,分極領域11c,分極領域11dを、積層方向に、互い違いに逆に分極した構造とする。すなわち、分極領域11aと分極領域11dは例えば上面が+となるように分極し、分極領域11bと分極領域11cは例えば上面が−になるように分極した状態となる。
As shown in FIGS. 3B and 3C, the
また、圧電振動子12は、図3(D)および同図(E)に示すように、ほぼ全面をひとつの分極領域として、積層方向に、例えば上面が+となるように分極する。
Further, as shown in FIG. 3D and FIG. 3E, the
次に、圧電素子10の電極の構造について、図3を用いて説明する。
Next, the structure of the electrodes of the
圧電素子10は、電極16a,電極16b,電極16c,電極16d,電極16e,電極16f,電極16gを有する。
The
このうち、電極16a〜16eは圧電振動子11に信号を入力するための電極であり、電極16f,16gは圧電振動子12に信号を入力するための電極である。
Among these, the
電極16aは、圧電振動子11の分極領域11aの一方の面をほぼ覆っており、その一部は側面10aに引き出されている。すなわち、4枚の圧電振動子11,11,11,11の分極領域11a,11a,11a,11aの上面は、側面10aに引き出された部分を介して連続している電極16aによって、すべて同一の電位となる。
The
同様に、電極16bは、圧電振動子11の分極領域11bの一方の面をほぼ覆っており、その一部は側面10aに引き出されている。すなわち、4枚の圧電振動子11,11,11,11の分極領域11b,11b,11b,11bの上面は、側面10aに引き出された部分を介して連続している電極16bによって、すべて同一の電位となる。
Similarly, the
また、電極16cは、圧電振動子11の分極領域11cの一方の面をほぼ覆っており、その一部は側面10bに引き出されている。すなわち、4枚の圧電振動子11,11,11,11の分極領域11c,11c,11c,11cの一方の面は、側面10bに引き出された部分を介して連続している電極16cによって、すべて同一の電位となる。 同様に、電極16dは、圧電振動子11の分極領域11dの一方の面をほぼ覆っており、その一部は側面10bに引き出されている。すなわち、4枚の圧電振動子11,11,11,11の分極領域11d,11d,11d,11dの一方の面は、側面10bに引き出された部分を介して連続している電極16dによって、すべて同一の電位となる。
The
また、電極16eは、圧電振動子11の4つの分極領域11a,11b,11c,11dの他方の面すべてを覆っており、その一部は側面10aに引き出されている。すなわち、4枚の圧電振動子11,11,11,11の4つの分極領域の他方の面は、側面10aに引き出された部分を介して連続している電極16dによって、すべて同一の電位となる。
The
さらに、圧電振動子11において、電極16eを基準電極として、電極16a,16b,16c,16dに同一の駆動信号を入力すると、分極領域11a,11dが伸長する時には分極領域11b,11cは収縮し、また、逆に分極領域11a,11dが収縮する時には分極領域11b,11cは伸長する。しかも変位方向に対して直交する方向に積層している為、4つの圧電振動子が寄与する歪は同一である。従って、圧電振動子11は横方向に屈曲振動をする。
Further, in the
すなわち、同じ分極領域に入力される駆動信号は同一であるため、4つの圧電振動子11,11,11,11はすべて同じ方向に屈曲振動をする。従って、圧電素子10には大きな屈曲振動が生じる。そして、従来例図13と異なり、圧電振動子11には曲げ振動のみが励振される。
That is, since the drive signals input to the same polarization region are the same, the four
また、電極16fは、圧電振動子12の分極領域12aの上面をほぼ覆っており、その一部は側面10bに引き出されている。すなわち、4枚の圧電振動子12,12,12,12の分極領域12a,12a,12a,12aの上面は、側面10bに引き出された部分を介して連続している電極16fによって、すべて同一の電位となる。
The
同様に、電極16gは、圧電振動子12の分極領域12aの他方の面をほぼ覆っており、その一部は側面10aに引き出されている。すなわち、4枚の圧電振動子12の分極領域12aの他方の面は、側面10aに引き出された部分を介して連続している電極16gによって、同一電位となる。
Similarly, the
さらに、圧電振動子12において、電極16gを基準として、電極16fに駆動信号を入力すると、分極領域12aは伸長あるいは収縮するため、圧電振動子12は長手方向に伸縮運動をする。
Further, in the
すなわち、同じ分極領域に入力される駆動信号は同一であるため、4枚の圧電振動子12,12,12,12は同一の伸縮振動をする。従って、圧電素子10には大きな伸縮振動が生じる。
That is, since the drive signals input to the same polarization region are the same, the four
次に、圧電素子10の作製手順の例について説明する。
Next, an example of a manufacturing procedure of the
まず、所定の材料を所定の比率に混合した圧電セラミックス粉を、必要な場合は有機溶剤などを混ぜて練り合わせ、所定の形状に成形して仮焼きする。この仮焼きの条件は通常の圧電セラミックスの作製時とほぼ同じである。 First, a piezoelectric ceramic powder in which a predetermined material is mixed in a predetermined ratio is kneaded with an organic solvent, if necessary, and formed into a predetermined shape and calcined. The conditions for this calcining are almost the same as those for producing ordinary piezoelectric ceramics.
次に、仮焼きした圧電セラミックスの一方の面に、電極用導体ペーストを、各分極領域に対応するように区分けして塗布する。すなわち、圧電振動子11、18となる圧電セラミックスの1枚目には4分割して塗布し、2枚目には周縁部を除いたほぼ全面に塗布し、以下3枚目、4枚目…と交互に異なる電極を塗布する。また、圧電振動子12となる圧電セラミックスの一方の面は1枚目、2枚目…と電極16f,16gを交互に塗布する。
Next, the electrode conductor paste is divided and applied to one surface of the calcined piezoelectric ceramic so as to correspond to each polarization region. That is, the first piezoelectric ceramic 11 and 18 piezoelectric ceramic is divided into four parts, and the second is applied to almost the entire surface excluding the peripheral portion. Apply different electrodes alternately. Further, one surface of the piezoelectric ceramic to be the
次に、電極用導体ペーストを塗布した圧電振動子11、13となる圧電セラミックスを、計5枚積層させ、その上に電極用導体ペーストを塗布した圧電振動子12となる圧電セラミックスを4枚積層させたのち、本焼きする。この本焼きの条件は通常の圧電セラミックスの作製時とほぼ同じである。この本焼きにより、圧電振動子11,11,11,11と、圧電振動子18と圧電振動子12,12,12,12とは一体的に形成される。
Next, a total of five piezoelectric ceramics to be the
次に、本焼き後の圧電セラミックスの側面の所定の位置に電極用ペーストを塗布して乾燥させることで、電極16a,16b,16c,16d,16e,16f,16gは所定の構造に形成される。従って、各圧電振動子の接合面は共通電極となる。
Next, the
次に、電極16eを基準として電極16a〜16dおよび電極16gを基準として16fに所定の電圧を加えることにより、分極領域11a,11b,11c,11d,11e,12a,12bを所定の方向に分極して、圧電素子10は完成する。この時中間の圧電振動子18には電圧が印可されていないため分極処理は行われていない。そして、圧電振動子11と12の間の絶縁体の役割を果たす。ところで絶縁体18は圧電振動子に係わらず他の材料を用いても構わない。
Next, the
上述した構造を有する超音波モータ1の動作について、図4および図5を用いて説明する。
The operation of the
図4(B)および図5(B)は、超音波モータ1と交流電源6(信号源)との接続構造を示した図である。
FIG. 4B and FIG. 5B are diagrams showing a connection structure between the
すなわち、超音波モータ1において、圧電振動子11の電極16eそして電極16a,16b,16c,16dはスイッチ17a、17b(切換手段)を介して、それぞれ交流電源6に接続される。また、圧電振動子12の電極16fは交流電源6の出力側に、電極16gは基準電位側に、それぞれ直接接続される。 このため、電極16a〜16eの接続方向、つまり、これらの電極が交流電源6の出力側に接続されるか接地電位側に接続されるかは、スイッチ17aおよびスイッチ17bによって切り替わる。
That is, in the
なお、図4および図5において、圧電素子10以外の超音波モータ1の構成要素は説明の都合上省略しており、また、ここでは便宜的に圧電素子10は圧電振動子11と圧電振動子12を一枚ずつ、絶縁体18を挟んで一体的に積層させた構造としている。
4 and 5, the constituent elements of the
まず、図4(B)のように、スイッチ17aおよびスイッチ17bを介して、電極16a,16b,16c,16dを出力側に接続し、電極16eは接地電位側に接続した時の、超音波モータ1の動作について、同図(A)、(C)、(D)を用いて説明する。
First, as shown in FIG. 4B, the ultrasonic motor when the
図4(A)は圧電振動子12の伸縮振動の様子を、同図(C)は圧電振動子11の屈曲振動の様子を、それぞれ上面図で示したものであり、同図(D)は超音波モータ1を上から見たときの駆動状態を示したものである。
4A shows a state of stretching vibration of the
交流電源6の出力電位が基準電位より高くなるときは、圧電振動子11の分極領域11aおよび分極領域11dは長手方向に伸び、分極領域11bおよび分極領域11cは長手方向に縮まる。従って、圧電振動子11は、図4(C)の白抜き図に示すように屈曲し、その端面は矢印Yに示す方向に傾く。
When the output potential of the
このとき、圧電振動子12は上述したように、ほぼ全面を分極領域11aと同一方向に分極しているため、図4(A)の白抜き図に示すように長手方向に伸び、その端面は矢印Xに示す方向に伸びる。
At this time, as described above, since the
また、交流電源6の出力電位が基準電位より低くなるとき、圧電振動子11の端面は、矢印Yとは逆に矢印Y’の方向に傾き、また、圧電振動子12の端面は矢印Xとは180度逆の方向に縮まる。
When the output potential of the
すなわち、圧電振動子11に生じる屈曲振動と圧電振動子12に生じる伸縮振動は合成され、その結果、圧電素子10の端面は、図4(D)の矢印Zに示す方向に楕円運動し、従って、超音波モータ1は、前記端面に圧接している移動体(図示省略)を矢印Zに示す方向に動かす。
That is, the bending vibration generated in the
次に、図5(B)に示すように、図4とは逆に電極16a,16b,16c,16dは基準電位側に接続し、電極16eは出力側に接続した時の超音波モータ1の動作について、同図(A)、(C)、(D)を用いて説明する。
Next, as shown in FIG. 5B, the
図5(A)は圧電振動子12の伸縮振動の様子を、同図(C)は圧電振動子11の屈曲振動の様子を、それぞれ上面図を用いて示しており、同図(D)は超音波モータ1を上から見たときの駆動状態を示している。
5A shows a state of stretching vibration of the
交流電源6の出力電位が基準電位より高くなるとき、圧電振動子11の分極領域11aおよび分極領域11dは長手方向に縮み、分極領域11bおよび分極領域11cは長手方向に伸びる。従って、圧電振動子11は、図5(C)の白抜き図に示すように屈曲し、その端面は矢印Y’に示す方向に傾く。
When the output potential of the
このとき、圧電振動子12は上述したように、ほぼ全面を分極領域11aと同一方向に分極しているため、図5(A)の白抜き図に示すように長手方向に伸び、その端面は矢印Xに示す方向に伸びる。
At this time, as described above, since the
また、交流電源6の出力電位が基準電位より低くなるとき、圧電振動子11の端面は矢印Y’とは逆に矢印Yの方向に傾き、また、圧電振動子12の端面は矢印Xとは180度逆の方向に縮まる。
When the output potential of the
このため、圧電素子10の端面は、図5(D)の矢印Z’に示す方向に楕円運動し、従って、超音波モータ1は、前記端面に圧接している移動体(図示省略)を矢印Z’に示す方向、つまり図4(D)の矢印Zとは逆の方向に動かす。
For this reason, the end face of the
すなわち、超音波モータ1の圧電振動子11の電極16eをスイッチ17aを介して、また、電極16a,16b,16c,16dをスイッチ17bを介して、それぞれ交流電源6に接続したので、スイッチ17a,17bを共に切り替えるのみで、超音波モータ1が移動体14aを動かす方向を逆転できる。
That is, since the
このように、本発明の第一の実施例としての超音波モータ1は、伸縮振動源としての圧電振動子12,12,12,12を、屈曲振動源としての圧電振動子11,11,11,11の上に一体的に積層させたので、例えば圧電振動子11の基準電位と圧電振動子12の基準電位を別個に設定・変更することにより、伸縮振動と屈曲振動とを別個に制御できる。
As described above, the
また、圧電振動子11の分極領域11a,11b,11c,11dのすべてに交流電源6から駆動信号を入力して屈曲振動させるので、屈曲振動のみが励振されるとともに、その駆動力は大きく超音波モータ1の出力は従来の超音波モータと比べて大きい。
In addition, since the drive signal is input from the
また、圧電振動子11と圧電振動子12とをそれぞれ複数用いたので、その出力はさらに大きくなる。
In addition, since a plurality of
また、超音波モータ1は一つの入力信号によって駆動するので、自励発信回路の構成は簡単になり、従って、自励発信制御を容易に行える。
Further, since the
さらに、圧電振動子11の電極16eをスイッチ17aを介して、電極16a,16b,16c,16dをスイッチ17bを介して、それぞれ交流電源6に接続すると、スイッチ17a,17bを二つ共に切り替えるのみで、超音波モータ1は移動体14aを逆の方向に移動させる。
Further, when the
当然のことながら圧電振動子11と12に位相の異なる信号、例えば90度や−90度の信号を加えても駆動できる。
As a matter of course, the
なお、本実施の形態例において、圧電素子10は、圧電振動子11を4枚一体的に積層させ、その上に圧電振動子12を4枚一体的に積層させたが、本発明はこれに限られるものではなく、圧電振動子11と圧電振動子12を交互に一体的に積層させた構造としてもよい。また、当然圧電振動子11,12の枚数は任意に設定してよく、双方を同数とする必要もない。特に異数とすることにより二つの振動力を独立に制御できるため、要求されるモータの仕様に応じて枚数比が設定される。
In the present embodiment, the
また、電極16a,16b,16c,16dは別個である必要はなく、一つの電極として短絡しても超音波モータ1は問題なく動作する。
Further, the
さらに、圧電振動子11の電極16eをスイッチ17aを介して、電極16a,16b,16c,16dをスイッチ17bを介して、それぞれ交流電源6に接続したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本実施の形態例とは逆に、圧電振動子11の電極16a〜16dは交流電源6の一方側に、電極16eは他方側に、それぞれスイッチを介さずに直接交流電源6に接続し、さらに、圧電振動子12の電極16fと電極16gとはスイッチ17aおよびスイッチ17bを介して交流電源6に接続してもよい。
Further, the
<第二の実施の形態例>
以下、本発明の第二の実施の形態例としての超音波モータ2について説明する。
<Second Embodiment>
Hereinafter, an
図6の正面図に示すように、超音波モータ2は、圧電素子20と、圧電素子20を支える支持部材23と、圧電素子20の端面に接していて圧電素子20によって動く移動体24aを含む対象部24と、により構成される。すなわち、超音波モータ2は、圧電素子20の積層面と平行な方向に移動体24aを動かす超音波モータである。
As shown in the front view of FIG. 6, the
また、圧電素子20は、例えば弾性体などを有する押圧機構(図示省略)から支持部材23を介して加えられる力によって、移動体24aに押しつけられる。
The
圧電素子20は、例えば屈曲振動源としての圧電振動子21(第1の圧電振動子)と、伸縮振動源としての圧電振動子22(第2の圧電振動子)と、を夫々4枚を重ねあわせ、更に両者を重ねあわせて一体的に積層させ、さらに、その下面に移動体24aに接して駆動させる突起25,25を設けた構造とする。
For example, the
また、圧電素子20は後述する電極(図6においては図示省略)を有する。
The
また、これら圧電振動子21,22は、例えば絶縁体28(図示省略)を挟むことにより、隣接する圧電振動子あるいは電極との絶縁を確保される。
In addition, the
さらに、突起25,25は、それぞれ圧電振動子21に生じる屈曲振動の腹に対応する部分に設けられる。
Further, the
ここで、圧電振動子21と圧電振動子22の分極状態および圧電素子20の電極の構造について、図7を用いて説明する。
Here, the polarization state of the
図7(A)は圧電素子20の側面20aを示す図であり、図7(F)は側面20aの反対側に位置する側面20bを示す図である。図7(B)は圧電振動子21の一方の面を示す図であり、同図(C)は圧電振動子21の他方の面を示す図である。また、図7(D)は圧電振動子22の一方の面を示す図であり、同図(E)は圧電振動子22の他方の面を示す図である。なお、ここでは突起25の図示を省略する。
FIG. 7A is a diagram showing a side surface 20a of the
まず、圧電振動子21と圧電振動子22の分極状態について説明する。
First, the polarization states of the
圧電振動子21は、図7(B)および同図(C)に示すように、縦方向に4分割されて生成する4つの分極領域21a,分極領域21b,分極領域21c,分極領域21dを、積層方向に、互い違いに逆に分極した構造とする。すなわち、分極領域21aと分極領域21cは例えば上面が+となるように分極し、分極領域21bと分極領域21dは例えば上面が−となるように分極した状態となる。
As shown in FIG. 7B and FIG. 7C, the
また、圧電振動子22は、図7(D)および同図(E)に示すように、ほぼ全面をひとつの分極領域として、積層方向に、例えば上面が+となるように分極する。
Further, as shown in FIGS. 7D and 7E, the
次に、圧電素子20の電極の構造について説明する。
Next, the structure of the electrodes of the
圧電素子20は、図7に示すように、電極26a,電極26b,電極26c,電極26d,電極26e,電極26f,電極26gを有する。
As shown in FIG. 7, the
このうち、電極26a〜26eは圧電振動子21に信号を入力するための電極であり、電極26f〜26gは圧電振動子22に信号を入力するための電極である。
Among these, the
電極26aは、圧電振動子21の分極領域21aの上面をほぼ覆っており、その一部は側面20aに引き出されている。すなわち、4枚の圧電振動子21,21,21,21の分極領域21a,21a,21a,21aの一方の面は、側面20aに引き出された部分を介して連続している電極26aによって、すべて同一の電位となる。
The
同様に、電極26bは、圧電振動子21の分極領域21bの一方の面をほぼ覆っており、その一部は側面20bに引き出されている。すなわち、4枚の圧電振動子21,21,21,21の分極領域21b,21b,21b,21bの一方の面は、側面20bに引き出された部分を介して連続している電極26bによって、すべて同一の電位となる。
Similarly, the
また、電極26cは、圧電振動子21の分極領域21cの一方の面をほぼ覆っており、その一部は側面20bに引き出されている。すなわち、4枚の圧電振動子21,21,21,21の分極領域21c,21c,21c,21cの一方の面は、側面20bに引き出された部分を介して連続している電極26cによって、すべて同一の電位となる。
The
同様に、電極26dは、圧電振動子21の分極領域21dの一方の面をほぼ覆っており、その一部は側面20aに引き出されている。すなわち、4枚の圧電振動子21,21,21,21の分極領域21d,21d,21d,21dの一方の面は、側面20aに引き出された部分を介して連続している電極26dによって、すべて同一の電位となる。
Similarly, the
また、電極26eは、圧電振動子21の4つの分極領域21a,21b,21c,21dの下面すべてを覆っており、その一部は側面20aに引き出されている。すなわち、4枚の圧電振動子21,21,21,21の4つの分極領域の他方の面は、側面20aに引き出された部分を介して連続している電極26eによって、すべて同一の電位となる。
The
このため、圧電振動子21において、電極26eを基準電極として、電極26a,26b,26c,26dに同一の駆動信号を入力すると、分極領域21a,21cが伸長する時には分極領域21b,21dは収縮し、また、逆に分極領域21a,21dが収縮する時には分極領域21b,21cは伸長する。従って、圧電振動子21は厚み方向に屈曲振動をする。
Therefore, in the
すなわち、同じ分極領域に入力される駆動信号は同一であるため、4つの圧電振動子21,21,21,21はすべて同じ方向に屈曲振動をする。従って、圧電素子20には大きな屈曲振動が生じる。
That is, since the drive signals input to the same polarization region are the same, all the four
また、電極26fは、圧電振動子22の分極領域22aの一方の面をほぼ覆っており、その一部は側面20bに引き出されている。すなわち、4枚の圧電振動子22,22,22,22の分極領域22a,22a,22a,22aの一方の面は、側面20bに引き出された部分を介して連続している電極26fによって、すべて同一の電位となる。
The electrode 26f substantially covers one surface of the polarization region 22a of the
同様に、電極26gは、圧電振動子22の分極領域22aの他方の面をほぼ覆っており、その一部は側面20aに引き出されている。すなわち、4枚の圧電振動子22の分極領域22aの下面は、側面20aに引き出された部分を介して連続している電極26gによって、すべて同一電位となる。
Similarly, the
このため、圧電振動子22において、電極26gを基準として、電極26fに駆動信号を入力すると、分極領域22aは伸長あるいは収縮する。従って、圧電振動子22は長手方向に伸縮運動をする。従って、圧電素子20には大きな伸縮振動が生じる。
Therefore, in the
すなわち、同じ分極領域に入力される駆動信号は同一であるため、4枚の圧電振動子22,22,22,22は同一の伸縮振動をする。
That is, since the drive signals input to the same polarization region are the same, the four
また、超音波モータ2の作製手順は超音波モータ1の作製手順と同じである。
The procedure for manufacturing the
上述した構造を有する超音波モータ2の動作について、図8および図9を用いて説明する。
The operation of the
図8(C)および図9(C)は、超音波モータ2と交流電源6との接続構造を示した図である。
FIG. 8C and FIG. 9C are diagrams showing a connection structure between the
すなわち、超音波モータ2において、圧電振動子21の電極26eそして電極26a,26b,26c,26dはスイッチ27a、27b(切換手段)を介して、それぞれ交流電源6に接続される。また、圧電振動子22の電極26fは交流電源6の出力側に、電極26gは基準電位側に、それぞれ直接接続される。
That is, in the
このため、電極26a〜26eの接続方向、つまり、これらの電極が交流電源6の出力側に接続されるか接地電位側に接続されるかは、スイッチ27aおよびスイッチ27bによって切り替わる。
Therefore, the connection direction of the
なお、図8および図9において、圧電素子20以外の超音波モータ2の構成要素は説明の都合上省略しており、また、圧電素子20は圧電振動子21と圧電振動子22を一枚ずつ、絶縁体28を挟んで一体的に積層させた構造とする。
8 and 9, the components of the
まず、図8(C)のように、スイッチ27aおよびスイッチ27bを介して、電極26a,26b,26c,26dを接地電位側に接続し、電極26eは出力側に接続した時の、超音波モータ2の動作について、同図(A)、(B)を用いて説明する。
First, as shown in FIG. 8C, the ultrasonic motor when the
図8(A)は圧電振動子22の伸縮振動の様子を、同図(B)は圧電振動子21の屈曲振動の様子を、それぞれ断面図を用いて示しており、同図(D)は超音波モータ2を横から見たときの駆動状態を示している。
FIG. 8A shows a state of stretching vibration of the
交流電源6の出力電位が基準電位より高くなるときは、圧電振動子21の分極領域21aおよび分極領域21cは長手方向に伸び、分極領域21bおよび分極領域21dは長手方向に縮まる。従って、圧電振動子21は、図8(B)の斜線図に示すように屈曲し、その下面の所定部は矢印Yに示す方向に撓む。
When the output potential of the
このとき、圧電振動子22は上述したように、ほぼ全面を分極領域21aと同一方向に分極しているため、図8(A)の斜線図に示すように長手方向に伸び、その下面は矢印Xに示す方向に伸びる。
At this time, as described above, since the
また、交流電源6の出力電位が基準電位より低くなるとき、圧電振動子21の前記下面の所定部は、矢印Yとは逆に矢印Y’の方向に撓み、また、圧電振動子22の下面は矢印Xとは180度逆の方向に縮む。
When the output potential of the
このため、圧電素子20の前記下面の所定部は、図8(D)の矢印Zに示す方向に楕円運動し、従って、超音波モータ2は、前記端面に圧接している移動体(図示省略)を矢印Zに示す方向に動かす。
For this reason, the predetermined portion of the lower surface of the
次に、図9(C)に示すように、図8とは逆に電極26a,26b,26c,26dは出力側に接続し、電極26eは基準電位側に接続した時の超音波モータ2の動作について、同図(A)、(B)、(D)を用いて説明する。
Next, as shown in FIG. 9C, the
図9(A)は圧電振動子22の伸縮振動の様子を、同図(C)は圧電振動子21の屈曲振動の様子を、それぞれ断面図を用いて示しており、また、同図(D)は超音波モータ2を横から見たときの駆動状態を示している。
FIG. 9A shows a state of stretching vibration of the
交流電源6の出力電位が基準電位より高くなるとき、圧電振動子21の分極領域21aおよび分極領域21dは長手方向に縮み、分極領域21bおよび分極領域21cは長手方向に伸びる。従って、圧電振動子21は、図9(B)の斜線図に示すように屈曲し、その前記下面の所定部は矢印Y’に示す方向に撓む。
When the output potential of the
このとき、圧電振動子22は上述したように、ほぼ全面を分極領域21aと同一方向に分極しているため、図9(A)の斜線図に示すように長手方向に伸び、その端面は矢印Xに示す方向に伸びる。
At this time, as described above, since the
また、交流電源6の出力電位が基準電位より低くなるとき、圧電振動子21の前記下面の所定部は矢印Y’とは逆に矢印Yの方向に撓み、また、圧電振動子22の前記下面は矢印Xとは180度逆の方向に縮む。
When the output potential of the
このため、圧電素子20の前記下面の所定部は、図9(D)の矢印Z’に示す方向に楕円運動し、従って、超音波モータ2は、前記端面に圧接している移動体(図示省略)を矢印Z’に示す方向、つまり図8(D)の矢印Zとは逆の方向に動かす。
For this reason, the predetermined part of the lower surface of the
すなわち、超音波モータ2は、圧電振動子21の電極26eをスイッチ27aを介して、電極26a,26b,26c,26dをスイッチ27bを介して、それぞれ交流電源6に接続したので、信号の位相を変える位相回路を有せずにスイッチ27a,27bを共に切り替えるのみで、移動体24aの移動方向を逆転できる。
That is, since the
このように、本発明の第二の実施例としての超音波モータ2は、伸縮振動源としての圧電振動子22,22,22,22を、屈曲振動源としての圧電振動子21,21,21,21の上に一体的に積層させたので、例えば圧電振動子21の基準電位と圧電振動子22の基準電位を別個に設定・変更することにより、伸縮振動と屈曲振動とを別個に制御できる。
As described above, the
また、圧電振動子21の分極領域21a,21b,21c,21dのすべてに駆動信号を入力して屈曲振動させるので、超音波モータ2の出力は従来の超音波モータと比べて大きい。
In addition, since the drive signal is input to all of the
また、厚みが薄い圧電振動子21と圧電振動子22とをそれぞれ複数用いたので、低電圧で駆動でき、その出力はさらに大きくなる。
In addition, since a plurality of thin
また、超音波モータ2は一つの入力信号によって駆動するので、容易に自励発信回路が構成できる。
Further, since the
さらに、圧電振動子21の電極26eをスイッチ27aを介して、電極26a,26b,26c,26dをスイッチ27bを介して、それぞれ交流電源6に接続すると、スイッチ27a,27bを二つ共に切り替えるのみで、超音波モータ2は移動体24aを逆の方向に移動させる。
Further, when the
当然のことながら圧電振動子21と22に位相の異なる信号を加えても駆動できる。 なお、本実施の形態例の圧電素子20において、圧電振動子21,22の枚数は任意に設定してもよく、双方を同数とする必要もない。
As a matter of course, the
また、電極26a,26b,26c,26dは別個である必要はなく、一つに電極を短絡しても超音波モータ2は問題なく動作する。
Further, the
さらに、圧電振動子21の電極26eをスイッチ27aを介して、電極26a,26b,26c,26dをスイッチ27bを介して、それぞれ交流電源6に接続したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本実施の形態例とは逆に、圧電振動子21の電極26a〜26dは交流電源6の一方側に、電極26eは他方側に、それぞれスイッチを介さずに直接交流電源6に接続し、さらに、圧電振動子22の電極26fと電極26gとはスイッチ27aおよびスイッチ27bを介して交流電源6に接続してもよい。
Further, the
<第三の実施の形態例>
以下図10〜図11を参照して本発明の第三の実施の形態について説明する。本発明の第三の実施の形態は基本的には第一の実施の形態、第二の形態と同様であり、屈曲振動源としての圧電振動子31(第1の圧電振動子)と伸縮振動源としての圧電振動子32(第二の圧電振動子)から成る。相違点としては絶縁体となる圧電振動子18を有しない点であり、圧電振動子31と圧電振動子32は共通電極36eを有する。
<Third embodiment>
The third embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. The third embodiment of the present invention is basically the same as the first embodiment and the second embodiment, and a piezoelectric vibrator 31 (first piezoelectric vibrator) as a flexural vibration source and stretching vibration. It comprises a piezoelectric vibrator 32 (second piezoelectric vibrator) as a source. The difference is that the
以下第一の実施の形態の変形例を基に分極状態及び電極構造について説明する。 Hereinafter, the polarization state and the electrode structure will be described based on a modification of the first embodiment.
図10(A)は圧電素子30の側面30aを示す図であり、図10(F)は側面30bを示す図である。図10(B)は圧電振動子31の奇数番目の上面図および偶数番目の下面図であり、同図(C)は圧電振動子31の奇数番目の下面図および偶数番目の上面図である。また、図10(D)は圧電振動子32の奇数番目の上面図および偶数番目の下面図であり、同図(E)は圧電振動子32の奇数番目の下面図および遇数番目の上面図である。すなわち各圧電振動子の接合面は共通電極となる。
FIG. 10A is a diagram showing the side surface 30a of the
まず、圧電振動子31と圧電振動子32の分極状態について説明する。
First, the polarization states of the
圧電振動子31は、図10(B)および同図(C)に示すように、縦方向に2分割するとともに横方向にも2分割することで生成する4つの分極領域31a,分極領域31b,分極領域31c,分極領域31dを、積層方向に、互い違いに逆に分極した構造とする。すなわち、分極領域31aと分極領域31dは例えば上面が+となるように分極し、分極領域31bと分極領域31cは例えば上面が−になるように分極した状態となる。
As shown in FIGS. 10B and 10C, the
また、圧電振動子32は、10(D)および同図(E)に示すように、ほぼ全面をひとつの分極領域として、積層方向に、例えば上面が+となるように分極する。
Further, as shown in FIG. 10 (D) and FIG. 10 (E), the
次に、圧電素子30の電極の構造について、図10を用いて説明する。
Next, the structure of the electrodes of the
圧電素子30は、電極36a,電極36b,電極36c,電極36d,電極36e,電極36fを有する。
The
このうち、電極36a〜36eは圧電振動子31に信号を入力するための電極であり、電極36e,36fは圧電振動子32に信号を入力するための電極である。従って電極36eは圧電振動子31と圧電振動子32の電気的な共通部となる。
Among these, the
電極36aは、圧電振動子31の分極領域31aの一方の面をほぼ覆っており、その一部は側面30aに引き出されている。すなわち、4枚の圧電振動子31,31,31,31の分極領域31a,31a,31a,31aの上面は、側面30aに引き出された部分を介して連続している電極36aによって、すべて同一の電位となる。
The
同様に、電極36bは、圧電振動子31の分極領域31bの一方の面をほぼ覆っており、その一部は側面30aに引き出されている。すなわち、4枚の圧電振動子31,31,31,31の分極領域31b,31b,31b,31bの上面は、側面30aに引き出された部分を介して連続している電極36bによって、すべて同一の電位となる。
Similarly, the
また、電極36cは、圧電振動子31の分極領域31cの一方の面をほぼ覆っており、その一部は側面30bに引き出されている。すなわち、4枚の圧電振動子31,31,31,31の分極領域31c,31c,31c,31cの一方の面は、側面30bに引き出された部分を介して連続している電極36cによって、すべて同一の電位となる。
The
同様に、電極36dは、圧電振動子31の分極領域31dの一方の面をほぼ覆っており、その一部は側面30bに引き出されている。すなわち、4枚の圧電振動子31,31,31,31の分極領域31d,31d,31d,31dの一方の面は、側面30bに引き出された部分を介して連続している電極36dによって、すべて同一の電位となる。
Similarly, the
また、電極36eは、圧電振動子31の4つの分極領域31a,31b,31c,31dの他方の面および圧電振動子32の分極領域32aの他方の面を覆っており、その一部は側面30aに引き出されている。すなわち、4枚の圧電振動子31,31,31,31の4つの分極領域の他方の面と4枚の圧電振動子32,32,32,32の一方の面は、側面30aに引き出された部分を介して連続している電極36eによって、すべて同一の電位となる。
The
さらに、圧電振動子31において、電極36eを基準電極として、電極36a,36b,36c,36dに同一の駆動信号を入力すると、分極領域31a,31dが伸長する時には分極領域31b,31cは収縮し、また、逆に分極領域31a,31dが収縮する時には分極領域31b,31cは伸長する。従って、圧電振動子31は横方向に屈曲振動をする。
Furthermore, in the
すなわち、同じ分極領域に入力される駆動信号は同一であるため、4つの圧電振動子31,31,31,31はすべて同じ方向に屈曲振動をする。しかも変位方向に対して直交する方向に積層している為、4つの圧電振動子が寄与する歪は同一である。従って、圧電素子30には大きな屈曲振動が生じる。そして従来例の図13と異なり、圧電振動子31には曲げ振動のみが励振される。
That is, since the drive signals input to the same polarization region are the same, the four
また、電極36fは、圧電振動子32の分極領域32aの上面をほぼ覆っており、その一部は側面30bに引き出されている。すなわち、4枚の圧電振動子32,32,32,32の分極領域32a,32a,32a,32aの上面は、側面30bに引き出された部分を介して連続している電極36fによって、すべて同一の電位となる。
The
さらに、圧電振動子32において、電極36eを基準として、電極36fに駆動信号を入力すると、分極領域32aは伸長あるいは収縮するため、圧電振動子32は長手方向に伸縮運動をする。
Further, in the
すなわち、同じ分極領域に入力される駆動信号は同一であるため、4枚の圧電振動子32,32,32,32は同一の伸縮振動をする。従って、圧電素子30には大きな伸縮振動が生じる。
That is, since the drive signals input to the same polarization region are the same, the four
上述した構造を有する超音波モータ3の動作について、図11を用いて説明する。 The operation of the ultrasonic motor 3 having the above-described structure will be described with reference to FIG.
図11は、超音波モータ3と交流電源6(信号源)との接続構造を示した図である。 FIG. 11 is a diagram showing a connection structure between the ultrasonic motor 3 and the AC power source 6 (signal source).
すなわち、超音波モータ3において、圧電振動子31の電極36a,36b,36c,36dは位相反転回路19を介して、それぞれ交流電源6に接続される。また、圧電振動子32の電極36fは交流電源6の出力側に、電極36eは基準電位側に、それぞれ直接接続される。このため、電極36fに対して電極36a、36b,36c,36dに印加される信号は位相反転回路19により位相を変えられたものとなる。
That is, in the ultrasonic motor 3, the
なお、図11において、圧電素子30以外の超音波モータ3の構成要素は説明の都合上省略しており、また、ここでは便宜的に圧電素子30は圧電振動子31と圧電振動子32を一枚ずつ、一体的に積層させた構造としている。
In FIG. 11, the components of the ultrasonic motor 3 other than the
位相逆転回路19で交流電源6からの信号の位相を逆転させない場合には超音波モータ3は図4と同様の駆動状態を示す。
When the
即ち、交流電源6の出力電位が基準電位より高くなるときは、圧電振動子31の分極領域31aおよび分極領域31dは長手方向に伸び、分極領域31bおよび分極領域31cは長手方向に縮まる。従って、圧電振動子31は、図4(C)の白抜き図に示すように屈曲し、その端面は矢印Yに示す方向に傾く。
That is, when the output potential of the
このとき、圧電振動子32は上述したように、ほぼ全面を分極領域31aと同一方向に分極しているため、図4(A)の白抜き図に示すように長手方向に伸び、その端面は矢印Xに示す方向に伸びる。
At this time, as described above, since the
また、交流電源6の出力電位が基準電位より低くなるとき、圧電振動子31の端面は、矢印Yとは逆に矢印Y’の方向に傾き、また、圧電振動子32の端面は矢印Xとは180度逆の方向に縮まる。
When the output potential of the
すなわち、圧電振動子31に生じる屈曲振動と圧電振動子32に生じる伸縮振動は合成され、その結果、圧電素子30の端面は、図4(D)の矢印Zに示す方向に楕円運動し、従って、超音波モータ3は、前記端面に圧接している移動体(図示省略)を矢印Zに示す方向に動かす。
That is, the bending vibration generated in the
次に、位相逆転回路19で交流電源6からの信号の位相を180度逆転した場合には図5(B)と同様の駆動状態となる。
Next, when the phase of the signal from the
交流電源6の出力電位が基準電位より高くなるとき、圧電振動子31の分極領域31aおよび分極領域31dは長手方向に縮み、分極領域31bおよび分極領域31cは長手方向に伸びる。従って、圧電振動子31は、図5(C)の白抜き図に示すように屈曲し、その端面は矢印Y’に示す方向に傾く。
When the output potential of the
このとき、圧電振動子32は上述したように、ほぼ全面を分極領域31aと同一方向に分極しているため、図5(A)の白抜き図に示すように長手方向に伸び、その端面は矢印Xに示す方向に伸びる。
At this time, as described above, since the
また、交流電源6の出力電位が基準電位より低くなるとき、圧電振動子31の端面は矢印Y’とは逆に矢印Yの方向に傾き、また、圧電振動子32の端面は矢印Xとは180度逆の方向に縮まる。
When the output potential of the
このため、圧電素子30の端面は、図5(D)の矢印Z’に示す方向に楕円運動し、従って、超音波モータ3は、前記端面に圧接している移動体(図示省略)を矢印Z’に示す方向、つまり図4(D)の矢印Zとは逆の方向に動かす。
For this reason, the end face of the
すなわち、超音波モータ3の圧電振動子31の電極36a,36b,36c,36dを位相反転回路19を介して交流電源6に接続したので、交流電源6の信号の位相を逆転するかしないかを選択するだけでで、超音波モータ3が移動体34aを動かす方向を逆転できる。
That is, since the
このように、本発明の第三の実施例としての超音波モータ3は、伸縮振動源としての圧電振動子32,32,32,32を、屈曲振動源としての圧電振動子31,31,31,31の上に一体的に積層させたので、例えば圧電振動子31の入力信号と圧電振動子32の入力信号を別個に設定・変更することにより、伸縮振動と屈曲振動とを別個に制御できる。
As described above, the ultrasonic motor 3 according to the third embodiment of the present invention includes the
また、圧電振動子31の分極領域31a,31b,31c,31dのすべてに交流電源6から駆動信号を入力して屈曲振動させるので、屈曲振動のみが励振されるとともに、その駆動力は大きく超音波モータ3の出力は従来の超音波モータと比べて大きい。
In addition, since a drive signal is input from the
また、圧電振動子31と圧電振動子32とをそれぞれ複数用いたので、その出力はさらに大きくなる。
In addition, since a plurality of
また、超音波モータ3は一つの入力信号によって駆動するので、自励発振回路の構成は簡単になり、従って、自励発振制御を容易に行える。 In addition, since the ultrasonic motor 3 is driven by one input signal, the configuration of the self-excited oscillation circuit is simplified, and therefore self-excited oscillation control can be easily performed.
さらに、位相反転回路19により、信号の位相を逆転させるかさせないかを選択するだけで、超音波モータ3は移動体14aの移動方向を切り替えることが出来る。
Furthermore, the ultrasonic motor 3 can switch the moving direction of the moving
当然のことながら圧電振動子31と32に位相の異なる信号、例えば90度や−90度の信号を加えても駆動できる。
As a matter of course, the
なお、本実施の形態例において、圧電素子30は、圧電振動子31を4枚一体的に積層させ、その上に圧電振動子32を4枚一体的に積層させたが、本発明はこれに限られるものではなく、圧電振動子31と圧電振動子32を交互に一体的に積層させた構造としてもよい。また、当然圧電振動子31,32の枚数は任意に設定してよく、双方を同数とする必要もない。特に異数とすることにより二つの振動力を独立に制御できるため、要求されるモータの仕様に応じて枚数比が設定される。
In this embodiment, the
また、電極36a,36b,36c,36dは別個である必要はなく、一つの電極として短絡しても超音波モータ3は問題なく動作する。
Further, the
さらに、圧電振動子31の電極36a,36b,36c,36dを位相反転回路19を介して、交流電源6に接続したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本実施の形態例とは逆に、圧電振動子31の電極36a〜36dは交流電源6の一方側に、位相反転回路19を介さずに直接交流電源6に接続し、さらに圧電振動子32の電極36fは位相反転回路19を介して交流電源6に接続してもよい。
Furthermore, although the
本実施の形態は第一の実施の形態や第二の実施の形態と比較して位相反転回路19を付加する分だけ駆動回路が複雑となるが、絶縁体となる圧電振動子18を有しない分、同一スペースに駆動に寄与する圧電振動子31,32を設けられる為、更に小型、高出力化が図れる。
In this embodiment, the drive circuit is complicated by adding the
また、従来例に示したような90度、もしくは−90度位相がづれた信号を作り出す場合に比べ、信号を反転するだけで良いから回路構成は簡単となり自励発振回路も構成しやすい。 Further, as compared with the case where a signal with a phase of 90 degrees or -90 degrees as shown in the conventional example is produced, the circuit configuration is simple and the self-excited oscillation circuit is easy to configure because it is only necessary to invert the signal.
<第四の実施の形態例>
図12は、本発明における超音波モータを電子機器に適用した超音波モータ付電子機器6のブロック図である。
<Fourth embodiment>
FIG. 12 is a block diagram of an
超音波モータ付電子機器6は、所定の分極処理を施した圧電素子31と、圧電素子31に接合した振動体32と、振動体32により動かされる移動体33と、振動体32と移動体33とを加圧する加圧機構34と、移動体33と連動して動く伝達機構35と、伝達機構35の動作に基づいて運動する出力機構36と、を備えることにより実現する。
The ultrasonic motor-equipped
ここで、圧電振動子31としては、圧電素子10あるいは圧電素子20を用いる。また、適宜交流電源(図示省略)との間にスイッチ17a,17bあるいはスイッチ27a,27bを設ける。
Here, as the
また、伝達機構35としては、例えば歯車、摩擦車等の伝達車を用いる。出力機構36には、例えば、カメラにおいてはシャッタ駆動機構やレンズ駆動機構などを、電子時計においては指針駆動機構やカレンダー駆動機構を、記憶装置に用いる場合は、該情報記憶装置内の記憶媒体に情報を読み書きするヘッドを駆動するヘッド駆動機構を、工作機械においては刃具送り機構や加工部材送り機構などを用いる。
As the
また、超音波モータ付電子機器6としては、例えば、電子時計、計測器、カメラ、プリンタ、印刷機、工作機械、ロボット、移動装置、記憶装置などがある。
Examples of the
この超音波モータ付電子機器6は、従来の超音波モータと比べて小型で出力の大きい超音波モータであり、駆動には回路構成が簡単な自励発振駆動を用いているので、超音波モータの大きさおよびその周辺回路は小型化するため、従来の電子機器と比べて小型化する。 また、個々の厚みが薄い圧電振動子を複数積層して構成することで低電圧で駆動可能であり、電池電源で直接駆動できる。
The
なお、移動体33に出力軸を取り付け、出力軸からトルクを伝達するための動力伝達機構を有する構成にすれば、超音波モータ単体で駆動機構が構成される。
In addition, if an output shaft is attached to the moving
1,2 超音波モータ
3 超音波モータ付電子機器
6 交流電源(信号源)
10,20、30 圧電素子
11,21、31 圧電振動子(第1の圧電振動子)
12,22、32 圧電振動子(第2の圧電振動子)
13,23 支持部材
14,24 対象部
14a,24a 移動体
25 突起
17a,17b,27a,27b スイッチ(切換手段)
1, 2 Ultrasonic motor 3 Electronic equipment with
10, 20, 30
12, 22, 32 Piezoelectric vibrator (second piezoelectric vibrator)
13, 23
Claims (5)
表裏の面に電極が設けられた第二の圧電振動子と、前記第一の圧電振動子と前記第二の圧電振動子の間に設けられた第三の圧電振動子と、が積層後に焼成されて一体化した積層圧電振動子であって、
前記第一の圧電振動子の表裏の電極各々と前記第二の圧電振動子の表裏の電極各々は前記積層圧電振動子の同一の側面に引き出された部分を有し、
これら電極各々から前記同一側面に引き出された部分は前記第一の圧電振動子と前記第二の圧電振動子の積層方向に重ならない位置に設けられ、これら電極各々から前記同一側面に引き出された部分は互いに短絡しないように前記積層圧電振動子の側面に設けられた電極と導通され、
前記第三の圧電振動子は絶縁体として働くことで前記第一の圧電振動子と前記第二の圧電振動子は夫々独立に駆動可能なことを特徴とする積層圧電振動子。 A first piezoelectric vibrator having electrodes provided on the front and back surfaces;
The second piezoelectric vibrator having electrodes provided on the front and back surfaces and the third piezoelectric vibrator provided between the first piezoelectric vibrator and the second piezoelectric vibrator are fired after lamination. An integrated laminated piezoelectric vibrator,
Each of the front and back electrodes of the first piezoelectric vibrator and each of the front and back electrodes of the second piezoelectric vibrator have portions drawn to the same side surface of the laminated piezoelectric vibrator ,
The portions drawn out from the electrodes to the same side surface are provided at positions that do not overlap in the stacking direction of the first piezoelectric vibrator and the second piezoelectric vibrator, and are drawn out from the electrodes to the same side surface. The parts are electrically connected to the electrodes provided on the side surfaces of the laminated piezoelectric vibrator so as not to short-circuit each other,
The laminated piezoelectric vibrator, wherein the third piezoelectric vibrator acts as an insulator so that the first piezoelectric vibrator and the second piezoelectric vibrator can be independently driven.
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