JP6269224B2 - Piezoelectric motor - Google Patents
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Description
本発明は、圧電モーターに関する。 The present invention relates to a piezoelectric motor.
圧電モーターは、高周波の交流電圧等の駆動電圧を機械的振動に変換する圧電素子と、圧電素子によって駆動される被駆動体とを有する駆動装置である。この圧電モーターの形態として、ローターや長手形状の部材を被駆動体とする圧電モーターが知られている(例えば、特許文献1、2参照)。圧電モーターは、圧電素子の屈曲振動を、圧電素子を含む振動体から突出する凸部を介して伝達し、ローターを所定の方向に回転させるものである。 The piezoelectric motor is a driving device having a piezoelectric element that converts a driving voltage such as a high-frequency AC voltage into mechanical vibration and a driven body that is driven by the piezoelectric element. As a form of this piezoelectric motor, a piezoelectric motor using a rotor or a longitudinal member as a driven body is known (see, for example, Patent Documents 1 and 2). The piezoelectric motor transmits bending vibration of a piezoelectric element via a convex portion protruding from a vibrating body including the piezoelectric element, and rotates the rotor in a predetermined direction.
特許文献1に記載の圧電モーターでは、振動体の各電極への通電パターンの選択により振動体の振動パターンを変更して、振動体の凸部の振動の方向を変え、これにより、ローターを正方向と逆方向(反時計回りと時計回り)のいずれの方向にも回転させることができるように構成されている。また、特許文献1に記載の圧電モーターでは、コイルバネにより振動体を長手形状の被駆動体に向けて付勢し、特許文献2に記載の圧電モーターでは、板バネにより振動体をローターに向けて付勢している。
In the piezoelectric motor described in Patent Document 1, the vibration pattern of the vibrating body is changed by selecting the energization pattern to each electrode of the vibrating body to change the direction of vibration of the convex portion of the vibrating body, thereby correcting the rotor. It is configured such that it can be rotated in either direction (counterclockwise or clockwise). Further, in the piezoelectric motor described in Patent Document 1, the vibrating body is biased toward the longitudinal driven body by a coil spring, and in the piezoelectric motor described in
このような圧電モーターは、ロボットハンド(ロボット)の駆動手段の用途として注目されている。ロボットハンドは、精密かつ正確な動作を必要とするため、ロボットハンドの駆動手段として用いられる圧電モーターでは、ローターの回転速度および駆動力が反時計回りと時計回りとの双方で安定していることが求められる。 Such a piezoelectric motor is attracting attention as an application of driving means of a robot hand (robot). Since the robot hand requires precise and accurate movement, the rotation speed and driving force of the rotor must be stable both counterclockwise and clockwise in a piezoelectric motor used as a robot hand drive. Is required.
しかしながら、特許文献1に記載の圧電モーターでは、コイルバネにより振動体が長手形状の被駆動体に向けて付勢されているので、その振動体が不安定で、ガタツキがあり、このため、十分な振動特性が得られないという問題があった。 However, in the piezoelectric motor described in Patent Document 1, the vibrating body is biased toward the driven body having a long shape by the coil spring, so that the vibrating body is unstable and has a backlash. There was a problem that vibration characteristics could not be obtained.
また、特許文献2に記載の圧電モーターでは、特許文献1のような駆動を行ってローターを正逆両方向に回転可能にした場合、回転方向(正方向と逆方向)によってローターの回転速度や駆動力を揃えることが難しく、回転速度や駆動力が回転方向によって不均等になってしまうという問題があった。
In addition, in the piezoelectric motor described in
本発明の目的は、振動体を安定させることができ、十分な振動特性が得られ、また、被駆動体の変位方向によって、被駆動体の変位速度や駆動力に不均等が生じることを低減することができる圧電モーター提供することである。 An object of the present invention is to stabilize a vibrating body, obtain sufficient vibration characteristics, and reduce the occurrence of unevenness in the displacement speed and driving force of the driven body depending on the displacement direction of the driven body. It is to provide a piezoelectric motor that can.
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.
(適用例1)
本発明に係わる圧電モーターは、変位可能に設けられた被駆動体に当接する接触部と、前記接触部の前記被駆動体と反対側に設けられた圧電素子と、を有し、前記圧電素子に電圧を印加することにより振動して、前記被駆動体に力を加えることにより前記被駆動体を変位させる振動体と、
前記振動体を振動可能に保持する保持部と、
基台と、
前記保持部と前記基台とを連結し、前記保持部を介して前記振動体を前記被駆動体に向けて付勢する1対の弾性体と、を備え、
前記弾性体の前記基台に固定されている第1部分と前記弾性体の前記保持部に固定されている第2部分とを結ぶ第1の直線と、前記弾性体による前記振動体の押圧方向とのなす角度αが、85°以上、95°以下であることを特徴とする。
(Application example 1)
A piezoelectric motor according to the present invention includes a contact portion that abuts a driven body that is displaceably provided, and a piezoelectric element that is provided on the opposite side of the contact portion from the driven body, and the piezoelectric element A vibrating body that vibrates by applying a voltage thereto and displaces the driven body by applying a force to the driven body;
A holding unit for holding the vibrating body so as to vibrate;
The base,
A pair of elastic bodies that connect the holding section and the base and urge the vibrating body toward the driven body via the holding section;
A first straight line connecting a first portion of the elastic body fixed to the base and a second portion of the elastic body fixed to the holding portion; and a pressing direction of the vibrating body by the elastic body The angle α is defined as 85 ° or more and 95 ° or less.
これにより、振動体のガタツキ等を抑制し、振動体を安定させることができ、十分な振動特性が得られる。 Thereby, rattling of the vibrating body can be suppressed, the vibrating body can be stabilized, and sufficient vibration characteristics can be obtained.
また、被駆動体の変位方向によって、被駆動体の変位速度や駆動力等の駆動特性に不均等が生じることを低減することができる。 In addition, it is possible to reduce the occurrence of non-uniformity in driving characteristics such as the displacement speed and driving force of the driven body depending on the displacement direction of the driven body.
(適用例2)
本発明に係わる圧電モーターでは、前記第1の直線と前記押圧方向とが直交していることが好ましい。
(Application example 2)
In the piezoelectric motor according to the present invention, it is preferable that the first straight line and the pressing direction are orthogonal to each other.
これにより、被駆動体の変位方向によって被駆動体の変位速度や駆動力等の駆動特性に不均等が生じることを低減する効果を向上させることができる。 As a result, it is possible to improve the effect of reducing non-uniformity in drive characteristics such as the displacement speed and drive force of the driven body depending on the displacement direction of the driven body.
(適用例3)
本発明に係わる圧電モーターでは、前記被駆動体は、回転可能に設けられており、
前記第1の直線と、前記被駆動体の前記接触部との当接部分と前記被駆動体の回転中心とを結ぶ第2の直線に直交する第3の直線とのなす角度θ1が、5°以下であることが好ましい。
(Application example 3)
In the piezoelectric motor according to the present invention, the driven body is rotatably provided.
An angle θ1 formed by the first straight line and a third straight line orthogonal to the second straight line connecting the contact portion of the driven body with the contact portion and the rotation center of the driven body is 5 It is preferable that the angle is not more than °.
これにより、圧電モーターを駆動していないときのブレーキ力として、被駆動体の正方向の回転に対するブレーキ力と、被駆動体の逆方向の回転に対するブレーキ力とに差が生じることを抑制することができる。 As a result, as a braking force when the piezoelectric motor is not driven, it is possible to suppress a difference between the braking force with respect to the forward rotation of the driven body and the braking force with respect to the reverse rotation of the driven body. Can do.
(適用例4)
本発明に係わる圧電モーターでは、前記第1の直線と前記第3の直線とは、平行であることが好ましい。
(Application example 4)
In the piezoelectric motor according to the present invention, it is preferable that the first straight line and the third straight line are parallel to each other.
これにより、被駆動体の正方向の回転に対するブレーキ力と、被駆動体の逆方向の回転に対するブレーキ力とに差が生じることを抑制する効果を向上させることができる。 Thereby, the effect which suppresses that a difference arises in the braking force with respect to the rotation of a to-be-driven body to the forward direction and the braking force with respect to the rotation of a to-be-driven body to the reverse direction can be improved.
(適用例5)
本発明に係わる圧電モーターでは、前記被駆動体は、横断面形状が円形状であることが好ましい。
これにより、被駆動体を円滑に回転させることができる。
(Application example 5)
In the piezoelectric motor according to the present invention, it is preferable that the driven body has a circular cross section.
Thereby, a to-be-driven body can be rotated smoothly.
(適用例6)
本発明に係わる圧電モーターでは、前記被駆動体は、移動可能に設けられており、
前記第1の直線と、前記被駆動体の前記接触部との当接部分の移動方向とのなす角度θ2が、5°以下であることが好ましい。
(Application example 6)
In the piezoelectric motor according to the present invention, the driven body is movably provided,
It is preferable that an angle θ2 formed between the first straight line and a moving direction of a contact portion between the driven body and the contact portion is 5 ° or less.
これにより、圧電モーターを駆動していないときのブレーキ力として、被駆動体の正方向の移動に対するブレーキ力と、被駆動体の逆方向の移動に対するブレーキ力とに差が生じることを抑制することができる。 As a result, as a braking force when the piezoelectric motor is not driven, it is possible to suppress a difference between a braking force for the forward movement of the driven body and a braking force for the backward movement of the driven body. Can do.
(適用例7)
本発明に係わる圧電モーターでは、前記第1の直線と前記移動方向とは、平行であることが好ましい。
(Application example 7)
In the piezoelectric motor according to the present invention, it is preferable that the first straight line and the moving direction are parallel to each other.
これにより、被駆動体の正方向の移動に対するブレーキ力と、被駆動体の逆方向の移動に対するブレーキ力とに差が生じることを抑制する効果を向上させることができる。 Thereby, the effect which suppresses that a difference arises in the braking force with respect to the movement of a to-be-driven body to the forward direction, and the braking force with respect to the movement of a to-be-driven body to the reverse direction can be improved.
(適用例8)
本発明に係わる圧電モーターでは、前記被駆動体は、横断面形状が長手形状であることが好ましい。
これにより、被駆動体を円滑に移動させることができる。
(Application example 8)
In the piezoelectric motor according to the present invention, the driven body preferably has a longitudinal cross-sectional shape.
Thereby, the driven body can be moved smoothly.
(適用例9)
本発明に係わる圧電モーターでは、前記1対の弾性体の前記第1部分同士を結ぶ第4の直線は、前記押圧方向に対して所定角度傾斜していることが好ましい。
これにより、容易かつ確実に、角度αを前記の値にすることができる。
(Application example 9)
In the piezoelectric motor according to the present invention, it is preferable that a fourth straight line connecting the first portions of the pair of elastic bodies is inclined at a predetermined angle with respect to the pressing direction.
Thus, the angle α can be set to the above value easily and reliably.
(適用例10)
本発明に係わる圧電モーターでは、前記弾性体は、板バネであることが好ましい。
(Application example 10)
In the piezoelectric motor according to the present invention, it is preferable that the elastic body is a leaf spring.
これにより、振動体のガタツキ等を抑制し、振動体を安定させる効果を向上させることができる。 Thereby, the rattling etc. of a vibrating body can be suppressed and the effect of stabilizing a vibrating body can be improved.
(適用例11)
本発明に係わる圧電モーターでは、前記振動体は、前記接触部が前記被駆動体に対して接触および離間するような第1楕円軌跡を描くように振動する第1振動モードと、
前記接触部が前記第1楕円軌跡とは方向が逆であり、前記被駆動体に対して接触および離間するような第2楕円軌跡を描くように振動する第2振動モードとを、有することが好ましい。
(Application Example 11)
In the piezoelectric motor according to the present invention, the vibrating body vibrates so as to draw a first elliptical locus such that the contact portion contacts and separates from the driven body;
The contact portion has a second vibration mode having a direction opposite to that of the first elliptical locus and oscillating so as to draw a second elliptical locus so as to contact and separate from the driven body. preferable.
これにより、圧電モーターを用いた装置における駆動パターンを増加させることができ、また、圧電モーターの用途を拡大することができる。 Thereby, the drive pattern in the apparatus using a piezoelectric motor can be increased, and the use of a piezoelectric motor can be expanded.
(適用例12)
本発明に係わる圧電モーターでは、前記被駆動体を有することが好ましい。
(Application Example 12)
The piezoelectric motor according to the present invention preferably has the driven body.
これにより、別途被駆動体を用意することなく、被駆動体付の圧電モーターを提供することができ、被駆動体を含む圧電モーターの組み付け作業を容易に行うことができる。 Thereby, a piezoelectric motor with a driven body can be provided without preparing a driven body separately, and the assembly work of the piezoelectric motor including the driven body can be easily performed.
以下、本発明の圧電モーターを添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, a piezoelectric motor of the present invention will be described in detail based on preferred embodiments shown in the accompanying drawings.
<第1実施形態>
図1は、本発明の圧電モーターの第1実施形態を示す平面図である。図2は、図1中のA−A線での断面図である。図3は、図1に示す圧電モーターの振動体の斜視図である。図4は、図1に示す圧電モーターの動作を説明するための振動体の図である。図5は、図1に示す圧電モーターの動作を説明するための振動体の図である。図6は、図1に示す圧電モーターの動作を説明するための振動体の図である。図7は、図1に示す圧電モーターの動作を説明するための振動体の図である。図8は、図1に示す圧電モーターの動作を説明するための振動体の図である。図9は、角度θ1が好適範囲外に設定された圧電モーターの停止時の状態を説明するための図である。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a plan view showing a first embodiment of the piezoelectric motor of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. FIG. 3 is a perspective view of the vibrating body of the piezoelectric motor shown in FIG. FIG. 4 is a diagram of a vibrating body for explaining the operation of the piezoelectric motor shown in FIG. FIG. 5 is a diagram of a vibrating body for explaining the operation of the piezoelectric motor shown in FIG. FIG. 6 is a diagram of a vibrating body for explaining the operation of the piezoelectric motor shown in FIG. FIG. 7 is a diagram of a vibrating body for explaining the operation of the piezoelectric motor shown in FIG. FIG. 8 is a diagram of a vibrating body for explaining the operation of the piezoelectric motor shown in FIG. FIG. 9 is a diagram for explaining a state at the time of stopping the piezoelectric motor in which the angle θ1 is set outside the preferable range.
なお、以下では、説明の都合上、図2、図3中の上側を「上」または「上方」、下側を「下」または「下方」と言う。 In the following, for convenience of explanation, the upper side in FIGS. 2 and 3 is referred to as “upper” or “upper”, and the lower side is referred to as “lower” or “lower”.
また、図1〜図8には、互いに直交する3つの軸として、x軸、y軸およびz軸が図示されている。x軸に平行な方向を「x軸方向」、y軸に平行な方向を「y軸方向」、z軸に平行な方向を「z軸方向」という。また、x軸とy軸で規定される平面を「zy平面」と言い、y軸とz軸で規定される平面を「yz平面」と言い、z軸とx軸で規定される平面を「xz平面」と言う。また、x方向、x方向およびz方向において、矢印先端側を「+(正)側」、矢印基端側を「−(負)側」とする(第2実施形態の図10も同様)。 1 to 8 show the x axis, the y axis, and the z axis as three axes orthogonal to each other. A direction parallel to the x-axis is referred to as “x-axis direction”, a direction parallel to the y-axis is referred to as “y-axis direction”, and a direction parallel to the z-axis is referred to as “z-axis direction”. A plane defined by the x axis and the y axis is referred to as a “zy plane”, a plane defined by the y axis and the z axis is referred to as a “yz plane”, and a plane defined by the z axis and the x axis is referred to as “ xz plane ". Further, in the x direction, the x direction, and the z direction, the arrow tip side is defined as “+ (positive) side”, and the arrow base end side is defined as “− (negative) side” (the same applies to FIG. 10 of the second embodiment).
また、図9では、すべての部材ではなく、説明に必要な部材を図示し、また、図9(b)、図9(d)では、理解を容易にするため、板バネの変形を極端に図示している。 Further, in FIG. 9, not all members but members necessary for explanation are illustrated, and in FIG. 9 (b) and FIG. 9 (d), the deformation of the leaf spring is extremely reduced for easy understanding. It is shown.
――基本構成――
圧電モーター1は、電圧の印加により振動する振動体2を有する振動部10と、回転可能(変位可能)な円盤状のローター(被駆動体)5と、振動部10とローター5とを支持する支持体6とを有している。なお、ローター5は、換言すれば、横断面形状が円形状の被駆動体である。
-Basic configuration-
The piezoelectric motor 1 supports a vibrating
圧電モーター1は、振動体2が振動することにより、ローター5に動力(駆動力)を伝達して回転(駆動)させる装置である。以下、圧電モーター1が有する各部について順次説明する。
The piezoelectric motor 1 is a device that transmits power (driving force) to the rotor 5 to rotate (drive) by vibrating the vibrating
――振動部10――
振動部10は、振動体2と、振動体2を振動可能に保持する保持部(保持機構)3と、基台4と、保持部3と基台4とを連結し、保持部3を介して振動体2の後述する凸部26をローター5に向けて付勢する1対の板バネ(弾性体)71、72とを備えている。
--Vibrating
The vibrating
――振動体2――
振動体2は、長方形の板状をなし、図2および図3の上側から4つの電極21a、21b、21cおよび21dと、板状の圧電素子22と、凸部(接触部)26および4つの連結部27を有する振動板である補強板(シム)23と、板状の圧電素子24と、4つの電極25a、25b、25cおよび25d(図3中、電極25aおよび25bは、図示せず、各符号のみを括弧内に示す)とをこの順に積層して構成されている。なお、図2および図3では、厚さ方向を誇張して示している。
--Vibrating
The vibrating
この振動体2は、電圧の印加により圧電素子22および24が変形することにより振動して、凸部26を介してローター5に動力を伝達して、ローター5を回転させる。
The vibrating
圧電素子22および24は、それぞれ、長方形状をなし、補強板23の両面にそれぞれ固着されている。
The
これらの圧電素子22および24は、電圧を印加することにより、その長手方向に伸長または収縮し、電圧の印加を中止することにより、元の形状に戻る。
The
圧電素子22および24の構成材料としては、それぞれ、特に限定されず、チタン酸ジルコニウム酸鉛(PZT)、水晶、ニオブ酸リチウム、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、メタニオブ酸鉛、ポリフッ化ビニリデン、亜鉛ニオブ酸鉛、スカンジウムニオブ酸鉛等の各種のものを用いることができる。
The constituent materials of the
この圧電素子22の上面には、この上面を4つの長方形の領域にほぼ等しく分割し、分割された各領域に、それぞれ、長方形状をなす電極21a、21b、21cおよび21dが設置されている。同様に、圧電素子24の下面には、この下面を4つの長方形の領域にほぼ等しく分割し、分割された各領域に、それぞれ、長方形状をなす電極25a、25b、25cおよび25dが設置されている。
On the upper surface of the
なお、電極21aと電極25a、電極21bと電極25b、電極21cと電極25c、および、電極21dと電極25dが、それぞれ、振動体2の厚さ方向に対向して配置されている。
Note that the
図3に示すように、一方の対角線上の電極21aおよび21cと、これらの裏側に位置する電極25aおよび25cとは、すべて電気的に接続されている。同様に、他方の対角線上の電極21bおよび21dと、これらの裏側に位置する電極25bおよび25dとは、すべて電気的に接続されている。
As shown in FIG. 3, the
補強板23は、振動体2全体を補強する機能を有しており、振動体2が過振幅、外力等によって損傷するのを防止する。補強板23の構成材料としては、特に限定されないが、例えばステンレス鋼、アルミニウムまたはアルミニウム合金、チタンまたはチタン合金、銅または銅系合金等の各種金属材料であるのが好ましい。
The reinforcing
この補強板23は、圧電素子22および24よりも厚さが薄い(小さい)ものであることが好ましい。これにより、振動体2を高い効率で振動させることができる。
The reinforcing
また、補強板23は、接地(グランド電位に接続)されており、圧電素子22および24に対する共通の電極としての機能をも有している。すなわち、圧電素子22には、電極21a、21b、21cおよび21dのうちの所定の電極と、補強板23とによって電圧が印加され、圧電素子24には、電極25a、25b、25cおよび25dのうちの所定の電極と、補強板23とによって電圧が印加される。
The reinforcing
なお、補強板23を圧電素子22および24に対する共通電極として用いずに、例えば、補強板23と圧電素子22との間および補強板23と圧電素子24との間に、それぞれ圧電素子22および圧電素子24に対する共通電極をさらに設けてもよい。
The reinforcing
また、補強板23の長手方向の一端部(ローター5側の端部)には、凸部26が一体的に形成されている。換言すれば、圧電素子22、24は、それぞれ、凸部26のローター5と反対側に設けられている。
Further, a
凸部26は、振動体2の幅方向中央に位置しており、その先端が平面視で半円状をなしている。なお、凸部26の形状や位置は、これに限定されないことは、言うまでもない。
The
この凸部26は、振動体2が振動することによりローター5に当接したり、ローター5から離間したりする。
The
また、補強板23の4箇所には、それぞれ、振動体2を振動可能に、補強板23を保持部3に連結する連結部27が一体的に形成されている。各連結部27は、補強板23の図1中右側の2箇所と、左側の2箇所とに、互いに線対称となるように配置されている。
Further, at four positions of the reinforcing
――保持部――
保持部3は、振動体2の振動を阻害しないように構成され、振動体2を振動可能に保持している。この保持部3は、互いに離間するように配置された1対の支柱31、32と、支柱31の上側の端部と支柱32の下側の端部とを連結する連結部33とを有している。支柱32は、支柱31よりも基台4から離間する側に配置されており、その支柱32の下側の端部は、支柱31から離間する方向に突出している。
-Holding part-
The holding
振動体2は、支柱31と支柱32との間に配置され、図1中左側の2つの連結部27がそれぞれネジ115、117で支柱31に固定され、図1中右側の2つの連結部27がそれぞれネジ116、118で支柱32に固定されている。
The vibrating
保持部3の構成材料としては、特に限定されず、例えば、各種金属材料、各種セラミック材料等を用いることができる。
The constituent material of the holding
――基台――
基台4は、振動体2を保持した保持部3を1対の板バネ71、72を介して支持し、支持体6に固定されている。基台4の形状は、特に限定されないが、本実施形態では、横断面の形状が略四角形である棒状、すなわち、一方向に長い略直方体をなしている。
-Base-
The
この基台4の長手方向は、板バネ71、72による振動体2の押圧方向(付勢方向)95に対して所定角度傾斜している。すなわち、板バネ71の後述する第1部分711と、板バネ72の後述する第1部分721とを結ぶ直線(第4の直線)97は、押圧方向95に対して所定角度傾斜している。同様に、板バネ71の後述する第2部分712と、板バネ72の後述する第2部分722とを結ぶ直線(第5の直線)98は、押圧方向95に対して所定角度傾斜している。この構成は、後述する角度αを後述する値に設定するための構成の1例であり、これにより、容易かつ確実に、角度αを後述する値にすることができる。なお、本実施形態では、直線97と直線98とは、平行である。
The longitudinal direction of the
1対の板バネ71、72は、互いに離間しており、保持部3の全体を挟んだ状態で、その保持部3と基台4とを連結している。この場合、板バネ71の一方(図1中左側)の端部である第1部分711が、基台4の上側の端部にネジ111で固定され、板バネ71の他方(図1中右側)の端部である第2部分712が、保持部3の支柱31の上側の端部にネジ112で固定されている。同様に、板バネ72の一方(図1中左側)の端部である第1部分721が、基台4の下側の端部にネジ113で固定され、板バネ72の他方(図1中右側)の端部である第2部分722が、保持部3の支柱32の下側の端部にネジ114で固定されている。
The pair of
そして、板バネ71、72は、それぞれ、弾性変形し、振動体2を保持している保持部3をローター5に向けて付勢している。すなわち、板バネ71、72は、それぞれ、保持部3を介して振動体2の凸部26をローター5に向けて付勢している。これにより、振動体2によるローター5への動力伝達を効率良く行うことができる。
The leaf springs 71 and 72 are elastically deformed and urge the holding
また、板バネ71、72の形状は、それぞれ特に限定されないが、本実施形態では、S字状をなしている。なお、板バネ71、72は、それぞれ、外力が付与されていない自然状態で平板状をなし、取り付けられて弾性変形した状態でS字状をなすようなものでもよく、また、外力が付与されていない自然状態でもS字状をなすようなものでもよい。
Further, the shape of the
また、板バネ71と板バネ72とは、互いの長さが等しく設定されている。また、板バネ71と板バネ72とは、互いに平行に配置されている。すなわち、板バネ71の第1部分711と第2部分712とを結ぶ直線(第1の直線)91と、板バネ72の第1部分721と第2部分722とを結ぶ直線(第1の直線)94とが平行である。
Further, the
また、図2に示すように、板バネ71の振動体2の凸部26と対面する位置に、凸部26よりも大きい貫通孔713が設けられており、凸部26が楕円運動を行っても、凸部26が板バネ71と干渉しないようになっている。
Further, as shown in FIG. 2, a through
このように、1対の板バネ71、72を用いることにより、圧電モーター1の幅方向(振動体2の屈曲方向)の寸法を小さくすることができ、これにより、圧電モーター1を小型化することができる。また、振動体2のガタツキ等を抑制し、振動体2を安定させることができ、十分な振動特性が得られる。
As described above, by using the pair of
――ローター――
このような構成の振動部10のX軸方向前方には、ローター5が配置されている。
--rotor--
The rotor 5 is disposed in front of the
ローター5は、支持体6に立設された棒状の軸部51を回転中心として、正方向(時計回り)およびその逆方向である負方向(反時計回り)に回転可能に保持されている。
The rotor 5 is held so as to be rotatable in the forward direction (clockwise) and in the negative direction (counterclockwise) that is the opposite direction, with a rod-shaped
そして、このようなローター5の外周面52に、振動体2が振動することによって、凸部26が繰り返し当接する。
以上、圧電モーター1の基本的な構成について説明した。
And the
The basic configuration of the piezoelectric motor 1 has been described above.
――駆動――
次に、圧電モーター1の動作について説明する。
--Drive--
Next, the operation of the piezoelectric motor 1 will be described.
圧電モーター1は、一定周期で振動体に2に正電圧を印加することで、凸部26が楕円軌道を描くように振動体2を振動させ、この振動によってローター5を回転する。以下、凸部26が楕円軌道を描く理由を図4〜図8に基づいて説明する。
The piezoelectric motor 1 applies a positive voltage to the vibrating
――凸部の動き――
圧電素子22および24は、前述したように、正電圧の印加と解除とを繰り返す(一定の周期で正電荷が印加される)ことで、その長手方向に伸長する動作と元の形状に戻る動作(伸張している状態から収縮する動作)とを繰り返す。そのため、電極21a、21b、21c、21d、25a、25b、25cおよび25dに一定周期で通電し、これら電極21a、21b、21c、21d、25a、25b、25cおよび25dと、補強板23との間に一定周期で正電圧が印加されると、圧電素子22および24は収縮および伸長を繰り返す。
-Movement of convex part-
As described above, the
これらの伸長および収縮に伴って、振動体2全体は、XY平面内で、図4(a)(b)に示すような伸縮振動(縦振動)をする。
Along with these expansion and contraction, the entire vibrating
また、電圧を印加する周波数を変化させていくと、ある特定の周波数となったときに伸縮量が急に大きくなり、一種の共振現象が発生する。伸縮振動で共振が発生する周波数(共振周波数)は、振動体2の物性と、振動体2の寸法(幅W、長さL、厚さT)等の諸条件によって決定される。
Further, when the frequency at which the voltage is applied is changed, the amount of expansion / contraction suddenly increases when a certain frequency is reached, and a kind of resonance phenomenon occurs. The frequency at which resonance occurs due to stretching vibration (resonance frequency) is determined by various conditions such as the physical properties of the vibrating
一方、電極21a、21c、25aおよび25cに一定周期で通電し、これら電極21a、21c、25aおよび25cと、補強板23との間に一定周期で正電圧が印加されると、圧電素子22の電極21aおよび21cに対応する部分と、圧電素子24の電極25aおよび25cに対応する部分とが、収縮および伸長を繰り返す。
On the other hand, when the
これに対して、電極21b、21d、25bおよび25dは通電されていないため、圧電素子22の電極21bおよび21dに対応する部分と、圧電素子24の電極25bおよび25dに対応する部分とは、伸縮したり伸長したりはしない。
On the other hand, since the
このような伸長および伸縮に伴って、振動体2全体は、XY平面内で、図5(a)(b)に示すような屈曲振動をする。
Along with such expansion and contraction, the
また、電極21b、21d、25bおよび25dに一定周期で通電し、これら電極21b、21d、25bおよび25d、補強板23との間に一定周期で正電圧が印加されると、圧電素子22の電極21bおよび21dに対応する部分と、圧電素子24の電極25bおよび25dに対応する部分とが、収縮および伸長を繰り返す。
Further, when the
これに対して、電極21a、21c、25aおよび25cは通電されていないため、圧電素子22の電極21aおよび21cに対応する部分と、圧電素子24の電極25aおよび25cに対応する部分とは、伸縮したり伸長したりはしない。
On the other hand, since the
このような伸長および伸縮に伴って、振動体2全体は、XY平面内で、図6(a)(b)に示すような屈曲振動をする。
Along with such expansion and contraction, the
なお、図5および図6に示す屈曲振動についても、振動体2の物性と、振動体2の寸法(幅W、長さL、厚さT)等の諸条件によって決まる共振周波数が存在する。
5 and 6 also has a resonance frequency determined by various properties such as the physical properties of the vibrating
上述したとおり、図4に示す伸縮振動の共振周波数も、図5または図6に示す屈曲振動の共振周波数も、振動体2の物性や、振動体2の寸法(幅W、長さL、厚さT)等によって決定される。したがって、振動体2の寸法(幅W、長さL、厚さT)を適切に選んでやれば共振周波数を一致または互いに接近させることができる。そして、そのような振動体2に対して、図5または図6に示すような屈曲振動の形態の電圧を共振周波数で印加すると、図5または図6に示す屈曲振動が生じると同時に、図4に示す伸縮振動も誘起される。
As described above, both the resonance frequency of the stretching vibration shown in FIG. 4 and the resonance frequency of the bending vibration shown in FIG. 5 or 6 are the physical properties of the vibrating
その結果、図5に示す態様で電圧を印加した場合には、振動体2は、図7に示すように、凸部26が矢印DL1(図面上で時計回り)の楕円軌道(第1楕円軌道)を描くよう振動する。このような振動を第1振動モードという。
As a result, when a voltage is applied in the mode shown in FIG. 5, the vibrating
一方、図6に示す態様で電圧を印加した場合には、振動体2は、図8に示すように、凸部26が矢印DR2(図面上で反時計回り)の楕円軌道(第2楕円軌道)を描くよう振動する。このような振動を第2振動モードという。
On the other hand, when a voltage is applied in the mode shown in FIG. 6, the vibrating
なお、以上の説明では振動体2に正電圧を印加するものとして説明したが、圧電素子22および24は、負電圧を印加することによっても変形する。したがって、振動体2に負電圧を印加することによって屈曲振動(および伸縮振動)を発生させても良いし、正電圧と負電圧とを繰り返すような交番電圧を印加することによって屈曲振動(および伸縮振動)を発生させても良い。
Although the above description has been made assuming that a positive voltage is applied to the vibrating
また、上述した説明では、共振周波数の電圧を印加するものとして説明したが、共振周波数を含んだ波形の電圧を印加すれば十分であり、例えばパルス状の電圧であっても構わない。 In the above description, the voltage having the resonance frequency is applied. However, it is sufficient to apply a voltage having a waveform including the resonance frequency. For example, a pulse voltage may be used.
――ローターの動き――
振動体2は、このような第1振動モードまたは第2振動モードを利用して、ローター5を回転させる。
--Rotor movement--
The vibrating
具体的には、図7に示すように、第1振動モードで振動体2を振動させると、振動体2は、凸部26が矢印DL1の楕円軌道を描くよう振動するので、ローター5は、凸部26から受ける摩擦力によって図7中矢印SRで示すように反時計回りに回転する。
Specifically, as shown in FIG. 7, when the vibrating
一方、図8に示すように、第2振動モードで振動体2を振動させると、振動体2は、図8に示すように、凸部26が矢印DR2の楕円軌道を描くよう振動するので、ローター5は、凸部26から受ける摩擦力によって図8中矢印SLで示すように時計回りに回転する。
On the other hand, as shown in FIG. 8, when the vibrating
このようにしてローター5は、振動体2の振動によって時計回りまたは反時計回りに回転する。
In this way, the rotor 5 rotates clockwise or counterclockwise by the vibration of the vibrating
このような圧電モーター1では、補強板23(圧電素子22、24)の厚さ方向から見たとき、すなわち、ローター5の回転中心軸54の方向から見たとき、板バネ71の第1部分711と第2部分712とを結ぶ直線(第1の直線)91および板バネ72の第1部分721と第2部分722とを結ぶ直線(第1の直線)94と、板バネ71、72による振動体2の押圧方向(付勢方向)95とのなす角度αが、85°以上、95°以下に設定されている。この角度αは、87°以上、93°以下であることが好ましく、89°以上、91°以下であることがより好ましく、90°であること、すなわち、直線91、94と押圧方向95とが直交していることがさらに好ましい。なお、押圧方向95は、振動体2の長手方向、すなわち、中心線の方向である。
In such a piezoelectric motor 1, when viewed from the thickness direction of the reinforcing plate 23 (
角度αが前記上限値よりも大きくても、前記下限値よりも小さくても、ローター5を正方向に回転させる場合と逆方向に回転させる場合とで、ローター5の回転速度や駆動力等の駆動特性に差が生じる。 Whether the angle α is larger than the upper limit value or smaller than the lower limit value, the rotational speed, driving force, etc. of the rotor 5 are different depending on whether the rotor 5 is rotated in the forward direction or the reverse direction. A difference occurs in driving characteristics.
但し、本実施形態の圧電モーター1では、角度αを前記のように設定するので、ローター5を正方向に回転させる場合と逆方向に回転させる場合とで、ローター5の回転速度や駆動力等の駆動特性に差が生じることを抑制することができる。 However, since the angle α is set as described above in the piezoelectric motor 1 of the present embodiment, the rotational speed and driving force of the rotor 5 are different depending on whether the rotor 5 is rotated in the forward direction or the reverse direction. It is possible to suppress a difference in the drive characteristics.
また、補強板23(圧電素子22、24)の厚さ方向から見たとき、すなわち、ローター5の回転中心軸54の方向から見たとき、板バネ71の第1部分711と第2部分712とを結ぶ直線(第1の直線)91および板バネ72の第1部分721と第2部分722とを結ぶ直線(第1の直線)94と、ローター5の凸部26との当接部分(接点)53とローター5の回転中心50とを結ぶ直線(第2の直線)92に直交する直線(第3の直線)93とのなす角度θ1が、5°以下であることが好ましく、3°以下であることがより好ましく、1°以下であることがさらに好ましく、0°であること、すなわち、直線91、94と直線93とが平行であることが特に好ましい。なお、前記角度θ1が5°以下とは、その角度θ1が0°の場合、すなわち、直線91、94と直線93とが平行の場合も含まれる。また、直線93は、ローター5の凸部26との当接部分53における接線である。
Further, when viewed from the thickness direction of the reinforcing plate 23 (
角度θ1が前記上限値よりも大きいと、他の条件によっては、圧電モーター1を駆動していないときのブレーキ力として、ローター5の正方向の回転に対するブレーキ力と、ローター5の逆方向の回転に対するブレーキ力とに差が生じてしまう虞かある。以下、その理由を説明する。 When the angle θ1 is larger than the upper limit value, depending on other conditions, as a braking force when the piezoelectric motor 1 is not driven, a braking force with respect to the forward rotation of the rotor 5 and a reverse rotation of the rotor 5 are obtained. There may be a difference in braking force against The reason will be described below.
図9(a)に示すように、圧電モーター1が停止し、凸部26とローター5との間の摩擦力によりブレーキがかかっているとき、ローター5に対し、そのローター5を矢印121の方向に回転させる外力が加わると、ローター5から凸部26に矢印122の方向の力が加わり、これにより、振動体2を保持している保持部3に矢印122の方向の力が加わる。これにより、板バネ71は、図9(b)に示すように、屈曲する方向に弾性変形し、これによって、板バネ71の付勢力が減少し、ローター5を矢印121の方向に回転させることを阻止するブレーキ力が減少する。なお、板バネ72についても同様である。
As shown in FIG. 9A, when the piezoelectric motor 1 is stopped and the brake is applied by the frictional force between the
一方、図9(c)に示すように、圧電モーター1が停止し、凸部26とローター5との間の摩擦力によりブレーキがかかっているとき、ローター5に対し、そのローター5を矢印123の方向に回転させる外力が加わると、ローター5から凸部26に矢印124の方向の力が加わり、これにより、振動体2を保持している保持部3に矢印124の方向の力が加わる。これにより、板バネ71は、図9(d)に示すように、伸長する方向に弾性変形し、これによって、板バネ71の付勢力が増大し、ローター5を矢印123の方向に回転させることを阻止するブレーキ力が増大する。なお、板バネ72についても同様である。
On the other hand, as shown in FIG. 9C, when the piezoelectric motor 1 is stopped and the brake is applied by the frictional force between the
但し、本実施形態の圧電モーター1では、角度θ1を前記のように設定するので、圧電モーター1を駆動していないときのブレーキ力として、ローター5の正方向の回転に対するブレーキ力と、ローター5の逆方向の回転に対するブレーキ力とに差が生じることを抑制することができる。 However, in the piezoelectric motor 1 of the present embodiment, the angle θ1 is set as described above, so that the braking force when the piezoelectric motor 1 is not driven, the braking force against the rotation of the rotor 5 in the positive direction, and the rotor 5 It is possible to suppress the occurrence of a difference in braking force against rotation in the opposite direction.
以上説明したように、この圧電モーター1では、板バネ71、72を用いているので、振動体2のガタツキ等を抑制し、振動体2を安定させることができ、十分な振動特性が得られる。
As described above, since the piezoelectric motor 1 uses the
また、ローター5の回転方向によって、ローター5の回転速度や駆動力等の駆動特性に不均等が生じることを低減することができる。 Further, it is possible to reduce the occurrence of non-uniformity in the driving characteristics such as the rotational speed and driving force of the rotor 5 depending on the rotation direction of the rotor 5.
また、圧電モーター1を駆動していないときのブレーキ力として、ローター5の正方向の回転に対するブレーキ力と、ローター5の逆方向の回転に対するブレーキ力とに不均等が生じることを低減することができる。 Further, as a braking force when the piezoelectric motor 1 is not driven, it is possible to reduce the occurrence of non-uniformity between the braking force with respect to the forward rotation of the rotor 5 and the braking force with respect to the reverse rotation of the rotor 5. it can.
<第2実施形態>
図10は、本発明の圧電モーターの第2実施形態を示す平面図である。
Second Embodiment
FIG. 10 is a plan view showing a second embodiment of the piezoelectric motor of the present invention.
以下、第2実施形態について、前述した第1実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。 Hereinafter, the second embodiment will be described with a focus on the differences from the first embodiment described above, and the description of the same matters will be omitted.
図10に示すように、第2実施形態の圧電モーター1は、被駆動体として、ローター5に代えて、横断面形状が長手形状の被駆動体、すなわち、スライダー8を備えている。
As shown in FIG. 10, the piezoelectric motor 1 according to the second embodiment includes a driven body having a longitudinal cross-sectional shape, that is, a
スライダー8は、横断面の形状が略四角形である棒状、すなわち、一方向に長い略直方体をなしており、その長手方向(軸方向)に移動可能(変位可能)に設置されている。圧電モーター1は、振動体2が振動することにより、スライダー8に動力(駆動力)を伝達して移動(駆動)させる装置である。
The
このスライダー8には、2つのローラー80a、80bと、スライダー8の移動を規制する2つの凸部(移動規制手段)83a、83bが設けられている。
The
2つのローラー80a、80b同士は、所定距離離間して、図10中左右方向に並設されている。そして、2つのローラー80a、80bは、それぞれ、スライダー8の一方(図10中上側)の面に、スライダー8と平行な姿勢で、正逆両方向に回転可能に中心に位置する軸81a、81bで支持されている。
The two
また、ローラー80a、80bの周面(外周面)には、それぞれ、溝82a、82bが外周に沿って形成されている。そして、これらローラー80aの溝82a内およびローラー80bの溝82b内に、それぞれ、スライダー8が配設されている(位置している)。
Further,
また、凸部83aは、8スライダーのローラー80aよりも図10中左側の端部に位置し、凸部83bは、スライダー8のローラー80bよりも図10中右側の端部に位置している。
Further, the
なお、凸部の位置や数は、これに限らず、例えば、2つのローラー80a、80bの間に配置してもよく、また、凸部の数は、1つであってもよい。また、ローラーの数もこれに限定されない。
In addition, the position and number of convex parts are not restricted to this, For example, you may arrange | position between the two
この圧電モーター1では、前述した第1実施形態と同様に角度αが設定されている。また、補強板23(圧電素子22、24)の厚さ方向から見たとき、直線91および94と、スライダー8の凸部26との当接部分84(接点)の移動方向96とのなす角度θ2が、前述した第1実施形態のθ1と同様に設定されていることが好ましい。この場合、第1実施形態のθ1をθ2と読み替え、第1実施形態の直線93を移動方向96と読み替えればよい。これにより、圧電モーター1によれば、前述した第1実施形態と同様の効果が得られる。
In the piezoelectric motor 1, the angle α is set as in the first embodiment described above. Further, when viewed from the thickness direction of the reinforcing plate 23 (
以上、本発明の圧電モーターを、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。 Although the piezoelectric motor of the present invention has been described based on the illustrated embodiment, the present invention is not limited to this, and the configuration of each part is replaced with an arbitrary configuration having the same function. be able to. In addition, any other component may be added to the present invention.
また、本発明は、前記各実施形態のうちの、任意の2以上の構成(特徴)を組み合わせたものであってもよい。 Further, the present invention may be a combination of any two or more configurations (features) of the above embodiments.
また、前記実施形態では、被駆動体は、圧電モーターの構成要素であるが、本発明では、これに限定されず、被駆動体は、圧電モーターの構成要素に含まれていなくてもよい。 Moreover, in the said embodiment, a to-be-driven body is a component of a piezoelectric motor, However In this invention, it is not limited to this, A to-be-driven body does not need to be contained in the component of a piezoelectric motor.
また、前記実施形態では、被駆動体として、ローターと、スライダーとを例に挙げて説明したが、本発明では、被駆動体は、これに限定されない。回転可能な被駆動体としては、その横断面の形状は、前記円形に限定されず、例えば、20角形等の多角形等が挙げられる。また、移動可能な被駆動体としては、その横断面の形状は、前記一方向に長い四角形に限定されず、例えば、湾曲した棒状等が挙げられる。また、被駆動体は、剛体であってもよく、また、可撓性を有していてもよい。 In the above embodiment, the rotor and the slider are exemplified as the driven body. However, the driven body is not limited to this in the present invention. As a rotatable driven body, the shape of the cross section is not limited to the circular shape, and examples thereof include a polygon such as a decagon. Moreover, as a movable to-be-driven body, the shape of the cross section is not limited to the rectangle long in the said one direction, For example, the curved rod shape etc. are mentioned. Further, the driven body may be a rigid body or may have flexibility.
また、本発明の圧電モーターの用途は、特に限定されず、本発明の圧電モーターは、例えば、各種ロボットの関節の駆動、ハンド等の各種のエンドエフェクターの駆動等、各種の装置の所定の部位の駆動に用いることができる。 Further, the use of the piezoelectric motor of the present invention is not particularly limited, and the piezoelectric motor of the present invention is a predetermined part of various devices such as driving of joints of various robots, driving of various end effectors such as hands. Can be used for driving.
1…圧電モーター
10…振動部
2…振動体
21a、21b、21c、21d…電極
22、24…圧電素子
23…補強板
25a、25b、25c、25d…電極
26…凸部
27…連結部
3…保持部
31、32…支柱
33…連結部
4…基台
5…ローター
50…回転中心
51…軸部
52…外周面
53…当接部分
54…回転中心軸
6…支持体
71、72…板バネ
711、721…第1部分
712、722…第2部分
713…貫通孔
8…スライダー
80a、80b…ローラー
81a、81b…軸
82a、82b…溝
83a、83b…凸部
84…当接部分
91〜94、97、98…直線
95…押圧方向
96…移動方向
111〜118…ネジ
121〜124…矢印
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
Claims (11)
前記振動体を振動可能に保持する保持部と、
基台と、
前記保持部と前記基台とを連結し、前記保持部を介して前記振動体を前記被駆動体に向けて付勢する1対の弾性体と、を備え、
前記弾性体の前記基台に固定されている第1部分と前記弾性体の前記保持部に固定されている第2部分とを結ぶ第1の直線と、前記弾性体による前記振動体の押圧方向とのなす角度αが、85°以上、95°以下であり、
前記1対の弾性体の前記第1部分同士を結ぶ第4の直線は、前記押圧方向に対して所定角度傾斜していることを特徴とする圧電モーター。 A contact portion that comes into contact with a driven body provided to be displaceable, and a piezoelectric element that is provided on the opposite side of the contact portion from the driven body, and vibrates by applying a voltage to the piezoelectric element. A vibrating body that displaces the driven body by applying a force to the driven body;
A holding unit for holding the vibrating body so as to vibrate;
The base,
A pair of elastic bodies that connect the holding section and the base and urge the vibrating body toward the driven body via the holding section;
A first straight line connecting a first portion of the elastic body fixed to the base and a second portion of the elastic body fixed to the holding portion; and a pressing direction of the vibrating body by the elastic body angle α is, 85 ° or more with state, and are to 95 °,
A piezoelectric motor , wherein a fourth straight line connecting the first portions of the pair of elastic bodies is inclined at a predetermined angle with respect to the pressing direction .
前記第1の直線と、前記被駆動体の前記接触部との当接部分と前記被駆動体の回転中心とを結ぶ第2の直線に直交する第3の直線とのなす角度θ1が、5°以下である請求項1または2に記載の圧電モーター。 The driven body is rotatably provided,
An angle θ1 formed by the first straight line and a third straight line orthogonal to the second straight line connecting the contact portion of the driven body with the contact portion and the rotation center of the driven body is 5 The piezoelectric motor according to claim 1 or 2, wherein the piezoelectric motor is at most °.
前記第1の直線と、前記被駆動体の前記接触部との当接部分の移動方向とのなす角度θ2が、5°以下である請求項1または2に記載の圧電モーター。 The driven body is provided to be movable,
3. The piezoelectric motor according to claim 1, wherein an angle θ <b> 2 formed between the first straight line and a moving direction of a contact portion of the driven body with the contact portion is 5 ° or less.
前記接触部が前記第1楕円軌跡とは方向が逆であり、前記被駆動体に対して接触および離間するような第2楕円軌跡を描くように振動する第2振動モードとを、有する請求項1ないし9のいずれか1項に記載の圧電モーター。 The vibrating body vibrates so as to draw a first elliptic locus such that the contact portion contacts and separates from the driven body; and
2. A second vibration mode in which the contact portion has a direction opposite to that of the first elliptical locus, and vibrates so as to draw a second elliptical locus so as to contact and separate from the driven body. The piezoelectric motor according to any one of 1 to 9 .
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