JP2016086541A - Ultrasonic motor and drive device using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は超音波モータに関し、特に弾性体を板状としたリニア用の超音波モータに関する。また、本発明は駆動装置に関し、前述の超音波モータを用いた駆動装置に関する。 The present invention relates to an ultrasonic motor, and more particularly to a linear ultrasonic motor having a plate-like elastic body. The present invention also relates to a driving device, and relates to a driving device using the above-described ultrasonic motor.
従来から、小型軽量、高速駆動、かつ、静音駆動を特徴とする超音波モータは撮像装置のレンズ鏡筒等に採用されていた。この中でもリニア駆動用の超音波モータとして以下のような超音波モータが特許文献１に開示されている。
Conventionally, an ultrasonic motor characterized by small size, light weight, high speed drive, and silent drive has been employed in a lens barrel of an image pickup apparatus. Among these, the following ultrasonic motor is disclosed in
図２１は、従来の超音波モータの構成を説明するための図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）及び（ｄ）は側面図、（ｅ）は底面図である。図２１において、長方形状の面を有する振動板６０１の長方形状の面に２つの突起６０１ａ及び６０１ｂが設けられている。突起６０１ａ及び６０１ｂは絞り加工により振動板６０１と一体成型してもよいし、別部品を振動板６０１に接着してもよい。
FIG. 21 is a diagram for explaining the configuration of a conventional ultrasonic motor, in which (a) is a plan view, (b) is a front view, (c) and (d) are side views, and (e) is a side view. It is a bottom view. In FIG. 21, two
振動板６０１の突起６０１ａ及び６０１ｂと反対側の面には長方形状を有し高周波振動する圧電素子６０２が貼り付けられている。圧電素子６０２は６０２ａ及び６０２ｂの２箇所の領域が同方向に分極され、６０２ａがＡ相に、６０２ｂがＢ相に割り当てられている。分極されていない領域６０２ｃは、圧電素子６０２の裏面６０２ｄの全面電極から側面を経由して導通されたグランドとして使用する電極である。
A
また、連結部６０１ｃ及び６０１ｄは振動板６０１と同期して移動する、図示されていない振動子を保持する保持部材に対し、直接的、または、間接的に連結され、振動板６０１の長方形状の面の短辺Ｄ２に設けられている。以上説明した通り、振動板６０１と圧電素子６０２によって、超音波モータ６００が構成されている。
Further, the connecting
図２１（ｅ）は、振動板６０１と圧電素子６０２と突起６０１ａ及び６０１ｂが一体となった状態の長辺Ｄ１方向の曲げ振動の２次の固有振動モードの節と短辺Ｄ２方向の曲げ振動の１次の固有振動モードの腹が図示されている。また、図２１（ｆ）は長辺Ｄ１方向の曲げ振動の２次の固有振動モードを矢印ｄ１方向から見た図を、図２１（ｇ）は短辺Ｄ２方向の曲げ振動の１次の固有振動モードを矢印ｄ２方向から見た図をそれぞれ示している。
FIG. 21E shows a second natural vibration mode node of the bending vibration in the long side D1 direction and the bending vibration in the short side D2 direction when the
なお、図２１（ｆ）及び（ｇ）においては突起６０１ａ及び６０１ｂ、連結部６０１ｃ及び６０１ｄ、圧電素子６０２は省略されている。図２１（ｅ）において、Ｘは短辺Ｄ２方向の曲げ振動の１次の固有振動モードの腹であり、Ｙ１及びＹ２は長辺Ｄ１方向の曲げ振動の２次の固有振動モードの節である。突起６０１ａ及び６０１ｂは短辺Ｄ２方向の曲げ振動の１次の固有振動モードの腹（図２１（ｅ）に示すＸ）の近傍であって、かつ、長辺Ｄ１方向の曲げ振動の２次の固有振動モードの節（図２１（ｅ）に示すＹ１及びＹ２）の近傍に形成されている。また、図示されていない給電手段により、Ａ相とＢ相に位相差を自在に変化させた交流電圧を印加することによって、超音波振動を発生させることができる。
21F and 21G, the
図２２は、Ａ相に対してＢ相の位相を約＋９０°遅らせて交流電圧を印加した場合の振動の状態を示す図である。図２２（ａ）は、圧電素子のＡ相とＢ相に印加される交流電圧の変化を示し、図２２（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）は図２１の（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）に対応しており、Ｐ１’からＰ４’へ向かって時間による振動の変化を示している。 FIG. 22 is a diagram illustrating a state of vibration when an AC voltage is applied while delaying the phase of the B phase by about + 90 ° with respect to the A phase. 22A shows changes in the AC voltage applied to the A phase and the B phase of the piezoelectric element, and FIGS. 22B, 22C, and 22D show FIGS. 21B and 21C. And (d), and shows a change in vibration with time from P1 ′ to P4 ′.
また、圧電素子６０２、連結部６０１ｃ及び６０１ｄは省略されている。ここで、図２２（ａ）に示す電気的な交流電圧の変化Ｐ１〜Ｐ４に対して、図２２（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）に示す機械的な振動の変化Ｐ１’〜Ｐ４’は所定の機械的応答遅れ時間を有している。また、振動の振幅は誇張して描かれている。この超音波モータ６００の駆動原理、及び、速度制御等の詳細については特許文献１に記載されている。
Further, the
近年、超音波モータが搭載される電子機器の小型化、特にレンズ駆動装置の小型化の要求は更に高まっている。しかし、以下に説明する通り、従来の超音波モータは、装置の小型化に限界があった。 In recent years, there has been an increasing demand for downsizing electronic devices on which ultrasonic motors are mounted, in particular, downsizing lens driving devices. However, as described below, the conventional ultrasonic motor has a limit in miniaturization of the apparatus.
まず、従来の超音波モータを利用したリニア駆動装置の構成について説明する。図２３は従来の超音波モータを利用したリニア駆動装置７００の概略図であり、（ａ）は超音波モータの進行方向から見た図であり、（ｂ）はＡ−Ａ断面図である。図２３において、超音波モータは、振動板６０１、圧電素子６０２を備え、リニア駆動装置７００は、図示されていない枠体に固定され突起６０１ａ及び６０１ｂが当接し摩擦駆動する摩擦部材７０１、摩擦部材７０１の裏面に回転摺動するローラ７０２を備えている。
First, the configuration of a linear drive device using a conventional ultrasonic motor will be described. FIG. 23 is a schematic diagram of a
リニア駆動装置７００においては、振動板６０１を連結部６０１ｃ及び６０１ｄで支持している。更に、リニア駆動装置７００は保持部材７０３、加圧ばね７０４及び駆動伝達部７０５を備えている。保持部材７０３は、ローラ７０２を連結する振動子を保持する。加圧ばね７０４は下端が圧電素子６０２に作用し、上端が保持部材７０３に作用する。駆動伝達部７０５は被駆動体と連結する。加圧ばね７０４の加圧力により突起６０１ａ及び６０１ｂは摩擦部材７０１に圧接され、図２３（ｂ）において矢印Ｂのような円運動による駆動力によって、図２３（ｂ）に示すＸ方向に推進力を得る。
In the
次に、従来の超音波モータを利用したリニア駆動装置を搭載したレンズ駆動装置の構成について説明する。図２４はレンズ駆動部の概略図を示したものであり、（ａ）は光軸方向の正面図、（ｂ）及び（ｃ）は枠体の一部を破断した側面図であって、（ｃ）は（ｂ）に対して更に小型化されたレンズ駆動装置を示している。図２４において、レンズ駆動装置は、枠体８０１、レンズ８０２、レンズホルダー８０３、レンズホルダー８０３を支持し光軸方向（図２４（ｂ）に示すＸ方向）に案内するガイド軸８０４及び８０５を備えている。なお、図２４（ｂ）においてリニア駆動装置７００は振動板６０１と摩擦部材７０１以外が省略されている。図示されていないマイコンからの移動命令に従い、リニア駆動装置７００が相当の距離を移動することにより、レンズホルダー８０３を８０３から８０３’の範囲で移動させることができる。
Next, the configuration of a lens driving device equipped with a linear driving device using a conventional ultrasonic motor will be described. FIG. 24 is a schematic view of the lens driving unit, (a) is a front view in the optical axis direction, (b) and (c) are side views in which a part of the frame body is broken, c) shows a lens driving device further reduced in size relative to (b). In FIG. 24, the lens driving device includes a
以上のような、リニア駆動装置及びレンズ駆動装置を小型化するに当たって障害となる振動板６０１の占有範囲は、レンズホルダー８０３の移動距離Ｌ１と振動板６０１の進行方向の寸法Ｌ２の和となる。従って、図２４（ｂ）に示したレンズ駆動装置全体の小型化を図るためには、振動板の進行方向の寸法Ｌ２の短縮が課題となる。図２４（ｃ）のような小型化されたレンズ駆動装置においては、振動板６０１の進行方向の寸法Ｌ２の短縮が、装置全体の小型化にとって、一層重要な課題となる。
The occupation range of the
しかし、従来の超音波モータにおいては、図２１の通り進行方向に長い構成となっているため、進行方向の寸法Ｌ２の短縮には以下のような問題点がある。単純に全長を短縮するために全体を相似縮小すると、圧電素子の面積が小さくなり、圧電効果による変形が少なくなることから、振動振幅は減少してしまう。また、圧電素子と振動板の全体の寸法が小さくなり、共振周波数が高くなることからも、振動振幅は減少してしまう。 However, since the conventional ultrasonic motor has a configuration that is long in the traveling direction as shown in FIG. 21, there are the following problems in shortening the dimension L2 in the traveling direction. If the whole is simply reduced in order to shorten the overall length, the area of the piezoelectric element is reduced, and deformation due to the piezoelectric effect is reduced, so that the vibration amplitude is reduced. Further, the vibration amplitude is reduced because the overall dimensions of the piezoelectric element and the diaphragm are reduced and the resonance frequency is increased.
この結果、図２２に図示した（ii）の進行方向の振幅が減少する結果、推進力が低下することが予想される。更に、図２２に図示した（i）の垂直方向の振幅が減少する結果、スライダの表面粗さに対して（i）の垂直方向の振幅が不足してしまい、推進力が得られないという問題点が生じることも予想される。従って、従来の超音波モータにおける、進行方向の寸法Ｌ２の短縮には限界があった。 As a result, the propulsive force is expected to decrease as a result of the decrease in the amplitude in the traveling direction (ii) illustrated in FIG. Furthermore, as a result of the decrease in the vertical amplitude of (i) shown in FIG. 22, the vertical amplitude of (i) is insufficient with respect to the surface roughness of the slider, and a driving force cannot be obtained. Points are also expected to occur. Therefore, there is a limit to shortening the dimension L2 in the traveling direction in the conventional ultrasonic motor.
以上説明した通り、駆動装置を小型化するためには、超音波モータの進行方向の寸法を短縮しなければならないが、従来の超音波モータの構成では推進力を損なうことなく超音波モータの進行方向の寸法を短縮することが困難であるという課題があった。 As described above, in order to reduce the size of the drive device, it is necessary to reduce the dimension of the ultrasonic motor in the traveling direction. However, in the conventional ultrasonic motor configuration, the progress of the ultrasonic motor is not impaired without impairing the propulsive force. There was a problem that it was difficult to shorten the dimension in the direction.
そこで、本発明の目的は、推進力を損なうことなく超音波モータの進行方向の寸法を短縮し、この超音波モータを用いることによって、駆動装置の小型化を達成することである。 Therefore, an object of the present invention is to reduce the size of the ultrasonic motor in the traveling direction without impairing the propulsive force, and to achieve downsizing of the driving device by using this ultrasonic motor.
上記の課題を解決するために、本発明の超音波モータは、長方形の面を有する振動板と、振動板の前記面に貼り付けられ、高周波振動する圧電素子と、振動板または圧電素子に設けられた突起と、振動板の圧電素子が貼り付けられた面内の圧電素子に覆われた全領域の凸包絡の内側に前記圧電素子で覆われていない領域を有することを特徴としている。
また、上記の課題を解決するために、本発明の超音波モータは、略長方形状の外形の面を有する振動板と、振動板の面に貼り付けられ、高周波振動する圧電素子と、振動板または圧電素子に設けられた突起と、振動板の圧電素子が貼り付けられた平面内の圧電素子に覆われた全領域の凸包絡の内側に圧電素子で覆われていない領域を有し、振動板と圧電素子と突起が一体となった状態の固有振動モードに関して、ある曲げ振動の固有振動モードの共振周波数に一致する、または最も近い共振周波数となる固有振動モードが、別のねじり振動または曲げ振動の固有振動モードであることを特徴としている。
In order to solve the above-described problems, an ultrasonic motor of the present invention includes a diaphragm having a rectangular surface, a piezoelectric element that is attached to the surface of the diaphragm and vibrates at a high frequency, and is provided on the diaphragm or the piezoelectric element. And a region not covered with the piezoelectric element inside the convex envelope of the entire region covered with the piezoelectric element within the surface to which the piezoelectric element of the diaphragm is attached.
In order to solve the above problems, an ultrasonic motor of the present invention includes a diaphragm having a substantially rectangular outer surface, a piezoelectric element that is attached to the surface of the diaphragm and vibrates at a high frequency, and a diaphragm Alternatively, there are projections provided on the piezoelectric element and a region not covered by the piezoelectric element inside the convex envelope of the entire region covered by the piezoelectric element in the plane where the piezoelectric element of the vibration plate is attached. Regarding the natural vibration mode in which the plate, piezoelectric element, and protrusion are integrated, the natural vibration mode that matches or is closest to the resonance frequency of the natural vibration mode of one bending vibration is another torsional vibration or bending. It is characterized by a natural vibration mode of vibration.
上記の手段により、推進力を損なうことなく超音波モータの進行方向の寸法を短縮し、この超音波モータを用いることによって、駆動装置の小型化を達成することができる。 By the above means, the size of the ultrasonic motor in the traveling direction can be shortened without impairing the propulsive force, and the use of this ultrasonic motor can achieve downsizing of the driving device.
（実施例１）
以下、発明を実施するための実施例１について説明する。
図１は、実施例１の超音波モータの構成を説明するための図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）及び（ｄ）は側面図、（ｅ）は底面図である。図１において、超音波モータ１０は、長方形の面を有する振動板１、振動板１の長方形の面に設けられた１つの突起１ａを備えている。突起１ａは絞り加工により振動板１と一体成型してもよいし、別部品を振動板１に接着してもよい。振動板１の突起１ａと反対側の面には高周波振動する圧電素子２Ａ及び２Ｂが貼り付けられている。
Example 1
Hereinafter, a first embodiment for carrying out the invention will be described.
1A and 1B are diagrams for explaining the configuration of the ultrasonic motor according to the first embodiment, where FIG. 1A is a plan view, FIG. 1B is a front view, FIG. 1C and FIG. ) Is a bottom view. In FIG. 1, the
圧電素子２Ａ及び２Ｂは、２Ａａ及び２Ｂｂの２つの領域が同方向に分極され、このうち２ＡａがＡ相に、２ＢｂがＢ相に割り当てられている。分極されていない領域２Ａｃ及び２Ｂｃは、圧電素子２Ａ及び２Ｂの裏面２Ａｄ及び２Ｂｄの全面電極から側面を経由して導通されたグランドとして使用する電極である。
In the
なお、電極２Ａｃ及び２Ｂｃの位置は、圧電素子２Ａ及び２Ｂの裏面２Ａｄ及び２Ｂｄの全面電極から側面を経由して導通できれば、任意に配置できる。また、振動板１の圧電素子２Ａ及び２Ｂが貼り付けられた平面内の圧電素子２Ａ及び２Ｂに覆われた全領域の凸包絡の内側に圧電素子２Ａ及び２Ｂで覆われていない領域Ｒを有している。振動板１の面が露出した領域Ｒは、圧電素子２Ａと２Ｂの間に幅Ｗで形成されている。
The positions of the electrodes 2Ac and 2Bc can be arbitrarily arranged as long as the electrodes 2Ac and 2Bc can be electrically connected via the side surfaces from the entire electrodes of the back surfaces 2Ad and 2Bd of the
以下、図２を用いて凸包絡について説明する。有限な点集合Ａの凸包絡とは、有限な点集合Ａを含む最小の凸集合のことである。更に、凸集合とは、集合の任意の２点を結ぶ線分が集合に含まれるような集合をいう。図２（ａ）のように、有限な点集合Ａは任意の２点ＸとＹを結ぶ線分が集合Ａに含まれているので凸集合である。図２（ｂ）のように、有限な点集合Ｂは２点ＸとＹを結ぶ線分の一部Ｚが集合Ａに含まれていないので凸集合ではない。図２の（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）及び（ｆ）のような集合Ｃ、集合Ｄ、集合Ｅ、集合Ｆの凸包絡とは、全て頂点ｘ１〜ｘ４を結ぶ、四角形となる。 Hereinafter, the convex envelope will be described with reference to FIG. The convex envelope of the finite point set A is the smallest convex set including the finite point set A. Furthermore, a convex set refers to a set in which a line segment connecting any two points in the set is included in the set. As shown in FIG. 2A, the finite point set A is a convex set because a line segment connecting arbitrary two points X and Y is included in the set A. As shown in FIG. 2B, the finite point set B is not a convex set because a part Z of the line segment connecting the two points X and Y is not included in the set A. The convex envelopes of the set C, the set D, the set E, and the set F as in (c), (d), (e), and (f) in FIG. 2 are all quadrangles that connect the vertices x1 to x4.
従って、図１において、圧電素子２Ａ及び２Ｂに覆われた全領域の凸包絡とは、圧電素子２Ａ及び２Ｂを包括する長方形（頂点ｘ１〜ｘ４を結ぶ長方形）の領域であって、その内部に圧電素子２Ａ及び２Ｂで覆われていない領域Ｒを有しているといえる。
Accordingly, in FIG. 1, the convex envelope of the entire region covered with the
連結部１ｃ及び１ｄは振動板１と同期して移動する図示されていない後述の保持部材に対し、直接的、または、間接的に連結される連結部である。又、振動板１の圧電素子２Ａ及び２Ｂが貼り付けられた平面内の圧電素子２Ａ及び２Ｂに覆われた全領域の凸包絡の内側に圧電素子２Ａ及び２Ｂで覆われていない領域Ｒが設けられている。この連結部１ｃ及び１ｄは、後述の通り、振動板１と圧電素子２Ａ及び２Ｂの振動において変位が少ない部分に設けられているので、振動を阻害しにくい形状となっている。従って、連結部１ｃ及び１ｄは振動板１と圧電素子２Ａ及び２Ｂの振動にほとんど影響を与えない。以上の振動板１と圧電素子２Ａ及び２Ｂと突起１ａによって、超音波モータ１０が構成されている。また、図示されていない給電手段により、Ａ相とＢ相に位相差を自在に変化させた交流電圧を印加することによって、超音波振動を発生させることができる。
The connecting
図１（ｅ）に振動板１と圧電素子２Ａ及び２Ｂと突起１ａが一体となった状態の辺Ｄ１方向のねじり振動の２次の固有振動モードと辺Ｄ１方向の曲げ振動の１次の固有振動モードそれぞれの節及び腹が一点鎖線で図示されている。また、図１（ｆ）は辺Ｄ１方向のねじり振動の２次の固有振動モードを矢印ｄ１方向から見た図を、図１（ｇ）は辺Ｄ１方向のねじり振動の２次の固有振動モードを矢印ｄ２方向から見た図を示している。更に、図１（ｈ）は辺Ｄ１方向の曲げ振動の１次の固有振動モードを矢印ｄ１方向から見た図を示している。
FIG. 1E shows the secondary natural vibration mode of the torsional vibration in the direction of the side D1 and the primary characteristic of the bending vibration in the direction of the side D1 in the state where the
なお、図１（ｆ）、図１（ｇ）及び図１（ｈ）において突起１ａ、連結部１ｃ及び１ｄ、圧電素子２Ａ及び２Ｂは省略されている。図１（ｅ）において、Ｍａ１はねじり振動の２次の固有振動モードのねじり中心軸となる節を示している。Ｍａ２はねじり振動の２次の固有振動モードのねじり中心軸Ｍａ１と平行な腹を示している。Ｍｂ１はねじり振動の２次の固有振動モードのねじり中心軸Ｍａ１と直交する方向の節を示している。Ｍｂ２及びＭｂ３はねじり振動の２次の固有振動モードのねじり中心軸Ｍａ１と直交する方向の腹を示している。Ｎａ１は曲げ振動の１次の固有振動モードの節を示している。Ｎｂ２は曲げ振動の１次の固有振動モードの腹を示している。
In FIG. 1 (f), FIG. 1 (g) and FIG. 1 (h), the
ここで、連結部１ｃ及び１ｄが設けられている部分は、ねじり振動の２次の固有振動モードの節Ｍａ１及びＭｂ１と、曲げ振動の１次の固有振動モードの節Ｎａ１の交点の近傍である。一般に、節近傍は変位が小さい。この結果、振動板１と圧電素子２Ａ及び２Ｂの振動において、連結部１ｃ及び１ｄは変位が少ない部分に設けられているので、振動を阻害しにくい形状となっている。
Here, the portion where the connecting
従って、連結部１ｃ及び１ｄは振動板１と圧電素子２Ａ及び２Ｂの振動にほとんど影響を与えない。なお、連結部１ｃ及び１ｄはねじり振動の２次の固有振動モードの節Ｍａ１及びＭｂ１と、曲げ振動の１次の固有振動モードの節Ｎａ１の近傍であれば、図１の位置に限定されることはない。更に、連結部１ｃ及び１ｄは振動板１と圧電素子２Ａ及び２Ｂの振動において変位が少ない部分に設けられていればよいので振動の節の位置に限定されることもない。
Therefore, the connecting
以下、本実施例１の固有振動モードと突起の配置に関する３つの特徴を説明する。 Hereinafter, three characteristics regarding the natural vibration mode and the arrangement of the protrusions of the first embodiment will be described.
第１の特徴は、ねじり振動の２次の固有振動モードの共振周波数に一致する又は隣り合う共振周波数となる固有振動モードは、ねじり振動の２次の固有振動モードのねじり中心軸Ｍａ１に平行な方向の曲げ振動の１次の固有振動モードであることである。これは以下の各設計値が適切な値に設定されているためである。各設計値とは、辺Ｄ１方向と辺Ｄ２方向の寸法、振動板１の圧電素子２Ａ及び２Ｂが貼り付けられた平面内の圧電素子２Ａ及び２Ｂに覆われた全領域の凸包絡の内側の圧電素子２Ａ及び２Ｂで覆われていない領域Ｒの寸法である。更に、振動板１と圧電素子２Ａ及び２Ｂの厚さ、振動板１と圧電素子２Ａ及び２Ｂの剛性である。なお、これら各設計値の適切な値の組合せは一通りではなく、さまざまな組合せを設定することができる。
The first feature is that the natural vibration mode corresponding to or adjacent to the resonance frequency of the secondary natural vibration mode of the torsional vibration is parallel to the torsion center axis Ma1 of the secondary natural vibration mode of the torsional vibration. This is a first-order natural vibration mode of direction bending vibration. This is because the following design values are set to appropriate values. Each design value is the dimension in the direction of the side D1 and the side D2, the inside of the convex envelope of the entire region covered by the
図３は実施例１の超音波モータの共振周波数の一例を説明するための図である。（ａ）と（ｂ）は超音波モータの小型化のために従来の超音波モータに対して、振動板と圧電素子のＤ１寸法を小さくした例である。図３において（ａ−１）及び（ｂ−１）は平面図、（ａ−２）及び（ｂ−２）は左からみた側面図、（ａ−３）及び（ｂ−３）は下方からみた側面図である。図３（ａ）は従来例と同様に振動板のほぼ全面を圧電素子が覆っている。これに対し、図３（ｂ）は図１に示した実施例１の超音波モータであって、振動板１の圧電素子２Ａ及び２Ｂが貼り付けられた平面内の圧電素子２Ａ及び２Ｂに覆われた全域の凸包絡の内側に圧電素子２Ａ及び２Ｂで覆われていない領域Ｒを有している。
FIG. 3 is a diagram for explaining an example of the resonance frequency of the ultrasonic motor according to the first embodiment. (A) And (b) is an example which made D1 dimension of a diaphragm and a piezoelectric element small with respect to the conventional ultrasonic motor for size reduction of an ultrasonic motor. 3, (a-1) and (b-1) are plan views, (a-2) and (b-2) are side views from the left, and (a-3) and (b-3) are from below. FIG. In FIG. 3A, the piezoelectric element covers almost the entire surface of the diaphragm as in the conventional example. On the other hand, FIG. 3B shows the ultrasonic motor according to the first embodiment shown in FIG. 1, which covers the
（ａ−４）及び（ｂ−４）は辺Ｄ１方向のねじり振動の２次の固有振動モードを（ａ−３）及び（ｂ−３）と同じ方向から示した概念図である。また、（ａ−５）及び（ｂ−５）は辺Ｄ１方向の曲げ振動の１次の固有振動モードを（ａ−３）及び（ｂ−３）と同じ方向から示した概念図である。（ａ−６）及び（ｂ−６）は辺Ｄ１方向のねじり振動の２次の固有振動モードを示した斜視図であり、（ａ−７）及び（ｂ−７）は辺Ｄ１方向の曲げ振動の１次の固有振動モードを示した斜視図である。 (A-4) and (b-4) are conceptual diagrams showing secondary natural vibration modes of torsional vibration in the direction of the side D1 from the same direction as (a-3) and (b-3). Further, (a-5) and (b-5) are conceptual diagrams showing primary natural vibration modes of bending vibration in the direction of the side D1 from the same direction as (a-3) and (b-3). (A-6) and (b-6) are perspective views showing secondary natural vibration modes of torsional vibration in the direction of the side D1, and (a-7) and (b-7) are bending directions in the direction of the side D1. It is the perspective view which showed the primary natural vibration mode of the vibration.
いずれも変形量は誇張して描かれており、辺Ｄ１と辺Ｄ１は共通であるため平行である。辺Ｄ１方向のねじり振動の２次の固有振動モードの共振周波数に一致するまたは隣り合う共振周波数となる固有振動モードは、辺Ｄ１方向の曲げ振動の１次の固有振動モードとなっており、第１の特徴を満たすように、前述の各設計値が適切な値に設定されている。 In both cases, the deformation amount is exaggerated, and the side D1 and the side D1 are common and are parallel to each other. The natural vibration mode corresponding to or adjacent to the resonance frequency of the secondary natural vibration mode of the torsional vibration in the direction of the side D1 is the primary natural vibration mode of the bending vibration in the direction of the side D1. The above-described design values are set to appropriate values so as to satisfy the feature of 1.
ここで（ａ）と（ｂ）の辺Ｄ１方向のねじり剛性と辺Ｄ１方向の曲げ剛性をそれぞれ比較すると、いずれも（ｂ）の方が低い剛性を有するため、共振周波数の絶対値はいずれも（ｂ）の方が低い。一般的に、振動体のサイズが同等であれば、共振周波数が低いほど振動振幅が大きいので、より低い共振周波数で第１の特徴を満たすことができれば、超音波モータを小型化してもほぼ同等の振動振幅を得ることができる。従って、より低い共振周波数で第一の特徴を満たすことは超音波モータの小型化にとってメリットとなる。 Here, when comparing the torsional rigidity in the direction of the side D1 and the bending rigidity in the direction of the side D1 of (a) and (b), since (b) has lower rigidity, the absolute value of the resonance frequency is both (B) is lower. In general, if the size of the vibrator is the same, the lower the resonance frequency, the larger the vibration amplitude. Therefore, if the first feature can be satisfied at a lower resonance frequency, the ultrasonic motor can be reduced in size and substantially the same. The vibration amplitude can be obtained. Therefore, satisfying the first characteristic at a lower resonance frequency is advantageous for miniaturization of the ultrasonic motor.
第２の特徴は、図１（ｅ）に示すように、突起１ａがねじり振動の２次の固有振動モードのねじり中心軸Ｍａ１と直交する方向の節Ｍｂ１並びに腹Ｍｂ２及びＭｂ３のうち、節Ｍｂ１より腹Ｍｂ３に近い位置に設けられていることである。
As shown in FIG. 1 (e), the second feature is that the node Mb1 of the nodes Mb1 and the antinodes Mb2 and Mb3 in the direction in which the
第３の特徴は、図１（ｅ）に示すように、突起１ａが曲げ振動の１次の固有振動モードの節Ｎａ１及び腹Ｎａ２のうち、節Ｎａ１より腹Ｎａ２に近い位置に設けられていることである。
As shown in FIG. 1E, the third feature is that the
図４はＡ相に対してＢ相の位相を約＋９０°遅らせて交流電圧を印加した場合の振動の状態を示す図であって、従来例の図２２に相当する図である。図４（ａ）は、圧電素子のＡ相とＢ相に印加される交流電圧の変化を示している。図４（ｂ）は図１（ｂ）に対応した正面図、図４（ｃ）は図４（ｂ）のＡ−Ａ断面図であり、Ｐ１’からＰ４’へ向かって時間による振動の変化を示している。また、圧電素子２Ａ及び２Ｂ、連結部１ｃ及び１ｄは省略されている。ここで、図４（ａ）に示す電気的な交流電圧の変化Ｐ１〜Ｐ４に対して、図４（ｂ）及び（ｃ）に示す機械的な振動の変化Ｐ１’〜Ｐ４’は所定の機械的応答遅れ時間を有している。また、振動の振幅は誇張して描かれている。
FIG. 4 is a diagram showing a state of vibration when an AC voltage is applied while delaying the phase of the B phase by about + 90 ° with respect to the A phase, and is a diagram corresponding to FIG. 22 of the conventional example. FIG. 4A shows a change in AC voltage applied to the A phase and the B phase of the piezoelectric element. 4 (b) is a front view corresponding to FIG. 1 (b), and FIG. 4 (c) is an AA cross-sectional view of FIG. 4 (b). Changes in vibration from P1 ′ to P4 ′ with time are shown. Is shown. Further, the
Ａ相とＢ相に同符号の電圧が印加されている時（図４（ａ）に示すＰ２及びＰ４）から所定の機械的応答遅れ時間の後に、Ａ相とＢ相が同様に伸縮し、曲げ振動の１次の固有振動モードの振幅が最大となる（図４（ｃ）に示す（i））。逆にＡ相とＢ相に異符号の電圧が印加されている時（図４（ａ）に示すＰ１及びＰ３）から所定の機械的応答遅れ時間の後に、Ａ相とＢ相が逆方向に伸縮し、ねじり振動の２次の固有振動モードの振幅が最大となる（図４（ｃ）に示す（ii））。この結果、突起先端に図示のような円運動が発生するので、図４（ｃ）に示すＸ方向に推進力を得ることができる。また、Ａ相に対してＢ相の位相を約＋９０°進めて交流電圧を印加した場合は図４と反対方向の円運動が発生するので逆方向の推力を得ることができる。 After a predetermined mechanical response delay time from when the voltage of the same sign is applied to the A phase and the B phase (P2 and P4 shown in FIG. 4A), the A phase and the B phase expand and contract similarly. The amplitude of the first-order natural vibration mode of the bending vibration becomes maximum ((i) shown in FIG. 4C). On the other hand, when voltages with different signs are applied to the A phase and the B phase (P1 and P3 shown in FIG. 4A), the A phase and the B phase are reversed in a reverse direction after a predetermined mechanical response delay time. It expands and contracts, and the amplitude of the secondary natural vibration mode of torsional vibration becomes maximum ((ii) shown in FIG. 4C). As a result, a circular motion as shown in the figure is generated at the tip of the protrusion, so that a propulsive force can be obtained in the X direction shown in FIG. Further, when an AC voltage is applied with the B phase advanced by about + 90 ° with respect to the A phase, a circular motion in the opposite direction to that in FIG. 4 occurs, so that a thrust in the opposite direction can be obtained.
図５はＡ相に対してＢ相をほぼ位相差なく交流電圧を印加した場合の振動の状態を示す図である。図５（ａ）〜（ｃ）の意味は図４と同様である。図示の通り、図４と比べて、Ａ相とＢ相に異符号の電圧が印加されている時間がほとんどないので、ねじり振動の２次の固有振動モードの振幅が非常に小さくなる（図５（ｃ）に示す（ii））。この結果、突起先端に図示のような縦長の楕円運動が発生するので、図５（ｃ）に示すＸ方向に非常に低速で移動することができる。 FIG. 5 is a diagram showing a state of vibration when an AC voltage is applied to the B phase with almost no phase difference from the A phase. The meanings of FIGS. 5A to 5C are the same as those in FIG. As shown in the figure, compared to FIG. 4, there is almost no time during which voltages having different signs are applied to the A phase and the B phase, so that the amplitude of the secondary natural vibration mode of torsional vibration becomes very small (FIG. 5). (Ii)) shown in (c). As a result, a vertically long elliptical motion as shown in the figure is generated at the tip of the protrusion, so that it can move in the X direction shown in FIG. 5C at a very low speed.
以下、本発明の効果を説明するために、実施例１の超音波モータ１０と従来の超音波モータ６００について、図４と図２２を参照して比較する。従来の超音波モータ６００では長辺Ｄ１方向（図２２において矢印Ｘ方向）に進行しているのに対して、実施例１では、従来例の進行方向Ｄ１より短い辺Ｄ２方向（図４において矢印Ｘ方向）に進行できる。このため、超音波モータの進行方向の寸法を短縮することができる。
Hereinafter, in order to explain the effect of the present invention, the
ここで、図１と図２１を比較すると、実施例１の圧電素子は従来の超音波モータの圧電素子より面積が小さくなっている。しかし、実施例１の超音波モータ１０は、振動板１の圧電素子２Ａ及び２Ｂが貼り付けられた平面内の圧電素子２Ａ及び２Ｂに覆われた全領域の凸包絡の内側に圧電素子２Ａ及び２Ｂで覆われていない領域Ｒを有している。
Here, comparing FIG. 1 with FIG. 21, the piezoelectric element of Example 1 has a smaller area than the piezoelectric element of the conventional ultrasonic motor. However, the
この結果、図３で説明したように、各設計値を適切な値に設定することによって、より低い周波数で前述の第１の特徴を満足することができる。このため、辺Ｄ１方向のねじれ振動の２次の固有振動モードの共振周波数を適切な値に調整でき、従来の超音波モータに近い振動振幅（図４（ｃ）に示す（i）、（ii））が得られるため、従来の超音波モータに近い推進力を得ることができる。 As a result, as described with reference to FIG. 3, the first feature described above can be satisfied at a lower frequency by setting each design value to an appropriate value. Therefore, the resonance frequency of the secondary natural vibration mode of the torsional vibration in the direction of the side D1 can be adjusted to an appropriate value, and vibration amplitude close to that of the conventional ultrasonic motor ((i), (ii) shown in FIG. 4C). )) Is obtained, the driving force close to that of a conventional ultrasonic motor can be obtained.
以上説明した通り、実施例１の超音波モータは、前述の第１の特徴で説明した各設計値を適切な値に設定することによって、従来の超音波モータに対して振動振幅がほぼ同等となる。このため、ねじり中心軸と直交する方向である辺Ｄ２方向（図４において矢印Ｘ方向）に進行することが可能である。この結果、推進力を大きく損なうことなく従来例より短い辺に沿って進行できるので、超音波モータの進行方向の寸法を短縮し、この超音波モータを用いることによって、駆動装置の小型化を達成することができる。 As described above, the ultrasonic motor according to the first embodiment has substantially the same vibration amplitude as that of the conventional ultrasonic motor by setting each design value described in the first feature to an appropriate value. Become. For this reason, it is possible to proceed in the direction of the side D2 (direction of arrow X in FIG. 4), which is a direction orthogonal to the torsional central axis. As a result, it is possible to travel along a shorter side than the conventional example without greatly impairing the propulsive force, so the size of the ultrasonic motor in the direction of travel is shortened, and by using this ultrasonic motor, the drive device can be downsized. can do.
なお、実施例１ではねじり振動の２次の固有振動モードと曲げ振動の１次の固有振動モードを組み合わせた例を示したが、上述の特徴を満足していれば、高次の固有振動モードを組み合わせても同様の効果を得ることができる。 In the first embodiment, an example in which the second-order natural vibration mode of torsional vibration and the first-order natural vibration mode of bending vibration are combined is shown. However, if the above characteristics are satisfied, a higher-order natural vibration mode is used. The same effect can be obtained even if they are combined.
図６は本発明の各実施例による超音波モータを利用したリニア駆動装置１００の概略図であり、図６（ａ）は超音波モータの進行方向から見た図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図６において、振動板１の上に圧電素子２Ａ及び２Ｂが載置されている。摩擦部材３は、振動板１と接触し振動板１の高周波振動によって、振動板１を相対移動させる。
FIG. 6 is a schematic view of a
図示の通り、摩擦部材３に対して振動板１が振動板１の長方形の面のねじり中心軸と直交する方向に相対移動することができる。振動板１を保持する保持部材４は、振動板１と同期して移動する。保持部材４は上部４ａにおいて連結部１ｃ及び１ｄで振動板１を支持し、下部４ｂにおいて摩擦部材３の裏面に回転摺動するローラ１０１を回転自由に軸支している。加圧ばね１０２は、下端が圧電素子２に作用し、上端が上部４ｃにおいて保持部材４に作用する。駆動伝達部１０３は保持部材４と後述の図示されていない被駆動体とを連結する。
As shown in the figure, the
加圧ばね１０２の加圧力により突起１ａは摩擦部材３に圧接され、前述の通り図４及び図５の矢印のような円運動による駆動力によって、保持部材４が図６（ｂ）に示すＸ方向に推進力を得る。なお、ローラ１０１は駆動の際の摺動抵抗を軽減するために設けられているものであって、転動ボールのような機構でもよい。また、摺動抵抗が許容されるのであれば、直接すべり摩擦で摺動させてもよい。このような構成により、図６のリニア駆動装置１００は、超音波モータ１０を振動板１の長方形の面のねじり中心軸と直交する辺Ｄ２方向を駆動方向として利用している。
The
以上説明した通り、実施例１の超音波モータは、前述の第１の特徴で説明した各設計値を適切な値に設定することによって、ねじり中心軸と直交する辺Ｄ２方向に進行することが可能である。この結果、推進力を損なうことなく超音波モータの進行方向の寸法を短縮し、この超音波モータを用いることによって、リニア駆動装置１００の小型化を達成することができる。
As described above, the ultrasonic motor according to the first embodiment can advance in the direction of the side D2 orthogonal to the torsional central axis by setting each design value described in the first feature to an appropriate value. Is possible. As a result, it is possible to reduce the size of the
図７は、本発明の各実施例による超音波モータを利用したリニア駆動装置１００を搭載したレンズ駆動装置３００のレンズ駆動部の概略図を示したものであり、図７（ａ）は光軸方向の正面図、図７（ｂ）及び（ｃ）は枠体の一部を破断した側面図である。ここで、図７（ｃ）は図７（ｂ）に対して更に小型化されたレンズ駆動装置を示している。図７において、駆動伝達部１０３は保持部材４に連結し、超音波モータからの駆動力をレンズ駆動装置３００に伝達する。枠体２０１は、レンズ２０２を保持するレンズホルダー２０３及びレンズホルダー２０３を支持し光軸方向（図７（ｂ）においてＸ方向）に案内するガイド軸２０４及び２０５を収容している。図７（ｂ）においてリニア駆動装置１００は振動板１、摩擦部材３以外が図示を省略されている。
FIG. 7 shows a schematic diagram of a lens driving unit of a
振動板１は枠体２０１に固定された摩擦部材３に沿って移動し、これと同期して保持部材４が移動する。レンズホルダー２０３は駆動伝達部１０３によって、保持部材４と連結された被駆動体であり、保持部材４と同期して移動する。
The
図示されていないマイコンからの移動命令に従い、保持部材４が図７（ｂ）に示すＸ方向に相当の距離を移動することにより、レンズホルダー２０３を２０３から２０３’の範囲で移動させることができる。このような構成により、図６のレンズ駆動装置は、超音波モータ１０を振動板１の長方形の面のねじり中心軸と直交する辺Ｄ２方向を駆動方向として利用している。
In accordance with a movement command from a microcomputer (not shown), the holding
以上説明した通り、実施例１の超音波モータは、前述の第１の特徴で説明した各設計値を適切な値に設定することによって、ねじり中心軸と直交する辺Ｄ２方向に進行することが可能である。この結果、推進力を損なうことなく超音波モータの進行方向の寸法を短縮し、この超音波モータを用いることによって、レンズ駆動装置の小型化を達成することができる。 As described above, the ultrasonic motor according to the first embodiment can advance in the direction of the side D2 orthogonal to the torsional central axis by setting each design value described in the first feature to an appropriate value. Is possible. As a result, it is possible to reduce the size of the lens driving device by reducing the dimension in the traveling direction of the ultrasonic motor without impairing the propulsive force, and using this ultrasonic motor.
なお、実施例１では振動板１が固定された摩擦部材３に沿って移動する例を説明したが、摩擦部材３が固定された振動板１に沿って移動する構成であっても、小型化の効果は低減するが、同様の作用を実現することができる。
In the first embodiment, the example in which the
なお、実施例１では、圧電素子を２Ａ及び２Ｂの２つに分割して、振動板１の圧電素子２Ａ及び２Ｂが貼り付けられた平面内の圧電素子２Ａ及び２Ｂに覆われた全領域の凸包絡の内側に圧電素子２Ａ及び２Ｂで覆われていない領域Ｒを設けている。この結果、図３で説明したように前述の第１の特徴を満たしている。しかし、振動板１の圧電素子が貼り付けられた平面内の圧電素子に覆われた全領域の凸包絡の内側に圧電素子で覆われていない領域Ｒを設ければ、同様の効果は得られる。
In Example 1, the piezoelectric element is divided into two
図８はその一例であって、超音波モータ１０’において圧電素子２は分割することなく、振動板１の圧電素子２が貼り付けられた面の内部に幅Ｗの長穴２０を設けることで、前述の第１の特徴を満たしている。また、長穴２０は１つに限定されるわけではなく、後述の図１０の通り複数設けてもよい。
FIG. 8 shows an example thereof. In the
なお、実施例１では、連結部１ｃ及び１ｄを振動板１の圧電素子２Ａ及び２Ｂが貼り付けられた平面内の圧電素子２Ａ及び２Ｂに覆われた全領域の凸包絡の内側に圧電素子２Ａ及び２Ｂで覆われていない領域Ｒに設ける例を説明した。しかし、図９に示すように、超音波モータ１０’’においては連結部１’ｃ及び１’ｄをねじり中心軸と平行な辺Ｄ１に設けても、連結部１’ｃ及び１’ｄの寸法の分だけ小型化の効果は低減するが、同様の作用を実現することができる。更に、連結部１’ｃ及び１’ｄは、振動板１’と圧電素子２Ａ’及び２Ｂ’の振動にほとんど影響を与えないという条件を満たせば、振動板１１や圧電素子２Ａ’及び２Ｂ’のいずれの部分に設けても、同様の作用を実現することができる。図１０はその一例であって、超音波モータ１０’’’において連結部１’ｃ及び１’ｄをねじり中心軸と直交する辺Ｄ２に設けた例である。
In Example 1, the connecting
また、実施例１では突起１ａを振動板１に設ける例を説明したが、図１０の通り突起１’’ａを圧電素子２’側に接着によって、貼り付けても、同様の効果を有する。
In the first embodiment, the example in which the
（実施例２）
以下、発明を実施するための実施例２について説明する。
(Example 2)
A second embodiment for carrying out the invention will be described below.
図１１は、実施例２の超音波モータの構成を説明するための図であって、それぞれの図の意味は実施例１の図１と同様である。振動板１１の圧電素子１２Ａ及び１２Ｂが貼り付けられた平面内の圧電素子１２Ａ及び１２Ｂに覆われた全領域の凸包絡の内側に圧電素子１２Ａ及び１２Ｂで覆われていない領域Ｒを有している点も同様である。振動板１１の面が露出した領域Ｒは、圧電素子１２Ａと１２Ｂの間に幅Ｗで形成されている。
FIG. 11 is a diagram for explaining the configuration of the ultrasonic motor according to the second embodiment. The meaning of each figure is the same as that of FIG. 1 according to the first embodiment. A region R that is not covered with the
図１１において、圧電素子１２Ａ及び１２Ｂに覆われた全領域の凸包絡とは、圧電素子１２Ａ及び１２Ｂを包括する長方形（頂点ｘ１〜ｘ４を結ぶ長方形）の領域であって、その内部に圧電素子１２Ａ及び１２Ｂで覆われていない領域Ｒを有しているといえる。実施例１と構成が異なる点は、圧電素子１２Ａ及び１２Ｂのそれぞれに１２Ａａ及び１２Ａｂ並びに１２Ｂａ及び１２Ｂｂの２つずつ計４つの電極が形成されている点である。又、１２Ａａ及び１２ＢａがＡ相に、１２Ａｂ及び１２ＢｂがＢ相に割り当てられている。図示のような振動板１１と圧電素子１２Ａ及び１２Ｂと突起１１ａによって、超音波モータ２０が構成されている。
In FIG. 11, the convex envelope of the entire region covered with the
図１１（ｅ）に振動板１１と圧電素子１２Ａ及び１２Ｂと突起１１ａが一体となった状態の辺Ｄ２方向のねじり振動の２次の固有振動モードと辺Ｄ１方向の曲げ振動の１次の固有振動モードそれぞれの節及び腹が一点鎖線で図示されている。また、図１１（ｆ）は辺Ｄ２方向のねじり振動の２次の固有振動モードを矢印ｄ２方向から見た図を、図１１（ｇ）は辺Ｄ２方向のねじり振動の２次の固有振動モードを矢印ｄ１方向から見た図を示している。
FIG. 11E shows the secondary natural vibration mode of the torsional vibration in the direction of the side D2 and the primary characteristic of the bending vibration in the direction of the side D1 in the state where the
また、図１１（ｈ）は辺Ｄ１方向の曲げ振動の１次の固有振動モードを矢印ｄ１方向から見た図を示している。なお、図１１（ｆ）、（ｇ）及び（ｈ）において突起１１ａ、連結部１１ｃ及び１ｄ、圧電素子１２Ａ及び１２Ｂは省略されている。図１１（ｅ）において、Ｍａ１はねじり振動の２次の固有振動モードのねじり中心軸となる節を示している。Ｍａ２はねじり振動の２次の固有振動モードのねじり中心軸Ｍａ１と平行な腹を示している。Ｍｂ１はねじり振動の２次の固有振動モードのねじり中心軸Ｍａ１と直交する方向の節を示している。Ｍｂ２及びＭｂ３はねじり振動の２次の固有振動モードのねじり中心軸Ｍａ１と直交する方向の腹を示している。Ｎａ１は曲げ振動の１次の固有振動モードの節を示している。Ｎａ２は曲げ振動の１次の固有振動モードの腹を示している。
FIG. 11 (h) shows a view of the first-order natural vibration mode of the bending vibration in the direction of the side D1 as viewed from the direction of the arrow d1. In FIGS. 11F, 11G, and 11H, the
ここで、連結部１１ｃ及び１１ｄが設けられている部分は、ねじり振動の２次の固有振動モードの節Ｍａ１及びＭｂ１、または、曲げ振動の１次の固有振動モードの節Ｎａ１の近傍であれば、図１１の位置に限定されることはない。更に、連結部１１ｃ及び１１ｄは振動板１１と圧電素子１２Ａ及び１２Ｂの振動において変位が少ない部分に設けられていればよいので振動の節の位置に限定されない。
Here, the portion where the connecting
以下、実施例２の固有振動モードと突起の配置に関する３つの特徴を説明する。 Hereinafter, three characteristics regarding the natural vibration mode and the arrangement of the protrusions according to the second embodiment will be described.
第１の特徴は、ねじり振動の２次の固有振動モードの共振周波数に一致する又は隣り合う共振周波数となる固有振動モードが、ねじり振動の２次の固有振動モードのねじり中心軸Ｍａ１に直交する方向の曲げ振動の１次の固有振動モードであることである。これは以下の各設計値が適切な値に設定されているためである。各設計値とは、辺Ｄ１方向と辺Ｄ２方向の寸法、振動板１１の圧電素子１２Ａ及び１２Ｂが貼り付けられた平面内の圧電素子１２Ａ及び１２Ｂに覆われた全領域の凸包絡の内側の圧電素子１２Ａ及び１２Ｂで覆われていない領域Ｒの寸法である。更に、振動板１１と圧電素子１２Ａ及び１２Ｂの厚さ、振動板１１と圧電素子１２Ａ及び１２Ｂの剛性である。なお、これら各設計値の適切な値の組合せは一通りではなく、さまざまな組合せを設定することができる。
The first feature is that the natural vibration mode that matches or is adjacent to the resonance frequency of the secondary natural vibration mode of torsional vibration is orthogonal to the torsion center axis Ma1 of the secondary natural vibration mode of torsional vibration. This is a first-order natural vibration mode of direction bending vibration. This is because the following design values are set to appropriate values. Each design value is the dimension in the direction of the side D1 and the side D2, the inside of the convex envelope of the entire region covered by the
図１２はその一例を説明するための図である。図１２（ａ）と図１２（ｂ）は超音波モータの小型化のために従来の超音波モータに対して、振動板と圧電素子のＤ１寸法を小さくした例である。図１２において（ａ−１）及び（ｂ−１）は平面図、（ａ−２）及び（ｂ−２）は左からみた側面図、（ａ−３）及び（ｂ−３）は下方からみた側面図である。 FIG. 12 is a diagram for explaining an example thereof. FIG. 12A and FIG. 12B are examples in which the D1 dimension of the diaphragm and the piezoelectric element is reduced compared to a conventional ultrasonic motor in order to reduce the size of the ultrasonic motor. 12, (a-1) and (b-1) are plan views, (a-2) and (b-2) are side views from the left, and (a-3) and (b-3) are from below. FIG.
図１２（ａ）は従来例と同様に振動板のほぼ全面を圧電素子が覆っている。これに対し、図１２（ｂ）は図１に示した実施例１の超音波モータであって、振動板の圧電素子が貼り付けられた平面内の圧電素子に覆われた全領域の凸包絡の内側に圧電素子で覆われていない領域Ｒを有している。振動板１の面が露出した領域Ｒは、圧電素子の間に幅Ｗで形成されている。
In FIG. 12A, the piezoelectric element covers almost the entire surface of the diaphragm as in the conventional example. On the other hand, FIG. 12B is the ultrasonic motor according to the first embodiment shown in FIG. 1, and the convex envelope of the entire region covered with the piezoelectric element in the plane to which the piezoelectric element of the diaphragm is attached. The region R is not covered with the piezoelectric element. The region R where the surface of the
（ａ−４）及び（ｂ−４）は辺Ｄ２方向のねじり振動の２次の固有振動モードを（ａ−２）及び（ｂ−２）と同じ方向から示した概念図である。また、（ａ−５）及び（ｂ−５）は辺Ｄ１方向の曲げ振動の１次の固有振動モードを（ａ−３）及び（ｂ−３）と同じ方向から示した概念図である。（ａ−６）及び（ｂ−６）は辺Ｄ２方向のねじり振動の２次の固有振動モードを示した斜視図であり、（ａ−７）及び（ｂ−７）は辺Ｄ１方向の曲げ振動の１次の固有振動モードを示した斜視図である。 (A-4) and (b-4) are conceptual diagrams showing secondary natural vibration modes of torsional vibration in the direction of the side D2 from the same direction as (a-2) and (b-2). Further, (a-5) and (b-5) are conceptual diagrams showing primary natural vibration modes of bending vibration in the direction of the side D1 from the same direction as (a-3) and (b-3). (A-6) and (b-6) are perspective views showing a second-order natural vibration mode of torsional vibration in the direction of the side D2, and (a-7) and (b-7) are bending directions in the direction of the side D1. It is the perspective view which showed the primary natural vibration mode of the vibration.
いずれも変形量は誇張して描かれており、辺Ｄ２と辺Ｄ１は直交している。辺Ｄ２方向のねじり振動の２次の固有振動モードの共振周波数に一致する、または隣り合う共振周波数となる固有振動モードは、辺Ｄ１方向の曲げ振動の１次の固有振動モードとなっており、第１の特徴を満たすように、前述の各設計値が適切な値に設定されている。 In both cases, the deformation amount is exaggerated, and the side D2 and the side D1 are orthogonal to each other. The natural vibration mode corresponding to or adjacent to the resonance frequency of the secondary natural vibration mode of the torsional vibration in the side D2 direction is the primary natural vibration mode of the bending vibration in the side D1 direction. Each design value is set to an appropriate value so as to satisfy the first feature.
ここで図１２（ａ）と図１２（ｂ）の辺Ｄ２方向のねじり剛性と辺Ｄ１方向の曲げ剛性をそれぞれ比較すると、いずれも図１２（ｂ）の方が剛性が低いため、共振周波数の絶対値はいずれも図１２（ｂ）の方が低い。一般的に、振動体のサイズが同等であれば、共振周波数が低い方が振動振幅が大きいので、より低い共振周波数で第一の特徴を満たすことができれば、超音波モータを小型化してもほぼ同等の振動振幅を得ることができる。従って、より低い共振周波数で第１の特徴を満たすことは超音波モータの小型化にとってメリットとなる。 Here, comparing the torsional rigidity in the direction of the side D2 and the bending rigidity in the direction of the side D1 in FIGS. 12A and 12B, respectively, the rigidity in FIG. The absolute values are lower in FIG. 12B. Generally, if the size of the vibrating body is the same, the vibration amplitude is larger when the resonance frequency is lower. Therefore, if the first feature can be satisfied at a lower resonance frequency, the ultrasonic motor can be reduced in size. Equivalent vibration amplitude can be obtained. Therefore, satisfying the first characteristic at a lower resonance frequency is advantageous for miniaturization of the ultrasonic motor.
第２の特徴は、図１１（ｅ）に示すように、突起１１ａはねじり振動の２次の固有振動モードのねじり中心軸Ｍａ１と直交する方向の節Ｍｂ１並びに腹Ｍｂ２及びＭｂ３のうち、節Ｍｂ１より腹Ｍｂ３に近い位置に設けられていることである。
As shown in FIG. 11E, the second feature is that the
第３の特徴は、図１１（ｅ）に示すように、突起１１ａは曲げ振動の１次の固有振動モードの節Ｎａ１及び腹Ｎａ２のうち、節Ｎａ１より腹Ｎａ２に近い位置に設けられていることである。
As shown in FIG. 11E, the third feature is that the
図１３はＡ相に対してＢ相の位相を約＋９０°遅らせて交流電圧を印加した場合の振動の状態を示す図であって、実施例１の図４に相当する図である。図１３（ａ）は、圧電素子のＡ相とＢ相に印加される交流電圧の変化を示し、図１３（ｂ）は図１１（ｂ）に対応した正面図である。図１３（ｂ）は図１３（ｃ）のＡ−Ａ断面図であり、Ｐ１’からＰ４’へ向かって時間による振動の変化を示している。 FIG. 13 is a diagram illustrating a state of vibration when an AC voltage is applied while delaying the phase of the B phase by about + 90 ° with respect to the A phase, and corresponds to FIG. 4 of the first embodiment. Fig.13 (a) shows the change of the alternating voltage applied to the A phase and B phase of a piezoelectric element, FIG.13 (b) is a front view corresponding to FIG.11 (b). FIG. 13B is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 13C, and shows a change in vibration with time from P1 'to P4'.
また、圧電素子１２Ａ及び１２Ｂ、連結部１１ｃ及び１１ｄは省略されている。ここで、図１３（ａ）に示す電気的な交流電圧の変化Ｐ１〜Ｐ４に対して、図１３（ｂ）及び（ｃ）に示す機械的な振動の変化Ｐ１’〜Ｐ４’は所定の機械的応答遅れ時間を有している。また、振動の振幅は誇張して描かれている。
Also, the
Ａ相に対してＢ相の位相を約＋９０°遅らせて交流電圧を印加することによって、突起先端に図１３（ｂ）に示すような円運動が発生するので、図１３（ｂ）に示すＸ方向に推進力を得ることができることは、実施例１と同様である。また、Ａ相に対してＢ相の位相を約＋９０°進めて交流電圧を印加した場合は図１３（ｂ）と反対方向の円運動が発生するので逆方向の推力を得ることができることも、実施例１と同様である。更に、Ａ相に対してＢ相をほぼ位相差なく交流電圧を印加することによって、突起先端に図５に示すような縦長の楕円運動を発生させ、非常に低速で移動することができることも、実施例１と同様である。 By applying an AC voltage by delaying the phase of the B phase with respect to the A phase by about + 90 °, a circular motion as shown in FIG. 13B is generated at the tip of the protrusion, so that the X shown in FIG. The driving force can be obtained in the same direction as in the first embodiment. In addition, when an AC voltage is applied by advancing the phase of the B phase by about + 90 ° with respect to the A phase, a circular motion in the opposite direction to that in FIG. The same as in the first embodiment. Furthermore, by applying an alternating voltage with substantially no phase difference between the B phase and the A phase, a vertically long elliptical motion as shown in FIG. 5 is generated at the tip of the protrusion, and it can move at a very low speed. The same as in the first embodiment.
以下、本発明の効果を説明するために、実施例２の超音波モータ２０と従来の超音波モータ６００について、図１３と図２２を参照して比較する。従来の超音波モータでは長辺Ｄ１方向（図２２において矢印Ｘ方向）に進行しているのに対して、実施例２では、従来例の進行方向Ｄ１より短い辺Ｄ１方向（図１３において矢印Ｘ方向）に進行できる。このため、超音波モータ２０の進行方向の寸法を短縮することができる。
Hereinafter, in order to explain the effect of the present invention, the
ここで、図１１と図２１を比較すると、実施例２の圧電素子は従来の超音波モータの圧電素子より面積が小さくなっている。しかし、実施例２の超音波モータ２０は、振動板１１の圧電素子１２Ａ及び１２Ｂが貼り付けられた平面内の圧電素子１２Ａ及び１２Ｂに覆われた全領域の凸包絡の内側に圧電素子１２Ａ及び１２Ｂで覆われていない領域Ｒを有している。この結果、図１２で説明したように、各設計値を適切な値に設定することによって、より低い周波数で前述の第１の特徴を満足することができる。このため、辺Ｄ２方向のねじれ振動の２次の固有振動モードの共振周波数を適切な値に調整でき、従来の超音波モータに近い振動振幅（図１５において（i）及び（ii））が得られるため、従来の超音波モータに近い推進力を得ることができる。
Here, comparing FIG. 11 and FIG. 21, the piezoelectric element of Example 2 has a smaller area than the piezoelectric element of the conventional ultrasonic motor. However, the
以上説明した通り、実施例２の超音波モータは、前述の第１の特徴で説明した各設計値を適切な値に設定することによって、従来の超音波モータに対して振動振幅がほぼ同等となる。このため、ねじり中心軸と平行な方向である辺Ｄ１方向（図１３において矢印Ｘ方向）に進行することが可能である。この結果、推進力を大きく損なうことなく従来例より短い辺に沿って進行できるので、超音波モータの進行方向の寸法を短縮し、この超音波モータを用いることによって、駆動装置の小型化を達成することができる。 As described above, the ultrasonic motor according to the second embodiment has substantially the same vibration amplitude as that of the conventional ultrasonic motor by setting each design value described in the first feature to an appropriate value. Become. For this reason, it is possible to proceed in the side D1 direction (the arrow X direction in FIG. 13) which is a direction parallel to the torsional central axis. As a result, it is possible to travel along a shorter side than the conventional example without greatly impairing the propulsive force, so the size of the ultrasonic motor in the direction of travel is shortened, and by using this ultrasonic motor, the drive device can be downsized. can do.
なお、実施例２では、ねじり振動の２次の固有振動モードと曲げ振動の１次の固有振動モードを組み合わせた例を示したが、上述の特徴を満足していれば、高次の固有振動モードを組み合わせても同様の効果を得ることができる。 In the second embodiment, an example in which the second-order natural vibration mode of torsional vibration and the first-order natural vibration mode of bending vibration are combined has been described. However, if the above characteristics are satisfied, a higher-order natural vibration mode is shown. Even if the modes are combined, the same effect can be obtained.
なお、実施例２の超音波モータを利用して実施例１の図６や図７に示すような構成を取ることによって、リニア駆動装置やレンズ駆動装置においても同様の効果を得ることができる。 By using the ultrasonic motor of the second embodiment and adopting the configuration shown in FIGS. 6 and 7 of the first embodiment, the same effect can be obtained in the linear driving device and the lens driving device.
なお、摩擦部材が固定された振動板に沿って移動する構成であってもよいこと、圧電素子は一体でもよいことは実施例１と同様である。また、連結部は振動板と圧電素子の振動にほとんど影響を与えないという条件を満たせば、振動板や圧電素子のいずれの部分に設けてもよいこと、及び、突起は圧電素子に接着によって、貼り付けてもよいことも実施例１と同様である。 It is to be noted that the configuration may be such that the friction member moves along a fixed diaphragm, and the piezoelectric element may be integrated as in the first embodiment. Further, if the connecting portion satisfies the condition that it hardly affects the vibration of the diaphragm and the piezoelectric element, it may be provided in any part of the diaphragm or the piezoelectric element, and the protrusion is bonded to the piezoelectric element. Similar to the first embodiment, it may be pasted.
（実施例３）
以下、発明を実施するための実施例３について説明する。
(Example 3)
A third embodiment for carrying out the invention will be described below.
図１４は、実施例３の超音波モータの構成を説明するための図であって、それぞれの図の意味は実施例１を説明する図１と同様である。図示のような振動板２１と圧電素子２２Ａ及び２２Ｂと突起２１ａ及び２１ｂによって、超音波モータ３０が構成されている。また、図１４（ｅ）には振動板２１と圧電素子２２Ａ及び２２Ｂと突起２１ａ及び２１ｂが一体となった状態の辺Ｄ２方向のねじり振動の２次の固有振動モードと辺Ｄ１方向の曲げ振動の１次の固有振動モードそれぞれの節及び腹が一点鎖線で図示されている。
FIG. 14 is a diagram for explaining the configuration of the ultrasonic motor according to the third embodiment, and the meanings of the respective drawings are the same as those in FIG. 1 for explaining the first embodiment. The
それぞれの図の意味は実施例２の図１１と同様である。振動板２１の圧電素子２２Ａ及び２２Ｂが貼り付けられた平面内の圧電素子２２Ａ及び２２Ｂに覆われた全領域の凸包絡の内側に圧電素子２２Ａ及び２２Ｂで覆われていない領域Ｒを有している点も同様である。図１４において、圧電素子２２Ａ及び２２Ｂに覆われた全領域の凸包絡とは、圧電素子２２Ａ及び２２Ｂを包括する長方形（頂点ｘ１〜ｘ４を結ぶ長方形）の領域であって、その内部に圧電素子２２Ａ及び２２Ｂで覆われていない領域Ｒを有しているといえる。振動板２１の面が露出した領域Ｒは、圧電素子２２Ａと２２Ｂの間に幅Ｗで形成されている。
The meaning of each figure is the same as that of FIG. The
ここで、連結部２１ｃ及び２１ｄは、振動板２１と圧電素子２２Ａ及び２２Ｂの振動において変位が少ない部分に設けられていればよいので、振動の節の位置に限定されないことも実施例２と同様である。
Here, since the connecting
以下実施例３の固有振動モードと突起の配置に関する３つの特徴を説明する。 Hereinafter, the three characteristics regarding the natural vibration mode and the arrangement of the protrusions of the third embodiment will be described.
第１の特徴は、ねじり振動の２次の固有振動モードの共振周波数に一致する又は隣り合う共振周波数となる固有振動モードは、ねじり振動の２次の固有振動モードのねじり中心軸Ｍａ１に直交する方向の曲げ振動の１次の固有振動モードであることである。これについては実施例２と同様である。前述の各設計値が適切な値に設定されることによって、より低い共振周波数で第１の特徴を満たすことができ、より低い共振周波数で第１の特徴を満たすことは超音波モータの小型化にとってメリットとなることも実施例２と同様である。 The first feature is that the natural vibration mode that coincides with or is adjacent to the resonance frequency of the secondary natural vibration mode of torsional vibration is orthogonal to the torsion center axis Ma1 of the secondary natural vibration mode of torsional vibration. This is a first-order natural vibration mode of direction bending vibration. This is the same as in the second embodiment. By setting each of the aforementioned design values to appropriate values, the first feature can be satisfied at a lower resonance frequency, and satisfying the first feature at a lower resonance frequency can reduce the size of the ultrasonic motor. It is the same as in the second embodiment that it is advantageous for the user.
第２の特徴は、図１４（ｅ）に示すように、突起２１ａ及び２１ｂはねじり振動の２次の固有振動モードのねじり中心軸Ｍａ１と直交する方向の節Ｍｂ１及び腹Ｍｂ２、Ｍｂ３のうち、節Ｍｂ１より腹Ｍｂ３に近い位置に設けられていることである。これについても実施例２と同様である。
As shown in FIG. 14 (e), the second feature is that the
第３の特徴は、図１４（ｅ）の通り、突起２１ａ及び２１ｂは曲げ振動の１次の固有振動モードの節Ｎａ１及び腹Ｎａ２のうち、腹Ｎａ２より節Ｎａ１に近い位置に設けられていることである。これについては実施例２と異なる。
The third feature is that, as shown in FIG. 14 (e), the
図１５はＡ相に対してＢ相の位相を約＋９０°遅らせて交流電圧を印加した場合の振動の状態を示す図であって、実施例２の図１３に相当する図である。図１５（ａ）は、圧電素子のＡ相とＢ相に印加される交流電圧の変化を示し、図１５（ｃ）及び（ｄ）は図１４（ｃ）及び（ｄ）に対応した側面図、図１５（ｂ）は図１５（ｃ）のＡ−Ａ断面図であり、Ｐ１’からＰ４’へ向かって時間による振動の変化を示している。 FIG. 15 is a diagram illustrating a state of vibration when an AC voltage is applied while delaying the phase of the B phase by about + 90 ° with respect to the A phase, and corresponds to FIG. 13 of the second embodiment. FIG. 15A shows changes in the AC voltage applied to the A phase and the B phase of the piezoelectric element, and FIGS. 15C and 15D are side views corresponding to FIGS. 14C and 14D. FIG. 15B is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 15C, and shows a change in vibration with time from P1 ′ to P4 ′.
また、圧電素子２２Ａ及び２２Ｂ、連結部２１ｃ及び２１ｄは省略されている。ここで、図１５（ａ）に示す電気的な交流電圧の変化Ｐ１〜Ｐ４に対して、図１５（ｂ）乃至（ｄ）に示す機械的な振動の変化Ｐ１’〜Ｐ４’は所定の機械的応答遅れ時間を有している。また、振動の振幅は誇張して描かれている。
Further, the
Ａ相に対してＢ相の位相を約＋９０°遅らせて交流電圧を印加することによって、突起先端に図１５に示すような円運動が発生するので、図１５（ｂ）に示すＸ方向に推進力を得ることができることは、実施例１と同様である。また、Ａ相に対してＢ相の位相を約＋９０°進めて交流電圧を印加した場合は図１５と反対方向の円運動が発生するので逆方向の推力を得ることができることも、実施例１と同様である。更に、Ａ相に対してＢ相をほぼ位相差なく交流電圧を印加することによって、突起先端に図５に示すような縦長の楕円運動を発生させ、非常に低速で移動することができることも、実施例１と同様である。 By applying an alternating voltage with the B phase delayed by about + 90 ° with respect to the A phase, a circular motion as shown in FIG. 15 is generated at the tip of the protrusion, and thus propelled in the X direction shown in FIG. Similar to the first embodiment, the force can be obtained. Further, when an AC voltage is applied by advancing the phase of the B phase by about + 90 ° with respect to the A phase, a circular motion in the direction opposite to that in FIG. 15 occurs, so that a thrust in the opposite direction can be obtained. It is the same. Furthermore, by applying an alternating voltage with substantially no phase difference between the B phase and the A phase, a vertically long elliptical motion as shown in FIG. 5 is generated at the tip of the protrusion, and it can move at a very low speed. The same as in the first embodiment.
以下、本発明の効果を説明するために、実施例３の超音波モータ３０と従来の超音波モータ６００について、図１５と図２２を参照して比較する。従来の超音波モータでは長辺Ｄ１方向（図２２において矢印Ｘ方向）に進行しているのに対して、実施例３では、従来例の進行方向Ｄ１より短い辺Ｄ１方向（図１５において矢印Ｘ方向）に進行できる。このため、超音波モータの進行方向の寸法を短縮することができる。
Hereinafter, in order to explain the effect of the present invention, the
ここで、図１４と図２１を比較すると、実施例３の圧電素子は従来の超音波モータの圧電素子より面積が小さくなっている。しかし、実施例３の超音波モータ３０は、振動板２１の圧電素子２２Ａ及び２２Ｂが貼り付けられた平面内の圧電素子２２Ａ及び２２Ｂに覆われた全領域の凸包絡の内側に圧電素子２２Ａ及び２２Ｂで覆われていない領域Ｒを有している。
Here, comparing FIG. 14 with FIG. 21, the piezoelectric element of Example 3 has a smaller area than the piezoelectric element of the conventional ultrasonic motor. However, the
この結果、実施例２の図１２のとおり、前述の第１の特徴で説明した各設計値を適切な値に設定することができる。このため、辺Ｄ２方向のねじれ振動の２次の固有振動モードの共振周波数を適切な値に調整でき、従来の超音波モータに近い振動振幅（図１５において（i）及び（ii））が得られるため、従来の超音波モータに近い推進力を得ることができる。 As a result, each design value described in the first feature can be set to an appropriate value as shown in FIG. 12 of the second embodiment. For this reason, the resonance frequency of the secondary natural vibration mode of the torsional vibration in the direction of the side D2 can be adjusted to an appropriate value, and vibration amplitudes ((i) and (ii) in FIG. 15) close to those of the conventional ultrasonic motor are obtained. Therefore, a driving force close to that of a conventional ultrasonic motor can be obtained.
以上説明した通り、実施例３の超音波モータ３０は、前述の第１の特徴で説明した各設計値を適切な値に設定することによって、従来の超音波モータに対して振動振幅がほぼ同等となる。このため、ねじり中心軸と平行な方向である辺Ｄ１方向（図１５において矢印Ｘ方向）に進行することが可能である。この結果、推進力を大きく損なうことなく従来例より短い辺に沿って進行できるので、超音波モータの進行方向の寸法を短縮し、この超音波モータを用いることによって、駆動装置の小型化を達成することができる。
As described above, the
なお、実施例３では、ねじり振動の２次の固有振動モードと曲げ振動の１次の固有振動モードを組み合わせた例を示したが、上述の特徴を満足していれば、高次の固有振動モードを組み合わせても同様の効果を得ることができる。 In the third embodiment, an example in which the second-order natural vibration mode of torsional vibration and the first-order natural vibration mode of bending vibration are combined has been described. Even if the modes are combined, the same effect can be obtained.
実施例３の超音波モータ３０を利用して実施例１の図６や図７に示すような構成を取ることによって、リニア駆動装置やレンズ駆動装置においても同様の効果を得ることができる。
By adopting the configuration shown in FIGS. 6 and 7 of the first embodiment using the
また、摩擦部材が固定された振動板に沿って移動する構成であってもよいこと、圧電素子は一体でもよいことは実施例１と同様である。また、連結部は振動板と圧電素子の振動にほとんど影響を与えないという条件を満たせば、振動板や圧電素子のいずれの部分に設けてもよいこと、及び、突起は圧電素子に接着によって、貼り付けてもよいことも実施例１と同様である。 Further, as in the first embodiment, the configuration may be such that the friction member moves along a fixed diaphragm, and the piezoelectric element may be integrated. Further, if the connecting portion satisfies the condition that it hardly affects the vibration of the diaphragm and the piezoelectric element, it may be provided in any part of the diaphragm or the piezoelectric element, and the protrusion is bonded to the piezoelectric element. Similar to the first embodiment, it may be pasted.
（実施例４）
以下、発明を実施するための実施例４について説明する。
Example 4
A fourth embodiment for carrying out the invention will be described below.
図１６は、実施例４の超音波モータの構成を説明するための図であって、それぞれの図の意味は実施例１の図１と同様である。振動板３１の圧電素子３２Ａ及び３２Ｂが貼り付けられた平面内の圧電素子３２Ａ及び３２Ｂに覆われた全領域の凸包絡の内側に圧電素子３２Ａ及び３２Ｂで覆われていない領域Ｒを有している点も同様である。振動板３１の面が露出した領域Ｒは、圧電素子３２Ａと３２Ｂの間に幅Ｗで形成されている。
FIG. 16 is a diagram for explaining the configuration of the ultrasonic motor according to the fourth embodiment, and the meaning of each figure is the same as that of FIG. 1 according to the first embodiment. A region R not covered by the
図１６において、圧電素子３２Ａ及び３２Ｂに覆われた全領域の凸包絡とは、圧電素子３２Ａ及び３２Ｂを包括する長方形（頂点ｘ１〜ｘ４を結ぶ長方形）の領域であって、その内部に圧電素子３２Ａ及び３２Ｂで覆われていない領域Ｒを有しているといえる。図示のような振動板３１と圧電素子３２Ａ及び３２Ｂと突起３１ａによって、超音波モータ４０が構成されている。
In FIG. 16, the convex envelope of the entire area covered with the
図１６（ｅ）に振動板３１と圧電素子３２Ａ及び３２Ｂと突起３１ａが一体となった状態の辺Ｄ２方向の曲げ振動の２次の固有振動モードと辺Ｄ１方向の曲げ振動の１次の固有振動モードそれぞれの節及び腹が一点鎖線で図示されている。また、図１６（ｆ）は辺Ｄ２方向の曲げ振動の２次の固有振動モードを矢印ｄ２方向から見た図を、図１６（ｇ）は辺Ｄ１方向の曲げ振動の１次の固有振動モードを矢印ｄ１方向から見た図をそれぞれ示している。
FIG. 16E shows the secondary natural vibration mode of the bending vibration in the side D2 direction and the primary natural characteristic of the bending vibration in the side D1 direction in the state where the
なお、図１６（ｆ）及び（ｇ）において突起３１ａ、連結部３１ｃ及び３１ｄ、並びに圧電素子３２Ａ及び３２Ｂは省略されている。図１６（ｅ）において、Ｍｂ１は曲げ振動の２次の固有振動モードの腹を示している。Ｍｂ２及びＭｂ３は曲げ振動の２次の固有振動モードの節を示している。Ｎａ１は曲げ振動の１次の固有振動モードの節を示している。Ｎａ２は曲げ振動の１次の固有振動モードの腹を示している。
In FIGS. 16F and 16G, the
ここで、連結部３１ｃ及び３１ｄが設けられている部分は、曲げ振動の２次の固有振動モードの節であるＭｂ２及びＭｂ３、又は、曲げ振動の１次の固有振動モードの節であるＮａ１の近傍であれば、図１６の位置に限定されることはない。更に、連結部３１ｃ及び３１ｄは振動板３１と圧電素子３２Ａ及び３２Ｂの振動において変位が少ない部分に設けられていればよいので振動の節の位置に限定されない。
Here, the portions where the connecting
以下、実施例４の固有振動モードと突起の配置に関する３つの特徴を説明する。 Hereinafter, three characteristics regarding the natural vibration mode and the arrangement of the protrusions according to the fourth embodiment will be described.
第１の特徴は、曲げ振動の２次の固有振動モードの共振周波数に一致する、または隣り合う共振周波数となる固有振動モードは、曲げ振動の２次の固有振動モードの方向と直交する方向の曲げ振動の１次の固有振動モードであることである。これは以下の各設計値が適切な値に設定されているためである。各設計値とは、辺Ｄ１方向と辺Ｄ２方向の寸法、振動板３１の圧電素子３２Ａ及び３２Ｂが貼り付けられた平面内の圧電素子３２Ａ及び３２Ｂに覆われた全領域の凸包絡の内側の圧電素子３２Ａ及び３２Ｂで覆われていない領域Ｒの寸法である。更に、振動板３１と圧電素子３２Ａ及び３２Ｂの厚さ、振動板３１と圧電素子３２Ａ及び３２Ｂの剛性である。なお、これら各設計値の適切な値の組合せは一通りではなく、さまざまな組合せを設定することができる。
The first feature is that the natural vibration mode that coincides with or is adjacent to the resonance frequency of the secondary natural vibration mode of the bending vibration has a direction orthogonal to the direction of the secondary natural vibration mode of the bending vibration. This is a first-order natural vibration mode of bending vibration. This is because the following design values are set to appropriate values. Each design value is the dimension in the direction of the side D1 and the side D2, the inside of the convex envelope of the entire region covered with the
図１７はその一例を説明するための図である。図１７（ａ）及び（ｂ）は超音波モータの小型化のために従来の超音波モータに対して、振動板と圧電素子のＤ１寸法を小さくした例である。図１７において（ａ−１）及び（ｂ−１）は平面図、（ａ−２）及び（ｂ−２）は左からみた側面図、（ａ−３）及び（ｂ−３）は下方からみた側面図である。図１７（ａ）は従来例と同様に振動板のほぼ全面を圧電素子が覆っている。これに対し、図１７（ｂ）は図１に示した実施例１の超音波モータであって、振動板の圧電素子が貼り付けられた平面内の圧電素子に覆われた全領域の凸包絡の内側に圧電素子で覆われていない領域Ｒを有している。 FIG. 17 is a diagram for explaining an example thereof. FIGS. 17A and 17B are examples in which the D1 dimensions of the diaphragm and the piezoelectric element are reduced compared to a conventional ultrasonic motor in order to reduce the size of the ultrasonic motor. 17, (a-1) and (b-1) are plan views, (a-2) and (b-2) are side views as viewed from the left, and (a-3) and (b-3) are from below. FIG. In FIG. 17A, the piezoelectric element covers almost the entire surface of the diaphragm as in the conventional example. On the other hand, FIG. 17B is the ultrasonic motor of the first embodiment shown in FIG. 1, and the convex envelope of the entire region covered with the piezoelectric element in the plane on which the piezoelectric element of the diaphragm is attached. The region R is not covered with the piezoelectric element.
（ａ−４）及び（ｂ−４）は辺Ｄ２方向の曲げ振動の２次の固有振動モードを（ａ−２）及び（ｂ−２）と同じ方向から示した概念図である。（ａ−５）及び（ｂ−５）は辺Ｄ１方向の曲げ振動の１次の固有振動モードを（ａ−３）及び（ｂ−３）と同じ方向から示した概念図である。 (A-4) and (b-4) are conceptual diagrams showing secondary natural vibration modes of bending vibration in the direction of the side D2 from the same direction as (a-2) and (b-2). (A-5) and (b-5) are conceptual diagrams showing primary natural vibration modes of bending vibration in the direction of the side D1 from the same direction as (a-3) and (b-3).
（ａ−６）及び（ｂ−６）は辺Ｄ２方向の曲げ振動の２次の固有振動モードを示した斜視図であり、（ａ−７）及び（ｂ−７）は辺Ｄ１方向の曲げ振動の１次の固有振動モードを示した斜視図である。いずれも変形量は誇張して描かれており、辺Ｄ２と辺Ｄ１は直交している。辺Ｄ２方向の曲げ振動の２次の固有振動モードの共振周波数に一致する又は隣り合う共振周波数となる固有振動モードは、辺Ｄ１方向の曲げ振動の１次の固有振動モードとなっており、第一の特徴を満たすように、前述の各設計値が適切な値に設定されている。 (A-6) and (b-6) are perspective views showing a secondary natural vibration mode of bending vibration in the direction of the side D2, and (a-7) and (b-7) are bending in the direction of the side D1. It is the perspective view which showed the primary natural vibration mode of the vibration. In both cases, the deformation amount is exaggerated, and the side D2 and the side D1 are orthogonal to each other. The natural vibration mode having a resonance frequency that matches or is adjacent to the resonance frequency of the secondary natural vibration mode of the bending vibration in the side D2 direction is the primary natural vibration mode of the bending vibration in the side D1 direction. Each design value described above is set to an appropriate value so as to satisfy one feature.
ここで図１７（ａ）及び（ｂ）の辺Ｄ２方向の曲げ剛性と辺Ｄ１方向の曲げ剛性をそれぞれ比較すると、いずれも図１７（ｂ）の方が剛性が低いため、共振周波数の絶対値はいずれも図１７（ｂ）の方が低い。一般的に、振動体のサイズが同等であれば、共振周波数が低い方が振動振幅が大きいので、より低い共振周波数で第一の特徴を満たすことができれば、超音波モータを小型化してもほぼ同等の振動振幅を得ることができる。従って、より低い共振周波数で第一の特徴を満たすことは超音波モータの小型化にとってメリットとなる。 Here, when the bending stiffness in the direction of the side D2 and the bending stiffness in the direction of the side D1 in FIGS. 17A and 17B are compared with each other, since the stiffness in FIG. 17B is lower, the absolute value of the resonance frequency. Are lower in FIG. 17B. Generally, if the size of the vibrating body is the same, the vibration amplitude is larger when the resonance frequency is lower. Therefore, if the first feature can be satisfied at a lower resonance frequency, the ultrasonic motor can be reduced in size. Equivalent vibration amplitude can be obtained. Therefore, satisfying the first characteristic at a lower resonance frequency is advantageous for miniaturization of the ultrasonic motor.
第２の特徴は、図１６（ｅ）に示すように、突起３１ａは曲げ振動の２次の固有振動モードの節Ｍｂ２及びＭｂ３並びに腹Ｍｂ１のうち、腹Ｍｂ１より節Ｍｂ３に近い位置に設けられていることである。
The second feature is that, as shown in FIG. 16 (e), the
第３の特徴は、図１６（ｅ）に示すように、突起３１ａは曲げ振動の１次の固有振動モードの節Ｎａ１及び腹Ｎａ２のうち、節Ｎａ１より腹Ｎａ２に近い位置に設けられていることである。
As shown in FIG. 16 (e), the third feature is that the
図１８はＡ相に対してＢ相の位相を約＋９０°遅らせて交流電圧を印加した場合の振動の状態を示す図であって、実施例１の図４に相当する図である。図１８（ａ）は、圧電素子のＡ相とＢ相に印加される交流電圧の変化を示し、図１８（ｂ）は図１６の（ｂ）に対応した正面図、図１８（ｃ）は図１６（ｃ）に対応した側面図であり、Ｐ１’からＰ４’へ向かって時間による振動の変化を示している。また、圧電素子３２Ａ及び３２Ｂ、連結部３１ｃ及び３１ｄは省略されている。ここで、図１８（ａ）に示す電気的な交流電圧の変化Ｐ１〜Ｐ４に対して、図１８（ｂ）及び（ｃ）に示す機械的な振動の変化Ｐ１’〜Ｐ４’は所定の機械的応答遅れ時間を有している。また、振動の振幅は誇張して描かれている。
FIG. 18 is a diagram illustrating a state of vibration when an AC voltage is applied while delaying the phase of the B phase by about + 90 ° with respect to the A phase, and corresponds to FIG. 4 of the first embodiment. 18A shows changes in the AC voltage applied to the A phase and B phase of the piezoelectric element, FIG. 18B is a front view corresponding to FIG. 16B, and FIG. It is a side view corresponding to FIG.16 (c), and has shown the change of the vibration by time toward P4 'from P1'. Further, the
Ａ相に対してＢ相の位相を約＋９０°遅らせて交流電圧を印加することによって、突起先端に図１８に示すような円運動が発生するので、図示Ｘ方向に推進力を得ることができることは、実施例１と同様である。また、Ａ相に対してＢ相の位相を約＋９０°進めて交流電圧を印加した場合は図１８と反対方向の円運動が発生するので逆方向の推力を得ることができることも、実施例１と同様である。更に、Ａ相に対してＢ相をほぼ位相差なく交流電圧を印加することによって、突起先端に図５に示すような縦長の楕円運動を発生させ、非常に低速で移動することができることも、実施例１と同様である。 By applying an AC voltage by delaying the phase of the B phase by about + 90 ° with respect to the A phase, a circular motion as shown in FIG. 18 is generated at the tip of the protrusion, so that a propulsive force can be obtained in the X direction shown in the figure. These are the same as in Example 1. Further, when an AC voltage is applied by advancing the phase of the B phase by about + 90 ° with respect to the A phase, a circular motion in the direction opposite to that in FIG. 18 occurs, so that a thrust in the opposite direction can be obtained. It is the same. Furthermore, by applying an alternating voltage with substantially no phase difference between the B phase and the A phase, a vertically long elliptical motion as shown in FIG. 5 is generated at the tip of the protrusion, and it can move at a very low speed. The same as in the first embodiment.
以下、本発明の効果を説明するために、実施例４の超音波モータ４０と従来の超音波モータ６００について、図１８と図２２を参照して比較する。従来の超音波モータでは長辺Ｄ１方向（図２２において矢印Ｘ方向）に進行しているのに対して、実施例４では、従来例の進行方向Ｄ１より短い辺Ｄ２方向（図１８において矢印Ｘ方向）に進行できる。このため、超音波モータの進行方向の寸法を短縮することができる。
Hereinafter, in order to explain the effect of the present invention, the
ここで、図１６と図２１を比較すると、実施例４の圧電素子は従来の超音波モータの圧電素子より面積が小さくなっている。しかし、本実施例の超音波モータ４０は、振動板３１の圧電素子３２Ａ及び３２Ｂが貼り付けられた平面内の圧電素子３２Ａ及び３２Ｂに覆われた全領域の凸包絡の内側に圧電素子３２Ａ及び３２Ｂで覆われていない領域Ｒを有している。
Here, comparing FIG. 16 with FIG. 21, the piezoelectric element of Example 4 has a smaller area than the piezoelectric element of the conventional ultrasonic motor. However, the
この結果、図１７で説明したように、各設計値を適切な値に設定することによって、より低い周波数で前述の第一の特徴を満足することができる。このため、辺Ｄ２方向の曲げ振動の２次の固有振動モードの共振周波数を適切な値に調整でき、従来の超音波モータに近い振動振幅（図１８において（i）及び（ii））が得られるため、従来の超音波モータに近い推進力を得ることができる。 As a result, as described with reference to FIG. 17, the first feature described above can be satisfied at a lower frequency by setting each design value to an appropriate value. Therefore, the resonance frequency of the secondary natural vibration mode of the bending vibration in the direction of the side D2 can be adjusted to an appropriate value, and vibration amplitudes ((i) and (ii) in FIG. 18) close to those of the conventional ultrasonic motor are obtained. Therefore, a driving force close to that of a conventional ultrasonic motor can be obtained.
以上説明した通り、実施例４の超音波モータは、前述の第１の特徴で説明した各設計値を適切な値に設定することによって、従来の超音波モータに対して振動振幅がほぼ同等となる。このため、辺Ｄ２方向（図１８において矢印Ｘ方向）に進行することが可能である。この結果、推進力を大きく損なうことなく従来例より短い辺に沿って進行できるので、超音波モータの進行方向の寸法を短縮し、この超音波モータを用いることによって、駆動装置の小型化を達成することができる。 As described above, the ultrasonic motor of the fourth embodiment has substantially the same vibration amplitude as that of the conventional ultrasonic motor by setting each design value described in the first feature to an appropriate value. Become. For this reason, it is possible to proceed in the direction of the side D2 (the arrow X direction in FIG. 18). As a result, it is possible to travel along a shorter side than the conventional example without greatly impairing the propulsive force, so the size of the ultrasonic motor in the direction of travel is shortened, and by using this ultrasonic motor, the drive device can be downsized. can do.
なお、実施例４では曲げ振動の２次の固有振動モードと曲げ振動の１次の固有振動モードを組み合わせた例を示したが、上述の特徴を満足していれば、高次の固有振動モードを組み合わせても同様の効果を得ることができる。 In the fourth embodiment, an example in which the second-order natural vibration mode of bending vibration and the first-order natural vibration mode of bending vibration are combined has been described. However, if the above characteristics are satisfied, a higher-order natural vibration mode is used. The same effect can be obtained even if they are combined.
また、実施例４の超音波モータを利用して実施例１の図６や図７に示すような構成を取ることによって、リニア駆動装置やレンズ駆動装置においても同様の効果を得ることができる。 Further, by using the ultrasonic motor of the fourth embodiment and adopting the configuration as shown in FIGS. 6 and 7 of the first embodiment, the same effect can be obtained in the linear drive device and the lens drive device.
摩擦部材が固定された振動板に沿って移動する構成であってもよい。また、圧電素子は一体でもよい。連結部は振動板と圧電素子の振動にほとんど影響を与えないという条件を満たせば、振動板や圧電素子のいずれの部分に設けてもよい。更に、突起は圧電素子に接着によって、貼り付けてもよい。これらは実施例１と同様である。 The structure which moves along the diaphragm with which the friction member was fixed may be sufficient. The piezoelectric element may be integrated. The connecting portion may be provided in any part of the diaphragm and the piezoelectric element as long as the condition that hardly affects the vibration of the diaphragm and the piezoelectric element is satisfied. Further, the protrusion may be attached to the piezoelectric element by adhesion. These are the same as in the first embodiment.
（実施例５）
以下、発明を実施するための実施例５について説明する。
(Example 5)
A fifth embodiment for carrying out the invention will be described below.
図１９は、実施例５の超音波モータの構成を説明するための図であって、それぞれの図の意味は実施例１の図１と同様である。図示のような振動板４１と圧電素子４２Ａ及び４２Ｂと突起４１ａ及び４１ｂによって、超音波モータ５０が構成されている。また、図１９（ｅ）に振動板４１と圧電素子４２Ａ及び４２Ｂと突起４１ａ及び４１ｂが一体となった状態の辺Ｄ２方向の曲げ振動の２次の固有振動モードと辺Ｄ１方向の曲げ振動の１次の固有振動モードそれぞれの節及び腹が一点鎖線で図示されている。
FIG. 19 is a diagram for explaining the configuration of the ultrasonic motor according to the fifth embodiment. The meaning of each figure is the same as that of FIG. 1 according to the first embodiment. The
それぞれの図の意味は実施例１の図１と同様である。振動板４１の圧電素子４２Ａ及び４２Ｂが貼り付けられた平面内の圧電素子４２Ａ及び４２Ｂに覆われた全領域の凸包絡の内側に圧電素子４２Ａ及び４２Ｂで覆われていない領域Ｒを有している点も同様である。図１９において、圧電素子４２Ａ及び４２Ｂに覆われた全領域の凸包絡とは、圧電素子４２Ａ及び４２Ｂを包括する長方形（頂点ｘ１〜ｘ４を結ぶ長方形）の領域であって、その内部に圧電素子４２Ａ及び４２Ｂで覆われていない領域Ｒを有しているといえる。振動板４１の面が露出した領域Ｒは、圧電素子４２Ａと４２Ｂの間に幅Ｗで形成されている。
The meaning of each figure is the same as that of FIG. A region R that is not covered with the
ここで、連結部４１ｃ及び４１ｄが設けられている部分は、振動板４１と圧電素子４２Ａ及び４２Ｂの振動において変位が少ない部分に設けられていればよいので振動の節の位置に限定されないことも実施例４と同様である。
Here, the portion where the connecting
以下、実施例５の固有振動モードと突起の配置に関する３つの特徴を説明する。 Hereinafter, three characteristics regarding the natural vibration mode and the arrangement of the protrusions according to the fifth embodiment will be described.
第１の特徴は、曲げ振動の２次の固有振動モードの共振周波数に一致する又は隣り合う共振周波数となる固有振動モードは、曲げ振動の２次の固有振動モードと直交する方向の曲げ振動の１次の固有振動モードであることである。これについては実施例４と同様である。前述の各設計値が適切な値に設定されることによって、より低い共振周波数で第１の特徴を満たすことができ、より低い共振周波数で第１の特徴を満たすことは超音波モータの小型化にとってメリットとなることも実施例４と同様である。 The first feature is that the natural vibration mode corresponding to or adjacent to the resonance frequency of the secondary natural vibration mode of the bending vibration is the bending vibration in the direction orthogonal to the secondary natural vibration mode of the bending vibration. The first natural vibration mode. This is the same as in the fourth embodiment. By setting each of the aforementioned design values to appropriate values, the first feature can be satisfied at a lower resonance frequency, and satisfying the first feature at a lower resonance frequency can reduce the size of the ultrasonic motor. It is the same as in the fourth embodiment that it is advantageous for the user.
第２の特徴は、図１９（ｅ）に示すように、突起４１ａ及び４１ｂは曲げ振動の２次の固有振動モードの節Ｍｂ２及びＭｂ３並びに腹Ｍｂ１のうち、節Ｍｂ２及びＭｂ３より腹Ｍｂ１に近い位置に設けられていることである。
As shown in FIG. 19E, the second feature is that the
第３の特徴は、図１９（ｅ）の通り、突起４１ａ及び４１ｂは曲げ振動の１次の固有振動モードの節Ｎａ１及び腹Ｎａ２のうち、腹Ｎａ２より節Ｎａ１に近い位置に設けられていることである。
The third feature is that, as shown in FIG. 19 (e), the
図２０はＡ相に対してＢ相の位相を約＋９０°遅らせて交流電圧を印加した場合の振動の状態を示す図であって、実施例４の図１８に相当する図である。（ａ）は、圧電素子のＡ相とＢ相に印加される交流電圧の変化を示し、図２０（ｂ）及び（ｃ）は図１９（ｂ）及び（ｃ）に対応した側面図であり、Ｐ１’からＰ４’へ向かって時間による振動の変化を示している。また、圧電素子４２Ａ及び４２Ｂ、連結部４１ｃ及び４１ｄは省略されている。ここで、（ａ）に示す電気的な交流電圧の変化Ｐ１〜Ｐ４に対して、図２０（ｂ）及び（ｃ）に示す機械的な振動の変化Ｐ１’〜Ｐ４’は所定の機械的応答遅れ時間を有している。また、振動の振幅は誇張して描かれている。
FIG. 20 is a diagram illustrating a state of vibration when an AC voltage is applied while delaying the phase of the B phase by about + 90 ° with respect to the A phase, and corresponds to FIG. 18 of the fourth embodiment. (A) shows the change of the alternating voltage applied to the A phase and B phase of a piezoelectric element, FIG.20 (b) and (c) are side views corresponding to FIG.19 (b) and (c). , P1 ′ to P4 ′ show changes in vibration over time. Further, the
Ａ相に対してＢ相の位相を約＋９０°遅らせて交流電圧を印加することによって、突起先端に図２０に示すような円運動が発生するので、図２０に示すＸ方向に推進力を得ることができることは、実施例１と同様である。また、Ａ相に対してＢ相の位相を約＋９０°進めて交流電圧を印加した場合は図２０と反対方向の円運動が発生するので逆方向の推力を得ることができることも、実施例１と同様である。更に、Ａ相に対してＢ相をほぼ位相差なく交流電圧を印加することによって、突起先端に図５に示すような縦長の楕円運動を発生させ、非常に低速で移動することができることも、実施例１と同様である。 By applying an AC voltage by delaying the phase of the B phase by about + 90 ° with respect to the A phase, a circular motion as shown in FIG. 20 is generated at the tip of the protrusion, so that a propulsive force is obtained in the X direction shown in FIG. This is possible as in the first embodiment. Further, when an AC voltage is applied by advancing the phase of the B phase by about + 90 ° with respect to the A phase, a circular motion in the direction opposite to that in FIG. 20 is generated, so that a thrust in the opposite direction can be obtained. It is the same. Furthermore, by applying an alternating voltage with substantially no phase difference between the B phase and the A phase, a vertically long elliptical motion as shown in FIG. 5 is generated at the tip of the protrusion, and it can move at a very low speed. The same as in the first embodiment.
以下、本発明の効果を説明するために、実施例５の超音波モータ５０と従来の超音波モータ６００について、図２０と図２２を参照して比較する。従来の超音波モータでは長辺Ｄ１方向（図２２において矢印Ｘ方向）に進行しているのに対して、実施例５では、従来例の進行方向Ｄ１より短い辺Ｄ２方向（図２０において矢印Ｘ方向）に進行できる。このため、超音波モータの進行方向の寸法を短縮することができる。
Hereinafter, in order to explain the effect of the present invention, the
ここで、図１９と図２１を比較すると、実施例５の圧電素子は従来の超音波モータの圧電素子より面積が小さくなっている。しかし、実施例５の超音波モータ５０は、振動板４１の圧電素子４２Ａ及び４２Ｂが貼り付けられた平面内の圧電素子４２Ａ及び４２Ｂに覆われた全領域の凸包絡の内側に圧電素子４２Ａ及び４２Ｂで覆われていない領域Ｒを有している。この結果、実施例４の図１７のとおり、前述の第１の特徴で説明した各設計値を適切な値に設定することができる。このため、辺Ｄ２方向の曲げ振動の２次の固有振動モードの共振周波数を適切な値に調整でき、従来の超音波モータに近い振動振幅（図２０において（i）及び（ii））が得られるため、従来の超音波モータに近い推進力を得ることができる。
Here, comparing FIG. 19 and FIG. 21, the piezoelectric element of Example 5 has a smaller area than the piezoelectric element of the conventional ultrasonic motor. However, the
以上説明した通り、実施例５の超音波モータは、前述の第１の特徴で説明した各設計値を適切な値に設定することによって、従来の超音波モータに対して振動振幅がほぼ同等となる。このため、辺Ｄ２方向（図２０において矢印Ｘ方向）に進行することが可能である。この結果、推進力を大きく損なうことなく従来例より短い辺に沿って進行できるので、超音波モータの進行方向の寸法を短縮し、この超音波モータを用いることによって、駆動装置の小型化を達成することができる。 As described above, the ultrasonic motor of the fifth embodiment has substantially the same vibration amplitude as that of the conventional ultrasonic motor by setting each design value described in the first feature to an appropriate value. Become. For this reason, it is possible to proceed in the direction of the side D2 (arrow X direction in FIG. 20). As a result, it is possible to travel along a shorter side than the conventional example without greatly impairing the propulsive force, so the size of the ultrasonic motor in the direction of travel is shortened, and by using this ultrasonic motor, the drive device can be downsized. can do.
なお、実施例５では曲げ振動の２次の固有振動モードと曲げ振動の１次の固有振動モードを組み合わせた例を示したが、上述の特徴を満足していれば、高次の固有振動モードを組み合わせても同様の効果を得ることができる。 In the fifth embodiment, an example in which the second-order natural vibration mode of bending vibration and the first-order natural vibration mode of bending vibration are combined has been described. However, if the above characteristics are satisfied, a higher-order natural vibration mode may be used. The same effect can be obtained even if they are combined.
また、実施例５の超音波モータを利用して実施例１の図６や図７に示すような構成を取ることによって、リニア駆動装置やレンズ駆動装置においても同様の効果を得ることができる。 Further, by using the ultrasonic motor of the fifth embodiment and adopting the configuration shown in FIGS. 6 and 7 of the first embodiment, the same effect can be obtained also in the linear driving device and the lens driving device.
摩擦部材が固定された振動板に沿って移動する構成であってもよいこと、圧電素子は一体でもよいことは実施例１と同様である。また、連結部は振動板と圧電素子の振動にほとんど影響を与えないという条件を満たせば、振動板や圧電素子のいずれの部分に設けてもよいこと、及び、突起は圧電素子に接着によって、貼り付けてもよいことも実施例１と同様である。 The configuration may be such that the friction member moves along a fixed diaphragm, and the piezoelectric element may be integrated, as in the first embodiment. Further, if the connecting portion satisfies the condition that it hardly affects the vibration of the diaphragm and the piezoelectric element, it may be provided in any part of the diaphragm or the piezoelectric element, and the protrusion is bonded to the piezoelectric element. Similar to the first embodiment, it may be pasted.
以上説明した実施例１乃至５において、圧電素子で覆われていない領域Ｒは、振動板のいずれかの辺と平行に延在している。また、振動板のいずれかの辺と平行な直線に関して線対称となっている。 In the first to fifth embodiments described above, the region R not covered with the piezoelectric element extends in parallel with any side of the diaphragm. Further, it is line symmetric with respect to a straight line parallel to any side of the diaphragm.
本発明は、小型軽量かつ広い駆動速度レンジが要求される電子機器、特にレンズ駆動装置等に利用可能である。 The present invention can be used for electronic devices that are required to be small and light and have a wide driving speed range, in particular, lens driving devices and the like.
１，１１，２１，３１，４１ 振動板
１ａ，１１ａ，２１ａ，２１ｂ、３１ａ，４１ａ，４１ｂ 突起
２Ａ，２Ｂ，１２Ａ，１２Ｂ，２２Ａ，２２Ｂ，３２Ａ，３２Ｂ，４２Ａ，４２Ｂ
圧電素子
Ｒ 圧電素子で覆われていない領域
１０，２０，３０，４０，５０ 超音波モータ
1,11,21,31,41
Piezoelectric
Claims (19)
前記振動板の前記面に貼り付けられ、高周波振動する圧電素子と、
前記振動板または前記圧電素子に設けられた突起と、
前記振動板の前記圧電素子が貼り付けられた前記面内の前記圧電素子に覆われた全領域の凸包絡の内側に前記圧電素子で覆われていない領域を
有することを特徴とする超音波モータ。 A diaphragm having a rectangular surface;
A piezoelectric element that is attached to the surface of the diaphragm and vibrates at a high frequency;
A protrusion provided on the diaphragm or the piezoelectric element;
An ultrasonic motor having a region not covered with the piezoelectric element inside a convex envelope of an entire region covered with the piezoelectric element within the surface to which the piezoelectric element is attached of the diaphragm. .
前記振動板のいずれかの辺と平行に延在することを特徴とする請求項１に記載の超音波モータ。 The area of the diaphragm that is not covered with the piezoelectric element is inside the convex envelope of the entire area covered with the piezoelectric element within the surface of the diaphragm on which the piezoelectric element is attached. The ultrasonic motor according to claim 1, wherein the ultrasonic motor extends in parallel with the ultrasonic motor.
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波モータ。 The ultrasonic motor according to claim 1, comprising two or more piezoelectric elements.
ねじり振動の固有振動モードの共振周波数に一致する、または最も近い共振周波数となる固有振動モードは、前記ねじり振動の固有振動モードのねじり中心軸に平行な方向の曲げ振動の固有振動モードであり、
前記ねじり振動の固有振動モードの前記ねじり中心軸と直交する方向の節及び腹のうち、節より腹に近い位置であって、前記曲げ振動の固有振動モードの節及び腹のうち、節より腹に近い位置に前記突起が設けられている
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波モータ。 Regarding the natural vibration mode in which the diaphragm, the piezoelectric element, and the protrusion are integrated,
The natural vibration mode corresponding to or closest to the resonance frequency of the natural vibration mode of the torsional vibration is a natural vibration mode of bending vibration in a direction parallel to the torsional central axis of the natural vibration mode of the torsional vibration,
Of the nodes and antinodes of the natural vibration mode of the torsional vibration in the direction perpendicular to the torsional central axis, the position is closer to the antinodes than the nodes, and the nodes and antinodes of the natural vibration mode of the bending vibration are antinodes of the nodes. The ultrasonic motor according to claim 1, wherein the protrusion is provided at a position close to.
前記曲げ振動の固有振動モードは、曲げ振動の１次の固有振動モードである
ことを特徴とする請求項４に記載の超音波モータ。 The natural vibration mode of the torsional vibration is a secondary natural vibration mode of torsional vibration, and the natural vibration mode of the bending vibration is a primary natural vibration mode of bending vibration. The described ultrasonic motor.
ねじり振動の固有振動モードの共振周波数に一致する、または最も近い共振周波数となる固有振動モードは、前記ねじり振動の固有振動モードのねじり中心軸に直交する方向の曲げ振動の固有振動モードであり、
前記ねじり振動の固有振動モードの前記ねじり中心軸と直交する方向の節及び腹のうち、節より腹に近い位置であって、前記曲げ振動の固有振動モードの節及び腹のうち、節より腹に近い位置に前記突起が設けられている
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波モータ。 Regarding the natural vibration mode in which the diaphragm, the piezoelectric element, and the protrusion are integrated,
The natural vibration mode corresponding to or closest to the resonance frequency of the natural vibration mode of torsional vibration is the natural vibration mode of bending vibration in a direction perpendicular to the torsional central axis of the natural vibration mode of the torsional vibration,
Of the nodes and antinodes of the natural vibration mode of the torsional vibration in the direction perpendicular to the torsional central axis, the position is closer to the antinodes than the nodes, and the nodes and antinodes of the natural vibration mode of the bending vibration are antinodes of the nodes. The ultrasonic motor according to claim 1, wherein the protrusion is provided at a position close to.
前記曲げ振動の固有振動モードは、曲げ振動の１次の固有振動モードである
ことを特徴とする請求項６に記載の超音波モータ。 The natural vibration mode of the torsional vibration is a secondary natural vibration mode of the torsional vibration, and the natural vibration mode of the bending vibration is a primary natural vibration mode of the bending vibration. The described ultrasonic motor.
ねじり振動の固有振動モードの共振周波数に一致する、または最も近い共振周波数となる固有振動モードは、前記ねじり振動の固有振動モードのねじり中心軸に直交する方向の曲げ振動の固有振動モードであり、
前記ねじり振動の固有振動モードの前記ねじり中心軸と直交する方向の節及び腹のうち、節より腹に近い位置であって、前記曲げ振動の固有振動モードの節及び腹のうち、腹より節に近い位置に前記突起が設けられている
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波モータ。 Regarding the natural vibration mode in which the diaphragm, the piezoelectric element, and the protrusion are integrated,
The natural vibration mode corresponding to or closest to the resonance frequency of the natural vibration mode of torsional vibration is the natural vibration mode of bending vibration in a direction perpendicular to the torsional central axis of the natural vibration mode of the torsional vibration,
Of the nodes and antinodes in the direction orthogonal to the torsional central axis of the natural vibration mode of the torsional vibration, the position is closer to the antinodes than the nodes, and among the nodes and antinodes of the natural vibration mode of the bending vibration, the nodes from the antinode The ultrasonic motor according to claim 1, wherein the protrusion is provided at a position close to.
前記曲げ振動の固有振動モードは、曲げ振動の１次の固有振動モードである
ことを特徴とする請求項８に記載の超音波モータ。 The natural vibration mode of the torsional vibration is a secondary natural vibration mode of the torsional vibration, and the natural vibration mode of the bending vibration is a primary natural vibration mode of the bending vibration. The described ultrasonic motor.
第１の曲げ振動の固有振動モードの共振周波数に一致する、または最も近い共振周波数となる固有振動モードは、前記第１の曲げ振動の固有振動モードの方向と直交する方向の第２の曲げ振動の固有振動モードであり、
前記第１の曲げ振動の固有振動モードの節及び腹のうち、腹より節に近い位置であって、前記第２の曲げ振動の固有振動モードの節及び腹のうち、節より腹に近い位置に前記突起が設けられている
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波モータ。 Regarding the natural vibration mode in which the diaphragm, the piezoelectric element, and the protrusion are integrated,
The natural vibration mode that matches or is closest to the resonance frequency of the natural vibration mode of the first bending vibration is the second bending vibration in a direction orthogonal to the direction of the natural vibration mode of the first bending vibration. Natural vibration mode of
Of the nodes and antinodes of the natural vibration mode of the first bending vibration, the positions closer to the nodes than the antinodes, and among the nodes and antinodes of the natural vibration mode of the second bending vibration, positions closer to the antinodes The ultrasonic motor according to claim 1, wherein the protrusion is provided on the ultrasonic motor.
前記第２の曲げ振動の固有振動モードは、曲げ振動の１次の固有振動モードである
ことを特徴とする請求項１０に記載の超音波モータ。 The natural vibration mode of the first bending vibration is a secondary natural vibration mode of bending vibration, and the natural vibration mode of the second bending vibration is a primary natural vibration mode of bending vibration. The ultrasonic motor according to claim 10.
第１の曲げ振動の固有振動モードの共振周波数に一致する、または最も近い共振周波数となる固有振動モードは、前記第１の曲げ振動の固有振動モードの方向と直交する方向の第２の曲げ振動の固有振動モードであり、
前記第１の曲げ振動の固有振動モードの節及び腹のうち、節より腹に近い位置であって、前記第２の曲げ振動の固有振動モードの節及び腹のうち、腹より節に近い位置に前記突起が設けられている
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波モータ。 Regarding the natural vibration mode in which the diaphragm, the piezoelectric element, and the protrusion are integrated,
The natural vibration mode that matches or is closest to the resonance frequency of the natural vibration mode of the first bending vibration is the second bending vibration in a direction orthogonal to the direction of the natural vibration mode of the first bending vibration. Natural vibration mode of
Among the nodes and antinodes of the natural vibration mode of the first bending vibration, the positions closer to the antinode than the nodes, and among the nodes and antinodes of the natural vibration mode of the second bending vibration, the positions closer to the node than the antinode The ultrasonic motor according to claim 1, wherein the protrusion is provided on the ultrasonic motor.
前記第２の曲げ振動の固有振動モードは、曲げ振動の１次の固有振動モードである
ことを特徴とする請求項１２に記載の超音波モータ。 The natural vibration mode of the first bending vibration is a secondary natural vibration mode of bending vibration, and the natural vibration mode of the second bending vibration is a primary natural vibration mode of bending vibration. The ultrasonic motor according to claim 12.
前記振動板の長方形の面に設けられている
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波モータ。 The ultrasonic motor according to claim 1, wherein the protrusion is provided on a rectangular surface of the diaphragm.
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波モータ。 The connection part connected directly or indirectly with respect to the holding member which moves synchronizing with the said diaphragm is provided in the rectangular surface of the said diaphragm. Ultrasonic motor.
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波モータ。 A connecting portion that is directly or indirectly connected to the holding member that moves in synchronization with the diaphragm is provided in a region that is not covered by the piezoelectric element of the diaphragm. The ultrasonic motor according to claim 1.
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波モータ。 The ultrasonic motor according to claim 1, wherein the vibration plate moves along a fixed friction member.
前記振動板の前記面に貼り付けられ、高周波振動する圧電素子と、
前記振動板または前記圧電素子に設けられた突起と、
前記振動板の前記圧電素子が貼り付けられた前記面内の前記圧電素子に覆われた全領域の凸包絡の内側に前記圧電素子で覆われていない領域を
有し
前記振動板と前記圧電素子と前記突起が一体となった状態の固有振動モードに関して、
ある曲げ振動の固有振動モードの共振周波数に一致する、または最も近い共振周波数となる固有振動モードが、別のねじり振動または曲げ振動の固有振動モードである
ことを特徴とする超音波モータ。 A diaphragm having a rectangular surface;
A piezoelectric element that is attached to the surface of the diaphragm and vibrates at a high frequency;
A protrusion provided on the diaphragm or the piezoelectric element;
The diaphragm has a region not covered with the piezoelectric element inside the convex envelope of the entire region covered with the piezoelectric element in the plane to which the piezoelectric element is attached. The diaphragm and the piezoelectric element And the natural vibration mode of the state in which the protrusion is integrated,
An ultrasonic motor, wherein a natural vibration mode that matches or is closest to a resonance frequency of a natural vibration mode of a certain bending vibration is a natural vibration mode of another torsional vibration or bending vibration.
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| JPS63262068A (en) * | 1987-04-15 | 1988-10-28 | Canon Inc | Vibration wave motor |
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Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63262068A (en) * | 1987-04-15 | 1988-10-28 | Canon Inc | Vibration wave motor |
| JPH07264882A (en) * | 1994-03-23 | 1995-10-13 | Nikon Corp | Ultrasonic motor |
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|---|---|---|---|---|
| US10356325B2 (en) | 2017-03-28 | 2019-07-16 | Canon Kabushiki Kaisha | Image capturing apparatus to address shake |
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