JP3190636B2 - Computer-readable storage medium storing a piezoelectric actuator, a method for controlling a piezoelectric actuator, and a program for causing a computer to execute the method for controlling a piezoelectric actuator - Google Patents
Computer-readable storage medium storing a piezoelectric actuator, a method for controlling a piezoelectric actuator, and a program for causing a computer to execute the method for controlling a piezoelectric actuatorInfo
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Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、効果的な回転制
御を行える圧電アクチュエータおよび圧電アクチュエー
タの制御方法並びに圧電アクチュエータの制御方法をコ
ンピュータに実行させるプログラムを格納した、コンピ
ュータが読取可能な記憶媒体に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a piezoelectric actuator capable of performing effective rotation control, a method of controlling the piezoelectric actuator, and a computer-readable storage medium storing a program for causing a computer to execute the method of controlling the piezoelectric actuator. .
【０００２】[0002]
【従来の技術】現在ＯＡ機器、情報処理機器の小型化が
進み、これに伴って、駆動・搬送に用いる動力源として
圧電アクチュエータが注目されている。このような圧電
アクチュエータの一例として、本願出願人らにより開発
されたマイクロ圧電モータが知られている（電気学会
第１５回センサ・シンポジウム TECHNICAL DIGEST１
８１頁〜１８４頁 １９９７年）。2. Description of the Related Art At present, OA equipment and information processing equipment have been miniaturized, and accordingly, piezoelectric actuators have attracted attention as a power source used for driving and transporting. As an example of such a piezoelectric actuator, a micro piezoelectric motor developed by the present applicant is known (IEEJ).
15th Sensor Symposium TECHNICAL DIGEST1
81-184, 1997).
【０００３】図１０に、そのマイクロ圧電モータの組立
図を示す。このマイクロ圧電モータ５００は、軸突起部
１１を持つ円盤状の回転移動体１と、振動体ブロック５
０２と、軸突起部１を支持する基盤シャーシ３とから構
成されている。振動体ブロック５０２には、伸縮運動を
発生する圧電素子４を梁部５２１に張着した屈曲変位機
構部５２２が３つ設けてある。前記屈曲変位機構部５２
２はＬ字形状をしており、このＬ字形状の短辺端部は振
動体ブロック５０２の中心部５２３に固定されている。
この屈曲変位機構部５２２は、回転移動体１の摺動部１
２に内包される円の接線方向と一致するように配置す
る。FIG. 10 shows an assembly diagram of the micro piezoelectric motor. The micro piezoelectric motor 500 includes a disk-shaped rotary moving body 1 having a shaft projection 11 and a vibrating body block 5.
02 and a base chassis 3 that supports the shaft projection 1. The vibrating body block 502 is provided with three bending displacement mechanism portions 522 in which the piezoelectric elements 4 that generate expansion and contraction motion are attached to the beam portions 521. The bending displacement mechanism 52
2 has an L-shape, and the short side end of the L-shape is fixed to the center 523 of the vibrator block 502.
The bending displacement mechanism 522 is provided on the sliding portion 1 of the rotary moving body 1.
2 are arranged so as to coincide with the tangential direction of the circle included therein.
【０００４】また、回転移動体１および基盤シャーシ３
には磁気吸着力の発生する磁石材料を用い、回転移動体
１と振動体ブロック５０２とを一定加圧下で接触させ
る。また、振動体ブロック５０２、特に屈曲変位機構部
５２２には、前記磁石材料の磁力の影響を受けないよう
に非磁性体材料を用いる。回転移動体１の軸突起部１１
は、振動体ブロック５０２の中空軸穴５２５にて軸支さ
れる。回転移動体１の本体は、金属または樹脂系で形成
し、振動体ブロック５０２との摺動面１２には酸化皮膜
処理を施す。また、回転移動体１や振動体ブロック５０
２などの形成には、エッチング等のフォトファブリケー
ション技術を用いる。[0004] Further, the rotary moving body 1 and the base chassis 3
The rotary moving body 1 and the vibrating body block 502 are brought into contact with each other under a constant pressure by using a magnet material generating a magnetic attraction force. Further, a non-magnetic material is used for the vibrating body block 502, particularly, the bending displacement mechanism 522 so as not to be affected by the magnetic force of the magnet material. Shaft projection 11 of rotary moving body 1
Is supported by a hollow shaft hole 525 of the vibrating body block 502. The main body of the rotary moving body 1 is formed of a metal or a resin, and the sliding surface 12 with the vibrating body block 502 is subjected to an oxide film treatment. In addition, the rotary moving body 1 and the vibrating body block 50
Photofabrication technology such as etching is used for the formation of 2 and the like.
【０００５】図１１は、このマイクロ圧電モータの動作
原理を示す説明図である。圧電素子４に特定周波数の駆
動電圧を印加することにより、当該圧電素子４が図中矢
印Ａ方向に伸縮する。この伸縮により屈曲変位機構部５
２２が図中矢印Ｂ方向に振動する。屈曲変位機構部５２
２が振動すると、当該屈曲変位機構部５２２の先端が回
転移動体１に接触する。接触方向は、回転移動体１に対
して垂直ではなく、図中矢印Ｃの示す方向であるから、
その横方向の力の成分Ｃｈにより回転移動体１が移動す
ることになる。FIG. 11 is an explanatory diagram showing the operation principle of this micro piezoelectric motor. By applying a drive voltage of a specific frequency to the piezoelectric element 4, the piezoelectric element 4 expands and contracts in the direction of arrow A in the figure. Due to this expansion and contraction, the bending displacement mechanism 5
22 vibrates in the direction of arrow B in the figure. Bending displacement mechanism 52
When 2 vibrates, the tip of the bending displacement mechanism section 522 comes into contact with the rotary moving body 1. Since the contact direction is not perpendicular to the rotary moving body 1 but the direction indicated by the arrow C in the figure,
The rotational moving body 1 is moved by the lateral force component Ch.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】上記従来のマイクロ圧
電モータ５００では、複数の圧電素子を用いており、こ
れらの圧電素子のそれぞれに駆動電圧を印加することで
回転移動体を回転させている。すなわち、各圧電素子２
３それぞれが、上記図１１に示したように前記回転移動
体１に接触し、その横方向の力成分Ｃｈにより回転移動
体１を回転させている。ここで、複数の屈曲変位機構部
５２２により回転移動体１を回転させる場合、屈曲変位
機構部５２２それぞれをどのように振動させるかによ
り、回転移動体１の能力が変わってくる。また、マイク
ロ圧電モータ５００を適用する製品によっては、速度を
重視する場合やトルクを重視する場合が想定される。In the conventional micro piezoelectric motor 500, a plurality of piezoelectric elements are used, and the rotary moving body is rotated by applying a driving voltage to each of these piezoelectric elements. That is, each piezoelectric element 2
As shown in FIG. 11, each of the members 3 contacts the rotary moving body 1 and rotates the rotary moving body 1 by the lateral force component Ch. Here, when rotating the rotating body 1 by a plurality of bending displacement mechanisms 522, the ability of the rotating body 1 changes depending on how each of the bending displacement mechanisms 522 is vibrated. Further, depending on the product to which the micro piezoelectric motor 500 is applied, a case where importance is attached to speed or a case where importance is attached to torque is assumed.
【０００７】この発明は、上記に鑑みてなされたもので
あって、効果的な回転制御を行える圧電アクチュエータ
および圧電アクチュエータの制御方法を提供することを
目的とする。[0007] The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a piezoelectric actuator capable of performing effective rotation control and a method of controlling the piezoelectric actuator.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明に係る圧電アクチュエータは、回転移動体
と、この回転移動体の内円接線方向に延出した一端固定
他端自由とした複数の梁部と当該梁部毎に展着した複数
の圧電体とからなる振動体と、前記複数の圧電体間に位
相差を与えて電圧を印加する電源とを備えたものであ
る。In order to achieve the above-mentioned object, a piezoelectric actuator according to the present invention comprises a rotating body and one end fixed at the other end extending in the tangential direction of an inner circle of the rotating body. A vibrating body comprising a plurality of beam portions and a plurality of piezoelectric bodies spread for each of the beam portions, and a power supply for applying a voltage by giving a phase difference between the plurality of piezoelectric bodies.
【０００９】複数の圧電体間に印加する電圧に位相差を
持たせる。位相差を与えることにより前記複数の梁部そ
れぞれが時間を置いて回転移動体に接触する。このた
め、横方向の力の成分Ｃｈ（図１１参照）による移動量
が大きくなるから、回転移動体を高速で回転させること
ができる。A voltage applied between a plurality of piezoelectric bodies has a phase difference. By providing a phase difference, each of the plurality of beam portions comes into contact with the rotary moving body with a time interval. For this reason, the amount of movement due to the lateral force component Ch (see FIG. 11) increases, so that the rotating moving body can be rotated at high speed.
【００１０】また、本発明に係る圧電アクチュエータ
は、上記圧電アクチュエータにおいて、前記位相差の値
を、前記梁部数を２倍した数の逆数としたものである。Further, in the piezoelectric actuator according to the present invention, in the above-mentioned piezoelectric actuator, the value of the phase difference is a reciprocal of twice the number of the beam portions.
【００１１】このように、圧電体間の位相差の値を、梁
部数を２倍した数の逆数とすることにより複数の梁部が
均等な時間間隔をもって回転移動体に接触することにな
る。このため、高速かつスムーズな回転が可能になる。As described above, by setting the value of the phase difference between the piezoelectric bodies to be the reciprocal of the number obtained by doubling the number of the beam portions, the plurality of beam portions come into contact with the rotary moving body at equal time intervals. Therefore, high-speed and smooth rotation is possible.
【００１２】また、本発明に係る圧電アクチュエータ
は、回転移動体と、この回転移動体の内円接線方向に延
出した一端固定他端自由とした複数の梁部と当該梁部毎
に展着した複数の圧電体とからなる振動体と、前記複数
の圧電体間に同位相の電圧を印加する電源とを備えたも
のである。Further, the piezoelectric actuator according to the present invention has a rotary moving body, a plurality of beam portions extending in an inner circle tangential direction of the rotary moving body and fixed at one end and free at the other end, and is extended for each of the beam portions. And a power supply for applying a voltage of the same phase between the plurality of piezoelectric bodies.
【００１３】複数の圧電体間に同位相の電圧を印加する
ことにより、複数の梁部が略同時に回転移動体に接触す
るようになる。このため、移動量は少ないが大きなトル
クを得ることができる。By applying the same phase voltage between the plurality of piezoelectric bodies, the plurality of beam portions come into contact with the rotary moving body substantially simultaneously. Therefore, a large torque can be obtained with a small amount of movement.
【００１４】また、本発明に係る圧電アクチュエータ
は、回転移動体と、この回転移動体の内円接線方向に延
出した一端固定他端自由とした複数の梁部と当該梁部毎
に展着した複数の圧電体とからなる振動体と、前記複数
の圧電体それぞれに電圧を印加する電源と、前記電源か
ら前記複数の圧電体それぞれに電圧を印加するにあた
り、圧電体間で前記電圧の位相制御を行う位相制御手段
とを備えたものである。Further, the piezoelectric actuator according to the present invention has a rotary moving body, a plurality of beam portions extending in the inner circle tangential direction of the rotary moving body and fixed at one end and free at the other end, and is mounted on each of the beam portions. A vibrating body comprising a plurality of piezoelectric bodies, a power supply for applying a voltage to each of the plurality of piezoelectric bodies, and a phase of the voltage between the piezoelectric bodies upon applying a voltage from the power supply to each of the plurality of piezoelectric bodies. And phase control means for performing control.
【００１５】位相制御を行うことで、回転移動体を効果
的に回転させることができる。例えば、回転の立ち上が
り時に各圧電体に同位相の電圧を印加すれば高いトルク
を得ることができ、回転時に位相差を持つ電圧を印加す
れば高速かつエネルギーロスの少ない回転を行い得る。By performing the phase control, the rotary moving body can be rotated effectively. For example, a high torque can be obtained by applying a voltage having the same phase to each piezoelectric body at the time of the start of rotation, and a high-speed rotation with little energy loss can be performed by applying a voltage having a phase difference during the rotation.
【００１６】また、本発明に係る圧電アクチュエータ
は、上記圧電アクチュエータにおいて前記位相制御手段
が、前記複数の圧電体それぞれに電圧を印加するにあた
り、圧電体間で前記電圧に位相差を与える場合と、同位
相の電圧を印加する場合とを切り換える切換手段を持つ
ものである。In the piezoelectric actuator according to the present invention, in the piezoelectric actuator, when the phase control means applies a voltage to each of the plurality of piezoelectric bodies, the phase control means applies a phase difference to the voltage between the piezoelectric bodies. It has a switching means for switching between the case of applying the same phase voltage and the case of applying the same phase voltage.
【００１７】例えば各圧電体に同位相の電圧を印加すれ
ば高いトルクを得ることができ、位相差を持つ電圧を印
加すれば高速かつエネルギーロスの少ない回転を行い得
る。このような切換を行うことで、回転移動体を効果的
に回転させることができる。For example, when a voltage having the same phase is applied to each piezoelectric body, a high torque can be obtained, and when a voltage having a phase difference is applied, rotation can be performed at high speed with little energy loss. By performing such switching, the rotating moving body can be effectively rotated.
【００１８】また、本発明に係る圧電アクチュエータ
は、回転移動体と、この回転移動体の内円接線方向に延
出した一端固定他端自由とした複数の梁部と当該梁部毎
に展着した複数の圧電体とからなる振動体と、前記複数
の圧電体それぞれに電圧を印加する電源と、前記電源か
ら前記複数の圧電体それぞれに印加する電圧を制御する
電圧制御手段とを備えたものである。Further, the piezoelectric actuator according to the present invention has a rotary moving body, a plurality of beam portions extending in the inner circle tangential direction of the rotary moving body and fixed at one end and free at the other end, and is mounted on each of the beam portions. A vibrating body comprising a plurality of piezoelectric bodies, a power supply for applying a voltage to each of the plurality of piezoelectric bodies, and voltage control means for controlling a voltage applied from the power supply to each of the plurality of piezoelectric bodies. It is.
【００１９】例えば高い電圧を圧電体に印加すると圧電
体の伸縮が大きくなり、それだけ梁部のたわみも大きく
なる。このため、大きなトルクが得られる。この印加電
圧を低くすれば、それだけトルクは減少するがエネルギ
ー消費は少なくなる。このように電圧を制御すれば、回
転移動体を効果的に回転させることができる。For example, when a high voltage is applied to the piezoelectric body, the expansion and contraction of the piezoelectric body increases, and the deflection of the beam portion also increases accordingly. Therefore, a large torque can be obtained. The lower the applied voltage, the lower the torque but the lower the energy consumption. By controlling the voltage in this way, the rotating moving body can be effectively rotated.
【００２０】また、本発明に係る圧電アクチュエータの
制御方法は、回転移動体の内円接線方向に延出した一端
固定他端自由とした複数の梁部と当該梁部に展着した複
数の圧電体とから振動体を形成し、前記圧電体に電圧を
印加して梁部を振動させ、当該梁部を前記回転移動体に
接触させることにより当該回転移動体を回転させるにあ
たって、回転立ち上がり時には、前記複数の圧電体間に
同位相の電圧を印加し、通常回転時には、前記複数の圧
電体間に印加する電圧に位相差を与えるように制御する
ものである。Further, the method of controlling a piezoelectric actuator according to the present invention is characterized in that a plurality of beam portions extending in the inner circle tangent direction of the rotary moving body and fixed at one end and free at the other end, and a plurality of piezoelectric members spread on the beam portions are provided. When a vibrating body is formed from the body, a voltage is applied to the piezoelectric body to vibrate the beam, and the beam is brought into contact with the rotating body to rotate the rotating body. A voltage having the same phase is applied between the plurality of piezoelectric bodies, and during normal rotation, control is performed so as to give a phase difference to the voltage applied between the plurality of piezoelectric bodies.
【００２１】各圧電体に同位相の電圧を印加すれば高い
トルクを得ることができ、位相差を持つ電圧を印加すれ
ば高速かつエネルギーロスの少ない回転を行い得る。こ
のような制御を行うことで、回転移動体を効果的に回転
させることができる。When a voltage having the same phase is applied to each piezoelectric body, a high torque can be obtained, and when a voltage having a phase difference is applied, rotation can be performed at high speed with little energy loss. By performing such control, the rotating moving body can be effectively rotated.
【００２２】また、本発明に係る圧電アクチュエータの
制御方法は、回転移動体の内円接線方向に延出した一端
固定他端自由とした複数の梁部と当該梁部に展着した複
数の圧電体とから振動体を形成し、前記圧電体に電圧を
印加して梁部を振動させ、当該梁部を前記回転移動体に
接触させることにより当該回転移動体を回転させるにあ
たって、回転立ち上がり時には、前記複数の圧電体に高
い電圧を印加し、通常回転時には、前記複数の圧電体に
低い電圧を印加するように制御するものである。Further, the method of controlling a piezoelectric actuator according to the present invention is characterized in that a plurality of beam portions extending in the inner circle tangential direction of the rotary moving member and having one end fixed and the other end free, and a plurality of piezoelectric members spread on the beam portion are provided. When a vibrating body is formed from the body, a voltage is applied to the piezoelectric body to vibrate the beam, and the beam is brought into contact with the rotating body to rotate the rotating body. A high voltage is applied to the plurality of piezoelectric bodies, and control is performed such that a low voltage is applied to the plurality of piezoelectric bodies during normal rotation.
【００２３】高い電圧を印加することで、梁部の振幅が
大きくなり、トルクが増大する。また、低い電圧を印加
することにより、エネルギーの消費を減少させることが
できる。このような制御を行うことで、回転移動体を効
果的に回転させることができる。When a high voltage is applied, the amplitude of the beam increases, and the torque increases. Further, by applying a low voltage, energy consumption can be reduced. By performing such control, the rotating moving body can be effectively rotated.
【００２４】また、本発明に係るコンピュータが読取可
能な記憶媒体は、上記圧電アクチュエータの制御方法
を、コンピュータに実行させるプログラムを格納したも
のである。A computer-readable storage medium according to the present invention stores a program for causing a computer to execute the above-described method of controlling a piezoelectric actuator.
【００２５】上記圧電アクチュエータの制御をコンピュ
ータを用いて行う場合があり、その際、上記圧電アクチ
ュエータの制御方法のプログラムを記憶した記憶媒体と
コンピュータハードウエアとにより制御すれば、高いト
ルクを得ることができ、高速かつエネルギーロスの少な
い回転を行うことができる。このため、回転移動体を効
果的に回転させることができる。In some cases, the piezoelectric actuator is controlled by using a computer. At this time, a high torque can be obtained by controlling the piezoelectric actuator using a storage medium storing a program for controlling the piezoelectric actuator and computer hardware. It is possible to perform high-speed rotation with little energy loss. Therefore, the rotary moving body can be rotated effectively.
【００２６】[0026]
【発明の実施の形態】以下、この発明につき図面を参照
しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこ
の発明が限定されるものではない。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited by the embodiment.
【００２７】（実施の形態１）図１は、この発明の実施
の形態１に係るマイクロ圧電モータを示す組立図であ
る。このマイクロ圧電モータ１００は、軸突起部１１を
持つ回転移動体１と、Ｌ字形状の屈曲変位機構部２１を
持つ振動体ブロック２と、軸突起部１１を支持する基盤
シャーシ３とから構成されている。また、回転移動体１
および基盤シャーシ３には磁気吸着力の発生する磁石材
料を用い、回転移動体１と振動体ブロック２とを一定加
圧下で接触させている。例えば回転移動体１にはステン
レス系、基盤シャーシにはネオジウム系の磁石材料を用
いる。この磁石材料によって基盤シャーシ３が回転移動
体側に引き寄せられるので、回転移動体１の摺動部１２
と振動体ブロック２の屈曲変位機構部２１との間で安定
した密着性が得られる。また、振動体ブロック２、特に
屈曲変位機構部２１には、前記磁石材料の磁力の影響を
受けないように非磁性体材料を用いるのが好ましい。(Embodiment 1) FIG. 1 is an assembly diagram showing a micro piezoelectric motor according to Embodiment 1 of the present invention. The micro piezoelectric motor 100 includes a rotating body 1 having a shaft projection 11, a vibrating body block 2 having an L-shaped bending displacement mechanism 21, and a base chassis 3 supporting the shaft projection 11. ing. In addition, the rotary moving body 1
The rotating chassis 1 and the vibrating body block 2 are brought into contact with each other under a constant pressure by using a magnet material generating a magnetic attraction force for the base chassis 3. For example, a stainless steel-based magnet material is used for the rotating body 1 and a neodymium-based magnet material is used for the base chassis. Since the base chassis 3 is attracted to the rotating body side by the magnet material, the sliding portion 12 of the rotating body 1
Stable adhesion between the actuator and the bending displacement mechanism 21 of the vibrating body block 2 can be obtained. Further, it is preferable to use a non-magnetic material for the vibrating body block 2, especially for the bending displacement mechanism 21, so as not to be affected by the magnetic force of the magnet material.
【００２８】回転移動体１の軸突起部１１は、振動体ブ
ロック２の中空軸穴２２にて軸支される。逆に、回転移
動体側に中空軸穴を設け、振動体ブロック側に軸突起部
を設けるようにしてもよい。回転移動体１の摺動部１２
には、屈曲変位機構部２２との摩擦が生じる部分である
から、摩擦係数が大きいこと、耐磨耗性に優れること、
安定した摩擦係数を維持できることなどの要求を満たす
材料を用いるのが好ましい。例えば回転移動体１の本体
を金属または樹脂系で形成しておき、摺動部１２に酸化
皮膜処理を施すようにする。また、前記摺動部１２を、
セルロース系繊維、カーボン系繊維、ウィスカとフェノ
ール樹脂との複合材料、ポリイミド樹脂とポリアミド樹
脂との複合材料を用いて形成するようにしてもよい。駆
動制御部４は、振動体ブロック２の圧電素子２３に特定
周波数の駆動電圧を印加する為の電圧駆動手段であり、
電圧を発生させる電源部とその電圧を任意の交流に変調
させる駆動制御回路から構成されている。また、図中で
は３つの圧電素子２３にそれぞれ交流電圧を印可させる
ことができる。この時、それぞれの圧電素子２３に対し
て位相を変えて交流電圧は印可させる事もできる。The shaft projection 11 of the rotary moving body 1 is supported by a hollow shaft hole 22 of the vibrating block 2. Conversely, a hollow shaft hole may be provided on the rotating body side, and a shaft projection may be provided on the vibrating body block side. Sliding part 12 of rotary moving body 1
Has a large friction coefficient and excellent abrasion resistance because it is a portion where friction with the bending displacement mechanism 22 occurs.
It is preferable to use a material that satisfies requirements such as maintaining a stable coefficient of friction. For example, the main body of the rotary moving body 1 is formed of a metal or resin system, and the sliding portion 12 is subjected to an oxide film treatment. Also, the sliding portion 12 is
It may be formed using a cellulosic fiber, a carbon fiber, a composite material of whisker and phenol resin, or a composite material of polyimide resin and polyamide resin. The drive control unit 4 is a voltage drive unit for applying a drive voltage having a specific frequency to the piezoelectric element 23 of the vibrating body block 2.
It is composed of a power supply unit for generating a voltage and a drive control circuit for modulating the voltage into an arbitrary alternating current. In the figure, an AC voltage can be applied to each of the three piezoelectric elements 23. At this time, an AC voltage can be applied to each of the piezoelectric elements 23 by changing the phase.
【００２９】図２に、前記振動体ブロック２の詳細構造
を示す。屈曲変位機構部２１は、３つ均等配置され、そ
れぞれが伸縮運動を発生する圧電素子２３を梁部２４に
張着した構造である。屈曲変位機構部２１はＬ字形状を
しており、このＬ字形状の短辺端部は振動体ブロック２
の中心部２５に固定されている。この屈曲変位機構部２
１は、前記摺動部１２に内包される円の接線方向と一致
するように配置する。この屈曲変位機構部２１の自由端
が描く楕円運動の方向によって、回転移動体１の回転方
向が決まる。ここでは、回転移動体１を軸支した構成で
あるから、屈曲変位機構部２１の運動軌跡を回転移動体
１の運動軌跡に一致させれば、屈曲変位機構部２１から
回転移動体１への運動転換が効率的なものとなる。FIG. 2 shows a detailed structure of the vibrating body block 2. The bending displacement mechanism 21 has a structure in which three piezoelectric elements 23, each of which is equally arranged, and each of which generates a stretching motion, are attached to the beam 24. The bending displacement mechanism 21 has an L-shape, and the short side end of the L-shape is
Is fixed to the center part 25 of This bending displacement mechanism 2
1 is arranged so as to coincide with the tangential direction of a circle included in the sliding portion 12. The direction of rotation of the rotary moving body 1 is determined by the direction of the elliptical motion drawn by the free end of the bending displacement mechanism 21. Here, since the rotary moving body 1 is pivotally supported, if the motion trajectory of the bending displacement mechanism 21 is made to coincide with the motion trajectory of the rotary moving body 1, the rotation moving body 1 Movement conversion becomes efficient.
【００３０】図中では屈曲変位機構部２１が時計回りに
突設してるが、この突設方向を反対にすると、回転移動
体１が反対向きに回転することになる。また、屈曲変位
機構部２１の回転中心からの距離と振動体ブロック２に
設ける屈曲変位機構部２１の形状および数により、マイ
クロ圧電モータ１００の回転トルクおよび回転速度が決
まる。屈曲変位機構部２１の位置、すなわち回転移動体
１の回転中心から屈曲変位機構部２１までの距離や、屈
曲変位機構部２１の形状および数は、要求されるマイク
ロ圧電モータ１００の仕様に基づき設定する。In the figure, the bending displacement mechanism 21 projects clockwise, but if the projecting direction is reversed, the rotary moving body 1 will rotate in the opposite direction. Further, the rotation torque and the rotation speed of the micro piezoelectric motor 100 are determined by the distance from the rotation center of the bending displacement mechanism 21 and the shape and number of the bending displacement mechanism 21 provided in the vibrating body block 2. The position of the bending displacement mechanism 21, that is, the distance from the rotation center of the rotary moving body 1 to the bending displacement mechanism 21 and the shape and number of the bending displacement mechanism 21 are set based on the required specifications of the micro piezoelectric motor 100. I do.
【００３１】前記圧電素子２３とは、歪発生機能、共振
機能および電圧発生機能を兼ね備えた材料をいう。すな
わち、印加された電圧に応じて応力ないし変位を生じ、
印加電圧の周波数により共振現象を生じさせ、加えられ
た圧力に応じて電圧が発生する特性を示す材料である。
圧電素子２３の代表例である圧電セラミックとしては、
チタン酸バリウム、ニオブ酸リチウムやジルコンチタン
酸鉛などが挙げられる。また、圧電セラミックスの代わ
りに、傾斜機能材料やリチウムナイオベートを用いるこ
ともできる。振動体ブロックには、ステンレス、ベリリ
ウム銅、リン青銅、黄銅、ジュラルミン、チタンやシリ
コン材の金属系または非金属系の弾性材料を用いる。The piezoelectric element 23 is a material having a function of generating distortion, a function of resonance, and a function of generating voltage. That is, a stress or displacement occurs according to the applied voltage,
It is a material that exhibits a characteristic that a resonance phenomenon is caused by the frequency of an applied voltage and a voltage is generated according to the applied pressure.
Examples of the piezoelectric ceramic that is a typical example of the piezoelectric element 23 include:
Barium titanate, lithium niobate, lead zirconate titanate and the like can be mentioned. Further, a functionally graded material or lithium niobate can be used instead of the piezoelectric ceramics. For the vibrating body block, a metal-based or non-metal-based elastic material such as stainless steel, beryllium copper, phosphor bronze, brass, duralumin, titanium or silicon is used.
【００３２】回転移動体１や振動体ブロック２の形成に
は、エッチング等のフォトファブリケーション技術を用
いるのが好ましい。非機械加工プロセスを用いること
で、加工形成時に発生する変形、応力および機械的スト
レスを排除できる。また、部品の高精度化より、各要素
部品の組立調整工程を最小限に抑えることができると共
に、機能および再現性が安定する。It is preferable to use a photofabrication technique such as etching for forming the rotary moving body 1 and the vibrating body block 2. By using a non-machining process, deformation, stress, and mechanical stress generated at the time of forming can be eliminated. In addition, by increasing the precision of the parts, the assembling adjustment process of each element part can be minimized, and the function and reproducibility are stabilized.
【００３３】また、接着によって前記梁部２４と電歪素
子２３とを一体化する。係る接着に要求される条件は、
非常に薄い接着層であること、接着層が非常に硬く且つ
強靱であること、圧電素子２３と梁部２４との接着後は
共振周波数付近の抵抗値が小さいことである。例えば前
記接着には、ホットメルトおよびエポキシ樹脂に代表さ
れる高分子接着材を用いる。なお、接着剤を用いないで
圧電素子２３を直接接合してもよい。また、薄膜形成、
圧膜形成のプロセス手段により圧電素子２３を設けるよ
うにしてもよい。また、屈曲変位機構部２１としては、
１枚の圧電素子２３で構成されるユニモルフ型、２枚の
圧電素子で構成されるバイモルフ型、または、４枚以上
の圧電素子で構成されるマルチモルフ型があり、いずれ
を用いるようにしても良い。圧電素子２３や梁部２４の
材料およびこれらの接着方法は、マイクロ圧電モータ１
００に要求される屈曲変位機構部２１の変位量、力、応
答性および構造的制約条件により設定される。The beam 24 and the electrostrictive element 23 are integrated by bonding. The conditions required for such bonding are:
That is, the bonding layer is very thin, the bonding layer is very hard and tough, and the resistance value near the resonance frequency after bonding the piezoelectric element 23 and the beam portion 24 is small. For example, a polymer adhesive represented by hot melt and epoxy resin is used for the bonding. Note that the piezoelectric element 23 may be directly bonded without using an adhesive. Also, thin film formation,
The piezoelectric element 23 may be provided by a process for forming a pressure film. The bending displacement mechanism 21 includes:
There is a unimorph type composed of one piezoelectric element 23, a bimorph type composed of two piezoelectric elements, or a multimorph type composed of four or more piezoelectric elements, and any of them may be used. . The material of the piezoelectric element 23 and the beam portion 24 and the method of bonding them are the same as those of the micro piezoelectric motor 1
It is set by the displacement amount, force, responsiveness, and structural constraints of the bending displacement mechanism 21 required at 00.
【００３４】具体的には、図２に示した振動体ブロック
２では、３つの圧電素子２３を用いて屈曲変位機構部２
１を構成し、この屈曲変位機構部２１を振動体ブロック
２の外周に沿って均等配置する。径は数ミリ程度であ
る。屈曲変位機構部２１の梁部２４は、百ミクロン程度
の銅系材料をエッチングすることにより形成する。ま
た、圧電素子２３には、圧電定数の高い薄膜ジルコンチ
タン酸鉛を用いてある。梁部２４と圧電素子２３との間
には、直接接合または接着剤による接合であっても接合
界面が存在する。この接合界面は、梁部２４と圧電素子
２３との間の伝搬特性を決める重要な因子となる。この
ため、接着剤の特性およびその膜厚管理が重要となる。
本例では、エポキシ系の接着剤を用いて最適膜厚になる
ようにした。More specifically, in the vibrating body block 2 shown in FIG.
1, and the bending displacement mechanism portions 21 are evenly arranged along the outer periphery of the vibrating body block 2. The diameter is on the order of a few millimeters. The beam portion 24 of the bending displacement mechanism 21 is formed by etching a copper-based material of about 100 microns. The piezoelectric element 23 is made of thin film lead zircon titanate having a high piezoelectric constant. There is a bonding interface between the beam portion 24 and the piezoelectric element 23 even if it is a direct bonding or a bonding using an adhesive. This bonding interface is an important factor that determines the propagation characteristics between the beam 24 and the piezoelectric element 23. For this reason, the properties of the adhesive and its thickness control are important.
In this example, an epoxy-based adhesive was used to obtain an optimum film thickness.
【００３５】つぎに、屈曲変位機構部２１の形状は、そ
の有効長、特に固定端から自由端までの長さが縦運動と
楕円運動の変位量と相関関係があることを考慮して設定
する。また、各屈曲変位機構部２１の固有振動数は形状
に依存するので、シミュレーションモデルの結果と実験
データとから、仕様に合うよう決定する。本例の振動体
ブロック２の形状は、所望するマイクロ圧電モータ１０
０の径寸法と、回転移動体１の負荷条件とを基に定め
た。Next, the shape of the bending displacement mechanism 21 is set in consideration of the fact that its effective length, especially the length from the fixed end to the free end, has a correlation with the displacement of the longitudinal motion and the elliptical motion. . Further, since the natural frequency of each bending displacement mechanism 21 depends on the shape, it is determined from the results of the simulation model and the experimental data so as to meet the specifications. The shape of the vibrating body block 2 of the present embodiment is
0 and the load condition of the rotary moving body 1.
【００３６】また、この屈曲変位機構部２１は、ユニモ
ルフ型構成を採用した。変位電圧特性上でヒステリシス
を持ちにくい特性を持つためである。また、バイモルフ
型と比較して変位量は小さいが発生力が大きいこと、回
転移動体１の負荷荷重および加圧力が適当であるためで
ある。なお、回転型アクチュエータ１００の仕様によ
り、マルチモルフ型を採用し、厚みを一定に維持した上
で層数を増やすことで変位と力とを増加させることもで
きる。また、屈曲変位機構部２１の固定端から自由端に
かけてテーパーを設け、応答性を向上させることもでき
る。係る構成による振動体ブロック２によれば、屈曲変
位機構部２１の屈曲変位を極めて安定に励起することが
できる。なお、振動体ブロック２の屈曲変位機構部２１
の配置、形状、数量および構成は、図２に示した例に限
定されない。The bending displacement mechanism 21 has a unimorph structure. This is because it has characteristics that it is difficult to have hysteresis on the displacement voltage characteristics. In addition, the displacement amount is small as compared with the bimorph type, but the generated force is large, and the applied load and the pressing force of the rotary moving body 1 are appropriate. Note that, depending on the specifications of the rotary actuator 100, the displacement and the force can be increased by adopting a multi-morph type, keeping the thickness constant, and increasing the number of layers. In addition, a taper can be provided from the fixed end to the free end of the bending displacement mechanism 21 to improve responsiveness. According to the vibrating body block 2 having such a configuration, the bending displacement of the bending displacement mechanism 21 can be excited very stably. The bending displacement mechanism 21 of the vibrating body block 2
Is not limited to the example shown in FIG.
【００３７】（実施の形態２）この発明の実施の形態２
に係るマイクロ圧電モータは、実施の形態１のマイクロ
圧電モータ１００と構造的には同一であるが、各圧電素
子２３間に与える交流電圧の位相差制御して印加できる
ようにしたものである。図３は、このマイクロ圧電モー
タ１００の位相制御部を示すブロック図である。信号発
生部１０１は、圧電素子２３に印加する電圧の周波数を
決定する。信号発生部１０１は、位相制御部１０２に接
続されている。位相制御部１０２では、各圧電素子２３
間に位相差を持たせた電圧を印加する。位相差は、信号
周期の、屈曲変位機構部２１の個数（ｘ）を２倍した値
（２ｘ）の逆数倍（１／２ｘ）とする。本例の場合は、
屈曲変位機構部２１が３個であるから、与える位相差は
１／６となる。位相制御部１０２において位相制御され
た電圧は、ドライバ１０３により増幅されて各圧電素子
２３に送られる。図４に、位相制御のタイミングチャー
トを示す。圧電素子２３ａの周期に対して圧電素子２３
ｂの周期は１／６ずれている。また、圧電素子２３ｂの
周期に対して圧電素子２３ｃの周期も１／６ずれてい
る。このように均等に位相をずらして各圧電素子２３に
電圧を印加することにより、屈曲変位機構部２１が等時
間間隔で回転移動体１に接触することになる。なお、屈
曲変位機構部２１の動作原理は従来例において示した通
りである（図１１参照）。このように、圧電素子２３の
間に位相差を与えて電圧を印加すれば、屈曲変位機構部
２１が等時間間隔を持って回転移動体１に連続的に接触
するから、回転移動体１の回転速度が速くなる。(Embodiment 2) Embodiment 2 of the present invention
The micro piezoelectric motor according to the first embodiment is structurally the same as the micro piezoelectric motor 100 according to the first embodiment, but is configured such that the phase difference of an AC voltage applied between the piezoelectric elements 23 can be controlled and applied. FIG. 3 is a block diagram showing a phase control unit of the micro piezoelectric motor 100. The signal generator 101 determines the frequency of the voltage applied to the piezoelectric element 23. The signal generator 101 is connected to the phase controller 102. In the phase control unit 102, each piezoelectric element 23
A voltage having a phase difference between them is applied. The phase difference is a reciprocal (1 / 2x) of a value (2x) obtained by doubling the number (x) of the bending displacement mechanism 21 in the signal period. In this case,
Since there are three bending displacement mechanisms 21, the given phase difference is 1/6. The voltage phase-controlled by the phase control unit 102 is amplified by the driver 103 and sent to each piezoelectric element 23. FIG. 4 shows a timing chart of the phase control. With respect to the period of the piezoelectric element 23a, the piezoelectric element 23
The cycle of b is shifted by 1/6. Also, the period of the piezoelectric element 23c is shifted by 1/6 from the period of the piezoelectric element 23b. By applying a voltage to each of the piezoelectric elements 23 with the phases shifted evenly in this manner, the bending displacement mechanism 21 comes into contact with the rotary moving body 1 at equal time intervals. The operating principle of the bending displacement mechanism 21 is as shown in the conventional example (see FIG. 11). As described above, when a voltage is applied by giving a phase difference between the piezoelectric elements 23, the bending displacement mechanism 21 continuously contacts the rotating body 1 at equal time intervals. The rotation speed increases.
【００３８】また、本例のように屈曲変位機構部２１が
３個の場合に限らず、３個以上または２個の場合であっ
ても、圧電素子２３の間に位相差を与えた電圧を印加す
ることで高い回転速度を速くできる。屈曲変位機構部２
１がいずれの個数であっても、与える位相差は、信号周
期の、屈曲変位機構部２１の個数（ｘ）を２倍した値
（２ｘ）の逆数倍（１／２ｘ）とする。なお、位相差
は、前記一般式によらず任意に規定してよい。例えば位
相差を、信号周期の、屈曲変位機構部２１の個数（ｘ）
の逆数倍（１／ｘ）としてもよい。また、２個の屈曲変
位機構部２１に同位相の電圧を印加し、残りの屈曲変位
機構部２１に印加する電圧に位相差を与えるようにして
もよい。これらの位相制御は、任意の設定により位相制
御部１０２により行う。In addition to the case where the number of the bending displacement mechanism portions 21 is three as in the present embodiment, even when the number of the bending displacement mechanism portions 21 is three or more or two, a voltage having a phase difference between the piezoelectric elements 23 is applied. The application can increase the high rotation speed. Bending displacement mechanism 2
Regardless of the number of 1s, the phase difference to be given is the reciprocal (1 / 2x) of the value (2x) obtained by doubling the number (x) of the bending displacement mechanism 21 in the signal period. Note that the phase difference may be arbitrarily defined regardless of the general formula. For example, the phase difference is determined by the number (x) of the bending displacement mechanisms 21 in the signal period.
It may be a reciprocal multiple of (1 / x). Alternatively, a voltage having the same phase may be applied to the two bending displacement mechanisms 21 and a phase difference may be applied to the voltages applied to the remaining bending displacement mechanisms 21. These phase controls are performed by the phase control unit 102 according to an arbitrary setting.
【００３９】また、圧電素子２３に同位相の電圧を加え
るように制御することもできる。図５に示すように、各
圧電素子２３に同位相の電圧を印加することにより、屈
曲変位機構部２１が略同時に回転移動体１に接触する。
このため、回転速度は低くなるが、トルクを大きくする
ことができる。位相制御部１０２では、各圧電素子２３
間に位相をずらした電圧を印加する場合と、同位相の電
圧を印加する場合との切換制御を行う。例えば回転開始
時には、速い足り上がりを得るために各圧電素子２３間
に同位相の電圧を印加し、回転中には、圧電素子２３間
に異なる位相の電圧を印加して速い回転を得るようにす
る。位相制御部１０２は、例えば一般的なコンピュータ
（図示省略）と、係る切換制御をコンピュータに実行さ
せるプログラムを格納した記憶媒体（図示省略）とによ
り構成される。It is also possible to control so that the same phase voltage is applied to the piezoelectric element 23. As shown in FIG. 5, by applying a voltage having the same phase to each piezoelectric element 23, the bending displacement mechanism section 21 comes into contact with the rotating body 1 substantially simultaneously.
For this reason, although the rotation speed decreases, the torque can be increased. In the phase control unit 102, each piezoelectric element 23
Switching control is performed between the case where a voltage with a phase shifted therebetween is applied and the case where a voltage with the same phase is applied. For example, at the start of rotation, a voltage of the same phase is applied between the piezoelectric elements 23 to obtain a quick rise, and during rotation, a voltage of a different phase is applied between the piezoelectric elements 23 to obtain a fast rotation. I do. The phase control unit 102 includes, for example, a general computer (not shown) and a storage medium (not shown) storing a program for causing the computer to execute the switching control.
【００４０】（実施の形態３）この発明の実施の形態３
に係るマイクロ圧電モータは、実施の形態１のマイクロ
圧電モータ１００と構造的には同一であるが、各圧電素
子２３間に与える電圧に位相差を与えるのではなく、そ
の電圧自体を制御するようにしたものである。図６は、
この発明の実施の形態２に係るマイクロ圧電モータの電
圧制御部を示すブロック図である。信号発生部１０１
は、圧電素子２３に印加する電圧の周波数を決定する。
信号発生部１０１は、電圧制御部１０４に接続されてい
る。電圧制御部１０４では、各圧電素子間に印加する電
圧値を制御する。電圧制御部１０４は、図７＜ａ＞に示
すように、回転立ち上がり期間は圧電素子２３に印加す
る電圧値を大きくする。圧電素子２３に印加する電圧が
大きくなると、それだけ圧電素子２３の変位量が大きく
なる。このため、屈曲変位機構部２１が大きく振動し、
回転移動体１に対する横方向の力の成分が大きくなる
（図１１参照）。このため、得られるトルクが大きくな
る。つぎに、通常運転期間は、大きなトルクが不要とな
るので、圧電素子２３に印加する電圧を低くする。図７
＜ｂ＞は図７＜ａ＞の立ち上がり期間から通常運転期間
への移行時の駆動波形を詳細に示したもので電圧を急激
に切り替えるのではなく徐々に電圧を降下させることで
より滑らかな回転運動がえられる。電圧制御部１０４
は、例えば一般的なコンピュータ（図示省略）と、係る
切換制御をコンピュータに実行させるプログラムを格納
した記憶媒体（図示省略）とにより構成される。 （実施の形態４）この発明の実施の形態４に係るマイク
ロ圧電モータは、実施の形態１のマイクロ圧電モータ１
００と構造的には同一であるが、各圧電素子２３間に与
える交流電圧の位相を制御すると共に、電圧自体も制御
できるようにしたもので、位相と電圧を独立で制御もで
きるし、位相と電圧を組み合わせても制御できるように
したものある。図８は、この発明の実施の形態４に係る
マイクロ圧電モータの電圧制御部を示すブロック図であ
る。信号発生部１０１は、圧電素子２３に印加する電圧
の周波数を決定する。信号発生部１０１は、位相制御部
１０５に接続されている。位相制御部１０５では、各圧
電素子２３間に位相差を持たせた電圧を印加させるため
の位相信号を発生させる。位相制御部１０５は電圧制御
部１０６とドライバー部１０３に接続されており、電圧
制御部１０６では各圧電素子間に印加する電圧値を制御
する。電圧制御部１０６はドライバー部１０３に接続さ
れている。ドライバー部１０３は、位相制御部１０５で
発生した位相信号を基に電圧制御部１０６で制御された
印可電圧値をドライバー部１０３で切替えて圧電素子２
３に印加させることができる。よって、圧電素子２３に
印可する駆動電力の供給を様々な位相・電圧値の組み合
せにより駆動させられる。例えば、回転立上りなどの最
大トルクが必要な時には、各圧電素子２３に印加する電
圧値を電圧制御部１０６で最大になるように制御する。
合わせて位相制御部１０５では各圧電素子２３への位相
制御を同位相にすれば、最大トルクが得られる。つぎ
に、通常運転期間は、大きなトルクが不要となるので、
圧電素子２３に印加する電圧を低くし、位相制御部１０
５で各圧電素子２３に印加する電圧に位相差を与えるよ
うすると高速回転が得られると同時に消費電力を抑える
ことも可能である。また、回転立上り期間や通常運転期
間だけではなく加減速時などのも各圧電素子２３に印可
する位相及び電圧を組み合わせてれば容易に制御するこ
とができる。位相制御部１０２は、例えば一般的なコン
ピュータ（図示省略）と、係る切換制御をコンピュータ
に実行させるプログラムを格納した記憶媒体（図示省
略）とにより構成される。 （実施の形態５）この発明の実施の形態５に係るマイク
ロ圧電モータは、実施の形態１のマイクロ圧電モータ１
００と構造的には同一であるが、回転移動体１の回転角
或いは回転速度等の回転センサーからの情報を基に各圧
電素子２３間に与える交流電圧の位相及び電圧を制御す
るようにしたものである。図９は、この発明の実施の形
態５に係るマイクロ圧電モータの電圧制御部を示すブロ
ック図である。信号発生部１０１は、圧電素子２３に印
加する電圧の周波数を決定する。信号発生部１０１は、
位相制御部１０５に接続されている。位相制御部１０５
では、各圧電素子２３間に位相差を持たせた電圧を印加
させるための位相信号を発生させる。位相制御部１０５
は電圧制御部１０６とドライバー部１０３に接続されて
おり、電圧制御部１０６では各圧電素子間に印加する電
圧値を制御する。電圧制御部１０６はドライバー部１０
３に接続されている。ドライバー部１０３は、位相制御
部１０５で発生した位相信号を基に電圧制御部１０６で
制御された印可電圧値をドライバー部１０３で切替えて
圧電素子２３に印加させることができる。よって、圧電
素子２３に印可する駆動電力の供給を様々な位相・電圧
値の組み合せにより駆動させられるような構成となって
いる。この時の位相切替えや電圧制御は回転センサー１
０７からの回転位置或いは回転速度によって切り替えら
れるように構成されている。回転センサー１０７は、例
えばホール素子等の磁気センサーを用いても良いし加速
度センサーなどの速度センシングデバイスを用いても良
い。この様に回転センサー１０７を用いることでフィー
ドバック系を構成することができ、閉ループによるサー
ボ制御が可能となり、より高精度な回転アクチュエータ
を構成させることができる。(Embodiment 3) Embodiment 3 of the present invention
Is structurally the same as the micro piezoelectric motor 100 of the first embodiment, but does not apply a phase difference to the voltage applied between the piezoelectric elements 23 but controls the voltage itself. It was made. FIG.
FIG. 10 is a block diagram illustrating a voltage control unit of a micro piezoelectric motor according to Embodiment 2 of the present invention. Signal generator 101
Determines the frequency of the voltage applied to the piezoelectric element 23.
The signal generator 101 is connected to the voltage controller 104. The voltage control unit 104 controls a voltage value applied between the piezoelectric elements. As shown in FIG. 7A, the voltage control unit 104 increases the voltage value applied to the piezoelectric element 23 during the rotation rising period. As the voltage applied to the piezoelectric element 23 increases, the displacement of the piezoelectric element 23 increases accordingly. For this reason, the bending displacement mechanism 21 vibrates greatly,
The component of the lateral force on the rotary moving body 1 increases (see FIG. 11). For this reason, the obtained torque increases. Next, since a large torque is not required during the normal operation period, the voltage applied to the piezoelectric element 23 is reduced. FIG.
<B> shows in detail a drive waveform at the time of transition from the rising period to the normal operation period in FIG. 7 <a>. Smooth rotation is achieved by gradually lowering the voltage instead of suddenly switching the voltage. Exercise is obtained. Voltage control unit 104
Is composed of, for example, a general computer (not shown) and a storage medium (not shown) storing a program for causing the computer to execute the switching control. (Fourth Embodiment) A micro piezoelectric motor according to a fourth embodiment of the present invention is a micro piezoelectric motor 1 according to the first embodiment.
Although it is structurally the same as 00, the phase of the AC voltage applied between the piezoelectric elements 23 is controlled and the voltage itself can be controlled. The phase and the voltage can be controlled independently. In some cases, the control can be performed even when the voltage and the voltage are combined. FIG. 8 is a block diagram showing a voltage control unit of a micro piezoelectric motor according to Embodiment 4 of the present invention. The signal generator 101 determines the frequency of the voltage applied to the piezoelectric element 23. The signal generator 101 is connected to the phase controller 105. The phase control unit 105 generates a phase signal for applying a voltage having a phase difference between the piezoelectric elements 23. The phase control unit 105 is connected to the voltage control unit 106 and the driver unit 103, and controls the voltage value applied between the piezoelectric elements in the voltage control unit 106. The voltage control unit 106 is connected to the driver unit 103. The driver unit 103 switches the applied voltage value controlled by the voltage control unit 106 based on the phase signal generated by the phase control unit 105 by the driver unit 103, and
3 can be applied. Therefore, the supply of the driving power applied to the piezoelectric element 23 can be driven by various combinations of the phase and the voltage value. For example, when a maximum torque such as a rise of rotation is required, the voltage value applied to each piezoelectric element 23 is controlled by the voltage control unit 106 to be maximum.
In addition, if the phase control unit 105 sets the same phase control for each piezoelectric element 23, the maximum torque can be obtained. Next, during the normal operation period, a large torque is not required.
The voltage applied to the piezoelectric element 23 is reduced, and the phase control unit 10
By giving a phase difference to the voltage applied to each piezoelectric element 23 in 5, it is possible to obtain high-speed rotation and to suppress power consumption. Further, not only during the rotation rising period and the normal operation period, but also during acceleration and deceleration can be easily controlled by combining the phases and voltages applied to the respective piezoelectric elements 23. The phase control unit 102 includes, for example, a general computer (not shown) and a storage medium (not shown) storing a program for causing the computer to execute the switching control. (Fifth Embodiment) A micro piezoelectric motor according to a fifth embodiment of the present invention is similar to the micro piezoelectric motor 1 of the first embodiment.
Although the structure is the same as 00, the phase and the voltage of the AC voltage applied between the piezoelectric elements 23 are controlled based on information from the rotation sensor such as the rotation angle or the rotation speed of the rotary moving body 1. Things. FIG. 9 is a block diagram showing a voltage control unit of a micro piezoelectric motor according to Embodiment 5 of the present invention. The signal generator 101 determines the frequency of the voltage applied to the piezoelectric element 23. The signal generator 101
It is connected to the phase control unit 105. Phase control unit 105
Then, a phase signal for applying a voltage having a phase difference between the piezoelectric elements 23 is generated. Phase control unit 105
Is connected to the voltage control unit 106 and the driver unit 103, and the voltage control unit 106 controls a voltage value applied between the piezoelectric elements. The voltage control unit 106 includes the driver unit 10
3 is connected. The driver unit 103 can switch the applied voltage value controlled by the voltage control unit 106 based on the phase signal generated by the phase control unit 105 by the driver unit 103 and apply the applied voltage value to the piezoelectric element 23. Therefore, the configuration is such that the supply of drive power applied to the piezoelectric element 23 can be driven by various combinations of phase and voltage values. At this time, phase switching and voltage control are performed by the rotation sensor 1.
It is configured to be switched according to the rotation position or rotation speed from 07. As the rotation sensor 107, for example, a magnetic sensor such as a Hall element may be used, or a speed sensing device such as an acceleration sensor may be used. By using the rotation sensor 107 in this manner, a feedback system can be configured, servo control can be performed in a closed loop, and a more accurate rotation actuator can be configured.
【００４１】[0041]
【発明の効果】以上説明したように、この発明の圧電ア
クチュエータでは、回転移動体と、この回転移動体の内
円接線方向に延出した一端固定他端自由とした複数の梁
部と当該梁部毎に展着した複数の圧電体とからなる振動
体と、前記複数の圧電体間に位相差を与えて電圧を印加
する電源とを備えたので、前記複数の梁部それぞれが時
間を置いて回転移動体に接触する。このため、回転移動
体を高速で回転させることができる。As described above, according to the piezoelectric actuator of the present invention, the rotary moving body, the plurality of beam portions extending in the inner circle tangential direction of the rotary moving body and fixed at one end and free at the other end are provided. A vibrating body consisting of a plurality of piezoelectric bodies spread for each unit and a power supply for applying a voltage by giving a phase difference between the plurality of piezoelectric bodies are provided, so that each of the plurality of beam parts has a time interval. To contact the rotating body. Therefore, the rotary moving body can be rotated at a high speed.
【００４２】また、この発明の圧電アクチュエータで
は、位相差の値を、前記梁部数を２倍した数の逆数とし
たので、複数の梁部が均等な時間間隔をもって回転移動
体に接触することになる。このため、高速かつスムーズ
な回転が可能になる。Further, in the piezoelectric actuator of the present invention, the value of the phase difference is set to the reciprocal of twice the number of the beam portions, so that the plurality of beam portions come into contact with the rotary moving body at equal time intervals. Become. Therefore, high-speed and smooth rotation is possible.
【００４３】また、この発明の圧電アクチュエータで
は、回転移動体と、この回転移動体の内円接線方向に延
出した一端固定他端自由とした複数の梁部と当該梁部毎
に展着した複数の圧電体とからなる振動体と、前記複数
の圧電体間に同位相の電圧を印加する電源とを備えたの
で、複数の梁部が略同時に回転移動体に接触する。この
ため、大きなトルクを得ることができる。In the piezoelectric actuator according to the present invention, the rotary moving body, a plurality of beam portions extending in the inner circle tangential direction of the rotary moving body and fixed at one end and free at the other end are spread for each of the beam portions. Since a vibrating body composed of a plurality of piezoelectric bodies and a power supply for applying a voltage of the same phase between the plurality of piezoelectric bodies are provided, the plurality of beams contact the rotating body substantially simultaneously. Therefore, a large torque can be obtained.
【００４４】また、この発明の圧電アクチュエータで
は、回転移動体と、この回転移動体の内円接線方向に延
出した一端固定他端自由とした複数の梁部と当該梁部毎
に展着した複数の圧電体とからなる振動体と、前記複数
の圧電体それぞれに電圧を印加する電源と、前記電源か
ら前記複数の圧電体それぞれに電圧を印加するにあた
り、圧電体間で前記電圧の位相制御を行う位相制御手段
とを備えたので、回転移動体を効果的に回転させること
ができる。Further, in the piezoelectric actuator of the present invention, the rotary moving body, a plurality of beam portions extending in the inner circle tangential direction of the rotary moving body and fixed at one end and free at the other end are spread for each of the beam portions. A vibrating body composed of a plurality of piezoelectric bodies, a power supply for applying a voltage to each of the plurality of piezoelectric bodies, and a phase control of the voltage between the piezoelectric bodies when applying a voltage from the power supply to each of the plurality of piezoelectric bodies. And the phase control means for performing the above operation, the rotating moving body can be effectively rotated.
【００４５】また、この発明の圧電アクチュエータで
は、位相制御手段が、前記複数の圧電体それぞれに電圧
を印加するにあたり、圧電体間で前記電圧に位相差を与
える場合と、同位相の電圧を印加する場合とを切り換え
る切換手段を持つようにしたので、回転移動体を効果的
に回転させることができる。In the piezoelectric actuator of the present invention, the phase control means applies a voltage to each of the plurality of piezoelectric bodies, and applies a voltage having the same phase between the case where a phase difference is given to the voltage between the piezoelectric bodies. Since the switching means is provided for switching between the case and the case where the rotation is performed, the rotary moving body can be effectively rotated.
【００４６】また、この発明の圧電アクチュエータで
は、回転移動体と、この回転移動体の内円接線方向に延
出した一端固定他端自由とした複数の梁部と当該梁部毎
に展着した複数の圧電体とからなる振動体と、前記複数
の圧電体それぞれに電圧を印加する電源と、前記電源か
ら前記複数の圧電体それぞれに印加する電圧を制御する
電圧制御手段とを備えたので、回転移動体を効果的に回
転させることができる。Further, in the piezoelectric actuator of the present invention, the rotary moving body, a plurality of beam portions extending in the inner circle tangential direction of the rotary moving body and fixed at one end and free at the other end are spread for each of the beam portions. Since a vibrating body composed of a plurality of piezoelectric bodies, a power supply for applying a voltage to each of the plurality of piezoelectric bodies, and a voltage control means for controlling a voltage applied from the power supply to each of the plurality of piezoelectric bodies, The rotating moving body can be effectively rotated.
【００４７】また、この発明の圧電アクチュエータの制
御方法では、回転移動体の内円接線方向に延出した一端
固定他端自由とした複数の梁部と当該梁部に展着した複
数の圧電体とから振動体を形成し、前記圧電体に電圧を
印加して梁部を振動させ、当該梁部を前記回転移動体に
接触させることにより当該回転移動体を回転させるにあ
たって、回転立ち上がり時には、前記複数の圧電体間に
同位相の電圧を印加し、通常回転時には、前記複数の圧
電体間に印加する電圧に位相差を与えるように制御する
ので、回転移動体を効果的に回転させることができる。In the method of controlling a piezoelectric actuator according to the present invention, a plurality of beam portions extending in the inner circle tangential direction of the rotary moving body and fixed at one end and free at the other end, and a plurality of piezoelectric members spread on the beam portions are provided. When a vibrating body is formed from this, a voltage is applied to the piezoelectric body to vibrate the beam, and the beam is brought into contact with the rotating body to rotate the rotating body. The same phase voltage is applied between the plurality of piezoelectric bodies, and during normal rotation, control is performed so as to give a phase difference to the voltage applied between the plurality of piezoelectric bodies, so that the rotating moving body can be effectively rotated. it can.
【００４８】また、この発明の圧電アクチュエータで
は、回転移動体の内円接線方向に延出した一端固定他端
自由とした複数の梁部と当該梁部に展着した複数の圧電
体とから振動体を形成し、前記圧電体に電圧を印加して
梁部を振動させ、当該梁部を前記回転移動体に接触させ
ることにより当該回転移動体を回転させるにあたって、
回転立ち上がり時には、前記複数の圧電体に高い電圧を
印加し、通常回転時には、前記複数の圧電体に低い電圧
を印加するように制御するので、回転移動体を効果的に
回転させることができる。Further, in the piezoelectric actuator of the present invention, the plurality of beams extending in the tangential direction of the inner circle of the rotary moving body and fixed at one end and free at the other end, and the plurality of piezoelectric members spread on the beams are used. Forming a body, applying a voltage to the piezoelectric body to vibrate a beam, and rotating the rotary moving body by bringing the beam into contact with the rotary moving body,
At the time of rotation start, a high voltage is applied to the plurality of piezoelectric bodies, and at the time of normal rotation, a control is performed so as to apply a low voltage to the plurality of piezoelectric bodies. Therefore, the rotary moving body can be rotated effectively.
【００４９】また、この発明のコンピュータが読取可能
な記憶媒体では、上記圧電アクチュエータの制御方法
を、コンピュータに実行させるプログラムを格納したの
で、係るプログラムを用いて圧電アクチュエータを制御
すれば、回転移動体を効果的に回転させることができ
る。In the computer-readable storage medium according to the present invention, a program for causing a computer to execute the above-described method for controlling a piezoelectric actuator is stored. Can be rotated effectively.
【図１】この発明の実施の形態１に係る回転型アクチュ
エータを示す組立図である。FIG. 1 is an assembly diagram showing a rotary actuator according to Embodiment 1 of the present invention.
【図２】図１に示した振動体ブロックの詳細構造を示す
説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing a detailed structure of a vibrating body block shown in FIG.
【図３】この発明の実施の形態２に係るマイクロ圧電モ
ータの位相制御部を示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram showing a phase control unit of the micro piezoelectric motor according to Embodiment 2 of the present invention.
【図４】位相制御のタイミングチャートを示す説明図で
ある。FIG. 4 is an explanatory diagram showing a timing chart of the phase control.
【図５】位相制御のタイミングチャートを示す説明図で
ある。FIG. 5 is an explanatory diagram showing a timing chart of phase control.
【図６】この発明の実施の形態３に係るマイクロ圧電モ
ータの電圧制御部を示すブロック図である。FIG. 6 is a block diagram showing a voltage control unit of a micro piezoelectric motor according to Embodiment 3 of the present invention.
【図７】電圧制御状態を示すグラフ図である。FIG. 7 is a graph showing a voltage control state.
【図８】この発明の実施の形態４に係るマイクロ圧電モ
ータの駆動制御部を示すブロック図である。FIG. 8 is a block diagram showing a drive control unit of a micro piezoelectric motor according to Embodiment 4 of the present invention.
【図９】この発明の実施の形態５に係るマイクロ圧電モ
ータの駆動制御部を示すブロック図である。FIG. 9 is a block diagram showing a drive control unit of a micro piezoelectric motor according to Embodiment 5 of the present invention.
【図１０】従来のマイクロ圧電モータの一例を示す組立
図である。FIG. 10 is an assembly view showing an example of a conventional micro piezoelectric motor.
【図１１】図１０に示したマイクロ圧電モータの動作原
理を示す説明図である。FIG. 11 is an explanatory diagram showing the operation principle of the micro piezoelectric motor shown in FIG.
【符号の説明】 １００ 回転型アクチュエータ １ 回転移動体 １１ 軸突起部 １２ 摺動部 ２ 振動体ブロック ２１ 屈曲変位機構部 ２３ 圧電素子 ２４ 梁部 ３ 基盤シャーシ １０１ 信号発生部 １０２ 位相制御部 １０３ ドライバ １０４ 電圧制御部DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Rotary actuator 1 Rotary moving body 11 Shaft protrusion 12 Sliding part 2 Vibrating body block 21 Bending displacement mechanism part 23 Piezoelectric element 24 Beam part 3 Base chassis 101 Signal generation unit 102 Phase control unit 103 Driver 104 Voltage controller
フロントページの続き (72)発明者 佐藤 樹 千葉県千葉市美浜区中瀬１丁目８番地 セイコーインスツルメンツ株式会社内 (72)発明者 鈴木 瑞明 千葉県千葉市美浜区中瀬１丁目８番地 セイコーインスツルメンツ株式会社内 (56)参考文献 特開 平６−277624（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−29576（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−11070（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−337059（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−337052（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−115892（ＪＰ，Ａ) 実開 平５−67194（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H02N 2/00 H01L 41/09 Continuing from the front page (72) Inventor Satoshi Sato 1-8-1, Nakase, Mihama-ku, Chiba-shi, Chiba Seiko Instruments Inc. (56) References JP-A-6-277624 (JP, A) JP-A-4-29576 (JP, A) JP-A-63-11070 (JP, A) JP-A-11-337059 (JP, A) JP-A-11-337052 (JP, A) JP-A-3-115892 (JP, A) JP-A-5-67194 (JP, U) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H02N 2 / 00 H01L 41/09
Claims (10)
置され、前記回転移動体の内円接線方向に延出した一端
固定他端自由とした複数の梁部と当該梁部毎に展着した
複数の圧電体とからなる振動体と、前記複数の圧電体に
電圧を印加する電源を備え、前記振動体が縦運動と楕円
運動を励起し、前記回転移動体を回転させる圧電アクチ
ュエータにおいて、 前記電源が前記複数の圧電体間に位相差を有する電圧を
印加する電源であることを特徴とした圧電アクチュエー
タ。1. A rotating body, and a rotating body opposed to the rotating body.
A vibrating body comprising a plurality of beam portions extending in the inner circle tangent direction of the rotary moving body and fixed at one end and free at the other end, and a plurality of piezoelectric bodies spread for each of the beam portions; A power supply for applying a voltage to the piezoelectric body , wherein the vibrating body has a longitudinal motion and an elliptical shape;
A piezoelectric actuator that excites movement and rotates the rotary moving body , wherein the power supply is a power supply that applies a voltage having a phase difference between the plurality of piezoelectric bodies.
を２倍した数の逆数である位相差を有する電圧を印加す
る電源であることを特徴とした請求項１に記載の圧電ア
クチュエータ。2. The power supply according to claim 1, wherein the phase difference between the plurality of piezoelectric bodies is a power supply for applying a voltage having a phase difference which is a reciprocal of a number obtained by doubling the total number of the beam portions. Piezo actuator.
置され、前記回転移動体の内円接線方向に延出した一端
固定他端自由とした複数の梁部と当該梁部毎に展着した
複数の圧電体とからなる振動体と、前記複数の圧電体に
電圧を印加する電源とを備え、前記振動体が縦運動と楕
円運動を励起し、前記回転移動体を回転させる圧電アク
チュエータにおいて、 前記電源が前記複数の圧電体の総てに同位相の電圧を印
加する電源であることを特徴とした圧電アクチュエー
タ。3. A rotating body, and a rotating body opposed to the rotating body.
A vibrating body comprising a plurality of beam portions extending in the inner circle tangent direction of the rotary moving body and fixed at one end and free at the other end, and a plurality of piezoelectric bodies spread for each of the beam portions; A power supply for applying a voltage to the piezoelectric body , wherein the vibrating body has a longitudinal motion and an elliptical motion;
A piezoelectric actuator that excites circular motion and rotates the rotary moving body , wherein the power supply is a power supply that applies an in-phase voltage to all of the plurality of piezoelectric bodies.
接線方向に延出した一端固定他端自由とした複数の梁部
と当該梁部毎に展着した複数の圧電体とからなる振動体
と、 前記複数の圧電体のそれぞれに印加する駆動電圧の位相
制御を行う位相制御手段を有する駆動制御回路と、前記 駆動制御回路に電圧を供給する電源とを備え、 前記振動体が縦運動と楕円運動を励起し、前記回転移動
体を回転させる ことを特徴とする圧電アクチュエータ。 4. A rotating movable body, a plurality of beam portions disposed opposite to the rotating movable body, extending in an inner circle tangential direction of the rotating moving body, and fixed at one end and free at the other end. A vibrating body composed of a plurality of piezoelectric bodies attached thereto, and a phase of a driving voltage applied to each of the plurality of piezoelectric bodies.
A drive control circuit having a phase control means for controlling, and a power supply for supplying a voltage to the drive control circuit, the vibrator excites the longitudinal motion and elliptical motion, the rotational movement
A piezoelectric actuator characterized by rotating a body .
接線方向に延出した一 端固定他端自由とした複数の梁部
と当該梁部毎に展着した複数の圧電体とからなる振動体
と、 前記 複数の圧電体のそれぞれに印加する駆動電圧を、同
位相で与える場合と位相差を持たせて与える場合とを切
り換えるための切換手段を有する駆動制御回路と、 前記駆動制御回路に電圧を供給する電源とを備え、 前記振動体が縦運動と楕円運動を励起し、前記回転移動
体を回転させる ことを特徴とした圧電アクチュエータ。 5. A rotary moving body, is the rotating mobile body with opposed, inner circle of the rotating moving body
A plurality of beam portions which as one end fixed and the other end free extending tangentially
And a plurality of piezoelectric bodies spread for each beam portion
When the drive voltage applied to each of the plurality of piezoelectric bodies, the
There is a difference between the case where the phase is given and the case where the phase difference is given.
A drive control circuit having a switching means for changing Ri, and a power supply for supplying a voltage to the drive control circuit, the vibrator excites the longitudinal motion and elliptical motion, the rotational movement
A piezoelectric actuator characterized by rotating a body .
接線方向に延出した一端固定他端自由とした複数の梁部
と当該梁部毎に展着した複数の圧電体とからなる振動体
と、 前記 複数の圧電体のそれぞれに印加する駆動電圧の電圧
制御を行う電圧制御手段を有する駆動制御回路と、 前記駆動制御回路に電圧を供給する電源とを備え、 前記振動体が縦運動と楕円運動を励起し、前記回転移動
体を回転させる ことを特徴とした圧電アクチュエータ。6. A rotary moving body, is the rotating mobile body with opposed, inner circle of the rotating moving body
Multiple tangentially extending beams with one end fixed and the other free
And a plurality of piezoelectric bodies spread for each beam portion
When the voltage of the drive voltage applied to each of the plurality of piezoelectric
A drive control circuit having a voltage control means for controlling, and a power supply for supplying a voltage to the drive control circuit, the vibrator excites the longitudinal motion and elliptical motion, the rotational movement
A piezoelectric actuator characterized by rotating a body .
端固定他端自由とした複数の梁部と当該梁部に展着した
複数の圧電体とから振動体を形成し、前記圧電体に電圧
を印加して梁部を振動させ、当該梁部を前記回転移動体
に接触させることにより当該回転移動体を回転させるに
あたって、 回転立ち上がり時には、前記複数の圧電体間に同位相の
電圧を印加し、通常回転時には、前記複数の圧電体間に
印加する電圧に位相差を与えるように制御することを特
徴とする圧電アクチュエータの制御方法。 7. An extension extending in a tangential direction of an inner circle of the rotary moving body.
Multiple fixed beam parts with free ends fixed and spread on the beam parts
A vibrating body is formed from a plurality of piezoelectric bodies, and a voltage is applied to the piezoelectric bodies.
Is applied to vibrate the beam, and the beam is
To rotate the rotary moving body by contacting the
Hit and, during rotation rising, the phase between the plurality of piezoelectric
A voltage is applied, and during normal rotation, between the plurality of piezoelectric bodies
Controlling to apply a phase difference to the applied voltage
A method for controlling a piezoelectric actuator.
端固定他端自由とした複数の梁部と当該梁部に展着した
複数の圧電体とから振動体を形成し、前記圧電体に電圧
を印加して梁部を振動させ、当該梁部を前記回転移動体
に接触させることにより当該回転移動体を回転させるに
あたって、定速回転時 には、前記複数の圧電体間に印加する電圧に
位相差を与え、加速時 および減速時には、前記複数の圧
電体間に印加する電圧間の位相差が小さくなるように制
御することを特徴とする圧電アクチュエータの制御方
法。8. A vibrating body is formed from a plurality of beam portions extending in the inner circle tangent direction of the rotary moving body and fixed at one end and free at the other end, and a plurality of piezoelectric bodies spread on the beam portions. When a voltage is applied to the body to vibrate the beam, and the beam is brought into contact with the rotating body to rotate the rotating body, during rotation at a constant speed , a voltage is applied between the plurality of piezoelectric bodies. Voltage
A method for controlling a piezoelectric actuator, wherein a phase difference is provided, and control is performed such that a phase difference between voltages applied between the plurality of piezoelectric bodies is reduced during acceleration and deceleration .
端固定他端自由とした複数の梁部と当該梁部に展着した
複数の圧電体とから振動体を形成し、前記圧電体に電圧
を印加して梁部を振動させ、当該梁部を前記回転移動体
に接触させることにより当該回転移動体を回転させるに
あたって、回転立ち上がり時 には、前記複数の圧電体に高い電圧を
印加し、通常回転時には、前記複数の圧電体に低い電圧
を印加するように制御することを特徴とする圧電アクチ
ュエータの制御方法。9. A vibrating body is formed from a plurality of beam portions extending in the inner circle tangential direction of the rotary moving body and fixed at one end and free at the other end, and a plurality of piezoelectric members spread on the beam portions. When a voltage is applied to the body to vibrate the beam, and the beam is brought into contact with the rotating body to rotate the rotating body, a high voltage is applied to the plurality of piezoelectric bodies at the start of rotation.
During normal rotation , a low voltage is applied to the plurality of piezoelectric bodies.
Control method for a piezoelectric actuator and controls to apply.
の圧電アクチュエータの制御方法を、コンピュータに実
行させるプログラムを格納したことを特徴とするコンピ
ュータが読取可能な記憶媒体。 10. The method according to claim 7, wherein
Computer control method for controlling piezoelectric actuators
A program that stores a program to be executed.
A storage medium readable by a computer.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|
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| JP10-87028 | 1998-03-31 | ||
| JP08658799A JP3190636B2 (en) | 1998-03-31 | 1999-03-29 | Computer-readable storage medium storing a piezoelectric actuator, a method for controlling a piezoelectric actuator, and a program for causing a computer to execute the method for controlling a piezoelectric actuator |
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