JP5179918B2 - Ultrasonic motor device - Google Patents

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

Description

本発明は、超音波モータ装置に関し、特に、矩形型の圧電振動子が、第一次縦振動モードと第二次屈曲振動モードとを組み合わせた多重振動モードで振動することにより駆動力を発生する超音波モータ装置に関する。   The present invention relates to an ultrasonic motor device, and in particular, a rectangular piezoelectric vibrator generates a driving force by vibrating in a multiple vibration mode that combines a primary longitudinal vibration mode and a secondary bending vibration mode. The present invention relates to an ultrasonic motor device.

従来から、圧電振動子を振動させることによって、ロータや回転軸等を駆動する超音波モータが知られている。この超音波モータは、圧電振動子を振動させる際に、複数種類の振動（共振）モードを合成することによって、駆動力を発生するように構成されている。   Conventionally, an ultrasonic motor that drives a rotor, a rotating shaft, and the like by vibrating a piezoelectric vibrator is known. This ultrasonic motor is configured to generate a driving force by combining a plurality of types of vibration (resonance) modes when vibrating a piezoelectric vibrator.

図５は、矩形型の圧電振動子を複数種類の振動モードで振動させたときの周波数スペクトラムを示す図である。ここで、Ｆ１、Ｆ２およびＦ３は、屈曲振動を示し、Ｌ１およびＬ２は縦振動を示す。矩形型の圧電振動子が、第一次縦振動モード（Ｌ１）で振動する際の伸縮方向の長さをＬとし、また、圧電振動子が、第二次屈曲振動モード（Ｆ２）で振動する際の剪断方向の長さをｄとする。そして、図５に示すように、ｄ／Ｌを変数として、ｄ／Ｌと圧電振動子の第一次縦屈曲振動モードの共振周波数とを対応させると共に、ｄ／Ｌと第二次縦振動モードの共振周波数とを対応させる。なお、図５ではＬ＝２０ｍｍで固定し、ｄ（Ｗｉｄｔｈ）のみを変化させている。この場合、縦横の二辺の比（以下、「辺比」と呼称する。）ｄ／Ｌが、０．２７２付近で両者の共振周波数が一致し、二つの振動が縮退する。そのため、従来は、辺比ｄ／Ｌが０．２７２付近となるように、圧電振動子を形成していた。   FIG. 5 is a diagram showing a frequency spectrum when a rectangular piezoelectric vibrator is vibrated in a plurality of types of vibration modes. Here, F1, F2 and F3 indicate bending vibration, and L1 and L2 indicate longitudinal vibration. The length of the expansion / contraction direction when the rectangular piezoelectric vibrator vibrates in the primary longitudinal vibration mode (L1) is L, and the piezoelectric vibrator vibrates in the secondary bending vibration mode (F2). Let d be the length in the shearing direction. Then, as shown in FIG. 5, with d / L as a variable, d / L and the resonance frequency of the primary longitudinal bending vibration mode of the piezoelectric vibrator are made to correspond to each other. Corresponding to the resonance frequency. In FIG. 5, L is fixed at 20 mm, and only d (Width) is changed. In this case, when the ratio of two sides in the vertical and horizontal directions (hereinafter referred to as “side ratio”) d / L is around 0.272, the resonance frequencies of the two coincide, and the two vibrations are degenerated. Therefore, conventionally, the piezoelectric vibrator has been formed so that the side ratio d / L is around 0.272.

一方、特開平５−００３６８８号公報には、圧電振動子として、共振周波数が若干異なる縦振動モードと屈曲振動モードとを組み合わせた多重振動モードで駆動する超音波モータが開示されている。この超音波モータでは、圧電振動子の長手縦振動の共振周波数ｆｔと、偶数次の面内屈曲振動の共振周波数ｆｐとが若干異なる値を有する。具体的には、圧電振動子の短辺の長さと長辺の長さの比を０．２６：１から外し、例えば、０．２８：１や、０．２４：１などの比となるように、圧電振動子を形成する。これにより、超音波モータを安定して駆動させるようにしている。
特開平５−００３６８８号公報 On the other hand, Japanese Patent Laid-Open No. 5-003688 discloses an ultrasonic motor that is driven as a piezoelectric vibrator in a multiple vibration mode in which a longitudinal vibration mode and a bending vibration mode having slightly different resonance frequencies are combined. In this ultrasonic motor, the resonance frequency ft of the longitudinal longitudinal vibration of the piezoelectric vibrator and the resonance frequency fp of the even-order in-plane bending vibration have slightly different values. Specifically, the ratio of the short-side length to the long-side length of the piezoelectric vibrator is removed from 0.26: 1, for example, a ratio such as 0.28: 1 or 0.24: 1. Next, a piezoelectric vibrator is formed. Thereby, the ultrasonic motor is driven stably.
JP-A-5-003688

上記のように、従来は、圧電振動子の辺比ｄ／Ｌは０．２７２である場合のみが注目されていた。ところが、第一次縦振動モードの共振周波数と第二次屈曲振動モードの共振周波数とが一致する場合の辺比ｄ／Ｌは、一通りではない。図５に示すように、辺比ｄ／Ｌが０．２７２付近である場合の他、辺比ｄ／Ｌが０．６付近である場合も第一次縦振動モードの共振周波数と第二次屈曲振動モードの共振周波数とが一致する。しかしながら、従来は、圧電振動子の辺比ｄ／Ｌを０．６付近として超音波モータを構成することは行なわれていなかった。また、超音波モータ装置の小型化を図るためには、電源構成を簡略化させる必要がある。   As described above, conventionally, attention has been focused only on the case where the side ratio d / L of the piezoelectric vibrator is 0.272. However, the side ratio d / L in the case where the resonance frequency of the primary longitudinal vibration mode and the resonance frequency of the secondary bending vibration mode are not the same. As shown in FIG. 5, in addition to the case where the side ratio d / L is near 0.272, the case where the side ratio d / L is around 0.6 also shows the resonance frequency and the secondary in the primary longitudinal vibration mode. The resonance frequency of the bending vibration mode matches. However, conventionally, an ultrasonic motor has not been configured with a side ratio d / L of the piezoelectric vibrator of around 0.6. Moreover, in order to reduce the size of the ultrasonic motor device, it is necessary to simplify the power supply configuration.

また、従来から知られている超音波モータでは、圧電振動子の共振周波数帯域の所定の交流電圧を電極に印加して圧電振動子を駆動する。このような超音波モータでは、交流電圧の印加を停止しても、圧電振動子の摺動チップが慣性によって微小に動いてしまう。その結果、摺動チップが駆動対象物に駆動力を与えてしまうため、駆動対象物を高精度で位置決めすることが難しい。特に、ナノメートルの単位で駆動対象物を位置決めしようとする場合は、このような駆動誤差を無視することはできない。   Further, in the conventionally known ultrasonic motor, a predetermined AC voltage in the resonance frequency band of the piezoelectric vibrator is applied to the electrode to drive the piezoelectric vibrator. In such an ultrasonic motor, even if the application of the AC voltage is stopped, the sliding tip of the piezoelectric vibrator moves minutely due to inertia. As a result, since the sliding tip gives a driving force to the driving object, it is difficult to position the driving object with high accuracy. In particular, when trying to position a drive object in nanometer units, such a drive error cannot be ignored.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、圧電振動子を従来とは異なる辺比で構成すると共に、構造が簡単であり、精度の高い動作を行なうことができる超音波モータ装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an ultrasonic motor in which a piezoelectric vibrator is configured with a side ratio different from the conventional one, has a simple structure, and can perform highly accurate operation. An object is to provide an apparatus.

（１）上記の目的を達成するため、本発明は、以下のような手段を講じた。すなわち、本発明の超音波モータ装置は、矩形型の圧電振動子が、第一次縦振動モードと第二次屈曲振動モードとを組み合わせた多重振動モードで振動することにより駆動力を発生する超音波モータ装置であって、前記圧電振動子が第一次縦振動モードで振動する際の伸縮方向の長さをＬとし、前記圧電振動子が第二次屈曲振動モードで振動する際の剪断方向の長さをｄとし、ｄ／Ｌを変数として、ｄ／Ｌと前記圧電振動子の第一次縦振動モードの共振周波数とを対応させると共に、ｄ／Ｌと第二次縦振動モードの共振周波数とを対応させた場合、前記圧電振動子は、同一のｄ／Ｌの値に対する第一次縦振動モードの共振周波数の値から、第二次屈曲振動モードの共振周波数の値を減算した減算値が、負の数から正の数に変わるときのｄ／Ｌの値に基づいて形成されており、前記圧電振動子のいずれか一方の主面上に２行２列に形成された４枚の電極と、前記４枚の電極のうち、対角に位置する２枚の電極同士をそれぞれ電気的に接続し、２組の電極部を形成する接続部と、前記２組の電極部のうち、少なくとも一方に対して交流電圧を印加して前記圧電振動子を駆動させる共振駆動装置と、前記２組の電極部のうち、少なくとも一方に対して直流電圧を印加して前記圧電振動子を駆動させる直流駆動装置と、前記共振駆動装置または直流駆動装置のいずれか一方を選択して動作させる制御部と、を備えることを特徴としている。   (1) In order to achieve the above object, the present invention has taken the following measures. That is, the ultrasonic motor device of the present invention is an ultrasonic motor that generates a driving force when a rectangular piezoelectric vibrator vibrates in a multiple vibration mode that combines a primary longitudinal vibration mode and a secondary bending vibration mode. A sonic motor device, wherein a length in an expansion / contraction direction when the piezoelectric vibrator vibrates in a primary longitudinal vibration mode is L, and a shear direction when the piezoelectric vibrator vibrates in a secondary bending vibration mode Let d be L, and d / L be a variable, so that d / L corresponds to the resonance frequency of the primary longitudinal vibration mode of the piezoelectric vibrator, and d / L and resonance of the secondary longitudinal vibration mode. When the frequency is matched, the piezoelectric vibrator subtracts the value of the resonance frequency of the secondary bending vibration mode from the value of the resonance frequency of the primary longitudinal vibration mode for the same d / L value. D / L when the value changes from a negative number to a positive number And four electrodes formed in two rows and two columns on one main surface of the piezoelectric vibrator, and two of the four electrodes positioned diagonally. The electrodes are electrically connected to each other, and the piezoelectric vibrator is driven by applying an alternating voltage to at least one of the connection portion that forms two sets of electrode portions and the two sets of electrode portions. A resonance driving device to be driven; a DC driving device for driving the piezoelectric vibrator by applying a DC voltage to at least one of the two sets of electrode portions; and one of the resonance driving device and the DC driving device And a control unit that selects and operates.

このように、ｄ／Ｌを変数として、ｄ／Ｌと圧電振動子の第一次縦振動モードの共振周波数とを対応させると共に、ｄ／Ｌと第二次縦振動モードの共振周波数とを対応させた場合、ｄ／Ｌが小さい場合は、第二次屈曲振動モードの共振周波数よりも第一次縦振動モードの共振周波数の方が大きく、ｄ／Ｌが０．２７２付近を越えると、その大きさが逆転する。さらにｄ／Ｌを大きくしていくと、第一次縦振動モードの共振周波数が、第二次屈曲振動モードの共振周波数よりも大きくなる。すなわち、同一のｄ／Ｌの値に対する第一次縦振動モードの共振周波数の値から、第二次屈曲振動モードの共振周波数の値を減算した減算値が、負の数から正の数に変わる。本発明は、そのときのｄ／Ｌの値によって、圧電振動子を構成する。これにより、圧電振動子は、従来のように、辺比ｄ／Ｌが０．２７２付近である場合よりも、いわゆる肉厚となると共に、長手方向の長さが小さくなる。その結果、小型化を図ることができる。また、従来よりも肉厚となることから、疲労や過入力による破損が生じ難くなり、耐久性を向上させることが可能となる。   In this way, with d / L as a variable, d / L and the resonance frequency of the primary longitudinal vibration mode of the piezoelectric vibrator are made to correspond to each other, and d / L and the resonance frequency of the secondary longitudinal vibration mode are made to correspond to each other. When d / L is small, the resonance frequency of the primary longitudinal vibration mode is larger than the resonance frequency of the secondary bending vibration mode, and when d / L exceeds about 0.272, The size is reversed. When d / L is further increased, the resonance frequency of the primary longitudinal vibration mode becomes higher than the resonance frequency of the secondary bending vibration mode. That is, the subtraction value obtained by subtracting the resonance frequency value of the secondary bending vibration mode from the resonance frequency value of the primary longitudinal vibration mode for the same d / L value changes from a negative number to a positive number. . In the present invention, the piezoelectric vibrator is configured by the value of d / L at that time. As a result, the piezoelectric vibrator has a so-called wall thickness and a length in the longitudinal direction that is smaller than that in the conventional case where the side ratio d / L is around 0.272. As a result, downsizing can be achieved. Moreover, since it becomes thicker than before, damage due to fatigue or over-input is less likely to occur, and durability can be improved.

また、共振駆動装置または直流駆動装置のいずれか一方を選択して動作させるので、最初は圧電振動子を共振駆動させることによって、短時間で駆動対象物を目的位置の近傍まで移動させることができる。駆動対象物が目的位置の近傍に到達した後、圧電振動子を直流駆動、すなわち、圧電振動子に静的変位が生じるように圧電振動子を駆動させることによって、駆動対象物を目的位置に高精度に位置決めすることが可能となる。例えば、半導体デバイスの設計・製造においては、配線パターンの微細化、高集積化が進められており、ステッパのＸ−Ｙステージにナノメートルオーダーでの位置制御が要求されている。本発明の超音波モータ装置は、このような位置決め装置に好適に用いられる。   In addition, since either the resonance driving device or the DC driving device is selected and operated, the driving object can be moved to the vicinity of the target position in a short time by first resonance driving the piezoelectric vibrator. . After the driven object reaches the vicinity of the target position, the piezoelectric object is driven by DC driving, that is, by driving the piezoelectric vibrator so that static displacement occurs in the piezoelectric vibrator, the driven object is raised to the target position. Positioning with high accuracy is possible. For example, in the design and manufacture of semiconductor devices, miniaturization and high integration of wiring patterns are being promoted, and position control in the nanometer order is required for the XY stage of a stepper. The ultrasonic motor device of the present invention is suitably used for such a positioning device.

（２）また、本発明の超音波モータ装置は、矩形型の圧電振動子が、第一次縦振動モードと第二次屈曲振動モードとを組み合わせた多重振動モードで振動することにより駆動力を発生する超音波モータ装置であって、前記圧電振動子が第一次縦振動モードで振動する際の伸縮方向の長さをＬとし、前記圧電振動子が第二次屈曲振動モードで振動する際の剪断方向の長さをｄとした場合、前記圧電振動子は、ｄ／Ｌの値が実質的に０．６となるように形成されており、前記圧電振動子のいずれか一方の主面上に２行２列に形成された４枚の電極と、前記４枚の電極のうち、対角に位置する２枚の電極同士をそれぞれ電気的に接続し、２組の電極部を形成する接続部と、前記２組の電極部のうち、少なくとも一方に対して交流電圧を印加して前記圧電振動子を駆動させる共振駆動装置と、前記２組の電極部のうち、少なくとも一方に対して直流電圧を印加して前記圧電振動子を駆動させる直流駆動装置と、前記共振駆動装置または直流駆動装置のいずれか一方を選択して動作させる制御部と、を備えることを特徴としている。   (2) Further, the ultrasonic motor device of the present invention is configured such that a rectangular piezoelectric vibrator vibrates in a multiple vibration mode that combines a primary longitudinal vibration mode and a secondary bending vibration mode. When the piezoelectric vibrator vibrates in a secondary bending vibration mode, the length of the piezoelectric vibrator vibrates in a secondary bending vibration mode when the piezoelectric vibrator vibrates in a primary longitudinal vibration mode. When the length in the shearing direction is d, the piezoelectric vibrator is formed such that the value of d / L is substantially 0.6, and one of the main surfaces of the piezoelectric vibrator Four electrodes formed in two rows and two columns on the top and two electrodes located diagonally out of the four electrodes are electrically connected to form two sets of electrode portions. Applying an alternating voltage to at least one of the connection part and the two sets of electrode parts, A resonance driving device that drives an electro-vibrator, a DC driving device that drives a piezoelectric vibrator by applying a DC voltage to at least one of the two sets of electrode units, and the resonance driving device or DC driving And a control unit that selects and operates any one of the devices.

このように、ｄ／Ｌの値は、実質的に０．６であるため、辺比ｄ／Ｌが０．２７２付近である場合よりも、いわゆる肉厚となると共に、長手方向の長さが小さくなる。その結果、小型化を図ることができる。また、従来よりも肉厚となることから、疲労や過入力による破損が生じ難くなり、耐久性を向上させることが可能となる。なお、ｄ／Ｌの値が実質的に０．６であるとは、圧電振動子が超音波モータとして実用的に機能する範囲という意味である。ｄ／Ｌの値が０．６の前後にずれていても、圧電振動子が超音波モータとして実用的に機能するのであれば、ｄ／Ｌの値は実質的に０．６であると言える。逆に言えば、ｄ／Ｌの値は、圧電振動子が超音波モータとして実用的に機能するのであれば、ちょうど０．６でなければならないわけではない。   In this way, since the value of d / L is substantially 0.6, the thickness ratio is longer than the case where the side ratio d / L is near 0.272, and the length in the longitudinal direction is larger. Get smaller. As a result, downsizing can be achieved. Moreover, since it becomes thicker than before, damage due to fatigue or over-input is less likely to occur, and durability can be improved. In addition, the value of d / L being substantially 0.6 means a range in which the piezoelectric vibrator functions practically as an ultrasonic motor. Even if the value of d / L is deviated around 0.6, if the piezoelectric vibrator practically functions as an ultrasonic motor, it can be said that the value of d / L is substantially 0.6. . In other words, the value of d / L does not have to be exactly 0.6 if the piezoelectric vibrator functions practically as an ultrasonic motor.

また、共振駆動装置または直流駆動装置のいずれか一方を選択して動作させるので、最初は圧電振動子を共振駆動させることによって、短時間で駆動対象物を目的位置の近傍まで移動させることができる。駆動対象物が目的位置の近傍に到達した後、圧電振動子を直流駆動、すなわち、圧電振動子に静的変位が生じるように圧電振動子を駆動させることによって、駆動対象物を目的位置に高精度に位置決めすることが可能となる。例えば、半導体デバイスの設計・製造においては、配線パターンの微細化、高集積化が進められており、ステッパのＸ−Ｙステージにナノメートルオーダーでの位置制御が要求されている。本発明の超音波モータ装置は、このような位置決め装置に好適に用いられる。   In addition, since either the resonance driving device or the DC driving device is selected and operated, the driving object can be moved to the vicinity of the target position in a short time by first resonance driving the piezoelectric vibrator. . After the driven object reaches the vicinity of the target position, the piezoelectric object is driven by DC driving, that is, by driving the piezoelectric vibrator so that static displacement occurs in the piezoelectric vibrator, the driven object is raised to the target position. Positioning with high accuracy is possible. For example, in the design and manufacture of semiconductor devices, miniaturization and high integration of wiring patterns are being promoted, and position control in the nanometer order is required for the XY stage of a stepper. The ultrasonic motor device of the present invention is suitably used for such a positioning device.

（３）また、本発明の超音波モータ装置において、前記共振駆動装置および直流駆動装置から供給された電圧が、前記２組の電極部のうち、いずれか一方のみに印加されるように切り替えを行なうことを特徴としている。   (3) In the ultrasonic motor device according to the present invention, the switching is performed so that the voltage supplied from the resonance driving device and the DC driving device is applied to only one of the two sets of electrode portions. It is characterized by doing.

このように、共振駆動装置および直流駆動装置から供給された電圧が、前記２組の電極部のうち、いずれか一方のみに印加されるように切り替えを行なうので、電源構成を簡略化することが可能となる。   In this way, the switching is performed so that the voltage supplied from the resonance driving device and the DC driving device is applied to only one of the two sets of electrode portions, so that the power supply configuration can be simplified. It becomes possible.

（４）また、本発明の超音波モータ装置は、矩形型の圧電振動子が、第一次縦振動モードと第二次屈曲振動モードとを組み合わせた多重振動モードで振動することにより駆動力を発生する超音波モータ装置であって、前記圧電振動子が第一次縦振動モードで振動する際の伸縮方向の長さをＬとし、前記圧電振動子が第二次屈曲振動モードで振動する際の剪断方向の長さをｄとし、ｄ／Ｌを変数として、ｄ／Ｌと前記圧電振動子の第一次縦振動モードの共振周波数とを対応させると共に、ｄ／Ｌと第二次縦振動モードの共振周波数とを対応させた場合、前記圧電振動子は、同一のｄ／Ｌの値に対する第一次縦振動モードの共振周波数の値から、第二次屈曲振動モードの共振周波数の値を減算した減算値が、負の数から正の数に変わるときのｄ／Ｌの値に基づいて形成されており、前記圧電振動子のいずれか一方の主面上に２行２列に形成された４枚の電極と、前記４枚の電極のうち、対角に位置する２枚の電極同士をそれぞれ電気的に接続し、２組の電極部を形成する接続部と、前記圧電振動子を駆動する電圧を供給する駆動装置と、前記２組の電極部と前記駆動装置との間に設けられ、前記駆動装置から供給された電圧が、前記２組の電極部のうち、いずれか一方のみに印加されるように切り替えを行なうスイッチング部と、を備えることを特徴としている。   (4) Further, the ultrasonic motor device of the present invention is configured such that a rectangular piezoelectric vibrator vibrates in a multiple vibration mode that combines a primary longitudinal vibration mode and a secondary bending vibration mode. When the piezoelectric vibrator vibrates in a secondary bending vibration mode, the length of the piezoelectric vibrator vibrates in a secondary bending vibration mode when the piezoelectric vibrator vibrates in a primary longitudinal vibration mode. Let d be the length in the shearing direction of d, and let d / L be a variable. In addition, d / L corresponds to the resonance frequency of the primary longitudinal vibration mode of the piezoelectric vibrator, and d / L and the secondary longitudinal vibration. When the resonance frequency of the mode is made to correspond, the piezoelectric vibrator calculates the resonance frequency value of the secondary bending vibration mode from the resonance frequency value of the primary longitudinal vibration mode with respect to the same d / L value. D / when the subtracted value changes from a negative number to a positive number. The four electrodes formed in two rows and two columns on one main surface of the piezoelectric vibrator, and diagonally located among the four electrodes. Two electrodes are electrically connected to each other to form two sets of electrode portions, a driving device for supplying a voltage for driving the piezoelectric vibrator, the two sets of electrode portions and the driving device And a switching unit that performs switching so that the voltage supplied from the driving device is applied to only one of the two sets of electrode units. .

このように、ｄ／Ｌを変数として、ｄ／Ｌと圧電振動子の第一次縦振動モードの共振周波数とを対応させると共に、ｄ／Ｌと第二次縦振動モードの共振周波数とを対応させた場合、ｄ／Ｌが小さい場合は、第二次屈曲振動モードの共振周波数よりも第一次縦振動モードの共振周波数の方が大きく、ｄ／Ｌが０．２７２付近を越えると、その大きさが逆転する。さらにｄ／Ｌを大きくしていくと、第一次縦振動モードの共振周波数が、第二次屈曲振動モードの共振周波数よりも大きくなる。すなわち、同一のｄ／Ｌの値に対する第一次縦振動モードの共振周波数の値から、第二次屈曲振動モードの共振周波数の値を減算した減算値が、負の数から正の数に変わる。本発明は、そのときのｄ／Ｌの値によって、圧電振動子を構成する。これにより、圧電振動子は、従来のように、辺比ｄ／Ｌが０．２７２付近である場合よりも、いわゆる肉厚となると共に、長手方向の長さが小さくなる。その結果、小型化を図ることができる。また、従来よりも肉厚となることから、疲労や過入力による破損が生じ難くなり、耐久性を向上させることが可能となる。また、駆動装置から供給された電圧が、２組の電極部のうち、いずれか一方のみに印加されるように切り替えを行なうので、電源構成を簡略化させることが可能となる。   In this way, with d / L as a variable, d / L and the resonance frequency of the primary longitudinal vibration mode of the piezoelectric vibrator are made to correspond to each other, and d / L and the resonance frequency of the secondary longitudinal vibration mode are made to correspond to each other. When d / L is small, the resonance frequency of the primary longitudinal vibration mode is larger than the resonance frequency of the secondary bending vibration mode, and when d / L exceeds about 0.272, The size is reversed. When d / L is further increased, the resonance frequency of the primary longitudinal vibration mode becomes higher than the resonance frequency of the secondary bending vibration mode. That is, the subtraction value obtained by subtracting the resonance frequency value of the secondary bending vibration mode from the resonance frequency value of the primary longitudinal vibration mode for the same d / L value changes from a negative number to a positive number. . In the present invention, the piezoelectric vibrator is configured by the value of d / L at that time. As a result, the piezoelectric vibrator has a so-called wall thickness and a length in the longitudinal direction that is smaller than that in the conventional case where the side ratio d / L is around 0.272. As a result, downsizing can be achieved. Moreover, since it becomes thicker than before, damage due to fatigue or over-input is less likely to occur, and durability can be improved. In addition, since the switching is performed so that the voltage supplied from the driving device is applied to only one of the two sets of electrode portions, the power supply configuration can be simplified.

（５）また、本発明の超音波モータ装置は、矩形型の圧電振動子が、第一次縦振動モードと第二次屈曲振動モードとを組み合わせた多重振動モードで振動することにより駆動力を発生する超音波モータ装置であって、前記圧電振動子が第一次縦振動モードで振動する際の伸縮方向の長さをＬとし、前記圧電振動子が第二次屈曲振動モードで振動する際の剪断方向の長さをｄとした場合、前記圧電振動子は、ｄ／Ｌの値が実質的に０．６となるように形成されており、前記圧電振動子のいずれか一方の主面上に２行２列に形成された４枚の電極と、前記４枚の電極のうち、対角に位置する２枚の電極同士をそれぞれ電気的に接続し、２組の電極部を形成する接続部と、前記圧電振動子を駆動する電圧を供給する駆動装置と、前記２組の電極部と前記駆動装置との間に設けられ、前記駆動装置から供給された電圧が、前記２組の電極部のうち、いずれか一方のみに印加されるように切り替えを行なうスイッチング部と、を備えることを特徴としている。   (5) Further, the ultrasonic motor device of the present invention is configured such that a rectangular piezoelectric vibrator vibrates in a multiple vibration mode that combines a primary longitudinal vibration mode and a secondary bending vibration mode. When the piezoelectric vibrator vibrates in a secondary bending vibration mode, the length of the piezoelectric vibrator vibrates in a secondary bending vibration mode when the piezoelectric vibrator vibrates in a primary longitudinal vibration mode. When the length in the shearing direction is d, the piezoelectric vibrator is formed such that the value of d / L is substantially 0.6, and one of the main surfaces of the piezoelectric vibrator Four electrodes formed in two rows and two columns on the top and two electrodes located diagonally out of the four electrodes are electrically connected to form two sets of electrode portions. A connecting portion, a driving device for supplying a voltage for driving the piezoelectric vibrator, and the two sets of electrode portions; A switching unit that is provided between the switching device and switches so that a voltage supplied from the driving device is applied to only one of the two sets of electrode units. It is a feature.

このように、ｄ／Ｌの値は、実質的に０．６であるため、辺比ｄ／Ｌが０．２７２付近である場合よりも、いわゆる肉厚となると共に、長手方向の長さが小さくなる。その結果、小型化を図ることができる。また、従来よりも肉厚となることから、疲労や過入力による破損が生じ難くなり、耐久性を向上させることが可能となる。なお、ｄ／Ｌの値が実質的に０．６であるとは、圧電振動子が超音波モータとして実用的に機能する範囲という意味である。ｄ／Ｌの値が０．６の前後にずれていても、圧電振動子が超音波モータとして実用的に機能するのであれば、ｄ／Ｌの値は実質的に０．６であると言える。逆に言えば、ｄ／Ｌの値は、圧電振動子が超音波モータとして実用的に機能するのであれば、ちょうど０．６でなければならないわけではない。また、駆動装置から供給された電圧が、２組の電極部のうち、いずれか一方のみに印加されるように切り替えを行なうので、電源構成を簡略化させることが可能となる。   In this way, since the value of d / L is substantially 0.6, the thickness ratio is longer than the case where the side ratio d / L is near 0.272, and the length in the longitudinal direction is larger. Get smaller. As a result, downsizing can be achieved. Moreover, since it becomes thicker than before, damage due to fatigue or over-input is less likely to occur, and durability can be improved. In addition, the value of d / L being substantially 0.6 means a range in which the piezoelectric vibrator functions practically as an ultrasonic motor. Even if the value of d / L is deviated around 0.6, if the piezoelectric vibrator practically functions as an ultrasonic motor, it can be said that the value of d / L is substantially 0.6. . In other words, the value of d / L does not have to be exactly 0.6 if the piezoelectric vibrator functions practically as an ultrasonic motor. In addition, since the switching is performed so that the voltage supplied from the driving device is applied to only one of the two sets of electrode portions, the power supply configuration can be simplified.

（６）また、本発明の超音波モータ装置において、前記駆動装置は、交流電圧を電極に印加して前記圧電振動子を駆動させる共振駆動装置と、直流電圧を電極に印加して前記圧電振動子を駆動させる直流駆動装置と、前記共振駆動装置または直流駆動装置のいずれか一方を選択して動作させる制御部と、を備えることを特徴としている。   (6) In the ultrasonic motor device of the present invention, the driving device includes a resonance driving device that drives the piezoelectric vibrator by applying an AC voltage to the electrode, and a piezoelectric vibration that applies a DC voltage to the electrode. It is characterized by comprising a direct current drive device for driving the child and a control section for selecting and operating either the resonance drive device or the direct current drive device.

このように、共振駆動装置または直流駆動装置のいずれか一方を選択して動作させるので、最初は圧電振動子を共振駆動させることによって、短時間で駆動対象物を目的位置の近傍まで移動させることができる。駆動対象物が目的位置の近傍に到達した後、圧電振動子を直流駆動、すなわち、圧電振動子に静的変位が生じるように圧電振動子を駆動させることによって、駆動対象物を目的位置に高精度に位置決めすることが可能となる。例えば、半導体デバイスの設計・製造においては、配線パターンの微細化、高集積化が進められており、ステッパのＸ−Ｙステージにナノメートルオーダーでの位置制御が要求されている。本発明の超音波モータ装置は、このような位置決め装置に好適に用いられる。   As described above, since either one of the resonance driving device or the DC driving device is selected and operated, the driving object is moved to the vicinity of the target position in a short time by first driving the piezoelectric vibrator to resonance. Can do. After the driven object reaches the vicinity of the target position, the piezoelectric object is driven by DC driving, that is, by driving the piezoelectric vibrator so that static displacement occurs in the piezoelectric vibrator, the driven object is raised to the target position. Positioning with high accuracy is possible. For example, in the design and manufacture of semiconductor devices, miniaturization and high integration of wiring patterns are being promoted, and position control in the nanometer order is required for the XY stage of a stepper. The ultrasonic motor device of the present invention is suitably used for such a positioning device.

本発明によれば、ｄ／Ｌを変数として、ｄ／Ｌと圧電振動子の第一次縦振動モードの共振周波数とを対応させると共に、ｄ／Ｌと第二次縦振動モードの共振周波数とを対応させた場合、ｄ／Ｌが小さい場合は、第二次屈曲振動モードの共振周波数よりも第一次縦振動モードの共振周波数の方が大きく、ｄ／Ｌが０．２７２付近を越えると、その大きさが逆転する。さらにｄ／Ｌを大きくしていくと、第一次縦振動モードの共振周波数が、第二次屈曲振動モードの共振周波数よりも大きくなる。すなわち、同一のｄ／Ｌの値に対する第一次縦振動モードの共振周波数の値から、第二次屈曲振動モードの共振周波数の値を減算した減算値が、負の数から正の数に変わる。本発明は、そのときのｄ／Ｌの値によって、圧電振動子を構成する。これにより、圧電振動子は、従来のように、辺比ｄ／Ｌが０．２７２付近である場合よりも、いわゆる肉厚となると共に、長手方向の長さが小さくなる。その結果、小型化を図ることができる。また、従来よりも肉厚となることから、疲労や過入力による破損が生じ難くなり、耐久性を向上させることが可能となる。また、共振駆動装置または直流駆動装置のいずれか一方を選択して動作させるので、最初は圧電振動子を共振駆動させることによって、短時間で駆動対象物を目的位置の近傍まで移動させることができる。駆動対象物が目的位置の近傍に到達した後、圧電振動子を直流駆動、すなわち、圧電振動子に静的変位が生じるように圧電振動子を駆動させることによって、駆動対象物を目的位置に高精度に位置決めすることが可能となる。さらに、駆動装置から供給された電圧が、２組の電極部のうち、いずれか一方のみに印加されるように切り替えを行なうので、電源構成を簡略化させることが可能となる。   According to the present invention, with d / L as a variable, d / L corresponds to the resonance frequency of the primary longitudinal vibration mode of the piezoelectric vibrator, and d / L and the resonance frequency of the secondary longitudinal vibration mode When d / L is small, the resonance frequency of the primary longitudinal vibration mode is larger than the resonance frequency of the secondary bending vibration mode, and d / L exceeds about 0.272. , Its size is reversed. When d / L is further increased, the resonance frequency of the primary longitudinal vibration mode becomes higher than the resonance frequency of the secondary bending vibration mode. That is, the subtraction value obtained by subtracting the resonance frequency value of the secondary bending vibration mode from the resonance frequency value of the primary longitudinal vibration mode for the same d / L value changes from a negative number to a positive number. . In the present invention, the piezoelectric vibrator is configured by the value of d / L at that time. As a result, the piezoelectric vibrator has a so-called wall thickness and a length in the longitudinal direction that is smaller than that in the conventional case where the side ratio d / L is around 0.272. As a result, downsizing can be achieved. Moreover, since it becomes thicker than before, damage due to fatigue or over-input is less likely to occur, and durability can be improved. In addition, since either the resonance driving device or the DC driving device is selected and operated, the driving object can be moved to the vicinity of the target position in a short time by first resonance driving the piezoelectric vibrator. . After the driven object reaches the vicinity of the target position, the piezoelectric object is driven by DC driving, that is, by driving the piezoelectric vibrator so that static displacement occurs in the piezoelectric vibrator, the driven object is raised to the target position. Positioning with high accuracy is possible. Furthermore, since the switching is performed so that the voltage supplied from the driving device is applied to only one of the two sets of electrode portions, the power supply configuration can be simplified.

次に、本発明に係る実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る圧電振動子の斜視図である。この圧電振動子１は、圧電セラミクスから形成されており、分極方向は、図１に示す座標軸のｚ軸方向に一致している。また、圧電振動子１が第一次縦振動モードで振動する際の伸縮方向は、ｘ軸と平行であり、圧電振動子１のｘ軸方向の長さはＬである。また、圧電振動子１が第二次屈曲振動モードで振動する際の剪断方向は、ｙ軸と平行であり、圧電振動子１のｙ軸方向の長さ（厚さ）はｄである。   Next, embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view of a piezoelectric vibrator according to this embodiment. The piezoelectric vibrator 1 is formed of piezoelectric ceramics, and the polarization direction coincides with the z-axis direction of the coordinate axis shown in FIG. The expansion / contraction direction when the piezoelectric vibrator 1 vibrates in the primary longitudinal vibration mode is parallel to the x axis, and the length of the piezoelectric vibrator 1 in the x axis direction is L. Further, the shearing direction when the piezoelectric vibrator 1 vibrates in the second bending vibration mode is parallel to the y-axis, and the length (thickness) of the piezoelectric vibrator 1 in the y-axis direction is d.

図２は、圧電振動子１の第一次縦振動の様子を示す図である。第一次縦振動は、図２の矢印ＡおよびＢに示すように、圧電振動子１の長手方向に伸縮を繰り返すことにより生ずる。また、図３は、圧電振動子１の第二次屈曲振動の様子を示す図である。第二次屈曲振動は、図３の矢印Ｃに示すように、圧電振動子１の厚さ方向に、相互に向きが異なる剪断力により屈曲を繰り返すことにより生ずる。これらの第一次縦振動と第二次屈曲振動とを合成（縮退）することにより、圧電振動子１に設けられたチップが楕円運動をし、駆動力が生ずる。   FIG. 2 is a diagram illustrating a state of the primary longitudinal vibration of the piezoelectric vibrator 1. The primary longitudinal vibration is generated by repeatedly expanding and contracting in the longitudinal direction of the piezoelectric vibrator 1 as indicated by arrows A and B in FIG. FIG. 3 is a diagram showing a state of the secondary bending vibration of the piezoelectric vibrator 1. As shown by an arrow C in FIG. 3, the secondary bending vibration is generated by repeatedly bending in the thickness direction of the piezoelectric vibrator 1 by shearing forces having different directions. By synthesizing (degenerate) these primary longitudinal vibrations and secondary bending vibrations, the chip provided in the piezoelectric vibrator 1 performs an elliptical motion to generate a driving force.

図４は、圧電振動子１が被駆動体２を図中、右方向に駆動する様子を段階的に示す図である。図４において、圧電振動子１は、チップ１ａを備えている。圧電振動子１の第一次縦振動と第二次屈曲振動とを合成することで、圧電振動子１が伸縮と屈曲を繰り返し、１サイクルで被駆動体を距離ｌだけ移動させている。   FIG. 4 is a diagram showing stepwise how the piezoelectric vibrator 1 drives the driven body 2 in the right direction in the drawing. In FIG. 4, the piezoelectric vibrator 1 includes a chip 1a. By synthesizing the primary longitudinal vibration and the secondary bending vibration of the piezoelectric vibrator 1, the piezoelectric vibrator 1 repeats expansion and contraction and bending, and the driven body is moved by the distance l in one cycle.

圧電振動子１は、このような原理で駆動力を発生させるのであるが、従来は、圧電振動子１の辺比ｄ／Ｌは、０．２７２付近のみが注目されていた。すなわち、ｄ／Ｌを変数として、ｄ／Ｌと圧電振動子の第一次縦振動モードの共振周波数とを対応させると共に、ｄ／Ｌと第二次縦振動モードの共振周波数とを対応させた場合、図５に示すように、ｄ／Ｌが小さい場合は、第二次屈曲振動モードの共振周波数よりも第一次縦振動モードの共振周波数の方が大きい。そして、ｄ／Ｌが０．２７２となると、第一次縦振動モードの共振周波数と、第二次屈曲振動モードの共振周波数とが一致するので、ｄ／Ｌが０．２７２である圧電振動子のみが利用されていた。ｄ／Ｌが０．２７２を超えると、第二次屈曲振動モードの共振周波数が第一次縦振動モードの共振周波数よりも大きくなる。   The piezoelectric vibrator 1 generates a driving force based on such a principle. However, conventionally, the side ratio d / L of the piezoelectric vibrator 1 has attracted attention only in the vicinity of 0.272. That is, with d / L as a variable, d / L is associated with the resonance frequency of the primary longitudinal vibration mode of the piezoelectric vibrator, and d / L is associated with the resonance frequency of the secondary longitudinal vibration mode. In this case, as shown in FIG. 5, when d / L is small, the resonance frequency of the primary longitudinal vibration mode is higher than the resonance frequency of the secondary bending vibration mode. When d / L becomes 0.272, the resonance frequency of the primary longitudinal vibration mode and the resonance frequency of the secondary bending vibration mode coincide with each other, so that the piezoelectric vibrator having d / L of 0.272 is obtained. Only was used. When d / L exceeds 0.272, the resonance frequency of the secondary bending vibration mode becomes higher than the resonance frequency of the primary longitudinal vibration mode.

ところが、さらにｄ／Ｌを大きくしていくと、第一次縦振動モードの共振周波数が、第二次屈曲振動モードの共振周波数よりも大きくなる。すなわち、同一のｄ／Ｌの値に対する第一次縦振動モードの共振周波数の値から、第二次屈曲振動モードの共振周波数の値を減算した減算値が、負の数から正の数に変わる。つまり、この点においても、第一次縦振動モードの共振周波数と、第二次屈曲振動モードの共振周波数とが一致するのである。本実施形態では、そのときのｄ／Ｌの値によって、圧電振動子を構成する。具体的には、本実施形態では、ｄ／Ｌの値は実質的に０．６である。   However, when d / L is further increased, the resonance frequency of the primary longitudinal vibration mode becomes higher than the resonance frequency of the secondary bending vibration mode. That is, the subtraction value obtained by subtracting the resonance frequency value of the secondary bending vibration mode from the resonance frequency value of the primary longitudinal vibration mode for the same d / L value changes from a negative number to a positive number. . That is, also in this respect, the resonance frequency of the primary longitudinal vibration mode matches the resonance frequency of the secondary bending vibration mode. In the present embodiment, the piezoelectric vibrator is configured by the value of d / L at that time. Specifically, in the present embodiment, the value of d / L is substantially 0.6.

これにより、圧電振動子１は、従来のように、辺比ｄ／Ｌが０．２７２付近である場合よりも、いわゆる肉厚となると共に、長手方向の長さが小さくなる。その結果、小型化を図ることができる。また、従来よりも肉厚となることから、疲労や過入力による破損が生じ難くなり、耐久性を向上させることが可能となる。   As a result, the piezoelectric vibrator 1 has a so-called thickness and a length in the longitudinal direction that are smaller than those in the case where the side ratio d / L is around 0.272 as in the prior art. As a result, downsizing can be achieved. Moreover, since it becomes thicker than before, damage due to fatigue or over-input is less likely to occur, and durability can be improved.

図６は、実施例１に係る超音波モータ装置の概略構成を示す図である。圧電振動子１は、矩形の圧電基板１ｂの一方の主面を４分割するように、互いに対角に対向する一組の電極４ａと一組の電極４ｂが設けられている。他方の主面は接地されている。これらの電極４ａ、４ｂは、互いに絶縁された状態で個別に設けられた後、互いに対角に位置する各電極４ａ、４ｂが、接続部４ｃ、４ｄによってそれぞれ相互に電気的に接続されており、２組の電極部４ａ、４ｂを構成している。圧電振動子１に用いられる圧電セラミクス材料には、特に制限はないが、通常、チタン酸ジルコン酸鉛系の圧電セラミクスが用いられる。   FIG. 6 is a diagram illustrating a schematic configuration of the ultrasonic motor device according to the first embodiment. The piezoelectric vibrator 1 is provided with a pair of electrodes 4a and a pair of electrodes 4b that face each other diagonally so as to divide one main surface of a rectangular piezoelectric substrate 1b into four. The other main surface is grounded. These electrodes 4a and 4b are individually provided in an insulated state, and then the electrodes 4a and 4b positioned diagonally to each other are electrically connected to each other by connecting portions 4c and 4d, respectively. Two sets of electrode portions 4a and 4b are configured. The piezoelectric ceramic material used for the piezoelectric vibrator 1 is not particularly limited, but lead zirconate titanate piezoelectric ceramic is usually used.

また、超音波モータ装置１０は、交流電源５と、スイッチング部６とを備えている。交流電源５からは、超音波モータ装置１０に長手方向に伸縮する第一次縦振動モードの振動と、剪断方向に屈曲する第二次屈曲振動モードの振動を励起させる周波数の正弦波電圧が出力される。スイッチング部６は、超音波モータ装置１０を駆動する際には、電極４ａと電極４ｂのいずれか一方に交流電源５から出力される電圧を印加する。つまり、一対の電極４ａと電極４ｂの一方にのみ、所定の電圧が印加されている場合は、他方の電極に電圧が印加されることはない。   Further, the ultrasonic motor device 10 includes an AC power supply 5 and a switching unit 6. The AC power supply 5 outputs to the ultrasonic motor device 10 a sine wave voltage having a frequency that excites the vibration of the primary longitudinal vibration mode that expands and contracts in the longitudinal direction and the vibration of the secondary bending vibration mode that flexes in the shear direction. Is done. When the ultrasonic motor device 10 is driven, the switching unit 6 applies a voltage output from the AC power supply 5 to one of the electrode 4a and the electrode 4b. That is, when a predetermined voltage is applied only to one of the pair of electrodes 4a and 4b, no voltage is applied to the other electrode.

このように、圧電振動子１の電極４ａ、４ｂのいずれか一方に対して交流電圧が印加されると、圧電振動子１には、図２および図３に示すように、長手方向に伸縮する第一次縦振動モードの振動と、剪断方向に屈曲する第二次屈曲振動モードの振動とが発生する。そして、第一次縦振動モードの共振周波数と、第二次屈曲振動モードの共振周波数とが等しいときに、両振動モードが合成（縮退）され、圧電振動子１の摺動チップ２には楕円振動が発生する。その結果、図５中、例えば、駆動対象物１５を矢印Ａの方向へスライドさせることができる。一方、スイッチング部６を切替えることにより、矢印Ａとは逆の矢印Ｂの方向へ駆動対象物１５をスライドさせることが可能となる。   As described above, when an AC voltage is applied to one of the electrodes 4a and 4b of the piezoelectric vibrator 1, the piezoelectric vibrator 1 expands and contracts in the longitudinal direction as shown in FIGS. A vibration in the primary longitudinal vibration mode and a vibration in the secondary bending vibration mode that bends in the shearing direction are generated. When the resonance frequency of the primary longitudinal vibration mode is equal to the resonance frequency of the secondary bending vibration mode, both vibration modes are combined (degenerate), and the sliding tip 2 of the piezoelectric vibrator 1 has an elliptical shape. Vibration occurs. As a result, for example, the drive object 15 can be slid in the direction of arrow A in FIG. On the other hand, by switching the switching unit 6, the drive target 15 can be slid in the direction of the arrow B opposite to the arrow A.

このように、駆動装置から供給された電圧が、２組の電極部４ａ、４ｂのうち、いずれか一方のみに印加されるように切り替えを行なうので、電源構成を簡略化させることが可能となる。   As described above, since the switching is performed so that the voltage supplied from the driving device is applied to only one of the two sets of electrode portions 4a and 4b, the power supply configuration can be simplified. .

図７は、実施例２に係る超音波モータ装置の概略構成を示す図である。実施例１と同様に、この超音波モータ装置において、圧電振動子１は、摺動チップ２が楕円運動をすることにより、駆動対象物１５を図７中、矢印ＡまたはＢの方向へスライドさせる。また、圧電振動子１は、矩形の圧電基板１ｂの一方の主面を４分割するように、互いに対角に対向する一組の電極４ａと一組の電極４ｂが設けられている。他方の主面は接地されている。これらの電極４ａ、４ｂは、互いに絶縁された状態で個別に設けられた後、互いに対角に位置する各電極４ａ、４ｂが、接続部４ｃ、４ｄによってそれぞれ相互に電気的に接続されており、２組の電極部４ａ、４ｂを構成している。   FIG. 7 is a diagram illustrating a schematic configuration of the ultrasonic motor device according to the second embodiment. As in the first embodiment, in this ultrasonic motor device, the piezoelectric vibrator 1 causes the driving object 15 to slide in the direction of the arrow A or B in FIG. . In addition, the piezoelectric vibrator 1 is provided with a pair of electrodes 4a and a pair of electrodes 4b that face each other diagonally so that one main surface of the rectangular piezoelectric substrate 1b is divided into four. The other main surface is grounded. These electrodes 4a and 4b are individually provided in an insulated state, and then the electrodes 4a and 4b positioned diagonally to each other are electrically connected to each other by connecting portions 4c and 4d, respectively. Two sets of electrode portions 4a and 4b are configured.

図７において、駆動装置５０は、駆動対象物１５の位置を検出する位置センサ３１と、超音波モータ装置１０を共振駆動する共振駆動装置３２と、超音波モータ装置１０を直流駆動する直流駆動装置３３と、位置センサ３１の検出信号に従って共振駆動装置３２または直流駆動装置３３に駆動指令信号を送る駆動制御装置（ＣＰＵ）３４と、を備えている。共振駆動装置３２と直流駆動装置３３は、増幅器３５ａ、３５ｂを共有している。さらに、共振駆動装置３２は、第１フィードバック制御装置３６と位相制御装置３７とを有している。直流駆動装置３３は、第２フィードバック制御装置３８と信号反転器３９とを有している。   In FIG. 7, the driving device 50 includes a position sensor 31 that detects the position of the driven object 15, a resonance driving device 32 that resonance-drives the ultrasonic motor device 10, and a DC driving device that DC-drives the ultrasonic motor device 10. And a drive control device (CPU) 34 that sends a drive command signal to the resonance drive device 32 or the DC drive device 33 in accordance with the detection signal of the position sensor 31. The resonance driving device 32 and the DC driving device 33 share the amplifiers 35a and 35b. Further, the resonance driving device 32 includes a first feedback control device 36 and a phase control device 37. The DC drive device 33 includes a second feedback control device 38 and a signal inverter 39.

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

第１フィードバック制御装置３６は、駆動制御装置（ＣＰＵ）３４から超音波モータ装置１０を共振駆動させる指令信号を受信すると、超音波モータ装置１０を共振駆動させるための共振駆動信号を発生させ、それを増幅器３５ａ、３５ｂに送る。また第１フィードバック制御装置３６は、位置センサ３１の検出信号を受信して、駆動対象物１５の移動速度を調節する。このため第１フィードバック制御装置３６は、共振駆動信号の波形を適宜変形させる（例えば、ゼロ−ピーク電圧値を変化させる）ことができるようになっている。   When the first feedback control device 36 receives a command signal for resonance driving the ultrasonic motor device 10 from the drive control device (CPU) 34, the first feedback control device 36 generates a resonance driving signal for resonance driving the ultrasonic motor device 10. Is sent to the amplifiers 35a and 35b. The first feedback control device 36 receives the detection signal of the position sensor 31 and adjusts the moving speed of the driven object 15. Therefore, the first feedback control device 36 can appropriately change the waveform of the resonance drive signal (for example, change the zero-peak voltage value).

第１フィードバック制御装置３６から増幅器３５ａ、３５ｂへは同一波形の共振駆動信号が出力される。このため一方の増幅器、つまり増幅器３５ａに送られる共振駆動信号は増幅器３５ａに入力される前に位相制御装置３７によって位相を９０度ずらされる。例えば、第１フィードバック制御装置３６から出力される共振駆動信号がＶ＝Ｖ０ｓｉｎ（２πｆｔ）である場合には、増幅器３５ｂにはこのＶ＝Ｖ０ｓｉｎ（２πｆｔ）の共振駆動信号が入力されるが、増幅器３５ａには位相制御装置３７によって位相制御されたＶ＝Ｖ０ｃｏｓ（２πｆｔ）またはＶ＝−Ｖ０ｃｏｓ（２πｆｔ）の共振駆動信号が入力される。 A resonance drive signal having the same waveform is output from the first feedback control device 36 to the amplifiers 35a and 35b. Therefore, the phase of the resonance drive signal sent to one amplifier, that is, the amplifier 35a, is shifted by 90 degrees by the phase controller 37 before being input to the amplifier 35a. For example, when the resonance drive signal output from the first feedback control device 36 is V = V 0 sin (2πft), this resonance drive signal of V = V 0 sin (2πft) is input to the amplifier 35b. However, a resonance drive signal of V = V 0 cos (2πft) or V = −V 0 cos (2πft) phase-controlled by the phase controller 37 is input to the amplifier 35a.

なお、第１フィードバック制御装置３６から出力される共振駆動信号はＶ＝Ｖ０ｃｏｓ（２πｆｔ）であってもよい。この場合には、位相制御装置３７からは、Ｖ＝Ｖ０ｓｉｎ（２πｆｔ）またはＶ＝−Ｖ０ｓｉｎ（２πｆｔ）の共振駆動信号が出力される。 The resonance drive signal output from the first feedback control device 36 may be V = V 0 cos (2πft). In this case, the phase controller 37 outputs a resonance drive signal of V = V 0 sin (2πft) or V = −V 0 sin (2πft).

第２フィードバック制御装置３８は、駆動制御装置（ＣＰＵ）３４から超音波モータ装置１０を直流駆動させる指令信号を受け取ると、超音波モータ装置１０を直流駆動させるための直流電圧信号を発生させ、それを増幅器３５ａ、３５ｂに送る。また第２フィードバック制御装置３８は、位置センサ３１からの信号を受信して、直流電圧信号の電圧値を適宜調整して増幅器３５ａ、３５ｂに送ることができるようになっている。   When the second feedback control device 38 receives a command signal for direct drive of the ultrasonic motor device 10 from the drive control device (CPU) 34, the second feedback control device 38 generates a direct current voltage signal for direct drive of the ultrasonic motor device 10. Is sent to the amplifiers 35a and 35b. The second feedback control device 38 can receive a signal from the position sensor 31 and appropriately adjust the voltage value of the DC voltage signal and send it to the amplifiers 35a and 35b.

第２フィードバック制御装置３８から増幅器３５ａ、３５ｂへは同じ直流電圧信号が出力される。このため増幅器３５ａに送られる直流電圧信号は増幅器３５ａに入力される前に信号反転器３９によって正負を逆転される。なお、駆動制御装置３４は、電極４ａまたは電極４ｂのいずれか一方のみに電圧を印加させることができ、スイッチング部として機能することができる。   The same DC voltage signal is output from the second feedback control device 38 to the amplifiers 35a and 35b. For this reason, the DC voltage signal sent to the amplifier 35a is inverted by the signal inverter 39 before being input to the amplifier 35a. The drive control device 34 can apply a voltage to only one of the electrode 4a and the electrode 4b, and can function as a switching unit.

図８は、駆動装置５０を用いて、駆動対象物１５を、駆動対象物１５のＫ点が位置Ｓ１にある状態から目的位置Ｓ２に位置する状態となるように、移動させる場合の制御範囲を示す説明図である。図８（ａ）はその全体図を、図８（ｂ）は図８（ａ）中の点線枠を中心とした拡大図である。また、図９は、Ｋ点が位置Ｓ１から目的位置Ｓ２へ移動するように駆動対象物１５を移動させる場合の超音波モータ装置１０の駆動手順を示すフローチャートである。以下、図８および図９を参照しながら説明する。   FIG. 8 shows a control range in the case where the driving object 50 is moved using the driving device 50 so that the driving object 15 is moved from the state where the point K of the driving object 15 is located at the position S1 to the state located at the target position S2. It is explanatory drawing shown. FIG. 8A is an overall view, and FIG. 8B is an enlarged view centering on a dotted frame in FIG. 8A. FIG. 9 is a flowchart showing a driving procedure of the ultrasonic motor device 10 when the driving object 15 is moved so that the K point moves from the position S1 to the target position S2. Hereinafter, a description will be given with reference to FIGS.

まず、初期状態では、超音波モータ装置１０の摺動チップ２は、図８（ａ）中、矢印Ａの位置にあり、位置センサ３１は、Ｋ点が位置Ｓ１にある（駆動対象物１５は２点鎖線で示す位置にある）ことを示す検出信号を駆動制御装置（ＣＰＵ）３４に送っている。なお、駆動対象物１５は、駆動対象物１５が移動した際にＫ点が目的位置Ｓ２等にあることを位置センサ３１が検出できるように、マーキングされている。この状態から、例えばオペレータによって、Ｋ点を目的位置Ｓ２へ移動させることを指示する信号が駆動制御装置（ＣＰＵ）３４に入力される。駆動制御装置（ＣＰＵ）３４は、位置センサ３１から受信した位置検出信号から、共振駆動装置３２または直流駆動装置３３のどちらを駆動させるかを判断する。   First, in the initial state, the sliding tip 2 of the ultrasonic motor device 10 is at the position of the arrow A in FIG. 8A, and the position sensor 31 has the K point at the position S1 (the driving object 15 is A detection signal indicating that it is in a position indicated by a two-dot chain line is sent to a drive control device (CPU) 34. The driving object 15 is marked so that the position sensor 31 can detect that the K point is at the target position S2 or the like when the driving object 15 moves. From this state, for example, an operator inputs a signal for instructing to move the point K to the target position S2 to the drive control device (CPU) 34. The drive control device (CPU) 34 determines from the position detection signal received from the position sensor 31 whether to drive the resonance drive device 32 or the DC drive device 33.

超音波モータ装置１０の直流駆動による駆動対象物１５の移動可能距離をＬとすると、直流駆動装置３３による位置決めが可能な範囲は、図８（ｂ）に示されるように、目的位置Ｓ２から距離Ｌだけ離れた位置Ｓ５と位置Ｓ６の間となる。ここで、位置Ｓ１はこの位置Ｓ５〜位置Ｓ６の間から外れているものとする。そのため、駆動制御装置（ＣＰＵ）３４は共振駆動装置３２に動作指令信号を送り、共振駆動装置３２が駆動対象物１５の駆動を開始する。   Assuming that the movable distance of the driven object 15 by direct current drive of the ultrasonic motor device 10 is L, the range in which the direct current drive device 33 can be positioned is the distance from the target position S2 as shown in FIG. It is between position S5 and position S6 separated by L. Here, it is assumed that the position S1 is out of the positions S5 to S6. Therefore, the drive control device (CPU) 34 sends an operation command signal to the resonance drive device 32, and the resonance drive device 32 starts to drive the driven object 15.

超音波モータ装置１０は、共振駆動によってＫ点が位置Ｓ５〜位置Ｓ６の間、好ましくは位置Ｓ３〜位置Ｓ４の間、に入るように駆動対象物１５を移動させる駆動精度を有している。換言すれば、超音波モータ装置１０の共振駆動時の位置決め制御長さは距離Ｌ以下である。しかし、超音波モータ装置１０は、常にＫ点を目的位置Ｓ２に位置するように駆動対象物１５を位置決めする駆動精度は有していない。そこでＫ点が位置Ｓ５〜位置Ｓ６の間（好ましくは位置Ｓ３〜位置Ｓ４の間）に入るように、駆動対象物１５を移動させる。なお、「Ｋ点が目的位置Ｓ２に位置する」とは、位置センサ３１による駆動対象物１５の位置検出の結果、Ｋ点が目的位置Ｓ２にあると判断される状態をいい、例えば、その精度は、目的位置Ｓ２を中心として±２ｎｍ以下の範囲である。   The ultrasonic motor device 10 has a driving accuracy for moving the driving object 15 so that the K point enters between the positions S5 and S6, preferably between the positions S3 and S4, by resonance driving. In other words, the positioning control length of the ultrasonic motor device 10 during resonance driving is equal to or less than the distance L. However, the ultrasonic motor device 10 does not have the driving accuracy for positioning the driving object 15 so that the K point is always located at the target position S2. Therefore, the driven object 15 is moved so that the point K enters between the positions S5 and S6 (preferably between the positions S3 and S4). Note that “K point is located at the target position S2” means a state in which it is determined that the K point is at the target position S2 as a result of the position detection of the driven object 15 by the position sensor 31. Is a range of ± 2 nm or less with the target position S2 as the center.

具体的には、共振駆動装置３２が具備する第１フィードバック制御装置３６は、共振駆動信号（例えば、Ｖ＝Ｖ０ｓｉｎ（２πｆｔ））を発生させて増幅器３５ａ、３５ｂに送る。前述したように、増幅器３５ａには位相制御装置３７によって位相が９０度ずれた共振駆動信号（Ｖ＝Ｖ０ｃｏｓ（２πｆｔ））が入力される。増幅器３５ａ、３５ｂは入力された共振駆動信号の電圧増幅を行ない、この電圧増幅された信号が圧電振動子１に入力される。これにより超音波モータ装置１０が共振駆動され、駆動対象物１５が移動を開始する。 Specifically, the first feedback control device 36 included in the resonance driving device 32 generates a resonance driving signal (for example, V = V 0 sin (2πft)) and sends it to the amplifiers 35a and 35b. As described above, the resonance drive signal (V = V 0 cos (2πft)) whose phase is shifted by 90 degrees by the phase controller 37 is input to the amplifier 35a. The amplifiers 35a and 35b perform voltage amplification of the inputted resonance drive signal, and the voltage amplified signal is inputted to the piezoelectric vibrator 1. As a result, the ultrasonic motor device 10 is driven to resonate, and the driven object 15 starts to move.

駆動対象物１５を目的位置Ｓ２から所定距離離れた位置Ｓ７まで高速で移動させるために、第１フィードバック制御装置３６から出力される共振駆動信号のゼロ−ピーク電圧値と周波数が定められる。なお、増幅器３５ａ、３５ｂにおける共振駆動信号の増幅率は一定とする。駆動対象物１５の位置は、位置センサ３１によって検出され、その検出信号は、駆動制御装置（ＣＰＵ）３４と第１フィードバック制御装置３６に送られる。駆動制御装置（ＣＰＵ）３４は、Ｋ点が位置Ｓ５と位置Ｓ６の間（より好ましくは位置Ｓ３と位置Ｓ４の間）に入ったという検出信号を位置センサ３１から受信するまで共振駆動装置３２に動作指令信号を送る。これに対し、第１フィードバック制御装置３６は、Ｋ点が位置Ｓ７を超えて目的位置Ｓ２側に入ったという検出信号を位置センサ３１から受信した場合には、駆動対象物１５の移動速度を減速させて、Ｋ点が位置Ｓ５と位置Ｓ６の間（より好ましくは位置Ｓ３と位置Ｓ４の間）に入りやすくする。   In order to move the driven object 15 at a high speed from the target position S2 to the position S7 that is a predetermined distance away, the zero-peak voltage value and frequency of the resonance drive signal output from the first feedback control device 36 are determined. The amplification factor of the resonance drive signal in the amplifiers 35a and 35b is constant. The position of the drive object 15 is detected by the position sensor 31, and the detection signal is sent to the drive control device (CPU) 34 and the first feedback control device 36. The drive control device (CPU) 34 notifies the resonance drive device 32 until it receives a detection signal from the position sensor 31 that the point K has entered between the positions S5 and S6 (more preferably between the positions S3 and S4). Send an operation command signal. On the other hand, when the first feedback control device 36 receives a detection signal from the position sensor 31 that the point K exceeds the position S7 and enters the target position S2, the first feedback control device 36 decelerates the moving speed of the driving object 15. This makes it easy for the point K to enter between the positions S5 and S6 (more preferably between the positions S3 and S4).

駆動対象物１５の移動速度を下げる方法としては、共振駆動信号のゼロ−ピーク電圧値を下げ、または、周波数を共振周波数およびその近傍において変える方法が挙げられる。ここで、「共振周波数およびその近傍」とは超音波モータ装置１０が実質的に共振駆動する周波数を指し、より具体的には、共振周波数±１０％の範囲の周波数をいう。第１フィードバック制御装置３６は、駆動対象物１５の移動速度を減速させた後に、位置センサ３１からＫ点が位置Ｓ５と位置Ｓ６の間（より好ましくは位置Ｓ３と位置Ｓ４の間）に入ったという検出信号を受信するまで、共振駆動信号を増幅器３５ａ、３５ｂに出力する。   As a method for lowering the moving speed of the drive target 15, a method of lowering the zero-peak voltage value of the resonance drive signal or changing the frequency at and near the resonance frequency can be mentioned. Here, “resonance frequency and its vicinity” refers to a frequency at which the ultrasonic motor device 10 is substantially resonantly driven, and more specifically, a frequency in the range of the resonance frequency ± 10%. After the first feedback control device 36 decelerates the moving speed of the driven object 15, the K point from the position sensor 31 enters between the positions S5 and S6 (more preferably between the positions S3 and S4). Until the detection signal is received, the resonance drive signal is output to the amplifiers 35a and 35b.

Ｋ点が位置Ｓ５と位置Ｓ６の間（より好ましくは位置Ｓ３と位置Ｓ４の間）に入ったら、駆動制御装置（ＣＰＵ）３４は、第１フィードバック制御装置３６の動作を停止させ、次に第２フィードバック制御装置３８の動作開始を指令する。直流駆動装置３３による駆動対象物１５の駆動では、第２フィードバック制御装置３８が、位置センサ３１から検出信号を受けながら、直流電圧信号を増幅器３５ａ、３５ｂに送る。前述したように、増幅器３５ａに向けて送られる直流電圧信号は、増幅器３５ａに入力される前に信号反転器３９によって正負の反転処理が行なわれる。増幅器３５ａ、３５ｂでは直流電圧信号が一定の電圧値まで増幅され、圧電振動子１に印加される。これにより、摺動チップ２を微小に動かして、位置センサ３１の検出精度限界まで、Ｋ点を目的位置Ｓ２に位置決めする。   When the point K enters between the positions S5 and S6 (more preferably between the positions S3 and S4), the drive control device (CPU) 34 stops the operation of the first feedback control device 36, and then 2 Command the start of operation of the feedback control device 38. In driving the drive target 15 by the DC drive device 33, the second feedback control device 38 sends a DC voltage signal to the amplifiers 35 a and 35 b while receiving the detection signal from the position sensor 31. As described above, the DC voltage signal sent to the amplifier 35a is subjected to positive / negative inversion processing by the signal inverter 39 before being input to the amplifier 35a. The amplifiers 35 a and 35 b amplify the DC voltage signal to a certain voltage value and apply it to the piezoelectric vibrator 1. As a result, the sliding tip 2 is moved slightly to position the K point at the target position S2 up to the detection accuracy limit of the position sensor 31.

駆動対象物１５の位置決めが終了しても、圧電振動子１には、Ｋ点が常に目的位置Ｓ２にあるように、第２フィードバック制御装置３８は、位置センサ３１からの検出信号を受信しながら、圧電振動子１に印加される直流電圧信号の電圧値を適宜変化させる。駆動対象物１５が目的位置Ｓ２にある状態で、例えば、駆動対象物１５に取り付けられた図示しない被加工体に所定の加工が施されたら、Ｋ点をさらに別の位置に、上述したようにＫ点を位置Ｓ１から目的位置Ｓ２へ移動させた方法と同じ方法で移動させる。   Even after the positioning of the driving object 15 is completed, the second feedback control device 38 receives the detection signal from the position sensor 31 so that the K point is always at the target position S2 in the piezoelectric vibrator 1. Then, the voltage value of the DC voltage signal applied to the piezoelectric vibrator 1 is changed as appropriate. In a state where the drive target 15 is at the target position S2, for example, when a predetermined process is performed on a workpiece (not shown) attached to the drive target 15, the K point is set to another position as described above. The point K is moved by the same method as the method for moving the point K from the position S1 to the target position S2.

以上、本発明の実施例について説明してきたが、本発明はこのような形態に限定されるものではない。例えば、上記説明においては、駆動対象物１５を直線移動させた形態について説明したが、回転自在なロータの外周端面に摺動チップ２を押しあてて超音波モータ装置１０を駆動すれば、ロータの回転角度を高精度に制御することができる。   As mentioned above, although the Example of this invention has been described, this invention is not limited to such a form. For example, in the above description, the driving object 15 has been linearly moved. However, if the ultrasonic motor device 10 is driven by pressing the sliding tip 2 against the outer peripheral end face of the rotatable rotor, The rotation angle can be controlled with high accuracy.

以上説明したように、本実施形態によれば、圧電振動子１は、辺比ｄ／Ｌが実質的に０．６であるため、従来のように、辺比ｄ／Ｌが０．２７２付近である場合よりも、いわゆる肉厚となると共に、長手方向の長さが小さくなる。その結果、小型化を図ることができる。また、従来よりも肉厚となることから、疲労や過入力による破損が生じ難くなり、耐久性を向上させることが可能となる。   As described above, according to the present embodiment, since the side ratio d / L of the piezoelectric vibrator 1 is substantially 0.6, the side ratio d / L is around 0.272 as in the related art. As compared with the case where it is, it becomes so-called thickness and the length in the longitudinal direction becomes smaller. As a result, downsizing can be achieved. Moreover, since it becomes thicker than before, damage due to fatigue or over-input is less likely to occur, and durability can be improved.

本実施形態に係る圧電振動子の斜視図である。It is a perspective view of the piezoelectric vibrator concerning this embodiment. 圧電振動子の第一次縦振動の様子を示す図である。It is a figure which shows the mode of the primary longitudinal vibration of a piezoelectric vibrator. 圧電振動子の第二次屈曲振動の様子を示す図である。It is a figure which shows the mode of the secondary bending vibration of a piezoelectric vibrator. 圧電振動子が被駆動体を図中、右方向に駆動する様子を段階的に示す図である。It is a figure which shows a mode that a piezoelectric vibrator drives a to-be-driven body rightward in a figure. 矩形型の圧電振動子を複数種類の振動モードで振動させたときの周波数スペクトラムを示す図である。It is a figure which shows a frequency spectrum when a rectangular-shaped piezoelectric vibrator is vibrated in a plurality of types of vibration modes. 実施例１に係る超音波モータ装置の概略構成を示す図である。1 is a diagram illustrating a schematic configuration of an ultrasonic motor device according to a first embodiment. 実施例２に係る超音波モータ装置の概略構成を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a schematic configuration of an ultrasonic motor device according to a second embodiment. 、駆動装置５０を用いて、駆動対象物１５を、駆動対象物１５のＫ点が位置Ｓ１にある状態から目的位置Ｓ２に位置する状態となるように、移動させる場合の制御範囲を示す説明図である。An explanatory diagram showing a control range when the drive object 15 is moved using the drive device 50 so that the K point of the drive object 15 is located at the target position S2 from the state where the K point of the drive object 15 is located at the position S1. It is. Ｋ点が位置Ｓ１から目的位置Ｓ２へ移動するように駆動対象物１５を移動させる場合の超音波モータ装置１０の駆動手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the drive procedure of the ultrasonic motor apparatus 10 in the case of moving the drive target 15 so that K point may move from position S1 to target position S2.

符号の説明Explanation of symbols

１ 圧電振動子
１ｂ 圧電基板
２ 摺動チップ
４ａ 電極
４ｂ 電極
４ｃ 接続部
４ｄ 接続部
５ 交流電源
６ スイッチング部
１０ 超音波モータ装置
１５ 駆動対象物
３１ 位置センサ
３２ 共振駆動装置
３３ 直流駆動装置
３４ 駆動制御装置
３５ａ 増幅器
３５ｂ 増幅器
３６ 第１フィードバック制御装置
３７ 位相制御装置
３８ 第２フィードバック制御装置
３９ 信号反転器
５０ 駆動装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Piezoelectric vibrator 1b Piezoelectric board | substrate 2 Sliding chip | tip 4a Electrode 4b Electrode 4c Connection part 4d Connection part 5 AC power supply 6 Switching part 10 Ultrasonic motor apparatus 15 Drive target 31 Position sensor 32 Resonance drive apparatus 33 DC drive apparatus 34 Drive control Device 35a Amplifier 35b Amplifier 36 First feedback control device 37 Phase control device 38 Second feedback control device 39 Signal inverter 50 Drive device

Claims (4)

矩形型の圧電振動子が、第一次縦振動モードと第二次屈曲振動モードとを組み合わせた多重振動モードで振動することにより駆動力を発生する超音波モータ装置であって、
前記圧電振動子が第一次縦振動モードで振動する際の伸縮方向の長さをＬとし、前記圧電振動子が第二次屈曲振動モードで振動する際の剪断方向の長さをｄとした場合、前記圧電振動子は、ｄ／Ｌの値が実質的に０．６となるように形成されており、
前記圧電振動子のいずれか一方の主面上に２行２列に形成された４枚の電極と、
前記４枚の電極のうち、対角に位置する２枚の電極同士をそれぞれ電気的に接続し、２組の電極部を形成する接続部と、
前記２組の電極部のうち、少なくとも一方に対して交流電圧を印加して前記圧電振動子を駆動させる共振駆動装置と、
前記２組の電極部のうち、少なくとも一方に対して直流電圧を印加して前記圧電振動子を駆動させる直流駆動装置と、
前記共振駆動装置または直流駆動装置のいずれか一方を選択して動作させる制御部と、を備えることを特徴とする超音波モータ装置。 An ultrasonic motor device that generates a driving force when a rectangular piezoelectric vibrator vibrates in a multiple vibration mode that combines a primary longitudinal vibration mode and a secondary bending vibration mode,
The length in the expansion / contraction direction when the piezoelectric vibrator vibrates in the primary longitudinal vibration mode is L, and the length in the shear direction when the piezoelectric vibrator vibrates in the secondary bending vibration mode is d. In this case, the piezoelectric vibrator is formed so that the value of d / L is substantially 0.6,
Four electrodes formed in two rows and two columns on one main surface of the piezoelectric vibrator;
Of the four electrodes, two electrodes located diagonally are electrically connected to each other to form two sets of electrode portions; and
A resonance driving device for driving the piezoelectric vibrator by applying an AC voltage to at least one of the two sets of electrode portions;
A DC drive device for driving the piezoelectric vibrator by applying a DC voltage to at least one of the two sets of electrode portions;
An ultrasonic motor device comprising: a control unit that selects and operates either the resonance driving device or the DC driving device. 前記共振駆動装置および直流駆動装置から供給された電圧が、前記２組の電極部のうち、いずれか一方のみに印加されるように切り替えを行なうことを特徴とする請求項１記載の超音波モータ装置。 2. The ultrasonic motor according to claim 1 , wherein switching is performed so that the voltage supplied from the resonance driving device and the DC driving device is applied to only one of the two sets of electrode portions. apparatus. 矩形型の圧電振動子が、第一次縦振動モードと第二次屈曲振動モードとを組み合わせた多重振動モードで振動することにより駆動力を発生する超音波モータ装置であって、
前記圧電振動子が第一次縦振動モードで振動する際の伸縮方向の長さをＬとし、前記圧電振動子が第二次屈曲振動モードで振動する際の剪断方向の長さをｄとした場合、前記圧電振動子は、ｄ／Ｌの値が実質的に０．６となるように形成されており、
前記圧電振動子のいずれか一方の主面上に２行２列に形成された４枚の電極と、
前記４枚の電極のうち、対角に位置する２枚の電極同士をそれぞれ電気的に接続し、２組の電極部を形成する接続部と、
前記圧電振動子を駆動する電圧を供給する駆動装置と、
前記２組の電極部と前記駆動装置との間に設けられ、前記駆動装置から供給された電圧が、前記２組の電極部のうち、いずれか一方のみに印加されるように切り替えを行なうスイッチング部と、を備えることを特徴とする超音波モータ装置。 An ultrasonic motor device that generates a driving force when a rectangular piezoelectric vibrator vibrates in a multiple vibration mode that combines a primary longitudinal vibration mode and a secondary bending vibration mode,
The length in the expansion / contraction direction when the piezoelectric vibrator vibrates in the primary longitudinal vibration mode is L, and the length in the shear direction when the piezoelectric vibrator vibrates in the secondary bending vibration mode is d. In this case, the piezoelectric vibrator is formed so that the value of d / L is substantially 0.6,
Four electrodes formed in two rows and two columns on one main surface of the piezoelectric vibrator;
Of the four electrodes, two electrodes located diagonally are electrically connected to each other to form two sets of electrode portions; and
A driving device for supplying a voltage for driving the piezoelectric vibrator;
Switching that is provided between the two sets of electrode units and the driving device, and performs switching so that the voltage supplied from the driving device is applied to only one of the two sets of electrode units. And an ultrasonic motor device. 前記駆動装置は、
交流電圧を電極に印加して前記圧電振動子を駆動させる共振駆動装置と、
直流電圧を電極に印加して前記圧電振動子を駆動させる直流駆動装置と、
前記共振駆動装置または直流駆動装置のいずれか一方を選択して動作させる制御部と、を備えることを特徴とする請求項３記載の超音波モータ装置。 The driving device includes:
A resonance driving device for driving the piezoelectric vibrator by applying an AC voltage to the electrodes;
A DC drive device for driving the piezoelectric vibrator by applying a DC voltage to the electrodes;
The ultrasonic motor device according to claim 3 , further comprising a control unit that selects and operates either the resonance driving device or the DC driving device.
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