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JP2524281Y2 - Ultrasonic motor - Google Patents

Ultrasonic motor

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Publication number
JP2524281Y2
JP2524281Y2 JP1990107690U JP10769090U JP2524281Y2 JP 2524281 Y2 JP2524281 Y2 JP 2524281Y2 JP 1990107690 U JP1990107690 U JP 1990107690U JP 10769090 U JP10769090 U JP 10769090U JP 2524281 Y2 JP2524281 Y2 JP 2524281Y2
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JP
Japan
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resonator
rotor
ultrasonic motor
vibration
ring
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JP1990107690U
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Japanese (ja)
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JPH0464995U (en
Inventor
雅俊 近藤
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Sumitomo Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Heavy Industries Ltd
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Publication date
Application filed by Sumitomo Heavy Industries Ltd filed Critical Sumitomo Heavy Industries Ltd
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Description

【考案の詳細な説明】[Detailed description of the invention] 【産業上の利用分野】[Industrial applications]

本考案は、超音波振動子の振動によって共振子を励振
し、該共振子の振動を利用してロータから回転力を取出
すようにした超音波モータに関する。
The present invention relates to an ultrasonic motor that excites a resonator by vibration of an ultrasonic vibrator and uses the vibration of the resonator to extract a rotational force from a rotor.

【従来の技術】[Prior art]

超音波モータは、圧電素子からなる超音波振動子の振
動により回転力を得る新しい原理に基づくモータであ
る。 この超音波モータは、電流と磁界の相互作用に基づく
従来の電磁型モータに比べて、小型、軽量である上に低
速で、且つ単位体積当たりのトルクが大きく、又ロータ
の静的な保持力も大きいという特徴がある。従って、低
速で使用する場合、ギヤレス化、ブレーキレス化が可能
であり、又慣性質量が小さいことから応答性にも優れる
ため、種々の制御装置の駆動源として近年注目されてき
ている。 これまで種々の超音波モータが提案されているが、例
えば回転方向の切換えを容易に行うことのできる進行波
型超音波モータが特開昭58-148682、同59-96881号公報
等に開示されている。 進行波型超音波モータは、第2図(A)、(B)に示
されるように、円板弾性体Aに圧電セラミック板Bを貼
ったステータCの円周における撓み振動を利用するもの
で、ステータCに時間と共に移動する進行波を2相ある
いは多相の駆動法によって励振し、対面圧接したロータ
Dを回転させるものである。 しかしながら、従来の超音波モータにおいては、共振
子、即ち超音波共振振動発生部の素材は、その性質上音
響的振動特性の良好なアルミニウム、ジュラルミン等を
用いる場合が多いが、このような素材からなる共振子に
おけるロータとの接合面、即ちロータへの摩擦トルク伝
達面は、該ロータとの接触トルク伝達の際に摩耗が生じ
易く、超音波モータの性能が経時的に早く劣化し易いと
いう問題を有していた。 この問題に対処するため、例えば 共振子にセラミックスをコーティングしたり、又は
セラミックス自体で共振子を製作したりする方法(特開
昭60-109776号公報)、 ロータと共振子の振動面に油膜を形成する方法(特
開昭63-3660号公報)、 ロータと共振子との間に弾性薄膜を設ける方法(特
開昭63-124785号公報)、 共振子に摩擦トルク伝達用ピンあるいは振動片を埋
め込み、この摩擦トルク伝達用ピンあるいは突起状の振
動片を介してトルクを伝達する方法、 等が提案されている。
An ultrasonic motor is a motor based on a new principle of obtaining a rotational force by the vibration of an ultrasonic transducer made of a piezoelectric element. This ultrasonic motor is smaller, lighter, slower, has a larger torque per unit volume, and has a lower static holding force than a conventional electromagnetic motor based on the interaction between a current and a magnetic field. It has the feature of being large. Therefore, when used at low speeds, gearless and brakeless operations are possible, and the responsiveness is excellent due to the small inertial mass. Until now, various ultrasonic motors have been proposed.For example, traveling wave ultrasonic motors that can easily switch the rotation direction are disclosed in JP-A-58-148682 and JP-A-59-96881. ing. As shown in FIGS. 2 (A) and 2 (B), the traveling wave type ultrasonic motor utilizes bending vibration on the circumference of a stator C in which a piezoelectric ceramic plate B is pasted on a disk elastic body A. The traveling wave moving with time to the stator C is excited by a two-phase or multi-phase driving method, and the rotor D pressed against the face is rotated. However, in the conventional ultrasonic motor, the resonator, that is, the material of the ultrasonic resonance vibration generating portion is often made of aluminum, duralumin, etc., which have good acoustic vibration characteristics due to their properties. The contact surface between the rotor and the rotor, that is, the friction torque transmission surface to the rotor, is liable to be worn when the contact torque is transmitted to the rotor, and the performance of the ultrasonic motor tends to deteriorate quickly with time. Had. To cope with this problem, for example, a method of coating the resonator with ceramics or manufacturing the resonator by itself (Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-109776), an oil film is formed on the vibrating surfaces of the rotor and the resonator. Forming method (Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-3660), providing an elastic thin film between the rotor and the resonator (Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-124785), using a friction torque transmitting pin or vibrating element on the resonator. A method of embedding and transmitting the torque via the friction torque transmitting pin or the projecting vibrating piece has been proposed.

【考案が解決しようとする課題】[Problems to be solved by the invention]

しかしながら、上述したような従来技術は、それぞれ
次のような問題点を有しているため満足できるものでは
なかった。 即ち、まず、の共振子にセラミックスをコーティン
グする技術は、現在の技術ではかかるコーティングを行
うには高価な設備が必要となり、極めてコストが高くな
るという問題がある。又、共振子自体をセラミックで製
作する技術は、コスト的に見て上記セラミックスコーテ
ィングの場合よりも更にコスト高になるものと考えられ
る。 又、のロータと共振子の摺動面に油膜を形成する方
法は、長期間に亘って一定の油膜をその機能が維持でき
るように供給し、且つその膜厚をコントロールすること
は極めて困難であり、しかもかかる条件を満足させるよ
うな給油装置が必要となり、この場合もコスト高は避け
られない。 のロータと共振子との間に弾性薄膜を設ける技術
は、一般に弾性薄膜が金属に比して耐摩耗性の点で問題
があるため、共振子とロータとの間の摩擦摺動によりト
ルク伝達を行う際にこの弾性薄膜が著しく摩耗し、従っ
て、この弾性薄膜の耐摩耗性が超音波モータ自体の寿命
に大きな影響を与えるものと考えられる。更に、金属と
弾性薄膜の接着は、それぞれの線膨張率の差から接着界
面で剥離し易いという問題もある。 の摩擦トルク伝達用ピンあるいは突起状の振動片を
設ける方法にあっては、ロータとピンあるいは振動片と
の接触面積が小さくなり、その小さな接触部でトルクを
伝達しようとすると、接触面圧が必然的に高くなるとい
う問題がある。このことは、耐摩耗性の面で不利であ
り、又、伝達できるトルクの限界が低くなり易いと考え
られる。 本考案は、このような従来の問題に鑑みてなされたも
のであって、簡単な構成で耐摩耗性及び音響的振動特性
に優れ、性能が良く、且つ安価で長寿命の超音波モータ
を提供することを目的とする。
However, the above-described prior arts are not satisfactory because they have the following problems. That is, first, the technique of coating the resonator with ceramics has a problem that the current technique requires expensive equipment to perform such coating, and the cost is extremely high. In addition, the technique of manufacturing the resonator itself with ceramic is considered to be more expensive than the above-described ceramic coating in terms of cost. In the method of forming an oil film on the sliding surfaces of the rotor and the resonator, it is extremely difficult to supply a constant oil film over a long period of time so that its function can be maintained, and to control the film thickness. In addition, an oil supply device that satisfies such conditions is required, and in this case, the cost is unavoidable. In the technology of providing an elastic thin film between the rotor and the resonator, the elastic thin film generally has a problem in terms of abrasion resistance as compared with metal, so that the torque is transmitted by friction sliding between the resonator and the rotor. It is considered that the elastic thin film wears remarkably when performing the above, and therefore, the wear resistance of the elastic thin film greatly affects the life of the ultrasonic motor itself. Further, there is a problem that the adhesion between the metal and the elastic thin film is apt to be peeled off at the bonding interface due to the difference between the respective coefficients of linear expansion. In this method, the contact area between the rotor and the pin or the vibrating piece is reduced, and when the torque is transmitted through the small contact portion, the contact surface pressure is reduced. There is a problem that it is necessarily high. This is disadvantageous in terms of wear resistance, and it is considered that the limit of the torque that can be transmitted tends to be low. The present invention has been made in view of such conventional problems, and provides an ultrasonic motor having a simple configuration, excellent wear resistance and excellent acoustic vibration characteristics, good performance, low cost, and long life. The purpose is to do.

【課題を解決するための手段】[Means for Solving the Problems]

本考案は、超音波振動子の振動によって共振子を励振
し、該共振子の振動を利用してロータから回転力を取出
す超音波モータにおいて、前記共振子を略円筒状の音響
的振動特性の優れた素材で形成すると共に、該共振子の
素材より高強度で耐摩耗性の優れたリングを密嵌し、該
リングの端面をロータに接触させることによって共振子
の励振をロータに伝達することにより、上記目的を達成
したものである。
The present invention provides an ultrasonic motor that excites a resonator by the vibration of an ultrasonic vibrator and takes out a rotational force from a rotor using the vibration of the resonator, wherein the resonator has a substantially cylindrical acoustic vibration characteristic. To transmit the excitation of the resonator to the rotor by tightly fitting a ring made of excellent material and having higher strength and higher wear resistance than the material of the resonator, and bringing the end face of the ring into contact with the rotor. As a result, the above object has been achieved.

【作用】[Action]

本考案においては、共振子の先端に発生する振動を該
先端に密嵌した高強度のリングを介してロータに伝達す
るようにしているため、耐摩耗性があり且つ音響的振動
特性が優れているという必ずしも相容れない特性を共振
子とリングとで分担することが可能となり、該耐摩耗性
及び音響的振動特性を高度な次元で両立させることが可
能となる。即ち、共振子自体は音響的振動特性の優れた
素材で形成されているため、超音波モータ本来の性能を
高く維持することができ、その一方で、リングの硬度が
高く、しかも「リングの端面」で振動を伝達するためロ
ータとの接触面積を適当に確保することができ、優れた
耐摩耗性を維持することができるものである。その結
果、摺動面(トルク伝達面)での回転条件が安定し、超
音波モータ自体の寿命を長く保つことができると共に、
回転の安定化により異常音の発生をなくすることもでき
るようになる。
In the present invention, since the vibration generated at the tip of the resonator is transmitted to the rotor through a high-strength ring closely fitted to the tip, it has wear resistance and excellent acoustic vibration characteristics. Characteristics that are not necessarily compatible with each other can be shared by the resonator and the ring, and the wear resistance and the acoustic vibration characteristics can be compatible at a high level. That is, since the resonator itself is formed of a material having excellent acoustic vibration characteristics, the original performance of the ultrasonic motor can be maintained high, while the hardness of the ring is high and the “end face of the ring” As a result, vibration can be transmitted, so that an appropriate contact area with the rotor can be secured, and excellent wear resistance can be maintained. As a result, the rotation conditions on the sliding surface (torque transmitting surface) are stabilized, and the life of the ultrasonic motor itself can be maintained long, and
By stabilizing the rotation, the occurrence of abnormal noise can be eliminated.

【実施例】【Example】

以下、図面に基づいて本考案の実施例を詳細に説明す
る。 第1図において、ロータ101は、回転軸102に固定され
ており、該回転軸102はケーシング103に軸受Bを介して
軸方向移動可能且つ回転自在に設けられている。 この実施例では共振子104は第1共振子104aと第2共
振子104bとに分割されており、該第1共振子104aと第2
共振子104bとの間に2層の超音波振動子(振動板)105
が挾着されている。なお、この超音波振動子105は1層
以上であればよい。 第1共振子104aは、超音波振動子105の振動を受けて
自身が振動するべく音響的振動特性の優れた(弾性のあ
る)材料によって構成されている。 これに対し、第2共振子104bは、第1共振子104aと同
一、又はこれより剛性の高い材料で構成されている。こ
の第2共振子104bは、最低限の加工しか行われておら
ず、フランジ107が形成されていることと相まって第1
共振子104aに比べ高剛性となるように設計されている。 このような設計を行うと、低剛性の第1共振子104aの
部分の固有振動数と高剛性の第2共振子104bの部分の固
有振動数の値が異なってくるため、加振する周波数によ
っては低剛性の第1共振子104aの部分のみが激しく振動
するモードを励振させることができる。 従って、ほとんど振動しない第2共振子104bに設けた
フランジ107及び止めボルト108を介してケーシング103
に固定することにより該ケーシング103に振動がほとん
ど伝達されない超音波モータを得ることができる。な
お、第1、第2共振子104a、104bはボルト106によって
超音波振動子105を挟んで一体に固着されている。 ところで、第1共振子104aには円錘状の凹部112が形
成されており、そのホーン効果によって振動が増幅され
るように構成してある。そして、この凹部112の先端に
リング114が密嵌されている。なお、リング端面114aの
断面形状はこの実施例では円弧形状となっているがテー
パ形状等であってもよい。 ロータ101の端面101aは、リング114が変形しながら接
触するものであるため、該リング114の振動変位を有効
に取出すために僅かに傾斜する円錘面とされている。な
お、ロータ101の傾斜は必ずしも必要な構成ではなく、
平面であってもよい。 リング114は摩耗防止のため高硬度の材料、例えば
鋼、セラミックス等の材料で構成されている。なお、リ
ング114は必ずしもそれ自体が高硬度の材料ではできて
いなくても、その端面114aに摩耗防止のための表面効果
処理、例えば熱処理、アルマイト処理、硬質クロムめっ
き処理等がなされているようなものであってもよい。 なお、回転軸102にはねじ102aが切られており、該ね
じ102aにはナット109が螺合されている。又、スプリン
グ110によって離反方向に付勢される2個のスペーサ111
が軸受Bとナット109とに接して設けられ、該ナット109
を回転させることによりスプリング110の付勢力を変更
し、ロータ101の端面101aとリング114の端面114aとの圧
着力を可変としている。 この実施例によれば、共振子自体は音響的振動特性の
優れた材料で形成されているため、振動子の振動を良好
にロータに伝達することができ、効率の良い超音波モー
タを実現することができる。その一方で、リング114の
硬度が高く、耐摩耗性を有するため振動力(トルク伝達
面)での回転条件が安定し、超音波モータの寿命を延ば
すことができるという効果が得られる。又、回転の安定
化により異常音の発生も少なくできる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In FIG. 1, a rotor 101 is fixed to a rotating shaft 102, and the rotating shaft 102 is provided on a casing 103 via a bearing B so as to be axially movable and rotatable. In this embodiment, the resonator 104 is divided into a first resonator 104a and a second resonator 104b, and the first resonator 104a and the second resonator 104b are separated from each other.
A two-layer ultrasonic transducer (diaphragm) 105 between the resonator 104b and the resonator 104b
Is pinched. Note that the ultrasonic transducer 105 may have at least one layer. The first resonator 104a is made of a material having excellent acoustic vibration characteristics (elastic) so that it vibrates in response to the vibration of the ultrasonic transducer 105. On the other hand, the second resonator 104b is made of the same material as or more rigid than the first resonator 104a. The second resonator 104b has undergone only minimal processing, and the first resonator 104b has the first
It is designed to have higher rigidity than the resonator 104a. When such a design is performed, the value of the natural frequency of the portion of the low-rigidity first resonator 104a differs from the value of the natural frequency of the portion of the high-rigidity second resonator 104b. Can excite a mode in which only the low-rigidity first resonator 104a vibrates violently. Therefore, the casing 103 is provided via the flange 107 and the fixing bolt 108 provided on the second resonator 104b which hardly vibrates.
Thus, an ultrasonic motor that hardly transmits vibration to the casing 103 can be obtained. The first and second resonators 104a and 104b are integrally fixed by bolts 106 with the ultrasonic oscillator 105 therebetween. By the way, the first resonator 104a is formed with a conical concave portion 112, and the vibration is amplified by the horn effect. A ring 114 is tightly fitted to the tip of the recess 112. The cross-sectional shape of the ring end surface 114a is an arc shape in this embodiment, but may be a tapered shape or the like. Since the end surface 101a of the rotor 101 comes into contact with the ring 114 while being deformed, the end surface 101a is a conical surface that is slightly inclined in order to effectively extract the vibration displacement of the ring 114. Note that the inclination of the rotor 101 is not always a necessary configuration,
It may be a plane. The ring 114 is made of a material having a high hardness, for example, a material such as steel or ceramics to prevent abrasion. It should be noted that even if the ring 114 is not necessarily made of a material of high hardness itself, the end surface 114a is subjected to a surface effect treatment for wear prevention, such as heat treatment, alumite treatment, hard chrome plating treatment, or the like. It may be something. Note that a screw 102a is cut in the rotating shaft 102, and a nut 109 is screwed into the screw 102a. Also, two spacers 111 urged in the separating direction by the spring 110
Is provided in contact with the bearing B and the nut 109, and the nut 109
, The urging force of the spring 110 is changed, and the pressing force between the end surface 101a of the rotor 101 and the end surface 114a of the ring 114 is made variable. According to this embodiment, since the resonator itself is formed of a material having excellent acoustic vibration characteristics, the vibration of the vibrator can be transmitted to the rotor satisfactorily, and an efficient ultrasonic motor can be realized. be able to. On the other hand, since the hardness of the ring 114 is high and the ring 114 has abrasion resistance, the effect of stabilizing the rotation condition with the vibration force (torque transmitting surface) and extending the life of the ultrasonic motor can be obtained. Further, the generation of abnormal noise can be reduced by stabilizing the rotation.

【発明の効果】【The invention's effect】

以上説明した通り、本発明によれば、簡単な構成で耐
摩耗性の向上と音響的振動特性の向上とを両立させるこ
とができ、安価で長寿命の超音波モータを得ることがで
きるようになるという優れた効果が得られる。
As described above, according to the present invention, it is possible to achieve both improvement of wear resistance and improvement of acoustic vibration characteristics with a simple configuration, and to obtain an inexpensive and long-life ultrasonic motor. An excellent effect is obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は、本考案の実施例に係る超音波モータの構成を
示す縦断面図、 第2図(A)、(B)は、従来の進行波型超音波モータ
の原理を説明するための斜視図である。 101……ロータ、102……回転軸、103……ケーシング、
B……軸受、104……共振子、104a……第1共振子、104
b……第2共振子、105……超音波振動子、112……凹
部、114……リング、114a……リング端面。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a configuration of an ultrasonic motor according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 2A and 2B are views for explaining the principle of a conventional traveling wave type ultrasonic motor. It is a perspective view. 101 ... rotor, 102 ... rotating shaft, 103 ... casing,
B ... bearing, 104 ... resonator, 104a ... first resonator, 104
b: second resonator, 105: ultrasonic transducer, 112: recess, 114: ring, 114a: ring end face.

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】(57) [Scope of request for utility model registration] 【請求項1】超音波振動子の振動によって共振子を励振
し、該共振子の振動を利用してロータから回転力を取出
す超音波モータにおいて、 前記共振子を略円筒状の音響的振動特性の優れた素材で
形成すると共に、 該共振子のロータ接触部に、該共振子の素材より高強度
で耐摩耗性の優れたリングを密嵌し、 該リングの端面をロータに接触させることによって共振
子の励振をロータに伝達する ことを特徴とする超音波モータ。
1. An ultrasonic motor which excites a resonator by vibration of an ultrasonic vibrator and takes out a rotational force from a rotor using the vibration of the resonator, wherein the resonator has a substantially cylindrical acoustic vibration characteristic. And a ring having higher strength and higher wear resistance than the material of the resonator is closely fitted to the rotor contact part of the resonator, and the end face of the ring is brought into contact with the rotor. An ultrasonic motor for transmitting excitation of a resonator to a rotor.
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