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JPH02106180A - Ultrasonic wave motor - Google Patents

Ultrasonic wave motor

Info

Publication number
JPH02106180A
JPH02106180A JP63254959A JP25495988A JPH02106180A JP H02106180 A JPH02106180 A JP H02106180A JP 63254959 A JP63254959 A JP 63254959A JP 25495988 A JP25495988 A JP 25495988A JP H02106180 A JPH02106180 A JP H02106180A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
rotor
cylindrical rotor
vibration
piezoelectric
ultrasonic motor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP63254959A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2724729B2 (en
Inventor
Hiroshi Shimizu
洋 清水
Tetsuo Yoshida
哲男 吉田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokin Corp
Original Assignee
Tokin Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tokin Corp filed Critical Tokin Corp
Priority to JP63254959A priority Critical patent/JP2724729B2/en
Publication of JPH02106180A publication Critical patent/JPH02106180A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP2724729B2 publication Critical patent/JP2724729B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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

Abstract

PURPOSE:To make the diameter of a rotor smaller by setting an oscillation transmitting ring on the central section of a piezoelectric elliptic motion oscillator to fix said oscillator on a bearing frame at the section of the node of oscillation, and by inserting said ring into the rotor to support the rotor rotatably on a projected section via a bearing. CONSTITUTION:When a projected shaft 13a at both ends of an ultrasonic wave motor is supported, then by the elliptic motion oscillation of the central section of an elliptic motion oscillator 12, the internal wall of a cylindrical rotor 16 is frictionally worked by an oscillation transmitting ring 15, and the cylindrical rotor 16 is rotated. The cylindrical rotor is rotatably supported by a bearing 14, and so the rotor is stably rotated.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野コ 本発明は、電子機器等に用いられる小型モータに関し、
特にローター直径の小さい小型の超音波モータに関する
ものである。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a small motor used in electronic equipment, etc.
In particular, it relates to a small ultrasonic motor with a small rotor diameter.

[従来の技術] 超音波モータは従来の電磁モータと比較して、低回転で
高いトルクが得られること、停止保持力を有すること、
電磁ノイズが小さいこと等の利点を有しており、カメラ
のオートフォーカス用や自動車用パワーモータ等に使用
されている。
[Prior Art] Compared to conventional electromagnetic motors, ultrasonic motors have the following advantages: high torque can be obtained at low rotation speeds, and they have a stopping power.
It has advantages such as low electromagnetic noise, and is used for camera autofocus, automobile power motors, etc.

第7図及び第8図は従来例に係る超音波モータの概略的
構造を示す図であり、リング上の小歯状の突起部を設け
た金属円板51の突起部が形成されている面の裏側に二
枚の圧電セラミックス円板52及び53を接着した構造
のステーター50の上に円板状ローター54を圧接した
構造となっている。圧電セラミックス円板52及び53
は偶数′:、′J分に分極の向きが逆向きとなっており
、これら二枚の圧電セラミックス板は、分割角度半分の
角度だけずらして接着されている。
FIG. 7 and FIG. 8 are diagrams showing the schematic structure of a conventional ultrasonic motor, and show the surface of a metal disk 51 provided with small tooth-shaped protrusions on a ring, on which the protrusions are formed. The stator 50 has a structure in which two piezoelectric ceramic disks 52 and 53 are bonded to the back side of the stator 50, and a disk-shaped rotor 54 is pressed into contact with the stator 50. Piezoelectric ceramic discs 52 and 53
The polarization direction is opposite to the even number ':, 'J, and these two piezoelectric ceramic plates are bonded with a difference of half the dividing angle.

[発明が解決しようとする課題] 第7図よりわかるように、従来の超音波モータにおいて
は、ステータ50の超音波振動を平面的にローター54
に伝達しているため、駆動トルクを大きくするためには
、ステーター50及びローター54の直径を大きくする
必要がある。
[Problems to be Solved by the Invention] As can be seen from FIG.
Therefore, in order to increase the driving torque, it is necessary to increase the diameters of the stator 50 and rotor 54.

そのため、従来の超音波モータの実用的な最少直径は2
0〜30mmに限定されていた。
Therefore, the practical minimum diameter of a conventional ultrasonic motor is 2
It was limited to 0-30mm.

そこで、本発明の技術課題は、ローターの直径を小さく
した小型の超音波モータを提供することにある。更に、
本発明の他の技術課題は、ローグーの直径として20m
m以下の超音波モータを提供することにある。
Therefore, a technical object of the present invention is to provide a small-sized ultrasonic motor with a reduced rotor diameter. Furthermore,
Another technical problem of the present invention is that the diameter of Rogue is 20 m.
An object of the present invention is to provide an ultrasonic motor with a diameter of less than m.

[課題を解決するための手段] 本発明によれば、棒状弾性体を互いに直角な二つの方向
に屈曲振動の励振を可能とした圧電楕円運動振動子の中
央部に振動伝達用リングを設け、前記圧電楕円運動振動
子を振動の節の部分で支持枠に固定し、該支持−枠を開
口端とこの開口端に対向する端面に突出部とを有するカ
ップ状支持具の開口端で固定し、更に前記圧電楕円運動
振動子を前記振動伝達用リングが円筒状ローターに接触
するように該円筒状ローター内に挿入し、該円筒状ロー
タが軸受けを介して前記突出部に回転可能に支持されて
いることを特徴とする超音波モータが得られる。
[Means for Solving the Problems] According to the present invention, a vibration transmitting ring is provided in the center of a piezoelectric elliptical motion vibrator that can excite bending vibrations in two directions perpendicular to each other in a rod-shaped elastic body, The piezoelectric elliptical motion vibrator is fixed to a support frame at vibration nodes, and the support frame is fixed at an open end of a cup-shaped support having an open end and a protrusion on an end surface opposite to the open end. Further, the piezoelectric elliptical motion vibrator is inserted into the cylindrical rotor so that the vibration transmission ring contacts the cylindrical rotor, and the cylindrical rotor is rotatably supported by the protrusion via a bearing. An ultrasonic motor is obtained.

[作 用] 本発明の超音波モータにおいては、圧電楕円運動振動子
は、直流電圧を印加して分極し、さらにこの圧電楕円運
動振動子の異なる部分に共振周波数に等しい交流電圧を
印加して、互いに直角な二つの方向に屈曲振動の励振を
可能とした棒状弾性体よりなり、この屈曲振動の位相を
実質的に異なるように交流電圧に位相差を持たせて励振
させると、棒状弾性体の両端部及び中央部で振幅が極大
となる棒状弾性体の中心軸に沿う方向に対して垂直な面
内で楕円振動を生ずる。一方、この時中心軸に沿う方向
に対して隣合う極大部の中点では、振幅が極小となる振
動の節を生じる。このような構成の圧電楕円運動振動子
の中央部に振動伝達用リングを設け、中心に対して対称
位置にある振動の節の部分で支持枠に固定し、この支持
枠をカップ状支持具で支持し、更に円筒状ローター内に
収容して、振動伝達用リングを円筒内に接触し、且つ、
カップ状支持具により軸受けを介して円筒状ローターを
支持し、このカップ状支持具“の両端を固定すると、圧
電楕円運動振動子の中央部の楕円振動は、接触している
円筒状ローグーに伝達され回転させる。
[Function] In the ultrasonic motor of the present invention, the piezoelectric elliptical motion oscillator is polarized by applying a DC voltage, and further, an alternating current voltage equal to the resonance frequency is applied to different parts of the piezoelectric elliptical motion oscillator. , consists of a rod-shaped elastic body that can excite bending vibrations in two directions perpendicular to each other, and when excited with an AC voltage having a phase difference so that the phases of the bending vibrations are substantially different, the rod-shaped elastic body Elliptical vibration occurs in a plane perpendicular to the direction along the central axis of the rod-shaped elastic body, with the amplitude being maximum at both ends and at the center. On the other hand, at this time, at the midpoint of the maximum parts adjacent to each other in the direction along the central axis, a vibration node is generated where the amplitude is minimum. A vibration transmission ring is provided at the center of the piezoelectric elliptic motion vibrator having such a configuration, and is fixed to a support frame at vibration nodes located symmetrically with respect to the center, and this support frame is connected to a cup-shaped support. supported and further housed within the cylindrical rotor so that the vibration transmitting ring is in contact with the inside of the cylinder, and
When a cylindrical rotor is supported via a bearing by a cup-shaped support and both ends of this cup-shaped support are fixed, the elliptical vibration in the center of the piezoelectric elliptical motion vibrator is transmitted to the cylindrical rotor that is in contact with it. and rotate it.

[実施例] 本発明の実施例を図面を参照して説明する。[Example] Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図は本発明の実施例に係る超音波モータの構成を示
す一部切欠いた斜視図である。第2図は第1図の超音波
モータの断面図である。これら図において、超音波モー
タは、圧電楕円振動子12、支持枠11、カップ状支持
具13、軸受け14、振動伝達用リング15、円筒状ロ
ーター16より構成されている。
FIG. 1 is a partially cutaway perspective view showing the configuration of an ultrasonic motor according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a sectional view of the ultrasonic motor of FIG. 1. In these figures, the ultrasonic motor includes a piezoelectric elliptical vibrator 12, a support frame 11, a cup-shaped support 13, a bearing 14, a vibration transmission ring 15, and a cylindrical rotor 16.

本発明の実施例に係る超音波モータの組立てを第3〜第
6図を参照しながら説明する。
Assembly of an ultrasonic motor according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 3 to 6.

第3図(a)は支持枠の一例を示し、内側及び外側が共
に円形状であり、第3図(b)は支持枠の他の例を示し
、内側が円形の一部を切欠いた形状で、外側が円形状で
ある。
Fig. 3(a) shows an example of a support frame, in which both the inner and outer sides are circular, and Fig. 3(b) shows another example of the support frame, in which the inner side is circular with a part cut away. The outside is circular.

第4図は第3図に示した支持枠11を用いて、側面の長
さ方向に沿う方向に電極を形成した圧電セラミックス″
、9の弾性体よりなる棒状晴円運動振動了の振動の節の
部分を支持した場合の斜視図である。第4図に示したよ
うに、支持枠11及び11′のうちのいずれか一方より
なる一対を挿通し、正多角形断面あるいは、円形断面を
有する棒状の棒状圧電楕円運動振動子12の振動の節の
部分を支持する。支持枠11,11″の内側形状は、楕
円運動振動子の断面形状等により選択できる。支持枠の
形状が対称的であるため、楕円運動を励振するための互
いに直角な方向の屈曲振動に対して支持による影響が同
じように作用するため、安定した楕円運動振動の励振が
可能である。
FIG. 4 shows a piezoelectric ceramic material in which electrodes are formed along the length direction of the side surface using the support frame 11 shown in FIG. 3.
, 9 is a perspective view of the case where the vibration node portion of the rod-like clear circular motion vibration is supported by the elastic body of No. 9. As shown in FIG. 4, a pair of support frames 11 and 11' is inserted through the support frames 11 and 11' to suppress the vibration of a rod-shaped piezoelectric elliptic motion vibrator 12 having a regular polygonal cross section or a circular cross section. Support the section. The inner shape of the support frames 11 and 11'' can be selected depending on the cross-sectional shape of the elliptical motion oscillator, etc. Since the shape of the support frame is symmetrical, it is difficult to resist bending vibration in directions perpendicular to each other for exciting elliptical motion. Since the influence of the support acts in the same way, it is possible to excite stable elliptic motion vibrations.

第5図は本発明の実施例に係る超音波モータに用いられ
る(a)カップ状支持具及び(b)軸受けを夫々示す斜
視図である。
FIG. 5 is a perspective view showing (a) a cup-shaped support and (b) a bearing used in an ultrasonic motor according to an embodiment of the present invention.

第6図は楕円運動振動子12の中央部に振動伝達用リン
グ15を挿着した後、第5図に示した支持枠の付いた楕
円運動振動子の両端部に第5図(a)に示した一端に開
口した空洞部及び他端に外方へ延在する突出軸13aを
有する構造のカップ状支持具13の一対をセットした状
態を示す斜視図である。この図のように、楕円運動振動
子12は、棒状を示し、支持枠11でその振動の節が支
持されている。楕円運動振動子12の両端部は、カップ
状支持具13がその空洞部に楕円運動振動子の端部12
が微小隙間をもって、装着されている。支持枠11は、
カップ状支持具13の空洞部開口端13bを挿通して固
定される。円筒状ローター16内に収容し、振動伝達用
リング15が円筒状ローター16内に軽く接触するよう
に設け、円筒状ローター16は、軸受け14を介してカ
ップ状支持具の突出した軸に支持すると、第1図及び第
2図に示すような超音波モータが得られる。
FIG. 6 shows that after the vibration transmitting ring 15 is inserted into the center of the elliptical motion vibrator 12, it is attached to both ends of the elliptic motion vibrator with the support frame shown in FIG. 5(a). It is a perspective view showing a state in which a pair of cup-shaped supports 13 having a structure having a hollow portion opened at one end and a protruding shaft 13a extending outward at the other end are set. As shown in this figure, the elliptic motion vibrator 12 has a rod shape, and its vibration nodes are supported by the support frame 11. Both ends of the elliptical motion oscillator 12 are provided with a cup-shaped support 13 in the cavity thereof.
is installed with a small gap. The support frame 11 is
It is inserted through the cavity opening end 13b of the cup-shaped support 13 and fixed. It is housed in a cylindrical rotor 16, and the vibration transmission ring 15 is provided so as to lightly contact the inside of the cylindrical rotor 16, and the cylindrical rotor 16 is supported via a bearing 14 on the protruding shaft of the cup-shaped support. , an ultrasonic motor as shown in FIGS. 1 and 2 is obtained.

第1図及び第2図において、超音波モータの両端の突出
軸13aを支持すると、楕円運動振動子12の中央部が
楕円運動振動することにより振動伝達用リング15は円
筒状ローター16の内壁を擦って円筒状ローター16を
回転させる。円筒状ローターは、軸受け14によって、
回転自在に支持されているため安定に回転する。
1 and 2, when the protruding shafts 13a at both ends of the ultrasonic motor are supported, the central part of the elliptical motion vibrator 12 vibrates in an elliptical motion, and the vibration transmission ring 15 moves against the inner wall of the cylindrical rotor 16. The cylindrical rotor 16 is rotated by rubbing. The cylindrical rotor is mounted by a bearing 14,
It rotates stably because it is rotatably supported.

[発明の効果] 以上説明したように本発明の超音波モータにおいては、
駆動力を発生するための振動子の形状が単純で、円を含
む楕円運動振動を発生するための二つの振動モードが同
じ屈曲モードであることがら、構造が簡単になる。
[Effects of the Invention] As explained above, in the ultrasonic motor of the present invention,
The structure is simple because the shape of the vibrator for generating the driving force is simple, and the two vibration modes for generating the elliptical motion vibration including a circle are the same bending mode.

また、楕円運動振動子として、棒状の振動子を使用して
いるため円筒状ローターの直径を小さくすることが、容
易で、円筒状ローターの直径の小さい超音波モータを得
ることが出来る。
Furthermore, since a rod-shaped vibrator is used as the elliptical motion vibrator, it is easy to reduce the diameter of the cylindrical rotor, and an ultrasonic motor with a small diameter cylindrical rotor can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の実施例に係る超音波モータの構成を示
す図、第2図は第1図の断面図、第3図は本発明の実施
例に係る超音波モータに用いられる支持枠を示す図、第
4図は本発明に係る超音波モータの圧電楕円運動振動子
に支持枠を設けた状態を示す斜視図、・第5図(a)は
本発明に係る超音波モータのカップ状支持具の一例を示
す斜視図、第5図(b)は本発明に係る超音波モータの
軸受けの一例を示す図、第6図は本発明の実施例に係る
超音波モータの要部を示す図、第7図及び第8図は従来
例に係る超音波モータを示す図である。 図中11及び11′は支持枠、12は楕円運動振動子、
13はカップ状支持具、13aは突出軸、13bは開口
端、15は振動伝達用リング、16は円筒状ローター 
51は金属円板、52.53は圧電セラミックス板、5
4はローターである。
FIG. 1 is a diagram showing the configuration of an ultrasonic motor according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a sectional view of FIG. 1, and FIG. 3 is a support frame used in an ultrasonic motor according to an embodiment of the present invention. FIG. 4 is a perspective view showing the piezoelectric elliptical motion vibrator of the ultrasonic motor according to the present invention provided with a support frame, and FIG. 5(a) is a cup of the ultrasonic motor according to the present invention. FIG. 5(b) is a perspective view showing an example of a bearing of an ultrasonic motor according to the present invention, and FIG. 6 is a perspective view showing an example of a bearing of an ultrasonic motor according to an embodiment of the present invention. 7 and 8 are diagrams showing an ultrasonic motor according to a conventional example. In the figure, 11 and 11' are support frames, 12 is an elliptical motion oscillator,
13 is a cup-shaped support, 13a is a protruding shaft, 13b is an open end, 15 is a vibration transmission ring, and 16 is a cylindrical rotor.
51 is a metal disk, 52.53 is a piezoelectric ceramic plate, 5
4 is a rotor.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1. 棒状弾性体を互いに直角な二つの方向に屈曲振動
の励振を可能とした圧電楕円運動振動子の中央部に振動
伝達用リングを設け、前記圧電楕円運動振動子を振動の
節の部分で支持枠に固定し、該支持枠を開口端と該開口
端に対向する端部に突出部とを有するカップ状支持具の
該開口端で固定し、更に前記圧電楕円運動振動子を前記
振動伝達用リングが円筒状ローターに接触するように該
円筒状ローター内に挿入し、該円筒状ローターが軸受け
を介して前記突出部に回転可能に支持されていることを
特徴とする超音波モータ。
1. A vibration transmitting ring is provided at the center of a piezoelectric elliptical motion vibrator that can excite bending vibration in two directions perpendicular to each other in a rod-shaped elastic body, and the piezoelectric elliptic motion vibrator is attached to a support frame at the vibration nodes. The support frame is fixed to the open end of a cup-shaped support having an open end and a protrusion at an end opposite to the open end, and the piezoelectric elliptical motion vibrator is fixed to the vibration transmitting ring. is inserted into the cylindrical rotor so as to be in contact with the cylindrical rotor, and the cylindrical rotor is rotatably supported by the protrusion via a bearing.
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