JPH07110144B2 - Ultrasonic motor - Google Patents
Ultrasonic motorInfo
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- JPH07110144B2 JPH07110144B2 JP1039241A JP3924189A JPH07110144B2 JP H07110144 B2 JPH07110144 B2 JP H07110144B2 JP 1039241 A JP1039241 A JP 1039241A JP 3924189 A JP3924189 A JP 3924189A JP H07110144 B2 JPH07110144 B2 JP H07110144B2
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- ultrasonic motor
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- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は電子機器などに用いられる小型モータに関し特
に低速回転で高トルクを発生する超音波モータに関する
ものである。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a small motor used in electronic devices and the like, and more particularly to an ultrasonic motor that generates high torque at low speed rotation.
(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
磁ノイズが少ないことなどの特徴を有しており、カメラ
のオートフォーカス用や自動車用パワーモータなどに検
討されている。超音波モータは各種の考案がされている
が基本的には、楕円振動を生ずる圧電振動子をステータ
としてこれに圧接されたロータが摩擦力を介して回転運
動を生ずるものである。以下に主なものとして3つの方
式を紹介する。(Prior Art) An ultrasonic motor has features such as low rotation, high torque, stop holding force, and low electromagnetic noise, compared with conventional electromagnetic motors. It is being considered for power motors for autofocus and automobiles. Various types of ultrasonic motors have been devised, but basically, a piezoelectric vibrator that produces elliptical vibration is used as a stator, and a rotor pressed against the piezoelectric vibrator causes a rotary motion via a frictional force. The three main methods will be introduced below.
第4図は従来の超音波モータの第1の例を示す図であ
る。この図において金属製リングに2組の分割電極を形
成したリング状の圧電セラミック42を貼り付け、2組の
電極群に位相の異なる高周波信号を加えてリング上面で
周方向に走る屈曲モードの進行波を発生させる。リング
面上を各点は楕円運動をしておりこれにロータ43の圧接
するとこのロータには波動の進行方向と逆の方向にトル
クを生ずるものである。FIG. 4 is a diagram showing a first example of a conventional ultrasonic motor. In this figure, a ring-shaped piezoelectric ceramic 42 in which two sets of divided electrodes are formed is attached to a metal ring, and high-frequency signals having different phases are applied to the two sets of electrode groups to advance a bending mode running in the circumferential direction on the upper surface of the ring. Generate waves. Each point makes an elliptic motion on the ring surface, and when the rotor 43 is brought into pressure contact with this, a torque is generated in this rotor in the direction opposite to the traveling direction of the wave motion.
第5図は従来の超音波モータの第2の例を示す図であ
る。この図において、ねじり振動をするボルト締め振動
子51と積層型圧電変位素子53を組み合わせるもので両者
の動きの合成は53の先端に楕円運動を生じ53に圧接する
ロータ54にトルクを生ずるものである。FIG. 5 is a diagram showing a second example of the conventional ultrasonic motor. In this figure, a bolt-tightening oscillator 51 that causes torsional vibration and a laminated piezoelectric displacement element 53 are combined, and the combination of the movements of the two produces an elliptical motion at the tip of 53 and produces torque in the rotor 54 that presses against 53. is there.
第6図は従来の超音波モータの第3の例を示す図であ
る。この図において、断面が正方形の弾性体よりなる角
棒の4つの面に圧電セラミックスを接着し、対向する圧
電セラミックスについて一方に伸び、他方に縮みが生ず
る方向に同相の高周波電界を印加すると有交する2つの
方向に屈曲振動を独立に生じさせることができる。両端
が自由の条件下での屈曲振動の基本共振は全長を1とし
たとき端面から0.224と0.776の2ケ所に節がありこの部
分を支持することができる。2組の電極に加える高周波
電圧の周波数を屈曲振動の基本共振周波数にし、かつ位
相をπ/2だけずらすと両端及び中央の腹は第6図(b)
の矢印で示されるように円運動(楕円運動)をする。従
ってこの端部をそのままもしくは一定の直径の円板を貼
りつけて、ロータ65に接することにより回転運動を得る
ことができる。この構成の特徴は楕円運動をする屈曲振
動子の作製が容易なことである。FIG. 6 is a diagram showing a third example of a conventional ultrasonic motor. In this figure, piezoelectric ceramics are adhered to the four faces of a square rod made of an elastic body having a square cross section, and when a piezoelectric ceramics facing each other is applied with a high-frequency electric field of the same phase in a direction in which the piezoelectric ceramics expands in one direction and contracts in the other, it becomes tangential. The bending vibration can be independently generated in the two directions. The basic resonance of bending vibration under the condition that both ends are free has two nodes 0.224 and 0.776 from the end face when the total length is 1, and this part can be supported. When the frequency of the high-frequency voltage applied to the two sets of electrodes is set to the fundamental resonance frequency of bending vibration and the phases are shifted by π / 2, the antinodes at both ends and the center are shown in FIG. 6 (b).
Make a circular motion (elliptic motion) as indicated by the arrow. Therefore, a rotary motion can be obtained by directly contacting the rotor 65 with this end portion or by attaching a disc having a constant diameter. The feature of this structure is that it is easy to manufacture a bending oscillator that makes an elliptic motion.
(発明が解決しようとする課題) 第6図の方式を用いてできる限り高トルクを得るために
は、 1) 楕円振動をする端面に接するロータの半径を大き
くする。(Problems to be Solved by the Invention) In order to obtain as high a torque as possible using the method shown in FIG. 1, 1) increase the radius of the rotor that is in contact with the end face that causes elliptical vibration.
2) 両端面さらに中央の腹の楕円振動を同時に利用し
てトルクを増す。2) Increase the torque by simultaneously utilizing the elliptical vibration of both ends and the center antinode.
等が必要となる。第6図の駆動原理を利用してこれらを
実現しようとすると例えば第7図のような第4の例で示
される構成となるが、超音波モータの小型の特徴を損う
ことになる。従って1),2)の要求条件を満たして小型
の特徴を損わない構造が必要となった。Etc. are required. If the driving principle shown in FIG. 6 is used to realize these, the structure shown in, for example, the fourth example shown in FIG. 7 is obtained, but the small size characteristic of the ultrasonic motor is impaired. Therefore, a structure that meets the requirements of 1) and 2) and does not impair the small size characteristics is required.
そこで、本発明の技術的課題は、小型で且つ構成の簡単
な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 an ultrasonic motor having a small size and a simple structure.
(課題を解決するための手段) 本発明によれば、中心軸と直交する第1の横断面をも
ち、楕円振動を行う互いに対向する第1及び第2の端部
を有する棒状の圧電振動子と、回転軸と直交し、かつ、
前記第1の横断面よりも大きい第2の横断面で開口し、
互いに対向する第1及び第2のエッジをもつ孔を有する
回転子とを具備し、前記圧電振動子を前記孔内に、前記
中心軸が前記回転軸に対して傾斜し、かつ、前記第1及
び第2の端部がそれぞれ前記第1及び第2のエッジと接
触するように配置し、前記楕円振動を前記回転子の回転
運動に変換す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 rod-shaped piezoelectric vibrator having a first cross section orthogonal to the central axis and having first and second end portions facing each other and performing elliptical vibration. And is orthogonal to the axis of rotation, and
Opening in a second cross-section larger than the first cross-section,
A rotor having a hole having first and second edges opposed to each other, the piezoelectric vibrator being inside the hole, the central axis being inclined with respect to the rotation axis, and the first An ultrasonic motor is provided, which is arranged so that the first and second ends are in contact with the first and second edges, respectively, and converts the elliptical vibration into rotational movement of the rotor.
[作用] 本発明の超音波モータにおいては、棒状圧電振動子を、
棒状圧電振動子の中心軸と回転子の回転軸とが交差し、
さらに、棒状圧電振動子の互いに対向する第1及び第2
の端部が、回転子の孔の第1及び第2のエッジとそれぞ
れ接触するように配置する。[Operation] In the ultrasonic motor of the present invention, the rod-shaped piezoelectric vibrator is
The center axis of the rod-shaped piezoelectric vibrator and the rotation axis of the rotor intersect,
Furthermore, the first and second opposing piezoelectric rod oscillators
Are arranged so that the ends thereof contact the first and second edges of the rotor hole, respectively.
棒状圧電振動子の最大トルクの得られる第1及び第2の
端部の楕円振動は、回転子の孔の第1及び第2のエッジ
に接触して回転子の回転軸回りの回転に変換される。The elliptical vibrations of the first and second ends of the rod-shaped piezoelectric vibrator, which obtain the maximum torque, contact the first and second edges of the rotor hole and are converted into rotation about the rotation axis of the rotor. It
(実施例) 以下本発明の超音波モータについて詳しく説明する。(Example) Hereinafter, the ultrasonic motor of the present invention will be described in detail.
第1図は本発明の実施例に係る超音波モータを示す断面
図である。FIG. 1 is a sectional view showing an ultrasonic motor according to an embodiment of the present invention.
この図において、超音波モータは、中心軸と直交する円
形断面を有する圧電振動子1と、この圧電振動子1の振
動の節を固定する治具2,2′と、カップ状の回転子3
と、この回転子3をボールベアリング5を介して回転軸
4回りに回転可能に支持する支持具6とを有している。In this figure, an ultrasonic motor includes a piezoelectric vibrator 1 having a circular cross section orthogonal to the central axis, jigs 2 and 2 ′ for fixing nodes of vibration of the piezoelectric vibrator 1, and a cup-shaped rotor 3.
And a support tool 6 that supports the rotor 3 via a ball bearing 5 so as to be rotatable about a rotation axis 4.
圧電振動子は、予じめ定められた周波数の電圧で、対向
する第1及び第2の端部1a及び1bに最大振幅を有する楕
円振動を励起する。The piezoelectric vibrator excites elliptical vibration having the maximum amplitude at the opposing first and second ends 1a and 1b with a voltage having a predetermined frequency.
カップ状回転子3は、一端に開口、他端に回転軸となる
突起を有し、更に開口は圧電振動子1の断面よりも広
く、この回転子の中央部より肉厚のリング状に形成され
ている部分を有する。The cup-shaped rotor 3 has an opening at one end and a protrusion serving as a rotation axis at the other end, and the opening is wider than the cross section of the piezoelectric vibrator 1 and formed in a ring shape thicker than the central portion of the rotor. It has a part that is.
このリング部分3aは、カップ内側からの第1の内側エッ
ジ3bと、これと対向する第2の内側エッジ3cとを有し、
この第1及び第2のエッジは回転軸4に対して傾斜を有
するテープ面が夫々形成されている。The ring portion 3a has a first inner edge 3b from the inside of the cup and a second inner edge 3c opposite it,
The first and second edges are respectively formed with tape surfaces having an inclination with respect to the rotating shaft 4.
圧電振動子1は、開口に配され、この第1及び第2のエ
ッジに、圧電振動子の第1及び第2の端部1a及び1bが夫
々接触している。The piezoelectric vibrator 1 is arranged in the opening, and the first and second ends 1a and 1b of the piezoelectric vibrator are in contact with the first and second edges, respectively.
第2図は本発明の実施例に係る超音波モータの基本構成
を示す図である。この図において、1はステータとして
の圧電振動子、3aはロータのリング部分3aをそれぞれ示
している。圧電振動子1の端部を互いに対向する同一の
方向に円を含む楕円振動をするため、圧電振動子1とリ
ング部分3aの第1の内側エッジ3b及び第2の内側エッジ
3bの2ケ所の接点3e,3fはそれぞれ同一の方向にリング
に対してトルクを生ずることができ、圧電振動子1の両
端を利用できる。また圧電振動子1の両方の端部1a及び
1bはリング部分3aに対して交互に駆動力を作用するため
回転を滑らかにすることができる。FIG. 2 is a diagram showing the basic configuration of the ultrasonic motor according to the embodiment of the present invention. In this figure, 1 is a piezoelectric vibrator as a stator, and 3a is a ring portion 3a of the rotor. Since the ends of the piezoelectric vibrator 1 vibrate in an elliptical direction including a circle in the same direction facing each other, the piezoelectric vibrator 1 and the first inner edge 3b and the second inner edge of the ring portion 3a
The two contact points 3e and 3f of 3b can generate torque to the ring in the same direction, and both ends of the piezoelectric vibrator 1 can be used. Also, both ends 1a of the piezoelectric vibrator 1 and
Since 1b alternately applies a driving force to the ring portion 3a, the rotation can be smoothed.
第3図は本発明の実施例に係る超音波モータの動作を模
式的に示す図である。FIG. 3 is a diagram schematically showing the operation of the ultrasonic motor according to the embodiment of the present invention.
この図において、圧電振動子1は、回転軸4と直交し、
かつ、この圧電振動子の中心軸1cと直交する断面より大
きい断面を有する孔に、回転軸4と中心軸1cとを交差さ
せて配されている。圧電振動子1の両端部1a及び1bは、
破線11及び実線12で示すような楕円振動を行い、その第
1の端部1aは、リング部分の第1の内側エッジ3bに、及
び第2の端部1bはリング部分の第2の内側エッジ3cに接
触している。この接触部分は中心Oに関して互いに対称
的に位置にある。In this figure, the piezoelectric vibrator 1 is orthogonal to the rotation axis 4,
Moreover, the rotary shaft 4 and the central axis 1c are arranged to intersect with each other in a hole having a cross section larger than the cross section orthogonal to the central axis 1c of the piezoelectric vibrator. Both ends 1a and 1b of the piezoelectric vibrator 1 are
An elliptical vibration as shown by the broken line 11 and the solid line 12 is performed, the first end 1a of which is at the first inner edge 3b of the ring portion and the second end 1b is at the second inner edge of the ring portion. Touching 3c. The contact portions are located symmetrically to each other with respect to the center O.
次に、第1表に示すような形状の超音波モータを製造し
た。得られた超音波モータの特性値を第2表に示す。Next, an ultrasonic motor having a shape as shown in Table 1 was manufactured. Table 2 shows the characteristic values of the obtained ultrasonic motor.
[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圧電振動子の形状が簡単
で、かつ圧電振動子の形状が簡単で、且つ圧電振動子の
両端部を駆動力として利用できること、屈曲振動子に対
して比較的大きな直径の回転子を使用することができ大
きなトルクが得られる。 [Effects of the Invention] As described above, in the ultrasonic motor of the present invention, the shape of the piezoelectric vibrator for generating the driving force is simple, and the shape of the piezoelectric vibrator is simple, and the piezoelectric vibrator It is possible to use both ends of the rotor as a driving force, and it is possible to use a rotor having a relatively large diameter for the bending oscillator, and thus a large torque can be obtained.
また、圧電振動子の中心軸と、回転子の回転軸が0゜以
上の角度で交差することで、回転子の回転軸方向の長さ
を短縮することができるとともに、全体としての体積が
大きくならない。Further, since the center axis of the piezoelectric vibrator and the rotation axis of the rotor intersect at an angle of 0 ° or more, the length of the rotor in the rotation axis direction can be shortened and the volume as a whole is increased. I won't.
さらに、屈曲振動子の両端部が交互に回転子に駆動力を
与えるため回転力がスムーズである。Furthermore, since both ends of the bending oscillator alternately apply the driving force to the rotor, the rotating force is smooth.
以上のような利点を持った超音波モータの提供が可能と
なった。It has become possible to provide an ultrasonic motor having the above advantages.
第1図は本発明の実施例に係る超音波モータを示す断面
図、第2図は本発明の実施例に係る超音波モータの基本
構成を示す斜視図、第3図は第2図の超音波モータの動
作原理を示す図、第4図は従来の超音波モータの第1の
例を示す斜視図、第5図は従来の超音波モータの第2の
例を示す斜視図、第6図(a)は従来の超音波モータの
第3の例を示す斜視図、第6図(b)は第6図(a)の
超音波モータの動作説明に供する図、第7図は従来の超
音波モータの第4の例を示す斜視図である。 図中、1は圧電振動子、1a及び1bは端部、1cは中心軸、
2、2′は固定治具、3はカップ状回転子、3aはリング
部分、3b及び3cはエッジ、3e及び3fは接点、4は回転
軸、5はボールベアリング、6は支持具、41は圧電セラ
ミックスリング、42,42′は分割電極群、43は金属リン
グ、44,44′は電気端子、45はロータ、51はねじり振動
子用圧電セラミック素子、52及び52′は共振用金属ブロ
ック、53は積層型圧電アクチュエータ、54はロータ、61
は弾性体棒、62は圧電セラミック素子、63は駆動端用の
円板、64,64′はノード(節)支持用治具、65はロー
タ、66,67,68は各振動の腹に接するためのロータ、69は
軸、71は屈曲振動子、72,72′はノード固定用支持具で
ある。FIG. 1 is a sectional view showing an ultrasonic motor according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a perspective view showing a basic configuration of an ultrasonic motor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a perspective view showing a first example of a conventional ultrasonic motor, FIG. 5 is a perspective view showing a second example of a conventional ultrasonic motor, and FIG. 6A is a perspective view showing a third example of a conventional ultrasonic motor, FIG. 6B is a diagram for explaining the operation of the ultrasonic motor of FIG. 6A, and FIG. It is a perspective view which shows the 4th example of a sound wave motor. In the figure, 1 is a piezoelectric vibrator, 1a and 1b are end portions, 1c is a central axis,
2, 2'is a fixing jig, 3 is a cup-shaped rotor, 3a is a ring portion, 3b and 3c are edges, 3e and 3f are contacts, 4 is a rotating shaft, 5 is a ball bearing, 6 is a support tool, 41 is Piezoelectric ceramics ring, 42, 42 'divided electrode group, 43 metal ring, 44, 44' electric terminal, 45 rotor, 51 piezoelectric ceramic element for torsion oscillator, 52 and 52 'metal block for resonance, 53 is a laminated piezoelectric actuator, 54 is a rotor, 61
Is an elastic rod, 62 is a piezoelectric ceramic element, 63 is a disk for driving end, 64 and 64 'are jigs for supporting nodes, 65 is a rotor, and 66, 67 and 68 are in contact with antinodes of each vibration. , 69 is a shaft, 71 is a bending oscillator, and 72 and 72 'are node fixing supports.
Claims (1)
円振動を行なう互いに対向する第1及び第2の端部を有
する棒状の圧電振動子と、 回転軸と直交し、かつ前記第1の横断面よりも大きい第
2の横断面で開口し、互いに対する第1及び第2のエッ
ジをもつ孔を有する回転子とを具備し、 前記圧電振動子を前記孔内に、前記中心軸が前記回転軸
に対して傾斜し、かつ前記第1及び第2の端部がそれぞ
れ前記第1及び第2のエッジと接触するように配置し、 前記楕円振動を前記回転子の回転運動に変換することを
特徴とする超音波モータ。1. A rod-shaped piezoelectric vibrator having a first cross section orthogonal to a central axis and having first and second end portions opposed to each other and performing an elliptical vibration; A rotor having a hole having a second cross section larger than the first cross section and having first and second edges with respect to each other; The axis is inclined with respect to the rotation axis, and the first and second ends are arranged to contact the first and second edges, respectively, and the elliptical vibration is applied to the rotational movement of the rotor. An ultrasonic motor characterized by conversion.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1039241A JPH07110144B2 (en) | 1989-02-21 | 1989-02-21 | Ultrasonic motor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1039241A JPH07110144B2 (en) | 1989-02-21 | 1989-02-21 | Ultrasonic motor |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH02219477A JPH02219477A (en) | 1990-09-03 |
JPH07110144B2 true JPH07110144B2 (en) | 1995-11-22 |
Family
ID=12547635
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1039241A Expired - Lifetime JPH07110144B2 (en) | 1989-02-21 | 1989-02-21 | Ultrasonic motor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH07110144B2 (en) |
-
1989
- 1989-02-21 JP JP1039241A patent/JPH07110144B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH02219477A (en) | 1990-09-03 |
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