JP2001268950A - Ultrasonic motor - Google Patents

Ultrasonic motor

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JP2001268950A
JP2001268950A JP2000079833A JP2000079833A JP2001268950A JP 2001268950 A JP2001268950 A JP 2001268950A JP 2000079833 A JP2000079833 A JP 2000079833A JP 2000079833 A JP2000079833 A JP 2000079833A JP 2001268950 A JP2001268950 A JP 2001268950A
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JP
Japan
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vibrator
piezoelectric element
ultrasonic motor
present
rotor
Prior art date
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JP2000079833A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoshimine Itou
義峰 伊藤
Keiichi Ishikawa
啓一 石川
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.)
Pacific Industrial Co Ltd
Taiheiyo Kogyo KK
Original Assignee
Pacific Industrial Co Ltd
Taiheiyo Kogyo KK
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Publication date
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  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ultrasonic motor that can prevent an increase of cost and also can realize improvement of output and reduction in size. SOLUTION: This ultrasonic motor comprises a disc type or polygon type elastic member, a vibrator formed by joining a piezoelectric element or an electrostrictive element to the elastic member and a rotor that is placed with pressure in contact with a driver provided to the vibrator. In this structure, the vibrator having a stepped portion is formed at the area near the nodal circle position of the vibration wave generated when an electric signal in the ultrasonic wave region is applied to the piezoelectric element or electrostrictive element of the vibrator.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は超音波モータに係わ
り、圧電素子に超音波領域の電気信号を印加することに
より回転動作する超音波モータに係わり、特に振動子で
発生した振動を有効にロータに伝達する超音波モータに
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultrasonic motor, and more particularly, to an ultrasonic motor that rotates by applying an electric signal in an ultrasonic range to a piezoelectric element. The present invention relates to an ultrasonic motor for transmitting to a motor.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に超音波モータの種類として、振動
子に厚み屈曲振動の定在波を起こすいわゆる定在波方式
が知られており、本件出願人は、主振動系の第一の圧電
素子と該主振動系の第一の圧電素子各1個に対応して2
個ずつ配置された方向切替系の第二の圧電素子を構成
し、該第二の圧電素子えの通電を選択することにより、
振動の節直径位置を移動させ、駆動子の動きを変えてロ
ータの回転方向を変える超音波モータ(特願平8−11
5210、特願平9−56815号)を提案している。
以下、図3に基づき従来技術について説明する。図3
(a)は、従来の定在波方式超音波モータの概念図を示
し、図3(b)は、図3(a)の振動子の圧電素子側か
ら見た透視図を示し、図3(c)は、図3(b)のB1
−B2の断面における動作波形図を示している。
2. Description of the Related Art As a type of ultrasonic motor, there is generally known a so-called standing wave system in which a standing wave of thickness bending vibration is generated in a vibrator. And 2 corresponding to each one of the first piezoelectric elements of the main vibration system.
By configuring a second piezoelectric element of the direction switching system arranged one by one, by selecting the energization of the second piezoelectric element,
An ultrasonic motor that moves the node diameter of the vibration and changes the movement of the driver to change the rotation direction of the rotor (Japanese Patent Application No. 8-11 / 1996)
5210, Japanese Patent Application No. 9-56815).
Hereinafter, the related art will be described with reference to FIG. FIG.
FIG. 3A is a conceptual diagram of a conventional standing wave ultrasonic motor, and FIG. 3B is a perspective view of the vibrator of FIG. 3A as viewed from the piezoelectric element side. c) is B1 in FIG.
The operation waveform diagram in the section of -B2 is shown.

【0003】図3(a)において、1は円板形の弾性
体、2は圧電素子、3は前記弾性体1に圧電素子2を接
合してなる振動子、4a、4bは振動子3上に設けられ
た駆動子、5は摩擦材、6は該摩擦材を有する出力軸で
あるロータを示している。ロータ6は、摩擦材5を介し
て振動子3の駆動子4a、4bと加圧接触している。
In FIG. 3A, reference numeral 1 denotes a disc-shaped elastic body, 2 denotes a piezoelectric element, 3 denotes a vibrator formed by joining the piezoelectric element 2 to the elastic body 1, and 4a and 4b denote vibrators on the vibrator 3. , 5 denotes a friction material, and 6 denotes a rotor which is an output shaft having the friction material. The rotor 6 is in pressure contact with the drivers 4 a and 4 b of the vibrator 3 via the friction material 5.

【0004】図3(b)において、圧電素子2は、主振
動系の圧電素子7a、7bと、前記主振動系の圧電素子
に対応して配設されてなる方向切替系の圧電素子8a、
8b9a、9bにより構成されている。
In FIG. 3B, a piezoelectric element 2 includes a main vibration system piezoelectric element 7a, 7b and a direction switching system piezoelectric element 8a, which is provided corresponding to the main vibration system piezoelectric element.
8b, 9a and 9b.

【0005】次に、上記定在波方式の超音波モータの動
作について説明する。いま、主振動系の圧電素子7a、
7bと方向切替系の第二の圧電素子8a、8bにて屈曲
共振させると、図3(b)に示すように、通電しないエ
リア9a、9b上のA1−A2線上に振動の節直径がで
きる。図3(c)は、この間の駆動子4aがロータ側に
曲がったときの動きを示している。つまり、駆動子4a
は節直径A1−A2との位置関係により、上下方向に△
y、水平方向に△x同時に変位する。よって、駆動子4
aに当接しているロータ6は、図3(C)で右方への力
を受け図3(b)でみると、左回転になる。また、この
ときもう一方の駆動子4bは、ロータから遠ざかる姿勢
になり、次の半サイクルでは、駆動子4bが働き、駆動
子4aが休むことになり、かくして交互にロータを回転
する。
Next, the operation of the standing wave type ultrasonic motor will be described. Now, the piezoelectric element 7a of the main vibration system,
When bending resonance occurs between the piezoelectric element 7b and the second piezoelectric elements 8a and 8b of the direction switching system, as shown in FIG. 3B, a nodal diameter of vibration is formed on the line A1-A2 on the areas 9a and 9b where current is not supplied. . FIG. 3C shows the movement when the driver 4a is bent toward the rotor during this time. That is, the driver 4a
Is △ in the vertical direction due to the positional relationship with the nodal diameters A1-A2.
y, △ x is displaced simultaneously in the horizontal direction. Therefore, the driver 4
The rotor 6 which is in contact with a receives a rightward force in FIG. 3C and rotates left as viewed in FIG. 3B. Also, at this time, the other driver 4b is in a posture away from the rotor, and in the next half cycle, the driver 4b works and the driver 4a rests, thus rotating the rotor alternately.

【0006】次に逆回転させるには、主振動系の圧電素
子7a、7bと方向切替系の第二の圧電素子9a、9b
にて行えば、節直径は8a、8b上に発生するので、図
3(c)における駆動子4aが反対の傾きとなり、ロー
タから離れるので右回転が達成される。駆動子4bにつ
いても同様である。以上のようにして、ロータの回転
は、方向切替系の圧電素子で行うことができる。
Next, in order to perform reverse rotation, the piezoelectric elements 7a and 7b of the main vibration system and the second piezoelectric elements 9a and 9b of the direction switching system are used.
Since the nodal diameters occur on 8a and 8b, the driver 4a in FIG. 3C has the opposite inclination and moves away from the rotor, so that clockwise rotation is achieved. The same applies to the driver 4b. As described above, the rotation of the rotor can be performed by the piezoelectric element of the direction switching system.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】以上のような従来の超
音波モータは、出力であるトルクを向上させる方法とし
て、振動子および圧電素子の大きさを大きくするととも
に、振動子および圧電素子の板厚を最適な厚さに調整す
る方法が知られている。また、他の方法として、その原
理上、振動子に配設する偶数個の駆動子の数を多くす
る、つまり振動の節直径数を多くする振動形態にする方
法が考えられる。しかし、振動子および圧電素子の大き
さを大きくしたり、板厚を厚くするこれらの方法は大型
化、高コスト化が発生するという問題があった。
In the conventional ultrasonic motor described above, as a method for improving the output torque, the size of the vibrator and the piezoelectric element is increased and the plate of the vibrator and the piezoelectric element is increased. A method for adjusting the thickness to an optimum thickness is known. Further, as another method, in principle, a method of increasing the number of even-numbered drivers arranged on the vibrator, that is, a method of increasing the number of node diameters of the vibration can be considered. However, these methods of increasing the size of the vibrator and the piezoelectric element and increasing the plate thickness have a problem that the size and cost are increased.

【0008】本発明は上記のような問題点を解決するた
めになされたものであり、その目的は、高コスト化を防
止でき、出力の向上および小型化が図れる超音波モータ
を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide an ultrasonic motor capable of preventing an increase in cost, improving output, and reducing the size. is there.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】以上の問題を解決するた
めに、円板状および多角形いずれかの弾性体からなる振
動子に圧電素子もしくは、電歪素子を接合し、該圧電素
子もしくは電歪素子に超音波領域の電気信号を印加した
際に、振動子に発生する振動波の節円位置近傍に段付部
を有する振動子を構成することにより問題解決の手段と
するものである。
In order to solve the above problems, a piezoelectric element or an electrostrictive element is joined to a vibrator made of a disc-shaped or polygonal elastic body, and the piezoelectric element or the electro-strictive element is joined. This is a means for solving the problem by forming a vibrator having a stepped portion near a nodal position of a vibration wave generated in the vibrator when an electric signal in an ultrasonic region is applied to the distortion element.

【0010】すなわち、本発明の超音波モータは、円板
状および多角形いずれかの弾性体1と、前記弾性体1に
圧電素子2もしくは、電歪素子を接合してなる振動子3
と、該振動子3に配設された駆動子4と加圧圧接されて
なるロータ6を有する超音波モータであって、前記振動
子3の圧電素子2もしくは、電歪素子に超音波領域の電
気信号を印加した際に発生する振動波の節円位置近傍に
段付部10を有する振動子3を形成したことを特徴とす
るものである。
That is, the ultrasonic motor according to the present invention comprises a vibrator 3 having a disc-shaped or polygonal elastic body 1 and a piezoelectric element 2 or an electrostrictive element joined to the elastic body 1.
And an ultrasonic motor having a rotor 6 pressed and pressed against a driver 4 disposed on the vibrator 3, wherein the piezoelectric element 2 or the electrostrictive element of the vibrator 3 has an ultrasonic region. A vibrator 3 having a stepped portion 10 is formed near a nodal position of a vibration wave generated when an electric signal is applied.

【0011】[0011]

【発明の作用】本発明によれば、振動子3に発生する振
動波の節円位置近傍に段付部10を有する振動子3を形
成し、該振動子3に配設された駆動子4に圧接されてい
るロータ6が振動子3の屈曲振動に対応して回転する。
According to the present invention, the vibrator 3 having the stepped portion 10 is formed in the vicinity of the nodal circle position of the vibration wave generated in the vibrator 3, and the driver 4 disposed on the vibrator 3 is provided. Is rotated in response to the bending vibration of the vibrator 3.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基
づき説明する。図1(a)は、本発明の一実施例を示
し、図1(b)は、図1(a)の振動子の圧電素子側か
ら見た透視図を示している。図1(a)において、1は
段付部10を有する円板形の弾性体、2は圧電素子、3
は前記弾性体1に圧電素子2を接合してなる振動子であ
る。4は振動子3上に設けられた駆動子、5は摩擦材、
6は該摩擦材を有する出力軸であるロータを示してい
る。ロータ6は振動子3の駆動子4と加圧接触してお
り、振動子で発生した振動により回転運動する。この回
転動作原理については、従来技術と同一のため説明につ
いては省略する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1A shows an embodiment of the present invention, and FIG. 1B shows a perspective view of the vibrator of FIG. 1A as viewed from the piezoelectric element side. In FIG. 1A, reference numeral 1 denotes a disc-shaped elastic body having a stepped portion 10;
Is a vibrator formed by joining the piezoelectric element 2 to the elastic body 1. 4 is a driver provided on the vibrator 3, 5 is a friction material,
Reference numeral 6 denotes a rotor which is an output shaft having the friction material. The rotor 6 is in pressurized contact with the driver 4 of the vibrator 3 and rotates by the vibration generated by the vibrator. The principle of this rotation operation is the same as that of the prior art, so that the description is omitted.

【0013】ここで、本発明の振動子3の形状について
具体的に説明する。本発明の振動子3は、圧電素子2に
超音波領域の電圧を印加した際に発生する振動波の節円
位置11近傍に段付部10を有する形状としている。し
たがって、該段付部10は、該段付部10を設けていな
い場合に比べ、振動子3の屈曲振動が発生しやすくなる
から振動波の発生が大きなる。よって振動変位が大きく
なるため出力向上が図れることになる。
Here, the shape of the vibrator 3 of the present invention will be specifically described. The vibrator 3 of the present invention has a shape having a stepped portion 10 in the vicinity of a nodal circle position 11 of a vibration wave generated when a voltage in an ultrasonic region is applied to the piezoelectric element 2. Therefore, compared with the case where the stepped portion 10 is not provided, the stepped portion 10 is more likely to generate the bending vibration of the vibrator 3, so that the generation of the vibration wave is large. Accordingly, the vibration displacement becomes large, so that the output can be improved.

【0014】以下、本発明の段付部を有する振動子を評
価した結果説明する。本実施例の段付部を有する振動子
と本実施例を行なっていない振動子では、歴然とした差
が認められ、本実施例の段付部を有する振動子の優位性
を確認した。
Hereinafter, the results of evaluation of the vibrator having the stepped portion of the present invention will be described. A striking difference was observed between the vibrator having the step portion of the present embodiment and the vibrator not performing the present embodiment, and the superiority of the vibrator having the step portion of the present embodiment was confirmed.

【0015】図2は、本発明の超音波モータの第二実施
例を示す断面図である。この発明においては、図1にお
ける段付部10を有する振動子3の節円位置11近傍か
ら外周部までの形状をテーパー状にしたものであり、そ
の目的は、本発明の第一実施例と同じである。また、特
に図示しないが、テーパー部については、段付部から外
周部までの板厚が徐々に増加する形状でも構わない。
FIG. 2 is a sectional view showing a second embodiment of the ultrasonic motor according to the present invention. In the present invention, the shape of the vibrator 3 having the stepped portion 10 in FIG. 1 from the vicinity of the nodal circle position 11 to the outer peripheral portion is tapered, and the object is as in the first embodiment of the present invention. Is the same. Although not particularly shown, the tapered portion may have a shape in which the plate thickness from the stepped portion to the outer peripheral portion gradually increases.

【0016】また、図1(b)は、圧電素子2を2分割
した場合を示しており、4分割、6分割、8分割等偶数
分割でも本発明は成立する。さらに、図1(b)では、
圧電素子2の分極方向が、+、−にて2分化されている
が、すべてのエリアを同一方向にして行う、シリーズ接
続でもかまわない。
FIG. 1B shows a case where the piezoelectric element 2 is divided into two parts, and the present invention can be applied to even divisions such as four divisions, six divisions, and eight divisions. Further, in FIG.
The polarization direction of the piezoelectric element 2 is divided into + and-, but a series connection in which all areas are set to the same direction may be used.

【0017】[0017]

【発明の効果】以上のように、本発明によれば振動子に
発生する振動波の節円位置近傍に段付部を有する形状と
するだけで、出力向上が図れる利点を有するという実用
的効果は大なるものである。また、本発明によれば振動
子に発生する振動波の節円の発生する位置に、段付部を
設けるため、振動の節円位置を規制する作用を有する。
さらに、本発明によれば振動子は段付部を有する形状と
すれば良いため、軽量化が図れるだけでなく、低コスト
を実現することができるという利点も有している。
As described above, according to the present invention, a practical effect that the output can be improved only by forming a shape having a step portion near the nodal circle position of the vibration wave generated in the vibrator is achieved. Is a great thing. Further, according to the present invention, since the stepped portion is provided at the position where the nodal circle of the vibration wave generated in the vibrator is generated, the vibrating wave has an effect of regulating the nodal circle position of the vibration.
Further, according to the present invention, since the vibrator may have a shape having a stepped portion, not only the weight can be reduced, but also the cost can be reduced.

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

【図1】 本発明の超音波モータの第一実施例を示し、
(a)はその断面図、(b)は圧電素子側から見た透視
図。
FIG. 1 shows a first embodiment of an ultrasonic motor according to the present invention,
(A) is a sectional view thereof, and (b) is a perspective view seen from a piezoelectric element side.

【図2】 本発明の超音波モータの第二実施例を示す断
面図。
FIG. 2 is a sectional view showing a second embodiment of the ultrasonic motor according to the present invention.

【図3】 従来の超音波モータの概念図を示し、(a)
はその断面図、(b)、(c)は、動作説明のための模
式図。
FIG. 3 shows a conceptual diagram of a conventional ultrasonic motor, and FIG.
Is a cross-sectional view thereof, and (b) and (c) are schematic views for explaining the operation.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 弾性体、 2 圧電素子、 3 振動子、
4、4a、4b駆動子、 5 ライニング材、 6 ロータ、 7a、7b 主
振動系の圧電素子、 8a、8b、9a、9b 方向切替系の圧電素子、 10 段付部、 11 節円位置
1 elastic body, 2 piezoelectric element, 3 vibrator,
4, 4a, 4b driver, 5 lining material, 6 rotor, 7a, 7b piezoelectric element of main vibration system, 8a, 8b, 9a, 9b piezoelectric element of direction switching system, 10 stepped portion, 11 node circle position

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】円板状および多角形いずれかの弾性体と、
前記弾性体に圧電素子もしくは、電歪素子を接合してな
る振動子と、該振動子に配設された駆動子と加圧圧接さ
れてなるロータを有する超音波モータであって、前記振
動子の圧電素子もしくは、電歪素子に超音波領域の電気
信号を印加した際に発生する振動波の節円位置近傍に段
付部を有する振動子を形成したことを特徴とする超音波
モータ。
1. An elastic body having one of a disk shape and a polygonal shape,
An ultrasonic motor comprising: a vibrator formed by joining a piezoelectric element or an electrostrictive element to the elastic body; and a rotor that is pressurized and pressed against a driver disposed on the vibrator. An ultrasonic motor characterized in that a vibrator having a stepped portion is formed near a nodal circle position of a vibration wave generated when an electric signal in an ultrasonic region is applied to the piezoelectric element or the electrostrictive element.
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