JP2568835B2 - Ultrasonic drive - Google Patents

Ultrasonic drive

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JP2568835B2
JP2568835B2 JP62063460A JP6346087A JP2568835B2 JP 2568835 B2 JP2568835 B2 JP 2568835B2 JP 62063460 A JP62063460 A JP 62063460A JP 6346087 A JP6346087 A JP 6346087A JP 2568835 B2 JP2568835 B2 JP 2568835B2
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02NELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/0005Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing non-specific motion; Details common to machines covered by H02N2/02 - H02N2/16
    • H02N2/001Driving devices, e.g. vibrators
    • H02N2/0045Driving devices, e.g. vibrators using longitudinal or radial modes combined with torsion or shear modes
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02NELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/10Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
    • H02N2/103Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors by pressing one or more vibrators against the rotor

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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、長短の金属ブロックを持つ非対称型ボルト
締めランジュバン型圧電体振動子を使用して被駆動体を
駆動する超音波駆動装置に関するものである。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultrasonic drive device that drives a driven body using an asymmetrical bolt-fastened Langevin-type piezoelectric vibrator having long and short metal blocks. .

従来技術 現在提案されている超音波モータは、円環形圧電セラ
ミックの片面に2組の電極群を接着し、それぞれの電極
群によって励振される定在波が位置的に90゜ずれるよう
に電極を配置し、さらにこれから2組の電極群に印加す
る交流電界が時間的に90゜位相差がある2組の発振器を
それぞれ接続している。
2. Description of the Related Art The ultrasonic motor proposed at present has two sets of electrodes bonded to one side of a ring-shaped piezoelectric ceramic, and the electrodes are arranged such that the standing waves excited by the respective sets of electrodes are shifted by 90 ° in position. The two sets of oscillators are arranged and an AC electric field applied to the two sets of electrodes has a phase difference of 90 ° in time.

このように構成した従来の超音波モータは、2組の発
振器からそれぞれの電極群に交流電界を印加することに
よって円環形圧電セラミックの周囲の表面に90゜位相が
ずれた2つの定在波が発生し、この2の定在波が合成さ
れた進行波が発生する。従って、円環形圧電セラミック
の上に接着された櫛形の振動体の上に円環形の移動体を
載置して接触を強くすると、移動体が進行波によって移
動される。
In the conventional ultrasonic motor configured as described above, two standing waves having phases shifted by 90 ° are applied to the peripheral surface of the ring-shaped piezoelectric ceramic by applying an AC electric field to each electrode group from two sets of oscillators. Then, a traveling wave in which the two standing waves are combined is generated. Therefore, when the ring-shaped moving body is placed on the comb-shaped vibrating body adhered on the ring-shaped piezoelectric ceramic and the contact is strengthened, the moving body is moved by the traveling wave.

発明が解決しようとする問題点 しかしながら、この従来の超音波モータでは、複数の
電極と、これらの電極に交流電界を印加する2組の発振
器が必要であり、電極の構成が複雑で、また振動体の構
成も複雑であり、コストが高くなるという問題があっ
た。
Problems to be Solved by the Invention However, this conventional ultrasonic motor requires a plurality of electrodes and two sets of oscillators for applying an AC electric field to these electrodes, so that the configuration of the electrodes is complicated, The structure of the body is complicated, and there has been a problem that the cost is high.

また、第12図に示すようにボルト座金31にボルト32を
通し、さらにこの座金31の上に圧電振動子33を載置し、
その上に順次端子板34、圧電振動子35、端子板36、アル
ミ円板37を載置して、それらの各穴にボルト32を通し、
最上端の捻じり結合子38のネジ穴38aにボルト31のネジ3
1aをねじ込み固定している。なお、この捻じり結合子38
は下面の中央部分に溝38bを設け、その溝38bの両側に円
弧状の突起38cを設け、さらに上端の梁38dは溝38bとあ
る所望の角度になるように配置されている。
Also, as shown in FIG. 12, a bolt 32 is passed through a bolt washer 31, and a piezoelectric vibrator 33 is placed on the washer 31.
The terminal plate 34, the piezoelectric vibrator 35, the terminal plate 36, and the aluminum disk 37 are placed thereon sequentially, and the bolt 32 is passed through each of the holes,
Screw 3 of bolt 31 into screw hole 38a of torsion connector 38 at the top end
Screw 1a is fixed. In addition, this torsion connector 38
Is provided with a groove 38b in the center portion of the lower surface, provided with arc-shaped projections 38c on both sides of the groove 38b, and a beam 38d at the upper end is arranged so as to have a desired angle with the groove 38b.

このように構成された従来の超音波駆動装置では、圧
電振動子33、35が厚み方向に振動されると、捻じり結合
子38の円板が蝶の羽のように振動し、励振周数が結合子
38の共振周波数に近ずくと、梁38dに楕円振動が発生す
る。従って、第13図に示すように捻じり結合子38の上部
の梁38dの上に円板39を載せ、中心軸4の下端をボルト3
2に固着し、また中心軸40の上端とベアリング41の間に
バネ42を設けて、円板39を捻じり結合子38と強く接触す
ると、円板39は捻じり結合子38の梁38dの楕円振動によ
って回転する。
In the conventional ultrasonic driving device configured as described above, when the piezoelectric vibrators 33 and 35 are vibrated in the thickness direction, the disk of the torsion connector 38 vibrates like a butterfly wing, and the excitation frequency is increased. Is a connector
When approaching the resonance frequency of 38, elliptical vibration occurs in the beam 38d. Therefore, as shown in FIG. 13, the disc 39 is placed on the beam 38d above the torsion connector 38, and the lower end of the center shaft 4 is
2 and a spring 42 is provided between the upper end of the central shaft 40 and the bearing 41 to twist the disc 39 into strong contact with the connector 38. Rotated by elliptical vibration.

しかしながら、この従来例においても、アルミ円板37
の上にボルト31で固定する捻じり結合子38の構成が複雑
であるという問題があった。
However, even in this conventional example, the aluminum disk 37
There is a problem that the configuration of the torsion connector 38 fixed with the bolt 31 on the top is complicated.

問題点を解決するための手段 本発明は、上記問題点を解決するために、長い金属ブ
ロックと短い金属ブロックによってリング状圧電体振動
子を挟持し、該圧電体振動子の中心孔にボルトを通して
両端のネジを上記長い金属ブロックと短い金属ブロック
のネジ孔に嵌合させて上記長い金属ブロックと圧電体振
動子及び短い金属ブロックを一体に固定した非対称型ボ
ルト締めランジュバン型圧電体振動子を構成し、該非対
称型ボルト締めランジュバン型圧電体振動子の電極に所
定の高周波電圧を印加することにより、上記圧電体振動
子の圧電体の伸縮により発生する縦振動と上記ボルトの
ネジによる捻れ振動の合成による円周方向の進行波を上
記非対称型ボルト締めランジュバン型圧電体振動子の端
面及び側面に発生させ、上記非対称型ボルト締めランジ
ュバン型圧電体振動子の端面または側面と被駆動体とを
組合わせてなることを特徴とする。
Means for Solving the Problems In order to solve the above problems, the present invention sandwiches a ring-shaped piezoelectric vibrator between a long metal block and a short metal block, and passes a bolt through a center hole of the piezoelectric vibrator. An asymmetric bolt-fastened Langevin-type piezoelectric vibrator in which the screws at both ends are fitted into the screw holes of the long and short metal blocks to integrally fix the long metal block, the piezoelectric vibrator and the short metal block. By applying a predetermined high-frequency voltage to the electrodes of the asymmetrical bolt-fastened Langevin type piezoelectric vibrator, the longitudinal vibration generated by the expansion and contraction of the piezoelectric body of the piezoelectric vibrator and the torsional vibration caused by the screw of the bolt are reduced. A circumferential traveling wave due to synthesis is generated on the end face and side face of the asymmetrical bolt fastening Langevin-type piezoelectric vibrator, and the asymmetric bolt fastening is performed. The end face or side face of the Langevin type piezoelectric vibrator is combined with a driven body.

作用 本発明によれば、側面及び短部が変形した長短の金属
ブロックを持つ非対称型ボルト締めランジュバン型圧電
体振動子の圧電体の電極に高周波電気信号を印加する
と、圧電体は厚み方向に振動する。ここで、この圧電体
は両側の金属製円柱体でボルトにより強く加圧されてい
るので、圧電体の振動によりボルトのネジによって捻じ
れ振動が生じると共に、縦方向の振動及び径方向振動の
合成によって円周方向の進行波を振動子の端面に発生
し、また円周方向の進行波を振動子の側面の一部に発生
する。従来の対称型ボルト締めランジュバン型圧電体振
動子の場合は、圧電体の両側の金属製円柱体が対称であ
るため、それらの捻れ振動は打ち消し合うが、本発明の
非対称型のボルト締めランジュバン型圧電体振動子の場
合は、長い金属ブロックに、効果的に捻れ振動と縦振動
が発生し、振動子の端面及び側面の一部に強い円周方向
の進行波が生じる。従って、振動子の端面及び側面と被
駆動体を組合わせることによって、その進行波で被駆動
体は摩耗が少なく、円滑な回転を行うことができる。
According to the present invention, when a high-frequency electric signal is applied to the electrodes of the piezoelectric body of the asymmetrical bolt-fastened Langevin-type piezoelectric vibrator having long and short metal blocks with deformed side and short portions, the piezoelectric body vibrates in the thickness direction. I do. Here, since the piezoelectric body is strongly pressurized by bolts with metal cylinders on both sides, torsional vibrations are generated by the screws of the bolts due to the vibrations of the piezoelectric body, and the vertical vibration and the radial vibration are combined. Accordingly, a traveling wave in the circumferential direction is generated on the end face of the vibrator, and a traveling wave in the circumferential direction is generated on a part of the side face of the vibrator. In the case of the conventional symmetrical bolted Langevin-type piezoelectric vibrator, the metal cylinders on both sides of the piezoelectric body are symmetrical, so their torsional vibrations cancel each other out. In the case of a piezoelectric vibrator, torsional vibration and longitudinal vibration are effectively generated in a long metal block, and a strong circumferential traveling wave is generated on a part of an end face and a side face of the vibrator. Therefore, by combining the driven body with the end face and the side face of the vibrator, the driven body has less wear due to the traveling wave and can rotate smoothly.

実施例 本発明の実施例を説明する前に原理を説明する。ま
ず、第1図(a)に示すように、圧電セラミック等から
なるリング状の圧電素子1、2の両側にそれぞれ電極
3、4を設け、これらの圧電素子1、2を例えば円錐台
の長い金属ブロック6及び短い金属ブロック7で挟持し
て締め付け固定して非対称ボルト締めランジュバン型圧
電体振動子8を構成し、この圧電体振動子8の圧電素子
1、2の入力端子3a、4aに発振器9より交流電圧を印加
し、検出器で金属製円柱体6の表面に当てて進行波を検
出すると、第2図に示すように矢印方向に進行波が発生
していることが確認された。第2図の波形と第3図の圧
電体振動子8の断面図を対比させると、丁度ボルト10の
ネジ11a、11bの部分で進行波が小さいことが確認され
た。
Embodiment Before describing an embodiment of the present invention, the principle will be described. First, as shown in FIG. 1 (a), electrodes 3 and 4 are provided on both sides of ring-shaped piezoelectric elements 1 and 2 made of piezoelectric ceramic or the like, respectively. An asymmetric bolt-fastened Langevin-type piezoelectric vibrator 8 is formed by being clamped and fixed between the metal block 6 and the short metal block 7, and oscillators are provided to the input terminals 3 a and 4 a of the piezoelectric elements 1 and 2 of the piezoelectric vibrator 8. When an AC voltage was applied from No. 9 and the detector was applied to the surface of the metal cylinder 6 to detect a traveling wave, it was confirmed that a traveling wave was generated in the direction of the arrow as shown in FIG. Comparing the waveform of FIG. 2 with the sectional view of the piezoelectric vibrator 8 of FIG. 3, it was confirmed that the traveling wave was small at the screws 11a and 11b of the bolt 10.

この原理を簡単に説明する。まず、ボルト締めランジ
ュバン型圧電体振動子8の圧電素子1、2の電極3、4
に高周波電気信号を印加すると、圧電素子1、2は厚み
方向に振動する。ここで、圧電素子1、2は両側の金属
ブロック6、7がボルト10により強く加圧されているの
で、そのボルトのネジ11a、11bによって捻じれ振動が生
じると主に、縦方向の振動及び径方向振動の合成によっ
て円周方向の進行波を圧電体振動子8の端面に発生し、
また円周方向の進行波を圧電体振動子8の側面の一部に
発生する。従来の対称型ボルト締めランジュバン型圧電
素子振動子の場合は、圧電素子の両側の金属ブロックが
対称であるため、それらの捻れ振動は打ち消し合うが、
本発明の非対称型のボルト締めランジュバン型圧電体振
動子8の場合は、長い金属ブロック6の長さが直径に対
してある比率を持つ場合に、効果的に捻れ振動と縦振動
が発生し、圧電体振動子8の端面及び側面の一部に強い
円周方向の進行波が生じる。
This principle will be briefly described. First, the electrodes 3, 4 of the piezoelectric elements 1, 2 of the bolted Langevin type piezoelectric vibrator 8
When a high-frequency electric signal is applied to the piezoelectric element 1, the piezoelectric elements 1 and 2 vibrate in the thickness direction. Here, since the metal blocks 6 and 7 on both sides of the piezoelectric elements 1 and 2 are strongly pressurized by the bolts 10, when the torsional vibrations are generated by the screws 11a and 11b of the bolts, mainly the longitudinal vibrations and A circumferential traveling wave is generated at the end face of the piezoelectric vibrator 8 by combining radial vibrations,
Further, a traveling wave in the circumferential direction is generated on a part of the side surface of the piezoelectric vibrator 8. In the case of the conventional symmetrical bolted Langevin type piezoelectric element vibrator, the metal blocks on both sides of the piezoelectric element are symmetrical, so their torsional vibrations cancel each other out.
In the case of the asymmetrical bolted Langevin type piezoelectric vibrator 8 of the present invention, when the length of the long metal block 6 has a certain ratio to the diameter, torsional vibration and longitudinal vibration are effectively generated, A strong circumferential traveling wave is generated on the end face and a part of the side face of the piezoelectric vibrator 8.

この進行波を発生する圧電体振動子8の部分に被駆動
体を接触させることにより、被駆動体を駆動することが
できる。
The driven body can be driven by bringing the driven body into contact with the portion of the piezoelectric vibrator 8 that generates the traveling wave.

また、前述の説明では、2個の圧電素子1、2を長さ
の異なる金属ブロック6、7で挟持し、ボルト10で締め
付けるようにしたが、1個の圧電素子1の電極3または
4の一方の電極の上に絶縁体を介して金属ブロック6、
7で挟むようにした圧電体振動子8でも同様に進行波が
発生する。さらに、圧電振動子を複数個にすることによ
り、より強力な進行波を金属ブロック6、7の側面及び
端面に生じさせることができる。
In the above description, the two piezoelectric elements 1 and 2 are sandwiched between metal blocks 6 and 7 having different lengths and fastened with bolts 10. A metal block 6 on one electrode via an insulator;
Similarly, a traveling wave is generated in the piezoelectric vibrator 8 sandwiched between the piezoelectric vibrators 7. Further, by using a plurality of piezoelectric vibrators, stronger traveling waves can be generated on the side surfaces and the end surfaces of the metal blocks 6 and 7.

第4図は、本発明の圧電体振動子を利用した超音波駆
動装置の構成図で、円錐台の長い金属ブロック6を持つ
圧電体振動子8の端面に、回転軸12がベアリング等で回
転自在に支持された円板13をばね等によって圧接する。
FIG. 4 is a configuration diagram of an ultrasonic drive device using the piezoelectric vibrator of the present invention. The rotating shaft 12 is rotated by a bearing or the like on the end surface of the piezoelectric vibrator 8 having the long metal block 6 having a truncated cone. The freely supported disk 13 is pressed into contact with a spring or the like.

このように構成した超音波駆動装置の円板13は前述の
原理によって圧電体振動子8の端面に発生した進行波に
より回転することができる。なお、この進行波は非常に
強力であるので、円板13に適当な重量があれば、ばねで
圧接しなくても、圧電体振動子8を直立させ、その端面
に円板13を置くだけでも回転させることができる。
The disk 13 of the ultrasonic driving device thus configured can be rotated by the traveling wave generated on the end face of the piezoelectric vibrator 8 according to the above-described principle. Since this traveling wave is very strong, if the disk 13 has an appropriate weight, the piezoelectric vibrator 8 can be erected and the disk 13 can be placed on the end face without pressing with a spring. But you can rotate it.

この構成は超音波モータとして使用することができ、
円板13の回転軸12の回転を歯車やプーリー等を介して他
の駆動体に伝達することができる。また、ばねで円板13
を圧接した場合は交流電圧を切ると、すぐに止るので、
サーボモータとして使用することができる。
This configuration can be used as an ultrasonic motor,
The rotation of the rotating shaft 12 of the disk 13 can be transmitted to another driving body via a gear, a pulley, or the like. In addition, disk 13
When the AC voltage is cut off, it stops immediately.
Can be used as a servomotor.

第5図は、本発明の圧電体振動子を利用した他の駆動
装置の構成図で、円錐台の長い金属ブロック6を持つ圧
電体振動子8の側面の一部に、回転軸14がベアリング等
で回転自在に支持され、端面15を円錐台の長い金属ブロ
ック6の傾斜に合わせて斜めに傾斜させた円板16をばね
等によって圧接する。
FIG. 5 is a configuration diagram of another driving device using the piezoelectric vibrator of the present invention. A rotating shaft 14 is provided on a part of a side surface of the piezoelectric vibrator 8 having a long metal block 6 having a truncated cone. A disk 16 which is rotatably supported by the like or the like, and whose end surface 15 is inclined obliquely in accordance with the inclination of the long metal block 6 having a truncated cone, is pressed into contact with a spring or the like.

この構成は超音波モータとして使用することができ、
円板16の回転軸14の回転を歯車やプーリー等を介して他
の駆動体に伝達することができる。また、ばねで円板16
を圧接した場合は交流電圧を切ると、すぐに止るので、
サーボモータとして使用することができる。
This configuration can be used as an ultrasonic motor,
The rotation of the rotating shaft 14 of the disk 16 can be transmitted to another driving body via a gear, a pulley, or the like. In addition, the disk 16
When the AC voltage is cut off, it stops immediately.
Can be used as a servomotor.

第6図は、本発明の他の実施例の超音波駆動装置の構
成図で、円錐台の長い金属ブロック6を持つ圧電体振動
子8の側面の一部に、ベアリング17、18で摺動自在に支
持され棒状の被駆動体19が、ばね20、21によって長い金
属ブロック6の側面と組合わされている。
FIG. 6 is a block diagram of an ultrasonic driving apparatus according to another embodiment of the present invention, in which a part of a side face of a piezoelectric vibrator 8 having a long metal block 6 having a truncated cone is slid by bearings 17 and 18. A freely supported and rod-shaped driven body 19 is combined with the side surface of the long metal block 6 by springs 20 and 21.

この構成は棒状体を直線状に動かすリニアモータとし
て使用することができる。
This configuration can be used as a linear motor that moves the bar in a straight line.

第7図は、本発明の他の実施例の圧電体振動子の構成
図で、圧電体振動子8の金属ブロック22は円柱部22aと
円錐台部22bから構成されている。
FIG. 7 is a configuration diagram of a piezoelectric vibrator according to another embodiment of the present invention. The metal block 22 of the piezoelectric vibrator 8 is composed of a cylindrical portion 22a and a truncated conical portion 22b.

このように構成した圧電体振動子8においても、円錐
台部22bの端面及び円柱部22a及び円錐台部22bの側面に
強い円周方向の進行波が生じる。
Also in the piezoelectric vibrator 8 configured as described above, strong circumferential traveling waves are generated on the end face of the truncated cone portion 22b and the side surfaces of the cylindrical portion 22a and the truncated cone portion 22b.

第8図は、本発明のさらに他の実施例の圧電体振動子
の構成図で、この圧電体振動子8の金属ブロック23は円
柱部23aが長く、円錐台部23bが短く構成されている。
FIG. 8 is a configuration diagram of a piezoelectric vibrator according to still another embodiment of the present invention. The metal block 23 of the piezoelectric vibrator 8 has a long cylindrical portion 23a and a short frustoconical portion 23b. .

このように構成した圧電体振動子8においても、その
端面及び円柱23a及び円錐23bの側面に強い円周方向の進
行波が生じる。
Also in the piezoelectric vibrator 8 configured as described above, a strong circumferential traveling wave is generated on the end face and the side faces of the cylinder 23a and the cone 23b.

第9図は、本発明のさらに他の実施例の圧電体振動子
の構成図で、この圧電体振動子8の金属ブロック24は円
錐台部の小径部24aが圧電体1と接触し、大径部24bが解
放されている。
FIG. 9 is a diagram showing the configuration of a piezoelectric vibrator according to still another embodiment of the present invention. The metal block 24 of the piezoelectric vibrator 8 has a small-diameter portion 24a of a truncated cone portion in contact with the piezoelectric body 1, and The diameter portion 24b is released.

このように構成した圧電体振動子8においても、大径
部24bの端面及び円錐台の側面に強い円周方向の進行波
が生じる。
Also in the piezoelectric vibrator 8 thus configured, a strong circumferential traveling wave is generated on the end face of the large diameter portion 24b and the side face of the truncated cone.

第10図は、本発明のさらに他の実施例の圧電体振動子
の構成図で、この圧電体振動子8の金属ブロック25は円
柱部25aと円錐台部25bから構成され、円錐台部25bの小
径部が円柱部25aと一体になっている。
FIG. 10 is a configuration diagram of a piezoelectric vibrator according to still another embodiment of the present invention. The metal block 25 of the piezoelectric vibrator 8 is composed of a cylindrical portion 25a and a truncated cone portion 25b, and a truncated cone portion 25b. Is integrated with the cylindrical portion 25a.

このように構成した圧電体振動子8においても、円錐
台部25bの端面及び円柱部25a及び円錐台部25bの側面に
強い円周方向の進行波が生じる。
Also in the piezoelectric vibrator 8 configured as described above, strong circumferential traveling waves are generated on the end face of the truncated cone portion 25b and the side surfaces of the cylindrical portion 25a and the truncated cone portion 25b.

第11図は、本発明のさらに他の実施例の圧電体振動子
の構成図で、この圧電体振動子8の金属ブロック26は円
柱部26aの一部に突出部26bが構成されている。この突出
部26bは第1図の進行波が発生している部分に形成する
もので、第11図(a)では突出部26bが圧電体1に近い
部分に形成され、第11図(b)では、突出部26bが端面
に近い部分に形成されている。
FIG. 11 is a configuration diagram of a piezoelectric vibrator according to still another embodiment of the present invention. The metal block 26 of the piezoelectric vibrator 8 has a protruding portion 26b formed on a part of a cylindrical portion 26a. The protruding portion 26b is formed at the portion where the traveling wave of FIG. 1 is generated. In FIG. 11 (a), the protruding portion 26b is formed at a portion close to the piezoelectric body 1, and FIG. 11 (b) In, the protruding portion 26b is formed in a portion near the end face.

このように構成した圧電体振動子8においても、突出
部26bの側面及び円柱部26aの端面に強い円周方向の進行
波が生じる。
Also in the piezoelectric vibrator 8 configured as described above, a strong circumferential traveling wave is generated on the side surface of the protruding portion 26b and the end surface of the cylindrical portion 26a.

上記圧電体振動子8の側面及び端面と被駆動体とを組
合わせることにより、被駆動体を駆動することができ
る。
The driven body can be driven by combining the side face and the end face of the piezoelectric vibrator 8 with the driven body.

なお、本発明の圧電体振動子8は長い金属ブロックと
短い金属ブロックの間に振動子を介在させてボルトによ
り締け付けた非対称のランジュバン型圧電体振動子であ
れば、長い金属が例えば角錐台または角錐台と角柱から
構成されたものでも良く、さらに長い金属がどのような
構成であっても、圧電体振動子8の側面及び端面に回転
する進行波が発生するものである。従って、この圧電体
振動子8と円盤または棒体等の被駆動体を組合わせるこ
とにより、圧電体振動子8に発生する進行波によって被
駆動体を駆動することができる。また、圧電体振動子8
を駆動体に取付け、圧電体振動子8レール等と接触させ
れば、駆動体に回転するものを取付ける必要なく、駆動
体を駆動することができる。
Note that the piezoelectric vibrator 8 of the present invention is an asymmetric Langevin-type piezoelectric vibrator in which a vibrator is interposed between a long metal block and a short metal block and fastened with a bolt, and the long metal is, for example, a pyramid. It may be composed of a pedestal or a truncated pyramid and a prism, and a rotating wave is generated on the side surface and the end surface of the piezoelectric vibrator 8 regardless of the configuration of the longer metal. Therefore, by combining the piezoelectric vibrator 8 with a driven body such as a disk or a rod, the driven body can be driven by a traveling wave generated in the piezoelectric vibrator 8. Also, the piezoelectric vibrator 8
Is mounted on the driving body and brought into contact with the piezoelectric vibrator 8 rail or the like, the driving body can be driven without the necessity of mounting a rotating body on the driving body.

発明の効果 以上の説明から明らかなように、本発明は、圧電体が
両側の長短の金属ブロックでボルトにより強く加圧され
ているので、圧電体の振動によりボルトのネジによっ
て、金属ブロックに捻じれ振動が生じると共に、縦方向
の振動及び径方向振動の合成によって円周方向の進行波
を圧電体振動子の端面及び側面に発生するため、この進
行波によって被駆動体は摩耗が少なく、円滑に駆動さ
れ、また圧電体振動子を駆動体に取付ければ、圧電体振
動子に発生した回転振動によって駆動体を駆動すること
ができるという利点がある。
Effect of the Invention As is clear from the above description, in the present invention, since the piezoelectric body is strongly pressed by the bolts with the long and short metal blocks on both sides, the piezoelectric body is twisted to the metal block by the screws of the bolt due to the vibration of the piezoelectric body. Vibration occurs, and a circumferential traveling wave is generated on the end face and the side face of the piezoelectric vibrator by combining the longitudinal vibration and the radial vibration, so that the driven body has less wear and smoothness due to the traveling wave. When the piezoelectric vibrator is attached to the driving body, there is an advantage that the driving body can be driven by the rotational vibration generated in the piezoelectric vibrator.

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

第1図は本発明の圧電体振動子に発生する進行波が発生
する状態を示した図、第2図は圧電体振動子で発生する
進行波の方向と大きさを矢印で示した図、第3図は本発
明の圧電体振動子の断面図、第4図は本発明の実施例の
超音波駆動装置の概略構成図、第5図及び第6図は本発
明の他の実施例の超音波駆動装置の構成図、第7図〜第
11図は本発明のさらに他の実施例の圧電体振動子の構成
図、第12図は従来の超音波モータの固定子の分解斜視
図、第13図は第12図の超音波モータの一部断面側面図で
ある。 1、2……圧電体、3、4……電極、3a、4a……入力端
子、6、22、23、24、25、26……長い金属ブロック、7
……短い金属ブロック、8……圧電体振動子。
FIG. 1 is a diagram showing a state in which a traveling wave generated in a piezoelectric vibrator of the present invention is generated, FIG. 2 is a diagram showing directions and magnitudes of the traveling wave generated in the piezoelectric vibrator by arrows, FIG. 3 is a cross-sectional view of a piezoelectric vibrator of the present invention, FIG. 4 is a schematic configuration diagram of an ultrasonic drive device of an embodiment of the present invention, and FIGS. 5 and 6 are diagrams of another embodiment of the present invention. FIG. 7 to FIG.
FIG. 11 is a configuration diagram of a piezoelectric vibrator according to still another embodiment of the present invention, FIG. 12 is an exploded perspective view of a stator of a conventional ultrasonic motor, and FIG. It is a partial section side view. 1, 2,... Piezoelectric body, 3, 4,... Electrode, 3a, 4a... Input terminal, 6, 22, 23, 24, 25, 26.
... Short metal block, 8 Piezoelectric vibrator.

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】長い金属ブロックと短い金属ブロックによ
ってリング状圧電体振動子を挟持し、該圧電体振動子の
中心孔にボルトを通して両端のネジを上記長い金属ブロ
ックと短い金属ブロックのネジ孔に嵌合させて上記長い
金属ブロックと圧電体振動子及び短い金属ブロックを一
体に固定した非対称型ボルト締めランジュバン型圧電体
振動子を構成し、該非対称型ボルト締めランジュバン型
圧電体振動子の電極に所定の高周波電圧を印加すること
により、上記圧電体振動子の圧電体の伸縮により発生す
る縦振動と上記ボルトのネジによる捻れ振動の合成によ
る円周方向の進行波を上記非対称型ボルト締めランジュ
バン型圧電体振動子の端面及び側面に発生させ、上記非
対称型ボルト締めランジュバン型圧電体振動子の端面ま
たは側面と被駆動体とを組合わせてなることを特徴とす
る超音波駆動装置。
1. A ring-shaped piezoelectric vibrator is sandwiched between a long metal block and a short metal block, and a bolt is passed through a center hole of the piezoelectric vibrator and screws at both ends are inserted into screw holes of the long metal block and the short metal block. The long metal block, the piezoelectric vibrator, and the short metal block are fitted together to form an asymmetrical bolted Langevin-type piezoelectric vibrator integrally fixed, and the electrodes of the asymmetrical bolted Langevin-type piezoelectric vibrator are formed. By applying a predetermined high-frequency voltage, the traveling wave in the circumferential direction resulting from the synthesis of the longitudinal vibration generated by the expansion and contraction of the piezoelectric body of the piezoelectric vibrator and the torsional vibration caused by the screw of the bolt is converted into the asymmetrical bolt-fastened Langevin type. It is generated on the end face and side face of the piezoelectric vibrator, and is driven with the end face or side face of the asymmetrical bolt-fastened Langevin type piezoelectric vibrator. Ultrasonic driving device characterized by comprising a combination of and.
【請求項2】上記端面または側面と上記被駆動体の間に
耐摩耗性物質または振動伝達物質等の第3の物質を介在
させることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の超
音波駆動装置。
2. An ultrasonic wave according to claim 1, wherein a third substance such as a wear-resistant substance or a vibration transmitting substance is interposed between said end face or side face and said driven body. Drive.
【請求項3】上記長い金属ブロックは円錐台であること
を特徴とする特許請求の範囲第1項記載の超音波駆動装
置。
3. The ultrasonic driving device according to claim 1, wherein said long metal block is a truncated cone.
【請求項4】上記長い金属ブロックは円錐台と円柱の組
合わせであることを特徴とする特許請求の範囲第1項記
載の超音波駆動装置。
4. The ultrasonic driving device according to claim 1, wherein said long metal block is a combination of a truncated cone and a cylinder.
【請求項5】上記長い金属ブロックは円柱の一部が突出
した構成であることを特徴とする特許請求の範囲第1項
記載の超音波駆動装置。
5. The ultrasonic drive device according to claim 1, wherein said long metal block has a configuration in which a part of a cylinder projects.
【請求項6】上記長い金属ブロックは角錐台であること
を特徴とする特許請求の範囲第1項記載の超音波駆動装
置。
6. The ultrasonic driving apparatus according to claim 1, wherein said long metal block is a truncated pyramid.
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DE3889768T DE3889768T2 (en) 1987-03-18 1988-03-04 Ultrasonic drive arrangement.
US07/398,328 US4975614A (en) 1987-03-18 1989-08-23 Ultrasonic driving device

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