JP2691617B2 - Ultrasonic motor - Google Patents

Ultrasonic motor

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JP2691617B2
JP2691617B2 JP1173132A JP17313289A JP2691617B2 JP 2691617 B2 JP2691617 B2 JP 2691617B2 JP 1173132 A JP1173132 A JP 1173132A JP 17313289 A JP17313289 A JP 17313289A JP 2691617 B2 JP2691617 B2 JP 2691617B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明はOA機器等に用いられる圧電振動子の超音波振
動を用いたいわゆる超音波モータに関し、特に構造が簡
単な縦−捩り振動子型超音波モータに関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a so-called ultrasonic motor using ultrasonic vibration of a piezoelectric vibrator used in OA equipment and the like, and particularly to a vertical-torsion vibrator type having a simple structure. It relates to an ultrasonic motor.

[従来の技術] 第8図は従来の縦−捩り振動子型超音波モータに用い
られている縦−捩り複合振動子101の構造例の斜視図で
あり、圧電捩り振動子102および圧電縦振動子103が金属
中空円柱104を介して接合され、さらにこれらの両側に
金属中空円柱105及び106が接合されている。
[Prior Art] FIG. 8 is a perspective view of a structural example of a vertical-torsion composite oscillator 101 used in a conventional vertical-torsion oscillator ultrasonic motor. The child 103 is joined via a metal hollow cylinder 104, and the metal hollow cylinders 105 and 106 are further joined to both sides thereof.

第9図は第8図に示した縦−捩り複合振動子101を用
いて構成した超音波モータの構造例を示す斜視図であ
り、縦−捩り複合振動子101の一方の端部の中心に軸107
が立てられ、軸受け108により回動自在に支持されたロ
ーター109がコイルバネ110及びナット111により前記縦
−捩り複合振動子101の端面に圧接されている。
FIG. 9 is a perspective view showing a structural example of an ultrasonic motor configured by using the vertical-torsion composite oscillator 101 shown in FIG. Axis 107
A rotor 109 rotatably supported by a bearing 108 is pressed against the end face of the vertical-torsion composite oscillator 101 by a coil spring 110 and a nut 111.

第10図は第8図に示した圧電捩り振動子の構造例であ
り、リング状の圧電捩り振動子102は4個の扇形圧電セ
ラミックス板112が接合されて構成されている。各々の
扇形の圧電セラミックス板112は、第11図に示すように
それぞれ扇の弦の方向12aに分極処理が施されており、
扇形の圧電セラミックス板112の上下面に電極を施し、
上下電極間に直流電圧を印加すると扇形の圧電セラミッ
クス板には板厚と平行なすべり歪みが発生する。
FIG. 10 shows an example of the structure of the piezoelectric torsional oscillator shown in FIG. 8, and the ring-shaped piezoelectric torsional oscillator 102 is constructed by joining four fan-shaped piezoelectric ceramic plates 112. Each fan-shaped piezoelectric ceramic plate 112 is polarized in the direction 12a of the fan's chord, as shown in FIG.
Apply electrodes to the upper and lower surfaces of the fan-shaped piezoelectric ceramics plate 112,
When a DC voltage is applied between the upper and lower electrodes, sliding distortion parallel to the plate thickness is generated in the fan-shaped piezoelectric ceramics plate.

第10図に示すように、4個の扇形の圧電セラミックス
板112がリング状に接合されている場合、各々の扇形の
圧電セラミックス板112に発生したすべり歪みは合成さ
れて、リングの上下面が捩じれるような捩り歪みとな
る。
As shown in FIG. 10, when four fan-shaped piezoelectric ceramic plates 112 are joined in a ring shape, the slip strains generated in each fan-shaped piezoelectric ceramic plate 112 are combined and the upper and lower surfaces of the rings are It becomes a twisting distortion that can be twisted.

第10図に示した従来の圧電捩り振動子を作製する場合
は、まず、第12図に示すように、幅方向に分極処理され
た圧電セラミックス板113から超音波加工により扇形の
圧電セラミックス板を打ち抜いて第11図に示すような扇
の弦の方向に分極された扇形の圧電セラミックス板112
を作り、これを4個接着して円板状に構成するか、第13
図(a)に示すように、厚さ方向に分極された圧電セラ
ミックスのブロック114から、第13図(b)に示すよう
に分極方向が対角線の方向となるような正四角柱115を
切り出し、第13図(c)に示すように、4本の正四角柱
115を分極方向が閉じたループとなるように重ねて接着
し、第13図(d)に示すように外周及び内周を中空円柱
状に研磨した後、第13図(e)に示すようにリング状に
切断することにより形成している。
When the conventional piezoelectric torsion oscillator shown in FIG. 10 is manufactured, first, as shown in FIG. 12, a piezoelectric ceramic plate 113 polarized in the width direction is processed into a fan-shaped piezoelectric ceramic plate by ultrasonic machining. A fan-shaped piezoelectric ceramic plate 112 punched out and polarized in the direction of the chord of the fan as shown in FIG.
And make four disks by adhering four of them together, or
As shown in FIG. 13A, a regular square pole 115 whose polarization direction is a diagonal line is cut out from a block 114 of piezoelectric ceramics polarized in the thickness direction, as shown in FIG. As shown in Fig. 13 (c), four regular prisms
After laminating 115 so as to form a loop with a closed polarization direction and adhering them, and polishing the outer circumference and the inner circumference into a hollow cylinder as shown in FIG. 13 (d), as shown in FIG. 13 (e). It is formed by cutting into a ring shape.

第14図は従来の圧電縦振動子103の一構造例であり、
両面に電極が施され、厚さ方向に分極された圧電セラミ
ックスリング116に電圧を印加し厚さ方向の振動(縦振
動と呼ぶ)を得るものである。
FIG. 14 shows an example of the structure of a conventional piezoelectric vertical oscillator 103,
Electrodes are applied to both sides, and a voltage is applied to the piezoelectric ceramics ring 116 polarized in the thickness direction to obtain vibration in the thickness direction (called longitudinal vibration).

低い印加電圧で大きな振動振幅を得るために、第15図
のように薄い圧電セラミックスリング116′を複数個積
層して、圧電縦振動子103′を構成する場合もある。
In order to obtain a large vibration amplitude with a low applied voltage, a plurality of thin piezoelectric ceramic rings 116 'may be laminated to form the piezoelectric vertical vibrator 103' as shown in FIG.

[発明が解決しようとする課題] 第10図に示した従来の圧電捩り振動子102において
は、複数個の圧電セラミックスが接着されて構成されて
いるため、接着による特性のばらつきが大きい。また、
第10図、第11図。第12図および第13図に示したように圧
電捩り振動子102を得るための加工が複雑で、コスト的
にも非常に費用がかかるものであった。さらに、捩り振
動と縦振動を同時に得ようとした場合は第10図に示した
圧電捩り振動子102と第14図又は第15図に示した圧電縦
振動子103、または103′を接着するため、やはり接着に
よる特性のばらつきと接着コストがかかるという問題が
あった。
[Problems to be Solved by the Invention] In the conventional piezoelectric torsional oscillator 102 shown in FIG. 10, since a plurality of piezoelectric ceramics are bonded together, there is a large variation in characteristics due to bonding. Also,
10 and 11. As shown in FIGS. 12 and 13, the process for obtaining the piezoelectric torsional vibrator 102 is complicated and the cost is very expensive. Further, when trying to obtain the torsional vibration and the longitudinal vibration at the same time, the piezoelectric torsional vibrator 102 shown in FIG. 10 and the piezoelectric longitudinal vibrator 103 shown in FIG. 14 or 15 are bonded together. However, there is a problem in that variations in characteristics due to bonding and a cost for bonding are required.

そこで、本発明の技術的課題は、以上に示した従来の
圧電捩り振動子および縦−捩り複合振動子の欠点を除去
し、加工が簡単で、接着工程のない、ばらつきの少ない
圧電捩り振動子を提供し、これを用いた超音波モータを
提供することにある。
Therefore, the technical problem of the present invention is to eliminate the above-mentioned drawbacks of the conventional piezoelectric torsion oscillator and the longitudinal-twisted composite oscillator, to make the processing easy, without the bonding step, and with little variation in the piezoelectric torsion oscillator. And to provide an ultrasonic motor using the same.

さらに、本発明の別の技術的課題は、捩り振動子の共
振周波数と縦振動子の共振周波数を合わせることが容易
な圧電縦−捩り複合振動子を用いた超音波モータを提供
することにある。
Further, another technical problem of the present invention is to provide an ultrasonic motor using a piezoelectric longitudinal-torsion composite oscillator in which the resonance frequency of the torsional oscillator and the resonance frequency of the longitudinal oscillator can be easily matched. .

[課題を解決するための手段] 本発明によれば、圧電セラミックス中空円柱の外周面
に中心軸に交差する方向に延在し,且つ互いに平行とな
るように複数の斜め電極を形成し、該複数の斜め電極に
より分極し、交流電圧を印加して、両端に捩り振動を励
起する圧電捩り振動子と、圧電縦振動子の端面に金属材
を接合して形成され、中心軸方向に伸縮振動を励起する
棒状のランジュバン型縦振動子とをもち、前記圧電捩り
振動子内に前記ランジュバン型縦振動子を挿入した圧電
縦−捩り複合振動子と、前記圧電縦−捩り複合振動子の
一端側に圧接されるローターとを備え、前記ローター
は、前記伸縮振動及び前記捩り振動を核ローターの中心
軸回り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 plurality of oblique electrodes are formed on the outer peripheral surface of a piezoelectric ceramic hollow cylinder so as to extend in a direction intersecting the central axis and be parallel to each other. Piezoelectric torsional vibrators that are polarized by multiple diagonal electrodes and apply an AC voltage to excite torsional vibrations at both ends, and a metal material is bonded to the end faces of the piezoelectric longitudinal vibrators, and stretch vibrations occur in the central axis direction. A piezoelectric vertical-torsion composite oscillator having a rod-shaped Langevin-type vertical oscillator that excites, and the Langevin-type vertical oscillator inserted in the piezoelectric torsion oscillator, and one end side of the piezoelectric vertical-torsion composite oscillator. And a rotor that is pressed into contact with the rotor. The rotor converts the stretching vibration and the torsional vibration into rotational motion around the central axis of the nuclear rotor, thereby obtaining an ultrasonic motor.

[作 用] 本発明の超音波モータは、圧電縦−捩り複合振動子
と、ロータとを備えている。
[Operation] The ultrasonic motor of the present invention includes a piezoelectric longitudinal-torsion composite oscillator and a rotor.

圧電縦−捩り複合振動子は、圧電捩り振動子と棒状の
ランジュバン型縦振動子とをもち、この圧電捩り振動子
内にランジュバン型縦振動子が挿入されている。
The piezoelectric longitudinal-torsion composite oscillator has a piezoelectric torsion oscillator and a rod-shaped Langevin type longitudinal oscillator, and the Langevin type longitudinal oscillator is inserted in this piezoelectric torsion oscillator.

圧電捩り振動子は、圧電セラミックス中空円柱の外周
面に中心軸に交差し互いに平行に複数の斜め電極を形成
し、該複数の斜め電極により分極し、交流電圧を印加し
て、両端に捩り振動を励起する。
A piezoelectric torsion oscillator forms a plurality of diagonal electrodes on the outer peripheral surface of a piezoelectric ceramic hollow cylinder so as to intersect with the central axis and in parallel with each other, polarizes by the plurality of diagonal electrodes, applies an AC voltage, and twists vibration at both ends. Excite.

棒状のランジュバン型縦振動子は、圧電捩り振動子
と、圧電縦振動子の端面に金属材を接合することにより
構成され、中心軸方向に伸縮振動を励起する。
The rod-shaped Langevin type vertical vibrator is configured by joining a piezoelectric torsional vibrator and a metal material to the end surface of the piezoelectric vertical vibrator, and excites stretching vibration in the central axis direction.

ローターは、この圧電縦−捩り複合振動子一端側に圧
接され、これらの縦振動及び捩り振動をこのローターの
中心軸回りの回転運動に変換する。
The rotor is pressed against one end of the piezoelectric longitudinal-torsion composite oscillator, and converts the longitudinal vibration and the torsional vibration into rotational motion about the central axis of the rotor.

[実施例] 以下本発明の実施例について図面を用いて詳しく説明
する。
Embodiment An embodiment of the present invention will be described below in detail 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造を
示す斜視図である。後述するように、圧電捩り振動子21
内に、これと略等しい長さの圧電縦振動子27を挿入する
ことにより形成された圧電縦−捩り複合振動子21,27の
一方の端部に、軸受け8により回転自在に支持されたロ
ーター9をスプリング10を介して圧接して構成する。
FIG. 1 is a perspective view showing the structure of an ultrasonic motor according to an embodiment of the present invention. As will be described later, the piezoelectric torsion oscillator 21
A rotor vertically rotatably supported by a bearing 8 at one end of a piezoelectric vertical-torsion composite oscillator 21, 27 formed by inserting a piezoelectric vertical oscillator 27 having a length substantially equal to that of the rotor. 9 is pressure-contacted via a spring 10.

圧電縦振動子27は圧電捩り振動子内の捩り振動の共振
の節の位置となる支持枠30で支持固定することが可能で
あり、安定な支持をすることができる。
The piezoelectric vertical vibrator 27 can be supported and fixed by the support frame 30 which is located at the node of resonance of torsional vibration in the piezoelectric torsional vibrator, so that stable support can be achieved.

第2図(a),(b),(c)及び(d)は本発明の
実施例に係る超音波モータに用いる圧電捩り振動子の動
作原理の説明図である。
2 (a), (b), (c) and (d) are explanatory views of the operating principle of the piezoelectric torsion oscillator used in the ultrasonic motor according to the embodiment of the present invention.

第2図(a)において、圧電セラミックス板17の一方
の面には互いに交差する複数個の第1及び第2の指電極
18,19が形成され、それぞれ一つおきに第1及び第2の
接続電極18′,19′に接続され、交差指電極を形成して
いる。
In FIG. 2 (a), a plurality of first and second finger electrodes intersecting each other are provided on one surface of the piezoelectric ceramic plate 17.
18, 19 are formed, and every other one is connected to the first and second connection electrodes 18 ', 19' to form interdigital electrodes.

第2図(b)において破線の矢印はこのような交差指
電極を用いて分極処理を施したときの分極の向きを示し
ており、第2図(c),(d)は第2図(b)のように
分極処理された圧電セラミックス板17に直流電圧を印加
した場合に発生する歪みの状態を示しており、実線の矢
印は電界の向きを示している。
In FIG. 2 (b), the broken line arrow indicates the direction of polarization when polarization treatment is performed using such an interdigital electrode, and FIGS. 2 (c) and 2 (d) show FIG. The state of distortion that occurs when a DC voltage is applied to the piezoelectric ceramic plate 17 that has been polarized as shown in b) is shown, and the solid line arrow shows the direction of the electric field.

第2図(c)に示すように、電圧の極性が分極時の電
圧の極性と同じ場合は分極の方向に伸び歪みが発生し、
一方、第2図(d)に示すように電圧の極性が分極時の
電圧の極性と逆の場合は分極の方向に縮み歪みが発生す
る。
As shown in FIG. 2 (c), when the voltage polarity is the same as the voltage polarity at the time of polarization, extension strain occurs in the polarization direction,
On the other hand, when the polarity of the voltage is opposite to the polarity of the voltage at the time of polarization as shown in FIG. 2 (d), contraction distortion occurs in the direction of polarization.

第3図は圧電セラミックス中空円柱20の両端面が図の
矢印のように捩じれている場合に、圧電セラミックス中
空柱20の外周面に発生する歪みの状態を示しており、圧
電セラミックス中空円柱20の軸方向に対して45゜の角度
の方向で、しかも破線で示す矢印の向きに伸び縮みが発
生し、これと一点鎖線の矢印で示す直角な方向に縮み歪
みが発生している。
FIG. 3 shows a state of strain generated on the outer peripheral surface of the piezoelectric ceramic hollow column 20 when both end faces of the piezoelectric ceramic hollow column 20 are twisted as shown by the arrows in the figure. Expansion and contraction occur in the direction of an angle of 45 ° with respect to the axial direction, and in the direction of the arrow indicated by the broken line, and contraction strain occurs in the direction perpendicular to this and the direction indicated by the dashed-dotted arrow.

従って、第3図に示す圧電セラミックス中空円柱20の
外周面に、第2図で示したような第1及び第2の交差指
電極を、第3図に示すように交差指の方向が圧電セラミ
ックス中空円柱20の長さ方向に対して45゜の角度となる
ように形成し、この第1及び第2の交差指電極を用いて
分極処理を行い、同じ交差指電極に直流電圧を印加する
と、電圧の極性が分極時の電圧の極性と同じ場合には、
圧電セラミック中空円柱20は一方向に捩じれ、電圧の極
性が分極時の電圧の極性と逆の場合は逆方向に捩じれ
る。
Therefore, on the outer peripheral surface of the piezoelectric ceramic hollow cylinder 20 shown in FIG. 3, the first and second interdigitating electrodes as shown in FIG. 2 are provided, and as shown in FIG. It is formed so as to form an angle of 45 ° with respect to the length direction of the hollow cylinder 20, and polarization treatment is performed using the first and second interdigital electrodes, and when a DC voltage is applied to the same interdigital electrode, If the polarity of the voltage is the same as the polarity of the voltage when polarized,
The piezoelectric ceramic hollow cylinder 20 twists in one direction, and twists in the opposite direction when the polarity of the voltage is opposite to the polarity of the voltage during polarization.

第4図は本発明の実施例に係る超音波モータに用いら
れる圧電捩り振動子の一例を示す斜視図である。この図
において、圧電捩り振動子21は、圧電セラミックス中空
円柱20′の中央部分の外周面にこの圧電セラミックス中
空円柱20′長さ方向に対して45゜の角度となるように延
在する夫々複数の第1及び第2の斜め電極22及び23を備
えている。第1及び第2の斜め電極22及び23は,これら
の電極の長さ方向に対して直交する方向に,互いに平行
となるように離間して交互に形成されている。これら第
1及び第2の斜め電極22及び23は,夫々この圧電セラミ
ックス中空円柱20′の周面両端に、円周方向に沿って設
けられた第1及び第2の共通電極22′および23′に夫々
接続されて、捩り振動子21を形成している。
FIG. 4 is a perspective view showing an example of the piezoelectric torsion oscillator used in the ultrasonic motor according to the embodiment of the present invention. In this figure, a plurality of piezoelectric torsion oscillators 21 are formed on the outer peripheral surface of the central portion of the piezoelectric ceramic hollow cylinder 20 'so as to form an angle of 45 ° with respect to the length direction of the piezoelectric ceramic hollow cylinder 20'. Of the first and second diagonal electrodes 22 and 23. The first and second diagonal electrodes 22 and 23 are alternately formed in the direction orthogonal to the lengthwise direction of these electrodes and spaced apart so as to be parallel to each other. The first and second diagonal electrodes 22 and 23 are provided on both ends of the peripheral surface of the piezoelectric ceramic hollow cylinder 20 'along the circumferential direction, and the first and second common electrodes 22' and 23 'are provided. To form a torsional oscillator 21.

第4図において、第1及び第2の共通電極22′および
23′間に直流高電圧を印加して、圧電セラミックス中空
円柱20′の第1及び第2の斜め電極22及び23の長さ方向
に直交する方向に分極処理を施した後、圧電捩り振動子
部21の共振周波数に等しい周波数の交流電圧を印加すれ
ば圧電セラミックス中空円柱20′は両端部が捩じれるよ
うに共振する。
In FIG. 4, the first and second common electrodes 22 'and
A DC high voltage is applied across 23 'to perform polarization treatment in a direction orthogonal to the longitudinal direction of the first and second oblique electrodes 22 and 23 of the piezoelectric ceramic hollow cylinder 20', and then the piezoelectric torsion oscillator. When an AC voltage having a frequency equal to the resonance frequency of the portion 21 is applied, the piezoelectric ceramic hollow cylinder 20 'resonates so that both ends are twisted.

第5図は本発明の実施例に係る超音波モータに用いら
れるランジュバン型縦振動子27の一構造例を示す斜視図
である。この図において、ランジュバン型縦振動子27
は、円柱状の圧電縦振動子103の両端に、この圧電縦振
動子103と同径の金属円柱25,25の夫々の一端を接合し、
更に、金属円柱25,25の夫々の他端に、この金属円柱よ
りも径の大きい共振周波数調整用の金属円柱25′,25′
を夫々接合して構成されている。
FIG. 5 is a perspective view showing one structural example of a Langevin type vertical vibrator 27 used in the ultrasonic motor according to the embodiment of the present invention. In this figure, the Langevin type vertical oscillator 27
Is joined to both ends of the cylindrical piezoelectric vertical oscillator 103, one end of each of the metal cylinders 25, 25 having the same diameter as the piezoelectric vertical oscillator 103,
Further, at the other end of each of the metal cylinders 25, 25, there is a metal cylinder 25 ', 25' for adjusting resonance frequency having a diameter larger than that of the metal cylinder
It is configured by joining each.

尚、金属円柱25と共振周波数調整用の金属円柱25′と
は一体形成したものでも良い。
The metal column 25 and the metal column 25 'for adjusting the resonance frequency may be integrally formed.

このランジュバン型縦振動子は、超音波洗浄機や超音
波加工機に広く用いられている。特に、捩り振動子と同
じ長さで捩り振動子21の共振周波数とするためにランジ
ュバン型振動子の両端部近傍の直径を中央部分の直径よ
り太く構成している。
This Langevin type vertical vibrator is widely used in ultrasonic cleaning machines and ultrasonic processing machines. In particular, the diameter in the vicinity of both ends of the Langevin type oscillator is made larger than the diameter of the central portion in order to make the resonance frequency of the torsion oscillator 21 the same as that of the torsion oscillator.

本実施例の超音波モータは、この振動子の両端部の直
径を中央部より太くすると、付加質量の効果により同じ
長さの均一直径のランジュバン型振動子に比べて振動周
波数が低くなることを利用している。
In the ultrasonic motor of the present embodiment, if the diameter of both ends of the vibrator is made thicker than that of the central part, the vibration frequency becomes lower than that of a Langevin type vibrator having a uniform diameter of the same length due to the effect of additional mass. We are using.

第6図は本発明の調音波モータに用いられる圧電縦−
捩り振動子の一例を示す斜視図である。
FIG. 6 shows a piezoelectric longitudinal axis used in the harmonic wave motor of the present invention.
It is a perspective view showing an example of a torsion oscillator.

この図において、圧電捩り振動子21の中空部分に、前
記ランジュバン型縦振動子27を配置し、前記圧電振動子
の長さ方向中央部の振動の節と、前記縦振動子の長さ方
向中央部の振動の節を薄板状のリング28を用いて接合し
ている。この場合、圧電縦−捩り振動子の振動状態は、
振幅で表現すると第7図(a)に示すようになる。即
ち、捩り振動及び縦振動ともに、圧電縦−捩り振動子2
1,27の中央部が振動の節となるように振動する。
In this figure, the Langevin type vertical vibrator 27 is arranged in the hollow portion of the piezoelectric torsional vibrator 21, and the vibration node at the central portion in the lengthwise direction of the piezoelectric vibrator and the center in the longitudinal direction of the vertical vibrator. The vibration nodes of the section are joined by using a thin plate ring 28. In this case, the vibration state of the piezoelectric longitudinal-torsional oscillator is
When expressed in terms of amplitude, it becomes as shown in FIG. That is, for both torsional vibration and longitudinal vibration, the piezoelectric longitudinal-torsional vibrator 2
It vibrates so that the central part of 1,27 becomes a node of vibration.

第7図(a)から分かるように、圧電縦−捩り振動子
21,27の両端部は、逆向きに捩じれる。また、縦振動に
対しては、第7図(b)に示すように、印加電圧の周波
数を捩りの共振周波数と同じ周波数とすると、圧電縦−
捩り振動子21,27の両端部は、捩りの共振と同期して、
長さ方向の伸縮振動(縦振動)をする。従って、圧電縦
−捩り振動込21,27の端部に回転自在に支持されたロー
タを一定の弾性をもって圧接すると縦振動子が浮力を、
捩り振動子がトルクを夫々半周期でロータに与え、ロー
タを回転させる。この場合に捩り振動の印加電圧か縦振
動印加電圧の位相を180゜を変化させると回転の向きが
逆転する。
As can be seen from FIG. 7 (a), a piezoelectric longitudinal-torsion oscillator
Both ends of 21,27 are twisted in opposite directions. As for the longitudinal vibration, if the frequency of the applied voltage is the same as the resonance frequency of the torsion as shown in FIG. 7B, the piezoelectric longitudinal-
Both ends of the torsional oscillators 21 and 27 are synchronized with torsional resonance,
Stretching vibration (longitudinal vibration) in the length direction. Therefore, when the rotor rotatably supported at the ends of the piezoelectric longitudinal-torsional vibration-incorporated 21, 27 is pressed with a certain elasticity, the longitudinal vibrator produces buoyancy.
Torsional oscillators apply torque to the rotor in each half cycle to rotate the rotor. In this case, if the phase of the applied voltage of torsional vibration or the applied voltage of longitudinal vibration is changed by 180 °, the direction of rotation is reversed.

[発明の効果] 以上示したように、本発明によれば、超音波モータ用
圧電捩り振動子において、通常一般的に適用されている
プレス成型技術により容易に製造することが可能な圧電
セラミックス中空円柱を用いて、これらの外周面にこれ
も一般的な技術である電極印刷を施すことにより圧電捩
り振動子が得られるため、製造が容易で、接着工程や複
雑な加工工程による特性のばらつきの少ない圧電捩り振
動子が得られる。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, in the piezoelectric torsional vibrator for an ultrasonic motor, a hollow piezoelectric ceramic that can be easily manufactured by a press molding technique that is generally applied. Piezoelectric torsional vibrators can be obtained by using a cylinder and printing electrodes on these outer peripheral surfaces, which is also a general technique, so that it is easy to manufacture and there is no variation in characteristics due to the bonding process or complicated processing process. A small number of piezoelectric torsion oscillators can be obtained.

また、本発明によれば、圧電縦振動子として従来一般
に広く用いられているランジュバン型縦振動子を用い、
更に、両端部近傍の直径を中央部分の直径より太く構成
することにより、捩り振動子の長さと同じ長さで、しか
も、共振周波数も略等しくしすることが可能で、効率の
高い超音波モータが実現できる。
Further, according to the present invention, a Langevin type vertical oscillator, which has been widely used conventionally as a piezoelectric vertical oscillator, is used.
Further, by constructing the diameter in the vicinity of both ends to be thicker than the diameter in the central portion, it is possible to make the resonance frequency substantially the same as the length of the torsional vibrator, and to make the resonance frequency substantially equal, and to increase the efficiency of the ultrasonic motor. Can be realized.

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

第1図は本発明の実施例に係る超音波モータの構造例を
示す斜視図、第2図(a),(b),(c),(d)は
交差指電極を用いて分極および電圧印加を行った場合の
歪みの発生状態の説明図、第3図は圧電セラミックス中
空円柱を捩ったときの歪みの発生状態の説明図、第4図
は本発明の実施例に係る圧電捩り振動子の構造を示す斜
視図、第5図は本発明の超音波モータに用いられるパイ
プ状ランジュバン型縦振動子の構造例を示す斜視図、第
6図は本発明の実施例に係る圧電縦−捩り振動子の構造
を示す一部切欠斜視図、第7図(a)は第6図の圧電縦
−捩り複合振動子の捩り変位の相対的な大きさを示す
図、第7図(b)は第6図の圧電縦−捩り複合振動子の
伸び変位の相対的な大きさを示す図、第8図は従来の縦
−捩りランジュバン型振動子の構造を示す斜視図、第9
図は従来の縦−捩り型超音波モータの構造を示す斜視
図、第10図は従来の捩り振動子の一構造例を示す斜視
図、第11図および第12図は従来の捩り振動子の製造工程
の一例の説明図、第13図(a),(b),(c),
(d),(e)は従来の捩り振動子の製造工程の他の例
の説明図、第14図は従来の縦振動子の一構造例を示す斜
視図、第15図は従来の縦振動子の他の構造例を示す斜視
図である。 図中、8……軸受け、9……ローター、10……スプリン
グ、17……圧電セラミックス板、18,19……指電極、1
8′,19′……接続電極、20,20′……圧電セラミックス
中空円柱、21……圧電縦振動子、27……圧電捩り複合振
動子、22,23……斜め電極、22′,23′……共通電極、27
……ランジュバン型縦振動子、25……金属円柱、25′…
…共振周波数調整用の金属円柱、28……薄板状のリン
グ、30……支持枠、101……圧電縦−捩り複合振動子、1
02……圧電捩り振動子、103,103′……圧電縦振動子、1
04,105,106……金属中空円柱、107……軸、108……軸
受、109……ローター、110……スプリング、111……ナ
ット、112……扇型圧電セラミックス板、113,114……圧
電セラミックス板、115……圧電セラミックス板角柱、1
16,116′……圧電セラミックスリング。
FIG. 1 is a perspective view showing a structural example of an ultrasonic motor according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 2 (a), (b), (c), and (d) show polarization and voltage using an interdigital electrode. FIG. 3 is an explanatory diagram of a strain generation state when applying a voltage, FIG. 3 is an explanatory diagram of a strain generation state when the piezoelectric ceramic hollow cylinder is twisted, and FIG. 4 is a piezoelectric torsional vibration according to an embodiment of the present invention. FIG. 5 is a perspective view showing the structure of a child, FIG. 5 is a perspective view showing an example of the structure of a pipe-shaped Langevin type vertical vibrator used in the ultrasonic motor of the present invention, and FIG. 6 is a piezoelectric vertical according to an embodiment of the present invention. FIG. 7 (a) is a partially cutaway perspective view showing the structure of the torsional oscillator, FIG. 7 (a) is a diagram showing the relative magnitude of torsional displacement of the piezoelectric longitudinal-torsion composite oscillator of FIG. 6, FIG. 7 (b). 6 is a diagram showing the relative magnitude of extensional displacement of the piezoelectric longitudinal-torsion composite oscillator of FIG. 6, and FIG. 8 is a conventional longitudinal-torsional Langevin. Perspective view showing a structure of a vibrator, 9
FIG. 1 is a perspective view showing the structure of a conventional vertical-torsion ultrasonic motor, FIG. 10 is a perspective view showing an example of the structure of a conventional torsion oscillator, and FIGS. 11 and 12 are conventional torsion oscillators. Explanatory drawing of an example of a manufacturing process, FIG. 13 (a), (b), (c),
(D) and (e) are explanatory views of another example of the manufacturing process of the conventional torsional vibrator, FIG. 14 is a perspective view showing one structural example of the conventional longitudinal vibrator, and FIG. 15 is a conventional longitudinal vibration. It is a perspective view which shows the other structural example of a child. In the figure, 8 ... Bearing, 9 ... Rotor, 10 ... Spring, 17 ... Piezoceramic plate, 18, 19 ... Finger electrodes, 1
8 ', 19' ... Connecting electrode, 20,20 '... Piezoelectric ceramic hollow cylinder, 21 ... Piezoelectric vertical oscillator, 27 ... Piezoelectric torsion composite oscillator, 22,23 ... Slanting electrode, 22', 23 ′ …… Common electrode, 27
...... Langevin type vertical oscillator, 25 …… Metal cylinder, 25 ′…
… Metal cylinder for resonance frequency adjustment, 28… Thin plate ring, 30… Support frame, 101… Piezoelectric vertical-torsion composite oscillator, 1
02 …… Piezoelectric torsion oscillator, 103,103 ′ …… Piezoelectric vertical oscillator, 1
04,105,106 …… Metal hollow cylinder, 107 …… Shaft, 108 …… Bearing, 109 …… Rotor, 110 …… Spring, 111 …… Nut, 112 …… Fan piezoelectric ceramic plate, 113,114 …… Piezoelectric ceramic plate, 115… … Piezoelectric ceramic plate prism, 1
16,116 ′ …… Piezoelectric ceramic ring.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】圧電セラミックス中空円柱の外周面に中心
軸に交差する方向に延在し,且つ互いに平行となるよう
に複数の斜め電極を形成し,該複数の斜め電極により分
極し,交流電圧を印加して,両端に捩り振動を励起する
圧電捩り振動子と,圧電縦振動子の端面に金属材を接合
して形成され,中心軸方向に伸縮振動を励起する棒状の
ランジュバン型縦振動子とをもち,前記圧電捩り振動子
内に前記ランジュバン型縦振動子を挿入した圧電縦−捩
り複合振動子と, 前記圧電縦−捩り複合振動子の一端側に圧接されるロー
ターとを備え, 前記ローターは,前記伸縮振動及び前記捩り振動を該ロ
ーターの中心軸回り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 plurality of oblique electrodes are formed on an outer peripheral surface of a piezoelectric ceramic hollow cylinder so as to extend in a direction intersecting a central axis and are parallel to each other, and are polarized by the plurality of oblique electrodes to generate an AC voltage. Piezoelectric torsional vibrator that excites torsional vibrations at both ends by applying a force, and a rod-shaped Langevin-type longitudinal vibrator that is formed by bonding a metal material to the end faces of the piezoelectric longitudinal vibrators And a piezoelectric vertical-torsion composite oscillator in which the Langevin type vertical oscillator is inserted in the piezoelectric torsion oscillator, and a rotor pressed against one end of the piezoelectric vertical-torsion composite oscillator. The rotor is an ultrasonic motor, wherein the stretching vibration and the torsional vibration are converted into rotational movement about a central axis of the rotor.
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