JP2720037B2 - Ultrasonic motor - Google Patents

Ultrasonic motor

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JP2720037B2
JP2720037B2 JP62332501A JP33250187A JP2720037B2 JP 2720037 B2 JP2720037 B2 JP 2720037B2 JP 62332501 A JP62332501 A JP 62332501A JP 33250187 A JP33250187 A JP 33250187A JP 2720037 B2 JP2720037 B2 JP 2720037B2
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piezoelectric vibrator
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政雄 春日
孝幸 森
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セイコーインスツルメンツ株式会社
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は比較的小型で低消費電力の分野に利用可能な
超音波モータに関する。 〔発明の概要〕 本発明は、圧電振動子の伸縮運動を利用した振動波に
より移動体を摩擦駆動させる超音波モータにおいて、固
定台に固定された中心軸に固定支持され、弾性部材から
形成された振動体部と、振動体部に固定された圧電振動
子と、振動体部の外周部よりも内側の部分に加圧接触す
るとともに中心軸を回転案内とする移動体と振動体部と
移動体とを加圧する加圧手段とを有する構成として、超
音波モータの薄型化、小型化及び高効率化を図るもので
ある。 〔従来の技術〕 従来、圧電振動子を用いた超音波モータとしては、定
在波方式や進行波方式などが知られていた。例えば、日
本工業技術センター発行の、「新方式/新原理モータ開
発・実用化の要点」(昭和59年)などに、従来の超音波
モータの原理が示されている。 また、第4図に示すように、円環型の振動体部403を
有し、圧電振動子404に所定の電圧を印加して、移動体4
05を回転させる構造が知られていた。 さらに、第5図に示すように、円板型の振動体部503
を有し、圧電振動子504に所定の電圧を印加して、移動
体505を回転させる構造が知られていた。例えば特開昭5
9−96881号公報ならびに特開昭60−174078号公報にこの
ような従来の構造が開示されている。 〔発明が解決しようとする課題〕 上記の様な超音波モータの構造では、たとえば第4図
に示すような円環型の振動体部403を有する構造による
と、圧電振動子404によって励振された屈曲進行波が振
動の節部をもたないために支持機構406により少なから
ず波動を減衰させることになるため、全体として電気−
機械変換効率を低下させることにつながる。 また、第5図に示すような円板型の振動体部503を有
する構造によると、振動体部503の半径方向に対して2
次の振動モードで励振させているために固定台502で半
径2か所にて固定支持できるという利点はあるが、本発
明が対象としているような薄型径小タイプの超音波モー
タの場合には、節部の位置のバラツキや支持面積および
支持力の大小により前記同様な効率の低下を生じると
か、2次の振動モードで励振させている関係上駆動周波
数が100kHzを越えるために回路効率の低下をきたすなど
の課題を有していた。 〔課題を解決するための手段〕 上記課題を解決するために、本発明においては、超音
波モータを固定するための固定手段と、固定手段に固定
された中心軸と、中心軸に固定され、弾性部材から形成
された振動体部と、振動体部に固定された圧電振動子
と、振動体部の外周部よりも内側の部分に加圧接触する
とともに中心軸を回転案内とする移動体と振動体部と移
動体とを加圧する加圧手段とを有する構成とすることに
より、比較的小型で低消費電力な用途に適用可能な超音
波モータの構造とした。 〔作用〕 本発明の超音波モータは、移動体を振動体部の最外周
よりも内側の部分に設定された出力取り出し位置にて加
圧接触するようにしているので、変位最大部分である振
動体部の外周部分に移動体を接触させる場合に比して振
動体部の振幅を減衰させることも少なく、効率良く移動
体の回転運動に変換することができる。 さらに、振動体部の支持は中心軸と一体となるような
中心部固定支持となるために薄型径小な振動体部でも振
動波をほとんど減衰させることなしに、安定かつ容易に
支持することが可能となる。 〔実施例〕 以下に、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。 本発明は、定在波方式や進行波方式などの超音波モー
タを対象としている。 第2図は、進行波型超音波モータにおける進行波発生
原理の一例を示した図である。201は圧電セラミック、
圧電性結晶体からなる圧電振動子で、図示するように幅
bにて等間隔に分極されており、隣どうしの分極方向は
互いに逆方向となっている。各圧電振動子には銀、ニッ
ケルなどの導電材料を蒸着、メッキ等の手法により202
に示す電極が形成されており、それらを信号線203、204
で結線し、それぞれ異なる信号源からの高周波電圧が印
加されることになる。また、信号線203、204でそれぞれ
結線された電極群の間には、幅cなる空隙部分を設け
る。この際、幅cなる空隙部分は分極の有無ならびに電
極の有無はどちらでもかまわないこととする。ここで、
説明の都合上幅cをはさむ電極の中心間距離はaとす
る。以上の図および記号をもとに以下に進行波発生のメ
カニズムについて説明する。 第2図中の電極部分の中点を基準に考えると進行波
と後退波からなる屈曲振動波は次の様に表せる。 Asin(ωt−kx)+Asin(ωt+kx) …(1)式 ここで(a)式はいわゆる定在波を示していることに
なる。これに対してに示す電極部分による屈曲振動波
は次のように表せる。 Bsin(ωt−k(x+a)+φ)+Bsin(ωt+k
(x+a)+φ) …(2)式 ここで、k=ω/ν=2π/λ,λ:波長,φ:に
対する位相差角。 (2)式において、 とおくと、(2)式は次にように表せる。 Bsin(ωt−kx+απ)+Bsin(ωt+kx+βπ) …(4)式 従って、,より励振される屈曲振動波は(1)式
と(4)式を加え合わせた型で表される。ここで、進行
波成分だけが存在するための条件を(4)式の展開式か
ら考えるとαが偶数、βが奇数の場合であることがわか
る。ここで(3)式よりaとφについてαとβの式で表
すと次のようになる。 すなわち、(α,β)=(0,1),(2,3)の時には、 (α,β)=(2,1)の時には、 (α,β)=(0,3)の時には、 となって、それぞれのa,φを同時に満足する時に進行波
成分のみが存在することになる。 一例をあげると、 の場合を考えれば、(1)式+(2)式は次のようにな
る。 Asin(ωt−kx)+Asin(ωt+kx)+Bsin(ωt−kx)−Bsin(ωt+k
x) …(6)式 ここで駆動回路より出される高周波電圧信号の振幅A
およびBがA=Bならば(6)式は、 2Asin(ωt−kx) となり、進行波成分のみが残ることがわかる。また、
逆転駆動させるためには後退波成分のみを残せば良いわ
けであるから、(5)式におけるαとβを逆にしてαが
奇数、βが偶数となるようにすれば良い。実際上はを
基準にして考えると、に加える信号の位相を正転駆動
させる時に比べて180゜ずらせば良いことになる。 第3図は進行波型超音波モータが進行性成分によって
回転する原理を示した図である。301は振動体で、圧電
振動子が弾性部材に接着されているために屈曲振動が生
じることになる。ここで、振動体301は第2図に示した
原理で右方向への進行波が生じると表面部の一点は左方
向への楕円軌跡を描くために、ロータ部302は進行波の
進行方向とは逆方向に移動するわけである。以上は日経
メカニカル(1985.9.23)などに掲載されており、振動
体301の表面上の一点が楕円軌跡を描くことに関する詳
細な説明も同文献に記されている。 第1図は本発明に係る超音波モータの縦断面図を示し
た図である。中心軸101は固定台102とネジ止めあるいは
打ち込みにより一体となっており、さらに振動体部103
は中心部分にて中心軸と一体構造となっている。この
際、振動体部103はステンレス、黄銅、ジュラルミン等
の弾性部材からなり、実質的に中心部分にて中心軸101
によって支持されていることになる。また、中心軸10
1、固定台102の機械的共振周波数は振動体部103、圧電
振動子105等からなる振動体よりも十分に高く、支持の
影響による振動もれや減衰はほとんど生じない支持構造
となっている。 圧電振動子105は少なくとも1枚以上の中心に孔のあ
いた圧電セラミックスまたは、周方向に分割された数片
からなる圧電セラミックスであり、周方向に数パターン
の電極部が設けられて分極処理されたものが、振動体部
103の出力取り出し位置104を設けた面と反対側に接合さ
れている。移動体106は中心軸101を回転中心のガイドと
して、調圧バネ107により振動体部103に設定された出力
取り出し位置104部分に加圧接触するように配置されて
いる。 なお、本実施例では、調圧バネ107を板状とし、固定
台102もしくは本発明に係る超音波モータ以外の部分に
設定されるとともに、移動体106の中心部分に設けられ
た突起部分に加圧力が加わるようにしている。この際、
調圧バネ107によって移動体106に生ずる加圧力をN、振
動体103と移動体106との摩擦係数をμ、振動体103の中
心から出力取り出し位置104までの距離をaとすると、
移動体106に生ずるトルクTは、およそT=μNaとする
ことができる。出力取り出し位置104は、振動体部103と
圧電振動子105からなる振動体に励振された振動波成分
の微小なたわみ振動振幅を効率よく移動体106の回転運
動に変換するために設定するもので、振動体103と移動
体106が振動体部103の半径方向における一部分のみで接
するような突起を振動体103もしくは移動体106の少なく
ともどちらか一方に設けることにより実現することがで
きる。一般に振動波によって生じる楕円軌跡が移動体の
回転に寄与する成分は、振動体部103の半径方向各位置
において周方向における速度差や位相ずれを有するがた
めに、それらの要因が自転成分となって結果的に移動体
106の回転運動にブレーキをかけることにつながる。従
って、このように振動体部103又は移動体106の半径方向
の一部に出力取り出し位置104を設けてたわみ振動を取
り出す方が得策である。 ところで、本発明における特徴のひとつはこの出力取
り出し位置104の設定位置である。すなわち、本発明に
係る超音波モータが利用分野とするところの比較的小型
で低消費電力な用途に際しては、径小構造となることか
ら必然的に振動体の機械的共振周波数が高くなってしま
う。一般に、100kHzを越えてしまうとどうしても駆動系
の回路効率の低下をきたすことにもなるために、振動体
周方向に生じる波数を2〜4としても半径方向に対して
は一次の振動モードで励振しなければならない。実際に
半径方向に対して一次の振動モードとなるような駆動周
波数で励振すると外径にいくにつれて振幅が大きくな
り、最外周において振幅最大となる。 従って、出力取り出し位置104を振動体の最外周に設
定して、この位置で移動体106と接触させれば良いよう
に思われるが、実際にはこの振幅最大位置にて移動体10
6を接するようにすると、振動体全体の振幅が極度に減
衰させられてしまい、結果的に回転運動は生じてもトル
クの弱い回転運動しか得られない。すなわち、調圧バネ
107による加圧力が高く設定できず、モータ効率も低い
値を示すことになる。また、この出力取り出し位置104
を内周にもっていけばいくほど、振動体に生じる振幅を
減衰させることも少なくなっていくわけであるが、あま
り中心軸近くに設定すると、その部分での振幅自体が小
さいために、これもまた回転運動としては弱いものにな
ってしまう。 従って、振動体103の半径をrとすると、中心から出
力取り出し位置104までの距離aとの関係には最適値の
ようなものが存在する。そして、その値は半径5mmで厚
みが1mm以下の振動体の場合には中心軸101の径によって
も変動するが、およそ2/5r≦a≦4/5rに設定するのがモ
ータ効率上好ましい。これについての詳細は後述するこ
とにする。 以上述べてきたように、振動体部103と圧電振動子106
が半径方向に対して一次の振動モードとなるような駆動
周波数で励振させる際には、振動体部103の最外周より
も内側の部分に移動体106を摩擦駆動させる出力取り出
し位置104を設定することが、モータ効率の向上に寄与
することは絶大なものがある。なお、本実施例では出力
取り出し位置104である突起を移動体106側に設定した場
合を示しているのと共に、移動体106の径は実質的にa
よりも大きくすれば振動体部106の外径よりも小さくて
も良いことになる。 さらに、振動体部103の支持は中心軸101と一体となる
ような中心部固定支持となるために薄型径小な振動体部
103でも振動波をほどんど減衰させることなしに、安定
かつ容易に支持することが可能となる。 第6図は本発明に係る超音波モータの半径方向の挙動
を示した図である。(a)は本発明に係る超音波モータ
の部分的な縦断面図を示したもので、半径方向に位置の
異なるイ,ロ,ハはそれぞれ振幅測定部所を示したもの
である。実際の振幅測定方法としては、本発明に係る超
音波モータの場合、薄型径小であることから接触式の変
位計はそれ自体の自重の影響等が無視できないために利
用できないので、光学式の非接触式変位計を用いてい
る。第6図(b),(c)は振動体部602および圧電振
動子603に振動波を励振させた状態で半径方向のイ,
ロ,ハの各点で測定した振幅量を図示したものである。
この際の形状は周方向に励振される波数を3とし、振動
体部602および圧電振動子603の外径を10mm、厚みを0.3m
mとした場合のもので、駆動電圧は3Vp−pと10Vp−pの
2通りとした。なお、(b)は振動体部602をステンレ
スとした場合で、半径方向における一次の機械的共振周
波数は約45kHz、(c)は振動体部603を黄銅とした場合
で、半径方向における一次の共振周波数は約39.5kHzで
ある。第6図(b)ならびに(c)を比較すると、材質
ならびに駆動電圧の大小にかかわらず、一般的に半径方
向における変位分布は、外周にいくにつれて大きくなっ
ていき、最外周で最大となっていることが裏づけされて
いる。 第7図は出力取り出し位置違いによる振動体振幅量の
差異を示す図で、振動体部と移動体の接触位置違いによ
る振動体部振幅量の差を表したものである。第6図と同
様に(a)は本発明に係る超音波モータの部分的な縦断
面図を示したものである。ここでは半径方向に位置の異
なるイ,ロ,ハの各部分を出力取り出し位置として、移
動体が実質的にイ,ロ,ハの部分のみで振動体部702に
接するようにした状態における振動体の各周波数特性を
測定するようにしている。すなわち、移動体にはイ,
ロ,ハの各位置に接するような帯状の突起をそれぞれ設
定し、各移動体を順次振動体部702にのせかえて振動体
振幅量の減衰具合を比較するようにしている。なお、移
動体の自重は0.3gである。また、振動体振幅量の周波数
特性の測定方法としては、圧電振動子703が2回路から
構成されていることを利用して、一方に周波電圧を掃引
印加して、振動体を定在波励振させるようにし、もう一
方の回路側の圧電効果によって生じた逆起電圧をスペク
トラムアナライザでフーリエ変換するような手法を用い
ている。第6図(b),(c)は実際に上記の手法を用
いてイ,ロ,ハの各位置のみに接するような移動体を順
次のせかえて移動体の機械的共振点付近における振幅の
減衰具合を図示したものである。この際の振動体部702
および圧電振動子703の形状は先の第6図におけるもの
と同じであり、印加電圧は5Vp−pである。また、
(b)は振動体部702をステンレスとした場合で、
(c)は黄銅とした場合であることについても先の第6
図と同様である。第6図(b)ならびに(c)を比較す
ると、材質にかかわらずイよりもロ、ロよりもハの方が
共振点における最大振幅量が減少している様子が分か
る。すなわち、移動体と振動体部との接触位置を外周部
にもっていけばもっていくほど減衰量が増加していくこ
とになるわけである。なお、図中ホとあるのは、移動体
をのせない状態での振動体の周波数特性を調べたもの
で、言うまでもなく一番大きな振幅量を示すことにな
る。しかしながら、0.3g程度の移動体をのせた限りでは
イとホの差別化はつかず、イの位置に移動体を接触する
ようにしてもほとんど振動体フリーの状態での振幅量が
得られていることになる。 以上、第6図および第7図の結果を総合すると、本発
明に係る超音波モータを半径方向に対して一次の振動モ
ードとなるような駆動周波数で励振させた場合には、外
周にいくつにつれて振幅量は増加していくものの、逆に
移動体を外周部のみに接するように配置すると振幅の減
衰量が多くなり不都合である。すなわち、移動体と振動
体部との接触位置である出力取り出し位置には最適な位
置があると言える。そして、その値は最外周にもってい
くと減衰が大きく、逆に最内周にもっていくと振幅量が
小さいということ、ならびにモータ構造上中心から半径
rまでの約1/5は中心軸701による支持部分としないと移
動体の加圧力などに対する強度上不都合が生じることな
どを考慮すると、振動体から移動体への出力取り出し位
置はおよそ2/5r≦a≦4/5rに設定するのが望ましいと言
える。上記の現象を物理的に考えるならば、出力取り出
し位置よりも外周部で、振動体部および圧電振動子がフ
リーな状態で振動できることが、振動体部表面に生じた
微小な楕円振動の減衰量を極力低減させて移動体の回転
運動に変換できるということになる。また、出力取り出
し位置については、振動体部および圧電振動子の外径・
厚み、そして移動体の加圧力の違いにより、さらに最適
な位置が決定されるであろうが、本発明に係る超音波モ
ータについては、2/5r≦a≦4/5rと設定することによ
り、低電圧でも高効率かつ滑らかな回転運動が実現でき
るわけである。 第8図および第9図は進行波励振用圧電振動子電極パ
ターンの平面図を示したもので、本発明に係る超音波モ
ータの振動体部の片側に接合されて進行波励振を実現で
きるような圧電振動子の具体的な電極パターンを示した
ものである。 第8図は中心部分に孔を有する圧電振動子801の片側
面上に扇形形状の電極部802a〜802dが設けられたもの
で、各電極部の弧長は隣接する電極部間のすきま部を含
めて、ほぼ励振される進行波波長の1/4となるように設
定されている。ここで図に示すような極性に分極処理を
施し、802aと802cには同一の信号、また802bと802dには
時間的に位相の90゜異なる信号を印加することによって
進行波の励振が可能となる。なお、先にも示したように
各々の電極部弧長が1/4波長であることから、802a〜802
dの4部分で1波長が形成できる。従って本実施例は波
数3の場合を示したものである。なお、図中+と示され
ているのは、裏面の電極部に対して+電界を与えて分極
処理してあることを表し、図中−と示されているのは、
裏面の電極部に対して−電界を与えて分極処理してある
ことを表しているものとする。この場合、裏面の電極部
は表面と同位置同形状電極または前面電極としても良
い。 第9図は他の電極パターンの実施例を示したもので、
中心部分に孔を有する圧電振動子901は面上に扇型形状
の電極部902a〜902dが設けてあり、各電極部端間には電
極部902a〜902dの弧長のほぼ1/2の長さに相当する電極
部903a〜903dが設けてある。ここで図に示すようは極性
に分極処理を施し、第2図に示したルールに従って902a
〜902dの各電極部に位相の異なった高周波電圧を入力す
ると、進行波成分が励振されることになる。この際、も
う一つの電極群903a〜903dは、検出用として振動体部励
振の際に発生した逆起電圧のレベルや位相を検出信号と
して超音波モータの周波数追尾や速度可変を行うのに利
用できる他に、振動体部励振の際に生じるスプリアス振
動が顕著な際には駆動用として利用することにより進行
波成分の強度を増すことが可能となる。なお、ここでは
進行波励振用圧電振動子の電極パターンとして2つの実
施例について詳説したが、この他にも進行波を励振可能
とする電極パターンは数多くあり、それらの電極パター
ンを用いても本発明が実施可能であることは言うまでも
ない。 第10図は本発明に係る超音波モータの他の実施例を示
す縦断面図である。第1図と同様に、中心軸1001は固定
台1002とネジ止めあるいは打ち込みにより一体となって
おり、さらに振動体部1003は中心部分にて中心軸1001と
一体構造となって中心部固定支持構造を実現している。
本実施例の特徴とするところは、振動体部1003と移動体
1006が接して振動波成分を回転運動に変換する出力取り
出し位置に変位拡大機構1004を設けたことである。一般
に移動体1006の回転運動に寄与する楕円軌跡の横方向速
度成分の最大値Umaxは、 Umax=−2π2fξ(T/λ) f:駆動周波数 ξ:縦振幅 T:振動体厚み λ:振動波波長 と表されることから、回転数を向上するためには形状的
に考えると振動体厚みを厚くすれば良いことになる。し
かしながら、単に厚みを厚くしたのでは機械的なかたさ
が極度に増加し、共振周波数も高くなってしまう。従っ
て振動体部1003の周方向に対して帯状に凹凸となるよう
なくし歯状の変位拡大機構1004を設けるのが得策であ
る。ここで振動体部1003の半径方向における変位拡大機
構1004の設定位置は先の説明同様におよそ2/5r≦a≦4/
5rとするのがモータ効率上好ましい。また、変位拡大機
構1004は振動体部1003と一体構造となるようにしてもよ
いが、このようなくし歯の加工に際してはコスト的にも
高くなるので、変位拡大機構1004を別体として後で振動
体部1003と一体化してもかまわない。この場合、変位拡
大機構1003はプラスチックの一体成形とすることも可能
である。なお、本実施例では移動体1006の加圧方法とし
て、先の第1図における板状の調圧バネ構造とは異な
り、中心軸1001にかん合可能となるようなストッパー10
09と十字バネ等からなる調圧バネ1007と加圧力調整も兼
ねた座金1008等で構成することにより先の加圧機構より
もコンパクト化が図れるようにしている。 さらに、本実施例においても第1図と同様に、振動体
部1003の支持は中心軸1001と一体となるような中心部固
定支持となるために薄型径小な振動体部でも振動波をほ
とんど減衰させることなしに、安定かつ容易に支持する
ことが可能となる。 第11図は変位拡大機構の具体的な実施例を示したもの
で、振動体部1101の半径方向における中途な部分に、帯
状に等間隔の切り溝を施した、くし歯状のようなもので
変位拡大機構1102を実現している。この場合あまり切り
溝の間隔を広げると移動体への接触面瀬が減少して回転
数ならびにトルクが減少してしまう。また、あまりくし
歯の長さを高くすると、くし歯自体で振動モードを有す
ることになり、変位拡大機構1102が剛体として作用しな
くなることにより、逆にモータ効率の低下につながって
しまう。 第12図は本発明に係る超音波モータのモータ特性の一
例を示す図である。対象としたモータ仕様は以下の通り
である。 図より最大効率は16Vp−p付近で、40%弱と見られる
が、移動体の材質を摩擦係数の高いものに変更すること
により、変位拡大機構と移動体との接触部分における滑
りが低減されるため、効率も若干向上する。いずれにせ
よ本発明に係るモータ構造により、径小薄型な超音波モ
ータにおいても、高効率化が実現できるようになる。 〔発明の効果〕 本発明は、以上説明したように、圧電振動子の伸縮運
動を利用した振動波により移動体を摩擦駆動させる超音
波モータにおいて、固定手段に固定された中心軸に固定
支持され、弾性部材から形成された振動体部と、振動体
部に固定された圧電振動子と、振動体部の外周部よりも
内側の部分に加圧接触するとともに中心軸を回転案内と
する移動体と、振動体部と移動体とを加圧する加圧手段
とを有する構成としたので、以下に記載する効果を有す
る。 (1)超音波モータの薄型化が図れる。 (2)超音波モータの小型化が図れる。 (3)超音波モータの高効率化が図れる。 したがって、超音波モータの精密機器の分野への適用
が可能となる。たとえば電子時計のモータに用いれば、
磁気の影響を受けない、低速高トルクのため輪列歯車数
の削減、正逆駆動可能、保持トルクが強いために外乱の
影響を受けにくい等の従来にない可能性が生じることに
なる。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to an ultrasonic motor that is relatively small and can be used in the field of low power consumption. [Summary of the Invention] The present invention is an ultrasonic motor that frictionally drives a moving body by vibrating waves using expansion and contraction motion of a piezoelectric vibrator. The ultrasonic motor is fixedly supported on a center shaft fixed to a fixed base, and is formed of an elastic member. The vibrating body part, the piezoelectric vibrator fixed to the vibrating body part, and the moving body and the vibrating body part which are in pressure contact with the inner part of the outer peripheral part of the vibrating body part and whose central axis is a rotation guide As a configuration having a pressing means for pressing the body, the ultrasonic motor is made thinner, smaller, and more efficient. [Prior Art] Conventionally, as an ultrasonic motor using a piezoelectric vibrator, a standing wave system, a traveling wave system, and the like have been known. For example, the principle of the conventional ultrasonic motor is shown in "New Method / New Principle Motor Development and Practical Points" (1984) published by Japan Industrial Technology Center. As shown in FIG. 4, the movable body 4 has a ring-shaped vibrating body portion 403 and applies a predetermined voltage to the piezoelectric vibrator 404.
The structure to rotate 05 was known. Further, as shown in FIG.
And a structure in which a predetermined voltage is applied to the piezoelectric vibrator 504 to rotate the moving body 505 has been known. For example,
Such a conventional structure is disclosed in JP-A-9-96881 and JP-A-60-174078. [Problem to be Solved by the Invention] In the structure of the ultrasonic motor as described above, for example, according to the structure having the ring-shaped vibrating body portion 403 as shown in FIG. Since the bending traveling wave does not have a node of the vibration, the wave is attenuated by the support mechanism 406 to some extent, so that the electric
This leads to a reduction in mechanical conversion efficiency. Further, according to the structure having the disk-shaped vibrating body portion 503 as shown in FIG.
There is an advantage that it can be fixedly supported at two radii on the fixed base 502 because it is excited in the following vibration mode, but in the case of a thin and small type ultrasonic motor as the object of the present invention, , A decrease in efficiency due to variations in the positions of the nodes and the magnitude of the support area and support force, or a decrease in circuit efficiency due to the drive frequency exceeding 100 kHz due to the excitation in the secondary vibration mode Had problems such as causing [Means for Solving the Problems] To solve the above problems, in the present invention, a fixing means for fixing the ultrasonic motor, a central axis fixed to the fixing means, fixed to the central axis, A vibrating body portion formed of an elastic member, a piezoelectric vibrator fixed to the vibrating body portion, and a moving body having pressure contact with a portion inside the outer peripheral portion of the vibrating body portion and having a central axis as a rotation guide. The structure of the ultrasonic motor, which is relatively small and can be applied to low power consumption applications, is provided by including a vibrating body portion and a pressurizing means for pressurizing the moving body. [Operation] The ultrasonic motor of the present invention is configured such that the moving body is brought into pressure contact with the output take-out position set at a portion inside the outermost periphery of the vibrating body portion, so that the vibration which is the largest displacement portion Compared to a case where the moving body is brought into contact with the outer peripheral portion of the body, the amplitude of the vibrating body is less attenuated, and the rotational motion of the moving body can be efficiently converted. Furthermore, since the support of the vibrating body portion is fixed to the central portion so as to be integrated with the center axis, even a thin and small vibrating body portion can be stably and easily supported without almost attenuating the vibration wave. It becomes possible. Embodiment An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. The present invention is directed to a standing wave type or traveling wave type ultrasonic motor. FIG. 2 is a diagram showing an example of a traveling wave generation principle in a traveling wave type ultrasonic motor. 201 is a piezoelectric ceramic,
This is a piezoelectric vibrator made of a piezoelectric crystal, and is polarized at equal intervals with a width b as shown in the figure, and the directions of polarization between adjacent directions are opposite to each other. A conductive material such as silver or nickel is deposited on each piezoelectric vibrator by a method such as evaporation or plating.
Are formed, and they are connected to the signal lines 203 and 204.
, And high-frequency voltages from different signal sources are applied. A gap having a width c is provided between the electrode groups connected by the signal lines 203 and 204, respectively. At this time, the gap having the width c may be either polarized or non-polarized. here,
For convenience of explanation, the distance between the centers of the electrodes sandwiching the width c is a. The mechanism of generation of a traveling wave will be described below with reference to the above figures and symbols. Considering the midpoint of the electrode portion in FIG. 2, a bending vibration wave composed of a traveling wave and a backward wave can be expressed as follows. Asin (ωt−kx) + Asin (ωt + kx) Equation (1) Here, the equation (a) indicates a so-called standing wave. On the other hand, the bending vibration wave caused by the electrode portion shown in FIG. Bsin (ωt−k (x + a) + φ) + Bsin (ωt + k
(X + a) + φ) Equation (2) where k = ω / ν = 2π / λ, λ: wavelength, and phase difference angle with respect to φ: In equation (2), In other words, equation (2) can be expressed as follows. Bsin (ωt−kx + απ) + Bsin (ωt + kx + βπ) Equation (4) Accordingly, the bending vibration wave to be more excited is expressed by a combination of equations (1) and (4). Here, considering the condition for the presence of only the traveling wave component from the expansion formula of equation (4), it can be seen that α is an even number and β is an odd number. Here, from the equation (3), a and φ can be expressed by the following equations using α and β. That is, when (α, β) = (0,1) and (2,3), When (α, β) = (2,1), When (α, β) = (0,3), As a result, when both a and φ are simultaneously satisfied, only the traveling wave component exists. To give an example, Considering the case (1), the expression (1) + the expression (2) is as follows. Asin (ωt−kx) + Asin (ωt + kx) + Bsin (ωt−kx) −Bsin (ωt + k
x) Equation (6) where the amplitude A of the high-frequency voltage signal output from the drive circuit
If A and B are A = B, equation (6) becomes 2Asin (ωt−kx), and it can be seen that only the traveling wave component remains. Also,
In order to drive the motor in the reverse direction, only the backward wave component needs to be left. Therefore, α and β in equation (5) may be reversed so that α is an odd number and β is an even number. Actually, when considering the reference, it is only necessary to shift the phase of the signal to be added by 180 ° as compared with the case of the forward rotation driving. FIG. 3 is a view showing the principle that a traveling wave type ultrasonic motor rotates by a traveling component. Numeral 301 denotes a vibrator, which generates bending vibration because the piezoelectric vibrator is bonded to the elastic member. Here, when a traveling wave to the right is generated according to the principle shown in FIG. 2, the vibrating body 301 draws an elliptical trajectory to the left at one point on the surface portion. Moves in the opposite direction. The above is described in Nikkei Mechanical (1985.9.23) or the like, and a detailed description on that one point on the surface of the vibrating body 301 draws an elliptical locus is also described in the same document. FIG. 1 is a view showing a longitudinal sectional view of an ultrasonic motor according to the present invention. The central shaft 101 is integrated with the fixed base 102 by screwing or driving, and furthermore, the vibrating body 103
Is integrated with the central shaft at the center. At this time, the vibrating body 103 is made of an elastic member such as stainless steel, brass, duralumin, etc.
Will be supported by Also, the center axis 10
1.The mechanical resonance frequency of the fixed base 102 is sufficiently higher than that of the vibrating body composed of the vibrating body part 103, the piezoelectric vibrator 105, etc., so that the supporting structure has almost no vibration leakage or attenuation due to the influence of the support. . The piezoelectric vibrator 105 is at least one or more piezoelectric ceramics having a hole at the center or a piezoelectric ceramic composed of several pieces divided in the circumferential direction, and is provided with several patterns of electrode portions in the circumferential direction and is subjected to polarization processing. The thing is the vibrating body
It is joined to the side opposite to the surface on which the output take-out position 104 of 103 is provided. The moving body 106 is disposed so as to press and contact the output take-out position 104 set on the vibrating body 103 by the pressure adjusting spring 107 with the center axis 101 as a guide of the center of rotation. In this embodiment, the pressure adjusting spring 107 is formed in a plate shape and is set on a portion other than the fixed base 102 or the ultrasonic motor according to the present invention. Pressure is applied. On this occasion,
Assuming that the pressure applied to the moving body 106 by the pressure adjusting spring 107 is N, the friction coefficient between the vibrating body 103 and the moving body 106 is μ, and the distance from the center of the vibrating body 103 to the output extraction position 104 is a,
The torque T generated in the moving body 106 can be approximately T = μNa. The output take-out position 104 is set to efficiently convert the minute flexural vibration amplitude of the vibration wave component excited by the vibrating body including the vibrating body portion 103 and the piezoelectric vibrator 105 into the rotational motion of the moving body 106. This can be achieved by providing a protrusion on at least one of the vibrating body 103 and the moving body 106 such that the vibrating body 103 and the moving body 106 are in contact only in a part of the vibrating body portion 103 in the radial direction. In general, the component that contributes to the rotation of the moving body by the elliptical trajectory caused by the vibration wave has a speed difference and a phase shift in the circumferential direction at each position in the radial direction of the vibrating body portion 103, and these factors are rotation components. As a result mobile
This leads to braking of the 106 rotation movement. Therefore, it is better to provide the output take-out position 104 at a part of the vibrating body portion 103 or the moving body 106 in the radial direction to take out the flexural vibration. Incidentally, one of the features of the present invention is the set position of the output take-out position 104. That is, in applications where the ultrasonic motor according to the present invention is used in a relatively small size and low power consumption, the mechanical resonance frequency of the vibrator is inevitably increased due to the small diameter structure. . In general, if the frequency exceeds 100 kHz, the circuit efficiency of the drive system will inevitably decrease. Therefore, even if the wave number generated in the circumferential direction of the vibrating body is set to 2 to 4, it is excited in the primary vibration mode in the radial direction. Must. When the excitation is actually performed at a driving frequency that causes a primary vibration mode in the radial direction, the amplitude increases as the outer diameter increases, and the amplitude becomes maximum at the outermost circumference. Therefore, it seems that the output take-out position 104 should be set to the outermost periphery of the vibrating body and should be brought into contact with the moving body 106 at this position.
When 6 is brought into contact, the amplitude of the whole vibrating body is extremely attenuated, and as a result, even if rotational motion occurs, only a rotational motion with a small torque can be obtained. That is, the pressure adjusting spring
The pressure applied by 107 cannot be set high, and the motor efficiency also shows a low value. In addition, this output extraction position 104
The closer to the inner circumference, the less the amplitude generated in the vibrating body is attenuated.However, if it is set too close to the central axis, the amplitude itself at that part is small, so this is also In addition, the rotational movement becomes weak. Therefore, assuming that the radius of the vibrating body 103 is r, the relationship with the distance a from the center to the output take-out position 104 has an optimum value. In the case of a vibrating body having a radius of 5 mm and a thickness of 1 mm or less, the value varies depending on the diameter of the central shaft 101, but it is preferable to set the value to approximately 2 / 5r ≦ a ≦ 4 / 5r from the viewpoint of motor efficiency. Details of this will be described later. As described above, the vibrating body 103 and the piezoelectric vibrator 106
When the excitation is performed at a driving frequency such that the vibration mode becomes a primary vibration mode in the radial direction, an output extraction position 104 for frictionally driving the moving body 106 is set at a portion inside the outermost periphery of the vibration body section 103. This greatly contributes to the improvement of the motor efficiency. Note that this embodiment shows a case where the projection which is the output extraction position 104 is set on the moving body 106 side, and the diameter of the moving body 106 is substantially a.
If it is larger, the outer diameter of the vibrating body 106 may be smaller. Further, the vibrating body 103 is thin and has a small diameter because the supporting of the vibrating body 103 is fixedly supported at the center so as to be integrated with the center shaft 101.
Even with the 103, it is possible to stably and easily support the vibration wave without substantially attenuating it. FIG. 6 is a diagram showing a radial behavior of the ultrasonic motor according to the present invention. (A) is a partial longitudinal sectional view of an ultrasonic motor according to the present invention, and (a), (b), and (c) having different positions in the radial direction respectively indicate amplitude measuring sections. As an actual amplitude measuring method, in the case of the ultrasonic motor according to the present invention, since the contact type displacement meter cannot be used because the influence of its own weight cannot be ignored due to its small thickness and small diameter, an optical type A non-contact displacement meter is used. FIGS. 6 (b) and 6 (c) show radial directions a and b when the vibrating body section 602 and the piezoelectric vibrator 603 are excited with vibration waves.
FIG. 6 illustrates the amplitude measured at each of the points b and c.
The shape at this time is such that the wave number excited in the circumferential direction is 3, the outer diameter of the vibrating body 602 and the piezoelectric vibrator 603 is 10 mm, and the thickness is 0.3 m.
m, and the driving voltage was 3 Vp-p and 10 Vp-p. (B) shows the case where the vibrating body 602 is made of stainless steel, the primary mechanical resonance frequency in the radial direction is about 45 kHz, and (c) shows the case where the vibrating body 603 is made of brass. The resonance frequency is about 39.5kHz. Comparing FIGS. 6 (b) and 6 (c), the displacement distribution in the radial direction generally increases toward the outer periphery and becomes maximum at the outermost periphery, regardless of the material and the magnitude of the drive voltage. Is supported. FIG. 7 is a diagram showing the difference in the vibration body amplitude amount due to the difference in the output take-out position, and shows the difference in the vibration body part amplitude amount due to the difference in the contact position between the vibration body part and the moving body. 6 (a) shows a partial longitudinal sectional view of the ultrasonic motor according to the present invention, similarly to FIG. Here, the vibrating body in a state in which the moving body is in contact with the vibrating body part 702 substantially only at the a, b, and c portions, with the portions a, b, and c having different positions in the radial direction as output extraction positions. Are measured. That is to say,
Band-shaped projections are set so as to be in contact with the positions (b) and (c), and the moving bodies are sequentially mounted on the vibrating body section 702 to compare the degree of attenuation of the vibrating body amplitude. The weight of the moving object is 0.3 g. Further, as a method of measuring the frequency characteristic of the vibration body amplitude amount, by utilizing the fact that the piezoelectric vibrator 703 is composed of two circuits, a frequency voltage is swept and applied to one of the piezoelectric vibrators 703 to excite the vibration body to a standing wave excitation. A technique is used in which a back electromotive force generated by the piezoelectric effect on the other circuit side is Fourier-transformed by a spectrum analyzer. FIGS. 6 (b) and 6 (c) show the amplitudes of the moving body near the mechanical resonance point of the moving body by sequentially changing the moving bodies that contact only the positions a, b and c using the above-described method. It is a diagram illustrating the degree of attenuation. Vibrating body part 702 at this time
The shape of the piezoelectric vibrator 703 is the same as that in FIG. 6, and the applied voltage is 5 Vp-p. Also,
(B) shows the case where the vibrating body 702 is made of stainless steel.
(C) also shows that the case where brass is used
It is the same as the figure. Comparing FIGS. 6B and 6C, it can be seen that the maximum amplitude at the resonance point is smaller in B than in B and B than in B regardless of the material. That is, the more the contact position between the moving body and the vibrating body portion is moved to the outer peripheral portion, the more the attenuation increases. It should be noted that “E” in the figure is obtained by examining the frequency characteristics of the vibrating body in a state where the moving body is not mounted, and obviously shows the largest amplitude. However, as long as a moving body of about 0.3 g is placed, the differentiation between A and E is not possible, and even if the moving body is brought into contact with the position of A, the amplitude amount in the almost vibration-free state can be obtained. Will be. As described above, when the results of FIG. 6 and FIG. 7 are combined, when the ultrasonic motor according to the present invention is excited at a drive frequency such that it becomes a primary vibration mode in the radial direction, the number of the outer periphery becomes Although the amount of amplitude increases, conversely, if the moving body is arranged so as to contact only the outer peripheral portion, the amount of attenuation of the amplitude increases, which is inconvenient. That is, it can be said that there is an optimum position for the output take-out position, which is the contact position between the moving body and the vibrating body. And the value is that the attenuation is large when it is moved to the outermost circumference, and that the amplitude is small when it is moved to the innermost circumference, and about 1/5 from the center to the radius r on the motor structure depends on the center shaft 701. Considering that the strength of the movable body against the pressing force or the like may occur if the supporting body is not used, it is desirable that the output take-out position from the vibrating body to the movable body be set to approximately 2 / 5r ≦ a ≦ 4 / 5r. It can be said. Considering the above phenomenon physically, the vibrating body and the piezoelectric vibrator can vibrate in a free state at the outer peripheral part from the output take-out position, which is the amount of attenuation of minute elliptical vibration generated on the surface of the vibrating body. Can be converted as much as possible to the rotational motion of the moving body. Regarding the output take-out position, the outer diameter and
Depending on the thickness, and the difference in the pressing force of the moving body, a more optimal position will be determined, but for the ultrasonic motor according to the present invention, by setting 2 / 5r ≦ a ≦ 4 / 5r, That is, high-efficiency and smooth rotation can be realized even at a low voltage. FIGS. 8 and 9 are plan views of the electrode pattern of the piezoelectric vibrator for traveling wave excitation. The ultrasonic wave motor according to the present invention is joined to one side of the vibrating body so that the traveling wave excitation can be realized. 2 shows a specific electrode pattern of a simple piezoelectric vibrator. FIG. 8 shows a piezoelectric vibrator 801 having a hole in the center portion provided with sector-shaped electrode portions 802a to 802d on one side surface, and the arc length of each electrode portion is determined by the clearance between adjacent electrode portions. It is set to be approximately 1/4 of the traveling wave wavelength excited. Here, it is possible to excite a traveling wave by applying polarization processing to the polarities as shown in the figure and applying the same signal to 802a and 802c, and a signal having a phase difference of 90 ° in time to 802b and 802d. Become. Since the arc length of each electrode portion is 1/4 wavelength as described above, 802a to 802
One wavelength can be formed by four parts of d. Therefore, this embodiment shows a case where the wave number is 3. In the figure, the sign + indicates that a positive electric field has been applied to the back surface of the electrode portion to perform polarization, and the sign − indicates that
This indicates that a negative electric field is applied to the electrode portion on the back surface to perform polarization processing. In this case, the electrode portion on the rear surface may be an electrode having the same shape and the same position as the front surface or a front electrode. FIG. 9 shows an embodiment of another electrode pattern.
The piezoelectric vibrator 901 having a hole at the center has fan-shaped electrode portions 902a to 902d provided on the surface, and a length between the ends of each of the electrode portions is approximately half the arc length of the electrode portions 902a to 902d. Electrodes 903a to 903d corresponding to the above are provided. Here, as shown in the figure, the polarization is applied to the polarity, and 902a is applied in accordance with the rule shown in FIG.
When high-frequency voltages having different phases are input to the electrodes 902d to 902d, a traveling wave component is excited. At this time, another electrode group 903a to 903d is used for detecting the level and phase of the back electromotive voltage generated at the time of excitation of the vibrating body portion as a detection signal to perform frequency tracking and speed change of the ultrasonic motor. In addition to the above, when spurious vibration generated at the time of excitation of the vibrating body portion is remarkable, the intensity of the traveling wave component can be increased by using it for driving. Although the two embodiments have been described in detail as the electrode patterns of the piezoelectric vibrator for exciting a traveling wave, there are many other electrode patterns that can excite a traveling wave. It goes without saying that the invention can be implemented. FIG. 10 is a longitudinal sectional view showing another embodiment of the ultrasonic motor according to the present invention. As in FIG. 1, the central shaft 1001 is integrated with the fixed base 1002 by screwing or driving, and the vibrating body 1003 is integrated with the central shaft 1001 at the central portion to form a central fixed support structure. Has been realized.
The feature of this embodiment is that the vibrating body 1003 and the moving body
This is that a displacement enlargement mechanism 1004 is provided at an output extraction position where the vibration wave component is converted into a rotational motion by contact with the vibration wave component 1006. In general, the maximum value Umax of the lateral velocity component of the elliptical trajectory contributing to the rotational movement of the moving body 1006 is: Umax = −2π 2 fξ (T / λ) f: drive frequencyξ: longitudinal amplitude T: vibrating body thickness λ: vibration Since it is expressed as a wave wavelength, it is sufficient to increase the thickness of the vibrating body in terms of shape in order to improve the number of revolutions. However, simply increasing the thickness extremely increases the mechanical hardness and increases the resonance frequency. Therefore, it is advisable to provide a strip-shaped displacement enlarging mechanism 1004 so as to be strip-shaped in the circumferential direction of the vibrating body portion 1003. Here, the set position of the displacement enlarging mechanism 1004 in the radial direction of the vibrating body portion 1003 is approximately 2 / 5r ≦ a ≦ 4 /
5r is preferable in terms of motor efficiency. Further, the displacement enlarging mechanism 1004 may be formed integrally with the vibrating body part 1003, but the cost is high in processing such a denture, so that the displacement enlarging mechanism 1004 is separately formed and vibrated later. It may be integrated with the body part 1003. In this case, the displacement enlarging mechanism 1003 can be formed integrally with plastic. In the present embodiment, unlike the plate-shaped pressure-adjusting spring structure in FIG. 1 described above, a stopper 10 that can be fitted to the center axis 1001 is used as a method for pressing the moving body 1006.
By using a pressure adjusting spring 1007 consisting of a cross spring 09 and the like, and a washer 1008 which also serves as a pressing force adjustment, it is possible to achieve a more compact structure than the above-mentioned pressing mechanism. Further, in the present embodiment, as in FIG. 1, the support of the vibrating body portion 1003 is fixed to the central portion so as to be integral with the center shaft 1001, so that even the vibrating body portion having a small thickness and a small diameter can hardly generate vibration waves. It is possible to stably and easily support without damping. FIG. 11 shows a specific example of the displacement enlarging mechanism, in which a halfway portion in the radial direction of the vibrating body portion 1101 is provided with equally-spaced cut grooves in a band shape, such as a comb-like shape. Realizes the displacement enlargement mechanism 1102. In this case, if the interval between the kerfs is too large, the contact surface with the moving body is reduced, and the rotation speed and the torque are reduced. On the other hand, if the length of the comb teeth is too long, the comb teeth themselves have a vibration mode, and the displacement magnifying mechanism 1102 does not work as a rigid body, which leads to a reduction in motor efficiency. FIG. 12 is a diagram showing an example of motor characteristics of the ultrasonic motor according to the present invention. The target motor specifications are as follows. From the figure, it can be seen that the maximum efficiency is around 16 Vp-p, which is slightly less than 40%. By changing the material of the moving body to a material with a higher friction coefficient, slip at the contact portion between the displacement magnifying mechanism and the moving body is reduced. Therefore, efficiency is slightly improved. In any case, the motor structure according to the present invention can realize high efficiency even in a small-diameter and thin ultrasonic motor. [Effects of the Invention] As described above, the present invention is an ultrasonic motor that frictionally drives a moving body by vibration waves using the expansion and contraction motion of a piezoelectric vibrator, and is fixedly supported on a central axis fixed to fixing means. A vibrating body portion formed of an elastic member, a piezoelectric vibrator fixed to the vibrating body portion, and a moving body having pressure contact with a portion inside the outer peripheral portion of the vibrating body portion and having a central axis as a rotation guide. And a pressurizing means for pressing the vibrating body and the moving body, the following effects are obtained. (1) The ultrasonic motor can be made thinner. (2) The size of the ultrasonic motor can be reduced. (3) The efficiency of the ultrasonic motor can be improved. Therefore, the ultrasonic motor can be applied to the field of precision equipment. For example, if used for an electronic watch motor,
Unprecedented possibilities arise, such as being unaffected by magnetism, reducing the number of wheel train gears due to low speed and high torque, enabling forward and reverse drive, and being strong in holding torque so as to be less susceptible to disturbances.

【図面の簡単な説明】 第1図は本発明にかかる超音波モータの縦断面図、第2
図は進行波発生の原理図、第3図は進行波型超音波モー
タの回転原理図、第4図および第5図は従来の超音波モ
ータの縦断面図、第6図(a)〜(c)は本発明に係る
超音波モータの半径方向の挙動を示す説明図、第7図
(a)〜(c)は出力取り出し位置違いによる振動体振
幅量の差異を示す説明図、第8図および第9図は進行波
励振用圧電振動子電極パターンの平面図、第10図は本発
明に係る超音波モータの他の実施例を示す縦断面図、第
11図(a),(b)は本発明に係る変位拡大機構の平面
図および断面図、第12図は本発明に係る超音波モータの
モータ特性の一例を示す図である。 101,410,501,601,701,1001……中心軸 102,402,502,1002……固定台 103,403,503,602,702,1003,1101……振動体部 104……出力取り出し位置 105,201,404,504,603,703,801,901,1005……圧電振動子 106,405,505,1006……移動体 107,1007……調圧バネ 202,802,902,903……電極部 1004,1102……変位拡大機構
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a longitudinal sectional view of an ultrasonic motor according to the present invention, FIG.
FIG. 3 shows the principle of traveling wave generation, FIG. 3 shows the principle of rotation of a traveling wave type ultrasonic motor, FIGS. 4 and 5 are longitudinal sectional views of a conventional ultrasonic motor, and FIGS. c) is an explanatory diagram showing the radial behavior of the ultrasonic motor according to the present invention, FIGS. 7 (a) to 7 (c) are explanatory diagrams showing the difference in the vibrating body amplitude amount due to the difference in the output take-out position, and FIG. And FIG. 9 is a plan view of a traveling wave excitation piezoelectric vibrator electrode pattern. FIG. 10 is a longitudinal sectional view showing another embodiment of the ultrasonic motor according to the present invention.
11 (a) and (b) are a plan view and a cross-sectional view of a displacement magnifying mechanism according to the present invention, and FIG. 12 is a diagram showing an example of motor characteristics of an ultrasonic motor according to the present invention. 101,410,501,601,701,1001 ... Center axis 102,402,502,1002 ... Fixed base 103,403,503,602,702,1003,1101 ... Vibrating body 104 ... Output taking out position 105,201,404,504,603,703,801,901,1005 ... Piezoelectric vibrator 106,405,505,1006 ... Moving body 107,1007 ... Pressure adjusting springs 202, 802, 902, 903: Electrodes 1004, 1102: Displacement expansion mechanism

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 1.圧電振動子の伸縮運動を利用した振動波により移動
体を摩擦駆動させる超音波モータにおいて、 超音波モータを固定するための固定手段と、 前記固定手段に固定された中心軸と、 前記中心軸に固定され、弾性部材から形成された振動体
部と、 前記振動体部に固定された圧電振動子と、 前記振動体部の外周部よりも内側の部分に加圧接触する
とともに中心軸を回転案内とする移動体と、 前記振動体部と前記移動体とを加圧する加圧手段と、 を有し、 前記振動体部を、半径方向に対して中心部以外に節部を
持たない一次の振動モードとなる振動周波数で励振する
ことを特徴とする超音波モータ。 2.前記振動体部に、周方向に凹凸となるようなくし歯
状の変位拡大手段からなる出力取り出し部を有する特許
請求の範囲第1項記載の超音波モータ。
(57) [Claims] In an ultrasonic motor that frictionally drives a moving body by a vibration wave using expansion and contraction motion of a piezoelectric vibrator, a fixing unit for fixing an ultrasonic motor; a central axis fixed to the fixing unit; A vibrating body portion fixed and formed of an elastic member; a piezoelectric vibrator fixed to the vibrating body portion; and a pressurized contact with a portion inside the outer peripheral portion of the vibrating body portion, and rotationally guiding the central axis. And a pressurizing unit that presses the vibrating body and the moving body, wherein the vibrating body has a primary vibration having no nodes other than a central portion in a radial direction. An ultrasonic motor characterized in that it is excited at a mode vibration frequency. 2. 2. The ultrasonic motor according to claim 1, wherein the vibrating body portion has an output take-out portion formed of a tooth-like displacement enlarging means that becomes uneven in the circumferential direction.
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