JP2724731B2 - Ultrasonic motor - Google Patents

Ultrasonic motor

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JP2724731B2
JP2724731B2 JP63271023A JP27102388A JP2724731B2 JP 2724731 B2 JP2724731 B2 JP 2724731B2 JP 63271023 A JP63271023 A JP 63271023A JP 27102388 A JP27102388 A JP 27102388A JP 2724731 B2 JP2724731 B2 JP 2724731B2
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洋 清水
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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、電子機器などに用いられる超音波モータに
関し、特にローター直径の小さい小型の超音波モータに
関する。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultrasonic motor used for electronic equipment and the like, and particularly to a small ultrasonic motor having a small rotor diameter.

[従来の技術] 超音波モータは従来の電磁モータと比較して、低回転
で高いトルクが得られること、停止保持力を有するこ
と、電磁ノイズが小さいことなどの利点を有しており、
カメラのオートフォーカス用や自動車用パワーモータ等
に使用されている。
[Prior art] Compared with conventional electromagnetic motors, ultrasonic motors have the advantages of obtaining high torque at low rotation, having a holding force for stopping, and having low electromagnetic noise.
It is used for autofocus of cameras and power motors for automobiles.

第5図及び第6図は従来の超音波モータの構造を示す
概略図であり、リング状の串歯状の突起部を設けた金属
板51の突起部の形成されている面の裏側に2枚の圧電セ
ラミックス円盤52,53を接着した構造のステータの上
に、円盤状ローター54を圧接した構造となっている。圧
電セラミックス円盤52,53は、偶数等分に分極の向きが
逆向きとなっており、これら2枚の圧電セラミックス円
盤は分割角度の半分の角度だけずらして接着されてい
る。
FIGS. 5 and 6 are schematic views showing the structure of a conventional ultrasonic motor, in which a metal plate 51 provided with a ring-shaped skewer-shaped protrusion is provided on the back side of the surface on which the protrusion is formed. A disc-shaped rotor 54 is pressed onto a stator having a structure in which two piezoelectric ceramic discs 52 and 53 are bonded. The directions of polarization of the piezoelectric ceramic disks 52 and 53 are evenly evenly reversed, and these two piezoelectric ceramic disks are bonded by being shifted by an angle of a half of the division angle.

[発明が解決しようとする課題] 第5図から判るように従来の超音波モータにおいて
は、ステーターの超音波振動を平面的にローターに伝達
しているため、駆動トルクを大きくするには、ステータ
ー及びローターの直径を大きくする必要がある。その
為、従来の超音波モータの実用的な最小直径が20〜30mm
に限定されていた。
[Problems to be Solved by the Invention] As can be seen from FIG. 5, in the conventional ultrasonic motor, ultrasonic vibration of the stator is transmitted to the rotor in a planar manner. And the diameter of the rotor needs to be increased. Therefore, the practical minimum diameter of conventional ultrasonic motor is 20 ~ 30mm
Was limited to.

そこで、本発明の技術的課題は、ローターの直径を小
さくした小型の超音波モータを提供することにある。
Then, a technical subject of the present invention is to provide a small-sized ultrasonic motor with a reduced rotor diameter.

本発明の他の技術的課題は、ローターの直径として、
20mm以下の超音波モータを提供することにある。
Another technical problem of the present invention is as a rotor diameter,
An object of the present invention is to provide an ultrasonic motor of 20 mm or less.

[課題を解決するための手段] 本発明によれば、端部の断面形状が円形を有し、この
端部が円を含む楕円運動を行う棒状圧電楕円運動振動子
と、この棒状圧電楕円運動振動子の少なくとも一方の端
部に配された楕円運動−回転変換部材と、この端部間の
中心に対して対称な位置にある振動の節に設けられた支
持部材と、この支持部材を介してこの棒状圧電楕円運動
振動子を支持する外枠と、この楕円運動−回転変換部材
内に挿入される回転軸とを有し、この端部からこの楕円
運動−回転変換部材を介して回転出力を得る超音波モー
タにおいて、前記楕円運動−回転変換部材は、この外枠
に支持される外輪と、前記回転軸が挿入される回転自在
な内輪とを有し、前記楕円運動−回転変換部材は、軸受
けを兼ねていることを特徴とする超音波モータが得られ
る。
[Means for Solving the Problems] According to the present invention, a rod-shaped piezoelectric elliptical oscillator having an end portion having a circular cross-section and performing an elliptical motion including the circle at the end portion, and the rod-shaped piezoelectric elliptical motion An elliptical motion-rotation conversion member disposed at at least one end of the vibrator, a support member provided at a vibration node located symmetrically with respect to the center between the ends, and It has an outer frame for supporting the lever-shaped piezoelectric elliptical motion oscillator, and a rotating shaft inserted into the elliptical motion-rotation conversion member. In the ultrasonic motor, the elliptical motion-rotation conversion member has an outer ring supported by the outer frame, and a rotatable inner ring into which the rotation shaft is inserted. Ultrasonic mode, which also serves as a bearing Data is obtained.

[作 用] 本発明の超音波モータにおいては、圧電楕円運動振動
子に直流電圧を印加して分極し、更に、予め定められた
部分にこの振動子の共振周波数に等しい交流電圧を印加
して、軸を含む面内の屈曲振動を発生させる。
[Operation] In the ultrasonic motor of the present invention, a DC voltage is applied to the piezoelectric elliptical oscillator to polarize it, and an AC voltage equal to the resonance frequency of the oscillator is applied to a predetermined portion. , Generates bending vibration in a plane including the axis.

また、上記と異なる部分に同様にこの圧電楕円運動振
動子の共振周波数に等しい周波数の交流電圧を印加し
て、中心軸を含む面内で、先の屈曲振動の方向と交差す
る屈曲振動を行わせる。これら、2つの方向の屈曲振動
の位相をずらせる(好ましくは90゜)、具体的には夫々
の交流電圧の位相をずらせる(好ましくは90゜)ことに
より、圧電楕円運動振動子の両端部に、円運動を含む楕
円運動が励起することが可能である。この端面の楕円運
動は少なくとも一端に設けられた内輪を有する軸受け等
の楕円運動−回転変換部材により、この部材からの回転
運動に変換され、回転部材内に一端を挿入した回転軸を
回転させる。
Similarly, an AC voltage having a frequency equal to the resonance frequency of the piezoelectric elliptical oscillator is applied to a different portion from the above, and a bending vibration intersecting with the direction of the bending vibration is performed in a plane including the central axis. Let By shifting the phases of the bending vibrations in these two directions (preferably 90 °), specifically, by shifting the phases of the respective AC voltages (preferably 90 °), both ends of the piezoelectric elliptical motion vibrator are obtained. In addition, elliptical motion including circular motion can be excited. The elliptical motion of the end face is converted into a rotational motion from this member by an elliptical motion-rotation conversion member such as a bearing having an inner ring provided at at least one end, and the rotation shaft having one end inserted into the rotation member is rotated.

[実施例] 以下本発明の超音波モータについて、詳しく説明す
る。
EXAMPLES Hereinafter, the ultrasonic motor of the present invention will be described in detail.

第1図は本発明の超音波モータの構造例を示す断面図
である。この図において、超音波モータは、圧電楕円運
動振動子10と、支持枠11,11′と、軸受け12,12′と、回
転軸13,13′と,外枠14とを有する。
FIG. 1 is a sectional view showing a structural example of an ultrasonic motor according to the present invention. In this figure, the ultrasonic motor has a piezoelectric elliptical motion oscillator 10, support frames 11, 11 ', bearings 12, 12', rotating shafts 13, 13 ', and an outer frame 14.

第2図は本発明の超音波モータに用いる圧電楕円運動
振動子10の構造例を示す図である。この図において、棒
状の圧電楕円運動振動子10は、端部の断面形状が円形
で、正多角形断面又は円形断面形状を有し、側面に長さ
方向に沿って複数の電極を有する。この棒状の圧電楕円
運動振動子10の中心に対して対称的な位置にある振動の
節の部分が支持枠11,11′で支持されている。
FIG. 2 is a diagram showing a structural example of the piezoelectric elliptical motion oscillator 10 used in the ultrasonic motor of the present invention. In this figure, a rod-shaped piezoelectric elliptical oscillator 10 has a circular cross-sectional shape at an end, a regular polygonal cross-section or a circular cross-sectional shape, and has a plurality of electrodes on a side surface along the length direction. Vibration nodes at symmetrical positions with respect to the center of the rod-shaped piezoelectric elliptical oscillator 10 are supported by support frames 11, 11 '.

第3図は本発明の超音波モータに用いられる軸受けの
斜視図であり、外輪12a,12a及び内輪12b,12b′を有し、
軸受けの内輪12b,12b′の直径は、圧電楕円運動振動子1
0の端部の直径より僅かに大きい。
FIG. 3 is a perspective view of a bearing used in the ultrasonic motor of the present invention, having outer rings 12a, 12a and inner rings 12b, 12b ',
The diameter of the inner rings 12b, 12b 'of the bearing is
Slightly larger than the diameter at the end of zero.

第4図は本発明の超音波モータの構成原理の説明図で
ある。この図において、回転運動をする棒状圧電楕円運
動振動子の両端部に軸受け12,12′が軸受けの内輪のの
ほぼ中央の位置に振動子の端部に位置するよう装着され
る。
FIG. 4 is an explanatory diagram of the configuration principle of the ultrasonic motor of the present invention. In this figure, bearings 12 and 12 'are mounted on both ends of a rod-shaped piezoelectric elliptical oscillator that makes a rotational movement so as to be located at the center of the inner ring of the bearing and at the end of the oscillator.

更に、回転軸13,13′が軸受け12,12′の内輪12b,12
b′に固定され、軸受け12,12′の外輪12a,12a′及び振
動の節に設けられた支持枠11,11′がこの外枠14に固定
されて、第1図に示す超音波モータの組み立てが完成す
る。
Further, the rotating shafts 13, 13 'are connected to the inner rings 12b, 12 of the bearings 12, 12'.
b ', the outer races 12a, 12a' of the bearings 12, 12 'and the supporting frames 11, 11' provided at the nodes of vibration are fixed to the outer frame 14, and the ultrasonic motor shown in FIG. Assembly is completed.

本実施例に係る超音波モータは、軸受け12,12′の内
輪内壁と、圧電楕円運動振動子10の端部が接触するた
め、振動子10から伝達される回転駆動力は効率良く軸受
け内輪に伝達される。また、外枠14に支持枠11,11′及
び軸受け12,12′の外輪が固定される構造のため、モー
タの直径は非常に小さくなる。
In the ultrasonic motor according to the present embodiment, the inner walls of the bearings 12, 12 'and the end of the piezoelectric elliptical vibrator 10 are in contact with each other, so that the rotational driving force transmitted from the vibrator 10 is efficiently applied to the bearing inner ring. Is transmitted. Further, since the outer rings of the support frames 11, 11 'and the bearings 12, 12' are fixed to the outer frame 14, the diameter of the motor becomes very small.

以上の説明はローターを楕円運動振動子の両端部に設
けた場合について、行ったが、ローターを一方の端部に
だけ設けた場合も、同様にモーターを構成することがで
きる。
The above description has been given of the case where the rotor is provided at both ends of the elliptical motion oscillator. However, the motor can be similarly configured when the rotor is provided at only one end.

[発明の効果] 以上説明したように、本発明によれば、圧電楕円運動
振動子端部の接触圧力を軸受け内部で受け止めているた
め回転速度及びトルクの安定な超音波モータが得られ
る。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, since the contact pressure at the end of the piezoelectric elliptical motion vibrator is received inside the bearing, an ultrasonic motor with stable rotation speed and torque can be obtained.

更に、本発明の超音波モータにおいては、駆動力を発
生させるための振動子の形状が単純で、回転あるいは、
楕円運動振動を発生させるための2つの振動モードが同
じ屈曲振動であることから、構造が簡単になる。また、
楕円運動振動子として、棒状の振動子を使用しているた
め、ローターの直径を小さくすることが容易で、ロータ
ー直径の小さい超音波モータを得ることができる。この
超音波モータの直径は、必要なトルクによって変わる
が、原理的には、10mm以下も可能である。
Further, in the ultrasonic motor of the present invention, the shape of the vibrator for generating the driving force is simple, rotating or
Since the two vibration modes for generating the elliptical motion vibration are the same bending vibration, the structure is simplified. Also,
Since a rod-shaped vibrator is used as the elliptical motion vibrator, it is easy to reduce the diameter of the rotor, and an ultrasonic motor having a small rotor diameter can be obtained. The diameter of the ultrasonic motor varies depending on the required torque, but can be 10 mm or less in principle.

【図面の簡単な説明】 第1図は本発明の超音波モータの構造例を示す断面図、
第2図は本発明の超音波モータに用いる圧電楕円運動振
動子の構造例を示す図、第3図は本発明の超音波モータ
の軸受の一例を示す図、第4図は本発明の超音波モータ
の構成原理の説明図、第5図及び第6図は従来の超音波
モータの構成例を示す図である。 図中、10は圧電楕円運動振動子、11,11′は支持枠、12,
12′は軸受、12a,12a′は外輪、12b,12b′は内輪、13,1
3′は回転軸、14は外枠、51は金属円板、52,53は圧電セ
ラミック円盤、54はローターである。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a sectional view showing a structural example of an ultrasonic motor according to the present invention;
FIG. 2 is a diagram showing a structural example of a piezoelectric elliptical oscillator used in the ultrasonic motor of the present invention, FIG. 3 is a diagram showing an example of a bearing of the ultrasonic motor of the present invention, and FIG. FIG. 5 and FIG. 6 are diagrams illustrating the configuration principle of an ultrasonic motor, and FIG. 5 and FIG. In the figure, 10 is a piezoelectric elliptical motion oscillator, 11, 11 'are support frames, 12,
12 'is a bearing, 12a and 12a' are outer rings, 12b and 12b 'are inner rings, and 13 and 1
3 'is a rotating shaft, 14 is an outer frame, 51 is a metal disk, 52 and 53 are piezoelectric ceramic disks, and 54 is a rotor.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−148682(JP,A) 特開 昭62−23382(JP,A) 実開 昭63−153791(JP,U) ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-58-148682 (JP, A) JP-A-62-23382 (JP, A) Jpn.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】端部の断面形状が円形を有し、該端部が円
を含む楕円運動を行う棒状圧電楕円運動振動子と、該棒
状圧電楕円運動振動子の少なくとも一方の端部に配され
た楕円運動−回転変換部材と、該端部間の中心に対して
対称な位置にある振動の節に設けられた支持部材と、該
支持部材を介して該棒状圧電楕円運動振動子を支持する
外枠と、該楕円運動−回転変換部材内に挿入される回転
軸とを有し、該端部から該楕円運動−回転変換部材を介
して回転出力を得る超音波モータにおいて、前記楕円運
動−回転変換部材は、該支持枠に支持される外輪と、前
記回転軸が挿入される回転自在な内輪とを有し、前記楕
円運動−回転変換部材は軸受けを兼ねていることを特徴
とする超音波モータ。
1. A rod-shaped piezoelectric elliptical oscillator having an end portion having a circular cross-section and performing an elliptical motion including a circle, and at least one end of the rod-shaped piezoelectric elliptical oscillator. Elliptical motion-rotation conversion member, a support member provided at a vibration node located symmetrically with respect to the center between the ends, and supporting the rod-shaped piezoelectric elliptical motion oscillator via the support member. An ultrasonic motor having an outer frame to be rotated and a rotation axis inserted into the elliptical motion-rotation conversion member, and obtaining a rotational output from the end portion through the elliptical motion-rotation conversion member. -The rotation conversion member has an outer ring supported by the support frame, and a rotatable inner ring into which the rotation shaft is inserted, and the elliptic motion-rotation conversion member also serves as a bearing. Ultrasonic motor.
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