JP2832614B2 - Ultrasonic motor - Google Patents

Ultrasonic motor

Info

Publication number
JP2832614B2
JP2832614B2 JP1152112A JP15211289A JP2832614B2 JP 2832614 B2 JP2832614 B2 JP 2832614B2 JP 1152112 A JP1152112 A JP 1152112A JP 15211289 A JP15211289 A JP 15211289A JP 2832614 B2 JP2832614 B2 JP 2832614B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
piezoelectric
torsional
vibrator
longitudinal
vibration
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP1152112A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH0322876A (en
Inventor
洋 清水
哲男 吉田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
TOOKIN KK
Original Assignee
TOOKIN KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by TOOKIN KK filed Critical TOOKIN KK
Priority to JP1152112A priority Critical patent/JP2832614B2/en
Publication of JPH0322876A publication Critical patent/JPH0322876A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP2832614B2 publication Critical patent/JP2832614B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • 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。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to a so-called ultrasonic motor using ultrasonic vibration of a piezoelectric vibrator used for office automation equipment and the like, and particularly to a longitudinal-torsional vibrator type having a simple structure. It relates to an ultrasonic motor.

[従来の技術] 第7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
円柱104を介して接合され、さらにこれらの両側に金属
円柱105及び106が接合されている。この場合、金属円柱
105の代りに金属円筒を用いることができる。
[Prior Art] FIG. 7 is a perspective view of a structural example of a longitudinal-torsional combined vibrator 101 used in a conventional longitudinal-torsional vibrator type ultrasonic motor, and illustrates a piezoelectric torsional vibrator 102 and a piezoelectric longitudinal vibration. The child 103 is joined via a metal cylinder 104, and metal cylinders 105 and 106 are joined on both sides of the metal 103. In this case, a metal cylinder
A metal cylinder can be used instead of 105.

第8図は第7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8により回転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の端面に圧接される。
FIG. 8 is a perspective view showing an example of the structure of an ultrasonic motor constituted by using the vertical-torsion composite vibrator 101 shown in FIG. Axis 107
And the rotor 109 rotatably supported by the bearing 8 is moved vertically by the coil spring 110 and the nut 111.
It is pressed against the end face of the torsional composite vibrator 101.

第9図は第7図に示した圧電捩り振動子の構造例であ
り、円筒状の圧電捩り振動子102は4個の4分割された
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。各々の形の圧電セラミックス板112は、第10図に示
すようにそれぞれ扇の弦の方向112a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. 9 shows an example of the structure of the piezoelectric torsional vibrator shown in FIG. 7, in which a cylindrical piezoelectric torsional vibrator 102 is formed by joining four quadrant fan-shaped piezoelectric ceramic plates 112. As shown in FIG. 10, each shape of the piezoelectric ceramic plate 112 is polarized in the direction of the chord of the fan 112a, and electrodes are formed on the upper and lower surfaces of the fan-shaped piezoelectric ceramic plate 112. When a DC voltage is applied to the fan, slip distortion occurs parallel to the thickness of the fan-shaped piezoelectric ceramic plate.

第9図に示すように、4個の扇形の圧電セラミックス
板112が円板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、円板の上下面が捩じれるような捩り歪みとなる。交
流電圧を印加した場合には、このような、捩じり歪みを
生ずる振動(捩り振動と呼ぶ)が励起される。
As shown in FIG. 9, when four fan-shaped piezoelectric ceramic plates 112 are joined in a disk shape, the slip strain generated in each of the fan-shaped piezoelectric ceramic plates 112 is synthesized, and The torsional distortion is such that the lower surface is twisted. When an AC voltage is applied, such a vibration causing torsional distortion (referred to as torsional vibration) is excited.

第9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1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10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12
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12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12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12図(d)に示すように外周をパイプ状に研磨し
た後、第12図(e)に示すように円板状に切断すること
により形成している。
When the conventional piezoelectric torsional vibrator shown in FIG. 9 is manufactured, first, as shown in FIG. 1, a sector-shaped piezoelectric ceramics plate is ultrasonically processed from a piezoelectric ceramics plate 113 polarized in the width direction. A sector-shaped piezoelectric ceramic plate 112 which is punched and polarized in the direction of the chord of the sector as shown in FIG.
And glue them together to form a disk, or
As shown in FIG. 12A, a square prism 115 whose polarization direction is a diagonal direction is cut out from the piezoelectric ceramic block 114 polarized in the thickness direction as shown in FIG. 12 As shown in Figure (c), four square prisms
115 is overlapped and bonded so as to form a closed loop of the polarization direction, and the outer periphery is polished into a pipe shape as shown in FIG. 12 (d), and then is formed into a disk shape as shown in FIG. 12 (e). It is formed by cutting.

第13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. 13 is a structural example of a conventional piezoelectric longitudinal vibrator 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14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 at a low applied voltage, a plurality of thin piezoelectric ceramic rings 116 'may be laminated to form a piezoelectric longitudinal vibrator 103' as shown in FIG.

[発明が解決しようとする課題] 第9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、接着による特性のばらつきが大きい。また、第
10図、第11図および第12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9図に示した圧電捩り振動
子102と第13図又は第14図に示した圧電縦振動子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 vibrator 102 shown in FIG. 9, since a plurality of piezoelectric ceramics are bonded, the characteristic variation due to the bonding is large. Also,
As shown in FIG. 10, FIG. 11, and FIG. 12, the processing for obtaining the piezoelectric torsional vibrator 102 was complicated and very costly. Further, when the torsional vibration and the longitudinal vibration are to be simultaneously obtained, the piezoelectric torsional vibrator 102 shown in FIG. 9 and the piezoelectric longitudinal vibrator 103 shown in FIG. 13 or 14 are bonded together. However, there has been a problem that the bonding cost is high due to the variation in the adhesion.

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、さらに同一の圧電素子に縦振
動子を形成した圧電縦−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。
Therefore, a technical problem of the present invention is to eliminate the drawbacks of the conventional piezoelectric torsional vibrator and the longitudinal-torsional composite vibrator described above, and to simplify the processing, eliminate the bonding process, and reduce the variation in the piezoelectric torsional vibrator. And an ultrasonic motor using a piezoelectric vertical-torsion composite vibrator in which a vertical vibrator is formed on the same piezoelectric element.

また、本発明の別の技術的課題は、中空状の圧電縦−
捩り複合振動子を用いることにより、中空部を貫通する
軸により二つのロータを前記圧電縦−捩り複合振動子の
両端部に圧接した2ロータ型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 that a hollow piezoelectric vertical
An object of the present invention is to provide a two-rotor type ultrasonic motor in which two rotors are pressed against both ends of the piezoelectric longitudinal-torsion composite vibrator by means of a shaft penetrating through the hollow portion by using the torsional composite vibrator.

[課題を解決するための手段] 本発明によれば、中心軸と該中心軸の回りに外周面を
有する棒状圧電セラミックスの該中心軸方向の中央部に
形成された圧電捩り振動子部と該圧電捩り振動子部の両
側に形成された一対の縦振動子部とをもち、該棒状圧電
セラミックスの両端に縦−捩り複合振動を励起する圧電
縦−捩り複合振動子と、該圧電縦−捩り複合振動子の少
なくとも一端に圧接され、前記縦−捩り複合振動を回転
運動に変換するロータとを備え、前記圧電捩り振動子部
は、該外周面に該中心軸に交差し、互いに平行に形成さ
れた複数の斜め電極をもち、該複数の斜め電極を用いて
該中央部を分極し、第1の周波数をもつ第1の交流駆動
電圧を印加して該棒状圧電セラミックスの両端に捩り振
動を励起するとともに、前記縦振動子部の夫々は、該外
周面に該中心軸に直交して平行に形成された複数の周電
極を夫々もち、該複数の周電極を用いて該圧電捩り振動
子部の両側を分極し、前記第1のの周波数と等しい周波
数をもつ第2の交流駆動電圧を印加して該棒状圧電セラ
ミックスの両端に伸縮振動を励起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, there is provided a piezoelectric torsional vibrator portion formed at a central portion in a direction of the central axis of a rod-shaped piezoelectric ceramic having a central axis and an outer peripheral surface around the central axis. A piezoelectric longitudinal-torsional composite vibrator having a pair of longitudinal vibrators formed on both sides of the piezoelectric torsional vibrator section and exciting longitudinal-torsional composite vibrations at both ends of the rod-shaped piezoelectric ceramic; A rotor that is pressed against at least one end of the composite vibrator and converts the longitudinal-torsional composite vibration into rotational motion, wherein the piezoelectric torsional vibrator portion is formed on the outer peripheral surface so as to intersect the central axis and be parallel to each other. A plurality of oblique electrodes, the central portion is polarized using the plurality of oblique electrodes, and a first AC drive voltage having a first frequency is applied to apply torsional vibration to both ends of the rod-shaped piezoelectric ceramic. Excited and the husband of the longitudinal vibrator part Each has a plurality of peripheral electrodes formed on the outer peripheral surface in a direction perpendicular to and parallel to the central axis, and polarizes both sides of the piezoelectric torsional vibrator using the plurality of peripheral electrodes, An ultrasonic motor characterized by applying a second AC drive voltage having a frequency equal to the frequency of (1) to excite stretching vibration at both ends of the rod-shaped piezoelectric ceramics is obtained.

[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] An ultrasonic motor of the present invention includes a piezoelectric longitudinal-torsion composite vibrator and a rotor.

圧電縦−捩り複合振動子は、中心軸とこの中心軸の回
りに外周面を有する棒状圧電セラミックスの中心軸方向
の中央部に形成された圧電捩り振動子部とこの圧電捩り
振動子部の両側に形成された一対の縦振動子部とをも
ち、この棒状圧電セラミックスの両端に縦−捩り複合振
動を励起する。
The piezoelectric longitudinal-torsional composite vibrator includes a piezoelectric torsional vibrator formed at a central portion in a central axis direction of a rod-shaped piezoelectric ceramic having a central axis and an outer peripheral surface around the central axis, and both sides of the piezoelectric torsional vibrator. And a pair of longitudinal vibrators formed to excite longitudinal and torsional combined vibrations at both ends of the rod-shaped piezoelectric ceramic.

一方、ロータは圧電縦−捩り複合振動子の少なくとも
一端に圧接され、縦−捩り複合振動を回転運動に変換す
る。
On the other hand, the rotor is pressed against at least one end of the piezoelectric longitudinal-torsional composite vibrator to convert the longitudinal-torsional composite vibration into rotary motion.

この圧電捩り振動子部は、この外周面にこの中心軸に
交差し、互いに平行に形成された複数の斜めの電極をも
ち、この複数の斜め電極を用いてこの棒状圧電セラミッ
クスの中央部を分極が施されている。
The piezoelectric torsional vibrator portion has a plurality of oblique electrodes formed on the outer peripheral surface thereof, which cross the center axis and are formed in parallel with each other. The central portion of the rod-shaped piezoelectric ceramic is polarized by using the plurality of oblique electrodes. Is given.

また、この圧電縦振動子部の夫々は、棒状圧電セラミ
ックスの外周面に中心軸に直交して平行に形成された複
数の周電極を夫々もち、この複数の周電極を用いてこの
圧電捩り振動子部の両側を夫々分極が施されている。
Each of the piezoelectric longitudinal vibrator portions has a plurality of peripheral electrodes formed on the outer peripheral surface of the rod-shaped piezoelectric ceramic in a direction perpendicular to the central axis and in parallel with the piezoelectric torsional vibration using the plurality of peripheral electrodes. Both sides of the child part are polarized.

このような、斜め電極に、第1の周波数をもつ第1の
交流駆動電圧を印加するとこの棒状圧電セラミックスの
両端には縦振動が励起される。
When a first AC drive voltage having a first frequency is applied to such oblique electrodes, longitudinal vibrations are excited at both ends of the rod-shaped piezoelectric ceramic.

また、周電極に前記第1の周波数と等しい周波数をも
つ第2の交流駆動電圧を印加すると、この棒状圧電セラ
ミックスの両端には、伸縮振動が励起される。
When a second AC drive voltage having a frequency equal to the first frequency is applied to the peripheral electrodes, stretching vibrations are excited at both ends of the rod-shaped piezoelectric ceramics.

従って、第1の交流駆動電圧と第2の交流駆動電圧を
夫々、対応する電極を印加すると、棒状圧電セラミック
スの両端に捩り振動と伸縮振動が複合された縦−捩り振
動が励起される。この縦−捩り振動は、ロータによりこ
のロータの軸の回り回転運動に変換される。
Accordingly, when the first AC drive voltage and the second AC drive voltage are respectively applied to the corresponding electrodes, longitudinal-torsional vibration in which torsional vibration and expansion / contraction vibration are combined at both ends of the rod-shaped piezoelectric ceramics is excited. This longitudinal-torsional vibration is converted by the rotor into rotational movement about the 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。後述する圧電縦−捩り複合振動子28
の中空部に軸7を貫通させ、この圧電縦−捩り複合振動
子28の内側で共振の節の部分で固定してある。軸7の両
端部に軸受8,8′により回転自在に支持されたローター
9,9′をスプリング10,10′を介してナット11,11′によ
り圧電縦−捩り振動子28の端面に夫々圧接することによ
り構成されている。
FIG. 1 is a perspective view showing the structure of an ultrasonic motor according to an embodiment of the present invention. Piezoelectric longitudinal-torsional composite vibrator 28 described later
The shaft 7 is penetrated through the hollow portion of the piezoelectric vibrator 28, and is fixed at the resonance node inside the piezoelectric longitudinal-torsional composite vibrator 28. Rotor rotatably supported by bearings 8, 8 'at both ends of shaft 7
9, 9 'are pressed against the end faces of the piezoelectric longitudinal-torsional vibrator 28 by nuts 11, 11' via springs 10, 10 '.

圧電縦−捩り振動子28は、捩り振動の共振の節の付置
となる中央部をリング状の支持枠30で支持することが可
能で、この場合には、安定な支持ができる。
The piezoelectric longitudinal-torsional vibrator 28 can support a central portion where a node of resonance of torsional vibration is attached by a ring-shaped support frame 30. In this case, 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縦−捩り複合振
動子の動作原理の図である。
FIGS. 2 (a), (b), (c) and (d) are diagrams showing the operating principle of a piezoelectric longitudinal-torsion composite vibrator used in an ultrasonic motor according to an 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の交差電
極18,19が形成され、それぞれ一つおきに第1及び第2
の共通電極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 cross electrodes 18 and 19, which cross each other, are formed on one surface of a piezoelectric ceramic plate 17, and the first and second cross electrodes 18 and 19 are provided every other one.
Are connected to the common electrodes 18 'and 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の直流電圧を印加
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。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。
2 (b), the dashed arrows indicate the direction of polarization when the polarization process is performed using such interdigital electrodes, and FIGS. 2 (c) and 2 (d) show the directions of polarization in FIG. The state of the distortion generated when a DC voltage is applied to the piezoelectric ceramic plate 17 subjected to the polarization treatment as shown in b) is shown, and the solid arrow indicates the direction of the electric field. As shown in FIG. 2 (c), when the polarity of the voltage is the same as the polarity of the voltage at the time of polarization, stretching strain occurs in the direction of the polarization, while the polarity of the voltage as shown in FIG. 2 (d). Is opposite to the polarity of the voltage at the time of polarization, 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
実線の矢印のように捩じれている場合に、圧電セラミッ
クス中空円柱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、しかも捩じれの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 distortion generated on the outer peripheral surface of the piezoelectric ceramic hollow cylinder 20 when both end surfaces of the piezoelectric ceramic hollow cylinder 20 are twisted as indicated by solid arrows in the figure. 45 for 20 axial directions
The expansion and contraction occur in the direction of the angle ゜, and in the direction of the arrow indicated by the dashed broken line, and the compression distortion occurs in the direction perpendicular to the direction indicated by the dashed line 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図に示したような第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、
圧電セラミックス中空円柱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, the first and second interdigital electrodes as shown in FIG. 2 are provided on the outer peripheral surface of the piezoelectric ceramic hollow cylinder 20 shown in FIG. When formed at an angle of 45 ° with respect to the length direction of the hollow cylinder 20, polarization processing is performed using the first and second interdigital electrodes, and 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 during polarization,
The piezoelectric ceramic hollow cylinder 20 is twisted in one direction, and is twisted in the opposite direction when the polarity of the voltage is opposite to the polarity of the voltage at the time of polarization.

さらに、圧電セラミックス中空円柱20の外周面に、第
2図に示したような第1及び第2の交差指電極を交差指
の方向が圧電セラミックス中空円柱20の円周方向と平行
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圧電セラ
ミックス中空円柱20は長さ方向に伸び、電圧の極性が分
極時の電圧の極性と逆の場合は逆に長さ方向に縮む。
Further, on the outer peripheral surface of the piezoelectric ceramic hollow cylinder 20, first and second interdigital electrodes as shown in FIG. 2 are formed so that the direction of the intersecting fingers is parallel to the circumferential direction of the piezoelectric ceramic hollow cylinder 20. When a polarization process is performed using the first and second interdigital electrodes and a DC voltage is applied to the same interdigital electrode,
When the polarity of the voltage is the same as the polarity of the voltage at the time of polarization, the piezoelectric ceramic hollow cylinder 20 extends in the length direction, and when the polarity of the voltage is opposite to the polarity of the voltage at the time of polarization, it contracts in the length direction.

第4図は本発明の実施例に係る超音波モータに用いら
れる圧電縦−捩り複合振動子部の一例を示す斜視図であ
る。この図において、圧電縦−捩り複合振動子部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長
さ方向に対して45゜の角度となるように、互いに交差す
る複数の第1及び第2の斜め電極22および23が形成さ
れ、それぞれ第1及び第2の共通電極22′および23′に
接続されて、捩り振動子部21aを形成している。
FIG. 4 is a perspective view showing an example of a piezoelectric vertical-torsion composite vibrator used in the ultrasonic motor according to the embodiment of the present invention. In this figure, the piezoelectric longitudinal-torsion composite vibrator section 21
A plurality of first and second oblique electrodes 22 and 23 intersecting each other are formed on the outer peripheral surface of the central portion of the piezoelectric ceramic hollow cylinder 20 'at an angle of 45 ° with respect to the length direction. The torsional vibrator portion 21a is formed by being connected to the first and second common electrodes 22 'and 23'.

さらに、この45゜の交差指電極の両側の部分の外周面
に円周方向と平行に複数の第1及び第2の周電極24,25
及び26,27が形成され、夫々同じ番号の電極が電気的に
接続され、一対の縦振動子部21b,21cを形成している。
Further, a plurality of first and second peripheral electrodes 24 and 25 are provided on the outer peripheral surface of both sides of the 45 ° interdigital electrode in parallel with the circumferential direction.
And 26 and 27 are formed, and the electrodes of the same number are electrically connected to each other to form a pair of longitudinal vibrator portions 21b and 21c.

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分極処理を施した後、こ
の複合振動子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
After applying a DC high voltage between 23 'and applying a polarization process, if an AC voltage having a frequency equal to the resonance frequency of this composite vibrator is applied, the piezoelectric ceramic hollow cylinder 20' resonates so that both ends are twisted. I do.

同様にして第1及び第2の周電極24及び25間,及び第
3及び第4の周電極26及び27間の夫々に直流高電圧を印
加して分極処理を施した後、上記捩りの共振周波数に等
しい交流電圧を印加すれば圧電セラミックス中空円柱2
0′は捩りの共振周波数でこの圧電セラミックス中空円
柱20′の長さ方向に伸縮振動(縦振動)する。縦振動に
対しては共振周波数と異なった周波数となるため、縦方
向の振動振幅は共振時の振幅よりかなり小さくなるが実
用的には充分な振幅が得られる。
Similarly, after applying a DC high voltage between the first and second peripheral electrodes 24 and 25 and between the third and fourth peripheral electrodes 26 and 27 to perform polarization processing, the torsional resonance is performed. If an AC voltage equal to the frequency is applied, the piezoelectric ceramic hollow cylinder 2
Numeral 0 'indicates a torsional resonance frequency, which causes expansion and contraction vibration (longitudinal vibration) in the length direction of the hollow column 20'. Since the longitudinal vibration has a frequency different from the resonance frequency, the longitudinal vibration amplitude is considerably smaller than the amplitude at the time of resonance, but a practically sufficient amplitude can be obtained.

第5図は第5図の実施例に係る超音波モータに用いら
れる圧電縦−捩り複合振動子の一構造例を示す斜視図で
ある。この図において、、圧電縦−捩り複合振動子は、
第4図に示した圧電縦−捩り複合振動子部21をほぼ中央
部に有する棒状圧電セラミックスからなる圧電縦−捩り
複合振動子28の両側に耐磨耗性の部材29,29′を接合し
て構成される。この場合、圧電縦−捩り複合振動子28の
振動状態は、第6図(a)に示すようになる。即ち、捩
り振動に対しては、圧電縦−捩り複合振動子28の中央部
が振動の節になる。
FIG. 5 is a perspective view showing an example of the structure of a piezoelectric longitudinal-torsion composite vibrator used in the ultrasonic motor according to the embodiment of FIG. In this figure, the piezoelectric longitudinal-torsional composite vibrator is
Abrasion-resistant members 29, 29 'are joined to both sides of a piezoelectric longitudinal-torsion composite vibrator 28 made of rod-shaped piezoelectric ceramics having a piezoelectric longitudinal-torsion composite vibrator portion 21 substantially at the center shown in FIG. It is composed. In this case, the vibration state of the piezoelectric longitudinal-torsion composite vibrator 28 is as shown in FIG. That is, for torsional vibration, the central portion of the piezoelectric longitudinal-torsional composite vibrator 28 becomes a node of the vibration.

第6図(a)から分かるように、圧電縦−捩り複合振
動子28の両端部は、逆向きに捩じれる。また、縦振動に
対しては、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−捩り複合振動子28の両端部は
逆向きに捩じれる。また、縦振動に対しては、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−捩り複合振動子28の両端部は、捩りの共振と同期
して長さ方向の伸縮振動をする。このとき、圧電縦−捩
り複合振動子21の両側に形成された縦捩振動子部それぞ
れに印加する電圧の極性を逆向きにすると、伸縮歪みの
方向は、第6図(b)に示すようになる。したがって、
圧電縦−捩り複合振動子28の端部が振動の節の位置から
両側に伸びるときの捩り振動の変位の向きが同じにな
り、圧電縦−捩り複合振動子28の端部に同じ向きの楕円
運動振動が発生する。この場合に捩り振動の印加電圧ま
たは縦振動印加電圧の位相を180゜変化させると楕円振
動の向きが逆転する。
As can be seen from FIG. 6 (a), both ends of the piezoelectric longitudinal-torsion composite vibrator 28 are twisted in opposite directions. When the frequency of the applied voltage is the same as the resonance frequency of the torsional vibration, both ends of the piezoelectric longitudinal-torsional composite vibrator 28 are twisted in opposite directions. As for the longitudinal vibration, when the frequency of the applied voltage is the same as the resonance frequency of the torsional vibration, both ends of the piezoelectric longitudinal-torsional composite vibrator 28 oscillate in the longitudinal direction in synchronization with the torsional resonance. do. At this time, if the polarity of the voltage applied to each of the longitudinal torsional vibrator portions formed on both sides of the piezoelectric longitudinal-torsion composite vibrator 21 is reversed, the direction of the expansion / contraction strain is as shown in FIG. 6 (b). become. Therefore,
The direction of displacement of the torsional vibration when the end of the piezoelectric longitudinal-torsional composite vibrator 28 extends to both sides from the position of the vibration node becomes the same. Motion vibration occurs. In this case, when the phase of the applied voltage of the torsional vibration or the applied voltage of the longitudinal vibration is changed by 180 °, the direction of the elliptical vibration 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
圧電縦振動子及び捩り振動子として、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可
能な棒状圧電セラミックスを用いて、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
電捩り振動子及び圧電縦振動子が一体形状として得られ
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縦−捩り複合振動子が得
られる。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, a piezoelectric vertical vibrator for an ultrasonic motor and a torsional vibrator can be easily manufactured by a press molding technique generally applied generally. By applying electrode printing, which is also a common technique, to these outer peripheral surfaces using rod-shaped piezoelectric ceramics, a piezoelectric torsional vibrator and a piezoelectric longitudinal vibrator can be obtained in an integrated shape, making it easy to manufacture and a bonding process. And a piezoelectric longitudinal-torsional composite vibrator with less variation in characteristics due to complicated processing steps.

また、本発明によれば、圧電縦−捩り複合振動子の形
状がパイプ状である場合には、中空部に軸を貫通させ、
2つのローターを同時に回転させる方式の超音波モータ
ができる。
Further, according to the present invention, when the shape of the piezoelectric longitudinal-torsion composite vibrator is a pipe shape, the shaft is penetrated through the hollow portion,
An ultrasonic motor of a type in which two rotors are simultaneously rotated can be obtained.

このように、圧電縦−捩り複合振動子を用いて超音波
モータを構成すれば構造が簡単で、特性のばらつきの少
ない超音波モータが得られ、実用的な効果が大きい。
As described above, if the ultrasonic motor is constituted by using the piezoelectric longitudinal-torsion composite vibrator, an ultrasonic motor having a simple structure and little variation in characteristics can be obtained, and the practical effect is large.

【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縦−捩り複合振動子の構造
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振動子の構造例を示す斜視
図、第6図(a)は第5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6図(b)は第
5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7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8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9図は従来の捩り
振動子の構造を示す斜視図、第10図および第11図は従来
の捩り振動子の製造工程の説明図、第12図(a),
(b),(c),(d),(e)は従来の捩り振動子の
製造工程の説明図、第13図は従来の縦振動子の構造を示
す斜視図、第14図は従来の縦振動子の他の構造を示す斜
視図である。 図中、1……圧電縦−捩り複合振動子、2……圧電捩り
振動子、3……圧電縦−振動子、4,5,6……金属中空円
柱、7……軸、8,8′……軸受、9,9′……ローター、1
0,10′……スプリング、11,11′……ナット、17……圧
電セラミックス薄板、18,19……交差指電極、18′,19′
……共通電極、20……中空円柱状弾性体、20′……圧電
セラミックス中空円柱、21……縦−捩り複合振動子部、
21a……捩り振動子部、21b,21c……縦振動子部、22,23
……捩り振動子用交差指電極、22′,23′……共通電
極、24,25,26,27……縦振動子用交差指電極、28……圧
電縦−捩り複合振動子、29,29′……耐磨耗材、30……
支持枠、101……圧電縦−捩り複合振動子、102……圧電
捩り振動子、103,103′……圧電縦−振動子、104,105,1
06……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、116,116′
……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 interdigital electrodes. FIG. 3 is an explanatory diagram of a state of occurrence of distortion when application is performed, FIG. 3 is an explanatory diagram of a state of occurrence of distortion when a hollow cylinder of piezoelectric ceramics is twisted, and FIG. FIG. 5 is a perspective view showing the structure of a torsional composite vibrator, FIG. 5 is a perspective view showing a structural example of a pipe-shaped Langevin vibrator used in the ultrasonic motor of the present invention, and FIG. FIG. 6 (b) is a diagram showing the relative magnitude of the torsional displacement of the torsional composite vibrator, and FIG. 6 (b) is a diagram showing the relative magnitude of the elongation displacement of the piezoelectric longitudinal-torsional composite vibrator of FIG. FIG. 7 is a perspective view showing the structure of a conventional longitudinal-twist type Langevin type vibrator, and FIG. 8 is the structure of a conventional longitudinal-twist type ultrasonic motor. Perspective view, FIG. 9 is a perspective view showing a structure of a conventional torsional vibrator, FIGS. 10 and 11 are explanatory views of manufacturing steps of a conventional torsional vibrator, Figure 12 showing (a),
(B), (c), (d) and (e) are explanatory views of the manufacturing process of a conventional torsional vibrator, FIG. 13 is a perspective view showing the structure of a conventional vertical vibrator, and FIG. It is a perspective view which shows other structures of a vertical vibrator. In the figure, 1 ... piezoelectric vertical-torsional oscillator, 2 ... piezoelectric torsional oscillator, 3 ... piezoelectric vertical-oscillator, 4,5,6 ... metal hollow cylinder, 7 ... shaft, 8,8 '... Bearing, 9,9' ... Rotor, 1
0,10 '... Spring, 11,11' ... Nut, 17 ... Piezoelectric ceramic thin plate, 18,19 ... Cross finger electrode, 18 ', 19'
... common electrode, 20 ... hollow cylindrical elastic body, 20 '... piezoelectric ceramic hollow cylinder, 21 ... vertical-torsion composite vibrator part,
21a: torsional vibrator, 21b, 21c: vertical vibrator, 22, 23
…… intersecting finger electrodes for torsional vibrators, 22 ′, 23 ′ …… common electrodes, 24,25,26,27 …… intersecting finger electrodes for longitudinal vibrators, 28 …… piezoelectric longitudinal-torsional composite vibrators, 29, 29 '…… Abrasion resistant material, 30 ……
Support frame, 101: piezoelectric longitudinal-torsional composite vibrator, 102: piezoelectric torsional vibrator, 103, 103 ': piezoelectric longitudinal-vibrator, 104, 105, 1
06 ... Metal hollow cylinder, 107 ... Shaft, 108 ... Bearing, 109 ...
... rotor, 110 ... spring, 111 ... nut, 112
…… Fan type piezoelectric ceramics plate, 113,114 …… Piezoelectric ceramics plate, 115 …… Piezoelectric ceramics plate prism, 116,116 ′
... Piezoelectric ceramic rings.

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−22875(JP,A) 特開 平3−22877(JP,A) 特開 平3−40765(JP,A) 特開 平3−40766(JP,A) 特許2691617(JP,B2) 特許2729828(JP,B2) 特許2729829(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H02N 2/00Continuation of the front page (56) References JP-A-3-22875 (JP, A) JP-A-3-22877 (JP, A) JP-A-3-40765 (JP, A) JP-A-3-40766 (JP) , A) Patent 2691617 (JP, B2) Patent 2729828 (JP, B2) Patent 2729829 (JP, B2) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) H02N 2/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】中心軸と該中心軸の周りに外周面を有する
棒状圧電セラミックスの該中心軸方向の中央部に形成さ
れた圧電捩り振動子部と該圧電捩り振動子部の両側に形
成された一対の縦振動子部とをもち、該棒状圧電セラミ
ックスの両端に縦−捩り複合振動を励起する圧電縦−捩
り複合振動子と、 該圧電縦−捩り複合振動子の少なくとも一端に圧接さ
れ、前記縦−捩り複合振動を回転運動に変換するロータ
とを備え、 前記圧電捩り振動子部は、該外周面に該中心軸に交差
し、互いに平行に形成された複数の斜め電極をもち、該
複数の斜め電極を用いて該中央部を分極し、第1の周波
数をもつ第1の交流駆動電圧を印加して該棒状圧電セラ
ミックスの両端に捩り振動を励起するとともに、 前記縦振動子部の夫々は、該外周面に該中心軸に直交し
て平行に形成された複数の周電極を夫々もち、該複数の
周電極を用いて該圧電捩り振動子部の両側を分極し、前
記第1のの周波数と等しい周波数をもつ第2の交流駆動
電圧を印加して該棒状圧電セラミックスの両端に伸縮振
動を励起することを特徴とする超音波モータ。
1. A piezoelectric torsional vibrator portion formed at a center portion of a rod-shaped piezoelectric ceramic having a central axis and an outer peripheral surface around the central axis in the central axis direction, and formed on both sides of the piezoelectric torsional vibrator portion. A pair of longitudinal vibrators, a piezoelectric longitudinal-torsional composite vibrator that excites longitudinal-torsional composite vibration at both ends of the rod-shaped piezoelectric ceramics, and is pressed against at least one end of the piezoelectric longitudinal-torsional composite vibrator; A rotor that converts the longitudinal-torsional composite vibration into a rotational motion, the piezoelectric torsional vibrator portion has a plurality of oblique electrodes formed on the outer peripheral surface so as to intersect with the central axis and be formed in parallel with each other. The central portion is polarized using a plurality of oblique electrodes, a first AC drive voltage having a first frequency is applied to excite torsional vibration at both ends of the rod-shaped piezoelectric ceramic, and Each is perpendicular to the central axis on the outer peripheral surface A plurality of peripheral electrodes formed in parallel with each other, and using the plurality of peripheral electrodes to polarize both sides of the piezoelectric torsional vibrator portion, to form a second AC drive having a frequency equal to the first frequency. An ultrasonic motor, wherein a voltage is applied to excite stretching vibration at both ends of the rod-shaped piezoelectric ceramic.
JP1152112A 1989-06-16 1989-06-16 Ultrasonic motor Expired - Fee Related JP2832614B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP1152112A JP2832614B2 (en) 1989-06-16 1989-06-16 Ultrasonic motor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP1152112A JP2832614B2 (en) 1989-06-16 1989-06-16 Ultrasonic motor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH0322876A JPH0322876A (en) 1991-01-31
JP2832614B2 true JP2832614B2 (en) 1998-12-09

Family

ID=15533322

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP1152112A Expired - Fee Related JP2832614B2 (en) 1989-06-16 1989-06-16 Ultrasonic motor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2832614B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3070523B2 (en) * 1997-05-30 2000-07-31 日本電気株式会社 Wireless communication equipment

Also Published As

Publication number Publication date
JPH0322876A (en) 1991-01-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3823340B2 (en) Vibration motor
JP3122882B2 (en) Ultrasonic motor
JP2832614B2 (en) Ultrasonic motor
JP3122881B2 (en) Ultrasonic motor
JP2729828B2 (en) Ultrasonic motor
JP2729829B2 (en) Ultrasonic motor
JP2832613B2 (en) Ultrasonic motor
JP2691617B2 (en) Ultrasonic motor
JPH0340765A (en) Ultrasonic motor
JP2867269B2 (en) Piezoelectric composite vibrator
JPH0514512B2 (en)
JP3168430B2 (en) Ultrasonic motor
JP3141210B2 (en) Ultrasonic motor
JPH072033B2 (en) Ultrasonic motor
JP2995665B2 (en) Ultrasonic motor
JP2816851B2 (en) Piezoelectric torsional displacement element, piezoelectric expansion / contraction displacement element, and piezoelectric composite displacement element
JPH0522966A (en) Ultrasonic motor
JP2903425B2 (en) Ultrasonic motor
JPS62277079A (en) Piezoelectric driving device
JP2929224B2 (en) Ultrasonic motor
JPH0663773B2 (en) Piezoelectric vibration gyro
JP3141209B2 (en) Ultrasonic motor
JPH072229B2 (en) Piezoelectric elliptical motion oscillator
JPH0522961A (en) Ultrasonic motor
JPH0628951Y2 (en) Piezoelectric actuator

Legal Events

Date Code Title Description
LAPS Cancellation because of no payment of annual fees