JP5029948B2 - Ultrasonic motor - Google Patents

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Description

本発明は、超音波モータに関するものである。   The present invention relates to an ultrasonic motor.

従来から、圧電素子の振動を利用する超音波モータが用いられている。この超音波振動子は、磁気の影響を受けず、小型であり、高いトルクを有し、高い応答速度を有し、かつ、無通電状態において停止しているなど、電磁モータとは異なる様々な特徴を有している。そのため、超音波振動子は、特に携帯電話のオートフォーカス駆動機構等のための有望な素子である。   Conventionally, an ultrasonic motor using vibration of a piezoelectric element has been used. This ultrasonic vibrator is not affected by magnetism, is small in size, has a high torque, has a high response speed, and is stopped in a non-energized state. It has characteristics. Therefore, the ultrasonic transducer is a promising element particularly for an autofocus drive mechanism of a mobile phone.

超音波振動子が円筒形のロータの内周面に接触している構造、すなわち内接構造を有する超音波モータは、ロータ専用の支持機構を設ける必要がなく、円筒ロータの径が同一であれば、超音波振動子が円筒形のロータの外周面に接触している構造、すなわち外接構造を有する超音波モータに比較して、部品点数を低減することができる。そのため、超音波モータの体積を小さくすることが可能である。   A structure in which an ultrasonic transducer is in contact with the inner peripheral surface of a cylindrical rotor, that is, an ultrasonic motor having an inscribed structure, does not require a dedicated support mechanism for the rotor, and the diameter of the cylindrical rotor is the same. For example, the number of parts can be reduced as compared with an ultrasonic motor having a structure in which the ultrasonic vibrator is in contact with the outer peripheral surface of the cylindrical rotor, that is, an external structure. Therefore, it is possible to reduce the volume of the ultrasonic motor.

図28は、特開平1−81671号公報において開示されている超音波モータ900であって、前述のロータ専用の支持機構を有していない内接構造の超音波モータの一例を示している。超音波モータ900は、1次縦振動および2次屈曲振動のそれぞれが同一周波数で生じるように設計されたステータ901を有している。ステータ901には、位相が90°異なる2つの交流信号が印加される。それにより、ステータ901が楕円振動するとともに、ステータ901からロータ902へ楕円運動が伝達される。その結果、ロータ902が回転する。また、ロータ902は、ボルト903を用いて、ロータ902の内周が小さくなるように締め付けられている。それにより、静的な圧縮応力がロータ902からステータ901へかけられている。
特開平1−81671号公報
FIG. 28 shows an example of an ultrasonic motor 900 disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 1-81671, which has an inscribed structure that does not have a support mechanism dedicated to the rotor. The ultrasonic motor 900 has a stator 901 designed such that each of the primary longitudinal vibration and the secondary bending vibration is generated at the same frequency. Two AC signals having a phase difference of 90 ° are applied to the stator 901. As a result, the stator 901 elliptically vibrates and elliptical motion is transmitted from the stator 901 to the rotor 902. As a result, the rotor 902 rotates. Further, the rotor 902 is tightened by using bolts 903 so that the inner periphery of the rotor 902 becomes small. Thereby, a static compressive stress is applied from the rotor 902 to the stator 901.
JP-A-1-81671

特開平1−81671号公報に開示された超音波モータ900においては、ロータ902の回転に起因したロータ902またはステータ901の摩耗を低減すること必要であるとともに、それらの製造誤差に起因した悪影響を補償することが必要である。そのため、ロータ902からステータ901へかけられている圧縮応力(予圧)を調整することが必要である。この調整においては、ボルト903の締め付け力を調整することが必要である。   In the ultrasonic motor 900 disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 1-81671, it is necessary to reduce the wear of the rotor 902 or the stator 901 due to the rotation of the rotor 902, and adverse effects due to their manufacturing errors. It is necessary to compensate. Therefore, it is necessary to adjust the compressive stress (preload) applied from the rotor 902 to the stator 901. In this adjustment, it is necessary to adjust the tightening force of the bolt 903.

しかしながら、この調整によれば、ロータ902の径が変化してしまう。したがって、ロータ902の径を一定に維持することが必要である場合においては、ボルト903の締め付け力の調整を行うことができないという問題が生じる。また、ボルト903の締め付け力の調整によれば、ロータ902を構成する材料の弾性変形領域においてのみ、ロータ902とステータ901との間に生じる力を変更することが可能である。たとえば、セラミックなどの脆い材料をロータ材料として用いる場合には、ロータ902からステータ901へ大きな力をかけることによって互いの間に生じる力を調整することが非常に困難である。   However, this adjustment changes the diameter of the rotor 902. Therefore, when it is necessary to keep the diameter of the rotor 902 constant, there arises a problem that the tightening force of the bolt 903 cannot be adjusted. Further, according to the adjustment of the tightening force of the bolt 903, the force generated between the rotor 902 and the stator 901 can be changed only in the elastic deformation region of the material constituting the rotor 902. For example, when a brittle material such as ceramic is used as the rotor material, it is very difficult to adjust the force generated between each other by applying a large force from the rotor 902 to the stator 901.

さらに、上述の超音波モータ900においては、ロータ902が完全な円筒ではなく、圧縮応力を調整するための部位において、ロータ902が継ぎ目を有している。そのため、継ぎ目の位置においては、ロータ902とステータ901とが接触していないため、駆動力が得られない。したがって、ロータ902の円周全体にわたって均一な回転特性(回転速度、トルク)を得ることが困難である。   Further, in the ultrasonic motor 900 described above, the rotor 902 is not a complete cylinder, and the rotor 902 has a seam at a portion for adjusting the compressive stress. Therefore, since the rotor 902 and the stator 901 are not in contact with each other at the joint position, a driving force cannot be obtained. Therefore, it is difficult to obtain uniform rotation characteristics (rotation speed, torque) over the entire circumference of the rotor 902.

さらに、上述の超音波モータ900においては、1次縦振動および2次屈曲振動を同時に生じさせるために、図28に示されるように、長辺(D)に対するステータ901の短辺(W)の比(W/D)を0.26にすることが必要であるため、ロータ902の回転面内(x−y面)のステータ901の大きさはロータ902の径によって決定されてしまう。このため、ステータ901の占有面積は、ステータ901の存在する高さにおけるロータ902の内径によって決定されてしまう。   Further, in the above-described ultrasonic motor 900, in order to simultaneously generate the primary longitudinal vibration and the secondary bending vibration, as shown in FIG. 28, the short side (W) of the stator 901 with respect to the long side (D). Since the ratio (W / D) needs to be 0.26, the size of the stator 901 in the rotation plane of the rotor 902 (xy plane) is determined by the diameter of the rotor 902. For this reason, the occupation area of the stator 901 is determined by the inner diameter of the rotor 902 at the height where the stator 901 exists.

さらに、上述の超音波モータ900によれば、図29に示されるように、ロータ902を支持する2点を結ぶ直線がロータ902の中心Oを横切っている。この構成によれば、z軸方向、すなわち紙面に垂直な方向の力が、ステータ901とロータ902との接点の位置以外の位置に加えられると、白抜き矢印R1およびR2で示されるように、ロータ902がy軸まわりに回転してしまう。   Furthermore, according to the ultrasonic motor 900 described above, as shown in FIG. 29, a straight line connecting two points that support the rotor 902 crosses the center O of the rotor 902. According to this configuration, when a force in the z-axis direction, that is, a direction perpendicular to the paper surface is applied to a position other than the position of the contact point between the stator 901 and the rotor 902, as indicated by the white arrows R1 and R2, The rotor 902 rotates around the y axis.

さらに、上述の超音波モータ900においては、ロータ902とステータ901とが2点のみで接触しているため、図30に示されるように、ステータ901またはロータ902が磨耗すると、ステータ901が、ロータ902に対して、横滑りする、すなわちxy平面内において位置ずれするおそれがある。この横滑りに起因して、ステータ901がロータ902に食い込んだり、2接点を結ぶ直線がロータの中心からずれてしまったりする。それにより、ロータ902がy軸まわりに回転してしまう。その結果、ロータ902が連続的に回転することができなくなるおそれがある。   Further, in the ultrasonic motor 900 described above, the rotor 902 and the stator 901 are in contact with each other only at two points. Therefore, when the stator 901 or the rotor 902 is worn as shown in FIG. There is a risk of skidding with respect to 902, that is, displacement in the xy plane. Due to this skidding, the stator 901 bites into the rotor 902, and the straight line connecting the two contact points shifts from the center of the rotor. As a result, the rotor 902 rotates around the y axis. As a result, the rotor 902 may not be able to rotate continuously.

なお、前述の問題に類似する問題が、超音波振動子が円形の内周面を有する固定部材の内周面に沿って回転する超音波モータにも生じる。   A problem similar to the above-described problem also occurs in an ultrasonic motor in which an ultrasonic transducer rotates along the inner peripheral surface of a fixing member having a circular inner peripheral surface.

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、回転運動の全円周にわたって実質的に同一の回転特性を得ることができる内接型の超音波モータを提供することである。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to provide an inscribed ultrasonic motor capable of obtaining substantially the same rotational characteristics over the entire circumference of the rotational motion. It is.

また、前述の問題に類似する問題が、リニア可動子または超音波振動子が往復直線運動する内接型の超音波モータにも生じる。したがって、本発明の他の目的は、リニア可動子または超音波振動子の直線往復運動の全長にわたって実質的に同一の運動特性を得ることができる内接型のリニア超音波モータを提供することである。   In addition, a problem similar to the above-described problem also occurs in an inscribed ultrasonic motor in which a linear mover or an ultrasonic transducer moves back and forth linearly. Accordingly, another object of the present invention is to provide an inscribed linear ultrasonic motor capable of obtaining substantially the same motion characteristics over the entire length of linear reciprocation of a linear mover or ultrasonic transducer. is there.

本発明の一の局面の超音波モータは、平面視において円形の内周面を有するロータと、内周面に2以上の点で接触する1または2以上の超音波振動子と、1または2以上の超音波振動子のそれぞれに接続された接続部材とを備えている。また、超音波モータは、それぞれが、接続部材に設けられ、ロータを内周面の接線方向に移動させながら、1または2以上の超音波振動子と協働してロータの回転中心の位置を維持し得るように内周面に1点で接触する、1以上の接触機構を備えている。さらに、超音波モータは、1または2以上の超音波振動子上の2以上の点および1以上の接触機構のそれぞれ上の1点をロータの中心から内周面に向かって押し付けるように接続部材を弾性変形させ得る押付機構を備えている。   An ultrasonic motor according to one aspect of the present invention includes a rotor having a circular inner peripheral surface in a plan view, one or more ultrasonic vibrators that contact the inner peripheral surface at two or more points, and one or two. A connecting member connected to each of the ultrasonic transducers. Each of the ultrasonic motors is provided on the connecting member, and the position of the rotation center of the rotor is set in cooperation with one or two or more ultrasonic vibrators while moving the rotor in the tangential direction of the inner peripheral surface. One or more contact mechanisms that contact the inner peripheral surface at one point so as to be maintained are provided. Further, the ultrasonic motor is a connecting member that presses two or more points on one or more ultrasonic transducers and one point on each of the one or more contact mechanisms from the center of the rotor toward the inner peripheral surface. Is provided with a pressing mechanism that can be elastically deformed.

上記の構成によれば、少なくとも3点が、押付機構によって、ロータの中心から内壁面に向かって押し付けられる。そのため、2点がロータに押し付けられる場合に比較して、ロータの全周にわたって均一な回転特性が得られ易くなる。さらに、ロータの内周面が3以上の点で支持されているため、ロータ回転面内における超音波振動子とロータとの間の滑りおよびロータ回転面に対して垂直な方向における超音波振動子とロータとの間の滑りが、ロータの内周面が2点で支持されている場合に比較して小さくなる。その結果、超音波振動子とロータとの間における安定した接触状態を維持し易くなる。   According to the above configuration, at least three points are pressed from the center of the rotor toward the inner wall surface by the pressing mechanism. Therefore, compared with the case where two points are pressed against the rotor, uniform rotational characteristics can be easily obtained over the entire circumference of the rotor. Furthermore, since the inner peripheral surface of the rotor is supported at three or more points, the ultrasonic transducer in the direction perpendicular to the rotor rotation surface and slip between the ultrasonic transducer and the rotor in the rotor rotation surface. Slip between the rotor and the rotor is smaller than when the inner peripheral surface of the rotor is supported at two points. As a result, it is easy to maintain a stable contact state between the ultrasonic transducer and the rotor.

また、超音波モータは、1または2以上の超音波振動子のそれぞれが長方形の平板形状を有し、2以上の点が長方形の2以上の角部上の点または2以上の角部にそれぞれ設けられた2以上の突起上の点であってもよい。これによれば、簡単な構成で1の超音波振動子上の2点をロータの内周面に接触させることができる。   Further, in the ultrasonic motor, each of one or two or more ultrasonic transducers has a rectangular flat plate shape, and two or more points are respectively formed on two or more corners of the rectangle or two or more corners. It may be a point on two or more provided projections. According to this, two points on one ultrasonic transducer can be brought into contact with the inner peripheral surface of the rotor with a simple configuration.

また、超音波モータは、1または2以上の超音波振動子のそれぞれが円弧状をなしており、2以上の点が、円弧状の外周面上に設けられた2つの突起のそれぞれ上の点または2つの突起のそれぞれに設けられた突起上の点であってもよい。これによれば、同一体積の長方形の平板形状を有する超音波振動子を用いる場合に比較して、内周面の法線方向および接線方向における超音波振動子の振幅が大きくなるため、高いパワーを発生させることができる。   Further, in the ultrasonic motor, each of one or two or more ultrasonic transducers has an arc shape, and two or more points are points on two projections provided on the outer peripheral surface of the arc shape. Or the point on the processus | protrusion provided in each of 2 processus | protrusions may be sufficient. According to this, since the amplitude of the ultrasonic transducer in the normal direction and the tangential direction of the inner peripheral surface is larger than when using an ultrasonic transducer having a rectangular flat plate shape with the same volume, a high power Can be generated.

本発明の他の局面の超音波モータは、平面視において円形の内周面を有する固定部材と、内周面に2以上の点で接触する1または2以上の超音波振動子と、1または2以上の超音波振動子のそれぞれに接続された接続部材とを備えている。また、超音波モータは、それぞれが、接続部材に設けられ、内周面の接線方向に移動しながら、1または2以上の超音波振動子と協働して1または2以上の超音波振動子のロータの内周面に沿った回転の中心位置を維持し得るように内周面に1点で接触する、1以上の接触機構を備えている。さらに、超音波モータは、1または2以上の超音波振動子上の2以上の点および1以上の接触機構のそれぞれ上の1点をロータの中心から内周面に向かって押し付けるように接続部材を弾性変形させ得る押付機構を備えている。   An ultrasonic motor according to another aspect of the present invention includes a fixing member having a circular inner peripheral surface in plan view, one or more ultrasonic vibrators that contact the inner peripheral surface at two or more points, A connection member connected to each of the two or more ultrasonic transducers. In addition, each of the ultrasonic motors is provided on the connection member, and moves in the tangential direction of the inner peripheral surface while cooperating with the one or two or more ultrasonic vibrators. One or more contact mechanisms are provided that contact the inner peripheral surface at one point so that the center position of rotation along the inner peripheral surface of the rotor can be maintained. Further, the ultrasonic motor is a connecting member that presses two or more points on one or more ultrasonic transducers and one point on each of the one or more contact mechanisms from the center of the rotor toward the inner peripheral surface. Is provided with a pressing mechanism that can be elastically deformed.

上記の構成によれば、前述の一の局面の発明と同様に、ロータの全周にわたって均一な回転特性が得られ易くなるとともに、超音波振動子とロータとの間における安定した接触状態を維持し易くなる。   According to the above configuration, as in the invention of the aforementioned one aspect, uniform rotation characteristics can be easily obtained over the entire circumference of the rotor, and a stable contact state between the ultrasonic transducer and the rotor is maintained. It becomes easy to do.

本発明の他の局面の超音波モータは、平面視において互いに平行な2つの内壁面を有するリニア可動子と、2つの内壁面に2以上の点で接触する1または2以上の超音波振動子と、1または2以上の超音波振動子のそれぞれに接続された接続部材とを備えている。また、超音波モータは、それぞれが、接続部材に設けられ、1または2以上の超音波振動子と協働してリニア可動子を2つの内壁面のそれぞれに平行に移動させ得る状態を維持し得るように、2つの内壁面のいずれかに1点で接触する、1以上の接触機構を備えている。さらに、超音波モータは、1または2以上の超音波振動子上の2以上の点および1以上の接触機構のそれぞれ上の1点を2つの内壁面に対して押し付けるように接続部材を弾性変形させ得る押付機構を備えている。   An ultrasonic motor according to another aspect of the present invention includes a linear movable element having two inner wall surfaces that are parallel to each other in plan view, and one or more ultrasonic vibrators that are in contact with the two inner wall surfaces at two or more points. And a connection member connected to each of the one or two or more ultrasonic transducers. Each of the ultrasonic motors is provided on the connection member, and maintains a state in which the linear movable element can be moved in parallel with each of the two inner wall surfaces in cooperation with one or more ultrasonic vibrators. As can be obtained, one or more contact mechanisms that contact at any one of the two inner wall surfaces are provided. Further, the ultrasonic motor elastically deforms the connecting member so as to press two or more points on one or more ultrasonic transducers and one point on each of one or more contact mechanisms against two inner wall surfaces. A pressing mechanism is provided.

上記の構成によれば、リニア可動子の内壁面の全長にわたって均一な移動特性が得られ易くなるとともに、超音波振動子とリニア可動子との間における安定した接触状態を維持し易くなる。   According to the above configuration, uniform movement characteristics can be easily obtained over the entire length of the inner wall surface of the linear movable element, and a stable contact state between the ultrasonic transducer and the linear movable element can be easily maintained.

超音波モータは、平面視において互いに平行な2つの内壁面を有する固定部材と、2つの内壁面に2以上の点で接触する1または2以上の超音波振動子と、1または2以上の超音波振動子のそれぞれに接続された接続部材とを備えている。また、超音波モータは、それぞれが、接続部材に設けられ、1または2以上の超音波振動子が2つの内壁面のそれぞれに対して平行に移動し得る状態を維持し得るように、内壁面に1点で接触する、1以上の接触機構を備えている。超音波モータは、1または2以上の超音波振動子上の2以上の点および1以上の接触機構のそれぞれ上の1点を2つの内壁面に対して押し付けるように接続部材を弾性変形させ得る押付機構を備えている。   The ultrasonic motor includes a fixing member having two inner wall surfaces that are parallel to each other in plan view, one or more ultrasonic vibrators that are in contact with the two inner wall surfaces at two or more points, and one or two or more ultrasonic waves. And a connection member connected to each of the acoustic wave vibrators. In addition, each of the ultrasonic motors is provided on the connection member, and the inner wall surface is maintained so that one or two or more ultrasonic transducers can move in parallel with respect to each of the two inner wall surfaces. Are provided with one or more contact mechanisms. The ultrasonic motor can elastically deform the connecting member so as to press two or more points on one or more ultrasonic transducers and one point on each of the one or more contact mechanisms against two inner wall surfaces. A pressing mechanism is provided.

上記の構成によっても、リニア可動子の内壁面の全長にわたって均一な移動特性が得られ易くなるとともに、超音波振動子とリニア可動子との間における安定した接触状態を維持し易くなる。   Also with the above configuration, uniform movement characteristics can be easily obtained over the entire length of the inner wall surface of the linear movable element, and a stable contact state between the ultrasonic transducer and the linear movable element can be easily maintained.

本発明のさらに他の局面の超音波モータは、平面視において円形の内周面を有するロータと、ロータを内周面の接線方向に移動させ得る状態で、ロータの回転中心の位置を維持し得るように、内周面に3以上の点で接触する複数の超音波振動子と、複数の超音波振動子のそれぞれに接続された接続部材とを備えている。また、超音波モータは、3以上の点をロータの中心から内周面に向かって押し付けるように接続部材を弾性変形させ得る機構を備えている。   An ultrasonic motor according to still another aspect of the present invention maintains a position of the rotation center of the rotor in a state where the rotor having a circular inner peripheral surface in a plan view and the rotor can be moved in a tangential direction of the inner peripheral surface. As obtained, a plurality of ultrasonic transducers that contact the inner peripheral surface at three or more points and a connection member connected to each of the plurality of ultrasonic transducers are provided. Further, the ultrasonic motor includes a mechanism that can elastically deform the connecting member so as to press three or more points from the center of the rotor toward the inner peripheral surface.

上記の構成によれば、ロータに接触する部位はすべて複数の超音波振動子上のいずれかの点である。そのため、ロータと接触機構とが接触する場合に比較して、ロータと接触機構との接触に起因するロータの回転力のロスの分だけ、高いパワーを得ることができる。   According to said structure, all the site | parts which contact a rotor are any points on several ultrasonic transducer | vibrators. Therefore, as compared with the case where the rotor and the contact mechanism are in contact, high power can be obtained by the amount of loss of the rotational force of the rotor caused by the contact between the rotor and the contact mechanism.

また、超音波モータは、複数の超音波振動子のそれぞれが、長方形の平板形状を有しており、3以上の点が、複数の長方形の平板形状を有する超音波振動子の3以上の角部上の点または3以上の角部にそれぞれ設けられた3以上の突起上の点であってもよい。   In the ultrasonic motor, each of the plurality of ultrasonic transducers has a rectangular flat plate shape, and three or more points are three or more corners of the ultrasonic transducer having a plurality of rectangular flat plate shapes. It may be a point on a part or a point on three or more protrusions provided at three or more corners.

上記の構成によれば、シンプルな構造でありかつ高いパワーが得られる超音波モータを実現することができる。   According to said structure, the ultrasonic motor which is a simple structure and can obtain high power is realizable.

超音波モータは、複数の超音波振動子のそれぞれが、円弧状をなしており、3以上の点が、複数の円弧状の超音波振動子の3以上の外周面に設けられた突起上の点であってもよい。   In the ultrasonic motor, each of the plurality of ultrasonic transducers has an arc shape, and three or more points are on projections provided on three or more outer peripheral surfaces of the plurality of arc-shaped ultrasonic transducers. It may be a point.

複数の円弧状の超音波振動子によれば、それぞれが同一体積の複数の長方形の平板形状を有する超音波振動子に比較して、ロータの内周面の法線方向における振幅およびロータの内周面の接線方向における振幅のいずれもが大きい。そのため、高いパワーを発生させることができる。   According to the plurality of arc-shaped ultrasonic vibrators, the amplitude in the normal direction of the inner peripheral surface of the rotor and the inner diameter of the rotor are compared with the ultrasonic vibrators having a plurality of rectangular flat plates each having the same volume. All of the amplitudes in the tangential direction of the peripheral surface are large. Therefore, high power can be generated.

また、別の局面の超音波モータは、平面視において円形の内周面を有する固定部材と、内周面の接線方向に移動し得る状態で、内周面に沿った回転の中心位置を維持し得るように、内周面に3以上の点で接触する複数の超音波振動子とを備えている。また、超音波モータは、複数の超音波振動子のそれぞれに接続された接続部材と、3以上の点を中心位置から内周面に向かって押し付けるように接続部材を弾性変形させ得る機構とを備えている。   An ultrasonic motor according to another aspect maintains a center position of rotation along the inner peripheral surface in a state where the ultrasonic motor can move in a tangential direction of the inner peripheral surface with a fixing member having a circular inner peripheral surface in a plan view. As is possible, a plurality of ultrasonic transducers that contact the inner peripheral surface at three or more points are provided. The ultrasonic motor includes a connecting member connected to each of the plurality of ultrasonic transducers and a mechanism capable of elastically deforming the connecting member so as to press three or more points from the central position toward the inner peripheral surface. I have.

上記の構成によれば、固定部材に接触する部位はすべて複数の超音波振動子上のいずれかの点である。そのため、接触機構と固定部材とが接触する場合に比較して、接触機構と接触機構との接触に起因する超音波振動子の移動力のロスの分だけ、高いパワーを得ることができる。   According to said structure, all the site | parts which contact a fixing member are any points on several ultrasonic transducer | vibrators. Therefore, as compared with the case where the contact mechanism and the fixing member are in contact with each other, higher power can be obtained by the amount of loss of the moving force of the ultrasonic transducer due to the contact between the contact mechanism and the contact mechanism.

またさらに別の局面の超音波モータは、平面視において互いに平行な2つの内壁面を有するリニア可動子と、リニア可動子を2つの内壁面に平行な方向に移動させ得る状態で、リニア可動子の移動の方向を維持し得るように、内壁面に3以上の点で接触する複数の超音波振動子とを備えている。また、超音波モータは、複数の超音波振動子のそれぞれに接続された接続部材と、3以上の点を2つの内壁面に対して押し付けるように接続部材を弾性変形させ得る機構とを備えている。   Still another aspect of the ultrasonic motor includes a linear mover having two inner wall surfaces that are parallel to each other in a plan view, and a linear mover that can move the linear mover in a direction parallel to the two inner wall surfaces. Are provided with a plurality of ultrasonic transducers that are in contact with the inner wall surface at three or more points. The ultrasonic motor includes a connection member connected to each of the plurality of ultrasonic transducers and a mechanism capable of elastically deforming the connection member so as to press three or more points against the two inner wall surfaces. Yes.

上記の構成によれば、リニア可動子に接触する部位はすべて複数の超音波振動子上のいずれかの点である。そのため、接触機構とリニア可動子とが接触する場合に比較して、接触機構とリニア可動子との接触に起因するリニア可動子の移動力のロスの分だけ、高いパワーを得ることができる。   According to said structure, all the site | parts which contact a linear needle | mover are any points on several ultrasonic transducer | vibrators. Therefore, compared with the case where a contact mechanism and a linear mover contact, high power can be obtained by the amount of loss of the moving force of the linear mover caused by the contact between the contact mechanism and the linear mover.

また、異なる局面の超音波モータは、平面視において互いに平行な2つの内壁面を有する固定部材と、2つの内壁面に平行な方向に移動し得る状態で、移動の方向を維持し得るように、2つの内壁面に3以上の点で接触する複数の超音波振動子とを備えている。また、超音波モータは、複数の超音波振動子のそれぞれに接続された接続部材と、3以上の点を2つの内壁面に対して押し付けるように接続部材を弾性変形させ得る機構とを備えている。   Further, the ultrasonic motor of a different aspect is capable of maintaining the direction of movement in a state where the fixing member has two inner wall surfaces parallel to each other in a plan view and can move in a direction parallel to the two inner wall surfaces. And a plurality of ultrasonic transducers that are in contact with the two inner wall surfaces at three or more points. The ultrasonic motor includes a connection member connected to each of the plurality of ultrasonic transducers and a mechanism capable of elastically deforming the connection member so as to press three or more points against the two inner wall surfaces. Yes.

上記の構成によれば、固定部材に接触する部位はすべて複数の超音波振動子上のいずれかの点である。そのため、固定部材と接触機構とが接触する場合に比較して、接触機構と固定部材との接触に起因する超音波振動子の移動力のロスの分だけ、高いパワーを得ることができる。   According to said structure, all the site | parts which contact a fixing member are any points on several ultrasonic transducer | vibrators. Therefore, as compared with the case where the fixing member and the contact mechanism are in contact with each other, higher power can be obtained by the amount of loss of the moving force of the ultrasonic transducer due to the contact between the contact mechanism and the fixing member.

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態の超音波モータを説明する。
(実施の形態1)
まず、図1〜図10を用いて、本発明の実施の形態1の超音波モータを説明する。
Hereinafter, an ultrasonic motor according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
(Embodiment 1)
First, the ultrasonic motor according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

図1〜図3に示されるように、本実施の形態1の超音波モータ1は、長方形の平板形状を有する矩形平板タイプの超音波振動子11、および、超音波振動子11によって駆動されるロータ200を備えている。また、超音波モータ1は、ロータ200に接触する接触機構としての円盤部材61を備えている。円盤部材61は、ロータ200を内周面の接線方向に移動させながら、かつ、ロータ200を内周面の法線方向に押し付ける。また、超音波モータ1は、装置の本体に接続されたシャフト100を備えている。   As shown in FIGS. 1 to 3, the ultrasonic motor 1 of the first embodiment is driven by a rectangular flat plate type ultrasonic transducer 11 having a rectangular flat plate shape, and the ultrasonic transducer 11. A rotor 200 is provided. Further, the ultrasonic motor 1 includes a disk member 61 as a contact mechanism that contacts the rotor 200. The disk member 61 presses the rotor 200 in the normal direction of the inner peripheral surface while moving the rotor 200 in the tangential direction of the inner peripheral surface. The ultrasonic motor 1 includes a shaft 100 connected to the main body of the apparatus.

なお、本発明の超音波モータは、超音波振動子がロータの内周面に接触しておりかつ所望の楕円振動を発生させるものであれば、いかなるものであってもよいため、以下の実施の形態に示される構造を有する超音波モータに限定されない。たとえば、超音波振動子の、大きさ、形状、および材料等は、本発明の目的を達成できかつ効果を得ることができるのであれば、いかなるものであってもよい。   The ultrasonic motor of the present invention may be any one as long as the ultrasonic transducer is in contact with the inner peripheral surface of the rotor and generates a desired elliptical vibration. It is not limited to the ultrasonic motor having the structure shown in the form. For example, the size, shape, material, and the like of the ultrasonic transducer may be any as long as the object of the present invention can be achieved and the effect can be obtained.

<全体構成>
前述のように超音波モータ1は、矩形平板タイプの超音波振動子11を有している。超音波モータ1は長方形の振動板21を有している。振動板21は、上側接続部材30および下側接続部材31によって、縦振動の節の位置の近傍で支持されている。上側接続部材30は、シャフト100に対して、z軸方向の並進運動以外の5つの運動、すなわち、x軸方向の並進運動、y軸方向の並進運動、x軸方向の周り回転運動、y軸周りの回転運動、z軸周り回転運動からなる5つの運動が拘束されるように、接続されている。また、下部接続部材31は、前述の5つの運動にz軸軸方向の並進運動を加えた6つの運動のすべてが拘束されるように、シャフト100に固定されている。
<Overall configuration>
As described above, the ultrasonic motor 1 has the rectangular flat plate type ultrasonic transducer 11. The ultrasonic motor 1 has a rectangular diaphragm 21. The diaphragm 21 is supported by the upper connection member 30 and the lower connection member 31 in the vicinity of the position of the longitudinal vibration node. The upper connecting member 30 has five movements with respect to the shaft 100 other than the translational movement in the z-axis direction, that is, the translational movement in the x-axis direction, the translational movement in the y-axis direction, the rotational movement around the x-axis direction, and the y-axis. It is connected so that five motions consisting of a rotational motion around and a rotational motion around the z-axis are constrained. The lower connecting member 31 is fixed to the shaft 100 so that all of the six motions obtained by adding the translational motion in the z-axis direction to the above-described five motions are restrained.

また、超音波モータ1は、接触機構を備えている。接触機構は、円盤部材61および円盤支持部材60を有している。接触機構は、シャフト100に対して、超音波振動子11の反対側の上側接続部材30に取り付けられている。シャフト100は、図示されていない外部に設けられた装置の本体に固定されている。振動板21の上側接続部材30および下側接続部材31が設けられている辺と反対側の辺の2つの角部が、ロータ200の内周面に当接している。   The ultrasonic motor 1 includes a contact mechanism. The contact mechanism includes a disk member 61 and a disk support member 60. The contact mechanism is attached to the upper connection member 30 on the opposite side of the ultrasonic transducer 11 with respect to the shaft 100. The shaft 100 is fixed to a main body of an apparatus provided outside (not shown). Two corners of the side opposite to the side on which the upper side connection member 30 and the lower side connection member 31 of the diaphragm 21 are provided are in contact with the inner peripheral surface of the rotor 200.

また、超音波振動子11には、電極71、72、73、74、75および圧電素子50のそれぞれが2つずつ設けられている。電極71、72、73、74、75および圧電素子50のそれぞれは、上下方向において面対称に設けられている。電極71、72、73、74および75は、所定の信号が入力され得るように、制御装置(図示せず)に電気的に接続されている。   The ultrasonic transducer 11 is provided with two electrodes 71, 72, 73, 74, 75 and two piezoelectric elements 50. Each of the electrodes 71, 72, 73, 74, and 75 and the piezoelectric element 50 are provided symmetrically in the vertical direction. The electrodes 71, 72, 73, 74 and 75 are electrically connected to a control device (not shown) so that a predetermined signal can be inputted.

また、本実施の形態の超音波振動子11においては、圧電素子50が、逆圧電効果を利用して電極71、72、73、74および75に印加された交流電界によって振動する。圧電素子50の振動は、振動板21に伝達される。その結果、角部S1およびS2が、それぞれ、矢印E1およびE2で示される楕円軌道を描くように、振動板21が振動する。その結果、角部S1およびS2に接触しているロータ200が円軌道Cに沿って移動する。すなわち、ロータ200が回転する。なお、ロータ200の内径は10mmである。   In the ultrasonic transducer 11 of the present embodiment, the piezoelectric element 50 vibrates due to an alternating electric field applied to the electrodes 71, 72, 73, 74, and 75 using the inverse piezoelectric effect. The vibration of the piezoelectric element 50 is transmitted to the diaphragm 21. As a result, the diaphragm 21 vibrates so that the corners S1 and S2 draw elliptical orbits indicated by arrows E1 and E2, respectively. As a result, the rotor 200 in contact with the corners S1 and S2 moves along the circular path C. That is, the rotor 200 rotates. The inner diameter of the rotor 200 is 10 mm.

<超音波振動子>
次に、矩形平板タイプの超音波振動子11の構造がより詳細に説明される。
<Ultrasonic transducer>
Next, the structure of the rectangular flat plate type ultrasonic transducer 11 will be described in more detail.

図1〜図3に示されるように、超音波振動子11は、上側主板部40および下側主板部41からなる振動板21、電極75、2つの圧電素子50、および電極71、72、73および74を備えている。   As shown in FIGS. 1 to 3, the ultrasonic transducer 11 includes a vibration plate 21 including an upper main plate portion 40 and a lower main plate portion 41, an electrode 75, two piezoelectric elements 50, and electrodes 71, 72, 73. And 74 are provided.

振動板21を構成する上側主板部40と下側主板部41とは上下方向において互いの一方の主表面同士が接触するように設けられている。上側主板部40および下側主板部41のそれぞれの他方の主表面上には電極75の一方の主表面が接着されている。圧電素子50上の2つの電極75のそれぞれの他方の主表面上には電極71、72、73および74が接着されている。   The upper main plate portion 40 and the lower main plate portion 41 constituting the diaphragm 21 are provided such that one main surfaces of each other are in contact with each other in the vertical direction. One main surface of the electrode 75 is bonded to the other main surface of each of the upper main plate portion 40 and the lower main plate portion 41. Electrodes 71, 72, 73 and 74 are bonded to the other main surface of each of the two electrodes 75 on the piezoelectric element 50.

上側主板部40および下側主板部41は、それぞれ、幅1.35mm、長さ6.0mm、かつ厚さ0.2mmの平板状部材からなり、図3におけるxy平面に平行であるものとする。また、上側接続部材30は、上側主板部40の長辺の中央位置からxy平面に対して斜め上方に延びている。また、下側接続部材31は、下側主板部41の長辺の中央位置からxy平面に対して斜め下方に延びている。   The upper main plate portion 40 and the lower main plate portion 41 are each formed of a flat plate member having a width of 1.35 mm, a length of 6.0 mm, and a thickness of 0.2 mm, and is parallel to the xy plane in FIG. . Further, the upper connecting member 30 extends obliquely upward from the central position of the long side of the upper main plate portion 40 with respect to the xy plane. The lower connection member 31 extends obliquely downward from the center position of the long side of the lower main plate portion 41 with respect to the xy plane.

上側接続部材30は、1.0mm×1.0mmの正方形の貫通孔を有する上側のプレート80の一の辺およびその一の辺に対向する他の辺に接続されている。下側接続部材31は、1.0mm×1.0mmの正方形の貫通孔を有する下側のプレート80の一の辺およびその一の辺に対向する他の辺に接続されている。上側のプレート80の正方形の貫通孔と下側のプレート80の正方形の貫通孔とは、xy平面に対して垂直な方向の平面視において、同一位置に設けられている。2つのプレート80のそれぞれの貫通孔の形状は、シャフト100の外形とほぼ同一である。また、xy平面に対して垂直な方向の平面視において、プレート80の貫通孔の中心から超音波振動子11とロータ200との接触点までの距離が、ロータ200の半径と一致する、すなわち、貫通孔80の中心はロータ200の中心と一致するように、上側接続部材30および下側接続部材31の長さが設定されている。上側主板部40と下側主板部41とは互いに接着されている。振動板21の反対側の端には、前述の接触機構が設けられている。接触機構は円盤部材61および円盤支持部材60を有する。円盤部材61がロータ200の内周面に接触するように設けられている。円盤部材61は、ロータ200の内周面に接触して、ロータ200を支持するものであり、それとロータ200との間に生じる摩擦によってロータ200の回転を阻害しないように、円盤支持部材60によって、z軸周まわりに回転可能に支持されている。圧電素子50は、幅1.35mm、長さ5.35mm、かつ幅0.2mmの長方形の平面形状を有する平板状部材である。また、xy平面に対して垂直な方向の平面視において、圧電素子50の長辺と上側主板部40の長辺とが重なるように、圧電素子50は上側主板部40に対して電極75が互いの間に介在する状態で固定されている。また、xy平面に対して垂直な方向の平面視において、圧電素子50の長辺と下側主板部41の長辺とが重なるように、圧電素子50は下側主板部41に対して電極75が互いの間に介在する状態で固定されている。   The upper connecting member 30 is connected to one side of the upper plate 80 having a square through hole of 1.0 mm × 1.0 mm and the other side facing the one side. The lower connection member 31 is connected to one side of the lower plate 80 having a 1.0 mm × 1.0 mm square through-hole and the other side facing the one side. The square through hole of the upper plate 80 and the square through hole of the lower plate 80 are provided at the same position in plan view in a direction perpendicular to the xy plane. The shape of each through hole of the two plates 80 is almost the same as the outer shape of the shaft 100. Further, in a plan view in a direction perpendicular to the xy plane, the distance from the center of the through hole of the plate 80 to the contact point between the ultrasonic transducer 11 and the rotor 200 matches the radius of the rotor 200, that is, The lengths of the upper connecting member 30 and the lower connecting member 31 are set so that the center of the through hole 80 coincides with the center of the rotor 200. The upper main plate portion 40 and the lower main plate portion 41 are bonded to each other. The contact mechanism described above is provided at the opposite end of the diaphragm 21. The contact mechanism includes a disk member 61 and a disk support member 60. The disk member 61 is provided so as to contact the inner peripheral surface of the rotor 200. The disk member 61 is in contact with the inner peripheral surface of the rotor 200 to support the rotor 200, and the disk support member 60 prevents the rotation of the rotor 200 from being hindered by friction generated between the disk member 61 and the rotor 200. , And is supported rotatably around the z axis. The piezoelectric element 50 is a flat plate-like member having a rectangular planar shape with a width of 1.35 mm, a length of 5.35 mm, and a width of 0.2 mm. In addition, in the plan view in the direction perpendicular to the xy plane, the piezoelectric element 50 has the electrodes 75 arranged on the upper main plate portion 40 so that the long side of the piezoelectric element 50 and the long side of the upper main plate portion 40 overlap each other. It is fixed in a state of being interposed between the two. In addition, the piezoelectric element 50 has the electrode 75 with respect to the lower main plate portion 41 so that the long side of the piezoelectric element 50 and the long side of the lower main plate portion 41 overlap in a plan view in a direction perpendicular to the xy plane. Are fixed in a state of being interposed between each other.

なお、振動板21および圧電素子50のそれぞれの寸法および形状は、上述の寸法および形状に限定されず、上述のように、ロータ200の回転に必要な楕円運動を生じさせることができ、かつ、ロータ200の内周面に接触することによってロータ200を回転させることができるのであれば、他の寸法および形状であってもよい。また、振動板21の材料は、振動の減衰が小さく、共振により大きな振幅の楕円運動が得られるのであれば特に限定されないが、ステンレス等の導電性を有する材料であることが望ましい。また、上側接続部材30および下側接続部材31と上側主板部40および下側主板部41とは別個の部材からなっていてもよいが、それらが1つの部材で一体的に形成されていることが望ましい。   The dimensions and shapes of the diaphragm 21 and the piezoelectric element 50 are not limited to the above dimensions and shapes, and as described above, the elliptical motion necessary for the rotation of the rotor 200 can be generated, and Other dimensions and shapes may be used as long as the rotor 200 can be rotated by contacting the inner peripheral surface of the rotor 200. The material of the diaphragm 21 is not particularly limited as long as vibration attenuation is small and an elliptical motion with a large amplitude can be obtained by resonance. However, a material having conductivity such as stainless steel is desirable. Moreover, although the upper side connection member 30 and the lower side connection member 31, and the upper side main board part 40 and the lower side main board part 41 may consist of separate members, they should be integrally formed by one member. Is desirable.

圧電素子50は、チタン酸ジルコニウム酸鉛(PZT)からなっているが、電圧が印加されて振動する素子であれば、いかなる材料からなっていてもよい。圧電素子50の一方の主表面上には、電極71、72、73、および74が取り付けられている。電極71、72、73、および74は圧電素子50の一方の主表面が実質的に同一の4つの長方形の領域に分割されたとすると、4つの長方形の領域のそれぞれに設けられている。また、圧電素子50の他方の主表面上には、実質的に長方形の電極75が設けられている。電極75は圧電素子50の他方の主表面と同一の長方形の平面形状を有する平板状部材である。   The piezoelectric element 50 is made of lead zirconate titanate (PZT), but may be made of any material as long as it vibrates when a voltage is applied. On one main surface of the piezoelectric element 50, electrodes 71, 72, 73 and 74 are attached. The electrodes 71, 72, 73, and 74 are provided in each of the four rectangular regions, assuming that one main surface of the piezoelectric element 50 is divided into substantially the same four rectangular regions. A substantially rectangular electrode 75 is provided on the other main surface of the piezoelectric element 50. The electrode 75 is a flat plate member having the same rectangular planar shape as the other main surface of the piezoelectric element 50.

本実施の形態の矩形平板タイプの超音波振動子11においては、一方の圧電素子50は、上側主板部40に接着された主表面に対向する主表面に対して、電極75が互いの間に介在する状態で固定されている。他方の圧電素子50は、下側主板部41に接着された主表面に対向する主表面に対して、電極75が互いの間に介在する状態で固定されている。   In the rectangular flat plate type ultrasonic transducer 11 of the present embodiment, one piezoelectric element 50 has an electrode 75 interposed between each other with respect to the main surface facing the main surface bonded to the upper main plate portion 40. It is fixed in an intervening state. The other piezoelectric element 50 is fixed to the main surface facing the main surface bonded to the lower main plate portion 41 with the electrodes 75 interposed therebetween.

上側の電極75は、その長辺と上側主板部40の長辺とがz軸方向に沿って見たときに重なるように、上側主板部40の主表面に固定されている。下側の電極75は、その長辺と下側主板部41の長辺とがz軸方向に沿って見たときに重なるように、下側主板部41の主表面に固定されている。上側の電極75および下側の電極75は、それぞれ、銀ペーストなどの導電性接着剤によって上側主板部40および下側主板部41に接着されている。なお、導電性接着剤自体に上側の電極75および下側の電極75の役割を果たさせることが可能である。この場合、上述の2つの主板部40および41と圧電素子50との接着、および電極75の形成が同時に行われる。   The upper electrode 75 is fixed to the main surface of the upper main plate portion 40 so that its long side and the long side of the upper main plate portion 40 overlap when viewed along the z-axis direction. The lower electrode 75 is fixed to the main surface of the lower main plate portion 41 so that its long side and the long side of the lower main plate portion 41 overlap when viewed along the z-axis direction. The upper electrode 75 and the lower electrode 75 are bonded to the upper main plate portion 40 and the lower main plate portion 41 with a conductive adhesive such as silver paste, respectively. Note that the conductive adhesive itself can serve as the upper electrode 75 and the lower electrode 75. In this case, the adhesion between the two main plate portions 40 and 41 and the piezoelectric element 50 and the formation of the electrode 75 are simultaneously performed.

また、上側主板部40および下側主板部41は、振動板21を構成しており、xy面について鏡面対称に配置されている。さらに、振動板21の一方の主表面に取り付けられている圧電素子50およびそれに取り付けられている電極71、72、73、74および75と、振動板21の他方の主表面に取り付けられている圧電素子50およびそれに取り付けられている電極71、72、73、74および75とは、振動板21のxy面について鏡面対称に配置されている。そのため、振動板21の一方の主表面上の圧電素子50の振動特性と、振動板21の他方の主表面上の圧電素子50の振動特性とは実質的に同一である。したがって、本実施の形態の振動板21は、その面内方向において振動する。また、振動板21の上側主板部40および下側主板部41は長方形であるため、前述の面内方向において、振動板21の角部S1およびS2は楕円振動する。   Further, the upper main plate portion 40 and the lower main plate portion 41 constitute the vibration plate 21 and are arranged mirror-symmetrically with respect to the xy plane. Further, the piezoelectric element 50 attached to one main surface of the diaphragm 21 and the electrodes 71, 72, 73, 74 and 75 attached to the piezoelectric element 50 and the piezoelectric element attached to the other main surface of the diaphragm 21. The element 50 and the electrodes 71, 72, 73, 74, and 75 attached to the element 50 are arranged in mirror symmetry with respect to the xy plane of the diaphragm 21. Therefore, the vibration characteristic of the piezoelectric element 50 on one main surface of the vibration plate 21 and the vibration characteristic of the piezoelectric element 50 on the other main surface of the vibration plate 21 are substantially the same. Therefore, the diaphragm 21 of the present embodiment vibrates in the in-plane direction. Further, since the upper main plate portion 40 and the lower main plate portion 41 of the diaphragm 21 are rectangular, the corner portions S1 and S2 of the diaphragm 21 vibrate elliptically in the above-described in-plane direction.

次に、図4〜図7を用いて、本実施の形態の矩形平板タイプの超音波振動子11の駆動方法が説明される。矩形平板タイプの超音波振動子11が駆動されるときには、所定の信号が、外部に設けられた制御装置(図示せず)から電極71、72、73、74 および75へ入力される。なお、振動板21の一方の主表面側に位置づけられた電極71、72、73、および74に入力される信号(印加電圧)は、振動板21の他方の主表面側に位置づけられた電極71、72、73、および74に入力される信号(印加電圧)に対して、xy平面に鏡面対称の態様で入力される。   Next, a method for driving the rectangular flat plate type ultrasonic transducer 11 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. When the rectangular flat plate type ultrasonic transducer 11 is driven, a predetermined signal is input to the electrodes 71, 72, 73, 74 and 75 from a control device (not shown) provided outside. A signal (applied voltage) input to the electrodes 71, 72, 73 and 74 positioned on one main surface side of the diaphragm 21 is an electrode 71 positioned on the other main surface side of the diaphragm 21. , 72, 73, and 74 are input in a mirror-symmetric manner on the xy plane.

図3に示されるように、電極71と電極73とは結線されており、同一の信号(φ1)が入力される。電極72と電極74とは、結線されており、同一の信号(φ2)が入力される。したがって、電極71、72、73、74および75に入力される信号は、図4に示されるように、4つのモード(A),(B),(C)および(D)を有している。また、図5に示されるように、電極71および電極73に入力される信号と電極72および電極74に入力される信号とは、その位相において90度のズレを有しているが、同一の振幅および周波数を有している。   As shown in FIG. 3, the electrode 71 and the electrode 73 are connected, and the same signal (φ1) is input. The electrode 72 and the electrode 74 are connected, and the same signal (φ2) is input. Therefore, the signals inputted to the electrodes 71, 72, 73, 74 and 75 have four modes (A), (B), (C) and (D) as shown in FIG. . Further, as shown in FIG. 5, the signals input to the electrode 71 and the electrode 73 and the signals input to the electrode 72 and the electrode 74 have a difference of 90 degrees in the phase, but the same Has amplitude and frequency.

上述の超音波振動子11の振動板21は、図6に示される伸縮振動および図7に示される屈曲運動との組み合わせの振動を行う。図6に示される伸縮振動によれば、振動板21は、白抜き矢印で示されるように、長辺方向において圧縮されたり伸張されたりする。それにより、角部S1およびS2のそれぞれは長辺方向に振動する。一方、図7に示される屈曲振動によれば、振動板21は一のS字形状からそれに鏡面対称な他のS字形状へ変化する。それにより、振動板21の角部は、白抜き矢印で示すように、短辺方向において振動する。   The vibration plate 21 of the ultrasonic transducer 11 described above performs vibration in combination with the stretching vibration shown in FIG. 6 and the bending motion shown in FIG. According to the stretching vibration shown in FIG. 6, the diaphragm 21 is compressed or expanded in the long side direction as indicated by the white arrow. Thereby, each of the corner portions S1 and S2 vibrates in the long side direction. On the other hand, according to the bending vibration shown in FIG. 7, the diaphragm 21 changes from one S-shape to another S-shape that is mirror-symmetrical to it. Thereby, the corner | angular part of the diaphragm 21 vibrates in a short side direction, as shown by the white arrow.

伸縮振動の共振周波数と同じ周波数の電圧が、電極71、72、73および74のそれぞれに同位相で印加されると、振動板21は図6に矢印で示される方向において、伸縮振動を行う。また、屈曲振動の共振周波数と同一の位相および周波数で変化する電圧(正)が、電極71および73それぞれに印加され、電極71および73とは逆位相の電圧(負)が、電極72および74のそれぞれに印加されると、振動板21は図7に矢印で示されるように、屈曲振動を行う。なお、2つの電極75のそれぞれには、常に、基準電位(0V)が与えられている。また、各電極の形状は、長方形に限定されず、超音波振動子11が伸縮振動および屈曲振動の双方を生じされることができる形状であれば、いかなる形状であってもよい。   When a voltage having the same frequency as the resonance frequency of the stretching vibration is applied to each of the electrodes 71, 72, 73 and 74 in the same phase, the diaphragm 21 performs stretching vibration in the direction indicated by the arrow in FIG. In addition, a voltage (positive) that changes at the same phase and frequency as the resonance frequency of the bending vibration is applied to each of the electrodes 71 and 73, and a voltage (negative) that has an opposite phase to the electrodes 71 and 73 is applied to the electrodes 72 and 74. When applied to each of these, the diaphragm 21 performs flexural vibration as shown by arrows in FIG. A reference potential (0 V) is always applied to each of the two electrodes 75. The shape of each electrode is not limited to a rectangle, and any shape may be used as long as the ultrasonic transducer 11 can generate both stretching vibration and bending vibration.

伸縮振動の共振周波数aおよび屈曲振動の共振周波数bのそれぞれと同一の周波数および位相の電圧が電極71および73に印加され、電極71および73と同一の周波数であってかつ位相が+90度ずれた電圧が電極72および74に印加される。それにより、矩形平板タイプの超音波振動子11の伸縮振動および屈曲振動が互いの位相が90度ずれた状態で振動板21に生じる。その結果、ロータ200に接触している振動板21の角部S1およびS2が、図1に矢印E1およびE2で示されるように、楕円振動を行う。   Voltages having the same frequency and phase as the resonance frequency a of the stretching vibration and the resonance frequency b of the bending vibration are applied to the electrodes 71 and 73, respectively, and have the same frequency as the electrodes 71 and 73 and the phase is shifted by +90 degrees. A voltage is applied to the electrodes 72 and 74. Thereby, the stretching vibration and the bending vibration of the ultrasonic transducer 11 of the rectangular flat plate type are generated on the vibration plate 21 in a state where the phases are shifted by 90 degrees. As a result, the corners S1 and S2 of the diaphragm 21 in contact with the rotor 200 perform elliptical vibration as indicated by arrows E1 and E2 in FIG.

また、電極71および73に印加される電圧の周波数と同一の周波数で、電極71および73に印加される電圧の位相から−90度だけずれた位相を有する電圧が電極72および74に印加されると、角部S1およびS2は、図1に矢印E1およびE2で示された方向とは逆方向の楕円振動を行う。また、ある一方向にロータ200が回転している状態で、電極71、73および電極72、74に入力されている信号のうちいずれか一方の位相が180度だけ変化すれば、矩形平板タイプの超音波振動子11の角部S1およびS2に当接しているロータ200の回転方向が反転する。   In addition, a voltage having the same frequency as the voltage applied to the electrodes 71 and 73 and having a phase shifted by −90 degrees from the phase of the voltage applied to the electrodes 71 and 73 is applied to the electrodes 72 and 74. And corner | angular part S1 and S2 perform elliptical vibration of the reverse direction to the direction shown by arrow E1 and E2 in FIG. If the phase of one of the signals input to the electrodes 71 and 73 and the electrodes 72 and 74 changes by 180 degrees with the rotor 200 rotating in a certain direction, the rectangular flat plate type The rotation direction of the rotor 200 in contact with the corners S1 and S2 of the ultrasonic transducer 11 is reversed.

図8にxz断面図が示されている超音波モータ1において、上側主板部40、下側主板部41、上側接続部材30、下側接続部材31、および円盤支持部材60は、2枚のステンレス板により形成されている。2枚のステンレス板は、振動板21の位置および上側主板部60の位置において接着されている。上側接続部材30および下側接続部材31は、それらによってパンタグラフ形状が構成されるように、それぞれ、xy平面に対して45度だけ、折り曲げられている。なお、上側主板部40、下側主板部41、上側接続部材30、下側接続部材31、および円盤支持部材60のそれぞれの寸法は、図8に示されたようなものであり、円盤部材61および振動板21の2つの角部S1およびS2の合計3箇所において、ロータ200の内周面に接触している。   In the ultrasonic motor 1 whose xz sectional view is shown in FIG. 8, the upper main plate portion 40, the lower main plate portion 41, the upper connection member 30, the lower connection member 31, and the disk support member 60 are made of two stainless steels. It is formed of a plate. The two stainless steel plates are bonded at the position of the diaphragm 21 and the position of the upper main plate portion 60. The upper connection member 30 and the lower connection member 31 are each bent by 45 degrees with respect to the xy plane so that a pantograph shape is formed by them. The dimensions of the upper main plate portion 40, the lower main plate portion 41, the upper connection member 30, the lower connection member 31, and the disk support member 60 are as shown in FIG. In addition, the two corner portions S1 and S2 of the diaphragm 21 are in contact with the inner peripheral surface of the rotor 200 at a total of three locations.

上述の本実施の形態の超音波モータ1においては、下側接続部材31のプレート80とシャフト100とは固定されているが、上側接続部材30は、図2に示される押付機構1000によって押されて、シャフト100の長さ方向(z方向)に沿って下方へ移動することができる。したがって、押付機構1000が上側接続部材30を下側に向かって押し付け、それにより、上側支持部材30および下側支持部材31が弾性変形した状態で上側接続部材30の位置が固定されれば、超音波振動子11の角部S1およびS2からなる2点ならびに円盤部材61の円周上の1点が、ロータ200の内周面に向かって、強く押し付けられる。そのため、ロータ200と超音波振動子11との接触の状態が安定する。なお、本実施の形態の押付機構1000は、上方から下方への力を上側接続部材30にかけることにより、上側接続部材30および下側接続部材31を弾性変形させているが、上述の上側接続部材30と下側接続部材31との拘束関係が上下逆になるように、上側接続部材30および下側接続部材31をシャフト100に取り付け、下方から上方への力を下側接続部材31にかけることにより、上側接続部材30および下側接続部材31を弾性変形させてもよい。また、上側接続部材30および下側接続部材31の両方を、それぞれ、上述の5つの運動が拘束された状態で、シャフト100に取り付けてもよい。この場合、押付機構1000により、上側接続部材30に対しては上方から下方への力、下側接続部材31に対しては下方から上方への力をそれぞれかけることにより、上側接続部材30および下側接続部材31を弾性変形させる。さらに、本発明の押付機構は、上側接続部材30および下側接続部材31のような超音波振動子11および接触機構に接続された接続部材に力をかけることにより、それらを弾性変形させることができるものであれば、いかなるものであってもよい。要するに、本発明の押付機構は、超音波振動子11および接触機構をロータ200の内周面に向かって押し付けることができる機構であれば、いかなるものであってもよい。さらに、2つのプレート80のそれぞれがx−y面に対して平行に広がっているという状態が維持され、押し付け機構1000とプレート80との間における摩擦力またはそれらの接着等によって、押付機構1000とプレート80との間におけるz軸周りの回転すべりが防止されており、かつ、押付機構1000またはプレート80がシャフト100の代わりに本体に接続されていれば、シャフト100は設けられていなくてもよい。   In the ultrasonic motor 1 of the above-described embodiment, the plate 80 and the shaft 100 of the lower connection member 31 are fixed, but the upper connection member 30 is pressed by the pressing mechanism 1000 shown in FIG. Thus, it can move downward along the length direction (z direction) of the shaft 100. Therefore, if the pressing mechanism 1000 presses the upper connection member 30 downward, and the position of the upper connection member 30 is fixed in a state where the upper support member 30 and the lower support member 31 are elastically deformed, Two points consisting of the corner portions S1 and S2 of the acoustic wave oscillator 11 and one point on the circumference of the disk member 61 are strongly pressed toward the inner peripheral surface of the rotor 200. Therefore, the contact state between the rotor 200 and the ultrasonic transducer 11 is stabilized. Note that the pressing mechanism 1000 according to the present embodiment elastically deforms the upper connection member 30 and the lower connection member 31 by applying a force from the upper side to the lower side to the upper connection member 30, but the upper connection described above. The upper connection member 30 and the lower connection member 31 are attached to the shaft 100 so that the restraint relationship between the member 30 and the lower connection member 31 is reversed upside down, and a downward upward force is applied to the lower connection member 31. Thus, the upper connection member 30 and the lower connection member 31 may be elastically deformed. Moreover, you may attach both the upper side connection member 30 and the lower side connection member 31 to the shaft 100 in the state in which the above-mentioned five movements were restrained, respectively. In this case, the pressing mechanism 1000 applies a force from the upper side to the lower side for the upper connection member 30 and a force from the lower side to the upper side for the lower connection member 31. The side connection member 31 is elastically deformed. Furthermore, the pressing mechanism of the present invention can apply elastic force to the ultrasonic vibrator 11 such as the upper connection member 30 and the lower connection member 31 and the connection member connected to the contact mechanism, thereby elastically deforming them. Any thing can be used as long as it is possible. In short, the pressing mechanism of the present invention may be any mechanism as long as it can press the ultrasonic transducer 11 and the contact mechanism toward the inner peripheral surface of the rotor 200. Further, the state in which each of the two plates 80 spreads in parallel to the xy plane is maintained, and the pressing mechanism 1000 and the pressing mechanism 1000 are separated by frictional force between the pressing mechanism 1000 and the plate 80 or their adhesion. The shaft 100 may not be provided as long as the rotation slip around the z axis with the plate 80 is prevented and the pressing mechanism 1000 or the plate 80 is connected to the main body instead of the shaft 100. .

発明者らの行った圧電解析シミュレーションの結果、縦1次振動および屈曲2次振動が同一の共振周波数で生じる矩形平板タイプの超音波振動子11においては、電極71,72,73および74に上述の信号を入力することによって、4つの角部が、図9に示されるように、楕円運動する。このとき、角部S1の楕円軌道の位相と角部S2の楕円軌跡との差が約180度であることが明らかになっている。   As a result of the piezoelectric analysis simulation conducted by the inventors, in the rectangular flat plate type ultrasonic vibrator 11 in which the longitudinal primary vibration and the bending secondary vibration occur at the same resonance frequency, the electrodes 71, 72, 73 and 74 are described above. As shown in FIG. 9, the four corners move elliptically. At this time, it is clear that the difference between the phase of the elliptical orbit of the corner portion S1 and the elliptical locus of the corner portion S2 is about 180 degrees.

図10に示されるように、一方の角部S1に着目すれば、楕円振動の後半の半周期WOKにおいて、超音波振動子11がロータ200の内周面に接触するが、楕円振動の前半の半周期WNOにおいては、超音波振動子11がロータ200の内周面に接触しない。また、他方の角部S2に着目すれば、楕円振動の前半の半周期WOKにおいて、超音波振動子11がロータ200の内周面に接触するが、楕円振動の後半の半周期WNOにおいては、超音波振動子11がロータ200の内周面に接触しない。したがって、角部S1および角部S2からなる2点がロータ200の内周面に接触する場合には、角部S1の後半の半周期および角部S2の前半の半周期において、超音波振動子11がロータ200の内周面に接触する。そのため、超音波振動子11の1周期の全体にわたって、超音波振動子11は、ロータ200の内周面に振動を伝達することができる。   As shown in FIG. 10, when attention is paid to one corner S1, the ultrasonic transducer 11 contacts the inner peripheral surface of the rotor 200 in the second half cycle WOK of the elliptical vibration. In the half cycle WNO, the ultrasonic transducer 11 does not contact the inner peripheral surface of the rotor 200. Further, when paying attention to the other corner S2, the ultrasonic transducer 11 contacts the inner peripheral surface of the rotor 200 in the first half cycle WOK of the elliptical vibration, but in the second half cycle WNO of the elliptical vibration, The ultrasonic transducer 11 does not contact the inner peripheral surface of the rotor 200. Therefore, when two points including the corner portion S1 and the corner portion S2 are in contact with the inner peripheral surface of the rotor 200, the ultrasonic transducer is used in the second half cycle of the corner portion S1 and the first half cycle of the corner portion S2. 11 contacts the inner peripheral surface of the rotor 200. Therefore, the ultrasonic transducer 11 can transmit vibration to the inner peripheral surface of the rotor 200 over the entire period of the ultrasonic transducer 11.

また、矩形平板タイプの超音波振動子11とロータ200の内周面との間に生じる動摩擦力は、ロータ200の内周面に対して垂直な方向における力、すなわち内周面の法線方向の力(垂直抗力)と動摩擦係数との積に比例する。ロータ200のパワーを大きくするために摩擦力を大きくすれば、前述の垂直抗力を大きくする必要がある。ただし、前述の垂直抗力を大きくすると、ロータ200と超音波振動子11とが接触する位置において、矩形平板タイプの超音波振動子11およびロータ200は、互いの間に生じる垂直抗力に比例して弾性変形する。   The dynamic friction force generated between the rectangular flat plate type ultrasonic transducer 11 and the inner peripheral surface of the rotor 200 is a force in a direction perpendicular to the inner peripheral surface of the rotor 200, that is, a normal direction of the inner peripheral surface. It is proportional to the product of the force (vertical drag) and the dynamic friction coefficient. If the frictional force is increased in order to increase the power of the rotor 200, it is necessary to increase the above-described vertical drag. However, when the above-described normal force is increased, the rectangular flat plate type ultrasonic transducer 11 and the rotor 200 are proportional to the vertical force generated between them at the position where the rotor 200 and the ultrasonic transducer 11 are in contact with each other. Elastically deforms.

例えば、楕円運動の振幅が大きくなると、前述の弾性変形の量が大きくなってしまう。この場合、楕円運動の1周期の間の全てにおいて、ロータ200と矩形平板タイプの超音波振動子11とが接触してしまうような事態が生じることも考えられる。このような事態が生じれば、ロータ200は回転できない。したがって、超音波振動子11からロータ200へ加えることができる垂直抗力は、超音波振動子11およびロータ200の弾性変形能力を考慮することによって決定された所定値以下の値でなければならない。   For example, when the amplitude of the elliptical motion increases, the amount of elastic deformation described above increases. In this case, it is conceivable that a situation occurs in which the rotor 200 and the rectangular flat plate type ultrasonic transducer 11 are in contact with each other during one period of the elliptical motion. If such a situation occurs, the rotor 200 cannot rotate. Therefore, the normal force that can be applied from the ultrasonic transducer 11 to the rotor 200 must be a value equal to or less than a predetermined value determined by considering the elastic deformation ability of the ultrasonic transducer 11 and the rotor 200.

本実施の形態においては、ロータ200と超音波振動子11とが2点で接触する。そのため、超音波振動子11からロータ200へ加えることができる垂直抗力は、ロータ200と超音波振動子11とが1点で接触する場合の2倍になる。また、本実施の形態の1つの矩形平板タイプの超音波振動子11から取り出せる最大パワーは、ロータ200と超音波振動子11とが1点で接触する場合に超音波振動子から取り出せる最大パワーの2倍になる。   In the present embodiment, the rotor 200 and the ultrasonic transducer 11 are in contact at two points. Therefore, the normal force that can be applied from the ultrasonic transducer 11 to the rotor 200 is twice that in the case where the rotor 200 and the ultrasonic transducer 11 contact at one point. The maximum power that can be extracted from one rectangular flat plate type ultrasonic transducer 11 according to the present embodiment is the maximum power that can be extracted from the ultrasonic transducer when the rotor 200 and the ultrasonic transducer 11 are in contact at one point. Doubled.

なお、本実施の形態においては、接触機構として、可動である円盤部材61が用いられているが、円形の先端を有し、摩擦抵抗が極めて小さな部材であれば、固定された円盤部材が用いられてもよい。接触機構は、ロータ200を中心から外部へ向かって押すことができかつロータ200の回転を妨げないものであれば、いかなるものであってもよい。   In the present embodiment, a movable disk member 61 is used as the contact mechanism. However, a fixed disk member is used if the member has a circular tip and a very small frictional resistance. May be. Any contact mechanism may be used as long as it can push the rotor 200 from the center toward the outside and does not hinder the rotation of the rotor 200.

また、本実施の形態においては、矩形平板タイプの超音波振動子11の2つの角部S1およびS2のそれぞれおよび円盤部材61がロータ200の内周面に接触している。角部S1およびS2に、突起94および95が設けられており、突起94および95を媒介として超音波振動子11とロータ200の内周面とが接触していてもよい。また、図11に示されるように、矩形平板タイプの超音波振動子11の1つの角部S1またはS1に設けられた突起92および2つの円盤部材61がロータ200の内周面に接触する超音波モータであってもよい。これによっても、ロータ200と超音波振動子11および2つの円盤部材61とが3点で接触しているため、安定した接触状態が維持され易い。   In the present embodiment, each of the two corners S 1 and S 2 of the rectangular flat plate type ultrasonic transducer 11 and the disk member 61 are in contact with the inner peripheral surface of the rotor 200. Protrusions 94 and 95 are provided at the corners S1 and S2, and the ultrasonic transducer 11 and the inner peripheral surface of the rotor 200 may be in contact with each other through the protrusions 94 and 95. Further, as shown in FIG. 11, the projection 92 and the two disk members 61 provided at one corner S <b> 1 or S <b> 1 of the rectangular flat plate type ultrasonic transducer 11 are in contact with the inner peripheral surface of the rotor 200. A sonic motor may be used. Also by this, since the rotor 200, the ultrasonic transducer | vibrator 11, and the two disc members 61 are contacting at three points, a stable contact state is easily maintained.

また、本発明の超音波モータは、1または2以上の円盤部材61と1または2以上の超音波振動子11を有し、それらとロータ200とが3以上の点でロータ200の内周面と接触していれば、押付機構1000を用いて、1または2以上の円盤部材61および1または2以上の超音波振動子11のそれぞれとロータ200とは安定した接触状態を維持することができる。ただし、1または2以上の円盤部材61および1または2以上の超音波振動子11のそれぞれとロータ200とが安定した接触状態を維持するためには、図12に示されるように、たとえば、接点が3つである場合には、それらの3つの接点H、I、およびJがロータ200の中心Oを囲むような位置に配置されることが必要である。また、接点が4以上である場合(たとえば、図25参照)も同様に、4以上の接点がロータ200の中心Oを囲むように設けられていなければ、ロータ200を安定して保持することはできない。   Further, the ultrasonic motor of the present invention has one or two or more disk members 61 and one or two or more ultrasonic transducers 11, and these and the rotor 200 have three or more points on the inner peripheral surface of the rotor 200. If it is in contact with each other, the pressing mechanism 1000 can be used to maintain a stable contact state between the rotor 200 and each of the one or more disk members 61 and the one or more ultrasonic transducers 11. . However, in order to maintain a stable contact state between the rotor member 200 and each of the one or more disk members 61 and the one or more ultrasonic transducers 11, for example, as shown in FIG. Is three, it is necessary that the three contacts H, I, and J are arranged at a position surrounding the center O of the rotor 200. Similarly, when there are four or more contacts (for example, see FIG. 25), if the four or more contacts are not provided so as to surround the center O of the rotor 200, the rotor 200 can be stably held. Can not.

また、本実施の形態においては、超音波振動子11および円盤部材61が装置本体に固定されており、ロータ200が回転する超音波モータ1が説明されたが、ロータ200が、装置本体に固定された固定部材であり、超音波振動子11および円盤部材61が固定部材としてのロータ200の中心まわりにロータ200の内周面に接触しながら回転する超音波モータであっても、前述の押付機構1000を用いれば、超音波振動子11および円盤部材61と固定部材としてのロータ200との安定的な接触状態が維持される。   In the present embodiment, the ultrasonic vibrator 11 and the disk member 61 are fixed to the apparatus main body, and the ultrasonic motor 1 in which the rotor 200 rotates is described. However, the rotor 200 is fixed to the apparatus main body. Even if the ultrasonic vibrator 11 and the disk member 61 rotate around the center of the rotor 200 as a fixed member while contacting the inner peripheral surface of the rotor 200, the above-described pressing is performed. If the mechanism 1000 is used, a stable contact state between the ultrasonic transducer 11 and the disk member 61 and the rotor 200 as a fixed member is maintained.

(実施の形態2)
次に、図13〜図16を用いて、本発明の実施の形態2の超音波モータを説明する。
(Embodiment 2)
Next, the ultrasonic motor according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

図13に示されるように、超音波モータ2は、2つの矩形平板タイプの超音波振動子11、シャフト100、およびロータ200を備えている。なお、実施の形態1に示された超音波モータ1と同一構成および同一機能を実現する構成要素には同一参照符号が付され、その説明は繰り返さない。   As shown in FIG. 13, the ultrasonic motor 2 includes two rectangular flat plate type ultrasonic transducers 11, a shaft 100, and a rotor 200. Note that the same reference numerals are assigned to components that realize the same configuration and function as those of the ultrasonic motor 1 shown in the first embodiment, and description thereof will not be repeated.

本実施の形態における2つの矩形平板タイプの超音波振動子11は、実施の形態1において説明された矩形平板タイプの超音波振動子11と同一サイズおよび形状を有する振動板21、電極71、72、73、74および75を備えている。2つの矩形平板タイプの超音波振動子11は、図14〜図16に示されるように、シャフト100の中心軸を含む平面、すなわち、ロータ200の回転中心軸を含む平面に対して、鏡面対称に配置されている。   The two rectangular flat plate type ultrasonic transducers 11 in the present embodiment are the diaphragm 21 and the electrodes 71 and 72 having the same size and shape as the rectangular flat plate type ultrasonic transducer 11 described in the first embodiment. 73, 74 and 75. As shown in FIGS. 14 to 16, the two rectangular flat plate type ultrasonic transducers 11 are mirror-symmetric with respect to a plane including the central axis of the shaft 100, that is, a plane including the rotation central axis of the rotor 200. Is arranged.

次に、本実施の形態2の超音波モータ2の駆動方法を説明する。
電極71、72、73、74および75へ入力される信号は、実施の形態1の電極へ入力される信号と同一である。つまり、電圧は、図4および図5に示される態様で、電極71、72、73および74に印加される。2つの振動板21が、それぞれ、角部S5,S6、および、角部S7,S8を有している。それらの4つの角部S5,S6,S7,およびS8がロータ200の内周面に接触している。
Next, a method for driving the ultrasonic motor 2 according to the second embodiment will be described.
Signals input to the electrodes 71, 72, 73, 74 and 75 are the same as the signals input to the electrodes of the first embodiment. That is, the voltage is applied to the electrodes 71, 72, 73 and 74 in the manner shown in FIGS. The two diaphragms 21 have corner portions S5 and S6 and corner portions S7 and S8, respectively. These four corners S5, S6, S7, and S8 are in contact with the inner peripheral surface of the rotor 200.

本実施の形態2においては、ロータ200の内周面に接触する点は、すべて超音波振動子11上の点である。そのため、本実施の形態の超音波モータ2によれば、実施の形態1の超音波モータ1のような接触機構としての円盤部材61がロータ200に接触するものと比較して、ロータ200の回転抵抗として働く接点が存在しないため、ロータ200の回転の効率が高い。   In the second embodiment, all points that contact the inner peripheral surface of the rotor 200 are points on the ultrasonic transducer 11. Therefore, according to the ultrasonic motor 2 of the present embodiment, the rotation of the rotor 200 is compared with that in which the disk member 61 as a contact mechanism like the ultrasonic motor 1 of the first embodiment contacts the rotor 200. Since there is no contact acting as a resistor, the rotation efficiency of the rotor 200 is high.

図16に示される超音波モータ2のxz断面図において、上側主板部40、下側主板部41、上側接続部材30、および下側接続部材31は、2枚のステンレス板によって形成されている。2枚のステンレス板は2つの振動板21の位置において接着されている。上側接続部材40および下側接続部材41は、それぞれ、それらによってパンタグラフ形状が形成されるように、xy平面に対して45度だけ折り曲げられている。なお、上側主板部40、下側主板部41、上側接続部材30、および下側接続部材31のそれぞれの寸法は、図16に示されているようなものである。   In the xz sectional view of the ultrasonic motor 2 shown in FIG. 16, the upper main plate portion 40, the lower main plate portion 41, the upper connection member 30, and the lower connection member 31 are formed of two stainless steel plates. The two stainless steel plates are bonded at the positions of the two vibration plates 21. The upper connection member 40 and the lower connection member 41 are each bent by 45 degrees with respect to the xy plane so that a pantograph shape is formed by them. The dimensions of the upper main plate portion 40, the lower main plate portion 41, the upper connection member 30, and the lower connection member 31 are as shown in FIG.

上述の本実施の形態の超音波モータ2においては、下側接続部材31のプレート80とシャフト100とは固定されており、上側接続部材30は、図14に示される押付機構1000によって押されて、シャフト100の長さ方向(z方向)に沿って下方へ移動することが可能である。したがって、押付機構1000が上側接続部材30を下側に向かって押し付け、上側接続部材30の位置が固定されれば、2つの超音波振動子11の4つの角部S5,S6,S7およびS8が、ロータ200の内周面を押し付けることができる。そのため、ロータ200と2つの超音波振動子11の4つの角部との接触状態が安定する。なお、本実施の形態の超音波モータにおいては、2つの超音波振動子11の4つの角部S5,S6,S7およびS8に、それぞれ突起96および97を設け、突起96および97を媒介として超音波振動子11とロータ200の内周面とが接触してもよい。なお、本実施の形態の押付機構1000は、上方から下方への力を上側接続部材30にかけることにより、上側接続部材30および下側接続部材31を弾性変形させているが、上側接続部材30と下側接続部材31との拘束関係が上下逆になるように、上側接続部材30および下側接続部材31がシャフト100に取り付けられ、下方から上方への力を下側接続部材31にかけることにより、上側接続部材30および下側接続部材31を弾性変形させてもよい。また、上側接続部材30および下側接続部材31の両方を、上述の5つの運動を拘束するように、シャフト100に取り付けてもよい。この場合、押付機構1000により、上側接続部材30に対しては上方から下方への力、下側接続部材31に対しては下方から上方への力をそれぞれかけることにより、上側接続部材30および下側接続部材31を弾性変形させる。さらに、本発明の押付機構は、上側接続部材30および下側接続部材31のような超音波振動子11および接触機構に接続された接続部材に力をかけることにより、それらを弾性変形させることができるものであれば、いかなるものであってもよい。要するに、本発明の押付機構は、超音波振動子11および接触機構をロータ200の内周面に向かって押し付けることができる機構であれば、いかなるものであってもよい。さらに、2つのプレート80のそれぞれがx−y面に対して平行である状態が維持され、押し付け機構1000とプレート80との間における摩擦力またはそれらの接着等によって、押付機構1000とプレート80との間におけるz軸周りの回転すべりが防止されており、かつ、押付機構1000またはプレート80がシャフト100の代わりに本体に接続されていれば、シャフト100が設けられていなくてもよい。   In the above-described ultrasonic motor 2 of the present embodiment, the plate 80 and the shaft 100 of the lower connection member 31 are fixed, and the upper connection member 30 is pressed by the pressing mechanism 1000 shown in FIG. It is possible to move downward along the length direction (z direction) of the shaft 100. Therefore, if the pressing mechanism 1000 presses the upper connecting member 30 downward and the position of the upper connecting member 30 is fixed, the four corners S5, S6, S7 and S8 of the two ultrasonic transducers 11 are The inner peripheral surface of the rotor 200 can be pressed. Therefore, the contact state between the rotor 200 and the four corners of the two ultrasonic transducers 11 is stabilized. In the ultrasonic motor of the present embodiment, the projections 96 and 97 are provided at the four corners S5, S6, S7, and S8 of the two ultrasonic transducers 11, respectively, and the projections 96 and 97 are used as mediators. The acoustic transducer 11 and the inner peripheral surface of the rotor 200 may be in contact with each other. The pressing mechanism 1000 according to the present embodiment elastically deforms the upper connection member 30 and the lower connection member 31 by applying a force from the upper side to the lower side to the upper connection member 30. The upper connection member 30 and the lower connection member 31 are attached to the shaft 100 so that the restraint relationship between the upper connection member 31 and the lower connection member 31 is reversed upside down, and a downward upward force is applied to the lower connection member 31. Accordingly, the upper connection member 30 and the lower connection member 31 may be elastically deformed. Moreover, you may attach both the upper side connection member 30 and the lower side connection member 31 to the shaft 100 so that the five above-mentioned movements may be restrained. In this case, the pressing mechanism 1000 applies a force from the upper side to the lower side for the upper connection member 30 and a force from the lower side to the upper side for the lower connection member 31. The side connection member 31 is elastically deformed. Furthermore, the pressing mechanism of the present invention can apply elastic force to the ultrasonic vibrator 11 such as the upper connection member 30 and the lower connection member 31 and the connection member connected to the contact mechanism, thereby elastically deforming them. Any thing can be used as long as it is possible. In short, the pressing mechanism of the present invention may be any mechanism as long as it can press the ultrasonic transducer 11 and the contact mechanism toward the inner peripheral surface of the rotor 200. Further, the state in which each of the two plates 80 is parallel to the xy plane is maintained, and the pressing mechanism 1000 and the plate 80 are separated by a frictional force between the pressing mechanism 1000 and the plate 80 or their adhesion. The shaft 100 does not have to be provided if the rotation slip around the z-axis is prevented and the pressing mechanism 1000 or the plate 80 is connected to the main body instead of the shaft 100.

また、本発明の超音波モータは、複数の超音波振動子11を有し、それらとロータ200とが3以上の点でロータ200の内周面と接触していれば、押付機構1000を用いて、複数の超音波振動子11とロータ200のとは安定した接触状態を維持することができる。ただし、複数の超音波振動子11とロータ200とが安定した接触状態を維持するためには、図12に示されるように、たとえば、接点が3つである場合には、それらの接点H、I、およびJは、ロータ200の中心Oを囲むような位置に設定されることが必要である。また、接点が4以上である場合(たとえば、図25参照)も同様に、4つの接点がロータ200の中心Oを囲むように設けられていなければ、ロータ200を安定して保持することはできない。   In addition, the ultrasonic motor of the present invention has a plurality of ultrasonic transducers 11 and uses the pressing mechanism 1000 if the rotor 200 and the rotor 200 are in contact with the inner peripheral surface of the rotor 200 at three or more points. Thus, the plurality of ultrasonic transducers 11 and the rotor 200 can maintain a stable contact state. However, in order to maintain a stable contact state between the plurality of ultrasonic transducers 11 and the rotor 200, for example, when there are three contacts, as shown in FIG. I and J need to be set to positions that surround the center O of the rotor 200. Similarly, when there are four or more contacts (for example, refer to FIG. 25), the rotor 200 cannot be stably held unless the four contacts are provided so as to surround the center O of the rotor 200. .

(実施の形態3)
次に、図17〜図25を用いて、本発明の実施の形態3の超音波モータ3を説明する。超音波モータ3は、2つの円弧状平板タイプの超音波振動子13、シャフト100、およびロータ200を備えている。なお、実施の形態1および実施の形態2において説明された超音波モータと同一の構成および同一の機能を実現する構成要素には同一参照符号が付され、その説明は特に必要がなければ繰り返さない。
(Embodiment 3)
Next, the ultrasonic motor 3 according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The ultrasonic motor 3 includes two arc-shaped flat plate type ultrasonic transducers 13, a shaft 100, and a rotor 200. Note that components having the same configuration and the same function as those of the ultrasonic motors described in the first and second embodiments are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated unless particularly necessary. .

<超音波振動子>
ここで、円弧状平板タイプの超音波振動子13の構造がより詳細に説明される。
<Ultrasonic transducer>
Here, the structure of the arc-shaped flat plate type ultrasonic transducer 13 will be described in more detail.

図17〜図19に示されるように、円弧状平板タイプの超音波振動子13は振動板22を備えている。振動板22は、シャフト100にz軸方向の並進運動以外の5つの運動が拘束されるように接続された上側接続部材30と、5つの運動に加えてz軸方向の並進運動を含む6つの運動のすべてが拘束されるようにシャフト100に接続された下側接続部材31と、上側接続部材30および下側接続部材31と一体的に形成された上側主板部42および下側主板部43を有している。   As shown in FIGS. 17 to 19, the arc-shaped flat plate type ultrasonic transducer 13 includes a diaphragm 22. The diaphragm 22 includes an upper connecting member 30 connected to the shaft 100 so that five motions other than the translational motion in the z-axis direction are constrained, and six vibrations including a translational motion in the z-axis direction in addition to the five motions. A lower connecting member 31 connected to the shaft 100 so that all of the movement is restrained, and an upper main plate portion 42 and a lower main plate portion 43 formed integrally with the upper connecting member 30 and the lower connecting member 31 are provided. Have.

上側主板部42および下側主板部43は、内径5.8mm、外径9.8mm、かつ角度90度を有する円弧状平板によって形成されている。ここで、外側の扇形の円弧に相当する部分を外周部と呼び、外側の扇形と同心の内側の扇形の円弧に相当する部分を内周部と呼ぶ。また、上側接続部材30および下側接続部材31は、それぞれ、上側主板部42および下側主板部43の内周部の中央位置から延びている。上側接続部材30および下側接続部材31の中央位置には、xy平面に対して垂直な方向から見たときに、一辺0.6mm角の正方形の貫通孔を有するプレート80が設けられている。プレート80の貫通孔はシャフト100の外形とほぼ同一の形状を有している。xy平面に対して垂直な方向に見たときに、プレート80の貫通孔の中心から円弧状平板タイプの超音波振動子13とロータ200との接触点までの距離が、ロータ200の半径と一致するように、すなわち、プレート80の貫通孔の中心はロータ200の回転中心と一致するように、上側接続部材30および下側接続部材31の長さが設定されている。   The upper main plate portion 42 and the lower main plate portion 43 are formed by arc-shaped flat plates having an inner diameter of 5.8 mm, an outer diameter of 9.8 mm, and an angle of 90 degrees. Here, a portion corresponding to the outer fan-shaped arc is referred to as an outer peripheral portion, and a portion corresponding to the inner fan-shaped arc concentric with the outer fan-shaped arc is referred to as an inner peripheral portion. The upper connection member 30 and the lower connection member 31 extend from the center positions of the inner peripheral portions of the upper main plate portion 42 and the lower main plate portion 43, respectively. At the center position of the upper connection member 30 and the lower connection member 31, a plate 80 having a square through hole with a side of 0.6 mm square when viewed from the direction perpendicular to the xy plane is provided. The through hole of the plate 80 has substantially the same shape as the outer shape of the shaft 100. When viewed in a direction perpendicular to the xy plane, the distance from the center of the through hole of the plate 80 to the contact point between the arc-shaped flat plate type ultrasonic transducer 13 and the rotor 200 matches the radius of the rotor 200. In other words, the lengths of the upper connection member 30 and the lower connection member 31 are set so that the center of the through hole of the plate 80 coincides with the rotation center of the rotor 200.

上側接続部材30および下側接続部材31のそれぞれの上側主板部42および43は互いに接着されている。圧電素子51は、内径5.2mm、外径9.8mm、かつ角度90度の円弧状平板部材である。また、xy平面に垂直な方向において見たときに圧電素子51の外周部と上側主板部42の外周部とが重なるように、上側の圧電素子51は、上側主板部42に対して電極70が間に介在する状態で固定されている。一方、xy平面に垂直な方向において見たときに下側の圧電素子51の外周部と下側主板部43の外周部とが重なるように、下側の圧電素子51は、下側主板部43に対して電極70が間に介在する状態で固定されている。   The upper main plate portions 42 and 43 of the upper connection member 30 and the lower connection member 31 are bonded to each other. The piezoelectric element 51 is an arc-shaped flat plate member having an inner diameter of 5.2 mm, an outer diameter of 9.8 mm, and an angle of 90 degrees. Further, the upper piezoelectric element 51 has the electrode 70 with respect to the upper main plate portion 42 so that the outer peripheral portion of the piezoelectric element 51 and the outer peripheral portion of the upper main plate portion 42 overlap when viewed in the direction perpendicular to the xy plane. It is fixed in an intervening state. On the other hand, the lower piezoelectric element 51 has the lower main plate portion 43 so that the outer peripheral portion of the lower piezoelectric element 51 and the outer peripheral portion of the lower main plate portion 43 overlap when viewed in the direction perpendicular to the xy plane. In contrast, the electrode 70 is fixed in a state of being interposed therebetween.

なお、振動板22および圧電素子51のそれぞれの寸法および形状は、上述の寸法および形状に限定されず、他の寸法および形状であってもよい。また、振動板22の材料は、振動の減衰が小さく、共振により大きな振幅の楕円運動が得られるのであれば、特に限定されないが、ステンレス等の導電性を有する材料であることが望ましい。また、上側接続部材30および下側接続部材31と上側主板部42および下側主板部43とは別個の部材からなっていてもよいが、それらが1つの部材で一体的に形成されていることが望ましい。   The dimensions and shapes of the diaphragm 22 and the piezoelectric element 51 are not limited to the dimensions and shapes described above, and may be other dimensions and shapes. The material of the diaphragm 22 is not particularly limited as long as vibration attenuation is small and elliptical motion with a large amplitude can be obtained by resonance. However, a material having conductivity such as stainless steel is desirable. Moreover, although the upper side connection member 30 and the lower side connection member 31, the upper side main board part 42, and the lower side main board part 43 may consist of separate members, they should be integrally formed by one member. Is desirable.

圧電素子51は、チタン酸ジルコニウム酸鉛(PZT)からなっているが、電圧が印加されて振動する素子であれば、いかなる材料からなっていてもよい。2つの圧電素子51のそれぞれの一方の主表面上には、電極76、77、78、および79が取り付けられている。電極76、77、78、および79の寸法は図24に示されているようなものである。また、2つの圧電素子51のそれぞれの他方の主表面上には電極70が設けられている。電極70は圧電素子51の他方の主表面と同一の円弧状の平面形状を有する平板状部材である。   The piezoelectric element 51 is made of lead zirconate titanate (PZT), but may be made of any material as long as it is an element that vibrates when a voltage is applied thereto. On one main surface of each of the two piezoelectric elements 51, electrodes 76, 77, 78, and 79 are attached. The dimensions of electrodes 76, 77, 78, and 79 are as shown in FIG. An electrode 70 is provided on the other main surface of each of the two piezoelectric elements 51. The electrode 70 is a flat plate member having the same arcuate planar shape as the other main surface of the piezoelectric element 51.

本実施の形態の円弧状平板タイプの超音波振動子13においては、上側の圧電素子51は、上側主板部42に接着されている主表面とは反対側の主表面に対して、電極70が間に介在する状態で固定されている。下側の圧電素子51は、下側主板部43に接着されている主表面とは反対側の主表面に対して、電極70が間に介在する状態で固定されている。   In the arc-shaped flat plate type ultrasonic transducer 13 of the present embodiment, the upper piezoelectric element 51 has the electrode 70 on the main surface opposite to the main surface bonded to the upper main plate portion 42. It is fixed in an intervening state. The lower piezoelectric element 51 is fixed to the main surface opposite to the main surface bonded to the lower main plate portion 43 with the electrode 70 interposed therebetween.

上側の電極70は、xy平面に垂直な方向に沿って見たときに、その外周部が上側主板部42の外周部が重なるように、上側主板部42の一方の主表面に固定されている。下側の電極70は、xy平面に垂直な方向に沿って見たときに、その外周部が下側主板部43の外周部が重なるように、下側主板部43の一方の主表面に固定されている。2つの電極70は、それぞれ、銀ペーストなどの導電性接着剤によって上側主板部42および下側主板部43に接着されている。なお、導電性接着剤自体に上側の電極70および下側の電極70の役割を果たさせてもよい。この場合、上述の2つの主板部40および41と圧電素子50との接着および電極75の形成が同時に行われる。   The upper electrode 70 is fixed to one main surface of the upper main plate portion 42 so that the outer peripheral portion thereof overlaps with the outer peripheral portion of the upper main plate portion 42 when viewed along the direction perpendicular to the xy plane. . The lower electrode 70 is fixed to one main surface of the lower main plate portion 43 so that the outer peripheral portion thereof overlaps with the outer peripheral portion of the lower main plate portion 43 when viewed along a direction perpendicular to the xy plane. Has been. The two electrodes 70 are respectively bonded to the upper main plate portion 42 and the lower main plate portion 43 by a conductive adhesive such as silver paste. Note that the conductive adhesive itself may serve as the upper electrode 70 and the lower electrode 70. In this case, the above-described two main plate portions 40 and 41 and the piezoelectric element 50 are bonded together and the electrode 75 is formed simultaneously.

また、振動板22を構成する上側主板部42および下側主板部43は、xy平面に対して鏡面対称に配置されている。さらに、振動板22の一方の主表面に取り受けられている圧電素子51と、振動板22の他方の主表面に取り付けられている圧電素子51とも、xy平面に対して鏡面対称に配置されている。上側主板部42に接着されている電極76、77、78、79および80と下側主板部43に接着されている電極76、77、78、79および70とも、xy面に対して鏡面対称に配置されている。   Further, the upper main plate portion 42 and the lower main plate portion 43 that constitute the diaphragm 22 are arranged in mirror symmetry with respect to the xy plane. Furthermore, the piezoelectric element 51 received on one main surface of the diaphragm 22 and the piezoelectric element 51 attached to the other main surface of the diaphragm 22 are arranged in mirror symmetry with respect to the xy plane. Yes. The electrodes 76, 77, 78, 79 and 80 bonded to the upper main plate portion 42 and the electrodes 76, 77, 78, 79 and 70 bonded to the lower main plate portion 43 are mirror-symmetric with respect to the xy plane. Has been placed.

そのため、振動板22の一方の主表面上の圧電素子51の振動特性と、振動板22の他方の主表面上の圧電素子51の振動特性とは実質的に同一である。したがって、本実施の形態の振動板22は、その面内方向において振動する。また、振動板22の上側主板部42および下側主板部43の外周部の両端に位置付けられた2つの角部には、それぞれ、一辺0.2mmの突起90および91が設けられている。2つの振動板22のそれぞれの突起90および91が、図17における位置S9、S10、S11およびS12の合計4か所で、ロータ200の内周面に接触している。2つの突起90および91は、図17において矢印E9およびE10で示されるように、面内方向において楕円運動する。   Therefore, the vibration characteristic of the piezoelectric element 51 on one main surface of the diaphragm 22 and the vibration characteristic of the piezoelectric element 51 on the other main surface of the diaphragm 22 are substantially the same. Therefore, the diaphragm 22 of the present embodiment vibrates in the in-plane direction. In addition, protrusions 90 and 91 each having a side of 0.2 mm are provided at two corners positioned at both ends of the outer peripheral portion of the upper main plate portion 42 and the lower main plate portion 43 of the diaphragm 22. The protrusions 90 and 91 of the two diaphragms 22 are in contact with the inner peripheral surface of the rotor 200 at a total of four positions S9, S10, S11, and S12 in FIG. The two protrusions 90 and 91 move elliptically in the in-plane direction, as indicated by arrows E9 and E10 in FIG.

次に、図20〜図24を用いて、本実施の形態の円弧状平板タイプの超音波振動子13の駆動方法が説明される。円弧状平板タイプの超音波振動子13が駆動されるときには、所定の信号が、外部に設けられた制御装置(図示せず)から電極76、77、78、79および70へ入力される。なお、振動板22の一方の主表面側に位置づけられた電極76、77、78、79に入力される信号(印加電圧)は、振動板22の他方の主表面側に位置づけられた電極76、77、78、79に入力される信号(印加電圧)に対して、xy面に対して鏡面対称に入力される。   Next, a method of driving the arcuate flat plate type ultrasonic transducer 13 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. When the arc-shaped flat plate type ultrasonic transducer 13 is driven, a predetermined signal is input to the electrodes 76, 77, 78, 79 and 70 from a control device (not shown) provided outside. A signal (applied voltage) input to the electrodes 76, 77, 78, 79 positioned on one main surface side of the diaphragm 22 is applied to the electrode 76, positioned on the other main surface side of the diaphragm 22, The signals (applied voltages) input to 77, 78, and 79 are input mirror-symmetrically with respect to the xy plane.

図17に示されるように、電極76と電極78とは結線されており、同一の信号(φ1)が入力される。電極77と電極79とは、結線されており、同一の信号(φ2)が入力される。したがって、電極76、77、78および79に入力される信号は、図22および図23に示されるように、4つのモード(A),(B),(C)および(D)を有している。また、図23に示されるように、電極76および電極78に入力される信号と電極77および電極79に入力される信号とは、その位相において90度のズレを有しているが、同一の振幅および周波数を有している。   As shown in FIG. 17, the electrode 76 and the electrode 78 are connected, and the same signal (φ1) is input. The electrode 77 and the electrode 79 are connected, and the same signal (φ2) is input. Therefore, the signals input to the electrodes 76, 77, 78 and 79 have four modes (A), (B), (C) and (D) as shown in FIGS. Yes. Further, as shown in FIG. 23, the signals input to the electrode 76 and the electrode 78 and the signals input to the electrode 77 and the electrode 79 have a deviation of 90 degrees in the phase, but the same Has amplitude and frequency.

上述の円弧状平板タイプの超音波振動子11の振動板22は、図20に示される伸縮振動および図21に示される屈曲運動との組み合わせの振動を行う。図20に示される伸縮振動によれば、振動板22は、白抜き矢印で示されるように、ロータ200の内周面の接線方向において圧縮されたり伸張されたりする。それにより、角部S1およびS2、すなわち突起90および91は、振動板22の外周部に沿って、すなわちロータ200の内周面の接線方向に振動する。一方、図21に示される屈曲振動によれば、振動板22は、白抜き矢印で示されるように、撓み振動をする。それにより、振動板22の角部S1およびS2は、すなわち振動板22の突起90および91は、それぞれ、白抜き矢印で示すように、短辺方向、すなわちロータの内周面の法線方向に沿って振動する。   The vibration plate 22 of the above-described arc-shaped flat plate type ultrasonic vibrator 11 performs vibration in combination with the stretching vibration shown in FIG. 20 and the bending motion shown in FIG. According to the stretching vibration shown in FIG. 20, the diaphragm 22 is compressed or expanded in the tangential direction of the inner peripheral surface of the rotor 200 as indicated by a white arrow. Accordingly, the corners S1 and S2, that is, the protrusions 90 and 91 vibrate along the outer peripheral portion of the diaphragm 22, that is, in the tangential direction of the inner peripheral surface of the rotor 200. On the other hand, according to the bending vibration shown in FIG. 21, the diaphragm 22 vibrates as shown by the white arrow. Thereby, the corners S1 and S2 of the diaphragm 22, that is, the protrusions 90 and 91 of the diaphragm 22 are respectively in the short side direction, that is, the normal direction of the inner peripheral surface of the rotor, as indicated by the white arrows. Vibrates along.

伸縮振動の共振周波数および位相と同一の周波数および位相で変化する電圧が、電極76、77、78および79のそれぞれに印加されると、振動板22は、図20に矢印で示される方向において、伸縮振動を行う。また、屈曲振動の共振周波数および位相と同一の周波数および位相で変化する電圧(正)が、電極76および78それぞれに印加され、電極76および78とは同一の周波数でかつ逆位相の電圧(負)が、電極77および79のそれぞれに印加されると、振動板22は、図21に矢印で示されるように、屈曲振動を行う。また、2つの電極70のそれぞれには、常に、基準電位(0V)が与えられている。   When a voltage that changes at the same frequency and phase as the resonance frequency and phase of the stretching vibration is applied to each of the electrodes 76, 77, 78, and 79, the vibration plate 22 is in the direction indicated by the arrow in FIG. Performs stretching vibration. In addition, a voltage (positive) that changes at the same frequency and phase as the resonance frequency and phase of the bending vibration is applied to the electrodes 76 and 78, respectively. ) Is applied to each of the electrodes 77 and 79, the diaphragm 22 performs bending vibration as indicated by arrows in FIG. A reference potential (0 V) is always applied to each of the two electrodes 70.

なお、電極の形状は、円弧形状に限定されず、円弧状平板タイプの超音波振動子11が伸縮振動および屈曲振動の双方を生じされることができる形状であれば、いかなる形状であってもよい。   The shape of the electrode is not limited to an arc shape, and any shape can be used as long as the arc-shaped flat plate type ultrasonic transducer 11 can generate both stretching vibration and bending vibration. Good.

伸縮振動の共振周波数aおよび屈曲振動の共振周波数bのそれぞれと同一の周波数および位相の電圧が電極76および78に印加され、電極76および78と同一の周波数であってかつ位相が+90度だけずれた電圧が電極77および79に印加される。それにより、円弧状平板タイプの超音波振動子11の伸縮振動および屈曲振動が同時に振動板22に生じる。その結果、4つの突起90および91が、図17に矢印E9、E10、E11、およびE12で示されるように、楕円振動を行う。4つの突起90および91は、2つの振動板22のそれぞれの角部S9,S10,S11,およびS12に設けられており、ロータ200の内周面に接触しているため、ロータ200は円周方向に回転する。   Voltages having the same frequency and phase as the resonance frequency a of the stretching vibration and the resonance frequency b of the bending vibration are applied to the electrodes 76 and 78, respectively, and have the same frequency as the electrodes 76 and 78 and the phase is shifted by +90 degrees. Voltage is applied to electrodes 77 and 79. Thereby, the expansion and contraction vibration and the bending vibration of the arc-shaped flat plate type ultrasonic vibrator 11 are simultaneously generated in the vibration plate 22. As a result, the four protrusions 90 and 91 perform elliptical vibration as indicated by arrows E9, E10, E11, and E12 in FIG. The four protrusions 90 and 91 are provided at the corners S9, S10, S11, and S12 of the two diaphragms 22 and are in contact with the inner peripheral surface of the rotor 200. Rotate in the direction.

また、電極77および79に電極76および78と同一周波数であってかつ位相が−90度だけずれた電圧が印加されると、図17に矢印E9、E10、E11、およびE12で示された方向とは逆方向の楕円振動が生じる。また、ある一方向にロータ200が回転している状態で、電極76、78および電極77、79に入力されている信号のうちいずれか一方の位相が180度だけ変化すれば、円弧状平板タイプの超音波振動子11の突起90および91に当接しているロータ200の回転方向が反転する。   When a voltage having the same frequency as that of the electrodes 76 and 78 and having a phase shifted by −90 degrees is applied to the electrodes 77 and 79, the directions indicated by arrows E9, E10, E11, and E12 in FIG. Elliptical vibration in the opposite direction occurs. If one of the signals input to the electrodes 76 and 78 and the electrodes 77 and 79 changes by 180 degrees with the rotor 200 rotating in a certain direction, an arc-shaped flat plate type The rotation direction of the rotor 200 in contact with the projections 90 and 91 of the ultrasonic transducer 11 is reversed.

次に、表1を用いて、前述の円弧状平板タイプの超音波振動子11の振動特性のシミュレーション結果を説明する。   Next, the simulation results of the vibration characteristics of the above-described arc-shaped flat plate type ultrasonic transducer 11 will be described with reference to Table 1.

Figure 0005029948
Figure 0005029948

表1は、それぞれが同一の体積を有する円弧状平板タイプの超音波振動子13および矩形平板タイプの超音波振動子11の周波数応答解析結果を示している。表1において、Vnは1次縦振動の速度成分および2次屈曲振動のそれぞれのロータ法線方向の振動速度成分を示し、Vtは1次縦振動および2次屈曲振動のそれぞれの接線方向の振動速度成分を示している。表1に示されるように、円弧状平板タイプの超音波振動子13によれば、縦1次振動および屈曲2次振動のいずれにおいても、接線方向および法線方向のそれぞれの振動速度成分が矩形平板タイプの超音波振動子11の接線方向および法線方向のそれぞれの振動速度成分よりも大きくなっている。   Table 1 shows the frequency response analysis results of the arc-shaped flat plate type ultrasonic transducer 13 and the rectangular flat plate type ultrasonic transducer 11 each having the same volume. In Table 1, Vn represents the velocity component of the primary longitudinal vibration and the vibration velocity component of the secondary bending vibration in the normal direction of the rotor, and Vt represents the vibration in the tangential direction of each of the primary longitudinal vibration and the secondary bending vibration. The velocity component is shown. As shown in Table 1, according to the arc-shaped flat plate type ultrasonic vibrator 13, the vibration velocity components in the tangential direction and the normal direction are rectangular in both the longitudinal primary vibration and the bending secondary vibration. It is larger than the respective vibration velocity components in the tangential direction and normal direction of the flat plate type ultrasonic transducer 11.

以上のことから、円弧状平板タイプの超音波振動子13を駆動源として用いる超音波モータ3によれば、矩形平板タイプの超音波振動子11を駆動源として用いる超音波モータ1よりも大きなパワーを発生させることが可能になる。   From the above, according to the ultrasonic motor 3 using the arc-shaped flat plate type ultrasonic transducer 13 as a driving source, the power is larger than that of the ultrasonic motor 1 using the rectangular flat plate type ultrasonic transducer 11 as a driving source. Can be generated.

次に、図24に示される上述の超音波モータ3のxz断面図を用いて、上側主板部42、下側主板部43、上側接続部材30、および下側接続部材31が説明される。上側主板部42、下側主板部43、上側接続部材30、および下側接続部材31は、2枚のステンレス板を用いて形成されている。2枚のステンレス板は、2つの振動板22のそれぞれの位置において接着されている。   Next, the upper main plate portion 42, the lower main plate portion 43, the upper connection member 30, and the lower connection member 31 will be described with reference to the xz sectional view of the above-described ultrasonic motor 3 shown in FIG. The upper main plate portion 42, the lower main plate portion 43, the upper connection member 30, and the lower connection member 31 are formed using two stainless steel plates. The two stainless steel plates are bonded at the respective positions of the two vibration plates 22.

上側接続部材30および下側接続部材31は、それらによってパンタグラフ形状が形成されるように、それぞれxy平面に対して45度だけ折り曲げられている。なお、上側主板部42、下側主板部43、上側接続部材30、および下側接続部材31の寸法は、図24に示されたようなものである。2つの振動板22の角部S1およびS2に設けられた4つの突起90および91の合計4個所がロータ200の内周面に接触している。   The upper connection member 30 and the lower connection member 31 are each bent by 45 degrees with respect to the xy plane so that a pantograph shape is formed by them. The dimensions of the upper main plate portion 42, the lower main plate portion 43, the upper connection member 30, and the lower connection member 31 are as shown in FIG. A total of four locations of the four protrusions 90 and 91 provided at the corners S 1 and S 2 of the two diaphragms 22 are in contact with the inner peripheral surface of the rotor 200.

上述の本実施の形態の超音波モータ3においては、下側接続部材31のプレート80とシャフト100とは固定されており、図18に示される押付機構1000によって押されるが、上側接続部材30はシャフト100の長さ方向(z方向)に沿って移動することが可能である。したがって、押付機構1000が上側接続部材30を下側に向かって押し付け、その位置が固定されれば、2つの超音波振動子11の4つの角部S5,S6,S7およびS8をロータ200に強く押し付けることができる。なお、本実施の形態の押付機構1000は、上方から下方への力を上側接続部材30にかけることにより、上側接続部材30および下側接続部材31を弾性変形させているが、上述の上側接続部材30と下側接続部材31との拘束関係が上下逆になるように、上側接続部材30および下側接続部材31をシャフト100に取り付け、下方から上方への力を下側接続部材31にかけることにより、上側接続部材30および下側接続部材31を弾性変形させてもよい。また、上側接続部材30および下側接続部材31の両方を、上述の5つの運動が拘束されるように、シャフト100に取り付けてもよい。この場合、押付機構1000により、上側接続部材30に対しては上方から下方への力、下側接続部材31に対しては下方から上方への力をそれぞれかけることにより、上側接続部材30および下側接続部材31を弾性変形させてもよい。さらに、本発明の押付機構は、上側接続部材30および下側接続部材31のような超音波振動子11および接触機構に接続された接続部材に力をかけることにより、それらを弾性変形させることができるものであれば、いかなるものであってもよい。要するに、本発明の押付機構は、超音波振動子11および接触機構をロータ200の内周面に向かって押し付けることができる機構であれば、いかなるものであってもよい。さらに、2つのプレート80のそれぞれがx−y面に対して平行な状態が維持され、押し付け機構1000とプレート80との間における摩擦力またはそれらの間の接着等によって、押付機構1000とプレート80との間におけるz軸周りの回転すべりが防止されており、かつ、押付機構1000またはプレート80がシャフト100の代わりに本体に接続されていれば、シャフト100が設けられていなくてもよい。   In the above-described ultrasonic motor 3 of the present embodiment, the plate 80 and the shaft 100 of the lower connection member 31 are fixed and are pressed by the pressing mechanism 1000 shown in FIG. It is possible to move along the length direction (z direction) of the shaft 100. Therefore, if the pressing mechanism 1000 presses the upper connecting member 30 downward and the position is fixed, the four corners S5, S6, S7 and S8 of the two ultrasonic transducers 11 are strongly applied to the rotor 200. Can be pressed. Note that the pressing mechanism 1000 according to the present embodiment elastically deforms the upper connection member 30 and the lower connection member 31 by applying a force from the upper side to the lower side to the upper connection member 30, but the upper connection described above. The upper connection member 30 and the lower connection member 31 are attached to the shaft 100 so that the restraint relationship between the member 30 and the lower connection member 31 is reversed upside down, and a downward upward force is applied to the lower connection member 31. Thus, the upper connection member 30 and the lower connection member 31 may be elastically deformed. Moreover, you may attach both the upper side connection member 30 and the lower side connection member 31 to the shaft 100 so that the above-mentioned 5 motion may be restrained. In this case, the pressing mechanism 1000 applies a force from the upper side to the lower side for the upper connection member 30 and a force from the lower side to the upper side for the lower connection member 31. The side connection member 31 may be elastically deformed. Furthermore, the pressing mechanism of the present invention can apply elastic force to the ultrasonic vibrator 11 such as the upper connection member 30 and the lower connection member 31 and the connection member connected to the contact mechanism, thereby elastically deforming them. Any thing can be used as long as it is possible. In short, the pressing mechanism of the present invention may be any mechanism as long as it can press the ultrasonic transducer 11 and the contact mechanism toward the inner peripheral surface of the rotor 200. Further, each of the two plates 80 is maintained in a state parallel to the xy plane, and the pressing mechanism 1000 and the plate 80 are caused by a frictional force between the pressing mechanism 1000 and the plate 80 or adhesion between them. The shaft 100 does not need to be provided if the rotation slip around the z-axis between them and the pressing mechanism 1000 or the plate 80 is connected to the main body instead of the shaft 100.

また、本発明の超音波モータは、複数の超音波振動子13を有し、それらとロータ200とが3以上の点でロータ200の内周面と接触していれば、押付機構1000を用いて、複数の超音波振動子13とロータ200のとの安定した接触状態を維持することができる。ただし、複数の超音波振動子13とロータ200のとは安定した接触状態を維持するためには、図25に示されるように、接点が4以上である場合には、4つの接点がロータ200の中心Oを囲むように設けられていなければ、ロータ200を安定して保持することはできない。   In addition, the ultrasonic motor of the present invention has a plurality of ultrasonic transducers 13 and uses the pressing mechanism 1000 if the rotor 200 and the rotor 200 are in contact with the inner peripheral surface of the rotor 200 at three or more points. Thus, a stable contact state between the plurality of ultrasonic transducers 13 and the rotor 200 can be maintained. However, in order to maintain a stable contact state between the plurality of ultrasonic transducers 13 and the rotor 200, as shown in FIG. 25, when the number of contacts is four or more, the four contacts are the rotor 200. If it is not provided so as to surround the center O, the rotor 200 cannot be stably held.

(実施の形態4)
次に、図26を用いて、本実施の形態4の超音波モータ4を説明する。超音波モータ4は、矩形平板タイプの超音波振動子11、シャフト100、およびリニア可動子400を備えている。なお、実施の形態1において説明された超音波モータと同一の構成および同一の機能を実現する構成要素には同一参照符号が付され、その説明は特に必要がなければ繰り返さない。
(Embodiment 4)
Next, the ultrasonic motor 4 according to the fourth embodiment will be described with reference to FIG. The ultrasonic motor 4 includes a rectangular flat plate type ultrasonic transducer 11, a shaft 100, and a linear mover 400. It should be noted that the same reference numerals are given to the same components and the same functions as those of the ultrasonic motor described in the first embodiment, and the description thereof will not be repeated unless particularly necessary.

上記実施の形態1の超音波モータ1が回転運動を生じさせるが、本実施の形態の超音波モータ4は、リニア可動子2000に直線運動を生じさせる。そのため、本実施の形態においては、ロータ200の代わりに、4つの内壁面によって囲まれた平面的に見て長方形の開口を有するリニア可動子2000が設けられており、この開口内に超音波振動子11および接触部材としての円盤部材61が設けられている。また、超音波振動子11の一方の長辺の両端にはそれぞれ突起92および93が設けられている。これらの事項以外は、本実施の形態の超音波モータ4は、上記実施の形態1の超音波モータ1と同一である。より具体的には、超音波振動子11、シャフト100、プレート80、上側接続部材30および下側接続部材31等の構造および機能は、図8に示される上記実施の形態1のそれと同一である。   Although the ultrasonic motor 1 according to the first embodiment causes a rotational motion, the ultrasonic motor 4 according to the present embodiment causes the linear movable element 2000 to generate a linear motion. Therefore, in the present embodiment, instead of the rotor 200, a linear mover 2000 having a rectangular opening as viewed in a plane surrounded by four inner wall surfaces is provided, and ultrasonic vibration is provided in the opening. A child member 11 and a disk member 61 as a contact member are provided. Further, protrusions 92 and 93 are provided on both ends of one long side of the ultrasonic transducer 11, respectively. Except for these matters, the ultrasonic motor 4 of the present embodiment is the same as the ultrasonic motor 1 of the first embodiment. More specifically, the structures and functions of the ultrasonic transducer 11, the shaft 100, the plate 80, the upper connection member 30, the lower connection member 31, and the like are the same as those of the first embodiment shown in FIG. .

したがって、押付機構1000を用いて、プレート80を上から下、もしくは下から上へ向かって押せば、超音波振動子11の角部S1およびS2に設けられた2つの突起92および93がリニア可動子2000の内壁面に向かって押し付けられる。なお、2つの押付機構1000を用いて上側接続部材30を上から下、および下側接続部材31を下から上に向かってそれぞれ押してもよい。また、2つのプレート80のそれぞれがx−y面に対して平行な状態が維持され、かつ押付機構1000またはプレート80がシャフト100の代わりに本体に接続されていれば、シャフト100が設けられていなくてもよい。また、2つの突起92および93は、互いに平行な2つの内壁面に接触しながらその2つの内壁面に沿って移動する。したがって、図26に矢印Gで示す方向にリニア可動子2000が往復直線運動する。   Therefore, if the plate 80 is pressed from the top or the bottom or the bottom to the top using the pressing mechanism 1000, the two protrusions 92 and 93 provided at the corners S1 and S2 of the ultrasonic transducer 11 are linearly movable. It is pressed toward the inner wall surface of the child 2000. Note that the two connection mechanisms 1000 may be used to push the upper connection member 30 from the top to the bottom and the lower connection member 31 from the bottom to the top. Further, if each of the two plates 80 is maintained parallel to the xy plane, and the pressing mechanism 1000 or the plate 80 is connected to the main body instead of the shaft 100, the shaft 100 is provided. It does not have to be. The two protrusions 92 and 93 move along the two inner wall surfaces while contacting the two inner wall surfaces parallel to each other. Therefore, the linear mover 2000 reciprocates linearly in the direction indicated by the arrow G in FIG.

なお、本実施の形態においては、接触機構として、可動である円盤部材61が用いられているが、円形の先端を有し、摩擦抵抗が極めて小さな部材であれば、固定された円盤部材が用いられてもよい。接触機構は、リニア可動子2000を内壁面に向かって押すことができかつリニア可動子2000の往復直線運動を妨げないものであれば、いかなるものであってもよい。   In the present embodiment, a movable disk member 61 is used as the contact mechanism. However, a fixed disk member is used if the member has a circular tip and a very small frictional resistance. May be. The contact mechanism may be anything as long as it can push the linear mover 2000 toward the inner wall surface and does not hinder the reciprocating linear motion of the linear mover 2000.

また、本実施の形態においては、矩形平板タイプの超音波振動子11の2つの角部S1およびS2のそれぞれに設けられた2つの突起92,93および円盤部材61がリニア可動子2000の互いに平行な2つの内壁面に接触している。しかしながら、図11に示されるような矩形平板タイプの超音波振動子11の1つの角部S1および2つの円盤部材61がリニア可動子2000の互いに平行な2つの内壁面に接触する超音波モータであっても、リニア可動子2000と超音波振動子11および2つの円盤部材61とが3点で接触しているため、安定した接触状態が維持される。   In the present embodiment, the two protrusions 92 and 93 and the disk member 61 provided at the two corners S1 and S2 of the rectangular flat plate type ultrasonic transducer 11 are parallel to each other of the linear movable element 2000. The two inner wall surfaces are in contact. However, it is an ultrasonic motor in which one corner S1 and two disk members 61 of a rectangular flat plate type ultrasonic transducer 11 as shown in FIG. 11 are in contact with two parallel inner wall surfaces of the linear mover 2000. Even if it exists, since the linear needle | mover 2000, the ultrasonic transducer | vibrator 11, and the two disk members 61 are contacting at three points, the stable contact state is maintained.

また、本発明の超音波モータは、1または2以上の円盤部材61と1または2以上の超音波振動子11を有し、それらとリニア可動子2000の2つの互いに平行な2つの内壁面とが3以上の点で接触していれば、押付機構1000を用いて、1または2以上の円盤部材61と1または2以上の超音波振動子11とリニア可動子2000とは安定した接触状態を維持することができる。   Further, the ultrasonic motor of the present invention has one or more disk members 61 and one or two or more ultrasonic transducers 11, and two mutually parallel inner wall surfaces of the linear mover 2000. Are in contact with each other at three or more points, using the pressing mechanism 1000, the one or two or more disk members 61, the one or two or more ultrasonic transducers 11, and the linear movable element 2000 have a stable contact state. Can be maintained.

また、本実施の形態においては、超音波振動子11および円盤部材61が装置本体に固定されており、リニア可動子2000が往復直線運動する超音波モータ4が説明されたが、リニア可動子2000が、装置本体に固定された固定部材であり、超音波振動子11および円盤部材61が固定部材としてのリニア可動子2000の互いに平行な2つの内壁面に接触しながら移動する超音波モータであっても、前述の押付機構1000を用いれば、超音波振動子11および円盤部材61と固定部材としてのリニア可動子2000との安定的な接触状態が維持される。   Further, in the present embodiment, the ultrasonic motor 4 in which the ultrasonic transducer 11 and the disk member 61 are fixed to the apparatus body and the linear mover 2000 reciprocates linearly has been described. Is an ultrasonic motor in which the ultrasonic transducer 11 and the disk member 61 move while contacting the two parallel inner wall surfaces of the linear mover 2000 as a fixed member. However, if the above-described pressing mechanism 1000 is used, a stable contact state between the ultrasonic transducer 11 and the disk member 61 and the linear movable element 2000 as the fixed member is maintained.

(実施の形態5)
次に、図27を用いて、本発明の実施の形態5の超音波モータ5を説明する。超音波モータ5は、2つの矩形平板タイプの超音波振動子11、シャフト100、およびリニア可動子2000を備えている。なお、実施の形態1において説明された超音波モータと同一の構成および同一の機能を実現する構成要素には同一参照符号が付され、その説明は特に必要がなければ繰り返さない。
(Embodiment 5)
Next, the ultrasonic motor 5 according to the fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The ultrasonic motor 5 includes two rectangular flat plate type ultrasonic transducers 11, a shaft 100, and a linear movable element 2000. It should be noted that the same reference numerals are given to the same components and the same functions as those of the ultrasonic motor described in the first embodiment, and the description thereof will not be repeated unless particularly necessary.

本実施の形態の超音波モータ5は、超音波振動子11および円盤部材61が2つの超音波振動子11に置き換えられている点において、実施の形態4の超音波モータ4と異なっている。   The ultrasonic motor 5 of the present embodiment is different from the ultrasonic motor 4 of the fourth embodiment in that the ultrasonic vibrator 11 and the disk member 61 are replaced with two ultrasonic vibrators 11.

本実施の形態の超音波モータ5は、2つの矩形平板タイプの超音波振動子11、シャフト100、およびリニア可動子2000を備えている。なお、実施の形態1において説明された超音波モータと同一の構成および同一の機能を実現する構成要素には同一参照符号が付され、その説明は特に必要がなければ繰り返さない。   The ultrasonic motor 5 of the present embodiment includes two rectangular flat plate type ultrasonic transducers 11, a shaft 100, and a linear movable element 2000. It should be noted that the same reference numerals are given to the same components and the same functions as those of the ultrasonic motor described in the first embodiment, and the description thereof will not be repeated unless particularly necessary.

上記実施の形態2の超音波モータ2が回転運動を生じさせるが、本実施の形態の超音波モータ4は、リニア可動子2000に直線運動を生じさせる。そのため、本実施の形態においては、ロータ200の代わりに、4つの内壁面によって囲まれた平面的に見て長方形の開口を有するリニア可動子2000が設けられており、この開口内に2つの超音波振動子11が設けられている。また、2つの超音波振動子11のそれぞれの一方の長辺の両端にはそれぞれ突起92および93が設けられている。これらの事項以外は、本実施の形態の超音波モータ5は、上記実施の形態2の超音波モータ2と同一である。より具体的には、超音波振動子11、シャフト100、プレート80、上側接続部材30および下側接続部材31等の構造および機能は、図16に示される上記実施の形態1のそれと同一である。   Although the ultrasonic motor 2 according to the second embodiment causes a rotational movement, the ultrasonic motor 4 according to the present embodiment causes the linear movable element 2000 to generate a linear movement. Therefore, in the present embodiment, instead of the rotor 200, a linear movable element 2000 having a rectangular opening as viewed in a plane surrounded by four inner wall surfaces is provided. A sound wave oscillator 11 is provided. In addition, protrusions 92 and 93 are provided on both ends of one long side of each of the two ultrasonic transducers 11. Except for these matters, the ultrasonic motor 5 of the present embodiment is the same as the ultrasonic motor 2 of the second embodiment. More specifically, the structures and functions of the ultrasonic transducer 11, the shaft 100, the plate 80, the upper connection member 30, the lower connection member 31, and the like are the same as those of the first embodiment shown in FIG. .

したがって、押付機構1000を用いて、プレート80を上から下、もしくは下から上へ向かって押せば、超音波振動子11の角部S1およびS2に設けられた2つの突起92および93がリニア可動子2000の内壁面に向かって押し付けられる。なお、2つの押付機構1000を用いて上側接続部材30を上から下、および下側接続部材31を下から上に向かってそれぞれ押してもよい。なお、2つのプレート80のそれぞれがx−y面に対して平行な状態が維持され、かつ押付機構1000またはプレート80がシャフト100の代わりに本体に接続されていれば、シャフト100が設けられていなくてもよい。また、2つの突起92および93は、互いに平行な2つの内壁面に接触しながらその2つの内壁面に沿って移動する。したがって、図27に矢印で示す方向にリニア可動子2000が往復直線運動する。   Therefore, if the plate 80 is pressed from the top or the bottom or the bottom to the top using the pressing mechanism 1000, the two protrusions 92 and 93 provided at the corners S1 and S2 of the ultrasonic transducer 11 are linearly movable. It is pressed toward the inner wall surface of the child 2000. Note that the two connection mechanisms 1000 may be used to push the upper connection member 30 from the top to the bottom and the lower connection member 31 from the bottom to the top. If each of the two plates 80 is maintained parallel to the xy plane, and the pressing mechanism 1000 or the plate 80 is connected to the main body instead of the shaft 100, the shaft 100 is provided. It does not have to be. The two protrusions 92 and 93 move along the two inner wall surfaces while contacting the two inner wall surfaces parallel to each other. Therefore, the linear mover 2000 reciprocates linearly in the direction indicated by the arrow in FIG.

上述の本実施の形態の超音波モータ5によれば、下側接続部材31のプレート80とシャフト100とは固定されており、上側接続部材30は、押付機構1000に押されることによって、シャフト100の長さ方向に沿って移動することが可能である。したがって、押付機構1000が上側接続部材30を下側に向かって押し付け、その位置が固定されれば、2つの超音波振動子11の4つの角部S5,S6,S7およびS8が、リニア可動子2000の互いに平行な2つの内壁面に押し付けられる。それにより、リニア可動子2000と超音波振動子11との接触状態が安定する。   According to the above-described ultrasonic motor 5 of the present embodiment, the plate 80 and the shaft 100 of the lower connection member 31 are fixed, and the upper connection member 30 is pressed by the pressing mechanism 1000, whereby the shaft 100. It is possible to move along the length direction. Therefore, if the pressing mechanism 1000 presses the upper connecting member 30 downward and the position thereof is fixed, the four corners S5, S6, S7 and S8 of the two ultrasonic transducers 11 become linear movers. It is pressed against two parallel inner wall surfaces of 2000. Thereby, the contact state between the linear movable element 2000 and the ultrasonic transducer 11 is stabilized.

また、本発明の超音波モータは、複数の超音波振動子11を有し、それらとリニア可動子2000とが3以上の点でリニア可動子2000の互いに平行な2つの内壁面に接触していれば、押付機構1000を用いて、複数の超音波振動子11とリニア可動子2000との安定した接触状態を維持することができる。   The ultrasonic motor of the present invention has a plurality of ultrasonic transducers 11 and these and the linear movable element 2000 are in contact with two parallel inner wall surfaces of the linear movable element 2000 at three or more points. Then, using the pressing mechanism 1000, a stable contact state between the plurality of ultrasonic transducers 11 and the linear movable element 2000 can be maintained.

また、本実施の形態においては、2つの超音波振動子11が装置本体に固定されており、リニア可動子2000が直線往復する超音波モータ5が説明されたが、リニア可動子2000が、装置本体に固定された固定部材であり、2つの超音波振動子11が固定部材としてのリニア可動子2000の互いに平行な2つの内壁面に接触しながら移動する超音波モータであっても、前述の押付機構1000を用いれば、2つの超音波振動子11と固定部材としてのリニア可動子2000との安定的な接触状態が維持される。なお、この場合においても、超音波モータ5は、3以上の超音波振動子11を有し、3以上の超音波振動子11が3点以上で互いに平行な2つの内壁面に接触していてもよい。   Further, in the present embodiment, the ultrasonic motor 5 in which the two ultrasonic transducers 11 are fixed to the apparatus main body and the linear movable element 2000 reciprocates linearly has been described. Even if the ultrasonic motor is a fixed member fixed to the main body, and the two ultrasonic transducers 11 move while contacting two parallel inner wall surfaces of the linear movable element 2000 as the fixed member, If the pressing mechanism 1000 is used, a stable contact state between the two ultrasonic transducers 11 and the linear movable element 2000 as a fixed member is maintained. Even in this case, the ultrasonic motor 5 has three or more ultrasonic transducers 11, and the three or more ultrasonic transducers 11 are in contact with two inner wall surfaces parallel to each other at three or more points. Also good.

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

実施の形態1の超音波モータをxy平面に垂直な方向に見たときの平面図である。FIG. 3 is a plan view when the ultrasonic motor according to the first embodiment is viewed in a direction perpendicular to the xy plane. 実施の形態1の超音波モータの斜視図である。1 is a perspective view of an ultrasonic motor according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1の超音波モータの分解斜視図である。1 is an exploded perspective view of an ultrasonic motor according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1の超音波振動子の4つのモードを示す図である。4 is a diagram illustrating four modes of the ultrasonic transducer according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1の超音波振動子の入力電圧の位相を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a phase of an input voltage of the ultrasonic transducer according to the first embodiment. 実施の形態1の超音波振動子に生じる縦振動を概略的に示す図である。FIG. 3 is a diagram schematically showing longitudinal vibration generated in the ultrasonic transducer of the first embodiment. 実施の形態1の超音波振動子に生じる屈曲振動を概略的に示す図である。FIG. 3 is a diagram schematically showing bending vibration generated in the ultrasonic vibrator of the first embodiment. 実施の形態1の超音波モータをxz平面に沿って切ったときの断面図である。It is sectional drawing when the ultrasonic motor of Embodiment 1 is cut along xz plane. 実施の形態1の超音波モータの4つの角部の楕円運動を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating elliptical motion of four corners of the ultrasonic motor according to the first embodiment. 実施の形態1の超音波モータの2点接触の原理を説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining the principle of two-point contact of the ultrasonic motor according to the first embodiment. 実施の形態1の変形例の超音波モータの平面図である。FIG. 7 is a plan view of an ultrasonic motor according to a modification of the first embodiment. 3つの接触点によって構成された三角形がロータの中心を含む必要があることを説明するための図である。It is a figure for demonstrating that the triangle comprised by three contact points needs to include the center of a rotor. 実施の形態2の超音波モータをxy平面に垂直な方向から見たときの平面図である。FIG. 6 is a plan view when the ultrasonic motor according to the second embodiment is viewed from a direction perpendicular to the xy plane. 実施の形態2の超音波モータの斜視図である。6 is a perspective view of an ultrasonic motor according to Embodiment 2. FIG. 実施の形態2の超音波モータの分解斜視図である。6 is an exploded perspective view of an ultrasonic motor according to Embodiment 2. FIG. 実施の形態2の超音波モータのxz平面に沿って切ったときの断面図である。It is sectional drawing when it cuts along the xz plane of the ultrasonic motor of Embodiment 2. 実施の形態3の超音波モータをxy平面に垂直な方向に見たときの平面図である。It is a top view when the ultrasonic motor of Embodiment 3 is seen in the direction perpendicular to the xy plane. 実施の形態3の超音波モータの斜視図である。6 is a perspective view of an ultrasonic motor according to Embodiment 3. FIG. 実施の形態3の超音波モータの分解斜視図である。6 is an exploded perspective view of an ultrasonic motor according to Embodiment 3. FIG. 実施の形態3の超音波振動子に生じる縦振動の概略を示す図である。6 is a diagram showing an outline of longitudinal vibration generated in the ultrasonic transducer of embodiment 3. FIG. 実施の形態3の超音波振動子に生じる屈曲振動の概略を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing an outline of bending vibration generated in the ultrasonic transducer according to the third embodiment. 実施の形態3の超音波振動子の4つのモードを示す図である。6 is a diagram illustrating four modes of the ultrasonic transducer according to Embodiment 3. FIG. 実施の形態3の超音波振動子の入力電圧の位相を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing the phase of the input voltage of the ultrasonic transducer according to the third embodiment. 実施の形態3の超音波モータをxz平面に沿って切ったときの断面図である。It is sectional drawing when the ultrasonic motor of Embodiment 3 is cut along xz plane. 4つの接触点によって構成された四角形がロータの中心を含む必要があることを説明するための図である。It is a figure for demonstrating that the square comprised by four contact points needs to include the center of a rotor. 実施の形態4の超音波モータをxy平面に垂直な方向から見たときの平面図である。It is a top view when the ultrasonic motor of Embodiment 4 is seen from the direction perpendicular to the xy plane. 実施の形態5の超音波モータをxy平面に垂直な方向から見たときの平面図である。FIG. 10 is a plan view when the ultrasonic motor according to the fifth embodiment is viewed from a direction perpendicular to the xy plane. 特開平1−81671号公報に示される超音波モータをxy平面図に垂直な方向に見たときの平面図である。It is a top view when the ultrasonic motor shown by Unexamined-Japanese-Patent No. 1-81671 is seen in the direction perpendicular | vertical to xy top view. 特開平1−81671号公報に示される超音波モータのy軸周りの回転を概略的に示す図である。It is a figure which shows schematically rotation around the y-axis of the ultrasonic motor shown by Unexamined-Japanese-Patent No. 1-81671. 特開平1−81671号公報に示される超音波モータの横滑りを概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the skid of the ultrasonic motor shown by Unexamined-Japanese-Patent No. 1-81671.

符号の説明Explanation of symbols

1 超音波モータ、11,12 矩形平板タイプの超音波振動子、13 円弧状平板タイプの超音波振動子、30 上側支持部、31 下側支持部、60 円盤支持部、61 円盤部材、100 シャフト、200 ロータ。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ultrasonic motor, 11, 12 Rectangular flat plate type ultrasonic transducer, 13 Arc-shaped flat plate type ultrasonic transducer, 30 Upper support portion, 31 Lower support portion, 60 Disc support portion, 61 Disc member, 100 Shaft 200 rotors.

Claims (12)

平面視において円形の内周面を有するロータと、
前記内周面に2以上の点で接触する1または2以上の超音波振動子と、
前記1または2以上の超音波振動子のそれぞれに接続された接続部材と、
それぞれが、前記接続部材に設けられ、前記ロータを前記内周面の接線方向に移動させながら、前記1または2以上の超音波振動子と協働して前記ロータの回転中心の位置を維持し得るように前記内周面に1点で接触する、1以上の接触機構と、
前記1または2以上の超音波振動子上の2以上の点および前記1以上の接触機構のそれぞれ上の1点を前記ロータの前記回転中心の位置から前記内周面に向かって押し付けるように前記接続部材を弾性変形させ得る押付機構とを備えた、超音波モータ。
A rotor having a circular inner peripheral surface in plan view;
One or more ultrasonic transducers that contact the inner peripheral surface at two or more points;
A connecting member connected to each of the one or more ultrasonic transducers;
Each is provided on the connection member, and maintains the position of the rotation center of the rotor in cooperation with the one or more ultrasonic transducers while moving the rotor in a tangential direction of the inner peripheral surface. One or more contact mechanisms that contact the inner peripheral surface at one point to obtain,
The two or more points on the one or two or more ultrasonic transducers and one point on each of the one or more contact mechanisms are pressed from the position of the rotation center of the rotor toward the inner peripheral surface. An ultrasonic motor comprising a pressing mechanism capable of elastically deforming the connecting member.
前記1または2以上の超音波振動子のそれぞれが長方形の平板形状を有し、
前記2以上の点が前記長方形の2以上の角部上の点または前記2以上の角部にそれぞれ設けられた2以上の突起上の点である、請求項1に記載の超音波モータ。
Each of the one or more ultrasonic transducers has a rectangular flat plate shape,
The ultrasonic motor according to claim 1, wherein the two or more points are points on two or more corners of the rectangle or points on two or more protrusions provided at the two or more corners, respectively.
前記1または2以上の超音波振動子のそれぞれが円弧状をなしており、
前記2以上の点が、前記円弧状の外周面上に設けられた2つの突起のそれぞれ上の点である、請求項1に記載の超音波モータ。
Each of the one or more ultrasonic transducers has an arc shape,
The ultrasonic motor according to claim 1, wherein the two or more points are points on two protrusions provided on the arc-shaped outer peripheral surface.
平面視において円形の内周面を有する固定部材と、
前記内周面に2以上の点で接触する1または2以上の超音波振動子と、
前記1または2以上の超音波振動子のそれぞれに接続された接続部材と、
それぞれが、前記接続部材に設けられ、前記内周面の接線方向に移動しながら、前記1または2以上の超音波振動子と協働して前記1または2以上の超音波振動子の前記固定部材の内周面に沿った回転の中心位置を維持し得るように前記内周面に1点で接触する、1以上の接触機構と、
前記1または2以上の超音波振動子上の2以上の点および前記1以上の接触機構のそれぞれ上の1点を前記1または2以上の超音波振動子、前記接続部材、および前記1以上の接触機構前記回転の中心位置から前記固定部材の前記内周面に向かって押し付けるように前記接続部材を弾性変形させ得る押付機構とを備えた、超音波モータ。
A fixing member having a circular inner peripheral surface in plan view;
One or more ultrasonic transducers that contact the inner peripheral surface at two or more points;
A connecting member connected to each of the one or more ultrasonic transducers;
The fixing of the one or two or more ultrasonic transducers is provided on the connecting member and moves in a tangential direction of the inner peripheral surface in cooperation with the one or two or more ultrasonic transducers. One or more contact mechanisms that contact the inner peripheral surface at a single point so as to maintain the center position of rotation along the inner peripheral surface of the member ;
Two or more points on the one or more ultrasonic transducers and one point on each of the one or more contact mechanisms are the one or more ultrasonic transducers, the connecting member, and the one or more ultrasonic transducers. An ultrasonic motor comprising: a pressing mechanism capable of elastically deforming the connection member so as to press the contact mechanism from the center position of the rotation toward the inner peripheral surface of the fixing member .
平面視において互いに平行な2つの内壁面を有するリニア可動子と、
前記2つの内壁面に2以上の点で接触する1または2以上の超音波振動子と、
前記1または2以上の超音波振動子のそれぞれに接続された接続部材と、
それぞれが、前記接続部材に設けられ、前記1または2以上の超音波振動子と協働して前記リニア可動子を前記2つの内壁面のそれぞれに平行に移動させ得る状態を維持し得るように、前記2つの内壁面のいずれかに1点で接触する、1以上の接触機構と、
前記1または2以上の超音波振動子上の2以上の点および前記1以上の接触機構のそれぞれ上の1点を前記2つの内壁面に対して押し付けるように前記接続部材を弾性変形させ得る押付機構とを備えた、超音波モータ。
A linear mover having two inner wall surfaces parallel to each other in plan view;
One or more ultrasonic transducers that contact the two inner wall surfaces at two or more points;
A connecting member connected to each of the one or more ultrasonic transducers;
Each is provided in the connecting member, and in cooperation with the one or more ultrasonic transducers, the linear movable element can be maintained in a state where it can be moved in parallel to each of the two inner wall surfaces. One or more contact mechanisms that contact one of the two inner wall surfaces at one point;
Pressing that can elastically deform the connecting member so as to press two or more points on the one or more ultrasonic transducers and one point on each of the one or more contact mechanisms against the two inner wall surfaces And an ultrasonic motor.
平面視において互いに平行な2つの内壁面を有する固定部材と、
前記2つの内壁面に2以上の点で接触する1または2以上の超音波振動子と、
前記1または2以上の超音波振動子のそれぞれに接続された接続部材と、
それぞれが、前記接続部材に設けられ、前記1または2以上の超音波振動子が前記2つの内壁面のそれぞれに対して平行に移動し得る状態を維持し得るように、前記内壁面に1点で接触する、1以上の接触機構と、
前記1または2以上の超音波振動子上の2以上の点および前記1以上の接触機構のそれぞれ上の1点を前記2つの内壁面に対して押し付けるように前記接続部材を弾性変形させ得る押付機構とを備えた、超音波モータ。
A fixing member having two inner wall surfaces parallel to each other in plan view;
One or more ultrasonic transducers that contact the two inner wall surfaces at two or more points;
A connecting member connected to each of the one or more ultrasonic transducers;
Each is provided on the connecting member, and one point is provided on the inner wall surface so that the state where the one or more ultrasonic transducers can move in parallel with respect to each of the two inner wall surfaces is maintained. One or more contact mechanisms in contact with,
Pressing that can elastically deform the connecting member so as to press two or more points on the one or more ultrasonic transducers and one point on each of the one or more contact mechanisms against the two inner wall surfaces And an ultrasonic motor.
平面視において円形の内周面を有するロータと、
前記ロータを前記内周面の接線方向に移動させ得る状態で、前記ロータの回転中心の位置を維持し得るように、前記内周面に3以上の点で接触する複数の超音波振動子と、
前記複数の超音波振動子のそれぞれに接続された接続部材と、
前記3以上の点を前記ロータの前記回転中心の位置から前記内周面に向かって押し付けるように前記接続部材を弾性変形させ得る押付機構とを備えた、超音波モータ。
A rotor having a circular inner peripheral surface in plan view;
A plurality of ultrasonic transducers in contact with the inner peripheral surface at three or more points so that the position of the rotation center of the rotor can be maintained in a state where the rotor can be moved in a tangential direction of the inner peripheral surface; ,
A connecting member connected to each of the plurality of ultrasonic transducers;
An ultrasonic motor comprising: a pressing mechanism capable of elastically deforming the connection member so as to press the three or more points from the position of the rotation center of the rotor toward the inner peripheral surface.
前記複数の超音波振動子のそれぞれが、長方形の平板形状を有しており、
前記3以上の点が、前記複数の長方形の平板形状を有する超音波振動子の3以上の角部上の点または前記3以上の角部にそれぞれ設けられた3以上の突起上の点である、請求項7に記載の超音波モータ。
Each of the plurality of ultrasonic transducers has a rectangular flat plate shape,
The three or more points are points on three or more corners of the ultrasonic transducer having the plurality of rectangular flat plate shapes, or points on three or more protrusions provided at the three or more corners, respectively. The ultrasonic motor according to claim 7.
前記複数の超音波振動子のそれぞれが、円弧状をなしており、
前記3以上の点が、前記複数の円弧状の超音波振動子の3以上の外周面に設けられた突起上の点である、請求項7に記載の超音波モータ。
Each of the plurality of ultrasonic transducers has an arc shape,
The ultrasonic motor according to claim 7, wherein the three or more points are points on protrusions provided on three or more outer peripheral surfaces of the plurality of arc-shaped ultrasonic transducers.
平面視において円形の内周面を有する固定部材と、
前記内周面の接線方向に移動し得る状態で、前記内周面に沿った回転の中心位置を維持し得るように、前記内周面に3以上の点で接触する複数の超音波振動子と、
前記複数の超音波振動子のそれぞれに接続された接続部材と、
前記3以上の点を前記複数の超音波振動子および前記接続部材の前記回転の中心位置から前記内周面に向かって押し付けるように前記接続部材を弾性変形させ得る押付機構とを備えた、超音波モータ。
A fixing member having a circular inner peripheral surface in plan view;
A plurality of ultrasonic transducers that are in contact with the inner peripheral surface at three or more points so that the center position of the rotation along the inner peripheral surface can be maintained while being movable in a tangential direction of the inner peripheral surface. When,
A connecting member connected to each of the plurality of ultrasonic transducers;
A pressing mechanism capable of elastically deforming the connection member so as to press the three or more points toward the inner peripheral surface from the rotation center position of the plurality of ultrasonic transducers and the connection member ; Sonic motor.
平面視において互いに平行な2つの内壁面を有するリニア可動子と、
前記リニア可動子を前記2つの内壁面に平行な方向に移動させ得る状態で、前記リニア可動子の移動の方向を維持し得るように、前記内壁面に3以上の点で接触する複数の超音波振動子と、
前記複数の超音波振動子のそれぞれに接続された接続部材と、
前記3以上の点を前記2つの内壁面に対して押し付けるように前記接続部材を弾性変形させ得る押付機構とを備えた、超音波モータ。
A linear mover having two inner wall surfaces parallel to each other in plan view;
In a state in which the linear mover can be moved in a direction parallel to the two inner wall surfaces, a plurality of supercontacts that contact the inner wall surface at three or more points so as to maintain the direction of movement of the linear mover. A sound wave oscillator,
A connecting member connected to each of the plurality of ultrasonic transducers;
An ultrasonic motor comprising: a pressing mechanism capable of elastically deforming the connection member so as to press the three or more points against the two inner wall surfaces.
平面視において互いに平行な2つの内壁面を有する固定部材と、
前記2つの内壁面に平行な方向に移動し得る状態で、移動の方向を維持し得るように、前記2つの内壁面に3以上の点で接触する複数の超音波振動子と、
前記複数の超音波振動子のそれぞれに接続された接続部材と、
前記3以上の点を前記2つの内壁面に対して押し付けるように前記接続部材を弾性変形させ得る押付機構とを備えた、超音波モータ。
A fixing member having two inner wall surfaces parallel to each other in plan view;
A plurality of ultrasonic transducers that are in contact with the two inner wall surfaces at three or more points so that the direction of movement can be maintained while being movable in a direction parallel to the two inner wall surfaces;
A connecting member connected to each of the plurality of ultrasonic transducers;
An ultrasonic motor comprising: a pressing mechanism capable of elastically deforming the connection member so as to press the three or more points against the two inner wall surfaces.
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