JPH02223389A - Stepping motor and driving method therefor - Google Patents

Stepping motor and driving method therefor

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JPH02223389A
JPH02223389A JP1106929A JP10692989A JPH02223389A JP H02223389 A JPH02223389 A JP H02223389A JP 1106929 A JP1106929 A JP 1106929A JP 10692989 A JP10692989 A JP 10692989A JP H02223389 A JPH02223389 A JP H02223389A
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JP
Japan
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laminated
torsional actuator
longitudinal vibration
actuator
torsional
Prior art date
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Pending
Application number
JP1106929A
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Japanese (ja)
Inventor
Mikio Umeda
梅田 幹雄
Kazumasa Onishi
一正 大西
Minoru Kurosawa
実 黒沢
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Alps Alpine Co Ltd
Original Assignee
Alps Electric Co Ltd
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Publication date
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  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

PURPOSE:To perform fine control of rotary displacement or speed through variation of source voltage or frequency by providing a first longitudinal vibration element for contacting/separating a laminated torsional actuator with/from a fixed member through expansion/contraction and a second longitudinal vibration element which performs expanding/contracting vibration with reverse phase from that of the first longitudinal vibration element. CONSTITUTION:When alternating voltages having same frequency as that of a laminated torsional actuator A and phases matched to and shifted by 180 deg. from the actuator A are applied onto longitudinal vibration piezoelectric elements 8a, 8b, end boards 2a, 2b are clamped alternately to a cylindrical body 9. In stage I, upper end board 2 is clamped, and the lower end board 2 and an output shaft 10 rotate. In stage II, the lower end board 2 is clamped and only the upper end board 2 rotate. The output shaft 10 always rotates in a predetermined direction and the amount of rotation is proportional to the pulse being fed to the laminated torsional actuator A and the longitudinal vibration piezoelectric elements 8a, 8b. Consequently, function as a stepping motor can be achieved.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、圧電体における厚み滑り効果を利用してこ
れを回転力に変換するステッピングモータ及びその駆動
方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a stepping motor that utilizes the thickness sliding effect in a piezoelectric material to convert it into rotational force, and a method for driving the same.

[従来の技術] セラミックス等の誘電体に電圧を加えると変位する圧電
現象を利用した圧電素子を用いて超音波モータが開発さ
れている。第16図に示すものは、縦振動を生じる圧電
素子101と捩り結合子102とが一体になって構成さ
れた捩り振動子103を用いた超音波モータを示すもの
である。この結合子102は、第17図に示すように圧
電素子lO1に隣接された共振体104に形成された突
起105と溝106をもって嵌合する円板体107であ
り、溝106の他面に溝106に対して傾斜する突起1
08が形成されており、共振体104の軸方向の伸縮に
伴う円板体107の撓みによって突起108が径方向に
捩れる出力を取り出すようにしている。このような捩、
り振動子を図示するようにロータ109に圧接させるこ
とにより、ロータ1’09には常に一方向のみの回転が
伝達される。
[Prior Art] Ultrasonic motors have been developed using piezoelectric elements that utilize a piezoelectric phenomenon in which dielectric materials such as ceramics are displaced when a voltage is applied. What is shown in FIG. 16 is an ultrasonic motor using a torsional vibrator 103 configured by integrating a piezoelectric element 101 that generates longitudinal vibration and a torsional coupler 102. As shown in FIG. 17, the connector 102 is a disc body 107 that fits into a groove 106 with a protrusion 105 formed on the resonator 104 adjacent to the piezoelectric element lO1, and has a groove on the other side of the groove 106. Projection 1 inclined relative to 106
08 is formed, and the protrusion 108 outputs an output that is twisted in the radial direction due to the deflection of the disc body 107 as the resonator 104 expands and contracts in the axial direction. A screw like this,
By bringing the vibrator into pressure contact with the rotor 109 as shown, rotation in only one direction is always transmitted to the rotor 1'09.

[発明が解決しようとする課題] しかしながら、上記のような構成の超音波モータにおい
ては、捩り結合子102が共振体104の伸縮を撓みに
変換する構成となっているので、その共振状態でのみ使
用が可能である。従って、変位量は大きくとれるものの
、極微小の回転量を細かく制御するステッピングモータ
として使用するには不向きであった。
[Problems to be Solved by the Invention] However, in the ultrasonic motor configured as described above, since the torsion coupler 102 is configured to convert the expansion and contraction of the resonator 104 into deflection, the Usable. Therefore, although a large amount of displacement can be achieved, it is not suitable for use as a stepping motor that precisely controls extremely small amounts of rotation.

この発明は、電源の電圧や周波数を変えることによって
回転変位や速度の細かい制御を行うことができるような
ステッピングモータ及びその駆動方法を提供することを
目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a stepping motor and a method for driving the same, in which rotational displacement and speed can be precisely controlled by changing the voltage and frequency of a power supply.

[課題を解決するための手段] 上記のような課題を解決するために、この発明は、相対
的に捩り変位する1対の円筒外周面を有する積層型捩り
アクチュエータと、この積層型捩りアクチュエータを所
定の間隙をあけて囲む筒状の固定部材と、この固定部材
と上記積層型捩りアクチュエータの一方の円筒外周面と
の間に設けられその伸縮により上記積層型捩りアクチュ
エータと固定部材とを接離する第1の縦振動素子と、上
記固定部材と上記積層型捩りアクチュエータの他方の円
筒外周面との間に設けられ、上記第1の縦振動素子と逆
位相で伸縮振動して上記積層型捩りアクチュエータと固
定部材とを接離する第2の縦振動素子とを備えてなるス
テッピングモータである。そして、上記第1の縦振動素
子および第2の縦振動素子の一方または双方は、円筒状
に形成することが好ましい。
[Means for Solving the Problems] In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a laminated torsional actuator having a pair of cylindrical outer peripheral surfaces that are torsionally displaced relative to each other, and a laminated torsional actuator. A cylindrical fixing member surrounding the stacked torsion actuator with a predetermined gap is provided between the fixing member and one cylindrical outer circumferential surface of the stacked torsional actuator, and the stacked torsion actuator and the fixing member are moved toward and away from each other by expansion and contraction of the fixing member. A first longitudinal vibration element is provided between the fixing member and the other cylindrical outer peripheral surface of the laminated torsional actuator, and vibrates by stretching and contracting in an opposite phase to the first longitudinal vibration element to vibrate the laminated torsion actuator. The stepping motor includes a second longitudinal vibration element that brings an actuator into and out of contact with a fixed member. Preferably, one or both of the first longitudinal vibration element and the second longitudinal vibration element are formed into a cylindrical shape.

また、この発明は、積層型捩りアクチュエータとこれに
近接する対向部材とを互いに相対回転自在ニ設け、積層
型捩りアクチュエータと対向部材と間にその伸縮により
上記積層型捩りアクチュエータと対向部材とを接離する
第1の縦振動素子を設けるとともに、この対向部材に近
接する固定部材との間に、上記第1の縦振動素子と逆位
相で伸縮振動して対向部材と固定部材とを接離する第2
の縦振動素子を設けたステッピングモータである。
Further, the present invention provides a laminated torsional actuator and a facing member adjacent thereto, which are rotatable relative to each other, and connects the laminated torsional actuator and the facing member by expansion and contraction between the laminated torsional actuator and the facing member. A first longitudinal vibration element is provided between the opposing member and a fixed member that is close to the opposing member, and the opposing member and the fixed member are moved toward and away from each other by expanding and contracting vibration in an opposite phase to the first longitudinal vibration element. Second
This is a stepping motor equipped with a vertical vibration element.

そして、上記第1の縦振動素子および第2の縦振動素子
の一方または双方も、円筒状に形成することが好ましい
。さらに、上記積層型捩りアクチュエータと対向部材と
は、該積層型捩りアクチュエータと対向部材との間の寸
法を規制する連結体によって相対回転自在に連結するこ
とが好ましい。
It is also preferable that one or both of the first longitudinal vibration element and the second longitudinal vibration element be formed in a cylindrical shape. Furthermore, it is preferable that the laminated torsional actuator and the opposing member are connected to each other so as to be relatively rotatable by a connecting body that regulates the dimensions between the laminated torsional actuator and the opposing member.

さらにまた、上記固定部材は、上記積層型捩りアクチュ
エータに対して逆位相で捩り振動する第2の積層型捩り
アクチュエータで構成することが好ましい。
Furthermore, it is preferable that the fixing member is constituted by a second laminated torsional actuator that torsionally vibrates in an opposite phase to the laminated torsional actuator.

さらに、この発明は、積層型捩りアクチュエータとこれ
に近接する対向部材とを互いに相対回転自在に設け、積
層型捩りアクチュエータと対向部材と間にその伸縮によ
り上記積層型捩りアクチュエータと対向部材とを接離す
る第1の縦振動素子を設けるとともに、この対向部材に
近接する固定部材との間に、上記第1の縦振動素子と逆
位相で伸縮振動して対向部材と固定部材とを接離する第
2の縦振動素子を設けたステッピングモータを用いて、
L記積層型捩りアクチュエータおよび第1の縦振動素子
を上記積層型捩りアクチュエータの共振周波数で振動さ
せ、その際に第2の縦振動素子を停上状態または上記積
層型捩りアクチュエータと対向部材とを離した状態に保
持することを特徴とするステッピングモータの駆動方法
である。
Further, the present invention provides a laminated torsional actuator and a facing member adjacent thereto, which are rotatable relative to each other, and the laminated torsional actuator and the facing member are connected by expansion and contraction between the laminated torsional actuator and the facing member. A first longitudinal vibration element is provided between the opposing member and a fixed member that is close to the opposing member, and the opposing member and the fixed member are moved toward and away from each other by expanding and contracting vibration in an opposite phase to the first longitudinal vibration element. Using a stepping motor equipped with a second longitudinal vibration element,
L The laminated torsional actuator and the first longitudinal vibration element are vibrated at the resonance frequency of the laminated torsional actuator, and at this time, the second longitudinal vibration element is in a stopped state or the laminated torsion actuator and the opposing member are This is a method of driving a stepping motor characterized by holding the stepping motor in a separated state.

なお、上記積層型捩りアクチュエータとは、平板状の圧
電素子片を分極方向が同心円の接線に沿うように平面配
置し、この圧電素子片の両側に電極板を設けて捩り素子
を構成し、この捩り素子を多層に重ねて配置したもので
ある。これは、圧電体に分極方向に直交する方向から電
場をかけると分極方向を含む面内において滑り変形する
いわゆる厚み滑り効果を利用したものである。
The above-mentioned laminated torsional actuator is a torsional actuator in which flat piezoelectric element pieces are arranged on a plane so that the polarization directions are along the tangents of concentric circles, and electrode plates are provided on both sides of the piezoelectric element pieces to form a torsion element. The torsion elements are arranged in multiple layers. This utilizes the so-called thickness sliding effect, in which when an electric field is applied to a piezoelectric material from a direction perpendicular to the polarization direction, the piezoelectric material slides and deforms in a plane including the polarization direction.

[作用] このような構成の圧電モータにおいては、捩り素子積層
型捩りアクチュエータに電圧を付加すると、捩り素子が
捩り変形を起こす。電源が直流である場合には所定角度
板れたところでつり合い、この角度は電圧に比例する。
[Operation] In the piezoelectric motor having such a configuration, when a voltage is applied to the torsion element laminated type torsion actuator, the torsion element causes torsional deformation. When the power source is direct current, the balance is reached at a predetermined angle, and this angle is proportional to the voltage.

交流である場合には捩り素子は振動するが、この振幅は
電圧に比例し、また振動数は電源周波数に比例するから
、回転速度は電圧と周波数の積に比例することになる。
In the case of alternating current, the torsion element vibrates, but the amplitude is proportional to the voltage and the frequency is proportional to the power supply frequency, so the rotation speed is proportional to the product of voltage and frequency.

この振動は、縦振動型圧電素子によって固定部材に伝達
されるが、この縦振動型圧電素子を積層型捩りアクチュ
エータと同じ振動数で伸縮させることにより、積層型捩
りアクチュエータの一方のみの回転が固定部材に伝達さ
れ、その反作用で積層型捩りアクチュエータ自体が回転
して、外部に回転出力として取り出される。これにより
、lステップずつの回転が可能になり、この回転数は電
源の電圧及び周波数の積に比例する。
This vibration is transmitted to the fixed member by the longitudinal vibration type piezoelectric element, but by expanding and contracting this longitudinal vibration type piezoelectric element at the same frequency as the laminated torsional actuator, the rotation of only one side of the laminated torsional actuator is fixed. The rotational force is transmitted to the member, and the stacked torsion actuator itself rotates due to the reaction, which is output to the outside as a rotational output. This allows rotation in l steps, the number of rotations being proportional to the product of the voltage and frequency of the power supply.

また、積層型捩りアクチュエータに近接する対向部材を
設けたステッピングモータにおいては、積層型捩りアク
チュエータの振動が縦振動型圧電素子によって対向部材
に伝達されるが、この縦振動型圧電素子を積層型捩りア
クチュエータと同じ振動数で伸縮させることにより、積
層型捩りアクチュエータの一方向のみの回転が対向部材
に伝達されることになり、対向部材から外部に回転出力
として取り出される。これにより、lステップずつの回
転が可能になり、この回転数も電源の電圧及び周波数の
積に比例する。
In addition, in a stepping motor in which a facing member is provided close to a stacked torsional actuator, the vibration of the stacked torsional actuator is transmitted to the facing member by a longitudinal vibration type piezoelectric element. By expanding and contracting at the same frequency as the actuator, the rotation of the laminated torsion actuator in only one direction is transmitted to the opposing member, and is output from the opposing member to the outside as a rotational output. This allows rotation in steps of l, and the number of rotations is also proportional to the product of the voltage and frequency of the power supply.

さらに、ステッピングモータの駆動方法においては、積
層型捩りアクチュエータを共振状態で使用することによ
り、積層型捩りアクチュエータの捩り振動と、第1の縦
振動素子の縦振動とが合成されて、対向部材を駆動する
ための楕円状の進行波が生じる。このためステッピング
モータを高速で連続的に回転駆動することが可能になる
Furthermore, in the stepping motor driving method, by using the laminated torsional actuator in a resonant state, the torsional vibration of the laminated torsional actuator and the longitudinal vibration of the first longitudinal vibration element are combined, and the opposing member is An elliptical traveling wave is generated for driving. Therefore, it becomes possible to drive the stepping motor to rotate continuously at high speed.

[実施例] 以下、図面を参照してこの発明の詳細な説明する。[Example] Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

第1実施例 第1図ないし第6図を参照してこの発明の第1実施例に
ついて説明する。
First Embodiment A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 6.

第1図ないし第3図において、lは筒状の積層圧電体で
あり、その両端にはアルミニウム等からなる円筒外周面
を有する円板状の端板2 a、 2 bが配され、積層
圧電体lを挿通する連結ボルト3により連結されて積層
圧電体lを一定の力で押圧している。
In FIGS. 1 to 3, l is a cylindrical laminated piezoelectric body, and disk-shaped end plates 2 a and 2 b each having a cylindrical outer circumferential surface made of aluminum or the like are arranged at both ends of the laminated piezoelectric body. They are connected by a connecting bolt 3 that passes through the body 1, and press the laminated piezoelectric body 1 with a constant force.

上記積層圧電体1は、第2図及び第3図に示すように、
圧電素子片4からなる圧電セラミックス層5と電極板6
とが交互に積層されて構成されており、圧電素子片4は
中心孔を有する円板を8分割した形状に構成されている
。この圧電素子片4は、PZTなどの圧電セラミックス
からなり、その両側端面から高電圧をかけることにより
、はぼ上記内の周方向に沿って矢印゛aの向きに分極さ
れており、各圧電素子片4の分極方向は同じ向きになる
ように配置している。
The laminated piezoelectric body 1 has, as shown in FIGS. 2 and 3,
A piezoelectric ceramic layer 5 consisting of a piezoelectric element piece 4 and an electrode plate 6
The piezoelectric element piece 4 has a shape obtained by dividing a disk having a center hole into eight parts. This piezoelectric element piece 4 is made of piezoelectric ceramic such as PZT, and by applying a high voltage from both end faces thereof, it is polarized approximately in the direction of the arrow ``a'' along the circumferential direction shown above, and each piezoelectric element The pieces 4 are arranged so that their polarization directions are the same.

上記電極板6は圧電セラミックス層5の両側に導電性を
持つ接着剤により接合されており、この圧電セラミック
ス層5と電極板6,6とが捩り素子7の単位を構成して
いる。この実施例では、セラミックス層5と電極板6と
が交互に配置され、捩り素子7が4層に重ねられた構成
になっている。
The electrode plate 6 is bonded to both sides of the piezoelectric ceramic layer 5 with a conductive adhesive, and the piezoelectric ceramic layer 5 and the electrode plates 6, 6 constitute a unit of the torsion element 7. In this embodiment, ceramic layers 5 and electrode plates 6 are alternately arranged, and torsion elements 7 are stacked in four layers.

そして、隣り合う圧電セラミックス層5の分極の向きは
交互に逆になっており、電極板6への電源の配線は1つ
置きに連絡されて、隣接する圧電セラミックス層5にお
いては、分極する方向と電源の接続の向きが双方とも逆
となっている。
The polarization directions of the adjacent piezoelectric ceramic layers 5 are alternately reversed, and the power supply wiring to the electrode plate 6 is connected every other time, so that the polarization direction of the adjacent piezoelectric ceramic layers 5 is reversed. The direction of the power connection is reversed.

このように構成された積層型捩りアクチュエータAの端
板2 a、 2 bの外周面には、それぞれ対向する位
置に一対の縦振動圧電素子8 a、 8 bが突出して
取り付けられており、各縦振動圧電素子8a。
A pair of vertically vibrating piezoelectric elements 8 a, 8 b are protrudingly attached to the outer circumferential surfaces of the end plates 2 a, 2 b of the laminated torsional actuator A configured in this manner at opposing positions, respectively. Vertical vibration piezoelectric element 8a.

8bは、適当な交番電流を付与することにより、軸方向
に伸縮するようになっている。この伸縮の振動の位相は
互いに180度異4るており、一方の縦振動圧電素子8
aが伸びているときには他方の縦振動圧電素子8bは縮
んでいる。そして、この振動の周波数は、積層型捩りア
クチュエータAに付与される電源の周波数と等しくなる
ように設定されている。
8b is adapted to expand and contract in the axial direction by applying an appropriate alternating current. The phases of these expansion and contraction vibrations are 180 degrees different from each other, and one longitudinally vibrating piezoelectric element 8
When a is extended, the other longitudinally vibrating piezoelectric element 8b is contracted. The frequency of this vibration is set to be equal to the frequency of the power supply applied to the laminated torsional actuator A.

積層型捩りアクチュエータAの外方には、内径が上記縦
振動圧電素子8aの両端距離にほぼ等しくなるように設
定された円筒体(固定部材)9が固設されている。また
、一方の端板2aにはその中央に出力軸10が突出して
形成されており、この出力軸10には円筒体9の底板1
1に固定された軸受(図示略)によって軸方向への移動
を規制された状態で回転自在に支持されている。
A cylindrical body (fixing member) 9 is fixed on the outside of the laminated torsional actuator A and whose inner diameter is set to be approximately equal to the distance between both ends of the longitudinally vibrating piezoelectric element 8a. Further, an output shaft 10 is formed protruding from the center of one end plate 2a, and a bottom plate 1 of the cylindrical body 9 is attached to this output shaft 10.
It is rotatably supported by a bearing (not shown) fixed to 1, with movement in the axial direction restricted.

端K 2 a、 2 bの素材にアルミニウム、圧電素
子片4の素材セラミックスにPZT、電極板6にリン青
銅をそれぞれ用いて、1枚の圧電セラミックスの厚さ1
 、5 ml11、直径を40111ffiφ、積層圧
電体lの厚さ7.5mm、端板2の厚さ5I、直径60
IIIIlφとした圧電アクチュエータAについて、電
源電圧をO〜500V、0−1000V(7)範囲で変
化させたときに第4図に示すように、また、−500〜
+500v、−1000〜+1000vの範囲で変化さ
せたときに第5図に示すようになった。そして、この変
位量をもとに、端板2 a、 2 bの間の捩りの角度
、1枚の捩り素子7の歪み角率を算出した結果を第1表
に示す。
The ends K 2 a, 2 b are made of aluminum, the piezoelectric element piece 4 is made of ceramic material of PZT, and the electrode plate 6 is made of phosphor bronze.
, 5 ml11, diameter 40111ffiφ, thickness of laminated piezoelectric material 1 7.5 mm, thickness of end plate 2 5I, diameter 60
Regarding the piezoelectric actuator A with IIIlφ, when the power supply voltage is changed in the range of 0 to 500V, 0 to 1000V (7), as shown in FIG.
When the voltage was varied within the range of +500v and -1000 to +1000v, the result was as shown in Fig. 5. Table 1 shows the results of calculating the torsion angle between the end plates 2 a and 2 b and the distortion angle rate of one torsion element 7 based on this amount of displacement.

第1表 このグラフに示されるように、変位量は電源電圧の変化
に対して一定のヒステリ/スを持つもののほぼ直線的に
変化する。この変位量は、図及び表に示すように、電圧
変化に対して非常に微小である。
Table 1 As shown in this graph, the amount of displacement changes almost linearly, although there is a certain amount of hysteresis with respect to changes in the power supply voltage. As shown in the figure and table, this amount of displacement is extremely small relative to the voltage change.

なお、この圧電セラミックスの素材であるPZTは、そ
の厚み滑り定数dlsが460X10−”■/Vである
が、圧電セラミックスとしてこの定数(Lsの大きい柔
軟な素材を使用することにより、電圧に対する変位量を
大き′いアクチュエータを製造することかできる。
PZT, which is the material of this piezoelectric ceramic, has a thickness slip constant dls of 460X10-''■/V, but by using a flexible material with a large constant (Ls) as a piezoelectric ceramic, the amount of displacement with respect to voltage can be reduced. It is possible to manufacture large actuators.

次に、上記のように構成されたステッピングモータの作
用を説明する。
Next, the operation of the stepping motor configured as described above will be explained.

積層型捩りアクチュエータAに適当な周波数の交番電圧
を付与すると、一方の端板2aは他方の端板2bに対し
て、第6図(イ)のように捩り振動する。そこで、各縦
振動圧電、素子8 a、 8 bに、それぞれ積層型捩
りアクチュエータAと同周波数で同位相及び180度異
4るような交番電圧を付与すると、端板2 a、 2 
bは円筒体9に対して交互にクランプされる。すなわち
、第6図(ロ)に示すように、第6図(イ)の1の段階
においては上側の端板2がクランプされており、下側の
端板2及び出力軸lOが回転する。Hの段階においては
下側の端板2がクランプされており、上側の端板2のみ
が回転する。出力軸lOは常に一定方向に回転し、その
回転量は、積層型捩りアクチュエータA及び縦振動圧電
素子に付与されるパルスに比例するからステッピングモ
ータとして機能する。このステッピングモータにおいて
は、回転角度は上記の積層型捩りアクチュエータAの特
性からして非常に微小でかつ高トルクを発生することが
できる。また、摩擦を介して駆動しているので、停止精
度も良い。そして、パルス当たりの回転角度が付与する
電源の電圧に比例するので、回転角度の調整が容易であ
り、従って、小型の電子機器における駆動源として好適
である。
When an alternating voltage of an appropriate frequency is applied to the laminated torsional actuator A, one end plate 2a torsionally vibrates with respect to the other end plate 2b as shown in FIG. 6(A). Therefore, if an alternating voltage with the same frequency, the same phase, and 180 degrees difference as that of the laminated torsional actuator A is applied to each longitudinally vibrating piezoelectric element 8a, 8b, the end plates 2a, 2
b are alternately clamped to the cylindrical body 9. That is, as shown in FIG. 6(B), in step 1 of FIG. 6(A), the upper end plate 2 is clamped, and the lower end plate 2 and the output shaft 1O are rotated. At stage H, the lower end plate 2 is clamped, and only the upper end plate 2 rotates. The output shaft IO always rotates in a constant direction, and the amount of rotation is proportional to the pulses applied to the laminated torsional actuator A and the longitudinally vibrating piezoelectric element, so it functions as a stepping motor. In this stepping motor, the rotation angle is extremely small considering the characteristics of the laminated torsional actuator A described above, and high torque can be generated. Also, since it is driven via friction, the stopping accuracy is also good. Since the rotation angle per pulse is proportional to the voltage of the applied power supply, the rotation angle can be easily adjusted, and therefore it is suitable as a drive source for small electronic devices.

第2実施例 第7図及び第8図に示すのは、この発明の第2実施例を
示すもので、上記の第1実施例においては積層型捩りア
クチュエータAに出力軸が取り付けられていたのに対し
て、出力軸が別体になっているものである。
Second Embodiment FIGS. 7 and 8 show a second embodiment of the present invention, in which the output shaft was attached to the laminated torsional actuator A in the first embodiment described above. In contrast, the output shaft is separate.

すなわち、積層型捩りアクチュエータAの下側の端板2
1には高さが上側端板22の上面までの高さにほぼ等し
い筒状の周壁(固定部材)23が形成されている。積層
型捩りアクチュエータAの中心軸24は端板21,22
を挿通しており、ナツト等(図示略)により両者を押圧
して積層圧電値りを加圧するとともに、さらに上下に延
長されている。そして中心軸24には上記周壁23の外
径とほぼ等しい径の円板状のロータ(対向部材)25が
設けられ、中心軸24の下端と端板21の下面のばね受
け26 a、 26 bとの間に張設された伸性部材(
コイルばね)26cによりロータ25が下方に付勢され
ている。上側端板22の上面には、第1の縦振動圧電素
子27が伸縮方向が上下になるように、周方向等間隔に
(例では3個)配置され、接着剤などで固定されている
。また、周壁23の上面には周方向で第1の縦振動圧電
素子27に対向する位置にそれぞれ第2の縦振動圧?(
U素子28が同様に取り付けられている。これらの縦振
動圧電素子27.28は、積層型捩りアクチュエータ八
と同周波数で、かつ互いに180度異4る位相の電源を
付与されるようになっている。また、ロータ25の上面
にはスペーサ29及び連結部材30を介して出力軸31
が設けられている。
That is, the lower end plate 2 of the laminated torsional actuator A
1 is formed with a cylindrical peripheral wall (fixing member) 23 whose height is approximately equal to the height to the upper surface of the upper end plate 22 . The central axis 24 of the laminated torsional actuator A is connected to the end plates 21 and 22.
is inserted through it, and is pressed together with a nut or the like (not shown) to pressurize the laminated piezoelectric layer, and is further extended vertically. The center shaft 24 is provided with a disc-shaped rotor (opposing member) 25 having a diameter approximately equal to the outer diameter of the peripheral wall 23, and spring receivers 26a, 26b are provided at the lower end of the center shaft 24 and the lower surface of the end plate 21. The elastic member (
The rotor 25 is urged downward by a coil spring 26c. On the upper surface of the upper end plate 22, first longitudinally vibrating piezoelectric elements 27 are arranged (three in the example) at equal intervals in the circumferential direction so that the expansion and contraction directions are up and down, and are fixed with adhesive or the like. Further, on the upper surface of the peripheral wall 23, second vertical vibration pressures are applied at positions facing the first vertical vibration piezoelectric elements 27 in the circumferential direction. (
A U element 28 is similarly attached. These longitudinally vibrating piezoelectric elements 27 and 28 are supplied with power at the same frequency as the laminated torsional actuator 8, but with a phase that is 180 degrees different from each other. Further, an output shaft 31 is connected to the upper surface of the rotor 25 via a spacer 29 and a connecting member 30.
is provided.

この第2の実施例のステッピングモータの作動を、第9
図(イ)ないしく二)の原理図に基づいて説明する。
The operation of the stepping motor of this second embodiment is as follows.
The explanation will be based on the principle diagrams in Figures (a) to 2).

積層型捩りアクチュエータAの矢印C(同図(ロ)参照
)方向への捩りと第1の縦振動素子27の伸びとが同期
しており、このときにロータ25と端板22が接続され
て積層型鉄リアクチュエータAの変位が伝達される。積
層型捩りアクチュエータAが矢印D(同図(ニ)参照)
のように逆方向へ変位するときには第1の縦振動素子2
7は収縮し、第2の縦振動素子28が伸張しているから
、ロータ25は周壁に接続されて移動を阻止される。す
なわち、ロータ25には積層型捩りアクチュエータへの
一方向のみの捩りが伝達され、その変位は電源のパルス
の数に対応する。また、積層型捩りアクチュエータAの
振幅が電源の電圧に比例することも第1の実施例と同様
である。
The torsion of the laminated torsional actuator A in the direction of arrow C (see figure (b)) is synchronized with the extension of the first longitudinal vibration element 27, and at this time, the rotor 25 and the end plate 22 are connected. The displacement of the laminated iron reactuator A is transmitted. Stacked torsional actuator A is indicated by arrow D (see figure (d))
When displacing in the opposite direction as in
Since the rotor 7 is contracted and the second longitudinal vibration element 28 is expanded, the rotor 25 is connected to the peripheral wall and is prevented from moving. That is, the rotor 25 transmits torsion in only one direction to the laminated torsional actuator, the displacement of which corresponds to the number of pulses of the power supply. Further, as in the first embodiment, the amplitude of the laminated torsional actuator A is proportional to the voltage of the power supply.

第1縦振動圧電素子27にピーク間70Vの交番電圧と
直流バイアスIOV、第2縦振動圧電素子28に同80
Vの交番電圧と直流バイアス40■、積層型捩りアクチ
ュエータAに同400■の交番電圧を加えた。位を目は
縦振動圧電素子2728どうしは180度、積層型捩り
アクチュエータ八と縦振動圧電素子27.28とは±9
0度異4るように設定した。また、コイルばね26cの
圧力は64 kgrに設定した。このときの駆動電源周
波数と回転速度の関係を第10図に示す。また、同条件
で周波数をl Q Hzとし、積層型捩りアクチュエー
タに付与する会計電源の電圧を変化させたときの回転速
度の変化を第1I図に示す。
The first longitudinally vibrating piezoelectric element 27 has an alternating voltage of 70V peak-to-peak and a DC bias IOV, and the second longitudinally vibrating piezoelectric element 28 has an alternating voltage of 70V and a DC bias of 80V.
An alternating voltage of V and a DC bias of 40 μm were applied, and an alternating voltage of 400 μm was applied to the laminated torsional actuator A. The vertical vibration piezoelectric elements 2728 are 180 degrees apart, and the laminated torsion actuator 8 and the vertical vibration piezoelectric elements 27.28 are ±9 degrees.
I set it so that it differs by 0 degrees by 4. Further, the pressure of the coil spring 26c was set to 64 kgr. The relationship between the drive power frequency and the rotational speed at this time is shown in FIG. Furthermore, under the same conditions, the frequency is set to lQ Hz, and FIG. 1I shows the change in rotational speed when the voltage of the accounting power supply applied to the laminated torsional actuator is changed.

この例においては、上述した第1実施例に比較して、縦
振動圧電素子27.28の振動が拘束されていないので
、その振動周波数が例えば共振周波数のように高(なっ
ても縦振動圧電素子27゜28に過剰な応力が作用して
破損するという事故が起きにくい。従って、ステッピン
グモータとしてだけでなく、端板に共振体を付設するな
どしてその共振周波数で駆動して回転速度の向上を図る
ことができ、また、コイルばね26cの押圧力を調整し
て作動条件をより適切なものに設定することができるな
どの利点がある。すなわち、積層型捩りアクチュエータ
Aを共振状態で使用し、この振動数に第1の縦振動圧電
素子の振動数を一致させることにより、積層型捩りアク
チュエータAの捩り振動と、第1の縦振動素子27の縦
振動とが合成されて該第1の縦振動圧電素子27の上面
に楕円状の進行波が生じる。このため、第2の縦振動圧
電素子28の振動を停止させるか、該第2の縦振動圧電
素子28を圧縮状態に変位させることによって、ロータ
25が高速で回転するようになる。
In this example, compared to the first embodiment described above, the vibrations of the longitudinally vibrating piezoelectric elements 27 and 28 are not restrained, so that the vibration frequency is as high as, for example, the resonance frequency (even if the longitudinally vibrating piezoelectric element Accidents such as damage due to excessive stress acting on the elements 27 and 28 are less likely to occur. Therefore, in addition to being used as a stepping motor, it is possible to drive at the resonant frequency by attaching a resonator to the end plate and increasing the rotation speed. Furthermore, there are advantages such as being able to adjust the pressing force of the coil spring 26c to set more appropriate operating conditions.In other words, the multilayer torsion actuator A is used in a resonant state. By matching the frequency of the first longitudinally vibrating piezoelectric element with this frequency, the torsional vibration of the laminated torsional actuator A and the longitudinal vibration of the first longitudinally vibrating element 27 are combined, and the first An elliptical traveling wave is generated on the upper surface of the longitudinally vibrating piezoelectric element 27. Therefore, the vibration of the second longitudinally vibrating piezoelectric element 28 is stopped or the second longitudinally vibrating piezoelectric element 28 is displaced to a compressed state. This causes the rotor 25 to rotate at high speed.

第3実施例 第12図ないし第13図を参照してこの発明の第4実施
例を説明する。ただし、第7図に示す第2実施例の構成
要素と共通する要素には同一の符号を付しその説明を簡
略化する。
Third Embodiment A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 12 and 13. However, elements common to those of the second embodiment shown in FIG. 7 are given the same reference numerals to simplify their explanation.

この実m 例のステッピングモータは、第2実施例のス
テッピングモータに対して、縦振動圧電素子の形状が異
なるものである。
The stepping motor of this example differs from the stepping motor of the second example in the shape of the longitudinally vibrating piezoelectric element.

すなわち、第1の縦振動圧電素子37は、その外周面が
積層型捩りアクチュエータAの上端の外周面にほぼ一致
する形状の円筒に形成され、第2の縦振動圧電素子38
は、その内周面が周壁23の内周面にほぼ一致する形状
の円筒に形成されている。
That is, the first longitudinally vibrating piezoelectric element 37 is formed into a cylinder whose outer circumferential surface substantially matches the outer circumferential surface of the upper end of the laminated torsional actuator A, and the second longitudinally vibrating piezoelectric element 38
is formed into a cylindrical shape whose inner circumferential surface substantially matches the inner circumferential surface of the peripheral wall 23 .

上記のように構成された第3実施例のステッピングモー
タにおいては、第2実施例の柱状の縦振動圧電素子に比
べて、積層型捩りアクチュエータAからロータ25ヘト
ルクを伝える際の剛性が極めて高くなる。このため、ト
ルクの負荷に対する第1の縦振動圧電素子37および第
2の縦振動圧電素子38のたわみがきわめて少なくなる
In the stepping motor of the third embodiment configured as described above, the rigidity when transmitting torque from the laminated torsional actuator A to the rotor 25 is extremely high compared to the columnar longitudinal vibration piezoelectric element of the second embodiment. . Therefore, the deflection of the first longitudinally vibrating piezoelectric element 37 and the second longitudinally vibrating piezoelectric element 38 with respect to the torque load is extremely small.

上記のように構成された実施例のステッピングモータに
よれば、第1の縦振動圧電素子37および第2の縦振動
圧電素子38のたわみがきわめて少なくなるから、積層
型捩りアクチュエータAの捩り角度にほぼ一致する角度
でロータ25を回転させることができ、ロータ25の回
転速度の向上を図ることができるとともに効率の向tを
図ることができる。
According to the stepping motor of the embodiment configured as described above, since the deflection of the first longitudinally vibrating piezoelectric element 37 and the second longitudinally vibrating piezoelectric element 38 is extremely small, the torsional angle of the laminated torsional actuator A is The rotors 25 can be rotated at substantially the same angles, and the rotational speed of the rotors 25 can be improved, and efficiency can be improved.

なお、上記各縦振動圧電素子37.38を、第2実施例
の各縦振動圧電素子27.28に適用してもよいことは
いうまでもない。
It goes without saying that each of the longitudinally vibrating piezoelectric elements 37 and 38 described above may be applied to each of the longitudinally vibrating piezoelectric elements 27 and 28 of the second embodiment.

筆」Jし1刺 第14図を参照してこの発明の第4実施例を説明する。Brush "J" 1 stitch A fourth embodiment of the invention will be described with reference to FIG.

ただし、第7図に示す第2実施例の構成要素と共通する
要素には同一の符号を付しその説明を簡略化する。
However, elements common to those of the second embodiment shown in FIG. 7 are given the same reference numerals to simplify their explanation.

この実施例のステッピングモータは、第2実施例のステ
ッピングモータに対して、中心軸24の下端部の連結部
の構造が異なっている。
The stepping motor of this embodiment differs from the stepping motor of the second embodiment in the structure of the connecting portion at the lower end of the central shaft 24.

すなわち、中心軸(連結体)24の下端部は、第2の連
結部材36を介して端板21の下面に連結されている。
That is, the lower end portion of the central shaft (connecting body) 24 is connected to the lower surface of the end plate 21 via the second connecting member 36.

連結部材36は、中心軸24の引張り荷重を受けて、該
中心軸24を回転自在に支持するスラストベアリング3
6aと、中心軸24の下端部に螺合されて、中心軸24
の引張り荷重をスラストベアリング36aに伝える固定
す・ノド36bとを備えたものである。また、連結部材
30は、中心軸24の上端部をスペーサ29の上面に連
結するものであり、中心軸24の引張り荷重を受けて、
該中心軸24を回転自在に支持するスラストベアリング
30aと、中心軸24の上端部に螺合されて、中心軸2
4の引張り荷重をスラストベアリング36aに伝える固
定す・ノド30bとを備えたものである。
The connecting member 36 receives the tensile load of the central shaft 24 and is a thrust bearing 3 that rotatably supports the central shaft 24.
6a and the lower end of the central shaft 24.
The thrust bearing 36a is provided with a fixing groove 36b that transmits the tensile load of the thrust bearing 36a to the thrust bearing 36a. Further, the connecting member 30 connects the upper end of the central shaft 24 to the upper surface of the spacer 29, and receives the tensile load of the central shaft 24.
A thrust bearing 30a rotatably supports the central shaft 24, and a thrust bearing 30a is screwed onto the upper end of the central shaft 24 to support the central shaft 24.
The thrust bearing 36a is provided with a fixing groove 30b that transmits the tensile load of 4 to the thrust bearing 36a.

上記のように構成された第4実施例のステッピングモー
タにおいては、固定ナツト30bおよび固定ナソ)36
bの螺合位置を調整することにより、ロータ25の下面
と、端板22のL面および周壁23の上端面との間の寸
法が所定の寸法に設定される。
In the stepping motor of the fourth embodiment configured as described above, the fixing nut 30b and the fixing nut 36
By adjusting the screwing position of b, the dimensions between the lower surface of the rotor 25, the L surface of the end plate 22, and the upper end surface of the peripheral wall 23 are set to predetermined dimensions.

したがって、この実施例のステッピングモータによれば
、ロータ25の下面と、端板22の上面および周壁23
の上端面との寸法が所定の寸法に保持されるから、低周
波から高周波に至る周波数の領域で、縦振動圧電素子3
7.38がロータ25の下面に接離し、その際のロータ
25に対する縦振動圧電素子37.38の押し付は力が
ほぼ一定になる。このため、たとえば、スプリングの弾
性力によってロータ25を縦振動圧電素子37.38に
押し付ける場合には、周波数を高(した際に、スプリン
グの伸縮が各縦振動圧電素子37.38の伸縮に追従で
きなくなり、見かけ上、スプリングの押し付は力が小さ
くなって、トルクが小さくなることがあるが、この欠点
を本実施例のステッピングモータは解消することができ
る。
Therefore, according to the stepping motor of this embodiment, the lower surface of the rotor 25, the upper surface of the end plate 22, and the peripheral wall 23
Since the dimension with respect to the upper end surface is maintained at a predetermined dimension, the longitudinally vibrating piezoelectric element 3
7.38 comes into contact with and separates from the lower surface of the rotor 25, and at this time, the pressing force of the longitudinally vibrating piezoelectric elements 37.38 against the rotor 25 becomes approximately constant. For this reason, for example, when the rotor 25 is pressed against the longitudinally vibrating piezoelectric elements 37.38 by the elastic force of the spring, the expansion and contraction of the spring follows the expansion and contraction of each longitudinally vibrating piezoelectric element 37.38 when the frequency is set to high. However, the stepping motor of this embodiment can overcome this drawback.

なお、この実施例の連結部材36を第2実施例および第
3実施例のステッピングモータに適用してもよいことは
いうまでもない。
It goes without saying that the connecting member 36 of this embodiment may be applied to the stepping motors of the second and third embodiments.

策1嵐湾 第15図を参照してこの発明の第5実施例を説明する。Strategy 1 Arashi Bay A fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

ただし、第7図に示す第2実施例の構成要素と共通する
要素には同一の符号を付しその説明を簡略化する。
However, elements common to those of the second embodiment shown in FIG. 7 are given the same reference numerals to simplify their explanation.

この実施例のステッピングモータは、第2実施例のもの
に対して、周壁(固定部材)の構造が異なっている。
The stepping motor of this embodiment differs from that of the second embodiment in the structure of the peripheral wall (fixing member).

すなわち、周壁は、端板21の上面外周部に設けられた
円筒状の積層圧電体41と、この積層圧電体41の上端
面に同軸状に連結されたアルミニウム等からなる円筒状
の環状体42とを備えた第2の積層型捩りアクチュエー
タBによって構成されたものであり、この環状体42の
上端面の位置が、端板22の上面の位置にほぼ一致する
ように形成されている。
That is, the peripheral wall includes a cylindrical laminated piezoelectric body 41 provided on the outer periphery of the upper surface of the end plate 21, and a cylindrical annular body 42 made of aluminum or the like coaxially connected to the upper end surface of the laminated piezoelectric body 41. The second laminated torsional actuator B is formed such that the position of the upper end surface of this annular body 42 substantially coincides with the position of the upper surface of the end plate 22.

上記のように構成された第5実施例のステッピングモー
タにおいては、積層型捩りアクチュエータAと第2の積
層型捩りアクチュエータBとに、180度位相の異なる
ような交番電圧を付与する。
In the stepping motor of the fifth embodiment configured as described above, alternating voltages having a phase difference of 180 degrees are applied to the laminated torsional actuator A and the second laminated torsional actuator B.

そして、各縦振動圧電素子27.28には、積層型捩り
アクチュエータA、Bが矢印E方向にねじられた際に、
伸び方向の電圧を付与し、反矢印E方向にねじられた際
に、縮み方向の電圧を付与する。そうすると、積層型捩
りアクチュエータAが矢印E方向にねじられた際には、
第1の縦振動圧電素子27が伸びてロータ25と積層型
捩りアクチュエータAとが接続され、その際、第2の積
層型捩りアクチュエータBは、第2の縦振動圧電素子2
8が縮められてロータ25から離れた状態で反矢印E方
向にねじられる。また、積層型捩りアクチュエータAが
反矢印E方向にねじられた際には、第1の縦振動圧電素
子27が縮められてロータ25から離れた状態になり、
その際、第2の積層型捩りアクチュエータBは、第2の
縦振動圧電素子28が伸ばされてロータ25に接続され
た状態で矢印E方向にねじられる。すなわち、ロータ2
5は、交互に矢印E方向にねじられる積層型捩りアクチ
ュエータA、Bによって回転する。
When the laminated torsional actuators A and B are twisted in the direction of the arrow E, each longitudinally vibrating piezoelectric element 27, 28 has a
A voltage is applied in the direction of extension, and when it is twisted in the opposite direction of arrow E, a voltage is applied in the direction of contraction. Then, when the laminated torsional actuator A is twisted in the direction of arrow E,
The first longitudinally vibrating piezoelectric element 27 is extended to connect the rotor 25 and the laminated torsional actuator A, and at this time, the second laminated torsional actuator B is connected to the second longitudinally vibrating piezoelectric element 2.
8 is compressed and twisted in the opposite direction of the arrow E while being separated from the rotor 25. Further, when the laminated torsional actuator A is twisted in the opposite direction of the arrow E, the first longitudinally vibrating piezoelectric element 27 is contracted and separated from the rotor 25,
At this time, the second laminated torsional actuator B is twisted in the direction of arrow E with the second longitudinally vibrating piezoelectric element 28 being extended and connected to the rotor 25. That is, rotor 2
5 is rotated by laminated torsional actuators A and B which are alternately twisted in the direction of arrow E.

したがって、上記この実施例のステッピングモータによ
れば、積層型捩りアクチュエータAを一つしか有してい
ないものに比べて、ロータ25の回転速度をほぼ2倍に
増加させることができる。
Therefore, according to the stepping motor of this embodiment, the rotational speed of the rotor 25 can be increased approximately twice as compared to a stepping motor having only one laminated torsional actuator A.

なお、第2実施例または第3実施例または第4実施例の
周壁23を、この実施例の第2の積層型捩りアクチュエ
ータBで構成してもよいことはいうまでもない。
It goes without saying that the peripheral wall 23 of the second, third, or fourth embodiment may be constructed of the second laminated torsional actuator B of this embodiment.

[発明の効果] 以上詳述したように、請求項1の発明においては、相対
的に捩り変位する1対の円筒外周面を有する積層型捩り
アクチュエータと、この積層型捩りアクチュエータを所
定の間隙をあけて囲む筒状の固定部材と、この固定部材
と上記積層型捩りアクチュエータの一方の円筒外周面と
の間に設けられその伸縮により上記積層型捩りアクチュ
エータと固定部材とを接離する第1の縦振動素子と、上
記固定部材と上記積層型捩りアクチュエータの他方の円
筒外周面との間に設けられ、上記第1の縦振動素子と逆
位相で伸縮振動して上記積層型捩りアクチュエータと固
定部材とを接離する第2の縦振動素子とを備えているか
ら、積層型捩りアクチュエータの特徴を生かした、回転
速度の調整や位置の制御が容易で、高トルクのステッピ
ングモータを得ることができる。
[Effects of the Invention] As described in detail above, the invention of claim 1 includes a laminated torsional actuator having a pair of cylindrical outer circumferential surfaces that are torsionally displaced relative to each other, and a laminated torsional actuator that is separated by a predetermined gap. a cylindrical fixing member that surrounds the stacked torsional actuator with an opening; a first member that is provided between the fixing member and one cylindrical outer peripheral surface of the laminated torsional actuator, and that expands and contracts to move the laminated torsional actuator and the fixing member toward each other; A vertical vibration element is provided between the fixing member and the other cylindrical outer circumferential surface of the laminated torsional actuator, and expands and contracts to vibrate in an opposite phase to the first longitudinal vibration element to connect the laminated torsional actuator and the fixing member. Since it is equipped with a second longitudinal vibration element that connects and separates the actuator, it is possible to easily adjust the rotational speed and control the position by taking advantage of the characteristics of the laminated torsional actuator, making it possible to obtain a high-torque stepping motor. .

また、請求項2の発明においては、積層型捩りアクチュ
エータとこれに近接する対向部材とを互いに相対回転自
在に設け、積層型捩りアクチュエータと対向部材との互
いに対向する面間にその伸縮により上記積層型捩りアク
チュエータと対向部材とを接離する第1の縦振動素子を
設けるとともに、この対向部材に近接する固定部材との
間に、上記第1の縦振動素子と逆位相で伸縮振動して対
向部材と固定部材とを接離する第2の縦振動素子を設け
たことにより、積層型捩りアクチュエータの特徴を生か
した、回転速度の調整や位置の制御が容易で、高トルク
のステッピングモータを得ることができる。
Further, in the invention of claim 2, the laminated torsional actuator and the opposing member adjacent thereto are provided so as to be able to rotate freely relative to each other, and the laminated torsion actuator and the opposing member are expanded and contracted between the mutually opposing surfaces of the laminated torsional actuator and the opposing member. A first longitudinal vibration element is provided that brings the torsion actuator and the opposing member into contact with each other, and a fixed member that is close to the opposing member is provided with a first longitudinal vibration element that extends and contracts and vibrates in an opposite phase to the first longitudinal vibration element so that they face each other. By providing a second longitudinal vibration element that brings the member into contact with and away from the fixed member, a high-torque stepping motor with easy rotational speed adjustment and position control that takes advantage of the characteristics of a laminated torsional actuator is obtained. be able to.

さらに、請求項3の発明においては、第1の縦振動素子
および第2の縦振動素子の一方または双方を、円筒状に
形成しているから、各縦振動素子の剛性を向上させるこ
とができ、よって回転速度の向上および効率の向上を図
ることができる。
Furthermore, in the invention of claim 3, since one or both of the first longitudinal vibration element and the second longitudinal vibration element are formed into a cylindrical shape, the rigidity of each longitudinal vibration element can be improved. Therefore, it is possible to improve the rotation speed and efficiency.

さらにまた、請求項4の発明においては、積層型捩りア
クチュエータと対向部材との間の寸法を規制する連結体
を設けているから、低周波から高周波に至る振動数の領
域で、はぼ一定の力で縦振動素子を対向部材および積層
型捩りアクチュエータに押し付けることができる。した
がって、周波数が高くなるにしたがってトルクが低下す
る現象をほぼ防止することができる。
Furthermore, in the invention of claim 4, since the connecting body for regulating the dimension between the laminated torsional actuator and the opposing member is provided, the vibration frequency is approximately constant in the frequency range from low frequency to high frequency. The longitudinal vibration element can be pressed against the opposing member and the laminated torsional actuator by force. Therefore, it is possible to almost prevent the phenomenon that the torque decreases as the frequency increases.

また、請求項5の発明においては、固定部材を、積層型
捩りアクチュエータに対して逆位相で捩り振動する第2
の積層型捩りアクチュエータで形成しているから、積層
型捩りアクチュエータが逆方向にねじられている際に、
第2の積層型捩りアクチュエータが正方向にねじられる
ことになる。すなわち、第2の積層型捩りアクチュエー
タの捩り角によっても対向部材を回転駆動することがで
きるから、対向部材をほぼ2倍の速度で回転することが
できる。
In addition, in the invention of claim 5, the fixed member is provided with a second
Since it is formed with a laminated torsional actuator, when the laminated torsional actuator is twisted in the opposite direction,
The second stacked torsional actuator will be twisted in the positive direction. That is, since the opposing member can also be rotationally driven by the torsional angle of the second laminated torsional actuator, the opposing member can be rotated at approximately twice the speed.

さらに、請求項6の発明においては、共振振動を利用し
たエネルギー効率の高い駆動モータとすることができる
とともに、ステッピングモータを高速回転で利用するこ
とができるという利点がある。
Furthermore, the invention according to claim 6 has the advantage that it is possible to provide a drive motor with high energy efficiency that utilizes resonance vibration, and that the stepping motor can be used at high speed rotation.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図はこの発明の第1の実施例のステッピングモータ
を示す斜視図、第2図は圧電素子片の分極の状況を示す
図、第3図は第1図の断面図、第4図及び第5図は積層
型捩りアクチュエータの電圧と変位の関係を示すグラフ
、第6図は回転のメカニズムを示す図、第7図はこの発
明の第2の実施例のステッピングモータを示す図、第8
図は第7図の■−■断面図、第9図はその回転のメカニ
ズムを示す図、第1O図は駆動周波数と回転角速度の関
係を示すグラフ、第11図は積層型捩りアクチュエータ
の印加電圧と回転角速度の関係を示すグラフ、第12図
はこの発明の第3の実施例のステッピングモータを示す
図、第13図は第12図のY−Y断面図、第14図はこ
の発明の第4の実施例のステッピングモータを示す図、
第15図はこの発明の第5の実施例のステッピングモー
タを示す図、第16図及び第17図は従来例の斜視図で
ある。 9・・・・・・円筒体(固定部材)、 23・・・・・周壁(固定部材)、 24・・・・・・中心軸(2!結部材)、25・・・・
・・ロータ(対向部材)、36・・・・・・第2の連結
部材。
FIG. 1 is a perspective view showing a stepping motor according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing the state of polarization of a piezoelectric element piece, FIG. 3 is a sectional view of FIG. 1, and FIGS. FIG. 5 is a graph showing the relationship between voltage and displacement of the laminated torsional actuator, FIG. 6 is a diagram showing the rotation mechanism, FIG. 7 is a diagram showing the stepping motor of the second embodiment of the present invention, and FIG.
The figure is a cross-sectional view taken along the line ■-■ of Figure 7, Figure 9 is a diagram showing the rotation mechanism, Figure 1O is a graph showing the relationship between drive frequency and rotational angular velocity, and Figure 11 is the applied voltage of the laminated torsional actuator. FIG. 12 is a diagram showing the stepping motor of the third embodiment of the present invention, FIG. 13 is a YY cross-sectional view of FIG. 12, and FIG. 14 is the stepping motor of the third embodiment of the present invention. A diagram showing a stepping motor of Example 4,
FIG. 15 is a diagram showing a stepping motor according to a fifth embodiment of the present invention, and FIGS. 16 and 17 are perspective views of a conventional example. 9... Cylindrical body (fixing member), 23... Peripheral wall (fixing member), 24... Central axis (2! connection member), 25...
... Rotor (opposed member), 36... Second connection member.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] (1) 相対的に捩り変位する1対の円筒外周面を有す
る積層型捩りアクチュエータと、この積層型捩りアクチ
ュエータを所定の間隙をあけて囲む筒状の固定部材と、
この固定部材と上記積層型捩りアクチュエータの一方の
円筒外周面との間に設けられその伸縮により上記積層型
捩りアクチュエータと固定部材とを接離する第1の縦振
動素子と、上記固定部材と上記積層型捩りアクチュエー
タの他方の円筒外周面との間に設けられ、上記第1の縦
振動素子と逆位相で伸縮振動して上記積層型捩りアクチ
ュエータと固定部材とを接離する第2の縦振動素子とを
備えてなることを特徴とするステッピングモータ。
(1) A laminated torsional actuator having a pair of cylindrical outer peripheral surfaces that are torsionally displaced relative to each other; a cylindrical fixing member that surrounds the laminated torsional actuator with a predetermined gap;
a first longitudinal vibration element that is provided between the fixed member and one cylindrical outer circumferential surface of the laminated torsional actuator and moves the laminated torsional actuator and the fixed member toward and away from each other by expansion and contraction; a second longitudinal vibration, which is provided between the other cylindrical outer peripheral surface of the laminated torsional actuator and vibrates by stretching and contracting in an opposite phase to the first longitudinal vibrating element to bring the laminated torsional actuator and the fixing member into contact with and away from each other; A stepping motor characterized by comprising: an element.
(2) 積層型捩りアクチュエータとこれに近接する対
向部材とを互いに相対回転自在に設け、積層型捩りアク
チュエータと対向部材の間にその伸縮により上記積層型
捩りアクチュエータと対向部材とを接離する第1の縦振
動素子を設けるとともに、この対向部材に近接する固定
部材との間に、上記第1の縦振動素子と逆位相で伸縮振
動して対向部材と固定部材とを接離する第2の縦振動素
子を設けたことを特徴とするステッピングモータ。
(2) A layered torsional actuator and a facing member adjacent to the layered torsional actuator are provided so as to be rotatable relative to each other, and the layered torsional actuator and the facing member are moved toward and away from each other by expansion and contraction of the layered torsional actuator and the facing member. A second longitudinal vibration element is provided between the opposing member and a fixed member adjacent to the opposing member, and a second longitudinal vibration element is provided between which the opposing member and the fixed member are brought into contact and separated by elastic vibration in an opposite phase to the first longitudinal vibration element. A stepping motor characterized by being provided with a longitudinal vibration element.
(3) 第1の縦振動素子および第2の縦振動素子のい
ずれか一方または双方は積層型捩りアクチュエータの軸
心を囲むように円筒状に形成されていることを特徴とす
る請求項2記載のステッピングモータ。
(3) According to claim 2, either one or both of the first longitudinal vibration element and the second longitudinal vibration element is formed in a cylindrical shape so as to surround the axis of the laminated torsional actuator. stepper motor.
(4) 積層型捩りアクチュエータと対向部材とは、該
積層型捩りアクチュエータと対向部材との間の寸法を規
制する連結体によって相対回転自在に連結されているこ
とを特徴とする請求項2または3記載のステッピングモ
ータ。
(4) Claim 2 or 3, characterized in that the laminated torsional actuator and the opposing member are connected so as to be relatively rotatable by a connecting body that regulates the dimensions between the laminated torsional actuator and the opposing member. The stepping motor described.
(5) 固定部材は、積層型捩りアクチュエータに対し
て逆位相で捩り振動する第2の積層型捩りアクチュエー
タで構成されていることを特徴とする請求項2または3
または4記載のステッピングモータ。
(5) Claim 2 or 3, characterized in that the fixed member is constituted by a second laminated torsional actuator that torsionally vibrates in an opposite phase to the laminated torsional actuator.
Or the stepping motor described in 4.
(6) 請求項2ないし5のいずれかに記載のステッピ
ングモータを駆動する方法において、積層型捩りアクチ
ュエータおよび第1の縦振動素子を上記積層型捩りアク
チュエータの共振周波数で振動させ、その際に第2の縦
振動素子を停上状態または上記積層型捩りアクチュエー
タと対向部材とを離した状態に保持することを特徴とす
るステッピングモータの駆動方法。
(6) In the method for driving a stepping motor according to any one of claims 2 to 5, the laminated torsional actuator and the first longitudinal vibration element are vibrated at the resonant frequency of the laminated torsional actuator, and the 1. A method for driving a stepping motor, comprising holding the second vertical vibration element in a stopped state or in a state in which the laminated torsional actuator and the opposing member are separated from each other.
JP1106929A 1988-11-28 1989-04-26 Stepping motor and driving method therefor Pending JPH02223389A (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP30017688 1988-11-28
JP63-300176 1988-11-28

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH02223389A true JPH02223389A (en) 1990-09-05

Family

ID=17881659

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Application Number Title Priority Date Filing Date
JP1106929A Pending JPH02223389A (en) 1988-11-28 1989-04-26 Stepping motor and driving method therefor

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JP (1) JPH02223389A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100478516B1 (en) * 2001-09-07 2005-03-28 학교법인 인하학원 Micro-stepping moter using piezoelectric torsional actuator
WO2014140143A3 (en) * 2013-03-15 2014-12-24 Carl Zeiss Smt Gmbh Piezo drive unit

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KR100478516B1 (en) * 2001-09-07 2005-03-28 학교법인 인하학원 Micro-stepping moter using piezoelectric torsional actuator
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