JPH03150078A - Standing wave rotary type oscillatory wave motor - Google Patents
Standing wave rotary type oscillatory wave motorInfo
- Publication number
- JPH03150078A JPH03150078A JP1288140A JP28814089A JPH03150078A JP H03150078 A JPH03150078 A JP H03150078A JP 1288140 A JP1288140 A JP 1288140A JP 28814089 A JP28814089 A JP 28814089A JP H03150078 A JPH03150078 A JP H03150078A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- piezoelectric element
- vibration
- shaped
- standing wave
- base
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000003534 oscillatory effect Effects 0.000 title abstract 2
- 238000010030 laminating Methods 0.000 claims abstract description 3
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 5
- 230000036316 preload Effects 0.000 abstract description 10
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 abstract description 3
- 238000003475 lamination Methods 0.000 abstract 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 abstract 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 6
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 235000012489 doughnuts Nutrition 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- JRPBQTZRNDNNOP-UHFFFAOYSA-N barium titanate Chemical compound [Ba+2].[Ba+2].[O-][Ti]([O-])([O-])[O-] JRPBQTZRNDNNOP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002113 barium titanate Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 1
- HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N lead zirconate titanate Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ti+4].[Zr+4].[Pb+2] HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052451 lead zirconate titanate Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
- 238000013022 venting Methods 0.000 description 1
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は圧電素子を用いたロータリ型振動波モータに関
する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a rotary vibration wave motor using piezoelectric elements.
従来、超音波モータとして一般に次の形式が知られてい
る。Conventionally, the following types of ultrasonic motors are generally known.
１）弾性体表面に進行波を発生させて可動部を駆動する
進行波型モータ。1) A traveling wave motor that generates traveling waves on the surface of an elastic body to drive a movable part.
２）二種類の圧電素子を同時に用い隋円状の定在波を発
生させて可動部を駆動する定在波型モータ。2) A standing wave motor that uses two types of piezoelectric elements simultaneously to generate circular standing waves to drive a movable part.
３）一種類の圧電素子と、縦振動をねじり振動に変換す
る振動モード変換器とを用いて可動部を駆動するモード
変換型モータ。3) A mode conversion motor that drives a movable part using one type of piezoelectric element and a vibration mode converter that converts longitudinal vibration into torsional vibration.
〔発明が解決しようとする課１ｉ１
しかしながら、上述の従来から知られている振動波モー
タでは下記の問題点がある。[Issue to be Solved by the Invention 1i1 However, the conventionally known vibration wave motor described above has the following problems.
１）進行波型超音波モータの問題点
■ 理論上のトルク値が、定在波型モータに比較して小
さい。1) Problems with traveling wave type ultrasonic motor■ The theoretical torque value is smaller than that of a standing wave type motor.
０−方向駆動川モータとして利用する場合でも、２組の
駆動回路が必要であり、設備コストが高く、制御が複雑
である。Even when used as a 0-direction drive motor, two sets of drive circuits are required, resulting in high equipment costs and complicated control.
２）定在波型超音波モータの問題点
−方向駆動川モータとして利用する場合でも、２組の駆
動回路が必要であり、設備コストが高く、制御が複雑で
ある。2) Problems with the standing wave type ultrasonic motor - Even when used as a directional drive river motor, two sets of drive circuits are required, the equipment cost is high, and the control is complicated.
３）モード変換型超音波モータの問題点振動モード変換
器によって縦振動をねじり振動 へ変換しているため
変換効率が低い。3) Problems with mode conversion type ultrasonic motors The conversion efficiency is low because the vibration mode converter converts longitudinal vibration into torsional vibration.
本発明は上述のような従来の技術に付随する問題点に鑑
み、
１）１組の駆動回路によって駆動が可能であり、２）高
効率が達成できる、
−方向駆動川定在波型振動波モータを提供することを目
的とする。In view of the problems associated with the conventional techniques as described above, the present invention provides a method of driving a standing wave type vibration wave in the -direction driving direction, which 1) can be driven by one set of drive circuits, and 2) can achieve high efficiency. The purpose is to provide motors.
〔４題を解決するための手段〕
本発明においては、交番電圧が印加されて、ねじり振動
と縦振動との合成振動を発生する復合振動圧電素子によ
って、一定方向の定在波を発生させてねじり振動エネル
ギを回転運動に変換して作動させることを特徴とする定
在波ロータリ型振動波モータにより上記目的を達成する
。[Means for solving the four problems] In the present invention, a standing wave in a fixed direction is generated by a composite vibrating piezoelectric element that generates a composite vibration of torsional vibration and longitudinal vibration when an alternating voltage is applied. The above object is achieved by a standing wave rotary vibration wave motor which is characterized in that it operates by converting torsional vibration energy into rotational motion.
より具体的には、本発明においては多数の円板状圧電素
子を積層して形成されており、各円板状圧電素子はそれ
ぞれ周方向および厚み方向に分極されていることを特徴
とする定在波ロータリ型振動波モータとして構成とする
ことが好ましい。More specifically, the present invention is characterized in that it is formed by laminating a large number of disc-shaped piezoelectric elements, and each disc-shaped piezoelectric element is polarized in the circumferential direction and the thickness direction. It is preferable to configure it as a wave-regulating rotary type vibration wave motor.
本発明においては、円板状圧電素子を周方向と厚み方向
の両方向に合成した方向に分極を行ない、この円板状圧
電素子を多数枚積層した構造とし、積層した円板状圧電
素子に交番電圧を印加することによって、円板状圧電素
子に縦振動とねじり振動とを合成した振動を発生させ、
これによって出力部を駆動するものである。In the present invention, the disk-shaped piezoelectric elements are polarized in a combined direction of both the circumferential direction and the thickness direction, and a structure is formed in which a large number of these disk-shaped piezoelectric elements are laminated. By applying a voltage, a vibration that is a combination of longitudinal vibration and torsional vibration is generated in the disc-shaped piezoelectric element,
This drives the output section.
以下、図示した実施例を参照して本発明を詳細に説明す
る。Hereinafter, the present invention will be explained in detail with reference to the illustrated embodiments.
本発明の一実施例の全体図を第１図に示し、この実施例
について説明する。An overall view of an embodiment of the present invention is shown in FIG. 1, and this embodiment will be described.
第１図において、ベース９の上に多数枚（実施例におい
ては３枚）のドーナツ形状をした圧電素子７が積層載置
され、圧電素子７の最上部にはプリロードプレート１２
が被され、プリロードプレート１２は皿ネジ１１により
ベース９に固締されている。In FIG. 1, a large number (three in the embodiment) of donut-shaped piezoelectric elements 7 are stacked on a base 9, and a preload plate 12 is placed on the top of the piezoelectric elements 7.
The preload plate 12 is fixed to the base 9 with countersunk screws 11.
このように皿ネジ１１およびプリロードプレート１２に
より圧電素子７にプリロードを掛けているのは次の理由
による。圧電素子７は一般的に引張り荷重に弱いため、
圧電素子７に予め圧縮荷重を加えて使用し、引張り荷重
により圧電素子７が破壊することを防止して、大きな出
力荷重を発生可能としているものである。The reason why the piezoelectric element 7 is preloaded by the countersunk screw 11 and the preload plate 12 in this way is as follows. Since the piezoelectric element 7 is generally weak against tensile loads,
The piezoelectric element 7 is used with a compressive load applied in advance to prevent the piezoelectric element 7 from breaking due to a tensile load, thereby making it possible to generate a large output load.
ベース９の中央部に小孔９ａが形成されており、この小
孔９ａにベアリング１０が設けられている。A small hole 9a is formed in the center of the base 9, and a bearing 10 is provided in this small hole 9a.
ベアリング１０によってＴ字型断面をしたロータ５の回
転軸５ａが回転可能に支承されている。A rotating shaft 5a of a rotor 5 having a T-shaped cross section is rotatably supported by a bearing 10.
上述したプリロードプレート１２の上端面１２ａとロー
タ５の下端面５ｂとの間には両者間の摩擦係数の大きい
う仁ング材６が装着されている。A lining material 6 having a large friction coefficient between the upper end surface 12a of the preload plate 12 and the lower end surface 5b of the rotor 5 is mounted between the upper end surface 12a of the preload plate 12 and the lower end surface 5b of the rotor 5.
ロータ５の上面５Ｃには凹部５ｄが形成され、この凹６
ＨＳｄ内に皿バネ４を介してアキシアルベアリング２の
一方のレース２ａが支持されており、アキシアルベアリ
ング２の他方のレース２ｂは、コの字状断面をしたケー
ス１に支承されている。A recess 5d is formed on the upper surface 5C of the rotor 5, and this recess 6
One race 2a of the axial bearing 2 is supported within the HSd via a disk spring 4, and the other race 2b of the axial bearing 2 is supported by the case 1 having a U-shaped cross section.
ケース１は冊ネジ８によりベース９に固着されている。The case 1 is fixed to a base 9 with screws 8.
圧電素子７は上述のように多数枚のドーナツ形状の薄板
からなり、第２図（ａ）に示すように、その軸線に交差
する面内においては円周方向に分極するとともに、第２
図（ｂ）に示すように厚さ方向にも分極されており、従
って、円周方向と厚さ方向との合成方向に分極されてい
る。As mentioned above, the piezoelectric element 7 is composed of a large number of donut-shaped thin plates, and as shown in FIG.
As shown in Figure (b), it is also polarized in the thickness direction, and therefore, it is polarized in the composite direction of the circumferential direction and the thickness direction.
積層する圧電素子７の材料としては、チタン酸バリウム
、チタン酸ジルコン酸鉛磁器、ＰＣＭ圧電磁器等のセラ
ミックスや、ある種の強誘電ポリマーが用いられる。As the material of the laminated piezoelectric element 7, ceramics such as barium titanate, lead zirconate titanate ceramics, PCM piezoelectric ceramics, and certain ferroelectric polymers are used.
本発明に用いる圧電素子７を分極する方法の一実施例を
説明する。An example of a method for polarizing the piezoelectric element 7 used in the present invention will be described.
この実施例においては、セラミックスフを第４図に示す
ようにドーナツ形状に焼結する。第５図に示すように薄
板状ドーナツ形状に形成したセラミックスフの上下面（
第５図は上面が見えている）を、このドーナツ状円板の
中心Ｐを中心とする扇形状に、多数の区画フａに区分す
る。In this example, the ceramic foam is sintered into a donut shape as shown in FIG. As shown in Figure 5, the top and bottom surfaces of the ceramic sheet formed into a thin donut shape (
(The top surface is visible in FIG. 5) is divided into a large number of compartments a in a fan shape centered on the center P of this donut-shaped disc.
これら区分した多数の区画フａ間には僅かなＩＮ隙７ｃ
を開けており、各区画フａに蒸着により電極７ａを形成
する。同様に下面にも多数の電極７ｂを形成する。There is a slight IN gap 7c between the many divided partitions a.
An electrode 7a is formed in each compartment a by vapor deposition. Similarly, a large number of electrodes 7b are formed on the lower surface.
次に第６図に示すように、ドーナツ板状の圧電素子７の
上下面の電極７ａ、７ｂの上下位置を僅かにずらした状
態とする。すなわち、第３図においては、上方の電極■
と下方の電極■とは１ビブチ分ずれている。Next, as shown in FIG. 6, the vertical positions of the electrodes 7a and 7b on the top and bottom surfaces of the donut plate-shaped piezoelectric element 7 are slightly shifted. That is, in FIG. 3, the upper electrode ■
and the lower electrode (■) are shifted by one diagonal.
このように、ずらした状態で、上下の電極７ ａ ５７
ｂ間に直流高電圧を印加する。In this way, in a shifted state, the upper and lower electrodes 7 a 57
A high DC voltage is applied between b.
これにより、前述した第２図（ａ）、（ｂ）に示すよう
に、圧電素子内には、薄板状の圧電素子７の周方向およ
び厚さ方向に同時に分極され、全体として見ると薄板の
面に対して、傾斜した方向に分極される。As a result, as shown in FIGS. 2(a) and 2(b), the inside of the piezoelectric element is simultaneously polarized in the circumferential direction and the thickness direction of the thin plate-shaped piezoelectric element 7, and when viewed as a whole, the thin plate-shaped piezoelectric element 7 is polarized. It is polarized in a direction oblique to the plane.
この分極操作を、次に■■の電極間、■■の電極間にて
行う。なお、この分極操作の間に、他所の電極との間に
分極の操作の妨げとならない場合には、複数の電極間に
おける分極を同時に行ってもよい。This polarization operation is then performed between the electrodes (■■) and between the electrodes (■■). Note that during this polarization operation, polarization between a plurality of electrodes may be performed simultaneously if the polarization operation with other electrodes is not hindered.
この圧電素子７を第１図に示すように積層構造として、
ねじり縦複合振動子を構成し、これによってねじりと縦
の複合振動を発生する。This piezoelectric element 7 has a laminated structure as shown in FIG.
It constitutes a torsion-longitudinal compound vibrator, which generates torsional and longitudinal compound vibrations.
上述の構成とした本発明に係る定在波ロータリ型振動波
モータにおいて、積層した多数枚の圧電素子７の最上面
と最下面間の電極に交番電源（図示せず）から第３図（
ａ）に示すような交番電圧が付加された場合には、積層
した圧電素子７の上に装着したプリロードプレート１２
の上端面１２ａ１すなわち、う仁ング材６との接触面に
おける端面の振動の状態は第３図（ｂ）のようになる。In the standing wave rotary vibration wave motor according to the present invention having the above-described structure, an alternating power source (not shown) is connected to the electrode between the uppermost surface and the lowermost surface of a large number of stacked piezoelectric elements 7 as shown in FIG.
When an alternating voltage as shown in a) is applied, the preload plate 12 mounted on the stacked piezoelectric element 7
The state of vibration of the upper end surface 12a1, that is, the end surface at the contact surface with the lining material 6, is as shown in FIG. 3(b).
すなわち、圧電素子に印加された電圧の方向により、圧
電素子は縦方向に変形されるが、縦方向変形量に相当す
る荷重とプリロードプレート１２に付加されている荷重
およびロータ５の軸方向反力の和とが釣合うと圧電素子
７は縦方向には変形されず、フラットの状態になる。That is, the piezoelectric element is deformed in the vertical direction depending on the direction of the voltage applied to the piezoelectric element, but the load corresponding to the amount of vertical deformation, the load applied to the preload plate 12, and the axial reaction force of the rotor 5 are When the sum is balanced, the piezoelectric element 7 will not be deformed in the vertical direction and will be in a flat state.
このフラット状態になる値は第３図（ｂ）に示すように
中心線上になる場合もあれば、また、プリロードプレー
ト１２に付加される負荷に応じて点線または鎖線に示す
ように波形となることもある。The value at which this flat state occurs may be on the center line as shown in FIG. There is also.
圧電素子７に付加される電圧により、縦方向振動は第３
図（ｂ）に示すように変化するが、一方、ねじり振動は
第３図（ｃ）に示すように圧電素子電圧に応じて変位す
る。これはねじり振動に対してねじり振動を妨げる要因
がないからである。プリロードプレート１２の複合振動
はう仁ング材６を介してロータ５に伝播される。Due to the voltage applied to the piezoelectric element 7, the longitudinal vibration
On the other hand, the torsional vibration changes in accordance with the piezoelectric element voltage as shown in FIG. 3(c). This is because there is no factor that hinders torsional vibration. The complex vibration of the preload plate 12 is propagated to the rotor 5 via the lining material 6.
従って、圧電素子７によって第３図（ｂ）および第３図
（ｃ）に示す振動を合成した力がロータ５に作用し、ロ
ータ５は一方向に回転されることになる。Therefore, a combined force of the vibrations shown in FIG. 3(b) and FIG. 3(c) is applied to the rotor 5 by the piezoelectric element 7, and the rotor 5 is rotated in one direction.
以上説明したように、本発明によれば下記の効果がある
。As explained above, the present invention has the following effects.
１）一組の駆動回路にて駆動できるため、信頼性が高い
。1) High reliability as it can be driven by a single set of drive circuits.
２）一組の駆動回路にて駆動できるため、設備コストが
安い。2) Since it can be driven by a single set of drive circuits, the equipment cost is low.
３）圧電素子の分極方向によって振動の縦横比が設定で
き、ねじり振動変換効率が高い。3) The aspect ratio of vibration can be set depending on the polarization direction of the piezoelectric element, resulting in high torsional vibration conversion efficiency.
第１図は本発明に係る定在波ロータリ型振動波モータの
一実施例の断面図、第２図は第１図に示す振動波モータ
に用いられている圧電素子の分極方向を示し、第２図（
ａ）は平面図、第２図（ｂ）は側面図、第３図は本発明
に係る定在波ロータリ型振動波モータの作動を説明する
ための線図であり、第３図（ａ）は圧電素子に印加され
る交番電圧を示し、第３図（ｂ）は圧電素子の上端部に
おける縦振動を示し、第３図（ｃ）は圧電素子端部のね
じり振動を示す。第４図から第６図は第１図に示す振動
波モータに用いられている圧電素子７の分極方法の一実
施例を示す図であり、第４図および第５図は平面図、第
６図は側面図である。
１・・・ケース、
２・・・アキシアルベアリング、
４−・皿バネ、 ５・−・ロータ、６・−・う
仁ング材、 ７・・・圧電素子、８．１１・・−皿ネジ
、 ９・−・ベース、１０・・・ベアリング、
１２・・￥プリロードプレート。FIG. 1 is a sectional view of an embodiment of a standing wave rotary vibration wave motor according to the present invention, and FIG. 2 shows the polarization direction of the piezoelectric element used in the vibration wave motor shown in FIG. Figure 2 (
a) is a plan view, FIG. 2(b) is a side view, and FIG. 3 is a line diagram for explaining the operation of the standing wave rotary vibration wave motor according to the present invention. shows the alternating voltage applied to the piezoelectric element, FIG. 3(b) shows the longitudinal vibration at the upper end of the piezoelectric element, and FIG. 3(c) shows the torsional vibration at the end of the piezoelectric element. 4 to 6 are diagrams showing an example of a method of polarizing the piezoelectric element 7 used in the vibration wave motor shown in FIG. 1, and FIGS. 4 and 5 are plan views, and FIG. The figure is a side view. 1... Case, 2... Axial bearing, 4-- Disc spring, 5-- Rotor, 6-- Venting material, 7... Piezoelectric element, 8.11...- Flat head screw, 9...Base, 10...Bearing, 12...\Preload plate.
Claims (2)
合成振動を発生する復合振動圧電素子によって、一定方
向の定在波を発生させてねじり振動エネルギを回転運動
に変換して作動させることを特徴とする定在波ロータリ
型振動波モータ。1. When an alternating voltage is applied, a composite vibrating piezoelectric element that generates a composite vibration of torsional vibration and longitudinal vibration generates a standing wave in a fixed direction, converting torsional vibration energy into rotational motion and operating it. A standing wave rotary vibration wave motor.
、各円板状圧電素子はそれぞれ周方向および厚み方向に
分極されていることを特徴とする定在波ロータリ型振動
波モータ。2. A standing wave rotary vibration wave motor, which is formed by laminating a large number of disc-shaped piezoelectric elements, and each disc-shaped piezoelectric element is polarized in the circumferential direction and the thickness direction.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1288140A JPH03150078A (en) | 1989-11-06 | 1989-11-06 | Standing wave rotary type oscillatory wave motor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1288140A JPH03150078A (en) | 1989-11-06 | 1989-11-06 | Standing wave rotary type oscillatory wave motor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03150078A true JPH03150078A (en) | 1991-06-26 |
Family
ID=17726328
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1288140A Pending JPH03150078A (en) | 1989-11-06 | 1989-11-06 | Standing wave rotary type oscillatory wave motor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03150078A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010524251A (en) * | 2007-04-11 | 2010-07-15 | イノバ アイエヌシー | Piezoelectric transformer with windmill electrode |
-
1989
- 1989-11-06 JP JP1288140A patent/JPH03150078A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010524251A (en) * | 2007-04-11 | 2010-07-15 | イノバ アイエヌシー | Piezoelectric transformer with windmill electrode |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107742993B (en) | Single-phase excitation type surface internal vibration ultrasonic motor and single-phase excitation method thereof | |
| JP3823340B2 (en) | Vibration motor | |
| US5001382A (en) | Stepping motor and a method of driving the same | |
| JPH03150078A (en) | Standing wave rotary type oscillatory wave motor | |
| CN216672880U (en) | Stator assembly | |
| JPS60200776A (en) | Driving device | |
| US20010035699A1 (en) | Piezoelectric wave motor | |
| CN101388620B (en) | Sandwich type cylinder stator and ultrasonic motor using the same | |
| JPS6020775A (en) | Rotary actuator | |
| JPH07183586A (en) | Multilayer piezoelectric actuator | |
| JP3353998B2 (en) | Ultrasonic transducer | |
| JPS61277384A (en) | Motor for utilizing ultrasonic wave oscillation | |
| CN110729919A (en) | Coaxial counter-rotating standing wave type double-sided staggered tooth ultrasonic motor stator | |
| CN104852626B (en) | Rotary ultrasonic motor based on piezoelectric single crystal surface-cut mode | |
| JPS6084890A (en) | Actuator | |
| JP2599954B2 (en) | Ultrasonic drive | |
| EP1519426B1 (en) | High-efficiency piezoelectric single-phase uni-polar ultrasonic actuators with a notched PZT back disc | |
| JP2001016875A (en) | Oscillatory wave drive device | |
| JPH0537673Y2 (en) | ||
| JPH02223389A (en) | Stepping motor and driving method therefor | |
| JPS6258885A (en) | Ultrasonic motor | |
| JP2601659B2 (en) | Ultrasonic drive | |
| JPH06120580A (en) | Laminated piezoelectric element, its manufacture and polarization treatment, and ultrasonic motor | |
| CN113852293A (en) | Rotary traveling wave ultrasonic motor | |
| JP5118795B2 (en) | Stacked sandwich ultrasonic motor with improved torque |