JPH0340771A - Ultrasonic motor - Google Patents

Ultrasonic motor

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JPH0340771A
JPH0340771A JP1176511A JP17651189A JPH0340771A JP H0340771 A JPH0340771 A JP H0340771A JP 1176511 A JP1176511 A JP 1176511A JP 17651189 A JP17651189 A JP 17651189A JP H0340771 A JPH0340771 A JP H0340771A
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JP
Japan
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torsional
vertical
vibration
stator
ultrasonic motor
Prior art date
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Pending
Application number
JP1176511A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tadayasu Uchikawa
内川 忠保
Osamu Onishi
修 大西
Osamu Myoga
修 冥加
Takeshi Inoue
武志 井上
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
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Priority to US07/548,574 priority patent/US5051647A/en
Publication of JPH0340771A publication Critical patent/JPH0340771A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

PURPOSE:To enhance the efficiency of an ultrasonic motor by employing a plurality of materials having different densities as materials used for a head mass part of a stator to optimize it, and bringing vertical resonance into coincidence with torsional resonance. CONSTITUTION:A wear resistant material 24 is adhered to a rotor 19. When a voltage is applied to a vertical piezoelectric element 13 and a torsional piezoelectric element 14, phase difference of voltages is suitably regulated, and vertical resonance frequency is brought into coincidence with torsional resonance frequency at the time of high power excitation, the resonances are combined by vertical and torsional amplitudes in a boundary between a stator 18 and a rotor 19 to cause a strong elliptical vibration. Since head masses 1, 2 made of materials having different densities do not have so high stiffness, they do not contribute to variation in the resonance frequency of the vertical vibration, but act as large inertial mass with respect to the torsional vibration. Accordingly, the resonance frequency of the torsional vibration is remarkably lowered.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、回転トルクの発生源として、縦・捩り複合振
動子をステータとしステータ上に圧接されたロータを摩
擦力を介して回転させる超音波モータの改良に関する。
Detailed Description of the Invention (Industrial Application Field) The present invention is directed to an ultrasonic motor that uses a longitudinal/torsional composite oscillator as a stator and rotates a rotor press-welded onto the stator through frictional force as a source of rotational torque. Concerning improvements to sonic motors.

(従来の技術) 超音波モータとは、超音波楕円振動をする振動体である
ステータに圧接されたロータが摩擦力を介して受ける回
転トルクを利用したモータである。
(Prior Art) An ultrasonic motor is a motor that utilizes rotational torque received through frictional force by a rotor that is pressed against a stator, which is a vibrating body that makes ultrasonic elliptical vibrations.

円環あるいは円板の円周方向に沿って伝(般するたわみ
進行波を利用した超音波モータが開閉58−14868
2号公報により開示されて以来、超音波モータは電磁型
モータと比べて低速で高トルクであるという特徴を有し
ていることから、盛んに研究開発が行われるようになっ
た。しかしながら、この超音波モータはたわみ振動を利
用しているため、小径にすると高トルクを得ることが難
しいという欠点がある。例えば、直径2cmの進行波型
超音波モータのトルクは、たかだか0.1〜0.2kg
f−amに過ぎない。
An ultrasonic motor that uses flexural traveling waves that propagate along the circumferential direction of a ring or a disk opens and closes.58-14868
Since it was disclosed in Publication No. 2, ultrasonic motors have been actively researched and developed because they are characterized by lower speed and higher torque than electromagnetic motors. However, since this ultrasonic motor uses flexural vibration, it has the disadvantage that it is difficult to obtain high torque when the diameter is small. For example, the torque of a traveling wave ultrasonic motor with a diameter of 2 cm is 0.1 to 0.2 kg at most.
It's just f-am.

これに対し、開閉61−52163号公報に開示されて
いる定在波型超音波モータは、ロータとステータの界面
に効率よく強力な楕円振動の発生を可能とした。しかし
ながら、これとて圧電縦振動を用いて捩り振動を励振す
るものでモード変換を要するため構成条件に制約があり
、振動子の形状、サイズが限定され、しかも発生する楕
円振動の回転の向きは構成条件によって、右廻り、左廻
りの何れがとなり、回転の向きを自由に変えられないと
言う欠点があった。
On the other hand, the standing wave type ultrasonic motor disclosed in Japanese Patent Publication No. 61-52163 makes it possible to efficiently generate strong elliptical vibrations at the interface between the rotor and the stator. However, since this uses piezoelectric longitudinal vibration to excite torsional vibration and requires mode conversion, there are restrictions on the configuration conditions, the shape and size of the vibrator are limited, and the direction of rotation of the generated elliptical vibration is limited. Depending on the configuration conditions, the rotation direction could be either clockwise or counterclockwise, and there was a drawback that the direction of rotation could not be changed freely.

回転方向を自由に変えられ、しがも小径で高トルクを有
するモータの出現が望まれていたが、このような機能を
有する超音波モータとして本発明者らは、特願昭63−
149726号明細書、及び昭和63年日本音響学会秋
期研究発表会講演論文No、2−4−10、pp、82
1,822(1988年io月)及び日刊工業新聞社刊
行の雑誌「トリガーJ 1989年1月号の50頁がら
51頁にがけて開示されている縦・捩り複合振動子をス
テータとする超音波モータを提案した。この超音波モー
タの構成を第3図に示す。図に於て、31は縦振動を励
振させる圧電セラミック素子で、板厚方向に分極処理が
威されている。32は捩り振動を励振させる圧電セラミ
ック素子で板面に平′行で且つ円周方向に分極処理が施
されている。33はA1合金がらできた金属ブロック(
以降これをヘッドマスとよぶ)、34はリアマス、35
は支持板で、これらと圧電素子31.32はボルト36
、ナツト37により強固に締め付けられ、超音波楕円振
動子であるステータ38を構成する。また、39はロー
タ40をステータ38に圧接させる働きをするバネ、4
1は台座、42はシャフト、43はナツトである。ナツ
ト43によりバネの圧接力を加減することが出来る。ま
た44は耐磨耗材、45はベアリングである。
It has been desired to develop a motor that can freely change the direction of rotation and has a small diameter and high torque, and the inventors of the present invention have proposed an ultrasonic motor having such a function in Japanese Patent Application No. 1983-
Specification No. 149726, and 1986 Acoustical Society of Japan Autumn Research Presentation Lecture Paper No. 2-4-10, pp. 82
1,822 (January 1988) and the magazine "Trigger J" published by Nikkan Kogyo Shimbun, pages 50 to 51 of the January 1989 issue discloses an ultrasonic wave using a vertical/torsional compound vibrator as a stator. We have proposed a motor.The configuration of this ultrasonic motor is shown in Figure 3.In the figure, 31 is a piezoelectric ceramic element that excites longitudinal vibration, and is polarized in the thickness direction.32 is a torsion element. A piezoelectric ceramic element that excites vibrations is polarized parallel to the plate surface and in the circumferential direction. 33 is a metal block made of A1 alloy (
Hereinafter, this will be referred to as the head mass), 34 is the rear mass, 35
are support plates, and these and piezoelectric elements 31 and 32 are connected to bolts 36.
, are firmly tightened by nuts 37 to constitute a stator 38 which is an ultrasonic elliptical vibrator. Further, 39 is a spring that serves to press the rotor 40 into contact with the stator 38;
1 is a base, 42 is a shaft, and 43 is a nut. The nut 43 can adjust the pressure force of the spring. Further, 44 is a wear-resistant material, and 45 is a bearing.

この超音波モータは、ステータとロータの界面に縦と捩
り振動で合成された楕円振動を効率よく強勢に励振させ
るために、縦と捩り振動を同時に共振駆動させることを
目的として提案されたものである。共振駆動を行うため
には、縦と捩りの共振周波数を一致させる必要がある。
This ultrasonic motor was proposed for the purpose of simultaneously resonantly driving longitudinal and torsional vibrations in order to efficiently and strongly excite elliptical vibrations, which are a combination of longitudinal and torsional vibrations, at the interface between the stator and rotor. be. In order to perform resonance drive, it is necessary to match the longitudinal and torsional resonance frequencies.

第3図に示した超音波モータにおいて、ステータ上に適
当な太さのシャフトを立て、ロータとステータの圧接力
を調整することで弱電界時において辛うじて縦と捩りの
共振周波数を一致させることができた。
In the ultrasonic motor shown in Figure 3, by setting a shaft of an appropriate thickness on the stator and adjusting the contact force between the rotor and stator, it is possible to barely match the longitudinal and torsional resonance frequencies in a weak electric field. did it.

(発明が解決しようとする課題点) この縦と捩りの共振周波数の一致は、弱電界時の一致で
あり、実際にモータを強電界で駆動する際には、捩りの
共振周波数f7.が縦の共振周波数fLより高くなって
しまい、実際の駆動状態である強電界時において共振周
波数を一致させることは困難であった。第3図に示した
構成の超音波モータでは、捩りの共振周波数fTは、ス
テータ部分の長さでほぼ決定されてしまい、圧接力にそ
れほど影響されることはない。しかし、縦の共振周波数
fLは、ロータの質量、ロータとステータの圧接力に依
存し、ロータの質量が軽く、前記圧接力が大きいほど捩
りの共振周波数に近づく。即ち、第3図に示した構成の
超音波モータでは、一般にfT>fLである。
(Problems to be Solved by the Invention) This coincidence of the longitudinal and torsional resonance frequencies is a coincidence in a weak electric field, and when actually driving a motor in a strong electric field, the torsion resonance frequency f7. becomes higher than the longitudinal resonance frequency fL, and it is difficult to match the resonance frequencies in a strong electric field, which is an actual driving state. In the ultrasonic motor having the configuration shown in FIG. 3, the torsional resonance frequency fT is almost determined by the length of the stator portion and is not significantly affected by the pressure contact force. However, the longitudinal resonance frequency fL depends on the mass of the rotor and the pressure contact force between the rotor and the stator, and the lighter the mass of the rotor and the larger the pressure contact force, the closer it approaches the torsional resonance frequency. That is, in the ultrasonic motor having the configuration shown in FIG. 3, generally fT>fL.

従って、fT: rLを実現しようとすれば、ロータの
高さを低くして軽くすることになるが、このような形状
のロータでは剛性が小さくなり、大きなトルクの発生は
困難となる。次に、圧接力を極端に大きくすることが必
要である。圧接力をきわめて大きな状態にすることは、
必然的にベアリングに過大な応力を与える事になり、ベ
アリングの損傷、はたまたベアリングの寿命の短命化に
つながり、極めて危険である。従って、従来の第3図に
示した超音波モータでは、実際のハイパワー駆動時にお
いて、rTがflより高くなってしまい、得られる効率
はせいぜい25%〜40%程度であった。
Therefore, in order to achieve fT: rL, the height of the rotor must be lowered to make it lighter; however, a rotor with such a shape has low rigidity, making it difficult to generate large torque. Next, it is necessary to extremely increase the contact force. Making the pressure contact force extremely large is
Inevitably, excessive stress will be applied to the bearing, leading to damage to the bearing or even shortening the life of the bearing, which is extremely dangerous. Therefore, in the conventional ultrasonic motor shown in FIG. 3, rT becomes higher than fl during actual high-power driving, and the efficiency obtained is about 25% to 40% at most.

本発明の目的は、縦・捩り複合振動子をステータとする
超音波モータに於て、縦と捩りの共振周波数を実際のハ
イパワー駆動時において完全に一致させ、モータの効率
を高めることにある。
An object of the present invention is to perfectly match the longitudinal and torsional resonance frequencies during actual high-power driving in an ultrasonic motor using a longitudinal/torsional compound vibrator as the stator, thereby increasing the efficiency of the motor. .

(課題を解決するための手段) 本発明では、ステータ部分のうち特にヘッドマス部分に
使用する材料を少なくとも2種類以上の密度の異なる材
料を用いて最適化することにより、縦と捩りの共振を一
致させている。以下に詳細に説明する。
(Means for Solving the Problems) In the present invention, by optimizing the material used for the stator part, especially the head mass part, by using at least two types of materials with different densities, the longitudinal and torsional resonances are matched. I'm letting you do it. This will be explained in detail below.

従来の第3図に示す超音波モータの高電界駆動時におけ
る振動変位分布を第4図に示す。(a)図は模式的なモ
ータ構成図を示し、(b)図はモータの縦方向(モータ
軸方向)の振動変位分布、(c)図はモータの捩り方向
(円周方向)の振動分布を示す。第4図において縦と捩
りの振動変位分布が異なっているが、この理由は、縦の
位相速度が捩りの位相速度の1.6倍はど大きいこと、
縦の特性機械インピーダンスZOLが、中空円筒に関し
て Z□L=pC4,A=(n/4)pcL(D02−DI
2)   (1)捩りの特性機械インピーダンスzoT
は、同じく中空円筒に関して ZoT=pCTJ、=(n/32)pcT(Do’−D
I’)  (2)で与えられ、ZOLは直径の2乗、Z
oTは直径の4乗の関数となっていることによる、ただ
し、(1)式、(2)式において p;  密度 CL;  縦弾性波の位相速度 CT;  捩り弾性波の位相速度 A; 中空円筒の断面積 Do;  外径 DI;  内径 JP:  断面極2次モーメント である。第4図の縦と捩りの振動モードを詳細に見ると
、ヘッドマス部分と捩りの圧電セラミック素子部分にお
いて振幅が大きく異なっていることが分かる。即ち、本
発明の原理はへラドマス部分あるいは捩り圧電セラミッ
ク素子部分において、特性機械インピーダンスZOL、
zo’rを変えてやることにより、振動モードに変化を
与え、縦と捩りの共振周波数を一致させることにある。
FIG. 4 shows the vibration displacement distribution of the conventional ultrasonic motor shown in FIG. 3 when driven by a high electric field. (a) shows a schematic motor configuration diagram, (b) shows vibration displacement distribution in the motor's longitudinal direction (motor axial direction), and (c) shows vibration distribution in the motor's torsional direction (circumferential direction). shows. In Figure 4, the vertical and torsional vibration displacement distributions are different, and the reason for this is that the vertical phase velocity is 1.6 times larger than the torsional phase velocity.
The vertical characteristic mechanical impedance ZOL is Z□L=pC4, A=(n/4)pcL(D02-DI
2) (1) Torsional characteristic mechanical impedance zoT
Similarly, regarding the hollow cylinder, ZoT=pCTJ,=(n/32)pcT(Do'-D
I') (2) where ZOL is the square of the diameter, Z
oT is a function of the fourth power of the diameter; however, in equations (1) and (2), p; density CL; phase velocity CT of longitudinal elastic waves; phase velocity A of torsional elastic waves; hollow cylinder Cross-sectional area Do; Outer diameter DI; Inner diameter JP: Polar second moment of area. A detailed look at the longitudinal and torsional vibration modes in FIG. 4 reveals that the amplitudes are significantly different between the head mass portion and the torsional piezoelectric ceramic element portion. That is, the principle of the present invention is that the characteristic mechanical impedance ZOL,
By changing the zo'r, the vibration mode is changed and the longitudinal and torsional resonance frequencies are matched.

本発明では、特にヘッドマス部分の特性機械インピーダ
ンスを最適化することにより、ハイパワー駆動時におけ
る縦と捩りの共振周波数を一致させている。
In the present invention, by optimizing the characteristic mechanical impedance of the head mass portion in particular, the longitudinal and torsional resonance frequencies are matched during high power driving.

第4図の従来の縦・捩り複合振動子をステータとする超
音波モータのへラドマス部分の振動変位分布に関して、
ヘッドマスの縦圧電セラミック素子に近い部分は、縦振
動に関しては振動節部に近い位置にあり、スチフネスと
して動作している。また、捩り振動に関しては、振動腹
部となり慣性質量として動作している。この状態に於て
、捩り共振周波数fTは縦の共振周波数fI、より高い
。本発明に基づく超音波モータではfT == fLを
実現させるために縦振動に対して、より大きなスチフネ
スを実現し、捩り振動に関しては、より大きな慣性質量
を実現するために、ヘッドマスを少なくとも二つ以上の
要素で構威している。即ち、ロータ部分に接触するヘッ
ドマス先端部はA1合金、Ti合金といった軽量で剛性
の大きな材料で構威し、圧電素子との接合側すなわちヘ
ッドマス底部は密度と弾性率の大きなステンレススチー
ル、超硬合金などでできている。このヘッドマスはボル
ト、ナツトにより強固に圧接され、一体となって振動す
る。従って、本発明に基づく超音波モータでは、ヘッド
マス部分の改良により捩りの共振周波数fTを低下させ
、縦の共振周波数flを上昇させることが出来るわけで
あるから、ハイパワー駆動時において、fT == f
Lを実現することが可能である。
Concerning the vibration displacement distribution of the herad mass portion of the ultrasonic motor using the conventional vertical/torsional composite vibrator as the stator shown in Fig. 4,
The portion of the head mass close to the vertical piezoelectric ceramic element is located close to the vibration node with respect to longitudinal vibration, and operates as stiffness. Moreover, regarding torsional vibration, it becomes a vibrating abdomen and operates as an inertial mass. In this state, the torsional resonance frequency fT is higher than the longitudinal resonance frequency fI. In order to realize fT == fL, the ultrasonic motor based on the present invention has a head mass of at least two to achieve greater stiffness for longitudinal vibrations and a greater inertial mass for torsional vibrations. It is made up of the above factors. In other words, the tip of the head mass that comes into contact with the rotor is made of a lightweight and highly rigid material such as A1 alloy or Ti alloy, and the side that joins the piezoelectric element, that is, the bottom of the head mass, is made of stainless steel or cemented carbide with high density and elastic modulus. It is made of etc. This head mass is tightly pressed by bolts and nuts, and vibrates as a unit. Therefore, in the ultrasonic motor according to the present invention, by improving the head mass part, it is possible to lower the torsional resonance frequency fT and increase the longitudinal resonance frequency fl, so when driving at high power, fT == f
It is possible to realize L.

(実施例) 以下、本発明に基づく超音波モータの実施例を図面に従
って説明する。第1図は本発明の実施例に示す超音波モ
ータの断面図である。第1図において、超音波モータの
全長は70mmであり、ヘッドマス1はA1合金、ヘッ
ドマス2はそれより高密度材料のステンレススチールで
あり、これらは、溶着、接着、打ち込みなどの手段で接
合一体化され、また鍔25のついたステンレス鋼製ボル
ト12に溶着により一体化されている。ヘッドマス全体
の高さは11mmで、このうちへラドマス2の高さは4
mm。
(Example) Hereinafter, an example of an ultrasonic motor based on the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view of an ultrasonic motor shown in an embodiment of the present invention. In Figure 1, the total length of the ultrasonic motor is 70 mm, head mass 1 is made of A1 alloy, and head mass 2 is made of stainless steel, which is a denser material, and these are joined together by means such as welding, gluing, and driving. It is also integrated with the stainless steel bolt 12 with a collar 25 by welding. The height of the whole head mass is 11 mm, of which the height of Rad mass 2 is 4 mm.
mm.

ヘッドマス1の高さは7mmでともに外形は20mmで
ある。13は縦振動励振用PZT系圧電セラミック素子
で、14は捩り振動励振用PZT系圧電セラミック素子
、15は支持板でステンレス鋼製、16はリアマスで黄
銅製である。ヘッドマスからリアマス16まではボルト
12とナツト17により強固に締め付けられ、縦・捩り
複合振動子であるステータ18を構成する。
The height of the head mass 1 is 7 mm, and the outer diameter of both is 20 mm. 13 is a PZT-based piezoelectric ceramic element for longitudinal vibration excitation, 14 is a PZT-based piezoelectric ceramic element for torsional vibration excitation, 15 is a support plate made of stainless steel, and 16 is a rear mass made of brass. The section from the head mass to the rear mass 16 is firmly tightened with bolts 12 and nuts 17, and constitutes a stator 18 which is a vertical/torsional composite vibrator.

19はステンレス鋼製ロータで高さは8mm、20はベ
アリング、21は台座で同じくステンレス鋼製、22は
バネ、23はナツトで、バネ22、ナツト23はロータ
19をステータ18に圧接する力を供給する。
19 is a stainless steel rotor with a height of 8 mm, 20 is a bearing, 21 is a pedestal also made of stainless steel, 22 is a spring, and 23 is a nut. supply

ロータとステータ間の圧接力はナツトの回転角を調節す
ることにより微妙に変えることが可能である。また、2
4はエンジニアリング・プラスティックでできた耐磨耗
材で、この場合、ロータ19に接着されている。縦圧電
素子13と捩り圧電素子14に電圧を印加し、電圧の位
相差を適当に調整し、また、ハイパワー励振時において
、縦と捩りの共振周波数を一致させた場合、ステータと
ロータの界面において、縦と捩りの振幅で合成され強力
な楕円振動を引き起こすことができる。ヘッドマス2b
は、縦振動に対してはスチフネスをそれほど持たないた
めに、縦振動の共振周波数の変化には寄与しないが、捩
り振動に関しては、大きな慣性質量として作用するため
捩り振動の共振周波数を著しく低下させる働きがある。
The contact force between the rotor and stator can be slightly changed by adjusting the rotation angle of the nut. Also, 2
4 is a wear-resistant material made of engineering plastic, which is bonded to the rotor 19 in this case. When a voltage is applied to the vertical piezoelectric element 13 and the torsional piezoelectric element 14, the phase difference of the voltage is adjusted appropriately, and the longitudinal and torsional resonance frequencies are matched during high power excitation, the interface between the stator and the rotor , the longitudinal and torsional amplitudes can be combined to produce strong elliptical vibrations. head mass 2b
Since it does not have much stiffness for longitudinal vibration, it does not contribute to changing the resonance frequency of longitudinal vibration, but when it comes to torsional vibration, it acts as a large inertial mass, so it significantly reduces the resonance frequency of torsional vibration. There is work.

実施例の第1図に示した状態の寸法形状を有する超音波
モータにおいて、ロータとステータ間の圧接力を50k
gf一定とし、縦及び捩り圧電セラミック素子の駆動電
圧をともに80Vrmsとして、ハイパワーの励振を行
ったとき縦の共振周波数31.6kHz、捩りの共振周
波数31.1kHzであった。
In the ultrasonic motor having the dimensions and shape shown in FIG.
When high-power excitation was performed with gf constant and the driving voltages of the vertical and torsional piezoelectric ceramic elements both 80 Vrms, the longitudinal resonance frequency was 31.6 kHz and the torsional resonance frequency was 31.1 kHz.

そこで、ヘッドマス2の高さを変えて底部の質量を落と
すことで、周波数調整を行ったところ、31.5kHz
で縦と捩りの共振周波数が一致した。次に、駆動電圧を
そのままにして、縦と捩りの印加電圧の位相差を70度
駆動すると、時計廻り方向に回転した。その時の回転数
−トルク特性の測定結果を第2図に示す。この超音波モ
ータの詣特性は無負荷時回転数52Or、p、m、、最
大トルク5.1kgf”am、最大効率63%である。
Therefore, we adjusted the frequency by changing the height of head mass 2 and reducing the mass at the bottom, and the result was 31.5kHz.
The longitudinal and torsional resonance frequencies matched. Next, when the drive voltage was left as it was and the phase difference between the vertical and torsional applied voltages was set to 70 degrees, it rotated in the clockwise direction. The measurement results of the rotational speed-torque characteristics at that time are shown in FIG. The operating characteristics of this ultrasonic motor are: no-load rotation speed of 52 Or, p, m, maximum torque of 5.1 kgf"am, and maximum efficiency of 63%.

その他、本実施例に示した超音波モータは、駆動電圧の
位相差を250度とすることにより、反時計方向の反転
することが確認され、その特性は、第2図に示したのも
とほぼ同じであった。
In addition, it was confirmed that the ultrasonic motor shown in this example can be reversed in the counterclockwise direction by setting the phase difference of the drive voltage to 250 degrees, and its characteristics are almost the same as those shown in Fig. 2. Met.

尚、本発明の実施例ではへラドマスにAIとステンレス
スチールの2種類の材料を用いているが、他にAI、ス
テンレス、Wといった3種類の材料を用いても共振の一
致化が可能であり、モータ高出力の同様の効果が得られ
る。
In addition, in the embodiment of the present invention, two types of materials, AI and stainless steel, are used for the heradomas, but it is also possible to match the resonance by using three other types of materials, such as AI, stainless steel, and W. , the same effect of high motor output can be obtained.

(発明の効果) 以上詳述した如く、本発明に従った構成の超音波モータ
は高電界駆動時において、縦と捩りの共振周波数を完全
に一致させることができ、僅かな消費電力でステータと
ロータの界面に大振幅の楕円振動を発生させることがで
き、高効率、高トルクの超音波モータを実現することが
出来る。従って、本発明に基づく超音波モータ技術的有
用性は計り知れないほど大きく、応用技術、派生技術の
広さも予測しきれないものがある。
(Effects of the Invention) As detailed above, the ultrasonic motor configured according to the present invention can perfectly match the longitudinal and torsional resonance frequencies during high electric field driving, and can synchronize the stator with low power consumption. Large-amplitude elliptical vibration can be generated at the rotor interface, making it possible to realize a high-efficiency, high-torque ultrasonic motor. Therefore, the technical usefulness of the ultrasonic motor based on the present invention is immeasurably large, and the range of applied and derived technologies cannot be predicted.

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

第1図は本発明の一実施例である超音波モータの断面図
、第2図は本発明の超音波モータの回転数、トルク特性
図、第3図は従来の超音波モータの断面図、第4図は従
来の超音波モータの振動変位分布を説明するための図で
ある。 図中各記号はそれぞれ次の内容を示す。 12.33・・・ヘッドマス、12.36・・・ボルト
、13.31・・・縦振動用圧電セラミック素子、14
.32・・・捩り振動用圧電セラミック素子、15.3
5・・・支持板、16.37・・・リアマス、17.2
3.37.43・・・ナツト、18.38・・・ステー
タ、19.40・・・ロータ、20.45・・・ベアリ
ング、21.41・・・台座、22.39・・・バネ、
24.44・・・耐磨耗材、25・・・鍔
FIG. 1 is a sectional view of an ultrasonic motor that is an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a rotation speed and torque characteristic diagram of the ultrasonic motor of the present invention, and FIG. 3 is a sectional view of a conventional ultrasonic motor. FIG. 4 is a diagram for explaining the vibration displacement distribution of a conventional ultrasonic motor. Each symbol in the figure indicates the following content. 12.33... Head mass, 12.36... Bolt, 13.31... Piezoelectric ceramic element for longitudinal vibration, 14
.. 32... Piezoelectric ceramic element for torsional vibration, 15.3
5... Support plate, 16.37... Rear mass, 17.2
3.37.43... Nut, 18.38... Stator, 19.40... Rotor, 20.45... Bearing, 21.41... Pedestal, 22.39... Spring,
24.44...Abrasion resistant material, 25...Tsuba

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 縦、捩り複合圧電振動子をステータとして超音波振動を
励起させ、前記ステータに圧接されたロータを回転させ
る超音波モータにおいて、前記ステータのロータ接触側
に少なくとも2種類以上の密度の異なる材料を接合した
ブロックを設け、そのブロックのロータ接触側に低密度
材料を配置し、圧電振動子との接合側に高密度材料を配
置したことを特徴とする超音波モータ。
In an ultrasonic motor that uses a vertical and torsional composite piezoelectric vibrator as a stator to excite ultrasonic vibrations and rotates a rotor that is pressed into contact with the stator, at least two or more types of materials with different densities are bonded to the rotor contact side of the stator. 1. An ultrasonic motor characterized in that a block is provided, a low-density material is arranged on the rotor contact side of the block, and a high-density material is arranged on the bonding side with a piezoelectric vibrator.
JP1176511A 1989-07-06 1989-07-06 Ultrasonic motor Pending JPH0340771A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5708705A (en) * 1994-04-28 1998-01-13 Nec Corporation Wallhung arrangement for a cordless telephone
US7800283B2 (en) 2004-01-21 2010-09-21 Nippon Telegraph And Telephone Corporation Screw driving device and screw

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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