JPH04178181A - Ultrasonic motor - Google Patents

Ultrasonic motor

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Publication number
JPH04178181A
JPH04178181A JP2305518A JP30551890A JPH04178181A JP H04178181 A JPH04178181 A JP H04178181A JP 2305518 A JP2305518 A JP 2305518A JP 30551890 A JP30551890 A JP 30551890A JP H04178181 A JPH04178181 A JP H04178181A
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JP
Japan
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bending
vibrators
vibration
driving
vibrator
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Pending
Application number
JP2305518A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Sumio Kawai
澄夫 川合
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Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH04178181A publication Critical patent/JPH04178181A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To make a controllability of an ultrasonic motor at a low speed favorable, by generating a bending vibration in one of a plurality of driving members, and by so vibrating bending vibrators and longitudinal vibrators in the other driving members that they are synchronized with the generated vibration, and further, by moving a member to be driven relatively to a fixed member. CONSTITUTION:To sense the vibration states of respective bending vibrators 11A, 11B, 11C, piezoelectric elements 21A, 21B, 21C are fastened respectively on the respective vibrators 11A, B, C. Further, the signals fed from the piezoelectric elements 21A, 21B, 21C are inputted to an oscillator 15, and its oscillation frequency is so controlled that the bending vibrators vibrate always stably at a frequency approximate to their resonance frequencies. Also, hereupon. considered in the bending vibration of a bending vibrator 11A of a driving body 12A, which is one of a plurality of driving bodys. Then, the other vibrators 11B, 11C and associated longitudinal vibrators 4A, 4B, 4C can be so driven that their vibration phases are shifted from the vibration phase of the vibrator 11A. Thereby, the driving at a low speed is made easy. Moreover, by virtue of driving the plurality of curvature vibrators by the only one oscillator, the driving timings of the longitudinal vibrators can be taken accurately, and the vibrators can be driven efficiently.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は超音波モータ、詳しくは、屈曲振動子と縦振
動子とを組み合わせ、屈曲振動子の屈曲振動の節線上に
縦振動子を取り付けた超音波モータに関するものである
[Detailed Description of the Invention] [Field of Industrial Application] This invention relates to an ultrasonic motor, specifically, a combination of a bending vibrator and a longitudinal vibrator, and the longitudinal vibrator is attached on the nodal line of the bending vibration of the bending vibrator. The present invention relates to an ultrasonic motor.

[従来の技術] 最近、注目を集めている超音波モータは、周知のように
、低速駆動が容易で高トルク出力が得られるという特徴
を有しており、既に一部では商品化されている。しかし
、この商品化されている超音波モータは、回転形のタイ
プのモータであって、設計の自由度が高くて簡単に回転
形のモータにもできる小型のリニアタイプのモータは未
だ商品化されていない、その理由としては、高効率で高
出力の小型のリニアタイプの超音波モータを制作するこ
とが困難なためで、例えば特開昭59−96881号公
報によって提案されている進行波型のリニア型超音波モ
ータでは、進行波を効率よく発生させるために閉ループ
形状の屈曲振動子を用いる必要があり、振動子が非常に
大型になって、この振動子の支持機構も複雑化し、モー
タの効率自体も数%と必ずしも効率の高い小型のリニア
タイプの超音波モータにはならない。
[Prior Art] Ultrasonic motors, which have been attracting attention recently, have the characteristics of being easy to drive at low speeds and producing high torque output, and some motors have already been commercialized. . However, this commercialized ultrasonic motor is a rotary type motor, and a small linear type motor that has a high degree of design freedom and can easily be converted into a rotary type motor has not yet been commercialized. The reason for this is that it is difficult to produce a small linear type ultrasonic motor with high efficiency and high output. In linear ultrasonic motors, in order to efficiently generate traveling waves, it is necessary to use a closed-loop bending transducer, which results in a very large transducer and a complicated support mechanism for the transducer. The efficiency itself is only a few percent, so it is not necessarily a small linear type ultrasonic motor with high efficiency.

また、特開昭63−277477号公報に開示されてい
るような板の屈曲共振と板の長手方向の縦共振振動を合
成する型のリニアタイプの超音波モータの場合には、板
の屈曲共振と縦共振の共振周波数を一致させないと高効
率なモータを実現することができず、大きさや形を制約
されてしまう。
In addition, in the case of a linear type ultrasonic motor that combines the bending resonance of a plate and the longitudinal resonance vibration in the longitudinal direction of the plate, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-277477, the bending resonance of the plate Unless the resonant frequency of the vertical resonance and the vertical resonance match, a highly efficient motor cannot be realized, and its size and shape are restricted.

従って、小型化、高効率化が容易ではなかった。Therefore, it has not been easy to downsize and increase efficiency.

更に、このモータでは摩擦力を発生させるための振動が
圧電体の横効果、即ち、電圧印加方向に対し、駆動方向
が直交することを利用しているため、圧着力を大きくす
ることができず、大きな駆動力を発生させることができ
ないという欠点も有している。
Furthermore, this motor uses the transverse effect of the piezoelectric material, that is, the fact that the driving direction is perpendicular to the voltage application direction, to generate vibrations to generate frictional force, so it is not possible to increase the crimping force. However, it also has the disadvantage of not being able to generate a large driving force.

そこで、本出願人は、上記従来のこの種の超音波モータ
の欠点を除去するために、圧電体を貼着した板状屈曲振
動子に共振屈曲定在波を発生させ、その屈曲振動の節の
位置に、屈曲振動の中立軸に対して垂直方向に振動する
積層圧電体からなる縦振動子を設け、上記屈曲振動子が
発生する屈曲振動と縦振動子が発生する縦振動の位相を
90°ずらずことによって、縦振動子先端部に楕円振動
を発生させ、これにより縦振動子先端部に圧着した移動
体を所定の方向に動かせるように構成した小型のリニア
タイプの超音波モータを、先に提案した(特願平2−7
9800号)。
Therefore, in order to eliminate the above-mentioned drawbacks of the conventional ultrasonic motor of this type, the present applicant has generated a resonant bending standing wave in a plate-shaped bending vibrator to which a piezoelectric material is attached, and the nodes of the bending vibration are A longitudinal vibrator made of a laminated piezoelectric material that vibrates in a direction perpendicular to the neutral axis of the bending vibration is provided at the position, and the phase of the bending vibration generated by the bending vibrator and the longitudinal vibration generated by the longitudinal vibration is set to A small linear type ultrasonic motor is configured to generate elliptical vibration at the tip of the vertical vibrator by shifting the vertical vibrator, thereby moving a moving body crimped to the tip of the vertical vibrator in a predetermined direction. I proposed it earlier (Patent application No. 2-7
No. 9800).

この超音波モータによれば、モータ効率が高く、更に薄
型に構成することができるので、非常に利用価値の高い
ものとなる。即ち、この小型のリニアタイプの超音波モ
ータは、小型であるため、これを円形に並設したり、ま
た屈曲振動子自体を円環形状とか円板形状にすれば、容
易に回転形の小型超音波モータを実現できるし、更にま
た摩擦力を発生するための圧着力が加えられる方向には
積層圧電体の縦振動子を用いているので、小型でも大き
な駆動力を発生させることができるという数々のメリッ
トを有していた。
According to this ultrasonic motor, the motor efficiency is high and it can be configured to be thinner, making it extremely useful. In other words, since this small linear type ultrasonic motor is small, it is easy to create a small rotary type ultrasonic motor by arranging them in a circle or by making the bending vibrator itself into an annular or disk shape. It is possible to realize an ultrasonic motor, and since a vertical vibrator of laminated piezoelectric material is used in the direction in which the crimping force is applied to generate frictional force, it is possible to generate a large driving force even though it is small. It had many advantages.

更に、本出願人が提案したものとして特開平1−291
676号公報および特開平1−234073号公報に開
示の超音波モータは、それぞれ駆動周波数あるいは駆動
信号のパルス幅を変化させて、ステータ上に発生する楕
円振動の振幅を変化させるようにしてその速度をコント
ロールするものであった。
Furthermore, as proposed by the present applicant, Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-291
The ultrasonic motors disclosed in JP-A No. 676 and JP-A-1-234073 vary the speed by changing the drive frequency or the pulse width of the drive signal to change the amplitude of the elliptical vibration generated on the stator. was to be controlled.

[発明が解決しようとする課題] ところが、本出願人が先に特願平2−7980で提案し
た上述の超音波モータにおいては、屈曲振動子の節まわ
りの微少回転運動を利用してその出力を上げようとする
と、屈曲振動子を大形にしたり、縦振動子を多数配置す
る必要があって、その多数の縦振動子を均一に被駆動部
材に圧接することが難しく、高出力で高効率のモータを
提供することが難しかった。また、スペース的にも屈曲
振動子の長手方向にその体格を長くする必要があって設
計の自由度が小さくなってしまう。更に、上記超音波モ
ータを安定してコントロールするためには、駆動体の電
気的特性が変化するので駆動体に合わせて一つ一つ回路
を設計する必要があった。
[Problems to be Solved by the Invention] However, in the above-mentioned ultrasonic motor that the present applicant previously proposed in Japanese Patent Application No. 2-7980, the output power is determined by utilizing minute rotational motion around the nodes of the bending vibrator. In order to increase the It has been difficult to provide efficient motors. Furthermore, in terms of space, it is necessary to increase the length of the bending vibrator in the longitudinal direction, which reduces the degree of freedom in design. Furthermore, in order to stably control the ultrasonic motor, it is necessary to design each circuit to match the drive body, since the electrical characteristics of the drive body change.

更に、特開平1−291676号公報および特開平1−
234073号公報に開示の超音波モータは、上述のよ
うに駆動に寄与する振動の振幅を変化させて速度をコン
トロールするので、低速にするためには振幅を小さくし
なければならない。
Furthermore, JP-A-1-291676 and JP-A-1-
The ultrasonic motor disclosed in Japanese Patent No. 234073 controls the speed by changing the amplitude of the vibration that contributes to driving as described above, so the amplitude must be reduced in order to reduce the speed.

従って、駆動体と被駆動体の接触面の表面粗さよりもそ
の振動振幅が小さくなると、動作しなくなってしまい上
記振動振幅以下での低速運転が不可能となる。
Therefore, if the vibration amplitude becomes smaller than the surface roughness of the contact surface between the driving body and the driven body, it will stop operating and low-speed operation at a vibration amplitude below the above-mentioned vibration amplitude will become impossible.

また、特開昭63−7174号公報に開示されている超
音波モータのように、間欠的に駆動信号を与えて速度制
御しようとするものもあるが、間欠的に信号を与えるた
め動作自体が電磁ステッピングモータのように低速時に
動作が問欠振動的になり、また、高速に動作させると間
欠駆動から間欠駆動までの時間を周期とする振動や可聴
音が発生するといった不具合があった。
Furthermore, there are some ultrasonic motors, such as the ultrasonic motor disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 63-7174, that attempt to control the speed by intermittently applying a drive signal, but since the signals are intermittently applied, the operation itself is slow. Like an electromagnetic stepping motor, there are problems in that the operation becomes intermittent vibrations at low speeds, and when operated at high speeds, vibrations and audible sounds occur at intervals of time from intermittent drive to intermittent drive.

更に、上記各駆動方法を組み合わせた速度制御の方法も
考えることができるがそれぞれの方法に特有の不具合は
解消することはできない。
Furthermore, a speed control method that combines the above-mentioned driving methods can be considered, but it is not possible to eliminate the problems specific to each method.

一方、駆動力を単に増大させる方法として、実開平2−
60488号公報に開示の超音波モータは、複数のモー
タの駆動力を単一の被駆動体に作用させてその駆動力を
増大させる方法を用いたものであるが、その場合、超音
波モータ間で同期を取らないと各モータ間で速度差を生
じる。そして、その速度差は駆動体と被駆動体の滑りを
生じさせ、効率を低下させると同時に、不快な可聴音を
発生することになる。また、この超音波モータは、その
駆動方向の振動と圧接方向の振動が独立していないので
速度制御は難しくなる。
On the other hand, as a method of simply increasing the driving force,
The ultrasonic motor disclosed in Japanese Patent No. 60488 uses a method in which the driving force of a plurality of motors is applied to a single driven body to increase the driving force. If the motors are not synchronized, speed differences will occur between the motors. The speed difference causes slippage between the driving body and the driven body, reducing efficiency and generating unpleasant audible sounds. Further, in this ultrasonic motor, the vibration in the driving direction and the vibration in the pressing direction are not independent, making speed control difficult.

そして、上述のように単に振幅を小さくすることによっ
て速度コントロールを行う方法では安定した速度コント
ロールを実現することは難しいということになる。
As mentioned above, it is difficult to achieve stable speed control by simply reducing the amplitude.

本発明の目的は、上述の不具合を解決するためになされ
たものであって、高効率でしがも大きな駆動力が得られ
、更に、低速における制御性も良好であり、しかも、そ
の横這が簡単である超音波モータを提供するにある。
The object of the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is possible to obtain a large driving force with high efficiency, and also to have good controllability at low speeds. It is easy to provide an ultrasonic motor.

[課題を解決するための手段および作用]本発明の超音
波モータは、弾性体と、該複数の弾性体に固定される電
気−機械変換素子とからなり、該電気−機械変換素子に
交流電圧を印加することにより、上記弾性体上に定在波
型の屈曲振動を発生する屈曲振動子と、上記弾性体の表
面で、上記屈曲振動の節線上に設けられており、上記屈
曲振動により該節線を中心として揺動され、交流電圧を
印加されることにより上記屈曲振動の振幅方向に伸縮す
る縦振動子とからなる複数の駆動部材と、この複数の駆
動部材を保持する固定部材と、上記縦振動子の先端面に
圧接される被駆動部材とを具備しており、上記複数の駆
動部材の内の1つに発生する屈曲振動に同期して他の駆
動部材の屈曲振動子及び縦振動子を振動させることによ
り、上記被駆動部材を上記固定部材に対して相対移動さ
せることを特徴とする。
[Means and effects for solving the problem] The ultrasonic motor of the present invention includes an elastic body and an electro-mechanical conversion element fixed to the plurality of elastic bodies, and an alternating current voltage is applied to the electro-mechanical conversion element. a bending vibrator that generates standing wave type bending vibration on the elastic body by applying a plurality of drive members each comprising a longitudinal vibrator that is oscillated about a nodal line and expands and contracts in the amplitude direction of the bending vibration when an alternating current voltage is applied; a fixed member that holds the plurality of drive members; and a driven member that is pressed against the tip surface of the vertical vibrator, and in synchronization with the bending vibration generated in one of the plurality of drive members, the bending vibrator of the other drive member and the vertical It is characterized in that the driven member is moved relative to the fixed member by vibrating the vibrator.

[実施例] 以下、図示の実施例によって本発明を説明する。[Example] The present invention will be explained below with reference to illustrated embodiments.

第1.2図は、本発明の第1実施例を示す超音波モータ
の縦断面図である。本超音波モータは主に複数の駆動部
材である駆動体と固定部材で構成されている。そして、
複数の駆動体12A、12B、12Cは、それぞれ縦振
動子4A、4B、4Cと屈曲振動子11A、IIB、I
ICとで構成されている。
FIG. 1.2 is a longitudinal sectional view of an ultrasonic motor showing a first embodiment of the present invention. This ultrasonic motor is mainly composed of a plurality of driving members, namely a driving body and a fixed member. and,
The plurality of driving bodies 12A, 12B, and 12C are longitudinal vibrators 4A, 4B, and 4C and bending vibrators 11A, IIB, and I, respectively.
It is composed of an IC.

また、固定部材は、上記駆動体12A、12B。Further, the fixing members are the driving bodies 12A and 12B.

12Cをそれぞれ保持する保持体7A、7B、7Cとモ
ータ支持枠1とで構成されている。上記屈曲振動子11
A、IIB、IICはそれぞれ同様の構造を持つもので
あるので、そのうちの一つの屈曲振動子11Aについて
詳細に説明する。
It is composed of holders 7A, 7B, and 7C that hold 12C, respectively, and a motor support frame 1. The above bending vibrator 11
Since A, IIB, and IIC each have a similar structure, one of them, the bending vibrator 11A, will be described in detail.

屈曲振動子11Aは、平面形状が長方形をなす比較的厚
みのある板状の弾性体5Aの上面下面に、板厚方向に分
極された電気−機械変換素子である薄板状圧電体6Aを
各々分極方向が同じになるように接着した形成されてい
る。上記圧電体6Aは、その表面電極に高周波電圧を印
加すると屈曲振動子11Aは屈曲振動を生じ、更に特定
の周波数の信号を印加すれば、共振の屈曲定在波振動を
する。
The bending vibrator 11A has a thin piezoelectric body 6A, which is an electro-mechanical transducer polarized in the thickness direction, on the upper and lower surfaces of a relatively thick plate-shaped elastic body 5A having a rectangular planar shape. They are glued together so that they are oriented in the same direction. When a high frequency voltage is applied to the surface electrode of the piezoelectric body 6A, the bending vibrator 11A generates bending vibration, and when a signal of a specific frequency is further applied, it causes resonance bending standing wave vibration.

本実施例の場合は1次の屈曲共振振動が最も効率よく励
振されるような構成の屈曲振動子となっている。
In the case of this embodiment, the bending vibrator is configured so that first-order bending resonance vibration is most efficiently excited.

一方、上記縦振動子4Aは上記屈曲振動子11Aと略同
−幅(第2図参照)の積層圧電体で形成されていて、上
記屈曲振動子11Aの1次の屈曲振動の2つの節の位置
NAI、NA2を通る節戦上の弾性体5の板幅方向に設
けられた溝部5bに固着されており、高周波電圧が印加
されると屈曲振動子11Aの板厚方向に振動する。また
、この縦振動子4Aの先端面には、耐摩耗性の摩擦材で
形成されたスライダ4aが固着されている。
On the other hand, the longitudinal vibrator 4A is formed of a laminated piezoelectric material having approximately the same width as the bending vibrator 11A (see FIG. 2), and has two nodes of the first-order bending vibration of the bending vibrator 11A. It is fixed in a groove 5b provided in the plate width direction of the joint elastic body 5 passing through positions NAI and NA2, and vibrates in the plate thickness direction of the bending vibrator 11A when a high frequency voltage is applied. Further, a slider 4a made of a wear-resistant friction material is fixed to the tip surface of the vertical vibrator 4A.

駆動体12Aは、上述のように構成され、さらに、他の
駆動体12B、12Cも同様の構成を有する。そして、
それらの駆動体は、その駆動方向に沿って一列に配設さ
れるものとする。そして、駆動体12A、12B、12
Cに固着されたスライダ4aは、それぞれ図示されない
被駆動部材に固定されたレール部材2の上面に固着され
た耐摩耗性摩擦材て形成されたスライド板3に圧接し摩
擦接触するようになっている。
The driving body 12A is configured as described above, and the other driving bodies 12B and 12C also have similar configurations. and,
It is assumed that these driving bodies are arranged in a line along the driving direction. And the driving bodies 12A, 12B, 12
The sliders 4a fixed to C are pressed into frictional contact with a slide plate 3 formed of a wear-resistant friction material fixed to the upper surface of a rail member 2 fixed to a driven member (not shown). There is.

なお、他の屈曲振動子11B、IICも同様弾性体5B
、5Cと圧電体6B、6Cで構成される。
Note that the other bending vibrators 11B and IIC are also made of elastic body 5B.
, 5C and piezoelectric bodies 6B and 6C.

また、駆動体12B、12Cも同様に屈曲振動子11B
、IICと縦振動子4B、4Cとで構成されるものとす
る。
Similarly, the driving bodies 12B and 12C are also connected to the bending vibrator 11B.
, IIC and longitudinal vibrators 4B and 4C.

他方、上記レール部材2の、上記スライド板3の固着さ
れていない側の面には、断面半円状の直線状のガイド溝
2aが駆動体12A、B、Cの駆動される方向に2列平
行に、しかも各駆動体12A、12B、12Cに対応し
て穿設されている。
On the other hand, on the surface of the rail member 2 on the side to which the slide plate 3 is not fixed, linear guide grooves 2a having a semicircular cross section are arranged in two rows in the direction in which the drive bodies 12A, B, and C are driven. They are bored parallel to each other and corresponding to each drive body 12A, 12B, 12C.

また、上記レール部材2の一部および前記屈曲振動子1
1A、B、Cはモータ支持枠1内に配設されており、こ
のモータ支持枠1は上記レール部材2の一部と前記屈曲
振動子11A、B、Cを囲むように断面Uの字型のチャ
ンネル状部材で形成されている。この支持枠1には上記
ガイド溝2aに相対向し、各駆動体がスライド板3に圧
接する区間毎にガイド溝2aと同様な断面半円状をなす
直線状の平行な有端のボール収納?II 1 aがそれ
ぞれ穿設されている。そして、このボール収納溝1aと
上記ガイド溝2aとの両講内には複数個のベアリングボ
ール13がそれぞれ配設されている。これによって支持
枠1はボール13をボール収納溝1a内に保持した状態
でレール部材2のガイド溝2aの方向にのみ可動し得る
ように構成される。
Also, a part of the rail member 2 and the bending vibrator 1
1A, B, and C are arranged in a motor support frame 1, and this motor support frame 1 has a U-shaped cross section so as to surround a part of the rail member 2 and the bending vibrators 11A, B, and C. It is formed of a channel-shaped member. This support frame 1 has linear parallel ball storage with ends facing the guide groove 2a and having a semicircular cross-section similar to the guide groove 2a in each section where each drive body presses against the slide plate 3. ? II 1 a are perforated in each case. A plurality of bearing balls 13 are disposed within both the ball storage groove 1a and the guide groove 2a. As a result, the support frame 1 is configured to be movable only in the direction of the guide groove 2a of the rail member 2 while holding the ball 13 in the ball storage groove 1a.

そして、前記屈曲振動子11A、B、Cは上記支持枠1
に対して次のように取り付けられている。
The bending vibrators 11A, B, and C are connected to the support frame 1.
It is attached as follows:

なお、3つの屈曲振動子11A、B、Cともに支持枠1
への取付は方法は同一であるので、1つの屈曲振動子1
1Aについてのみ説明する。即ち、屈曲振動子11Aの
屈曲振動の節の位置NAI。
Note that the three bending vibrators 11A, B, and C are all attached to the support frame 1.
Since the installation method is the same, one bending vibrator 1
Only 1A will be explained. That is, the position NAI of the bending vibration node of the bending vibrator 11A.

NA2には、屈曲振動子11Aの幅方向に突出する円柱
軸状の支持部5aが弾性体5Aに一体に左右対称位置に
4ケ所設けられている。この突出支持部5aの外周には
フランジ付の支持部材14が固着または嵌合されていて
、同支持部材14の外側円周に設けられた溝に、支持枠
1にビス10で取り付けられた保持体7Aの係合切欠部
7bが嵌着されることにより屈曲振動子11Aは支持枠
1に取り付けられる。なお、他の屈曲面振動子11B、
IICも同様に保持体7B、7Cを介して支持される。
In the NA2, four cylindrical shaft-shaped support parts 5a protruding in the width direction of the bending vibrator 11A are provided integrally with the elastic body 5A at symmetrical positions. A support member 14 with a flange is fixed or fitted to the outer periphery of the protruding support portion 5a, and a holder attached to the support frame 1 with screws 10 is inserted into a groove provided on the outer circumference of the support member 14. The bending vibrator 11A is attached to the support frame 1 by fitting the engagement notch 7b of the body 7A. Note that other curved surface vibrators 11B,
IIC is similarly supported via holders 7B and 7C.

上記保持体7Aは、屈曲振動子11Aを上方から囲むよ
うに断面逆U字型に形成されたチャンネル状部材からな
り、その左右両側縁部の、上記突出支持部5aに対向す
る部位に、上記係合切欠部7bが設けられている。そし
て、左右両側縁部の中程は上方に向けて折り曲げられて
幅方向の外方左右に向けて水平に張り出した取付片7a
が形成されている。
The holding body 7A is made of a channel-shaped member formed in an inverted U-shape in cross section so as to surround the bending vibrator 11A from above, and the holding body 7A has the above-mentioned channel-like member formed in an inverted U-shape in cross section so as to surround the bending vibrator 11A from above. An engagement notch 7b is provided. The middle portions of both left and right edges are bent upward and horizontally protrude outward to the left and right in the width direction of the mounting piece 7a.
is formed.

そして、上記突出支持部5aに係合切欠部7bを嵌着し
た保持体7Aの両取付片7aを上記支持枠1の上面に載
置し、皿ばね8およびスペーサ9を介してビス10を取
付片7aを貫通させて支持枠1の上面にねじ込むことに
より保持体7は支持枠1に固定される。また、この取付
状態において取付片7aと支持枠上面との間には僅かな
隙間が生じるように設計されている。従って、皿ばね8
の弾性力をスペーサ9により調節すれば、ばね8によっ
て発生する圧着力は振動子12Aに直接前わり、これに
よってスライダ4aのスライド板3の接触面に対する圧
着力をそれぞれ駆動体12A。
Then, both mounting pieces 7a of the holding body 7A with the engaging notches 7b fitted into the protruding support portions 5a are placed on the upper surface of the support frame 1, and the screws 10 are attached via the disc springs 8 and spacers 9. The holder 7 is fixed to the support frame 1 by passing through the piece 7a and screwing it into the upper surface of the support frame 1. Further, in this attached state, the design is such that there is a slight gap between the attachment piece 7a and the upper surface of the support frame. Therefore, the disc spring 8
If the elastic force of the slider 4a is adjusted by the spacer 9, the pressing force generated by the spring 8 will directly apply to the vibrator 12A, thereby increasing the pressing force of the slider 4a against the contact surface of the slide plate 3 of the drive body 12A.

B、C毎に最適に調整することができる。Optimum adjustment can be made for each of B and C.

また、上記支持部材14は本実施例の場合、ゴム、ウレ
タン、フェルト等の軟質弾性部材で作られている。
Further, in this embodiment, the support member 14 is made of a soft elastic member such as rubber, urethane, or felt.

また、本実施例ではレール2を被駆動部材に連結したが
、モータ支持枠1側を被駆動側としてもよい。
Further, in this embodiment, the rail 2 is connected to the driven member, but the motor support frame 1 side may be the driven side.

第3図は、上記超音波モータの駆動回路のブロック構成
図であって、3つの駆動体12A、B、Cの駆動回路を
示している。先ず、発振器15で発生された高周波信号
は増幅器18aでその電圧が増幅されて圧電体6A、6
B、6Cに印加され、屈曲振動子11A、B、Cに1次
屈曲振動を発生させる。また、発振器15で発生された
高周波信号は移相器16Aa、16Ab、16Ba、1
6Bb、16Ca、l 6Cbにも入力される。その後
、それぞれ位相が変化せしめられ、更に、増幅器L 8
Ab、18Ac、18Bb、18Bc、18Cb、18
Ccで増幅されてそれぞれの縦振動子4A、4B、4C
に印加される。そして、上記屈曲振動とは位相の異なる
縦振動が発生する。また、上記移相器16Aa、16A
b、16Ba、16Bb、16Ca、16Cbにより設
定される位相は速度制御回路17の出力信号S1、S2
、S3、S4、S5、S6によって設定される。
FIG. 3 is a block diagram of a drive circuit for the ultrasonic motor, and shows drive circuits for three drive bodies 12A, B, and C. First, the voltage of the high frequency signal generated by the oscillator 15 is amplified by the amplifier 18a, and the voltage is amplified by the piezoelectric bodies 6A, 6.
B, 6C to generate primary bending vibration in the bending vibrators 11A, B, and C. Furthermore, the high frequency signal generated by the oscillator 15 is transmitted through phase shifters 16Aa, 16Ab, 16Ba, 1
Also input to 6Bb, 16Ca, l 6Cb. After that, the phase of each is changed, and furthermore, the amplifier L 8
Ab, 18Ac, 18Bb, 18Bc, 18Cb, 18
Cc amplified and each longitudinal oscillator 4A, 4B, 4C
is applied to Then, longitudinal vibration occurs which has a phase different from that of the bending vibration. In addition, the phase shifters 16Aa, 16A
The phases set by b, 16Ba, 16Bb, 16Ca, and 16Cb are the output signals S1 and S2 of the speed control circuit 17.
, S3, S4, S5, and S6.

また、支持枠1の位置検出は、レール2の側面に固着さ
れたスケール19の分割目盛りを支持枠1に固定された
センサ20によって行なわれる。
Further, the position of the support frame 1 is detected by a sensor 20 fixed to the support frame 1 by dividing the division scale of a scale 19 fixed to the side surface of the rail 2.

そして、その検出信号は速度制御回路17に入力され、
速度制御及び位置制御のために用いられる。
Then, the detection signal is input to the speed control circuit 17,
Used for speed control and position control.

上記速度制御回路17においては、また上記位置検出信
号を微分することによって速度信号を得ている。
In the speed control circuit 17, a speed signal is obtained by differentiating the position detection signal.

なお、上記スケール19とセンサ20の組み合わせは、
例えば、一定ピツチの着磁を行った磁気スケールと、磁
気ヘッドまたは磁気抵抗素子やホール素子などとを組み
合わせたもの、あるいは、光学的、静電的検出器を利用
したもの等がある。
The combination of the scale 19 and sensor 20 is as follows:
For example, there are those that combine a magnetic scale that is magnetized at a constant pitch with a magnetic head, a magnetoresistive element, a Hall element, etc., or those that use an optical or electrostatic detector.

一方、速度制御回路17は、上記位置および速度信号、
更に図示されない速度指令信号や位置指令信号に応じて
最適な駆動体12A、12B、12Cの動作が得られる
ように移相器16Aa、16Ab、16Ba、16Bb
、16Ca、16Cbの移相量を設定することができる
ように出力信号S1、S2− S3、S4、S5、S6
をそれぞれ出力する。
On the other hand, the speed control circuit 17 receives the position and speed signals,
Furthermore, phase shifters 16Aa, 16Ab, 16Ba, and 16Bb are provided so that optimum operation of the driving bodies 12A, 12B, and 12C can be obtained according to a speed command signal and a position command signal (not shown).
, 16Ca, 16Cb output signals S1, S2-S3, S4, S5, S6
Output each.

更に、上記制御回路17には、屈曲振動子11A、11
B、11Cの振動状態を検出するため該各振動子11A
、B、Cにそれぞれ固着された圧電素子21A、21B
、21Cからの信号が入力され、屈曲振動子11A、1
1B、11Cが常に共振点付近の安定した振動をするよ
うに発振器15の発振周波数を制御している。なお、こ
れらの位相設定回路および発振周波数制御回路の詳細に
ついては、特願平1330161号または特願平1−1
59247号に提示されている。
Furthermore, the control circuit 17 includes bending vibrators 11A, 11
Each vibrator 11A is used to detect the vibration state of B and 11C.
, B, C, respectively, piezoelectric elements 21A, 21B
, 21C are input, and the bending vibrators 11A, 1
The oscillation frequency of the oscillator 15 is controlled so that 1B and 11C always vibrate stably near the resonance point. For details of these phase setting circuits and oscillation frequency control circuits, please refer to Japanese Patent Application No. 1330161 or Japanese Patent Application No. 1-1.
No. 59247.

本実施例の超音波モータにおいては、屈曲振動子11A
、11B、11Cはそれぞれの共振周波数が略同じにな
るように形状および材質が選択されている。但し、同一
形状に製作しても100H2程度の周波数のばらつきが
製造1生ずるので、発振器15で設定する周波数はその
ばらつきの平均値に設定することが望ましい、このよう
に構成すると、従来のモータのように複数の駆動体で単
一の被駆動体を駆動する場合に個々の駆動体に発振器を
設ける必要、がなく、一つの発振Xで制御できるように
なり、回路構成上有利になる。
In the ultrasonic motor of this embodiment, the bending vibrator 11A
, 11B, and 11C have their shapes and materials selected so that their respective resonance frequencies are approximately the same. However, even if the same shape is manufactured, there will be a frequency variation of about 100H2, so it is desirable that the frequency set by the oscillator 15 be set to the average value of the variation.If configured in this way, the frequency will vary by about 100H2. When a single driven body is driven by a plurality of driving bodies, there is no need to provide an oscillator for each driving body, and control can be performed with one oscillation X, which is advantageous in terms of circuit configuration.

また、本超音波モータでは、複数の駆動体のうち一つの
駆動体、すなわち、駆動体12Aの屈曲振動子11Aの
屈曲振動に対して、他の屈曲振動子11B、11C及び
縦振動子4A、4B、4Cの位相をずらして駆動するこ
とができるので低速での駆動が容易となる。また、一つ
の発振器で屈曲振動子を駆動するため縦振動子の駆動タ
イミングが正確に取れ効率よく駆動することができる。
Furthermore, in this ultrasonic motor, in response to the bending vibration of one of the plurality of drive bodies, that is, the bending vibrator 11A of the drive body 12A, the other bending vibrators 11B, 11C and the longitudinal vibrator 4A, Since 4B and 4C can be driven with their phases shifted, low-speed driving becomes easy. Furthermore, since the bending vibrator is driven by one oscillator, the driving timing of the vertical vibrator can be accurately determined and the vertical vibrator can be driven efficiently.

例えば、屈曲振動子を精度良く製造したとしても各屈曲
振動子の動作周波数が変化すると共振点付近では駆動信
号に対して位相が変化する。従って、従来例のモータの
ように、各屈曲振動子ごとに発振器を持つとそれぞれの
位相を揃えてやる必要が生じ、その調整をやらなければ
各駆動体の被駆動体駆動タイミングがずれ駆動体間で滑
りが生じることになり、効率が低下するが、それらの問
題が解決されることになる。
For example, even if bending vibrators are manufactured with high precision, if the operating frequency of each bending vibrator changes, the phase will change with respect to the drive signal near the resonance point. Therefore, if an oscillator is provided for each bending vibrator as in a conventional motor, it becomes necessary to align the phases of each element, and if this adjustment is not done, the timing of driving the driven object of each driving object will be different, causing the driving This will result in slippage between the two, reducing efficiency, but these problems will be solved.

更に、本実施例のモータにおいては、屈曲振動に対して
縦振動の位相を各々個別に設定できるので、例え屈曲振
動子間の位相がずれていたとしても縦振動子の振動位相
で調整することも可能である。
Furthermore, in the motor of this embodiment, the phase of the longitudinal vibration can be set individually for the bending vibration, so even if the phase between the bending vibrators is out of phase, the vibration phase of the longitudinal vibrator can be adjusted. is also possible.

なお、本実施例のモータにおける速度制御として、屈曲
振動の位相に対して全ての縦振動の位相を一定量ずらす
制御方法、また、屈曲振動の位相に対して一定量の位相
ずれを持つ縦振動子を設けて他の縦振動子の振動の位相
を適宜選択する制御方法、更に才な、一部の縦振動の振
幅を適宜選択するMaf方法を採用することが可能であ
る。
As for the speed control in the motor of this embodiment, there is a control method in which the phase of all longitudinal vibrations is shifted by a certain amount with respect to the phase of bending vibration, and a control method in which the phase of all longitudinal vibrations is shifted by a certain amount with respect to the phase of bending vibration. It is possible to adopt a control method in which the phase of the vibration of other longitudinal oscillators is appropriately selected by providing a child, or a more sophisticated Maf method in which the amplitude of some of the longitudinal oscillations is appropriately selected.

第4図は、本発明の第2実施例を示す超音波モータの駆
動回路のブロック構成図である。本実施例のモータ機構
部は、第1実施例のものと同一とするが、その駆動回路
が異なるものであり、そのの相違点は屈曲振動子11B
、IICに対してそれぞれ移相器23a、23bを設け
たことである。
FIG. 4 is a block configuration diagram of an ultrasonic motor drive circuit showing a second embodiment of the present invention. The motor mechanism of this embodiment is the same as that of the first embodiment, but the drive circuit is different, and the difference is that the bending vibrator 11B
, IIC are provided with phase shifters 23a and 23b, respectively.

これによって、第1実施例の場合のように各屈曲振動子
11A、B、Cに対して縦振動子4A、B。
As a result, as in the case of the first embodiment, the longitudinal oscillators 4A, B are connected to the respective bending oscillators 11A, B, C.

Cの振動の位相を調整して、モータの速度を最大にする
ことが不要となる。即ち、各屈曲振動子IIA、B、C
間での振動位相を合致せしめるように、上記移81器2
3a、23bを調整して、最適な駆動条件を得ることが
できる。
It becomes unnecessary to adjust the phase of the vibration of C to maximize the speed of the motor. That is, each bending vibrator IIA, B, C
The above-mentioned transfer device 81
Optimal driving conditions can be obtained by adjusting 3a and 23b.

また、本実施例による速度制御しては、前述した実施例
の3通りの速度制御方式の他に、各屈曲振動子11A、
B、Cの各屈曲振動の位相をずらして、速度を変化せし
める方式を採用することができる。なお、屈曲振動の振
幅を変化させて速度コントロールを行うこともできるが
、この場合は従来の振幅制御による速度制御と同様に駆
動力の低下を招くことになる。
Furthermore, in the speed control according to this embodiment, in addition to the three speed control methods of the above-mentioned embodiment, each bending vibrator 11A,
A method can be adopted in which the phases of the bending vibrations B and C are shifted to change the speed. Note that speed control can also be performed by changing the amplitude of the bending vibration, but in this case, the driving force will be reduced as in the conventional speed control using amplitude control.

第5,6図は、本発明の第3実施例を示す超音波モータ
の縦断面図である。前記第1実施例のものが、その駆動
方向に1本のレールと複数の駆動部材である駆動体を単
列状に配したが、本実施例のものは、2本のレールと複
数の駆動体を複列状に配したことを特徴とする。即ち、
第6図は駆動方向の正面からみた断面図であって、本図
に示されるように、2本のレール32.33を平行に設
置し、そのレール32上に複数の駆動体34A。
5 and 6 are longitudinal sectional views of an ultrasonic motor showing a third embodiment of the present invention. In the first embodiment, one rail and a plurality of drive bodies, which are drive members, are arranged in a single row in the driving direction, but in the present embodiment, two rails and a plurality of drive members are arranged in a single row. It is characterized by its body arranged in double rows. That is,
FIG. 6 is a sectional view seen from the front in the driving direction, and as shown in this figure, two rails 32 and 33 are installed in parallel, and a plurality of driving bodies 34A are mounted on the rails 32.

34Bおよびレール33上に複数の駆動体35A。34B and a plurality of drivers 35A on the rail 33.

35Bを取付け、その駆動力を増加せしめることができ
るものである。
35B can be attached to increase its driving force.

なお、上記駆動体34A、Bまた35A、Bは、第1実
施例の場合と同様保持体37A、Bまた38A、Bによ
って保持される。更にそれらの保持体37A、Bまた3
8A、Bはビス40によってて単一のモータ支持枠31
に皿ばね等を介して結合され、上記駆動体は各レールに
圧接される。また、上記駆動体34A、Bおよび35A
、Bは前記第1実施例と同様それぞれ屈曲振動子と縦振
動子とで構成されているものとする。また、本超音波モ
ータの駆動回路は、第1実施例のものと同一とする。
Note that the driving bodies 34A, B or 35A, B are held by holding bodies 37A, B or 38A, B as in the first embodiment. Furthermore, those holders 37A, B and 3
8A and B are connected to a single motor support frame 31 by screws 40.
The driving body is connected to each rail via a disc spring or the like, and the driving body is pressed against each rail. In addition, the driving bodies 34A, B and 35A
, B are each composed of a bending vibrator and a longitudinal vibrator as in the first embodiment. Further, the drive circuit of this ultrasonic motor is the same as that of the first embodiment.

以上述べた各実施例のモータの屈曲振動は1次の屈曲振
動を利用するものとしたが、他の高次の屈曲振動を用い
ることも可能である。また、本発明の要旨はリニア型超
音波モータ以外でも、駆動体を円周状に配設して、回転
型の超音波モータに適用することも可能である。
Although first-order bending vibration is used as the bending vibration of the motor in each of the embodiments described above, it is also possible to use other higher-order bending vibrations. Further, the gist of the present invention can be applied not only to linear type ultrasonic motors but also to rotary type ultrasonic motors in which the drive body is disposed in a circumferential manner.

[発明の効果] 以上説明したように本発明の超音波モータは、複数の駆
動部材の内の1つに発生する屈曲振動に同期して他の駆
動部材の屈曲振動子、および縦振動子を振動させるよう
にして、被駆動部材を駆動せしめるものであって、本発
明のものは、高効率、高出力が得られ、更に、各振動子
が同期しているので各駆動体で滑りが発生せず、不要な
振動や可聴音も発生せず、更に、低速でも安定した速度
制御が可能となるなど多くの顕著な効果を有している。
[Effects of the Invention] As explained above, the ultrasonic motor of the present invention operates the flexural oscillator and longitudinal oscillator of the other driving member in synchronization with the flexural vibration generated in one of the plurality of driving members. This device drives a driven member by vibrating it, and the device of the present invention provides high efficiency and high output.Furthermore, since each vibrator is synchronized, slippage does not occur in each drive member. It has many remarkable effects, such as no unnecessary vibrations or audible sounds, and stable speed control even at low speeds.

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

第1図は、本発明の第1実施例を示す超音波モータの縦
断面図、 第2図は、上記第1図の超音波モータの駆動方向からみ
た縦断面図、 第3図は、上記第1図の超音波モータの駆動回路のブロ
ック構成図、 第4図は、本発明の第2実施例を示す超音波モータの駆
動回路のブロック構成1図、 第5図は、本発明の第3実施例を示す超音波モータの縦
断面図、 第6図は、上記第5図の超音波モータの駆動方向からみ
た縦断面図である。 1・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・モータ
支持枠(固定部材)4A、B、C・・・・・・縦振動子 5A、B、C・・・・・・複数の弾性体6A、B、C・
・・・・・圧電体く電気−機械変換素子)7・・・・・
・・・・・・・・・・・・保持体(固定部材)1、IA
、B、C・・・屈曲振動子 12A、B、C・・・複数の駆動体(複数の駆動部材)
第3目
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of the ultrasonic motor showing the first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a longitudinal sectional view of the ultrasonic motor shown in FIG. FIG. 1 is a block configuration diagram of an ultrasonic motor drive circuit, FIG. 4 is a block configuration diagram of an ultrasonic motor drive circuit according to a second embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 6 is a vertical cross-sectional view of the ultrasonic motor shown in FIG. 5, viewed from the driving direction. 1...Motor support frame (fixing member) 4A, B, C...Longitudinal vibrator 5A, B, C... ... Multiple elastic bodies 6A, B, C.
...Piezoelectric electro-mechanical conversion element)7...
.........Holding body (fixing member) 1, IA
, B, C...Bending vibrator 12A, B, C... Plural driving bodies (plural driving members)
Third eye

Claims (1)

【特許請求の範囲】 弾性体と、該複数の弾性体に固定される電気−機械変換
素子とからなり、該電気−機械変換素子に交流電圧を印
加することにより、上記弾性体上に定在波型の屈曲振動
を発生する屈曲振動子と、上記弾性体の表面で、上記屈
曲振動の節線上に設けられており、上記屈曲振動により
該節線を中心として揺動され、交流電圧を印加されるこ
とにより上記屈曲振動の振幅方向に伸縮する縦振動子と
からなる複数の駆動部材と、 この複数の駆動部材を保持する固定部材と、上記縦振動
子の先端面に圧接される被駆動部材と、 を具備しており、上記複数の駆動部材の内の1つに発生
する屈曲振動に同期して他の駆動部材の屈曲振動子及び
縦振動子を振動させることにより、上記被駆動部材を上
記固定部材に対して相対移動させることを特徴とする超
音波モータ。
[Claims] Consisting of an elastic body and an electro-mechanical conversion element fixed to the plurality of elastic bodies, the electric-mechanical conversion element can be fixed on the elastic body by applying an alternating voltage to the electro-mechanical conversion element. A bending vibrator that generates wave-shaped bending vibration, and a surface of the elastic body, which is provided on the nodal line of the bending vibration, is oscillated about the nodal line by the bending vibration, and applies an alternating voltage. a plurality of drive members each comprising a longitudinal vibrator that expands and contracts in the amplitude direction of the bending vibration when the vibration is applied; a fixed member that holds the plurality of drive members; and a driven member that is pressed against the tip surface of the longitudinal vibrator. member, and vibrates the bending vibrator and the longitudinal vibrator of the other drive member in synchronization with the bending vibration generated in one of the plurality of drive members. An ultrasonic motor, characterized in that the ultrasonic motor moves the motor relative to the fixed member.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001286164A (en) * 2000-03-31 2001-10-12 Seiko Instruments Inc Ultrasonic vibration motor, and electronic device with ultrasonic motor
JP2018074723A (en) * 2016-10-27 2018-05-10 セイコーエプソン株式会社 Drive device, piezoelectric motor, robot, electronic component transfer device, and printer

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