JPH053685A - Elliptical ultrasonic motor - Google Patents

Elliptical ultrasonic motor

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JPH053685A
JPH053685A JP3039490A JP3949091A JPH053685A JP H053685 A JPH053685 A JP H053685A JP 3039490 A JP3039490 A JP 3039490A JP 3949091 A JP3949091 A JP 3949091A JP H053685 A JPH053685 A JP H053685A
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ultrasonic
passage
long side
piezoelectric element
substrate
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JP3039490A
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Masakatsu Masuda
誠克 増田
Satoshi Takai
智 高井
Yoshimasa Goto
好正 後藤
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Imasen Electric Industrial Co Ltd
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Imasen Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

PURPOSE:To constitue an elliptical ultrasonic motor, being utilized as a linear motor, only of rectangular piezoelectric element boards which can be fabricated easily without sacrifice of driving force. CONSTITUTION:An elliptical ultrasonic wave transmission path 4 having predetermined cross-section has a width n/4 times(n is an odd number) as long as the ultrasonic wavelength lambda and elongated holes 7, 8 are provided adjacent to the long sides 3, 3' of the ultrasonic wave transmission path 4. Rectangular piezoelectric element boards 11, 12 are bonded to the rear of the long sides 3, 3' with positional phase shift corresponding with odd times of lambda/4.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は超音波モータに関し、特
に、リニアモータとして用いるに好適な超音波モータに
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultrasonic motor, and more particularly to an ultrasonic motor suitable for use as a linear motor.

【0002】[0002]

【従来の技術】ロータリー型の超音波モータとして、特
公平1−17354号には、平板リング状弾性体板体に
位相差を持つように複数個の電歪素子を配置し、位相の
異なる高周波電圧を印加して平板リング状弾性体板体に
超音波進行波を発生せしめ、平板リング状弾性体板体の
表面に加圧接触させた平板円形回転子を回転するように
したものが示されている。また、リニア型の超音波モー
タとして、特開昭61−35177号には、小判形の弾
性体基体の裏面ほぼ全面に位相差を持たせた複数個の圧
電素子を積層し、弾性体基体の全面を励振するように
し、弾性体基体に一体に形成された長円状の振動伝達部
材から超音波進行波を摺動子に伝えるようにしたものが
提案されている。
2. Description of the Related Art As a rotary type ultrasonic motor, in Japanese Examined Patent Publication No. 1-17354, a plurality of electrostrictive elements are arranged in a flat ring-shaped elastic plate body so as to have a phase difference. It is shown that a voltage is applied to generate an ultrasonic traveling wave in the flat ring-shaped elastic plate body, and the flat plate circular rotor brought into pressure contact with the surface of the flat ring-shaped elastic plate plate is rotated. ing. Further, as a linear type ultrasonic motor, in Japanese Patent Laid-Open No. 61-35177, a plurality of piezoelectric elements having a phase difference are laminated on almost the entire back surface of an oval elastic substrate to form an elastic substrate. It has been proposed to excite the entire surface and transmit an ultrasonic traveling wave to a slider from an elliptical vibration transmission member integrally formed with an elastic body.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の超音波モータは円形または長円形の弾性振動板のほ
ぼ全面に渡って圧電素子を配置し弾性振動板の全面に振
動を励起し、振動の節となる部分に超音波モータ固定の
ための軸等を配置するものであった。このため、円弧状
や扇状の形状をした圧電素子が必要になる。圧電素子は
一般にセラミック材料で形成されるため、かかる形状の
精密な圧電素子の製作は、焼成工程での収縮の不均一な
どから、加工性、歩留りが悪く、コストが高くなるとい
う問題点があった。そこで、長円形の超音波モータでは
弾性体基体の裏面全面ではなく、長辺の直線部にのみ圧
電素子を配置することが考えられるが、単純に直線部の
みに圧電素子を配置すると、超音波振動が必ずしも予定
された長円に沿って進行せず、超音波振動がモータを固
定するための部分等に伝わったりして、超音波の進行方
向が乱れ、モータの駆動力が極めて弱くなるという問題
点を発見した。本発明は上記の問題点に鑑みなされたも
のであり、その目的とする所は、製作の容易な長方形の
圧電素子のみを用いた超音波モータを提供することにあ
る。
However, in the above-mentioned conventional ultrasonic motor, a piezoelectric element is arranged over substantially the entire surface of a circular or elliptical elastic diaphragm, and vibration is excited on the entire surface of the elastic diaphragm to generate the vibration. A shaft for fixing the ultrasonic motor and the like were arranged in the node portion. Therefore, a piezoelectric element having an arc shape or a fan shape is required. Since a piezoelectric element is generally formed of a ceramic material, the fabrication of a precise piezoelectric element having such a shape has problems that workability and yield are poor and cost is high due to uneven shrinkage in the firing process. It was Therefore, in an elliptical ultrasonic motor, it is possible to arrange the piezoelectric element only on the linear portion of the long side, not on the entire back surface of the elastic base body. Vibration does not always travel along the planned ellipse, ultrasonic vibration is transmitted to the part for fixing the motor, etc., the traveling direction of ultrasonic waves is disturbed, and the driving force of the motor becomes extremely weak. I found a problem. The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an ultrasonic motor using only a rectangular piezoelectric element that is easy to manufacture.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明では、図面に例示するように、金属等の弾性
体からなる固定子本体1を備え、固定子本体1には半円
部2、2′と長辺部3、3′とからなる略長円形の閉通
路として構成された超音波伝導通路4と、超音波伝導通
路4を支持固定するための基板5とが一体に形成されて
おり、前記基板5の超音波伝導通路4の長辺部3、3′
に隣接した部分に長孔7、8が設けられ、超音波伝導通
路4の表面には可動子30が接触されており、前記超音
波伝導通路4の断面形状は略一定形状に形成され、超音
波伝導通路4の長辺部3、3′の底面には圧電素子1
1、12が各々貼着されており、前記各圧電素子11、
12はその厚さ方向に分極され、超音波伝導通路4の整
数分の一の長さλ(λは超音波伝導通路4に発生する定
在波の波長に等しい)の1/2の長さでその分極方向が
交互に異なる様にされており、前記各圧電素子11、1
2は超音波伝導通路に沿ってλ/4の奇数倍だけ相対的
にずれた位置に配設されており、前記超音波伝導通路4
の幅がλ/4の奇数倍の幅にされていることを特徴とす
る長円形超音波モータが提供される。
In order to achieve the above object, the present invention is provided with a stator body 1 made of an elastic body such as metal, as illustrated in the drawings, and the stator body 1 has a semicircular shape. An ultrasonic conducting passage 4 configured as a closed passage having a substantially oval shape composed of the portions 2 and 2'and long side portions 3 and 3 ', and a substrate 5 for supporting and fixing the ultrasonic conducting passage 4 are integrally formed. The long side portions 3 and 3'of the ultrasonic wave conduction passage 4 of the substrate 5 are formed.
Slots 7 and 8 are provided in a portion adjacent to the ultrasonic conducting passage 4, and the movable element 30 is in contact with the surface of the ultrasonic conducting passage 4, and the ultrasonic conducting passage 4 has a substantially constant cross-sectional shape. The piezoelectric element 1 is provided on the bottom surfaces of the long side portions 3 and 3'of the sound wave conduction passage 4.
1 and 12 are attached to each of the piezoelectric elements 11,
Numeral 12 is polarized in the thickness direction thereof, and is half the length λ (λ is equal to the wavelength of the standing wave generated in the ultrasonic wave conduction passage 4) which is an integer fraction of the ultrasonic wave transmission passage 4. The polarization directions of the piezoelectric elements 11 and 1 are different from each other.
2 are disposed along the ultrasonic conduction path at a position relatively displaced by an odd multiple of λ / 4.
An oval ultrasonic motor is provided which is characterized in that the width thereof is an odd multiple of λ / 4.

【0005】[0005]

【作用】上記のように構成された長円形超音波モータで
は、圧電素子11、12に適切な周波数の高周波電圧を
印加することにより超音波伝導通路4の長辺部3、3′
に超音波伝導通路4の全周の整数分の一の波長λの屈曲
振動が励振される。該振動は横波でありその波長λは超
音波伝導通路4の断面形状によっても規定される。振動
は超音波伝導通路4を長辺部3、3′に沿って長手方向
に伝わろうとするだけではなく側方の基板5にも伝わろ
うとする。しかし、超音波伝導通路4の長辺部3、3′
と基板5とは長孔7、8により分離絶縁されているた
め、長辺部3、3′から基板5には振動が伝わらない。
超音波伝導通路4の半円部2、2′では超音波伝導通路
4と基板5とが連続しているが、実験によれば半円状の
形状の故か超音波振動の進行方向は半円部2、2′に沿
って円周上を進み、基板5に侵入しようとしない。ま
た、超音波伝導通路4の幅方向に伝わろうとする振動成
分は、超音波伝導通路4の幅が波長λの1/4の長さに
形成されているので反共振の関係が生じ減衰される。こ
のため、超音波振動の進行方向が超音波伝導通路4内で
蛇行しなくなる。以上3つの作用により、第1または第
2の一方の圧電素子11、12に適切な周波数の高周波
電圧を印加すると超音波伝導通路4の全周に安定した定
在波が発生する。このため、λ/4だけ位置位相がずれ
た第1及び第2の二つの圧電素子11、12に時間的位
相が90°ずれた高周波電圧、例えば、第1の圧電素子
にAsin(ωt)、第2の圧電素子にAsin(ωt ±90°) の
電圧を印加することにより、長円形の超音波伝導通路4
の表面に安定した進行波を発生させることが可能にな
る。この進行波により可動子30が駆動される。
In the oval ultrasonic motor configured as described above, the long side portions 3 and 3'of the ultrasonic conduction passage 4 are applied by applying a high frequency voltage of an appropriate frequency to the piezoelectric elements 11 and 12.
A bending vibration having a wavelength λ, which is an integral fraction of the entire circumference of the ultrasonic conduction path 4, is excited. The vibration is a transverse wave, and its wavelength λ is also defined by the cross-sectional shape of the ultrasonic conduction passage 4. The vibration not only tries to be transmitted in the longitudinal direction along the long side portions 3 and 3 ′ in the ultrasonic conduction path 4, but also to the side substrate 5. However, the long sides 3, 3'of the ultrasonic conduction passage 4 are
Since the substrate 5 and the substrate 5 are separated and insulated by the long holes 7 and 8, vibration is not transmitted to the substrate 5 from the long side portions 3 and 3 '.
In the semi-circular portions 2 and 2'of the ultrasonic conduction passage 4, the ultrasonic conduction passage 4 and the substrate 5 are continuous, but according to experiments, the traveling direction of ultrasonic vibration is semi-circular due to the semi-circular shape. It travels along the circumference along the circles 2, 2'and does not try to enter the substrate 5. Further, since the width of the ultrasonic conduction passage 4 is formed to be 1/4 of the wavelength λ, the vibration component that is going to be transmitted in the width direction of the ultrasonic conduction passage 4 has an anti-resonance relationship and is attenuated. .. Therefore, the traveling direction of the ultrasonic vibration does not meander in the ultrasonic transmission passage 4. Due to the above three actions, when a high frequency voltage having an appropriate frequency is applied to the first or second piezoelectric element 11 or 12, a stable standing wave is generated all around the ultrasonic conduction path 4. Therefore, a high-frequency voltage having a temporal phase difference of 90 ° between the first and second piezoelectric elements 11 and 12 having a positional phase difference of λ / 4, for example, Asin (ωt) to the first piezoelectric element, By applying a voltage of Asin (ωt ± 90 °) to the second piezoelectric element, the oval ultrasonic wave conduction path 4
It is possible to generate a stable traveling wave on the surface of the. The mover 30 is driven by this traveling wave.

【0006】[0006]

【実施例】本発明の実施例について図面を参照し説明す
る。図1は超音波モータの固定子部分を示す平面図、図
2は図1のA−A線断面図、図3は底面図である。固定
子本体1は銅合金からなる弾性体で形成され、半円部
2、2′と長辺部3、3′とが連続して長円形の閉通路
を構成する超音波伝導通路4と、超音波モータを基台等
に固定するための中央部の基板5とからなり、両者4、
5は一体に形成されている。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 is a plan view showing a stator portion of an ultrasonic motor, FIG. 2 is a sectional view taken along the line AA of FIG. 1, and FIG. 3 is a bottom view. The stator body 1 is formed of an elastic body made of a copper alloy, and an ultrasonic conduction path 4 in which the semicircular portions 2 and 2'and the long side portions 3 and 3'continue to form an oval closed passage, It consists of a central substrate 5 for fixing the ultrasonic motor to a base, etc.
5 is integrally formed.

【0007】超音波伝導通路4の表面には多数の横溝6
が形成されている。図2に示す様に、横溝底から下の超
音波伝導通路4の断面は長方形の一定形状にされてい
る。図3に示す様に、超音波伝導通路4はその中央部の
周長において、半円部2、2′の1/3の円弧長を1波
長(λ)とし、長辺部が3.5λの長さにされている。
従って、超音波伝導通路4の全周長は13λである。ま
た、超音波伝導通路4の幅Wはλ/4の長さに形成され
ている。そして、超音波伝導通路4の長辺部3、3′に
隣接する基板5には2つの長孔7、8が明けられてい
る。従って、超音波伝導通路4と基板5とは半円部2、
2′において連続し、長辺部3、3′において長孔7、
8により分離されている。基板5の中央部はやや板厚に
形成され、その中心に固定ボルトを挿通するための長孔
9が設けられている。
A large number of lateral grooves 6 are formed on the surface of the ultrasonic conducting passage 4.
Are formed. As shown in FIG. 2, the cross section of the ultrasonic conduction passage 4 below the bottom of the lateral groove has a constant rectangular shape. As shown in FIG. 3, in the ultrasonic conducting passage 4, the arc length of 1/3 of the semi-circular portions 2 and 2'in the central length thereof is 1 wavelength (λ), and the long side portion is 3.5 λ. Has been made of.
Therefore, the total circumferential length of the ultrasonic conduction passage 4 is 13λ. Further, the width W of the ultrasonic conduction passage 4 is formed to have a length of λ / 4. Then, two elongated holes 7 and 8 are formed in the substrate 5 adjacent to the long side portions 3 and 3'of the ultrasonic conduction passage 4. Therefore, the ultrasonic conduction passage 4 and the substrate 5 are separated by the semicircular portion 2,
2 ′ is continuous, and long side portions 3 and 3 ′ have long holes 7,
Separated by 8. The central portion of the substrate 5 is formed to have a slightly thick plate, and an elongated hole 9 for inserting a fixing bolt is provided at the center thereof.

【0008】超音波伝導通路4の長辺部3、3′の底面
には3つの圧電素子11、12、13が貼着されてい
る。各圧電素子11、12、13は厚さが0.5mm程
度の板状のセラミック分極材料の両面に電極を設けたも
のであり、第1及び第2の圧電素子11、12は3λの
長さに形成され、それぞれλ/2毎に分極方向が交代す
るように厚さ方向に分極処理されている。図中において
斜線を施した部分が分極されている部分であり、斜線の
方向が異なる部分は互いに分極方向が異なる。第2の圧
電素子12は第1の圧電素子11から3.25λだけ離
れた位置に、即ち、λ/4だけ位置位相がずれる位置に
固着されている。第3の圧電素子13はλ/4の長さを
有し、第1の圧電素子11からλ/4だけ離れた位置に
固着されている。第1及び第2の圧電素子11、12は
超音波の励振用に用いられ、第3の圧電素子13は励振
振幅のフィードバック信号検出用に用いられる。
Three piezoelectric elements 11, 12 and 13 are attached to the bottom surfaces of the long side portions 3 and 3'of the ultrasonic wave conduction passage 4. Each of the piezoelectric elements 11, 12 and 13 is a plate-shaped ceramic polarized material having a thickness of about 0.5 mm and electrodes are provided on both sides thereof, and the first and second piezoelectric elements 11 and 12 have a length of 3λ. And is polarized in the thickness direction so that the polarization directions alternate for each λ / 2. In the figure, the shaded portions are polarized portions, and the portions with different shaded directions have different polarization directions. The second piezoelectric element 12 is fixed at a position separated from the first piezoelectric element 11 by 3.25λ, that is, at a position where the positional phase shifts by λ / 4. The third piezoelectric element 13 has a length of λ / 4, and is fixed at a position separated from the first piezoelectric element 11 by λ / 4. The first and second piezoelectric elements 11 and 12 are used for exciting ultrasonic waves, and the third piezoelectric element 13 is used for detecting a feedback signal of the excitation amplitude.

【0009】第1の圧電素子11及び第2の圧電素子1
2は発振器21、22に接続され、第1の圧電素子にA
sin(ωt)、第2の圧電素子にAsin(ωt ±90°) の時間
的位相が±90°ずれた約32KHzの高周波電圧を厚
さ方向に印加する。これにより、長円形の超音波伝導通
路4の表面に超音波進行波が発生し超音波伝導通路4を
循環する。超音波振動の振幅は第3の圧電素子13によ
り検出され、発振器21、22にフィードバックされ印
加電圧を適切に制御する。なお、印加する高周波電圧の
周波数は、超音波伝導通路4を伝わる横波の超音波の速
度が超音波伝導通路4の断面形状、材質及び温度により
決定されることから、超音波の波長が前記波長λ(超音
波伝導通路4の全周の1/13)と一致する周波数に選
択される。
First piezoelectric element 11 and second piezoelectric element 1
2 is connected to oscillators 21 and 22 and is connected to the first piezoelectric element A
A sin (ωt), a high frequency voltage of about 32 KHz with a time phase of Asin (ωt ± 90 °) deviated by ± 90 ° is applied to the second piezoelectric element in the thickness direction. As a result, an ultrasonic traveling wave is generated on the surface of the oval ultrasonic conduction passage 4 and circulates in the ultrasonic conduction passage 4. The amplitude of ultrasonic vibration is detected by the third piezoelectric element 13 and fed back to the oscillators 21 and 22 to control the applied voltage appropriately. The frequency of the applied high-frequency voltage is the wavelength of the ultrasonic wave because the velocity of the transverse ultrasonic wave propagating through the ultrasonic conduction path 4 is determined by the cross-sectional shape, material and temperature of the ultrasonic conduction path 4. The frequency is selected to match λ (1/13 of the entire circumference of the ultrasonic conduction path 4).

【0010】図4は上記の固定子1を用いたリニア型超
音波モータを示す断面図である。固定子1は基板5中央
の長孔9に挿通された固定ボルト23により基台24に
締着固定する。図面右側の長辺部3′の両側にはボルト
25、26が立設され、そのボルト25、26に水平軸
27が固定される。水平軸27にはローラ28が回転自
在に支承され、ローラ28が長辺部3′に当接するよう
にされている。そのローラ28に当接して断面がL字形
をしたレール状の可動子30が載置されている。可動子
30はローラ28に当接すると共に、図面左側の長辺部
3の表面に直接当接する。可動子30は図示しない案内
に案内され図面に垂直な方向に移動可能である。長辺部
3、3′の底面に位置位相を1/4波長だけずらせて固
着された第1及び第2の圧電素子11、12に時間的位
相が±90°ずれた高周波電圧を印加すると、長円形の
超音波伝導通路4の表面に超音波進行波が発生する。上
下に屈曲する横波の超音波進行波により、横溝6が切ら
れた長辺部3の表面に直接当接する可動子30に、摩擦
により超音波進行波の進行方向と逆方向に駆動力が伝え
られて可動子30が直線駆動される。図面右側の長辺部
3′ではローラ28により駆動方向が反転され、左側の
長辺部3と同一方向の駆動力が可動子30に伝達され
る。
FIG. 4 is a sectional view showing a linear type ultrasonic motor using the stator 1 described above. The stator 1 is fastened and fixed to a base 24 by a fixing bolt 23 inserted in a long hole 9 in the center of the substrate 5. Bolts 25 and 26 are erected on both sides of the long side portion 3'on the right side of the drawing, and a horizontal shaft 27 is fixed to the bolts 25 and 26. A roller 28 is rotatably supported on the horizontal shaft 27 so that the roller 28 contacts the long side portion 3 '. A rail-shaped mover 30 having an L-shaped cross section is placed in contact with the roller 28. The mover 30 contacts the roller 28 and also directly contacts the surface of the long side portion 3 on the left side of the drawing. The mover 30 is guided by a guide (not shown) and is movable in a direction perpendicular to the drawing. When a high-frequency voltage with a temporal phase shift of ± 90 ° is applied to the first and second piezoelectric elements 11 and 12 fixed to the bottom surfaces of the long side portions 3 and 3'by shifting the positional phase by a quarter wavelength, An ultrasonic traveling wave is generated on the surface of the oval ultrasonic conduction passage 4. Due to the ultrasonic wave of the transverse wave that bends up and down, the driving force is transmitted by friction to the mover 30 that directly contacts the surface of the long side portion 3 where the transverse groove 6 is cut, in the direction opposite to the traveling direction of the ultrasonic wave. Then, the mover 30 is linearly driven. The drive direction is reversed by the roller 28 at the long side portion 3'on the right side of the drawing, and the driving force in the same direction as the left side portion 3 on the left side is transmitted to the mover 30.

【0011】長円形の超音波伝導通路4に安定した超音
波進行波を発生させるのに、基板5に長孔7、8を設け
ること及び超音波伝導通路4の幅Wを波長λの1/4の
奇数倍とすることが極めて有効であることについて説明
する。安定した超音波進行波が発生するためには、一方
の圧電素子11だけを励振したときにその振動が超音波
伝導通路4に沿って対向する長辺部3′に伝導し、長円
形の超音波伝導通路4に安定した定在波を発生するよう
でなければならない。図5、図6、図7は第1の圧電素
子11のみを励振したときの定在波振動のパターンを示
すクラードニ図形であり、固定子1の裏面にアルミナ粉
末を散布して観察した図形である。太い線で描かれてい
るのがアルミナ粉末が集まった部分であり振動の節線を
示している。
In order to generate a stable ultrasonic traveling wave in the oval ultrasonic wave passage 4, the substrate 5 is provided with elongated holes 7 and 8 and the width W of the ultrasonic wave passage 4 is 1 / wavelength λ. It will be explained that it is extremely effective to make it an odd multiple of 4. In order to generate a stable ultrasonic traveling wave, when only one piezoelectric element 11 is excited, the vibration is transmitted to the opposite long side portions 3 ′ along the ultrasonic conduction path 4, and the elliptical supersonic wave is generated. It must be possible to generate a stable standing wave in the sound conduction path 4. 5, 6 and 7 are Claudeney's figures showing the pattern of standing wave vibration when only the first piezoelectric element 11 is excited, and are figures observed by spraying alumina powder on the back surface of the stator 1. is there. The thick line shows the area where the alumina powder has gathered, indicating the nodal line of vibration.

【0012】図6は超音波伝導通路4の幅W′をλ/4
より50%程度大きくし、かつ基板5にボルト挿通用の
孔41、42を設けたのみで長辺部3、3′に隣接した
長孔7、8を設けなかった場合である。この場合、クラ
ードニ図形は長辺部3、3′で長手方向に垂直になら
ず、また、長辺部3、3′から基板5にまで延びてい
る。これは振動が蛇行しながら超音波伝導通路4から外
れ基板5まで侵入していることを示している。さらに、
図面では示せないが、アルミナ粉末が集まった太線の部
分が静止せず絶えず動き回り変化していた。これは定在
波が不安定であることを示している。この状態で第1及
び第2の圧電素子11、12を励振しても、長辺部3、
3′において安定した進行波を発生させることができ
ず、場所によっては逆方向に進む進行波も発生し、可動
子30に極めて弱い駆動力しか与えることができなかっ
た。
FIG. 6 shows the width W'of the ultrasonic conducting passage 4 as λ / 4.
This is a case in which the holes are made larger by about 50% and only the holes 41 and 42 for inserting bolts are provided in the substrate 5, and the long holes 7 and 8 adjacent to the long side portions 3 and 3'are not provided. In this case, the Clardonie pattern is not perpendicular to the longitudinal direction at the long side portions 3 and 3'and extends from the long side portions 3 and 3'to the substrate 5. This indicates that the vibration is meandering and is penetrating from the ultrasonic wave conduction passage 4 to the substrate 5. further,
Although not shown in the drawing, the thick line portion where the alumina powder was collected was not stationary and was constantly moving around and changing. This indicates that the standing wave is unstable. Even if the first and second piezoelectric elements 11 and 12 are excited in this state, the long side portion 3,
In 3 ', a stable traveling wave cannot be generated, and depending on the location, a traveling wave traveling in the opposite direction is also generated, and only a very weak driving force can be applied to the mover 30.

【0013】図7は基板5に長辺部3、3′に隣接した
長孔7、8を設けたが超音波伝導通路4の幅W′はλ/
4より50%程度大きくしたままの場合である。この場
合、クラードニ図形は超音波伝導通路4の上にのみ現
れ、比較的静止していた。しかし、長辺部3、3′で長
手方向に垂直にならず、振動が長辺部3、3′で蛇行し
ながら進んでいることを示している。この状態で第1及
び第2の圧電素子11、12を励振すると、長辺部3、
3′の中央における進行波が弱くなり、可動子30に与
える駆動力はやや弱いものであった。
In FIG. 7, long holes 7 and 8 adjacent to the long side portions 3 and 3'are provided in the substrate 5, but the width W'of the ultrasonic conduction passage 4 is λ /.
This is the case where the value is increased by about 50% from that of No. 4. In this case, the Clardonii pattern appeared only on the ultrasonic conduction path 4 and was relatively stationary. However, it is shown that the long sides 3 and 3'are not perpendicular to the longitudinal direction, and that the vibrations meander along the long sides 3 and 3 '. When the first and second piezoelectric elements 11 and 12 are excited in this state, the long side portion 3,
The traveling wave in the center of 3'becomes weak, and the driving force applied to the mover 30 is slightly weak.

【0014】図5は長辺部3、3′に隣接した長孔7、
8を設け超音波伝導通路4の幅Wをλ/4とした本実施
例の場合である。この場合、クラードニ図形は長辺部
3、3′で長手方向に垂直な形状を示し、超音波伝導通
路4の上にのみ現れ、静止して安定しており、超音波伝
導通路4の全周を26分割した形状を示した。これは一
方の圧電素子11を励振することにより長円形の超音波
伝導通路4の全周に安定した定在波が発生することを示
している。この状態で第1及び第2の圧電素子11、1
2を励振すると、λ/4位置位相がずれた定在波が互い
に干渉し合い、超音波伝導通路4を循環走行する安定し
た進行波を発生させることができ、可動子30に強い駆
動力を与えることができた。
FIG. 5 shows a long hole 7 adjacent to the long side portions 3 and 3 '.
8 is provided and the width W of the ultrasonic conduction passage 4 is set to λ / 4, which is the case of the present embodiment. In this case, the Klardney's figure shows a shape perpendicular to the longitudinal direction at the long side portions 3 and 3 ′, appears only on the ultrasonic conduction path 4, is stationary and stable, and has the entire circumference of the ultrasonic conduction path 4. A shape obtained by dividing the above into 26 is shown. This indicates that by exciting one piezoelectric element 11, a stable standing wave is generated in the entire circumference of the oval ultrasonic wave conduction passage 4. In this state, the first and second piezoelectric elements 11, 1
When 2 is excited, the standing waves whose λ / 4 position phase is deviated from each other interfere with each other to generate a stable traveling wave that circulates in the ultrasonic conduction path 4, and a strong driving force is applied to the mover 30. I was able to give.

【0015】以上説明した実施例では超音波伝導通路4
の長辺部3、3′に可動子30を接触せしめ、直線方向
の駆動力を得るようにしたが、超音波伝導通路4の半円
部2または2′に円板状の可動子を接触せしめ、回転力
を得るようにしてもよい。また、ローラ28を用いず、
いずれか一方の長辺部3にのみ可動子を接触せしめ、直
線方向の駆動力を得るようにしてもよい。
In the embodiment described above, the ultrasonic conduction passage 4
Although the movable element 30 is brought into contact with the long side portions 3 and 3'of the above so as to obtain the driving force in the linear direction, the disk-shaped movable element is brought into contact with the semicircular portion 2 or 2'of the ultrasonic conduction passage 4. It may be possible to obtain a rotational force. Also, without using the roller 28,
The mover may be brought into contact with only one of the long sides 3 to obtain a linear driving force.

【0016】[0016]

【発明の効果】本発明は、上記の構成を有し超音波伝導
通路の幅を波長λの1/4の奇数倍とし、長辺部に隣接
した基板に長孔を設けたものであるから、加工の容易な
長方形の板状の圧電素子のみを用いて長円形の固定子に
安定した超音波進行波を発生させることができるという
優れた効果がある。このため、安価なリニア型超音波モ
ータを提供することができる。
According to the present invention, the width of the ultrasonic conducting path is set to an odd multiple of 1/4 of the wavelength λ, and the long hole is provided in the substrate adjacent to the long side portion. There is an excellent effect that a stable ultrasonic traveling wave can be generated in an elliptical stator by using only a rectangular plate-shaped piezoelectric element that is easy to process. Therefore, an inexpensive linear ultrasonic motor can be provided.

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

【図1】 超音波モータの固定子を示す平面図、FIG. 1 is a plan view showing a stator of an ultrasonic motor,

【図2】 図1のA−A線断面図、FIG. 2 is a sectional view taken along line AA of FIG.

【図3】 固定子の底面図、FIG. 3 is a bottom view of the stator,

【図4】 超音波モータを示す断面図、FIG. 4 is a sectional view showing an ultrasonic motor,

【図5】 実施例でのクラードニ図形を示す底面図、FIG. 5 is a bottom view showing a Clarney pattern in the embodiment,

【図6】 他の例でのクラードニ図形を示す底面図、FIG. 6 is a bottom view showing a Klarney pattern in another example;

【図7】 他の例でのクラードニ図形を示す底面図であ
る。
FIG. 7 is a bottom view showing a Klarney pattern in another example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1..固定子、 2、2′..半円部、 3、3′..
長辺部、 4..超音波伝導通路、 5..基板、
7、8..長孔、 11、12..圧電素子、30..
可動子。
1. . Stator, 2, 2 '. . Semicircle part, 3, 3 '. .
Long side part, 4. . Ultrasonic conduction passage, 5. . substrate,
7, 8. . Long hole, 11, 12. . Piezoelectric element, 30. .
Mover.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 【請求項1】 金属等の弾性体からなる固定子本体を備
え、固定子本体には半円部と長辺部とからなる略長円形
の閉通路として構成された超音波伝導通路と、超音波伝
導通路を支持固定するための基板とが一体に形成されて
おり、前記基板の超音波伝導通路の長辺部に隣接した部
分に長孔が設けられ、超音波伝導通路の表面には可動子
が接触されており、前記超音波伝導通路の断面形状は略
一定形状に形成され、超音波伝導通路の長辺部の底面に
は圧電素子が各々貼着されており、前記各圧電素子はそ
の厚さ方向に分極され、超音波伝導通路の整数分の一の
長さλ(λは超音波伝導通路に発生する定在波の波長に
等しい)の1/2の長さでその分極方向が交互に異なる
様にされており、前記各圧電素子は超音波伝導通路に沿
ってλ/4の奇数倍だけ相対的にずれた位置に配設され
ており、前記超音波伝導通路の幅がλ/4の奇数倍の幅
にされていることを特徴とする長円形超音波モータ。
Claim: What is claimed is: 1. A stator main body made of an elastic material such as metal, wherein the stator main body is a super-closed passage formed of a semi-circular portion and a long side portion. An ultrasonic wave conduction passage and a substrate for supporting and fixing the ultrasonic conduction passage are integrally formed, and a long hole is provided in a portion of the substrate adjacent to the long side portion of the ultrasonic conduction passage, and A mover is in contact with the surface of the passage, the cross-sectional shape of the ultrasonic conduction passage is formed into a substantially constant shape, and piezoelectric elements are attached to the bottom surfaces of the long sides of the ultrasonic conduction passage. , Each of the piezoelectric elements is polarized in the thickness direction thereof, and is half the length λ (where λ is equal to the wavelength of the standing wave generated in the ultrasonic conducting path) of the ultrasonic conducting path. The polarization directions are alternately different depending on the length, and each piezoelectric element is aligned with the ultrasonic conduction path. Are arranged at positions relatively displaced by an odd multiple of λ / 4, and the width of the ultrasonic conduction path is an odd multiple of λ / 4. motor.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN110492784A (en) * 2019-08-26 2019-11-22 南京航大超控科技有限公司 A kind of racetrack travelling-wave type linear ultrasonic motor and single platform, Double tabletop feed arrangement
CN110504864A (en) * 2019-08-26 2019-11-26 南京航大超控科技有限公司 8 font travelling-wave type linear ultrasonic motors of one kind and platform feed arrangement
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