JPH0578197U - Ultrasonic motor - Google Patents

Ultrasonic motor

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JPH0578197U
JPH0578197U JP2460592U JP2460592U JPH0578197U JP H0578197 U JPH0578197 U JP H0578197U JP 2460592 U JP2460592 U JP 2460592U JP 2460592 U JP2460592 U JP 2460592U JP H0578197 U JPH0578197 U JP H0578197U
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章 寺谷
守 北村
忠篤 寒河江
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株式会社田村電機製作所
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 小型化を達成すると共に、組立が容易でかつ
回転トルクの向上を図る。 【構成】 圧電素子を有する円板状のステータ7の周面
に中間ロータ5が当接している。中間ロータ5の先端外
周面部5aに出力ロータ10の内周面部10aが当接す
るように、スプリング13により付勢されている。そし
て、外周面部5aと内周面部10aとはテーパー状に形
成されている。
(57) [Abstract] [Purpose] To achieve miniaturization, easy assembly, and improvement of rotational torque. [Structure] An intermediate rotor 5 is in contact with a peripheral surface of a disk-shaped stator 7 having a piezoelectric element. A spring 13 is urged so that the inner peripheral surface portion 10a of the output rotor 10 comes into contact with the outer peripheral surface portion 5a at the tip of the intermediate rotor 5. The outer peripheral surface portion 5a and the inner peripheral surface portion 10a are tapered.

Description

【考案の詳細な説明】[Detailed description of the device]

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】[Industrial applications]

本考案は、圧電素子に径方向の伸縮振動モードと面内屈曲振動モードを付与し てこの圧電素子の周面に発生する楕円動作によりロータを回転させる超音波モー タに関する。 The present invention relates to an ultrasonic motor in which a piezoelectric element is given a radial stretching vibration mode and an in-plane bending vibration mode to rotate a rotor by an elliptic motion generated on the peripheral surface of the piezoelectric element.

【0002】[0002]

【従来の技術】[Prior Art]

図3は、従来の超音波モータの概略構成を示す平面図である。同図において、 20は円板状のステータで、表面に半月状の一対の圧電セラミックス21が貼着 されている。22は、ステータ20の周面の互いに向き合う位置A点に固着され た断面が矩形状をした伝達部材で、所定の摩擦伝達力を得るためにプラスティッ クで形成されている。 23は押圧部材で、架け渡されたシャフト25に押圧ローラ24を回転自在に 支持しており、圧縮スプリング26により押圧ローラ24が伝達部材22側に押 圧されるように付勢されている。 他方の伝達部材22には、回転軸28に取り付けられたロータ27の周面が回 転可能に当接し、ロータ27と一体的に回転する回転軸28は図示しないケース に枢支されて、一端がケースから突出して出力軸を構成している。 FIG. 3 is a plan view showing a schematic configuration of a conventional ultrasonic motor. In the figure, reference numeral 20 is a disk-shaped stator, and a pair of half-moon shaped piezoelectric ceramics 21 are attached to the surface. Reference numeral 22 denotes a transmission member having a rectangular cross section, which is fixed to points A on the circumferential surface of the stator 20 facing each other, and is formed of plastic to obtain a predetermined friction transmission force. A pressing member 23 rotatably supports a pressing roller 24 on a shaft 25 spanned by a shaft 25, and is biased by a compression spring 26 so as to press the pressing roller 24 toward the transmission member 22 side. The peripheral surface of the rotor 27 attached to the rotating shaft 28 is rotatably abutted on the other transmitting member 22, and the rotating shaft 28 rotating integrally with the rotor 27 is pivotally supported by a case (not shown). Project from the case to form the output shaft.

【0003】 このような構成において、圧電セラミックス21に、図4(a)に示すように 径方向の伸縮振動モードと図4(b)に示すような図中上下方向の面内屈曲振動 モードとを付与し、これらの振動周波数の位相をずらすと、図4(c)に示すよ うにステータ20の中心線を通る水平線上の周面の2点(図中A点)において、 互いに反対方向に回転する楕円動作が発生する。 このステータ20のA点における楕円動作は、伝達部材22を介してロータ2 7に伝達されて、出力軸28から回転動作として取り出すことができる。In such a configuration, the piezoelectric ceramic 21 has a radial stretching vibration mode as shown in FIG. 4A and an in-plane bending vibration mode in the vertical direction as shown in FIG. 4B. When the phases of these vibration frequencies are shifted, as shown in FIG. 4 (c), at two points (point A in the figure) on the peripheral surface on the horizontal line passing through the center line of the stator 20, the directions are opposite to each other. A rotating elliptical motion occurs. The elliptic movement of the stator 20 at point A is transmitted to the rotor 27 via the transmission member 22 and can be taken out from the output shaft 28 as a rotational movement.

【0004】[0004]

【考案が解決しようとする課題】 上述した従来の超音波モータは、ステータの周面の両側にロータを配設し、こ れらロータをステータの周面に当接させるために、ロータの側面からスプリング で付勢させる構造としているので、ステータの周面方向にロータやスプリング等 の部品を配設しなければならず、このため平面方向の寸法を小さくできないとい った問題があった。また、ステータ周面の楕円動作によりロータが動くことを防 止するために、ステータの中心と一対のロータの中心とを一致させる必要がある と共に、スプリングの付勢方向も調整する必要があり、各構成部品の加工精度お よび調整精度が要求され、調整が煩雑となり、ロータの回転トルクも充分に得ら れないといった欠点があった。 したがって、本考案は上記したような従来の問題あるいは欠点に鑑みてなされ てものであり、その目的とするところは、小型化を達成すると共に、組立が容易 でかつ回転トルクの向上を図った超音波モータを提供することにある。DISCLOSURE OF THE INVENTION Problems to be Solved by the Invention In the above-described conventional ultrasonic motor, rotors are arranged on both sides of the peripheral surface of the stator, and the rotor side surfaces are arranged so that the rotor contacts the peripheral surface of the stator. Since the structure is such that the spring biases the components, the rotor, springs, and other parts must be arranged in the circumferential direction of the stator, which poses the problem that the planar size cannot be reduced. Further, in order to prevent the rotor from moving due to the elliptical movement of the stator peripheral surface, it is necessary to match the center of the stator with the center of the pair of rotors, and it is also necessary to adjust the biasing direction of the spring. The processing and adjustment accuracy of each component is required, the adjustment becomes complicated, and the rotational torque of the rotor cannot be obtained sufficiently. Therefore, the present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems or drawbacks, and an object thereof is to achieve miniaturization, easy assembly, and improvement of rotation torque. To provide a sonic motor.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】[Means for Solving the Problems]

この目的を達成するために、本考案に係る超音波モータは、円板状のステータ と、このステータの表面に配設され径方向の伸縮振動モードと面内屈曲振動モー ドが付与されてこのステータの周面に楕円動作を発生させる圧電素子と、前記ス テータの周面に当接して回転し先端部外周部に断面台形状のテーパー面を有する 中間ロータと、この中間ロータのテーパー面と逆テーパー状に当接するテーパー 面を内周面に有して回転する出力ロータと、この出力ロータを回転軸方向に沿っ て前記中間ロータ側に付勢する付勢手段とで構成されたものである。 また、本考案に係る超音波モータは、出力ロータのテーパー面が前記中間ロー タの反対側で前記ステータの周面に当接したものである。 In order to achieve this object, the ultrasonic motor according to the present invention is provided with a disk-shaped stator and a radial stretching vibration mode and an in-plane bending vibration mode provided on the surface of the stator. A piezoelectric element that causes an elliptical motion on the peripheral surface of the stator, an intermediate rotor that comes into contact with the peripheral surface of the stator and rotates, and has a tapered surface with a trapezoidal cross-section at the outer periphery of the tip portion, and the tapered surface of this intermediate rotor. It is composed of an output rotor that has a tapered surface that abuts in a reverse tapered shape on the inner peripheral surface and that rotates, and a biasing means that biases this output rotor toward the intermediate rotor along the direction of the rotation axis. is there. In the ultrasonic motor according to the present invention, the tapered surface of the output rotor is in contact with the peripheral surface of the stator on the side opposite to the intermediate rotor.

【0006】[0006]

【作用】[Action]

本考案においては、楕円動作をするステータの周面に当接して回転する中間ロ ータの先端外周部にテーパー面を形成し、このテーパー面に逆テーパー状に当接 するテーパー面を内周面に有する出力ロータを出力軸に沿って中間ロータ側に付 勢したので、出力ロータがステータに対して積層状態に配設され、また出力ロー タのテーパー面で中間ロータは常時ステータの中心方向に付勢される。 In the present invention, a tapered surface is formed on the outer periphery of the tip of the intermediate rotor that rotates by contacting the peripheral surface of the elliptical stator, and the tapered surface that abuts in reverse taper shape on the inner surface is formed. Since the output rotor on the surface is biased toward the intermediate rotor along the output shaft, the output rotor is arranged in a stacked state with respect to the stator, and the tapered surface of the output rotor causes the intermediate rotor to always be in the center direction of the stator. Be urged by.

【0007】[0007]

【実施例】【Example】

以下、本考案の一実施例を図に基づいて説明する。図1は本考案に係る超音波 モータの正断面図、図2は図1のII-II線断面図である。 これらの図において、符号2で示すものはベースで、中央部に先端にねじ部3 aが形成されたシャフト3が立設して植設され、端部に穿設した穴2aには軸受 4が嵌合固定されている。 軸受4には、段付きの円柱状の中間ロータ5が回転自在に支持されており、こ の中間ロータの先端部外周部は断面台形状のテーパー面5aが形成されている。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 is a front sectional view of an ultrasonic motor according to the present invention, and FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II of FIG. In these drawings, the reference numeral 2 is a base, and a shaft 3 having a threaded portion 3a formed at the tip is erected upright at the center, and a bearing 2 is provided in a hole 2a bored at the end. Are fitted and fixed. A stepped cylindrical intermediate rotor 5 is rotatably supported on the bearing 4, and a tapered surface 5a having a trapezoidal cross section is formed on the outer peripheral portion of the tip end of the intermediate rotor.

【0008】 ベース2上には、振動吸収材であるフェルト6を介して円板状のステータ7が 載置されており、このステータ7の上端面周縁は面取部7aが、また中央部には 穴7bがそれぞれ設けられ、表面には略半円状の一対の圧電素子8a、8bが、 裏面には図示を省略した円形の圧電素子がそれぞれ固着され、それぞれ端子9a 、9bおよび9cが導出されている。A disk-shaped stator 7 is placed on the base 2 via a felt 6 which is a vibration absorbing material. A chamfered portion 7a is provided at the peripheral edge of the upper end surface of the stator 7, and a central portion is provided. Holes 7b are provided respectively, a pair of substantially semicircular piezoelectric elements 8a and 8b are fixed to the front surface, and circular piezoelectric elements (not shown) are fixed to the rear surface, and terminals 9a, 9b and 9c are respectively led out. Has been done.

【0009】 10は前記シャフト3を回転支軸とするキャップ状の出力ロータで、外周縁内 周部には、前記中間ロータ5のテーパー面5aと同一テーパー角度を有するテー パー面10aが形成され、この出力ロータ10は座金12とシャフト3のねじ部 3aに螺合したナット14との間に介装されたばね13により図中下方に押圧さ れており、これにより出力ロータ10のテーパー面10aがロータ5のテーパー 面5aに逆テーパー状に当接して押圧すると共に、ロータ5の反対側で、テーパ ー面10aは、ステータ7の面取部7aを押圧している。Reference numeral 10 denotes a cap-shaped output rotor having the shaft 3 as a rotation support shaft, and a taper surface 10a having the same taper angle as the taper surface 5a of the intermediate rotor 5 is formed on the inner peripheral portion of the outer peripheral edge. The output rotor 10 is pressed downward in the figure by a spring 13 interposed between a washer 12 and a nut 14 screwed onto the threaded portion 3a of the shaft 3, whereby the tapered surface 10a of the output rotor 10 is pressed. Is pressed against the tapered surface 5a of the rotor 5 in an inversely tapered shape, and the tapered surface 10a on the opposite side of the rotor 5 presses the chamfered portion 7a of the stator 7.

【0010】 この押圧力は、当接部分が共にテーパー面5a、10aにより構成されている ので、前記ナット14の進退量を調節することにより調節可能となり、同時にテ ーパー面5a、10aの楔動作により、中間ロータ5のステータ7への当接力も 調整可能となる。 したがって、組立後、ナット14の進退量を調節することにより、出力ロータ 10と中間ロータ5との当接力および中間ロータ5とステータ7との当接力を調 節できると共に、各構成部品の製造上の誤差および組立上の誤差も調整可能とな るので、製造および組立が容易となり、このためステータ7から出力ロータ10 への回転駆動が円滑に行われて出力トルクを向上させることができる。 同時に、シャフト3を回転支軸とする出力ロータ10の断面が円形の外周縁内 周部のテーパー面10aにより、中間ロータ5をステータ7側に押圧するので、 中間ロータ5の中心は常にステータ7の中心方向に付勢されて中心がずれること がない。The pressing force can be adjusted by adjusting the advancing / retreating amount of the nut 14 since the abutting portions are both constituted by the tapered surfaces 5a and 10a, and at the same time, the wedge operation of the taper surfaces 5a and 10a is performed. As a result, the contact force of the intermediate rotor 5 on the stator 7 can also be adjusted. Therefore, by adjusting the amount of advance / retreat of the nut 14 after assembly, the contact force between the output rotor 10 and the intermediate rotor 5 and the contact force between the intermediate rotor 5 and the stator 7 can be adjusted, and at the same time in manufacturing each component. Since it is also possible to adjust the error in the above and the error in assembling, manufacturing and assembling are facilitated. Therefore, the rotational drive from the stator 7 to the output rotor 10 is smoothly performed, and the output torque can be improved. At the same time, the intermediate rotor 5 is pressed toward the stator 7 side by the tapered surface 10a at the inner peripheral portion of the outer peripheral edge of which the cross section of the output rotor 10 having the shaft 3 as the rotation supporting shaft is circular. The center is not biased by being biased toward the center of.

【0011】 このように構成された超音波モータの一対の圧電素子8a、8bに同じ周波数 で位相が90°異なる2つの交流電圧をそれぞれ印可すると、ステータ7の周面 に楕円動作が発生して、中間ロータ5は図2中反時計方向に回転し、これにとも ない出力ロータ10も反時計方向に回転する。出力ロータ10は中間ロータ5の 反対側で、ステータ7の周面と直接当接しているので、この当接部からも反時計 方向の回転出力が得られ、出力ロータの回転トルクは向上する。得られた回転ト ルクは図示しない歯車機構等により外部に出力される。When two AC voltages having the same frequency but different phases of 90 ° are applied to the pair of piezoelectric elements 8a and 8b of the ultrasonic motor configured as described above, an elliptic motion occurs on the peripheral surface of the stator 7. The intermediate rotor 5 rotates counterclockwise in FIG. 2, and the output rotor 10 also rotates counterclockwise accordingly. Since the output rotor 10 is in direct contact with the peripheral surface of the stator 7 on the opposite side of the intermediate rotor 5, counterclockwise rotational output is obtained from this contact portion as well, and the rotational torque of the output rotor is improved. The obtained rotary torque is output to the outside by a gear mechanism (not shown) or the like.

【0012】[0012]

【考案の効果】[Effect of the device]

以上説明したように本考案によれば、ステータの周面に当接して回転する中間 ロータの先端部外周部にテーパー面を設け、この中間ロータのテーパー面と逆テ ーパー状に当接するテーパー面を内周面に有して回転する出力ロータを備えたの で、出力ロータ等の構成部品等をステータと積層状態に配設することができ、こ のため小型化を図ることが可能となる。また、出力ロータを中間ロータ側に付勢 する付勢手段を設けたので、出力ロータと中間ロータとの当接力および中間ロー タとステータとの当接力が調節できると共に、各構成部品の製造上の誤差および 組立上の誤差も調整可能となり、また、出力ロータのテーパー面により中間ロー タをステータの中心側に押圧されるので、中間ロータの中心がステータ7の中心 とずれることがなく、このためステータから出力ロータへの回転駆動が円滑に行 われて出力トルクを向上させることができる。また、出力ロータのテーパー面が 中間ロータの反対側でもステータの周面に当接しているので、出力ロータの回転 トルクはさらに向上する。 As described above, according to the present invention, a tapered surface is provided on the outer peripheral portion of the tip end portion of the intermediate rotor that rotates by contacting the peripheral surface of the stator, and the tapered surface that abuts the tapered surface of the intermediate rotor in a reverse taper shape. Since the output rotor which has the inner peripheral surface and rotates is provided, the components such as the output rotor can be arranged in a laminated state with the stator, which enables downsizing. .. Further, since the urging means for urging the output rotor toward the intermediate rotor side is provided, the contact force between the output rotor and the intermediate rotor and the contact force between the intermediate rotor and the stator can be adjusted, and at the time of manufacturing each component. Error and assembling error can be adjusted, and since the intermediate rotor is pressed toward the center of the stator by the tapered surface of the output rotor, the center of the intermediate rotor does not deviate from the center of the stator 7. Therefore, the rotational drive from the stator to the output rotor is smoothly performed, and the output torque can be improved. Further, since the tapered surface of the output rotor is in contact with the peripheral surface of the stator even on the opposite side of the intermediate rotor, the rotational torque of the output rotor is further improved.

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

【図1】本考案に係る超音波モータの正断面図である。FIG. 1 is a front sectional view of an ultrasonic motor according to the present invention.

【図2】図1のII-II線断面図である。FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II in FIG.

【図3】従来の超音波モータの平面図である。FIG. 3 is a plan view of a conventional ultrasonic motor.

【図4】一般的な超音波モータの動作原理図である。FIG. 4 is a diagram illustrating an operation principle of a general ultrasonic motor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

5 中間ロータ 7 ステータ 10 出力ロータ 5 Intermediate rotor 7 Stator 10 Output rotor

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] 【請求項1】 円板状のステータと、このステータの表
面に配設され径方向の伸縮振動モードと面内屈曲振動モ
ードが付与されてこのステータの周面に楕円動作を発生
させる圧電素子と、前記ステータの周面に当接して回転
し先端部外周部にテーパー面を有する中間ロータと、こ
の中間ロータのテーパー面と逆テーパー状に当接するテ
ーパー面を内周面に有して回転する出力ロータと、この
出力ロータを回転軸方向に沿って前記中間ロータ側に付
勢する付勢手段とで構成されたことを特徴とする超音波
モータ。
1. A disk-shaped stator, and a piezoelectric element which is disposed on the surface of the stator and is given a radial stretching vibration mode and an in-plane bending vibration mode to generate an elliptical motion on the peripheral surface of the stator. , An intermediate rotor having a tapered surface on the outer periphery of the tip end, which rotates by abutting on the peripheral surface of the stator, and an inner peripheral surface having a tapered surface abutting against the tapered surface of the intermediate rotor in an inversely tapered shape and rotating. An ultrasonic motor comprising: an output rotor; and an urging means for urging the output rotor toward the intermediate rotor along the rotation axis direction.
【請求項2】 請求項1記載の超音波モータにおいて、
前記出力ロータのテーパー面が前記中間ロータの反対側
で前記ステータの周面に当接したことを特徴とする超音
波モータ。
2. The ultrasonic motor according to claim 1,
An ultrasonic motor, wherein a tapered surface of the output rotor is in contact with a peripheral surface of the stator on a side opposite to the intermediate rotor.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107834900A (en) * 2017-11-15 2018-03-23 郑州大学 A kind of face inward turning transition travelling wave supersonic motor and driver

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