JPH0654558A - Ultrasonic motor - Google Patents

Ultrasonic motor

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Publication number
JPH0654558A
JPH0654558A JP4199839A JP19983992A JPH0654558A JP H0654558 A JPH0654558 A JP H0654558A JP 4199839 A JP4199839 A JP 4199839A JP 19983992 A JP19983992 A JP 19983992A JP H0654558 A JPH0654558 A JP H0654558A
Authority
JP
Japan
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vibration
resonator
ultrasonic
ultrasonic transducer
ultrasonic motor
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP4199839A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroyuki Imabayashi
浩之 今林
Takenao Fujimura
毅直 藤村
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Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
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Filing date
Publication date
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Priority to US08/026,316 priority patent/US5410204A/en
Publication of JPH0654558A publication Critical patent/JPH0654558A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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

Abstract

PURPOSE:To provide an ultrasonic motor having a high efficiency in which an ultrasonic vibrator is securely supported without almost causing the vibration loss. CONSTITUTION:At ultrasonic motor comprises an ultrasonic vibrator 8 in which a bending vibration rotation around a center shaft is generated by applying sine-wave voltage with their phases shifted 90 deg. each other to first and second piezoelectric elements 1 and 2 installed with their positions shifted 90 deg., a rotor 18 installed on either of one end of the ultrasonic vibrator 8, and a fine protrusion 15a installed in the proximity of the center shaft of a node position of the bending vibration generated on the ultrasonic vibration 8 and being in contact with an external fixing member 17 on a fine area.

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、詳しく
は、振動発生手段より発生する振動を利用して回転する
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 which rotates by utilizing the vibration generated by a vibration generating means.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、特開平4−91671号公報に
て、超音波振動子の各構成部材を締結している締結部材
において弾性を有する支持部材を一端あるいは両端側に
設けて、該振動子本体を支持する技術手段が提案されて
いる。この技術手段では、支持部材の境界条件下におけ
る固有モードの振動数を超音波振動子の駆動振動数を異
なるように設定するようになっている。また、このよう
な支持部材を用いることにより、上記支持部材がその弾
性変形により振動子の振動変位に追従し、摩擦損失が起
きず、これによりモータ効率は向上する。
2. Description of the Related Art Conventionally, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-91671, a supporting member having elasticity is provided at one end or both ends of a fastening member that fastens each constituent member of an ultrasonic transducer, and the vibrator is provided. Technical means for supporting the body have been proposed. With this technical means, the frequency of the eigenmode under the boundary condition of the support member is set so that the driving frequency of the ultrasonic transducer is different. Further, by using such a supporting member, the supporting member follows the vibration displacement of the vibrator due to its elastic deformation, and no friction loss occurs, thereby improving the motor efficiency.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述した従
来技術における支持方法では、支持部材の固定部材との
摩擦損失を低減するためには、非常に効果がある手段で
あるが、支持部材に弾性を有するようにしたので、支持
が不安定となる欠点がある。また、支部材には屈曲振動
の超音波振動の応力が集中してかかるため、折れる虞も
ある。
However, the above-mentioned conventional supporting method is a very effective means for reducing the friction loss between the supporting member and the fixed member, but the supporting member is elastic. Therefore, there is a drawback that the support becomes unstable. In addition, since the stress of the ultrasonic vibration of the bending vibration is concentrated on the support member, there is a risk of breaking.

【0004】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであり、超音波振動子を強固に、しかも、振動損失を
ほとんど起こさないように支持した高効率の超音波モー
タを提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a high-efficiency ultrasonic motor in which an ultrasonic vibrator is supported firmly and with almost no vibration loss. And

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段および作用】上記の目的を
達成するために本発明による第1の超音波モータは、位
置的に90°ずれて配置された第1および第2の電気−
機械エネルギー変換素子に、互いに位相が90°ずれた
正弦波電圧を印加することにより中心軸周りに回転する
屈曲振動発生させる超音波振動子と、この超音波振動子
の何れか一方の端面に配置された被駆動部材と、上記超
音波振動子上に発生する屈曲振動の節位置の、中心軸近
傍に設けられ、外部の固定部材と微小面積にて接触する
微小突起とを具備するものである。
In order to achieve the above-mentioned object, the first ultrasonic motor according to the present invention comprises first and second electric motors, which are arranged with a positional offset of 90 °.
An ultrasonic transducer that generates bending vibrations that rotate around a central axis by applying sinusoidal voltages whose phases are shifted by 90 ° to each other to a mechanical energy conversion element, and is arranged on either end face of this ultrasonic transducer. And a micro-projection provided in the vicinity of the central axis at the node position of the bending vibration generated on the ultrasonic transducer and in contact with an external fixing member in a micro area. .

【0006】また、上記の目的を達成するために本発明
による第2の超音波モータは、位置的に90°ずれて配
置された第1および第2の電気−機械エネルギー変換素
子に、互いに位相が90°ずれた正弦波電圧を印加する
ことにより中心軸周りに回転する屈曲振動発生させる超
音波振動子と、この超音波振動子の何れか一方の端面に
配置された被駆動部材と、上記超音波振動子上に発生す
る屈曲振動の節位置に設けられ、振動伝達速度の低い材
質で形成された共振器とを具備するものである。
In order to achieve the above-mentioned object, the second ultrasonic motor according to the present invention has the first and second electro-mechanical energy conversion elements, which are arranged 90 ° apart from each other, in phase with each other. An ultrasonic transducer that generates a bending vibration that rotates about a central axis by applying a sine wave voltage that is deviated by 90 °, a driven member that is disposed on one end face of the ultrasonic transducer, The resonator is provided at the node position of the bending vibration generated on the ultrasonic vibrator, and is made of a material having a low vibration transmission speed.

【0007】[0007]

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0008】図1は、本発明の第1実施例の超音波モー
タの(a)側断面図、(b)振動状態を示す線図であ
る。
FIG. 1 is a sectional view (a) of an ultrasonic motor according to a first embodiment of the present invention, and (b) a diagram showing a vibrating state.

【0009】図1(a)に示すように、この超音波モー
タは、3枚の電極板3,4,5間にそれぞれ配設された
第1の圧電素子1,第2の圧電素子2と、該第1,第2
の圧電素子1,2をその端面で挟むように配設された第
1の共振器6および第2の共振器15と、これら構成部
材を軸方向に一体に締結する締結部材9とを具備する超
音波振動子8と、該超音波振動子8の一端面(上端面)
に圧接され、同超音波振動子8の超音波振動によって所
定方向に回転する被駆動部材である回転子18とで主要
部が構成されている。
As shown in FIG. 1 (a), this ultrasonic motor includes a first piezoelectric element 1 and a second piezoelectric element 2 which are arranged between three electrode plates 3, 4 and 5, respectively. , The first and second
The first resonator 6 and the second resonator 15 are arranged so as to sandwich the piezoelectric elements 1 and 2 between the end faces thereof, and the fastening member 9 that integrally fastens these constituent members in the axial direction. Ultrasonic transducer 8 and one end surface (upper end surface) of the ultrasonic transducer 8
The main part is constituted by a rotor 18 which is a driven member that is pressed into contact with and is rotated in a predetermined direction by the ultrasonic vibration of the ultrasonic vibrator 8.

【0010】上記第1,第2の圧電素子1,2は、図2
の該圧電素子の分極状態を示す拡大斜視図に示すように
中空円部を有する円盤形状を呈し、それぞれ中心を通る
分極境界線1a,2aによって図中、矢印M1 ,M2 で
示されるように互いに反対方向に分極されている。そし
て、該第1の圧電素子1と第2の圧電素子2とは、その
分極境界線1a,2aが互いに90°ずれるようにして
積層方向に配設されている。
The first and second piezoelectric elements 1 and 2 are shown in FIG.
As shown in the enlarged perspective view showing the polarization state of the piezoelectric element, the piezoelectric element has a disk shape having a hollow circular portion, and the polarization boundary lines 1a and 2a passing through the centers of the piezoelectric elements are provided as shown by arrows M1 and M2 in FIG. It is polarized in the opposite direction. The first piezoelectric element 1 and the second piezoelectric element 2 are arranged in the stacking direction such that their polarization boundary lines 1a and 2a are deviated from each other by 90 °.

【0011】上記電極板3,4,5は、上記第1,第2
の圧電素子1,2とほぼ同型の径を有する電圧印加用の
銅製電極板であり、それぞれリード線半田付け用の端子
A,G,Bが突設されていて、それぞれ図示しない電源
に接続されている。なお、上記第1,第2の圧電素子
1,2および上記電極板3,4,5で振動発生部13が
構成される。
The electrode plates 3, 4, and 5 have the first and second electrode plates.
Of the piezoelectric elements 1 and 2 are copper electrode plates for voltage application having a diameter substantially the same as that of the piezoelectric elements 1 and 2 and terminals A, G and B for lead wire soldering are respectively provided in a protruding manner and connected to a power source (not shown). ing. The first and second piezoelectric elements 1 and 2 and the electrode plates 3, 4, and 5 constitute a vibration generator 13.

【0012】図3は、上記第1の共振器6を示した外観
斜視図である。
FIG. 3 is an external perspective view showing the first resonator 6.

【0013】この第1の共振器6は底部6bを有する中
空の円筒形状であって、振動伝達に優れた材質、たとえ
ば、アルミニウム合金,ステンレス,リン青銅,ジュラ
ルミン,チタン合金で構成され、本実施例ではSUS4
40Cを熱処理し、硬度をHv800以上にしたもの用
いている。また、本実施例では該第1の共振器6にアル
ミニウム合金にシュウ酸アルマイト被膜を施していて、
さらに蒸気封孔処理によって該アルマイトの微小孔を底
部まで水和物で充填している。
The first resonator 6 has a hollow cylindrical shape having a bottom portion 6b and is made of a material excellent in vibration transmission, for example, aluminum alloy, stainless steel, phosphor bronze, duralumin, titanium alloy. SUS4 in the example
40 C is heat treated to have a hardness of Hv 800 or more. In addition, in this embodiment, the first resonator 6 is formed by applying an oxalic acid alumite coating on an aluminum alloy,
Furthermore, the micropores of the alumite are filled up to the bottom with hydrate by a vapor sealing treatment.

【0014】上記第1の共振器6の底部6bの中心部に
は上記締結部材9に螺刻されたねじ部9a(図1参照)
と螺合するねじ部6cが設けられ、該締結部材9と螺合
している。また、この底部6bの上方の該第1の共振器
6の内部は上端面において開口部を形成しているカップ
形状の中空部10となっていて、該第1の共振器6の上
端面における振動が該締結部材9によって規制されない
ようになっている。さらに、該第1の共振器6の上部6
a外周側面には垂直方向へ複数の垂直溝11が形成され
ていて、該共振器上部6aを垂直方向に8当分して振動
拡大に寄与している。さらに、該共振器上部6aと上記
共振器底部6bとの間の外周側面には中心方向へ向かっ
て周溝14が形成されている。
At the center of the bottom portion 6b of the first resonator 6, a screw portion 9a screwed on the fastening member 9 (see FIG. 1).
A threaded portion 6 c that is screwed with is provided, and is screwed with the fastening member 9. Further, the inside of the first resonator 6 above the bottom portion 6b is a cup-shaped hollow portion 10 forming an opening at the upper end surface, and the upper end surface of the first resonator 6 is formed. Vibration is not regulated by the fastening member 9. Further, the upper portion 6 of the first resonator 6
A plurality of vertical grooves 11 are formed in the vertical direction on the outer peripheral side surface of the a, and the resonator upper part 6a is vertically divided into eight parts to contribute to vibration expansion. Further, a peripheral groove 14 is formed toward the center on the outer peripheral side surface between the resonator upper portion 6a and the resonator bottom portion 6b.

【0015】上記第1,第2の圧電素子1,2の下部に
は、該圧電素子1,2とほぼ同大同型の接触面を有する
第2の共振器15が配設されていて、該第2の共振器1
5と上記第1の共振器6とで上記電極板3,4,5およ
び第1,第2の圧電素子1,2を挟むようになってい
る。この第2の共振器15は、上記第1の共振器6より
振動伝達特性の劣る材質、たとえば、真鍮,鋼で構成さ
れ、本実施例ではS45Cを用いている。
Below the first and second piezoelectric elements 1 and 2, a second resonator 15 having a contact surface of substantially the same size as the piezoelectric elements 1 and 2 is arranged. Second resonator 1
The electrode plate 3, 4, 5 and the first and second piezoelectric elements 1, 2 are sandwiched between 5 and the first resonator 6. The second resonator 15 is made of a material having a vibration transmission characteristic inferior to that of the first resonator 6, for example, brass or steel. In this embodiment, S45C is used.

【0016】図4は、上記第2の共振器15と外部固定
部17との接触部を拡大して示した要部拡大断面図であ
る。
FIG. 4 is an enlarged sectional view of an essential part showing an enlarged contact portion between the second resonator 15 and the external fixing portion 17.

【0017】この図に示すように、該第2の共振器15
下部は下方に向かってテーパー16が形成された略円錐
形状を呈し、該略円錐の先端部15aは、図4に示すよ
うに外部固定部17と線接触するようになっている。
As shown in this figure, the second resonator 15
The lower portion has a substantially conical shape in which a taper 16 is formed downward, and the tip portion 15a of the substantially conical portion is in line contact with the external fixing portion 17 as shown in FIG.

【0018】なお、上記電極板3と上記第1の共振器6
との間、および上記電極板5と上記第2の共振器15と
の間には、たとえばアルミナで形成された、中空円部を
有する円盤形状の絶縁部材が配設されている。
The electrode plate 3 and the first resonator 6 are also provided.
A disk-shaped insulating member having a hollow circular portion made of alumina, for example, is provided between the electrode plate 5 and the second resonator 15.

【0019】上記超音波振動子8は、上記第1,第2の
圧電素子1,2,電極板3,4,5,第1の共振器6,
15とを図1に示す如く積層し、各構成部材間にエポキ
シ系接着剤を塗布した後、中心に上記締結部材9を貫通
させ各構成部材を圧着して該接着剤を硬化させて構成さ
れる。
The ultrasonic oscillator 8 includes the first and second piezoelectric elements 1 and 2, the electrode plates 3, 4, 5 and the first resonator 6,
1 is laminated as shown in FIG. 1, an epoxy-based adhesive is applied between the respective constituent members, and then the fastening member 9 is penetrated through the center to pressure-bond each constituent member to cure the adhesive. It

【0020】一方、上記締結部材9には、上記第2の共
振器15のさらに下方にもボルトが形成されている。そ
して、該締結部材9は該第2の共振器15より上方にお
いて上記超音波振動子8を圧着するとともに、上記回転
子18を支持し、該第2の共振器15より下方において
は該超音波振動子8の下端面を固定部材17に圧着支持
して超音波モータを固定するようになっている。
On the other hand, bolts are formed on the fastening member 9 below the second resonator 15. The fastening member 9 press-bonds the ultrasonic transducer 8 above the second resonator 15 and supports the rotor 18, and the ultrasonic wave below the second resonator 15 is supported by the fastening member 9. The ultrasonic motor is fixed by crimping and supporting the lower end surface of the vibrator 8 on the fixing member 17.

【0021】上記第1の共振器6の上端面、すなわち、
超音波振動子8の上端面には該超音波振動子8の超音波
振動によって所定方向に回転する回転子18が複数のベ
アリング19を介して該締結部材9に軸支されて配設さ
れている。また、該回転子18の、上記超音波振動子8
との接触面の反対側には上記締結部材9に軸支された板
ばね21,ばね台座20およびナット22とによる押圧
機構が配設されていて該回転子18の圧着力を可変でき
るようになっている。上記回転子18は、たとえばアル
ミ合金で構成され、その表面はシュウ酸アルマイト処理
が施されている。
The upper end surface of the first resonator 6, that is,
A rotor 18 that rotates in a predetermined direction by the ultrasonic vibration of the ultrasonic vibrator 8 is provided on the upper end surface of the ultrasonic vibrator 8 while being axially supported by the fastening member 9 via a plurality of bearings 19. There is. In addition, the ultrasonic transducer 8 of the rotor 18
A pressing mechanism composed of a leaf spring 21, a spring pedestal 20, and a nut 22 pivotally supported by the fastening member 9 is provided on the side opposite to the contact surface with the rotating member 18 so that the crimping force of the rotor 18 can be varied. Has become. The rotor 18 is made of, for example, an aluminum alloy, and its surface is subjected to oxalic acid alumite treatment.

【0022】このように構成される超音波モータは、上
記電極板3,5の端子A,Bに共振周波数附近の正弦波
電圧を時間的に90°ずらして印加し、上記電極板4の
端子Gをアースすることで、超音波振動子8に一次モー
ドの屈曲振動が該振動子8の中心軸周りに回転する運動
が発生し、回転子18が所定方向に回転する。
In the ultrasonic motor constructed as described above, a sine wave voltage near the resonance frequency is applied to the terminals A and B of the electrode plates 3 and 5 with a time shift of 90 °, and the terminals of the electrode plate 4 are applied. By grounding G, the ultrasonic vibrator 8 causes a bending vibration of a first mode to rotate around the central axis of the vibrator 8, and the rotor 18 rotates in a predetermined direction.

【0023】次に、本第1実施例の超音波モータの作用
について説明する。
Next, the operation of the ultrasonic motor of the first embodiment will be described.

【0024】図1(b)は上記第1実施例の超音波モー
タの振動状態を示す線図である。
FIG. 1B is a diagram showing the vibrating state of the ultrasonic motor of the first embodiment.

【0025】この第1実施例の超音波モータに90°位
相がずれた正弦波電圧を印加すると、超音波振動子8に
おける上記先端部15aが固定端となっているために、
該固定端を節とし、該超音波振動子8の他方の端面(上
端面)が腹となる一次モードの屈曲振動が、中心軸を中
心に回転する楕円振動として発生する。この楕円振動に
よって超音波振動子8に押圧された回転子18が回転す
る。また、2つの正弦波電圧の位相差を180°ずらす
と、楕円振動の回転方向が逆転して該回転子18が逆方
向に回転する。
When a sine wave voltage with a 90 ° phase shift is applied to the ultrasonic motor of the first embodiment, the tip end portion 15a of the ultrasonic oscillator 8 is a fixed end.
A bending vibration of a first-order mode in which the fixed end is a node and the other end surface (upper end surface) of the ultrasonic transducer 8 is an antinode is generated as an elliptical vibration rotating about a central axis. This elliptical vibration causes the rotor 18 pressed by the ultrasonic vibrator 8 to rotate. When the phase difference between the two sine wave voltages is shifted by 180 °, the rotation direction of the elliptical vibration is reversed and the rotor 18 rotates in the opposite direction.

【0026】上記共振器上部6aは、上述したように外
周側面に周方向に沿って形成された周溝14と、中心軸
に略平行に形成された複数の垂直溝11とによって、振
動発生部13から得られる振動を大きな屈曲振動に変換
する変位拡大効果をもたらす。
As described above, the resonator upper portion 6a has a vibration generating portion formed by the circumferential groove 14 formed along the circumferential direction on the outer peripheral side surface and the plurality of vertical grooves 11 formed substantially parallel to the central axis. A displacement magnifying effect of converting the vibration obtained from 13 into a large bending vibration is provided.

【0027】本実施例の超音波モータは上述した一次モ
ードの屈曲振動により、上記振動発生部においては図
中、Y方向の振幅はほとんど0となるため、上記第1,
第2の圧電素子1,2が節位置に配置されることにな
り、力係数(N/v)が向上する。また、上記先端部1
5aは中心軸の間近に形成されるので、Y方向の振幅は
ほとんど0にすることができ、摩擦による損失が減少す
る。同様に、該先端部15aと上記外部固定部17との
接触面積は非常に微小であるため、該外部固定部17に
屈曲振動が伝達されることもなく振動ロスが極力抑えら
れる。
In the ultrasonic motor of this embodiment, due to the bending vibration of the first-order mode described above, the amplitude in the Y direction in the figure in the vibration generating section becomes almost zero, so that
The second piezoelectric elements 1 and 2 are arranged at the node positions, and the force coefficient (N / v) is improved. In addition, the tip 1
Since 5a is formed close to the central axis, the amplitude in the Y direction can be made almost zero, and the loss due to friction is reduced. Similarly, since the contact area between the tip portion 15a and the external fixing portion 17 is extremely small, bending vibration is not transmitted to the external fixing portion 17, and vibration loss is suppressed as much as possible.

【0028】また、第2の共振器15を第1の共振器6
よりも振動伝達速度の遅い材質を用いることによって、
該第2の共振器15側の振動を抑制し、振動の節を形成
し易いようにする。そして、振動子の振動は、第1の共
振器6側に主に向くようになり、該第1の共振器6に強
い振動が伝達される。これにより、支持によって発生し
ていた、超音波振動子の機械的Qmが小さくなることも
なく、自由振動状態に近い大振幅の振動が得られる。
Further, the second resonator 15 is replaced by the first resonator 6
By using a material whose vibration transmission speed is slower than
Vibration on the side of the second resonator 15 is suppressed to facilitate formation of a vibration node. Then, the vibration of the vibrator is mainly directed to the first resonator 6 side, and the strong vibration is transmitted to the first resonator 6. This makes it possible to obtain large-amplitude vibration close to the free vibration state without reducing the mechanical Qm of the ultrasonic vibrator generated by the support.

【0029】このような第1実施例によると、変位拡大
効果によって発生する大振幅の振動が維持され、高い機
械的Qmを得ることができる。したがって、振動の損失
がなくなり、高効率の超音波モータを得ることができ
る。また、支持されている部分は、締結部材9と超音波
振動子8の下端部の先端部15aとにより構成されるの
で、全く弾性を有さずに非常に堅牢な支持部を構成で
き、超音波モータを確実に支持することができる。
According to the first embodiment as described above, the large-amplitude vibration generated by the displacement magnifying effect is maintained, and a high mechanical Qm can be obtained. Therefore, the loss of vibration is eliminated and a highly efficient ultrasonic motor can be obtained. Further, since the supported portion is composed of the fastening member 9 and the tip end portion 15a of the lower end portion of the ultrasonic transducer 8, it is possible to form a very robust support portion having no elasticity. The sonic motor can be reliably supported.

【0030】次に、本発明の第2実施例について説明す
る。
Next, a second embodiment of the present invention will be described.

【0031】図5は、本発明の第2実施例の超音波モー
タの(a)側断面図、(b)振動状態を示す線図であ
る。
FIG. 5 is a sectional view (a) of an ultrasonic motor according to a second embodiment of the present invention, and (b) a diagram showing a vibrating state.

【0032】この第2実施例は、基本的な構成は上記第
1実施例と同様であるため、異なる点のみについて説明
する。
The basic structure of the second embodiment is the same as that of the first embodiment, and therefore only the different points will be described.

【0033】超音波振動子27における第1,第2の圧
電素子1,2の上方に配設される第1の共振器23は、
基本的には上記第1実施例における第1の共振器6と同
等な形状を有する、底部23bを有する中空の円筒形状
である。そして、この底部23bの上方の該第1の共振
器23の内部は上端面において開口部を形成しているカ
ップ形状の中空部となっていて、該第1の共振器23の
上端面における振動が締結部材9によって規制されない
ようになっている。さらに、該第1の共振器23の上部
23a外周側面には、上記第1実施例と同様に複数の垂
直溝11が形成されていて、該共振器上部23aを垂直
方向に8当分して振動拡大に寄与している。さらに、該
共振器上部23aと共振器底部23bとの間の外周側面
には中心方向へ向かって断面が台形形状をなす周溝26
が形成されている。
The first resonator 23 disposed above the first and second piezoelectric elements 1 and 2 in the ultrasonic transducer 27 is
Basically, it is a hollow cylindrical shape having a bottom portion 23b, which has a shape similar to that of the first resonator 6 in the first embodiment. The inside of the first resonator 23 above the bottom portion 23b is a cup-shaped hollow portion that forms an opening at the upper end surface, and vibrations at the upper end surface of the first resonator 23 occur. Are not regulated by the fastening member 9. Further, a plurality of vertical grooves 11 are formed on the outer peripheral side surface of the upper portion 23a of the first resonator 23 in the same manner as in the first embodiment, and the resonator upper portion 23a is vibrated by dividing the upper portion 23a into eight vertical portions. Contributes to expansion. Further, on the outer peripheral side surface between the resonator upper portion 23a and the resonator bottom portion 23b, a peripheral groove 26 having a trapezoidal cross section toward the center direction is formed.
Are formed.

【0034】一方、上記第1,第2の圧電素子1,2の
下方に配設される第2の共振器15のさらに下方には、
圧着ナット28が図示のごとく配設されていて、上記第
1,第2の圧電素子1,2および第2の共振器15は、
上記第1の共振器23と該圧着ナット28とで挟まれる
ように構成される。
On the other hand, below the second resonator 15 arranged below the first and second piezoelectric elements 1 and 2,
A crimp nut 28 is arranged as shown in the drawing, and the first and second piezoelectric elements 1 and 2 and the second resonator 15 are
It is configured to be sandwiched between the first resonator 23 and the crimp nut 28.

【0035】図6は、上記圧着ナット28と外部固定部
17との接触部を示す要部拡大断面図である。
FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view of an essential part showing a contact portion between the crimp nut 28 and the external fixing portion 17.

【0036】この図に示すように、該圧着ナット28の
下面中心部には該圧着ナット28と同心円状の微小突起
部28aが形成されていて、外部固定部17と微小面積
で接触するようになっている。
As shown in this figure, a minute projection portion 28a, which is concentric with the crimp nut 28, is formed at the center of the lower surface of the crimp nut 28 so as to make contact with the external fixing portion 17 in a minute area. Has become.

【0037】その他の構成は上記第1実施例と同様であ
る。
The other structure is the same as that of the first embodiment.

【0038】図5(b)は上記第2実施例の超音波モー
タの振動状態を示す線図である。
FIG. 5B is a diagram showing the vibrating state of the ultrasonic motor of the second embodiment.

【0039】この第2実施例の超音波モータに90°位
相がずれた正弦波電圧を印加すると、超音波振動子27
における上記突起部28aが固定端となっているため
に、該固定端を節とし、該超音波振動子27の他方の端
面(上端面)が腹となる一次モードの屈曲振動が、中心
軸を中心に回転する楕円振動として発生する。この楕円
振動によって超音波振動子27に押圧された回転子18
が回転する。また、2つの正弦波電圧の位相差を180
°ずらすと、楕円振動の回転方向が逆転して該回転子1
8が逆方向に回転する。
When a sinusoidal wave voltage 90 ° out of phase is applied to the ultrasonic motor of the second embodiment, the ultrasonic transducer 27
Since the protruding portion 28a in FIG. 2 is a fixed end, the bending vibration in the primary mode in which the fixed end serves as a node and the other end surface (upper end surface) of the ultrasonic transducer 27 becomes an antinode is It occurs as an elliptical vibration that rotates around the center. The rotor 18 pressed by the ultrasonic transducer 27 by this elliptical vibration
Rotates. In addition, the phase difference between the two sine wave voltages is 180
When it is shifted, the rotation direction of the elliptical vibration is reversed and the rotor 1
8 rotates in the opposite direction.

【0040】この第2実施例においても、上記共振器上
部23aは、上述したように外周側面に周方向に沿って
形成された周溝26と、中心軸に略平行に形成された複
数の垂直溝11とによって、振動発生部24から得られ
る振動を大きな屈曲振動に変換する変位拡大効果をもた
らす。さらに、上記周溝26の形状を台形状にしたこと
でより大振幅の振動を得ることができる。振動発生部2
4は概略ホーン形状に似た形状となるため、外形の絞ら
れた部分に振動力が集中し、上記8当分された第1の共
振器23に振動が伝達される。
Also in the second embodiment, the resonator upper portion 23a has the circumferential groove 26 formed along the circumferential direction on the outer peripheral side surface as described above and the plurality of vertical grooves formed substantially parallel to the central axis. The groove 11 provides a displacement magnifying effect of converting the vibration obtained from the vibration generating section 24 into a large bending vibration. Further, by making the shape of the circumferential groove 26 trapezoidal, it is possible to obtain a vibration with a larger amplitude. Vibration generator 2
Since 4 has a shape substantially similar to the horn shape, the vibration force is concentrated on the narrowed portion of the outer shape, and the vibration is transmitted to the first resonator 23 corresponding to the above eight portions.

【0041】また、第2の共振器15と外部固定部17
とを直接接触させるのではなく、圧着ナット28のよう
な中間部材を配設することで上記外部固定部17に漏れ
る振動を2段階で抑制する。振動モードは図5(b)に
示すように上記第2の共振器15では僅かに残っていた
Y方向の振動が圧着ナット28の部分では完全に0にす
ることができる。
Further, the second resonator 15 and the external fixing portion 17
The vibration leaking to the external fixing portion 17 is suppressed in two steps by disposing an intermediate member such as the crimping nut 28, instead of directly contacting with. As for the vibration mode, as shown in FIG. 5B, the Y-direction vibration that was slightly left in the second resonator 15 can be completely reduced to 0 in the crimp nut 28 portion.

【0042】このような第2実施例によると、上記第1
実施例に比べてさらに良好な支持状態が得られるため、
機械的Qmは支持による減衰がなく、高い効率を得るこ
とができる。なお、第1の共振器23における台形状の
周溝26の効果によって超音波振動子27の上端面に大
振幅が発生し、高回転,高トルクが得られる。
According to such a second embodiment, the first
Since a better supporting state can be obtained as compared with the examples,
The mechanical Qm has no damping due to the support, and can obtain high efficiency. A large amplitude is generated on the upper end surface of the ultrasonic transducer 27 due to the effect of the trapezoidal peripheral groove 26 in the first resonator 23, and high rotation and high torque are obtained.

【0043】次に、本発明の第3実施例について説明す
る。
Next, a third embodiment of the present invention will be described.

【0044】図7は、本発明の第3実施例の超音波モー
タの(a)側断面図、(b)振動状態を示す線図であ
る。
FIG. 7 is a sectional view (a) of an ultrasonic motor according to a third embodiment of the present invention, and (b) a diagram showing a vibrating state.

【0045】この第3実施例も、基本的な構成は上記第
1,第2実施例と同様であるため、異なる点のみについ
て説明する。
Since the basic structure of the third embodiment is similar to that of the first and second embodiments, only different points will be described.

【0046】第1,第2の圧電素子1,2の上方に配設
される第1の共振器30は、基本的には上記第1実施例
における第1の共振器6と同等な形状を有する、底部3
0bを有する中空の円筒形状である。そして、この底部
30bの上方の該第1の共振器30の内部は上端面にお
いて開口部を形成しているカップ形状の中空部となって
いて、該第1の共振器30の上端面における振動が締結
部材9によって規制されないようになっている。さら
に、該第1の共振器30の上部30a外周側面には、上
記第1実施例と同様に複数の垂直溝11が形成されてい
て、該共振器上部30aを垂直方向に8当分して振動拡
大に寄与している。さらに、上記共振器上部30a外周
側面の周方向には、中心方向に向かって複数の周溝32
が形成されている。
The first resonator 30 arranged above the first and second piezoelectric elements 1 and 2 has basically the same shape as the first resonator 6 in the first embodiment. Having, bottom 3
It is a hollow cylindrical shape having 0b. The inside of the first resonator 30 above the bottom portion 30b is a cup-shaped hollow portion that forms an opening at the upper end surface, and vibrations at the upper end surface of the first resonator 30 occur. Are not regulated by the fastening member 9. Further, a plurality of vertical grooves 11 are formed on the outer peripheral side surface of the upper portion 30a of the first resonator 30 as in the first embodiment, and the resonator upper portion 30a is vibrated by dividing the upper portion 30a into eight vertical portions. Contributes to expansion. Further, in the circumferential direction of the outer peripheral side surface of the resonator upper portion 30a, a plurality of circumferential grooves 32 are formed toward the center.
Are formed.

【0047】一方、上記第1,第2の圧電素子1,2の
下方に配設される第2の共振器15のさらに下方には、
圧着ナット33が図示のごとく配設されていて、上記第
1,第2の圧電素子1,2および第2の共振器15は、
上記第1の共振器30と該圧着ナット33とで挟まれる
ように構成される。図に示すように、該圧着ナット33
の下面は円錐形状をなし、その先端部33aにおいて外
部固定部17と微小面積で接触するようになっている。
On the other hand, below the second resonator 15 arranged below the first and second piezoelectric elements 1 and 2,
A crimp nut 33 is arranged as shown in the drawing, and the first and second piezoelectric elements 1 and 2 and the second resonator 15 are
It is configured to be sandwiched between the first resonator 30 and the crimp nut 33. As shown in the figure, the crimp nut 33
The lower surface of the has a conical shape, and its tip portion 33a comes into contact with the external fixing portion 17 with a very small area.

【0048】その他の構成は上記第1実施例と同様であ
る。
The other structure is the same as that of the first embodiment.

【0049】図7(b)は上記第3実施例の超音波モー
タの振動状態を示す線図である。
FIG. 7B is a diagram showing the vibrating state of the ultrasonic motor of the third embodiment.

【0050】この第3実施例の超音波モータに90°位
相がずれた正弦波電圧を印加すると、上記先端部33a
が固定端となっているために、該固定端を節とし、該超
音波振動子の上端面が腹となる一次モードの屈曲振動
が、中心軸を中心に回転する楕円振動として発生する。
この楕円振動によって該超音波振動子に押圧された回転
子18が回転する。また、2つの正弦波電圧の位相差を
180°ずらすと、楕円振動の回転方向が逆転して該回
転子18が逆方向に回転する。
When a sine wave voltage having a 90 ° phase shift is applied to the ultrasonic motor of the third embodiment, the tip portion 33a is applied.
Since it is a fixed end, a bending vibration of a primary mode in which the fixed end is a node and the upper end surface of the ultrasonic transducer is an antinode is generated as an elliptical vibration that rotates around the central axis.
This elliptical vibration causes the rotor 18 pressed by the ultrasonic vibrator to rotate. When the phase difference between the two sine wave voltages is shifted by 180 °, the rotation direction of the elliptical vibration is reversed and the rotor 18 rotates in the opposite direction.

【0051】また、上記第1の共振器30は上記複数の
周溝32によって剛性を極端に低くしているので、振動
発生部との剛性の差が大きくなっている。したがって、
振動モードは図7(b)に示すごとく振動発生部でのY
方向の振動を0、第1の共振器30上端面での振幅を最
大とする振動を発生することができる。
Further, since the rigidity of the first resonator 30 is extremely lowered by the plurality of circumferential grooves 32, the difference in rigidity from the vibration generating portion is large. Therefore,
The vibration mode is Y in the vibration generator as shown in FIG. 7 (b).
It is possible to generate a vibration having a directional vibration of 0 and a maximum amplitude at the upper end surface of the first resonator 30.

【0052】このため、振動の節の位置はさらに第1の
共振器30側に近づけることができ、圧着ナット33の
部分では振動が完全に抑制され理想的な固定端となる。
そして、固定端で振動が最小となるため、外部に振動が
漏れにくくなり摩擦による振動損失もなくなる。
Therefore, the position of the vibration node can be brought closer to the first resonator 30 side, and the vibration is completely suppressed at the crimping nut 33 portion, which serves as an ideal fixed end.
Further, since the vibration is minimized at the fixed end, the vibration is less likely to leak to the outside and the vibration loss due to friction is also eliminated.

【0053】なお、中間部材である上記圧着ナット33
の先端部33aの形状は略円錐形状でもよく、中心軸付
近に形成され、外部固定部17と微小面積で接触する形
状であれば如何なる形状でもよい。
The crimp nut 33 which is an intermediate member.
The tip portion 33a may have a substantially conical shape, or may have any shape as long as it is formed in the vicinity of the central axis and comes into contact with the external fixing portion 17 in a minute area.

【0054】この第3実施例によると、共振器と振動発
生部との剛性の差を大きくしているので、振動の節位置
が第1の共振器30側に近づくため、圧着ナット33で
支持する部分が完全な振動の節となり、振動損失がほと
んど発生しなくなる。このため、高効率な超音波モータ
を提供できる。
According to the third embodiment, since the rigidity difference between the resonator and the vibration generating portion is made large, the node position of vibration approaches the first resonator 30 side, so that the crimp nut 33 supports it. The part to be turned becomes a node of complete vibration, and the vibration loss hardly occurs. Therefore, a highly efficient ultrasonic motor can be provided.

【0055】図8は、上記第3実施例の超音波モータの
変形例を示した側断面図である。
FIG. 8 is a side sectional view showing a modification of the ultrasonic motor of the third embodiment.

【0056】上記第3実施例における第1の共振器30
が複数の周溝32を外周面に形成していたのに対し、こ
の変形例は、第1の共振器31の内周面に複数の周溝3
2’を形成した点において異なっている。
The first resonator 30 in the third embodiment described above.
Has formed a plurality of circumferential grooves 32 on the outer peripheral surface, this modified example has a plurality of circumferential grooves 3 formed on the inner peripheral surface of the first resonator 31.
They differ in that they form 2 '.

【0057】その他の構成は上記第3実施例と同等であ
り、また、作用・効果も同等である。
The other structure is the same as that of the third embodiment, and the operation and effect are also the same.

【0058】[0058]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、超
音波振動子を強固に、しかも、振動損失をほとんど起こ
さないように支持した高効率の超音波モータを提供でき
るという効果がある。
As described above, according to the present invention, there is an effect that it is possible to provide a high-efficiency ultrasonic motor in which an ultrasonic vibrator is supported firmly and with almost no vibration loss.

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

【図1】本発明の第1実施例の超音波モータの(a)側
断面図、(b)振動状態を示す線図。
FIG. 1A is a side sectional view of an ultrasonic motor according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a diagram showing a vibrating state.

【図2】上記第1実施例の超音波モータにおける圧電素
子の分極状態を示す拡大斜視図。
FIG. 2 is an enlarged perspective view showing a polarized state of a piezoelectric element in the ultrasonic motor of the first embodiment.

【図3】上記第1実施例における上方の共振器を示した
外観斜視図である。
FIG. 3 is an external perspective view showing an upper resonator in the first embodiment.

【図4】上記第1実施例にける下方の共振器と固定部と
の接触部を拡大して示した要部拡大断面図。
FIG. 4 is an enlarged sectional view of an essential part showing an enlarged contact portion between a lower resonator and a fixed portion in the first embodiment.

【図5】本発明の第2実施例の超音波モータの(a)側
断面図、(b)振動状態を示す線図。
5A is a side sectional view of an ultrasonic motor according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 5B is a diagram showing a vibrating state.

【図6】上記第2実施例における圧着ナットと固定部と
の接触部を示す要部拡大断面図。
FIG. 6 is an enlarged sectional view of an essential part showing a contact portion between a crimp nut and a fixing portion in the second embodiment.

【図7】本発明の第3実施例の超音波モータの(a)側
断面図、(b)振動状態を示す線図。
7A is a side sectional view of an ultrasonic motor according to a third embodiment of the present invention, and FIG. 7B is a diagram showing a vibrating state.

【図8】上記第3実施例の超音波モータの変形例を示し
た側断面図。
FIG. 8 is a side sectional view showing a modified example of the ultrasonic motor of the third embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…第1の圧電素子 2…第2の圧電素子 3,4,5…電極板 6…第1の共振器 8…超音波振動子 9…締結部材 10…中空部 11…垂直溝 13…振動発生部 14…周溝 15…第2の共振器 15a…先端部 17…外部固定部 18…回転子 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... 1st piezoelectric element 2 ... 2nd piezoelectric element 3, 4, 5 ... Electrode plate 6 ... 1st resonator 8 ... Ultrasonic vibrator 9 ... Fastening member 10 ... Hollow part 11 ... Vertical groove 13 ... Vibration Generating part 14 ... Circumferential groove 15 ... Second resonator 15a ... Tip part 17 ... External fixed part 18 ... Rotor

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】位置的に90°ずれて配置された第1およ
び第2の電気−機械エネルギー変換素子に、互いに位相
が90°ずれた正弦波電圧を印加することにより中心軸
周りに回転する屈曲振動発生させる超音波振動子と、 この超音波振動子の何れか一方の端面に配置された被駆
動部材と、 上記超音波振動子上に発生する屈曲振動の節位置の、中
心軸近傍に設けられ、外部の固定部材と微小面積にて接
触する突起と、 を具備したことを特徴とする超音波モータ。
1. A first and a second electro-mechanical energy conversion element, which are positionally offset by 90 °, are rotated about a central axis by applying sinusoidal voltages whose phases are shifted by 90 ° to each other. An ultrasonic transducer that generates bending vibration, a driven member that is arranged on one of the end faces of the ultrasonic transducer, and a node position of the bending vibration that is generated on the ultrasonic transducer near the central axis. An ultrasonic motor comprising: a protrusion that is provided and is in contact with an external fixing member in a minute area.
【請求項2】位置的に90°ずれて配置された第1およ
び第2の電気−機械エネルギー変換素子に、互いに位相
が90°ずれた正弦波電圧を印加することにより中心軸
周りに回転する屈曲振動発生させる超音波振動子と、 この超音波振動子の何れか一方の端面に配置された被駆
動部材と、 上記超音波振動子上に発生する屈曲振動の節位置に設け
られ、振動伝達速度の低い材質で形成された共振器と、 を具備したことを特徴とする超音波モータ。
2. A first and a second electro-mechanical energy conversion element, which are arranged with a positional shift of 90 °, are rotated about a central axis by applying sinusoidal voltages whose phases are shifted by 90 ° to each other. An ultrasonic transducer that generates bending vibration, a driven member that is arranged on one of the end faces of this ultrasonic transducer, and a vibration transmission that is provided at the node position of the bending vibration that occurs on the ultrasonic transducer. An ultrasonic motor comprising: a resonator formed of a low-speed material.
JP4199839A 1992-02-28 1992-07-27 Ultrasonic motor Withdrawn JPH0654558A (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP4199839A JPH0654558A (en) 1992-07-27 1992-07-27 Ultrasonic motor
US08/026,316 US5410204A (en) 1992-02-28 1993-03-01 Ultrasonic oscillator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP4199839A JPH0654558A (en) 1992-07-27 1992-07-27 Ultrasonic motor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
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ID=16414508

Family Applications (1)

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JP4199839A Withdrawn JPH0654558A (en) 1992-02-28 1992-07-27 Ultrasonic motor

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JP (1) JPH0654558A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012227997A (en) * 2011-04-15 2012-11-15 Canon Precision Inc Vibratory drive unit

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Effective date: 19991005