JPH0744856B2 - Ultrasonic motor - Google Patents

Ultrasonic motor

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JPH0744856B2
JPH0744856B2 JP63316470A JP31647088A JPH0744856B2 JP H0744856 B2 JPH0744856 B2 JP H0744856B2 JP 63316470 A JP63316470 A JP 63316470A JP 31647088 A JP31647088 A JP 31647088A JP H0744856 B2 JPH0744856 B2 JP H0744856B2
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ultrasonic motor
shaped
piezoelectric
elliptical motion
pipe
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洋 清水
哲男 吉田
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Tokin Corp
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Tokin Corp
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02NELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/0005Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing non-specific motion; Details common to machines covered by H02N2/02 - H02N2/16
    • H02N2/001Driving devices, e.g. vibrators
    • H02N2/0015Driving devices, e.g. vibrators using only bending modes
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02NELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/10Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
    • H02N2/106Langevin motors

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、OA機器や玩具などに用いられる超音波モータ
に関し、特にロータ直径の小さい小型の超音波モータに
関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to an ultrasonic motor used for OA equipment, toys, etc., and more particularly to a small ultrasonic motor having a small rotor diameter.

[従来の技術] 超音波モータは従来の電磁モータと比較して、低回転で
高いトルクが得られること、停止保持力を有すること、
電磁ノイズが小さいことなどの利点を有しており、カメ
ラのオートフォーカス用や自動車用パワーモータ等に使
用されている。
[Prior Art] An ultrasonic motor is capable of obtaining a high torque at a low rotation and having a stop holding force as compared with a conventional electromagnetic motor
It has advantages such as low electromagnetic noise, and is used for autofocus of cameras and power motors for automobiles.

第20図及び第21図は従来の超音波モータの構造を示す概
略図であり、リング状の串歯状の突起部を設けた金属板
101を突起部の形成されている面の裏側に2枚の圧電セ
ラミック円板102,103を接着した構造のステーターの上
に円板状ローター104を圧接した構造となっている。圧
電セラミックス円板102及び103は、偶数等分に分極の向
きが逆向きとなっており、これら2枚の圧電セラミック
ス板は分割角度の半分の角度だけずらして接着されてい
る。
20 and 21 are schematic views showing the structure of a conventional ultrasonic motor, which is a metal plate provided with a ring-shaped comb tooth-shaped protrusion.
A disc-shaped rotor 104 is pressed onto a stator having a structure in which two piezoelectric ceramic discs 102 and 103 are adhered to the back side of the surface where the protrusions are formed. The piezoelectric ceramic discs 102 and 103 have polarization directions that are evenly divided and opposite to each other, and these two piezoelectric ceramic plates are bonded to each other with a shift of half the division angle.

[発明が解決しようとする課題] 第20図から判るように従来の超音波モータにおいては、
ステーターの超音波振動を平面的にローターに伝達して
いるため、駆動トルクを大きくするには、ステーター及
びローターの直径を大きくする必要がある。その為、従
来の超音波モータの実用的な最小直径は20〜30mmに限定
されていた。
[Problems to be Solved by the Invention] As can be seen from FIG. 20, in the conventional ultrasonic motor,
Since the ultrasonic vibration of the stator is transmitted to the rotor in a plane, it is necessary to increase the diameters of the stator and the rotor in order to increase the driving torque. Therefore, the practical minimum diameter of the conventional ultrasonic motor was limited to 20 to 30 mm.

また、第20図から分かるように、従来の超音波モータに
おいては、ステーターが多くの部品より構成されている
ため特性のばらつきがおおくなること、及びモータの製
造コストが高くなるという欠点があった。
Further, as can be seen from FIG. 20, in the conventional ultrasonic motor, there are drawbacks that the stator is composed of many parts and thus the characteristic variations are small and the manufacturing cost of the motor is high. .

そこで、本発明の技術的課題は、ローターの直径を小さ
くした小型の超音波モータを提供することにあり、ロー
ターの直径として、20mm以下の超音波モータを提供する
ことにある。
Then, the technical subject of this invention is providing the small ultrasonic motor which reduced the diameter of the rotor, and is providing the ultrasonic motor whose diameter of a rotor is 20 mm or less.

本発明の別の技術課題は、構成部品の少ない、製造コス
トの安価な超音波モータを提供することにある。
Another technical object of the present invention is to provide an ultrasonic motor having a small number of components and a low manufacturing cost.

[課題を解決するための手段] 本発明によれば,両端部が円を含む楕円運動を行うパイ
プ状圧電楕円運動振動子の前記両端部に一対のロータを
前記振動子に対して回転可能に圧接配置した超音波モー
タにおいて,前記振動子は,圧電セラミックス円筒の中
空部に,外周部にねじの切られたパイプ状ボルトを貫通
させて,前記振動子の両端部に,前記ボルトの捩子と螺
合するために内周部にねじの切られたリング状金属を締
め付けることにより固定されたものであることを特徴と
する超音波モータが得られる。
[Means for Solving the Problems] According to the present invention, a pair of rotors can be rotated with respect to the vibrator at the both ends of a pipe-shaped piezoelectric elliptical motion oscillator that performs an elliptical motion in which both ends include a circle. In the ultrasonic motor arranged in pressure contact, the vibrator has a pipe-shaped bolt having a threaded outer periphery through a hollow portion of a piezoelectric ceramic cylinder, and a screw of the bolt is attached to both ends of the vibrator. There is obtained an ultrasonic motor characterized by being fixed by tightening a ring-shaped metal threaded on the inner peripheral part for screwing with.

本発明によれば,両端部が円を含む楕円運動を行うパイ
プ状圧電楕円運動振動子の前記両端部に一対のロータを
前記振動子に対して回転可能に圧接配置した超音波モー
タにおいて,前記振動子は圧電セラミックス中空円柱の
両端部に金属,セラミックス,及び合成樹脂を含むグル
ープから選択された材料からなるリング状の摩擦部材が
接合されていることを特徴とする超音波モータが得られ
る。
According to the present invention, in the ultrasonic motor in which a pair of rotors are arranged in pressure contact with the vibrators at the both ends of the pipe-shaped piezoelectric elliptic motion vibrators that perform elliptic motions including circular ends, The vibrator is an ultrasonic motor characterized in that a ring-shaped friction member made of a material selected from the group including metal, ceramics, and synthetic resin is joined to both ends of a piezoelectric ceramic hollow cylinder.

また,本発明によれば,前記いずれかの超音波モータに
おいて,前記ロータは,前記振動子の中空部を貫通した
両端にねじの切られた軸と,該軸の両端に螺合する圧接
ねじとにより、前記圧電振動子の両端に圧接されている
ことを特徴とする超音波モータが得られる。
Further, according to the present invention, in any one of the ultrasonic motors, the rotor includes a shaft having a threaded end that penetrates the hollow portion of the vibrator, and a pressure screw that is screwed into both ends of the shaft. As a result, an ultrasonic motor characterized by being pressed against both ends of the piezoelectric vibrator is obtained.

更に,本発明によれば,前記したいずれかの超音波モー
タにおいて,前記振動子は圧電セラミックス中空円柱の
外周面の円周に沿って4分割する位置に,前記圧電セラ
ミックス中空円柱の長さ方向に平行に4個の分割電極が
施され,前記分割電極の互いに対向する分割電極を電気
的に接続し,夫々の電極間に直流電圧は印加され,前記
圧電セラミックス円柱に長さ方向に直角に分極処理が施
されていることを特徴とする超音波モータが得られる。
Further, according to the present invention, in any one of the ultrasonic motors described above, the vibrator is disposed at a position divided into four along the circumference of the outer peripheral surface of the piezoelectric ceramic hollow cylinder, in the longitudinal direction of the piezoelectric ceramic hollow cylinder. 4 divided electrodes are provided in parallel with each other, the divided electrodes facing each other of the divided electrodes are electrically connected, and a DC voltage is applied between the respective electrodes, so that the piezoelectric ceramic cylinder is perpendicular to the longitudinal direction. An ultrasonic motor characterized by being polarized is obtained.

[作 用] 本発明の超音波モータにおいては、圧電楕円運動振動子
に直流電圧を印加して分極し、更に予め定められた部分
にこの振動子の共振周波数に等しい第1の交流電圧を印
加して、中心軸を含む面内の屈曲振動を発生させる。
[Operation] In the ultrasonic motor of the present invention, a DC voltage is applied to the piezoelectric elliptical motion oscillator to polarize it, and a first AC voltage equal to the resonance frequency of the oscillator is applied to a predetermined portion. Then, bending vibration in a plane including the central axis is generated.

また、上記と異なる部分に同様にこの圧電楕円運動振動
子の共振周波数に等しい周波数の第2の交流電圧を印加
して、中心軸を含む面内で、先の屈曲振動の方向と交差
する屈曲振動を行わせる。これら、2つの方向の屈曲振
動の位相をずらせる(好ましくは90゜)、具体的には第
1及び第2のの交流電圧の位相をずらせる(好ましくは
90゜)ことにより、圧電楕円運動振動子の両端部に、円
運動を含む楕円運動が励起することが可能である。この
端面の円を含む楕円運動は端部に設けられ、この圧電楕
円運動振動子の端部に圧接配置されたローターにより回
転運動に変換される。
Similarly, a second AC voltage having a frequency equal to the resonance frequency of the piezoelectric elliptical motion oscillator is applied to a portion different from the above, and bending in a plane including the central axis intersects the bending vibration direction. Make it vibrate. The phases of the flexural vibrations in these two directions are shifted (preferably 90 °), specifically, the phases of the first and second AC voltages are shifted (preferably
90 °) makes it possible to excite elliptical motion including circular motion at both ends of the piezoelectric elliptical motion oscillator. The elliptical motion including the circle of the end face is provided at the end, and is converted into rotational motion by the rotor arranged in pressure contact with the end of the piezoelectric elliptical motion oscillator.

[実施例] 以下本発明の実施例について図面を用いて詳しく説明す
る。
EXAMPLES Examples of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

本発明の第1の実施例について説明する。A first embodiment of the present invention will be described.

第1図は本発明の第1の実施例に係る超音波モータの構
成例を示す斜視図である。この図において、超音波モー
タは、振動の節の部分を支持リング21及び21′により支
持されたパイプ状圧電楕円運動振動子20と、このパイプ
状圧電楕円運動振動子20の両端部に配されたカップ状ロ
ータ22,22′とこのカップ状ローター22,22′を一定圧力
で圧接するねじ24,24′とを有している。このねじ24,2
4′はパイプ状圧電楕円運動振動子20内を通っている図
示しない軸に螺合する。
FIG. 1 is a perspective view showing a structural example of an ultrasonic motor according to the first embodiment of the present invention. In this figure, the ultrasonic motor is provided with a pipe-shaped piezoelectric elliptical motion oscillator 20 whose vibration nodes are supported by support rings 21 and 21 ', and arranged at both ends of the pipe-shaped piezoelectric elliptical motion oscillator 20. It also has cup-shaped rotors 22 and 22 'and screws 24 and 24' for pressing the cup-shaped rotors 22 and 22 'under constant pressure. This screw 24,2
4'is screwed to a shaft (not shown) passing through the pipe-shaped piezoelectric elliptical motion oscillator 20.

第2図は本発明の第1の実施例に係る圧電楕円運動振動
子の構造を示す概略図である。この図において、圧電セ
ラミックス中空円柱10の長さ方向と平行に分割電極11,1
2,13,14が施されている。
FIG. 2 is a schematic diagram showing the structure of the piezoelectric elliptical motion oscillator according to the first embodiment of the present invention. In this figure, the split electrodes 11, 1 are arranged parallel to the length direction of the piezoelectric ceramic hollow cylinder 10.
2,13,14 are applied.

第3図は第2図に示した圧電セラミックス中空円柱10の
断面図であり、第3図(a)において破線の矢印は分割
電極11,13を接続線15により電気的に接続して+端子と
し、分割電極12,14を接続線16により電気的に接続して
一端子とし、この2端子間に直流電圧を印加して分極処
理を施したときの分極の向きを示している。圧電セラミ
ックス中空円柱10は、分割電極11から分極電極12及び14
への向き、及び分割電極13から分極電極12及び11へ向か
う向きに分極される。
FIG. 3 is a cross-sectional view of the piezoelectric ceramic hollow cylinder 10 shown in FIG. 2. In FIG. 3 (a), the broken line arrow indicates that the divided electrodes 11 and 13 are electrically connected by a connecting line 15 and a + terminal is provided. The divided electrodes 12 and 14 are electrically connected by a connecting line 16 to form one terminal, and a polarization direction is shown when a DC voltage is applied between the two terminals to perform polarization processing. The piezoelectric ceramic hollow cylinder 10 includes divided electrodes 11 to polarized electrodes 12 and 14.
To the polarization electrodes 12 and 11 from the divided electrode 13.

第3図(b)は第3図(a)のように分極処理された圧
電セラミックス中空円柱10の動作原理を示す図である。
この図において、互いに隣り合う分割電極11,12を接続
線17で接続して+端子、もう一対の互いに隣り合う分割
電極13,14を接続線18で接続して−端子として、直流電
圧を印加した場合に圧電セラミックス中空円柱の断面方
向に発生する歪みの状態を示している。第3図(b)に
おいて電界は実線の矢印で示す分割電極11と分割電極14
との間,及び分割電極12及び13の間に印加され、分割電
極11と分割電極14との間は分極の向きと電界の向きが同
じ向きになり、円周方向の伸び歪みが発生し、分割電極
12と13との間は分極の向きと電界の向きが逆向きにな
り、円周方向の縮み歪みが発生する。その結果として、
第3図(b)において、圧電セラミックス中空円柱は、
長さ方向に下側に膨らむように屈曲する。また印加電圧
の向きを逆向きにした場合は、屈曲の向きも逆向きにな
る。
FIG. 3 (b) is a diagram showing the operating principle of the piezoelectric ceramic hollow cylinder 10 polarized as shown in FIG. 3 (a).
In this figure, the divided electrodes 11 and 12 adjacent to each other are connected by a connecting line 17 to form a + terminal, and the pair of adjacent divided electrodes 13 and 14 connected to each other via a connecting line 18 are used as a-terminal to apply a DC voltage. The state of strain generated in the cross-sectional direction of the piezoelectric ceramic hollow cylinder in the case of is shown. In FIG. 3B, the electric field is divided electrode 11 and divided electrode 14 indicated by solid arrows.
And between the divided electrodes 12 and 13, the direction of polarization and the direction of the electric field between the divided electrode 11 and the divided electrode 14 are the same direction, the elongation strain in the circumferential direction occurs, Split electrode
Between 12 and 13, the direction of polarization and the direction of electric field are opposite to each other, and a contraction strain in the circumferential direction occurs. As a result,
In FIG. 3 (b), the piezoelectric ceramic hollow cylinder is
Bend to bulge downward in the length direction. When the direction of the applied voltage is reversed, the bending direction is also reversed.

第4図は第3図(a)のように分極処理された圧電セラ
ミックス中空円柱に交流電圧を印加した場合の振動状態
の説明図である。第4図(a)において、分割電極11,1
4間,及び分割電極12,13間に圧電セラミックス中空円柱
の屈曲振動の共振周波数に等しく、且つ第1の位相を有
する第1の交流電圧を印加すると圧電セラミックス中空
円柱10は第4図(a)に示すように矢印19の方向に第1
の屈曲振動を発生する。第4図(b)において、同様に
して分割電極11及び12間,及び分割電極14及び13間に圧
電セラミックス中空円柱の屈曲振動の共振周波数に等し
く、且つ第2の位相を有する第2の交流電圧を印加する
と圧電セラミックス中空円柱は、第4図(a)に示す矢
印の方向と直角な方向に第2の屈曲振動を発生する。
FIG. 4 is an explanatory diagram of a vibrating state when an AC voltage is applied to the piezoelectric ceramic hollow cylinder that is polarized as shown in FIG. In FIG. 4 (a), split electrodes 11,1
When a first AC voltage having a first phase which is equal to the resonance frequency of the flexural vibration of the piezoelectric ceramic hollow cylinder is applied between the four electrodes and between the divided electrodes 12 and 13, the piezoelectric ceramic hollow cylinder 10 is moved as shown in FIG. ) 1st in the direction of arrow 19
Generates bending vibration. In FIG. 4 (b), similarly, a second alternating current having a second phase which is equal to the resonance frequency of the bending vibration of the piezoelectric ceramic hollow cylinder between the divided electrodes 11 and 12 and between the divided electrodes 14 and 13. When a voltage is applied, the piezoelectric ceramic hollow cylinder generates a second bending vibration in a direction perpendicular to the direction of the arrow shown in FIG. 4 (a).

従って、以上示した二つの方向の第1及び第2の屈曲振
動の位相をずらせることにより、具体的には夫々の第1
及び第2の屈曲振動を励振するための交流駆動電圧の第
1及び第2の位相をずらせることにより、圧電セラミッ
クス中空円柱10の両端に第4図(b)に示すような円運
動又は楕円運動を励振することが出来る。
Therefore, by shifting the phases of the first and second bending vibrations in the two directions shown above, specifically, the respective first vibrations
By shifting the first and second phases of the AC drive voltage for exciting the second and second bending vibrations, a circular motion or an ellipse as shown in FIG. You can excite the movement.

第5図から第7図は本発明の第1の実施例に係る超音波
モータの構造を説明するために供する各部品の斜視図及
び構造概略図である。第5図においては、圧電楕円運動
振動子20の屈曲振動の振動の節の部分は互いに同形状の
支持リング21,21′で支持されている。
FIG. 5 to FIG. 7 are a perspective view and a structural schematic view of each part used for explaining the structure of the ultrasonic motor according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 5, the nodes of vibration of bending vibration of the piezoelectric elliptical motion oscillator 20 are supported by support rings 21, 21 'having the same shape.

第6図は本発明の第1の実施例に係る超音波モータに用
いられるカップ状ローター22,22′の構造例を示す斜視
図である。
FIG. 6 is a perspective view showing a structural example of the cup-shaped rotors 22, 22 'used in the ultrasonic motor according to the first embodiment of the present invention.

第7図は本発明の第1の実施例に係る超音波モータのカ
ップ状ローター22,22′を圧接するための軸23の一例を
示す斜視図である。この図において、軸23の両端には、
ねじが設けられている。第5図に示された支持リング2
1,21′が設けられたパイプ状圧電楕円運動振動子20の中
空部に第7図に示した軸23を挿入し、このパイプ状圧電
楕円運動振動子20の両端部に第6図に示したカップ状ロ
ーター22,22′装着して、それぞれ捩子24,24を軸23に螺
合して、このパイプ状圧電楕円運動振動子20の両端部を
一定圧力で圧接するとローター22,22′に回転力が伝達
され、カップ状ローター22,22′は軸23と一緒に回転す
る超音波モータ1が完成する。
FIG. 7 is a perspective view showing an example of a shaft 23 for press-contacting the cup-shaped rotors 22, 22 'of the ultrasonic motor according to the first embodiment of the present invention. In this figure, at both ends of the shaft 23,
Screws are provided. Support ring 2 shown in FIG.
The shaft 23 shown in FIG. 7 is inserted into the hollow portion of the pipe-shaped piezoelectric elliptical motion oscillator 20 provided with 1, 21 ′, and both ends of this pipe-shaped piezoelectric elliptical motion oscillator 20 are shown in FIG. When the cup-shaped rotors 22 and 22 'are mounted, the screws 24 and 24 are respectively screwed onto the shaft 23, and both ends of the pipe-shaped piezoelectric elliptical motion oscillator 20 are pressed with a constant pressure, the rotors 22 and 22' are The rotational force is transmitted to the cup-shaped rotors 22 and 22 'to complete the ultrasonic motor 1 rotating together with the shaft 23.

本発明の第2の実施例について説明する。A second embodiment of the present invention will be described.

第8図は本発明の第2の実施例に係る超音波モータの構
成例を示す斜視図である。この図において、超音波モー
タ2は、振動の節の部分を支持リング41,41′で支持さ
れたパイプ状圧電楕円運動振動子40と、このパイプ状圧
電楕円運動振動子40の両端部に配されたカップ状ロータ
ー42,42′とこのカップ状ローター42,42′を一定圧力で
圧接するねじ44,44とを有している。このねじはパイプ
状圧電楕円運動振動子40内を通っている図示しない軸に
螺合する。
FIG. 8 is a perspective view showing a configuration example of an ultrasonic motor according to the second embodiment of the present invention. In this figure, the ultrasonic motor 2 includes a pipe-shaped piezoelectric elliptical motion oscillator 40 whose vibration nodes are supported by support rings 41 and 41 ', and a pipe-shaped piezoelectric elliptical motion oscillator 40. The cup-shaped rotors 42, 42 'and the screws 44, 44 for pressing the cup-shaped rotors 42, 42' with a constant pressure. This screw is screwed onto a shaft (not shown) passing through the pipe-shaped piezoelectric elliptical motion oscillator 40.

第10図は本発明の第2の実施例に係る超音波モータ2の
パイプ状圧電楕円運動振動子40を示す斜視図である。こ
のパイプ状圧電楕円運動振動子40は、第1の実施例に係
るパイプ状圧電楕円運動振動子20と同様に動作させるこ
とができる。
FIG. 10 is a perspective view showing a pipe-shaped piezoelectric elliptical motion oscillator 40 of the ultrasonic motor 2 according to the second embodiment of the present invention. The pipe-shaped piezoelectric elliptical motion oscillator 40 can be operated in the same manner as the pipe-shaped piezoelectric elliptical motion oscillator 20 according to the first embodiment.

第9図は第8図に示した超音波モータの圧電楕円運動振
動子40を構成する部品の斜視図である。第9図(a)に
示した圧電セラミックス中空円柱10の中空部分に、第9
図(b)に示したパイプ状ボルト31が貫通され、更に圧
電セラミックス中空円柱10の両側に第7図(c)で示し
た金属リング32,32′がパイプ状ボルト31の両端の捩子
の部分に螺合するされることにより締め付け固定され、
第10図に示した圧電楕円運動振動子40が完成する。
FIG. 9 is a perspective view of components constituting the piezoelectric elliptical motion oscillator 40 of the ultrasonic motor shown in FIG. The piezoelectric ceramic hollow cylinder 10 shown in FIG.
The pipe-shaped bolt 31 shown in FIG. 7B is penetrated, and the metal rings 32 and 32 'shown in FIG. It is tightened and fixed by being screwed into the part,
The piezoelectric elliptical motion oscillator 40 shown in FIG. 10 is completed.

パイプ状ボルト31は少なくともその両端部近傍にねじが
切られており、この圧電セラミックス中空円柱10の中空
部分に緩めに貫通される。
The pipe-shaped bolt 31 is threaded at least in the vicinity of both ends thereof and loosely penetrates into the hollow portion of the piezoelectric ceramic hollow cylinder 10.

第11図から第13図は本発明の第2の実施例に係る超音波
モータの構造を説明するのに供する各部品の斜視図及び
構造の概略図である。第11図において、第10図に示した
圧電楕円運動振動子の振動の節の部分をリング状の枠材
よりなる支持リング41,41′で支持されている。
11 to 13 are a perspective view and a schematic view of the structure of each part used for explaining the structure of the ultrasonic motor according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 11, the nodes of vibration of the piezoelectric elliptical motion oscillator shown in FIG. 10 are supported by support rings 41, 41 ′ made of a ring-shaped frame member.

第12図は本発明の第2の実施例に係る超音波モータに用
いられるカップ状ローター42,42′の構造例を示す斜視
図である。
FIG. 12 is a perspective view showing a structural example of the cup-shaped rotors 42, 42 'used in the ultrasonic motor according to the second embodiment of the present invention.

第13図は本発明の第2の実施例に係る超音波モータのカ
ップ状ローター42,42′を圧接するための軸の一例を示
す斜視図である。この図において、軸43の両端には、ね
じが設けられている。
FIG. 13 is a perspective view showing an example of a shaft for press-contacting the cup-shaped rotors 42, 42 'of the ultrasonic motor according to the second embodiment of the present invention. In this figure, screws are provided at both ends of the shaft 43.

第11図に示されたパイプ状圧電楕円運動振動子40の中空
部に第13図に示した軸43を挿入し、このパイプ状圧電楕
円運動振動子40の両端部に第12図に示したカップ状ロー
ター42,42′装着して、それぞれ捩子44,44を軸43に螺合
して、このパイプ状圧電楕円運動振動子20の両端部を一
定圧力で圧接するとローター42,42′に回転力が伝達さ
れ、カップ状ローター42,42′は軸43と一緒に回転する
超音波モータが完成する。
The shaft 43 shown in FIG. 13 is inserted into the hollow portion of the pipe-shaped piezoelectric elliptical motion oscillator 40 shown in FIG. 11, and both ends of this pipe-shaped piezoelectric elliptical motion oscillator 40 are shown in FIG. When the cup-shaped rotors 42, 42 'are mounted, the screws 44, 44 are respectively screwed onto the shaft 43, and both ends of the pipe-shaped piezoelectric elliptical motion oscillator 20 are pressed against each other with a constant pressure, the rotors 42, 42' are attached. The rotational force is transmitted, and the cup-shaped rotors 42, 42 'complete an ultrasonic motor that rotates together with the shaft 43.

第8図において、カップ状ローター44,44′の形状とし
て、開口部の直径に対して底部の直径を小さくし、カッ
プの内側のテーパ部分でステーターであるパイプ状圧電
楕円運動振動子と接触させており、二つのローターは、
スプリングでこのステーターに圧接されているため、ロ
ーターは自動的に位置決めされ、ベアリングを用いなく
ても安定に回転する。
In FIG. 8, the shape of the cup-shaped rotors 44, 44 'is such that the diameter of the bottom is smaller than the diameter of the opening, and the tapered portion inside the cup is brought into contact with the pipe-shaped piezoelectric elliptical motion oscillator which is the stator. And the two rotors are
Since the spring is pressed against this stator, the rotor is automatically positioned and rotates stably without using bearings.

本発明の第3の実施例について説明する。A third embodiment of the present invention will be described.

第14図は本発明の第3の実施例に係る超音波モータの構
成例を示す斜視図である。この図において、超音波モー
タ3は、支持リング61,61′で振動の節の部分を支持し
たパイプ状圧電楕円運動振動子60と、このパイプ状圧電
楕円運動振動子60の両端部に配されたカップ状ローター
62,62′と、このカップ状ローター62,62′を一定圧力で
圧接する捩子64,64とを有している。この捩子64,64′は
パイプ状圧電楕円運動振動子60の空洞内を通っている図
示しない軸に螺合する。
FIG. 14 is a perspective view showing a structural example of an ultrasonic motor according to the third embodiment of the present invention. In this figure, the ultrasonic motor 3 is provided with a pipe-shaped piezoelectric elliptical motion oscillator 60 in which vibration nodes are supported by support rings 61 and 61 ', and arranged at both ends of the pipe-shaped piezoelectric elliptical motion oscillator 60. Cup-shaped rotor
62, 62 'and screws 64, 64 for pressing the cup-shaped rotors 62, 62' under constant pressure. The screws 64, 64 'are screwed onto a shaft (not shown) passing through the cavity of the pipe-shaped piezoelectric elliptical motion oscillator 60.

第15図は本発明の第3の実施例に係る超音波モータを構
成する圧電楕円運動振動子60を示している。この圧電楕
円運動振動子60は、第1の実施例に係る圧電楕円運動振
動子と同様に楕円運動振動を行う。
FIG. 15 shows a piezoelectric elliptical motion oscillator 60 which constitutes an ultrasonic motor according to the third embodiment of the present invention. The piezoelectric elliptical motion oscillator 60 performs elliptical motion vibration like the piezoelectric elliptical motion oscillator according to the first embodiment.

第16図は第15図に示した圧電楕円運動振動子60を構成す
る部品の傾斜図である。第16図(a)に示した圧電セラ
ミックス中空円柱10の両側に、第16図(b)で示した金
属リング52,52′が締め付け固定される。
FIG. 16 is an inclined view of the components that make up the piezoelectric elliptical motion oscillator 60 shown in FIG. On both sides of the piezoelectric ceramic hollow cylinder 10 shown in FIG. 16 (a), the metal rings 52, 52 'shown in FIG. 16 (b) are fastened and fixed.

第17図から第19図は本発明の第2の実施例に係る超音波
モータの構造を説明するのに供する各部品の斜視図及び
構造の概略図である。第17図において、第10図に示した
圧電楕円運動振動子の屈曲振動の振動の節の部分をリン
グ状の支持枠よりなる支持リング61,61′で支持されて
いる。
17 to 19 are a perspective view and a schematic view of the structure of each part used for explaining the structure of the ultrasonic motor according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 17, the nodes of vibration of flexural vibration of the piezoelectric elliptic motion oscillator shown in FIG. 10 are supported by support rings 61, 61 ′ made of a ring-shaped support frame.

第18図は本発明の第3図の実施例に係る超音波モータに
用いられるカップ状ローター62,62′の構造例を示す斜
視図である。
FIG. 18 is a perspective view showing a structural example of the cup-shaped rotors 62, 62 'used in the ultrasonic motor according to the embodiment of FIG. 3 of the present invention.

第19図は本発明の第3の実施例に係る超音波モータのカ
ップ状ローター62,62′を圧接するための軸63の一例を
示す斜視図である。この図において、軸63の両端には、
ねじが切られている。
FIG. 19 is a perspective view showing an example of a shaft 63 for press-contacting the cup-shaped rotors 62, 62 'of the ultrasonic motor according to the third embodiment of the present invention. In this figure, both ends of the shaft 63 are
It is threaded.

第17図に示されたパイプ状圧電楕円運動振動子60の中空
部に第19図に示した軸63を挿入し、このパイプ状圧電楕
円運動振動子60の両端部に第18図に示したカップ状ロー
ター62,62′装着して、それぞれ捩子64,64′を軸43に螺
合して、このパイプ状圧電楕円運動振動子20の両端部を
一定圧力で圧接するとローター62,62′に回転力が伝達
され、カップ状ローター62,62′は軸63と一緒に回転す
る超音波モータが完成する。
The shaft 63 shown in FIG. 19 is inserted into the hollow portion of the pipe-shaped piezoelectric elliptical motion oscillator 60 shown in FIG. 17, and both ends of this pipe-shaped piezoelectric elliptical motion oscillator 60 are shown in FIG. When the cup-shaped rotors 62, 62 'are mounted, the screws 64, 64' are screwed onto the shaft 43, and both ends of the pipe-shaped piezoelectric elliptical motion oscillator 20 are pressed with a constant pressure, the rotors 62, 62 'are attached. The rotational force is transmitted to the cup-shaped rotors 62, 62 ', and the ultrasonic motor that rotates together with the shaft 63 is completed.

第14図において、カップ状ローター64,64′の形状とし
て、開口部の直径に対して底部の直径を小さくし、カッ
プの内側のテーパ部分でステーターであるパイプ状圧電
楕円運動振動子と接触させており、二つのローターは、
スプリングでステーターに圧接されているため、ロータ
ーは自動的に位置決めされ、ベアリングを用いなくても
安定に回転する。
In Fig. 14, the shape of the cup-shaped rotors 64, 64 'is such that the diameter of the bottom is smaller than the diameter of the opening and the tapered portion inside the cup is brought into contact with the pipe-shaped piezoelectric elliptical motion oscillator that is the stator. And the two rotors are
Since the spring is pressed against the stator, the rotor is automatically positioned and rotates stably without using bearings.

[発明の効果] 以上説明したように本発明の超音波モータにおいては、
駆動力を発生させるための圧電楕円運動振動子の形状が
単純で、円を含む楕円振動を発生させるための二つの振
動モードが同じ屈曲モードであることから、構造が簡単
で振動特性のばらつきの少ない超音波モータが得られ
る。
[Effects of the Invention] As described above, in the ultrasonic motor of the present invention,
Since the shape of the piezoelectric elliptical motion oscillator for generating the driving force is simple and the two vibration modes for generating the elliptical vibration including the circle are the same bending mode, the structure is simple and the variation of the vibration characteristics is small. A small number of ultrasonic motors can be obtained.

また、本発明の超音波モータにおいては、ステーターで
あるパイプ状圧電楕円運動振動子を構成するための部品
が、従来の超音波モータより少なく、ベアリングを使用
しない超音波モータが可能なため、製造コスト的にも有
利となる。
Further, in the ultrasonic motor of the present invention, the number of parts for forming the pipe-shaped piezoelectric elliptical motion oscillator, which is the stator, is smaller than that of the conventional ultrasonic motor, and an ultrasonic motor without a bearing can be manufactured. It is also advantageous in terms of cost.

更に、本発明においては、圧電楕円運動振動子としてパ
イプ状圧電楕円運動振動子を用いているために、トルク
が小さくてもよい用途に対しては、ローター直径として
10mm以下の小型のモータを得ることができる。
Further, in the present invention, since the pipe-shaped piezoelectric elliptical motion oscillator is used as the piezoelectric elliptical motion oscillator, the rotor diameter is set as the rotor diameter for applications where the torque may be small.
It is possible to obtain a small motor of 10 mm or less.

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

第1図は本発明の第1の実施例に係る超音波モータの構
成を示す斜視図、第2図は本発明の第1の実施例に係る
超音波モータに用いられる圧電楕円運動振動子の構造を
示す概略図、第3図(a)及び(b)は第2図に示した
圧電セラミックス中空円柱の動作原理の説明に供する断
面図、第4図(a)及び(b)は第2図に圧電セラミッ
クス中空円柱の屈曲振動の説明に供する斜視図、第5図
は本発明の第1の実施例に係る超音波モータの構造を説
明するために供する圧電楕円運動振動子及びリング状支
持枠を示す斜視図、第6図は本発明の第1の実施例に係
る超音波モータに用いられるカップ状ローターの構造例
を示す斜視図、第7図は本発明の第1の実施例に係る超
音波モータのカップ状のローターを圧接するための軸の
一例を示す斜視図、第8図は本発明の第2の実施例に係
る超音波モータの構成例を示す斜視図である。第9図は
第8図に示した本発明の第2の実施例に係る超音波モー
タに使用される圧電楕円運動振動子を構成する部品の斜
視図である。第10図は本発明の第2の実施例に係る超音
波モータの圧電楕円運動振動子を示す斜視図である。第
11図から第13図は本発明の第2の実施例に係る超音波モ
ータの構造の説明に供する各部品の斜視図及び構造の概
略図、第14図は本発明の第3の実施例に係る超音波モー
タの構成を示す斜視図、第15図は本発明の第3の実施例
に係る圧電楕円運動振動子を示す斜視図、第16図は第15
図に示した圧電楕円運動振動子を構成する部品の斜視
図、第17図から第19図は本発明の第3の実施例に係る超
音波モータの構造の説明を供する各部品の斜視図及び構
造の概略図、第20図及び第21図は従来例に係る超音波モ
ータの構造を示す概略図である。 図中10は圧電セラミックス中空円柱、11,12,13,14は分
割電極、15,16,17,18は接続線、19は矢印、20はパイプ
状圧電楕円運動振動子、21,21′は支持リング、22,22′
はカップ状ローター、23は軸、24,24′は圧接用ねじ、3
1はパイプ状ボルト、32,32′は金属リング、40はパイプ
状圧電楕円運動振動子、41,41′は支持リング、42,42′
はカップ状ローター、43は軸、44,44′は圧接用ねじ、5
2,52′金属リング、60はパイプ状圧電楕円運動振動子、
61,61′はリング状の支持枠、62,62′はカップ状ロータ
ー、63は軸、64,64′はねじ、101は金属円柱、102,103
は圧電セラミックス円板、104は円板状ローターであ
る。
FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of an ultrasonic motor according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a piezoelectric elliptical motion oscillator used in the ultrasonic motor according to the first embodiment of the present invention. 3A and 3B are schematic views showing the structure, FIG. 3A and FIG. 3B are sectional views for explaining the operation principle of the piezoelectric ceramic hollow cylinder shown in FIG. 2, and FIG. 4A and FIG. FIG. 5 is a perspective view for explaining bending vibration of a piezoelectric ceramic hollow cylinder, and FIG. 5 is a piezoelectric elliptical motion oscillator and ring-shaped support used for explaining the structure of an ultrasonic motor according to a first embodiment of the present invention. FIG. 6 is a perspective view showing a frame, FIG. 6 is a perspective view showing a structural example of a cup-shaped rotor used in the ultrasonic motor according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a first embodiment of the present invention. A perspective view showing an example of a shaft for press-contacting a cup-shaped rotor of the ultrasonic motor. FIG. 8 is a perspective view showing a configuration example of an ultrasonic motor according to a second embodiment of the present invention. FIG. 9 is a perspective view of components constituting the piezoelectric elliptical motion oscillator used in the ultrasonic motor according to the second embodiment of the present invention shown in FIG. FIG. 10 is a perspective view showing a piezoelectric elliptical motion oscillator of an ultrasonic motor according to the second embodiment of the present invention. First
FIG. 11 to FIG. 13 are perspective views and schematic diagrams of the respective parts for explaining the structure of the ultrasonic motor according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 14 is the third embodiment of the present invention. FIG. 15 is a perspective view showing the configuration of such an ultrasonic motor, FIG. 15 is a perspective view showing a piezoelectric elliptical motion oscillator according to a third embodiment of the present invention, and FIG.
FIGS. 17 to 19 are perspective views of the components constituting the piezoelectric elliptical motion oscillator shown in the drawings, and FIGS. 17 to 19 are perspective views of the components for explaining the structure of the ultrasonic motor according to the third embodiment of the present invention. FIG. 20 is a schematic view of the structure, and FIGS. 20 and 21 are schematic views showing the structure of an ultrasonic motor according to a conventional example. In the figure, 10 is a piezoelectric ceramic hollow cylinder, 11, 12, 13, and 14 are divided electrodes, 15, 16, 17, and 18 are connection lines, 19 is an arrow, 20 is a pipe-shaped piezoelectric elliptical motion oscillator, and 21, 21 'are Support ring, 22,22 '
Is a cup-shaped rotor, 23 is a shaft, 24 and 24 'are pressure welding screws, 3
1 is a pipe-shaped bolt, 32, 32 'is a metal ring, 40 is a pipe-shaped piezoelectric elliptical motion oscillator, 41, 41' is a support ring, 42, 42 '
Is a cup-shaped rotor, 43 is a shaft, 44 and 44 'are pressure welding screws, 5
2,52 'metal ring, 60 is a piezoelectric piezoelectric elliptical motion oscillator,
61, 61 'is a ring-shaped support frame, 62, 62' is a cup-shaped rotor, 63 is a shaft, 64, 64 'are screws, 101 is a metal cylinder, 102, 103
Is a piezoelectric ceramic disk, and 104 is a disk-shaped rotor.

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−224681(JP,A) 特開 昭63−240380(JP,A) 日本音響学会 昭和63年度秋季研究発表 会講演論文集=▲II▼=昭和63年10月3 日、P.827〜828(Fig.4)Front page continuation (56) References JP-A-63-224681 (JP, A) JP-A-63-240380 (JP, A) Proc. October 3, 63, P. 827-828 (Fig. 4)

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】両端部が円を含む楕円運動を行うパイプ状
圧電楕円運動振動子の前記両端部に一対のロータを前記
振動子に対して回転可能に圧接配置した超音波モータに
おいて,前記振動子は,圧電セラミックス円筒の中空部
に,外周部にねじの切られたパイプ状ボルトを貫通させ
て,前記振動子の両端部に,前記ボルトの捩子と螺合す
るために内週部にねじの切られたリング状金属を締め付
けることにより固定されたものであることを特徴とする
超音波モータ。
1. An ultrasonic motor in which a pair of rotors are arranged in pressure contact with the vibrators at the opposite ends of a pipe-shaped piezoelectric elliptical motion vibrator that makes an elliptical motion including circles at both ends. The child penetrates the hollow portion of the piezoelectric ceramic cylinder with a pipe-shaped bolt having a threaded outer periphery, and is attached to both ends of the vibrator at an inner portion for screwing with the screw of the bolt. An ultrasonic motor characterized by being fixed by tightening a threaded ring-shaped metal.
【請求項2】両端部が円を含む楕円運動を行うパイプ状
圧電楕円運動振動子の前記両端部に一対のロータを前記
振動子に対して回転可能に圧接配置した超音波モータに
おいて, 前記振動子は圧電セラミックス中空円柱の両端部に金
属,セラミックス,及び合成樹脂を含むグループから選
択された材料からなるリング状の摩擦部材が接合されて
いることを特徴とする超音波モータ。
2. An ultrasonic motor in which a pair of rotors are arranged in pressure contact with the oscillators at the opposite ends of a pipe-shaped piezoelectric elliptical oscillator that performs an elliptic motion including circular ends. The child is an ultrasonic motor characterized in that a ring-shaped friction member made of a material selected from the group including metal, ceramics, and synthetic resin is joined to both ends of a piezoelectric ceramic hollow cylinder.
【請求項3】請求項1又は2記載の超音波モータにおい
て,前記ロータは,前記振動子の中空部を貫通した両端
のねじの切られた軸と,該軸の両端に螺合する圧接ねじ
とにより,前記圧電振動子の両端に圧接されていること
を特徴とする超音波モータ。
3. The ultrasonic motor according to claim 1, wherein the rotor has a threaded shaft at both ends which penetrates the hollow portion of the vibrator, and a pressure contact screw screwed to both ends of the shaft. An ultrasonic motor, wherein the piezoelectric vibrator is pressed against both ends of the piezoelectric vibrator.
【請求項4】請求項1乃至3の内のいずれかに記載の超
音波モータにおいて,前記振動子は圧電セラミックス中
空円柱の外周面の円周に沿って4分割する位置に,前記
圧電セラミックス中空円柱の長さ方向に平行に4個の分
割電極が施され,前記分割電極の互いに対向する分割電
極を電気的に接続し,夫々の電極間に直流電圧は印加さ
れ,前記圧電セラミックス円柱に長さ方向に直角に分極
処理が施されていることを特徴とする超音波モータ。
4. The ultrasonic motor according to any one of claims 1 to 3, wherein the vibrator is formed by dividing the piezoelectric ceramic hollow into four positions along a circumference of an outer peripheral surface of the piezoelectric ceramic hollow cylinder. Four divided electrodes are provided in parallel to the length direction of the cylinder, the divided electrodes facing each other of the divided electrodes are electrically connected, and a DC voltage is applied between the respective electrodes, so that the piezoelectric ceramic cylinder is elongated. An ultrasonic motor characterized by being polarized at right angles to the vertical direction.
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