JPH0870589A - Ultrasonic piezoelectric transducer and ultrasonic motor - Google Patents

Ultrasonic piezoelectric transducer and ultrasonic motor

Info

Publication number
JPH0870589A
JPH0870589A JP6228861A JP22886194A JPH0870589A JP H0870589 A JPH0870589 A JP H0870589A JP 6228861 A JP6228861 A JP 6228861A JP 22886194 A JP22886194 A JP 22886194A JP H0870589 A JPH0870589 A JP H0870589A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ultrasonic
elastic body
ultrasonic transducer
phase
motor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP6228861A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tomoki Funakubo
朋樹 舟窪
Toshiharu Tsubata
敏晴 津幡
Takenao Fujimura
毅直 藤村
Kazuhiro Kumei
一裕 粂井
Yoshihisa Taniguchi
芳久 谷口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Olympus Optical Co Ltd filed Critical Olympus Optical Co Ltd
Priority to JP6228861A priority Critical patent/JPH0870589A/en
Publication of JPH0870589A publication Critical patent/JPH0870589A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Abstract

PURPOSE: To provide an ultrasonic piezoelectric transducer which efficiently propagates ultrasonic elliptical oscillation and can embody small-sized rotary ultrasonic motors. CONSTITUTION: An ultrasonic piezoelectric transducer 10 consists of at least two electromechanical transducing elements 12; an elastic body 11 to which the electromechanical transducing elements 12 are bonded; and at least two drivers 14. The piezoelectric transducer synthesized two oscillation modes to generate ultrasonic elliptical oscillation. The elastic body 11 is formed into an arc shape, and a recess 11a is formed in at least two places on the circumfrence of the elastic body. The electromechanical transducing elements 12 are placed in the recesses.

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、超音波振動子とそれを
用いた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 vibrator and an ultrasonic motor using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、電磁型モータに代わる新しいモー
タとして超音波モータが注目されている。この超音波モ
ータは、従来の電磁型モータに比べ以下のような利点を
有している。 (1)ギヤなしで低速高推力が得られる。 (2)保持力が大きい。 (3)ストロークが長く高分解能である。 (4)静粛性にとんでいる。 (5)磁気的ノイズを発生せず、また、ノイズの影響も
うけない。
2. Description of the Related Art In recent years, ultrasonic motors have attracted attention as new motors to replace electromagnetic motors. This ultrasonic motor has the following advantages over conventional electromagnetic motors. (1) Low speed and high thrust can be obtained without gears. (2) Large holding power. (3) The stroke is long and the resolution is high. (4) It is extremely quiet. (5) Magnetic noise is not generated, and the influence of noise is not exerted.

【0003】従来、超音波振動子とそれを用いた超音波
モータについては、本出願人により出願された特開平6
−105571号公報所載の技術が開示されている。図
7はこの従来技術の超音波モ−タの要部をなす電気−機
械エネルギー変換素子たる超音波振動子の斜視図であ
る。この超音波振動子110は、基本弾性体111の上
面に3つの保持用弾性体112を固定し、それぞれの保
持用弾性体112の間に積層型圧電素子113A,11
3Bを挟持固定したものである。
Conventionally, an ultrasonic transducer and an ultrasonic motor using the same have been filed by the applicant of the present invention in Japanese Patent Laid-Open No.
The technology described in Japanese Patent Laid-Open No. 105571 is disclosed. FIG. 7 is a perspective view of an ultrasonic transducer which is an electric-mechanical energy conversion element which is a main part of the ultrasonic motor of the prior art. In this ultrasonic transducer 110, three holding elastic bodies 112 are fixed to the upper surface of a basic elastic body 111, and the laminated piezoelectric elements 113A and 11A are provided between the respective holding elastic bodies 112.
3B is clamped and fixed.

【0004】基本弾性体111は、黄銅材料を直方体形
状に加工したもので、上面の両端と中央部の3個所に保
持用弾性体112をエポキシ系接着剤で固定した上、さ
らにネジ114止めしている。そして、各々の保持用弾
性体112の間に積層型圧電素子113A,113Bを
つき当てて保持している。即ち、積層型圧電素子113
A,113Bは基本弾性体111と接触しないように保
持用弾性体112に接着固定されている。また、積層型
圧電素子113A,113Bの側面部は樹脂被覆がなさ
れている。ここで、図8の左側の積層型圧電素子113
Aへの電極をA、GとしA相と呼ぶことにする。同様に
右側の積層型圧電素子113Bへの電極をB、GとしB
相と呼ぶことにする。
The basic elastic body 111 is a brass material processed into a rectangular parallelepiped shape. The holding elastic bodies 112 are fixed with epoxy adhesives at three locations on both ends and the central portion of the upper surface, and the screws 114 are further fixed. ing. Then, the laminated piezoelectric elements 113A and 113B are abutted and held between the respective holding elastic bodies 112. That is, the laminated piezoelectric element 113
A and 113B are adhesively fixed to the holding elastic body 112 so as not to contact the basic elastic body 111. The side surfaces of the laminated piezoelectric elements 113A and 113B are resin-coated. Here, the laminated piezoelectric element 113 on the left side of FIG.
The electrodes to A will be referred to as A and G, and will be referred to as A phase. Similarly, let B and G be electrodes to the laminated piezoelectric element 113B on the right side, and
I will call it Ai.

【0005】基本弾性体111の底面両端部には、摺動
部材115が接着されている。この摺動部材115はポ
リイミドに充填剤としてカーボンファイバー(20重量
%)とマイカ(30重量%)とを混入したもので、厚さ
約0.1mmのものである。
Sliding members 115 are adhered to both ends of the bottom surface of the basic elastic body 111. The sliding member 115 is made of polyimide mixed with carbon fiber (20% by weight) and mica (30% by weight) as a filler, and has a thickness of about 0.1 mm.

【0006】次に、超音波振動子の動作について説明す
る。上記寸法の超音波振動子は、コンピュータシミュレ
ーションによれば、図8に示すような1次の共振縦振
動、及び図9に示すような2次の共振屈曲振動がほぼ同
一周波数で励起できる。その周波数は53.5kHzで
ある。そこで、A相及びB相に30Vの直流電圧を印加
して積層型圧電素子113A,113Bに圧縮予圧を加
えた上、A相及びB相に周波数53.5kHz振幅10
Vp−pの交番電圧を印加する。ここで、A相とB相の
位相を同位相にすると、図8に示すような1次の共振縦
振動が励起される。つぎに、A相とB相の位相を逆位相
にすると、図9に示すような2次の共振屈曲振動が励起
される。つぎに、A相とB相の位相を90度ずらすと、
摺動部材115付近に超音波楕円振動を励起することが
できる。
Next, the operation of the ultrasonic transducer will be described. According to the computer simulation, the ultrasonic transducer having the above dimensions can excite the primary resonant longitudinal vibration as shown in FIG. 8 and the secondary resonant bending vibration as shown in FIG. 9 at substantially the same frequency. Its frequency is 53.5 kHz. Therefore, a DC voltage of 30 V is applied to the A phase and the B phase to apply compression preload to the laminated piezoelectric elements 113A and 113B, and the A phase and the B phase have a frequency of 53.5 kHz and an amplitude of 10
An alternating voltage of Vp-p is applied. Here, if the phases of the A phase and the B phase are made to be the same phase, primary resonant longitudinal vibration as shown in FIG. 8 is excited. Next, when the phases of the A phase and the B phase are made opposite to each other, a secondary resonance bending vibration as shown in FIG. 9 is excited. Next, if the phases of A phase and B phase are shifted by 90 degrees,
Ultrasonic elliptical vibration can be excited near the sliding member 115.

【0007】この摺動部材115に励起した超音波楕円
運動により、これに接する移動体を移動させるものであ
る。またこの移動体の移動方向を変えるのは、積層型圧
電素子113A,113Bの電極A相とB相に印加する
電圧の位相差を+90度または−90度とするものであ
る。
The ultrasonic elliptical motion excited on the sliding member 115 moves the moving body in contact therewith. The moving direction of the moving body is changed by setting the phase difference between the voltages applied to the electrodes A phase and B phase of the laminated piezoelectric elements 113A and 113B to +90 degrees or -90 degrees.

【0008】つぎに、上述の超音波振動子を使用した超
音波リニアモータについて説明する。図10は超音波リ
ニアモータの正面図である。図示の通り、この超音波リ
ニアモータでは、超音波振動子110がレール121上
を左右に自走するようになっており、これをガイドする
ためにレール121の裏面にリニアガイド移動部123
を設けたものである。
Next, an ultrasonic linear motor using the above ultrasonic vibrator will be described. FIG. 10 is a front view of the ultrasonic linear motor. As shown in the figure, in this ultrasonic linear motor, the ultrasonic transducer 110 is designed to be self-propelled to the left and right on the rail 121, and the linear guide moving portion 123 is provided on the back surface of the rail 121 to guide this.
Is provided.

【0009】超音波振動子110は厚さ1mmのシリコン
ゴム(図示せず)を介してアルミニウム材からなる振動
子保持部材124により保持されている。振動子保持部
材124はコの字形状のもので、連結棒125が連結さ
れている。この連結棒125の上端にはバネ受け126
が形成されている。一方、レール121は表面を焼入硬
化されたステンレス材からなり、表面は滑らかに研磨さ
れており、裏面にはリニアガイド固定部122が一体に
固定されている。リニアガイド移動部123には枠13
0が固定されており、上枠131と一体をなしている。
上枠131の中央部はタップが切られ、ボルト129が
螺入している。ボルト129にはバネ押さえ128が取
り付けられ、バネ127の長さを調節し、超音波振動子
110とレール121との間の接触圧を調節できるよう
になっている。
The ultrasonic vibrator 110 is held by a vibrator holding member 124 made of an aluminum material through a silicon rubber (not shown) having a thickness of 1 mm. The vibrator holding member 124 has a U-shape and is connected with a connecting rod 125. A spring receiver 126 is provided on the upper end of the connecting rod 125.
Are formed. On the other hand, the rail 121 is made of a stainless material whose surface is quench hardened, the surface is smoothly polished, and the linear guide fixing portion 122 is integrally fixed to the rear surface. The frame 13 is provided on the linear guide moving unit 123.
0 is fixed and is integrated with the upper frame 131.
The center portion of the upper frame 131 is tapped and a bolt 129 is screwed therein. A spring retainer 128 is attached to the bolt 129 so that the length of the spring 127 can be adjusted and the contact pressure between the ultrasonic transducer 110 and the rail 121 can be adjusted.

【0010】つぎに、この超音波モータの動作を説明す
る。前述のように超音波振動子110のA相とB相に交
番電圧を印加し、位相差を90度(または−90度)と
する。すると超音波振動子110の摺動面に超音波楕円
振動が励起されて、レールに対して右方向に(または左
方向に)移動する。
Next, the operation of this ultrasonic motor will be described. As described above, the alternating voltage is applied to the A phase and the B phase of the ultrasonic transducer 110 to set the phase difference to 90 degrees (or −90 degrees). Then, ultrasonic elliptical vibration is excited on the sliding surface of the ultrasonic transducer 110, and the ultrasonic vibrator 110 moves to the right (or left) with respect to the rail.

【0011】この従来技術によれば、積層型圧電素子を
用いて圧電縦効果を利用したので、電気−機械変換効率
が向上し、低電圧駆動が可能となった。また極めて簡易
な構成でコンパクトでありながら、出力の大きい超音波
リニアモータを得ることができるとともに、積層型圧電
素子に予圧をかけながら使用するので、モータの耐久性
を向上させることができる。
According to this prior art, since the piezoelectric longitudinal effect is utilized by using the laminated piezoelectric element, the electromechanical conversion efficiency is improved and the low voltage driving becomes possible. Further, it is possible to obtain an ultrasonic linear motor having a large output with a very simple structure and being compact, and since the laminated piezoelectric element is used while being preloaded, the durability of the motor can be improved.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
図7に示した従来技術の超音波振動子110を用いて、
回転型の超音波モータを構成しようとすると、図6に示
すように、超音波振動子110と、回転軸102を中心
に回転する回転体101とは、超音波振動子110の摺
動部材115で接触することになり、モータ自身が大型
化し、さらに、超音波振動子110に励起した超音波楕
円振動の伝播の効率がよくないという問題点があった。
However, using the conventional ultrasonic transducer 110 shown in FIG. 7 described above,
When an attempt is made to configure a rotary ultrasonic motor, as shown in FIG. 6, the ultrasonic transducer 110 and the rotating body 101 rotating about the rotation shaft 102 are the sliding members 115 of the ultrasonic transducer 110. Therefore, there is a problem that the motor itself becomes large and the efficiency of propagation of ultrasonic elliptical vibration excited in the ultrasonic transducer 110 is not good.

【0013】本発明は上記従来の問題点に鑑みてなされ
たもので、請求項1または2に係る発明の目的は、超音
波楕円振動の伝播の効率がよく、小型な回転型超音波モ
ータを具現することのできる超音波振動子を提供するこ
とである。請求項3または4に係る発明の目的は、前記
超音波振動子を用いた小型形状の回転型超音波モータを
提供することである。
The present invention has been made in view of the above problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a rotary ultrasonic motor which is small in size and has high efficiency of propagation of ultrasonic elliptical vibration. An object is to provide an ultrasonic transducer that can be realized. An object of the invention according to claim 3 or 4 is to provide a small-sized rotary ultrasonic motor using the ultrasonic vibrator.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項1または2に係る発明は、少なくとも2つの
電気機械変換素子と、該電気機械変換素子を固着した弾
性体と、少なくとも2つの駆動子とからなり、2つの振
動モードを合成して超音波楕円振動を発生する超音波振
動子において、前記弾性体は円弧形状を成し、円弧形状
の弾性体の内外周面にに沿って少なくとも2ヶ所に凹部
を設けて前記電気機械変換素子を配設したことを特徴と
する。請求項3または4に係る発明は、請求項1記載の
超音波振動子と、該超音波振動子の駆動子に対し押圧保
持されるロータとから構成したことを特徴とする。
In order to solve the above problems, the invention according to claim 1 or 2 provides at least two electromechanical conversion elements, an elastic body to which the electromechanical conversion elements are fixed, and at least two electromechanical conversion elements. In the ultrasonic transducer that is composed of two driver elements and generates two ultrasonic vibration modes to generate ultrasonic elliptical vibration, the elastic body has a circular arc shape, and the elastic body has a circular arc shape along the inner and outer peripheral surfaces thereof. The electromechanical conversion element is provided by providing recesses in at least two places. The invention according to claim 3 or 4 is characterized by comprising the ultrasonic vibrator according to claim 1 and a rotor that is pressed and held against a driver of the ultrasonic vibrator.

【0015】[0015]

【作用】請求項1または2に係る発明の作用では、弾性
体の形状を円弧形状とし、弾性体の円弧の伸び振動と、
弾性体の円弧面内の屈曲振動とを合成することにより弾
性体の表面の各部に超音波楕円振動を発生させる。超音
波楕円振動は2つの駆動子を介して、これに接する回転
体に伝播するが、弾性体の円弧の中心に回転体の軸心を
合致させるとき、超音波楕円振動は最も効率よく働く。
請求項2に係る発明の作用では、上記作用に加え、超音
波振動子が内外周に複数配設されたので、超音波楕円振
動が強力に励起される。請求項3または4に係る発明の
作用では、請求項1記載の超音波振動子の駆動子に、ロ
ータの表面が押圧されているので、駆動子より超音波楕
円振動が伝播し、ロータが回転する。請求項4に係る発
明の作用では、上記作用に加え、ロータを囲繞して超音
波振動子を複数設けたので、ロータの回転力が強力にな
る。
In the operation of the invention according to claim 1 or 2, the elastic body is formed into an arc shape, and the extension vibration of the arc of the elastic body is generated.
The ultrasonic elliptical vibration is generated at each part of the surface of the elastic body by combining with the bending vibration in the arc surface of the elastic body. The ultrasonic elliptical vibration propagates to the rotating body that is in contact with the ultrasonic elliptical vibration through the two driving elements, but when the axis of the rotating body is aligned with the center of the arc of the elastic body, the ultrasonic elliptical vibration works most efficiently.
In the operation of the invention according to claim 2, in addition to the above-mentioned operation, since the plurality of ultrasonic transducers are arranged on the inner and outer circumferences, the ultrasonic elliptical vibration is strongly excited. In the operation of the invention according to claim 3 or 4, since the surface of the rotor is pressed against the driver of the ultrasonic vibrator according to claim 1, ultrasonic elliptical vibration propagates from the driver and the rotor rotates. To do. In the operation of the invention according to claim 4, in addition to the above-mentioned operation, since the plurality of ultrasonic vibrators are provided surrounding the rotor, the rotational force of the rotor becomes strong.

【0016】[0016]

【実施例1】図1〜図4は第1実施例を示し、図1は超
音波振動子の概略構成図、図2は超音波振動子の作用を
示す状態図、図3は超音波モータの概略構成図、図4は
超音波モータの変形例を示す正面図である。
Embodiment 1 FIGS. 1 to 4 show a first embodiment, FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an ultrasonic oscillator, FIG. 2 is a state diagram showing the action of the ultrasonic oscillator, and FIG. 3 is an ultrasonic motor. FIG. 4 is a front view showing a modification of the ultrasonic motor.

【0017】図1において、(a)は超音波振動子10
の正面図、(b)は側面図である。11は弾性体であ
り、黄銅などの銅合金よりなる。弾性体11は円弧形状
をなし、図示のように、円弧外周面に沿って、対称位置
の2ヶ所に凹部11aが設けられている。凹部11aに
は、電気機械変換素子たる積層型圧電素子12が、その
積層方向に圧縮力をかけた状態で挿入配置され、弾性体
11とは接触する全ての面においてエポキシ樹脂により
接着されている。積層型圧電素子12は電極処理された
圧電素子を数十枚から数百枚積層したものであって、ト
ーキン(株)の積層型圧電素子NLA−2×3×9を用
いた。その寸法は2mm×3.1mm×9mmである。積層型
圧電素子12は、その両端面以外の部分は、図示を省略
しているがエポキシ系樹脂により被覆されている(被覆
厚:約20μm程度)。
In FIG. 1, (a) shows an ultrasonic transducer 10
Is a front view, and (b) is a side view. An elastic body 11 is made of a copper alloy such as brass. The elastic body 11 has an arc shape, and as shown in the drawing, recesses 11a are provided at two symmetrical positions along the arc outer peripheral surface. A laminated piezoelectric element 12, which is an electromechanical conversion element, is inserted and arranged in the recess 11a in a state in which a compressive force is applied in the laminating direction, and is bonded by an epoxy resin on all surfaces that come into contact with the elastic body 11. . The laminated piezoelectric element 12 is a laminated piezoelectric element NLA-2 × 3 × 9 manufactured by Tokin Co., Ltd., which is formed by laminating several tens to several hundreds of electrode-treated piezoelectric elements. Its dimensions are 2 mm x 3.1 mm x 9 mm. The laminated piezoelectric element 12 is covered with an epoxy resin, although not shown, except for the both end surfaces (coating thickness: about 20 μm).

【0018】弾性体11の円弧内周面には、図示のよう
に、砥石材からなる駆動子14が2カ所に固着されてい
る。駆動子14の固着位置は、屈曲振動の振幅が極大を
示す位置と合致している。また弾性体11の中心部には
φ2のステンレス材からなるピン13が弾性体11を挿
通して表裏に突設されている。ピン13の位置は、1次
の円弧の伸縮振動と、円弧の2次の屈曲振動の共通の節
の位置と合致している。さらに、図1の(a)におい
て、左の積層型圧電素子12に接続している電気端子は
A,GND(A相とよぶ)であり、右の積層型圧電素子
12に接続している電気端子はB,GND(B相とよ
ぶ)である。
As shown in the drawing, a driver element 14 made of a grindstone material is fixed at two locations on the inner peripheral surface of the arc of the elastic body 11. The fixed position of the driver element 14 coincides with the position where the amplitude of the bending vibration shows a maximum. In addition, a pin 13 made of a stainless steel material having a diameter of φ2 is inserted into the elastic body 11 at the center of the elastic body 11 so as to project from the front and back. The position of the pin 13 coincides with the position of the common node of the expansion and contraction vibration of the primary arc and the secondary bending vibration of the arc. Further, in FIG. 1A, the electric terminals connected to the left laminated piezoelectric element 12 are A and GND (referred to as A phase), and the electric terminals connected to the right laminated piezoelectric element 12 are The terminals are B and GND (called B phase).

【0019】つぎに、超音波振動子10の作用について
説明する。超音波振動子10では、図2の(a)に示す
ような1次の円弧の伸縮振動、図2の(b)に示すよう
な円弧の2次の屈曲振動がほぼ同一周波数で励起され
る。その周波数は53kHz〜56kHz程度に調整されて
いる。まず、A相に周波数Fr で振幅10Vp-p の交番
電圧を印加し、B相に同一周波数、同振幅で同位相の交
番電圧を印加すると、図2の(a)に示すような1次の
円弧の伸縮振動が励起される。つぎに、A相に周波数F
r で振幅10Vp-p の交番電圧を印加し、B相に同一周
波数、同振幅で逆位相の交番電圧を印加すると、図2の
(b)に示すような二次の屈曲振動が励起される。ま
た、A相に周波数Fr で振幅10Vp-p の交番電圧を印
加し、B相に同一周波数、同振幅で位相が±π/2異な
る交番電圧を印加すると、図1の(a)の駆動子14の
位置において超音波楕円運動が励起された。
Next, the operation of the ultrasonic transducer 10 will be described. In the ultrasonic transducer 10, the expansion and contraction vibration of the primary arc as shown in FIG. 2A and the secondary bending vibration of the arc as shown in FIG. 2B are excited at substantially the same frequency. . The frequency is adjusted to about 53 kHz to 56 kHz. First, when an alternating voltage having an amplitude of 10 Vp-p with a frequency Fr is applied to the A-phase and an alternating voltage having the same frequency and the same amplitude and the same phase is applied to the B-phase, the primary voltage as shown in FIG. Stretching vibration of the arc is excited. Next, frequency A is added to phase A
When an alternating voltage with an amplitude of 10 Vp-p is applied at r and an alternating voltage with the same frequency and the same amplitude and opposite phase is applied to the B phase, a secondary bending vibration as shown in Fig. 2 (b) is excited. . When an alternating voltage with a frequency Fr and an amplitude of 10 Vp-p is applied to the A phase, and an alternating voltage with the same frequency and the same amplitude but a phase difference of ± π / 2 is applied to the B phase, the driver shown in FIG. An ultrasonic elliptical motion was excited at 14 positions.

【0020】超音波振動子10の効果について説明す
る。弾性体14が円弧形状に形成され、その内周面に駆
動体14が配設されているので、円弧の中心に回転体を
置くとき、超音波楕円運動が効率よく作用し、回転体の
回転が円滑に行われる。
The effect of the ultrasonic transducer 10 will be described. Since the elastic body 14 is formed in an arc shape and the driving body 14 is arranged on the inner peripheral surface thereof, when the rotating body is placed at the center of the arc, the ultrasonic elliptical motion works efficiently and the rotating body rotates. Is done smoothly.

【0021】つぎに、上述の超音波振動子10を用いた
回転型超音波モータ20について説明する。図3におい
て、21はロータであり、ジルコニアセラミックスの回
転体からなる。ロータ21の中心部には、穴が設けられ
ており、図示を省略した軸受けを介して固定軸22に対
し回転自在に嵌装している。また。ロータ21の軸心と
超音波振動子10の円弧中心とは合致しており、超音波
振動子10とロータ21とは、バネ24により駆動子1
4の部分にて互いに押圧保持されている。バネ24は超
音波振動子10のピン13とロータ22の中心部に設け
た突起部23との間に掛けられて保持されている。ま
た、超音波振動子10自体がロータ21の周りに回転す
るのを防止するため、ピン23は図示を省略した基台に
固着されている。
Next, a rotary ultrasonic motor 20 using the above ultrasonic vibrator 10 will be described. In FIG. 3, reference numeral 21 is a rotor, which is composed of a rotating body of zirconia ceramics. A hole is provided in the center of the rotor 21, and the rotor 21 is rotatably fitted to the fixed shaft 22 via a bearing (not shown). Also. The axial center of the rotor 21 and the arc center of the ultrasonic transducer 10 are aligned with each other, and the ultrasonic transducer 10 and the rotor 21 are connected to each other by the spring 24.
The portions 4 are pressed and held together. The spring 24 is hooked and held between the pin 13 of the ultrasonic transducer 10 and the protrusion 23 provided at the center of the rotor 22. Further, in order to prevent the ultrasonic transducer 10 itself from rotating around the rotor 21, the pin 23 is fixed to a base (not shown).

【0022】つぎに、超音波モータ20の作用について
説明する。上述のように、超音波振動子10のA相とB
相に周波数Fr (53kHz〜56kHzの間の周波数)、
振幅10Vp-p 、位相差+π/2または−π/2の交番
電圧を印加する。すると、ロータ20は約120rpm の
回転速度で時計方向または反時計方向に回転した。
Next, the operation of the ultrasonic motor 20 will be described. As described above, the phases A and B of the ultrasonic transducer 10 are
Frequency Fr (frequency between 53 kHz and 56 kHz) in phase,
An alternating voltage having an amplitude of 10 Vp-p and a phase difference of + π / 2 or −π / 2 is applied. Then, the rotor 20 rotated clockwise or counterclockwise at a rotation speed of about 120 rpm.

【0023】回転型超音波モータ20の効果について説
明する。超音波振動子10の円弧中心にロータ21を配
設した構成になっているので、回転型超音波モータを小
型化できるとともに、効率のよい回転力を得ることがで
きる。
The effect of the rotary ultrasonic motor 20 will be described. Since the rotor 21 is arranged at the center of the circular arc of the ultrasonic transducer 10, the rotary ultrasonic motor can be downsized and efficient rotating force can be obtained.

【0024】本実施例の超音波振動子10の変形例につ
いて説明する。本実施例では図1の(a)に示すよう
に、弾性体11の円弧外周面に沿って積層型圧電素子1
2を配し、円弧内周面に駆動子14を突設しているが、
逆に円弧外周面に駆動子14を突設し、円弧内周面に沿
って積層型圧電素子12を固設してもよい。この場合に
は、駆動される回転体は円環状をなし、その内周面にて
駆動子14と接触することとなる。中空回転体を回転さ
せ、中空回転体の外周部に、超音波振動子を保持するス
ペースがとれないときなどに有効である。
A modification of the ultrasonic transducer 10 of this embodiment will be described. In this embodiment, as shown in FIG. 1A, the laminated piezoelectric element 1 is formed along the arc outer peripheral surface of the elastic body 11.
2 are arranged, and the driver element 14 is projected on the inner circumferential surface of the arc,
Conversely, the driver element 14 may be provided so as to project from the outer circumferential surface of the arc, and the laminated piezoelectric element 12 may be fixedly provided along the inner circumferential surface of the arc. In this case, the driven rotating body has an annular shape, and its inner peripheral surface comes into contact with the driver element 14. This is effective when the hollow rotating body is rotated and a space for holding the ultrasonic transducer cannot be provided on the outer peripheral portion of the hollow rotating body.

【0025】つぎに、本実施例の超音波モータ20の変
形例について説明する。図4はこの変形例に係る超音波
モータ30を示す。31はロ−タで、このロータ31を
挟持するように、超音波振動子10が2個配置されてい
る。32は固定軸であり、ロータ31を軸支している。
また、33は板バネであり、固定軸32に嵌装するとと
もに、超音波振動子10のピン13に両端で係合し、ロ
ータ31に超音波振動子10を押圧するようにしてい
る。このように、超音波振動子10を2個配置したの
で、モータの出力を2倍にすることができる。なお、本
変形例では、超音波振動子を2個配置したが、3個以上
の複数であってもよい。
Next, a modification of the ultrasonic motor 20 of this embodiment will be described. FIG. 4 shows an ultrasonic motor 30 according to this modification. Reference numeral 31 is a rotor, and two ultrasonic transducers 10 are arranged so as to sandwich the rotor 31. A fixed shaft 32 supports the rotor 31.
A leaf spring 33 is fitted on the fixed shaft 32 and engages with the pin 13 of the ultrasonic transducer 10 at both ends to press the ultrasonic transducer 10 against the rotor 31. Since the two ultrasonic transducers 10 are arranged in this way, the output of the motor can be doubled. Although two ultrasonic transducers are arranged in the present modification, a plurality of ultrasonic transducers may be arranged.

【0026】[0026]

【実施例2】図5は第2実施例の超音波振動子40を示
す正面図である。本実施例の超音波振動子40は基本的
には第1実施例の超音波振動子10と同様のため、同一
の部材には、同一の番号を付し説明を省略する。
Second Embodiment FIG. 5 is a front view showing an ultrasonic transducer 40 of a second embodiment. The ultrasonic oscillator 40 of the present embodiment is basically the same as the ultrasonic oscillator 10 of the first embodiment, and therefore, the same members are given the same numbers and their explanations are omitted.

【0027】図5において、41は弾性体であり、円弧
形状をしている。弾性体41の円弧外周面および円弧内
周面の対称な位置には、2カ所づつ凹部41aが設けら
れ、その凹部41aには積層型圧電素子12が嵌装固着
されている。円弧内周面側の積層型圧電素子12の上に
は、図示のように駆動子14が固着されている。積層型
圧電素子12と弾性体41とは接着剤にて一体化されて
いるので、超音波楕円振動は円弧内周面側の積層型圧電
素子12のみならず、円弧外周側の積層型圧電素子12
の超音波楕円振動も駆動子14に伝播する。また、4個
の積層型圧電素子12に接続している電気端子AとA’
(A相とよぶ)が結線され、電気端子BとB’(B相と
よぶ)が結線されている。グランド端子GNDは図示を
省略してある。
In FIG. 5, reference numeral 41 denotes an elastic body having an arc shape. Two recesses 41a are provided at symmetrical positions on the arc outer peripheral surface and the arc inner peripheral surface of the elastic body 41, and the laminated piezoelectric element 12 is fitted and fixed in the recesses 41a. A driver element 14 is fixed to the laminated piezoelectric element 12 on the inner peripheral surface side of the arc as shown in the figure. Since the laminated piezoelectric element 12 and the elastic body 41 are integrated by an adhesive, ultrasonic elliptical vibration is not limited to the laminated piezoelectric element 12 on the inner peripheral surface side of the arc, but the laminated piezoelectric element on the outer peripheral side of the arc. 12
The ultrasonic elliptical vibration of is also propagated to the driver 14. Further, the electric terminals A and A ′ connected to the four laminated piezoelectric elements 12
(Phase A) is connected, and electrical terminals B and B '(Phase B) are connected. Illustration of the ground terminal GND is omitted.

【0028】本実施例の超音波振動子40の作用を説明
する。超音波振動子40の作用も基本的には第1実施例
の超音波振動子10と同様のため、異なる部分のみ説明
する。A相に周波数Fr で振幅10Vp-p の交番電圧を
印加し、B相に同一周波数、同振幅で位相が±π/2異
なる交番電圧を印加すると、図5の駆動子14の位置に
て、超音波楕円振動が励起された。
The operation of the ultrasonic transducer 40 of this embodiment will be described. Since the operation of the ultrasonic oscillator 40 is basically the same as that of the ultrasonic oscillator 10 of the first embodiment, only different parts will be described. When an alternating voltage having a frequency Fr and an amplitude of 10 Vp-p is applied to the A phase, and an alternating voltage having the same frequency and the same amplitude and a phase difference of ± π / 2 is applied to the B phase, the position of the driver 14 in FIG. The ultrasonic elliptical vibration was excited.

【0029】超音波振動子40の効果について説明す
る。第1実施例の超音波振動子10の効果に加え、積層
型圧電素子を2倍使用したので、超音波楕円振動の出力
を大きくすることができた。
The effect of the ultrasonic transducer 40 will be described. In addition to the effect of the ultrasonic transducer 10 of the first embodiment, the double-layered piezoelectric element is used, so that the output of ultrasonic elliptical vibration can be increased.

【0030】また、第1実施例で示した図3の超音波モ
ータ20や、図4の超音波モ−タ30の超音波振動子1
0に替えて、本実施例の超音波振動子40を用いると、
さらに出力の大きな回転型超音波モータを得ることがで
きる。
The ultrasonic motor 20 of FIG. 3 shown in the first embodiment and the ultrasonic vibrator 1 of the ultrasonic motor 30 of FIG.
If the ultrasonic transducer 40 of this embodiment is used instead of 0,
Further, a rotary ultrasonic motor having a large output can be obtained.

【0031】第1実施例および本実施例においては、電
気機械変換素子として積層型圧電素子を用いているが、
これに限らず磁歪素子を用いても同様な効果が得られ
る。
In the first embodiment and this embodiment, the laminated piezoelectric element is used as the electromechanical conversion element.
Not limited to this, the same effect can be obtained by using a magnetostrictive element.

【0032】[0032]

【発明の効果】請求項1〜2に係る発明によれば、超音
波楕円振動の伝播の効率がよく、小型な回転型超音波モ
ータを具現することのできる超音波振動子を提供するこ
とができる。請求項2に係る発明によれば、上記効果に
加え、超音波楕円振動を強力にすることができる。請求
項3〜4に係る発明によれば、簡単な構成により、高ト
ルクの小型な回転型超音波モータを提供することができ
る。請求項4に係る発明によれば、上記効果に加え、回
転型超音波モータの出力を大きくすることができる。
According to the first and second aspects of the present invention, it is possible to provide an ultrasonic transducer having a high efficiency of propagation of ultrasonic elliptical vibration and capable of embodying a small rotary ultrasonic motor. it can. According to the invention of claim 2, in addition to the above effects, ultrasonic elliptical vibration can be strengthened. According to the invention according to claims 3 to 4, it is possible to provide a small rotary ultrasonic motor of high torque with a simple configuration. According to the invention of claim 4, in addition to the above effects, the output of the rotary ultrasonic motor can be increased.

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

【図1】第1実施例の超音波振動子を示す概略構成図で
ある。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an ultrasonic transducer of a first embodiment.

【図2】第1実施例の超音波振動子の作用を示す状態図
である。
FIG. 2 is a state diagram showing the operation of the ultrasonic transducer of the first embodiment.

【図3】第1実施例の超音波モータを示す概略構成図で
ある。
FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing an ultrasonic motor according to a first embodiment.

【図4】第1実施例の超音波モータの変形例を示す正面
図である。
FIG. 4 is a front view showing a modification of the ultrasonic motor according to the first embodiment.

【図5】第2実施例の超音波振動子を示す正面図であ
る。
FIG. 5 is a front view showing an ultrasonic transducer of a second embodiment.

【図6】従来技術を説明するための概略構成図である。FIG. 6 is a schematic configuration diagram for explaining a conventional technique.

【図7】従来技術の超音波振動子を示す斜視図である。FIG. 7 is a perspective view showing a conventional ultrasonic transducer.

【図8】従来技術の超音波振動子の作用を示す斜視図で
ある。
FIG. 8 is a perspective view showing an operation of a conventional ultrasonic transducer.

【図9】従来技術の超音波振動子の作用を示す斜視図で
ある。
FIG. 9 is a perspective view showing the operation of a conventional ultrasonic transducer.

【図10】従来技術の超音波モータを示す正面図であ
る。
FIG. 10 is a front view showing a conventional ultrasonic motor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 超音波振動子 11 弾性体 11a 凹部 12 超音波振動子 13 ピン 14 駆動子 10 Ultrasonic Transducer 11 Elastic Body 11a Recess 12 Ultrasonic Transducer 13 Pin 14 Driver

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 粂井 一裕 東京都渋谷区幡ヶ谷2丁目43番2号 オリ ンパス光学工業株式会社内 (72)発明者 谷口 芳久 東京都渋谷区幡ヶ谷2丁目43番2号 オリ ンパス光学工業株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Kazuhiro Awai 2-43-2 Hatagaya, Shibuya-ku, Tokyo Olympus Optical Co., Ltd. (72) Inventor Yoshihisa Taniguchi 2-43-2 Hatagaya, Shibuya-ku, Tokyo Olympus Optical Industry Co., Ltd.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 少なくとも2つの電気機械変換素子と、
該電気機械変換素子を固着した弾性体と、少なくとも2
つの駆動子とからなり、2つの振動モードを合成して超
音波楕円振動を発生する超音波振動子において、 前記弾性体は円弧形状を成し、円弧形状の弾性体の内外
周面に沿って少なくとも2ヶ所に凹部を設けて前記電気
機械変換素子を配設したことを特徴とする超音波振動
子。
1. At least two electromechanical conversion elements,
An elastic body to which the electromechanical conversion element is fixed, and at least 2
An ultrasonic transducer that is composed of two driver elements and generates ultrasonic elliptical vibration by combining two vibration modes, wherein the elastic body has an arc shape, and the elastic body has an arc shape along the inner and outer peripheral surfaces. An ultrasonic transducer, wherein the electromechanical conversion element is provided by providing recesses at least at two positions.
【請求項2】 前記電気機械変換素子を配設した凹部
は、弾性体の外周部に2ヶ所、内周部に2ヶ所であるこ
とを特徴とする請求項1記載の超音波振動子。
2. The ultrasonic transducer according to claim 1, wherein the recesses in which the electromechanical conversion elements are arranged are provided at two locations on the outer peripheral portion and two locations on the inner peripheral portion of the elastic body.
【請求項3】 請求項1記載の超音波振動子と、該超音
波振動子の駆動子に対し押圧保持されるロータとから構
成したことを特徴とする超音波モータ。
3. An ultrasonic motor, comprising: the ultrasonic vibrator according to claim 1; and a rotor that is pressed and held by a driver of the ultrasonic vibrator.
【請求項4】 請求項1記載の超音波振動子を、前記ロ
ータを囲繞して複数設けたことを特徴とする請求項3記
載の超音波モータ。
4. The ultrasonic motor according to claim 3, wherein a plurality of ultrasonic vibrators according to claim 1 are provided so as to surround the rotor.
JP6228861A 1994-08-30 1994-08-30 Ultrasonic piezoelectric transducer and ultrasonic motor Withdrawn JPH0870589A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP6228861A JPH0870589A (en) 1994-08-30 1994-08-30 Ultrasonic piezoelectric transducer and ultrasonic motor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP6228861A JPH0870589A (en) 1994-08-30 1994-08-30 Ultrasonic piezoelectric transducer and ultrasonic motor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH0870589A true JPH0870589A (en) 1996-03-12

Family

ID=16883038

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP6228861A Withdrawn JPH0870589A (en) 1994-08-30 1994-08-30 Ultrasonic piezoelectric transducer and ultrasonic motor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH0870589A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015525557A (en) * 2012-06-15 2015-09-03 コミッサリア ア レネルジー アトミーク エ オ ゼネルジ ザルタナテイヴ Actuator for ultrasonic motor and ultrasonic motor provided with at least one such actuator

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015525557A (en) * 2012-06-15 2015-09-03 コミッサリア ア レネルジー アトミーク エ オ ゼネルジ ザルタナテイヴ Actuator for ultrasonic motor and ultrasonic motor provided with at least one such actuator
US10063163B2 (en) 2012-06-15 2018-08-28 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Actuator for an ultrasonic motor and ultrasonic motor comprising at least one such actuator

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4119903B2 (en) Flat plate piezoelectric ultrasonic motor
JPH07163162A (en) Ultrasonic oscillator
Cagatay et al. A Piezoelectric Micromotor with a Stator of φ= 1.6 mm and l= 4 mm Using Bulk PZT
JPH099656A (en) Ultrasonic vibrator and ultrasonic motor
JPH0870589A (en) Ultrasonic piezoelectric transducer and ultrasonic motor
JP3444502B2 (en) Ultrasonic linear motor
JP3477304B2 (en) Ultrasonic motor drive
JP3353998B2 (en) Ultrasonic transducer
JPH066989A (en) Ultrasonic linear motor
JPH02311184A (en) Ultrasonic motor
JPH08163879A (en) Ultrasonic oscillator and ultrasonic motor
Koc et al. Design of a piezoelectric ultrasonic motor for micro-robotic application
JP4721558B2 (en) Ultrasonic motor device
JP2683587B2 (en) Ultrasonic motor
JPS62277079A (en) Piezoelectric driving device
JP3318122B2 (en) Ultrasonic transducer
JPS60174078A (en) Piezoelectric motor
JPH09121571A (en) Ultrasonic vibrator and ultrasonic linear motor or ultrasonic motor using it
JP2003033054A (en) Ultrasonic motor device
JP3566696B2 (en) Vibration wave drive
JPH07337044A (en) Ultrasonic actuator
JPH09289785A (en) Ultrasonic-motor driving device
JP2518647B2 (en) Ultrasonic motor
JPH07178370A (en) Vibrator and vibrating actuator
JP3192023B2 (en) Ultrasonic transducer

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20011106