JPH0937576A - Ultrasonic motor and driving method therefor - Google Patents

Ultrasonic motor and driving method therefor

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JPH0937576A
JPH0937576A JP7183947A JP18394795A JPH0937576A JP H0937576 A JPH0937576 A JP H0937576A JP 7183947 A JP7183947 A JP 7183947A JP 18394795 A JP18394795 A JP 18394795A JP H0937576 A JPH0937576 A JP H0937576A
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JP
Japan
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ultrasonic
ultrasonic motor
longitudinal resonance
energy conversion
mechanical energy
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Application number
JP7183947A
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Japanese (ja)
Inventor
Toshiharu Tsubata
敏晴 津幡
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Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
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Publication date
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  • Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ultrasonic motor the direction of the rotation of which can be bidirectionally changed. SOLUTION: Piezoelectric elements 3a, 3b are secured on a horn 1 and a collar 2 to form the ultrasonic vibrator of an ultrasonic motor. Alternating- current voltage is applied to the piezoelectric elements 3a, 3b to produce longitudinal resonance oscillation in the ultrasonic vibrator, and the rotor 8 of the ultrasonic motor is thereby driven. The ultrasonic vibrator is provided with a step 2a that produces a plurality of longitudinal resonance oscillations to generate bidirectional rotational force so that the rotor 8 can be bidirectionally and rotationally driven.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波振動エネル
ギーを回転エネルギーに変換する超音波モータ及びその
駆動方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultrasonic motor for converting ultrasonic vibration energy into rotational energy and a driving method thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】弾性体に圧電素子を固定して超音波振動
子を構成し、圧電素子に交流電圧を印加して前記超音波
振動子に超音波振動を発生させてロータを回転させるよ
うにした超音波モータとして、本願出願人が先に出願し
た特開平2−55584号公報に係る明細書に記載した
超音波モータがある。
2. Description of the Related Art An ultrasonic vibrator is constructed by fixing a piezoelectric element to an elastic body, and an AC voltage is applied to the piezoelectric element to generate ultrasonic vibration in the ultrasonic vibrator to rotate a rotor. As such an ultrasonic motor, there is an ultrasonic motor described in the specification of Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-55584 filed by the applicant of the present application.

【0003】この超音波モータを図9、図10を参照し
て説明する。図9、図10に示す超音波モータにおける
超音波振動子101は、圧電素子102を、なだらかな
斜面を1面に有する突起を2つ持つホーン103と、カ
ラー104とで挟み、ボルト105で締め付け固定して
構成される。
This ultrasonic motor will be described with reference to FIGS. 9 and 10. The ultrasonic transducer 101 in the ultrasonic motor shown in FIGS. 9 and 10 sandwiches a piezoelectric element 102 between a horn 103 having two protrusions each having a gentle slope and a collar 104 and tightening with a bolt 105. It is fixedly configured.

【0004】前記ホーン103の軸芯孔部を貫通したボ
ルト105には、ロータ106が軸受107を介して支
持されており、このロータ106は、ボルト105に螺
着したナット108と、ナット108と軸受107との
間に弾装したバネ109を介してホーン103の突起1
10の接触面111に押圧接触せしめられている。
A rotor 106 is supported by a bolt 105 penetrating the shaft hole of the horn 103 via a bearing 107. The rotor 106 has a nut 108 screwed to the bolt 105 and a nut 108. Protrusion 1 of horn 103 via spring 109 mounted between bearing 107 and
The contact surface 111 of 10 is pressed into contact.

【0005】前記圧電素子102の電気端子112に所
定の周波数の交流電圧を印加すると、圧電素子102に
生じる歪みにより励起される超音波振動がホーン103
の先端に伝播し縦振動として接触面111を図9におい
て上下方向変位させる。同時にホーン103の突起形状
により超音波振動がホーン103先端の接触面111に
伝播する過程で振動の一部が方向を変えて図9に示す矢
印113の方向の振動となる。これら2方向の振動が合
成されて、ロータ106を回転させる振動となる。
When an AC voltage having a predetermined frequency is applied to the electric terminal 112 of the piezoelectric element 102, ultrasonic vibration excited by the strain generated in the piezoelectric element 102 is generated in the horn 103.
9 propagates to the tip of the contact surface 111 to cause vertical vibration to displace the contact surface 111 in the vertical direction in FIG. At the same time, due to the protrusion shape of the horn 103, a part of the vibration changes its direction in the process in which ultrasonic vibration propagates to the contact surface 111 at the tip of the horn 103, and becomes vibration in the direction of arrow 113 shown in FIG. The vibrations in these two directions are combined into vibrations that rotate the rotor 106.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た超音波モータは、超音波振動子101の形状により決
まる一方向にしかロータ106を回転させることしかで
きなかった。このため、ロータ106の回転方向を切り
換えて使用しようとする場合には、ギアやクラッチ等を
用いた回転方向切り換機構を用いて機械的に回転伝達の
方向切り換えを行う必要があり、機構的に複雑になると
いう問題があった。
However, the above-described ultrasonic motor can only rotate the rotor 106 in one direction determined by the shape of the ultrasonic transducer 101. For this reason, when the rotation direction of the rotor 106 is to be switched and used, it is necessary to mechanically switch the rotation transmission direction using a rotation direction switching mechanism using a gear, a clutch, or the like. There was a problem that it became complicated.

【0007】本発明は、上記問題点を改善するためにな
されたものであり、従来例のように超音波振動子の形状
により回転方向が一方向に決定される構成であっても、
その回転方向を双方向に切り換えることができる超音波
モータ及びその駆動方法を提供することを目的とする。
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and even if the rotation direction is determined to be one direction by the shape of the ultrasonic transducer as in the conventional example,
It is an object of the present invention to provide an ultrasonic motor whose rotation direction can be switched bidirectionally and a driving method thereof.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は、
弾性体に電気−機械エネルギー変換素子を固定して超音
波振動子を構成し、前記電気−機械エネルギー変換素子
に交流電圧を印加することにより前記超音波振動子に縦
共振振動を発生させて被駆動体を駆動する超音波モータ
であって、前記超音波振動子に、前記縦共振振動を複数
発生させ被駆動体に対する双方向の回転力を生成する段
差を設けたことを特徴とするものだある。
According to the first aspect of the present invention,
An electric-mechanical energy conversion element is fixed to an elastic body to form an ultrasonic vibrator, and by applying an AC voltage to the electric-mechanical energy conversion element, longitudinal resonance vibration is generated in the ultrasonic vibrator and the ultrasonic vibration is generated. An ultrasonic motor for driving a driving body, wherein the ultrasonic transducer is provided with a step for generating a plurality of the longitudinal resonance vibrations and generating a bidirectional rotational force with respect to a driven body. is there.

【0009】請求項2記載の発明は、請求項1記載の超
音波モータにおける前記該電気−機械エネルギー変換素
子は、超音波振動子に発生する前記複数の縦共振振動の
略共通の節位置に配置したことを特徴とするものであ
る。
According to a second aspect of the present invention, the electro-mechanical energy conversion element in the ultrasonic motor according to the first aspect is located at a substantially common node position of the plurality of longitudinal resonance vibrations generated in the ultrasonic vibrator. It is characterized by being arranged.

【0010】請求項3記載の発明に係る超音波モータの
駆動方法は、弾性体に電気−機械エネルギー変換素子を
固定して超音波振動子を構成し、この超音波振動子に接
合した被駆動体を駆動する超音波モータに対して、前記
電気−機械エネルギー変換素子に周波数を変化させつつ
交流電圧を印加し、前記超音波振動子に設けた段差に基
づき超音波振動子に生じる複数の縦共振振動に応じた被
駆動体の回転方向を前記交流電圧の周波数変化により切
り替えることを特徴とするものである。
According to a third aspect of the present invention, there is provided an ultrasonic motor driving method in which an electromechanical energy conversion element is fixed to an elastic body to form an ultrasonic vibrator, and the driven element is joined to the ultrasonic vibrator. With respect to the ultrasonic motor that drives the body, an alternating voltage is applied to the electro-mechanical energy conversion element while changing the frequency, and a plurality of vertical lines are generated in the ultrasonic vibrator based on the steps provided in the ultrasonic vibrator. The rotation direction of the driven body according to the resonance vibration is switched by changing the frequency of the AC voltage.

【0011】請求項1記載の超音波モータによれば、超
音波振動子に、交流電圧の印加に伴って縦共振振動を複
数発生させ、被駆動体に対する双方向の回転力を生成す
る段差を設けたので、被駆動体を双方向に回転駆動する
ことができる。
According to the ultrasonic motor of the first aspect, a step is generated in the ultrasonic vibrator in which a plurality of longitudinal resonance vibrations are generated in accordance with the application of an AC voltage to generate a bidirectional rotational force with respect to the driven body. Since it is provided, the driven body can be rotationally driven in both directions.

【0012】請求項2記載の超音波モータによれば、請
求項1記載の超音波モータにおける前記該電気−機械エ
ネルギー変換素子を、超音波振動子に発生する前記複数
の縦共振振動の略共通の節位置に配置したので、複数の
縦共振振動を効率よく発生させることができる。
According to the ultrasonic motor of the second aspect, the electro-mechanical energy conversion element in the ultrasonic motor of the first aspect is substantially common to the plurality of longitudinal resonance vibrations generated in the ultrasonic oscillator. Since it is arranged at the node position of, a plurality of longitudinal resonance vibrations can be efficiently generated.

【0013】請求項3記載記載の超音波モータの駆動方
法によれば、前記電気−機械エネルギー変換素子に周波
数を変化させつつ交流電圧を印加することで、前記超音
波振動子に設けた段差に基づき超音波振動子に生じる複
数の縦共振振動に応じた被駆動体の回転方向を前記交流
電圧の周波数変化により切り替えることができる。
According to the ultrasonic motor driving method of the third aspect, by applying an AC voltage to the electro-mechanical energy conversion element while changing the frequency, a step provided on the ultrasonic vibrator is applied. Based on this, it is possible to switch the rotation direction of the driven body according to a plurality of longitudinal resonance vibrations generated in the ultrasonic transducer by changing the frequency of the AC voltage.

【0014】[0014]

【実施例】【Example】

[発明の第1の実施の形態]本発明の発明の第1の実施
の形態を図1乃至図6を参照して説明する。
[First Embodiment of the Invention] A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

【0015】(構成)図1、図2に示す発明の第1の実
施の形態の超音波モータは、上部になだらかな斜面を外
面に有する突起1aを2つ形成した弾性体としてのホー
ン1と、底部の中央部にくぼみ状の段差2aを有する弾
性体としてのカラー2とにより、電気−機械エネルギー
変換素子としての圧電素子3a、3bを挟み、ボルト7
でカラー2のくぼみ状部分2aの底面からホーン1の突
起の根元部までの間(寸法L4、L5 、L3 で示した部
分)を締結して、超音波振動子を構成している。
(Structure) The ultrasonic motor according to the first embodiment of the invention shown in FIGS. 1 and 2 is a horn 1 as an elastic body in which two protrusions 1a having an outer surface having a gentle slope are formed. , The collar 2 as an elastic body having a recessed step 2a at the center of the bottom portion, sandwiches the piezoelectric elements 3a, 3b as electric-mechanical energy conversion elements, and the bolt 7
Then, the ultrasonic transducer is constructed by fastening the space between the bottom surface of the recessed portion 2a of the collar 2 and the root of the protrusion of the horn 1 (portions indicated by the dimensions L4, L5, L3).

【0016】前記ホーン1の軸芯孔部を貫通したボルト
7には、被駆動体としてのロータ8が軸受9を介して支
持されており、このロータ8は、ボルト7に螺着したナ
ット11a、ナット11b及びナット11bと軸受9と
の間に弾装したバネ10を介してホーン1の2つの突起
に押圧接触せしめられている。
A rotor 8 as a driven body is supported by a bolt 7 penetrating the shaft hole of the horn 1 via a bearing 9. The rotor 8 is nut 11a screwed to the bolt 7. The nut 11b and the spring 10 mounted between the nut 11b and the bearing 9 are pressed into contact with the two protrusions of the horn 1.

【0017】前記圧電素子3a、3bは、図3に示すよ
うに、矢印で示した方向に分極されており、それぞれの
面には、電極4、5、6が挟まれ、電極4と6が結線さ
れて電気端子Aを、電極5が電気端子Bをそれぞれ構成
している。この電気端子A、B間には、図示しない駆動
電源により、周波数を任意に設定できる100Vp−p
程度の交流電圧を印加するようになっている。
As shown in FIG. 3, the piezoelectric elements 3a and 3b are polarized in the directions shown by the arrows, and the electrodes 4, 5 and 6 are sandwiched on their respective surfaces, and the electrodes 4 and 6 are placed therebetween. They are connected to form an electric terminal A, and the electrode 5 forms an electric terminal B. Between the electric terminals A and B, a drive power source (not shown) can set the frequency to 100 Vp-p.
An alternating voltage of a certain degree is applied.

【0018】尚、図1において、ホーン1の全長L1 と
カラー2の全長L2 は概略等しいか、又は、カラー2の
全長L2 がホーン1の全長L1 よりも10%程度短い寸
法としている。また、ホーン1の突起1aを除く部分の
長さL3 とカラー2のくぼみ状部分2aを除く部分の長
さL4 は概略等しく構成している。
In FIG. 1, the total length L1 of the horn 1 and the total length L2 of the collar 2 are substantially equal to each other, or the total length L2 of the collar 2 is about 10% shorter than the total length L1 of the horn 1. Further, the length L3 of the portion of the horn 1 excluding the protrusion 1a and the length L4 of the portion of the collar 2 excluding the recessed portion 2a are substantially equal.

【0019】(作用)本発明の実施の形態の超音波モー
タは、基本的には従来技術で説明したものと動作原理は
同じである。この超音波モータに印加する駆動電圧の振
幅は一定で、図4に示すようにホーン1の突起1aを除
く部分の長さLa 、ホーン1の長さLb を一定としてカ
ラー2のLc の長さを振って(変化させて)、駆動電圧
の周波数のみ超音波モータの回転出力が最大になるよう
に設定して実験したときの結果を図5、図6に示す。
尚、図5、図6において、×印を付した特性は反時計方
向(CCW)特性を示し、丸印を付した特性は時計方向
(CW)の特性を示している。
(Operation) The ultrasonic motor of the embodiment of the present invention basically has the same operation principle as that described in the prior art. The amplitude of the drive voltage applied to this ultrasonic motor is constant, and as shown in FIG. 4, the length La of the portion excluding the protrusion 1a of the horn 1 and the length Lb of the horn 1 are constant, and the length Lc of the collar 2 is constant. FIG. 5 and FIG. 6 show the results when an experiment was performed by shaking (changing) and setting so that the rotation output of the ultrasonic motor was maximized only for the frequency of the drive voltage.
In FIGS. 5 and 6, the characteristics marked with X indicate counterclockwise (CCW) characteristics, and the characteristics marked with circles indicate clockwise (CW) characteristics.

【0020】図5に示すように、Lc がLa の長さに近
いときには、超音波モータは反時計方向に回転し、Lc
とLa が略等しいときに回転出力が最大となった。
As shown in FIG. 5, when Lc is close to the length of La, the ultrasonic motor rotates counterclockwise and Lc
And La are approximately equal, the rotation output becomes maximum.

【0021】また、Lc がLb に近いときには時計方向
に回転し、Lc がLa より若干短いときに回転出力が最
大になった。また、Lc がLa 、Lb と比較してどちら
かも離れているときには、時計方向、反時計方向のいず
れにも回転しなかった。
When Lc is close to Lb, it rotates clockwise, and when Lc is slightly shorter than La, the rotation output becomes maximum. Further, when either Lc is farther from La or Lb, neither clockwise nor counterclockwise rotation occurs.

【0022】このとき、最も高回転出力が得られる最適
駆動周波数は、図6に示すように、時計方向と反時計方
向では異なることがわかった。
At this time, it was found that the optimum drive frequency at which the highest rotation output was obtained was different between the clockwise direction and the counterclockwise direction, as shown in FIG.

【0023】これらの実験結果は、本発明の実施の形態
の超音波モータにおいて、図4に示す(La +Lc +L
d )の長さの縦共振振動(1次モード)のときに反時計
方向に回転し、圧電素子3a、3bがこの長さの縦共振
振動の節位置となるLa とLc がほぼ等しいときに最も
高出力が得られることを意味する。
The results of these experiments are shown in FIG. 4 for the ultrasonic motor of the embodiment of the present invention (La + Lc + L).
When the longitudinal resonance vibration (first mode) of length d) rotates counterclockwise and the piezoelectric elements 3a and 3b are the node positions of the longitudinal resonance vibration of this length, La and Lc are substantially equal to each other. This means that the highest output can be obtained.

【0024】同様に、(Lb +Lc +Ld )の長さの縦
共振振動(1次モード)のとき時計方向に回転し、圧電
素子3a、3bがその縦共振の振動の節位置となるとき
に最も高出力が得られることを意味する。
Similarly, when the longitudinal resonance vibration of the length (Lb + Lc + Ld) (first-order mode) rotates in the clockwise direction, the piezoelectric elements 3a, 3b reach the nodal position of the vibration of the longitudinal resonance most. This means that high output can be obtained.

【0025】従って、この二つの縦共振振動をLc の長
さを振らずに発生させることができれば、圧電素子3
a、3bに印加する交流電圧の周波数を切り換えること
により、超音波モータのロータ8を時計方向/反時計方
向の双方向に回転させることができることになる。
Therefore, if these two longitudinal resonance vibrations can be generated without shaking the length of Lc, the piezoelectric element 3
By switching the frequency of the AC voltage applied to a and 3b, the rotor 8 of the ultrasonic motor can be rotated in both the clockwise and counterclockwise directions.

【0026】本発明の実施の形態では、上述した実験結
果を実現するために、図1、図2に示すように、前記カ
ラー2にくぼみ状の段差2aを設け、図1に示す(L3
+L4 +L5 )の長さで第1の1次縦共振振動を発生さ
せてロータ8を反時計方向に回転させ、図1に示す(L
1 +L2 +L5 )の長さで第2の1次縦共振振動を発生
させてロータ8を時計方向に回転させるようにしたもの
である。第1、第2の縦共振振動のいずれの場合にも、
圧電素子3a、3bの配置されている位置がそれぞれの
縦共振の節位置になる。
In the embodiment of the present invention, in order to realize the above-described experimental results, as shown in FIGS. 1 and 2, the collar 2 is provided with a recessed step 2a and is shown in FIG.
+ L4 + L5), the first primary longitudinal resonance vibration is generated and the rotor 8 is rotated counterclockwise, as shown in FIG.
The second primary longitudinal resonance vibration is generated with a length of 1 + L2 + L5) to rotate the rotor 8 clockwise. In both cases of the first and second longitudinal resonance vibrations,
The positions where the piezoelectric elements 3a and 3b are arranged are the node positions of the respective longitudinal resonances.

【0027】また、上述した実験結果より、前記電気端
子A−電気端子B間に印加する交流電圧の周波数を変化
させることにより、超音波モータのロータ8を時計方向
にも反時計方向にも回転することが確認された。
From the above experimental results, by changing the frequency of the AC voltage applied between the electric terminal A and the electric terminal B, the rotor 8 of the ultrasonic motor is rotated clockwise or counterclockwise. It was confirmed to do.

【0028】(効果)本発明の実施の形態により、交流
電圧の駆動周波数を変えることによりロータ8の回転方
向を時計方向にも反時計方向にも切り換えることができ
る超音波モータを実現できる。
(Effects) According to the embodiment of the present invention, it is possible to realize an ultrasonic motor capable of switching the rotation direction of the rotor 8 between the clockwise direction and the counterclockwise direction by changing the driving frequency of the AC voltage.

【0029】[発明の第2の実施の形態]本発明の発明
の第2の実施の形態を図7、図8を参照して説明する。
[Second Embodiment of the Invention] A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

【0030】(構成)図7、図8に示すように、なだら
かな斜面を1面に有する突起21aを2つ持つ弾性体と
してのホーン21と、中央部に溝状の段差22aを有す
る弾性体としてのカラー22とにより、電気−機械エネ
ルギー変換素子としての圧電素子23a、23bを挟
み、ボルト27でカラー22とホーン21の突起の根元
部までの間(寸法L22、L25、L23で示した部分)を締
結して、超音波振動子を構成する。
(Structure) As shown in FIGS. 7 and 8, a horn 21 as an elastic body having two protrusions 21a having a gentle slope on one surface, and an elastic body having a groove-like step 22a in the central portion. The piezoelectric element 23a, 23b as an electro-mechanical energy conversion element is sandwiched between the collar 22 and the collar 22 between the collar 22 and the root of the protrusion of the horn 21 with the bolt 27 (the portions indicated by the dimensions L22, L25, L23). ) Are fastened to form an ultrasonic transducer.

【0031】前記ホーン21の軸芯孔部を貫通したボル
ト27には、被駆動体としてのロータ28が軸受29を
介して支持されており、このロータ28はボルト27に
螺着したナット31a及び31bと、ナット31bと軸
受29との間に弾装したバネ30を介してホーン21の
2つの突起21aに押圧接触せしめられている。
A rotor 28 as a driven body is supported by a bolt 27 penetrating the shaft hole of the horn 21 via a bearing 29. The rotor 28 has a nut 31a screwed to the bolt 27 and The two protrusions 21a of the horn 21 are pressed into contact with each other via a spring 30 mounted between 31b, the nut 31b and the bearing 29.

【0032】前記圧電素子23a、23bは、発明の第
1の実施の形態の図3に示したものと同様に構成され、
電気端子A、電気端子Bを有している。また、発明の第
1の実施の形態の場合と同様、前記ホーン21の全長L
21とカラーの全長L22は概略等しいか、又はL22の方が
1割程度短く、さらに、ホーン21の突起21aを除く
部分の長さL23とカラー22の段差22aまでの長さL
24は概略等しく構成している。
The piezoelectric elements 23a and 23b are constructed similarly to those shown in FIG. 3 of the first embodiment of the invention,
It has an electric terminal A and an electric terminal B. Further, as in the case of the first embodiment of the invention, the total length L of the horn 21 is L.
21 and the overall length L22 of the collar are approximately equal, or L22 is shorter by about 10%, and the length L23 of the portion excluding the protrusion 21a of the horn 21 and the length L to the step 22a of the collar 22.
24 is configured approximately the same.

【0033】(作用)本発明の実施の形態では、発明の
第1の実施の形態で説明した回転方向が時計方向と反時
計方向のときにそれぞれ対応する二つの縦共振振動を実
現するために、カラー22に溝状の段差22aを設けて
いる。
(Operation) In the embodiment of the present invention, in order to realize two longitudinal resonance vibrations respectively corresponding to the clockwise and counterclockwise directions of rotation described in the first embodiment of the invention. The collar 22 is provided with a groove-like step 22a.

【0034】これにより、(L23+L24+L25)の長さ
で第1の1次縦共振振動を発生させてロータ28を反時
計方向に回転させ、(L21+L22+L25)の長さで第2
の1次縦共振振動を発生させてロータ28を時計方向に
回転させるようにしたものである。
As a result, the first primary longitudinal resonance vibration is generated with the length of (L23 + L24 + L25) to rotate the rotor 28 counterclockwise, and the second with the length of (L21 + L22 + L25).
The primary longitudinal resonance vibration is generated to rotate the rotor 28 in the clockwise direction.

【0035】これらいずれの場合にも、圧電素子23
a、23bがそれぞれの縦共振振動の節位置に配置され
ていることになる。
In any of these cases, the piezoelectric element 23
This means that a and 23b are arranged at the node positions of the respective longitudinal resonance vibrations.

【0036】そして、電気端子A−電気端子B間に印加
する交流電圧の周波数を変化させると、発明の第1の実
施の形態と同様にロータ28を時計方向にも反時計方向
にも回転することを確認した。
Then, when the frequency of the AC voltage applied between the electric terminal A and the electric terminal B is changed, the rotor 28 is rotated clockwise or counterclockwise as in the first embodiment of the invention. It was confirmed.

【0037】(効果)本発明の実施の形態においても、
交流電圧の駆動周波数の変化によりロータ28の回転方
向が切り換わる超音波モータが実現できる。
(Effect) Also in the embodiment of the present invention,
It is possible to realize an ultrasonic motor in which the rotation direction of the rotor 28 is switched by changing the drive frequency of the AC voltage.

【0038】[0038]

【発明の効果】請求項1記載の発明によれば、被駆動体
を双方向に回転駆動することができる超音波モータを提
供することができる。
According to the first aspect of the invention, it is possible to provide an ultrasonic motor capable of bidirectionally rotating and driving a driven body.

【0039】請求項2記載の発明によれば、複数の縦共
振振動を効率よく発生させることができ被駆動体を双方
向に効率良く回転駆動することができる超音波モータを
提供することができる。
According to the second aspect of the present invention, it is possible to provide an ultrasonic motor capable of efficiently generating a plurality of longitudinal resonance vibrations and efficiently rotationally driving a driven body in both directions. .

【0040】請求項3記載の発明によれば、交流電圧の
周波数変化により被駆動体の双方向の回転方向を切り替
えることができる超音波モータを提供することができ
る。
According to the third aspect of the invention, it is possible to provide an ultrasonic motor capable of switching the bidirectional rotation direction of the driven body by changing the frequency of the AC voltage.

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

【図1】発明の第1の実施の形態の超音波モータを示す
正面図である。
FIG. 1 is a front view showing an ultrasonic motor according to a first embodiment of the invention.

【図2】発明の第1の実施の形態の超音波モータを示す
一部切り欠き断面図である。
FIG. 2 is a partially cutaway sectional view showing an ultrasonic motor according to a first embodiment of the invention.

【図3】発明の第1の実施の形態の超音波モータにおけ
る圧電素子を拡大して示す説明図である。
FIG. 3 is an explanatory view showing an enlarged piezoelectric element in the ultrasonic motor according to the first embodiment of the invention.

【図4】発明の第1の実施の形態の超音波モータの駆動
原理を説明するための寸法関係を示す説明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a dimensional relationship for explaining a driving principle of the ultrasonic motor according to the first embodiment of the invention.

【図5】図4に示す寸法関係を有する超音波モータのカ
ラーの寸法を変化させた場合の時計方向/反時計方向の
回転出力を示す特性図である。
5 is a characteristic diagram showing clockwise / counterclockwise rotation output when the size of the collar of the ultrasonic motor having the size relationship shown in FIG. 4 is changed.

【図6】図4に示す寸法関係を有する超音波モータのカ
ラーの寸法を変化させた場合の最適駆動周波数を示す特
性図である。
6 is a characteristic diagram showing an optimum drive frequency when the size of the collar of the ultrasonic motor having the size relationship shown in FIG. 4 is changed.

【図7】発明の第2の実施の形態の超音波モータを示す
正面図である。
FIG. 7 is a front view showing an ultrasonic motor according to a second embodiment of the invention.

【図8】発明の第2の実施の形態の超音波モータを示す
一部切り欠き断面図である。
FIG. 8 is a partially cutaway sectional view showing an ultrasonic motor according to a second embodiment of the invention.

【図9】従来の超音波モータを示す正面図である。FIG. 9 is a front view showing a conventional ultrasonic motor.

【図10】従来の超音波モータを示す一部切り欠き断面
図である。
FIG. 10 is a partially cutaway sectional view showing a conventional ultrasonic motor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ホーン 1a 突起 2 カラー 2a 段差 3a 圧電素子 3b 圧電素子 7 ボルト 8 ロータ 9 軸受 10 バネ 11a ナット 11b ナット 21 ホーン 21a 突起 22 カラー 22a 段差 23a 圧電素子 23b 圧電素子 27 ボルト 28 ロータ 29 軸受 30 バネ 31a ナット 31b ナット 1 Horn 1a Protrusion 2 Collar 2a Step 3a Piezoelectric Element 3b Piezoelectric Element 7 Bolt 8 Rotor 9 Bearing 10 Spring 11a Nut 11b Nut 21 Horn 21a Protrusion 22 Collar 22a Step 23a Piezoelectric Element 23b Piezoelectric Element 27 Bolt 28 Rotor Spring 29a Nut 30 Bearing 31b nut

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 弾性体に電気−機械エネルギー変換素子
を固定して超音波振動子を構成し、前記電気−機械エネ
ルギー変換素子に交流電圧を印加することにより前記超
音波振動子に縦共振振動を発生させて被駆動体を駆動す
る超音波モータであって、 前記超音波振動子に、前記縦共振振動を複数発生させ被
駆動体に対する双方向の回転力を生成する段差を設けた
ことを特徴とする超音波モータ。
1. An ultrasonic transducer is formed by fixing an electro-mechanical energy conversion element to an elastic body, and a longitudinal resonance vibration is applied to the ultrasonic transducer by applying an AC voltage to the electro-mechanical energy conversion element. And a step for generating a plurality of the longitudinal resonance vibrations to generate a bidirectional rotational force with respect to the driven body. Characteristic ultrasonic motor.
【請求項2】 前記該電気−機械エネルギー変換素子
は、超音波振動子に発生する前記複数の縦共振振動の略
共通の節位置に配置したことを特徴とする請求項1記載
の超音波モータ。
2. The ultrasonic motor according to claim 1, wherein the electro-mechanical energy conversion element is arranged at a substantially common node position of the plurality of longitudinal resonance vibrations generated in the ultrasonic vibrator. .
【請求項3】 弾性体に電気−機械エネルギー変換素子
を固定して超音波振動子を構成し、この超音波振動子に
接合した被駆動体を駆動する超音波モータに対して、前
記電気−機械エネルギー変換素子に周波数を変化させつ
つ交流電圧を印加し、前記超音波振動子に設けた段差に
基づき超音波振動子に生じる複数の縦共振振動に応じた
被駆動体の回転方向を前記交流電圧の周波数変化により
切り替えることを特徴とする超音波モータの駆動方法。
3. An electric-mechanical energy conversion element is fixed to an elastic body to form an ultrasonic vibrator, and the electric motor is driven by an ultrasonic motor that drives a driven body bonded to the ultrasonic vibrator. An alternating voltage is applied to the mechanical energy conversion element while changing the frequency, and the rotational direction of the driven body is changed in accordance with a plurality of longitudinal resonance vibrations generated in the ultrasonic vibrator based on the steps provided in the ultrasonic vibrator. A method for driving an ultrasonic motor, characterized in that switching is performed according to a change in voltage frequency.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009082792A (en) * 2007-09-28 2009-04-23 Fujitsu Ltd Ultrasonic-horn design support system, and ultrasonic-horn design support method and program for the same
CN104601036A (en) * 2015-01-30 2015-05-06 河南理工大学 Dumbbell type large-power longitudinal-torsional combined ultrasonic vibration device
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WO2021197508A1 (en) * 2020-04-02 2021-10-07 珠海市司迈科技有限公司 Combination-type energy conversion device

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