JPH1094275A - Multidirectional rotary drive ultrasonic motor - Google Patents

Multidirectional rotary drive ultrasonic motor

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JPH1094275A
JPH1094275A JP8240521A JP24052196A JPH1094275A JP H1094275 A JPH1094275 A JP H1094275A JP 8240521 A JP8240521 A JP 8240521A JP 24052196 A JP24052196 A JP 24052196A JP H1094275 A JPH1094275 A JP H1094275A
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JP
Japan
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rotor
voltage
polarization
piezoelectric element
electrode
Prior art date
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Application number
JP8240521A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Toyoichi Aizawa
豊一 相澤
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Publication of JPH1094275A publication Critical patent/JPH1094275A/en
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  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To drive a driven body in an arbitrary direction using a single motor without requiring any special mechanism for switching the direction of driving force. SOLUTION: A rotor 100 is a spherical shell having an opening at a part thereof. A support 200 supports the rotor 100 while wrapping a part thereof. The rotor 100 has outer surface arranged with a whole surface electrode and inner surface arranged regularly with a plurality of piezoelectric elements each fixed with a polarization electrode. A high frequency AC voltage is applied between the polarization electrode and the whole surface electrode to generate an ultrasonic vibration in the rotor thus turning the rotor.

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】この発明は、圧電素子を用い
て高周波振動(超音波振動)を発生させ、この高周波振
動により回転子を回転駆動するようにした多方向回転駆
動型超音波モータ装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a multi-directional rotary drive type ultrasonic motor device in which a high frequency vibration (ultrasonic vibration) is generated by using a piezoelectric element, and the rotor is rotationally driven by the high frequency vibration. Things.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、被駆動体を2軸方向あるいは3軸
方向へ駆動する場合、各軸に対応する2個あるいは3個
のモータを用いている。また、モータ1個を用いて、そ
の回転力をクラッチやギヤで駆動力の方向を切換えて、
被駆動体を2軸方向あるいは3軸方向へ駆動している。
2. Description of the Related Art Conventionally, when a driven body is driven in two or three axis directions, two or three motors corresponding to each axis are used. In addition, using one motor, the direction of the driving force is switched by a clutch or a gear,
The driven body is driven in two or three axis directions.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】被駆動体を上述のよう
に2軸方向あるいは3軸方向へ駆動制御する場合、2個
あるいは3個のモータが必要である。またモータ1個を
用いて、被駆動体を2軸方向あるいは3軸方向へ駆動す
る場合、モータの駆動力の方向を切換えるためにクラッ
チやギヤが必要である。
When the driven body is controlled to be driven in two or three axes as described above, two or three motors are required. When a driven body is driven in two or three axes using one motor, a clutch or a gear is required to switch the direction of the driving force of the motor.

【0004】しかし、複数のモータを用いたり、駆動力
の方向を切換えるための機構を伴うと、当該モータを搭
載する装置の構造が複雑になったり、装置の省スペース
化や低コスト化を妨げる要因となる。
However, if a plurality of motors are used or a mechanism for switching the direction of the driving force is involved, the structure of the device on which the motor is mounted becomes complicated, and space saving and cost reduction of the device are hindered. It becomes a factor.

【0005】そこでこの発明の目的は、駆動力の方向を
切換えるための特別な機構は不要であり、1個のモータ
で被駆動体を任意の方向へ駆動することができるように
した多方向回転駆動型超音波モータ装置を提供すること
にある。
Accordingly, it is an object of the present invention to provide a multi-directional rotating mechanism in which a special mechanism for switching the direction of driving force is not required, and a driven body can be driven in any direction by one motor. A drive type ultrasonic motor device is provided.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】この発明は、一部に開口
を設けた球殻状の回転子と、前記回転子の一部を包み込
み、回転可能に支持した支持体と、前記回転子に超音波
振動を発生させて、前記回転子を回転させる駆動手段と
を有する。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a spherical shell-like rotor having an opening in a part thereof, a support member enclosing a part of the rotor and rotatably supported, and Drive means for generating ultrasonic vibration to rotate the rotor.

【0007】これにより、1個のモータであっても、前
記超音波振動発生のための信号電圧の分極電極に対する
印加方向により、任意の方向に前記回転子を回転駆動で
きるようにしている。
Thus, even with a single motor, the rotor can be driven to rotate in any direction depending on the direction in which the signal voltage for generating the ultrasonic vibration is applied to the polarization electrode.

【0008】[0008]

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面を参照して説明する。図1はこの発明の一実施の形態
である。基本的には、一部に開口を設けた球殻状の回転
子100と、回転子100の一部を包み込み、回転可能
に支持した支持体200とで構成される。そして回転子
100と支持体200とは摩擦接触している。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows an embodiment of the present invention. Basically, it is composed of a spherical shell-shaped rotor 100 partially provided with an opening, and a supporting body 200 that wraps a part of the rotor 100 and rotatably supports it. The rotor 100 and the support 200 are in frictional contact.

【0009】図2には、この発明の一実施の形態の断面
を示している。支持体200は、一部に開口を設けた球
殻状の回転子100の一部を包み込み、この回転子10
0を回転可能に支持している。支持体200と回転子1
00とは摩擦接触している。
FIG. 2 shows a cross section of an embodiment of the present invention. The support 200 wraps a part of the spherical shell-shaped rotor 100 having an opening in a part thereof, and
0 is rotatably supported. Support 200 and rotor 1
00 is in frictional contact.

【0010】回転子100は、一部に開口を設けた球殻
状の振動体120と、この振動体120の外面に設けら
れた全面電極122と、振動体120の内面に規則的に
配列された複数の圧電素子123と、複数の圧電素子1
23の上面にそれぞれ設けられた分極電極124とを有
する。
The rotor 100 has a spherical vibrating body 120 having an opening in a part thereof, a full-surface electrode 122 provided on the outer surface of the vibrating body 120, and regularly arranged on the inner surface of the vibrating body 120. The plurality of piezoelectric elements 123 and the plurality of piezoelectric elements 1
23, and a polarization electrode 124 provided on the upper surface.

【0011】ここで、全面電極122と複数の分極電極
124との間に高周波の交流電圧が印加され回転子10
0に超音波振動を発生させると、回転子100は回転す
ることができる。交流電圧は、駆動手段としての交流電
圧供給部125から出力されが、この交流電圧は、後で
説明するように回転方向の制御ができるようにその印加
電極を選別できるようになっている。
Here, a high-frequency AC voltage is applied between the entire surface electrode 122 and the plurality of polarization electrodes 124, and the rotor 10
When the ultrasonic vibration is generated at zero, the rotor 100 can rotate. The AC voltage is output from an AC voltage supply unit 125 serving as a driving unit. The AC voltage can be applied to the applied electrode so that the rotation direction can be controlled as described later.

【0012】図3は、この発明の他の実施の形態の断面
を示している。支持体200は、一部に開口を設けた球
殻状の回転子100の一部を包み込み、この回転子10
0を回転可能に支持している。支持体200と回転子1
00とは摩擦接触している。
FIG. 3 shows a cross section of another embodiment of the present invention. The support 200 wraps a part of the spherical shell-shaped rotor 100 having an opening in a part thereof, and
0 is rotatably supported. Support 200 and rotor 1
00 is in frictional contact.

【0013】回転子100は、一部に開口を設けた球殻
状の振動体130と、振動体130の内面に規則的に配
列された複数の圧電素子131と、複数の圧電素子13
1の上面にそれぞれ設けられた分極電極132とを有す
る。そして、支持体200の回転子100と接触する面
に全面電極133が設けられている。
The rotor 100 has a spherical shell-shaped vibrating body 130 having an opening in a part thereof, a plurality of piezoelectric elements 131 regularly arranged on the inner surface of the vibrating body 130, and a plurality of piezoelectric elements 13.
And a polarization electrode 132 provided on the upper surface of the first electrode 1. The entire surface electrode 133 is provided on the surface of the support 200 that contacts the rotor 100.

【0014】ここで、全面電極133と複数の分極電極
132との間に高周波の交流電圧を印加して回転子10
0に超音波振動を発生させると、回転子100は回転す
ることができる。
Here, a high-frequency AC voltage is applied between the whole-surface electrode 133 and the plurality of polarization electrodes 132 to apply
When the ultrasonic vibration is generated at zero, the rotor 100 can rotate.

【0015】図4は、この発明のさらに他の実施の形態
の断面を示している。支持体200は、一部に開口を設
けた球殻状の回転子100の一部を包み込み、この回転
子100を回転可能に支持している。支持体200と回
転子100とは摩擦接触している。
FIG. 4 shows a cross section of still another embodiment of the present invention. The support 200 encloses a part of the spherical shell-shaped rotor 100 provided with an opening in a part, and rotatably supports the rotor 100. The support 200 and the rotor 100 are in frictional contact.

【0016】回転子100は、一部に開口を設けた球殻
状の圧電素子140と、圧電素子140の外面に設けら
れた全面電極141と、圧電素子140の内面に規則的
に配列された複数の分極電極142とからなる。
The rotor 100 has a spherical shell-shaped piezoelectric element 140 having an opening in a part thereof, an entire surface electrode 141 provided on the outer surface of the piezoelectric element 140, and regularly arranged on the inner surface of the piezoelectric element 140. It comprises a plurality of polarization electrodes 142.

【0017】ここで、全面電極141と複数の分極電極
142との間に高周波の交流電圧を印加して回転子10
0に超音波振動を発生させると、回転子100は回転す
ることができる。
Here, a high-frequency AC voltage is applied between the entire surface electrode 141 and the plurality of polarization electrodes 142 to apply
When the ultrasonic vibration is generated at zero, the rotor 100 can rotate.

【0018】図5は、この発明のまた他の実施の形態の
断面を示している。支持体200は、一部に開口を設け
た球殻状の回転子100の一部を包み込み、この回転子
100を回転可能に支持している。支持体200と回転
子100とは摩擦接触している。
FIG. 5 shows a cross section of still another embodiment of the present invention. The support 200 encloses a part of the spherical shell-shaped rotor 100 provided with an opening in a part, and rotatably supports the rotor 100. The support 200 and the rotor 100 are in frictional contact.

【0019】回転子100は、一部に開口を設けた球殻
状の圧電素子150と、圧電素子150の内面に規則的
に配列された複数の分極電極151とを有する。支持体
200の回転子100と接触する面には全面電極152
が設けられている。
The rotor 100 has a spherical shell-shaped piezoelectric element 150 partially provided with an opening, and a plurality of polarization electrodes 151 regularly arranged on the inner surface of the piezoelectric element 150. The whole surface electrode 152 is provided on the surface of the support 200 that contacts the rotor 100.
Is provided.

【0020】ここで、全面電極152と複数の分極電極
151との間に高周波の交流電圧を印加して回転子10
0に超音波振動を発生させると、回転子100は回転す
ることができる。
Here, a high-frequency AC voltage is applied between the entire surface electrode 152 and the plurality of polarization electrodes 151 to rotate the rotor 10.
When the ultrasonic vibration is generated at zero, the rotor 100 can rotate.

【0021】図6は、またこの発明の他の実施の形態の
断面を示している。支持体200は、一部に開口を設け
た球殻状の回転子100の一部を包み込み、この回転子
100を回転可能に支持している。支持体200と回転
子100とは摩擦接触している。
FIG. 6 shows a cross section of another embodiment of the present invention. The support 200 encloses a part of the spherical shell-shaped rotor 100 provided with an opening in a part, and rotatably supports the rotor 100. The support 200 and the rotor 100 are in frictional contact.

【0022】回転子100は、一部に開口を設けた球殻
状の圧電素子160と、圧電素子160の内面に設けら
れた全面電極161と、圧電素子160の外面に規則的
に配列された複数の分極電極162とを有する。
The rotator 100 has a spherical shell-shaped piezoelectric element 160 partially provided with an opening, an entire surface electrode 161 provided on the inner surface of the piezoelectric element 160, and regularly arranged on the outer surface of the piezoelectric element 160. And a plurality of polarization electrodes 162.

【0023】ここで、全面電極161と複数の分極電極
162との間に高周波の交流電圧を印加して回転子10
0に超音波振動を発生させると、回転子100は回転す
ることができる。
Here, a high-frequency AC voltage is applied between the entire surface electrode 161 and the plurality of polarization electrodes 162 to apply
When the ultrasonic vibration is generated at zero, the rotor 100 can rotate.

【0024】図7は、またこの発明のさらに他の実施の
形態の断面を示している。支持体200は、一部に開口
を設けた球殻状の回転子100の一部を包み込み、この
回転子100を回転可能に支持している。支持体200
と回転子100とは摩擦接触している。
FIG. 7 shows a cross section of still another embodiment of the present invention. The support 200 encloses a part of the spherical shell-shaped rotor 100 provided with an opening in a part, and rotatably supports the rotor 100. Support 200
And the rotor 100 are in frictional contact.

【0025】回転子100は、一部に開口を設けた球殻
状の圧電素子170と、圧電素子170の内面に設けら
れた全面電極171とを有する。そして支持体200の
回転子100と接触する面には複数の分極電極172が
設けられる。
The rotor 100 has a spherical shell-shaped piezoelectric element 170 partially provided with an opening, and a full-surface electrode 171 provided on the inner surface of the piezoelectric element 170. A plurality of polarization electrodes 172 are provided on the surface of the support 200 that contacts the rotor 100.

【0026】ここで、全面電極171と複数の分極電極
172との間に高周波の交流電圧を印加して回転子10
0に超音波振動を発生させると、回転子100は回転す
ることができる。
Here, a high-frequency AC voltage is applied between the entire surface electrode 171 and the plurality of polarization electrodes 172 to apply
When the ultrasonic vibration is generated at zero, the rotor 100 can rotate.

【0027】図8には、上記した回転子100の回りを
上記した分極電極で分極する分極方法の一例を示してい
る。この例では、回転子100又は支持体200の開口
の円周方向へ16分割、円周と垂直な方向へ7分割して
いる。分極電極は、A1〜A7、B1〜、…P7まで1
12個存在する。便宜上、図のようにX軸、Y軸、Z軸
を定め、各軸を中心とした回転方向をそれぞれθx、θ
y、θzとする。
FIG. 8 shows an example of a polarization method in which the circumference of the above-mentioned rotor 100 is polarized by the above-mentioned polarization electrodes. In this example, the opening of the rotor 100 or the support 200 is divided into 16 parts in the circumferential direction and seven parts in the direction perpendicular to the circumference. Polarized electrodes are 1 from A1 to A7, B1 to.
There are twelve. For convenience, the X-axis, Y-axis, and Z-axis are determined as shown in the figure, and the rotation directions around the respective axes are θx, θ
y and θz.

【0028】図9は、図8を展開した図である。左右方
向がθx、上下方向がθy、紙面に平行する回転方向が
θzである。図10は、θx方向へ回転子を駆動すると
きの分極の一例である。
FIG. 9 is an expanded view of FIG. The horizontal direction is θx, the vertical direction is θy, and the rotation direction parallel to the paper is θz. FIG. 10 is an example of polarization when the rotor is driven in the θx direction.

【0029】θx方向は紙面では左右方向であるから、
分極電極は、A1〜B7、G1〜J7、O1〜P7が選
択される。選択された分極電極に互いに90度ずつ位相
がずれた第1の交流電圧と第2の交流電圧を印加する場
合、図のように左右方向に+、−で示すように交互に第
1の交流電圧と第2の交流電圧を印加する。このように
すると超音波振動が左右方向に伝搬する。
Since the θx direction is the horizontal direction on the paper,
As the polarization electrodes, A1 to B7, G1 to J7, and O1 to P7 are selected. When a first AC voltage and a second AC voltage having phases shifted by 90 degrees from each other are applied to the selected polarization electrodes, the first AC voltage is alternately shown in the left and right directions as shown by + and-in FIG. A voltage and a second AC voltage are applied. In this way, the ultrasonic vibration propagates in the left-right direction.

【0030】図11は、θy方向へ回転子を駆動すると
きの分極の一例である。θy方向は紙面では上下方向で
あるから、分極電極は、C1〜F7、K1〜N7が選択
される。選択された分極電極に互いに90度ずつ位相が
ずれた第1の交流電圧と第2の交流電圧を印加する場
合、図のように上下方向に+、−で示すように交互に第
1の交流電圧と第2の交流電圧を印加する。このように
すると超音波振動が上下方向に伝搬する。
FIG. 11 shows an example of polarization when the rotor is driven in the θy direction. Since the θy direction is the vertical direction in the drawing, C1 to F7 and K1 to N7 are selected as the polarization electrodes. When a first AC voltage and a second AC voltage having phases shifted by 90 degrees from each other are applied to the selected polarization electrodes, the first AC voltage is alternately shown in the vertical direction as indicated by + and-in FIG. A voltage and a second AC voltage are applied. In this case, the ultrasonic vibration propagates in the vertical direction.

【0031】図12は、θz方向へ回転子を駆動すると
きの分極の一例である。θz方向は紙面に平行する回転
方向であるから、分極電極は、すべてが選択される。選
択された分極電極に互いに90度ずつ位相がずれた第1
の交流電圧と第2の交流電圧を印加する場合、図のよう
に紙面に平行する回転方向に+、−で示すように交互に
第1の交流電圧と第2の交流電圧を印加する。このよう
にすると超音波振動が紙面に平行する回転方向に伝搬す
る。
FIG. 12 shows an example of polarization when the rotor is driven in the θz direction. Since the θz direction is a rotation direction parallel to the paper surface, all the polarization electrodes are selected. The first polarization electrode is 90 degrees out of phase with the selected polarization electrode.
When the AC voltage and the second AC voltage are applied, the first AC voltage and the second AC voltage are alternately applied as indicated by + and-in the rotation direction parallel to the paper surface as shown in the figure. In this way, the ultrasonic vibration propagates in the rotational direction parallel to the paper.

【0032】図13は、回転子100を駆動する駆動手
段として回路構成の一例を示している。A1〜P7の分
極電極は、図9に示した分極電極に対応している。回転
方向切換えスイッチSW1を切換えることにより、θ
x、θy、θzの回転方向に対応する分極電極が選択さ
れる。選択された分極電極には、第1の交流電圧、ある
いは第1の交流電圧を位相シフトすることにより得られ
る第2の交流電圧が選択的に与えられる。回転子の回転
方向を正転あるいは逆転方向へ切換える場合には、正逆
反転スイッチSW2により第2の交流電圧を切換えるこ
とにより容易に回転方向を切換えることができる。
FIG. 13 shows an example of a circuit configuration as driving means for driving the rotor 100. The polarization electrodes A1 to P7 correspond to the polarization electrodes shown in FIG. By switching the rotation direction switch SW1, θ
The polarization electrodes corresponding to the rotation directions of x, θy, and θz are selected. A first AC voltage or a second AC voltage obtained by phase-shifting the first AC voltage is selectively applied to the selected polarization electrode. When the rotation direction of the rotor is switched to the normal rotation or the reverse rotation direction, the rotation direction can be easily switched by switching the second AC voltage by the forward / reverse inversion switch SW2.

【0033】分極電極A1〜A7は、FETにより直列
接続され、B1〜B7もFETにより直列接続され、C
1〜C7もFETにより直列接続され、以下同様に、D
1〜D7、E1〜E7、F1〜F7、G1〜G7、H1
〜H7、I1〜I7、J1〜J7、K1〜K7、L1〜
L7、M1〜M7、N1〜N7、O1〜O7、P1〜P
7もそれぞれ直列接続されている。次に、A2とB2、
A4とB4、A6とB6がそれぞれFETの制御により
直列接続されたときは、これらに第1の交流電圧を供給
することが可能であり、A1とB1、A3とB3、A5
とB5、A7とB7がそれぞれFETの制御により直列
接続されたときは、これらに第2の交流電圧を供給する
ことが可能である。同様にC2〜F2、C4〜F4、C
6〜F6がそれぞれFETの制御により直列接続された
ときは、これらに第1の交流電圧を供給することが可能
であり、これらにC1〜F1、C3〜F3、C5〜F
5、C7〜F7がそれぞれFETの制御により直列接続
されたときは、第2の交流電圧を供給することが可能で
ある。さらにG1〜J1、G3〜J3、G5〜J5、G
7〜J7がそれぞれFETの制御により直列接続された
ときは、これらに第1の交流電圧を供給することが可能
であり、これらにG2〜J2、G4〜J4、G6〜J6
がそれぞれFETの制御により直列接続されたときは、
第2の交流電圧を供給することが可能である。また、K
1〜N1、K3〜N3、K5〜N5、K7〜N7がそれ
ぞれFETの制御により直列接続されたときは、これら
に第1の交流電圧を供給することが可能であり、これら
にK2〜N2、K4〜N4、K6〜N6がそれぞれFE
Tの制御により直列接続されたときは、第2の交流電圧
を供給することが可能である。さらにO2〜P2、O4
〜P4、O6〜P6がそれぞれFETの制御により直列
接続されたときは、これらに第1の交流電圧を供給する
ことが可能であり、これらにO1〜P1、O3〜P3、
O5〜P5、O7〜P7がそれぞれFETの制御により
直列接続されたときは、第2の交流電圧を供給すること
が可能である。
The polarization electrodes A1 to A7 are connected in series by an FET, and B1 to B7 are also connected in series by an FET.
1 to C7 are also connected in series by FETs.
1 to D7, E1 to E7, F1 to F7, G1 to G7, H1
~ H7, I1 ~ I7, J1 ~ J7, K1 ~ K7, L1 ~
L7, M1 to M7, N1 to N7, O1 to O7, P1 to P
7 are also connected in series. Next, A2 and B2,
When A4 and B4 and A6 and B6 are connected in series under the control of FETs, respectively, it is possible to supply a first AC voltage to them, and A1 and B1, A3 and B3, A5
And B5, and A7 and B7 are connected in series under the control of FETs, respectively, so that a second AC voltage can be supplied to them. Similarly, C2 to F2, C4 to F4, C
When 6 to F6 are connected in series under the control of FETs, respectively, it is possible to supply a first AC voltage to them, and to these, C1 to F1, C3 to F3, and C5 to F5 can be supplied.
5, when C7 to F7 are connected in series under the control of FETs, respectively, it is possible to supply the second AC voltage. G1 to J1, G3 to J3, G5 to J5, G
When 7 to J7 are connected in series under the control of FETs, respectively, it is possible to supply a first AC voltage to them, and to supply them to G2 to J2, G4 to J4, and G6 to J6.
Are connected in series under the control of FETs, respectively.
It is possible to supply a second alternating voltage. Also, K
When 1 to N1, K3 to N3, K5 to N5, and K7 to N7 are connected in series under the control of FETs, respectively, it is possible to supply a first AC voltage to these, and to these, K2 to N2, K4 to N4 and K6 to N6 are FE
When connected in series under the control of T, a second AC voltage can be supplied. O2-P2, O4
When P4 and O6 to P6 are connected in series under the control of FETs, respectively, it is possible to supply a first AC voltage to them, and to supply O1 to P1, O3 to P3,
When O5 to P5 and O7 to P7 are connected in series under the control of FETs, respectively, it is possible to supply the second AC voltage.

【0034】各FETに対してオンオフを制御するため
の制御信号は、分極電極を選択するための信号でありθ
x、θy、θzの回転方向に応じた制御信号となる。こ
の制御信号が先のスイッチSW1から与えられている。
A control signal for controlling on / off of each FET is a signal for selecting a polarization electrode and θ
It becomes a control signal according to the rotation direction of x, θy, θz. This control signal is given from the switch SW1.

【0035】図14は、この発明のモータ装置をロボッ
トのアームの関節部分に利用した例を示している。支持
体200が回転子100を包み込む範囲を少なくするこ
とにより、アーム400の回動範囲(領域)が大きくな
る(図の角度αを大きくすることができる)。
FIG. 14 shows an example in which the motor device of the present invention is used for a joint portion of a robot arm. By reducing the range in which the support 200 wraps the rotor 100, the range of rotation (region) of the arm 400 is increased (the angle α in the figure can be increased).

【0036】図15も、この発明のモータ装置をロボッ
トのアームの関節部分に利用した例を示している。支持
体200と回転子100との摩擦接触機構として磁石4
10を用いている。このようにすると、支持体200に
より回転子100を包み込む範囲を大幅に少なくするこ
とができる。この結果、アーム400の回動範囲(領
域)を一層大きくすることができる。またこのときは、
回転子100の周囲には全面電極(磁性体)411を設
けると都合が良い。
FIG. 15 also shows an example in which the motor device of the present invention is used for a joint of an arm of a robot. The magnet 4 serves as a frictional contact mechanism between the support 200 and the rotor 100.
10 is used. In this manner, the range in which the rotor 100 is wrapped by the support 200 can be significantly reduced. As a result, the rotation range (region) of the arm 400 can be further increased. Also at this time,
It is convenient to provide an entire surface electrode (magnetic material) 411 around the rotor 100.

【0037】図16は、この発明のモータ装置をカメラ
の基台に用いた例である。回転子100の開口には鏡筒
510が取り付けられ、この中にレンズ511が設けら
れている。回転子100の内部には、光軸上に固体撮像
素子としての光電変換素子512が配設されている。ま
た回転子100の内部には、光電変換素子512を駆動
するための駆動回路(TG)、光電変換出力のノイズを
低減するノイズ低減回路(CDS)、増幅器等が設けら
れている。また鏡筒510の部分を介してフレキシブル
ケーブルが取り出され、カメラコントロールユニット
(CCU)に接続されている。これにより、カメラの向
きを制御したり、また取り出した信号を規定のフォーマ
ットにエンコードしたりすることができる。このような
モータを有するカメラは、監視カメラやリモコンカメラ
として有効である。
FIG. 16 shows an example in which the motor device of the present invention is used for a camera base. A lens barrel 510 is attached to the opening of the rotor 100, and a lens 511 is provided therein. Inside the rotator 100, a photoelectric conversion element 512 as a solid-state imaging element is provided on the optical axis. Further, inside the rotor 100, a driving circuit (TG) for driving the photoelectric conversion element 512, a noise reduction circuit (CDS) for reducing noise of the photoelectric conversion output, an amplifier, and the like are provided. Further, a flexible cable is taken out through the lens barrel 510 and connected to a camera control unit (CCU). As a result, the direction of the camera can be controlled, and the extracted signal can be encoded into a prescribed format. A camera having such a motor is effective as a monitoring camera or a remote control camera.

【0038】[0038]

【発明の効果】以上説明したようにこの発明によれば、
駆動力の方向を切換えるための特別な機構は不要であ
り、1個のモータで被駆動体を任意の方向へ駆動するこ
とができる。これにより、当該モータを搭載する装置の
構造が複雑にすることはなく、さらに装置の省スペース
化や低コスト化を実現できる。
As described above, according to the present invention,
No special mechanism for switching the direction of the driving force is required, and the driven body can be driven in any direction by one motor. Thus, the structure of the device on which the motor is mounted does not become complicated, and further, space saving and cost reduction of the device can be realized.

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

【図1】この発明の一実施の形態における外観を示す
図。
FIG. 1 is a diagram showing an appearance according to an embodiment of the present invention.

【図2】この発明の第1の実施の形態の原理的な構成の
断面図。
FIG. 2 is a cross-sectional view of the basic configuration of the first embodiment of the present invention.

【図3】この発明の第2の実施の形態の原理的な構成の
断面図。
FIG. 3 is a cross-sectional view of a basic configuration according to a second embodiment of the present invention.

【図4】この発明の第3の実施の形態の原理的な構成の
断面図。
FIG. 4 is a cross-sectional view of a basic configuration according to a third embodiment of the present invention.

【図5】この発明の第4の実施の形態の原理的な構成の
断面図。
FIG. 5 is a cross-sectional view of a basic configuration according to a fourth embodiment of the present invention.

【図6】この発明の第5の実施の形態の原理的な構成の
断面図。
FIG. 6 is a cross-sectional view of a basic configuration according to a fifth embodiment of the present invention.

【図7】この発明の第6の実施の形態の原理的な構成の
断面図。
FIG. 7 is a cross-sectional view of a basic configuration according to a sixth embodiment of the present invention.

【図8】この発明に係る分極電極の説明図。FIG. 8 is an explanatory view of a polarized electrode according to the present invention.

【図9】同じくこの発明に係る分極電極の説明図。FIG. 9 is an explanatory view of a polarization electrode according to the present invention.

【図10】この発明の装置の動作時の分極の説明図。FIG. 10 is an explanatory diagram of polarization during operation of the device of the present invention.

【図11】同じくこの発明の装置の動作時の分極の説明
図。
FIG. 11 is an explanatory diagram of polarization during operation of the device of the present invention.

【図12】同じくこの発明の装置の動作時の分極の説明
図。
FIG. 12 is an explanatory diagram of polarization during operation of the device of the present invention.

【図13】この発明の装置の駆動回路の例を示す図。FIG. 13 is a diagram showing an example of a drive circuit of the device of the present invention.

【図14】この発明の装置の使用例を示す図。FIG. 14 is a diagram showing an example of use of the device of the present invention.

【図15】同じくこの発明の装置の他の使用例を示す
図。
FIG. 15 is a view showing another example of use of the device of the present invention.

【図16】同じくこの発明の装置のさらに他の使用例を
示す図。
FIG. 16 is a view showing still another use example of the device of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

100…回転子 200…支持体 120、130…振動体 122、133、141…全面電極 123、131、140…圧電素子 124、132、142…分極電極 150、160、170…圧電素子 151、162、172…分極電極 152、161、171…全面電極。 100 Rotor 200 Supports 120, 130 Vibrators 122, 133, 141 Full-surface electrodes 123, 131, 140 Piezoelectric elements 124, 132, 142 Polarized electrodes 150, 160, 170 Piezoelectric elements 151, 162 172: polarized electrode 152, 161, 171: whole surface electrode.

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】一部に開口を設けた球殻状の回転子と、 前記回転子の一部を包み込み、回転可能に支持した支持
体と、 前記回転子に超音波振動を発生させて、前記回転子を回
転させる駆動手段とを具備したことを特徴とする多方向
回転駆動型超音波モータ装置。
1. A spherical shell-shaped rotor having an opening in a part thereof, a support member enclosing a part of the rotor and rotatably supported, and generating ultrasonic vibration in the rotor, And a driving means for rotating the rotor.
【請求項2】前記回転子は、 一部に開口を設けた球殻状の振動体と、 前記振動体の外面に設けられた全面電極と、 前記振動体の内面に規則的に配列された複数の圧電素子
と、 前記複数の圧電素子の上面にそれぞれ設けられた分極電
極とを有し、 前記全面電極と前記複数の分極電極との間に高周波の交
流電圧を印加して前記回転子に超音波振動を発生させて
前記回転子を回転駆動することを特徴とする請求項1記
載の多方向回転駆動型超音波モータ装置。
2. The rotor according to claim 1, wherein the rotor has a spherical shell-shaped vibrator partially provided with an opening, a full-surface electrode provided on an outer surface of the vibrator, and regularly arranged on an inner surface of the vibrator. A plurality of piezoelectric elements, and a polarization electrode provided on an upper surface of each of the plurality of piezoelectric elements, and applying a high-frequency AC voltage between the full-surface electrode and the plurality of polarization electrodes to the rotor. 2. The multi-directional rotation drive type ultrasonic motor device according to claim 1, wherein the rotor is driven to rotate by generating ultrasonic vibration.
【請求項3】前記回転子は、 一部に開口を設けた球殻状の振動体と、 前記振動体の内面に規則的に配列された複数の圧電素子
と、 前記複数の圧電素子の上面にそれぞれ設けられた分極電
極とを有し、 前記支持体の前記回転子と接触する面には全面電極が設
けられ、 前記全面電極と前記複数の分極電極との間に高周波の交
流電圧を印加して前記回転子に超音波振動を発生させて
前記回転子を回転駆動することを特徴とする請求項1記
載の多方向回転駆動型超音波モータ装置。
3. The rotator includes a spherical vibrator having an opening in a part thereof, a plurality of piezoelectric elements regularly arranged on an inner surface of the vibrator, and an upper surface of the plurality of piezoelectric elements. A polarization electrode provided on each of the plurality of polarization electrodes, and a full-surface electrode is provided on a surface of the support that contacts the rotor, and a high-frequency AC voltage is applied between the full-surface electrode and the plurality of polarization electrodes. 2. The multi-directional rotary drive type ultrasonic motor device according to claim 1, wherein the rotor is driven to rotate by generating ultrasonic vibrations in the rotor.
【請求項4】前記回転子は、 一部に開口を設けた球殻状の圧電素子と、 前記圧電素子の外面に設けられた全面電極と、 前記圧電素子の内面に規則的に配列された複数の分極電
極とからなり、 前記全面電極と前記複数の分極電極との間に高周波の交
流電圧を印加して前記回転子に超音波振動を発生させて
前記回転子を回転駆動することを特徴とする請求項1記
載の多方向回転駆動型超音波モータ装置。
4. The rotator includes a spherical shell-shaped piezoelectric element having an opening in a part thereof, an entire surface electrode provided on an outer surface of the piezoelectric element, and regularly arranged on an inner surface of the piezoelectric element. It comprises a plurality of polarization electrodes, and applies a high-frequency AC voltage between the full-surface electrodes and the plurality of polarization electrodes to generate ultrasonic vibrations in the rotor and rotationally drive the rotor. The multi-directional rotation drive type ultrasonic motor device according to claim 1, wherein
【請求項5】前記回転子は、 一部に開口を設けた球殻状の圧電素子と、 前記圧電素子の内面に規則的に配列された複数の分極電
極とを有し、 前記支持体の前記回転子と接触する面には全面電極が設
けられ、 前記全面電極と前記複数の分極電極との間に高周波の交
流電圧を印加して前記回転子に超音波振動を発生させて
前記回転子を回転駆動することを特徴とする請求項1記
載の多方向回転駆動型超音波モータ装置。
5. The rotator has a spherical shell-shaped piezoelectric element having an opening in a part thereof, and a plurality of polarization electrodes regularly arranged on an inner surface of the piezoelectric element. A full-surface electrode is provided on a surface that is in contact with the rotor, and a high-frequency AC voltage is applied between the full-surface electrode and the plurality of polarization electrodes to generate ultrasonic vibrations in the rotor. 2. The multi-directional rotary drive type ultrasonic motor device according to claim 1, wherein the rotary drive is performed.
【請求項6】前記回転子は、 一部に開口を設けた球殻状の圧電素子と、 前記圧電素子の内面に設けられた全面電極と、 前記圧電素子の外面に規則的に配列された複数の分極電
極とを有し、 前記全面電極と前記複数の分極電極との間に高周波の交
流電圧を印加して前記回転子に超音波振動を発生させて
前記回転子を回転駆動することを特徴とする請求項1記
載の多方向回転駆動型超音波モータ装置。
6. The rotator has a spherical shell-shaped piezoelectric element provided with an opening in a part thereof, an entire surface electrode provided on an inner surface of the piezoelectric element, and regularly arranged on an outer surface of the piezoelectric element. A plurality of polarization electrodes, and applying a high-frequency AC voltage between the full-surface electrodes and the plurality of polarization electrodes to generate ultrasonic vibrations in the rotor and rotationally drive the rotor. The multi-directional rotation drive type ultrasonic motor device according to claim 1, wherein:
【請求項7】前記回転子は、 一部に開口を設けた球殻状の圧電素子と、 前記圧電素子の内面に設けられた全面電極と、 前記支持体の前記回転子と接触する面には複数の分極電
極が設けられ、 前記全面電極と前記複数の分極電極との間に高周波の交
流電圧を印加して前記回転子に超音波振動を発生させて
前記回転子を回転駆動することを特徴とする請求項1記
載の多方向回転駆動型超音波モータ装置。
7. The rotator includes a spherical shell-shaped piezoelectric element having an opening in a part thereof, a full-surface electrode provided on an inner surface of the piezoelectric element, and a surface of the support that is in contact with the rotor. Is provided with a plurality of polarization electrodes, and applies a high-frequency AC voltage between the full-surface electrodes and the plurality of polarization electrodes to generate ultrasonic vibrations in the rotor and rotationally drive the rotor. The multi-directional rotation drive type ultrasonic motor device according to claim 1, wherein:
【請求項8】前記交流電圧は互いに位相がずれた複数の
交流電圧であり、前記回転子の駆動方向に応じて前記交
流電圧を印加する前記分極電極を選択し、選択された前
記分極電極と前記全面電極との間に前記交流電圧を印加
し、任意の方向に前記回転子を回転駆動できるようにし
たことを特徴とする請求項2、3、4、5、6及び7の
いずれかに記載の多方向回転駆動型超音波モータ装置。
8. The AC voltage is a plurality of AC voltages having phases shifted from each other, and selects the polarized electrode to which the AC voltage is applied according to a driving direction of the rotor, and selects the polarized electrode. The method according to any one of claims 2, 3, 4, 5, 6, and 7, wherein the AC voltage is applied between the electrode and the entire surface electrode, and the rotor can be driven to rotate in an arbitrary direction. A multi-directional rotary drive type ultrasonic motor device as described in the above.
【請求項9】前記支持体が前記回転体を包み込む領域を
小さくすることにより、前記回転体の回転可能な範囲を
大きくしたことを特徴とする請求項1記載の多方向回転
駆動型超音波モータ装置。
9. The multi-directional rotary drive type ultrasonic motor according to claim 1, wherein a region in which the support wraps the rotator is reduced to increase a rotatable range of the rotator. apparatus.
【請求項10】前記支持体と前記回転体を磁力により接
触させたことを特徴とする請求項1記載の多方向回転駆
動型超音波モータ装置。
10. The multi-directional rotary drive type ultrasonic motor device according to claim 1, wherein said support and said rotating body are brought into contact with each other by magnetic force.
JP8240521A 1996-09-11 1996-09-11 Multidirectional rotary drive ultrasonic motor Pending JPH1094275A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004001941A1 (en) * 2002-06-25 2003-12-31 Korea Electronics Technology Institute Spherical motor device
JP2008245455A (en) * 2007-03-28 2008-10-09 Toshiba Corp Driving mechanism

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