JPS62236368A - Ultrasonic motor - Google Patents

Ultrasonic motor

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JPS62236368A
JPS62236368A JP61077705A JP7770586A JPS62236368A JP S62236368 A JPS62236368 A JP S62236368A JP 61077705 A JP61077705 A JP 61077705A JP 7770586 A JP7770586 A JP 7770586A JP S62236368 A JPS62236368 A JP S62236368A
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JP
Japan
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rotor
piezoelectric
ultrasonic motor
stator
displacement element
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Application number
JP61077705A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hideo Adachi
日出夫 安達
Tomoki Funakubo
朋樹 舟窪
Sumio Kawai
澄夫 川合
Takashi Kodama
児玉 隆司
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Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPS62236368A publication Critical patent/JPS62236368A/en
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Abstract

PURPOSE:To improve the operability of an ultrasonic motor by providing a coupling mechanism which can be suitably connected or disconnected between a first rotor and a second rotor to reduce the operating force at manual operation time. CONSTITUTION:A second rotor 22 is coaxially arranged on the outer periphery of a first rotor 21. The rotor 21 is provided to apply a pressing force to a stator. The rotor 22 is so provided as to apply a driving force to a unit to be driven and integrated, for example, with the lens of a camera. Coupling mechanisms 23, 24 are interposed between the rotors 21 and 22 to connect or disconnect the rotors 21, 22.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、円環状圧電素子および振動板からなるステー
タに屈曲進行波を励起し、この屈曲進行波によるステー
タ表面の楕円軌跡の頂点にロータを接することによって
ロータを回転させる超音波モータに関する。
Detailed Description of the Invention [Field of Industrial Application] The present invention excites a bending traveling wave in a stator consisting of an annular piezoelectric element and a diaphragm, and a rotor is formed at the apex of an elliptical locus on the stator surface caused by the bending traveling wave. This invention relates to an ultrasonic motor that rotates a rotor by touching the rotor.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

最近、従来の電磁型モータに代わる新しいモータとして
超音波モータが脚光を浴びている。この超音波モータは
原理的に新しいというだけでなく、従来の電磁型モータ
に比べて次のような利点を有している。
Recently, ultrasonic motors have been in the spotlight as new motors that can replace conventional electromagnetic motors. This ultrasonic motor is not only new in principle, but also has the following advantages over conventional electromagnetic motors.

■中心軸を必要としない。■Does not require a central axis.

■薄型、軽量である。■Thin and lightweight.

■磁気的影響の授受がない。■There is no exchange of magnetic influence.

■部品構成が単純で、信頼性が高い。■The component structure is simple and highly reliable.

■ギヤなしで低速、高トルクが得られる。■Low speed and high torque can be obtained without gears.

■バックラッシュがなく位置決めが容易である。■There is no backlash and positioning is easy.

■ステータに対してロータが、回転、チャック。■The rotor rotates and chucks against the stator.

浮遊、の三態をとり得る。It can take on three states: floating.

かくして、これらの利点を生かすべく、種々の応用技術
の研究が進められている。
In order to take advantage of these advantages, various applied techniques are being researched.

第5図は代表的な従来型の回転型超音波モータの概念図
である。その原理は円環状圧電素子1と一体化した金属
製ドーナツ形振動板2に逆圧電効果によって進行波を励
起し、これによって発生する表面各点の後方楕円運動軌
跡の頂点に接するようにロータ3を押圧配置することに
より、同ロータ3を矢印Aのように回転させるというも
のである。上記進行波の励起法について以下説明する。
FIG. 5 is a conceptual diagram of a typical conventional rotary ultrasonic motor. The principle is that a traveling wave is excited by an inverse piezoelectric effect in a metal donut-shaped diaphragm 2 integrated with an annular piezoelectric element 1, and a rotor 3 is moved so as to be in contact with the apex of the backward elliptical trajectory of each point on the surface generated by this. By pressing and arranging the rotor 3, the rotor 3 is rotated in the direction of arrow A. The above traveling wave excitation method will be explained below.

第6図は一般的な超音波モータを構成する圧電、索子1
の分極状態図を示す図であり、第5図の下・′j′カよ
* i 7’: o +、:や□ヵt6.96カ。ヵ1
■e■e1.。
Figure 6 shows the piezoelectric cord 1 that constitutes a general ultrasonic motor.
This is a diagram showing the polarization state diagram of Figure 5, bottom of Figure 5. ka1
■e■e1. .

のように交互に逆向きになるように、リング状圧電体を
分極するか、または分割した複数の圧電素子を分極方向
が互いに逆向きになる様に配置する。
A ring-shaped piezoelectric body is polarized so that the polarization directions are alternately opposite to each other, or a plurality of divided piezoelectric elements are arranged so that the polarization directions are opposite to each other.

この様な配置において、分極方向が互いに逆向きになっ
た隣り合わせの1組を1波長λに対応させる。そして、
180°異なる位置に各々、3/4λ、1/4λ長の未
分極部1a、lbを配し、これらを結んだ中心線に対し
て対称に分極体をnλ個分づつ配置する。ただし分極の
向きは、円周方向に分極方向が交互に逆向きになる様に
連続的に配置する。
In such an arrangement, one set of adjacent polarization directions opposite to each other corresponds to one wavelength λ. and,
Unpolarized portions 1a and lb having lengths of 3/4λ and 1/4λ are arranged at positions different by 180°, respectively, and polarized bodies of nλ pieces are arranged symmetrically with respect to the center line connecting these parts. However, the directions of polarization are arranged continuously in the circumferential direction so that the directions of polarization are alternately opposite to each other.

この様な分極配置のうち、3/4λ、1/4λ未分極部
1a、lbを間に挟んだ左半分の振動板に接していない
面を一つの電極でおおい、これを第7図のように一方の
片側共通電極4aとし、右半分の振動板に接触していな
い面を別の電極でおおい、これを同じく第7図のように
他の片側共通電極4bとする。そして、振動板2側の電
極4cは振動板2と導通させ、すべての圧電素子のアー
ス側電極として共通化している。
Of this polarization arrangement, the left half of the surface that is not in contact with the diaphragm, with the 3/4λ and 1/4λ unpolarized parts 1a and 1b sandwiched between them, is covered with one electrode, and this is connected as shown in Figure 7. One side is set as a common electrode 4a, and the right half surface not in contact with the diaphragm is covered with another electrode, which is also set as the other side common electrode 4b as shown in FIG. The electrode 4c on the side of the diaphragm 2 is electrically connected to the diaphragm 2, and is shared as a ground-side electrode for all piezoelectric elements.

以上の様な構成体への電気信号入力端子は、第7図に示
す様に3端子a、b、cを有する構造となる。この様な
分極配置、電極配置を有した構成体を駆動する場合には
、端子a−c間とb−c間に互いにπ/2の位相差を有
し、λ1円環の内・外径、厚み、圧電セラミクスと振動
板の平均的弾性定数、密度1等で決定される固有振動数
ωを有する電気信号を入力する。今、端子a−c間に印
加する電圧を V08tnωt とすると、端子b−c間には Vl)cosωt なる電圧が印加されることになる。
The electrical signal input terminal to the above structure has three terminals a, b, and c as shown in FIG. When driving a structure with such polarization arrangement and electrode arrangement, there is a phase difference of π/2 between terminals a and c and between terminals b and c, and the inner and outer diameters of the λ1 ring are , the thickness, the average elastic constant of the piezoelectric ceramic and the diaphragm, the density 1, and the like. Now, if the voltage applied between terminals a and c is V08tnωt, then a voltage Vl)cosωt will be applied between terminals b and c.

一方、進行波による円環状のある点の変位yは一般に y−As i n (cp−ωt)     −(1)
で表わされる。ここでAは最大変位ffi、cは2π/
λ、ωは固有周波数、pは円環状のある点の位置を示し
ている。(1)式より y−Asin  2πp/λ cosωt+As i 
n (2πp/λ−π/2)sinωt       
    ・・・(2)となる。従って、 yl−As i n  2πp/λ cosωtなる振
動と y2−As in  2yr/λ (p−λ/4)sinωt なる振動を、点pにおいて重ね合わせれば進行波が得ら
れることになる。時間項 sinωtおよびcosωt は、点pにおいて位相がπ/2ずれた振動であり、また sin 2πp/λと sin  2π/λ(p−λ/4) とは位置的にλ/4ずらすことを意味している。
On the other hand, the displacement y of a certain point on a circular ring due to a traveling wave is generally y-As i n (cp-ωt) - (1)
It is expressed as Here, A is the maximum displacement ffi, and c is 2π/
λ and ω represent natural frequencies, and p represents the position of a certain point on the ring. From formula (1), y−A sin 2πp/λ cosωt+As i
n (2πp/λ−π/2)sinωt
...(2) becomes. Therefore, if the vibration yl-As in 2πp/λ cosωt and the vibration y2-As in 2yr/λ (p-λ/4) sin ωt are superimposed at point p, a traveling wave will be obtained. The time terms sinωt and cosωt are vibrations with a phase shift of π/2 at point p, and sin 2πp/λ and sin 2π/λ(p-λ/4) mean a positional shift of λ/4. are doing.

第6図において、電極配置がλ/4,3λ/4の未分極
部を有しているのは以上の理由によっている。
This is the reason why the electrode arrangement in FIG. 6 has unpolarized portions of λ/4 and 3λ/4.

以上の様に電極配置をλ/4ずらすこと、および電気的
入力信号をπ/2ずらすことによ゛って進行波が得られ
る。
As described above, a traveling wave can be obtained by shifting the electrode arrangement by λ/4 and by shifting the electrical input signal by π/2.

次にこの様な進行波励起状態においてロータと接する側
の表面の各点が、進行波の進行方向変位成分xpと、表
面に垂直な変位成分ypとにおいて、第8図に示す様な
楕円軌跡を描くことについて説明する。進行波の振動は
圧電セラミクスと金属板の貼り合わせによる屈曲振動に
よって得られる板波であるが、その屈曲が板厚方向に沿
って同等の屈曲をするものであると、表面点pの変位成
分ypは yp−As in (2πxp/λ−ωt)e(1−c
osθp)      −(3)と表わされる。ただし
、ここでθpは点pにおける環状体の中立軸に垂直な軸
とX軸とのなす角、eは板厚の1/2である。今、θp
−0であり、従って(3)式は ypζAsLn (2πxp/λ−ωt)    ・・・(4)1.1 
 とな6・ま“・変位成分x p It e py’ 
0とし7xp−esin  θ p ’i e  θ 
pであるが、(4)式より θp−d 3/ I) / d x p−ACcos 
 (2πxp/λ−ω t)であるから xp−ACe   cos  (2πxp/λ−ωt)
・・・(5) となる。したがって(4)、(5)式より(λX p/
 2 A e yr )〜十(yp/A)2−1   
           ・・・(6)となり、楕円軌跡
を描くことがわかる。そして、この楕円軌跡の頂点は常
に同方向に向っているので、楕円軌跡の頂点に設置され
たロータが移動していくことになる。
Next, in such a traveling wave excited state, each point on the surface in contact with the rotor follows an elliptical trajectory as shown in FIG. Explain about drawing. The vibration of the traveling wave is a plate wave obtained by the bending vibration caused by bonding the piezoelectric ceramic and the metal plate, but if the bending is equivalent along the thickness direction of the plate, the displacement component of the surface point p yp is yp-As in (2πxp/λ-ωt)e(1-c
osθp) −(3). However, here, θp is the angle formed between the axis perpendicular to the neutral axis of the annular body at point p and the X axis, and e is 1/2 of the plate thickness. Now, θp
-0, so equation (3) is ypζAsLn (2πxp/λ-ωt) ... (4) 1.1
Tona6・Ma”・Displacement component x p It e py'
0 and 7xp-esin θ p 'i e θ
p, but from equation (4), θp-d 3/I) / d x p-ACcos
(2πxp/λ-ωt), so xp-ACe cos (2πxp/λ-ωt)
...(5) becomes. Therefore, from equations (4) and (5), (λX p/
2 A e yr ) ~ 10 (yp/A) 2-1
...(6), and it can be seen that an elliptical locus is drawn. Since the vertices of this elliptical locus always face in the same direction, the rotor installed at the apex of the elliptical locus will move.

このような原理に基く超音波モータの応用として、カメ
ラの鏡筒移動が検討されている。第9図はその一例であ
って、圧電素子11および金属製の振動板12からなる
ステータと、このステータに押圧接触した部材13から
なるロータとで構成された超音波モータ10を固定鏡筒
枠14にマウントし、上記ロータの回転によりレンズ1
5と一体化されている直進移動子16を駆動するように
したものである。なお上記直進移動子16に設けである
V溝17と固定鏡筒枠14の内壁に突設されている突起
18とが係合しており、この係合部をガイドとして、移
動子16は直進することになる。すなわち、いわゆるヘ
リコイド構造となっている。
As an application of the ultrasonic motor based on this principle, moving the lens barrel of a camera is being considered. FIG. 9 shows an example of this, in which an ultrasonic motor 10 consisting of a stator consisting of a piezoelectric element 11 and a metal diaphragm 12, and a rotor consisting of a member 13 in pressure contact with the stator is fixed to a lens barrel frame. 14, and by rotation of the rotor, the lens 1
5 is adapted to drive a linear moving element 16 which is integrated with the moving element 5. Note that the V-groove 17 provided on the linear slider 16 engages with a protrusion 18 protruding from the inner wall of the fixed lens barrel frame 14, and the slider 16 moves linearly using this engagement portion as a guide. I will do it. That is, it has a so-called helicoid structure.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

上記第9図に示すものにおいては、オート・マニュアル
の切換えに関して問題がある。すなわち超音波モータを
カメラに搭載する目的は、オートフォーカスを行なうた
めであるが、オートフォーカスのみを常時用いるのでは
なしに、必要に応じてマニュアル操作でもフォーカシン
グを行なえるものの方が、利用価値が高いといえる。し
かし、超音波モータは、効率向上のためロータの押圧保
持を行なっているので、マニュアル操作時に超音波モー
タの駆動電源をオフにしただけでは、上記ロータの押圧
保持力が抵抗となって相当大きな操作力を必要とする。
In the system shown in FIG. 9, there is a problem regarding automatic/manual switching. In other words, the purpose of installing an ultrasonic motor in a camera is to perform autofocus, but it is more useful to have a camera that can perform manual focusing as needed, rather than using only autofocus all the time. It can be said. However, since ultrasonic motors hold the rotor under pressure to improve efficiency, simply turning off the drive power of the ultrasonic motor during manual operation will cause the rotor's pressing force to act as resistance, causing a considerable increase in Requires operating power.

この点を解消する手段として、マニュアル操作時には、
定在波を励起するという手段がある。定在波を励起する
と、第8図に示した回転楕円運動の代りにypのみが存
在する上下振動状態となり、ロータとステータとの間の
摩擦が小さい状態となる。したがってマニュアル操作と
して好ましい状態となる。なお定在波を励起するには、
超音波モータに90°位相を与える代りに同相の電圧を
印加すればよい。
As a way to solve this problem, during manual operation,
There is a way to excite standing waves. When a standing wave is excited, a vertical vibration state in which only yp exists instead of the spheroidal motion shown in FIG. 8 is created, and the friction between the rotor and stator becomes small. Therefore, this is a preferable state for manual operation. In addition, to excite the standing wave,
Instead of applying a 90° phase to the ultrasonic motor, voltages of the same phase may be applied.

しかしながら、このような定在波励起による手段には、
消費電力が増大するという難点がある。
However, such means using standing wave excitation,
There is a drawback that power consumption increases.

すなわちマニュアル操作時において定在波を励起させる
ことは、常に電気エネルギーを消費することになる。し
かるにカメラのように小型で軽量であることが望まれる
機器にとっては、電源としての乾電池もできる限り小容
量のものが用いられる。
That is, exciting standing waves during manual operation always consumes electrical energy. However, for devices such as cameras that are desired to be small and lightweight, dry batteries with as small a capacity as possible are used as a power source.

かくして乾電池の消耗を考えると、マニュアル操作時に
は従来のマニュアルのフォーカシングと同様に電気エネ
ルギーを消費しないものが望ましい。
Considering the consumption of dry batteries, it is desirable to have a device that does not consume electrical energy during manual operation, similar to conventional manual focusing.

そこで本発明は、マニュアル操作する場合の操作力が小
さくて済み、操作性が良好である上、マニュアル操作時
には電力消費が全くなく、オート・マニュアル切換え操
作が必要な機器にって極めて好適な超音波モータを提供
することを目的とする。
Therefore, the present invention requires less operating force when operating manually, has good operability, and consumes no power during manual operation, making it extremely suitable for equipment that requires automatic/manual switching operation. The purpose is to provide a sonic motor.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明は上記問題点を解決し目的を達成するために、次
のような手段を講じた。すなわち、円環状圧電素子およ
び振動板からなるステータに屈曲進行波を励起し、この
屈曲進行波によるステータ表面の楕円軌跡の頂点にロー
タを接することによってロータを回転させる超音波モー
タにおいて、■ 前記ステータに押圧力を及ぼす如く第
1のロータを配設する。
In order to solve the above-mentioned problems and achieve the object, the present invention takes the following measures. That is, in an ultrasonic motor that rotates the rotor by exciting a bending traveling wave in a stator consisting of an annular piezoelectric element and a diaphragm and bringing the rotor into contact with the apex of an elliptical locus on the stator surface caused by the bending traveling wave, The first rotor is arranged so as to exert a pressing force on the first rotor.

■ この第1のロータに隣接するように配設され、かつ
被駆動体に対して駆動力を与えるように第2のロータを
設ける。
(2) A second rotor is provided adjacent to the first rotor to provide a driving force to the driven body.

■ 前記第1のロータと第2のロータとの間に介在し、
上記第1のロータと第2のロータとを適時連結・切離し
可能な連結機構を設ける。
■ Interposed between the first rotor and the second rotor,
A coupling mechanism is provided that can connect and disconnect the first rotor and the second rotor as needed.

/f   、、お、詰機ti 、= L−Ciよ、第1
.)。−月よえ、よ第2のロータ]に基端部を固定され
オート動作時に先端部が屈曲変位する如く設けられた圧
電変位素子と、この圧電変位素子が屈曲変位したときこ
の圧電変位素子の先端と係合するように第2のロータ[
または第1のロータ]に設けられた係合部とで構成され
たものが好ましい。
/f,,,,filling machine ti,= L-Ci, 1st
.. ). - A piezoelectric displacement element whose base end is fixed to the second rotor and whose tip part is bent and displaced during automatic operation, and when this piezoelectric displacement element is bent and displaced, a second rotor [
or the first rotor] is preferable.

〔作用〕[Effect]

このような手段を講じたことにより、次のような作用を
生じる。連結機構により第1.第2のロータが連結され
た状態では、被駆動体側が駆動源側と一体化された状態
となり、従来のものと同様のオート動作が可能となる。
By taking such measures, the following effects occur. Due to the connection mechanism, the first. When the second rotor is connected, the driven body side is integrated with the drive source side, and automatic operation similar to the conventional one is possible.

また連結機構による第1.第2のロータの連結状態が解
かれた状態では、被駆動体側が駆動源側から切離された
状態となり、被駆動体をマニュアル操作する場合の操作
力が小さくなり、操作し易いものとなる。しかも上記マ
ニュアル操作時には電力を全く供給する必要がなくなる
Also, the first connection mechanism. When the second rotor is uncoupled, the driven body is separated from the drive source, and the operating force required to manually operate the driven body is reduced, making it easier to operate. . Furthermore, there is no need to supply power at all during the manual operation.

〔実施例〕〔Example〕

第1図、第2図は本発明の第1実施例を示す図で、第1
図はロータ部20の構成を示す断面図、第2図は第1図
の主要部Bを示す拡大断面図である。第1図、第2図に
示すように、第1のロータ21の外周には第2のロータ
22が同軸的に配設されている。上記第1のロータ21
はステータ(不図示)に押圧力を与え得るように設けら
れている。また第2のロータ22は、例えばカメラのレ
ンズと一体化されている直進移動子等の被駆動体(不図
示)に対し、駆動力を与え得るように設けられている。
FIG. 1 and FIG. 2 are diagrams showing a first embodiment of the present invention.
The figure is a sectional view showing the structure of the rotor section 20, and FIG. 2 is an enlarged sectional view showing the main part B of FIG. 1. As shown in FIGS. 1 and 2, a second rotor 22 is disposed coaxially around the outer periphery of the first rotor 21. As shown in FIGS. The first rotor 21
is provided so as to be able to apply a pressing force to the stator (not shown). Further, the second rotor 22 is provided so as to be able to apply a driving force to a driven body (not shown), such as a linear slider integrated with a camera lens, for example.

上記第1のロータ21と第2のロータ22との間には連
結機構23.24が介在しており、両ロータを連結した
り切り離したりできるようになっている。この連結機構
23.24は同一構成を有し、ロータ円周上の180°
異なる位置に対向配設されているが、後述するように回
転方向に対しては互いに逆向きの係合が行なわれるよう
に設けられている。
A coupling mechanism 23, 24 is interposed between the first rotor 21 and the second rotor 22, so that the two rotors can be coupled or separated. The coupling mechanisms 23 and 24 have the same configuration and are connected at 180° on the rotor circumference.
Although they are disposed oppositely at different positions, they are provided so that they are engaged in opposite directions with respect to the rotational direction, as will be described later.

上記連結機構は、!2図に示すように屈曲変位を生じる
圧電変・位素子(圧電バイモルフ)25を、i2のロー
タ22の内周面に設けた凹部26内に収容し、その基端
部25aを上記四部26に固定し、通電時において先端
部25bが破線の如く屈曲変位するものとなっている。
The above connection mechanism is! As shown in FIG. 2, a piezoelectric transducer (piezoelectric bimorph) 25 that generates bending displacement is housed in a recess 26 provided on the inner peripheral surface of the rotor 22 of i2, and its base end 25a is inserted into the four parts 26. The tip 25b is fixed, and when energized, the tip 25b bends and displaces as shown by the broken line.

なお圧電変位素子25としては、機械的強度の点から、
金属板に圧電セラミックスを張合わせたものが好ましい
Note that from the viewpoint of mechanical strength, the piezoelectric displacement element 25 is
A metal plate laminated with piezoelectric ceramics is preferable.

一方、第1のロータ21の外周面には前記圧電変位索子
25の屈曲変位した先端部25bが入り込んで、係合状
態となり得るように、係合部すなわち切り込み部27が
設けである。
On the other hand, an engaging portion, that is, a notch portion 27 is provided on the outer circumferential surface of the first rotor 21 so that the bent tip portion 25b of the piezoelectric displacement cord 25 can enter into an engaged state.

圧電変位素子25への通電は、被駆動体を連続的に回転
させ続けるような場合には、摺動電極を介して通電を行
なう必要があるが、例えばカメラのオートフォーカスを
行なうような場合には、ロータ回転角度が通常1回転以
下であるから、リード線で直接接続するようにしても支
障はない。ただしこの場合、往復回転動作であるので、
第1図に示す如く係合の方向を逆にした一対の連結機構
23.24を設ける必要がある。
It is necessary to supply electricity to the piezoelectric displacement element 25 through a sliding electrode when the driven object is continuously rotated, but when performing autofocus of a camera, for example, Since the rotor rotation angle is usually one rotation or less, there is no problem even if the rotor is connected directly with a lead wire. However, in this case, since it is a reciprocating rotation operation,
As shown in FIG. 1, it is necessary to provide a pair of coupling mechanisms 23, 24 with opposite directions of engagement.

なお圧電変位索子25は周知の如く、印加電圧をV、変
位量をΔX、バイモルフ長をノ、厚みをt、圧電定数を
d31とすると、変位量ΔXはΔx=312d31 V
/12 なる式によって表わせる。
As is well known, the piezoelectric displacement cord 25 has an applied voltage of V, a displacement amount of ΔX, a bimorph length of 0, a thickness of t, and a piezoelectric constant of d31.The displacement amount ΔX is Δx=312d31 V.
/12 It can be expressed by the formula.

このように構成された超音波モータは次のように作動す
る。オート動作させる場合には、圧電変位素子25に通
電する。そうすると上記素子25は第2図中破線のよう
に屈曲変位し、先端部25bが切り込み部27内に陥入
する。かくして、第1、第2のロータ21.22相互間
は連結される。
The ultrasonic motor configured in this way operates as follows. For automatic operation, the piezoelectric displacement element 25 is energized. Then, the element 25 is bent and displaced as shown by the broken line in FIG. Thus, the first and second rotors 21, 22 are connected to each other.

したがってこの状態で超音波モータのステータに通電を
行なうと、第1のロータ21が回転し、これに伴い第2
のロータ22も回転する。かくして被駆動体は超音波モ
ータの回転力により駆動される。なお初期状態において
、圧電変位素子25と切り込み部27との相対的な位置
がずれている場合には、圧電変位素子25に通電した状
態において、超音波モータを作動させる。そうすると、
第1のロータ21が若干回転して圧電変位素子25− 
の先端部25bが切り込み部27内に陥入するよf゛ うになる。
Therefore, when the stator of the ultrasonic motor is energized in this state, the first rotor 21 rotates and the second rotor 21 rotates.
The rotor 22 also rotates. The driven body is thus driven by the rotational force of the ultrasonic motor. Note that in the initial state, if the relative positions of the piezoelectric displacement element 25 and the notch 27 are shifted, the ultrasonic motor is operated while the piezoelectric displacement element 25 is energized. Then,
The first rotor 21 rotates slightly and the piezoelectric displacement element 25-
The distal end 25b of the cutout 27 becomes invaginated into the notch 27.

マニュアル操作を行なう場合には、圧電変位索子25へ
の通電を断つ。そうすると、上記素子25は元の状態に
戻る。かくして第1.第2のロータ21,22は、連結
を解かれ、駆動源側(ステータおよび第1のロータ21
)と被駆動体側(被駆動体と第20−タ22)とが切り
離される。
When performing manual operation, the power to the piezoelectric displacement cable 25 is cut off. Then, the element 25 returns to its original state. Thus, the first. The second rotors 21 and 22 are disconnected, and the drive source side (the stator and the first rotor 21
) and the driven body side (the driven body and the 20th motor 22) are separated.

したがって、被駆動体を手動にて駆動操作すると、被駆
動体側のみが回転し、駆動源側は全く回転しない。この
ため被駆動体の駆動操作力は小さくて済み、操作し易い
ものとなる。しかもこの場合、超音波モータには同等電
力を供給しなくてもよく、電力消費が零となる。
Therefore, when the driven body is manually driven, only the driven body rotates, and the drive source side does not rotate at all. Therefore, the drive operation force for the driven body is small, and the drive body is easy to operate. Moreover, in this case, it is not necessary to supply the same electric power to the ultrasonic motor, and power consumption becomes zero.

なお、圧電変位素子25はDC的に用いられるため、屈
曲変位する瞬間は電流が流れるが、一旦変位するとコン
デンサと同様にほどんど電流を流さなくとも、その変位
状態が保持されるので、電力消費が僅かで済む。勿論マ
ニュアル操作時においては、印加電圧が零であるから、
電力消費は全くない。また圧電変位索子25は、現在数
千円程度であり、回路構成も簡単であるから安価に製作
可能である上、小型でスペースを取らない利点がある。
Note that since the piezoelectric displacement element 25 is used in a DC manner, a current flows at the moment of bending displacement, but once the piezoelectric displacement element 25 is displaced, the displacement state is maintained even if almost no current flows, similar to a capacitor, so power consumption is reduced. It only takes a small amount. Of course, during manual operation, the applied voltage is zero, so
There is no power consumption. Furthermore, the piezoelectric displacement cable 25 currently costs about several thousand yen, and has a simple circuit configuration, so it can be manufactured at low cost, and has the advantage of being small and taking up little space.

第3図は本発明の第2実施例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a second embodiment of the present invention.

本実施例が前記第1実施例と異なる点は、第1実施例で
は第2のロータ22側に圧電変位素子25を取付け、第
1のロータ21側に切り込み部27を設けたのに対して
、本実施例では、第1のロータ31側に圧電変位素子3
5を取付け、第2のロータ32側に切り込み部37を設
けるようにした点である。なお30はロータ部、33.
34は連結機構、36は素子収容用の凹部である。本実
施例においても、第1実施例と同様の作用効果がある。
The difference between this embodiment and the first embodiment is that in the first embodiment, a piezoelectric displacement element 25 is attached to the second rotor 22 side, and a notch 27 is provided to the first rotor 21 side. In this embodiment, the piezoelectric displacement element 3 is provided on the first rotor 31 side.
5 is attached, and a notch 37 is provided on the second rotor 32 side. In addition, 30 is a rotor part, 33.
34 is a connecting mechanism, and 36 is a recess for accommodating an element. This embodiment also has the same effects as the first embodiment.

第4図(a)(b)は本発明の第3実施例を示す図であ
る。本実施例が前記第1実施例と異なる点は、第1のロ
ータ41と第2のロータ42とをカメラの鏡筒枠40の
軸心方向に隣接して配置し、その隣接部位に連結機構4
4を設けた点である。
FIGS. 4(a) and 4(b) are diagrams showing a third embodiment of the present invention. This embodiment differs from the first embodiment in that a first rotor 41 and a second rotor 42 are arranged adjacent to each other in the axial direction of the lens barrel frame 40 of the camera, and a connecting mechanism is provided at the adjacent portion. 4
4.

したがってこの場合の連結機構44としては、軸心と平
行な方向へ屈曲変位する圧電変位索子45を、第2のロ
ータ42の内周面に設けた四部46内に取付け、」二足
圧電変位素子45と係合する切り込み部47を、第1の
ロータ41の内周面に軸心と平行な方向へ深さが変化す
るような形に設けたものとなっている。なお図中43は
ステータ、48は第2のロータ固定用の突起、49は直
進移動子である。本実施例においても前記第1実施例と
同様の作用効果を奏する。
Therefore, as the coupling mechanism 44 in this case, a piezoelectric displacement cord 45 that bends and displaces in a direction parallel to the axis is attached within the four parts 46 provided on the inner peripheral surface of the second rotor 42, and A notch 47 that engages with the element 45 is provided on the inner circumferential surface of the first rotor 41 in a shape whose depth changes in a direction parallel to the axis. In the figure, 43 is a stator, 48 is a projection for fixing the second rotor, and 49 is a linear slider. This embodiment also provides the same effects as the first embodiment.

なお本発明は前記実施例に限定されるものではない。例
えば前記実施例では、連結機構のアクチュエータとして
、バイモルフ型の圧電変位素子を用いたが、精密加工品
のように必要な変位量が101a以下でよいような場合
には、積層型の圧電変位素子を用いてもよい。このほか
本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能であ
るのは勿論である。
Note that the present invention is not limited to the above embodiments. For example, in the above embodiment, a bimorph type piezoelectric displacement element was used as the actuator of the coupling mechanism, but if the required displacement amount is 101a or less, such as in a precision machined product, a laminated type piezoelectric displacement element may be used. may also be used. It goes without saying that various other modifications can be made without departing from the gist of the present invention.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば、ステータに押圧力を及ぼす如く設けら
れた第1のロータと、被駆動体に対して駆動力を与える
ように設けられた第2のロータとを隣接するように配設
し、第1のロータと第2のロータとの間に、上記第1の
ロータと第2のロー夕とを適時連結・切離し可能な連結
機構を設けるようにしたので、被駆動体のマニュアル操
作時には連結機構による第1.第2のロータの連結状態
を解けようにすれば、被駆動体が駆動源側から切離され
た状態となり、マニュアル操作する場合の操作力が小さ
くて済み、操作性が良好となる上、マニュアル操作時に
は電力消費が全くなく、オート・マニュアル切換え操作
が必要な機器にとって極めて好適な超音波モータを提供
できる。
According to the present invention, the first rotor provided to apply a pressing force to the stator and the second rotor provided to apply a driving force to the driven body are arranged adjacent to each other. , a connecting mechanism is provided between the first rotor and the second rotor that can connect and disconnect the first rotor and the second rotor at the appropriate time, so that when the driven body is manually operated. 1st by connecting mechanism. If the second rotor can be uncoupled, the driven body will be separated from the drive source side, and the operating force required for manual operation will be small, resulting in good operability. It is possible to provide an ultrasonic motor that consumes no power during operation and is extremely suitable for equipment that requires automatic/manual switching operation.

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

第1図は本発明の第1実施例の構成を示す断面図、第2
図は第1図の主要部を示す拡大断面図、第3図は本発明
の第2実施例の構成を示す断面図、第4図(a)(b)
は本発明の第3実施例を示す縦断面図および主要部の横
断面図である。第5図〜第9図は従来技術を示す図で、
第5図は超音波モータの概念図、第6図および第7図は
圧電素子、)の構成を示す図、第8図は回転の原理を示
す図、第9図は応用例を示す断面図である。 1・・・圧電素子、2・・・振動板、3・・・ロータ、
20゜30・・・ロータ部、21,31.41・・・第
1のロータ、22.32.42・・・第2のロータ、2
3゜24.33,34.44・・・連結機構、25,3
5゜45・・・圧電変位素子、26,36.46・・・
凹部、27.37.47・・・きり込み部(係合部)。 出願人代理人 弁理士 坪井 淳 第1図 ¥!2図 @3″図 ra)             (b)?R4図 、1 第5図 fRG図 第7図
FIG. 1 is a sectional view showing the configuration of the first embodiment of the present invention, and FIG.
The figure is an enlarged sectional view showing the main part of FIG. 1, FIG. 3 is a sectional view showing the configuration of the second embodiment of the present invention, and FIGS. 4(a) and (b).
FIG. 2 is a vertical cross-sectional view and a cross-sectional view of main parts of a third embodiment of the present invention. Figures 5 to 9 are diagrams showing the prior art,
Fig. 5 is a conceptual diagram of an ultrasonic motor, Figs. 6 and 7 are piezoelectric elements, Fig. 8 is a diagram showing the structure of the piezoelectric element, Fig. 8 is a diagram showing the principle of rotation, and Fig. 9 is a sectional view showing an example of application. It is. 1... Piezoelectric element, 2... Vibration plate, 3... Rotor,
20°30...Rotor part, 21, 31.41...First rotor, 22.32.42...Second rotor, 2
3゜24.33, 34.44...Connection mechanism, 25,3
5゜45...piezoelectric displacement element, 26,36.46...
Recessed portion, 27.37.47... cut-in portion (engaging portion). Applicant's agent Patent attorney Jun Tsuboi Figure 1¥! Figure 2 @ Figure 3'' ra) (b)?R4 Figure, 1 Figure 5 fRG Figure Figure 7

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)円環状圧電素子および振動板からなるステータに
屈曲進行波を励起し、この屈曲進行波によるステータ表
面の楕円軌跡の頂点にロータを接することによってロー
タを回転させる超音波モータにおいて、前記ステータに
押圧力を及ぼす如く配設された第1のロータと、この第
1のロータに隣接するように配設され被駆動体に対して
駆動力を与えるように設けられた第2のロータと、前記
第1のロータと第2のロータとの間に介在し上記第1の
ロータと第2のロータとを適時連結・切離し可能に設け
られた連結機構とを具備したことを特徴とする超音波モ
ータ。
(1) An ultrasonic motor that rotates the rotor by exciting a bending traveling wave in a stator consisting of an annular piezoelectric element and a diaphragm, and bringing the rotor into contact with the apex of an elliptical locus on the stator surface caused by the bending traveling wave. a first rotor disposed so as to exert a pressing force on the driven body; a second rotor disposed adjacent to the first rotor so as to apply a driving force to the driven body; An ultrasonic wave device characterized by comprising a coupling mechanism interposed between the first rotor and the second rotor and capable of coupling and disconnecting the first rotor and the second rotor as appropriate. motor.
(2)連結機構は、第1のロータ[または第2のロータ
]に基端部を固定されオート動作時に先端部が屈曲変位
する如く設けられた圧電変位素子と、この圧電変位素子
が屈曲変位したときこの圧電変位素子の先端と係合する
ように第2のロータ[または第1のロータ]に設けられ
た係合部とで構成されたものである特許請求の範囲第1
項記載の超音波モータ。
(2) The coupling mechanism includes a piezoelectric displacement element whose base end is fixed to the first rotor [or the second rotor] and whose distal end is bent and displaced during automatic operation, and this piezoelectric displacement element which is bent and displaced. and an engaging portion provided on the second rotor [or the first rotor] so as to engage with the tip of the piezoelectric displacement element when
Ultrasonic motor as described in section.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01252943A (en) * 1988-04-01 1989-10-09 Fuji Photo Film Co Ltd Programmed shutter driving device
US5189331A (en) * 1989-01-31 1993-02-23 Canon Kabushiki Kaisha Vibration wave driven motor
JPH0717277Y2 (en) * 1987-11-02 1995-04-19 三木プーリ株式会社 Ultrasonic motor

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