JP2518647B2 - Ultrasonic motor - Google Patents
Ultrasonic motorInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、比較的小型で低消費電力で実現可能な超音
波モータに関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to an ultrasonic motor which is relatively small and can be realized with low power consumption.
本発明は、圧電振動子の伸縮運動を利用した振動波に
より移動体を摩擦駆動させる超音波モータにおいて、振
動体部を中心軸に軸方向とともに半径方向に密着固定
し、振動体部と圧電振動子を振動体部の半径方向に対し
て節部を持たない一次の振動モードで駆動し、移動体を
中心軸を回転案内とし振動体部の外周付近に加圧接触さ
せて回転させる構成とし、超音波モータの薄型化、小型
化、及び、高効率化を実現する。The present invention relates to an ultrasonic motor in which a moving body is frictionally driven by an oscillating wave utilizing expansion and contraction motion of a piezoelectric vibrator, in which the vibrating body portion is closely adhered and fixed in the radial direction along with the axial direction around the central axis. The child is driven in a primary vibration mode having no nodes in the radial direction of the vibrating body portion, and the moving body is rotated by pressing contact with the outer periphery of the vibrating body portion with the central axis as a rotation guide, and rotating. Achieve thinner, smaller, and more efficient ultrasonic motors.
従来、圧電振動子を用いた超音波モータとしては、定
在波方式や進行波方式などが知られていた。例えば、日
本工業技術センター発行の、「新方式／新原理モータ開
発・実用化の要点」（昭和59年）などに、従来の超音波
モータの原理が示されている。Conventionally, as an ultrasonic motor using a piezoelectric vibrator, a standing wave type, a traveling wave type, etc. have been known. For example, the principle of a conventional ultrasonic motor is shown in "Points of New Method / New Principle Motor Development / Practical Use" (1984) published by Japan Industrial Technology Center.
また、第４図に示すように、円環型の振動体部403を
有し、圧電振動子404に所定の電圧を印加して、移動体4
05を回転させる構造が知られていた。Further, as shown in FIG. 4, it has a ring-shaped vibrating body portion 403 and applies a predetermined voltage to the piezoelectric vibrator 404 to move the moving body 4
The structure that rotates 05 was known.
さらに、第５図に示すように、円板型の振動体部503
を有し、圧電振動子504に所定の電圧を印加して、移動
体505を回転させる構造が知られていた。Further, as shown in FIG.
It has been known to have a structure in which the movable body 505 is rotated by applying a predetermined voltage to the piezoelectric vibrator 504.
例えば、特開昭59−96881号公報及び特開昭60−17407
8号公報に従来の構造が開示されている。For example, JP-A-59-96881 and JP-A-60-17407.
Japanese Patent Publication No. 8 discloses a conventional structure.
従来の超音波モータにおいては、第４図に示すような
円環型の振動体部403を有する構造においては、圧電振
動子404によって励振された屈曲振動波は、振動の節部
を持たない。したがって、支持機構406は、振動波を減
衰させ、電気−機械変換効率は低下するという課題があ
った。In the conventional ultrasonic motor, in the structure having the ring-shaped vibrating body portion 403 as shown in FIG. 4, the bending vibration wave excited by the piezoelectric vibrator 404 does not have a vibration node portion. Therefore, the support mechanism 406 has a problem that the vibration wave is attenuated and the electromechanical conversion efficiency is reduced.
また、第５図に示すような円板型の振動体部503を有
する構造においては、振動体部503の径方向に対して２
次の振動モードで励振する。振動体503は、固定台502で
半径方向の２か所で支持する。この構造においては、節
部の位置のばらつきや振動体を支持する面積のばらつき
や振動体を支持する支持力のばらつきにより、電気−機
械変換効率は低下するという課題があった。Further, in the structure having the disk-shaped vibrating body portion 503 as shown in FIG.
Excite in the next vibration mode. The vibrating body 503 is supported by the fixed base 502 at two locations in the radial direction. In this structure, there is a problem in that the electromechanical conversion efficiency is reduced due to variations in the positions of the nodes, variations in the area supporting the vibrating body, and variations in the supporting force supporting the vibrating body.
このような課題は、超音波モータを小型化すれば、さ
らに大きな影響があらわれる。Such a problem is more seriously affected if the ultrasonic motor is downsized.
そして、移動体405と中心軸401が一体である構造や、
移動体505と中心軸501が一体である構造においては、ベ
アリング等の軸受け部材407や軸受け部材506が必要とな
るという課題を有していた。And a structure in which the moving body 405 and the central shaft 401 are integrated,
The structure in which the moving body 505 and the central shaft 501 are integrated has a problem that the bearing member 407 such as a bearing and the bearing member 506 are required.
そこで、この発明の目的は、振動体の支持構造による
振動波成分の低下がなく、小型で、薄く、高効率な超音
波モータを得ることにある。Therefore, an object of the present invention is to obtain a small, thin, highly efficient ultrasonic motor that does not reduce the vibration wave component due to the support structure of the vibrating body.
超音波モータの振動体の支持構造による電気−機械変
換効率は低下という課題を解決するために、この発明
は、超音波モータを固定するための固定台と、径小部と
径大部からなる段付部を有し、径大部で固定台に固定さ
れた中心軸と、中心軸の径小部で半径方向に密着固定さ
れるとともに段付部で軸方向に、固定台と空隙を持って
密着固定された振動体部と、振動体部の固定台側の面に
張り付け固定され、半径方向に対して節部を有さない一
次の振動モードで駆動される圧電振動子と、振動体部の
略外周部で、かつ圧電振動子の外径範囲内に摩擦接触部
を有し、圧電振動子により半径方向に対して節部を有さ
ない一次の振動モードで振動する振動体部に生じる振動
波によって、中心軸を回転案内として回転する移動体
と、振動体部と移動体とを、摩擦接解部を介して、所定
の圧力で軸方向に加圧する加圧手段とを有する構成と
し、超音波モータの小型化、薄型化及び高効率化を実現
した。In order to solve the problem that the electro-mechanical conversion efficiency is lowered due to the support structure of the vibrating body of the ultrasonic motor, the present invention comprises a fixing base for fixing the ultrasonic motor, a small diameter portion and a large diameter portion. It has a stepped part, and the central axis is fixed to the fixed base at the large diameter part and is closely fixed in the radial direction at the small diameter part of the central axis, and the fixed part has a gap in the axial direction at the stepped part. And the vibrating body that is driven by the primary vibration mode that has no nodes in the radial direction. A vibrating body part that has a frictional contact part within the outer peripheral range of the piezoelectric vibrator within the outer diameter range of the piezoelectric vibrator and that vibrates in a primary vibration mode that does not have a node part in the radial direction by the piezoelectric vibrator. Due to the generated vibration wave, the moving body that rotates with the central axis as the rotation guide, the vibrating body portion, and the moving body , Via a friction contact solution section, a configuration and a pressurizing means for pressurizing the axial direction at a predetermined pressure, the miniaturization of the ultrasonic motor, to achieve a thin and high efficiency.
本発明の超音波モータ代表的な構成においては、第１
図に示すように、超音波モータは、固定台102に固定す
る。中心軸101は、固定台102に固定する。振動体部103
は、中心軸101の段付部101aに密着固定する。圧電振動
子104は、振動体部103に固定する。In the typical configuration of the ultrasonic motor of the present invention, the first
As shown in the figure, the ultrasonic motor is fixed to the fixed base 102. The central shaft 101 is fixed to a fixed base 102. Vibrating body 103
Is closely fixed to the stepped portion 101a of the central shaft 101. The piezoelectric vibrator 104 is fixed to the vibrating body section 103.
移動体105は、中心軸101を回転案内とし振動体部103
の半径方向に対しての最大振幅部近傍に加圧接触する。
加圧手段106は、振動体部103と移動体105とを加圧す
る。The moving body 105 uses the central shaft 101 as a rotation guide and the vibrating body portion 103.
The pressure contact is made in the vicinity of the maximum amplitude portion in the radial direction of.
The pressurizing means 106 pressurizes the vibrating body portion 103 and the moving body 105.
本発明の構造においては、振動体部の支持は中心軸と
一体となるような中心部の固定支持であるので、振動波
の減衰は少ない。また、振動体部と移動体の加圧力の調
整は容易で、適正な接触圧で移動体の回転が可能とな
る。In the structure of the present invention, since the support of the vibrating body part is the fixed support of the central part so as to be integrated with the central axis, the vibration wave is less attenuated. In addition, it is easy to adjust the pressure applied to the vibrating body and the moving body, and the moving body can be rotated with an appropriate contact pressure.
さらに、移動体は振動体部の半径方向に対しての最大
振幅部近傍に接触するので、振動体部を薄い平らな弾性
部材で構成しても、振動体部に励振された進行波の成分
が移動体に均一に伝達される。また、振動体部の外周が
径方向に対して最大に変位する箇所になるように超音波
モータを一次の振動モードで駆動させるため、低消費電
力化も実現できる。Furthermore, since the moving body comes into contact with the vibrating body portion in the vicinity of the maximum amplitude portion in the radial direction, even if the vibrating body portion is made of a thin flat elastic member, the component of the traveling wave excited in the vibrating body portion is Is uniformly transmitted to the moving body. Further, since the ultrasonic motor is driven in the primary vibration mode so that the outer circumference of the vibrating body portion is located at the maximum displacement in the radial direction, low power consumption can be realized.
以下に、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
第２図は、進行波型超音波モータにおける進行波発生
の原理の一例を示した図である。FIG. 2 is a diagram showing an example of the principle of traveling wave generation in a traveling wave ultrasonic motor.
圧電振動子201は、圧電セラミックなどの圧電結晶体
により構成する。圧電振動子201は、幅ｂにて等間隔に
分極する。圧電振動子201の相隣あう部分の分極方向
は、互いに逆方向になっている。The piezoelectric vibrator 201 is composed of a piezoelectric crystal body such as a piezoelectric ceramic. The piezoelectric vibrator 201 is polarized at equal intervals with a width b. The polarization directions of adjacent parts of the piezoelectric vibrator 201 are opposite to each other.
圧電振動子201の電極202には、銀またはニッケル等の
導電材料を用い、蒸着やメッキ等により形成する。電極
202は、信号線203及び信号線204により結線する。圧電
振動子201の電極202に、信号線203及び信号線204を介し
て、それぞれ高周波電圧を印加する。The electrode 202 of the piezoelectric vibrator 201 is made of a conductive material such as silver or nickel and is formed by vapor deposition, plating or the like. electrode
A signal line 203 and a signal line 204 connect the 202. A high frequency voltage is applied to the electrodes 202 of the piezoelectric vibrator 201 via the signal lines 203 and 204.
信号線203及び信号線204を結線した電極群の間には、
幅ｃの空隙部分を設ける。幅ｃの空隙部分は、分極の有
無は問わず、電極の有無も問わない。Between the electrode group connecting the signal line 203 and the signal line 204,
A void portion having a width c is provided. The void portion having the width c may be polarized or not polarized, and may or may not have electrodes.
幅ｃの空隙部分をはさむ電極の中心間距離はａとす
る。The distance between the centers of the electrodes sandwiching the void portion having the width c is a.
以下に、超音波モータの進行波の発生の原理を説明す
る。The principle of generation of the traveling wave of the ultrasonic motor will be described below.
第２図のの電極の部分の中点を基準に考える。進行
波は後退波からなる屈曲振動波は、下記の式により表さ
れる。Consider the midpoint of the electrode portion in FIG. 2 as a reference. A bending vibration wave in which a traveling wave is a backward wave is expressed by the following equation.
Asin（ωｔ−kx）＋Asin（ωｔ＋kx） （１） ここで、（１）式は、定在波を示す。Asin (ωt−kx) + Asin (ωt + kx) (1) Here, the equation (1) represents a standing wave.
第２図のの電極の部分の屈曲振動波は、下記の式に
より表される。The bending vibration wave of the electrode portion in FIG. 2 is represented by the following equation.
Bsin（ωｔ−ｋ（ｘ＋ａ）＋φ） ＋Bsin（ωｔ＋ｋ（ｘ＋ａ）＋φ） （２） ここで、ｋ＝ω／ν＝２π／λ λ：波長 φ：に対する位相差角 （２）式において、 −ka＋φ＝απ ka＋φ＝βπ （３） とすると、（２）式は、 Bsin（ωｔ−kx＋απ） ＋Bsin（ωｔ＋kx＋βπ） （４） したがって、及びより励振される屈曲振動波は、
（１）式と（４）式を加えた形で表される。Bsin (ωt−k (x + a) + φ) + Bsin (ωt + k (x + a) + φ) (2) where k = ω / ν = 2π / λ λ: phase difference angle with respect to wavelength φ: In equation (2), −ka + φ = Απ ka + φ = βπ (3) Equation (2) is expressed as Bsin (ωt−kx + απ) + Bsin (ωt + kx + βπ) (4) Therefore, and the more excited bending vibration wave,
It is expressed by adding equations (1) and (4).
ここで、進行波の成分だけが存在するための条件を
（４）式の展開式から考えると、αが偶数で、βが奇数
のときとなる。Here, considering the condition for the existence of only the component of the traveling wave from the expansion of the equation (4), it is the case where α is an even number and β is an odd number.
ここで、（３）式より、 ａ＝λ（β−α）/4 φ＝π（α＋β）/2 （５） すなわち（α，β）＝（0,1），（2,3）のときには、 ａ＝λ/4 φ＝π/2 （α，β）＝（2,1）のときには、 ａ＝−λ/4 φ＝３π/2 （α，β）＝（0,3）のときには、 ａ＝３λ/4 φ＝３π/2 となる。 Here, from the equation (3), a = λ (β−α) / 4 φ = π (α + β) / 2 (5) That is, when (α, β) = (0,1), (2,3) , A = λ / 4 φ = π / 2 (α, β) = (2,1), a = −λ / 4 φ = 3π / 2 (α, β) = (0,3), a = 3λ / 4 φ = 3π / 2.
したがって、それぞれのａ及びφを満足するときに
は、進行波の成分のみが存在する。Therefore, when the respective a and φ are satisfied, only the traveling wave component is present.
例えば、 ａ＝３λ/4、ｂ＝λ/2、φ＝３π/2 のときには、（１）式と（２）式の和は、 Asin（ωｔ−kx）＋Asin（ωｔ＋kx） ＋Bsin（ωｔ−kx）−Bsin（ωｔ＋kx） （６） ここで、駆動回路から出力される高周波電圧信号の振
幅Ａ及びＢが、 Ａ＝Ｂ ならば、（６）式は、 2Asin（ωｔ−kx） となり、進行波の成分のみが残る。For example, when a = 3λ / 4, b = λ / 2, φ = 3π / 2, the sum of equations (1) and (2) is Asin (ωt−kx) + Asin (ωt + kx) + Bsin (ωt−kx ) −Bsin (ωt + kx) (6) Here, if the amplitudes A and B of the high frequency voltage signal output from the drive circuit are A = B, the equation (6) becomes 2Asin (ωt−kx) and the traveling wave Only the ingredient of remains.
また、超音波モータを逆転させるには、後退波の成分
のみを残せばよい。したがって、（５）式のαを奇数と
して、βを偶数とすれば良い。Further, in order to reverse the rotation of the ultrasonic motor, it is sufficient to leave only the backward wave component. Therefore, α in equation (5) may be an odd number and β may be an even number.
具体的には、第２図において、の部分を基準として
考えれば、の部分に加える信号の位相を超音波モータ
を正転駆動させる場合に対して、その位相を180度ずら
せば良い。Specifically, in FIG. 2, when the portion of (1) is used as a reference, the phase of the signal applied to the portion of (2) may be shifted by 180 degrees with respect to the case of driving the ultrasonic motor in the normal direction.
第３図は進行波型超音波モータが進行波成分によって
回転する原理を示した図である。振動体301は、弾性部
材により形成されている。振動体301には、圧電振動子
が接着されているために屈曲振動が発生する。FIG. 3 is a diagram showing the principle of the traveling wave type ultrasonic motor rotating by the traveling wave component. The vibrating body 301 is formed of an elastic member. A bending vibration is generated in the vibrating body 301 because the piezoelectric vibrator is adhered thereto.
ここで、振動体301に第２図の右方向への進行波が発
生すると、表面部の１点は左方向への楕円軌跡を描く。
ロータ部302は、進行波の波の進行方向とは逆の方向に
移動する。Here, when a traveling wave to the right in FIG. 2 is generated in the vibrating body 301, one point on the surface portion draws an elliptical locus to the left.
The rotor unit 302 moves in the direction opposite to the traveling direction of the traveling wave.
以上に記載した超音波モータの動作原理は、例えば、
「日経メカニカル（1985年９月23日号）」等に記載され
ている。The operation principle of the ultrasonic motor described above is, for example,
It is described in "Nikkei Mechanical (September 23, 1985 issue)" and the like.
第１図は、本発明の超音波モータの実施例の縦断面図
である。FIG. 1 is a vertical sectional view of an embodiment of the ultrasonic motor of the present invention.
中心軸101は、固定台102の穴部102aに固定する。中心
軸101には径小部と径大部からなる段付部101aが形成し
てある。振動体部103の穴部103aを中心軸101の径小部で
半径方向に密着固定するとともに段付部101aで軸方向に
密着固定する。The central shaft 101 is fixed to the hole 102a of the fixed base 102. A stepped portion 101a including a small diameter portion and a large diameter portion is formed on the central shaft 101. The hole portion 103a of the vibrating body portion 103 is closely fixed in the radial direction at the small diameter portion of the central shaft 101, and is also closely fixed in the axial direction at the stepped portion 101a.
ここで、振動体部103の材料としては、ステンレス、
黄銅、ジェラルミン等の弾性材料を用いる。Here, as the material of the vibrating body portion 103, stainless steel,
An elastic material such as brass and duralumin is used.
圧電振動子104は、少なくとも一枚以上の中心に孔を
形成した圧電セラミックスもしくは周方向に分割された
複数の圧電セラミックスである。圧電振動子104は、周
方向に複数の電極部を有し、分極処理されている。圧電
振動子104は、振動体部103の一方の面に固定する。The piezoelectric vibrator 104 is at least one piezoelectric ceramic in which a hole is formed at the center or a plurality of piezoelectric ceramics divided in the circumferential direction. The piezoelectric vibrator 104 has a plurality of electrode portions in the circumferential direction and is polarized. The piezoelectric vibrator 104 is fixed to one surface of the vibrating body 103.
移動体105は、中心部に案内穴を有する。移動体105
は、中心軸101を回転中心とする。調圧機構は、バネ部
材106、座金107及びストッパー108等により構成する。
調圧機構は、移動体105と振動体部103を加圧する。The moving body 105 has a guide hole in the center. Mobile 105
Has the central axis 101 as the center of rotation. The pressure adjusting mechanism is composed of a spring member 106, a washer 107, a stopper 108, and the like.
The pressure adjusting mechanism pressurizes the moving body 105 and the vibrating body section 103.
調圧機構は、振動体部103に発生する振動波を効率良
く移動体105に伝達して移動体105を回転させるように所
定の圧力に設定する。The pressure adjusting mechanism sets a predetermined pressure so that the vibration wave generated in the vibrating body section 103 is efficiently transmitted to the moving body 105 and the moving body 105 is rotated.
調圧機構の加圧力の調整は、板バネや十字バネ等のバ
ネ部材106の形状を変更しても良いし、座金107の使用枚
数を変更しても良い。To adjust the pressure applied by the pressure adjusting mechanism, the shape of the spring member 106 such as a leaf spring or a cross spring may be changed, or the number of washers 107 used may be changed.
調圧機構としては、ＣリングやＥリングのストッパー
を用いても良いし、ダブルナットを用いても良い。さら
に、調圧機構としては、ボールベアリングとコイルバネ
を用いてもよい。As the pressure adjusting mechanism, a C ring or E ring stopper may be used, or a double nut may be used. Further, a ball bearing and a coil spring may be used as the pressure adjusting mechanism.
また、移動体105は、振動体部103の半径方向に対して
の最大振幅部近傍にで接触するような構造となってい
る。Further, the moving body 105 is structured so as to come into contact with the vibrating body portion 103 in the vicinity of the maximum amplitude portion in the radial direction.
振動体部103を薄い平らな弾性部材により構成して
も、振動体部103に励振された振動波の成分は移動体105
に均一に伝達される。Even if the vibrating body portion 103 is configured by a thin flat elastic member, the component of the vibration wave excited in the vibrating body portion 103 is the moving body 105.
Is transmitted evenly.
なお、移動体105と振動体部103との接触部には、第５
図の従来の構造に示される周方向に凹凸となるようなく
し歯状の変位拡大機構を設けることで、モータの性能を
向上させることもできる。The contact portion between the moving body 105 and the vibrating body portion 103 has a fifth
It is also possible to improve the performance of the motor by providing a dislocation-shaped displacement magnifying mechanism having a concavo-convex shape in the circumferential direction shown in the conventional structure of the figure.
本実施例の構造をとることにより、振動体部103及び
移動体105の薄型化と小型化が実現できる。By adopting the structure of this embodiment, it is possible to reduce the thickness and size of the vibrating body portion 103 and the moving body 105.
さらに、振動体部103の外周部を径方向における最大
の変位を発生する箇所とするため、超音波モータを一次
の振動モードで共振する駆動振動数で励振させることも
できる。この構成によれば、超音波モータを低い周波数
で駆動することができ、発振回路及び駆動回路の低消費
電流化が実現できる。Further, since the outer peripheral portion of the vibrating body portion 103 is set as the location where the maximum displacement in the radial direction is generated, the ultrasonic motor can be excited by the driving frequency that resonates in the primary vibration mode. With this configuration, the ultrasonic motor can be driven at a low frequency, and the current consumption of the oscillation circuit and the drive circuit can be reduced.
第６図は、本発明の超音波モータの他の実施例の縦断
面図である。FIG. 6 is a vertical cross-sectional view of another embodiment of the ultrasonic motor of the present invention.
中心軸601は、固定台602に固定する。振動体部603
は、中心軸601により支持される。圧電振動子604は、振
動体部603の固定台602より離れた方の面に固定する。The central shaft 601 is fixed to the fixed base 602. Vibrating body 603
Are supported by a central shaft 601. The piezoelectric vibrator 604 is fixed to the surface of the vibrating body portion 603 remote from the fixed base 602.
圧電振動子604の外径は振動体部603の外径より小さ
い。この構成によれば、圧電振動子604の静電容量は小
さくなり、低消費電流化が実現できる。The outer diameter of the piezoelectric vibrator 604 is smaller than the outer diameter of the vibrating body portion 603. According to this configuration, the electrostatic capacity of the piezoelectric vibrator 604 is reduced, and low current consumption can be realized.
圧電振動子604を薄くすると電界強度は強くなり、低
電圧で駆動できる。一方、圧電振動子604を薄くすると
静電容量は増加するので、圧電振動子604を径小化すれ
ば、低消費電流化に有効である。When the piezoelectric vibrator 604 is made thin, the electric field strength becomes strong and it can be driven at a low voltage. On the other hand, when the piezoelectric vibrator 604 is made thin, the electrostatic capacity is increased. Therefore, reducing the diameter of the piezoelectric vibrator 604 is effective in reducing current consumption.
本実施例の調圧機構は、複数の永久磁石のお互いの反
発力を利用する。中心軸の外周にはネジ部を設ける。ガ
イド部材607は、振動体部603を支持し、振動体605の回
転の案内をする。The pressure adjusting mechanism of this embodiment utilizes the repulsive forces of a plurality of permanent magnets. A threaded portion is provided on the outer circumference of the central shaft. The guide member 607 supports the vibrating body portion 603 and guides the rotation of the vibrating body 605.
磁石部608と磁石部609は、座金610を介して組み込
む。ストッパー611は、磁石部609を磁石部608の方向に
押す。磁石部608と磁石部609は、互いの磁力により反発
する。The magnet part 608 and the magnet part 609 are assembled via a washer 610. The stopper 611 pushes the magnet portion 609 toward the magnet portion 608. The magnet portion 608 and the magnet portion 609 repel each other due to the magnetic force of each other.
移動体605は、磁石部608と磁石部609の反発力によ
り、振動体部603に所定の圧力で接触する。The moving body 605 comes into contact with the vibrating body portion 603 at a predetermined pressure by the repulsive force of the magnet portion 608 and the magnet portion 609.
第７図は、本発明の超音波モータの実施例の振動体部
の径方向の挙動を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing behavior of the vibrating body portion in the radial direction of the embodiment of the ultrasonic motor of the present invention.
振動体部702の中心部は、中心軸701に固定する。圧電
振動子703は、振動体部702の一方の面に固定する。振動
体部702は、外周部が最大の変位となるように、一次の
振動モードで動作する。The central portion of the vibrating body portion 702 is fixed to the central shaft 701. The piezoelectric vibrator 703 is fixed to one surface of the vibrating body portion 702. The vibrating body portion 702 operates in the primary vibration mode so that the outer peripheral portion has the maximum displacement.
第７図（ａ）は、振動体部702と圧電振動子703の外径
が同等の構成を示す図である。FIG. 7A is a diagram showing a configuration in which the vibrating body portion 702 and the piezoelectric vibrator 703 have the same outer diameter.
振動体部703と圧電振動子703は図の点線で示す形状に
変形する。この変形はほぼ円弧状である。The vibrating body portion 703 and the piezoelectric vibrator 703 are deformed into the shape shown by the dotted line in the figure. This deformation is substantially arcuate.
第７図（ｂ）は、振動体部702の外径が圧電振動子703
の外径より大きいときの構成を示す図である。FIG. 7B shows that the outer diameter of the vibrating body portion 702 is the piezoelectric vibrator 703.
It is a figure which shows the structure when it is larger than the outer diameter of.
振動体部702の圧電振動子703が固定してある部分はほ
ぼ円弧状に変形する。The portion of the vibrating body portion 702 to which the piezoelectric vibrator 703 is fixed deforms into a substantially arc shape.
振動体部702の圧電振動子703が固定してない部分は直
線状に変形する。振動体部702の圧電振動子703が固定し
てない部分は、変位拡大機構となる。The portion of the vibrating body portion 702 to which the piezoelectric vibrator 703 is not fixed deforms linearly. A portion of the vibrating body portion 702 where the piezoelectric vibrator 703 is not fixed serves as a displacement magnifying mechanism.
第７図の（ａ）と第７図の（ｂ）の変位を比較する
と、XaはXbより大きい。一方、超音波モータの低消費電
流化には、変位拡大機構を有する第７図の（ｂ）の構造
が有効である。Comparing the displacements of FIGS. 7 (a) and 7 (b), Xa is greater than Xb. On the other hand, the structure of FIG. 7 (b) having a displacement magnifying mechanism is effective for reducing the current consumption of the ultrasonic motor.
第８図は、本発明の超音波モータの実施例における振
動体の形状と機械的共振周波数の関係を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the shape of the vibrating body and the mechanical resonance frequency in the embodiment of the ultrasonic motor of the present invention.
第８図については、振動体部103は黄銅で、振動体部
の周方向に３個の波を発生させた場合を示す。振動体部
に圧電振動子を固定した振動体の外径を横軸にとり、機
械的共振周波数を縦軸にとって示す。図のパラメータ
は、振動体の厚みとして、0.2、0.4、0.6及び0.8mmの場
合を図示する。FIG. 8 shows a case where the vibrating body portion 103 is brass and three waves are generated in the circumferential direction of the vibrating body portion. The outer diameter of the vibrating body in which the piezoelectric vibrator is fixed to the vibrating body portion is plotted on the horizontal axis, and the mechanical resonance frequency is plotted on the vertical axis. The parameters in the figure show the case where the thickness of the vibrating body is 0.2, 0.4, 0.6 and 0.8 mm.
振動体部103を中心部で支持し、振動体部の外径を小
さくすると、機械的共振周波数は増加する。したがっ
て、機械的共振周波数はいわゆる超音波の20kHz以上の
低い値が低消費電力化には良い。このため、振動体部を
薄くするとよいが、屈曲振動の状態や割れの発生を考慮
すると、0.1〜0.2mmが良い。このとき、振動体の外径を
10mmとすると、振動体全体の厚さは、0.3〜0.6mm位が良
い。When the vibrating body portion 103 is supported at the center and the outer diameter of the vibrating body portion is reduced, the mechanical resonance frequency increases. Therefore, a low mechanical resonance frequency of 20 kHz or higher for so-called ultrasonic waves is good for low power consumption. Therefore, it is preferable to make the vibrating body thin, but 0.1 to 0.2 mm is preferable considering the state of flexural vibration and the occurrence of cracks. At this time, change the outer diameter of the vibrating body
If the thickness is 10 mm, the total thickness of the vibrating body is preferably about 0.3 to 0.6 mm.
すなわち、振動体部103の厚さは圧電振動子104の厚さ
と同等か少し厚いものが良い。That is, the thickness of the vibrating body portion 103 is preferably equal to or slightly thicker than the thickness of the piezoelectric vibrator 104.
振動体の周方向に発生する屈曲振動波の波の数は、振
動体が同じ形状の構成においては、励振する波の数が増
えると機械的共振周波数は増加するので、波の数が２〜
４が移動体104を安定して回転させるために適切であ
る。As for the number of bending vibration waves generated in the circumferential direction of the vibrating body, in the configuration where the vibrating body has the same shape, the mechanical resonance frequency increases as the number of exciting waves increases.
4 is suitable for stably rotating the moving body 104.
この発明は、以上説明したように、超音波モータにお
いて、振動体部と圧電振動子を振動体部の半径方向に対
して節部を持たない一次の振動モードで駆動し、移動体
を中心軸を回転案内とし振動体部の外周付近に加圧接触
させて回転させる構成としたので、以下の効果を有す
る。As described above, according to the present invention, in the ultrasonic motor, the vibrating body portion and the piezoelectric vibrator are driven in the primary vibration mode having no nodes in the radial direction of the vibrating body portion, and the moving body is driven by the central axis. Since the rotation guide is used as a rotation guide and is brought into pressure contact with the vicinity of the outer periphery of the vibrating body portion to rotate, the following effects are obtained.
超音波モータの小型化が図れる。 The size of the ultrasonic motor can be reduced.
超音波モータが薄くできる。 Ultrasonic motor can be thin.
超音波モータの効率が高くできる。 The efficiency of the ultrasonic motor can be increased.
振動体部が中心軸の段付部に密着固定されているの
で、振動体部の取りつけの傾きがほとんどなく、しか
も、強固に固定することができる。Since the vibrating body portion is tightly fixed to the stepped portion of the central axis, the vibrating body portion can be firmly fixed with almost no inclination.
第１図は本発明にかかる超音波モータの実施例の縦断面
図、第２図は超音波モータの進行波の発生の原理図、第
３図は進行波型超音波モータの回転原理図、第４図は従
来の超音波モータの縦断面図（１）、第５図は従来の超
音波モータの縦断面図（２）、第６図は本発明にかかる
超音波モータの他の実施例の縦断面図、第７図は本発明
にかかる超音波モータの振動体部の径方向の挙動を示す
図、第８図は本発明にかかる超音波モータの振動体の形
状と機械的共振周波数の関係を示す図である。 101……中心軸 102……固定台 103……振動体部 104……圧電振動子 105……移動体 106……バネ部材 107……座金 108……ストッパー1 is a longitudinal sectional view of an embodiment of an ultrasonic motor according to the present invention, FIG. 2 is a principle diagram of generation of a traveling wave of the ultrasonic motor, FIG. 3 is a rotation principle diagram of a traveling wave type ultrasonic motor, FIG. 4 is a vertical sectional view (1) of a conventional ultrasonic motor, FIG. 5 is a vertical sectional view (2) of a conventional ultrasonic motor, and FIG. 6 is another embodiment of the ultrasonic motor according to the present invention. FIG. 7 is a longitudinal sectional view of the ultrasonic motor according to the present invention, showing the radial behavior of the vibrating body portion of the ultrasonic motor, and FIG. 8 is a diagram showing the shape and mechanical resonance frequency of the vibrating body of the ultrasonic motor according to the present invention. It is a figure which shows the relationship of. 101 …… Center axis 102 …… Fixed base 103 …… Vibrator 104 …… Piezoelectric vibrator 105 …… Movement 106 …… Spring member 107 …… Washer 108 …… Stopper
Claims (1)
より駆動される超音波モータにおいて、 超音波モータを固定するための固定台（102）と、 径小部と径大部からなる段付部（101a）を有し前記径大
部で前記固定台（102）に固定された中心軸（101）と、 前記中心軸（101）の前記径小部で半径方向に密着固定
されるとともに前記段付部（101a）で軸方向に、前記固
定台（102）と空隙を持って密着固定された振動体部（1
03）と、 前記振動体部（103）の前記固定台（102）側の面に張り
付け固定され、半径方向に対して節部を有さない一次の
振動モードで駆動される圧電振動子（104）と、 前記振動体部（103）の略外周部で、かつ前記圧電振動
子（104）の外径範囲内に摩擦接触部を有し、前記圧電
振動子により半径方向に対して節部を有さない一次の振
動モードで振動する前記振動体部（103）に生じる振動
波によって、前記中心軸（101）を回転案内として回転
する移動体（105）と、 前記振動体部（103）と前記移動体（105）とを、前記摩
擦接触部を介して、所定の圧力で軸方向に加圧する加圧
手段（106）とを有することを特徴とする超音波モー
タ。1. An ultrasonic motor driven by an oscillating wave utilizing expansion and contraction motion of a piezoelectric vibrator, a fixing base (102) for fixing the ultrasonic motor, and a stage including a small diameter portion and a large diameter portion. A central axis (101) having an attached portion (101a) fixed to the fixing base (102) at the large diameter portion, and closely fixed in the radial direction at the small diameter portion of the central axis (101). A vibrating body part (1) which is axially closely fixed to the fixing base (102) with a gap in the stepped part (101a).
03) and a piezoelectric vibrator (104) which is fixed to the surface of the vibrating body (103) on the side of the fixed base (102) and is driven in a primary vibration mode having no nodes in the radial direction. ) And a frictional contact portion substantially in the outer peripheral portion of the vibrating body portion (103) and within the outer diameter range of the piezoelectric vibrator (104), and the piezoelectric vibrator forms a node portion in the radial direction. A moving body (105) that rotates about the central axis (101) as a rotation guide by a vibration wave generated in the vibrating body section (103) that vibrates in a primary vibration mode that does not have; and the vibrating body section (103). An ultrasonic motor comprising: a pressurizing means (106) for axially pressurizing the moving body (105) with a predetermined pressure via the frictional contact portion.
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62140402A JP2518647B2 (en) | 1987-06-04 | 1987-06-04 | Ultrasonic motor |
| DE3851781T DE3851781T2 (en) | 1987-06-04 | 1988-05-26 | Traveling wave motor. |
| EP88304777A EP0294102B1 (en) | 1987-06-04 | 1988-05-26 | Travelling-wave motor |
| US08/232,873 US5440192A (en) | 1987-06-04 | 1994-04-25 | Ultrasonic motor |
| HK98106207A HK1007035A1 (en) | 1987-06-04 | 1998-06-23 | Travelling-wave motor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62140402A JP2518647B2 (en) | 1987-06-04 | 1987-06-04 | Ultrasonic motor |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5102941A Division JP2683587B2 (en) | 1993-04-28 | 1993-04-28 | Ultrasonic motor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63305770A JPS63305770A (en) | 1988-12-13 |
| JP2518647B2 true JP2518647B2 (en) | 1996-07-24 |
Family
ID=15267937
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62140402A Expired - Lifetime JP2518647B2 (en) | 1987-06-04 | 1987-06-04 | Ultrasonic motor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2518647B2 (en) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63277482A (en) * | 1987-05-08 | 1988-11-15 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Ultrasonic motor |
-
1987
- 1987-06-04 JP JP62140402A patent/JP2518647B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63305770A (en) | 1988-12-13 |
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