JPH02266877A - Ultrasonic motor - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は電子機器などに用いられる小型モータに関し、
特にローター直径の小さい小型の超音波モータに関する
ものである。[Detailed Description of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention relates to a small motor used in electronic equipment, etc.
In particular, it relates to a small ultrasonic motor with a small rotor diameter.
（従来の技術）
超音波モータは従来の電磁モータと比較して、低回転で
高いトルクが得られること、停止保持力を有すること、
電磁ノイズが小さいことなどの利点を有しており、カメ
ラのオートフォーカス用や自動車用パワーモータ等に使
用されている。(Conventional technology) Compared to conventional electromagnetic motors, ultrasonic motors can obtain high torque at low rotation speeds and have stopping power.
It has advantages such as low electromagnetic noise, and is used for camera autofocus, automobile power motors, etc.
第７図及び第８図は従来の超音波モータの構造を示す概
略図であり、リング上の小歯状の突起部を設けた金属円
板５１の突起部の形成さ杵ている面の裏側に二枚の圧電
セラミック円板５２．５３を接着した構造のステーター
５１の上に円板状ローター５４を圧接した構造となって
いる。圧電セラミックス円板５２．５３は偶数等分に分
極の向。FIGS. 7 and 8 are schematic diagrams showing the structure of a conventional ultrasonic motor, in which the protrusions are formed on a metal disk 51 provided with small tooth-like protrusions on the ring. The stator 51 has a structure in which two piezoelectric ceramic discs 52 and 53 are bonded to each other, and a disc-shaped rotor 54 is pressed onto the stator 51. The piezoelectric ceramic disks 52 and 53 are polarized into even numbers.
きが厚さ方向に逆向きとなっており、これら二枚の圧電
セラミック円板は分割角度の半分の角度だけずらして接
着されている。The piezoelectric ceramic disks are oriented in opposite directions in the thickness direction, and these two piezoelectric ceramic disks are adhered with an angle shifted by half the dividing angle.
（発明が解決しようとする課題）
第８図かられかるように従来の超音波モータにおいては
、ステーターを構成するために２枚の圧電セラミックス
円板と金属円板を接着しているため、接着工程が難しい
上に接着条件のばらつきに伴う特性のばらつきが大きい
と云う欠点があった。(Problems to be Solved by the Invention) As shown in Figure 8, in conventional ultrasonic motors, two piezoelectric ceramic disks and a metal disk are bonded together to form the stator. The disadvantages are that the process is difficult and the characteristics vary widely due to variations in bonding conditions.
また、円板の中心部にローターの回転軸を設けるためス
テーターおよびローターの直径を大きくする必要がある
。そのため従来の超音波モータの実用的な最小直径は１
５ｍｍ〜２０龍に限定されていた。Furthermore, since the rotation axis of the rotor is provided at the center of the disk, it is necessary to increase the diameters of the stator and rotor. Therefore, the practical minimum diameter of a conventional ultrasonic motor is 1
It was limited to 5mm to 20 dragons.
本発明の技術課題は、ローターの直径を小さくし、接着
工程の少ない簡単な構造の超音波モータを提供すること
にある。A technical problem of the present invention is to provide an ultrasonic motor with a simple structure in which the diameter of the rotor is reduced and the number of bonding steps is reduced.
本発明の別の技術課題はローターの直径として１５ｍ■
以下の超音波モータを提供することにある。Another technical problem of the present invention is that the diameter of the rotor is 15 m.
The purpose of the present invention is to provide the following ultrasonic motors.
（課題を解決するための手段）
本発明によれば、楕円運動振動を行う端部を有する圧電
楕円運動振動子と、前記端部を覆うように接触して配さ
れ、前記楕円運動振動を回転軸の回りの回転運動に変換
する振動一回転変換部材とを有する超音波モータにおい
て、前記振動一回転変換部材は前記端部の全周のうち前
記回転軸に対して同一円周上の位置にある複数の部分の
み接触する接触部を有し前記端部に対する接触面積を小
さくするようにしたことを特徴とする超音波モータが得
られる。(Means for Solving the Problem) According to the present invention, a piezoelectric elliptical motion vibrator having an end portion that performs elliptical motion vibration, and a piezoelectric elliptical motion vibrator disposed in contact with the end portion so as to cover the end portion, rotate the elliptical motion vibration. In an ultrasonic motor having a vibration one-rotation conversion member that converts vibration into rotational motion around an axis, the vibration one-rotation conversion member is located at a position on the same circumference with respect to the rotation axis among the entire circumference of the end portion. There is obtained an ultrasonic motor characterized in that it has a contact portion that contacts only a certain plurality of portions, and the contact area with respect to the end portion is reduced.
（作 用）
本発明の超音波モータにおいては、端部が円を含む楕円
運動を行う圧電楕円運動振動子を用い、この圧電楕円運
動振動子の端部と振動一回転変換部材との接触が振動一
回転変換部材の内面により行われ、この振動一回転変換
部材は、全周のうちの回転軸に対して同一円周上の位置
にある複数部分のみこの圧電楕円運動振動子の端部に接
触するように接触部の面積を小さくしたために、接触に
よるスティフネスが小さくなり圧電楕円運動振動子の振
動に対する影響が少なく、共振周波数の変化などが少な
い超音波モータが得られる。(Function) In the ultrasonic motor of the present invention, a piezoelectric elliptical motion vibrator whose end portion performs an elliptical motion including a circle is used, and the end portion of the piezoelectric elliptic motion vibrator is in contact with the vibration one-rotation conversion member. The vibration is performed by the inner surface of the one-rotation converting member, and this vibration-one-rotation converting member only applies the vibration to the end of the piezoelectric elliptic motion oscillator in a plurality of parts located on the same circumference with respect to the rotation axis of the entire circumference. Since the area of the contact portion is reduced so as to make contact, the stiffness due to contact is reduced, and an ultrasonic motor with less influence on the vibration of the piezoelectric elliptic motion vibrator and less change in resonance frequency can be obtained.
（実施例）
以下本発明の超音波モータについて図面を用いて詳しく
説明する。(Example) The ultrasonic motor of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
第１図は本発明の実施例に係る超音波モータの構成を示
す図である。FIG. 1 is a diagram showing the configuration of an ultrasonic motor according to an embodiment of the present invention.
第１図において超音波モータは圧電セラミックス円柱１
１と一面側にこの圧電セラミックス円柱との接点１１
ａ、 １１ ｂ、 １１ ｃ、 １１ ｄを有す
るリング状支持枠１２とよりなる圧電楕円運動振動子１
１′と、振動回転変換部材１３ｂに駆動軸１３ａが配さ
れたカップ状のローター１３とを有する。In Figure 1, the ultrasonic motor is a piezoelectric ceramic cylinder 1
1 and a contact point 11 with this piezoelectric ceramic cylinder on one side.
A piezoelectric elliptic motion vibrator 1 consisting of a ring-shaped support frame 12 having a, 11 b, 11 c, and 11 d
1', and a cup-shaped rotor 13 in which a drive shaft 13a is disposed on a vibration rotation conversion member 13b.
第２図は本発明の超音波モータに用いる圧電セラミック
ス円柱１１を示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing a piezoelectric ceramic cylinder 11 used in the ultrasonic motor of the present invention.
第２図において、圧電セラミックス円柱１１の周面の円
周を４分割した位置に、長さ方向に沿って互い平行な電
極３１．３２，３３．３４が形成されている。この圧電
セラミックスはリング状支持枠１２．１２を挿通して圧
電楕円振動子を構成する。In FIG. 2, electrodes 31, 32, 33, 34 are formed parallel to each other along the length direction at positions where the circumference of the circumferential surface of the piezoelectric ceramic cylinder 11 is divided into four. This piezoelectric ceramic is inserted through a ring-shaped support frame 12.12 to form a piezoelectric elliptical vibrator.
第３図は本発明の超音波モータに用いる圧電セラミック
ス円柱１１の断面図であり、第３図（ａ）は電極３２．
３４を（＋）、電極３１．３３を（−）にして電圧を印
加した場合の分極の向きを破線の矢印２１で示している
。FIG. 3 is a sectional view of the piezoelectric ceramic cylinder 11 used in the ultrasonic motor of the present invention, and FIG. 3(a) shows the electrode 32.
The direction of polarization when a voltage is applied with 34 set to (+) and electrodes 31 and 33 set to (-) is shown by a broken arrow 21.
第３図（ｂ）は第３図（ａ）のように分極下圧型セラミ
ックス円柱において実線方向の矢印２１で示すように電
極３３．３４を（＋）、電極３１゜３２を（−）にして
電圧を印加した場合の断面の歪みを示す図である。第３
図（ｂ）において電圧は電極３４から３１．電極３３か
ら３２に印加される。そのために分極方向に依存して圧
電セラミックス円柱の周面に沿うように電極３４．３１
間は伸び、電極３３．３２間は縮む。その結果として第
３図（ｂ）において、長さ方向に下側が膨らむように屈
曲する。また、印加電圧の極性が逆向きであれば屈曲も
逆になる。Figure 3(b) shows a polarized low-pressure ceramic cylinder as shown in Figure 3(a), with electrodes 33 and 34 set to (+) and electrodes 31 and 32 set to (-) as shown by arrows 21 in the solid line direction. FIG. 3 is a diagram showing distortion in a cross section when a voltage is applied. Third
In figure (b) the voltage is applied from electrode 34 to 31. It is applied to electrodes 33 to 32. For this purpose, electrodes 34 and 31 are arranged along the circumferential surface of the piezoelectric ceramic cylinder depending on the polarization direction.
The gap between the electrodes 33 and 32 is expanded, and the gap between the electrodes 33 and 32 is shortened. As a result, as shown in FIG. 3(b), it is bent so that the lower side bulges in the length direction. Furthermore, if the polarity of the applied voltage is reversed, the bending will also be reversed.
第４図−（ａ）および第４図（ｂ）は圧電セラミックス
円柱１１に交流電圧を加えた場合の振動状態の説明図で
ある。FIG. 4-(a) and FIG. 4(b) are explanatory diagrams of the vibration state when an alternating current voltage is applied to the piezoelectric ceramic cylinder 11.
電極３３．３４と電極３１．３３間に振動子の共振周波
数に等しい交流電圧を印加した場合、第４図（ａ）のよ
うに白抜き矢印２２の方向に屈曲振動を発生する。電極
３１．３４および３２゜３３を接続して同様に振動子の
共振周波数に等しい周波数の交流電圧を印加すると屈曲
振動の方向は第４図（ａ）の方向とは直角の方向となる
。When an AC voltage equal to the resonant frequency of the vibrator is applied between the electrodes 33, 34 and 31, 33, bending vibration is generated in the direction of the white arrow 22 as shown in FIG. 4(a). When electrodes 31, 34 and 32.degree. 33 are connected and an alternating current voltage having a frequency equal to the resonant frequency of the vibrator is similarly applied, the direction of bending vibration becomes perpendicular to the direction shown in FIG. 4(a).
従って、以上の二つの方向の屈曲振動の位相を９０″ず
らせること、具体的には、印加される各々の交流駆動電
圧の印加電圧の位相を９０＠ずらせることにより、圧電
セラミックス円柱１１の両端部に、第４図（ｂ）に示す
ような円運動を含む楕円運動を励起することが可能であ
る。Therefore, by shifting the phases of the bending vibrations in the above two directions by 90", specifically by shifting the phases of the applied AC drive voltages by 90", the piezoelectric ceramic cylinder 11 is It is possible to excite elliptical motion including circular motion as shown in FIG. 4(b) at both ends.
第５図は本発明の実施例に係る超音波モータに用いる振
動一回転変換部材１３ｂの斜視図である。FIG. 5 is a perspective view of a vibration-to-rotation converting member 13b used in an ultrasonic motor according to an embodiment of the present invention.
第５図において、振動一回転変換部材１３の端部内側に
全周にわたって振動一回転変換部材１３′の回転軸１６
の同一円周上の位置に設けられ、回転軸１６に向って突
出した錐状の微小突起部１４が形成され、さらに端部に
この振動一回転変換部材の軸方向に沿って圧電セラミッ
クスの一端から中央に向うように複数個のスリット１５
が形成されている。In FIG. 5, the rotation shaft 16 of the vibration-to-rotation conversion member 13' is located inside the end of the vibration-to-rotation conversion member 13 over the entire circumference.
A conical minute protrusion 14 is formed at the same circumference position and protrudes toward the rotation axis 16, and one end of the piezoelectric ceramic is formed at the end along the axial direction of the vibration-rotation converting member. multiple slits 15 toward the center from
is formed.
第６図は、圧電セラミックス円柱１１の端部に振動一回
転変換部材１３ｂを組み合わせた状態を示す断面図であ
る。FIG. 6 is a sectional view showing a state in which the vibration one-rotation conversion member 13b is combined with the end of the piezoelectric ceramic cylinder 11.
第６図に示したように、圧電セラミックス円柱１１の端
部は先端部がわずかに細くなるようなデーパ面１１ａを
形成したテーパ加工が施されており、振動一回転変換部
材１３と圧電セラミックス円柱１１との咬合を加減する
ことにより振動一回転変換部材１３ｂと圧電セラミック
ス円柱１１の微小突起部１４とテーパ面１１ａとの接触
圧力を：Ｊ！Ｊ節することが出来る。As shown in FIG. 6, the end of the piezoelectric ceramic cylinder 11 is tapered to form a tapered surface 11a so that the tip becomes slightly thinner, and the vibration one-rotation conversion member 13 and the piezoelectric ceramic cylinder By adjusting the occlusion with 11, the contact pressure between the vibration one-rotation conversion member 13b, the micro protrusion 14 of the piezoelectric ceramic cylinder 11, and the tapered surface 11a can be adjusted: J! You can do section J.
第５図に示した形状の振動一回転変換部材１３ｂを用い
た場合、圧電セラミックス円柱１１に対してカップ状ロ
ーター１３は端部の錐状の微小突起部１４だけが接触す
ることになる。したがって、圧電セラミックス円柱１１
の全周にわたって接触する場合と比較して接触によるス
ティフネスが小さくなり、圧電セラミックス円柱１１の
振動に対して負荷が軽くなり、共振周波数のずれが少な
くなる。When the vibration-one-rotation conversion member 13b having the shape shown in FIG. 5 is used, only the conical minute protrusion 14 at the end of the cup-shaped rotor 13 comes into contact with the piezoelectric ceramic cylinder 11. Therefore, the piezoelectric ceramic cylinder 11
The stiffness caused by the contact is smaller than that in the case where the piezoelectric ceramic cylinder 11 is in contact over its entire circumference, the load on the vibration of the piezoelectric ceramic cylinder 11 is reduced, and the shift in the resonant frequency is reduced.
尚、本実施例においては、圧電楕円運動振動子１１′
として圧電セラミックス円柱１１を用いたが、バイブ状
圧電セラミックスを使用した場合においても、同様な超
音波モータを構成することができる。In this embodiment, the piezoelectric elliptical motion vibrator 11'
Although the piezoelectric ceramic cylinder 11 is used as the embodiment, a similar ultrasonic motor can be constructed even when a vibrator-shaped piezoelectric ceramic is used.
さらに本発明の実施例においては、圧電セラミックス円
柱あるいは圧電セラミックスバイブの側面に設けられた
長さ方向に平行な複数対の電極を有し、この圧電セラミ
ックス円柱の端面が円を含む楕円運動を行う圧電楕円運
動振動子を用いているため、圧電楕円運動振動子そのも
のは接着工程を含まないで構成することが出来るため振
動特性のばらつきが小さく、安定な楕円運動の振動が可
能となる。Furthermore, the embodiment of the present invention has a plurality of pairs of electrodes parallel to the length direction provided on the side surface of the piezoelectric ceramic cylinder or the piezoelectric ceramic vibrator, and the end surface of the piezoelectric ceramic cylinder makes an elliptical motion including a circle. Since a piezoelectric elliptical motion vibrator is used, the piezoelectric elliptical motion vibrator itself can be constructed without any bonding process, so variations in vibration characteristics are small, and stable elliptical motion vibration is possible.
（発明の効果）
以上示したように本発明の超音波モータにおいては、駆
動力を発生させるための振動子の形状が単純で、回転あ
るいは楕円運動振動を発生させるための二つの振動モー
ドが同じ屈曲モードであることから、構造が簡単になる
。また楕円運動振動子として棒状の振動子及びこの棒状
の振動子の両端に配される振動一回転変換部材を使用し
ているため振動一回転変換部材の直径、即ちローターの
直径を小さくすることが容易で、ローター直径の小さい
超音波モータを得ることができる。モータの直径として
は、必要なトルクによって変わるが、原理的には１０ｍ
ｍ以下も可能である。(Effects of the Invention) As shown above, in the ultrasonic motor of the present invention, the shape of the vibrator for generating driving force is simple, and the two vibration modes for generating rotational or elliptical vibration are the same. Since it is a bending mode, the structure is simple. Furthermore, since a rod-shaped vibrator and vibration one-rotation converting members arranged at both ends of the rod-shaped vibrator are used as the elliptic motion vibrator, the diameter of the vibration one-rotation converting member, that is, the diameter of the rotor, can be reduced. It is easy to obtain an ultrasonic motor with a small rotor diameter. The diameter of the motor varies depending on the required torque, but in principle it is 10 m.
m or less is also possible.
また本発明の超音波モータにおいては、圧電楕円運動振
動子の端部とローターとして用いる振動一回転変換部材
との接触が、回転軸に対して同一円周上の位置にある複
数の部分のみ接触する接触部で行われるため、圧電楕円
運動振動子の振動に対する影響が少なく、共振周波数の
変化などが少ない超音波モータが得られる。Furthermore, in the ultrasonic motor of the present invention, the end of the piezoelectric elliptical motion vibrator and the vibration one-rotation converting member used as the rotor are in contact only at a plurality of portions located on the same circumference with respect to the rotation axis. Since this is carried out at the contact portion, it is possible to obtain an ultrasonic motor that has little influence on the vibration of the piezoelectric elliptic motion vibrator and has little change in resonance frequency.
第１図は本発明の実施例に係る超音波モータの構成を示
す斜視図、第２図は本発明の実施例に係る超音波モータ
に用い圧電セラミックス円柱を示す斜視図、第３図およ
び第４図は本発明の超音波モータに用いる圧電セラミッ
クス円柱の断面図を用いて楕円運動振動子の動作原理を
説明するための説明図、第５図は本発明の実施例に係る
超音波モータに用いられるカップ状ローグーの構造を示
す斜視図、第６図は本発明の実施例に係る超音波モータ
において、圧電セラミックス円柱とカップ状ローターと
の組み合わせ状態を示す断面図、第７図および第８図は
従来の超音波モータの構造例の説明に供する図である。
図中、１０は駆動軸、１１は圧電セラミックス円柱、１
１′は圧電楕円運動振動子、１２はリング状支持枠、１
３はカップ状ローター １３′は振動一回転変換部材、
１３ａは駆動軸、１４は微小突起、１５はスリット、１
６は回転軸、３１゜３２．３３．３４は電極、５１は金
属円板、５２゜５３は圧電セラミックス円板である。
第３図
ｊＩｓ４図FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of an ultrasonic motor according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a perspective view showing a piezoelectric ceramic cylinder used in the ultrasonic motor according to an embodiment of the present invention, FIG. FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining the operating principle of an elliptical motion vibrator using a cross-sectional view of a piezoelectric ceramic cylinder used in the ultrasonic motor of the present invention, and FIG. FIG. 6 is a perspective view showing the structure of the cup-shaped rotor used; FIG. 6 is a cross-sectional view showing the combination of the piezoelectric ceramic cylinder and the cup-shaped rotor in an ultrasonic motor according to an embodiment of the present invention; FIGS. The figure is a diagram for explaining an example of the structure of a conventional ultrasonic motor. In the figure, 10 is a drive shaft, 11 is a piezoelectric ceramic cylinder, 1
1' is a piezoelectric elliptical motion vibrator, 12 is a ring-shaped support frame, 1
3 is a cup-shaped rotor, 13' is a vibration one-rotation conversion member,
13a is a drive shaft, 14 is a microprotrusion, 15 is a slit, 1
6 is a rotating shaft, 31° 32, 33, and 34 are electrodes, 51 is a metal disk, and 52° 53 is a piezoelectric ceramic disk. Figure 3jIs4
Claims (1)
子と、 前記端部を覆うように接触して配され、前記楕円運動振
動を回転軸の回りの回転運動に変換する振動−回転変換
部材とを有する超音波モータにおいて、 前記振動−回転変換部材は前記端部の全周のうち前記回
転軸に対して同一円周上の位置にある複数の部分のみ接
触する接触部を有し前記端部に対する接触面積を小さく
するようにしたことを特徴とする超音波モータ。1. a piezoelectric elliptical motion vibrator having an end portion that performs elliptical motion vibration; and a vibration-rotation conversion member disposed in contact with and covering the end portion and converting the elliptic motion vibration into rotational motion around a rotation axis. In the ultrasonic motor, the vibration-rotation converting member has a contact portion that contacts only a plurality of portions located on the same circumference with respect to the rotation axis out of the entire circumference of the end portion, and the end portion An ultrasonic motor characterized by having a small contact area with the motor.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1083919A JP2549310B2 (en) | 1989-04-04 | 1989-04-04 | Ultrasonic motor |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP1083919A JP2549310B2 (en) | 1989-04-04 | 1989-04-04 | Ultrasonic motor |
Publications (2)
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|---|---|
| JPH02266877A true JPH02266877A (en) | 1990-10-31 |
| JP2549310B2 JP2549310B2 (en) | 1996-10-30 |
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ID=13816010
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| JP1083919A Expired - Fee Related JP2549310B2 (en) | 1989-04-04 | 1989-04-04 | Ultrasonic motor |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| JP (1) | JP2549310B2 (en) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2006141091A (en) * | 2004-11-10 | 2006-06-01 | Shimizu Corp | Ultrasonic motor and variable rigidity spring |
| JP2015198522A (en) * | 2014-04-01 | 2015-11-09 | 株式会社ダイセル | Elastic body for actuator, and actuator |
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1989
- 1989-04-04 JP JP1083919A patent/JP2549310B2/en not_active Expired - Fee Related
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| JP2549310B2 (en) | 1996-10-30 |
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