JPH04145880A - Ultrasonic motor - Google Patents
Ultrasonic motorInfo
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- JPH04145880A JPH04145880A JP2267437A JP26743790A JPH04145880A JP H04145880 A JPH04145880 A JP H04145880A JP 2267437 A JP2267437 A JP 2267437A JP 26743790 A JP26743790 A JP 26743790A JP H04145880 A JPH04145880 A JP H04145880A
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Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野]
この発明は、超音波モータ、詳しくは中空形状をした駆
動体をもち、同駆動体によって被駆動体を駆動する超音
波モータに関するものである。[Detailed Description of the Invention] [Field of Industrial Application] The present invention relates to an ultrasonic motor, and more particularly, to an ultrasonic motor that has a hollow-shaped driving body and drives a driven body by the driving body. .
[従来の技術]
近年、周知の通りカメラの撮影レンズ等の合焦動作の駆
動を小スペースで行えるアクチュエータとして超音波モ
ータが注目を集めている。その理由は、超音波モータは
従来の電磁モータに較べて低速で大トルクが得られるた
め、レンズ保持枠をダイレクトで駆動でき、従って、減
速用ギヤーも不要であり、小型で音のしない高精度で高
応答のレンズ駆動が実現できるからである。[Prior Art] In recent years, as is well known, ultrasonic motors have attracted attention as actuators that can drive focusing operations of camera lenses and the like in a small space. The reason for this is that ultrasonic motors can obtain large torque at lower speeds than conventional electromagnetic motors, so they can drive the lens holding frame directly, so there is no need for reduction gears, and they are compact, silent, and highly accurate. This is because high-response lens drive can be achieved.
ところで、超音波モータをカメラのレンズ駆動用のアク
チュエータとして用いる場合には、レンズ保持枠を内蔵
する中空円筒枠内に、スペースをとらずにアクチュエー
タを配設するのに、その形状および配置に一工夫を要す
る。By the way, when using an ultrasonic motor as an actuator for driving a camera lens, the actuator can be installed within the hollow cylindrical frame that houses the lens holding frame without taking up space, but its shape and arrangement must be consistent. It requires some ingenuity.
そして、これを実現したものとして特開平122267
2号公報に示されている進行波を用いた円環型超音波モ
ータがある。これはリング状振動子に、その円周方向に
進行波を発生させ、進行波の発生している端面にロータ
としての円筒体の端部を圧着して円筒体を回転させるよ
うにし、その円筒体の回転をレンズの直進運動に変換す
るために、円筒体にはカムまたはへりコイドネジ等の変
換機構を設け、この機構によってレンズを光軸方向に進
退させるようにしている。And, as a product that realized this, Japanese Patent Application Laid-Open No. 122267
There is an annular ultrasonic motor using a traveling wave, which is disclosed in Japanese Patent No. 2. This generates a traveling wave in the circumferential direction of a ring-shaped vibrator, presses the end of a cylindrical body as a rotor to the end face where the traveling wave is generated, and rotates the cylindrical body. In order to convert the rotation of the body into linear movement of the lens, a conversion mechanism such as a cam or a helicoid screw is provided on the cylindrical body, and this mechanism moves the lens forward and backward in the optical axis direction.
また、特公昭60−7245号公報に開示されているよ
うに、レンズにインチウオーム型のアクチュエータを設
けてレンズを直進駆動するものも提案されている。これ
はクランプ用の2個のアクチュエータと駆動用の1個の
アクチュエータを順次動作させることによってレンズ保
持枠を直進駆動させるようにしたものである。Furthermore, as disclosed in Japanese Patent Publication No. 60-7245, a lens has been proposed in which an inchworm type actuator is provided in the lens to drive the lens in a straight line. This is designed to drive the lens holding frame in a straight line by sequentially operating two actuators for clamping and one actuator for driving.
更にまた、特開昭62’−99714号公報に見られる
ように、進行波型のレール状の直進モータをレンズ保持
枠の外周に配置し、直進モータに発生した進行性振動波
によってレンズ保持枠を駆動するように構成したものも
ある。Furthermore, as seen in Japanese Unexamined Patent Publication No. 62'-99714, a traveling wave type rail-shaped linear motor is arranged around the outer periphery of the lens holding frame, and the lens holding frame is moved by the progressive vibration waves generated in the linear motor. Some are configured to drive.
しかし、上記特開平1−222672号公報に開示され
ている進行波を用いた円環型超音波モタで、レンズの駆
動を行うようにするには、上述のようにモータに発生す
る回転運動を直進運動に変換するへりコイドネジとかカ
ムとかの変換機構が必要で、中空のモータを構成すると
大型になり構成も複雑になる。また、へりコイドネジと
かカムを用いるため、その機構的なガタ付によってレン
ズ保持枠の位置精度を精密に決めることが難しいという
欠点もある。However, in order to drive the lens with the annular ultrasonic motor using traveling waves disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-222672, the rotational motion generated in the motor must be controlled as described above. A conversion mechanism such as a helicoid screw or a cam is required to convert the motion into linear motion, and if a hollow motor is constructed, it will be large and the construction will be complicated. Furthermore, since a helicoid screw or cam is used, there is also a drawback that it is difficult to accurately determine the positional accuracy of the lens holding frame due to mechanical play.
また、上記特公昭60−7245号公報に示されたイン
チウオーム型のアクチュエータをレンズ駆動に用いたも
のでは、その動作機構上、数KHz程度のステップ周波
数までの駆動しが実現することができず、動作速度が遅
いという欠点があり、またクランプ用のアクチュエータ
は、クランプ時には固定枠にレンズ枠を固定保持し、非
クランプ時には固定枠より完全に離れている必要がある
が、このクランプ用アクチュエータは積層圧電体が用い
られており、その作動ストロークは数μm〜数十μmで
、クランプする面の摩耗によってクランプ動作が不安定
になりレンズ駆動が停止してしまうことかある。更にレ
ンズをある位置に保持しておくためにはアクチュエータ
への通電を持続してクランプ状態にしておく必要があり
、動作時以外にもエネルギを消費するという不具合もあ
る。Furthermore, with the inchworm type actuator shown in the above-mentioned Japanese Patent Publication No. 60-7245, which uses the inchworm type actuator to drive the lens, due to its operating mechanism, it is not possible to realize a step frequency of about several KHz. However, the clamping actuator has the disadvantage of slow operation speed, and the clamping actuator must hold the lens frame fixedly on the fixed frame when clamped, and be completely separated from the fixed frame when not clamped. A laminated piezoelectric material is used, and its operating stroke is several micrometers to several tens of micrometers, and abrasion of the clamping surface may cause the clamping operation to become unstable and the lens drive to stop. Furthermore, in order to hold the lens in a certain position, it is necessary to keep the actuator energized to keep it in a clamped state, which also causes the problem that energy is consumed even when the lens is not in operation.
一方、上記特開昭62−99714号公報に開示された
進行波型リニア超音波モータは、レンズの外周部に進行
波を発生させる閉ループ形状をした振動子を配置しなけ
ればならず、レンズ枠を用いるとレンズ枠が大型化して
しまうし、また進行波を使用しているため、振動を損わ
ずに振動子を固定することが難しく、ダンピング材等を
介して振動子を支持すると、固定部材に対するレンズ光
軸に直交する方向のレンズ位置が精密に決まらない。On the other hand, the traveling wave type linear ultrasonic motor disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-99714 requires a closed-loop shaped vibrator to be disposed around the outer periphery of the lens to generate a traveling wave. Using a damping material increases the size of the lens frame, and since traveling waves are used, it is difficult to fix the transducer without damaging the vibration. The position of the lens relative to the member in the direction perpendicular to the lens optical axis cannot be precisely determined.
そこで、本出願人は上記従来のこの種超音波モータの欠
点を除去するために、圧電体を貼着した板状屈曲振動子
に共振屈曲定在波を発生させ、その屈曲振動の節の位置
に、屈曲振動の中立軸に対して垂直方向に振動する積層
圧電体からなる縦振動子を設け、上記屈曲振動子が発生
する屈曲振動と縦振動子が発生する縦振動の位相を90
°すらすことによって、縦振動子先端部に楕円振動を発
生させ、これにより縦振動子先端部に圧着した移動体を
所定の方向に動かすように構成した小型のリニアタイプ
の超音波モータを、先に提案した(特願平2−7980
0号)。Therefore, in order to eliminate the above-mentioned drawbacks of the conventional ultrasonic motor of this type, the present applicant has generated a resonant bending standing wave in a plate-shaped bending vibrator to which a piezoelectric material is attached, and the position of the bending vibration node is A vertical vibrator made of a laminated piezoelectric material vibrates in a direction perpendicular to the neutral axis of the bending vibration.
A small linear type ultrasonic motor is configured to generate elliptical vibration at the tip of the vertical vibrator by sliding the vertical vibrator, thereby moving a moving body crimped to the tip of the vertical vibrator in a predetermined direction. I proposed it earlier (patent application No. 2-7980)
No. 0).
[発明が解決しようとする課題]
ところが、本出願人が先に提案した屈曲振動の節まわり
の微小回転運動を用いた超音波モータでは、円形の複数
の駆動体を並設して回転型のモータを製作すると、屈曲
振動子は端部を持つため、端部の反射によるエネルギ損
失が生じ、効率の高い回転型のモータが製作できなかっ
た。[Problems to be Solved by the Invention] However, in the ultrasonic motor that uses minute rotational motion around nodes of flexural vibration, which was previously proposed by the present applicant, a plurality of circular drive bodies are arranged side by side to generate a rotary type motor. When manufacturing a motor, since the bending vibrator has an end, energy loss occurs due to reflection at the end, making it impossible to manufacture a highly efficient rotary motor.
即ち、電気−機械変換素子である圧電体の伸縮により発
生する屈曲波は板の長手方向の左右に進行し、板のそれ
ぞれの端面で反射される。そして、それぞれの波が重な
り合って定在波を形成しているが、板は端面を有してい
るため、そこでの波の反射によるエネルギ損失が生じる
。つまり、端面での波の反射が100%であれば問題は
ないが、実際には端部での反射は100%ではなく、1
回の反射毎に損失が生じる。That is, the bending waves generated by the expansion and contraction of the piezoelectric body, which is an electro-mechanical transducer, propagate left and right in the longitudinal direction of the plate and are reflected at each end face of the plate. Each wave overlaps to form a standing wave, but since the plate has an end face, energy loss occurs due to wave reflection there. In other words, there is no problem if the wave reflection at the end is 100%, but in reality, the reflection at the end is not 100%, but 100%.
A loss occurs with each reflection.
また、端部をもつ棒状の屈曲振動子では、定在波の振幅
は位置によって異なり、振動子の中央付近にできる屈曲
振動が一番大きく、端部にできる屈曲振動の振幅は小さ
く、このため縦振動子の取り付は位置が限定される。即
ち、微小回転振幅の節の位置に縦振動子を取り付けない
と振幅に差が生じて、その振幅差の分は超音波モータの
スベリとなりエネルギ損失となる。In addition, in a rod-shaped bending vibrator with ends, the amplitude of the standing wave varies depending on the position, and the bending vibration that occurs near the center of the vibrator is the largest, and the amplitude of the bending vibration that occurs at the ends is small. The mounting position of the vertical vibrator is limited. That is, unless a longitudinal vibrator is installed at the node position of the minute rotational amplitude, a difference will occur in the amplitude, and the difference in amplitude will cause the ultrasonic motor to slip, resulting in energy loss.
更に上記特開平1−222672号公報の進行波型の円
環超音波モータは、振動子に進行波が発生しているので
、効率を損わずに支持することは困難であり、従って、
効率は必ずしも高くない。Furthermore, in the traveling wave type annular ultrasonic motor disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-222672, since traveling waves are generated in the vibrator, it is difficult to support it without losing efficiency.
Efficiency is not necessarily high.
本発明の目的は、上記従来の超音波モータの欠点を屈曲
振動子を閉曲線状にすることによって解決し、カメラの
レンズ駆動等に有効で高効率な回転型の超音波モータを
提供するにある。An object of the present invention is to solve the above-mentioned drawbacks of the conventional ultrasonic motor by making the bending transducer into a closed curve shape, and to provide a highly efficient rotary ultrasonic motor that is effective for driving camera lenses, etc. .
[課題を解決するための手段および作用コ本発明による
超音波モータは、環状に形成された弾性体と、該弾性体
に固定された複数の電気機械変換素子とからなり、該電
気−機械変換素子に交流電圧を印加することにより、上
記弾性体上に定在波型の屈曲振動を発生する屈曲振動子
と、上記弾性体の表面で、上記屈曲振動の節線上に設け
られていて、上記屈曲振動によって該節線を中心として
揺動され、交流電圧を印加されることにより上記屈曲振
動の振幅方向に伸縮する縦振動子と、この縦振動子の先
端面に圧接される被駆動部材と、を具備しており、上記
屈曲振動に同期して上記縦振動子を伸縮させることによ
り、上記被駆動部材を上記屈曲振動子および縦振動子に
対し、上記屈曲振動子の波長方向に相対移動させること
を特徴とする。[Means for Solving the Problems and Effects] The ultrasonic motor according to the present invention includes an annularly formed elastic body and a plurality of electromechanical transducer elements fixed to the elastic body, a bending vibrator that generates standing wave type bending vibration on the elastic body by applying an alternating voltage to the element; A vertical vibrator that is oscillated about the nodal line by bending vibration and expands and contracts in the amplitude direction of the bending vibration when an alternating current voltage is applied, and a driven member that is pressed against the tip surface of the vertical vibrator. By expanding and contracting the longitudinal vibrator in synchronization with the bending vibration, the driven member is moved relative to the bending vibrator and the longitudinal vibrator in the wavelength direction of the bending vibrator. It is characterized by causing
[実 施 例] 以下、図示の実施例により本発明を説明する。[Example] The present invention will be explained below with reference to illustrated embodiments.
第1,2図は、本発明の第1実施例を示したちのであっ
て、固定枠体1は下端部外層に、駆動体15および被駆
動部材7等を載置して取り付けるための外向フランジ1
aを有し、上端部外周面に抜止リング11を螺合させる
ための雌ねじ1bの刻設された円筒体で形成されていて
、上記フランジ1aの外周縁上の等間隔の3等分位置に
は屈曲振動子10の受は部ICがそれぞれ設けられてい
る。この受は部ICは屈曲振動子10に設けられた支持
ピン5aを支持体14を介して嵌合支持する凹部1dを
有しており、上記支持体14は例えばゴム、ウレタン、
フェルト等の防振部材で形成されており、屈曲振動子1
0の節線まわりの振動を許容すると共に、駆動体15の
防振の働きもするようになっている。1 and 2 show a first embodiment of the present invention, in which a fixed frame 1 has an outward flange on its lower end outer layer on which a driving body 15, a driven member 7, etc. are placed and attached. 1
a, and is formed of a cylindrical body with internal threads 1b carved on the outer circumferential surface of the upper end for screwing the retaining ring 11, and is located at three equally spaced positions on the outer circumferential edge of the flange 1a. Each of the receivers of the bending vibrator 10 is provided with a portion IC. The receiver part IC has a recess 1d into which a support pin 5a provided on the bending vibrator 10 is fitted and supported via a support 14, and the support 14 is made of, for example, rubber, urethane, etc.
The bending vibrator 1 is made of a vibration-proofing material such as felt.
It is designed to allow vibration around the 0 node line and also serve as a vibration damper for the driving body 15.
上記駆動体15は、屈曲振動子10と縦振動子12とで
構成されている。The driving body 15 is composed of a bending vibrator 10 and a longitudinal vibrator 12.
上記屈曲振動子10は、リング状弾性体5の下面に、複
数の電気−機械変換素子である多数の圧電素子4を固着
して形成されていて、該圧電素子4に駆動用交流電圧を
印加することにより屈曲振動子10にスラスト方向の屈
曲定在波振動を発生させる役目をする。そして、このリ
ング状屈曲振動子10の弾性体5の上面で該屈曲振動の
節線のうちの3ケ所に屈曲振動の振幅方向に振動する縦
振動子12が設けられている。そして、被駆動部材であ
る筒体からなるロータ7が同ロータの下面に一体に取り
付けられたスライダ6を介して該縦振動子12に接触し
ている。このロータ7は固定枠体1の円筒体の外周面に
内周面を隙間をもって嵌合され、回転自在に配設されて
いて、その上端面の中程にはV溝からなるボール受溝7
aがリング状に穿設されている。このボール受溝7a内
には、ボールベアリングと同様に回転摩擦を少なくする
多数のボール8が列設され、その上から固定枠体1の外
周面に緊密に嵌合されたボール押えリング9が当接され
、押えリング9の上面にはリング状の板バネ13が配設
され、抜止リング11が上記固定枠体1の雌ねじ1bに
螺合されるようになっている。The bending vibrator 10 is formed by fixing a large number of piezoelectric elements 4, which are a plurality of electro-mechanical conversion elements, to the lower surface of a ring-shaped elastic body 5, and applies a driving AC voltage to the piezoelectric elements 4. This serves to cause the bending vibrator 10 to generate bending standing wave vibration in the thrust direction. Further, on the upper surface of the elastic body 5 of the ring-shaped bending vibrator 10, longitudinal vibrators 12 that vibrate in the amplitude direction of the bending vibration are provided at three locations among the nodal lines of the bending vibration. A cylindrical rotor 7, which is a driven member, is in contact with the longitudinal vibrator 12 via a slider 6 that is integrally attached to the lower surface of the rotor. The rotor 7 has its inner circumferential surface fitted to the outer circumferential surface of the cylindrical body of the fixed frame 1 with a gap, and is rotatably disposed, and has a ball receiving groove 7 formed of a V-groove in the middle of its upper end surface.
A is bored in a ring shape. In this ball receiving groove 7a, a large number of balls 8 that reduce rotational friction similar to ball bearings are arranged in a row, and a ball holding ring 9 that is tightly fitted to the outer circumferential surface of the fixed frame 1 is placed above the balls 8. A ring-shaped leaf spring 13 is disposed on the upper surface of the retaining ring 9, and the retaining ring 11 is screwed into the female thread 1b of the fixed frame 1.
上記ロータ7は、抜止リング11を固定枠体1の雌ねじ
1bにねじ込むことによってボール8を介してボール押
えリング9の上面に配設されたバネ13がロータ7を押
圧して、その下面に固着されたスライダ6の下面と縦振
動子12の上面とが圧着することにより押圧されるよう
になっている。The rotor 7 is fixed to the lower surface of the rotor 7 by screwing the retaining ring 11 into the female thread 1b of the fixed frame 1, so that the spring 13 disposed on the upper surface of the ball retaining ring 9 presses the rotor 7 via the balls 8. The lower surface of the slider 6 and the upper surface of the vertical vibrator 12 are pressed together and pressed together.
次に、このように構成されている上記実施例の超音波モ
ータの動作について述べる。Next, the operation of the ultrasonic motor of the above embodiment configured as described above will be described.
屈曲振動子]0に固着された圧電素子4に所定の高周波
電圧を印加すると、円環上に共振の屈曲定在波が生ずる
。屈曲の定在波は、円周を等分する波長で生じ、本実施
例の場合波数が3n (n=1.2.3・・・)の定在
波が生ずるような周波数を選択している。その定在波を
最も効率よく生ずる圧電素子4の配置はl/2波長ごと
に圧電素子4を構成する圧電体の分極方向を交互に逆に
して弾性体5に固着すれば良い。次に屈曲定在波の節の
位置に円周上等分位置にもうけられた縦振動子12に同
じ周波数の高周波電圧で、屈曲振動子10に印加した高
周波電圧と略90°異なる位相の高層波電圧を印加する
。ただし縦振動子12を取りつけた屈曲振動の位相が]
80°異なる場合は縦振動の位相を180°変える。第
1図の場合、縦振動の位相は全て同じである。すると、
縦振動子12の先端面には楕円振動が生じ、その端面に
圧接されたロータ7を回転させる。逆転する場合は屈曲
振動と縦振動のいずれか一方の位相を1800変化させ
れば良い。When a predetermined high-frequency voltage is applied to the piezoelectric element 4 fixed to the bending vibrator] 0, a resonant bending standing wave is generated on the ring. The standing wave of bending occurs at a wavelength that equally divides the circumference, and in this example, the frequency is selected such that a standing wave with a wave number of 3n (n = 1.2.3...) is generated. There is. The piezoelectric element 4 can be arranged to most efficiently generate the standing wave by fixing the piezoelectric element 4 to the elastic body 5 with the polarization direction of the piezoelectric element 4 alternately reversed every 1/2 wavelength. Next, a high-frequency voltage of the same frequency is applied to the vertical vibrators 12 provided at equal positions on the circumference at the node positions of the bending standing wave, and a high-frequency voltage having a phase approximately 90° different from the high-frequency voltage applied to the bending vibrator 10 is applied. Apply wave voltage. However, the phase of the bending vibration with the longitudinal vibrator 12 attached]
If the difference is 80°, the phase of the longitudinal vibration is changed by 180°. In the case of FIG. 1, the phases of the longitudinal vibrations are all the same. Then,
Elliptical vibration occurs at the end face of the vertical vibrator 12, causing the rotor 7 pressed against the end face to rotate. In the case of reversal, the phase of either the bending vibration or the longitudinal vibration may be changed by 1800 degrees.
このように構成された本実施例によれば、駆動体15は
屈曲振動の節で確実に固定枠体1に保持されるので、駆
動体15の振動エネルギを支持によって損失することが
少ない。また駆動体]5はロータ回転の反作用として回
転方向の力を受けるが支持ピン5aが四部1dに係合し
ていることにより回転することがない。また支持は円周
上の3ケ所の等分位置で位置決めされることにより、固
定枠体1に対し駆動体11.5の位置が正確に決まる。According to this embodiment configured in this manner, the driving body 15 is reliably held on the fixed frame 1 at the nodes of bending vibration, so that the vibration energy of the driving body 15 is less likely to be lost due to support. Further, although the drive body 5 receives a force in the rotational direction as a reaction to the rotation of the rotor, it does not rotate because the support pin 5a is engaged with the four parts 1d. Further, by positioning the support at three equally divided positions on the circumference, the position of the driving body 11.5 with respect to the fixed frame 1 is determined accurately.
第3図は、本発明の超音波モータの第2実施例における
駆動体15Aのみを示したもので、この駆動体15A以
外の構成は上記第1実施例と同様である。また、この第
3図では弾性体5Aに一体に設けられる支持ピンが図示
されていないか、この支持ピンは縦振動子12Aが配置
されている屈曲振動の節の部分の4箇所に設けられてい
る。本実施例では、8波の屈曲振動が最も効率良く発生
できるように圧電素子4Aを構成しである。FIG. 3 shows only a driving body 15A in a second embodiment of the ultrasonic motor of the present invention, and the configuration other than this driving body 15A is the same as that of the first embodiment. Also, in FIG. 3, support pins provided integrally with the elastic body 5A are not shown, or the support pins are provided at four locations at the nodes of bending vibration where the longitudinal vibrator 12A is arranged. There is. In this embodiment, the piezoelectric element 4A is configured so that eight waves of bending vibration can be generated most efficiently.
また、屈曲振動子10Aに対する縦振動子12Aの配置
しである位置は該屈曲振動の同位相の節の位置となるの
で、各縦振動子12Aに印加する電圧信号は同位相でよ
い。この縦振動子12Aの配設数は、本実施例では4個
であるが、配設数は更に増加してもよい。縦振動子12
Aの配設できる最大数は、屈曲振動の節の数と同じ16
個であり、屈曲振動の波数の2倍の個数になる。また、
支持ピンの数と位置についても必ずしも縦振動子を配設
した節のところに設ける必要はなく、屈曲振動の節の位
置ならば、どの位置に設けてもよい。Further, since the position of the longitudinal vibrator 12A relative to the bending vibrator 10A is the position of the node of the bending vibration having the same phase, the voltage signals applied to each longitudinal vibrator 12A may be in the same phase. Although the number of longitudinal vibrators 12A provided is four in this embodiment, the number may be further increased. Vertical vibrator 12
The maximum number of A that can be arranged is 16, which is the same as the number of bending vibration nodes.
The number of waves is twice the wave number of bending vibration. Also,
Regarding the number and position of the support pins, they do not necessarily need to be provided at the nodes where the longitudinal vibrators are arranged, and may be provided at any position as long as the nodes of bending vibration.
なお、縦振動子の数を増すと縦方向の振動の力が増し、
モータの駆動力を大きくできる。Furthermore, as the number of vertical oscillators increases, the force of vibration in the vertical direction increases,
The driving force of the motor can be increased.
第4図(A)(B)および第5図(A)(B)は、本発
明の超音波モータにおける駆動体15の変型例をそれぞ
れ示したものであって、第4図(A)、第5図(A)は
、駆動体15B、15Cの平面図で、第4図(B)、第
5図(B)は、それぞれその側面を示している。4(A)(B) and FIG. 5(A)(B) respectively show modified examples of the driving body 15 in the ultrasonic motor of the present invention. FIG. 5(A) is a plan view of the driving bodies 15B and 15C, and FIG. 4(B) and FIG. 5(B) respectively show their side faces.
第4図(A)(B)に示す駆動体15Bは、屈曲振動子
10Bを構成する弾性体5B、圧電素子4Bを平面形状
が楕円形状を呈するように形成し、その上面の等間隔位
置に4個の縦振動子12Bを配置したものであり、第5
図(A)(B)の駆動体15Cは平面形状が環状の4角
形を呈するように、屈曲振動子10Cを構成する弾性体
5C,圧電素子4Cを形成したもので、その上面の等間
隔位置の4箇所に縦振動子12Cを配置しである。The driving body 15B shown in FIGS. 4(A) and 4(B) has an elastic body 5B and a piezoelectric element 4B constituting the bending vibrator 10B, which are formed to have an elliptical planar shape, and are positioned at equal intervals on the upper surface. Four vertical vibrators 12B are arranged, and the fifth
The driving body 15C in FIGS. (A) and (B) has an elastic body 5C and a piezoelectric element 4C forming the bending vibrator 10C so that the planar shape is an annular quadrangle, and the driving body 15C is positioned at equal intervals on the upper surface. Vertical vibrators 12C are arranged at four locations.
このように屈曲振動子の形状は、楕円形状、4角形状の
ほか、その屈曲の中立面が閉曲線をもつような形状であ
れば、どのような形状でもよい。In this way, the shape of the bending vibrator may be an ellipse, a square, or any other shape as long as the neutral plane of the bend has a closed curve.
たゾし、その閉曲線に、曲率が他の箇所と著しく異なる
箇所とか特異点があると屈曲振動の伝達効率が低下する
ので、なるべく滑らかに曲線が形成されている方か良く
、例えば第5図(A)に示す如く、4角の4つの角部は
円弧でもって接続するようにする。However, if the closed curve has a singular point or a point where the curvature is significantly different from other points, the transmission efficiency of bending vibration will decrease, so it is better to form the curve as smoothly as possible. For example, as shown in Figure 5. As shown in (A), the four corners of the four corners are connected by circular arcs.
第6図は、本発明の第3実施例を示したものである。こ
の第3実施例が前記第1実施例と相違する点は、第1実
施例では駆動体15が固定であったが、本実施例では駆
動体15Dおよび固定枠体IAがベース16に対して駆
動されるようになっていることである。即ち、弾性体5
D、圧電索子4Dからなる屈曲振動子10Dを、その弾
性体5Dの下面の3等分位置に縦振動子12Dを配設し
てベース16に対接し、弾性体5Dの縦振動子12Dに
対応する位置に取り付けられた支持ピンを支持体14D
で被覆し、この支持ピンに駆動体15D上に配置する固
定枠体]Aの嵌合切込溝1eを係合させて、固定枠体1
の自重により駆動体15Dをベース16上に圧着させる
。FIG. 6 shows a third embodiment of the present invention. The difference between this third embodiment and the first embodiment is that in the first embodiment, the drive body 15 was fixed, but in this embodiment, the drive body 15D and the fixed frame IA are fixed relative to the base 16. It is designed to be driven. That is, the elastic body 5
D, a bending vibrator 10D consisting of a piezoelectric cord 4D is placed in contact with a base 16 with vertical vibrators 12D disposed at three equal positions on the lower surface of the elastic body 5D, and the vertical vibrator 12D of the elastic body 5D is The support pins attached to the corresponding positions are attached to the support body 14D.
The fixing frame 1 is coated with a fitting notch 1e of [A] and is covered with a fixed frame disposed on the drive body 15D with this support pin.
The driving body 15D is pressed onto the base 16 by its own weight.
このように構成すると、板バネ等の圧着用弾性部材が不
用になり構造は極めて簡単になる。しかも、屈曲振動子
10Dの屈曲振動を一定振幅として3個の縦振動子12
Dの屈曲振動に対する位相のズレおよび振幅のうぢ、少
なくとも一方を制御することによって駆動体15Dをベ
ース16に対して第6図に示すように回転、X方向、y
方向の3つの運動方向に自由に動かずことができる。With this configuration, an elastic member for compression such as a leaf spring is not required, and the structure becomes extremely simple. Moreover, the bending vibration of the bending vibrator 10D is set to a constant amplitude, and the three longitudinal vibrators 12
By controlling at least one of the phase shift and amplitude of the bending vibration of D, the driver 15D can be rotated relative to the base 16 as shown in FIG.
It can move freely in three directions of movement.
[発明の効果]
以上述べたように本発明によれば、屈曲振動子を無端の
閉曲線形状としたので、屈曲振動の発生効率が高く、モ
ータの効率を向上させることができる。このため、従来
の円環型の超音波モータでは、円環形状以外の形状で高
効率のモータを作ることが困難であったが、本発明では
、閉曲線上に屈曲振動の定在波が発生する条件さえ整え
てやれば、比較的簡単に高効率な中空超音波モータを製
作することができる。[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, since the bending vibrator has an endless closed curve shape, the bending vibration generation efficiency is high, and the efficiency of the motor can be improved. For this reason, with conventional annular ultrasonic motors, it was difficult to create a highly efficient motor with a shape other than an annular shape.However, in the present invention, standing waves of bending vibration are generated on a closed curve. Once the conditions are met, a highly efficient hollow ultrasonic motor can be manufactured relatively easily.
また、屈曲振動子は閉曲線形状であれば、かなり自由な
形に作ることができるし、更に屈曲振動子は定在波屈曲
振動が発生しているので、屈曲振動の節の位置を支持す
れば、超音波モータの効率を損うことなく高効率のモー
タを実現できる。また回転駆動力を発生する屈曲振動と
、被駆動部材を圧接する縦振動とが独立に発生できるよ
う屈曲振動子と縦振動子をもつので、被駆動部材の制御
が安定して行えるという顕著な効果も発揮される。In addition, a bending vibrator can be made into any shape as long as it has a closed curve shape, and since a bending vibrator generates standing wave bending vibration, it is necessary to support the position of the bending vibration node. , it is possible to realize a highly efficient motor without impairing the efficiency of the ultrasonic motor. In addition, it has a bending vibrator and a longitudinal vibrator so that the bending vibration that generates rotational driving force and the longitudinal vibration that presses the driven member can be generated independently, so it is remarkable that the driven member can be controlled stably. It is also effective.
第1図は、本発明の第1実施例を示す超音波モータの分
解斜視図、
第2図は、上記第1図の超音波モータの左半部の拡大断
面図、
第3図は、本発明の第2実施例の超音波モータにおける
駆動体のみを示す斜視図、
第4図(A)(B)は、駆動体を楕円形状にした場合の
平面図と側面図、
第5図(A)(B)は、駆動体を4角形状にした場合の
平面図と側面図、
第6図は、本発明の第3実施例を示す超音波モータの分
解斜視図である。
4.4A、4B、4C,4D・・・・・・・・・圧電素
子(電気−機械変換素子)
5.5A、5B、5C,5D・・・・・・・・・弾性体
7・・・・・・・・・ロータ(被駆動部材)10、IO
A、IOB、IOC,IOD・・・・・・・・・屈曲振
動子
12.12A、12B、12C,12D・・・・・・・
・・縦振動子FIG. 1 is an exploded perspective view of an ultrasonic motor showing a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is an enlarged sectional view of the left half of the ultrasonic motor shown in FIG. 1. FIG. FIGS. 4(A) and 4(B) are a perspective view showing only the driving body in an ultrasonic motor according to a second embodiment of the invention; )(B) is a plan view and a side view when the driving body is made into a rectangular shape, and FIG. 6 is an exploded perspective view of an ultrasonic motor showing a third embodiment of the present invention. 4.4A, 4B, 4C, 4D...Piezoelectric element (electro-mechanical conversion element) 5.5A, 5B, 5C, 5D...Elastic body 7... ...Rotor (driven member) 10, IO
A, IOB, IOC, IOD...Bending vibrator 12.12A, 12B, 12C, 12D...
・Longitudinal oscillator
Claims (1)
れた複数の電気−機械変換素子とからなり、該電気−機
械変換素子に交流電圧を印加することにより、上記弾性
体上に定在波型の屈曲振動を発生する屈曲振動子と、 上記弾性体の表面で、上記屈曲振動の節線上に設けら
れていて、上記屈曲振動によって該節線を中心として揺
動され、交流電圧を印加されることにより上記屈曲振動
の振幅方向に伸縮する縦振動子と、 この縦振動子の先端面に圧接される被駆動部材と、 を具備しており、上記屈曲振動に同期して上記縦振動子
を伸縮させることにより、上記被駆動部材を上記屈曲振
動子および縦振動子に対し、上記屈曲振動子の波長方向
に相対移動させることを特徴とする超音波モータ。(1) Consisting of an annular elastic body and a plurality of electro-mechanical conversion elements fixed to the elastic body, by applying an alternating current voltage to the electro-mechanical conversion elements, a bending vibrator that generates a standing wave type bending vibration; and a bending vibrator that is provided on the surface of the elastic body on a nodal line of the bending vibration, is oscillated about the nodal line by the bending vibration, and generates an AC voltage. a vertical vibrator that expands and contracts in the amplitude direction of the bending vibration when the bending vibration is applied; and a driven member that is pressed against the tip end surface of the vertical vibrator, and An ultrasonic motor characterized in that the driven member is moved relative to the bending vibrator and the longitudinal vibrator in the wavelength direction of the bending vibrator by expanding and contracting the longitudinal vibrator.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2267437A JPH04145880A (en) | 1990-10-04 | 1990-10-04 | Ultrasonic motor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2267437A JPH04145880A (en) | 1990-10-04 | 1990-10-04 | Ultrasonic motor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04145880A true JPH04145880A (en) | 1992-05-19 |
Family
ID=17444832
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2267437A Pending JPH04145880A (en) | 1990-10-04 | 1990-10-04 | Ultrasonic motor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH04145880A (en) |
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-
1990
- 1990-10-04 JP JP2267437A patent/JPH04145880A/en active Pending
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