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JPH09117168A - Supersonic motor - Google Patents

Supersonic motor

Info

Publication number
JPH09117168A
JPH09117168A JP7271234A JP27123495A JPH09117168A JP H09117168 A JPH09117168 A JP H09117168A JP 7271234 A JP7271234 A JP 7271234A JP 27123495 A JP27123495 A JP 27123495A JP H09117168 A JPH09117168 A JP H09117168A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
vibrator
piezoelectric elements
phase
polarized
ultrasonic motor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP7271234A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Toshiharu Tsubata
敏晴 津幡
Kazuhiro Kumei
一裕 粂井
Yoshihisa Taniguchi
芳久 谷口
Tomoki Funakubo
朋樹 舟窪
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Olympus Optical Co Ltd filed Critical Olympus Optical Co Ltd
Priority to JP7271234A priority Critical patent/JPH09117168A/en
Publication of JPH09117168A publication Critical patent/JPH09117168A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To constitute a supersonic motor only with one type of piezoelectric element and at the same time reduce a drive voltage by arranging at least one sheet-shaped piezoelectric element which is polarized in thickness direction with a specific inclination for the height direction of a vibrator. SOLUTION: Piezoelectric elements 4, 5, 6, and 7 are held between elastic bodies 1 and 2 which are generated by cutting a cylindrical elastic body into two portions while they are inclined from a side surface, a hole at the center of the elastic body 2 is cut, a screw 8 is inserted, and piezoelectric elements 4, 5, 6, and 7 are fed through and fixed, where the piezoelectric elements 4, 5, 6, and 7 are in elliptical shape, are polarized in thickness direction, these polarization directions are alternately in opposite directions before lamination, thus exciting vertical and twisting vibration by the piezoelectric elements 4, 5, 6, and 7 which are polarized in thickness direction and making thin the sheet- shaped piezoelectric elements 4, 5, 6, and 7 for laminating a number of sheets, and hence achieving a large amplitude.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波振動を駆動
力源として被駆動体を移動させる超音波モータに関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultrasonic motor for moving a driven body using ultrasonic vibration as a driving force source.

【0002】[0002]

【従来の技術】超音波振動を駆動力源として被駆動体を
移動させる超音波モータの一例として、精密制御用ニュ
ーアクチュエータ便覧「縦−ねじり複合振動子型超音波
モータ」956頁乃至966頁に掲載の超音波モータが
知られている。
2. Description of the Related Art As an example of an ultrasonic motor for moving a driven body using ultrasonic vibration as a driving force source, see New Actuator Manual for Precision Control, "Vertical-torsion compound vibrator type ultrasonic motor", pages 956 to 966. The listed ultrasonic motor is known.

【0003】この超音波モータの構造は、図15に示す
ように、ボルト締めランジュバン構造の振動子を使用し
ており、縦振動を励起する圧電素子(圧電セラミックブ
ロックL)51と捻れ振動を励起する圧電素子(圧電セ
ラミックブロックT)52をヘッドマス61とリアマス
62の間に挟持したものとなっている。圧電素子51、
52は、縦振動用には厚み方向に分極し、捻れ振動用に
は円周方向に分極したものを用いている。この超音波モ
ータの駆動は、適度な位相差をもった2相の電圧をそれ
ぞれの圧電素子51、52に印加することにより行う。
その電圧の大きさは数+Vrmsである。
As shown in FIG. 15, the structure of this ultrasonic motor uses a bolted Langevin structure vibrator, and a piezoelectric element (piezoelectric ceramic block L) 51 for exciting longitudinal vibration and a torsional vibration are excited. The piezoelectric element (piezoelectric ceramic block T) 52 that operates is sandwiched between the head mass 61 and the rear mass 62. Piezoelectric element 51,
52 is polarized in the thickness direction for longitudinal vibration and is polarized in the circumferential direction for torsional vibration. This ultrasonic motor is driven by applying a two-phase voltage having an appropriate phase difference to each piezoelectric element 51, 52.
The magnitude of the voltage is a few + Vrms.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記超
音波モータは縦振動と捻れ振動を発生するのに別々の圧
電素子51、52を必要とする。さらに、捻れ振動を発
生させるために円周方向に分極した圧電素子51、52
を必要とし、これは厚み方向に分極した圧電素子と比べ
て製造方法が複雑で高価になり易い。また円周方向に分
極した圧電素子51、52を使用すると、必要な振動振
幅を得るのに高電圧を要し、超音波モータを電池等の低
電圧源で駆動する用途には不利であるという欠点があっ
た。
However, the ultrasonic motor requires separate piezoelectric elements 51 and 52 to generate longitudinal vibration and torsional vibration. Furthermore, the piezoelectric elements 51, 52 polarized in the circumferential direction to generate torsional vibrations.
Is required, which is more complicated in manufacturing method and more expensive than a piezoelectric element polarized in the thickness direction. Further, if the piezoelectric elements 51 and 52 polarized in the circumferential direction are used, a high voltage is required to obtain a necessary vibration amplitude, which is disadvantageous for use in driving an ultrasonic motor with a low voltage source such as a battery. There was a flaw.

【0005】本発明は、上記課題を改善するためになさ
れたものであり、厚み方向に分極した一種の圧電素子の
みで構成でき、さらに駆動電圧を低電圧化することが可
能な超音波モータを提供するものである。
The present invention has been made in order to solve the above problems, and provides an ultrasonic motor which can be constituted by only one kind of piezoelectric element polarized in the thickness direction and can further reduce the driving voltage. It is provided.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明に係
る超音波モータは、振動子と、この振動子の高さ方向の
一部を占めるように挟持される状態で、かつ、振動子の
高さ方向に対して所定の傾斜を持たせて配置されるとと
もに、厚み方向に分極され各々分割電極を備えた1枚若
しくは複数枚の板状圧電素子と、前記振動子に押圧接触
させた被駆動体とを有することを特徴とするものであ
る。
An ultrasonic motor according to a first aspect of the present invention is a vibrator and a vibrator, which is sandwiched so as to occupy a part of the vibrator in the height direction, and the vibrator. Of the plate-like piezoelectric element, which is arranged with a predetermined inclination with respect to the height direction, is polarized in the thickness direction, and is provided with divided electrodes, and is brought into pressure contact with the vibrator. It has a driven body.

【0007】請求項2記載の発明に係る超音波モータ
は、振動子と、この振動子の高さ方向の一部を占めるよ
うに挟持される状態で、かつ、振動子の高さ方向に対し
略直交する角度で配置されるとともに、厚み方向に分極
され各々電極位置が少しずつ異なる分割電極を備えた複
数枚の板状圧電素子と、前記振動子に押圧接触させた被
駆動体とを有することを特徴とするものである。
An ultrasonic motor according to a second aspect of the present invention is a state in which the ultrasonic motor is sandwiched so as to occupy a part of the vibrator in the height direction, and the ultrasonic motor with respect to the height direction of the vibrator. It has a plurality of plate-shaped piezoelectric elements which are arranged at substantially orthogonal angles and which are polarized in the thickness direction and each of which has a slightly different electrode position, and a driven body which is brought into pressure contact with the vibrator. It is characterized by that.

【0008】請求項3記載の発明に係る超音波モータ
は、請求項1又は2に記載の超音波モータにおいて、前
記板状圧電素子に設ける一対の電極相に対する印加電圧
の位相差を90度、−90度とした際に生じる前記振動
子の90度位相のずれた屈曲共振振動を利用して前記被
駆動体を回転駆動することを特徴とするものである。
An ultrasonic motor according to a third aspect of the present invention is the ultrasonic motor according to the first or second aspect, in which the phase difference of the applied voltage with respect to a pair of electrode phases provided on the plate-shaped piezoelectric element is 90 degrees, It is characterized in that the driven body is rotationally driven by utilizing the bending resonance vibration of which the phase is shifted by 90 degrees when the vibrator is set to -90 degrees.

【0009】請求項1に記載した超音波モータによれ
ば、1枚若しくは複数枚の前記板状圧電素子を振動子の
高さ方向の一部を占めるように傾斜を持たせて配置する
ことにより、厚み方向に分極した板状圧電素子一種類だ
けで縦振動と捻れ振動の両方又は振動方向の異なる2方
向の屈曲振動を励起し被駆動体を駆動でき、円周方向に
分極した圧電素子を用いる場合に比べ、製造方法が簡略
になり製造コストを低減できる。
According to the ultrasonic motor of the first aspect, by arranging one or a plurality of the plate-like piezoelectric elements with an inclination so as to occupy a part of the vibrator in the height direction, , A plate-shaped piezoelectric element polarized in the thickness direction can excite both longitudinal vibration and torsional vibration or bending vibration in two directions with different vibration directions to drive a driven body, and a piezoelectric element polarized in the circumferential direction can be used. The manufacturing method is simplified and the manufacturing cost can be reduced as compared with the case of using.

【0010】請求項2に記載した超音波モータによれ
ば、電極の位置を少しづつ変え前記複数枚の板状圧電素
子を積層することにより、厚み方向に分極した複数枚の
板状圧電素子一種類だけで縦振動と捻れ振動の両方又は
振動方向の異なる2方向の屈曲振動を励起し、被駆動体
を駆動することができ、円周方向に分極した圧電素子を
用いる場合に比べ、製造方法が簡略になり製造コストを
低減できるるとともに、複数枚の板状圧電素子を振動子
の高さ方向に対し略直交する角度で配置する構成である
ため、この超音波モータ自体の組み立てが請求項1に記
載した超音波モータよりもさらに簡略化する。
According to the ultrasonic motor of the present invention, the position of the electrode is changed little by little, and the plurality of plate-shaped piezoelectric elements are laminated to form a plurality of plate-shaped piezoelectric elements polarized in the thickness direction. Both the longitudinal vibration and the torsional vibration, or the bending vibration in two directions having different vibration directions can be excited by only the type to drive the driven body, and the manufacturing method is different from the case where the piezoelectric element polarized in the circumferential direction is used. Is simplified and the manufacturing cost can be reduced, and a plurality of plate-shaped piezoelectric elements are arranged at an angle substantially orthogonal to the height direction of the vibrator. It is more simplified than the ultrasonic motor described in 1.

【0011】請求項3記載の発明に係る超音波モータに
よれば、請求項1又は2に記載の超音波モータにおい
て、前記板状圧電素子に設ける一対の電極相に対する印
加電圧の位相差を90、−90度とした際に生じる前記
振動子の90度、−90度位相のずれた屈曲共振振動を
利用して前記被駆動体を回転駆動するものであるから、
縦振動、捻れ振動の共振周波数を特に一致させる必要が
無くなり、振動子の設計の自由度を大きくできる。
According to the ultrasonic motor of the third aspect of the present invention, in the ultrasonic motor of the first or second aspect, the phase difference of the applied voltage with respect to the pair of electrode phases provided on the plate-shaped piezoelectric element is 90. , -90 degrees of the vibrator, which occurs when the angle is set to -90 degrees, is used to rotationally drive the driven body by utilizing flexural resonance vibration with a phase difference of -90 degrees.
It is not necessary to match the resonance frequencies of the longitudinal vibration and the torsional vibration, and the degree of freedom in designing the vibrator can be increased.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

[実施の形態1]図1乃至図7を参照して本発明の実施
の形態1を説明する。
[First Embodiment] A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

【0013】図1、図2に示す超音波モータの振動子1
0は、以下の構成から成る。即ち、中心部に穴をもつ円
柱形状で真鍮製の弾性体を、側面から傾斜を持たせ切断
して二分割し、弾性体1、2を作成する。このうち一方
の弾性体1には途中に溝3を設けている。
The vibrator 1 of the ultrasonic motor shown in FIGS. 1 and 2.
0 has the following configuration. That is, an elastic body made of brass and having a cylindrical shape with a hole in the center is cut into two pieces with an inclination from the side surface to divide into two elastic bodies 1 and 2. A groove 3 is provided in the middle of one of the elastic bodies 1.

【0014】弾性体1、2間には、圧電素子4、5、
6、7を挟み込んでいる。弾性体2の中心の孔2aには
ネジが切ってあり、図2に示すようにビス8を弾性体1
側から挿通し圧電素子4、5、6、7を貫通させ、さら
に、弾性体2のネジを経て上方に突出させ、圧電素子
4、5、6、7を弾性体1、2間に固定するようになっ
ている。このとき、圧電体4乃至7の固定には接着剤を
併用するとより強固に固定できる。また、弾性体2の上
面には、耐摩耗材9が接着され固定される。
Between the elastic bodies 1 and 2, piezoelectric elements 4, 5 and
It sandwiches 6 and 7. A screw is cut in the hole 2a at the center of the elastic body 2. As shown in FIG.
The piezoelectric elements 4, 5, 6, 7 are inserted from the side, and further protruded upward through the screw of the elastic body 2 to fix the piezoelectric elements 4, 5, 6, 7 between the elastic bodies 1, 2. It is like this. At this time, if an adhesive is used together to fix the piezoelectric bodies 4 to 7, the piezoelectric bodies 4 to 7 can be more firmly fixed. A wear resistant material 9 is adhered and fixed to the upper surface of the elastic body 2.

【0015】次に、図3に示す様に、振動子10におけ
る耐摩耗材9の上部に、ロータ11を軸受12を介して
取り付けてビス8の周りに回転可能に配置され、さら
に、バネ13とナット14とでロータ11を耐摩耗材9
側に押圧するようになっている。
Next, as shown in FIG. 3, a rotor 11 is mounted on a wear resistant member 9 of a vibrator 10 via a bearing 12 so as to be rotatable around a screw 8, and a spring 13 and a spring 13 are provided. With the nut 14, the rotor 11 and the wear resistant material 9
It is designed to be pressed to the side.

【0016】前記圧電素子4乃至7は、図4の(a),
(b)に示す様に、楕円形状を呈し、それぞれの表面に
は、正電極15を中央部であるa部を除いて二分割配置
に設けている。裏面には負電極16が両脇の一部である
b部、c部を除いて設けている。分極は厚み方向になさ
れる。そして、これらの圧電素子4乃至7は、図5に矢
印で示す様に分極方向を交互に反対方向として積層され
るようになっている。
The piezoelectric elements 4 to 7 are shown in FIG.
As shown in (b), it has an elliptical shape, and the positive electrodes 15 are provided in a two-divided arrangement on each surface except for the central portion a. Negative electrodes 16 are provided on the back surface except for parts b and c which are parts on both sides. Polarization is performed in the thickness direction. The piezoelectric elements 4 to 7 are laminated such that the polarization directions are alternately opposite to each other as shown by arrows in FIG.

【0017】そして、図4に示す裏面側の負電極16の
a部分の側面には、図5の(a)に示す様に積層された
各層が互いに導電ペーストで接合され、GND端子とし
て使用される。また、圧電素子4乃至7の表面の正電極
15側は、a部分に電極部分が存在しないので、正電極
15と負電極16とが導電ペーストで短絡することはな
い。
Then, on the side surface of the portion a of the negative electrode 16 on the back surface side shown in FIG. 4, the layers laminated as shown in FIG. 5A are bonded to each other with a conductive paste and used as a GND terminal. It In addition, on the positive electrode 15 side of the surface of the piezoelectric elements 4 to 7, since the electrode portion does not exist in the portion a, the positive electrode 15 and the negative electrode 16 are not short-circuited by the conductive paste.

【0018】図4に示す圧電素子4乃至7の表面の正電
極15のb部分及びc部分の側面には、図5の(b)、
(c)に示すように積層された各層が互いに導電ペース
トで接合され、各々A相端子、B相端子として使用され
るようになっている。この場合に、圧電素子4乃至7の
裏面の負電極16のb部分、c部分には電極部分が存在
しないので、正電極15と負電極16とが導電ペースト
で短絡することはない。
On the side surfaces of portions b and c of the positive electrode 15 on the surface of the piezoelectric elements 4 to 7 shown in FIG. 4, (b) of FIG.
As shown in (c), the laminated layers are bonded to each other with a conductive paste and used as an A-phase terminal and a B-phase terminal, respectively. In this case, since there is no electrode portion on the back surface of the piezoelectric elements 4 to 7 in the portion b and the portion c of the negative electrode 16, the positive electrode 15 and the negative electrode 16 are not short-circuited by the conductive paste.

【0019】次に、上述した実施の形態1の動作を説明
する。前記A相とB相とに同相の交流電圧を印加する場
合を考える。圧電素子4乃至7は、分極方向にA相とB
相が同相で変位し振動する。この圧電素子4乃至7の変
位を駆動源として、振動子10は、図6の左欄及び中欄
に示すような縦共振振動又は屈曲共振振動をする。これ
らの振動の周波数は振動子10の持つ固有振動数により
決まる。二つの振動の共振周波数は互いに異なるため
に、駆動周波数を選択することにより縦共振振動又は屈
曲共振振動の一方のみを励振することができる。
Next, the operation of the above-described first embodiment will be described. Consider a case where in-phase AC voltages are applied to the A phase and the B phase. The piezoelectric elements 4 to 7 have A phase and B phase in the polarization direction.
The phases are displaced in the same phase and vibrate. Using the displacement of the piezoelectric elements 4 to 7 as a driving source, the vibrator 10 causes longitudinal resonance vibration or bending resonance vibration as shown in the left and middle columns of FIG. The frequencies of these vibrations are determined by the natural frequency of the vibrator 10. Since the resonance frequencies of the two vibrations are different from each other, it is possible to excite only one of the longitudinal resonance vibration and the bending resonance vibration by selecting the drive frequency.

【0020】次に、A相とB相に逆相の交流電圧を印加
すると、圧電素子10はA相とB相が互いに逆位相で振
動し、一方が厚み方向に延びるときには他方は厚み方向
に縮む。そして振動子10の持つ固有振動数により、図
6の右欄又は中欄に示すような捻れ共振振動又は屈曲共
振振動をする。これら二つの共振周波数は互いに異なる
ために、駆動周波数を選択することにより捻れ共振振動
又は屈曲共振振動の一方のみを励振することができる。
Next, when AC voltages of opposite phases are applied to the A phase and the B phase, the piezoelectric element 10 vibrates in the opposite phases of the A phase and the B phase, and when one extends in the thickness direction, the other extends in the thickness direction. Shrink. Then, depending on the natural frequency of the vibrator 10, torsional resonance vibration or bending resonance vibration as shown in the right column or the middle column of FIG. 6 is generated. Since these two resonance frequencies are different from each other, it is possible to excite only one of the torsion resonance vibration and the bending resonance vibration by selecting the drive frequency.

【0021】振動子10の形状を工夫して、上記縦共振
振動と捻れ共振振動の周波数を一致させる。このために
振動子10に溝3を設けている。図7に示すように溝3
の振動子端の位置により縦共振と捻れ共振の周波数が一
致する溝位置Lが存在し、ここに溝3を形成するもので
ある。
By devising the shape of the vibrator 10, the frequencies of the longitudinal resonance vibration and the torsional resonance vibration are matched. For this reason, the groove 3 is provided in the vibrator 10. Groove 3 as shown in FIG.
There is a groove position L where the frequencies of the longitudinal resonance and the torsional resonance coincide with each other depending on the position of the vibrator end, and the groove 3 is formed here.

【0022】このようにして、縦共振周波数と捻れ共振
周波数を一致させ、この周波数の電圧を上記した同相
(位相差0度)と逆相(位相差180度)の中間の位相
差90度とすると、二つの共振振動を同時に発生するこ
とができる。
In this way, the longitudinal resonance frequency and the torsional resonance frequency are matched, and the voltage of this frequency is set to the intermediate phase difference of 90 degrees between the in-phase (phase difference of 0 degrees) and the opposite phase (phase difference of 180 degrees). Then, two resonance vibrations can be generated at the same time.

【0023】この状態で、ロータ11を図3に示すよう
に振動子10の端面に当て付けることにより、このロー
タ11を回転駆動できる。ロータ11の回転方向は、A
相とB相の印加電圧の位相差を+90度とするか−90
度とするかで決定する。
In this state, the rotor 11 can be driven to rotate by abutting it on the end face of the vibrator 10 as shown in FIG. The rotation direction of the rotor 11 is A
Phase difference between applied voltage of phase B and phase B is +90 degrees or -90
It is decided by the degree.

【0024】本実施の形態1では、厚み方向に分極した
圧電素子4乃至7だけで縦振動と捻れ振動が励起できる
という効果がある。また、板状の圧電素子4乃至7の厚
さを薄くして多数枚積層することにより、低電圧でも必
要とする大きさの振幅が得られる。尚、実施の形態1中
では、板状の圧電素子4乃至7を重ねて積層している
が、予め一体焼成した同一構造の積層圧電素子を用いて
もよい。
The first embodiment has an effect that longitudinal vibration and torsional vibration can be excited only by the piezoelectric elements 4 to 7 polarized in the thickness direction. Further, by thinning the plate-shaped piezoelectric elements 4 to 7 and stacking a large number of them, the required amplitude can be obtained even at a low voltage. In the first embodiment, the plate-shaped piezoelectric elements 4 to 7 are stacked and laminated, but a laminated piezoelectric element having the same structure, which is integrally fired in advance, may be used.

【0025】[実施の形態2]次に、図8乃至図12を
参照して本発明の実施の形態2を説明する。
[Second Embodiment] Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

【0026】図8に示すように、実施の形態2の振動子
33は以下の構成からなる。即ち、側面が凸型で断面が
円型の弾性体21は途中に溝23を持ち、中央の突出し
た凸部にはネジ21aが切ってある。また、筒型弾性体
22の内面空洞部には、弾性体21の凸部のネジ21a
と係合するためのネジ22aが切ってある。
As shown in FIG. 8, the vibrator 33 according to the second embodiment has the following structure. That is, the elastic body 21 having a convex side surface and a circular cross section has a groove 23 in the middle thereof, and a screw 21a is cut on the protruding portion at the center. Further, in the inner cavity of the cylindrical elastic body 22, the screw 21 a of the convex portion of the elastic body 21 is provided.
The screw 22a for engaging with is cut.

【0027】弾性体21と筒型弾性体22との間には、
圧電素子24乃至29か挟み込まれている。弾性体21
と筒型弾性体22とをネジ21a、ネジ22aのネジ結
合で締め込み、圧電素子24乃至29を固定する。この
とき、圧電素子24乃至29の固定には接着剤を併用す
ると強固に固定できる。また、筒型弾性体22には、耐
摩耗材30が接着されるようになっている。
Between the elastic body 21 and the cylindrical elastic body 22,
The piezoelectric elements 24 to 29 are sandwiched. Elastic body 21
And the cylindrical elastic body 22 are tightened by screwing the screws 21a and 22a to fix the piezoelectric elements 24 to 29. At this time, if the piezoelectric elements 24 to 29 are fixed together with an adhesive, they can be fixed firmly. A wear resistant material 30 is bonded to the cylindrical elastic body 22.

【0028】また、前記弾性体21の中央部には、孔3
1を穿設しており、この孔31には弾性体21の高さ方
向のほぼ中央部に図示してないがネジを設けている。こ
こに外周にネジを設けた軸32を螺合する。弾性体21
と軸32は、その中央部のネジ部分以外では接触しない
ように、孔31の直径は軸32の直径よりやや大きくし
ている。
A hole 3 is formed in the center of the elastic body 21.
1 is bored, and a screw (not shown) is provided in the hole 31 at substantially the center of the elastic body 21 in the height direction. A shaft 32 provided with a screw on the outer periphery is screwed into this. Elastic body 21
The diameter of the hole 31 is set to be slightly larger than the diameter of the shaft 32 so that the shaft 32 and the shaft 32 do not come into contact with each other except for the threaded portion at the center thereof.

【0029】図10に示すように、前記振動子33にお
ける耐摩耗材30には,ロータ34が軸受35を介し軸
32の周りに回転可能に保持されるようになっている。
さらに、バネ36とナット37とでロータ34が耐摩耗
材30に押圧されるようになっている。
As shown in FIG. 10, a rotor 34 is rotatably held by a wear-resistant material 30 of the vibrator 33 around a shaft 32 via a bearing 35.
Further, the rotor 34 is pressed against the wear resistant material 30 by the spring 36 and the nut 37.

【0030】前記圧電素子24乃至29は、図11の
(a)乃至(f)に示すように、表面には正電極38が
二分割されて存在し、裏面には正電極38と対向した位
置に負電極39が存在する。各電極38、39は圧電素
子24乃至29で各々少しづつ位置が異なるように形成
している。正電極38はリング形状の外側面に端部を出
し、内側面には端部を出さないように形成している。逆
に負電極39はリング形状の外側面には端部を出さず内
側面に端部を出すように形成している。分極はすべて厚
み方向になされている。
As shown in FIGS. 11 (a) to 11 (f), the piezoelectric elements 24 to 29 have a positive electrode 38 divided into two parts on the front surface and a position facing the positive electrode 38 on the back surface. There is a negative electrode 39 at. The electrodes 38 and 39 are formed so that the positions of the piezoelectric elements 24 to 29 are slightly different. The positive electrode 38 is formed so that the end portion is exposed on the outer surface of the ring shape and the end portion is not exposed on the inner surface. On the contrary, the negative electrode 39 is formed such that the end portion does not extend to the outer side surface of the ring shape and the end portion extends to the inner side surface. All polarization is done in the thickness direction.

【0031】これらの圧電素子24乃至29は、図12
に矢印で示すように分極方向を交互に反対方向にして積
層されるようになっている。
These piezoelectric elements 24 to 29 are shown in FIG.
As shown by arrows, the layers are laminated so that the polarization directions are alternately opposite to each other.

【0032】圧電素子24乃至29の積層された各層は
互いに導電ペーストで接合され、正電極38は図12に
示すように各々A相端子、B相端子として使用されるよ
うになっている。また、圧電素子24乃至29の裏面の
負電極39はリング形状の内側側面で同様に導電ペース
トで互いに接合されるとともに、弾性体21に接合さ
れ、GND端子として使用されるようになっている。
The laminated layers of the piezoelectric elements 24 to 29 are bonded to each other by a conductive paste, and the positive electrode 38 is used as an A-phase terminal and a B-phase terminal, respectively, as shown in FIG. Further, the negative electrodes 39 on the back surfaces of the piezoelectric elements 24 to 29 are similarly bonded to each other on the ring-shaped inner side surface with a conductive paste, and are bonded to the elastic body 21 to be used as a GND terminal.

【0033】実施の形態2によれば、実施の形態1と同
じ原理により、図6に示す場合と同様な縦共振振動又は
屈曲共振振動をする。これらふたつの共振周波数は互い
に異なるために、駆動周波数を選択することによりいず
れか一方のみを励振することができる。
According to the second embodiment, the same longitudinal resonance vibration or bending resonance vibration as that shown in FIG. 6 is generated by the same principle as that of the first embodiment. Since these two resonance frequencies are different from each other, only one of them can be excited by selecting the drive frequency.

【0034】またA相とB相に逆相の交流電圧を印加す
ると、図6に示す場合と同様な捻れ共振振動又は屈曲共
振振動をする。これらふたつの共振周波数は互いに異な
るために、駆動周波数を選択することによりいずれか一
方のみを励振することができる。
When an AC voltage of opposite phase is applied to the A phase and the B phase, torsional resonance vibration or bending resonance vibration similar to the case shown in FIG. 6 is caused. Since these two resonance frequencies are different from each other, only one of them can be excited by selecting the drive frequency.

【0035】また、実施の形態1の場合と同様、振動子
33に対し、溝23を適当な位置に入れることにより縦
共振と捻れ共振の周波数を一致させることができる。
Further, similarly to the case of the first embodiment, the frequencies of the longitudinal resonance and the torsional resonance can be made to coincide with each other by placing the groove 23 in the oscillator 33 at an appropriate position.

【0036】このようにして、縦共振周波数と捻れ共振
周波数を一致させ、印加電圧を上記した同相(位相差0
度)と逆相(位相差180度)の中間の位相差90度と
することで、既述した二つの共振振動を同時に発生でき
る。
In this way, the longitudinal resonance frequency and the torsional resonance frequency are made to coincide with each other, and the applied voltage is the same phase (phase difference 0).
Degree) and the opposite phase (phase difference 180 degrees), the phase difference is 90 degrees, so that the two resonance vibrations described above can be simultaneously generated.

【0037】この状態で、ロータ34を図10に示すよ
うに振動子33の端面に押圧することによりこのロータ
34を回転駆動できる。ロータ34の回転方向は、A相
とB相の印加電圧の位相差を+90度とするか−90度
とするかで定まる。
In this state, the rotor 34 can be rotationally driven by pressing the rotor 34 against the end face of the vibrator 33 as shown in FIG. The rotation direction of the rotor 34 is determined by whether the phase difference between the applied voltages of the A phase and the B phase is +90 degrees or −90 degrees.

【0038】本実施の形態2では、厚み方向に分極した
圧電素子24乃至29だけで縦振動と捻れ振動を励起で
きるという効果がある。また、板状の圧電素子24乃至
29の厚さを薄くして多数枚積層することにより、低電
圧でも必要とする大きさの振幅が得られる。本実施の形
態2中では板状の圧電素子24乃至29を積層している
が、予め一体焼成した同一構造の積層型圧電素子を用い
てもよいことは実施の形態1の場合と同様である。本実
施の形態2では、実施の形態1と比較すると、弾性体2
1に傾斜を持たせて切る必要がないので旋盤等だけで加
工でき、製作が容易であるという効果がある。
The second embodiment has an effect that longitudinal vibration and torsional vibration can be excited only by the piezoelectric elements 24 to 29 polarized in the thickness direction. Further, by making the plate-shaped piezoelectric elements 24 to 29 thin and laminating a large number of them, the required amplitude can be obtained even at a low voltage. In the present second embodiment, the plate-shaped piezoelectric elements 24 to 29 are laminated, but a laminated piezoelectric element of the same structure that is integrally fired in advance may be used as in the case of the first embodiment. . In the second embodiment, the elastic body 2 is different from the first embodiment.
Since there is no need to give a slope to 1 and to cut, there is an effect that it can be processed only by a lathe and the like, and the production is easy.

【0039】[実施の形態3]図13、図14を参照し
て本発明の実施の形態3を説明する。本実施の形態3の
超音波モータの構造は、実施の形態1及び実施の形態2
に示したいずれのものでもよく、ここでは特に示さな
い。ただし、実施の形態1又は実施の形態2の場合の溝
3又は溝23は特になくてもよい。
[Third Embodiment] A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The structure of the ultrasonic motor of the third embodiment is the same as that of the first and second embodiments.
Any of the above may be used and is not shown here. However, the groove 3 or the groove 23 in the case of the first embodiment or the second embodiment may be omitted.

【0040】本実施の形態3の超音波モータは、実施の
形態1又は実施の形態2に比較して動作原理のみ異なる
ものである。
The ultrasonic motor of the third embodiment is different from the first or second embodiment only in the operating principle.

【0041】即ち、図13、図14に示す振動子41の
A相とB相に、同相又は逆相の電圧を印加すると屈曲共
振振動が発生することは実施の形態1及び実施の形態2
に述べた。このとき同相で電圧を印加した場合を図13
におけるα・γ方向とすると、逆相の場合は90度方向
が異なり図13におけるβ・δ方向になる。
That is, when the in-phase or anti-phase voltage is applied to the A-phase and the B-phase of the vibrator 41 shown in FIGS. 13 and 14, bending resonance vibration occurs in the first and second embodiments.
Said. FIG. 13 shows a case where voltages are applied in phase at this time.
In the case of the opposite phase, the directions are 90 ° and the directions are β and δ in FIG.

【0042】振動子41が円柱の様に振動方向に対して
対称の場合には、この二方向の屈曲共振周波数は特に工
夫を要することなく一致する。A相とB相には、この屈
曲共振周波数とおおよそ一致する周波数の電圧を印加す
る。そして、印加電圧を上記した同相(位相差0度)と
逆相(位相差180度)の中間の位相差90度とする
と、二つの屈曲共振振動が位相が90度ずれた状態で発
生する。
When the vibrator 41 is symmetric with respect to the vibration direction like a cylinder, the bending resonance frequencies in the two directions coincide with each other without any special measures. A voltage having a frequency approximately matching the bending resonance frequency is applied to the A phase and the B phase. When the applied voltage has a phase difference of 90 degrees between the in-phase (phase difference of 0 degrees) and the opposite phase (phase difference of 180 degrees) described above, two bending resonance vibrations occur in a state where the phases are shifted by 90 degrees.

【0043】このとき図14に示すように、振動子41
にロータ42を押圧すると、振動子41とロータ42の
接触位置が次々と変化し、振動子41とロータ42の間
の摩擦力によりロータ42が回転する。
At this time, as shown in FIG.
When the rotor 42 is pressed, the contact position between the oscillator 41 and the rotor 42 changes one after another, and the rotor 42 rotates due to the frictional force between the oscillator 41 and the rotor 42.

【0044】A相とB相の電圧の位相差を+90度とす
るか−90度とするかによって図14I示すように振動
子41とロータ42の接触する位置の順番が変わり、そ
の結果ロータ42の回転方向も切り替わる。
The order in which the vibrator 41 and the rotor 42 contact each other changes as shown in FIG. 14I depending on whether the phase difference between the A-phase voltage and the B-phase voltage is +90 degrees or -90 degrees. The rotation direction of is also switched.

【0045】本実施の形態3では、実施の形態1、実施
の形態2と比較して縦振動と捻れ振動の共振周波数を一
致させる工夫を特にする必要がなく、二方向の屈曲共振
周波数が一致するので、振動子41の設計の自由度が比
較的大きい。なお、実施の形態1、実施の形態2の超音
波モータで駆動周波数を切り換えて縦−捻れモードを使
用するか屈曲−屈曲モードを使用するかを選択すること
も可能である。
In the third embodiment, compared to the first and second embodiments, it is not necessary to make a special effort to match the resonance frequencies of the longitudinal vibration and the torsional vibration, and the bending resonance frequencies in the two directions are the same. Therefore, the degree of freedom in designing the vibrator 41 is relatively large. It is also possible to switch the drive frequency with the ultrasonic motors of the first and second embodiments and select whether to use the vertical-twist mode or the bending-bending mode.

【0046】本実施の形態3では、実施の形態1、実施
の形態2の場合と同様、厚み方向に分極した圧電素子で
振動方向が90度異なる屈曲振動を励起できるという効
果がある。また、板状の圧電素子の厚さを薄くして多数
枚積層することにより、低電圧でも必要とする大きさの
振幅が得られる。
In the third embodiment, as in the first and second embodiments, there is an effect that the piezoelectric element polarized in the thickness direction can excite bending vibrations in which the vibration directions differ by 90 degrees. In addition, by reducing the thickness of the plate-shaped piezoelectric element and stacking a large number of piezoelectric elements, the required amplitude can be obtained even at a low voltage.

【0047】[0047]

【発明の効果】請求項1記載の発明によれば、厚み方向
に分極した一種類の圧電素子のみで構成でき低価格化が
可能となり、さらに、その駆動電圧を低電圧化すること
ができる超音波モータを提供することができる。
According to the invention described in claim 1, it is possible to reduce the cost because it can be constituted by only one kind of piezoelectric element polarized in the thickness direction, and further, the driving voltage can be lowered. A sonic motor can be provided.

【0048】請求項2記載の発明によれば、請求項1記
載の発明の効果に加え、製作の容易な超音波モータを提
供することができる。
According to the invention described in claim 2, in addition to the effect of the invention described in claim 1, it is possible to provide an ultrasonic motor which is easy to manufacture.

【0049】請求項3記載の発明によれば、請求項1又
は2記載の発明の効果に加え、振動子の設計の自由度を
大きくできる超音波モータを提供することができる。
According to the invention of claim 3, in addition to the effect of the invention of claim 1 or 2, it is possible to provide an ultrasonic motor capable of increasing the degree of freedom in designing the vibrator.

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

【図1】本発明の実施の形態1の超音波モータの振動子
を示す分解斜視図である。
FIG. 1 is an exploded perspective view showing a vibrator of an ultrasonic motor according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施の形態1の超音波モータの振動子
を示す正面図である。
FIG. 2 is a front view showing a vibrator of the ultrasonic motor according to the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の実施の形態1の超音波モータを示す正
面図である。
FIG. 3 is a front view showing the ultrasonic motor according to the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の実施の形態1における板状圧電素子の
電極配置を示す説明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing an electrode arrangement of the plate-shaped piezoelectric element according to the first embodiment of the present invention.

【図5】本発明の実施の形態1における板状振動子の積
層構造及び電極相を示す説明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a laminated structure and electrode phases of the plate-shaped vibrator according to the first embodiment of the present invention.

【図6】本発明の実施の形態1における縦振動、屈曲振
動及び捻れ振動を示す説明図である。
FIG. 6 is an explanatory diagram showing longitudinal vibration, bending vibration, and torsional vibration according to the first embodiment of the present invention.

【図7】本発明の実施の形態1における振動子端から溝
までの長さと、共振周波数との関係を示すグラフであ
る。
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the resonance frequency and the length from the vibrator end to the groove in the first embodiment of the present invention.

【図8】本発明の実施の形態2の超音波モータの振動子
を示す分解斜視図である。
FIG. 8 is an exploded perspective view showing a vibrator of an ultrasonic motor according to a second embodiment of the present invention.

【図9】本発明の実施の形態2の超音波モータの振動子
を示す正面図である。
FIG. 9 is a front view showing a vibrator of an ultrasonic motor according to a second embodiment of the present invention.

【図10】本発明の実施の形態2の超音波モータを示す
正面図である。
FIG. 10 is a front view showing an ultrasonic motor according to a second embodiment of the present invention.

【図11】本発明の実施の形態2の板状圧電素子の電極
配置を示す説明図である。
FIG. 11 is an explanatory diagram showing an electrode arrangement of the plate-shaped piezoelectric element according to the second embodiment of the present invention.

【図12】本発明の実施の形態2の板状圧電素子の板状
振動子の積層構造及び電極相を示す説明図である。
FIG. 12 is an explanatory diagram showing a laminated structure and an electrode phase of a plate-shaped vibrator of a plate-shaped piezoelectric element according to a second embodiment of the present invention.

【図13】本発明の実施の形態3の振動子の駆動原理を
示す説明図である。
FIG. 13 is an explanatory diagram showing a driving principle of the vibrator according to the third embodiment of the present invention.

【図14】本発明の実施の形態3の振動子の屈曲振動の
位相切り替えによるロータの駆動状態を示す説明図であ
る。
FIG. 14 is an explanatory diagram showing a rotor driving state by phase switching of bending vibration of the vibrator according to the third embodiment of the present invention.

【図15】従来の超音波モータを示す部分断面図であ
る。
FIG. 15 is a partial cross-sectional view showing a conventional ultrasonic motor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 弾性体 2 弾性体 3 溝 4 圧電素子 5 圧電素子 6 圧電素子 7 圧電素子 8 ビス 9 耐摩耗材 10 振動子 11 ロータ 13 バネ 14 ナット 1 Elastic Body 2 Elastic Body 3 Groove 4 Piezoelectric Element 5 Piezoelectric Element 6 Piezoelectric Element 7 Piezoelectric Element 8 Screw 9 Wear Resistant Material 10 Vibrator 11 Rotor 13 Spring 14 Nut

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 舟窪 朋樹 東京都渋谷区幡ヶ谷2丁目43番2号 オリ ンパス光学工業株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Tomoki Funakubo 2-43-2 Hatagaya, Shibuya-ku, Tokyo Inside Olympus Optical Co., Ltd.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 振動子と、 この振動子の高さ方向の一部を占めるように挟持される
状態で、かつ、振動子の高さ方向に対して所定の傾斜を
持たせて配置されるとともに、厚み方向に分極され各々
分割電極を備えた1枚若しくは複数枚の板状圧電素子
と、 前記振動子に押圧接触させた被駆動体と、 を有することを特徴とする超音波モータ。
1. A vibrator and a vibrator which are sandwiched so as to occupy a part of the vibrator in the height direction and are arranged with a predetermined inclination with respect to the height direction of the vibrator. At the same time, an ultrasonic motor comprising: one or a plurality of plate-shaped piezoelectric elements each polarized in the thickness direction and provided with a divided electrode; and a driven body brought into pressure contact with the vibrator.
【請求項2】 振動子と、 この振動子の高さ方向の一部を占めるように挟持される
状態で、かつ、振動子の高さ方向に対し略直交する角度
で配置されるとともに、厚み方向に分極され各々電極位
置が少しずつ異なる分割電極を備えた複数枚の板状圧電
素子と、 前記振動子に押圧接触させた被駆動体と、 を有することを特徴とする超音波モータ。
2. The vibrator, the vibrator being disposed so as to be sandwiched so as to occupy a part of the vibrator in the height direction, arranged at an angle substantially orthogonal to the height direction of the vibrator, and having a thickness. An ultrasonic motor comprising: a plurality of plate-shaped piezoelectric elements each of which is polarized in a direction and provided with divided electrodes whose electrode positions are slightly different from each other; and a driven body which is brought into pressure contact with the vibrator.
【請求項3】 前記板状圧電素子に設ける一対の電極相
に対する印加電圧の位相差を90度、−90度とした際
に生じる前記振動子の90度位相のずれた屈曲共振振動
を利用して前記被駆動体を回転駆動することを特徴とす
る請求項1又は2に記載の超音波モータ。
3. A flexural resonance vibration of 90 degrees out of phase of the vibrator, which occurs when the phase difference of applied voltages to a pair of electrode phases provided on the plate-shaped piezoelectric element is 90 degrees and −90 degrees, is utilized. The ultrasonic motor according to claim 1 or 2, wherein the driven body is driven to rotate.
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