JPH0295183A - Vibrator actuator - Google Patents

Vibrator actuator

Info

Publication number
JPH0295183A
JPH0295183A JP63242454A JP24245488A JPH0295183A JP H0295183 A JPH0295183 A JP H0295183A JP 63242454 A JP63242454 A JP 63242454A JP 24245488 A JP24245488 A JP 24245488A JP H0295183 A JPH0295183 A JP H0295183A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
vibrator
protrusion
point
standing waves
moving piece
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.)
Pending
Application number
JP63242454A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tetsuo Hata
哲男 秦
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.)
Faurecia Clarion Electronics Co Ltd
Original Assignee
Clarion 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 Clarion Co Ltd filed Critical Clarion Co Ltd
Priority to JP63242454A priority Critical patent/JPH0295183A/en
Publication of JPH0295183A publication Critical patent/JPH0295183A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

PURPOSE:To alter the direction of movement of a moving piece by forming a protrusion at a place, where the working of a component in the direction orthogonal to the direction of vibrations of a vibrator generating standing waves is equalized, installing the moving piece moved brought into contact with the protrusion and changing the phase relationship of the protrusion and standing waves. CONSTITUTION:When voltage is applied to an annular vibrator 1 such as a piezoelectric element disposed while polarity is inverted alternately, the vibrator 1 is shrunk and elongated at every element and vibrated in the direction of thickness. It is determined that the vibrator conducts a linear motion inclined at a fixed angle from the vertical direction (the direction of vibrations) according to a behavior at a point A of the vibrator 1 performing such vibrations. Since there are the same output directions at every half wavelength of standing waves at that time, mechanical protrusions are shaped at the positions. That is, the protrusions are formed it the corresponding each point A and point B of each element of the vibrator 1, and the vibrator is constituted so as to be brought into contact with a moving piece 2 only in the protrusions. Accordingly, the moving piece 2 is shifted in the right direction or the left direction by the standing waves of the vibrator 1, thus extracting a motion in one direction.

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等の振動子アクチュエータに関
する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION <Industrial Application Field> The present invention relates to a vibrator actuator such as an ultrasonic motor.

〈従来の技術〉 近年電歪又は磁歪振動子を用いたアクチュエータが実用
化されつつあり、その典型例として圧電素子を用いた圧
電モータが知られている。
<Prior Art> In recent years, actuators using electrostrictive or magnetostrictive vibrators have been put into practical use, and a piezoelectric motor using a piezoelectric element is known as a typical example.

このような振動子アクチュエータには定在波駆動方式と
進行波駆動方式の2つの方式が知られている。
Two methods are known for such a vibrator actuator: a standing wave drive method and a traveling wave drive method.

定在波駆動方式は振動子の厚み方向の定在波により被駆
動体を駆動する方式のものである。
The standing wave drive method is a method in which a driven body is driven by a standing wave in the thickness direction of the vibrator.

進行波駆動方式は圧電素子などの振動子を2層に位相を
ずらせて形成し、この2層の振動子に位相のずれた交流
を与えて2層の振動子に位相のずれた定在波を発生させ
、その合成成分として進行波を得る方式である。
In the traveling wave drive system, a vibrator such as a piezoelectric element is formed in two layers with different phases, and an alternating current with a different phase is applied to the two layers of vibrators to create a standing wave with a different phase between the two layers of vibrators. This method generates a traveling wave and obtains a traveling wave as its composite component.

〈発明が解決しようとする課題〉 しかし、上記した定在波方式の場合は厚さを簿くするの
が難しい欠点があり、一方進行波方式のものは厚さを薄
くしやすいが、振動子を2Mに構成し、この二相の振動
子に位相の異なる電圧を与える必要があり、二相の電源
を必要とし回路構成も複雑になる欠点があった。
<Problem to be solved by the invention> However, in the case of the above-mentioned standing wave method, it is difficult to keep track of the thickness, while in the case of the traveling wave method, it is easy to reduce the thickness, but the vibrator It is necessary to configure the oscillator to be 2M, and to apply voltages with different phases to the two-phase vibrator, which requires a two-phase power supply and has the drawback that the circuit configuration is complicated.

〈発明の概要〉 本発明は上記した従来の構成の欠点を改善するためにな
されたもので、厚さを薄くでき、二相の電源を必要とし
ない振動子アクチュエータを提供することを目的とする
ものである。
<Summary of the Invention> The present invention was made in order to improve the drawbacks of the conventional configuration described above, and an object thereof is to provide a vibrator actuator that can be made thinner and does not require a two-phase power source. It is something.

上記目的のために本発明の振動子アクチュエータは、定
在波を発生する振動子と、該振動子の振動方向に直交す
る方向の成分の動きが同一となる位置に設けられた突起
と、該突起に接触して移動する移動子とを備え、前記突
起と定在波の位相関係を変更することにより移動子の移
動方向を変更することを基本的な特徴とするものである
For the above purpose, the vibrator actuator of the present invention includes a vibrator that generates a standing wave, a protrusion provided at a position where the movement of the component in the direction orthogonal to the vibration direction of the vibrator is the same, and The basic feature is that the movable element moves in contact with a protrusion, and the moving direction of the movable element is changed by changing the phase relationship between the protrusion and the standing wave.

く作用〉 定在波を発生する振動子には該振動方向に直交する方向
の成分の動きがあり、この部分に突起を形成し、この突
起と移動子とを接触させ、移動子を移動させる。該突起
と定在波の位相関係を変更すれば、移動子の移動方向を
変更することが出来る。
Effect〉 The vibrator that generates a standing wave has a movement component in a direction perpendicular to the vibration direction, and a protrusion is formed in this part, and the protrusion and the moving element are brought into contact to move the moving element. . By changing the phase relationship between the protrusion and the standing wave, the moving direction of the moving element can be changed.

〈実施例〉 以下本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。<Example> The present invention will be described in detail below based on examples.

第1図乃至第4図により本発明の詳細な説明する。The present invention will be explained in detail with reference to FIGS. 1 to 4.

極性を交互に反転させて配設した圧電素子等の円環状振
動子1に電圧を与えると、振動子1は各素子毎に収縮、
伸張し図示するように厚さ方向に振動する。
When a voltage is applied to an annular vibrator 1 such as a piezoelectric element arranged with alternately reversed polarity, the vibrator 1 contracts for each element.
It stretches and vibrates in the thickness direction as shown.

との定在波の縦方向(X方向)の振動の式は次の様に表
される。
The equation for the vibration of the standing wave in the longitudinal direction (X direction) is expressed as follows.

2 π ξ= s i n (−X) ・s i n ((11
t)λ −−−−−(1”) ここで、ξは縦方向の変位、λは波長、ωは固有振動数
である。
2 π ξ= s i n (-X) ・s i n ((11
t)λ ----(1'') where ξ is the longitudinal displacement, λ is the wavelength, and ω is the natural frequency.

また円環の厚さがTのとき、横方向(X方向)の変位は   2X で表される。Also, when the thickness of the ring is T, the displacement in the lateral direction (X direction) is   2X It is expressed as

この様な振動を行う振動子1の素子の右半分において移
動子2が接触している状態を想定し、その接触点をAと
する。この点Aの挙動をみると、−3= 図示するように点A1と点A2の間を移動する際に、鉛
直方向(振動方向)から所定の角度傾いた直線運動を行
うことが分かる。そして、A1からA2に移動する際に
充分に振動周波数が高ければ、移動子2に作用する慣性
力のために振動子1と移動子2は離れ、移動子2にはA
点の力は働かない。
Assume that the movable element 2 is in contact with the right half of the element of the vibrator 1 that vibrates in this manner, and the contact point is designated as A. Looking at the behavior of this point A, it can be seen that -3= As shown in the figure, when moving between points A1 and A2, it performs a linear movement tilted at a predetermined angle from the vertical direction (vibration direction). If the vibration frequency is high enough when moving from A1 to A2, vibrator 1 and mover 2 will separate due to the inertial force acting on mover 2, and mover 2 will have A
The point force does not work.

一方A2からA1に移動する際には振動子1と移動子2
は当接し、移動子2はA点の力を受けて、図面上右上方
に移動する。この右上方の動きは当然に右方向(X軸方
向)の成分を有しているから、移動子2を右方向に移動
させることになる。
On the other hand, when moving from A2 to A1, vibrator 1 and mover 2
contact, and the mover 2 receives the force at point A and moves to the upper right in the drawing. Since this upper right movement naturally has a rightward (X-axis direction) component, the mover 2 is moved rightward.

一方振動子1の素子の左半分にあるB点はA点とは逆に
X軸方向左向きの成分を有する斜めの運動を行うことが
明かであり、同様にこのB点に接触する移動子2は左方
向に移動する。
On the other hand, it is clear that the point B on the left half of the element of the vibrator 1 performs an oblique movement having a leftward component in the X-axis direction, contrary to the point A, and similarly, the movable element 2 in contact with this point B moves to the left.

このようにX軸方向の出力の向きは定在波の節と腹を境
に逆向きになることが分かる。同一の出力方向は定在波
の半波長毎に存在するから、この位置に機械的な突起を
設けることにより、一方向の運動を取り出すことが可能
になる。
In this way, it can be seen that the direction of the output in the X-axis direction becomes opposite at the nodes and antinodes of the standing wave. Since the same output direction exists for every half wavelength of the standing wave, by providing a mechanical protrusion at this position, it becomes possible to extract motion in one direction.

即ち、振動子1の各素子の対応する各A点或はB点に突
起を形成し、この突起においてのみ移動子2と接触する
ように構成すれば、移動子2は振動子1の定在波により
右方向或は左方向に移動する。
That is, if a protrusion is formed at each corresponding point A or B of each element of the vibrator 1, and the movable element 2 is configured to come into contact with the movable element 2 only at this protrusion, the movable element 2 can maintain the position of the vibrator 1. Move to the right or left depending on the wave.

第2図に一例を示す。この例では振動子1として圧電体
10と弾性体からなるステータ11を組み合わせたもの
を用いている。圧電体10は第3図に示すように円環状
の形状をなしており、これを2n個(nは整数)に分割
し、各素子を交互に異なる方向に分極させである。この
構成により所定の電圧を与えることにより圧電体10は
振動して定在波を発生する。この圧電体10の上には弾
性体からなるステータ11が貼着されている。ステータ
11は第2図に示すように圧電体10より幅広の円環形
状をなしており、その表面に複数の突起3が形成されて
いる。この突起3は放射状に配置された平面長方形の凸
条をなしており、円周方向に等間隔に2n個形成されて
いる。そして、各突起3は圧電体1oの各素子の半分の
一方の側に位置するように構成されている。即ち、この
実施例では突起3の中立軸m3と圧電体10の中立軸m
圧電体10とがその周期の1/4だけずれるように配置
されている。
An example is shown in FIG. In this example, the vibrator 1 is a combination of a piezoelectric body 10 and a stator 11 made of an elastic body. The piezoelectric body 10 has an annular shape as shown in FIG. 3, and is divided into 2n pieces (n is an integer), and each element is alternately polarized in different directions. With this configuration, by applying a predetermined voltage, the piezoelectric body 10 vibrates and generates a standing wave. A stator 11 made of an elastic body is attached on top of the piezoelectric body 10. As shown in FIG. 2, the stator 11 has an annular shape wider than the piezoelectric body 10, and has a plurality of protrusions 3 formed on its surface. The protrusions 3 are radially arranged protrusions having a rectangular planar shape, and 2n protrusions are formed at equal intervals in the circumferential direction. Each protrusion 3 is configured to be located on one half of each element of the piezoelectric body 1o. That is, in this embodiment, the neutral axis m3 of the protrusion 3 and the neutral axis m3 of the piezoelectric body 10
The piezoelectric body 10 is arranged so as to be shifted by 1/4 of its period.

このように構成された突起3の上にロータ20が所定の
圧力により当接している。このロータ20は当然に突起
3だけに当接している。
The rotor 20 is in contact with the protrusion 3 configured in this manner with a predetermined pressure. This rotor 20 naturally contacts only the protrusion 3.

以上の構成において、圧電体10にステータ11の共振
周波数に設定した交流の電圧を印加すると、圧電体10
の各素子の分極方向が異なるため、各素子は交互に収縮
、伸張する。その結果定在波を発生し、第4図に示すよ
うな波をステータ11上にn個生ずる。その結果、突起
3はX軸方向右方向の成分を含む運動を行い。この突起
3にのみ接触するロータ20は右方向の運動詮行う。そ
の結果ロータ20は回転する。
In the above configuration, when an AC voltage set to the resonance frequency of the stator 11 is applied to the piezoelectric body 10, the piezoelectric body 10
Since the polarization direction of each element is different, each element contracts and expands alternately. As a result, a standing wave is generated, and n waves as shown in FIG. 4 are generated on the stator 11. As a result, the protrusion 3 moves including a rightward component in the X-axis direction. The rotor 20 that contacts only this protrusion 3 performs a rightward movement. As a result, rotor 20 rotates.

しかし上記した構成ではロータ20の移動方向は一定で
、これを変更することはできない。本発明では移動方向
を変更可能にしており、そのために突起3の位置と定在
波の位相関係を変更可能に構成している。
However, in the above configuration, the moving direction of the rotor 20 is constant and cannot be changed. In the present invention, the direction of movement can be changed, and for this purpose, the position of the protrusion 3 and the phase relationship of the standing wave are configured to be changeable.

第5図により原理を説明する。The principle will be explained with reference to FIG.

図に示すようにステータ5に生じさせる定在波のモード
A、Bにより突起3の出力の方向が異なって来る。即ち
、モードAでは突起3と定在波の位相関係は第1図のA
点と同じであるから、右方向の出力が生じる。一方モー
ドAとπ/2だけ位置的に位相の異なるモードBでは突
起3と定在波の位相関係は第1図のB点と同じになるか
ら左方向の出力が生じる。
As shown in the figure, the direction of the output of the protrusion 3 differs depending on modes A and B of the standing wave generated in the stator 5. That is, in mode A, the phase relationship between the protrusion 3 and the standing wave is A in FIG.
Since it is the same as the point, an output to the right is generated. On the other hand, in mode B, which has a phase positionally different from mode A by π/2, the phase relationship between the protrusion 3 and the standing wave is the same as that at point B in FIG. 1, so that an output in the left direction is generated.

したがって、該突起3にロータを圧着し、ステータ5に
モードAとモードBの波を選択的に発生させることによ
り、正逆に移動方向を変更するアクチュエータを得るこ
とが可能になる。
Therefore, by press-fitting the rotor to the protrusion 3 and selectively generating waves of mode A and mode B in the stator 5, it is possible to obtain an actuator that changes the direction of movement in the forward and reverse directions.

第6図乃至第8図により本発明の一実施例を説明する。An embodiment of the present invention will be explained with reference to FIGS. 6 to 8.

上記で示したようにステータ5と定在波の関係がモード
AとモードBとに変更できれば良いが。
It would be good if the relationship between the stator 5 and the standing waves could be changed to mode A and mode B as shown above.

ステータ5に波を生じさせる時はステータ5の共振現象
を利用するため、ステータ5に接着する圧電体4の分極
は圧電体4全体にある必要はなく、その一部にあれば良
い。従って、圧電体4の一部をモードAの波が立つよう
に分極し、残りの一部をモードBの波が立つように分極
することにより移動方向を変更することが可能になる。
Since the resonance phenomenon of the stator 5 is used to generate waves in the stator 5, the polarization of the piezoelectric body 4 bonded to the stator 5 does not need to be in the entire piezoelectric body 4, but only in a part of it. Therefore, by polarizing a part of the piezoelectric body 4 so that mode A waves are formed, and polarizing the remaining part so that mode B waves are formed, it is possible to change the direction of movement.

第6図に圧電体4の分極の構成を示す。この例ではブロ
ックAとブロックBの2つのブロックに分割し、それぞ
れのブロックにおいて交互に異なる向きに分極を施しで
ある。いま、圧電体4上に立てようとする波の数をnと
すると、各分極の間隔は2π/2n(rad)とする。
FIG. 6 shows the polarization configuration of the piezoelectric body 4. In this example, it is divided into two blocks, block A and block B, and each block is polarized alternately in different directions. Now, if the number of waves to be created on the piezoelectric body 4 is n, then the interval between each polarization is 2π/2n (rad).

そして、中央を通るS−S″線に線対称になるように分
極しである。一方ステータ5は第7図に示すよう圧電体
4より幅広の円環形状をなしており,その表面に2n個
の突起3を等間隔に形成しである。この突起3は放射状
に配置されており、突条の形状になっている。
The stator 5 is polarized so as to be line symmetrical to the line S-S'' passing through the center. On the other hand, the stator 5 has an annular shape wider than the piezoelectric body 4 as shown in FIG. The protrusions 3 are formed at equal intervals.The protrusions 3 are arranged radially and have a ridge shape.

このステータ5と圧電体4とを第8図に示すようにs−
s’線と突起3の中立軸が一致するように接着しである
。このような、構成によればブロックAにおいては突起
3と圧電体4の分極域の境界線の関係は第5図のモード
Aの関係と同一となる。従って圧電体4のブロックAに
のみ交流電圧を印加すればモードAの波が生じ、突起3
の出力は右方向の出力となり、ステータ5上に当接する
ロータ20は第8図において反時計回りに回転する。
The stator 5 and the piezoelectric body 4 are connected as shown in FIG.
The bonding is done so that the s' line and the neutral axis of the protrusion 3 coincide. According to this configuration, in block A, the relationship between the boundary lines of the polarization regions of the protrusion 3 and the piezoelectric body 4 is the same as the relationship in mode A shown in FIG. Therefore, if an AC voltage is applied only to the block A of the piezoelectric body 4, a wave of mode A is generated, and the protrusion 3
The output is in the right direction, and the rotor 20 in contact with the stator 5 rotates counterclockwise in FIG.

一方ブロックBにのみ交流電圧を印加すれば、モードB
の波が生じ、ロータ20は時計回りに回転する。
On the other hand, if AC voltage is applied only to block B, mode B
waves are generated, and the rotor 20 rotates clockwise.

この際印加する交流電圧は1相でよく、従来のような2
相の電源を必要としない。
At this time, the AC voltage applied may be one phase, instead of the conventional two-phase voltage.
Does not require phase power.

以上説明した構成によれば、移動方向を簡単に変更でき
、しかも1相の交流電圧を必要とするだけであるから、
周辺の回路も簡単化することが可能になる。また、従来
の定在波方式に比較して薄型にすることが可能である。
According to the configuration described above, the direction of movement can be easily changed, and only one phase of AC voltage is required.
It is also possible to simplify peripheral circuits. Furthermore, it is possible to make the device thinner than the conventional standing wave method.

また、圧電体も1層でよいため構造が簡単である。Furthermore, the structure is simple because only one layer of piezoelectric material is required.

〈発明の効果〉 以上説明したように本発明の振動子アクチュエ−タは、
定在波を発生する振動子と、該振動子の振動方向に直交
する方向の成分の動きが同一となる位置に設けられた突
起と、該突起に接触して移動する移動子とを備え、前記
突起と定在波の位相関係を変更することにより移動子の
移動方向を変更するように構成しているため、簡単に移
動方向を変更でき、しかも厚さを薄くでき、2相の電圧
を印加する必要がない。更に圧電体を2層にする必要が
ない等の効果がある。
<Effects of the Invention> As explained above, the vibrator actuator of the present invention has the following effects:
comprising a vibrator that generates a standing wave, a protrusion provided at a position where the movement of a component in a direction perpendicular to the vibration direction of the vibrator is the same, and a mover that moves in contact with the protrusion, Since the moving direction of the mover is changed by changing the phase relationship between the protrusion and the standing wave, the moving direction can be easily changed, the thickness can be reduced, and the two-phase voltage can be changed. No need to apply. Furthermore, there is an advantage that there is no need to use two layers of piezoelectric material.

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

第1図は本発明の基本原理の説明図、第2図(A)は振
動子の一例の構成を示す平面図、(B)はその正面図、
第3図は圧電体の平面図、第4図は動作説明図、第5図
は移動方向変更の原理説明図。 第6図は本発明の一実施例の説明図であり圧電体の平面
図、第7図(A)はステータの平面図、(B)はその正
面図、第8図は組み立てた状態を示すもので(A)は平
面図、(B)は正面図である。 1:振動子、2:移動子、3:突起、4:圧電体、5:
ステータ、lO:圧電体、11:ステータ、20:ロー
タ。
FIG. 1 is an explanatory diagram of the basic principle of the present invention, FIG. 2 (A) is a plan view showing the configuration of an example of a vibrator, and (B) is a front view thereof.
FIG. 3 is a plan view of the piezoelectric body, FIG. 4 is an explanatory diagram of the operation, and FIG. 5 is an explanatory diagram of the principle of changing the direction of movement. FIG. 6 is an explanatory diagram of an embodiment of the present invention, and is a plan view of a piezoelectric body, FIG. 7 (A) is a plan view of a stator, (B) is a front view thereof, and FIG. 8 shows an assembled state. (A) is a plan view, and (B) is a front view. 1: Vibrator, 2: Mover, 3: Protrusion, 4: Piezoelectric body, 5:
Stator, lO: piezoelectric body, 11: stator, 20: rotor.

Claims (1)

【特許請求の範囲】  定在波を発生する振動子と、 該振動子の振動方向に直交する方向の成分の動きが同一
となる位置に設けられた突起と、 該突起に接触して移動する移動子とを備え、前記突起と
定在波の位相関係を変更することにより移動子の移動方
向を変更することを特徴とする振動子アクチュエータ。
[Claims] A vibrator that generates a standing wave; a protrusion provided at a position where the movement of the component in a direction perpendicular to the vibration direction of the vibrator is the same; and a protrusion that moves in contact with the protrusion. A vibrator actuator comprising: a movable element, the moving direction of the movable element being changed by changing the phase relationship between the protrusion and the standing wave.
JP63242454A 1988-09-29 1988-09-29 Vibrator actuator Pending JPH0295183A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP63242454A JPH0295183A (en) 1988-09-29 1988-09-29 Vibrator actuator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP63242454A JPH0295183A (en) 1988-09-29 1988-09-29 Vibrator actuator

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH0295183A true JPH0295183A (en) 1990-04-05

Family

ID=17089342

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP63242454A Pending JPH0295183A (en) 1988-09-29 1988-09-29 Vibrator actuator

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH0295183A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPS60170472A (en) Vibration wave motor
JPH0477553B2 (en)
JPS60170474A (en) Vibration wave motor
US4788468A (en) Vibration wave motor
JPS61224883A (en) vibration wave motor
JPH0947048A (en) Transducer for ultrasonic actuator
JPH0295183A (en) Vibrator actuator
JPH0295182A (en) Vibrator actuator
JPH0993962A (en) Vibration actuator
JPS6051477A (en) Piezoelectric motor
JP2971971B2 (en) Ultrasonic actuator
JPS62201072A (en) Oscillatory wave motor
KR100712591B1 (en) Omni-directional ultrasonic piezo actuator system
JPS63110973A (en) Piezoelectric driver
JP2006129553A (en) Vibration type drive device, control device thereof, control method thereof, and program
JP2543160B2 (en) Toroidal ultrasonic motor
JPS60170471A (en) Vibration wave motor
JPH06121557A (en) Ultrasonic motor and driving method therefor
JPS63268476A (en) vibration wave motor
JP5188062B2 (en) Vibration type actuator and control method thereof
JPH0744855B2 (en) Ultrasonic motor
JPH0632794Y2 (en) Electrostrictive motor
JPH04172975A (en) ultrasonic motor
JPH03265471A (en) ultrasonic motor
JPH0515153B2 (en)