JPH03128683A - Ultrasonic motor - Google Patents

Ultrasonic motor

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JPH03128683A
JPH03128683A JP2079800A JP7980090A JPH03128683A JP H03128683 A JPH03128683 A JP H03128683A JP 2079800 A JP2079800 A JP 2079800A JP 7980090 A JP7980090 A JP 7980090A JP H03128683 A JPH03128683 A JP H03128683A
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longitudinal
vibration
vertical
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Hiroyuki Takizawa
宏行 滝沢
Sadayuki Ueha
貞行 上羽
Sumio Kawai
澄夫 川合
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Olympus Optical Co Ltd
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  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

PURPOSE:To improve productivity, efficiency and response by installing a longitudinal vibrator onto the nodal line of standing-wave vibrations generated by a flexing vibrator, adjusting the expansion and contraction timing of the flexing vibrator and the longitudinal vibrator and relatively displacing the vibrators and a contacting member. CONSTITUTION:A flexing vibrator 1 and longitudinal vibrators 3, 4 are driven by an AC power, phase of which is shifted at 90 deg. mutually. The first longitudinal vibrator 3 is elongated and pressure-welded to a moving body 5, and the second longitudinal vibrator is shrunk and detached from the moving body 5. The fine anticlockwise revolution P'-P of the nose P of the first longitudinal vibrator 3 centering around the node N of the flexing vibrator 1 is generated at the position of the node N of the flexing vibrator 1, where the first longitudinal vibrator 3 is arranged, while being synchronized with the pressure-welding and detaching, thus working the first longitudinal vibrator 3 so as to kick up the moving body 5 from the right to the left, then giving moving force in the horizontal direction to the moving body 5.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野〕 本発明は超音波モータ、詳しくは超音波振動により接触
部材に駆動力を発生させる超音波モータに関する。
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 generates a driving force on a contact member by ultrasonic vibration.

[従来の技術] 定在波の節を利用して接触部材である移動体を駆動させ
る超音波モータは、例えば、特開昭63−69472号
公報に開示されている。これは、厚み屈曲振動の定在波
を発生する円板状の振動子の一方側の同一円周上で定在
波の節となる部分に法線方向に突出した突起を配置し、
この振動子の他方側に突起の部分を1つおきに逆位相で
厚み方向に振動させる手段を配置し、この突起に回転子
を圧接することにより定在波によって突起の円周方向の
傾きが変化するので、この変化により回転子に一定方向
の回転力を与えるようにしたものである。そして、上記
公知例中には、円板屈曲振動子の節の位置に複数の横効
果を利用した縦振動子を取り付けた提案も開示されてい
る。
[Prior Art] An ultrasonic motor that drives a moving body, which is a contact member, using nodes of standing waves is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 63-69472. This is achieved by arranging protrusions protruding in the normal direction at the nodes of the standing waves on the same circumference on one side of a disc-shaped vibrator that generates standing waves of thickness bending vibration.
On the other side of this vibrator, means for vibrating every other protrusion part in the thickness direction with an opposite phase is arranged, and by pressing the rotor against this protrusion, the inclination of the protrusion in the circumferential direction is caused by a standing wave. This change causes rotational force in a fixed direction to be applied to the rotor. The above-mentioned known examples also disclose a proposal in which longitudinal oscillators utilizing a plurality of transverse effects are attached to the node positions of a disc bending oscillator.

また、特開昭59−96881号公報によって提案され
ている進行波型のリニア型超音波モータでは、進行波を
効率よく発生させるために閉ループ形状の屈曲振動子を
用いる必要があり、振動子が非常に大型になって、この
振動子の支持機構も複雑化し、モータの効率自体も数%
と必ずしも効率の高い小型のリニアタイプの超音波モー
タにはならなかった。
Furthermore, in the traveling wave type linear ultrasonic motor proposed in Japanese Patent Application Laid-open No. 59-96881, it is necessary to use a closed-loop bending vibrator in order to efficiently generate a traveling wave. As it has become extremely large, the support mechanism for this vibrator has also become complicated, and the efficiency of the motor itself has decreased by a few percent.
However, this did not necessarily result in a small linear type ultrasonic motor with high efficiency.

また特開昭63−277477号公報に開示されている
ような板の屈曲共振と板の長手方向の縦共振振動を合成
する型のリニアタイプの超音波モータの場合には、板の
屈曲共振と縦共振の共振周波数を一致させないと高効率
なモータを実現することができず、大きさや形に制約さ
れてしまう。
Furthermore, in the case of a linear type ultrasonic motor that combines the bending resonance of a plate and the longitudinal resonance vibration in the longitudinal direction of the plate, as disclosed in JP-A-63-277477, the bending resonance of the plate and the longitudinal resonance vibration of the plate are combined. Unless the resonant frequencies of the longitudinal resonances match, a highly efficient motor cannot be realized, and the size and shape of the motor are limited.

従って、小型化、高効率化が容易ではなかった。Therefore, it has not been easy to downsize and increase efficiency.

更にまた、このモータでは摩擦力を発生させるための振
動が圧電体の横効果(電圧印加方向に対し、振動方向が
直交している)を用いているため、圧着力を大きくする
ことができず、大きな駆動力を発生させることができな
いという欠点も有していた。
Furthermore, because this motor uses the transverse effect of the piezoelectric body (the direction of vibration is perpendicular to the direction of voltage application) to generate the frictional force, it is not possible to increase the crimping force. However, it also had the disadvantage of not being able to generate a large driving force.

C発明が解決しようとする課題] ところで、上記特開昭63−69472号公報記載の提
案による構成では、第1の振動子で発生された曲げ振動
に同期して、第2の振動子で発生させた曲げ振動により
第1の振動子の茹上に配置された突起を厚み方向に振動
させなければならない。このためには、第1の振動子の
共振周波数と第2の振動子の共振周波数を合わせこむ必
要があり、振動子製作に高度な技術が要求される。また
、第1の振動子を振動させても、この第1の振動子に配
置されている第2の振動子によって、第1の振動子の振
動が抑制されてしまうし、逆に、第2の振動子の振動は
第1の振動子によってその振動を抑制されてしまうので
、振動エネルギーの損失が大きい。
Problems to be Solved by Invention C] By the way, in the configuration proposed in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-69472, the bending vibration generated in the second vibrator is generated in synchronization with the bending vibration generated in the first vibrator. The bending vibration caused must cause the protrusion placed on the top of the first vibrator to vibrate in the thickness direction. For this purpose, it is necessary to match the resonant frequency of the first vibrator and the resonant frequency of the second vibrator, and a sophisticated technique is required to manufacture the vibrator. Moreover, even if the first vibrator is vibrated, the vibration of the first vibrator is suppressed by the second vibrator disposed on the first vibrator, and conversely, the vibration of the first vibrator is suppressed by the second vibrator disposed on the first vibrator. Since the vibration of the vibrator is suppressed by the first vibrator, the loss of vibration energy is large.

また、上記特開昭63−69472号には屈曲円板の茹
上に圧電体の横効果を利用した縦振動子を使用する手段
も開示されているが、この場合、移動体を駆動するため
に必要な振幅で駆動するには、 ■縦振動子に高電圧信号を印加する。
In addition, the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-69472 discloses a means of using a vertical vibrator that utilizes the transverse effect of a piezoelectric material to boil a bent disk, but in this case, in order to drive a moving body, To drive with the necessary amplitude, ■Apply a high voltage signal to the longitudinal vibrator.

■縦振動子を長くする。■Lengthen the vertical oscillator.

■縦振動子を共振させる。■Make the vertical oscillator resonate.

等の手段が考えられる。しかしながら、上述の各手段を
実施しようとすると、多くの問題点があるので、第14
図により、その問題点を以下に説明する。
Possible methods include: However, there are many problems when trying to implement the above-mentioned means, so the fourteenth
The problem will be explained below using figures.

第14図は、縦振動子の動作を説明するための斜視図で
ある。図において、縦振動子101に圧電体の横効果を
利用するための厚み方向に電圧を印加する場合、縦振動
子の元の長さをL (m) 。
FIG. 14 is a perspective view for explaining the operation of the longitudinal vibrator. In the figure, when applying a voltage to the vertical vibrator 101 in the thickness direction to utilize the transverse effect of the piezoelectric material, the original length of the vertical vibrator is L (m).

厚みをT (m) 、幅をW(m)、長さL方向の圧電
歪定数をd3、(m/V)、印加電圧をV (v)とす
ると、変位ΔL (m)は ΔL −d atTV  ・・・・・・・・・(1)な
る関係式で表わされる。
Assuming that the thickness is T (m), the width is W (m), the piezoelectric strain constant in the length L direction is d3 (m/V), and the applied voltage is V (v), the displacement ΔL (m) is ΔL − d atTV ...... It is expressed by the relational expression (1).

そこで、長さ10關1幅2II11の縦振動子に100
vの電圧を印加する場合を考える。この場合、電圧印加
方向は分極方向A1に対し逆なのでV−−100Vとな
る。今、圧電歪定数d3□を超音波モータに使用される
圧電素子材料の標準値である d  =−’に30X10−”’ m/V1 とすると、変位ΔL (m)は ΔL ” −130X 10””2X O°014o(
12X (100)−8,5X 10−0−8(・・・
・・・・・・(1a)となる。即ち、負の100Vの電
圧を印加しても、変位ΔL (m)は、たかだか0.0
65μmの伸びにしかならない。そこで、変位ΔLを大
きくする手段を以下に検討する。
Therefore, 100
Consider the case where a voltage of v is applied. In this case, since the voltage application direction is opposite to the polarization direction A1, the voltage is V--100V. Now, if the piezoelectric strain constant d3□ is set to d=-', which is the standard value of the piezoelectric element material used in ultrasonic motors, and 30X10-''' m/V1, then the displacement ΔL (m) is ΔL''-130X 10'' ”2X O°014o(
12X (100)-8,5X 10-0-8(...
......(1a). That is, even if a negative voltage of 100V is applied, the displacement ΔL (m) is at most 0.0
The elongation is only 65 μm. Therefore, means for increasing the displacement ΔL will be discussed below.

先ず、上記■項のように、電圧を高くして変位ΔLをか
せぐ場合を考える。例えば、変位1μmを得ようとする
と、上記(la)式ではV−100VでΔL =0.0
65 μmだったので、110.085−15 つまり、l00V(7)1’5倍にあたる1500vと
いう非常に高い印加電圧Vを必要とすることになる。
First, consider the case where the displacement ΔL is obtained by increasing the voltage as in the above item (2). For example, when trying to obtain a displacement of 1 μm, in the above equation (la), ΔL = 0.0 at V-100V
Since it was 65 μm, an extremely high applied voltage V of 1500 V, which is 110.085-15 times 100 V(7)1'5, is required.

次に、上記■項のように縦振動子を長くして充分な変位
ΔL−1μmをかせぐ場合を考える。上記(1)式を変
形して縦振動子の元の長さLを求めとなる。そこで、上
式に実際の数値を代入すると、−0,153 (m) となる。つまり、1μmの変位をかせぐためには、15
.3cmもの長さの縦振動子を必要とすることになる。
Next, consider the case where a sufficient displacement ΔL-1 μm is obtained by lengthening the longitudinal vibrator as in the above item (2). The original length L of the longitudinal vibrator can be found by modifying the above equation (1). Therefore, by substituting the actual value into the above equation, it becomes -0,153 (m). In other words, in order to obtain a displacement of 1 μm, 15
.. This would require a longitudinal vibrator as long as 3 cm.

更に、上記■項の共振を利用する場合を考える。Furthermore, consider the case of utilizing the resonance of the above-mentioned item (■).

今、長さ方向の周波数定数をN2 (Hz−m)、長さ
をL (m)とすると、長さ方向の共振周波数f  (
Hz)は f、−N2/L、・・・・・・・・(2〉なる関係式で
表わされる。この(2)式を変形すると、 L−N2/fr−・・・・・(2a) が得られる。そこで、長さ方向の周波数定数N2として
超音波モータに通常使用される材料の値1570 (H
z−m)を、縦振動子の長さ方向の共振周波数f とし
て超音波モータの一般的な駆動周波数40KHzを、そ
れぞれ上記(2a)式に代入すれば、縦振動子の長さL
は、 L−1570/40000 −0.03925   (m) となる。つまり、40KHzで共振する縦振動子の長さ
Lは、約4cm程度となるから、上記■項の検討で得ら
れた154cmの約1/4の長さとなるが、これでも縦
振動子としてはかなり長くなってしまう。このような約
4cmの長さの縦振動子では、屈曲の共振点がこれより
低い周波数の所に存在するから縦振動の動作が不安定に
なり実用的でなく、圧電体自体も折れやすくなる。
Now, if the frequency constant in the length direction is N2 (Hz-m) and the length is L (m), then the resonance frequency in the length direction f (
(2a ) is obtained.Then, the longitudinal frequency constant N2 is the value 1570 (H
By substituting the general driving frequency of an ultrasonic motor, 40 KHz, into the above equation (2a) with the resonant frequency f in the longitudinal direction of the longitudinal vibrator as
becomes L-1570/40000 -0.03925 (m). In other words, the length L of the longitudinal oscillator that resonates at 40 KHz is about 4 cm, which is about 1/4 of the length of 154 cm obtained in the study in section It ends up being quite long. In such a longitudinal vibrator with a length of approximately 4 cm, the resonance point of bending exists at a lower frequency, making the longitudinal vibration operation unstable and impractical, and the piezoelectric body itself is likely to break. .

また、縦振動子を円板上に多数並べる場合、縦振動子で
発生された駆動力を回転子に有効に伝達するためには、
回転子に各縦振動子先端を均一に接触させねばならない
。従って、各振動子の接触面の平面性を保つことが難し
くなってしまう。
In addition, when a large number of vertical oscillators are arranged on a disk, in order to effectively transmit the driving force generated by the vertical oscillators to the rotor,
The tip of each vertical vibrator must be brought into uniform contact with the rotor. Therefore, it becomes difficult to maintain the flatness of the contact surfaces of each vibrator.

そこで本発明の目的は、上述の問題点を解消し、生産性
が高く、高効率で応答性のよい超音波モータを提供する
ある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and provide an ultrasonic motor with high productivity, high efficiency, and good responsiveness.

[課題を解決するための手段および作用コ本発明の超音
波モータは、板状もしくは棒状の弾性体と、該弾性体に
固定され、交流電圧を印加されることにより該弾性体に
定在波型の屈曲振動を起こす屈曲振動子と、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おり、上記
屈曲振動子により該節線を中心として揺動され、交流電
圧を印加されて上記屈曲振動の振幅方向に伸縮する縦振
動子からなる振動体と、上記縦振動子の先端面に圧接さ
れる接触部材と、を具備し、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、上記振動体と接触
部材とを相対移動させることを特徴とするものである。
[Means and effects for solving the problem] The ultrasonic motor of the present invention includes a plate-shaped or rod-shaped elastic body, is fixed to the elastic body, and generates a standing wave in the elastic body by applying an alternating voltage. a bending vibrator that causes bending vibration of the mold; and a bending vibrator that is provided on the surface of the elastic body on the nodal line of the bending vibration, is oscillated about the nodal line by the bending vibrator, and is applied with an alternating current voltage. A vibrating body consisting of a longitudinal vibrator that expands and contracts in the amplitude direction of the bending vibration, and a contact member that is pressed against the tip surface of the vertical vibrator, and expands and contracts the vertical vibrator in synchronization with the bending vibration. This is characterized in that the vibrating body and the contact member are moved relative to each other.

[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.

先ず、本発明の詳細な説明するに先立って、本発明の基
本原理を述べた後、第15図を用いて圧電素子を積層し
て形成した縦振動子を、また第2゜3図を用いて屈曲振
動子と縦振動子等からなる駆動体の構造、動作、振動姿
態等をそれぞれ説明する。
First, before giving a detailed explanation of the present invention, the basic principle of the present invention will be described, and then a longitudinal vibrator formed by laminating piezoelectric elements will be explained using FIG. The structure, operation, vibration mode, etc. of the driving body consisting of a bending vibrator, a longitudinal vibrator, etc. will be explained below.

本発明の超音波モータの基本原理を説明すると、両端部
を有する棒状または板状の弾性体に1個また1よ複数個
の圧電素子を固着して厚み屈曲振動の定在波を発生する
屈曲振動子と、この屈曲振動子から励起される定在波の
節線上且つ中立軸より同一高さに厚み縦効果を利用した
圧電素子を複数積層して屈曲振動の振動の振幅方向に振
動する縦振動子とからなる振動体、および、この縦振動
子の端面に圧接された接触部材からなり、屈曲振動子と
縦振動子とを所定の位相差を有する交流電圧で駆動し、
上記振動体と接触部材を相対移動させることを特徴とす
るものである。そして、この超音波モータでは、屈曲振
動子を共振、縦振動子を非共振でそれぞれ使用するため
、屈曲振動子と縦振動子の共振周波数を合わせこむ必要
がないから、生産性がよくなる。また、屈曲振動子は節
をもつので低損失支持が可能となる。更に、縦振動子が
非共振ということは共振に比較して振動形態が非常に安
定することになるので高効率の超音波モータとすること
ができる。
To explain the basic principle of the ultrasonic motor of the present invention, one or more piezoelectric elements are fixed to a rod-shaped or plate-shaped elastic body having both ends, and a standing wave of thickness-bending vibration is generated. A vibrator and a plurality of piezoelectric elements that utilize the longitudinal thickness effect are laminated on the nodal line of the standing wave excited by the bending vibrator and at the same height from the neutral axis to create a vertical wave that vibrates in the amplitude direction of the bending vibration. a vibrating body consisting of a vibrator, and a contact member press-welded to the end face of the vertical vibrator, and driving the bending vibrator and the vertical vibrator with an alternating current voltage having a predetermined phase difference;
The present invention is characterized in that the vibrating body and the contact member are moved relative to each other. In this ultrasonic motor, since the bending vibrator is used for resonance and the longitudinal vibrator is used for non-resonance, there is no need to match the resonance frequencies of the bending vibrator and the longitudinal vibrator, which improves productivity. Furthermore, since the bending vibrator has nodes, it can be supported with low loss. Furthermore, the fact that the longitudinal vibrator is non-resonant means that the vibration form is much more stable than when it is resonant, so that a highly efficient ultrasonic motor can be achieved.

次に、圧電素子を積層して形成された積層縦振動子の構
成、動作を第15図により説明する。図において、積層
縦振動子の電圧を印加していないときの長さをJ7(m
)、積層した枚数をn、高さg方向の圧電歪定数をd3
3(m/V)、印加電圧をV (v)とすると、圧電体
を電気的に並列にn層重ねて電圧を印加したときの変位
ΔD  (m)は、一般的に、 Δg増nd33v ・・・・・・・・・(3)なる関係
式で表わせる。この(3)式を変形すると、となる。そ
こで、圧電歪定数d33として積層アクチュエータに使
用される圧電素子材料の標準値d  −635×10−
12 m/V 3 を、積層縦振動子に印加する電圧として100vを、そ
れぞれ上記(3a)式に代入すれば、変位1μmをかせ
ぐのに必要とする積層枚数nは、−15,7 となる。つまり、1μmの変位をかせぐのに圧電素子を
16枚使用すればよいことになる。
Next, the structure and operation of a laminated longitudinal vibrator formed by laminating piezoelectric elements will be explained with reference to FIG. In the figure, the length of the laminated longitudinal vibrator when no voltage is applied is J7 (m
), the number of laminated sheets is n, and the piezoelectric strain constant in the height g direction is d3
3 (m/V) and the applied voltage is V (v), the displacement ΔD (m) when a voltage is applied to n layers of piezoelectric materials electrically stacked in parallel is generally Δg increase nd33v ・It can be expressed by the relational expression (3). When this equation (3) is transformed, it becomes. Therefore, the piezoelectric strain constant d33 is the standard value of the piezoelectric element material used in the laminated actuator d -635×10-
By substituting 12 m/V 3 and 100 V as the voltage applied to the laminated longitudinal vibrator into the above equation (3a), the number n of laminated sheets required to obtain a displacement of 1 μm becomes -15.7. . In other words, it is sufficient to use 16 piezoelectric elements to obtain a displacement of 1 μm.

例えば、厚み0.12+nmの圧電素子を使用した場合
16 XO,12−1,92(關) となるから、1μmの変位を得るには、約2mの高さの
積層縦振動子に100vの電圧を印加すればよいことに
なる。このように、縦振動子として圧電素子を積層して
使用することにより、外形が非常に小型になると共に、
低電圧で駆動可能な超音波モータを得ることができる。
For example, if a piezoelectric element with a thickness of 0.12+nm is used, it will be 16 All you have to do is apply . In this way, by stacking and using piezoelectric elements as a vertical vibrator, the external size becomes extremely small, and
An ultrasonic motor that can be driven at low voltage can be obtained.

次に、本発明の超音波モータに使用される駆動体の構造
、動作、振動姿態を説明する。
Next, the structure, operation, and vibration mode of the drive body used in the ultrasonic motor of the present invention will be explained.

第2図(A)、(B)は、圧電素子6を含む屈曲振動子
1と第1.第2の縦振動子3,4とからなる振動体2の
正面図と振動状態を示す作用図とである。
FIGS. 2(A) and 2(B) show the bending vibrator 1 including the piezoelectric element 6 and the first oscillator 1. They are a front view of a vibrating body 2 made up of second longitudinal vibrators 3 and 4, and an action diagram showing a vibration state.

図において、屈曲振動子1を屈曲振動させても変位のな
い点が節N、 N’であり、この節N、またはN′を通
り紙面に垂直な方向に引かれた線が節線である。また、
図中の矢印は分極方向を示している。更に、5は縦振動
子3.4の先端面に圧接される接触部材である移動体を
示す。
In the figure, nodes N and N' are points where the bending vibrator 1 is not displaced even when the bending vibrator 1 is subjected to bending vibration, and a line drawn in a direction perpendicular to the plane of the paper passing through this node N or N' is a nodal line. Also,
The arrow in the figure indicates the polarization direction. Further, reference numeral 5 denotes a movable body which is a contact member that is pressed against the end surface of the vertical vibrator 3.4.

屈曲振動子1は板状弾性体7とその下面に板厚方向に分
極された圧電素子6が接着されて構成され、また、屈曲
振動子1の節線上に、分極方向が互いに向き合うように
積層された第1の縦振動子3、第2の縦振動子4が屈曲
振動子表面より突出されて配置されている。
The bending vibrator 1 is composed of a plate-like elastic body 7 and a piezoelectric element 6 polarized in the plate thickness direction bonded to the lower surface of the plate-like elastic body 7, and is laminated on the nodal line of the bending vibrator 1 so that the polarization directions face each other. The first vertical vibrator 3 and the second vertical vibrator 4 are arranged so as to protrude from the surface of the bending vibrator.

このような構造において、屈曲振動子1が屈曲振動をす
ると、第2図(B)に示すように屈曲振動の節の部分で
は節N、N’を中心とした微小回転往復運動を生ずる。
In such a structure, when the bending vibrator 1 performs bending vibration, a minute rotational reciprocating motion is generated around the nodes N and N' at the nodes of the bending vibration, as shown in FIG. 2(B).

そこで、第1.第2の縦振動子3.4は互いに回転方向
が異なる微小回転往復運動、つまり揺動されることにな
る。また、この縦振動子3,4上に移動体5が圧接され
ている。
Therefore, the first. The second longitudinal vibrator 3.4 undergoes minute rotational reciprocating motion, that is, oscillation, in mutually different rotation directions. Further, a movable body 5 is pressed onto the vertical vibrators 3 and 4.

そして、微小回転往復運動のうち往動作あるいは復動作
のうちいずれか一方の動作を移動体5に作用させるよう
に縦振動子3.4を駆動し、移動体5を一方向に相対的
に駆動するようになっている。
Then, the longitudinal vibrator 3.4 is driven so as to cause either the forward motion or the backward motion of the minute rotational reciprocating motion to act on the movable body 5, and the movable body 5 is relatively driven in one direction. It is supposed to be done.

次に、圧電素子6および縦振動子3,4の分極方向と積
層方法並びに配線方法を第3図に示す。
Next, FIG. 3 shows the polarization direction, lamination method, and wiring method of the piezoelectric element 6 and the longitudinal vibrators 3 and 4.

第3図において、圧電素子6の下側の電極に印加される
交流電圧が正なら屈曲振動子1は上に凸状に屈曲してお
り、負なら下に凸状に屈曲している。
In FIG. 3, if the alternating current voltage applied to the lower electrode of the piezoelectric element 6 is positive, the bending vibrator 1 is bent in an upward convex shape, and if it is negative, it is bent in a downward convex shape.

また、縦振動子3.4の交流電圧が正なら、第1の縦振
動子3は伸張した状態になり、第2の縦振動子4は収縮
した状態になる。そして、縦振動子3.4の交流電圧が
負なら、第1の縦振動子3は収縮した状態になり、第2
の縦振動子4は伸張した状態になる。なお、図中の矢印
は分極方向を示している。
Moreover, if the AC voltage of the longitudinal oscillator 3.4 is positive, the first longitudinal oscillator 3 will be in an expanded state and the second longitudinal oscillator 4 will be in a contracted state. Then, if the AC voltage of the longitudinal oscillator 3.4 is negative, the first longitudinal oscillator 3 is in a contracted state, and the second
The longitudinal vibrator 4 is in an expanded state. Note that the arrow in the figure indicates the polarization direction.

次に、第2図(B)を用いて、動作の説明をする。Next, the operation will be explained using FIG. 2(B).

屈曲振動子1と縦振動子3.4とは位相が互いに90@
シフトした交流電源で駆動されるから、第1の縦振動子
3が伸張して移動体51こ圧接、第2の縦振動子4が収
縮して移動体5から離脱するのに同期して、第1の縦振
動子3が配置された屈曲振動子1の節Nの位置では、こ
の節Nを中心とした第1の縦振動子3の先端Pの微少な
反時計方向回転p’−pが生ずるので、第1の縦振動子
3は移動体5を右から左へ蹴り上げるように作用し、水
平方向の移動力を移動体5に付与する。このとき、第2
の縦振動子4が配置された屈曲振動子1の節N′の位置
では、この節N′を中心とした微少な時計方向回転M’
−Mが生じるが、第2の縦振動子4は収縮して移動体5
と接触していないので移動体5に逆方向の力を付与する
ことはない。
The bending vibrator 1 and the longitudinal vibrator 3.4 have a phase of 90@
Since it is driven by a shifted AC power source, the first vertical vibrator 3 expands and presses against the moving body 51, and the second vertical vibrator 4 contracts and separates from the moving body 5, in synchronization. At the position of the node N of the bending oscillator 1 where the first longitudinal oscillator 3 is arranged, there is a slight counterclockwise rotation p'-p of the tip P of the first longitudinal oscillator 3 about this node N. As a result, the first vertical vibrator 3 acts to kick up the moving body 5 from right to left, and applies a moving force to the moving body 5 in the horizontal direction. At this time, the second
At the position of the node N' of the bending vibrator 1 where the longitudinal vibrator 4 is arranged, there is a minute clockwise rotation M' about this node N'.
-M occurs, but the second longitudinal vibrator 4 contracts and the moving body 5
Since it is not in contact with the movable body 5, no force in the opposite direction is applied to the movable body 5.

また、第1の縦振動子3が収縮して移動体5から離脱、
第2の縦振動子4が伸張して移動体5と圧接するのに同
期して、第2の縦振動子4が配置された屈曲振動子1の
節N′の位置では、この節N′を中心とした微少な反時
計方向回転M−M’が生ずるので、第2の縦振動子4は
移動体5を右から左へ蹴り上げるように作用し、水平方
向の移動力を移動体5に付与する。このとき第1の縦振
動子3が配置された屈曲振動子1の節Nの位置では、こ
の節Nを中心とした微少な時計方向回転p−p’を生ず
るが、第1の縦振動子3は収縮して移動体5と接触して
いないので移動体5に逆方向の力を付与することはない
。従って、この動作の繰返しにより移動体5が水平左方
向に動くことになる。
Further, the first longitudinal vibrator 3 contracts and separates from the moving body 5,
In synchronization with the expansion of the second longitudinal vibrator 4 and the pressure contact with the movable body 5, at the position of the node N' of the bending vibrator 1 where the second longitudinal vibrator 4 is arranged, this node N' Since a slight counterclockwise rotation M-M' about the center occurs, the second vertical vibrator 4 acts to kick up the moving body 5 from right to left, and applies a horizontal moving force to the moving body 5. Give. At this time, at the position of the node N of the bending oscillator 1 where the first longitudinal oscillator 3 is arranged, a slight clockwise rotation pp' is generated around this node N, but the first longitudinal oscillator 3 has contracted and is not in contact with the moving body 5, so it does not apply a force in the opposite direction to the moving body 5. Therefore, by repeating this operation, the movable body 5 moves horizontally to the left.

移動体5を逆方向に動かすには、屈曲振動子1に対する
第1.第2の縦振動子3,4の伸縮タイミングを逆にす
ればよい。即ち、屈曲振動子1または第1.第2の縦振
動子3.4に印加する信号を上記の場合に対して180
”位相をずらせば、移動体5を上記とは逆の方向に駆動
することができる。
To move the movable body 5 in the opposite direction, the first . The timing of expansion and contraction of the second longitudinal vibrators 3 and 4 may be reversed. That is, the bending vibrator 1 or the first . The signal applied to the second longitudinal oscillator 3.4 is 180° for the above case.
``By shifting the phase, the moving body 5 can be driven in the opposite direction to the above.

以上が本発明の超音波モータに使用される駆動体の構造
、動作、振動姿態の説明である。次に、本発明の具体的
な実施例を図面に基づいて説明する。
The above is an explanation of the structure, operation, and vibration mode of the drive body used in the ultrasonic motor of the present invention. Next, specific embodiments of the present invention will be described based on the drawings.

第1図、第4図、第5図は、本発明の第1実施例を示す
超音波モータのそれぞれ側断面図、正面図、斜視図であ
る。また、第6図は、この第1実施例における屈曲振動
子に励起された3次の振動状態を示す線図である。なお
、上記第3図までの説明では、屈曲振動子や縦振動子が
固定されていて、接触部材である移動体を移動するとし
ていたが、この第1実施例では、上記接触部材に相当す
るリニアレールがモータ本体に固定されていて屈曲振動
子や縦振動子等からなる振動体を移動するものとして説
明する。
1, 4, and 5 are a side sectional view, a front view, and a perspective view, respectively, of an ultrasonic motor showing a first embodiment of the present invention. Moreover, FIG. 6 is a diagram showing the third-order vibration state excited in the bending vibrator in this first embodiment. In addition, in the explanation up to FIG. 3 above, it is assumed that the bending vibrator and the vertical vibrator are fixed and the movable body that is the contact member is moved, but in this first embodiment, the movable body that is the contact member is moved. The description will be made assuming that the linear rail is fixed to the motor body and moves a vibrating body such as a bending vibrator or a vertical vibrator.

図において、屈曲振動子1は、ステンレス、黄銅、リン
青銅、アルミニウム等からなる弾性体7の下面に第6図
に示す比率に配置された圧電素子6が一体に接着されて
構成されている。このように圧電素子6を配置すると両
端自由の3次の屈曲振動が最も効率よく励起でき、その
場合第6図に示すような位置に振動の節ができる。この
屈曲振動子1の節の位置、つまり弾性体7の左右長手方
向の両側面から(0,0944+0.2614) /1
の比率の位置に厚み方向に分極された複数の圧電素子板
を積層してなる第1.第2の縦振動子3.4が接着され
ており、その縦振動子3,4の端面はリニアレール8の
摺動面8aに直交する方向に圧接されている。ここで第
1.第2の縦振動3.4は同一の分極構造を持っている
In the figure, a bending vibrator 1 is constructed by integrally bonding piezoelectric elements 6 arranged at the ratio shown in FIG. 6 to the lower surface of an elastic body 7 made of stainless steel, brass, phosphor bronze, aluminum, or the like. By arranging the piezoelectric element 6 in this manner, third-order bending vibration with both ends free can be excited most efficiently, and in this case, nodes of vibration are created at positions as shown in FIG. From the position of the node of this bending vibrator 1, that is, from both sides of the elastic body 7 in the left and right longitudinal direction, (0,0944+0.2614) /1
The first . A second vertical vibrator 3.4 is bonded, and the end faces of the vertical vibrators 3, 4 are pressed in a direction perpendicular to the sliding surface 8a of the linear rail 8. Here's the first one. The second longitudinal vibration 3.4 has the same polarization structure.

なお、本実施例では、第1.第2の縦振動子3゜4の下
面つまり、屈曲振動子1との接着面に絶縁層9を設けて
いる。この絶縁層9が必要になるのは、圧電体を積層し
た第1.第2の縦振動子3゜4の上面のリニアレール摺
動面8aへの接触部が正の電極になる場合である。しか
し、リニアレール摺動面8aへの接触部が負の電極の場
合には、リニアレール8を接地すればよく、この場合絶
縁層9は不要になる。そして、この縦振動子3.4の上
面つまり、リニアレール8の摺動面8aとの接触面に高
分子材料、セラミックス、複合材料等の絶縁性及び耐摩
耗性のある摩擦材27を張り付ければ、縦振動子3,4
に印加された電圧がリニアレール8へ漏れるのを防止で
きると共に、耐久性のあるモータにすることができる。
Note that in this embodiment, the first. An insulating layer 9 is provided on the lower surface of the second longitudinal vibrator 3 4 , that is, on the adhesive surface with the bending vibrator 1 . This insulating layer 9 is necessary because the first layer is made of laminated piezoelectric material. This is a case where the contact portion of the upper surface of the second longitudinal vibrator 3.4 to the linear rail sliding surface 8a becomes a positive electrode. However, if the contact portion to the linear rail sliding surface 8a is a negative electrode, the linear rail 8 may be grounded, and the insulating layer 9 is not required in this case. Then, an insulating and wear-resistant friction material 27 such as a polymer material, ceramics, or composite material is pasted on the upper surface of this longitudinal vibrator 3.4, that is, the contact surface with the sliding surface 8a of the linear rail 8. For example, longitudinal oscillators 3 and 4
The voltage applied to the linear rail 8 can be prevented from leaking to the linear rail 8, and the motor can be made durable.

また、本実施例では摩擦材27の先端は蒲鉾状の部分円
柱形をしているが、これは第2図(B)のように屈曲振
動子1が屈曲振動を起こすと節の部分では節を中心とし
た微少回転往復運動をしているため、縦振動子3.4の
先端が円弧を描くことになる。摩擦材27の先端つまり
リニアレール8との接触面が角型だと、リニアレール8
への接触箇所が角−平面一角と接触していくため接触状
態が不安定となり、リニアレール8の相対移動速度に斑
が発生する。そこで、摩擦材27の先端、つまりリニア
レール8との接触面を部分円柱状にすることにより、摩
擦材27の先端とリニアレール8は常に安定した接触状
態になる。そして、摩擦材27の部分円柱部の面の曲率
半径Rは、第2図(B)を例にとると、縦振動子3,4
と摩擦材27の合計高さに関連する、摩擦材の先端P′
(またはM’ )から節Nまでの長さP’N(またはM
’N)にするのが望ましい。
In addition, in this embodiment, the tip of the friction material 27 has a partially cylindrical semi-cylindrical shape, which means that when the bending vibrator 1 causes bending vibration as shown in FIG. Since the vertical vibrator 3.4 makes a slight rotational reciprocating motion around the center, the tip of the vertical vibrator 3.4 draws an arc. If the tip of the friction material 27, that is, the contact surface with the linear rail 8 is square, the linear rail 8
Since the contact point contacts one corner of the plane, the contact state becomes unstable, and unevenness occurs in the relative movement speed of the linear rail 8. Therefore, by making the tip of the friction material 27, that is, the contact surface with the linear rail 8, partially cylindrical, the tip of the friction material 27 and the linear rail 8 are always in a stable contact state. Taking FIG. 2(B) as an example, the radius of curvature R of the surface of the partially cylindrical portion of the friction material 27 is
The tip P' of the friction material, which is related to the total height of the friction material 27
(or M') to node N length P'N (or M
'N) is preferable.

更に、摩擦材27を張り付けることにより、摩擦材27
の厚みを調整することや圧電素子と上記摩擦材27を一
体成形した後に摩擦材を研磨することによって、縦振動
子3,4のリニアレール摺動面8aとこのリニアレール
8との接触を最良の状態にすることができる。
Furthermore, by pasting the friction material 27, the friction material 27
By adjusting the thickness of the piezoelectric element and polishing the friction material after integrally molding the piezoelectric element and the friction material 27, the contact between the linear rail sliding surface 8a of the vertical vibrators 3 and 4 and this linear rail 8 can be made optimal. can be in the state of

この屈曲振動子1の上記各々の節の位置には、弾性体の
両幅方向の側面に4個の、屈曲振動子1の支持部となる
支持ピン10a、10b、10c。
At each node of the bending vibrator 1, there are four support pins 10a, 10b, 10c on both widthwise side surfaces of the elastic body, which serve as supporting parts of the bending vibrator 1.

10dが取り付けられている。第7図(A)、<8)は
振動体2の側面図、正面図であって、この振動体2は弾
性体7.圧電素子6.第1.第2の縦振動子3.4およ
び4個の支持ピン10a、10b。
10d is attached. FIG. 7(A), <8) is a side view and a front view of the vibrating body 2, which is composed of an elastic body 7. Piezoelectric element6. 1st. A second longitudinal vibrator 3.4 and four support pins 10a, 10b.

10c、10dより構成されている。なお図中の矢印は
分極方向を示している。
It is composed of 10c and 10d. Note that the arrow in the figure indicates the polarization direction.

振動体2を形成している弾性体7の側面から出ている4
個の支持ピン10a、10b、10c。
4 protruding from the side of the elastic body 7 forming the vibrating body 2
support pins 10a, 10b, 10c.

10dは、屈曲振動によって生ずる節の微少回転往復運
動を妨げないように短円柱体で形成されており、支持台
取付板11に固定された支持台12で支持されている。
10d is formed of a short cylindrical body so as not to impede the minute rotational reciprocating motion of the node caused by bending vibration, and is supported by a support base 12 fixed to a support base mounting plate 11.

そして、この支持台12の上面は、支持ピン10a、1
0b、10c、10dとの接触部であり、支持ピンと同
様屈曲振動子の屈曲振動を妨げないことと位置決めが必
要であるため、V字型の溝になっている。また、この支
持台12は振動体2で発生する不要な振動を支持台取付
板11の方へ漏れないように、クランク状の薄肉部を有
していると共に、振動体2が屈曲振動子1の振動方向と
垂直方向にずれないように、支持ピン10a、10b、
10c、10dの短円柱部に段差が設けられており、ず
れようとすると支持台12に当て付くようになっている
The upper surface of this support stand 12 has support pins 10a, 1
These are the contact parts with 0b, 10c, and 10d, and like the support pins, they are V-shaped grooves because they need to be positioned and not interfere with the bending vibration of the bending vibrator. In addition, this support stand 12 has a crank-shaped thin part so that unnecessary vibrations generated by the vibrating body 2 do not leak toward the support stand mounting plate 11, and the vibrating body 2 is connected to the bending vibrator 1. The support pins 10a, 10b,
A step is provided in the short cylinder portions 10c and 10d, so that if the device tries to shift, it will come into contact with the support base 12.

支持台取付板11には、支持台取付板11の中心部に支
持用ボルト18の先端部が通るような穴が設けられてい
る。また、上下のバネ押え14゜16でガイドされた圧
力調整用バネ15とバネ圧調整ナツト17がボルト18
に通され、このボルト18の上方先端部が支持台取付板
11の中心部の穴に嵌合されている。そして、このバネ
圧調整ナツト17は、ボルト18のネジ部に噛合してい
るので、このバネ圧調整ナツト17を回すことによって
、図の上方に圧力調整用バネ15を移動調整することが
できる。そして、支持台取付板11が上方へ移動し、移
動体に取り付けられた縦振動子3,4の各々の端部を、
リニアレール8の摺動面8aに圧接するようになってい
る。
A hole is provided in the center of the support mounting plate 11 through which the tip of the support bolt 18 passes. In addition, the pressure adjustment spring 15 and the spring pressure adjustment nut 17 guided by the upper and lower spring holders 14 and 16 are attached to the bolt 18.
The upper tip of the bolt 18 is fitted into a hole in the center of the support mounting plate 11. Since this spring pressure adjustment nut 17 is engaged with the threaded portion of the bolt 18, by turning this spring pressure adjustment nut 17, the pressure adjustment spring 15 can be adjusted to move upward in the figure. Then, the support base mounting plate 11 moves upward, and the ends of each of the vertical vibrators 3 and 4 attached to the moving body are
It comes into pressure contact with the sliding surface 8a of the linear rail 8.

下板19の中央には、ネジが切られており、上記ボルト
18の下方が下板19に螺着されている。
A thread is cut in the center of the lower plate 19, and the lower part of the bolt 18 is screwed into the lower plate 19.

そして、ボルト18の下部は円板状になっており、この
円板の下面が下板19の上面に接するため、ボルト18
はガタがなく固定されている。そして、リニアレール8
の摺動面8bには、軸23に挿通されたベアリング26
に取り付けられ回転自在の車輪22が載置されている。
The lower part of the bolt 18 is disc-shaped, and since the lower surface of this disc touches the upper surface of the lower plate 19, the bolt 18
is fixed with no play. And linear rail 8
A bearing 26 inserted into the shaft 23 is mounted on the sliding surface 8b of the
A freely rotatable wheel 22 is mounted thereon.

上板21と下板19は、左右の両側板20で固定されて
おり、上板21.下板199両側板20は剛体で形成さ
れている。そして、第1図、第4図に示すように両側板
20の中心部の上方に上記車輪22を通した軸23が固
定されている。上記支持台取付板11の両側面には、第
1図の手前側と奥側に各1本の取付板ガイド捧25が埋
設されていて、この取付板ガイド棒25は側板20の壁
面中央の上下方向に穿設された溝24にガイドされるよ
うになっている。これによって、上記リニアレール摺動
面8aと縦振動子3,4との接触圧の調整時に上下する
支持台取付板11が、ガタつかないようになっている。
The upper plate 21 and the lower plate 19 are fixed by left and right side plates 20, and the upper plate 21. The lower plate 199 and both side plates 20 are made of a rigid body. As shown in FIGS. 1 and 4, a shaft 23 through which the wheels 22 pass is fixed above the center of both side plates 20. One mounting plate guide bar 25 is embedded in each side of the support base mounting plate 11 on the front side and the back side in FIG. It is designed to be guided by a groove 24 bored in the vertical direction. This prevents the support mounting plate 11, which moves up and down when adjusting the contact pressure between the linear rail sliding surface 8a and the vertical vibrators 3 and 4, from wobbling.

このように構成されたこの第1実施例において、リニア
レール8以外の移動対象をリニアレールに沿って第1図
の矢印Aのように右方向に移動する方法を、第8図、第
9図により以下に説明する。
In this first embodiment configured in this way, a method for moving objects other than the linear rail 8 to the right along the linear rail as indicated by arrow A in FIG. 1 is shown in FIGS. 8 and 9. This will be explained below.

屈曲振動子1に、第8図(A)に示すような振幅■ で
角周波数ωの正弦波形II、の交流電圧V(、sin 
(IJ tを印加する。また、第1の縦振動子3に第8
図(B)に示すような上記正弦波形I11より90°位
相が進んだ正弦波形fI2の交流電圧を印加する。そし
て、第2の縦振動子4に第1の縦振動子3に加えた正弦
波形ρ2と1800位相の異なる正弦波形II3の交流
電圧を印加すると、第9図(A)〜(D)に示すように
第1の縦振動子3が伸張、第2の縦振動子4が収縮する
のに同期して屈曲振動子1が駆動され、縦振動子3,4
がハの字型から逆ハの字型になる屈曲振動をする。する
と、摺動面8aに第1の縦振動子3が圧接し、第2の縦
振動子4が離れる。そこで、上記振動体2は、第1の縦
振動子3がリニアレール8の摺動面8aを右から左に蹴
り上げることになり、その結果、振動体2が右方向に移
動する。
An alternating current voltage V (, sin
(IJ t is applied. Also, the eighth
An alternating current voltage having a sine waveform fI2 whose phase is advanced by 90 degrees from the sine waveform I11 as shown in FIG. 3(B) is applied. Then, when an AC voltage of a sine waveform II3 having a phase difference of 1800 from the sine waveform ρ2 applied to the first longitudinal oscillator 3 is applied to the second longitudinal oscillator 4, as shown in FIGS. 9(A) to 9(D). As the first longitudinal oscillator 3 expands and the second longitudinal oscillator 4 contracts, the bending oscillator 1 is driven, and the longitudinal oscillators 3 and 4
undergoes a bending vibration that changes from a V-shape to an inverted V-shape. Then, the first vertical vibrator 3 is brought into pressure contact with the sliding surface 8a, and the second vertical vibrator 4 is separated. Therefore, in the vibrating body 2, the first vertical vibrator 3 kicks up the sliding surface 8a of the linear rail 8 from right to left, and as a result, the vibrating body 2 moves rightward.

次に、第9図(E)〜(H)において第1の縦振動子3
が収縮、第2の縦振動子4が伸張するのに同期して屈曲
振動子1が駆動され、縦振動子3.4が逆ハの字型から
への字型になる屈曲振動をする。
Next, in FIGS. 9(E) to (H), the first longitudinal vibrator 3
The bending vibrator 1 is driven in synchronization with the contraction of the second vertical vibrator 4 and the expansion of the second vertical vibrator 4, and the vertical vibrator 3.4 performs a bending vibration that changes from an inverted V-shape to a V-shape.

すると、摺動面8aと第2の縦振動子4が圧接し、第1
の縦振動子3は離れるので、振動体2は第2の縦振動子
4が摺動面8aを右から左に蹴り上げることになり、そ
の結果、振動体2が右方向に移動する。
Then, the sliding surface 8a and the second vertical vibrator 4 come into pressure contact, and the first
Since the vertical vibrator 3 is separated, the second vertical vibrator 4 of the vibrating body 2 kicks up the sliding surface 8a from right to left, and as a result, the vibrating body 2 moves rightward.

そして、上記作動の連続繰返しにより振動体2は屈曲振
動子1の屈曲に伴って移動する。これと共に、上下板1
9.21に一体となった移動対象がリニアレール8の摺
動面8b上の車輪22を回動しながら右側へ走行する。
Then, by continuously repeating the above operation, the vibrating body 2 moves as the bending vibrator 1 bends. Along with this, the upper and lower plates 1
9. The moving object integrated with 21 moves to the right while rotating the wheels 22 on the sliding surface 8b of the linear rail 8.

尚、リニアレール以外の移動対象を左側へ走行させる場
合には、屈曲振動子に対する縦振動子3,4の伸縮タイ
ミングを逆にすればよい。つまり、屈曲振動子1または
縦振動子3.4に印加する信号を上記の場合に対して1
80”位相をずらせば、第1図におけるリニアレール8
以外の移動対象を矢印Aとは逆の方向に駆動することが
できる。
Incidentally, when moving an object other than the linear rail to the left, the timing of expansion and contraction of the vertical oscillators 3 and 4 relative to the flexural oscillator may be reversed. In other words, the signal applied to the bending vibrator 1 or the longitudinal vibrator 3.4 is 1 for the above case.
If the phase is shifted by 80", the linear rail 8 in Figure 1
It is possible to drive other moving objects in the direction opposite to arrow A.

この第1実施例における上記移動対象の移動速度と駆動
力は、屈曲振動子1の屈曲振動振幅と縦振動子3,4の
振動振幅との振幅比に関係することになるので、第10
図によりこれを説明する。
The moving speed and driving force of the moving object in this first embodiment are related to the amplitude ratio of the bending vibration amplitude of the bending vibrator 1 and the vibration amplitude of the longitudinal vibrators 3 and 4.
This will be explained using a diagram.

第10図(A) 、 (B)は縦振動子の振動振幅が零
で屈曲振動子の屈曲振動のみが発生しているときの振動
体の動作を示す作用図である。また、第10図(C) 
、 (D)は屈曲振動子1の屈曲振動振幅と縦振動子3
.4の振動振幅が合成された場合の縦振動子3.4の先
端T(第10図(A)、’(B)参照)の軌跡を示す線
図である。この第10図において、(A)。
FIGS. 10(A) and 10(B) are action diagrams showing the operation of the vibrating body when the vibration amplitude of the longitudinal vibrator is zero and only the bending vibration of the bending vibrator is occurring. Also, Figure 10 (C)
, (D) is the bending vibration amplitude of bending vibrator 1 and longitudinal vibrator 3.
.. 10 is a diagram showing the locus of the tip T of the longitudinal vibrator 3.4 (see FIGS. 10(A) and 10'(B)) when the vibration amplitudes of 4 are combined. FIG. In this FIG. 10, (A).

(C)は屈曲振動子1の振動振幅が大きい場合を、(B
) 、 (D)は小さい場合をそれぞれ示している。第
10図(C) 、 (D)において、縦振動子3.4の
振動振幅UMは同じである。これは、縦振動子3.4に
印加する電圧振幅を一定に保つことによって実現できる
。このときの縦振動子の振幅は接触部材(リニアレール
8)との接触面の面精度以上の値であることが必要で、
実用的には0.1μm以上の振幅を必要とする。また、
縦振動子3.4の発生力は縦振動子に印加する電圧に比
例し、接触部材(リニアレール8)への圧接力に抗して
上述の必要な振幅0.1μm以上を発生させるだけの値
が必要である。リニアレール8への圧接力はモータの駆
動力に比例し、駆動力を大きくする場合は圧接力を大き
く、かつ縦振動子への印加電圧を高くすればよい。
(C) shows the case where the vibration amplitude of the bending vibrator 1 is large; (B
) and (D) respectively show the small cases. In FIGS. 10(C) and 10(D), the vibration amplitude UM of the longitudinal vibrator 3.4 is the same. This can be achieved by keeping the voltage amplitude applied to the longitudinal vibrator 3.4 constant. The amplitude of the longitudinal vibrator at this time needs to be greater than the surface precision of the contact surface with the contact member (linear rail 8).
Practically speaking, an amplitude of 0.1 μm or more is required. Also,
The force generated by the vertical vibrator 3.4 is proportional to the voltage applied to the vertical vibrator, and is strong enough to generate the above-mentioned necessary amplitude of 0.1 μm or more against the pressure contact force on the contact member (linear rail 8). A value is required. The pressing force applied to the linear rail 8 is proportional to the driving force of the motor, and in order to increase the driving force, the pressing force and the voltage applied to the vertical vibrator can be increased.

次に、移動速度は第10図で屈曲振動子1の屈曲振動に
よって生ずる水平方向成分Uvl’ Uv□に比例し、
これは屈曲振動子1と一体の圧電体に印加する電圧に比
例する。即ち、縦振動子3.4のみ駆動し、屈曲振動子
1を駆動しない場合は、移動速度は零で接触部材は移動
しない。従って移動対象も動かない。その状態から徐々
に屈曲振動子1への振幅を増してゆくと、移動速度はそ
れに比例して速くなる。屈曲振動子1の振幅を変化させ
るには上述の印加電圧を変化する方法の他、屈曲振動子
1の駆動周波数を共振点から変化させる方法、屈曲振動
子に印加する高周波電圧をバースト信号として間欠的に
する方法等がある。これらの方法を用いて速度Oから縦
振動子と接触部材(リニアレール8)との接触面間に滑
りの発生しない最大の速度まで無段階に速度を変えるこ
とができる。
Next, the moving speed is proportional to the horizontal component Uvl' Uv□ caused by the bending vibration of the bending vibrator 1 in FIG.
This is proportional to the voltage applied to the piezoelectric body integrated with the bending vibrator 1. That is, when only the vertical vibrator 3.4 is driven and the bending vibrator 1 is not driven, the moving speed is zero and the contact member does not move. Therefore, the moving target also does not move. When the amplitude to the bending vibrator 1 is gradually increased from this state, the moving speed becomes faster in proportion to the amplitude. To change the amplitude of the bending vibrator 1, in addition to the method of changing the applied voltage described above, there is also a method of changing the drive frequency of the bending vibrator 1 from the resonance point, and a method of changing the high frequency voltage applied to the bending vibrator 1 as a burst signal intermittently. There are ways to make it a target. Using these methods, the speed can be changed steplessly from the speed O to the maximum speed at which no slipping occurs between the contact surfaces of the longitudinal vibrator and the contact member (linear rail 8).

また、この第1実施例では縦振動子3.4の屈曲振動子
1への接着部における、屈曲振動子1の長さ方向に沿っ
た縦振動子3,4の幅は小さい方がよい。何故なら、屈
曲振動子1には屈曲振動が起っているので、縦振動子3
,4の幅を広くすると、屈曲振動子1に起っている屈曲
振動を妨げることになるからである。一方、縦振動子3
.4の幅をあまり狭くすると、屈曲振動子1への接着力
が弱まるから、屈曲振動子1の屈曲振動によって縦振動
子3,4と屈曲振動子1の接着部や縦振動子の破壊が起
こる可能性がある。しかし、この第1実施例では、縦振
動子に積層縦振動子を使用しているため、縦振動子の高
さ方向を十分に低くすることができ、これによって縦振
動子が破壊する虞がない。
Further, in this first embodiment, the width of the longitudinal vibrators 3, 4 along the length direction of the bending vibrator 1 at the bonded portion of the longitudinal vibrator 3.4 to the bending vibrator 1 is preferably small. This is because bending vibration occurs in bending vibrator 1, so longitudinal vibrator 3
, 4, the bending vibration occurring in the bending vibrator 1 will be hindered. On the other hand, longitudinal oscillator 3
.. If the width of 4 is made too narrow, the adhesive force to the bending vibrator 1 will be weakened, and the bending vibration of the bending vibrator 1 will cause damage to the bond between the longitudinal vibrators 3 and 4 and the bending vibrator 1, as well as to the longitudinal vibrator. there is a possibility. However, in this first embodiment, since a laminated vertical vibrator is used as the vertical vibrator, the height direction of the vertical vibrator can be made sufficiently low, thereby eliminating the risk of the vertical vibrator being destroyed. do not have.

この第1実施例では縦振動子3.4は幅1.5mm、長
さ7.4 ta■、高さ2mm程度の寸法のものを使用
している。この縦振動子では、長さ方向の共振周波数が
約200KHz付近、縦方向の共振周波数が約700K
Hz付近に存在している。また、屈曲振動子の屈曲振動
の共振周波数は40KHz付近であり、縦振動子の長手
方向の共振周波数の1/3以下なので、屈曲振動子の共
振時に縦振動子は屈曲振動の影響を受けることがない。
In this first embodiment, the vertical vibrator 3.4 has dimensions of approximately 1.5 mm in width, 7.4 mm in length, and 2 mm in height. In this longitudinal vibrator, the resonance frequency in the longitudinal direction is around 200KHz, and the resonance frequency in the longitudinal direction is around 700K.
It exists around Hz. In addition, the resonance frequency of the bending vibration of the bending vibrator is around 40 KHz, which is less than 1/3 of the longitudinal resonance frequency of the longitudinal vibrator, so the longitudinal vibrator is affected by the bending vibration when the bending vibrator resonates. There is no.

前記第15図で詳細に述べたが、縦振動子は本実施例の
場合、変位1μmかせぐのに板厚0.12m+sの板状
圧電体16枚を積層した高さ2mm程度のものに電圧1
00vを印加すればよく、非常に小型で且つ低電圧で駆
動可能な超音波モータを得ることができる。
As described in detail in FIG. 15 above, in the case of this embodiment, the longitudinal vibrator is about 2 mm in height, made by laminating 16 piezoelectric plates with a thickness of 0.12 m+s, and a voltage of 1 μm is applied to the vertical vibrator.
00V can be applied, and an ultrasonic motor that is extremely small and can be driven at low voltage can be obtained.

更に、屈曲振動子の屈曲振動をしている変位の殆んどな
い点、つまり第10図(A) 、 <8)における屈曲
振動子1の中立面S1.S2に垂直で、その交線が節線
14.15となる節N1.N2の面内に縦振動子3.4
と支持部位を配置したことにより、屈曲振動子1で発生
している屈曲振動の漏れを最小限にしたから、屈曲振動
を最もよく励振することができる。
Furthermore, the neutral plane S1. Node N1. which is perpendicular to S2 and whose intersection line is node line 14.15. Vertical oscillator 3.4 in the plane of N2
By arranging the supporting parts, the leakage of the bending vibration generated in the bending vibrator 1 is minimized, so that the bending vibration can be excited in the best possible manner.

そして、筒面上で縦振動子3,4の縦振動方向と同一方
向に圧接力が働くよう支持部位を配置しである。そして
、屈曲振動子1が屈曲振動をする場合、屈曲振動子の中
立面は節を中心として紙面上で左右の部分が上下に振動
することになる。このため屈曲振動の節の位置以外に支
持部を設けると屈曲振動子の屈曲振動を妨げることにな
り、振動状態が不安定になるからモータ効率が低下する
ことになる。また、縦振動子3,4の縦振動方向と支持
部位の支持のための力の方向と位置が略−致しているた
めに、縦振動によって圧接力が有効に接触部材(リニア
レール8)に伝わるから効率の高い安定したモータが実
現できる。
The supporting portions are arranged so that a pressing force acts on the cylinder surface in the same direction as the longitudinal vibration direction of the longitudinal vibrators 3 and 4. When the bending vibrator 1 performs bending vibration, the left and right portions of the neutral plane of the bending vibrator vibrate up and down on the plane of the paper with the node as the center. For this reason, if a support portion is provided at a position other than the node of bending vibration, the bending vibration of the bending vibrator will be hindered, the vibration state will become unstable, and the motor efficiency will decrease. In addition, since the longitudinal vibration direction of the vertical vibrators 3 and 4 and the direction and position of the force for supporting the support portion are approximately the same, the pressure contact force due to the longitudinal vibration is effectively applied to the contact member (linear rail 8). Because of this transmission, a highly efficient and stable motor can be realized.

以上説明したこの第1実施例では、リニアレール8を固
定し、屈曲振動子1や縦振動子3,4からなる振動体2
を含めた移動対象を、リニアレール8に沿って走行させ
るように構成した、例えば自走式モータを示していた。
In the first embodiment described above, the linear rail 8 is fixed, and the vibrating body 2 consisting of the bending vibrator 1 and the vertical vibrators 3 and 4 is
For example, a self-propelled motor is shown, which is configured to cause moving objects including objects to travel along a linear rail 8.

しかしながら、上記移動対象を固定し、リニアレール8
を移動させるようにしたこの第1実施例における変形例
を、第11図(A) 、 (B)により以下に説明する
However, if the moving target is fixed and the linear rail 8
A modified example of the first embodiment in which the wafer is moved will be explained below with reference to FIGS. 11(A) and 11(B).

第11図(A) 、 (B)は、この変形例の正面図と
側面図である。図において、下板19aで固定された一
対の支持台12aの上に、屈曲振動子1aや縦振動子3
a、4aからなる振動体が載り、該振動体の縦振動子3
a、4aと接触部材である移動体29の下面の一部が接
触している。また、その上部には圧力調整用バネ15a
、15bで下方に引張された支軸23aに車輪22aを
取着したものが配置されている。この車輪22aは、移
動体2つに接触して回転できるようになっていて、この
車輪22aの支軸23aと圧力調整用バネtSa。
FIGS. 11(A) and 11(B) are a front view and a side view of this modification. In the figure, a bending vibrator 1a and a vertical vibrator 3 are placed on a pair of supports 12a fixed by a lower plate 19a.
A vibrating body consisting of a and 4a is mounted, and the vertical vibrator 3 of the vibrating body
A, 4a are in contact with a part of the lower surface of the movable body 29, which is a contact member. In addition, a pressure adjustment spring 15a is provided at the top.
, 15b, wheels 22a are attached to a support shaft 23a that is pulled downward. This wheel 22a is configured to be able to rotate in contact with two movable bodies, and includes a support shaft 23a of this wheel 22a and a pressure adjustment spring tSa.

15bは、車輪が上下に移動可能な構造のフレーム30
に組み込まれ、このフレーム30は下板19aに取り付
けられている。そして、圧力調整用バネ15a、15b
により、移動体29と、振動体との接触圧力を調整する
ようになっている。
15b is a frame 30 whose wheels are movable up and down.
This frame 30 is attached to the lower plate 19a. And pressure adjustment springs 15a, 15b
This adjusts the contact pressure between the moving body 29 and the vibrating body.

この振動体に前記第1実施例と同じ位相差の交流電圧を
屈曲振動子1aおよび縦振動子3a、 4gに印加する
と、移動体2つのみがリニアに移動することになる。ま
た、この変形例では、移動体29の摺動面29b上には
車輪22aがリニアレールの幅方向に外れないように車
輪の幅よりやや広い溝29aが設けられている。
When an AC voltage having the same phase difference as in the first embodiment is applied to the bending vibrator 1a and the vertical vibrators 3a and 4g, only the two movable bodies move linearly. Further, in this modification, a groove 29a that is slightly wider than the width of the wheel is provided on the sliding surface 29b of the moving body 29 so that the wheel 22a does not come off in the width direction of the linear rail.

第12図(A) 、 (B)は、本発明の第2実施例を
示す超音波モータの正面図と側面図で、縦振動子が1個
の場合を示している。上記第1実施例が節が4つある両
端自由の3次屈曲振動モードを使用していたのに対し、
この第2実施例では節が1個である一端クランプの2次
屈曲振動モードを使用した点が異なる。
FIGS. 12(A) and 12(B) are a front view and a side view of an ultrasonic motor showing a second embodiment of the present invention, and show a case in which there is one longitudinal vibrator. While the first embodiment described above uses a third-order bending vibration mode with four nodes and free ends,
This second embodiment differs in that the second-order bending vibration mode of the one-end clamp having one node is used.

振動モードとしては、第12図(C〉に示すように、片
側を完全にクランプした状態の2次屈曲共振モードを考
えると、この板の屈曲振動の節は全長を1とした場合、
板の先端から0.2165の所にあることになる。よっ
て、本実施例では屈曲振動子IAの一端を完全にクラン
プするように側板21Aに固定し、該屈曲振動子IAの
先端から(0,2185/ 1 )の比率の節の位置に
縦振動子3Aを配置している。そして、該縦振動子3A
を配置した節の位置に、上記第1実施例と同じように、
支持台12A、接触部材である移動体5A、圧力調整用
バネ15A;15B、車輪22A、一対のフレーム33
を配置する。なお、上記屈曲振動子IAと縦振動子3A
とは振動体を構成する。そこで、上記振動体に上記第1
実施例と同じ位相差の交流電圧を印加すれば、移動体5
Aのみがリニアに移動することになる。ここで、移動体
5Aが水平方向に移動した場合、移動体5Aが傾むくこ
とがないように車輪22Aの両側に、フレーム33に横
架した2本の支軸28a、28bに回転可能な小型の車
輪31.32をそれぞれ取り付け、これらを移動体5A
に押し当てている。
As for the vibration mode, as shown in Figure 12 (C), considering the secondary bending resonance mode with one side completely clamped, the bending vibration node of this plate is as follows, assuming the total length is 1.
It is located 0.2165 from the tip of the plate. Therefore, in this embodiment, one end of the bending vibrator IA is fixed to the side plate 21A so as to be completely clamped, and a longitudinal vibrator is placed at a node position having a ratio of (0,2185/1) from the tip of the bending vibrator IA. 3A is placed. And the longitudinal vibrator 3A
At the position of the node where is placed, as in the first embodiment above,
Support stand 12A, moving body 5A as a contact member, pressure adjustment springs 15A and 15B, wheels 22A, and a pair of frames 33
Place. In addition, the above-mentioned bending vibrator IA and longitudinal vibrator 3A
constitutes a vibrating body. Therefore, the first
If an AC voltage with the same phase difference as in the example is applied, the moving body 5
Only A will move linearly. Here, when the movable body 5A moves in the horizontal direction, a small rotatable type is mounted on two support shafts 28a and 28b horizontally suspended on the frame 33 on both sides of the wheels 22A so that the movable body 5A does not tilt. wheels 31 and 32 respectively, and these are attached to the moving body 5A.
is pressed against.

この第2実施例の場合も上記第1実施例と同様移動体5
Aの摺動面SAa上に溝29aが設けられている。
In the case of this second embodiment as well, the mobile body 5 is similar to the first embodiment described above.
A groove 29a is provided on the sliding surface SAa of A.

以上が本発明の第2実施例を示す超音波モータの概要で
ある。次に、これら第1.第2実施例を示す超音波モー
タの応用例として、超音波モータをカメラのレンズ鏡筒
に適用した例を第13図(A) 、 (B)により説明
する。
The above is the outline of the ultrasonic motor showing the second embodiment of the present invention. Next, these first. As an application example of the ultrasonic motor according to the second embodiment, an example in which the ultrasonic motor is applied to a lens barrel of a camera will be described with reference to FIGS. 13(A) and 13(B).

第13図(A) 、 (B)は、上記超音波モータを使
用してカメラのレンズ鏡筒のような円筒の中にある内部
移動体、例えばレンズ支持枠を移動させるようにした応
用例である。
FIGS. 13(A) and 13(B) show an application example in which the ultrasonic motor is used to move an internal moving object, such as a lens support frame, inside a cylinder such as a camera lens barrel. be.

第13図(A)は、レンズ鏡筒の断面図であり、第13
図(B) (;i、第13図(A)(7)X−X線に沿
う断面図である。図において、この応用例は、鏡筒外壁
41に圧力調整用板バネ42が固定され、該圧力調整用
板バネ42が振動体である圧電素子43および縦振動子
44の貼着された屈曲振動子45を固定支持しており、
該屈曲振動子45に貼着された縦振動子44の先端が、
円筒状からなり内部にレンズを固定した内部移動体47
に圧力調整用板バネ42によって圧力調整されて接して
いる。また、接触部材である内部移動体47の縦振動子
44に接している箇所は、屈曲振動子45と縦振動子4
4で発生した駆動力を効率よく伝達させるように平面状
になっており、また、平面状であるために不要な回転が
発生しない。そして、上記屈曲振動子45と縦振動子4
4に上記実施例と同様の位相の異なる電圧を印加すると
、レンズを固定した内部移動体47を外壁41の中心軸
に沿って平行に移動させることができる。
FIG. 13(A) is a cross-sectional view of the lens barrel;
Figure (B) (;i, Figure 13 (A) (7) is a sectional view taken along the , the pressure adjusting leaf spring 42 fixedly supports a piezoelectric element 43 as a vibrating body and a bending vibrator 45 to which a vertical vibrator 44 is attached,
The tip of the vertical vibrator 44 attached to the bending vibrator 45 is
Internal moving body 47 that is cylindrical and has a lens fixed inside.
The pressure is adjusted by a pressure adjusting plate spring 42 and the contact is made in contact with the pressure adjusting plate spring 42. Further, the portion of the internal movable body 47 that is a contact member that is in contact with the vertical vibrator 44 is connected to the bending vibrator 45 and the vertical vibrator 4.
It has a planar shape to efficiently transmit the driving force generated in step 4, and since it is planar, unnecessary rotation does not occur. Then, the bending vibrator 45 and the longitudinal vibrator 4
When voltages with different phases similar to those in the above embodiment are applied to 4, the internal moving body 47 to which the lens is fixed can be moved in parallel along the central axis of the outer wall 41.

本実施例では内部移動体47として円筒状の中にレンズ
46を固定したものを示し、このレンズ46を第13図
(B)の矢印E方向に移動させたが、内部移動体47は
、円筒1円柱または円筒の中へ取り付けられるものなら
どんなものであってもよい。
In this embodiment, a lens 46 is fixed in a cylindrical shape as the internal moving body 47, and this lens 46 is moved in the direction of arrow E in FIG. 13(B). It can be anything that can be attached to a cylinder or a cylinder.

上記各実施例では、屈曲振動子の支持部分と縦振動子は
屈曲振動の同一節線上屈曲振動の振幅方向にあるが、屈
曲振動子の支持部分と縦振動子は屈曲振動のWJ綿線上
あり、かつ、上記屈曲振動の支持部と縦振動子は屈曲振
動子のそれぞれ左右対称の位置にあれば同一節線上でな
くてもよい。即ち、屈曲振動子の支持部と縦振動子は、
屈曲振動の同一または異なる節を通り、かつ屈曲振動の
振幅方向に延びる直線上に配置されてもよい。
In each of the above embodiments, the support part of the bending vibrator and the longitudinal vibrator are on the same nodal line of bending vibration in the amplitude direction of bending vibration, but the support part of the bending vibrator and the longitudinal vibrator are on the WJ line of bending vibration. , and the bending vibration support portion and the longitudinal vibrator do not need to be on the same nodal line as long as they are located at symmetrical positions of the bending vibrator. In other words, the support part of the bending vibrator and the longitudinal vibrator are
They may be arranged on a straight line passing through the same or different nodes of the bending vibration and extending in the amplitude direction of the bending vibration.

次に本発明の第3実施例を示す超音波モータについて説
明する。本実施例の超音波モータは、付加質量体を設け
ることによって、縦振動子及び屈曲振動子の屈曲振動の
1次の共振の節の位置を弾性体自体の厚み方向の中心面
上に位置せしめるものであって、駆動時に節回りの微少
往復振動である屈曲振動ができる限り阻害されないよう
にした効率のよい超音波モータである。
Next, an ultrasonic motor showing a third embodiment of the present invention will be described. In the ultrasonic motor of this embodiment, by providing the additional mass body, the position of the first-order resonance node of the bending vibration of the longitudinal vibrator and the bending vibrator is located on the center plane in the thickness direction of the elastic body itself. This is an efficient ultrasonic motor in which bending vibration, which is minute reciprocating vibration around the nodes, is not inhibited as much as possible during driving.

従来の屈曲振動子と縦振動子とで構成される振動体を用
いた超音波モータにおいては、第21図の模式図に示さ
れるように、その振動体82においては屈曲振動子81
の片側に縦振動子84a。
In an ultrasonic motor using a conventional vibrating body composed of a bending vibrator and a longitudinal vibrator, as shown in the schematic diagram of FIG.
A vertical vibrator 84a is placed on one side of the oscillator 84a.

84bが取り付けられている。従って振動体82の屈曲
振動の節82b、82cの位置は、縦振動子のアンバラ
ンスf[量により屈曲振動子81自体の節81b、81
cの位置と少しずれる。また、屈曲振動子81自体の節
の位置も弾性体85の片側にのみ圧電素子86が取り付
けられているため、実際には弾性体厚み方向中央には無
く、わずかに圧電素子側にずれている。そこで、第21
図の振動体82における上記節82b、82cの位置と
屈曲振動子81自体の節81b、81cの差異の原因と
なるアンバランス質量について説明する。
84b is attached. Therefore, the positions of the nodes 82b and 82c of the bending vibration of the vibrating body 82 are determined by the unbalance f of the longitudinal vibrator [depending on the amount, the nodes 81b and 81 of the bending vibrator 81 itself]
It is slightly shifted from the position of c. Furthermore, since the piezoelectric element 86 is attached only to one side of the elastic body 85, the position of the node of the bending vibrator 81 itself is not actually at the center in the thickness direction of the elastic body, but is slightly shifted toward the piezoelectric element side. . Therefore, the 21st
The unbalanced mass that causes the difference between the positions of the nodes 82b and 82c in the vibrating body 82 shown in the figure and the nodes 81b and 81c of the bending vibrator 81 itself will be explained.

まず、第21図の振動体82のA−A面からB−B面の
範囲を考えた場合、縦振動子84aが固着されていない
上側の等価質量をmlとし、その等価質量の中心から仮
想の回転軸までの距離をrlとする。また、縦振動子8
4aが固着される下側の等価質量をm2とし、その質量
中心から上記軸心までの距離をr2とする(第22図参
照)。上記仮想回転軸回りの上、下側の回転慣性質量1
1゜I2はそれぞれ 1 −m  Xr    ・・・・旧・・(1)11 1 −m  Xr2  ・・・・・・・・・(2)2 
  2   2 となる。いま、仮想回転軸を従来例のように屈曲振動子
81の中立面81a上の節81bとした場合、この節位
置は、圧電素子86が軽量であるので弾性体85の中心
位置の近傍に位置する。従って、上記距離rt、r2は
r t < r 2の関係を持つ。また、質fi1ml
、m2の関係はm2には縦振動子84aが付加されてい
るので、m l< m 2となる。上記(1) 、 (
2)式より節81bを回転軸とした上、下回転慣性質f
f1I、、I、の関係はI1くI2となり、アンバラン
ス状態であって、節gtbが振動体82の屈曲振動の真
の節とはならない。
First, when considering the range from the A-A plane to the B-B plane of the vibrating body 82 in FIG. Let rl be the distance to the rotation axis. Also, the vertical vibrator 8
Let m2 be the equivalent mass of the lower side to which 4a is fixed, and let r2 be the distance from the center of mass to the axis (see FIG. 22). Upper and lower rotational inertia masses 1 around the above virtual rotation axis
1゜I2 is respectively 1 -m Xr...old...(1) 11 1 -m
It becomes 2 2. Now, if the virtual axis of rotation is the node 81b on the neutral plane 81a of the bending vibrator 81 as in the conventional example, this node position is located near the center position of the elastic body 85 because the piezoelectric element 86 is lightweight. do. Therefore, the distances rt and r2 have the relationship rt<r2. Also, quality fi 1ml
, m2, since the longitudinal vibrator 84a is added to m2, m l < m 2 . Above (1), (
2) From the formula, the upper and lower rotational inertia f with node 81b as the rotation axis
The relationship between f1I and I is I1 and I2, which is an unbalanced state, and the node gtb does not become a true node of the bending vibration of the vibrating body 82.

そして、そのような屈曲振動子81の節81bを中心と
する支持部85a、85bを支持して振動体82を屈曲
振動させた場合は、その屈曲振動は阻害され、効率のよ
い駆動が不可能となる。、上記のように振動体82にお
ける屈曲振動に対する中立面82a上の真の節をそれぞ
れ節82b。
When the vibrating body 82 is subjected to bending vibration by supporting the supporting parts 85a and 85b centered on the node 81b of the bending vibrator 81, the bending vibration is inhibited and efficient driving becomes impossible. becomes. , the true nodes on the neutral plane 82a for the bending vibration in the vibrating body 82 as described above are respectively nodes 82b.

82cとするならば(第21図参照)、第22図に示さ
れるように回転軸心Cから上側の質量m1の位置までの
距離r1は、縦振動子のある下側の質量m2の位置まで
の距離「2よりも短くなるような軸心Cが上記節82b
あるいは82cとなる。
82c (see Fig. 21), as shown in Fig. 22, the distance r1 from the rotation axis C to the position of the upper mass m1 is equal to the distance r1 to the position of the lower mass m2 where the longitudinal oscillator is located. The axis C such that the distance "2" is shorter than the above node 82b
Or it will be 82c.

しかしながら、この節82b、82cの位置を計算等で
求めるのは極めて困難である。
However, it is extremely difficult to determine the positions of these nodes 82b and 82c by calculation or the like.

そこで本実施例の超音波モータにおいては、前述のよう
に縦振動子の質量に相当する質量を持つ付加質量体を弾
性体の縦振動子対向位置に固着した振動体を用いるもの
である。そして、その振動体における上記等価質l1m
11m2および節までの距離rr  はそれぞれml”
’m2 *  r 1−1’   2 r2の関係を持ち、上記節回りの上下の回転慣性質量の
値もバランスのとれた構造となる。従って、その振動体
の屈曲振動の節は弾性体の中立面上に位置するようにな
る。そして、その節を支持部とし支持体で支持するよう
に振動体を構成する。この振動体を用いるならば、屈曲
振動の節部回りの微少往復振動は阻害されない状態で振
動体を効率よく振動せしめることができる。
Therefore, in the ultrasonic motor of this embodiment, as described above, a vibrating body is used in which an additional mass body having a mass corresponding to the mass of the vertical vibrator is fixed to an elastic body at a position facing the vertical vibrator. Then, the above equivalent quality l1m in the vibrating body
11m2 and the distance rr to the node are each ml”
The structure has a relationship of 'm2 * r 1-1' 2 r2, and the values of the rotational inertia masses above and below the joint rotation are also balanced. Therefore, the bending vibration nodes of the vibrating body are located on the neutral plane of the elastic body. Then, the vibrating body is configured such that the nodes are used as support portions and supported by a support body. If this vibrating body is used, the vibrating body can be efficiently vibrated in a state where minute reciprocating vibrations around the nodes of bending vibration are not inhibited.

第14図(A)は、上記第3実施例の超音波モータの要
部縦断面図であって、本モータにおける振動体62は、
縦振動子54a、54bと屈曲振動子61および付加質
量体65a、65bで構成される。屈曲振動子61は、
平面形状が長方形をなす比較的厚みのある板状の弾性体
55の上面および下面に、板厚方向に分極された薄板状
圧電素子56a、56bを接着して形成されている。上
記圧電素子56a、56bは、その分極方向に高周波電
圧を印加すると屈曲振動子61は屈曲振動を生じ、更に
特定の周波数の信号を印加すれば、共振の屈曲定在波振
動をする。本実施例の場合は1次の屈曲共振振動が最も
効率よく励振されるような構成の屈曲振動子61となっ
ている。
FIG. 14(A) is a vertical cross-sectional view of the essential parts of the ultrasonic motor of the third embodiment, and the vibrating body 62 in this motor is
It is composed of vertical vibrators 54a, 54b, bending vibrator 61, and additional mass bodies 65a, 65b. The bending vibrator 61 is
Thin piezoelectric elements 56a and 56b polarized in the thickness direction are bonded to the upper and lower surfaces of a relatively thick plate-shaped elastic body 55 having a rectangular planar shape. When a high frequency voltage is applied to the piezoelectric elements 56a and 56b in the polarization direction, the bending vibrator 61 generates bending vibration, and when a signal of a specific frequency is further applied, it causes resonance bending standing wave vibration. In the case of this embodiment, the bending vibrator 61 is configured so that first-order bending resonance vibration is most efficiently excited.

一方、上記縦振動子54 a、  54 bは、上記屈
曲振動子61より幅広(第14図(A)参照)の積層圧
電素子で形成されている。そして、上記屈曲振動子61
の1次の屈曲振動のそれぞれ2つの節の位置から屈曲振
動の振幅方向に延びる直線上の屈曲振動子61の弾性体
55の表面に固着されている。この縦振動子54a、5
4bは高周波電圧が印加されると屈曲振動子61の板厚
方向に振動する。また、この縦振動子54a、54bの
固着された屈曲振動子の弾性体55の面とは反対側の面
で屈曲振動の節に対して対称な位置に該縦振動子と同比
重で、同形状の付加質量体65a。
On the other hand, the longitudinal vibrators 54a and 54b are formed of laminated piezoelectric elements wider than the bending vibrator 61 (see FIG. 14(A)). Then, the bending vibrator 61
It is fixed to the surface of the elastic body 55 of the bending vibrator 61 on a straight line extending in the amplitude direction of the bending vibration from the position of each two nodes of the first-order bending vibration. This longitudinal vibrator 54a, 5
4b vibrates in the thickness direction of the bending vibrator 61 when a high frequency voltage is applied. Further, on the surface opposite to the surface of the elastic body 55 of the flexural oscillator to which the longitudinal oscillators 54a and 54b are fixed, at a position symmetrical with respect to the node of flexural vibration, with the same specific gravity as that of the longitudinal oscillator, shaped additional mass body 65a.

65bが固着されている。さらには、上記縦振動子54
a、54bの先端面には、それぞれ耐摩耗性の摩擦材で
形成されたスライダ54c、54dが固着されている。
65b is fixed. Furthermore, the longitudinal vibrator 54
Sliders 54c and 54d made of a wear-resistant friction material are fixed to the tip surfaces of the sliders a and 54b, respectively.

そして、このスライダ54c、54dは、図示接触部材
であるレール部材52の上面に固着された耐摩耗性摩擦
材のスライド板52bに圧接され、摩擦接触が保持され
る。なお、上記レール部材52は図示されない他の不動
部材に固定されるものとする。
The sliders 54c and 54d are pressed against a slide plate 52b made of wear-resistant friction material fixed to the upper surface of the rail member 52, which is a contact member shown in the figure, and frictional contact is maintained. It is assumed that the rail member 52 is fixed to another immovable member (not shown).

他方、上記レール部材52の、上記スライド板52bの
固着されていない側の面には、断面半円状の直線状の2
列のガイド溝52aが振動体62の駆動される方向に平
行に穿設されている。また、上記レール部材52の一部
および前記屈曲振動子61はモータ支持枠51内に配設
されており、このモータ支持枠51は上記レール部材5
2の一部と前記屈曲振動子61を囲むように断面Uの字
型のチャンネル状部材で形成されている。この支持枠5
1には上記ガイド溝52aに相対向する位置にガイド溝
52aと同様な断面半円状をなす直線状の平行な有端の
ボール収納溝51aが穿設されていて、このボール収納
溝51aと上記ガイド溝52aとの両溝内には複数個の
ベアリングボール63が配設されている。これによって
支持枠51はボール63をボール収納溝51a内に保持
した状態でレール部材52のガイド溝52aの方向にの
み可動し得るように構成される。
On the other hand, on the surface of the rail member 52 on the side to which the slide plate 52b is not fixed, there are two straight lines each having a semicircular cross section.
A row of guide grooves 52a are bored parallel to the direction in which the vibrating body 62 is driven. Further, a part of the rail member 52 and the bending vibrator 61 are disposed within a motor support frame 51, and this motor support frame 51 is attached to the rail member 5.
2 and the bending vibrator 61, it is formed of a channel-shaped member having a U-shaped cross section. This support frame 5
1 is provided with a straight, parallel ball storage groove 51a having a semicircular cross section similar to that of the guide groove 52a at a position opposite to the guide groove 52a. A plurality of bearing balls 63 are arranged in both the guide grooves 52a and the guide grooves 52a. This allows the support frame 51 to move only in the direction of the guide groove 52a of the rail member 52 while holding the ball 63 in the ball storage groove 51a.

そして、前記屈曲振動子61は上記支持枠51に対して
次のようにして取り付けられている。即ち、屈曲振動子
61の屈曲振動の節の位置には、屈曲振動子6・1の幅
方向に突出する円柱軸状の支持ピン55a、55b、5
5c、55dが弾性体55に一体的に左右対称位置であ
って、弾性体55の厚み方向の中心位置上に4ケ所設け
られている。この支持ピンは屈曲振動子の支持部となる
The bending vibrator 61 is attached to the support frame 51 in the following manner. That is, at the positions of the bending vibration nodes of the bending vibrator 61, there are support pins 55a, 55b, 5 in the form of cylindrical shafts that protrude in the width direction of the bending vibrator 6.1.
5c and 55d are integrally provided on the elastic body 55 at symmetrical positions, and are provided at four locations on the center position of the elastic body 55 in the thickness direction. This support pin becomes a support part for the bending vibrator.

支持ピン55a〜55dの外周にはそれぞれフランジ付
の摺動性の良い材質からなる支持部材64a、64b、
64c、64dが固着または嵌合されている。
On the outer peripheries of the support pins 55a to 55d, support members 64a and 64b made of a material with good sliding properties are provided with flanges, respectively.
64c and 64d are fixed or fitted.

振動体62の保持部材である保持体57は、屈曲振動子
61を上方から囲むように断面逆U字型に形成されたチ
ャンネル状部材からなり、その左向する部位に、係合切
欠部57c、57d。
The holder 57, which is a holder for the vibrating body 62, is a channel-shaped member formed with an inverted U-shape in cross section so as to surround the bending oscillator 61 from above, and has an engagement notch 57c in its leftward portion. , 57d.

57e、57f穿設されている。屈曲振動子61の弾性
体55に設けられる支持ピン55a〜55dはその係合
切欠部57c〜57eに支持部材64a〜64dを介し
て回動自在に嵌着されるものとする。そして、上記保持
体57は左右両側縁部の中程が上方に向けて折り曲げら
れて幅方向の外方左右に向けて水平に張り出した取付片
57a、57bを有しており、上記支持ピン55a 〜
55dを係合切欠部57C〜57eに嵌着した保持体5
7の両取付片57a、57bを上記支持枠51の上面に
載置し、皿ばね58およびスペーサ5つを介して2本の
ビス60を取付片57a、57bに貫通させて支持枠5
1の上面にねじ込む。このようにして保持体57は支持
枠51に固定される。また、この取付状態において取付
片57a、57bと支持枠51上面との間には僅かな隙
間が生じるように設計されている。
57e and 57f are drilled. The support pins 55a to 55d provided on the elastic body 55 of the bending vibrator 61 are rotatably fitted into the engagement notches 57c to 57e via the support members 64a to 64d. The holding body 57 has mounting pieces 57a and 57b that are bent upward at the middle of both left and right edges and project horizontally outward to the left and right in the width direction, and the support pins 55a ~
55d fitted into the engagement notches 57C to 57e
Mounting pieces 57a and 57b of No. 7 are placed on the upper surface of the support frame 51, and two screws 60 are passed through the mounting pieces 57a and 57b via the disc spring 58 and five spacers to attach the support frame 5.
Screw it onto the top of 1. In this way, the holding body 57 is fixed to the support frame 51. Further, the design is such that a slight gap is created between the mounting pieces 57a, 57b and the upper surface of the support frame 51 in this mounted state.

上記皿ばね58によって発生するばね付勢力の一方は上
記保持体57.振動子54a、54b等を介してスライ
ダ54c、54dに伝達される。
One of the spring biasing forces generated by the disc spring 58 is applied to the holder 57. The signal is transmitted to sliders 54c and 54d via vibrators 54a and 54b.

他の一方のばね付勢力は、支持枠51.レール部材52
等を介してスライド板52bに伝達される。
The other spring biasing force is the support frame 51. Rail member 52
and the like to the slide plate 52b.

従って、その付勢力はスライダ54c、54dとスライ
ド板52bとの接触面の圧接付勢力として作用する。そ
して、その付勢力の調節は上記スペーサ5つの厚みを変
化させることによって行われる。以上のようにして屈曲
振動子61と縦振動子54a、54bおよび付加質量体
65a、65bからなる振動体62をレール部材52の
スライド板52aに適切な圧接力で圧接することが可能
となる。
Therefore, the urging force acts as a pressing force on the contact surfaces of the sliders 54c, 54d and the slide plate 52b. The biasing force is adjusted by changing the thickness of the five spacers. As described above, the vibrating body 62 consisting of the bending vibrator 61, the vertical vibrators 54a and 54b, and the additional mass bodies 65a and 65b can be pressed against the slide plate 52a of the rail member 52 with an appropriate pressure.

上述したように、上記第3実施例の超音波モータによれ
ば、まず、屈曲振動子61は弾性体55の中立面61a
に対して、形状及び質量が対称になるように同形状の圧
電素子56a、56bを弾性体55の上下面に固着する
。更に、縦振動子54a、54bに対しては上記中立面
61aに関して対称の位置に同形状、同質量の付加質量
体65a、65bが固着される。従って、振動体62の
屈曲振動の節62b、62Cは上記中立面61a上に位
置する。なお、具体的にはその節62b、62cは弾性
体55の板厚方向の中央に位置せしめることになる。
As described above, according to the ultrasonic motor of the third embodiment, first, the bending vibrator 61
On the other hand, piezoelectric elements 56a and 56b having the same shape are fixed to the upper and lower surfaces of the elastic body 55 so that the shape and mass are symmetrical. Furthermore, additional mass bodies 65a and 65b having the same shape and mass are fixed to the longitudinal vibrators 54a and 54b at symmetrical positions with respect to the neutral plane 61a. Therefore, the bending vibration nodes 62b and 62C of the vibrating body 62 are located on the neutral plane 61a. Specifically, the nodes 62b and 62c are positioned at the center of the elastic body 55 in the thickness direction.

以上のように構成されたこの第3実施例の超音波モータ
は、屈曲振動子61並びに縦振動子54a。
The ultrasonic motor of the third embodiment configured as described above includes a bending vibrator 61 and a vertical vibrator 54a.

54bにそれぞれ位相制御された交流電圧を印加するこ
とによって駆動される。そして、レール部材52のスラ
イド板52bに圧接される縦振動子54a、54bに固
着されたスライダ54C254dが前述の第1実施例の
場合に示したような円または楕円軌跡の挙動を行う。従
って、レール部材52に沿って支持枠51が移動せしめ
られ、支持枠51に取付けられる移動対象(、図示せず
)も同時に駆動されることになる。
They are driven by applying phase-controlled alternating current voltages to each of the electrodes 54b. Then, the slider 54C254d fixed to the vertical vibrators 54a and 54b pressed against the slide plate 52b of the rail member 52 behaves in a circular or elliptical trajectory as shown in the first embodiment. Therefore, the support frame 51 is moved along the rail member 52, and a moving object (not shown) attached to the support frame 51 is also driven at the same time.

本実施例の超音波モータによれば、駆動部である振動体
62の屈曲振動の節を正確に弾性体の中立面上に設定す
ることができて、その部分を保持体57で支持するので
、その屈曲振動が阻止されることなく、効率のよい安定
した駆動状態が実現され、更に、駆動時の不快な可聴音
の発生を防止できる。また、弾性体自体の設計も容易に
なり、更に、部品の誤差によって節の位置が多少ずれた
りした場合でも、付加質量の大きさを調節することによ
って簡単に修正することもできる。
According to the ultrasonic motor of this embodiment, the bending vibration node of the vibrating body 62, which is the driving part, can be accurately set on the neutral plane of the elastic body, and that part is supported by the holding body 57. Therefore, the bending vibration is not inhibited, and an efficient and stable driving state is realized, and furthermore, generation of unpleasant audible sounds during driving can be prevented. Further, the design of the elastic body itself becomes easier, and furthermore, even if the position of the node is slightly shifted due to errors in the parts, it can be easily corrected by adjusting the size of the additional mass.

上記第3実施例では屈曲振動の次数は1次であったが、
これは他の2次とか3次とかもっと高い次数の振動であ
っても勿論適用できる。また、支持ピン55a〜55d
は縦振動子の取り付けられた位置と同じであったが、こ
れも勿論具なる節位置としてもよい。また、圧電素子5
6a、56bは弾性体55の両側に取り付けられている
がこれも片側のみでも構わない。更に、付加質量体65
a。
In the third embodiment described above, the order of bending vibration was first order, but
Of course, this can also be applied to other higher order vibrations such as second order, third order, etc. In addition, support pins 55a to 55d
is the same as the position where the longitudinal vibrator is attached, but this may of course also be a different node position. Moreover, the piezoelectric element 5
6a and 56b are attached to both sides of the elastic body 55, but they may also be attached only to one side. Furthermore, additional mass body 65
a.

65bは縦振動子54a、54bと同比重、同形状であ
ったが、節回りの回転慣性質量が節の上下、即ち、振幅
方向で等しくなるようにすれば異なる比重とか形状を持
っていてもよいことは勿論である。例えば、付加質量体
65a、65bと弾性体55を一体に形成してもよい。
65b has the same specific gravity and the same shape as the longitudinal oscillators 54a and 54b, but if the rotational inertia mass around the nodes is made equal above and below the nodes, that is, in the amplitude direction, even if they have different specific gravity or shape. Of course it's a good thing. For example, the additional mass bodies 65a, 65b and the elastic body 55 may be formed integrally.

この場合、構成要素が少なくなり、また、付加質量体を
弾性体に取り付ける工数も不用となる。
In this case, the number of components is reduced, and the number of steps needed to attach the additional mass body to the elastic body is also eliminated.

第15図は上記第3実施例の変形例を示す振動体69の
側面図である。第3実施例の振動体62と異なる点は、
弾性体55に圧電素子56a。
FIG. 15 is a side view of a vibrating body 69 showing a modification of the third embodiment. The difference from the vibrating body 62 of the third embodiment is as follows.
A piezoelectric element 56a is provided on the elastic body 55.

56b1縦振動子54 a 、  54 b s付加質
量体65a、65bの取り付は位置決めのための溝55
e、55fと55g、55hと55i、’55jを設け
たことと、更に、付加質量体65a。
56b1 Vertical oscillators 54 a, 54 b sAdditional mass bodies 65a, 65b are attached to grooves 55 for positioning.
e, 55f, 55g, 55h, 55i, '55j, and additional mass body 65a.

65bに比重の大きい材質を用いて、付加質量体65a
、65bの寸法を小さくしたことである。
By using a material with high specific gravity for 65b, the additional mass body 65a
, 65b are made smaller.

このようにすると振動子の製作誤差をより小さく抑える
ことができるので、屈曲振動は、より振動の対称性の精
度を増し、より安定で高効率なものとなる。また、振動
体69を小型にすることが可能となる。上記付加質量体
65a、65bの材質としては鉄系、銅系などの金属が
好適である。さらに小型化するにはタングステンなどが
良い。
In this way, the manufacturing error of the vibrator can be suppressed to a smaller level, so that the bending vibration becomes more stable and highly efficient due to the increased accuracy of vibration symmetry. Furthermore, it is possible to make the vibrating body 69 smaller. The material of the additional mass bodies 65a, 65b is preferably an iron-based metal, a copper-based metal, or the like. For further miniaturization, tungsten is a good choice.

第16図は上記第3実施例の別の変形例の振動体を示す
。この変形例の振動体72は、特別な付加質量体を用い
ないものであって、縦振動子74a、74bの質量を小
さくし、また、片側に付けた圧電素子76が付加質量の
作用をするものである。この変形例では弾性体75の質
量が縦振動子74a、74bの質量よりも充分大きいの
で、特別に付加質量体を付けなくても、屈曲振動の節に
対する回転慣性質量は節の上下に関してあまり大きな差
が無くなり屈曲振動のアンバランスはほとんど生じない
。従って、本変形例による振動体を適用した超音波モー
タは上述の第3実施例の超音波モータと同様、そのモー
タの駆動において、その屈曲振動が阻害されることが少
なく、効率のよい超音波モータを提供することが可能と
となる。
FIG. 16 shows a vibrating body of another modification of the third embodiment. The vibrating body 72 of this modification does not use a special additional mass body, the mass of the vertical vibrators 74a and 74b is reduced, and the piezoelectric element 76 attached to one side acts as the additional mass. It is something. In this modification, the mass of the elastic body 75 is sufficiently larger than the mass of the longitudinal oscillators 74a and 74b, so even if no additional mass is attached, the rotational inertia mass for the nodes of bending vibration is not too large above and below the nodes. There is no difference and almost no unbalance of bending vibration occurs. Therefore, the ultrasonic motor to which the vibrator according to the present modification is applied is similar to the ultrasonic motor of the third embodiment described above, in which the bending vibration is less inhibited in driving the motor, and efficient ultrasonic waves can be generated. It becomes possible to provide motors.

第17図は、前述の第3実施例の更に別の変形例である
振動体を示す。この変形例は、上記変形例と同様に特別
な付加質量体を設ける必要のないものである。そして、
振動体92を支持する支持部55a、55bを必ずしも
弾性体95の振動方向の中立面91a上には設定しない
ものである。
FIG. 17 shows a vibrating body that is still another modification of the third embodiment described above. Similar to the above-mentioned modification, this modification does not require any special additional mass body. and,
The support parts 55a and 55b that support the vibrating body 92 are not necessarily set on the neutral plane 91a of the elastic body 95 in the vibration direction.

その屈曲振動方向の圧電素子96や弾性体95あるいは
縦振動子94a、94bの回転慣性質量のバランス、あ
るいは弾性体の剛性のバランス等を考慮して、計算上あ
るいは実験上の上記中立面91aとの変位lidだけず
れた節の位置を求め、その位置に振動体92を支持する
4つの支持ビン55a、55b (他の支持部は図示せ
ず)を配設するものである。
The neutral plane 91a is calculated or experimentally determined by considering the balance of the rotational inertia mass of the piezoelectric element 96 and the elastic body 95 or the longitudinal vibrators 94a and 94b in the bending vibration direction, or the balance of the rigidity of the elastic body. The position of the node shifted by the displacement lid is determined, and four support bins 55a and 55b (other support parts are not shown) for supporting the vibrating body 92 are arranged at that position.

本変形例の振動体を用いた超音波モータは、上記変形例
を用いたものと同様、効率もよく、不快な可聴音等も発
生しない。なお、前述の第3実施例およびその変形例に
よる超音波モータにおいては、支持体を移動部材とし、
レール部材を固定支持するものとした。しかし、上記支
持体を固定支持し、レール部材を移動部材とした超音波
モータを提供することも勿論可能である。
The ultrasonic motor using the vibrating body of this modification has good efficiency and does not generate unpleasant audible sounds, like the motor using the above modification. In addition, in the ultrasonic motor according to the third embodiment and its modifications, the support is a moving member,
The rail member is fixedly supported. However, it is of course possible to provide an ultrasonic motor in which the support body is fixedly supported and the rail member is used as a moving member.

次に、本発明の第4実施例を示す超音波モータについて
第18図を用いて説明する。
Next, an ultrasonic motor showing a fourth embodiment of the present invention will be described using FIG. 18.

本実施例は、振動体106,109に圧接される接触部
材が円板状の移動体110である回転駆動型の超音波モ
ータに本発明を適用したものである。上記移動体110
を駆動する振動体106゜109はそれぞれ支持ピン1
05a、108aを有する屈曲振動子105,108お
よび縦振動子104.107とで構成される。そして、
上記縦振動子104.107はそれぞれ支持体(図示し
ない)を介して移動体110に圧接せしめられる。
In this embodiment, the present invention is applied to a rotary drive type ultrasonic motor in which the contact member pressed against the vibrating bodies 106 and 109 is a disk-shaped moving body 110. The moving body 110
The vibrating bodies 106 and 109 that drive the support pins 1 and
05a, 108a and longitudinal vibrators 104, 107. and,
The longitudinal vibrators 104 and 107 are pressed against the movable body 110 via supports (not shown).

また、上記移動体110は、軸受け111により移動体
110と一体の出力軸部110aで軸支して支持される
。その他、上記振動体106゜109は前述の各実施例
に用いられるものと同様の構造を有する。
Further, the movable body 110 is supported by a bearing 111 by an output shaft portion 110a that is integral with the movable body 110. In other respects, the vibrating bodies 106 and 109 have the same structure as that used in each of the embodiments described above.

以上のように構成された本実施例の超音波モータの動作
について説明すると、まず、振動体106.109の各
振動子にそれぞれ位相制御された交流電圧を印加して振
動を与え、移動体110を左または右回転駆動し出力軸
部110aにより負荷とする移動対象(図示せず)を駆
動せしめる。
To explain the operation of the ultrasonic motor of this embodiment configured as described above, first, a phase-controlled AC voltage is applied to each vibrator of the vibrating body 106 and 109 to give vibration, and the movable body 110 is rotated to the left or right to drive a moving object (not shown) as a load using the output shaft portion 110a.

本実施例によれば、同様に、高効率を有し、更に安定し
た特性を有する回転型の超音波モータを提供することが
できる。なお、本実施例においては二つの振動体106
,109を用いたが、他に一つの振動体のみを用いて超
音波モータを構成することも可能である。
According to this embodiment, it is also possible to provide a rotary ultrasonic motor having high efficiency and stable characteristics. Note that in this embodiment, two vibrating bodies 106
, 109 are used, but it is also possible to configure the ultrasonic motor using only one other vibrating body.

[発明の効果] 以上述べたように、本発明によれば、屈曲振動子によっ
て発生する定在波振動の節線上に縦振動子を設け、屈曲
振動子と縦振動子との伸縮タイミングを調整することに
より、縦振動子先端に接した接触部材を移動できるよう
にしたものなので、タイミング変換によって移動方向を
調整でき、電圧制御により駆動力を調整できる。しかも
、この制御が容易であり、また屈曲振動子は共振状態で
、縦振動子は非共振状態でそれぞれ駆動されるので屈曲
振動子と縦振動子の共振周波数を合わせこむ必要がなく
製作も容易にできる。そして、屈曲振動子と厚さの薄い
縦振動子のみで振動体を構成でき、非常に小型で薄形の
モータを得ることができる等の数々の顕著な効果が発揮
される。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, the vertical vibrator is provided on the nodal line of the standing wave vibration generated by the bending vibrator, and the timing of expansion and contraction of the bending vibrator and the longitudinal vibrator is adjusted. By doing so, the contact member in contact with the tip of the vertical vibrator can be moved, so the moving direction can be adjusted by timing conversion, and the driving force can be adjusted by voltage control. Moreover, this control is easy, and since the flexural oscillator is driven in a resonant state and the longitudinal oscillator is driven in a non-resonant state, there is no need to match the resonance frequencies of the flexural oscillator and the longitudinal oscillator, making manufacturing easy. Can be done. Moreover, the vibrating body can be configured only with a bending vibrator and a thin vertical vibrator, and a number of remarkable effects such as being able to obtain a very small and thin motor are exhibited.

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

第1図は、本発明の第1実施例を示す超音波モータの側
断面図、 第2図(A) 、 (B)は、本発明の超音波モータに
使用される振動体の側面図と振動状態を示す作用図、第
3図は、上記第2図(A)における圧電素子と縦振動子
への交流電圧を印加する際の配線方性の一例と、このと
きの分極方向の状態を示す線図、第4図と第5図は、上
記第1図における超音波モータの正面図と斜視図、 第6図は、上記第1図における屈曲振動子に励起された
3次の屈曲振動状態を示す線図、第7図(A) 、 (
B)は、上記第1図における振動体の側面図と正面図、 第8図(A) 、 (B) 、 (C)は、上記第1図
における屈曲振動子、第1の縦振動子、第2の縦振動子
のそれぞれに印加する交流電圧の位相を示す波形図、第
9図(A) 、(B) 、(C) 、 (D) 、 (
E) 、 (P) 、 (G) 、 (+1)は、上記
第1図における振動体に、上記第8図(A〉。 (B) 、 (C)に示す交流電圧を印加したときのリ
ニアレールに対する振動体の動きを説明する作用図、第
10図(A) 、 (B)は、上記第1実施例における
縦振動子の振動振幅が零で、屈曲振動子の屈曲振動のみ
が発生しているときの振動体の動作を示す作用図、第1
0図(C) 、 (D)は、縦振動子の先端の軌跡を示
す線図で、第10図(A) 、 (C)は屈曲振動振幅
が大きい場合を、第10図(B) 、 (D)は屈曲振
動振幅が小さい場合をそれぞれ示す図、第11図(A)
 、 (B)は、上記第1実施例において、振動体を固
定してリニアレールが移動するようにした変形例の正面
図と側面図、 第12図(A) 、 (B)は、本発明の第2実施例を
示す超音波モータの正面図と側面図で、第12図・(C
)はこの第2実施例の振動状態の作用図、第13図(A
)、(B)は、本発明の超音波モータを、例えばカメラ
のレンズ鏡筒に適用した場合の応用例におけるレンズ鏡
筒の断面図とX−X線に沿う断面図、 第14図(A)は、本発明の第3実施例を示す超音波モ
ータの要部縦断面図、 第14図(B)は、上記第14図(A)(7)X−X断
面図、 第15図は、上記第14図(A)、<8)の第3実施例
の変形例を示す振動体の要部側面図、第16図は、上記
第14図(A)の第3実施例の別の変形例を示す振動体
の要部側面図、第17図は、上記第14図(A)の第3
実施例の更に別の変形例を示す振動体の要部側面図、第
18図は、本発明の第4実施例を示す超音波モータの要
部概略の斜視図、 第19図と第20図は、縦振動子の動作を説明する斜視
図で、第19図は従来の、第20図は積層型の、それぞ
れの縦振動子を示した図、第21図は、従来例の振動体
の要部側面図、第22図は、上記第21図の振動体の回
転慣性質量のバランス状態を示す図である。 2、82.89.72.92.108 、109・・・
・・・振動体1、 1 a、  IA、 61.71.
105.108 =−屈曲振動子6゜ 6A。 6a 56b。 7B。 96・・・・・・屈曲振動を与 える圧電素子 7゜ 55゜ 75゜ 95・・・・・・弾性体
FIG. 1 is a side sectional view of an ultrasonic motor showing a first embodiment of the present invention, and FIGS. 2(A) and (B) are side views of a vibrating body used in the ultrasonic motor of the present invention. FIG. 3, an action diagram showing the vibration state, shows an example of the wiring direction when applying an AC voltage to the piezoelectric element and the longitudinal vibrator in FIG. 2 (A) above, and the state of the polarization direction at this time. 4 and 5 are a front view and a perspective view of the ultrasonic motor shown in FIG. 1, and FIG. 6 shows the third-order bending vibration excited by the bending vibrator shown in FIG. 1. Diagram showing the state, Figure 7 (A), (
B) is a side view and a front view of the vibrating body in FIG. 1, FIGS. 8(A), (B), and (C) are the bending vibrator and first longitudinal vibrator in FIG. 1, Waveform diagram showing the phase of the AC voltage applied to each of the second longitudinal oscillators, FIG. 9 (A), (B), (C), (D), (
E), (P), (G), (+1) are the linear values when the AC voltage shown in Fig. 8 (A), (B), (C) is applied to the vibrating body shown in Fig. 1 above. FIGS. 10(A) and 10(B), which are action diagrams explaining the movement of the vibrating body with respect to the rail, show the case where the vibration amplitude of the longitudinal vibrator in the first embodiment is zero and only the bending vibration of the bending vibrator occurs. Action diagram showing the operation of the vibrating body when
0 (C) and (D) are diagrams showing the locus of the tip of the longitudinal vibrator. (D) is a diagram showing the case where the bending vibration amplitude is small, and FIG. 11 (A)
, (B) is a front view and a side view of a modification of the first embodiment in which the vibrating body is fixed and the linear rail is moved. FIG. 12 (C
) is an action diagram of the vibration state of this second embodiment, and Fig. 13 (A
), (B) are a cross-sectional view of a lens barrel and a cross-sectional view taken along line X-X in an application example in which the ultrasonic motor of the present invention is applied to a lens barrel of a camera, and FIG. 14 (A ) is a vertical cross-sectional view of a main part of an ultrasonic motor showing a third embodiment of the present invention, FIG. 14(B) is a cross-sectional view taken along line XX in FIG. , FIG. 14(A) above is a side view of the main part of the vibrating body showing a modification of the third embodiment shown in <8), FIG. FIG. 17, a side view of the main part of the vibrating body showing a modified example, is the same as the third part of FIG. 14(A) above.
FIG. 18 is a side view of a main part of a vibrating body showing still another modification of the embodiment, and FIGS. 19 and 20 are schematic perspective views of main parts of an ultrasonic motor showing a fourth embodiment of the present invention. 19 is a perspective view illustrating the operation of a vertical vibrator, FIG. 19 is a diagram showing a conventional vibrator, FIG. 20 is a diagram showing a laminated type vertical vibrator, and FIG. 21 is a diagram showing a conventional vibrator. A side view of the main part, FIG. 22, is a diagram showing a balanced state of the rotational inertial mass of the vibrating body shown in FIG. 21. 2, 82.89.72.92.108, 109...
... Vibrating body 1, 1 a, IA, 61.71.
105.108 =-Bending vibrator 6°6A. 6a 56b. 7B. 96...Piezoelectric element that gives bending vibration 7゜55゜75゜95...Elastic body

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)板状もしくは棒状の弾性体と、該弾性体に固定さ
れ、交流電圧を印加されることにより該弾性体に定在波
型の屈曲振動を起こす屈曲振動子と、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おり、上記屈曲振
動子により該節線を中心として揺動され、交流電圧を印
加されて上記屈曲振動の振幅方向に伸縮する縦振動子か
らなる振動体と、 上記縦振動子の先端面に圧接される接触部材と、 を具備し、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、上記振動体と接触部材とを相対移動
させることを特徴とする超音波モータ。
(1) A plate-shaped or rod-shaped elastic body, a bending vibrator that is fixed to the elastic body and causes standing wave type bending vibration in the elastic body by applying an alternating voltage, and a surface of the elastic body. a vibrating body comprising a longitudinal vibrator, which is provided on a nodal line of the bending vibration, is oscillated about the nodal line by the bending vibrator, and expands and contracts in the amplitude direction of the bending vibration when an alternating current voltage is applied; and a contact member pressed into contact with a tip end surface of the vertical vibrator, and by expanding and contracting the vertical vibrator in synchronization with the bending vibration, the vibrating body and the contact member are moved relative to each other. An ultrasonic motor featuring:
(2)上記振動体の支持部と上記縦振動子は、上記屈曲
振動の同一または異なる節を通り、かつ上記屈曲振動の
振幅方向に延びる直線上に配置されたことを特徴とする
請求項1記載の超音波モータ。
(2) The supporting part of the vibrating body and the longitudinal vibrator are arranged on a straight line passing through the same or different nodes of the bending vibration and extending in the amplitude direction of the bending vibration. Ultrasonic motor as described.
(3)上記縦振動子が設けられた屈曲振動子の反対側の
面には、これら縦振動子及び屈曲振動子の中立面を、上
記弾性体の略中心に一致させる付加質量体を設けたこと
を特徴とする、請求項1記載の超音波モータ。
(3) An additional mass body is provided on the opposite side of the bending vibrator to which the longitudinal vibrator is provided, so that the neutral plane of the longitudinal vibrator and the bending vibrator coincides with approximately the center of the elastic body. The ultrasonic motor according to claim 1, characterized in that:
(4)上記縦振動子は上記弾性体の厚み方向に積層され
た圧電素子で構成されたことを特徴とする、請求項1記
載の超音波モータ。
(4) The ultrasonic motor according to claim 1, wherein the longitudinal vibrator is composed of piezoelectric elements laminated in the thickness direction of the elastic body.
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