JPH0340764A - Ultrasonic motor - Google Patents
Ultrasonic motorInfo
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- JPH0340764A JPH0340764A JP1173132A JP17313289A JPH0340764A JP H0340764 A JPH0340764 A JP H0340764A JP 1173132 A JP1173132 A JP 1173132A JP 17313289 A JP17313289 A JP 17313289A JP H0340764 A JPH0340764 A JP H0340764A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野]
本発明はOA機器等に用いられる圧電振動子の超音波振
動を用いたいわゆる超音波モータに関し、特に構造が簡
単な縦−捩り振動子型超音波モータに関する。[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a so-called ultrasonic motor that uses ultrasonic vibration of a piezoelectric vibrator used in OA equipment, etc., and particularly relates to a vertical-torsion vibrator type that has a simple structure. Regarding ultrasonic motors.
[従来の技術]
第8図は従来の縦−捩り振動子型超音波モータに用いら
れている縦−捩り複合振動子101の構造例の斜視図で
あり、圧電捩り振動子102および圧電縦振動子103
が金属中空円柱104を介して接合され、さらにこれら
の両側に金属中空円柱105及び106が接合されてい
る。[Prior Art] FIG. 8 is a perspective view of a structural example of a vertical-torsional composite vibrator 101 used in a conventional vertical-torsional vibrator type ultrasonic motor, in which a piezoelectric torsional vibrator 102 and a piezoelectric longitudinal vibration Child 103
are joined via a metal hollow cylinder 104, and metal hollow cylinders 105 and 106 are further joined on both sides thereof.
第9図は’J8図に示した縦−捩り複合振動子101を
用いて構成した超音波モータの構造例を示す斜視図であ
り、縦−捩り複合振動子101の一方の端部の中心に軸
107が立てられ、軸受け108により回転自在に支持
されたローター109がコイルバネ110及びナツト1
11により前記縦−捩り複合振動子101の端面に圧接
されている。FIG. 9 is a perspective view showing an example of the structure of an ultrasonic motor configured using the longitudinal-torsional compound vibrator 101 shown in FIG. A shaft 107 is erected, and a rotor 109 rotatably supported by a bearing 108 is attached to a coil spring 110 and a nut 1.
11 is pressed against the end face of the vertical-torsion composite vibrator 101.
第10図は第8図に示した圧電捩り振動子の構造例であ
り、リング状の圧電捩り振動子102は4個の扇形圧電
セラミックス板112が接合されて構成されている。各
々の扇形の圧電セラミックス板112は、第11図に示
すようにそれぞれ扇の弦の方向112aに分極処理が施
されており、扇形の圧電セラミックス板112の上下面
に電極を施し、上下電極間に直流電圧を印加すると扇形
の圧電セラミックス板には板厚と平行なすべり歪みが発
生する。FIG. 10 shows an example of the structure of the piezoelectric torsional vibrator shown in FIG. 8, and the ring-shaped piezoelectric torsional vibrator 102 is constructed by joining four fan-shaped piezoelectric ceramic plates 112. Each fan-shaped piezoelectric ceramic plate 112 is polarized in the chord direction 112a of the fan, as shown in FIG. When a DC voltage is applied to the fan-shaped piezoelectric ceramic plate, a sliding strain parallel to the plate thickness occurs.
第10図に示すように、4個の扇形の圧電セラミックス
板112がリング状に接合されている場合、各々の扇形
の圧電セラミックス板112に発生したすべり歪みは合
成されて、リングの上下面が捩じれるような捩り歪みと
なる。As shown in FIG. 10, when four fan-shaped piezoelectric ceramic plates 112 are joined in a ring shape, the sliding strain generated in each fan-shaped piezoelectric ceramic plate 112 is combined, and the upper and lower surfaces of the ring are It becomes a twisting distortion.
第10図に示した従来の圧電捩り振動子を作製する場合
は、まず、第12図に示すように、幅方向に分極処理さ
れた圧電セラミックス板113から超音波加工により扇
形の圧電セラミックス板を打ち抜いて第11図に示すよ
うな扇の弦の方向に分極された扇形の圧電セラミックス
板112を作り、これを4個接着して円板状に構成する
か、第13図(a)に示すように、厚さ方向に分極され
た圧電セラミックスのブロック114から、第13図(
b)に示すように分極方向が対角線の方向となるような
正四角柱115を切り出し、第13図(c)に示すよう
に、4本の正四角柱115を分極方向が閉じたループと
なるように重ねて接着し、第13図(d)に示すように
外周及び内周を中空円柱状に研磨した後、第13図(e
)に示すようにリング状に切断することにより形成して
いる。When manufacturing the conventional piezoelectric torsional vibrator shown in FIG. 10, first, as shown in FIG. 12, a fan-shaped piezoelectric ceramic plate is formed by ultrasonic processing from a piezoelectric ceramic plate 113 that has been polarized in the width direction. Punch out a fan-shaped piezoelectric ceramic plate 112 polarized in the direction of the chord of the fan as shown in FIG. 11, and then glue four pieces together to form a disk-like structure, as shown in FIG. 13(a). From the piezoelectric ceramic block 114 polarized in the thickness direction as shown in FIG.
As shown in b), cut out regular square prisms 115 so that the polarization direction is in the diagonal direction, and as shown in FIG. After gluing them together and polishing the outer and inner peripheries into a hollow cylindrical shape as shown in FIG. 13(d),
), it is formed by cutting it into a ring shape.
第14図は従来の圧電縦振動子103の一構造例であり
、両面に電極が施され、厚さ方向に分極された圧電セラ
ミックスリング116に電圧を印加し厚さ方向の振動(
縦振動と呼ぶ)を得るものである。FIG. 14 shows an example of the structure of a conventional piezoelectric vertical vibrator 103, in which a voltage is applied to a piezoelectric ceramic ring 116 that has electrodes on both sides and is polarized in the thickness direction, and vibrates in the thickness direction (
(called longitudinal vibration).
低い印加電圧で大きな振動振幅を得るために、第15図
のように薄い圧電セラミックスリング116′を複数個
積層して、圧電縦振動子103′を構成する場合もある
。In order to obtain a large vibration amplitude with a low applied voltage, a piezoelectric longitudinal vibrator 103' may be constructed by laminating a plurality of thin piezoelectric ceramic rings 116' as shown in FIG.
[発明が解決しようとする課題]
第10図に示した従来の圧電捩り振動子102において
は、複数個の圧電セラミックスが接着されて構成されて
いるため、接着による特性のばらつきが大きい。また、
第10図、第11図、第12図および第13図に示した
ように圧電捩り振動子102を得るための加工が複雑で
、コスト的にも非常に費用がかかるものであった。さら
に、捩り振動と縦振動を同時に得ようとした場合は第1
0図に示した圧電捩り振動子102と第14図又は第1
5図に示した圧電縦振動子103、または103′を接
着するため、やはり接着による特性のばらつきと接着コ
ストがかかるという問題があった。[Problems to be Solved by the Invention] Since the conventional piezoelectric torsional vibrator 102 shown in FIG. 10 is configured by bonding a plurality of piezoelectric ceramics, there are large variations in characteristics due to bonding. Also,
As shown in FIG. 10, FIG. 11, FIG. 12, and FIG. 13, the processing to obtain the piezoelectric torsional vibrator 102 is complicated and extremely expensive. Furthermore, when trying to obtain torsional vibration and longitudinal vibration at the same time, the first
The piezoelectric torsional vibrator 102 shown in FIG.
Since the piezoelectric longitudinal vibrator 103 or 103' shown in FIG. 5 is bonded, there are also problems of variations in characteristics due to bonding and high bonding costs.
そこで、本発明の技術的課題は、以上に示した従来の圧
電捩り振動子および縦−捩り複合振動子の欠点を除去し
、加工が簡単で、接着工程のない、ばらつきの少ない圧
電捩り振動子を提供し、これを用いた超音波モータを提
供することにある。Therefore, the technical problem of the present invention is to eliminate the drawbacks of the conventional piezoelectric torsional vibrators and longitudinal-torsional composite vibrators as described above, and to create a piezoelectric torsional vibrator that is easy to process, does not require a bonding process, and has little variation. and an ultrasonic motor using the same.
さらに、本発明の別の技術的課題は、捩り振動子の共振
周波数と縦振動子の共振周波数を合わせることが容易な
圧電縦−捩り複合振動子を用いた超音波モータを提供す
ることにある。Furthermore, another technical object of the present invention is to provide an ultrasonic motor using a piezoelectric longitudinal-torsional composite vibrator in which it is easy to match the resonance frequency of the torsional vibrator and the resonance frequency of the longitudinal vibrator. .
[課題を解決するための手段]
本発明によれば、圧電セラミックス中空円柱の外周面に
中心軸に交差し互いに平行に複数の斜め電極を形成し、
該複数の斜め電極により分極し、交流電圧を印加して、
両端に捩り振動を励起する圧電捩り振動子と、圧電縦振
動子の端面に金属材を接合して形成され、中心軸方向に
伸縮振動を励起する棒状のランジュバン型縦振動子とを
もち、前記圧電捩り振動子内に前記ランジュバン型縦振
動子を挿入した圧電縦−捩り複合振動子と、前記圧電縦
−捩り複合振動子の一端側に圧接されるローターとを備
え、前記ローターは、前記伸縮振動及び前記捩り振動を
該ローターの中心軸回りの回転運動に変換することを特
徴とする超音波モータが得られる。[Means for Solving the Problems] According to the present invention, a plurality of diagonal electrodes are formed on the outer peripheral surface of a piezoelectric ceramic hollow cylinder in parallel to each other and intersecting the central axis,
Polarized by the plurality of diagonal electrodes and applying an alternating current voltage,
It has a piezoelectric torsional vibrator that excites torsional vibration at both ends, and a rod-shaped Langevin type longitudinal vibrator that is formed by bonding a metal material to the end face of the piezoelectric vertical vibrator and excites stretching vibration in the central axis direction, A piezoelectric longitudinal-torsional composite vibrator in which the Langevin type longitudinal vibrator is inserted into a piezoelectric torsional vibrator, and a rotor that is pressed against one end side of the piezoelectric longitudinal-torsional composite vibrator, and the rotor is configured to expand and contract. An ultrasonic motor is obtained, which is characterized in that it converts vibrations and the torsional vibrations into rotational motion about the central axis of the rotor.
[作 用]
本発明の超音波モータは、圧電域−捩り複合振動子と、
ロータとを備えている。[Function] The ultrasonic motor of the present invention includes a piezoelectric region-torsion composite vibrator,
It is equipped with a rotor.
圧電域−捩り複合振動子は、圧電捩り振動子と棒状のラ
ンジュバン型縦振動子とをもち、この圧電捩り振動子内
にランジュバン型縦振動子が挿入されている。The piezoelectric region-torsion composite vibrator has a piezoelectric torsion vibrator and a rod-shaped Langevin type longitudinal vibrator, and the Langevin type longitudinal vibrator is inserted into the piezoelectric torsion vibrator.
圧電捩り振動子は、圧電セラミックス中空円柱の外周面
に中心軸に交差し互いに平行に複数の斜め電極を形成し
、該複数の斜め電極により分極し、交流電圧を印加して
、両端に捩り振動を励起する。A piezoelectric torsional oscillator has a plurality of diagonal electrodes formed on the outer peripheral surface of a piezoelectric ceramic hollow cylinder in parallel with each other and intersecting the central axis, polarized by the plurality of diagonal electrodes, and applied with an alternating current voltage to produce torsional vibration at both ends. excite.
棒状のランジュバン型縦振動子は、圧電捩り振動子と、
圧電縦振動子の端面に金属材を接合することにより構成
され、中心軸方向に伸縮振動を励起する。A rod-shaped Langevin-type vertical vibrator is a piezoelectric torsional vibrator,
It is constructed by bonding a metal material to the end face of a piezoelectric vertical vibrator, and excites stretching vibration in the direction of the central axis.
ローターは、この圧電域−捩り複合振動子一端側に圧接
され、これらの縦振動及び捩り振動をこのローターの中
心軸回りの回転運動に変換する。The rotor is pressed against one end of this piezoelectric region-torsion composite vibrator, and converts these longitudinal vibrations and torsional vibrations into rotational motion about the central axis of the rotor.
[実施例]
以下本発明の実施例について図面を用いて詳しく説明す
る。[Examples] Examples of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
第1図は本発明の実施例に係る超音波モータの構造を示
す斜視図である。後述するように、圧電捩り振動子21
内に、これと略等しい長さの圧電縦振動子27を挿入す
ることにより形成された圧電域−捩り複合振動子21.
27の一方の端部に、軸受け8により回転自在に支持さ
れたローター9をスプリング10を介して圧接して構成
する。FIG. 1 is a perspective view showing the structure of an ultrasonic motor according to an embodiment of the present invention. As described later, the piezoelectric torsional vibrator 21
A piezoelectric region-torsion composite vibrator 21 is formed by inserting a piezoelectric longitudinal vibrator 27 of approximately the same length into the piezoelectric region-torsion composite vibrator 21.
A rotor 9 rotatably supported by a bearing 8 is pressed into contact with one end of the rotor 27 via a spring 10.
圧電縦振動子27は圧電捩り振動子内の捩り振動の共振
の節の位置となる支持枠30て支持固定することが可能
であり、安定な支持をすることができる。The piezoelectric vertical vibrator 27 can be supported and fixed at the support frame 30, which is the position of the resonance node of torsional vibration within the piezoelectric torsional vibrator, and can be stably supported.
第2図(a) 、(b) 、(c)及び(d)は本発明
の実施例に係る超音波モータに用いる圧電捩り振動子の
動作原理の説明図である。FIGS. 2(a), (b), (c) and (d) are explanatory views of the operating principle of a piezoelectric torsional vibrator used in an ultrasonic motor according to an embodiment of the present invention.
第2図(a)において、圧電セラミックス板17の一方
の面には互いに交差する複数個の第1及び第2の指電極
18.19が形成され、それぞれ一つおきに第1及び第
2の接続電極18’、19’に接続され、交差指電極を
形成している。In FIG. 2(a), a plurality of first and second finger electrodes 18, 19 are formed on one surface of the piezoelectric ceramic plate 17, and the first and second finger electrodes 18, 19 intersect with each other. It is connected to the connecting electrodes 18' and 19' to form interdigital electrodes.
第2図(b)において破線の矢印はこのような交差指電
極を用いて分極処理を施したときの分極の向きを示して
おり、第2図(e) 、 (d)は第2図(b)のよう
に分極処理された圧電セラミックス板17に直流電圧を
印加した場合に発生する歪みの状態を示しており、実線
の矢印は電界の向きを示している。In Fig. 2(b), the dashed arrow indicates the direction of polarization when polarization processing is performed using such interdigital electrodes, and Fig. 2(e) and (d) indicate the direction of polarization in Fig. It shows the state of distortion that occurs when a DC voltage is applied to the polarized piezoelectric ceramic plate 17 as shown in b), and the solid arrow indicates the direction of the electric field.
第2図(C)に示すように、電圧の極性が分極時の電圧
の極性と同じ場合は分極の方向に伸び歪みが発生し、一
方、第2図(d)に示すように電圧の極性が分極時の電
圧の極性と逆の場合は分極の方向に縮み歪みが発生する
。As shown in Figure 2 (C), when the polarity of the voltage is the same as the polarity of the voltage during polarization, an elongation strain occurs in the direction of polarization, while as shown in Figure 2 (d), the polarity of the voltage If the polarity is opposite to the polarity of the voltage during polarization, shrinkage distortion occurs in the direction of polarization.
第3図は圧電セラミックス中空円柱20の両端面が図の
矢印のように捩じれている場合に、圧電セラミックス中
空円柱20の外周面に発生する歪みの状態を示しており
、圧電セラミックス中空円柱20の軸方向に対して45
″の角度の方向で、しかも破線で示す矢印の向きに伸び
縮みが発生し、これと−点鎖線の矢印で示す直角な方向
に縮み歪みが発生している。FIG. 3 shows the state of distortion that occurs on the outer peripheral surface of the piezoelectric ceramic hollow cylinder 20 when both end surfaces of the piezoelectric ceramic hollow cylinder 20 are twisted as shown by the arrows in the figure. 45 in the axial direction
Expansion and contraction occur in the direction of the angle ``, moreover, in the direction of the dashed arrow, and shrinkage distortion occurs in the direction perpendicular to this, as shown by the dashed-dotted arrow.
従って、第3図に示す圧電セラミックス中空円柱20の
外周面に、第2図で示したような第1及び第2の交差指
電極を、第3図に示すように交差指の方向が圧電セラミ
ックス中空円柱20の長さ方向に対して45″の角度と
なるように形成し、この第1及び第2の交差指電極を用
いて分極処理を行い、同じ交差指電極に直流電圧を印加
すると、電圧の極性が分極時の電圧の極性と同じ場合に
は、圧電セラミック中空円柱20は一方向に捩じれ、電
圧の極性が分極時の電圧の極性と逆の場合は逆方向に捩
じれる。Therefore, first and second interdigital electrodes as shown in FIG. 2 are placed on the outer peripheral surface of the piezoelectric ceramic hollow cylinder 20 shown in FIG. The hollow cylinder 20 is formed at an angle of 45'' with respect to the length direction, polarization is performed using the first and second interdigital electrodes, and a DC voltage is applied to the same interdigital electrodes. When the polarity of the voltage is the same as the polarity of the voltage during polarization, the piezoelectric ceramic hollow cylinder 20 is twisted in one direction, and when the polarity of the voltage is opposite to the polarity of the voltage during polarization, it is twisted in the opposite direction.
第4図は本発明の実施例に係る超音波モータに用いられ
る圧電捩り振動子の一例を示す斜視図である。この図に
おいて、圧電捩り振動子21は、圧電セラミックス中空
円柱20−の中央部分の外周面にこの圧電セラミックス
中空円柱20′長さ方向に対して45°の角度となるよ
うに延在し、互いに交差する複数の第1及び第2の斜め
電極22および23がこの電極の長さ方向に対して交差
する方向に交互に形成され、夫々この圧電セラミックス
中空円柱20″の周面両端に、円周方向に沿って第1及
び第2の共通電極22′および23′に接続されて、捩
り振動子21を形成している。FIG. 4 is a perspective view showing an example of a piezoelectric torsional vibrator used in an ultrasonic motor according to an embodiment of the present invention. In this figure, the piezoelectric torsion oscillators 21 extend on the outer peripheral surface of the center portion of the piezoelectric ceramic hollow cylinder 20- at an angle of 45° with respect to the length direction of the piezoelectric ceramic hollow cylinder 20', and mutually A plurality of intersecting first and second oblique electrodes 22 and 23 are formed alternately in a direction intersecting the length direction of the electrodes, and are arranged at both ends of the circumferential surface of the piezoelectric ceramic hollow cylinder 20''. It is connected to first and second common electrodes 22' and 23' along the direction to form a torsional vibrator 21.
第4図において、第1及び第2の共通電極22′および
23′間に直流高電圧を印加して、圧電セラミックス中
空円柱20′の第1及び第2の斜め電極の長さ方向に直
交する方向に分極処理を施した後、圧電複合振動子部2
1の共振周波数に等しい周波数の交流電圧を印加すれば
圧電セラミックス中空円柱20′は両端部が捩じれるよ
うに共振する。In FIG. 4, a high direct current voltage is applied between the first and second common electrodes 22' and 23', so that the electrodes are perpendicular to the length direction of the first and second diagonal electrodes of the piezoelectric ceramic hollow cylinder 20'. After polarization treatment in the direction, the piezoelectric composite vibrator section 2
When an alternating current voltage with a frequency equal to the resonance frequency of 1 is applied, the piezoelectric ceramic hollow cylinder 20' resonates so that both ends thereof are twisted.
第5図は本発明の実施例に係る超音波モータに用いられ
るランジュバン型縦振動子27の一橋造例を示す斜視図
である。この図において、ランジュバン型縦振動子27
は、円柱状の圧電縦振動子10Bの両端に、この圧電縦
振動子103と同径の金属円柱25.25の夫々の一端
を接合し、更に、金属円柱25.25の夫々の他端に、
この金属円柱よりも径の大きい共振周波数調整用の金属
円柱25”、25−を夫々接合して構成されている。FIG. 5 is a perspective view showing an example of a Hitotsubashi structure of a Langevin type longitudinal vibrator 27 used in an ultrasonic motor according to an embodiment of the present invention. In this figure, a Langevin type longitudinal oscillator 27
, one end of each metal cylinder 25.25 having the same diameter as this piezoelectric vertical vibrator 103 is joined to both ends of the cylindrical piezoelectric vertical vibrator 10B, and further, one end of each of the metal cylinders 25.25 is joined to the other end of each of the metal cylinders 25.25. ,
It is constructed by joining together metal cylinders 25'' and 25- for resonance frequency adjustment, which have a larger diameter than this metal cylinder.
尚、金属円柱25と共振周波数調整用の金属円柱25′
とは一体形成したものでも良い。In addition, the metal cylinder 25 and the metal cylinder 25' for adjusting the resonance frequency
It may be formed integrally with.
このランジュバン型縦振動子は、超音波洗浄機や超音波
加工機に広く用いられている。特に、捩り振動子と同じ
長さで捩り振動子21の共振周波数とするためにランジ
ュバン型振動子の両端部近傍の直径を中央部分の直径よ
り太く構成している。This Langevin type longitudinal vibrator is widely used in ultrasonic cleaning machines and ultrasonic processing machines. In particular, in order to achieve the resonance frequency of the torsional oscillator 21 with the same length as the torsional oscillator, the diameter near both ends of the Langevin type oscillator is made larger than the diameter at the center.
本実施例の超音波モータは、この振動子の両端部の直径
を中央部より太くすると、付加質量の効果により同じ長
さの均一直径のランジュバン型振動子に比べて共振周波
数が低くなることを利用している。In the ultrasonic motor of this example, if the diameter of both ends of the vibrator is made larger than that of the center, the resonant frequency will be lower than that of a Langevin type vibrator of the same length and uniform diameter due to the effect of the added mass. We are using.
第6図は本発明の超音波モータに用いられる圧電縦−捩
り振動子の一例を示す斜視図である。FIG. 6 is a perspective view showing an example of a piezoelectric longitudinal-torsional vibrator used in the ultrasonic motor of the present invention.
この図において、圧電捩り振動子21の中空部分に、前
記ランジュバン型縦振動子27を配置し、前記圧電振動
子の長さ方向中央部の振動の節と、翁記縦振動子の長さ
方向中央部の振動の節を薄板状のリング28を用いて接
合している。この場合、圧電縦−捩り振動子の振動状態
は、振幅で表現すると第7図(a)に示すようになる。In this figure, the Langevin type vertical vibrator 27 is arranged in the hollow part of the piezoelectric torsional vibrator 21, and the vibration node at the center in the longitudinal direction of the piezoelectric vibrator and the longitudinal direction of the Okina vertical vibrator The vibration nodes in the center are connected using a thin plate-like ring 28. In this case, the vibration state of the piezoelectric longitudinal-torsional vibrator is expressed in terms of amplitude as shown in FIG. 7(a).
即ち、捩り振動及び縦振動ともに、圧電縦−捩り振動子
21゜27の中央部が振動の節となるように振動する。That is, in both torsional vibration and longitudinal vibration, the center part of the piezoelectric vertical-torsional vibrator 21°27 vibrates as a node of vibration.
第7図(a)から分かるように、圧電縦−捩り振動子2
1.27の両端部は、逆向きに捩じれる。As can be seen from FIG. 7(a), the piezoelectric longitudinal-torsional vibrator 2
Both ends of 1.27 are twisted in opposite directions.
また、縦振動に対しては、゛第7図(b)に示すように
、印加電圧の周波数を捩りの共振周波数と同じ周波数と
すると、圧電縦−捩り振動子21゜27の両端部は、捩
りの共振と同期して、長さ方向の伸縮振動(縦振動)を
する。従って、圧電縦−捩り振動子21.27の端部に
回転自在に支持されたロータを一定の弾性をもって圧接
すると縦振動子が浮力を、捩り振動子がトルクを夫々半
周期でロータに与え、ロータを回転させる。この場合に
捩り振動の印加電圧か縦振動印加電圧の位相を180”
変化させると回転の向きが逆転する。Regarding longitudinal vibration, as shown in FIG. 7(b), if the frequency of the applied voltage is the same as the torsional resonance frequency, both ends of the piezoelectric longitudinal-torsional vibrator 21 and 27 In synchronization with torsional resonance, it causes longitudinal vibration (longitudinal vibration). Therefore, when a rotor rotatably supported at the end of the piezoelectric longitudinal-torsional oscillator 21.27 is pressed with a certain elasticity, the longitudinal oscillator applies buoyancy and the torsional oscillator applies torque to the rotor in half a period, respectively. Rotate the rotor. In this case, the phase of the applied voltage for torsional vibration or longitudinal vibration is set to 180".
If you change it, the direction of rotation will be reversed.
[発明の効果コ
以上示したように、本発明によれば、超音波モータ用圧
電捩り振動子において、通常−船釣に適用されているプ
レス成型技術により容易に製造すること′が可能な圧電
セラミックス中空円柱を用いて、これらの外周面にこれ
も一般的な技術である電極印刷を施すことにより圧電捩
り振動子が得られるため、製造が容易で、接着工程や複
雑な加工工程による特性のばらつきの少ない圧電捩り振
動子が得られる。[Effects of the Invention] As shown above, according to the present invention, in a piezoelectric torsional vibrator for an ultrasonic motor, a piezoelectric torsion vibrator that can be easily manufactured by a press molding technique normally applied to fishing boats is used. Piezoelectric torsional oscillators can be obtained by using ceramic hollow cylinders and printing electrodes on their outer peripheral surfaces, which is also a common technique, so manufacturing is easy and the characteristics cannot be changed by bonding or complicated processing steps. A piezoelectric torsional vibrator with little variation can be obtained.
また、本発明によれば、圧電縦振動子として従来一般に
広く用いられているランジュバン型縦振動子を用い、更
に、両端部近傍の直径を中央部分の直径より太く構成す
ることにより、捩り振動子の長さと同じ長さで、しかも
、共振周波数も略等しくしすることが可能で、効率の高
い超音波モータが実現できる。Further, according to the present invention, a Langevin-type vertical vibrator, which has been widely used in the past as a piezoelectric vertical vibrator, is used, and the diameter near both ends is configured to be larger than the diameter of the central portion. It is possible to achieve a highly efficient ultrasonic motor with the same length and approximately the same resonance frequency.
第1図は本発明の実施例に係る超音波モータの構造例を
示す斜視図、第2図(a)、(b)。
(c)、(d)は交差指電極を用いて分極および電圧印
加を行った場合の歪みの発生状態の説明図、第3図は圧
電セラミックス中空円柱を捩ったときの歪みの発生状態
の説明図、第4図は本発明の実施例に係る圧電捩り振動
子の構造を示す斜視図、第5図は本発明の超音波モータ
に用いられるパイプ状ランジュバン型縦振動子の構造例
を示す斜視図、第6図は本発明の実施例に係る圧電縦−
捩り振動子の構造を示す一部切欠斜視図、第7図(a)
は第6図の圧電縦−捩り複合振動子の捩り変位の相対的
な大きさを示す図、第7図(b)は第6図の圧電縦−捩
り複合振動子の伸び変位の相対的な大きさを示す図、第
8図は従来の縦−捩すランジュバン型振動子の構造を示
す斜視図、第9図は従来の縦−捩り型超音波モータの構
造を示す斜視図、第10図は従来の捩り振動子の一構造
例を示す斜視図、第11図および第12図は従来の捩り
振動子の製造工程の一例の説明図、第13図(a)。
(b)、(c)、(d)、(e)は従来の捩り振動子の
製造工程の他の例の説明図、第14図は従来の縦振動子
の一構造例を示す斜視図、第15図は従来の縦振動子の
他の構造例を示す斜視図である。
図中、8・・・軸受け、9・・・ローター 10・・・
スプリング、17・・・圧電セラミックス板、18.1
9・・・指電極、18−.19−・・・接続電極、20
゜20=・・・圧電セラミックス中空円柱、21・・・
圧電縦振動子、27・・・圧電捩り複合振動子、22゜
23・・・斜め電極、22−.23−・・・共通電極、
27・・・ランジュバン型縦振動子、25・・・金属円
柱、25′・・・共振周波数調整用の金属円柱、28・
・・薄板状のリング、30・・・支持枠、101・・・
圧電縦−捩り複合振動子、102・・・圧電捩り振動子
、103.103−・・・圧電縦振動子、104゜10
5.106・・・金属中空円柱、107・・・軸、10
8・・・軸受、109・・・ローター 110・・・ス
プリング、111・・・ナツト、112・・・扇型圧電
セラミックス板、113,114・・・圧電セラミック
ス板、115・・・圧電セラミックス板角柱、1161
16゛・・・圧電セラミックスリング。
始9図
皺
鉄
第10図
第11図
第12図
(e)
第13図
嶋ト102FIG. 1 is a perspective view showing a structural example of an ultrasonic motor according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 2(a) and (b). (c) and (d) are explanatory diagrams of how distortion occurs when polarization and voltage are applied using interdigital electrodes, and Figure 3 shows how distortion occurs when a piezoelectric ceramic hollow cylinder is twisted. An explanatory diagram, FIG. 4 is a perspective view showing the structure of a piezoelectric torsional vibrator according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a structural example of a pipe-shaped Langevin type longitudinal vibrator used in the ultrasonic motor of the present invention. A perspective view, FIG.
Partially cutaway perspective view showing the structure of a torsional oscillator, FIG. 7(a)
is a diagram showing the relative magnitude of the torsional displacement of the piezoelectric longitudinal-torsional compound vibrator in FIG. 6, and FIG. 7(b) is a diagram showing the relative magnitude of the elongation displacement of the piezoelectric longitudinal-torsional compound vibrator in FIG. 8 is a perspective view showing the structure of a conventional vertical-torsional Langevin type vibrator; FIG. 9 is a perspective view showing the structure of a conventional vertical-torsional ultrasonic motor; FIG. 10 is a diagram showing the size. 11 is a perspective view showing an example of the structure of a conventional torsional oscillator, FIGS. 11 and 12 are explanatory diagrams of an example of the manufacturing process of the conventional torsional oscillator, and FIG. 13(a). (b), (c), (d), and (e) are explanatory diagrams of other examples of the manufacturing process of a conventional torsional oscillator, and FIG. 14 is a perspective view showing an example of the structure of a conventional longitudinal oscillator. FIG. 15 is a perspective view showing another structural example of a conventional longitudinal vibrator. In the figure, 8...Bearing, 9...Rotor 10...
Spring, 17... Piezoelectric ceramic plate, 18.1
9... finger electrode, 18-. 19-... Connection electrode, 20
゜20=...Piezoelectric ceramic hollow cylinder, 21...
Piezoelectric longitudinal vibrator, 27...Piezoelectric torsion composite vibrator, 22°23...Oblique electrode, 22-. 23-... common electrode,
27... Langevin type longitudinal vibrator, 25... Metal cylinder, 25'... Metal cylinder for adjusting resonance frequency, 28.
...Thin ring, 30...Support frame, 101...
Piezoelectric longitudinal-torsional composite vibrator, 102...Piezoelectric torsional vibrator, 103.103-...Piezoelectric longitudinal vibrator, 104°10
5.106...metal hollow cylinder, 107...shaft, 10
8... Bearing, 109... Rotor 110... Spring, 111... Nut, 112... Fan-shaped piezoelectric ceramic plate, 113, 114... Piezoelectric ceramic plate, 115... Piezoelectric ceramic plate Prismatic, 1161
16゛...Piezoelectric ceramic ring. Figure 9 Corrugated iron Figure 10 Figure 11 Figure 12 (e) Figure 13 Shimato 102
Claims (1)
し互いに平行に複数の斜め電極を形成し、該複数の斜め
電極により分極し、交流電圧を印加して、両端に捩り振
動を励起する圧電捩り振動子と、圧電縦振動子の端面に
金属材を接合して形成され、中心軸方向に伸縮振動を励
起する棒状のランジュバン型縦振動子とをもち、前記圧
電捩り振動子内に前記ランジュバン型縦振動子を挿入し
た圧電縦−捩り複合振動子と、 前記圧電縦−捩り複合振動子の一端側に圧接されるロー
ターとを備え、 前記ローターは、前記伸縮振動及び前記捩り振動を該ロ
ーターの中心軸回りの回転運動に変換することを特徴と
する超音波モータ。[Claims] 1. A plurality of diagonal electrodes are formed on the outer circumferential surface of a piezoelectric ceramic hollow cylinder in parallel with each other and intersecting the central axis, polarized by the plurality of diagonal electrodes, and an alternating voltage is applied to both ends. The piezoelectric torsion vibrator has a piezoelectric torsional vibrator that excites torsional vibration, and a rod-shaped Langevin type longitudinal vibrator that is formed by bonding a metal material to the end face of the piezoelectric vertical vibrator and excites stretching vibration in the central axis direction. A piezoelectric longitudinal-torsional composite vibrator in which the Langevin type longitudinal vibrator is inserted, and a rotor that is pressed against one end side of the piezoelectric longitudinal-torsional composite vibrator, and the rotor is configured to perform the stretching vibration and the torsional vibration. An ultrasonic motor characterized in that the torsional vibration is converted into rotational motion about the central axis of the rotor.
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|---|---|---|---|
| JP1173132A JP2691617B2 (en) | 1989-07-06 | 1989-07-06 | Ultrasonic motor |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1173132A JP2691617B2 (en) | 1989-07-06 | 1989-07-06 | Ultrasonic motor |
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| JPH0340764A true JPH0340764A (en) | 1991-02-21 |
| JP2691617B2 JP2691617B2 (en) | 1997-12-17 |
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ID=15954714
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Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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Citations (1)
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|---|---|---|---|---|
| JPS6318973A (en) * | 1986-07-08 | 1988-01-26 | Ngk Spark Plug Co Ltd | Ultrasonic driver |
-
1989
- 1989-07-06 JP JP1173132A patent/JP2691617B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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