JPH04279A - Ultrasonic motor - Google Patents
Ultrasonic motorInfo
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Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
本発明は、圧電セラミックスからなるランジュバン素子
と移動子からなる超音波モータに関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to an ultrasonic motor comprising a Langevin element made of piezoelectric ceramics and a mover.
(従来の技術)
現在、一般に用いられている電気モータは、電磁作用を
利用して駆動するものであり、その性能は、モータを構
成する磁性材料や伝導材料などの特性に依存するもので
ある。従って、それらの材料の改良により、性能の向上
は、望めるものの、もはや、飛躍的な向上は期待できな
いか、向上はあっても、その程度が微小であるのが寞情
であるこれに対して、最近、新アクチュエータの一翼を
担うものとして、超音波モータが着目されている。超音
波モータは、振動子から出る超音波エネルギーをモータ
の駆動方式とする形式のものである。(Prior Art) Electric motors commonly used today are driven using electromagnetic action, and their performance depends on the characteristics of the magnetic and conductive materials that make up the motor. . Therefore, although it is possible to improve performance by improving these materials, the reality is that dramatic improvements can no longer be expected, or even if improvements are made, the extent is very small. Recently, ultrasonic motors have been attracting attention as a new actuator. The ultrasonic motor is of a type in which the motor is driven by ultrasonic energy emitted from a vibrator.
このような超音波モータとしては、例えば、研究論文「
超音波駆動モータの試作」 (応用物理51.713<
1982>:指田年生)には、以下のような超音波モー
タが記載されている。As such an ultrasonic motor, for example, research paper "
"Prototype production of ultrasonic drive motor" (Applied Physics 51.713<
1982>: Satoshi Sashida) describes the following ultrasonic motor.
モータの軸線方向と直交する方向に曲げ振動を発生する
圧電振動子の先端に、振動片を固定し、この振動片の先
端には、振動片の軸線方向に対して交差角度θをなす直
線上に一方向に回転する回転中心を位置させたロータを
配設しており、振動片の先端がロータの周縁と接触する
ようになっている。そして、圧電振動子に電源から電圧
を加えることにより、振動片が超音波振動してその先端
が周期的にロータに接触し、振動片とロータとの摩擦力
により、ロータを回転させるものである。A vibrating piece is fixed to the tip of a piezoelectric vibrator that generates bending vibration in a direction perpendicular to the axial direction of the motor. A rotor that rotates in one direction and whose rotation center is located at the center is disposed, and the tips of the vibrating pieces are in contact with the periphery of the rotor. By applying voltage from a power source to the piezoelectric vibrator, the vibrating piece vibrates ultrasonically, and its tip periodically contacts the rotor, causing the rotor to rotate due to the frictional force between the vibrating piece and the rotor. .
このように構成される超音波モータは、電気モータに比
べると、■)小型軽量化が可能、2)構造が簡単、3)
効率が高い、4)制御性が優れるなどの利点がある。Compared to electric motors, the ultrasonic motor configured in this way is: ■) Smaller and lighter, 2) Simpler in structure, and 3)
It has advantages such as high efficiency and 4) excellent controllability.
(発明が解決しようとする問題点)
しかしながら、このような超音波モータは、振動するス
テータの移動トルクをロータに伝達する手段が摩擦力に
よっているため、摺動面に摩耗や疲労が生じやすく耐久
性が低く、また効率が低下してしまうなどの問題があっ
た。(Problem to be solved by the invention) However, in such an ultrasonic motor, since the means of transmitting the moving torque of the vibrating stator to the rotor is by frictional force, the sliding surfaces are prone to wear and fatigue, and the durability is poor. There were problems such as low performance and reduced efficiency.
(l1題を解決するための手段)
本発明は、超音波振動する弾性振動子に発生したトルク
の移動子への伝達を、接触摩擦ではなく、振動子の先端
に取り付けられた一方向のみに回転するマイクロギアと
、前記マイクロギアと噛み合うギアを移動子に形成して
、双方のギアの噛み合わせによりトルクの伝達を行い、
前述の問題点を解決できる超音波モータに想到した。(Means for Solving Problem 1) The present invention transmits torque generated in an ultrasonic vibrating elastic transducer to a moving element not by contact friction but only in one direction attached to the tip of the transducer. A rotating micro gear and a gear that meshes with the micro gear are formed in a moving element, and torque is transmitted by meshing both gears,
We came up with an ultrasonic motor that can solve the problems mentioned above.
本発明は、圧電セラミックスからなるランジュバン素子
と移動子からなる超音波モータであって、前記ランジュ
バン素子は固定され、かつ先端部には、一方向にのみに
回転するマイクロギアを備え、前記移動子の長手方向も
しくは周囲に前記マイクロギアに噛み合うように設けら
れたらギアを備えていることを特徴とする超音波モータ
を提藁する。The present invention provides an ultrasonic motor consisting of a Langevin element made of piezoelectric ceramics and a mover, wherein the Langevin element is fixed and has a micro-gear that rotates only in one direction at its tip, and the mover An ultrasonic motor is provided, characterized in that the ultrasonic motor is provided with a gear provided in the longitudinal direction or around the micro-gear so as to mesh with the micro-gear.
(作用)
本発明の超音波モータは、ランジュバン素子からなる振
動子と移動子からなる超音波モータであって、振動子の
先端には、一方向のみに回転するマイクロギアが、また
移動子には、前記マイクロギアと噛み合ったギアが形成
されていることが必要である。(Function) The ultrasonic motor of the present invention is an ultrasonic motor consisting of a transducer made of a Langevin element and a moving element. At the tip of the transducer, a micro gear that rotates in only one direction is attached to the moving element. It is necessary that a gear that meshes with the micro gear is formed.
前記ランジュバン素子とは、主に圧電体と金属やセラミ
ンクスなどの弾性体を接合させたものを指し、圧電体の
振幅により弾性体が超音波振動するものである。このよ
うな構造にすると、圧電素子によって、超音波振動する
ランジュバン振動子のトルクが、ギアを介して移動子に
伝達されるため、移動子と振動子の摩擦による摩耗が極
めて少なくなり、前述の問題が、−挙に解決されるから
である。The Langevin element mainly refers to a device in which a piezoelectric body and an elastic body such as metal or ceramics are bonded together, and the elastic body vibrates ultrasonically due to the amplitude of the piezoelectric body. With this structure, the piezoelectric element transmits the torque of the Langevin vibrator that vibrates ultrasonically to the movable element via the gear, so wear due to friction between the movable element and the vibrator is extremely reduced, and the above-mentioned problem can be achieved. This is because the problem is solved in one go.
前記移動子は、いわゆるリニア型あるいは、回転型いず
れでもよい。The mover may be of either a so-called linear type or a rotary type.
前記移動子が、リニア型の場合は、移動子の長手方向に
、また回転型の場合は、前記移動子(ロータ)の円周の
外側、もしくは内側にマイクロギアに噛み合うギアを形
成することが必要である。If the mover is a linear type, a gear that meshes with the micro gear may be formed in the longitudinal direction of the mover, or if it is a rotary type, on the outside or inside of the circumference of the mover (rotor). is necessary.
また、本発明の振動子の先端の形成されるマイクロギア
は、一方向にのみ回転するため、移動子の移動、あるい
は回転方向は、一方向に限定されてしまう、このため、
2種類の振動子を組み合わせ、それぞれの振動子を必要
に応じて切り換えることにより、移動あるいは回転方向
を制御できる本発明で使用される圧電体は、水晶振動子
やPZT(チタン酸、ジルコン酸鉛)など種々の圧電体
を使用でき、印加する電圧の加振周波数は任意である。Further, since the micro gear formed at the tip of the vibrator of the present invention rotates only in one direction, the movement or rotation direction of the mover is limited to one direction.
The piezoelectric material used in the present invention, which can control the direction of movement or rotation by combining two types of oscillators and switching each oscillator as necessary, is a crystal oscillator or PZT (titanate, lead zirconate). ) can be used, and the excitation frequency of the applied voltage can be arbitrary.
次に実施例を記載し、駆動原理を説明する。Next, an example will be described and the driving principle will be explained.
実施例1 本実施例は、リニア型超音波モータに関する。Example 1 This embodiment relates to a linear type ultrasonic motor.
第1図は、本発明の側面図である。チタン酸ジルコン酸
鉛でできた分極済の圧電体1の側面にアルミニウム製の
棒2を接着して、ランジュバン振動子を形成した。FIG. 1 is a side view of the present invention. An aluminum rod 2 was adhered to the side surface of a polarized piezoelectric body 1 made of lead zirconate titanate to form a Langevin oscillator.
ついで、この素子の先端に一方向にのみ回転するマイク
ロギア3を取りつけ、このマイクロギア3と噛み合うギ
ア5が形成された移動子4を保持して、超音波モータを
得た。Next, a micro gear 3 that rotates in only one direction was attached to the tip of this element, and a mover 4 on which a gear 5 that meshed with the micro gear 3 was formed was held, thereby obtaining an ultrasonic motor.
この超音波モータの駆動原理を以下に説明する圧電体に
交流電圧を印加すると、圧電体は振動し、この振動が、
アルミニウム製の棒2により増幅され、ランジュバン振
動子の先端は大きく振幅する。このランジュバン振動子
の先端に取りつけられているマイクロギア3は、第1図
の矢印(実線)の方向にしか回転しない、振動子が伸び
るとマイクロギア3が変位するが、マイクロギア3は、
ギア5と噛み合っており、また、第1図の矢印方向にし
か回転しないため、マイクロギア3の変位量が、そのま
ま移動子4の変位量となる。また、振動子が縮むとき、
マイクロギア3は変位するが、ギア5と噛み合いながら
、第1図の矢印方向に回転するため、移動子4に対して
は何ら力は加わらない。従って、移動子4は慣性で進行
してい゛るか、静止しているかのいずれかである。The driving principle of this ultrasonic motor is explained below.When an AC voltage is applied to a piezoelectric body, the piezoelectric body vibrates, and this vibration
It is amplified by the aluminum rod 2, and the tip of the Langevin oscillator vibrates greatly. The micro gear 3 attached to the tip of this Langevin oscillator rotates only in the direction of the arrow (solid line) in Fig. 1.When the oscillator extends, the micro gear 3 is displaced;
Since it meshes with the gear 5 and rotates only in the direction of the arrow in FIG. 1, the amount of displacement of the micro gear 3 directly becomes the amount of displacement of the mover 4. Also, when the oscillator contracts,
Although the micro gear 3 is displaced, it rotates in the direction of the arrow in FIG. 1 while meshing with the gear 5, so no force is applied to the mover 4. Therefore, the mover 4 is either moving due to inertia or is stationary.
このような振動子の伸縮運動により第1図の破線の方向
に移動子4が運動する。Such expansion and contraction of the vibrator causes the mover 4 to move in the direction of the broken line in FIG.
実施例2 本実施例の超音波モータは、第2図に示す。Example 2 The ultrasonic motor of this embodiment is shown in FIG.
第2図は、移動子4の両側に直線状のギアを形成し、そ
れぞれに実施例1と同様のランジュバン振動子とマイク
ロギア3を組み合わせた振動子を設置することにより得
られた超音波モータである。FIG. 2 shows an ultrasonic motor obtained by forming linear gears on both sides of the mover 4 and installing a vibrator, which is a combination of a Langevin vibrator and a micro gear 3 similar to that in Example 1, on each side. It is.
二の超音波モータには、電磁石Ml、M2が取りつけら
れており、電磁石を作動させると、マイクロギア3は、
ギア5から離れるようになっており、作動させる電磁石
を選ぶことにより移動子4に作用する振動子を選択でき
る。このため、振動子LLを選択した場合、移動子4は
十の方向に、また振動子L2を選択した場合、移動子4
は−の方向に運動するため、移動方向の制御が可能であ
る。Electromagnets Ml and M2 are attached to the second ultrasonic motor, and when the electromagnets are activated, the micro gear 3
The vibrator is separated from the gear 5, and the vibrator that acts on the mover 4 can be selected by selecting the electromagnet to be activated. Therefore, when the transducer LL is selected, the movable element 4 is moved in the ten direction, and when the transducer L2 is selected, the movable element 4 is
Since it moves in the - direction, the direction of movement can be controlled.
実施例3 本実施例の超音波モータは、第3図に示す。Example 3 The ultrasonic motor of this embodiment is shown in FIG.
第3図は、第1図直線型の移動子4の代わりに回転型の
移動子4(ロータ)を使用した例である。FIG. 3 shows an example in which a rotary type mover 4 (rotor) is used in place of the linear type mover 4 shown in FIG.
実施例1と同様にランジュバン振動子が伸縮運動を行う
と回転型移動子は、第3図の矢印(破線)の方向に回転
する。As in the first embodiment, when the Langevin oscillator performs an expansion and contraction movement, the rotary mover rotates in the direction of the arrow (broken line) in FIG. 3.
実施例4 本実施例の超音波モータは、第4図に示す。Example 4 The ultrasonic motor of this embodiment is shown in FIG.
第4図は、回転型移動子4の円周の内側にギア5を形成
した例である。FIG. 4 shows an example in which the gear 5 is formed inside the circumference of the rotary mover 4.
実施例1と同様にランジュバン振動子が伸縮振動すると
、回転型移動子4は第4図の矢印(破線)で示した方向
に回転する。As in the first embodiment, when the Langevin oscillator undergoes expansion and contraction vibration, the rotary mover 4 rotates in the direction shown by the arrow (broken line) in FIG. 4.
(発明の効果)
本発明の超音波モータは、移動子に対するトルクの伝達
が、ギアを介して行われるため、これまでの摩擦力によ
り伝達する場合に比べて摩耗が少なく、また伝達損失が
少ないため、駆動効率が向上する。(Effects of the Invention) In the ultrasonic motor of the present invention, torque is transmitted to the movable element through gears, so there is less wear and less transmission loss than in the conventional case where torque is transmitted by frictional force. Therefore, driving efficiency is improved.
第1図は、リニア型超音波モータ 第2図は、移動方向の制御が可能な超音波モータ 4図は、回転型超音波モータ 圧電体 弾性体(金属棒) マイクロギア 移動子(ロータ) ギア 移動子支持用ギア Ll、 L2 Ml、M2 振動子(ランジュバン振動子と マイクロギアを組み合わせたも の) 電磁石 特許出願1 イビデン株式会社 代表者多賀心一部 NF2図 第3図 第2図 第4A Figure 1 shows a linear ultrasonic motor. Figure 2 shows an ultrasonic motor that can control the direction of movement. Figure 4 shows a rotary ultrasonic motor. piezoelectric body Elastic body (metal rod) micro gear Mover (rotor) gear Mover support gear Ll, L2 Ml, M2 Oscillator (Langevin oscillator and Combined with micro gear of) electromagnet Patent application 1 IBIDEN Co., Ltd. Representative: Shin Taga NF2 diagram Figure 3 Figure 2 4th A
Claims (1)
からなる超音波モータであって、前記ランジュバン素子
は固定され、かつ先端部には一方向にのみ回転するマイ
クロギアを備え、前記移動子の長手方向もしくは周囲に
前記マイクロギアに噛み合うよう設けられたギアを備え
ていることを特徴とする超音波モータ。An ultrasonic motor consisting of a Langevin element made of piezoelectric ceramics and a mover, the Langevin element being fixed and equipped with a micro gear that rotates in only one direction at the tip, and a micro gear that rotates in one direction only in the longitudinal direction or around the mover. An ultrasonic motor comprising a gear provided to mesh with the micro gear.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2098157A JPH04279A (en) | 1990-04-12 | 1990-04-12 | Ultrasonic motor |
Applications Claiming Priority (1)
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---|---|---|---|
JP2098157A JPH04279A (en) | 1990-04-12 | 1990-04-12 | Ultrasonic motor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JPH04279A true JPH04279A (en) | 1992-01-06 |
Family
ID=14212300
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2098157A Pending JPH04279A (en) | 1990-04-12 | 1990-04-12 | Ultrasonic motor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH04279A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4950311A (en) * | 1988-03-07 | 1990-08-21 | White Jr Donald H | Heaterless adsorption system for combined purification and fractionation of air |
-
1990
- 1990-04-12 JP JP2098157A patent/JPH04279A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4950311A (en) * | 1988-03-07 | 1990-08-21 | White Jr Donald H | Heaterless adsorption system for combined purification and fractionation of air |
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