JPH0667229B2 - One-way rotation drive - Google Patents
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- JPH0667229B2 JPH0667229B2 JP62137396A JP13739687A JPH0667229B2 JP H0667229 B2 JPH0667229 B2 JP H0667229B2 JP 62137396 A JP62137396 A JP 62137396A JP 13739687 A JP13739687 A JP 13739687A JP H0667229 B2 JPH0667229 B2 JP H0667229B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、ロータリ型の超音波モータ(振動波モー
タ)などに応用可能な定在波によって駆動される一方向
回転駆動装置に関する。The present invention relates to a unidirectional rotation drive device driven by a standing wave, which is applicable to a rotary ultrasonic motor (vibration wave motor) and the like.
電歪素子や圧電素子に交番電圧を印加することにより発
生する超音波振動を、回転運動や直線運動に変換可能で
あることは知られており、こうして得られる運動を駆動
力として利用した超音波モータが各種提案されている。It is known that ultrasonic vibration generated by applying an alternating voltage to an electrostrictive element or a piezoelectric element can be converted into rotational movement or linear movement, and ultrasonic waves that use the movement thus obtained as a driving force. Various motors have been proposed.
この超音波モータは巻線コイルを必要としないため、こ
れまでの電磁モータに比べて、構造が簡単で小型化でき
る上に、低速回転時にも高トルクが得られるという利点
があり、近年注目されている。Since this ultrasonic motor does not require a winding coil, it has the advantages that it has a simple structure and can be downsized as compared with conventional electromagnetic motors, and it can obtain high torque even at low speed rotation. ing.
この種の超音波モータの代表としては以下のものがあ
る。The representatives of this type of ultrasonic motor are as follows.
(1) 棒状の振動体を振動させ、長さ方向に移動する
進行波を利用したモータ。(1) A motor using a traveling wave that vibrates a rod-shaped vibrating body and moves in the length direction.
(2) リング状の振動体に時間的・空間的に位相が異
なる2種類の定在波を発生させ、これらの定在波を合成
して進行波としたモータ。(2) A motor in which two types of standing waves having different phases in time and space are generated in a ring-shaped vibrating body, and these standing waves are combined into a traveling wave.
(3) 縦振動とねじり振動、あるいは縦振動と振動片
の横振動とを合成したモータ。(3) A motor that combines vertical vibration and torsional vibration, or vertical vibration and lateral vibration of a vibrating element.
(1)のモータは、棒状の振動体の端部に吸収体を設
け、端部での進行波の反射を打ち消すか、エネルギの帰
還系を設けなければならない。ところが、振動体の端部
に吸収体を設けても、吸収体に吸収された振動が熱に変
わり、効率を上げることができない。また、エネルギの
帰還系を設けると構造が複雑になってしまう。In the motor of (1), it is necessary to provide an absorber at the end of the rod-shaped vibrating body and cancel the reflection of the traveling wave at the end or provide an energy feedback system. However, even if an absorber is provided at the end of the vibrating body, the vibration absorbed by the absorber changes to heat, and the efficiency cannot be improved. Further, the structure becomes complicated when the energy feedback system is provided.
(2)のモータは、2種類の定在波を重ね合せるなど特
別の配慮が必要で、構成が複雑で効率良く制御すること
が難しい。The motor of (2) requires special consideration, such as superimposing two types of standing waves, and has a complicated structure and is difficult to control efficiently.
(3)のモータも2種類の振動を合成しなければなら
ず、構成が複雑で効率が悪かった。The motor of (3) also had to synthesize two types of vibrations, and had a complicated structure and poor efficiency.
この発明は、従来行なわれてきた進行波を使用した方法
や振動合成法とは異なった原理に基づき、振動体に与え
られた定在波を効率良く回転運動に変換できる一方向回
転駆動装置を得ることを目的とする。The present invention provides a one-way rotation drive device capable of efficiently converting a standing wave applied to a vibrating body into a rotational motion, based on a principle different from a method using a traveling wave and a vibration synthesis method that have been conventionally performed. The purpose is to get.
これまでの進行波モータの考えによれば、定在波は互い
に逆方向に進む波の重ね合わされたものであるため、両
方の波の強さが等しければ、物体を特定の方向に移動さ
せることはできない。According to the conventional idea of traveling wave motors, a standing wave is a superposition of waves traveling in opposite directions, so if the strength of both waves is equal, move the object in a specific direction. I can't.
しかし実験の結果、定在波は部分的に方向の異なる運動
能力を持っており、その特定の方向の運動能力だけを選
択すれば、物体を特定の方向に移動させることが可能で
あることが分かった。However, as a result of experiments, standing waves have movement abilities in different directions, and it is possible to move an object in a particular direction by selecting only the movement abilities in that particular direction. Do you get it.
即ち、弾性体などの振動体に屈曲定在波が励振されてい
る時、その腹部は振動体に対して直角な方向に振動し、
節部は振動体に対して平行な方向に振動するが、腹部、
節部を境として互いに逆向きの運動力が、また振動体の
一方の面内の任意の点と、その裏側の点とは同一方向の
運動能力が存在することが実験的に導き出される。That is, when a bending standing wave is excited in a vibrating body such as an elastic body, its abdomen vibrates in a direction perpendicular to the vibrating body,
The node vibrates in a direction parallel to the vibrating body, but the abdomen,
It is empirically derived that there are kinetic forces opposite to each other with the node as a boundary, and kinematic abilities in the same direction exist at an arbitrary point on one surface of the vibrating body and a point on the back side thereof.
そこでこの発明は、振動源により発生する振動の波長の
整数倍の長さを有する環状の振動体に発生する定在波の
節と腹との間の位置に、定在波の腹から節方向へ運動成
分を選び出す凸部などの抽出体を設け、この抽出体によ
って定在波の特定方向の運動成分を取り出し、抽出体に
接触するロータなどの接触体と振動体とを特定の方向に
相対的に回転させるようにしたものである。Therefore, the present invention provides a position between a node and an antinode of a standing wave generated in an annular vibrating body having a length that is an integral multiple of the wavelength of the vibration generated by the vibration source, from the antinode of the standing wave to the node direction. An extractor such as a convex portion that selects the motion component is provided, and the motion component in a specific direction of the standing wave is extracted by this extractor, and the contact body such as the rotor contacting the extractor and the vibrating body are relatively moved in a specific direction. It is designed to rotate.
前述のように定在波は部分的に方向の異なる運動能力を
持ち、その特定の方向の運動能力だけを選択すれば、物
体回転あるいは移動できることを発明者は知り得たが、
その裏付けとなる実験について説明する。As described above, the inventor has found that the standing wave partially has motion abilities in different directions, and if only the motion abilities in the specific direction are selected, the object can rotate or move.
The experiment that supports it will be described.
第1図のように板状の弾性体(厚さ15mm、幅10mm、長さ
250mmの真鍮棒)1をランジュバンの振動子などの振動
源2により振動(例えば励振周波数43.2KHz)させて、
弾性体1に屈曲定在波を生じさせると共に、弾性体1に
ローラ3を押し当て、その回転方向と位置の関係を調べ
た。As shown in Fig. 1, a plate-shaped elastic body (thickness 15 mm, width 10 mm, length
250mm brass rod) 1 is vibrated by a vibration source 2 such as a Langevin oscillator (excitation frequency 43.2KHz),
A bending standing wave was generated in the elastic body 1, the roller 3 was pressed against the elastic body 1, and the relationship between the rotation direction and the position was examined.
その結果、第2図(A)(B)のようにA〜H、A′〜
H′の位置で、回転方向が交互に変わることが分かっ
た。As a result, as shown in FIGS. 2A and 2B, A to H and A'to
It was found that the rotation direction changes alternately at the position H '.
一方、屈曲波の波長λを、 λ2=4π2(E/12ρ)1/2・b/ω の式から計算してみる。尚、Eはヤングの弾性率、ρは
棒の密度、bは棒の厚さ、ωは角周波数である。従っ
て、 (E/ρ)1/2=3480×103 (棒の縦振動の速度) b=5 ω=2π×4.32×104 により、 λ=26.9〔mm〕 となる。On the other hand, the wavelength λ of the bending wave will be calculated from the formula λ 2 = 4π 2 (E / 12ρ) 1/2 · b / ω. Here, E is Young's modulus, ρ is the density of the rod, b is the thickness of the rod, and ω is the angular frequency. Therefore, (E / ρ) 1/2 = 3480 × 10 3 (vertical vibration speed of the bar) b = 5 ω = 2π × 4.32 × 10 4 , and thus λ = 26.9 [mm].
この値と第1図とを比較すると、弾性体1の中央部では
ピッチがほぼ13mmとなっていて、λ/2に近いことが分
かる。Comparing this value with FIG. 1, it can be seen that the central portion of the elastic body 1 has a pitch of approximately 13 mm, which is close to λ / 2.
このことからローラ3の回転方向の変わる位置は、定在
波の節あるいは腹であると考えられ、次のように言うこ
とができる。From this, the position where the rotation direction of the roller 3 changes is considered to be the node or antinode of the standing wave, and can be described as follows.
ローラ3の回転方向は弾性体1の表と裏とでは反対であ
り、節から腹のλ/4の領域で回転は同一方向であり、
隣合う領域では回転方向が互いに逆になる。The rotation direction of the roller 3 is opposite between the front and back of the elastic body 1, and the rotation is the same in the region of λ / 4 from the node to the antinode,
The rotation directions are opposite to each other in the adjacent areas.
ここで、上記のことについて定性的な考察を行う。Here, a qualitative consideration is given to the above.
厚さ2e(eは板の厚さ1/2)の板に振動が厚み方向の
進行波 Uy=A・sin(ωt−kx) (k=2π/λ) として存在すると、波は進行方向成分 Ux=−e・Uy′=e・A・k・cos(ωt−kx) を伴い、進行波の各部は楕円運動する。If vibration is present as a traveling wave Uy = A · sin (ωt−kx) (k = 2π / λ) in the thickness direction on a plate with a thickness of 2e (e is a plate thickness of 1/2), the wave is a traveling direction component. With Ux = −e · Uy ′ = e · A · k · cos (ωt−kx), each part of the traveling wave makes an elliptic motion.
今、板に定在波が励振されているとして、厚み方向に振
動を Uy=Asinωt・sinkx …… とすると、進行波の場合と同様に式はX方向成分の振
動を伴い、 Ux=−e・Uy′=−e・A・k・sinωt・coskx…… となる。Now, assuming that a standing wave is excited in the plate, and the vibration in the thickness direction is Uy = Asinωt · sinkx ……, as in the case of a traveling wave, the equation is accompanied by vibration of the X-direction component, and Ux = −e・ Uy ′ =-e ・ A ・ k ・ sinωt ・ coskx ....
,式によると、板の定在波は弦(e=0)の定在波
と異なり、Uy=0の節は −e・A・k・sinωt でX方向に振動していることが分かる。また、 Uy/Ux=−(1/ek)tankx …… から、板の各部は傾きが(−tankx)/(ek)の直線振
動を行っていることになる。(第3図) 以上の考察をもとに板の定在波の振動の模様を考える
と、第4図のようになる。According to the equation, the standing wave of the plate is different from the standing wave of the string (e = 0), and it can be seen that the node of Uy = 0 vibrates in the X direction at −e · A · k · sinωt. Also, from Uy / Ux =-(1 / ek) tankx ..., it means that each part of the plate is performing linear vibration with inclination (-tankx) / (ek). (Fig. 3) Considering the vibration pattern of the standing wave of the plate based on the above consideration, it becomes as shown in Fig. 4.
第4図と前記の実験とを比較すると、ローラ3の回転方
向と振動方向とが対応していることが分かる。Comparing FIG. 4 with the above experiment, it can be seen that the rotation direction and the vibration direction of the roller 3 correspond to each other.
尚、以上の結果を仮定して環状の弾性体に進行波を励振
する場合を考え、上述の結果を検討してみる。環状の弾
性体に進行波を励振する場合は、空間的位置がλ/4ず
れた場所から位相がπ/2ずれた正弦波の定在波を合成
する。Considering the case where a traveling wave is excited in an annular elastic body assuming the above results, the above results will be examined. When exciting a traveling wave in an annular elastic body, a sine wave standing wave with a phase shift of π / 2 is synthesized from a spatial position shift of λ / 4.
sin(ωt−θ) =sinωt・cosθ−cosωt・sinθ =sinωt・cosθ+sin(ωt+π/2) ・cos(θ+π/2) 波長がλ/4ずれた定在波を重ね合わせると言うこと
は、第3図において右半分を左半分に重ね合わせること
であり、節Nと腹Lには全く同種の縦振動、横振動が重
ね合わされる。しかし、その点では必ずしも直交しない
2つの振動が重ね合わされることになる。sin (ωt-θ) = sinωt · cosθ-cosωt · sinθ = sinωt · cosθ + sin (ωt + π / 2) · cos (θ + π / 2) Overlapping standing waves with wavelengths λ / 4 shifted means the third In the figure, the right half is overlapped with the left half, and the same kind of longitudinal vibration and transverse vibration are superposed on the node N and the antinode L. However, at that point, two vibrations that are not necessarily orthogonal are superimposed.
2つの振動は時間的に位相がπ/2ずれるから、節Nと
腹Lとは位相がπだけ異なった同じ楕円運動をすること
がわかるが、その他の点も次に示すように同じ楕円運動
をしていることが分かる。Since the two vibrations are out of phase with each other by π / 2 in time, it can be seen that the node N and the antinode L have the same elliptical motion with a phase difference of π, but other points also have the same elliptic motion as shown below. You can see that
任意の点のX成分; −e・A・k・sinωt・coskx−e・A・k・sin(ω
t+π/2) ・cos(kx+π/2) =−e・A・k・sin(ωt−kx) 任意の点のY成分; Asinωt・sinkx+Asin(ωt+π/2)・sin(kx+π
/2) =Acos(ωt−kx) 即ち、屈曲定在波として,式を仮定しても、2種類
の定在波による進行波の合成が説明され、,式は実
際の振動に近いと考えられる。X component at any point; -e-A-k-sin ωt-coskx-e-A-k-sin (ω
t + π / 2) ・ cos (kx + π / 2) = -e ・ A ・ k ・ sin (ωt-kx) Y component at an arbitrary point; Asinωt ・ sinkx + Asin (ωt + π / 2) ・ sin (kx + π)
/ 2) = Acos (ωt-kx) That is, even if an equation is assumed as a bending standing wave, the synthesis of traveling waves by two types of standing waves is explained, and the equation is considered to be close to the actual vibration. To be
これまでの超音波モータは進行波型であれ、振動合成型
であれ、可動体との接点が楕円運動するように工夫され
てきたが、ここで述べている定在波型のモータでは、振
動は第3図のような直線振動によって可動体を駆動して
いるものと考えられる。Conventional ultrasonic motors, whether of the traveling wave type or the vibration synthesis type, have been devised so that the contact point with the movable body makes an elliptical motion.However, in the standing wave type motor described here, Is considered to drive the movable body by linear vibration as shown in FIG.
第3図のような直線振動によっても可動体を駆動できる
理由としては、超音波振動の加速度が極めて大きいため
に、可動体が振動に完全には追従できないことが考えら
れるが、これは超音波振動による摩擦の減少という現象
においても現れるものである。The reason why the movable body can be driven even by the linear vibration as shown in FIG. 3 is that the movable body cannot completely follow the vibration because the acceleration of ultrasonic vibration is extremely large. It also appears in the phenomenon of friction reduction due to vibration.
以上のことから、定在波は部分的に回転方向の異なる運
動能力を持っており、その特定の方向だけを選択すれ
ば、物体を特定の方向に移動させることが可能である。From the above, the standing wave has movement capabilities partially different in rotation direction, and it is possible to move the object in a specific direction by selecting only the specific direction.
〔第1の実施例〕 以下、この発明の第1の実施例(1つのロータを等速で
回転可能な超音波モータ)について、図面を参照して説
明する。[First Embodiment] A first embodiment of the present invention (an ultrasonic motor capable of rotating one rotor at a constant speed) will be described below with reference to the drawings.
この実施例の超音波モータは、第5図及び第6図に示す
ように図示してない軸を中心に回転自在の接触体(例え
ばロータ)74と、振動体(例えば弾性体リング)70と、
振動源(例えば圧電体リング)71及び高周波電源76とを
備えている。As shown in FIGS. 5 and 6, the ultrasonic motor of this embodiment includes a contact body (for example, a rotor) 74 rotatable about an axis (not shown), a vibrating body (for example, an elastic body ring) 70. ,
A vibration source (for example, a piezoelectric ring) 71 and a high frequency power source 76 are provided.
接触体71はアクリルなどの合成樹脂や金属板などにより
形成された円板やリング状のもので、振動体70に加圧接
触されている。The contact body 71 is a disc or ring formed of a synthetic resin such as acrylic or a metal plate, and is in pressure contact with the vibrating body 70.
振動体70は真鍮やアルミニウムなどの例えば金属性で、
屈曲定在波の特定の運動方向を選択するための抽出体
(例えば突起などの凸部)73(幅は角度にしてα)が、
第7図のように屈曲定在波Sの節Nと腹Lとの間(1/
4波長間)の位置に、1/4波長(λ/4)の奇数倍又
は偶数倍毎の領域、例えば励振される定在波の1/2波
長(λ/2)の間隔(角度にしてβ)で等間隔に複数設
けられている。The vibrating body 70 is made of metal such as brass or aluminum,
An extractor (for example, a convex portion such as a protrusion) 73 (width is an angle α) for selecting a specific moving direction of the bending standing wave,
As shown in FIG. 7, between the node N and the antinode L of the bending standing wave S (1 /
At a position of 4 wavelengths), a region for every odd multiple or even multiple of 1/4 wavelength (λ / 4), for example, an interval (in terms of angle) of 1/2 wavelength (λ / 2) of the standing wave to be excited. β) are provided at equal intervals.
即ち、定在波Sを1波長λ当たり腹Lと節Nの部分でλ
/4長さ毎に区切って第1〜第4の区間a1〜a4とし、奇
数番目の区間a1,a3あるいは偶数番目の区間a2,a4に抽出
体73が設けられている。従って、抽出体73のそれぞれの
間隔Pはλ/2に等しい。That is, the standing wave S is λ at the portion of the antinode L and the node N per wavelength λ.
The first to fourth sections a1 to a4 are divided by / 4 lengths, and the extractor 73 is provided in the odd-numbered sections a1 and a3 or the even-numbered sections a2 and a4. Therefore, the interval P of each of the extractors 73 is equal to λ / 2.
尚、振動体70は定在波Sの波長λの整数倍のリング長を
有する。また抽出体73の幅は定在波の1/4波長以下に
してある。The vibrating body 70 has a ring length that is an integral multiple of the wavelength λ of the standing wave S. Further, the width of the extractor 73 is set to be equal to or less than a quarter wavelength of the standing wave.
振動源71は、抽出体73の間隔と等間隔に交互に逆向きに
分極した圧電セラミックが添着され、振動体70に貼り付
けられている。尚、貼り付け位置は、抽出体73の付近に
定在貼の節がくるようにする。The vibration source 71 is attached to the vibrating body 70 by attaching piezoelectric ceramics polarized in opposite directions alternately at the same intervals as the extraction body 73. The pasting position is such that the node of the standing pasting is near the extract body 73.
このような構成において、この装置は次のように動作す
る。In such a configuration, the device operates as follows.
高周波電源76により振動源71に正弦波電圧をかけ、振動
体70に屈曲振動を起こし、例えばリング長が9波長の定
在波となるように励振した時、定在波の1/2波長毎に
等間隔で配置されている抽出体73の近傍に定在波の節N
が発生する。このため、複数の抽出体73には定在波の特
定方向の運動成分が伝達され、接触体74が一方向に回転
する。When a sinusoidal voltage is applied to the vibration source 71 by the high frequency power supply 76 to cause bending vibration in the vibrating body 70, for example, when the ring is excited so that the ring length becomes a standing wave of 9 wavelengths, every half wavelength of the standing wave Node N of the standing wave in the vicinity of the extraction body 73 arranged at equal intervals in
Occurs. Therefore, the motion component of the standing wave in the specific direction is transmitted to the plurality of extraction bodies 73, and the contact body 74 rotates in one direction.
以上説明した実施例によれば、振動体70に発生する屈曲
定在波Sを1波長λ当たり腹Lと節Nとの間でλ/4長
さ毎に区切って第1〜第4の区間a1〜a4とし、奇数番目
の区間a1,a3あるいは偶数番目の区間a2,a4に抽出体49を
設けたので、振動体70に定在波Sを励振させると、抽出
体73は第7図のように実線矢印方向に振動する。According to the embodiment described above, the bending standing wave S generated in the vibrating body 70 is divided by the λ / 4 length between the antinode L and the node N per wavelength λ, and the first to fourth sections are divided. Since a1 to a4 are set and the extractor 49 is provided in the odd-numbered sections a1, a3 or the even-numbered sections a2, a4, when the standing wave S is excited in the vibrating body 70, the extractor 73 causes the extractor 73 of FIG. It vibrates in the direction of the solid arrow.
この振動は振動体70の表面に平行な運動ベクトルを含ん
でいるため、抽出体73に当接している接触体74を回転さ
せることができる。Since this vibration includes a motion vector parallel to the surface of the vibrating body 70, the contact body 74 in contact with the extracting body 73 can be rotated.
即ち、1/4波長毎に逆向きに生じる運動成分の内、屈
曲定在波の特定方向の運動成分を選び取ることができ、
接触体74を一方向に回転させることができる。従って、
構造が簡単な定在波によるロータリ型の超音波モータを
実現できる。That is, it is possible to select the motion component in the specific direction of the bending standing wave from the motion components generated in the opposite directions for each quarter wavelength.
The contact body 74 can be rotated in one direction. Therefore,
It is possible to realize a rotary ultrasonic motor with a standing wave having a simple structure.
また、リング状の弾性体に屈曲進行波を励振した場合、
定在波を極力小さくするために、2種類の定在波を重ね
合わせるなどの特別の配慮が必要である。しかし、定在
波を積極的に使用したこの超音波モータではその必要が
ない。When a bending traveling wave is excited in a ring-shaped elastic body,
In order to make the standing wave as small as possible, special consideration is required, such as superimposing two types of standing waves. However, this is not necessary in this ultrasonic motor that positively uses the standing wave.
更に、従来のように2種類の超音波を発生させて合成す
る必要がないので、一種類の高周波電源76を使用するだ
けで、超音波モータを実現できる。Furthermore, since it is not necessary to generate and synthesize two types of ultrasonic waves as in the conventional case, an ultrasonic motor can be realized by using only one type of high frequency power supply 76.
〔第2の実施例〕 次に、この発明の第2の実施例(2つのロータの回転速
度が異なる超音波モータ)について、第8図及び第9図
を参照して説明する。[Second Embodiment] Next, a second embodiment of the present invention (an ultrasonic motor in which two rotors have different rotation speeds) will be described with reference to FIGS. 8 and 9.
この実施例の振動体(例えば弾性体リング)243は、屈
曲定在波の特定の運動方向を選択するための抽出体(例
えば突起などの凸部)249,250が、屈曲定在波の節と腹
との間(1/4波長間)の位置に、1/4波長の奇数倍
毎の領域a1、a3又は偶数倍毎の領域a2,a4、例えば励振
される定在波の1/2波長の間隔で等間隔に複数設けら
れている。In the vibrating body (for example, elastic body ring) 243 of this embodiment, the extraction bodies (for example, protrusions such as protrusions) 249 and 250 for selecting a specific motion direction of the bending standing wave are the nodes and antinodes of the bending standing wave. At intervals (between quarter wavelengths), areas a1 and a3 at odd multiples of quarter wavelength or areas a2 and a4 at even multiples of quarter wavelength, for example, an interval of half wavelength of the standing wave to be excited. Are provided at equal intervals.
尚、振動体243は定在波の波長の整数倍のリング長を有
する。また抽出体249,250の幅は定在波の1/4波長以
下で、抽出体249,250の幅にそれぞれ異ならせてある。The vibrating body 243 has a ring length that is an integral multiple of the wavelength of the standing wave. The widths of the extractors 249 and 250 are not more than a quarter wavelength of the standing wave and are different from the widths of the extractors 249 and 250.
更に、抽出体249,250にそれぞれ接する接触体(例えば
ロータ)241,242が同芯円上に設けられている。Further, contact bodies (for example, rotors) 241 and 242 that come into contact with the extraction bodies 249 and 250, respectively, are provided on the concentric circles.
また、振動源は第1の実施例と同様のものである。The vibration source is the same as that of the first embodiment.
従って、振動体243に屈曲振動を起こし、例えばリング
長が9波長の定在波となるように励振した時、定在波の
1/2波長毎に等間隔で配置されている抽出体249,250
の近傍に定在波の節が発生する。その際、抽出体249,25
0の幅が異なるので、抽出体249と抽出体250とでは一方
向の運動成分の抽出量が異なる。このため、接触体241
と接触体242とを同一方向へ回転させながら、回転速度
を異ならせることができる。Therefore, when bending vibration is generated in the vibrating body 243 and, for example, excitation is performed so that the ring length becomes a standing wave of 9 wavelengths, the extraction bodies 249 and 250 arranged at equal intervals for every 1/2 wavelength of the standing wave.
A node of a standing wave occurs near. At that time, extract 249,25
Since the width of 0 is different, the extraction amount of the unidirectional motion component is different between the extraction body 249 and the extraction body 250. Therefore, the contact body 241
The rotation speed can be different while rotating the contact body 242 and the contact body 242 in the same direction.
〔第3の実施例〕 次に、第3の実施例(2つのロータを互いに逆方向に回
転する超音波モータ)について、第10図及び第11図を参
照して説明する。Third Embodiment Next, a third embodiment (an ultrasonic motor that rotates two rotors in opposite directions) will be described with reference to FIGS. 10 and 11.
この実施例は、ロータである接触体114a,114bを同時に
正逆反対方向に回転させるロータリモータである。この
実施例における振動源は第1の実施例のものと同じであ
る。This embodiment is a rotary motor that simultaneously rotates the contact bodies 114a, 114b, which are rotors, in opposite directions. The vibration source in this embodiment is the same as that in the first embodiment.
このモータの振動体110には内側列の第1の抽出体113a
と外側列の第2の抽出体113bが同軸状に設けられてい
る。内側列の抽出体113aを振動源によって起こされる定
在波のλ/4区間のうち奇数番目a1,a3に位置付け、外
側列の抽出体113bを同λ/4区間のうち偶数番目a2,a4
に位置付ける。これによって振動体110に添着される1
つの振動源を励振駆動することで、互いに逆方向の回転
運動を2つの接触体114a,114bに同時に実行させること
ができる。The vibrating body 110 of this motor includes the first extractor 113a in the inner row.
And the second extractors 113b in the outer row are provided coaxially. The extractor 113a in the inner row is positioned at the odd-numbered a1, a3 of the λ / 4 section of the standing wave caused by the vibration source, and the extractor 113b in the outer row is the even-numbered a2, a4 in the same λ / 4 section.
Position. By this, 1 attached to the vibrating body 110
By driving the two vibration sources to excite, it is possible to cause the two contact bodies 114a and 114b to simultaneously perform rotational movements in mutually opposite directions.
以上、この発明の3つの実施例について説明したが、こ
の発明はこれら実施例に限定されるものではなく、例え
ば次のような変形が可能である。Although the three embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments, and the following modifications are possible, for example.
(1) 前記各実施例では接触体が回転する例を示した
が、接触体を固定して振動体を回転させても良い。即
ち、振動体と接触体とは相対的に回転するようになって
いれば良い。(1) In each of the above-described embodiments, the example in which the contact body rotates has been described, but the contact body may be fixed and the vibrating body may rotate. That is, it is sufficient that the vibrating body and the contact body rotate relative to each other.
(2) 抽出体として凸部を示したが、ローラや波状の
凹凸などでも良い。(2) Although the convex portion is shown as the extractor, it may be a roller or a wave-shaped irregularity.
(3) 前記各実施例の振動源は圧電セラミックなどの
圧電素子を環状に並べているが、圧電素子を適宜数だけ
振動体に添着しても良い。(3) In the vibration source of each of the above-described embodiments, piezoelectric elements such as piezoelectric ceramics are arranged in an annular shape, but an appropriate number of piezoelectric elements may be attached to the vibrating body.
(4) 前記各実施例では振動源としてランジュバンの
振動子や圧電セラミックを示したが、磁歪振動子などで
も良い。また、永久磁石や電磁磁石を利用して振動体を
振動させても良い。(4) Although the Langevin oscillator and the piezoelectric ceramic are shown as the vibration source in each of the embodiments, a magnetostrictive oscillator or the like may be used. Further, the vibrating body may be vibrated by using a permanent magnet or an electromagnetic magnet.
(5) 前記各実施例では抽出体を偶数番目あるいは奇
数番目の1/4波長の区間に位置させて1/2波長間隔
で配置したが、偶数番目あるいは奇数番目の規則に合致
していれば、必ずしも1/2波長間隔毎に配置する必要
はなく、例えば第12図のように振動体263に設けられた
抽出体269の間隔Pを1波長λ毎に設定しても良い。ま
た、抽出体269は効率などの問題を別にすれば等間隔に
設けなくても良い。即ち、変則的な間隔にしても良い。(5) In each of the above-mentioned embodiments, the extract bodies are located in the even-numbered or odd-numbered quarter wavelength sections and are arranged at 1/2 wavelength intervals. However, it is not always necessary to arrange at intervals of ½ wavelength, and for example, as shown in FIG. 12, the interval P of the extractors 269 provided on the vibrating body 263 may be set for each wavelength λ. Further, the extract bodies 269 may not be provided at equal intervals except for problems such as efficiency. That is, irregular intervals may be used.
(6) 第13図のように振動体273の表面の抽出体279は
原則的に定在波の1/4波長区間のうち節Nと腹Lを含
まない部分に設けることが望ましいが、仮想線279′で
示すように多少は腹L(あるいは節N)にはみ出す形態
も許容する。勿論この場合は、腹Lないし節Nからのは
み出し分は損失となる。(6) As shown in FIG. 13, the extractor 279 on the surface of the vibrating body 273 is, in principle, preferably provided in a portion that does not include the node N and the antinode L in the quarter wavelength section of the standing wave. As shown by 279 ', a shape slightly protruding to the belly L (or node N) is also allowed. Of course, in this case, the protruding portion from the belly L or the node N becomes a loss.
(7) 第14図の抽出体289は一部が所定の1/4波長
区間からはみ出しているが、勿論、この構造はこの発明
の思想に包括される。つまり、抽出体289は振動体283と
の結合部分Cが実質的に1/4波長以下であれば良い。
この構造は、抽出体289に接触する接触体との接触面積
が大きくなって摩擦力が高まるので、有効な場合があ
る。(7) The extract 289 of FIG. 14 partially protrudes from the predetermined quarter wavelength section, but of course, this structure is included in the concept of the present invention. That is, in the extractor 289, the coupling portion C with the vibrating body 283 may be substantially 1/4 wavelength or less.
This structure may be effective because the contact area with the contact body that contacts the extract body 289 is increased and the frictional force is increased.
(8) 第2,第3の実施例では、抽出体及び接触体を2
列設けたが、異なった幅や位置の抽出体を3列以上設け
て、1つあるいは複数の接触体を3速以上あるいは異な
る方向へ回転することも可能である。(8) In the second and third embodiments, the extraction body and the contact body are two.
Although provided in rows, it is also possible to provide three or more rows of extractors having different widths and positions and rotate one or more contact bodies in three or more speeds or in different directions.
(9) 前記各実施例では一方向回転駆動装置として超
音波モータを示したが、自動焦点カメラの焦点調整や、
テープレコーダやフロッピーディスク駆動装置など磁気
記録媒体を使うエレクトロニクス製品、産業用ロボット
や工作機械などの精密位置決め装置にも応用可能であ
る。(9) In each of the above embodiments, the ultrasonic motor is shown as the one-way rotation driving device.
It can also be applied to electronic products that use magnetic recording media such as tape recorders and floppy disk drives, and precision positioning devices such as industrial robots and machine tools.
また、前記各実施例では接触体としてのロータを備えた
超音波モータを示したが、一方向回転装置としては必ず
しも接触体を備えていなくても良く、紙やカード、回転
させる必要のある物などに抽出体を接触させて回転させ
るようにすることもできる。Further, in each of the above embodiments, the ultrasonic motor provided with the rotor as the contact body is shown, but as the one-way rotation device, the contact body may not necessarily be provided, and the paper, the card, or the object that needs to be rotated. It is also possible to bring the extract into contact with, for example, to rotate.
従ってこの場合には、紙やカードが接触体に相当する。
このため、紙送り装置やカード送り装置などにも応用で
きる。Therefore, in this case, the paper or the card corresponds to the contact body.
Therefore, it can be applied to a paper feeding device, a card feeding device, and the like.
この発明は、特定周波数の振動を発生する振動源と、こ
の振動源により励振され、前記振動源により発生する振
動の波長の整数倍の長さを有する環状の振動体と、この
振動体に発生する定在波の節と腹との間に前記振動体と
前記接触体とに接触して設けられ、前記振動体に発生し
た定在波の腹から節方向への運動成分を選び出して前記
接触体に伝達する抽出体とを有し、前記接触体を前記振
動体に対して相対的に一方向へ回転させる一方向回転駆
動装置において、前記抽出体は前記振動体に対して複数
列設けられ、前記接触体は前記複数列の抽出体に対して
列毎に設けられていると共に、前記抽出体は列毎に任意
の位置に設けられ、振動体側基部の移動方向の幅が列毎
に任意に設定されているため、複数の接触体を一方向に
回転することができると共に、接触体毎に移動速度や駆
動力を設定することができる。The present invention relates to a vibration source that generates a vibration of a specific frequency, an annular vibration body that is excited by the vibration source and has a length that is an integral multiple of the wavelength of the vibration generated by the vibration source, and that is generated in this vibration body. The contact body is provided between the node and the antinode of the standing wave in contact with the vibrating body and the contact body, and selects the motion component in the nodal direction from the antinode of the standing wave generated in the vibrating body. A unidirectional rotation drive device for rotating the contact body in one direction relative to the vibrating body, wherein the extracting body is provided in a plurality of rows with respect to the vibrating body. The contact body is provided for each row with respect to the plurality of rows of extractors, the extractor is provided at an arbitrary position for each row, and the width in the moving direction of the vibrating body side base is arbitrarily provided for each row. Since it is set, it is possible to rotate multiple contact bodies in one direction. Rutotomoni, it is possible to set the moving speed and the driving force for each contact member.
第1図〜第4図はこの発明の原理を説明するための図
で、第1図及び第2図(A)(B)が弾性体を定在波で
励振した場合のローラの回転方向と位置の関係の説明
図、第3図及び第4図が定在波の振動の模様を示す波形
図である。 第5図〜第7図はこの発明の第1の実施例を示す図であ
る。 第8図及び第9図はこの発明の第2の実施例を示す図で
ある。 第10図及び第11図はこの発明の第3の実施例を示す図で
ある。 第12図〜第14図はこの発明の変形例を示す図である。 70……振動体、71……振動源、73……抽出体、74……接
触体、76……高周波電源、110……振動体、113a,113b…
…抽出体、114a,114b……接触体、241,242……接触体、
243……振動体、249,250……抽出体1 to 4 are views for explaining the principle of the present invention, and FIGS. 1 and 2 (A) and (B) show the rotation direction of the roller when the elastic body is excited by a standing wave. FIG. 3 and FIG. 4 are explanatory diagrams of the positional relationship, and are waveform charts showing the vibration pattern of standing waves. 5 to 7 are views showing the first embodiment of the present invention. 8 and 9 are diagrams showing a second embodiment of the present invention. 10 and 11 are views showing a third embodiment of the present invention. 12 to 14 are views showing modified examples of the present invention. 70 …… Vibrator, 71 …… Vibration source, 73 …… Extractor, 74 …… Contact body, 76 …… High frequency power supply, 110 …… Vibrator, 113a, 113b…
… Extracted bodies, 114a, 114b …… Contact bodies, 241,242 …… Contact bodies,
243 …… Vibrator, 249,250 …… Extractor
Claims (1)
の振動源により励振され、前記振動源により発生する振
動の波長の整数倍の長さを有する環状の振動体と、この
振動体に発生する定在波の節と腹との間に前記振動体と
前記接触体とに接触して設けられ、前記振動体に発生し
た定在波の腹から節方向への運動成分を選び出して前記
接触体に伝達する抽出体とを有し、前記接触体を前記振
動体に対して相対的に一方向へ回転させる一方向回転駆
動装置において、 前記抽出体は前記振動体に対して複数列設けられ、前記
接触体は前記複数列の抽出体に対して列毎に設けられて
いると共に、 前記抽出体は列毎に任意の位置に設けられ、振動体側基
部の移動方向の幅が列毎に任意に設定されていることを
特徴とする一方向回転駆動装置。1. A vibration source that generates vibration of a specific frequency, an annular vibration body that is excited by the vibration source and has a length that is an integral multiple of the wavelength of the vibration generated by the vibration source, and the vibration body. The standing wave generated is provided between the node and the antinode in contact with the vibrating body and the contact body, and the contact component is selected by selecting a motion component in the nodal direction from the antinode of the standing wave generated in the vibrating body. A unidirectional rotation drive device that has an extractor that is transmitted to a body and that rotates the contact body in one direction relative to the vibrating body, wherein the extractor is provided in a plurality of rows for the vibrating body. , The contact body is provided for each row with respect to the plurality of rows of extractors, the extractor is provided at an arbitrary position for each row, and the width in the moving direction of the vibrating body side base is arbitrary for each row. The one-way rotation drive device is set to.
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