JPH0667230B2 - Forward / reverse rotation drive - Google Patents
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- JPH0667230B2 JPH0667230B2 JP62137397A JP13739787A JPH0667230B2 JP H0667230 B2 JPH0667230 B2 JP H0667230B2 JP 62137397 A JP62137397 A JP 62137397A JP 13739787 A JP13739787 A JP 13739787A JP H0667230 B2 JPH0667230 B2 JP H0667230B2
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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正逆回
転駆動装置に関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a forward / reverse rotation drive device driven by a standing wave, which is applicable to a rotary ultrasonic motor (vibration wave motor) or 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正回転運動及び逆回転運動に変
換できる正逆回転駆動装置を得ることを目的とする。The present invention is based on a principle different from a method using a traveling wave and a vibration synthesis method which have been conventionally performed, and a standing wave applied to a vibrating body can be efficiently converted into a positive rotation motion and a reverse rotation motion. An object is to obtain a reverse rotation drive device.
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う運動
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, the standing waves have the ability to move partially in different directions, and it is possible to move an object in a certain direction by selecting only the ability to move in that particular direction. I understood.
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の運動
成分を選び出す凸部などの抽出体を設け、この抽出体が
選び出す運動成分の方向を選択手段により選択的に切り
換えて、抽出体に接触するロータなどの接触体と振動体
とを相対的に正逆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. The extractor such as a convex portion for selecting the motion component of is extracted, and the direction of the motion component selected by this extractor is selectively switched by the selecting means, so that the contact body such as a rotor and the vibrating body that come into contact with the extractor are relatively moved. It is designed to rotate forward and backward.
〔発明の原理〕 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
体を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。[Principle of the Invention] As described above, the standing wave has motion abilities that partially differ in direction, and the inventor has learned that an object can be rotated or moved by selecting only the motion abilities in that specific direction. But I will explain the experiment that supports it.
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 equation 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].
この地と第1図とは比較すると、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 ground 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、次にように言うこ
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は板の厚さの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 in a plate with a thickness of 2e (e is 1/2 of the plate thickness), the wave is in the traveling direction. With the component 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、厚み方向の振
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…, the equation is accompanied by the vibration in the X direction as in the case of the traveling wave, 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 follows that each part of the plate is performing linear vibration with an inclination of (-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 any 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.
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 the ultrasonic vibration is extremely large. It appears in the phenomenon of friction reduction due to.
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つのロータを正逆回
転させる超音波モータ)について、第5図〜第8図を参
照して説明する。[First Embodiment] A first embodiment of the present invention (an ultrasonic motor for rotating one rotor forward and backward) will be described below with reference to FIGS. 5 to 8.
この実施例における超音波モータは、第5図のように振
動体(例えば弾性体リング)80と、振動源(例えば圧電
体リング)81と、接触体(例えばロータ)84と、高周波
電源86と、選択手段例えば切り換えスイッチ87とを備え
ている。As shown in FIG. 5, the ultrasonic motor in this embodiment has a vibrating body (for example, an elastic ring) 80, a vibration source (for example, a piezoelectric ring) 81, a contact body (for example, a rotor) 84, a high frequency power supply 86. , And a selection switch 87, for example.
接触体84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80に加圧接
触されている。The contact body 84 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 80.
振動体80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)83(幅に角度にしてα)が、
屈曲定在波Sの節と腹との間(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 80 is made of metal such as brass or aluminum,
An extractor (for example, a convex portion such as a protrusion) 83 (a width is an angle α) for selecting a specific moving direction of the bending standing wave,
At a position between the node of the bending standing wave S and the antinode (between quarter wavelengths), a region of an odd multiple or even multiple of a quarter wavelength (λ / 4),
For example, a plurality of the standing waves to be excited are provided at equal intervals at an interval of ½ wavelength (λ / 2) (β in angle).
尚、振動体80は定在波Sa,Sbの波長λの整数倍のリング
長を有する。また抽出体83の幅は定在波の1/4波長以
下にしてある。The vibrating body 80 has a ring length that is an integral multiple of the wavelength λ of the standing waves Sa and Sb. The width of the extractor 83 is set to be equal to or less than a quarter wavelength of the standing wave.
振動源81は、1/2波長毎に逆方向に分極された第1の
圧電素子列Aと第2の圧電素子列Bのもつ環状の圧電セ
ラミックで、抽出体83の付近に定在波の節がくるように
振動体80に貼り付けられている。The vibration source 81 is a ring-shaped piezoelectric ceramic having the first piezoelectric element array A and the second piezoelectric element array B polarized in opposite directions for each half wavelength, and has a standing wave near the extractor 83. The knots are attached to the vibrating body 80.
この振動源81は第7図に示すように第1の圧電素子列A
に対して第2の圧電素子列Bをλ/4だけずらして配置
してある。即ち、振動体80の一部に極性を持たないλ/
4長さの未分極領域85を介在させて、それぞれがλ/2
間隔の圧電素子列A,Bを配設してある。This vibration source 81 is, as shown in FIG.
On the other hand, the second piezoelectric element array B is displaced by λ / 4. That is, a part of the vibrating body 80 has no polarity λ /
Λ / 2 each with an unpolarized region 85 of 4 lengths interposed.
Piezoelectric element rows A and B are arranged at intervals.
従って、第8図のように圧電素子列Aが発生する第1の
定在波Saを1波長λ当たり腹と節の部分でλ/4長さ毎
に区切って第1〜第4の区間a1〜a4とすると、第1の圧
電素子列Aの上に位置する振動体80の抽出体83は、第1
の定在波Saの奇数番目のλ/4区間a1,a3に位置してい
る。また、第2の圧電素子列B側の抽出体83も第1の圧
電素子列A側のものと同じλ/2位相関係に配列してあ
るため、第1の定在波Saの奇数番目のλ/4区間a1,a3
の位置している。これにより第1の圧電素子列Aを励振
するとロータである接触体84は右回りに回転する。Therefore, as shown in FIG. 8, the first standing wave Sa generated by the piezoelectric element array A is divided into λ / 4 lengths at the antinode and the node per wavelength λ, and the first to fourth sections a1 ~ A4, the extraction body 83 of the vibrating body 80 located on the first piezoelectric element array A is the first
Are located in the odd-numbered λ / 4 sections a1 and a3 of the standing wave Sa. Further, since the extraction bodies 83 on the second piezoelectric element array B side are also arranged in the same λ / 2 phase relationship as those on the first piezoelectric element array A side, the odd-numbered ones of the first standing wave Sa are arranged. λ / 4 section a1, a3
Is located. As a result, when the first piezoelectric element array A is excited, the contactor 84, which is the rotor, rotates clockwise.
一方、振動体80の抽出体83は総て第2の圧電素子列Bが
発生する第2の定在波Saの偶数番目のλ/4区間a2,a4
に位置しているため、第2の圧電素子列Bが励振すると
接触体84は左回りに回転する。On the other hand, all the extraction bodies 83 of the vibrating body 80 are even-numbered λ / 4 sections a2, a4 of the second standing wave Sa generated by the second piezoelectric element array B.
Since the second piezoelectric element array B is excited, the contact body 84 rotates counterclockwise.
また、第5図のように各圧電素子列A,Bには高周波電源8
6が切り換えスイッチ87を介して接続されており、スイ
ッチ87を切り換え選択することで、いずれか一方の圧電
素子列A,Bを励振することができ、これによって接触体8
4を任意方向に回転させることができる。In addition, as shown in FIG. 5, each piezoelectric element array A, B has a high frequency power source 8
6 is connected via a changeover switch 87, and either of the piezoelectric element rows A and B can be excited by switching and selecting the switch 87, whereby the contact body 8
4 can be rotated in any direction.
この実施例では第1の圧電素子列Aに対して第2の圧電
素子列Bの配列をλ/4ずらすための未分極領域85の線
対称に配置しているか、非対称位置であっても良い。即
ち、列Aの圧電素子の数と列Bの圧電素子の数を異なら
せても良い。In this embodiment, the non-polarized region 85 for shifting the arrangement of the second piezoelectric element array B with respect to the first piezoelectric element array A by λ / 4 may be arranged in line symmetry or may be asymmetrical. . That is, the number of piezoelectric elements in the row A and the number of piezoelectric elements in the row B may be different.
以上説明した実施例によれば、振動体80に発生する定在
波は、その腹部が振動体80に対して直角な方向に振動
し、節部が振動体80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存在す
る。According to the embodiment described above, the standing wave generated in the vibrating body 80 vibrates in the direction perpendicular to the vibrating body 80 at the antinode thereof, and vibrates in the direction parallel to the vibrating body 80 at the node. But
The abdomen and the knuckle are used as boundaries to have mutually opposite motor forces.
このため、振動源81を第1の圧電素子列As第2の圧電素
子列Bとに分割し、一種類の高周波電源86と圧電素子列
A,Bとをスイッチ87で選択的に切り換えることにより、
抽出体83の位置を変更することなく、正逆転可能な構造
の簡単な振動波モータを得ることができる。Therefore, the vibration source 81 is divided into the first piezoelectric element array As and the second piezoelectric element array B, and one type of high-frequency power source 86 and piezoelectric element array As.
By selectively switching A and B with the switch 87,
It is possible to obtain a simple vibration wave motor having a structure capable of forward and reverse rotation without changing the position of the extractor 83.
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振動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 vibration wave motor that positively uses the standing wave.
〔第2の実施例〕 次に、この発明の第2の実施例(2つのロータが互いに
逆方向に回転すると共に、両者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 rotate in mutually opposite directions and their rotation speeds are different from each other) will be described with reference to FIGS. 8 and 9. Will be described with reference to.
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 a position (between 1/4 wavelengths), areas a1 and a3 at odd multiples of 1/4 or areas a2 and a4 at even multiples, for example, at intervals of 1/2 wavelength of the standing wave excited. A plurality are provided at 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の幅を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 the widths of the extractors 249 and 250 are made different.
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.
尚、振動源及び選択手段は第1の実施例と同様のもので
ある。The vibration source and the selection means are the same as those in 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.
また、選択手段を切り換えると、接触体241,242が共に
逆転させることができる。Further, by switching the selection means, both contact bodies 241 and 242 can be reversed.
〔第3の実施例〕 次に、この発明の第3の実施例(2つのロータを正逆反
対方向に回転すると共に、両者を逆転可能な超音波モー
タ)について、第10図及び第11図を参照して説明する。[Third Embodiment] FIGS. 10 and 11 of a third embodiment of the present invention (an ultrasonic motor capable of rotating two rotors in opposite directions and reversing them). Will be described with reference to.
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及び選択手段も、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 and 114b, which are rotors, in opposite directions. The vibration source and selecting means in this embodiment are also the same as those 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を震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.
また、選択手段を切り換えると、接触体114a,114bを異
なる方向に逆転できる。Further, by switching the selection means, the contact bodies 114a and 114b can be reversed in different 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) 前記各実施例では励振源として圧電セラミック
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) In each of the above-described embodiments, the piezoelectric ceramic is shown as the excitation source, but 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13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. 13, the interval P of the extraction bodies 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14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. 14, it is desirable that the extractor 279 on the surface of the vibrating body 273 is provided in a portion that does not include the node N and the antinode L in the quarter wavelength section of the standing wave in principle. 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15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 in FIG. 15 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) 前記実施例では振動源の圧電素子を2区画に分
割し、かつそれぞれを1/2波長毎に逆向きに分極して
接触体を正逆転するようにしたが、抽出体を振動体とは
別体にして抽出体の位置を変更可能にし、レバーなどの
選択手段の操作により抽出体の位置を変更して正逆転さ
せても良い。(8) In the above-described embodiment, the piezoelectric element of the vibration source is divided into two sections, and each of them is polarized in the opposite direction for every ½ wavelength so that the contact body is normally and reversely rotated. Alternatively, the position of the extractor may be changed separately, and the position of the extractor may be changed by operating a selection means such as a lever to rotate the extractor forward and backward.
(9) 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。(9) In the second and third embodiments, the extractor and the contactor 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.
(10) 前記実施例では正逆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。(10) Although the ultrasonic motor is shown as the forward / reverse rotation driving device in the above-mentioned embodiment, the focus adjustment of the autofocus camera, the electronic products such as the tape recorder and the floppy disk driving device which use the magnetic recording medium, the industrial robot and the work machine. It can also be applied to precision positioning devices such as machines.
また、正逆回転駆動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、移動させる必要のある
物などに抽出体を接触させて移動させるようにすること
もできる。Further, the forward / reverse rotation driving device does not necessarily have to include the contact body, and the extract body may be brought into contact with the paper, the card, the object that needs to be moved, or the like.
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、この抽出体が選び出す運動
成分の方向を選択的に切り換える選択手段とを有し、前
記接触体を前記振動体に対して相対的に正逆回転させる
正逆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
を正逆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 forward-reverse rotation driving device for rotating the contact body in forward and reverse directions relative to the vibrating body, the extractor transmitting the contact to the vibrating body and the extractor for selectively switching the direction of the motion component selected by the extractor. In the above, the extractor 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, and the extractor is provided at an arbitrary position in each row. Provided, the width in the moving direction of the vibrating body side base is arbitrary for each row Since it is set, it is possible to rotate forward and backward a plurality of contact members, 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8図はこの発明の第1の実施例を示す図であ
る。 第9図及び第10図はこの発明の第2の実施例を示す図で
ある。 第11図及び第12図はこの発明の第3の実施例を示す図で
ある。 第13図〜第15図はこの発明の変形例を示す図である。 80……振動体、81……振動源、83……抽出体、84……接
触体、86……高周波電源、87……スイッチ、110……振
動体、113a,113b……抽出体、114a,114b……接触体、24
1,242……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 8 are views showing the first embodiment of the present invention. 9 and 10 are diagrams showing a second embodiment of the present invention. 11 and 12 are diagrams showing a third embodiment of the present invention. 13 to 15 are views showing modifications of the present invention. 80 …… Vibrator, 81 …… Vibration source, 83 …… Extractor, 84 …… Contact body, 86 …… High frequency power supply, 87 …… Switch, 110 …… Vibrator, 113a, 113b …… Extractor, 114a , 114b …… Contact, 24
1,242 …… contact body, 243 …… vibrating body, 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、この抽出体が選び出す運動
成分の方向を選択的に切り換える選択手段とを有し、前
記接触体を前記振動体に対して相対的に正逆回転させる
正逆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
特徴とする正逆回転駆動装置。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 forward / reverse rotation drive for rotating the contact body forward / reverse relative to the vibrating body, having an extractor transmitted to the body and a selecting means for selectively switching the direction of the motion component selected by the extractor. In the device, the extractor 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, and the extractor is at any position in each row. The width in the moving direction of the vibrator side base is set for each row. Normal and reverse rotation drive device, characterized in that it is set to.
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