JP2632173B2 - 超音波駆動装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、圧電体振動子の少なくとも一方の面の電極
を分割し、１つの位相の電圧で進行波を発生し、被駆動
体を駆動する超音波駆動装置に関する。

［従来技術］ 現在提案されている超音波モータは、分極の方向を交
互に変えた円環形圧電セラミックの片面に２組の電極群
を接着し、それぞれの電極群によって励振される定在波
が位置的に90゜ずれるように電極を配置し、さらにこれ
ら２組の電極群に印加する交流電界が時間的に90゜位相
差がある２組の発振器をそれぞれ接続している。

このように構成した従来の超音波モータは、２組の発
振器からそれぞれの電極群に交流電界を印加することに
よって円環形圧電セラミックの周囲の表面に90゜位相が
ずれた２つの定在波が発生し、この２つの定在波が合成
された進行波が発生する。従って、円環形圧電セラミッ
クの上に接着された櫛形の振動体の上に円環形の移動体
を載置して接触を強くすると、移動体が進行波によって
移動される。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、この従来の超音波モータでは、複数の
電極と、これらの電極に位相の異なった交流電界を印加
する発振器が必要であり、電極の構成が複雑で、また振
動体の構成も複雑であり、コストが高くなるという問題
があった。

本発明は、圧電体振動子の少なくとも一方の面の電極
を２分割することにより、交流電圧の位相をずらすこと
なく、分割電極の一方または他方と他方の面の電極との
間に交流電圧を印加して、圧電体振動子の側面に進行波
を発生することができる超音波駆動装置を提供すること
を目的としている。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明の超音波駆動装置
においては、平面形状がほぼ台形の圧電体振動子の一方
の面に、前記台形の上辺と下辺の間に引かれた第１の分
割線で分割される第１の分割電極が設けられ、前記圧電
体振動子の他方の面に分割しない第２の電極が設けられ
たステータを構成し、該ステータの前記第１の分割電極
の一方または他方と第２の電極の間に交流電圧を印加
し、前記圧電体振動子の側面に被駆動体を組合わせてな
るものである。

また、平面形状がほぼ台形の圧電体振動子の一方の面
に、前記台形の上辺と下辺の間に引かれた第１の分割線
で分割される第１の分割電極が設けられ、前記圧電体振
動子の他方の面に前記台形の他の２辺の間に引かれた第
２の分割線で分割される第２の分割電極が設けられたス
テータを構成し、前記第１の分割電極の一方または他方
と第２の分割電極の一方または他方に交流電圧を印加
し、前記圧電体振動子の側面に被駆動体を組合わせてな
るものである。

さらに、圧電体振動子の台形の上辺と下辺を円弧と
し、進行波がより発生し易いようにする。

また、第１、第２の分割電極を分割する第１の分割線
と第２の分割線は交差しているが、直交している方がよ
り望ましい。

さらに、台形の圧電体振動子の上辺の進行波がより強
く発生するので、この部分に被駆動体を接触または対摩
耗性部材を介して接触させる。

［作用］ 本発明によれば、第１の分割線で分割された第１の電
極の一方の分割電極と分割されない第２の電極の間に交
流電圧を印加することにより、第１の電極の一方の分割
電極と第２の電極によって、圧電体振動子は一方向に捩
れながら収縮し、その収縮した第１の電極の一方の分割
電極側の側面が突出して移動することにより一方向の進
行波が圧電体振動子の第１の電極の一方の分割電極側の
先端に発生する。また、電圧が反転すると、第１の電極
の一方の分割電極と第２の電極によって、圧電体振動子
の片側は反対方向に捩れながら膨張するが、側面は凹む
ため、第１の電極の一方の分割電極側の先端に反対方向
の信号波は発生しない。

また、第１の電極の他方の分割電極と第２の電極の間
に交流電圧を印加することにより、第１の電極の他方の
分割電極と第２の電極によって、圧電体振動子は一方向
に捩れながら収縮し、その収縮した第１の電極の他方の
分割電極側の側面が突出して移動することにより一方向
の進行波が圧電体振動子の第１の電極の他方側の先端に
発生する。また、電圧が反転すると、第１の電極の他方
の分割電極と第２の電極によって、圧電体振動子の第１
の電極の他方の分割電極側は反対方向に捩れながら膨張
するが、側面は凹むため、第１の電極の他方の分割電極
側に反対方向の進行波は発生しない。

このように、第１の電極の第１の分割線で分割された
分割電極のいずれかと第２の電極の間に電圧を印加する
と、第１の電極の分割電極電圧を印加された側の先端に
常に一方向の進行波が発生する。そして、この進行波が
発生する圧電体振動子の先端部分に被駆動体を直接接触
または対摩耗性部材を介して接触させることにより被駆
動体が駆動され、超音波駆動装置を構成することができ
る。

また、第１の電極の一方の分割電極と第２の電極の一
方の分割電極に交流電源の一方の端子が接続され、第１
の電極の他方分割電極と第２の電極の他方の分割電極間
に交流電源の他方の端子を接続すると、圧電体振動子の
第１の電極の一方の分割電極側は、第１の電極の一方の
分割電極と第２の電極の一方の分割電極によって、一方
向に捩れながら収縮し、また、圧電体振動子の第１の電
極の他方の分割電極側は、第１の電極の他方の分割電極
と第２の電極の他方分割電極によって、一方向に捩れな
がら膨張する。

従って、圧電体振動子の収縮側の側面が突出して移動
することにより、圧電体振動子の第１の分割電極の一方
の側の先端が突出するため、一方向の進行波が発生す
る。しかし、膨張した側の側面は凹むため、進行波は発
生しない。

また、電圧が反転すると、第１の電極の一方の分割電
極と第２の電極の一方の分割電極によって圧電体振動子
の第１の分割電極の一方側は捩れながら膨張するが、側
面は凹み、また、第１の電極の他方の分割電極と第２の
電極の他方の分割電極により第１の電極の他方の分割電
極側の圧電体振動子は収縮するが、第２の電極の他方の
分割電極が下辺側にあり、第１の電極の他方の分割電極
側の先端の収縮には殆ど関係しないため、第１の電極の
他方の分割電極側の先端に進行波は発生しない。

また、圧電体振動子の第１の電極の一方の分割電極と
第２の電極の他方の分割電極が交流電源の一方の端子に
接続され、第１の電極の他方分割電極と第２の電極の一
方の分割電極を交流電源の他方の端子に接続すると、圧
電体振動子の第１の電極の一方の分割電極側は、第１の
電極の一方の分割電極と第２の電極の他方の分割電極に
よって、一方向に捩れながら収縮し、また、圧電体振動
子の第１の電極の他方の分割電極側は、第１の電極の他
方の分割電極と第２の電極の一方分割電極によって、一
方向に捩れながら膨張する。しかし、第２の電極の他方
の分割電極が下辺側にあり、第１の電極の一方の分割電
極側の先端の収縮には殆ど関係しないため、第１の電極
の他方の分割電極側の先端に進行波は発生しない。ま
た、第１の電極の他方の分割電極側は膨張するために、
第１の電極の他方の分割電極には進行波は発生しない。

このように、第１の分割線で分割された第１の電極の
一方の分割電極と第２の分割線で分割された第２の電極
の一方の分割電極を交流電源の一方に、第１の電極の他
方の分割電極と第２の電極の他方の分割電極を交流電源
の他方に接続することにより、第１の電極の一方の分割
電極側の先端に一方向の進行波が発生し、第１の電極の
一方の分割電極と第２の電極の他方の分割電極を交流電
源の一方に、第１の電極の他方の分割電極と第２の電極
の一方の分割電極を交流電源の他方に接続することによ
り、第１の電極の他方の分割電極側の先端に逆方向の進
行波が発生するので、この進行波が発生する圧電体振動
子の先端部分に被駆動体を直接接触または対摩耗性部材
を介して接触させることにより被駆動体が駆動され、超
音波駆動装置を構成することができる。

［実施例］ 実施例について図面を参照して説明すると、第１図に
おいて、圧電体振動子１は扇形に構成され、上辺1a及び
下辺1bに円弧が形成され、また側辺1c、1dは直線状に構
成されている。圧電体振動子１の一方の面に設けられた
第１の電極は上辺1aから下辺1bに引かれた第１の分割線
３によって２つの分割電極2a,2bに分割され、また圧電
体振動子１の他方の面に設けられた第２の電極は分割さ
れないで設けられ、ステータ６が構成される。

このように構成されたステータ６の圧電体振動子１の
第１の電極の一方の分割電極2aと第２の電極５の間に交
流電圧印加すると、圧電体振動子１の第１の分割線３で
分割された片側は、第１の電極の一方の分割電極2aと第
２の電極５によって一方向に捩れながら収縮する。従っ
て、圧電体振動子１の収縮した側の側面が突出して移動
することにより、第２図の1a'で示すように、例えば上
辺1aの左側が突出するため、一方向の進行波が発生す
る。また、電圧が反転すると、第１の電極の一方の分割
電極2aと第２の電極５によって、圧電体振動子１の片側
は反対方向に捩れながら膨張するが、第２図の1a"で示
すように側面は凹むため、反対方向の進行波は発生しな
い。このように、常に一方向の進行波が圧電体振動子の
第１の線で分割された側の側面に交互に発生する。

ここで、第１の電極の他方の分割電極2bと第２の電極
５を交流電圧を印加すると、上記とは逆に常に反対方向
の進行波が圧電体振動子の第１の線３で分割された圧電
体振動子１の側面に交互に発生する。

また、第３図において、圧電体振動子１は扇形に構成
され、上辺1a及び下辺1bに円弧が形成され、また側辺1
c、1dは直線状に構成されている。圧電体振動子１の一
方の面に設けられた第１の電極は上辺1aから下辺1bに引
かれた第１の分割線３によって２つの分割電極2a、2bに
分割され、また圧電体振動子１の他方の面に設けられた
第２の電極は側辺1c、1dの下辺1bからほぼ1/3の位置で
引かれた第２の分割線４によって分割電極5a、5bに分割
されてステータ６が構成される。

このように構成されたステータ６の圧電体振動子１の
第１の電極の一方の分割電極2aと第２の電極の他方の分
割電極5bを交流電源の一方の端子に接続し、第１の電極
の他方の分割電極1bと第２の電極の一方の分割電極5aを
交流電源の他方の端子に接続すると、圧電体振動子１の
第１の分割線３で分割された片側は、第１の電極の一方
の分割電極2aと第２の電極の一方分割電極5aによって一
方向に捩れながら収縮する。また圧電体振動子１の他方
の側は第１の電極の他方の分割電極2bと第２の電極の他
方で捩れながら逆方向に膨張する。従って、圧電体振動
敷１の収縮した側の側面が突出して移動することによ
り、第２図の1a'で示すように、例えば上辺1aの左側が
突出するため、一方向の進行波が発生する。しかし、膨
張した側の側面は凹むため、逆方向の進行波は発生しな
い。

また、電圧が反転すると、第１の電極の一方の分割電
極1aと第２の電極の一方の分割電極5aによって、圧電体
振動子１の片側は反対方向に捩れながら膨張するが、第
２図の1a"で示すように側面は凹むため、反対方向の進
行波は発生しない。また圧電体振動子１の他方の側は第
１の電極の他方分割電極2bと第２の電極の他方の分割電
極5bで捩れながら一方向に収縮するため、その収縮した
側の側面が突出して移動することにより一方向の進行波
が発生する。このように、常に一方向の進行波が圧電体
振動子の第１の線で分割された側の側面に交互に発生す
る。

ここで、第１の電極の一方分割電極2aと第２の電極の
他方の分割電極5bを交流電源の一方に接続し、第１の電
極の他方分割電極2bと第２の電極の一方の分割電極5aを
交流電源の他方に接続すると、上記とは逆に常に反対方
向の進行波が圧電体振動子の第１の線３で分割された圧
電体振動子１の側面に交互に発生する。

第４図（ａ）、（ｂ）に示された実施例では、ステー
タ６の圧電体振動子１はケース７の底部に設けたばね８
により支持され、また被駆動体９は圧電体振動子１の上
辺1aに接触されている。さらに、被駆動体９が圧電体振
動子１からずれないように、ケース７に回転体10が装着
される。

本実施例の超音波駆動装置では、圧電体振動子１の両
面の分割電極2a、2bと5a、5bに上記のように交流電圧を
印加すると、被駆動体９は図の左右方向に移動するの
で、リニアモータとして使用することができる。

なお、圧電体振動敷１の分割線３を上辺1aの中心から
少しずらすことによって、第５図に示すようにステータ
６の圧電体振動子１の厚み方向に被駆動体９を移動させ
ることができる。

第６図の実施例では、ステータ６の圧電体振動子１は
平面形状が台形に形成され、この上辺1aと下辺1bは平行
に構成されている。

このように構成された実施例においても、第３図の実
施例と同様に第１の電極2a、2b及び第２の電極5a、5bに
それぞれ交流電圧を印加すると、第７図に示すように例
えば圧電体振動子１の膨張または収縮に応じた上辺1aが
点線ａまたは一点鎖線ｂのように変形するので、一方向
に進行波が発生する。

なお、第６図の実施例において、第１の電極２を分割
線３で分割し、第２の電極５を分割線４で分割したが、
第８図に示すように、第２の電極５に分割線４を設ける
必要はなく、又、圧電体振動子の下辺1bの両端をそれぞ
れ対向する辺1d、1eと平行に除去して辺1e、1fを上辺1a
と同様に形成してもステータ６の動作は変わらない。

［発明の効果］ 本発明は、以上のように構成されているので、以下に
記載されるような効果を奏する。

圧電体振動子の片面または両面の電極を分割線で分割
して分割電極を形成し、一方の面の分割電極のいずれか
と他方の面の電極に交流電圧を印加するか、または両面
の分割電極にそれぞれ交流電圧を印加したとき、圧電体
振動子が捩れるように駆動されるので、従来例のように
位相の異なった交流電圧を印加する必要がなく、また構
造が簡単で、トルクも大きく、被駆動体を直線状に正逆
転駆動することが出来るという利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の超音波駆動装置のステータの
構成図、第２図は第１図のステータの動作を説明するた
めの図、第３図は本発明の他の実施例の超音波駆動装置
のステータの構成図、第４図（ａ）、（ｂ）は第１図及
び第３図のステータを使用した超音波駆動装置の正面図
及び側面図、第５図は第１図または第３図のステータを
使用した他の超音波駆動装置の斜視図、第６図は本発明
のさらに他の実施例のステータの斜視図、第７図は第６
図のステータの動作を説明するための図、第８図は第６
図のステータをさらに変更したステータの平面図であ
る。 １……圧電体振動子、1a……上辺、1b……下辺、1c、1b
……側辺、２、５……分割電極、2a、2b……分割電極、
３……第１の分割線、４……分割線、5a、5b……分割電
極、６……ステータ、７……ケース、８……ばね、９…
…被駆動体、10……支持体。

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】平面形状がほぼ台形の圧電体振動子の一方
   の面に、前記台形の上辺と下辺の間に引かれた第１の分
   割線で分割される第１の分割電極が設けられ、前記圧電
   体振動子の他方の面に分割しない第２の電極が設けられ
   たステータを構成し、該ステータの前記第１の分割電極
   の一方または他方と第２の電極のの間に交流電圧を印加
   し、前記圧電体振動子の側面に被駆動体を組合わせてな
   る超音波駆動装置。
2. 【請求項２】前記ステータの前記圧電体振動子の台形の
   上辺と下辺を円弧としたことを特徴とする請求項１記載
   の超音波駆動装置。
3. 【請求項３】前記被駆動体は前記ステータの前記台形の
   圧電体振動子の上辺に組合わせたことを特徴とする請求
   項１又は２記載の超音波駆動装置。
4. 【請求項４】平面形状がほぼ台形の圧電体振動子の一方
   の面に、前記台形の上辺と下辺の間に引かれた第１の分
   割線で分割される第１の分割電極が設けられ、前記圧電
   体振動子の他方の面に前記台形の他の２辺の間に引かれ
   た第２の分割線で分割される第２の分割電極が設けられ
   たステータを構成し、該ステータの前記第１の分割電極
   の一方または他方と第２の分割電極の一方または他方に
   交流電圧を印加し、前記圧電体振動子の側面に被駆動体
   を組合わせてなる超音波駆動装置。
5. 【請求項５】前記ステータの前記圧電体振動子の台形の
   上辺と下辺を円弧としたことを特徴とする請求項３記載
   の超音波駆動装置。
6. 【請求項６】前記第１の分割線と第２の分割線は直交し
   ていることを特徴とする請求項３記載の超音波駆動装
   置。
7. 【請求項７】前記被駆動体は前記ステータの前記台形の
   圧電体振動子の上辺に組合わせたことを特徴とする請求
   項１又は２記載の超音波駆動装置。