JP2657183B2 - 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、平板状の圧電体振動子の側面に楕円振動を
発生して被駆動体を駆動する超音波駆動装置に関する。

［従来技術］ 従来、回転体の側面に板状の圧電体振動子の端面を接
触させた超音波駆動装置としては、第13図に示したもの
が知られている。第13図において、平面の形状が長方形
の圧電体振動子１の両面に電極を付着し、これらの電極
に交流電圧を印加すると、曲げ振動が発生することが知
られている。この圧電体振動子１の一端1aを支持体２で
支持し、回転軸３で回転自在に支持された回転体４の近
傍に圧電体振動子１の他端1bを配置させ、圧電体振動子
１の両面の電極に交流電圧を印加すると、圧電体振動子
１に曲げ振動が発生する。この曲げ振動で、圧電体振動
子１の他端1bが点線で示したように回転体４を叩くよう
に間欠的に押すことにより、矢印で示したように回転体
４を一方向に回転させることができる。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、このように構成された従来の超音波駆
動装置では、圧電体振動子１の曲げ振動によって回転体
４を間欠的に一方向に回転するために、回転体４の回転
が滑めらかではなく、また回転方向を反転させることは
できないという問題があった。

本発明の超音波振動子では、圧電体振動子の電極を全
く分割しないか、少なくとも一方の面の電極を２以上に
分割し、所望の共振周波数の交流電圧を印加することに
より、圧電体振動子の端面に縦波と横波及びそれらの高
調波による楕円振動を発生し、圧電体振動子を被駆動体
に接触させるだけで被駆動体を正逆方向に移動または回
転駆動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
では、平板状の圧電体振動子の一方の面の電極を少なく
とも２つ以上に分割し、少なくとも一方の面の一方の電
極と他方の面の電極に前記圧電体振動子の厚さ、幅また
は長さに共振する周波数を持つ交流電圧を印加すること
により、該共振によって発生する縦波と横波との合成に
より、端面に楕円振動をそれぞれ発生させた複数個の圧
電体振動子の一方の端面を円筒体の内面に間隔をあけて
固着し、前記圧電体振動子の楕円振動を発生する他方の
端面を回転体の側面に接触させたものである。

また、前記複数個の圧電体振動子のそれぞれの一方の
端面を円柱体の外面に間隔をあけて固着し、楕円振動を
発生する他方の端面を回転させる円筒体の内面に接触さ
せてもよい。

［作用］ 上記のように構成された本発明の圧電体振動子の電極
を全く分割しないか、一方の面の電極を２つ以上に分割
し、これらの電極の少なくとも１つと他方の電極との間
に圧電体振動子の厚さ、幅または長さに共振する周波数
を持つ交流電圧を印加すると、圧電体振動子に縦波及び
横波が発生し、この縦波と横波の合成振動の腹がが丁度
圧電体振動子の端面で一致したとき、楕円振動が発生
し、また、この楕円振動の方向は圧電体振動子の一方の
面の２つの電極のどちらかの電極と他方の面の電極の間
に交流電圧を印加することにより反転させることがで
き、従って、圧電体振動子の端面に被駆動体を接触させ
ると、正逆する楕円振動によって被駆動体を正逆方向に
駆動することができる。

［実施例］ 実施例について図面を参照して説明すると、第１図及
び第２図において、圧電体振動子５は一方の面に２分割
された分割電極6a、6bを設け、圧電体振動子５の他方の
面には電極７が一面に設けられている。

このように構成した本実施例の圧電体振動子５の分割
電極6aに接続された端子8aと電極７に接続された端子９
に交流電圧を印加した場合、交流電圧の周波数が第３図
に示すように圧電体振動子５の長さ方向の縦振動Ａの1/
2波長と横振動Ｂの１波長がほぼ一致するように圧電体
振動子１の長さ及び幅が設定されると、圧電体振動子５
の端面に縦振動と横振動の合成振動による楕円振動が発
生する。また、圧電体振動子５の分割電極6bに接続され
た端子8bと電極７に接続された端子９に交流電圧を印加
した場合は、圧電体振動子５の長さ方向の縦振動Ａ´の
1/2波長と横振動Ｂ´の１波長がほぼ一致すると、圧電
体振動子５の端面に縦振動と横振動の合成振動による楕
円振動が反転して発生する。

第４図〜第６図において、圧電体振動子５は一方の面
に２つの分割電極6a、6bが設けら、他方の面に３つの分
割電極7a、7b、7cが設けられ、分割電極6a、6bにそれぞ
れ端子8a、8bが接続され、分割電極7a、7cは端子9aが接
続され、分割電極7bに端子9bが接続されている。

このように構成した圧電体振動子５の電極6aの端子8a
と電極7bの端子9bに交流電圧を印加すると、圧電体振動
子５の端面5aに第７図の矢印で示すように楕円振動が発
生する。また、圧電体振動子５の電極6bの端子8bと電極
7bの端子9bに交流電圧を印加すると、圧電体振動子５の
端面5aに第７図の矢印と反対方向の楕円振動が発生す
る。この実施例では、端子9aに負側を接続すれば、より
横波を発生し易くなる。

第８図において、圧電体振動子５の一方の面は４個の
分割電極6a、6b、6c、6dが形成され、他方の面は６個の
分割電極7a、7b、7c、7d、7e、7fが形成されている。な
お、一方の面の分割電極6a〜6dは圧電体振動子１の長さ
方向にほぼ同じ幅であるが、他方の面の分割電極7a、7f
は他の分割電極7b〜7eより幅が広く構成されている。ま
た、予め分割電極6aの端子8a及び分割電極7d、7fの端子
9cに交流電源の負の端子を接続し、また分割電極6b、6c
の端子8bに交流電源の正の端子を接続している。そし
て、分割電極7bの端子9aに交流電源の正の端子を接続す
ると、圧電体振動子１の縦波と横波による合成振動によ
って第９図に実線の矢印で示すように楕円振動が発生
し、また分割電極7eの端子9bに交流電源の正の端子を接
続すると、第９図の点線の矢印に示すように楕円振動が
発生する。

このように圧電体振動子５に楕円振動を発生させるに
は、前述と同様に縦振動の共振波長と横振動の共振波長
を一致させるように形状寸法を決めればよい。また、分
割電極6a〜6d及び7a〜7fに交流電源を接続する方法は種
々あり、上記の接続はほんの一例である。

このように構成した第１図〜第９図の圧電体振動子５
の複数個の他端5bを第10図に示すように支持台10に固着
し、一端5aの上に被駆動体11を載せるか、圧接して、圧
電体振動子５のそれぞれに上記のように交流電圧を印加
すると、矢印ＡまたはＢに示すように移動し、リニアモ
ータとして使用することができる。

また、第11図に示すように固定した円柱の支持台12に
ほぼ等間隔に複数個の圧電体振動子５の他端5bをそれぞ
れ固着して圧電体振動子５を放射方向に植設し、それら
の圧電体振動子５の一端5aを円筒の被駆動体13の内面に
接触させて、それぞれ圧電体振動子５に前述のように交
流電圧を印加すると、円筒被駆動体13を矢印ＡまたはＢ
に示すように回転させることができる。

さらに、第12図に示すように円筒の支持台14の内面に
複数の圧電体振動子５の他端5bをほぼ等間隔に固着し、
圧電体振動子５の一端5aを円柱の被駆動体15に接触させ
て、それぞれ圧電体振動子５に前述のように交流電圧を
印加すると、円筒被駆動体15を矢印ＡまたはＢに示すよ
うに回転させることができる。

以上のように構成することにより、従来の板状の圧電
体振動子の曲げ振動による駆動装置と異なり、圧電体振
動子５の端面5aに正逆の楕円振動を発生することがで
き、この楕円振動によって被駆動体を正逆方向に移動ま
たは回転することができるので、従来の電磁式モータや
リニアモータとして広い用途に使用することができる。

なお、上記実施例では、平板の圧電体振動子の少なく
とも一方の面の電極を分割したか、両面の電極を分割し
なくても、これらの電極に前記圧電体振動子の厚さ、幅
または長さに共振する周波数を持つ交流電圧を印加し、
前記平板を圧電体振動子の長さ方向または幅方向に共振
する縦波の基本波またはその高調波と横波の基本波また
は高調波を前記平板の圧電体振動子の端面においてほぼ
一致させるように前記平板の圧電体振動子の長さ及び幅
を規制することにより、平板の圧電体振動子の端面に楕
円振動を発生することができ、楕円振動が発生する圧電
体振動子の端面に被駆動体を組合わせることにより、被
駆動体を一方向に駆動することができる。

［発明の効果］ 本発明は、以上のように構成したので、圧電体振動子
の一端に正逆方向の楕円振動を発生することができ、そ
の楕円振動によって被駆動体を正逆方向に移動または回
転することができるので、従来例のように一方向にしか
生じない曲げ振動を使用した駆動装置と異なり、種々の
用途に使用することができ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圧電体振動子の平面図、第２
図は第１図の圧電体振動子の側面図、第３図は第１図の
圧電体振動子に発生する縦波と横波の波形図、第４図は
本発明の他の実施例の圧電体振動子の平面図、第５図は
第４図の圧電体振動子の側面図、第６図は第４図の圧電
体振動子の斜視図、第７図は第６図の圧電体振動子の端
面に発生する楕円振動の方向を示す一部の拡大図、第８
図は本発明の他の実施例の圧電体振動子の平面図及び裏
面図、第９図は第８図の圧電体振動子５に発生した楕円
振動の方向を示した図、第10図は本発明の実施例の超音
波駆動装置の側面図、第11図は本発明の他の実施例の超
音波駆動装置の側面図、第12図は本発明のさらに他の実
施例の超音波駆動装置の側面図、第13図は従来の超音波
駆動装置の側面図である。 ５……圧電体振動子、6a、6b、6c、6d、7a、7b、7c、7
d、7e、7f……分割電極、８、９……端子、10、12、14
……支持台、11、13、15……被駆動体。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】平板状の圧電体振動子の一方の面の電極を
   少なくとも２つ以上に分割し、少なくとも一方の面の一
   方の電極と他方の面の電極に前記圧電体振動子の厚さ、
   幅または長さに共振する周波数を持つ交流電圧を印加す
   ることにより、該共振によって発生する縦波と横波との
   合成により、端面に楕円振動をそれぞれ発生させた複数
   個の圧電体振動子の一方の端面を円筒体の内面に間隔を
   あけて固着し、前記圧電体振動子の楕円振動を発生する
   他方の端面を回転体の側面に接触させたことを特徴とす
   る超音波駆動装置。
2. 【請求項２】前記複数個の圧電体振動子のそれぞれの一
   方の端面を円柱体の外面に間隔をあけて固着し、楕円振
   動を発生する他方の端面を回転させる円筒体の内面に接
   触させたことを特徴とする請求項１記載の超音波駆動装
   置。