JPH01136577A

JPH01136577A - 超音波モータ

Info

Publication number: JPH01136577A
Application number: JP62293622A
Authority: JP
Inventors: Kazuma Suzuki; 数馬鈴木
Original assignee: Rion Co Ltd
Current assignee: Rion Co Ltd
Priority date: 1987-11-20
Filing date: 1987-11-20
Publication date: 1989-05-29

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕＝　１　＝この発明は、超音波モータに関し、特に、圧電素子と一
体の弾性体に超音波振動を生じさせ、この振動を駆動力
として利用する超音波モータに関するものである。

〔従来の技術〕

従来、この種の超音波モータとして、この発明者の提案
（実願昭６１−１６１０１’３号）になるものがあり、
これを第８図について説明すると、弾性ブロック（２０
）は、断面角形の基体（２１）の−側面に、２つの駆動
子（２２ａ）、（２２ｂ）が一体に突設されている。駆
動子（２２ａ）、（２２ｂ）は基体（２１）の振動の腹
の位置にある。基体（２１）には屈曲モード用の２つの
圧電素子（２３ａ）、（２３ｂ）が貼着されており、駆
動子（２２ａ）、（２２ｂ）にはその両面にそれぞれ圧
電素子（２４）が貼着されている。取付穴（２５）は弾
性ブロック（２０）の振動の節の位置に設けられている
。接続リードは端子（Ａ、）、（Ａ２）、（Ｂ１）、（
Ｂ２）および（Ｂ）間に図示のように接続されている。

以上の構成により、超音波領域の正の電圧が端＝　９− 子（Ａ１）と（Ｂ）に供給されると、基体（２１）およ
び駆動子（２２ａ）、（２２ｂ）は−点鎖線で示したよ
うに屈曲動作する。このとき、駆動子（２２ｂ）よりも
（２２ａ）の方が、駆動子に押接されている被駆動体、
すなわちスライダ（図示せず）に近いので、駆動子（２
２ａ）はスライダを矢印（Ｍ）の方向へ蹴り出す。

端子（Ａ１）と（Ｂ）に負の電圧が印加されると、基体
（２１）および駆動子（２２ａ）、（２２ｂ）は破線の
ように屈曲し、駆動子（２２ｂ）がスライダを矢印（Ｍ
）の方向に蹴り出す。

電圧印加を、端子（Ａ２）と（Ｂ）を対象にして同様に
行うと、圧電素子（２３ａ）と（２３ｂ）の分極が互い
に逆になっているので、弾性ブロック（２０）の動作は
上記と逆になり、スライダは矢印（Ｎ）の方向へ駆動さ
れる。

〔発明が解決しようとする問題点〕以上のような従来の超音波モータには、下記の問題点が
あった。

（ａ）駆動子の共振周波数を調節する必要があることか
ら、製造作業が複雑でコスト高となる。

（ｂ）駆動子ｌと貼着する圧電素子の面積が小さく限定
されるので、電気入力が制限され、大きい駆動力が得ら
れない。

（Ｃ）駆動子先端の接触面を広く形成しにくいので、接
触面の摩耗が促進される。

この発明はかような問題点を解消するためになされたも
ので、駆動子への圧電素子の貼着を排除し、かつ、共振
周波数の設定を簡易化して作業性を向上し、さらに、圧
電素子への電気入力を増大することができる超音波モー
タを提供する。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係る超音波モータは、断面角形の１対の基体
を、長手方向にすべりモードの振動を起こす圧電素子の
両側に接合して一体とし、この−体化されたものの下面
には屈曲モード用の圧電素子が接合されており、上面に
は駆動子が一体に突設されている。

〔作用〕

この発明においては、長手方向にすべりモードの振動を
発生する基体ｌこ、同時ｔこ屈曲モードの振動を起こさ
せてＸ、Ｙ２方向の振動成分を作り出し、基体の長手方
向にスライダを駆動する駆動力が取出される。

なお、厚みすべりモードの共振は、圧電素子単体では共
振カーブが単峰曲線になりにくいが、圧電素子の両側に
弾性体でなる基体を接合して一体化し、いわゆるランジ
−パン形状にしたことにより、スプリアスのない理想的
な単峰共振カーブを画く。

〔実施例〕

第１図、第２図はこの発明の一嚢施例を示し、弾性体で
なる等大の第１、第２の基体（１）、（２）は断面形状
が角形の棒状のもので、これら基体（１）、（２）に長
手方向にずれモードの振動を生じさせるｄ１５効果圧電
素子（４）、（５）を挾持して一体構造になっている。

第１の基体（１）の上面には、基体（１）の長手方向に
直交する駆動子（３）が一体に突設されており、駆動子
（３）の位置は基体（１）の縦方向基音屈曲振動時の腹
中夫になっている。第２の基体（２）の下面には、屈曲
モード用、すなわちｄ３１効果圧電素子（７）、（９）
が基体（２）の長手方向に２列に接合されている。圧電
素子（７）と（９）は、分極極性が互いに逆になってい
る。

各圧電素子からは接続リード（６）、（８）、（１０）
が導出さ右７ている。

基体（１）、（２）を形成している弾性体の材料として
は、金属、セラミックなど、振動損失が少なく、かつ、
熱膨張係数が圧電素子と同程度に小さい、ニッケル鋼、
カーボンガラスなどが適している。

次に動作Ｑこついて説明する。以上の構成になる超音波
ユニット（Ｕｌ）の圧電素子（４）、（５）と（７）あ
るいは圧電素子（４）、（５）と（９）の組合せに、そ
れぞれ交互に超音波領域の駆動信号を供給すると、超音
波ユニット（Ｕ、）は共振するのであるが、縦Ｙ方向に
は圧電素子（７）または（９）により屈曲振動を起こし
、同時に圧電素子（４）、（５）により長手Ｘ方向に厚
みずれ振動を発生し、両者の複合した共振振動を行う。

以上の振動姿態を詳細に説明すると、才ず、すべりモー
ド用の圧電素子（４）、（５）に駆動信号を印加すると
、第３図（ａ）に示すような挙動で基音共振点に近づく
と、共振して最大振幅となる。圧電素子（７）または（
９）に駆動信号を印加すると、第３図（ｂ）に示すよう
な屈曲挙動を起こし、基本共振点で最大振幅となる。

いま、上記両者の共振点が近似するように超音波ユニッ
ト（Ｕ＋）の各部分の寸法関係を設定して並列に励振さ
せると、第３図（ａ）、（ｂ）に図示したＸ成分とＸ成
分とが同時に発生するので、超音波ユニット（Ｕ＋）の
振動の総合的な姿態は、両者の複合、合成された対角線
方向の振動となる。このため、駆動子（３）の先端部に
スライダを押接しておけば、スライダは駆動子（３）に
より対角線方向に蹴り上げられて移動することになる。

また、上記の動作において、屈曲モードを形成する圧電
素子（７）と（９）の分極極性は互いに逆であるために
、圧電素子（４）、（５）と並列動作するのが圧電素子
（７）か（９）かにより対角線の向きが逆になり、スラ
イダの移動方向を左右いずれかに選択することができる
。

このようなスライダの移動方向の制御は、圧電素子（４
）、（５）側で行うこともでき、全く同様の結果が得ら
れる。

なお、スライダの移動は、超音波ユニット（Ｕｌ）と相
対的なものであり、スライダ側を固定側としてもよいこ
とはいうまでもない。

第４図は他の実施例を示し、第１図における中心接続リ
ード（６）に肖る部分を板状体（６ａ）で形成し、振動
の節部を突出させた形状にプレス抜きしたものを圧電素
子（４）、（５）の部位に挿入して接着しておき、これ
をネジあるいは挾み込み等により組込み取付けて固定す
る。

以上の構成により、板状体（６ａ）は接続リードのター
ミナルを兼ねることもできる。また、上記の固定による
超音波ユニノｈ（Ｕ＋）における振動損失は、振動の節
部に限定されるためきわめて少なく、配線の作業も簡略
化される利点がある。

第５図〜第７図はさらに他の実施例を示し、第５図にお
いて、断面角形の第１、第２の基体（１１）、（１２）
ですべりモード用の圧電素子（１４）、（１５）を両側
から挾み込んで接合一体化している。第１の基体（１１
）の上面に一体形成されている２つの駆動子（１３ａ）
、（１３ｂ）は、基体（１１）の振動時の２つの腹部分
の中央部にそれぞれ位置している。屈曲モード用の圧電
素子（１７ａ）、（１７ｂ）、（１９ａ）および（１９
ｂ）は、第２の基体（１２）の振動時の下側腹部分の４
箇所に接合されている。屈曲モード用の圧電素子（１７
ａ）・・・（１９ｂ）の分極極性はすべて同一である。

各圧電素子からは接続リード（１６）、（１８）、（２
０）が導出されている。基体（１１）、（１２）にはア
ース端子（Ｅ）が接続されている。

以上の構成になる超音波ユニット（Ｕ２）の振動姿態の
Ｘ成分とＸ成分とを、それぞれ独立に、第６図（ａ）と
（ｂ）に示している。動作は、第１図の実施例の場合と
同様で、いま、接続リード（１８）が導出されたＲグル
ープである圧電素子（１７ａ）、（１７ｂ）と、圧電素
子（１４）、（１５）とに並列給電したとき、第６図に
示す動作が発生したとすると、この瞬間には駆動子（１
３ａ）、（１３ｂ）は、これに押接しているスライダを
右上方向に蹴り出すことになり、スライダは右方向に移
動される。スライダを左方向へ移動させるζこは、Ｘ、
　Ｙの位相を逆転してやればよいので、これをＸ成分側
で行う。すなわち、接続リード（２０）が導出されたし
グループの圧電素子（１９ａ）、（１９ｂ）と圧電素子
（１４）、（１５）に並列給電すればよい。

第７図は給電回路を示し、発振器（２１）の出力をスイ
ッチ（２２）により切換えて超音波ユニット（Ｕ２）を
駆動する。駆動方式は、２端子自励式でも、フィードバ
ック端子を設けた自励方式でもよＧ）。スイッチ（２２
）の切換えは、通常、エンコーダからの指令信号をスイ
ッチング素子に伝えて行う。

なお、第５図は直線状の超音波ユニット（Ｕ２）による
リニアモータであるが、さらに多モードでリング状エン
ドレスの超音波ユニットとして回転運動させることも、
全く同一の原理で行うことができる。

〔発明の効果〕

この発明は、以上の説明から明らかなように、弾性体で
なる１対の基体にすべりモード用と屈曲モード用の圧電
素子を結合一体化して超音波ユニットを形成したことに
より、超音波領域の複合共振で直線的な往復動作が可能
となり、構造簡単で作業性にすぐれ、かつ、高調波モー
ドの選択によ１り寸法が変えられるので広範囲な種々の
要求仕様を満たすことができる等の効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の側面図、第２図は同じく
正面図、第３図は同じく動作説明のための概略側面図、
第４図は他の実施例の平面図、第５図はさらに他の実施
例の側面図、第６図は同じく動作説明線図、第７図は同
じく結線図、第８図は従来の超音波モータの側面図であ
る。（１）、（１１）・・・第１の基体、（２）、（１２）
・・・第２の基体、（３）、（１３ａ）、（１３ｂ）−
・・駆動子、（４）、（５）、（１４）、（１５）・・
・すべりモード用圧電素子、（７）、（９）、（１７ａ
）、（１７ｂ）、（１９ａ）、（１９ｂ）−・・屈曲モ
ード用圧電素子。田■ 寸ト ω

Claims

【特許請求の範囲】

（１）弾性体でなり断面角形の第１、第２の基体と、前
記第１、第２の基体の間に一体に結合されているすべり
モード用の圧電素子と、前記第２の基体の下面に接合し
て設けられた屈曲モード用の圧電素子とを備えてなり、
かつ、前記第１の基体の上面には前記第１の基体の長手
方向に直交して一体に突設された駆動子を備えている超
音波モータ。
（２）基体の長手方向に並設された少なくとも１対の屈
曲モード用およびすべりモード用いずれかの圧電素子を
備えた特許請求の範囲第１項記載の超音波モータ。
（３）リング状の基体を備えた特許請求の範囲第１項記
載の超音波モータ。