JPH01308172A - 超音波駆動装置 - Google Patents

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】 ［産業上の利用分野コ 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１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て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
の電極に文面電圧を印加すると、圧電体振動子］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」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
清めらかではなく、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。

［課題製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院電体振動子の厚さ、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前
記圧電体振動子の端面に楕円振動を発生させ、該端面に
被駆動体を組合わせるものである。

また、圧電体振動子に発生する横波はラム波ででもよい
。

さらに、圧電体振動子の他方の面の電極を２つ以上に分
割してもよい。

また、圧電体振動子の複数個の側面を直線状に移動する
被駆動体に組合わせることもできる。

さらに、圧電体振動子の複数個の一方の側面を円筒体の
内面に間隔をあけて固着し、楕円振動を発生する他方の
側面を回転体の側面に接触させてもよい。

また、圧電体振動子の複数個の一方の側面を円柱体の外
面に間隔をあけて固着し、楕円振動を発生する他方の側
面を円筒体の内面に接触させてもよい。

さらに、平板の圧電体振動子の両面にそれぞれ電極設け
てなり、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するこ
とにより、前記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圧電体振動子の端面においてほぼ一
致させて楕円振動が発生するように前記圧電体振動子の
長さ及び幅を規定し、前記圧電体振動子の端面に被駆動
体を組合わせたものである。

［作用］ 」−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。

［実施例コ 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６日、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７
ａ、７ｃは端子９ａが接続され、分割電極７ｂに端子９
ｂ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８
ａ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６８〜６ｄ
は圧電振動子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、分割型１７ｂ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＝８− 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、他端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り
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が、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
記平板の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
規定することにより、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」二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
生しない曲げ振動を使用した駆動装置と異なり１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」−１図は本発明の他の実施
例の超音波駆動装置の側面図、第１−２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、７ｄ、７ｅ、７ｆ−・分割電極、８．９
・・・端子、１０．１２．１４・・・支持台、１１．１
３．１５・・・被駆動体。 第３図　　弓・ ｓａ　　　　　　　　　　　　　Ｓ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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、前記圧電体振動子の端面に楕円振動を発生させ、該
   端面に被駆動体を組合わせたことを特徴とする超音波駆
   動装置。 ２、前記横波がラム波であることを特徴とする請求項１
   記載の超音波駆動装置。 ３、前記圧電体振動子の他方の面の電極を２つ以上に分
   割したことを特徴とする請求項１、２記載の超音波駆動
   装置。 ４、前記圧電体振動子の複数個の側面を直線状に移動す
   る被駆動体に組合わせたことを特徴とする請求項１記載
   の超音波駆動装置。 ５、前記圧電体振動子の複数個の一方の側面を円筒体の
   内面に間隔をあけて固着し、楕円振動を発生する他方の
   側面を回転体の側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。 ６、前記圧電体振動子の複数個の一方の側面を円柱体の
   外面に間隔をあけて固着し、楕円振動を発生する他方の
   側面を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。 ７、平板の圧電体振動子の両面にそれぞれ電極設けてな
   り、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することに
   より、前記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
   は高調波を前記圧電体振動子の端面においてほぼ一致さ
   せて楕円振動が発生するように前記圧電体振動子の長さ
   及び幅を規定し、前記圧電体振動子の端面に被駆動体を
   組合わせたことを特徴とする超音波駆動装置。