JPH02133074A - 圧電アクチュエータ - 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） 本発明は、入力された電気エネルギに応じて機械的に変
位しまたは回転する移動子を有するアクチュエータに関
し、特に圧電振動子により電気エネルギを機械工ネルギ
に変換し、その機械工ネルギにより移動子を動かす方式
であり、複写機や産業用ロボット等の精密機械に利用し
て好適な圧電アクチュエータに関する。

（従来の技術とその課題） 電気エネルギを機械工ネルギに変換する電気機械変換手
段として圧電振動子を用いる圧電アクチュエータとして
は超音波モータが実用化されている。

超音波モータには大きく分けて３種類の方式がある。第
１の方式は進行波型またはモード回転型と呼ばれるもの
であり、第２の方式は定在波を利用する定在波型であり
、第３の方式が複合共振型と呼ばれるものである。

ところが、従来から知られている超音波モータは、圧電
振動子等の機械構造や圧電振動子を駆動する回路が複雑
であり、従って小型化が難しく、また高価であった。

そこで、本発明の目的は、圧電振動子等の機械構造が単
純で、圧電振動子を駆動する回路も簡単になる圧電アク
チュエータの提供にある。

（課題を解決するための手段） 前述の課題を解決するために本発明が提供する手段は、 互いに平行な第１及び第２の仮面を有し、該第１の板面
には等しい高さの複数の突起が一定の周期で形成されて
いる板状の固定子と、 前記突起の間の前記第１の板面に前記周期でそれぞれ固
着してある複数の圧電振動子と、前記突起の裏面に相当
する位置の前記第２の板面に前記周期でそれぞれ固着し
てある複数の圧電振動子と、 複数の前記突起に接触する平面を有し、該平面に前記突
起の振動変位を受けて移動する移動子とからなり、 前記第１及び第２の仮面に固着される前記圧電振動子は
圧電磁器と電極とからなり、該圧電磁器の分極軸は前記
板面に垂直であり、該圧電振動子は該分極軸に垂直な２
つの表面を有し、この表面のうちの一方は前記電極を介
して又は直接に前記固定子に固着され、前記表面のうち
の他方には前記電極が固着してある ことを特徴とする圧電アクチュエータである。

（実施例） 次に実施例を挙げ本発明をさらに詳しく説明する。

第１図（ａ）は本発明の第１の実施例を示す断面図、同
図（ｂ）はその実施例の平面図である。

この実施例は固定子１と、移動子２と、圧電振動子３及
び４からなっている。

固定子１は、上面（第１の板面に相当）に一定間隔に複
数の突起１１ａ．ｌｌｂが設けられた長方形のアルミニ
ウム板である。それら突起１１ａ，１ｌｂ（／ｆｆ高さ
は均等であり、上面側から見た突起１１ａ，ｌｌｂの形
は長方形で、該長方形の長手軸は互いに平行である。移
動子２は長方形のアルミニウム板であり、下面が突起１
１ａ，ｌｌｂの上総に接している。

圧電振動子３，４は圧電磁器の板と電極とからなり、そ
の圧電磁器板の分極軸は板面に垂直な方向にある。圧電
振動子３．４の電極は極く薄いので、第１図（ａ）の断
面図には描いてない。この実施例では固定子１はアルミ
ニウムであり、導電性に富むから、固定子１に接する面
の圧電振動子３．４には電極が設けてない（圧電振動子
３．４は導電性接着剤で固定子１に固着してある。）そ
して、固定子１に接触しない側における圧電磁器板の仮
面に電極が設けてあり、その電極と固定子１との間に交
流電圧を印加することにより圧電振動子３，４は励振さ
れる。

いま、固定子１を共通の接地電位に接続し、圧電振動子
３，４１こ第１図（ａ）に示す極性で電圧を加えたとす
る。このとき、圧電振動子３（固定子１の上側の圧電振
動子）の横効果により、突起１１ａは横方向の力Ｆｘを
受け、圧電振動子４（固定子１の下側の圧電振動子）に
より突起１１ａは押し上げる力Ｆｙを受ける。したがっ
て、突起１１ａはＦｘとＦｙとを合成した力Ｆを受ける
。

他方、突起１ｌｂは圧電振動子３によりカーＦｘを受け
、圧電振動子４により押し下げる力−ＦＹを受ける。そ
こで、固定子１は図に破線で示すように、正弦波形の変
位を受け、突起１１ａは移動子２を押し上げるとともに
移動子２をＦｘの方向（右方向）に変位させ、突起１ｌ
ｂは移動子２から離れ移動子２には何らの力も及ぼさな
い。

次に、固定子１には共通の接地電位を接続したままで、
圧電振動子３，４の電極に第１図（ａ）とは反転した電
圧を印加したとする。すると、突起１ｌｂは、上述の突
起１１ａと同じく、移動子２を上に押し上げながら右方
（Ｆｘの方向）へ移動子２を動かす。また、このとき、
突起１１ａは、上述の突起１ｌｂと同じく、移動子２か
ら離れ移動子２には何ら作用しない。

そこで、隣り合う圧電振動子間の位相を１８０゜だけ異
ならして（即ち、逆極性にして）圧電振動子３．４に交
流電圧を加えて、圧電振動子３．４を励振することによ
り移動子２を右方または左方へ動かすことができる。移
動子２の移動方向は、圧電振動子３又は４のうちのいず
れか一方において、隣接する圧電振動子に加える交流の
極性を入れ替えることにより任意に変えられる。

例えば、圧電振動子３については第１図（ａ）の゜如く
に印加し、圧電振動子４については、同図とは反対極性
にすると、移動子２は左方へ移動する（ただし、ここの
説明では図において十が交流の基準位相を表わし、一が
逆相を表わすものとする）。このように、第１図の実施
例は移動子を平行に移動するアクチュエータである。

第２図は本発明の第２の実施例を示す図である。

この実施例は、移動子が回転する方式のアクチュエータ
であり、超音波モータと称されているものである。

本実施例は、ステータ５（固定子に相当）と、口−夕６
（移動子に相当）と、圧電振動子７及び８と、支持板９
とからなる。第２図（ａ）はロータ６の下面図、同図（
ｂ）は本実施例の分解側面図、同図（ｃ）は支持板９の
平面図、同図（ｄ）はステータ５の平面図、同図（ｅ）
はステータ５の下面図である。

ステータ５は、突起５１ａ，５ｌｂ　（各４個づつ）を
上面（第１の仮面に相当）に有するアルミニウム製の仮
である。その上面側から見た平面図形（第１図（ｄ））
において、ステータ５の外縁は円形をなし、隣接する突
起５１ａ，５１．ｂの長手方向の軸か該円形の中心点に
関して一定の角度をなしている。突起には５１ａと５ｌ
ｂとの異なる符号を付したが、両者は全く同じ形をなし
ており、以下の作動説明の都合から別の符合を付したに
過ぎない。このステータ５の中心には外縁と同心の円形
の穴５２が開けてある。

ロータ６は、ステータ５と同じ外径の円形をなし、アル
ミニウム円板６１とゴムシ一ト６２とからなる。ゴムシ
一ト６２には中央に円形の穴が開けてある。また、アル
ミニウム円板６１には中央に円形の凸部６３が設けてあ
る。ゴムシーｌ・６２の穴はその凸部６３に嵌められて
いる。アルミニウム円板６１の凸部６３はステータ５の
穴５２に嵌まり、ロータ６は凸部６３を軸にして回転す
る。

圧電振動子７．８は、第１図の圧電振動子３，４と同様
である。ただし、圧電振動子３，４は矩形であったが、
圧電振動子７，８は扇形である。

支持板９はプラスチック製の円板であり、上面に複数の
突起９１を備えている。突起９１は圧電振動子８の配列
間隙に嵌り、ステータ５を支える。

第２図の実施例は、第１図の実施例の左端と右端とがつ
ながるように、第１図実施例を円環状に変形したアクチ
ュエータである。したがって、突起５１ａは突起１１ａ
に相当し、突起５ｌｂは突起１ｌｂに相当する。そこで
、第２図（ｄ），（ｅ）に＋，一の符号を付して示すよ
うに、隣接する圧電振動子に互いに逆相の交流電圧を印
加することにより、ロータ６は回転する。ロータ６の回
転方向は、圧電振動子７または８のうちの一方において
、印加する交流電圧の極性を反転することにより任意に
変えられる。

第３図は、第２図実施例における印加電圧とロータ６の
回転速度との関係を示す特性図である。

本図から明らかなように、本実施例では印加電圧により
ロータ６の回転速度が滑らかに変えられる。

第４図は、第２図実施例における負荷トルクとロータ６
の回転速度との関係を示す特性図である。

本図から、第２図実施例は低速で高いトルクを発生する
ことが分かる。

第２図に示すように、この実施例の外径は４０ｍｍであ
る。このように、小形であって、しかも第４図に示す如
くに高いトルクを生じる本実施例は産業用のロボット等
における精密制御装置に極めて有用である。

（発明の効果） 第１図及び第２図の実施例の説明から明らかなように、
本発明のアクチュエータでは、移動子の変位方向が単相
交流電圧の極性を変えるだけで任意に変更できるから、
圧電振動子の駆動回路が極く簡単になる。しかも、本発
明のアクチュエータは、第１図及び第２図の実施例でも
明らかなように、極く単純な構造であり、信頼性に優れ
、安価に製造できる。

このように、本発明によれば、圧電振動子等の機械構造
が単純で、圧電振動子駆動回路も簡単になる圧電アクチ
ュエータが提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す図、第２図は本発
明の第２の実施例を示す図、第３図及び第４図は第２図
実施例の特性図である。 １・・・固定子、２・・・移動子、３．４・・・圧電振
動子、５・・・ステータ、６・・・ロー夕、７，８・・
・圧電振動子、９・・・支持仮、ｌｌａ，ｌｌｂ−突起
、５１ａ，５１ｂ・・・突起、６１・・・アルミニウム
板、６２・・・ゴムシ一ト、６３・・・アルミニウム板
の凸部、９１・・・突起。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）互いに平行な第１及び第２の板面を有し、該第１
   の板面には等しい高さの複数の突起が一定の周期で形成
   されている板状の固定子と、 前記突起の間の前記第１の板面に前記周期でそれぞれ固
   着してある複数の圧電振動子と、 前記突起の裏面に相当する位置の前記第２の板面に前記
   周期でそれぞれ固着してある複数の圧電振動子と、 複数の前記突起に接触する平面を有し、該平面に前記突
   起の振動変位を受けて移動する移動子とからなり、 前記第１及び第２の板面に固着される前記圧電振動子は
   圧電磁器と電極とからなり、該圧電磁器の分極軸は前記
   板面に垂直であり、該圧電振動子は該分極軸に垂直な２
   つの表面を有し、この表面のうちの一方は前記電極を介
   して又は直接に前記固定子に固着され、前記表面のうち
   の他方には前記電極が固着してある ことを特徴とする圧電アクチュエータ。
2. （２）前記第１の板面側から見た前記固定子の平面図形
   において、前記突起の形が長方形であり、各前記突起の
   長手方向の軸が互いに平行であることを特徴とする請求
   項１記載の圧電アクチュエータ。
3. （３）前記第１の板面側から見た前記固定子の平面図形
   において、前記固定子の外縁が円形をなし、各前記突起
   の長手方向の軸が該円形の中心点に関して互いに一定の
   角度をなしていることを特徴とする請求項１記載の圧電
   アクチュエータ。