JPH02188169A - 超音波モータ - 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】

に産業上の利用分野１ 本発明は超音波モータに係り、とくに圧電セラミック等
の圧電体と弾性体とを組合わせた駆動体を利用するよう
にした超音波モータであって、す

【発明の概要】

・２枚の圧電体を振動方向が一致するように弾性体の正
方形の部分に貼合わせる。そして圧電体に加える交番電
圧の周波数および位相を変えることによって共振モード
を変化させ、弾性体の駆動面に押当てられた可動子の駆
動方向を制御するようにした超音波リニアモータに関す
るものである。 Ｋ従来の技術】 超音波振動を利用して物体を回転させるための超音波モ
ータは、リング状の弾性体に位相と位置がπ／２ずれた
２つの定在波を同時に発生させるようにし、これによっ
てリング状の弾性体の表面に弾性進行波を発生させ、リ
ングの表面に〇−タを押当てることによって回転力を得
るようにしている。これに対して特開昭６１−１８０５
８３号公報には、可動子を直線上に送るようにした超音
波リニアモータが提案されている。 さらには第１６図に示すように、発信側圧電体１の振動
をホーン２を介してレールを構成する伝播棒３に伝え、
伝播棒３の反対側の振動をホーン４を介して受信側圧電
体５によって受けるようにした超音波リニアモータが知
られている。このようなりニアモータにおいては、伝播
棒から成るレール３上に発生する進行波によって、スラ
イダ６がレール３に沿って移動されることになる。 また第１７図に示す別の超音波リニアモータは、一対の
振動子１１．１２によって互いに位相がπ／２ずれた２
つの定在波を弾性体リング１３上に発生させるようにし
ている。すなわち一方の振動子１１へは発振Ｉａ１４を
直接接続する。とともに、他方の振動子１２へは発振器
１４の出力を９０゜位相器１５を介して接続するように
している。そしてエンドレスなリング１３上をスライダ
１６を移動させるようにしている。 Ｋ発明が解決しようとする問題点ｌ 従来の超音波リニアモータは、可動子の正逆方向の切換
えが困難であったり、構造が複雑であったりする欠点を
有している。また小型化したり、偏平化することが難し
いという欠点がある。とくに・第１６図に示す超音波リ
ニアモータは、発信側で与えた振動を受信側で吸収し、
レール３上に進行波を生じさせるようにしたものであっ
て、方向変換は可能であるが、構造が複雑であるばかり
でなく、変換効率が悪い欠点がある。第１７図に示す構
成は、円形の超音波モータをリニア型にしたものである
が、やはり構造が複雑で効率が悪い欠点がある。 本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであっ
て、構造が簡単で効率が高く、しかも小型化あるいは偏
平化が可能な超音波モータを提供することを目的とする
ものである。 に問題点を解決するための手段】 本発明は、互いに対向する２面がそれぞれほぼ正方形に
なっている弾性体を具備し、前記弾性体の表面に圧電体
を貼付け、前記ほぼ正方形の面積が変化するような振動
を前記圧電体によって発生させ、このときに前記圧電体
の貼付は面取外の駆動面に生ずる撮動を利用して可動子
を送るか固定子に対して前記弾性体から成る可動子を移
動させるようにしたものである。

【作用】

従って弾性体に貼付けられた圧電体に所定の周波数の交
番電流を加えるとともに、駆動面に可動子を接触させる
か固定子を押当てることによって、可動子が送られるか
弾性体それ自身が可動子となって移動することになる。 また圧電体に加える交番電流の位相を変化させることに
よって、可動子あるいは弾性体の送り方向を逆転させる
ことができる。 Ｋ実施例】 第１図〜第５図に示すように、本実施例に係る超音波リ
ニアモータは弾性体２０を備えている。 弾性体２０は偏平なほぼ正方形の金属板から構成されて
いる。なおこの金属板２０には、第２図および第３図に
示すように、その右半分の上部と左半分の下部とにそれ
ぞれ突部２１．２２を設けておくことが好ましい。そし
てこのような金属板２０の両面または片面に圧電体２３
．２４を２枚ずつ並べて貼合わせる。これらの圧電体２
３．２４の分極方向は、金属板２０から見て全て同じ向
きになるようにする。圧電体２３．２４が貼付けられた
弾性体２０の共振周波数は、弾性体２０を構成する金属
板の大きざおよび材質によって決定され、圧電体２３．
２４および弾性体２０の厚さには関与されず、後者は共
振の大きさに影響を与えるだけである。 このような圧電体２３．２４を貼付けた弾性体２０によ
って可動子３０を正方向に送る場合には、第６図〜第８
図に示すように、弾性体２０の２種類の共振伸縮振動を
用いるようにする。すなわち正方向への駆動の場合には
第６図および第７図に示すような単純な伸縮振動モード
を用いるようにする。このときには弾性体２０の側面に
生ずる中心から見て外向きのベクトルによって、弾性体
２０の側面に押付けられた可動子３０をつついて行なう
。また逆方向への駆動の場合には第９図〜第１１図に示
すように曲げを伴う伸縮振動モードを用いる。この共振
状態では、側面上に中心から見て内向きのベクトルが生
ずる。正方向で可動子３０を押付けた場所と同じところ
では逆方向へ移動することになる。その他に同じ共振モ
ードでも側面の左端と右端ではつつく方向が逆向きにな
るので、可動子３０を押付ける場所を変えるだけでも方
向変換が可能になる。 第６図および第７図に示す共振を得るためには、弾性体
２０の同一平面上に貼った２枚の圧電体２３．２４を同
相同一周波数で励振すると得られることになり、このた
めに第８図に示すような接続を行なえばよい。これに対
して第９図および第１０図のような共振を得るためには
、逆相で第８図とは異なる周波数で２枚の圧電体２３．
２４を励振すると達成される。このための回路は例えば
第１１図に示すようになる。このような正方向送りおよ
び逆方向送りの共振の節はどちらも弾性板２０の中心に
あり、中心を支持するのが１番よい。 従って中心孔２５を支持部とするのが好ましい。 また弾性体２０の厚さがある値以上ある場合には、駆動
力の補助として弾性板２０の側面に圧電体を貼り、中心
から見て同じ側の圧電体と同相で励振させることによっ
て駆動力を上げることが可能になる。 具体例をあげると、１辺が３２ｍで厚さが２　ｎのリン
青銅の正方形板の両辺に１辺が３Ｏｎで厚さが０．２ｎ
の圧電板２３．２４をエポキシ系樹脂で貼付け、中央に
孔２５をあけてねじによって支持した。固定側との間に
はワッシャを介在させて弾性体２０を浮かすようにした
。また正方形の弾性体２０に貼付けられた圧電体を左右
の圧電体２３．２４に区画するために中央を縦に切断し
て分割するようにした。 このような弾性体２０と圧電体２３．２４との組合わせ
に、第８図に示すような発振！２６とアンプ２７とを用
いて左右の圧電体２３．２４に同相で電圧を加えたとこ
ろ、６６　Ｋ　Ｈｚで可動子３０が第６図および第７図
において左方へ移動した。 また可動子３０を弾性体２０の右上のエツジに接触させ
たところ逆方向へ移動するのが認められた。 弾性体２０に貼付けられた左右の圧電体２３．２４に加
えられる電圧を逆相にするために第１１図に示すような
接続を行なった。すなわちアンプ２７の出力を圧電体２
３に直接供給するとともに、アンプ２７の出力を位相反
転器２８によって反転して圧電体２４に加えたところ、
４８ＫＨｚ付近で第９図に示すように可動子３０が右方
へ移動した。 また可動子３０を第１０図に示すように右上のエツジに
押当てたところ可動子３０は左方へ移動するのが認めら
れた。また回転体を用いて各部の振動ベクトルの方向を
調べたところ、各辺とも上の辺と同じ動きをし、各辺の
中央に近いほど動きが弱くなっていた。ただし逆相にし
たときの横側面での動きは上下側面での動きよりも弱か
った。これは第９図および第１０図から明らかである。 本実施例に係る超音波モータは、弾性体２０に少なくと
も２枚の圧電体２３．２４を、弾性体２０の中心を軸と
して対称になるように貼り、圧電体２３．２４を励振す
ることによって、弾性体２０・に伸縮振動を起させるよ
うにしたものである。 その際に生ずる斜め方向の振動ベクトルを利用して弾性
体２０の表面に押当てた可動子３０を駆動するようにし
たものである。方向変換は圧電体２３．２４に加えられ
る電圧の周波数と位相とを変化させ、弾性体２０の伸縮
振動のモードを変え、弾性体２０の表面上の振動ベクト
ルの向きを９０°変えることによって行なうようにした
ものである。従って非常に単純な構成で、安価にかつ容
易に超音波モータが製作できるようになる。また正逆方
向の変換が回路的にも機械的にも行なうことができ、方
向変換のための２つの方法を任意に選択できるようにな
る。また構成が単純であるために小型化および偏平化が
可能になる。 つぎに上記実施例の変形例を第１２図〜第１５図によっ
て説明する。この変形例は正方形の偏平な弾性体２０の
表面に３枚の圧電体３１．３２、３３を互いに並べて貼
付けるようにしたものである。このような構成において
、可動子３０を正方向に送る場合には３枚の圧電体３１
．３２．３３を同相で駆動すればよい。すなわち正方向
送りの場合には２枚の圧電体２３．２４を用いた第６図
および第７図に示す挙動と同じように弾性体２０を伸縮
振動させればよい。これに対して可動子３０を逆方向に
送る場合には第１３図に示すように、中央の圧電体３２
の電圧の位相を両側の圧電体３１．３３のそれに対して
反転させる。これによって第１４図および第１５図に示
すような変形振動を弾性体２０が行なうことになり、こ
のときにそのエツジと接触する可動子３０を逆方向に送
ることになる。 Ｋ発明の効果１ 以上のように本発明は、弾性体の互いに対向するほぼ正
方形の２面の面積が変化するような振動を圧電体によっ
て発生させるようにし、このときに圧電体の貼付け面以
外の駆動面に生ずる振動を利用して可動子を送るか、固
定子に対して弾性体から成る可動子を移動させるように
したものである。従ってこのような構成によれば、非常
に簡潔な・構造によって超音波モータを形成することが
可能になる。また圧電体に加えられる電圧の周波数およ
び位相の変化あるいは弾性体と可動子あるいは固定子と
の匍の接触の位置または姿勢を変化させるだけで送り方
向を変化させることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る超音波モータの弾性体
への圧電体の貼付けを示す分解斜視図、第２図は圧電体
を貼付けた弾性体の正面図、第３図は同背面図、第４図
は同側面図、第５図は同外観斜視図、第６図および第７
図は正方向送りを示す正面図、第８図は正方向送りの回
路を示す回路図、第９図および第１０図は逆方向送りを
示す正面図、第１１図は逆方向送りの回路図、第１２図
は変形例の超音波モータの外観斜視図、第１３図は同回
路図、第１４図および第１５図は逆方向送りの状態を示
す正面図、第１６図および第１７図は従来の超音波モー
タを示す正面図である。 また図面中の主要な部分の名称はっぎの通りである。 ２０・・・・・・弾性体 ２１．２２・・・突部 ２３．２４・・・圧電体 ２５・・・・・・中心孔 ２６・・・・・・発振器 ２７・・・・・・アンプ ２８・・・・・・位相反転器 ３０・・・・・・可動子

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．　互いに対向する２面がそれぞれほぼ正方形になっ
   ている弾性体を具備し、前記弾性体の表面に圧電体を貼
   付け、前記ほぼ正方形の面積が変化するような振動を前
   記圧電体によって発生させ、このときに前記圧電体の貼
   付け面以外の駆動面に生ずる振動を利用して可動子を送
   るか固定子に対して前記弾性体から成る可動子を移動さ
   せるようにしたことを特徴とする超音波モータ。