JPH02202379A - 平面型超音波アクチュエータ - Google Patents
平面型超音波アクチュエータInfo
- Publication number
- JPH02202379A JPH02202379A JP1017975A JP1797589A JPH02202379A JP H02202379 A JPH02202379 A JP H02202379A JP 1017975 A JP1017975 A JP 1017975A JP 1797589 A JP1797589 A JP 1797589A JP H02202379 A JPH02202379 A JP H02202379A
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- JP
- Japan
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- vibration
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- piezoelectric
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- 238000005452 bending Methods 0.000 claims description 15
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 10
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 4
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000002783 friction material Substances 0.000 description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
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。
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、圧電セラミックなどの圧電体により励振した
弾性振動を駆動力とする平面型超音波アクチュエータに
関する。
弾性振動を駆動力とする平面型超音波アクチュエータに
関する。
従来の技術
近年、圧電セラミック等の圧電体により構成した振動体
に弾性振動を励振し、これを駆動力とした超音波モータ
や超音波リニアモータ等の超音波アクチュエータが注目
されている。
に弾性振動を励振し、これを駆動力とした超音波モータ
や超音波リニアモータ等の超音波アクチュエータが注目
されている。
以下、図面を参照しながら従来の超音波アクチュエータ
について説明を行う。
について説明を行う。
第５図は円環型超音波モータの概観図であり、スリット
を入れた円環形の弾性体１に円環形の圧電セラミック等
の圧電体２を接着することにより振動体３を構成し、耐
摩耗性の摩擦材４と弾性体５より移動体６を構成する。
を入れた円環形の弾性体１に円環形の圧電セラミック等
の圧電体２を接着することにより振動体３を構成し、耐
摩耗性の摩擦材４と弾性体５より移動体６を構成する。
振動体３に移動体６を加圧して設置し、圧電体２に交流
電圧を印加すれば、振動体３に周方向に進行する撓み振
動の進行波が励振され、移動体６は進行波により駆動さ
れて回転する。
電圧を印加すれば、振動体３に周方向に進行する撓み振
動の進行波が励振され、移動体６は進行波により駆動さ
れて回転する。
第６図は超音波リニアモータの概観図であり、円板膨圧
電体７および８を、円筒形の弾性体９および１０で挟ん
で固定することにより振動体１１を構成している。圧電
体７および８に、振動体１１の共振周波数近傍の交流電
界を印加すれば、同図中の矢印で示されるように、振動
体１１は縦振動モードで上下方向に振動する。
電体７および８を、円筒形の弾性体９および１０で挟ん
で固定することにより振動体１１を構成している。圧電
体７および８に、振動体１１の共振周波数近傍の交流電
界を印加すれば、同図中の矢印で示されるように、振動
体１１は縦振動モードで上下方向に振動する。
振動体１１の振動面から見た機械インピーダンスは、ホ
ーン１２によりインピーダンス変換されて、伝送棒１３
の撓み振動に対する機械インピーダンスに整合される。
ーン１２によりインピーダンス変換されて、伝送棒１３
の撓み振動に対する機械インピーダンスに整合される。
ホーン１２の先端は伝送棒１３の一端に近い一部に音響
的に結合される。従って、振動体１１の上下振動は、ホ
ー７１２により効率良く伝送棒１３に伝えられ、伝送棒
１３は撓み振動する。この撓み振動は、伝送棒１３の一
端から他端に向かって進行する。
的に結合される。従って、振動体１１の上下振動は、ホ
ー７１２により効率良く伝送棒１３に伝えられ、伝送棒
１３は撓み振動する。この撓み振動は、伝送棒１３の一
端から他端に向かって進行する。
伝送＄１１３の他端に近い一部では、一端と同様にホー
ン１４の先端が音響的に結合されている。
ン１４の先端が音響的に結合されている。
円板膨圧電体１５および１６を、円筒形の弾性体１７お
よび１８で挟んで固定することにより、振動体１１と全
く同じ振動体１８を構成している。
よび１８で挟んで固定することにより、振動体１１と全
く同じ振動体１８を構成している。
ホーン１４には、この振動体１９が接続されている。従
って、伝送棒の一端から他端に向かって進行してきた撓
み振動は、ホーン１４により振動体１９に伝えられ、振
動体１θの上下振動に変換される。圧電体１５および１
６には、インピーダンス整合した負荷Ｒが接続され、上
記の上下振動は負荷Ｒによって消費される。故に、伝送
棒１３には撓み振動が進行波としてのみ存在する。
って、伝送棒の一端から他端に向かって進行してきた撓
み振動は、ホーン１４により振動体１９に伝えられ、振
動体１θの上下振動に変換される。圧電体１５および１
６には、インピーダンス整合した負荷Ｒが接続され、上
記の上下振動は負荷Ｒによって消費される。故に、伝送
棒１３には撓み振動が進行波としてのみ存在する。
２０は移動体であり、伝送棒１３を進行する撓み振動に
より駆動され、進行波の進行方向とは逆の方向に運動す
る。上の説明では、移動体２０の進行方向は一方向とし
ているが、駆動端を逆にすれば、逆の方向にも進行する
。
より駆動され、進行波の進行方向とは逆の方向に運動す
る。上の説明では、移動体２０の進行方向は一方向とし
ているが、駆動端を逆にすれば、逆の方向にも進行する
。
第７図は、撓みの弾性進行波が、移動体を駆動する原理
を示している。振動体（または伝送棒）２１の撓み振動
により、振動体２１の表面の点（例えば点Ａ）は、縦方
向Ｗ・横方向Ｕの楕円軌跡を描く。この楕円軌跡の頂点
での速度は、波の進行方向とは反対である。振動体２１
の上に移動体２２を加圧設置すれば、移動体２２は波の
頂点近傍でのみ振動体２１に接触する。従って、振動体
２１と移動体２２との厚擦力と、楕円軌跡の横方向の速
度によって、波の進行方向と逆の方向に移動体２２が駆
動される。また、同図中の２３は、上記楕円軌跡の横方
向成分を、効率良く取り出すための耐磨耗性の摩擦材で
ある。
を示している。振動体（または伝送棒）２１の撓み振動
により、振動体２１の表面の点（例えば点Ａ）は、縦方
向Ｗ・横方向Ｕの楕円軌跡を描く。この楕円軌跡の頂点
での速度は、波の進行方向とは反対である。振動体２１
の上に移動体２２を加圧設置すれば、移動体２２は波の
頂点近傍でのみ振動体２１に接触する。従って、振動体
２１と移動体２２との厚擦力と、楕円軌跡の横方向の速
度によって、波の進行方向と逆の方向に移動体２２が駆
動される。また、同図中の２３は、上記楕円軌跡の横方
向成分を、効率良く取り出すための耐磨耗性の摩擦材で
ある。
発明が解決しようとする課題
以上、説明した従来の超音波アクチュエータは、移動体
の運動は回転か直線であった。これらの超音波アクチュ
エータで、移動体が平面上を任意の方向に移動する平面
型超音波アクチュエータを構成しようとすれば、複数の
超音波モータか超音波リニアモータが必要となり、従っ
て、構造が複雑になり、寸法が大きくなるという課題が
あった。
の運動は回転か直線であった。これらの超音波アクチュ
エータで、移動体が平面上を任意の方向に移動する平面
型超音波アクチュエータを構成しようとすれば、複数の
超音波モータか超音波リニアモータが必要となり、従っ
て、構造が複雑になり、寸法が大きくなるという課題が
あった。
課題を解決するための手段
正方形断面を有する角棒が中央部で直交する構造を持つ
十字形弾性体のそれぞれの角棒の隣合う長方形面に圧電
体を接着して十字形振動体を構成し、上記十字形振動体
のそれぞれの角棒が交差する中央部を介して固定するこ
とにより平面内に複数個配列し、上記圧電体に電圧を印
加して上記角棒に直交する２次の撓み振動を同時に励振
して、上記十字形振動体の撓み振動の腹近傍の位置から
、機械出力を取り出すよう構成する。
十字形弾性体のそれぞれの角棒の隣合う長方形面に圧電
体を接着して十字形振動体を構成し、上記十字形振動体
のそれぞれの角棒が交差する中央部を介して固定するこ
とにより平面内に複数個配列し、上記圧電体に電圧を印
加して上記角棒に直交する２次の撓み振動を同時に励振
して、上記十字形振動体の撓み振動の腹近傍の位置から
、機械出力を取り出すよう構成する。
作用
正方形断面を有する角棒が中央部で直交する構造を持つ
十字形弾性体のそれぞれの角棒の隣合う長方形面に圧電
体を接着して十字形振動体を構成し、上記圧電体に電圧
を印加して上記角棒に直交する２次の撓み振動を同時に
励振して楕円軌跡をつくり、この楕円軌跡の一番大きく
なる振動の腹近傍より機械出力を取り出し、また、振動
の節となる上記十字形振動体のそれぞれの角棒が交じり
合う中央部を介して十字形振動体を平面上に固定するこ
とにより損失の小さい振動体の固定を可能にする。
十字形弾性体のそれぞれの角棒の隣合う長方形面に圧電
体を接着して十字形振動体を構成し、上記圧電体に電圧
を印加して上記角棒に直交する２次の撓み振動を同時に
励振して楕円軌跡をつくり、この楕円軌跡の一番大きく
なる振動の腹近傍より機械出力を取り出し、また、振動
の節となる上記十字形振動体のそれぞれの角棒が交じり
合う中央部を介して十字形振動体を平面上に固定するこ
とにより損失の小さい振動体の固定を可能にする。
実施例
以下、図面に従って本発明の一実施例について詳細な説
明を行う。
明を行う。
第１図は、本発明の１実施例の平面型超音波アクチュエ
ータの上面図である。同図において、１０１ａ１１０１
ｂ１ ・・・・・・は、正方形断面を持つ角棒が中央で
直行した構造を持つ十字形の振動体であり、圧電セラミ
ックなどの圧電体がそれぞれの角棒の相隣合う２つの長
方形面に貼り付けである。
ータの上面図である。同図において、１０１ａ１１０１
ｂ１ ・・・・・・は、正方形断面を持つ角棒が中央で
直行した構造を持つ十字形の振動体であり、圧電セラミ
ックなどの圧電体がそれぞれの角棒の相隣合う２つの長
方形面に貼り付けである。
十字形振動体１０１のそれぞれの角棒は直交する２次の
撓み振動をする。従って、十字形振動体１０１の中央部
は振動の節になり、この位置に設けられた取り付は部１
０３を介して基台１０２の上に複数個２次元に設置する
ことにより平面型超音波アクチュエータが構成されてい
る。また、１０７は機械出力取り出し用の突起体である
。
撓み振動をする。従って、十字形振動体１０１の中央部
は振動の節になり、この位置に設けられた取り付は部１
０３を介して基台１０２の上に複数個２次元に設置する
ことにより平面型超音波アクチュエータが構成されてい
る。また、１０７は機械出力取り出し用の突起体である
。
第２図は、平面型超音波アクチュエータに用いる十字形
振動体１０１の斜視図である。１０４は正方形断面を持
つ角棒が中央で直行した構造を持つ十字形の弾性体であ
り、１０５ａ１ ｂｌ Ｃ１ｄは、それぞれ図中の正負
の符号のように厚さ方向に分極され、角棒に接着された
圧電体である。また、１０６ ａｓ ｂｌＣｔ ｄ
は、それぞれ図中の正負の符号のように厚さ方向に分極
され、もう１つの角棒に接着された圧電体である。十字
形振動体の中心には取り付は部１０３として小孔があけ
られている。十字形振動体はこの取り付は部１０３を介
して基台１０２に取り付けられる。
振動体１０１の斜視図である。１０４は正方形断面を持
つ角棒が中央で直行した構造を持つ十字形の弾性体であ
り、１０５ａ１ ｂｌ Ｃ１ｄは、それぞれ図中の正負
の符号のように厚さ方向に分極され、角棒に接着された
圧電体である。また、１０６ ａｓ ｂｌＣｔ ｄ
は、それぞれ図中の正負の符号のように厚さ方向に分極
され、もう１つの角棒に接着された圧電体である。十字
形振動体の中心には取り付は部１０３として小孔があけ
られている。十字形振動体はこの取り付は部１０３を介
して基台１０２に取り付けられる。
第３図は十字形振動体の側面図である。圧電体１０５ｂ
１ ｄを短絡して、十字形振動体１０１の共振周波数近
傍の交流電圧が厚さ方向に印加されると、角棒は同図中
の振動の変位分布Ａで示されるように２次の撓み振動を
する。同様にして、圧電体１０５ａ１ ｃに、共振周波
数近傍の交流電圧を印加すると、角棒は同図中の振動の
変位分布Ａに直交する面内で２次の撓み振動をする。従
って、この２つの駆動電圧の位相差を９０度にすれば、
撓み振動により角棒の各部は同図の紙面に直角な面内で
楕円（円）軌跡を描いて運動する。従って、同図に矢印
で示した振動の腹の部分に、移動体を加圧接触して設置
すれば、移動体は一番大きな速度で移動する。従って、
機械出力取り出し用の突起体１０７は振動の腹近傍に設
置される。突起体１０７の先端に加圧接触して移動体を
設置すれば、移動体は紙面に直角の方向に移動する。同
様にして、２つの撓み振動によりもう１つの角棒の各部
は同図の紙面内で楕円（円）軌跡を描いて運動する。従
って、この運動により移動体を紙面内で移動させること
ができる。故に、十字形振動体１０１を平面上に配置す
ることにより、移動体を平面内で移動させることができ
る。また、十字形振動体の中央部はこれらの撓み振動の
節になっているので、この部分を介して十字形振動体１
０１の基台１０２への損失の少ない固定ができる。
１ ｄを短絡して、十字形振動体１０１の共振周波数近
傍の交流電圧が厚さ方向に印加されると、角棒は同図中
の振動の変位分布Ａで示されるように２次の撓み振動を
する。同様にして、圧電体１０５ａ１ ｃに、共振周波
数近傍の交流電圧を印加すると、角棒は同図中の振動の
変位分布Ａに直交する面内で２次の撓み振動をする。従
って、この２つの駆動電圧の位相差を９０度にすれば、
撓み振動により角棒の各部は同図の紙面に直角な面内で
楕円（円）軌跡を描いて運動する。従って、同図に矢印
で示した振動の腹の部分に、移動体を加圧接触して設置
すれば、移動体は一番大きな速度で移動する。従って、
機械出力取り出し用の突起体１０７は振動の腹近傍に設
置される。突起体１０７の先端に加圧接触して移動体を
設置すれば、移動体は紙面に直角の方向に移動する。同
様にして、２つの撓み振動によりもう１つの角棒の各部
は同図の紙面内で楕円（円）軌跡を描いて運動する。従
って、この運動により移動体を紙面内で移動させること
ができる。故に、十字形振動体１０１を平面上に配置す
ることにより、移動体を平面内で移動させることができ
る。また、十字形振動体の中央部はこれらの撓み振動の
節になっているので、この部分を介して十字形振動体１
０１の基台１０２への損失の少ない固定ができる。
第４図は平面形超音波アクチュエータの側面図である。
基台１０２上に十字形振動体１０１を複数個配列して、
任意の移動体１０８を上から設置すれば、移動体は十字
形振動体１０１の突起体１０７の先端の楕円軌跡により
駆動されて、平面内で任意の方向に移動する。
任意の移動体１０８を上から設置すれば、移動体は十字
形振動体１０１の突起体１０７の先端の楕円軌跡により
駆動されて、平面内で任意の方向に移動する。
発明の効果
本発明によれば、十字形振動体に直交した２次の撓み振
動を励振することによって、簡単な構造で、損失の少な
い、しかも厚さの薄い平板型超音波アクチュエータを提
供できる。
動を励振することによって、簡単な構造で、損失の少な
い、しかも厚さの薄い平板型超音波アクチュエータを提
供できる。
第１図は本発明の１実施例の平面型超音波アクチュエー
タの上面図、第２図は平面型超音波アクチュエータに用
いる十字形振動体の斜視図、第３図（ａ）および（ｂ）
は各々、十字形振動体の側面図とその撓み振動の変位分
布図、第４図は平面型超音波アクチュエータの動作を示
す側面図、第５図は円板型超音波モータの概観図、第６
図は超音波リニアモータの概観図、第７図は撓みの弾性
進行波が移動体を駆動する原理を示す説明図である。 １０１・・・・・・十字形振動体、１０２・・・・・・
基台、１０３・・・・・・取り付は部、 １０４・・・・・・十字形弾性体、１０５・・・・・・
圧電体、１０６・・・・・・圧電体、１０７・・・・・
・突起体、１０８・・・・・・移動体。 代理人の氏名 弁理士 粟野重孝 はか１名臨 図 １０５α工’を体 圧電体 第 区 第 囚 昌 凶 纂 図 嘉 図 ＼ １０２五首 ２１扱勧俸
タの上面図、第２図は平面型超音波アクチュエータに用
いる十字形振動体の斜視図、第３図（ａ）および（ｂ）
は各々、十字形振動体の側面図とその撓み振動の変位分
布図、第４図は平面型超音波アクチュエータの動作を示
す側面図、第５図は円板型超音波モータの概観図、第６
図は超音波リニアモータの概観図、第７図は撓みの弾性
進行波が移動体を駆動する原理を示す説明図である。 １０１・・・・・・十字形振動体、１０２・・・・・・
基台、１０３・・・・・・取り付は部、 １０４・・・・・・十字形弾性体、１０５・・・・・・
圧電体、１０６・・・・・・圧電体、１０７・・・・・
・突起体、１０８・・・・・・移動体。 代理人の氏名 弁理士 粟野重孝 はか１名臨 図 １０５α工’を体 圧電体 第 区 第 囚 昌 凶 纂 図 嘉 図 ＼ １０２五首 ２１扱勧俸
Claims (1)
- 正方形断面を有する角棒が中央部で直交する構造を持つ
十字形弾性体のそれぞれの角棒の隣合う長方形面に圧電
体を接着して十字形振動体を構成し、上記十字形振動体
のそれぞれの角棒が交差する中央部を介して固定するこ
とにより平面内に複数個配列し、上記圧電体に電圧を印
加して上記角棒に直交する２次の撓み振動を同時に励振
して、上記十字形振動体の撓み振動の腹近傍の位置から
、機械出力を取り出すことを特徴とする平面型超音波ア
クチュエータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1017975A JPH07110143B2 (ja) | 1989-01-27 | 1989-01-27 | 平面型超音波アクチュエータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1017975A JPH07110143B2 (ja) | 1989-01-27 | 1989-01-27 | 平面型超音波アクチュエータ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02202379A true JPH02202379A (ja) | 1990-08-10 |
| JPH07110143B2 JPH07110143B2 (ja) | 1995-11-22 |
Family
ID=11958730
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1017975A Expired - Lifetime JPH07110143B2 (ja) | 1989-01-27 | 1989-01-27 | 平面型超音波アクチュエータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07110143B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008245510A (ja) * | 2007-02-28 | 2008-10-09 | Casio Comput Co Ltd | 圧電アクチュエータ、カメラ装置及び移動用ステージ装置 |
| JP2012178947A (ja) * | 2011-02-28 | 2012-09-13 | Ngk Insulators Ltd | 圧電アクチュエータ及び圧電アクチュエータアレイ |
| JP2019122239A (ja) * | 2017-12-28 | 2019-07-22 | 新思考電機有限公司 | 圧電式駆動装置、光学部材駆動装置、カメラ装置及び電子機器 |
-
1989
- 1989-01-27 JP JP1017975A patent/JPH07110143B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008245510A (ja) * | 2007-02-28 | 2008-10-09 | Casio Comput Co Ltd | 圧電アクチュエータ、カメラ装置及び移動用ステージ装置 |
| JP2012178947A (ja) * | 2011-02-28 | 2012-09-13 | Ngk Insulators Ltd | 圧電アクチュエータ及び圧電アクチュエータアレイ |
| JP2019122239A (ja) * | 2017-12-28 | 2019-07-22 | 新思考電機有限公司 | 圧電式駆動装置、光学部材駆動装置、カメラ装置及び電子機器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07110143B2 (ja) | 1995-11-22 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20071122 Year of fee payment: 12 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
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