JPH02219474A - 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
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- JPH02219474A JPH02219474A JP1036862A JP3686289A JPH02219474A JP H02219474 A JPH02219474 A JP H02219474A JP 1036862 A JP1036862 A JP 1036862A JP 3686289 A JP3686289 A JP 3686289A JP H02219474 A JPH02219474 A JP H02219474A
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- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 3
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 12
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 10
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 3
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 239000002783 friction material Substances 0.000 description 2
- 210000000080 chela (arthropods) Anatomy 0.000 description 1
- 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
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- 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。
°ポ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
。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。
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
。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。
第６図は超音波リニアモータの概観図であり、円板形圧
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。従うて、振動体１１の上下振動は、ホ
ーン１２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。従うて、振動体１１の上下振動は、ホ
ーン１２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。
伝送棒１３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。
１４の先端が音響的に結合されている。
円板形圧電体１５および１８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１９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１９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１９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１９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２ｏ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２ｏ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との摩擦力と、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との摩擦力と、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ょうきすれば、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ょうきすれば、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
少なくとも正方形断面の１辺が異なるか、長さが異なる
２本の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少なくても２つの長方形面に
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じり合う中央部を介しで固定
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のうち少なくても１本に直交する
２次の挟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。
２本の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少なくても２つの長方形面に
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じり合う中央部を介しで固定
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のうち少なくても１本に直交する
２次の挟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。
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、少な（でも正方形断
面の１辺またはその長さを変えることにより、十字形振
動体のそれぞれの角棒に励振する撓み振動の共振周波数
を変えて、それぞれの角棒の動作を独立にすることによ
り、安定した動作をする、構造の簡単な、効率の高い、
しかも薄型の平面型超音波アクチュエータを実現できる
。
十字形弾性体のそれぞれの角棒の、少な（でも正方形断
面の１辺またはその長さを変えることにより、十字形振
動体のそれぞれの角棒に励振する撓み振動の共振周波数
を変えて、それぞれの角棒の動作を独立にすることによ
り、安定した動作をする、構造の簡単な、効率の高い、
しかも薄型の平面型超音波アクチュエータを実現できる
。
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、１０１ａ、１０１
ｂ、 ・・・・・・は、その長さが異なり正方形断面
を持つ角棒が、お互いに中央で直行した構造を持つ十字
形の振動体である。十字形振動体１０１は中央部の取り
付は部１０３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。
ータの上面図である。同図において、１０１ａ、１０１
ｂ、 ・・・・・・は、その長さが異なり正方形断面
を持つ角棒が、お互いに中央で直行した構造を持つ十字
形の振動体である。十字形振動体１０１は中央部の取り
付は部１０３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は十字形の弾性体
であり、１０５ａ１ｂｓ ＣＮ ｄは、それぞれ図
中の正負の符号のように淳さ方向に分極され、角棒に接
着された圧電体である。また、１０６ａｔ ｂｓ
Ｏｌｄ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つの長さの異なる角棒に接着された
圧電体である。十字形振動体の中心には取り付は部１０
３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は十字形の弾性体
であり、１０５ａ１ｂｓ ＣＮ ｄは、それぞれ図
中の正負の符号のように淳さ方向に分極され、角棒に接
着された圧電体である。また、１０６ａｔ ｂｓ
Ｏｌｄ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つの長さの異なる角棒に接着された
圧電体である。十字形振動体の中心には取り付は部１０
３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
、ｄを短絡して、十字形振動体１０１の共振周波数近傍
の交流電圧が圧電体の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１０３ａｚｃ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
。
、ｄを短絡して、十字形振動体１０１の共振周波数近傍
の交流電圧が圧電体の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１０３ａｚｃ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
。
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、機械出力取り出し
用の突起体１０７を振動の腹近傍に設置し、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。移動体は紙面に直角の方向に移動する。
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、機械出力取り出し
用の突起体１０７を振動の腹近傍に設置し、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。移動体は紙面に直角の方向に移動する。
同様にして、もう１つの角棒の各部は２つの撓み振動に
より同図の紙面内で楕円（円）軌跡を描いて運動する。
より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
１０１の基台１０２への損失の少ない固定ができる。
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
１０１の基台１０２への損失の少ない固定ができる。
ここでは、機械出力取り出し用の突起体を角棒の内部に
設定しているが、角棒の両端に設定しても、機械出力を
取り出すことができる。
設定しているが、角棒の両端に設定しても、機械出力を
取り出すことができる。
第４図は十字形振動体１０１を構成する各角棒のアドミ
ッタンスの周波数特性である。同図において、実線は長
さの長い方の角棒のアドミッタンスの周波数特性であり
、点線は長さの短い方の角棒のアドミッタンスの周波数
特性である。２つの角棒部の共振周波数が離れているた
め、それぞれの角棒は独立に２次の挟み振動を励振でき
るため、一方の角棒で移動体を駆動している時、他方の
角棒の影響を無くすことができる。また、２つの駆動周
波数で２つの角棒部を同時に駆動することも可能である
。従って、２つの角棒部の共振周波数を等しくするより
も、正確な移動体の制御ができる。
ッタンスの周波数特性である。同図において、実線は長
さの長い方の角棒のアドミッタンスの周波数特性であり
、点線は長さの短い方の角棒のアドミッタンスの周波数
特性である。２つの角棒部の共振周波数が離れているた
め、それぞれの角棒は独立に２次の挟み振動を励振でき
るため、一方の角棒で移動体を駆動している時、他方の
角棒の影響を無くすことができる。また、２つの駆動周
波数で２つの角棒部を同時に駆動することも可能である
。従って、２つの角棒部の共振周波数を等しくするより
も、正確な移動体の制御ができる。
上の実施例では、その長さの異なる角棒がお互いに中央
で直行した構造を持つ十字形の振動体を使用したが、そ
の正方形断面の辺の長さが異なる角棒がお互いに中央で
直行した構造を持つ十字形の振動体を使用してもよい。
で直行した構造を持つ十字形の振動体を使用したが、そ
の正方形断面の辺の長さが異なる角棒がお互いに中央で
直行した構造を持つ十字形の振動体を使用してもよい。
第５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、少な（でも正方形断面の１辺が異なる
か、長さが異なる２本の角棒が中央部で直交する構造を
持つ十字形振動体のそれぞれの角棒に直交した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、制御性のよい、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。
か、長さが異なる２本の角棒が中央部で直交する構造を
持つ十字形振動体のそれぞれの角棒に直交した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、制御性のよい、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図は本発明の一実施例における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）は十字
形振動体の側面図、同図（ｂ）はその撓み振動の変位分
布図、第４図は十字形振動体を構成する各角棒のアドミ
ッタンスの周波数特性を示すグラフ、第５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６図は円環
型超音波モータの概観図、第７図は超音波リニアモータ
の概観図、第８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名簿 図 醜 区 Ｍ’ｌ！ 敗 ＼ １０２ 孤
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）は十字
形振動体の側面図、同図（ｂ）はその撓み振動の変位分
布図、第４図は十字形振動体を構成する各角棒のアドミ
ッタンスの周波数特性を示すグラフ、第５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６図は円環
型超音波モータの概観図、第７図は超音波リニアモータ
の概観図、第８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名簿 図 醜 区 Ｍ’ｌ！ 敗 ＼ １０２ 孤
Claims (1)
- 少なくとも正方形断面の１辺が異なるか、長さが異なる
２本の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少なくても２つの長方形面に
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じり合う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のうち少なくても１本に直交する
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 |
|---|---|---|---|
| JP1036862A JP2538027B2 (ja) | 1989-02-15 | 1989-02-15 | 平面型超音波アクチュエ―タ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1036862A JP2538027B2 (ja) | 1989-02-15 | 1989-02-15 | 平面型超音波アクチュエ―タ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02219474A true JPH02219474A (ja) | 1990-09-03 |
| JP2538027B2 JP2538027B2 (ja) | 1996-09-25 |
Family
ID=12481595
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1036862A Expired - Lifetime JP2538027B2 (ja) | 1989-02-15 | 1989-02-15 | 平面型超音波アクチュエ―タ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2538027B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100712591B1 (ko) * | 2005-11-15 | 2007-04-30 | 한국과학기술연구원 | 전방향성 초음파 압전 액츄에이터 시스템 |
-
1989
- 1989-02-15 JP JP1036862A patent/JP2538027B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100712591B1 (ko) * | 2005-11-15 | 2007-04-30 | 한국과학기술연구원 | 전방향성 초음파 압전 액츄에이터 시스템 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2538027B2 (ja) | 1996-09-25 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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