JPH0284077A

JPH0284077A - 振動子型アクチュエータ

Info

Publication number: JPH0284077A
Application number: JP63231727A
Authority: JP
Inventors: Koji Toda; 耕司戸田
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-09-16
Filing date: 1988-09-16
Publication date: 1990-03-26
Anticipated expiration: 2013-05-28
Also published as: JP2759805B2

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、銀行カードなどのカードを読み取る機械にお
いて該カードを移送したりするのに用いて好適なアクチ
ュエータに関し、特に電気機械変換素子として圧電振動
子を用いる振動子型アクチュエータに関する。

（従来の技術と課ｉ１り電気エネルギを機械エ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振動子型アクチュエータの
うちでは超音波モータがよく知られている。超音波モー
タには、電磁力で回転する電磁モータより回転速度が低
く、トルクが大きいという特徴があるから、精密機械の
アクチュエータとして用途は広い、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励振する電気回路が複
雑であり、小型化が難しく、また高価であった。

小型化が容易で安価に製造できる振動子型アクチュエー
タとしては１本願発明者と同一人により発明され特許出
願された「振動子型アクチュエータ」（特願昭６３−１
２９１２２号、８３−１５７５０６号）がある、これら
既出願の振動子型アクチュエータで用いる圧電振動子は
円柱型であるが、用途によっては直方形圧電振動子の方
が実装し易くて便゛利な場合も多い。

圧電振動子が直方形（角板形や角柱形）であって、現在
までに発表されている超音波モータには次のものがある
。

■　正方形板の、同形縮退された面内屈曲振動モード（
Ｆｌｅｘｕｒａｌ−Ｆｌｅｘｕｒａｌｍｏｄｅ）を利用
したもの（常用　他：”面内振動の多重モード振動子利
用による超音波モータ”、Ｕ　３８７−３２（１９８７
）　）　。

■　正方形状圧電セラミックスの、２つの垂直振動（Ｂ
ｅｎｄｌｎｇ−Ｂｅｎｄｉｎｇｍｏｄｅ）により、楕円運動を得るタイプのもの（常用
　他：“超音波モータの構成とその一応用”　、Ｕ　３
８７−５（１９８７））　。

これら２種類については、特性結果は報告されていない
。

■　圧電セラミックス単体の角柱（角棒）にストリップ
状の電極を形成し、その電極で分極とＩｉ！Ｉ振を行う
、同形縮退型２重モード屈曲振動子を用いる超音波リニ
アモータ（呑口、清水二”圧電セラミックス音片型超音
波リニアモータ”、音講論集、６２．１０　）　。

楕円運動駆動の場合二人力１４１　Ｖ、　０．８９Ｗ。

ｆ＝２１．７ｋＨｚのとき最大速度１６ｃｉ／　ｓ　、　Ｒ大推力　６０ｇｗ直線運動駆動の場合：入力２８３　Ｖ、　０．９３１４
　。

ｆ　＝２２．３ｋ　Ｈｚのとき最大速度７．６ｃｍ／Ｓ、最大推カフ５ｇｗ第５図は上記■の超音波モータを説明する図であり、同
図（ａ）は圧電振動子の斜視図、同図（ｂ）は圧’Ｘ　
ＷＺ動子における分極および励振の方向を示す概念図、
同図（ｃ）はその圧電振動子における振動モードを示す
概念図、同図（ｄ）および（ｅ）はそれぞれその超音波
モータの平面図および側面図である。

ところが、上記■〜■の超音波モータでは圧電振動子等
の機械構造や圧電振動子を励振する電気回路が複雑であ
り、小型化や価格に難点がある。

そこで、本発明の目的は、構造が簡単で、小型化が容易
で、安価に製作でき、圧電振動子が直方形である振動子
型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、
圧電振動子と移動子とからなり、前記圧電振動子に交流
電圧が加えられたとき該圧電振動子に生ずる振動変位に
より前記移動子に変位を与える振動子型アクチュエータ
であって、前記圧電振動子が、直方形に成形されたセラ
ミック圧電体と、この圧電体上の互に平行な２つの端面
に固着されている一対の電極とからなり、前記移動子は
前記圧電振動子における前記端面に垂直な側面に接触さ
せであることを特徴とする。

（実施例）次に実施例を挙げ本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の一実施例を示す斜視図である。

この実施例は圧電振動子１と、ロータ２と、ロータ２を
圧電振動子１に押し付ける圧接手段（図示せず）とから
なっている、そして、圧電振動子１はセラミックの圧電
体１１と、　＠＆１２．１３とがらなっており、ロータ
２には回転軸２１が設けである。

圧電体１１の形状は一辺が５Ｉｌの立方体である。ヤン
グ率をＹ３ｘ”　（Ｎ／　ｍ２）　、密度をｐ（’に、
ｇ／ｍ１）、ポアソン比をσとすると、圧電体１１の材
料定数はＹｓｊ”　＝７．７１０”、ρ＝７．６　Ｘ１
０’σ＝０．２８である。圧電体１１の分極軸は電極１
２．１３に垂直な方向にある。

第２図（ａ）、（ｂ）は周波数ｆが２４８．２ｋ　Ｈｚ
　、　３４８．２　ｋ　Ｈｚの交流電圧を第１図実施例
の電極１２と１３との間に印加したときに、その実施例
の圧電体１１の表面に生じる振動変位を矢印で示す概念
図である。

第３図は、第１図実施例における圧電振動子１に２００
〜６００ｋＨｚの交流電圧を印加したときに、その圧電
振動子が示すアドミッタンスの周波数特性図である０本
図から明らかなように、この圧電振動子１は周波数ｆｌ
、ｆ２において共振しており、これら周波数において大
きな振動変位が現われる。そのｆｌが２４８．２ｋＨｚ
　　、　　ｆ□　３４８．２ｋＨｚであり、この周波数
で圧Ｔｈ振動子１を励振すると、前に述べたように第２
図に矢印で示す如くに振動変位が起こる。

第１図実施例は第２図の振動変位を回転力として取り出
すアクチュエータであり、ロータ２は回転軸２１の回り
に第１図の矢印の向きに回転する。

なお、第１図には、ロータ２を圧電体１１に安定に接触
させる手段は示されていないが、例えば、回転軸２１の
軸受けをスプリングで圧！＃１１の方向に押し付ければ
よく、常套手段なので、詳しい説明は省略する。

第１図実施例のロータ２をカードに接触させる補遺を採
用することにより、銀行の金銭自動引き出し機などに本
実施例は利用できる。なお、ロータ２には硬質プラスチ
・ツクや金属などの如く硬い材料が適しており、カード
に直接に触れてはカードに損傷を与えることがあり得る
。そのようなおそれを除くには、ゴム等でなる第２のロ
ータを設け、ロータ２の回転をその第２のロータに伝え
、第２のロータをカードに接触させればよい。

第４図は、第１図実施例の圧電振動子１に周波数ｆが３
４８．２ｋＨｚの交流電圧を印加してロータ２を回転さ
せたときにおける印加電圧とロータの回転速度との関係
を示す図である０本図から明らかなように、実施例では
ロータ２の回転速度は印加電圧で広範囲に制御できる。

（発明の効果）以上に実施例を挙げて詳しく説明したように、本発明で
は圧を振動子の形が直方形で機器に実装し易く、構造が
簡単であり、しかも小形（実施例は一辺５ＩＩｌの立方
体とそれより更に小さいロータでなる）である、したが
って、本発明のアクチュエータは安価に製造できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す斜視図、第２図は第１
図実施例における圧電振動子１に現れる振動変位を示す
概念図、第３図は第１図実施例における圧′ｆ＆振動子
１の周波数−アドミッタンス関係を示す特性図、第４図
は第１図実施例における印加電圧とロータ回転速度の関
係を示す図、第５図は従来の振動子型アクチュエータの
一種である超音波モータを説明する図である。１・・・圧ｔｌ動子、２・・・ロータ、１１・・・セラ
ミック圧を体、１２．１３・・・電極、２１・・・ロー
タの回転軸。

Claims

【特許請求の範囲】

１．　圧電振動子と移動子とからなり、前記圧電振動子
に交流電圧が加えられたとき該圧電振動子に生ずる振動
変位により前記移動子に変位を与える振動子型アクチュ
エータにおいて、前記圧電振動子が、直方形に成形され
たセラミック圧電体と、この圧電体上の互に平行な２つ
の端面に固着されている一対の電極とからなり、前記移
動子は前記圧電振動子における前記端面に垂直な側面に
接触させることを特徴とする振動子型アクチュエータ。
２．　前記圧電振動子の前記側面と前記移動子とを互い
に圧接する手段が備えてあることを特徴とする請求項１
記載の振動子型アクチュエータ。