JPH03215175A - 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】 ［産業上の利用分野］ この発明は、超音仮モータに関し、特に、圧電素子に超
酋波領域の電気信号を印加して一軸アクテユエータとし
て動作させる超ｆ波モータに関するものである。

こ従来Ｏ技術コ 凛４図〜第６図は′４！！浦昭６３−２８３４７３号公
報こ示さＩＬた促釆Ｏ超１沢モータであり、金属、七′
″′ミ゛・クスなど０％性体でなる頁万体状Ｏ基俸（５
ｌ）の上面に駆動子（５３）が一体に突設されている。

また、基体（５１）の側面および下面には、基体（５１
）をＸ方向に屈曲させるための圧電素子（５２ｂ入（　
５２Ｃ　）と、Ｙ方向に屈曲させるための圧電素子（５
２ａ）がそれぞれ固着されているｏ　（５４ａ）、（５
４ｂ）は取付穴、（５５）は接続リード憑である。

以上の帯成により、超音波領域の電気信号を圧電素子（
５２ａ　）と（５２ｂ）ないしは（５２ａ）と（５２Ｃ
）にそれぞれ加えると、基体（５１）はＸ方向成分とＹ
方向成分の両方向に同時に屈曲する。したがって、基体
（５１）には、両者の合成であるＥＦないしはＨＧ方同
の振動が発生する。駆動子（５３）にはスライダが圧接
されておク、基体（５１）がＥＦ方向の合成振動を行う
ようにした場合は、スライダは第４図で右方に移動され
る。また、ＨＧ方向の場合は、スライダは左方に移動さ
ｎる。

かようにして、被駆動体であるスライダに、互いに逆向
きの直線移動を任意に与えること〃二できるＯ ［発明が解決しようとする昧題コ 以上のような従来の超音波モータは、Ｘ方向、Ｙ方向の
２つの成分の圧電素子を、基体の別々の面に設ける必要
があるため、スペースファクタが悪く、そのため出力が
制限され、かつ、Ｘ１Ｙ方向の各共振周波数を揃える必
要から、薄形化が困難であるなどの問題点があった。

この発明は上記の問題点を解決しようとするもので、大
出力化、薄形化を達成できる超音波モータを得ることを
目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る超音波モータは、少なくとも一方の面上
に中心対称に１対の駆動子が突設され板状の弾性体でな
る基体と、この基体の表面に円周等分割に固着され、そ
れぞれ同極に分極された少なくとも４個の偶数個の２群
の圧電素子を備え、圧電素子の各群別に超音波領域の電
気信号を加えることにより、基体に径方同伸縮モードと
屈曲モードの複合共蛋を生じさせる。

［作　用］ この発明Ｑておいては、駆動子に出接されている被移動
体が、基体の径方向伸縮モードの振動に対応して径方向
に振られ、屈曲モードの振動に起因しては圧接、離放を
繰返えすので、被移動体は径方向に直蛛移動される。

［実施例コ 第１図〜第３図はこの発明の一実施例を示し、第１図、
第２図において、円板状弾性体でなる基体（１）に｛は
、その中心部に取付固定用の貫通孔（１ａ）と面内外縁
部の中心対称位置に駆動子（５ａ）、（５ｂ）が一体的
に突設されている。基体（１）の上面には、同極に分極
された一群の圧電素子（２ａ）　、（２ｂ）、（２Ｃ）
と、これと交互に他の一群の圧電素子（３ａ）、（３ｂ
）　、（３ｃ）が６等分割されてドーナツ状に固着され
ている。

なお、駆動子（５ａ）、（５ｂ）に圧接される被移動体
であるスライダおよび各圧電素子に設けた電極や接続用
のリードは煩雑を避けるために図示を省略した。

次に動作（でついて説明する。基体（１）は、一群の圧
電素子（２ａ）、（２ｂ）、（２ｃ）２２は他の一群（
７）圧”［素子（３ａ）、（３ｂ）、（３Ｃ）Ｋ！ルｆ
ｆｉ［ｃ−ｔ’、径方向伸縮モードと屈曲モードの両方
の振動を互いに同時に発生することができる。

この失施例では、圧電素子（２ａ）〜（２ｃ）あるいは
（３ａ）〜（３Ｃ）のそれぞれのグループに超音阪信号
を印刀ロしたとき、基体（１）は第３図に示すように矢
印（ａ）で示す径方同伸縮モードと矢印（ｂ）で示す左
右が逆相になる屈曲モードとの複合共振１ｃ起こす寸法
関係に形成されている。

いま、圧電素子（２ａ）　（２ｂ）　（２Ｃ）　のグル
ープに電気信号が印加さｎたときの基体（１）の動作を
みると、分極は全部同ｉｏため、径方向伸縮モードはス
ムースに発生して、第３図の矢印（ａ）の貢縁に示すよ
うに径方向に伸びて広がレ、そのとき同時に屈曲モード
は矢印（ｂｌの実一のように五右が逆相で屈曲する。そ
のため、駆動子（５ｂ）は、さらにスライダに当接しな
がら矢印（ａ）の実妹左方にスライダを蹴り出す。

次の半サイクルにおいては、逆０４動になるので矢印（
ａｌ、（ｂｊ共点蛛のようになり、今区は駆染子（５ａ
）が働らいてスライダは矢印（ａ）の点祿右のようにな
り、スライダはやは９左方に獣り出さｎるため、１サイ
クルの正負両方共、左方に移動されることになる。

次に、スライダの右方への移勤は、給電を圧電素子（３
ａ）　（３ｂ）　（３ｃ　）のグループ側に切換えるこ
とで行われる。即ち、圧電素子の分極方向は同一である
ため、第３図の矢印（ａ）の径方向伸縮モードはそのま
まで、矢印（ｂ）の逆相屈曲モードだけが反転するので
スライダの右方への移動が達成されるのである。

以上のように、駆動子（５ａ）　（ｓｂ）に圧接されて
いるスライダの移動方向は、圧電素子の２つのグループ
への給電切換えによるため、発蚕駆動回路はきわめて簡
単になる。そのため、一般的には、共振点でのインピー
ダンス変化を検仰して発振させる自励回路や、２つの圧
電素子グループの片方からの発生電圧を利用してフィー
ドバックし九目励回路が採用される。

なお、分岨練（４）は、ドーナッツ状圧電素子を固着し
てから、放電カットとうにより形成しても、あるい（グ
、最初から別々の素子を固層しても良い。

以上の実施例の具体的数値例を記すと、基体（円板）の
直径＝８０■鋼板 厚み　ｍ　　５．２ｍ 圧電素子の厚み　　　：　　０．６＋ｍＰＺＴ分　割　
数　　　　：　６分割方式片面貼シ駆動子の位置　　　
　：　外縁部対称２箇所スライダ材質　　　　二　力一
〆ン繊維をエボキシ便脂で固化整形した もの ：　中心部同定 ：　　４０．５ｋＨｚ ：　５■実効値 ：３５０な／秒 無負荷時 固定方法 共振周波数 駆動電圧 スピード が・潜られた。

萱た、第１図の例では、圧電素子を基体の片面にだけ固
着しているが、基体の画面に圧電素子を固着して全面同
極にして給電す扛ば、性能は倍加するのはいうまでもな
い。

さらに、低電圧で駆動したいときは、圧電素子を各２枚
積み重ねて並列に給電すればよい。因みに基体の両面に
圧電素子を固看したときの電気的結融は、第１図で圧電
素子（２ａ）　（２ｂ）　（２ｃ）　　とさらに圧電素
子（３ａ）の裏、（３ｂ）の裏、（３ｃ　）　（ＩＤ　
４　Ｏ合計６個を並列にすることになる。また、逆方向
移動には、圧電素子（３ａ）　（３ｂ）　（３ｃ）と（
２ａ）　（Ｄ裏、（２ｂ）の裏、（２Ｃ）の裏の６個の
圧電素子の並列接続となる。この礪合、上下の分離一の
位置は一致させ、圧電素子の数は適宜間引いてもよい。

なお、上記実施例では、圧電素子３個づつの６等分割の
例を示したが、基体（１）の厚みをさらに薄くしたいと
きは、圧電素子を５個づつの１０等分にすることで達せ
られる。

また、直交ＸＹの２軸に揖成することもできる。

すなわち、分割電極會さらに倍の１２等分割にして隣り
合う２個づつを組合せて、先づ第１図と同様の結奪會行
い、これをＸ軸とする。

次にＹ軸は、９０°回転して同様の結愉をし直すことに
より、やはり第１図と同じ動作管行わせることができる
。このとき、もう一つの駆動子の取着位置は良側面の９
０°ずらした位置になる。

このような２軸アクチュエータの構成は、各軸のストロ
ーク（移動長）により各櫨の構成が考えられ、何れもモ
ータが１個のため薄形コンパクトで省スペース設計が可
能になる。ただし、反面、２軸を同時に使用することは
かなり困難で、ＸＹ各軸の作動時間は別々にして、かつ
、クラッチ機栴を必要とするのは止むを得ない。

貫通孔（１ａ）は、径方向モードと屈曲モードの双万に
共通のノード部（振動の節部）に当るため、組立て固定
用としてここを利用するのは、両者の振動を阻害するこ
とが少なく好都合である。

また、モータの取付け固定位置を規正するために貫通孔
（１ａ）の一部に切り欠き部を設けるのは有効である。

駆動子（５ａ）　（５ｂ）は、基体（１）と一体構造に
して削り出し加工をしてｔ１後加工により別途硬化処理
を厖したチップ片をスボノト接続とうで固着しても良い
。

駆動子の設置場所は、第１図に示すＸ印の（Ａ）（Ｂ）
にするとスピードは小さくなり駆動力が増す。

このとさ、（Ａ）　（Ｂ）位置の圧電素子は取シ去って
もよい。そうすると圧電素子は２個つつの４個となシ、
これは最小個数である。

スライダの駆動子との接触面を構成する材料には、耐摩
耗性と摩擦係数のおる程度大きいことが要求される。こ
の相矛盾した仕様を満たすために、アラミド繊維やカー
ボン繊維を樹脂で成形したものが使用される。このとき
位置検知手段を一緒に封入して複合化を図ることができ
る。

第１図の例よシ更に一段と高出力化するために、基体（
１）の厚み中心部に径方向モード専用の圧電素子板をセ
ットして並列駆動すると効果がある。基体（１）の形状
は必らずしも円形でなくても多角形板状でも良い。また
、リニアアクテユエータの構成は、特性奮揃えた２つの
超音波モータで両１目１］からスライダを挾み込むよう
にすると、駆動刀を犬きくすることができる。

第１図においては、基体（１）と圧電素子との組合せ例
を説明したが、これを圧電素子２枚だけで構成すること
もできる。この場合は、円板状あるいはドーナツ状の圧
蓮累子を貼９合せ、外表電極をそれぞれ同極にして、例
えば６等分割し、これに駆動子を設置すればよい。この
とき中心電極のとり出しは薄い金属板を入ｎても、はみ
出し電極の何れでもよい。

こ７″Ｌは、特に小型、軽量、小負荷仕様の量産品に適
している。

［発明の効果コ 以上の説明から明らかなように、この発明は、中心部に
固定組立用の貫通孔と面内所定位置に駆動子ｔ設けた円
板状の基体に駆動用の複数個の圧電素子を固着して基体
を励振し、径方向振動（ラジアルモード）と逆相の屈曲
モードとの複合井振により、被移動体を直融移動するよ
うにしたので、被移ｋｌ体の方向切侠えに、圧ｉｔ累子
への給電を切換えるだけでよく、電気回路を聞略化する
ことができ、高出力化、薄形化を達成することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図はこの発明の一実施例全示し、第１図は
平面図、第２図は促断面図、第３図は動作を示す一図で
ある。第４図は従米の超晋阪モータの斜視図、第５図は
同じく正面図、第６図は同じく動作を説明するための縁
図である。 （１）−・・基体、（ｌａ）・・・貫通孔、（２ａ）　
〜（２ｃ）　、（３ａ）〜（３Ｃ）　・・・圧電素子、
（４）−・・分離軸、（５ａ）　（５ｂ）・・・駆動子
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　板状弾性体でなり中心対称に少なくとも１対の駆動子
   が突設されている基体と、この基体の表面に円周等分割
   に固着され超音波領域の電気信号が印加される各複数個
   の２群の圧電素子とを備え、前記基体に径方向伸縮モー
   ドと屈曲モードの複合共振を生じさせる超音波モータ。