JPH03251088A - 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、超音波モータに関し、特に、圧電素子に超
音波領域の電気信号を印加して一軸アクチェエータとし
て動作させる超音波モータに関するものである。

［従来の技術］ 第６図〜第８図は特開昭６３−２８３４７３号公報に記
載された従来の超音波モータを示し、金属、セラミック
スなどの弾性体でなる直方体状の基体（５１）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）、（５２ｅ）と、
Ｙ方向に屈曲させるための圧電素子（５２ａ）がそれぞ
れ固着されている。（５４ａ）、（５４ｂ）は取付穴、
（５５）は接続リード線である。

以上の構成により、超音波領域の電気信号を圧を菓子（
５２ａ）と（５２ｂ）または（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。したがりて、基体（５
１）には、両者の合成でめるＥＦまたはＨＧ方向の振動
が発生する。駆動子（５３）にはスライダが圧接されて
おり、基体（５１）がＥＦ方向の合成撮動を行うように
した場合は、スライダは第６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れる。

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ができる。

［発明が解決しようとする課題］ 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、Ｘ、Ｙ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。

［課題を解決するだめの手段］ この発明に係る超音波モータは、面内の所定位置に駆動
子を複数個突設した長方形板状弾性体でなる基体に、超
音波領域の電気信号が印加される２重積層の複数対の圧
電素子が固着されており、基体に長さ方向の伸縮モード
と短辺方向の屈曲モードとの複合共振を生じさせる。

［作用コ この発明においては、駆動子に圧接されている被移動体
が、基体の短辺方向屈曲モードの振動に対応して駆動子
への圧接、開放を繰返し、長さ方向伸縮モードの振動に
起因しては、長辺方向に振られ、これによυ被移動体は
直線移動される。

［実施例コ 第１図〜第４図はこの発明の一実施例を示し、図におい
て、長方形板状の弾性体でなる基体（１）の表面に、８
個の駆動子（５ａ）　〜（５ｈ）が、基体（１）の両端
部と長さ方向３等分の位置に各１対づつ設けられている
。また、基体（１）の表面に圧電素子（２ａ）〜（２Ｃ
）および（３ａ）〜（３Ｃ）が駆動子対の間に各２個づ
つ固着されている。基体（１）の裏面にも６個の圧電素
子が、表面の圧電素子（２ａ）〜（２Ｃ）、（３ａ）〜
（３Ｃ）と基体（１）を挾んで２重積層して対をなして
固着されている。これらの圧電素子は、長さ方向伸縮モ
ードの第三次高調波に合致するように、両地部と中央部
それぞれの圧電素子が互いに反対に分極されている。

駆動子（５ａ）〜（５ｈ）の形成位置は、第三次長さモ
ード（ｌ、）と短辺屈曲モードそれぞれの変位量が大き
い場所に設置され、かつ、被移動体（スライダ）への蹴
シ出し方向が一致する位置に設置される。また、基体（
１）両面の圧電素子は、ｌ、モードと短辺屈曲モードの
両方を満足する位置と極性を選んでいる。

第１図の例においては、短辺屈曲モードは、薄形にする
ために、第二次の高調波（ＢＷｔ）を使用している。

圧電素子は、第１図、第２図に示す如く上下面１対のも
のが同極でかつ、基体（１）の短辺方向に中心に分離線
（４）を入れて２分割している。

第３図、第４図は、それぞれ（１，）モードと（Ｂｗｔ
）モードの動作を示す線図である。

なお、圧電素子に設けた電極や接続リード、ならびに、
駆動子に圧接しているスライダは、煩雑を避けるため図
示を省略した。

次に動作について説明する。基体（１）は、基体表面の
圧電素子（３ａ）、（３ｂ）、（３Ｃ）にそれぞれ対向
して１対をなす裏面の圧電素子と表面の圧電素子（２ａ
）　（２ｂ）　（２Ｃ）　（７）　６　個ツクルー　フ
、マタハ、表面の圧電素子（２ａ）　（２ｂ）　（２ｃ
）　にそれぞれ対向する裏面の圧電素子と表面の圧電素
子（３ａ）　（３ｂ）（３Ｃ）の同じ６個のグループへ
の給電により、第三次長さ方向伸縮モード（ｌ、）と短
辺方向屈曲第二次モード（Ｂｗｔ）を同時に発生する。

この実施例では、上記２つの圧電素子グループにそれぞ
れ超音波電気信号を印加したとき、第３図、第４図の挙
動になるように、基体（１）は（１３）と（Ｂｗｔ）と
の複合共振を起こす寸法関係に形成されている。

基体（１）のかかる動作により、８個の駆動子（５ａ）
〜（５ｈ）に圧接している被移動体（スライダ）は、（
ＢＷＩ）により駆動子への圧接と開放が繰り返され、（
＋ｓ）によシ長辺方向へ振られることになる。

いま、圧電素子（３ａ）　〜（３ｃ）の各裏側と（２ａ
）〜（２Ｃ）のグループに超音波領域の電気信号が印加
されて、（ＢＷｔ　）の挙動が第４図の実線になったと
き、（１，）の挙動は第３図実線矢印になるので、この
ときは、駆動子（５ａ）　（５ｂ）　（５Ｃ）　（ｓａ
）の４個が働らく。いま、駆動子（５ａ）の場所につい
てつぶさに見ると、（Ｉｓ）により第３図の実線は左向
きに移動し、また（５ｂ）の場所も左向きになりている
ので、スライダは左方に蹴り出される。

次の半サイクルでは、両モードの動作が第３図、第４図
の破線で示すようになるので、今度は駆動子（５ｅ）　
（５ｆ）　（５ｇ）　（５ｈ）の４個が働らき、破線挙
動でやはり左方向にスライダが蹴シ出される。

このようにして、半サイクル毎にスライダは左方に移動
される力を受けることになる。

反対にスライダを右方へ移動させるには、信号の印加を
圧電素子（２ａ）　（２ｂ）　（２ｃ）　（Ｄ裏側と（
３ａ）（３ｂ）　（３Ｃ）の６個のグループ側に切換え
ればよい。

すなわちこれらの圧電素子は（１，）モードに対しては
先程と同極に分極されており、同じ動作を行い、（ＢＷ
ｔ）モードのみが先程とは逆相になるためスライダの右
方への反転移動が達成されるのである。

以上のように、スライダの移動方向が圧電素子の２つの
グループへの給電切換えによって選択できるので、駆動
回路はきわめて簡略化され、例えば共振インピーダンス
を検知して発振する自励回路や、圧電素子グループの片
方は常に空いているのでこれからの発生電圧をフィード
バック信号として利用する自励発振回路などを採用する
ことができる。

なお、駆動子は、第１図に示す数より適宜間引いても、
上下両面に設置してもよい。圧電素子の数も第１図に示
す個数よりも適宜間引いてもよい。

基体（１）の組立時におけるサポート位置は、（１ｍ）
と（Ｂｗｔ）の各ノード（イ）（ロ）（ハ）に）の交点
に当る第１図×印３箇所の位置が両者の振動を阻害しな
いので特に適している。

次に、スライダに発生する推力をさらに一段と増大する
ために、他の実施例として第５図に示すように、長さ方
向伸縮モード発生用の２重積層対をなす圧電素子（７ａ
）　〜（７ｈ）を板部材（６ａ）　（６ｂ）でなる基体
（６）の厚み中心部に挟持固定してサンドイッチ構造に
することが、有効である。

この構成によれば、基本波から高調波まで純粋な長さモ
ードのみが発生できるので、他の振動モードとの結合に
よるトラブルの心配がなくなシ、特に大型機種の設計に
は有利である。

また、電気入力は、外表面側に固着する短辺方向屈曲モ
ード素子とは別にすることができるので、両者への位相
調整が可能になシ、大出力を要求するものにおいては好
都合である。

第５図のものは、（１４）モード用の圧電素子部分のみ
を示し、駆動子と（Ｂｗ）用水子の図示は省略した。ま
た、中心部の圧電素子はボルト締め構造とすることで、
強度に対する信頼性を向上することができる。

以上、本発明においては、長さ方向ならびに短辺屈曲モ
ードの何れも、基本波を含めて高調波の何れとも任意な
組合せが可能なため、小型のものから大型、大出力のも
のまで自由に設計することができる。

なお、小型のものは、全体をＱＭの大きい圧電素子のみ
で構成すれば、コストと量産性に優れたものを作ること
ができる。

また、駆動子は基体の長辺端々側に設置することも考え
られる。

［発明の効果］ 以上の説明から明らかなように、この発明は基体面内の
所定位置に駆動子を突設して被移動体（スライダ）と係
合させ、かつ、基体の両面、あるいは中心部に圧電素子
を適宜数配置固着して基体を励損し、長さ方向モードと
短辺屈曲モードの複合共振によシ被移動体を直線移動す
るようにしたので、小型から大出力用までの任意の設計
が回向上を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図はこの発明の一実施例を示し、第１図は
平面図、第２図は側面図、第３図、第４図は動作を示す
線図である。第５図は他の実施例の側面図である。第６
図〜第８図は従来の超音波モータを示し、第６図は斜視
図、第７図は正面図、第８図は動作説明用の線図である
。 （１）、（６）・・・基体、（２ａ）〜（２ｃ）　、（
３ａ）〜（３ｃ）、（７ａ）　〜（７ｈ）−・・圧電素
子、（４）−・・分離線、（５ａ　〜５ｈ）・・・駆動
子。 第５囚

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　面内の所定位置に駆動子を複数個形成した長方形板状
   弾性体でなる基体と、この基体に固着され超音波領域の
   電気信号が印加される２重に積層された複数対の圧電素
   子とを備えてなり、前記基体に長さ方向の伸縮モードと
   短辺方向に発生させた厚み方向屈曲モードとの複合共振
   を生じさせる超音波モータ。