JPH0345175A - リニア型アクチュエータ - 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） 本発明は直線運動（あるいは、ゆるやかな曲線運動）を
行わせるための動力源となるリニア型アクチュエータに
関し、特に、圧電体を固着した弾性体に生じる進行波を
利用したリニア型アクチュエータに関する。

（従来の技術） 従来、往復運動等の直線運動を実現する方法としては、
モータ等の回転運動を各種機構を用いて変換するもの、
あるいはりニアモータを用いるものがある。

また、弾性体に発生する進行波を利用したアクチュエー
タとしては、いわゆる超音波モータと呼ばれるものがあ
る。これは、圧電体と一体構成されたリング状の弾性体
に進行波を発生させ、この弾性体に圧接された回転子を
駆動するものである。

（発明が解決しようとする課題） 上述したモータ等の回転運動を直線運動に変換する方法
は、変換機構が複雑となって変換ロスが大きく、また、
スペースが必要となって小型化が容易でないという問題
点がある。

また、リニアモータも構造は複雑であり、装置の小型化
が難しい、コスト高となる等の問題点がある。

また、超音波モータは構成が比較的簡単であり、高い応
答性や高トルクを得られる等の利点があるものの、本願
発明者の検討によると、従来のリング状弾性体を用いた
ものを単に、リニア型に変換しただけでは、以下の問題
点があることが明らかとなった。

すなわち、リニア型超音波モータでは、弾性体両端面で
超音波進行波の反射が発生し、進行波とその反射波とが
干渉することによって徐々に進行波が定在波化し、両端
付近では駆動力が低下してしまうという欠点がある。

本発明は上述した問題点を解決し、構造が簡単で、かつ
安定した駆動力が得られるリニア型アクチュエータを提
供することを目的としてなされたものである。

（課題を解決するための手段） 本発明のリニア型アクチュエータは、振動伝達板の長手
方向に沿って、少なくとも二つに区分された圧電体が前
記振動伝達板と一体的に固定され、該区分された圧電体
はそれぞれ前記振動伝達板の両端付近まで伸びており、
区分された前記圧電体はそれぞれ複数の分極局部を有し
、各分極部の前記長手方向に沿う長さは、どれも前記振
動伝達板の共振波長の１／２となっており、また、それ
ぞれの圧電体間の位相は、前記共振波長の１／４だけず
れていることを特徴とする。

また、区分された圧電体のそれぞれは、振動伝達板の一
面に、互いに隣接して並列に固着されていることを特徴
とする。

また、区分された圧電体の一方は振動伝達板の一面に固
着され、他方が前記一方の圧電体の下部に重なって設け
られていることを特徴とする。

また、振動伝達板の長手方向に沿って、複数に分割され
た圧電体が、一方の端から他方の端に向かって、前記振
動伝達板の共振波長の１／４の間隔をおいて順次配置さ
れていることを特徴とする。

また、振動伝達板の裏面に一つの圧電体が一体的に固定
され、該圧電体は、前記振動伝達板の長手方向に沿って
互いに隣接して並列に配置された第１および第２の分極
部列を有し、該第１および第２の分極部列のそれぞれに
おける各分極部の前記゛長手方向に沿う長さは、前記振
動伝達板の共振波長の略１／２となっており、また、そ
れぞれの分極部列間の位相は、前記共振波長の略１／４
だけずれていることを特徴とする。

（作用） 請求項１のリニア型アクチュエータでは、振動伝達板の
長手方向に沿って、はぼ全域にわたって配置された区分
された圧電体のそれぞれにおいて、定在波を発生させ、
その定在波を振動伝達板の長手方向のほぼ全域にわたっ
て合或し、両端の付近でも安定した進行波を得る。

請求項２のリニア型アクチュエータでは、互いに隣り合
う圧電体間で、振動伝達板のほぼ全域にわたって定在波
の合成を行い、安定した進行波を発生させる。

請求項３のリニア型アクチュエータでは、積層された圧
電体間で、振動伝達板のほぼ全域にわたって定在波の合
成を行い、安定した進行波を発生させる。

請求項４のリニア型アクチュエータでは、振動伝達板の
一方の端から他方の端へ向かって縦に分割された各圧電
体間で定在波の合成を行わせ、波の合成領域を振動伝達
板の長手方向に沿った複数箇所に設け、安定した進行波
を発生させる。

請求項５のリニア型アクチュエータは、一つの圧電体に
、位相の異なる分極部列（請求項１と同様のパターン）
を配置し、各分極部列で発生する定在波を振動伝達板の
ほぼ全域にわたって合成し、安定した進行波を発生させ
る。

（実施例） 次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。

実施Ｍｌ 第１図は本発明のリニア型アクチュエータの第１の実施
例の構成を説明するための斜視図、第２図は圧電セラミ
ックの模式的平面図である。

本実施例は、例えば、光カードや磁気カード等の送り機
構として用いられるもので、導電性材料からなる振動伝
達板１の下部に、導電性接着剤を介して、区分された第
１および第２の圧電セラミック３ａ、３ｂを隣接させて
固着した構造となっている。これらの圧電セラミックは
振動伝達板１の長手方向全域にわたって設けられており
、それぞれ、λ／２（λは振動伝達板１の共振波長であ
り、あらかじめ実験により測定される）間隔で交互に配
列された極性の異なる複数の分極部を有している。図中
、ある瞬間において、伸長する分極部を“＋”、収縮す
る分極部を“−”で表示している。また、第１および第
２の圧電セラミック３ａ、３ｂ間では、定在波の合成を
効率的に行うために配列の位相がλ／４だけずれている
。また、第１および第２の圧電セラミック３ａ、３ｂの
下面には、それぞれ電極４ａ、４ｂが設けられており、
それぞれの電極には、Ｖｏ　　ｓｉｎ　　ωｔおよびＶ
ｏ　　ｅＯ８ωｔの位相が９０″異なる電圧が印加され
る。また、本実施例では、振動伝達板１が各圧電セラミ
ックのグランド電極の役目を果たす。

振動伝達板１の上には、カード等の移動対象物（不図示
）が載置される。

次に、本実施例の動作を説明する。

第１および第２の圧電セラミック３ａ、３ｂの電極４ａ
、４ｂに上述した位相が９０＠異なる電圧を印加すると
、分極部が伸長あるいは収縮してうねりを生じ、圧電セ
ラミック３ａ、３ｂのそれぞれに定在波が発生する。

発生した定在波は振動伝達板１において合成され、進行
波が発生する。このとき、第１および第２の圧電セラミ
ック３ａ、３ｂは隣接して設けられているため、定在波
の合成は、各圧電セラミックの境界部分（第２図の点線
で囲まれた領域５）で最も効果的に行われ、安定した進
行波が発生する。この定在波が効果的に合成される領域
５は、第２図から明らかなように、振動伝達板１の長手
方向全域（対象物の移動範囲）にわたっているため、安
定した物品の送りが達成される。

すなわち、本実施例では、各圧電セラミックに定在波を
発生させ、その定在波を対象物の移動範囲のほぼ全域に
わたって合成して安定な進行波を発生させるため、端面
における反射は問題とならない。

実施例２ 第３図は本発明のリニア型アクチュエータの第２の実施
例の構成を説明するための図である。

図中、前掲の実施例と同字、あるいは相当する部分には
同一の番号を付しである（後述する他の実施例において
も同様である）。

本実施例では、第１および第２の圧電セラミックに加え
て、さらに第３および第４の圧電セラミック３ｃ、３ｄ
を並列に隣接して設けたものである（第３図の下部に、
圧電セラミックの平面パターンが示されている）。

このような構成とすることにより、幅広の物品でも容易
に往復移動させることができる。

実施例３ 第４図は本発明の第３の実施例の断面図である。

本実施例の特徴は、導電性塗料６を圧電セラミツク３の
下面にまで到達させ、グランド電極も、この下面から取
出す構成としたことにある。

この結果、接着剤７は導電性を有するか否かは問題では
なくなり、また、電極が圧電セラミック３の下面に集中
でき、組立ての時に便利である。

実施例４ 第５図は本発明の第４の実施例の構成を説明するための
模式的断面図である。

本実施例の特徴は、区分された圧電セラミック８ａ、８
ｂを、積層した構成を採用１．たことにある。各積層セ
ラミック８ａ、８ｂで発生した定在波を振動伝達板１の
長手方向全域にわたって合成することにはかわりなく、
前述した実施例と同様の効果が得られる。また、本実施
例では、圧電セラミックの平面パターンで考えた場合、
振動伝達板の全幅にわたり進行波を発生させることがで
きる。

実施例５ 第６図は本発明の第５の実施例の構成を説明するための
模式的断面図、第７図は圧電セラミックの模式的平面図
である。

本実施例は、同一位相の定在波を発生させる圧電セラミ
ック９ａおよび９ｂと、ｌＯａおよびＩＯｂとを交互に
組合わせ、振動伝達板１の長手方向に沿って、λ／４ず
つずらして配置したものである。

この場合、各圧電セラミックで発生する定在波は、それ
ぞれのセラミックの隣接部で効果的に合成されるが、第
７図に示されるように、この定在波が効果的に合成され
る領域（１が複数存在するため、全体としては、振動伝
達板１の長手方向のほぼ全域にわたって安定して進行波
が発生する。これに加えて、実施例４の場合と同様に、
振動伝達板の全幅にわたり進行波を発生させることがで
きる。

本実施例は、構成を簡略化し、小型化を図る場合に効果
的である。

実施例６ 第８図は本発明の第６の実施例の構成を説明するための
図である。

上述の実施例では、二つに区分された圧電体を使用した
が、本実施例は、圧電体自体は区分されない一つのもの
を使用し、この圧電体に第１図と同様の分極パターンを
形成したものである。

すなわち、振動伝達板１の裏面に一つの圧電体１２が固
着され、この圧電体ｔ２には、振動伝達板１の長手方向
に沿って隣接して配置された位相のことなる分極部列が
形成され（図中、各分極部は点線で示されている）、そ
れぞれの分極部列に給電するための電ｔＪＫ１３ａ、１
３ｂ　　（中央部が二分されている）が設けられている
。それぞれの電極には、前掲の実施例と同様に、位相が
９０″異なる電圧が印加されている。

本実施例では、各分極部列で定在波を発生させ、これら
を振動伝達板１の全幅にわたって合成することにより、
安定した進行波を発生させることができる。

以上の実施例では、カード送り用等の往復運動機構に適
用した場合を念頭において説明したが、本発明は種々の
分野に適用可能である。例えば、ＣＤ（コンパクトディ
スク）、各種カード、フロッピーディスク等のピックア
ップのアクセス用や、カーテンレール（カーテンの開閉
を自動化する）等にも適用できる。

（発明の効果） 以上説明したように、請求項１から請求項５までの各発
明は、振動伝達板のほぼ全域にわたって位相の異なる定
在波の合成を行うことにより、両端面における反射波の
影響を排して安定した進行波を発生させることができる
。

この結果、安定した駆動力の得られるリニア型アクチュ
エータを提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のリニア型アクチュエータの第１の実施
例の構成を説明するための斜視図、第２図は圧電セラミ
ックの模式的平面図、第３図は本発明のリニア型アクチ
ュエータの第２の実施例の構成を説明するための図、第
４図は本発明の第３の実施例の断面図、第５図は本発明
の第４の実施例の構成を説明するための模式的断面図、 第６図は本発明の第５の実施例の構成を説明するための
模式的断面図、 第７図は圧電セラミックの模式的平面図、第８図は本発
明の第６の実施例の構成を説明するための図である。 １・・・振動伝達板　　　　　２・・・導電性接着剤３
ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ−・・第１．第２．第３．第４の
圧電セラミック ４ａ、４ｂ・・・電極 ５・・・定在波が効果的に合成される領域６・・・導電
性塗料　　　　　７・・・接着剤８ａ、８ｂ、９ａ、９
ｂ、ｌＯａ、ＬＯｂ−・・圧電セラミックＩ２・・・一
つの圧電体　　　　１３ａ、１９ｂ・・・電極λ・・・
振動伝達板の共振波長

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）振動伝達板の長手方向に沿って、少なくとも二つ
   に区分された圧電体が前記振動伝達板と一体的に固定さ
   れ、該区分された圧電体はそれぞれ前記振動伝達板の両
   端付近まで伸びており、 前記区分された圧電体はそれぞれ複数の分極局部を有し
   、各分極部の前記長手方向に沿う長さは、どれも前記振
   動伝達板の共振波長の略１／２となっており、また、そ
   れぞれの圧電体間の位相は、前記共振波長の略１／４だ
   けずれているリニア型アクチュエータ。
2. （２）区分された圧電体のそれぞれは、振動伝達板の一
   面に、互いに隣接して並列に固着されている請求項１記
   載のリニア型アクチューエータ。
3. （３）区分された圧電体の一方は振動伝達板の一面に固
   着され、他方が前記一方の圧電体の下部に重なって設け
   られている請求項１記載のリニア型アクチュエータ。
4. （４）振動伝達板の長手方向に沿って、複数に分割され
   た圧電体が一方の端から他方の端に向かって、前記振動
   伝達板の共振波長の略１／４の間隔をおいて順次配置さ
   れているリニア型アクチュエータ。
5. （５）振動伝達板の裏面に一つの圧電体が一体的に固定
   され、該圧電体は、前記振動伝達板の長手方向に沿って
   互いに隣接して並列に配置された第１および第２の分極
   部列を有し、 該第１および第２の分極部列のそれぞれにおける各分極
   部の前記長手方向に沿う長さは、前記振動伝達板の共振
   波長の略１／２となっており、また、それぞれの分極部
   列間の位相は、前記共振波長の略１／４だけずれている
   リニア型アクチュエータ。