JPH0417584A - 超音波アクチュエータ - 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、パーツ、紙などの送り機構、或いは超音波モ
ータ等に用いられる超音波アクチュエータに関する。

従来の技術 従来、超音波振動を利用したモータ装置として、例えば
特開昭５８−１４８６８２号公報に示されるものがある
。これは、弾性体内に電歪素子等の圧電素子を組込むこ
とにより、表面に励振される進行波を利用したものであ
り、超音波の持つ強力な振動エネルギーによって楕円振
動を伴った進行波を発生させ、動体の回転又は直進運動
に変換するものである。

発明が解決しようとする課題 ところが、上記公報記載のものにあっては、位相を変え
た高圧のサイン波駆動としているため、圧電素子の駆動
回路が高価となってしまう。また、大きな力で圧接させ
た摩擦力に依存するため、耐久性に劣るものである。

課題を解決するための手段 動体を直接又は間接的に接触させた圧電振動子を、立上
りと立下りとの時定数の異なる駆動電圧を印加する駆動
電源により駆動させるようにした。

作用 圧電振動子を立上りと立下りとの時定数の異なる波形、
例えば鋸歯状波形や三角波形の駆動電圧で駆動させると
、その緩急に従い、対象となる動体を移動させることが
できる。このような駆動電圧は例えばパルス波により容
易に生成できるものであり、簡単で安価な駆動電源で済
むものとなる。

また、超音波モータを構成する場合であっても大きな力
で圧接させる必要がないため、耐久性に優れたものとな
る。

実施例 本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

まず、第１図により本実施例の基本構成及び動作原理を
説明する。矢印方向の分極を持つ厚みすベリ型の振動子
（圧電素子）１の上下に各々電極２ａ、２ｂが設けられ
、下部電極２ｂ側はアースされ、かつ、ベース材３上に
固定されている。また、上部電極２ａ側には後述する回
路構成の駆動電源４が接続されているとともに、上部電
極２ａ上には質量を有して動体となる物体５が載置され
ている。

同図（ａ）に示す静止状態から、駆動電源４により上部
電極２ａに同図（ｂ）に示すように急峻な立上りの正電
圧を印加すると振動子１は右方にすベリ変位を生ずるが
、上部電極２ａ上の物体５は質量があるため、この急な
変位に追従できず殆ど元の位置に留まる。次に、同図（
ｃ）に示すように駆動電源４による駆動電圧をゆっくり
と立下げると物体５は振動子１の表面（上部電極２ａ）
の動きに追従し、左方に移動する。このように駆動電圧
の緩急の立上り、立下りを第２図（ａ）に示す鋸歯状波
形のように繰返すことにより、物体５を左方に移動させ
ることができる。

駆動電圧の緩急の立上り、立下りを第２図（ｂ）に示す
ように逆にすれば、物体５を右方に移動させることがで
きる。

このように、立上りと立下りとの時定数の異なる駆動電
圧を印加する駆動電源４は、パルス波信号を用いて第３
図に示すように構成すればよい。

即ち、パルス波信号に応じてスイッチング動作するトラ
ンジスタＴｒ、と、このトランジスタＴｒ。

のオン時に、抵抗Ｒ１により立上り時定数が規制され抵
抗Ｒ２により立下り時定数が規制される状態でオンして
電圧Ｅｖに基づき第２図に示すような鋸歯状（又は、三
角波形状）の駆動電圧を生成するトランジスタＴｒ、と
を設ければよく、簡単・安価で済む。

ところで、このような構成による超音波アクチュエータ
は第４図に示すように紙送り機構として利用できる。即
ち、第１図に示した振動子ｌ　（電極は省略）表面に動
体としてローラ６を自重又はばねにより圧接させる。そ
こで、振動子ｌを上述した動作原理（例えば、第２図（
ａ）に示すような駆動電圧）で駆動させると、ローラ６
が時計方向に回転する。そこで、振動子１表面と紙７と
の摩擦係数より、ローラ６と紙７との摩擦係数を大きく
設定しておき、振動子トローラ６間に紙７を挿入させる
と、紙７は左方に搬送されるものとなる。

また、圧電素子としては、厚みすベリ型の振動子ｌに限
らず、例えば第５図に示すように長さ方向変位の振動子
８（積層振動子を含む）を用いて構成してもよい。この
振動子８も矢印方向に分極され、長さ方向の両端に電極
９ａ、９ｂを持ち、例えば左側電極９ｂはアースされる
とともにベース材］Ｏに固着されている。また、右側電
極９ａには固着されたステージ１１を介して動体なる物
体５が搭載されている。このような右側電極９ａに駆動
電源４により鋸歯状のように立上り、立下りの時定数の
異なる駆動電圧を印加して駆動させると、物体５をステ
ージ１１上で左又は右方に移動させることができる。図
示例のような鋸歯状の駆動電圧（立上りが急で立下りが
ゆるやか）で駆動させると、物体５は左方に移動するこ
とになる。

さらに、１つの振動子による駆動構成に限らず、複数個
の振動子を並べて用い、その位相を変えた波形の駆動電
圧で駆動させるようにしてもよい。

これによれば、より滑らかな物体５の移動が可能となる
。

第６図は、動体なるロータ１２に対して複数個の振動子
（電極は省略）１を用いて超音波モータ１３を構成した
例を示す。振動子１はステータ１４側により支持されつ
っばね１５によりロータ１２表面に圧接されている。こ
のような構成において、各振動子１を第２図に示すよう
な波形の駆動電圧で駆動させると、ロータ１２は時計方
向又は反時計方向に回転する。この場合、摩捺力によら
ないため、ばね１５による振動子１の圧接力は大きくな
くてもよく、耐久性に優れたモータとなる。

発明の効果 本発明は、上述したように動体を直接又は間接的に接触
させた圧電振動子を、立上りと立下りとの時定数の異な
る駆動電圧を印加する駆動電源により駆動させるように
したので、例えば鋸歯状波形や三角波形の駆動電圧に伴
う圧電素子の変形の緩急に従い、対象となる動体を移動
させることができ、このような駆動電圧は例えばパルス
波により容易に生成できるものであり、簡単で安価な駆
動電源で済み、さらには、超音波モータを構成する場合
であっても大きな力で圧接させる必要がないため、耐久
性に優れたものとすることができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示すもので、第１図は動作原
理を示す概略構成図、第２図は駆動電圧の波形図、第３
図は駆動電源の回路図、第４図は紙送り機構への適用例
を示す概略構成図、第５図は変形例を示す概略構成図、
第６図は超音波モータへの適用例を示す概略構成図であ
る。 １・・・圧電素子、４・・・駆動電源、５・・動体、８
・圧電素子、１２・・・動体 １」　図 、、ｙＦ３Ｌ４−図 、％Ｚ　図 １３図 、％６　　し

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　動体を直接又は間接的に接触させた圧電振動子と、こ
   の圧電振動子に立上りと立下りとの時定数の異なる駆動
   電圧を印加する駆動電源とよりなることを特徴とする超
   音波アクチュエータ。