JPH04299082A - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超音波振動を利用して
被駆動体を駆動する超音波アクチュエータに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、超音波振動を利用して被駆動
体を駆動する超音波アクチュエータとして各種のアクチ
ュエータが提案されており、代表的なものとして超音波
モータがある。

【０００３】この従来の超音波モータは、円柱状のステ
ータの上面にロータを当接させておき、前記ステータに
周方向に捩じり振動を行なう圧電素子と、軸方向に縦振
動を行なう圧電素子とを設け、捩じり振動と縦振動とを
組合せることにより、ステータの上面をリサージュ図形
を描くように運動させて、その上面に当接しているロー
タを回転させるように形成されている。

【０００４】また、同様に縦振動子の両端部に積層圧電
素子を設けた構造の直線駆動モータも提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の超音波モータにおいては、捩じり振動と縦振動とを
組合せるものであるために、被駆動体に回転力を付与す
ることはできるが、直進力を付与することはできない。 また、捩じり振動と縦振動とを行なう種類の異なる圧電
素子を用意する必要があり、製作等において部品管理等
が繁雑となる等の問題点があった。

【０００６】また、積層圧電素子を用いた直線駆動モー
タにおいては、この部位の機械的強度が小さいために耐
久性が悪く、また発生される駆動力が小さいために高推
力を得ることが困難であるという問題点があった。

【０００７】本発明はこれらの点に鑑みてなされたもの
であり、被駆動体に対して回転力および直進力を付与す
ることができ、しかも縦振動用圧電素子のみにより形成
されており構成も簡単であり、コストも低廉な超音波ア
クチュエータを提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明の超音波アクチュエータは、受けた圧縮力の
ほぼ直角方向に膨縮する出力部材と、この出力部材の出
力点がリサージュ図形を描くようにして出力部材を変位
させる外力を付与する縦振動用圧電素子とをもって形成
されている。

【０００９】

【作用】本発明によれば、縦振動用圧電素子に通電する
と出力部材が圧縮されるとともに変位させられて、出力
部材の出力点がリサージュ図形を描くようにして変位し
、その出力点に当接している被駆動体が駆動される。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１から図５につい
て説明する。

【００１１】図１から図３は本発明の一実施例を示して
いる。

【００１２】本実施例の超音波アクチュエータはほぼ円
柱状に形成されており、本体１の軸方向の中央部に両端
部をテーパ状にした大径の出力部材２が設けられている
。この出力部材２は軸方向の圧縮力を受けると径方向に
膨張し、その圧縮力を除去されると縮径して元の形状に
復元するものであり、金属等の膨縮の応答性のよい弾性
材料等によって形成されており、また、図３の断面形状
に示すように、内部に空洞部２ａを形成している。この
空洞部２ａにより、出力部材２の弾性およびポアソン比
が大きくなり、前記径方向の変位がとり易くなる。前記
本体１の出力部材２の両端部には、出力部材２に圧縮力
を付与する圧縮用の縦振動用圧電素子３ａ，３ｂが配設
されており、これらの圧電素子３ａ，３ｂの外側には前
記出力部材２を軸方向に変位させる軸方向変位用の縦振
動用圧電素子４ａ，４ｂが配設されている。

【００１３】次に、本実施例の作用を説明する。

【００１４】本実施例においては、出力部材２の外周面
の任意の１点Ａを出力点とし、この出力点Ａを図１の楕
円Ｏに示すようなリサージュ図形を描くように駆動して
、出力点Ａに当接している被駆動体５，６に駆動力を出
力するようにしている。

【００１５】すなわち、１対の軸方向変位用の縦振動用
圧電素子４ａ，４ｂに対して、一方の縦振動用圧電素子
４ａを軸方向に収縮するように通電するとともに、他方
の縦振動用圧電素子４ｂを軸方向に膨張するように通電
する。これにより出力部材２の出力点Ａは図１において
左方に変位する。両縦振動用圧電素子４ａ，４ｂの軸方
向の膨縮を前記と全く逆にするように通電すると、出力
部材２の出力点Ａは図１において右方に変位する。

【００１６】また、１対の圧縮用の縦振動用圧電素子３
ａ，３ｂに対して、ともに軸方向に膨張するように通電
すると、間に挟まれている出力部材２は軸方向より圧縮
力を受けて径方向に膨張し、出力点Ａは上方に変位する
。両縦振動用圧電素子３ａ，３ｂへの通電を絶つと、と
もに軸方向に収縮する為に、出力部材２の出力点Ａは下
方に変位する。

【００１７】この出力点Ａの左方変位と上方変位とを同
時に行なわせ、右方変位と下方変位とを同時に行なわせ
ることにより、出力点Ａは図１において時計回りのリサ
ージュ図形を描きながら変位する。

【００１８】この出力点Ａに平面をもって当接している
被駆動体５は図１において右方に直線的に駆動される。 また、出力点Ａに円筒面をもって当接している被駆動体
６はその中心軸を中心として回転させられる。

【００１９】各圧電素子３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂへの通
電タイミングを変更して、前記出力点Ａが図１において
反時計回りのリサージュ図形を描くようにすれば、被駆
動体５，６は前記と逆方向に直進したり回転したりする
。

【００２０】図４および図５は本発明の他の実施例を示
している。

【００２１】本実施例は出力部材２の両端に配設した１
対の縦振動用圧電素子７ａ，７ｂにより、出力点Ａにリ
サージュ図形を描かせるように形成されている。

【００２２】すなわち、本実施例においては、一方の圧
電素子７ａの軸方向の収縮時に他方の圧電素子７ｂを前
記収縮速度より大きい速度をもって膨張させるように、
両圧電素子７ａ，７ｂに通電することにより、出力部材
２の出力点Ａを図４において左方変位と上方変位とを同
時に行なうようにさせる。また、逆に一方の圧電素子７
ｂの軸方向の収縮時に他方の圧電素子７ａを前記収縮速
度より小さい速度もって膨張させるように、両圧電素子
７ａ，７ｂに通電することにより、出力部材２の出力点
Ａを図４において右方変位と下方変位とを同時に行なう
ようにさせる。これにより出力点Ａは図４において時計
回りのリサージュ図形を描きながら変位する。

【００２３】また、各圧電素子７ａ，７ｂへの通電タイ
ミングを変更して、前記出力点Ａが図３において反時計
回りのリサージュ図形を描くようにして、被駆動体を逆
方向に駆動するようにするとよい。

【００２４】なお、前記各実施例の各圧電素子３ａ，３
ｂ，４ａ，４ｂ，７ａ，７ｂへの通電は適宜な通電制御
回路をもって行なうとよい。

【００２５】なお、本発明は前記実施例に限定されるも
のではなく、必要に応じて変更することができる。

【００２６】

【発明の効果】このように本発明の超音波アクチュエー
タは構成され作用するものであるから、被駆動体に対し
て回転力および直進力を付与することができ、しかも縦
振動用圧電素子のみにより形成されているために構成も
簡単であり、コストも低廉となる等の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の超音波アクチュエータの一実施例を示
す正面図

【図２】図１の斜視図

【図３】図１の出力部材の断面図

【図４】本発明の超音波アクチュエータの他の実施例を
示す正面図

【図５】図３の斜視図

【符号の説明】

１　　本体 ２　　出力部材 ３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂ，７ａ，７ｂ　　縦振動用圧電
素子 ５，６　　被駆動体 Ａ　　出力点

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　受けた圧縮力のほぼ直角方向に膨縮す
   る出力部材と、この出力部材の出力点がリサージュ図形
   を描くようにして出力部材を変位させる外力を付与する
   縦振動用圧電素子とを有する超音波アクチュエータ。