JPH05276770A - 超音波アクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 低い電圧の電源で駆動でき、電源効率に優
れ、構成が簡単な駆動回路を含み、小型軽量で安価な超
音波アクチュエータを提供する。 【構成】 圧電振動子１に高周波電力が供給されると、
圧電振動子１の側面に振動変位が励振され、該振動によ
り圧電振動子１に接触している移動体が移動される。駆
動回路において電流検出部１１はダイオードＤ1、Ｄ2か
ら成る。電圧増幅部１２はインバータＩＣ1を増幅素子
とし、帰還抵抗Ｒ1を備える。コンデンサＣ1、Ｃ2は直
流遮断用である。電力増幅部１３では、直流電源から供
給される電流をトランジスタＱ1に導き、Ｑ1でその電流
を断続することによりコイルＬ1に 逆起電圧を発生さ
せ、電源電圧ＶCCより高い電圧で圧電振動子１を励振す
る。電力増幅部１３の出力電流の位相の信号は電圧増幅
部１２で反転され、電力増幅部１３に正帰還される。こ
のようにして自励発振回路を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、磁気読み取り装置にお
けるカード送り機構やカーテン遠隔開閉装置におけるカ
ーテン送り機構のような、小型でしかも高トルクを要す
るアクチュエータとして注目されている超音波アクチュ
エータに関する。

【０００２】

【従来の技術】超音波モータの基本原理は、振動子によ
って発生させた弾性振動を摩擦力を介して可動体に伝達
し、該可動体に一方向の駆動力を与えることである。こ
とのき、前記振動子表面での変位は、一般に楕円起動を
描く。進行波型超音波モータでは、進行波が弾性体に励
振され、その表面の質点は楕円起動を描くので、可動体
に一方向の駆動力が生じるのである。進行波型超音波モ
ータは、カメラのオートフォーカス機構などに実用化さ
れている。しかし進行波型超音波モータは直線運動に応
用する場合、振動系の規模が大きくなり、効率が低くな
るという問題点がある。

【０００３】進行波型超音波リニアモータは、細棒の両
端部に圧電振動子を設けることによって該棒に進行波を
励振させる方法である。進行波は受波側振動子の負荷抵
抗を選ぶことによって完全になり、その進行波は送波と
受波を入れ替えることにより切換が可能である。しか
し、この方式は振動系の規模が大きく、効率が低いとい
う問題点がある。

【０００４】定在波を利用するタイプの超音波リニアモ
ータの代表的なものとして、矩形平板状圧電振動子を利
用するものがある。その場合、振動子の定在波である縦
振動の１次共振モードと屈曲共振モードを用いている。
一方向性の駆動力は、振動子に接着された直線状金属平
板の端部の楕円運動から得られ、この部分にローラを加
圧接触させることによって回転動力を得ている。この方
式は小型化が可能であり、紙送りデバイス等への応用が
期待できるが、２相式の高周波電源が必要であるという
問題点がある。

【０００５】本願の発明者が特願昭６３−１２９１２２
号で出願した超音波アクチュエータは、構造が極めて単
純で小型化が容易であり、しかも圧電振動子に供給する
電源が単相で足り、その上に回転方向の制御も極めて容
易である等の利点を有している。前記超音波アクチュエ
ータは圧電振動子とロータとから成り、前記超音波アク
チュエータの駆動方式は、圧電振動子の縦振動と径方向
振動との合成を利用するもので、圧電振動子の側面に発
生する弾性振動によって該圧電振動子に接触しているロ
ータに回転動力を与えるものである。ところで、前記超
音波アクチュエータがこのように小型であるにもかかわ
らず、該超音波アクチュエータを駆動するためには比較
的複雑な回路構成を必要とし、また、高い直流電圧の電
源を必要とした。さらに、消費電力に関し効率の面で問
題があった。そのうえ、回路を構成する部品の数、該部
品の重量、該部品の価格にも問題があった。つまり、前
記超音波アクチュエータが小型でその性能が良ければ良
いほど、その超音波アクチュエータを駆動するための回
路も小型で高性能である必要がある。

【０００６】前記超音波アクチュエータの駆動源である
圧電振動子の駆動回路は、高周波の高電圧を発生させ、
しかも該圧電振動子の共振周波数を追尾する必要があ
る。これは、圧電振動子の共振周波数が温度または負荷
の変動によって変化するからである。具体的には、直径
が１０ｍｍおよび５ｍｍの円柱状圧電振動子の共振周波
数は、それぞれ約１４０ｋＨｚおよび２８０ｋＨｚであ
り、印加電圧は、２０〜１３０Ｖｐ−ｐの範囲であっ
て、これ以上の電圧を前記圧電振動子に印加すると、前
記圧電振動子の側面の振動変位の強さが飽和し、これ以
下の電圧では前記圧電振動子に接触しているロータが停
止する。また、電力は最大で３Ｗ程度である。図１２
は、直径が１０ｍｍの円柱状圧電振動子の動作状態での
表面温度および共振周波数の変化を測定した結果を示し
ている。圧電振動子は後述する３端子方式の自励回路で
駆動されており、温度測定には白金抵抗体を用いてい
る。時間と共に共振周波数が１ｋＨｚも変動することが
わかる。圧電振動子の共振周波数は、この他にも圧電振
動子の荷重負荷の変動を含めて、いろいろな要因で変化
する。

【０００７】一方、圧電振動子の側面に生じる振動変位
は共振周波数で強く、その周波数を外れると弱い。従っ
て、効率的に圧電振動子を励振するための駆動回路は共
振周波数を追尾する機能を持つことが望まれる。つま
り、超音波アクチュエータの駆動回路は共振周波数、電
圧、電力などの諸元を満足すると同時に、共振周波数の
自動追尾機能を具備しなければならない。

【０００８】圧電振動子の共振周波数に出力の周波数を
自動的に追尾させることのできる駆動回路には周波数自
動追尾の原理に関して２つの方式がある。第１の方式は
自動追尾発振方式である。自動追尾発振方式は、圧電振
動子の共振周波数を検出し、共振周波数に一致させるよ
う自動的に発振器の周波数をシフトさせる方式であり、
ＰＬＬ（Phase Locked Loop）方式がよく利用される。
第２の方式は自励発振方式である。自励発振方式は、発
振と電圧・電力増幅が一体となった回路構成を採用して
おり、内部に独自の発振回路を持つことなく圧電振動子
の共振を利用して発振させる方式であり、図９〜１１に
従来の回路例を示す。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】図９はＣＲ結合増幅回
路で円柱状圧電振動子を駆動する場合を示している。Ｃ
Ｒ結合増幅回路は、抵抗Ｒ１での直流電圧降下が大き
く、電源の利用度が悪いという問題点がある。また、電
源電圧がそのまま圧電振動子の駆動電圧となるので、高
い直流電圧の電源を必要とするという欠点がある。

【００１０】図１０はスイッチング電源回路や超音波機
器用電源に良く使用されているＤＣ−ＡＣインバータ回
路で、円柱状圧電振動子を駆動する場合を示している。
ＤＣ−ＡＣインバータ回路は、低電圧駆動が可能という
利点があるが（電源電圧２Ｖで円柱状圧電振動子の駆動
可能）、円柱状圧電振動子の消費電力に比較してトラン
スでの損失が大きく、効率の面で問題がある。

【００１１】図１１はトランス結合増幅回路で円柱状圧
電振動子を駆動する場合を示している。トランス結合増
幅回路は、高域の周波数特性が悪く、トランスＴ１の価
格、重量の問題がある。

【００１２】また、先に挙げたＰＬＬを用いた自動追尾
発振方式には複雑で高価な回路を必要とするという欠点
がある。

【００１３】そこで、本発明の目的は、圧電振動子の所
要駆動電圧より低い電圧の電源から電力を受けてその所
要駆動電圧の高周波交流電力を出力でき、しかも電力効
率に優れ、回路構成が簡単で安価で、小型軽量な超音波
アクチュエータの提供にある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の超音波
アクチュエータは、柱状の圧電磁器の両端面にそれぞれ
電極ＡおよびＢを設けてなる圧電振動子を励振すること
により前記圧電磁器の側面に発生する振動変位を、前記
圧電磁器の側面に直接接触されるかまたは該側面に被せ
られている被覆に接触されている接触体に伝達する超音
波アクチュエータにおいて、前記圧電磁器の分極軸は前
記両端面に垂直であって、前記電極ＡおよびＢのうちで
少なくとも電極Ａは互いに絶縁された電極Ａ１およびＡ
２に分割されていて、前記電極Ｂと前記電極Ａ１または
Ａ２との間に前記圧電磁器の共振周波数とほぼ等しい周
波数の電圧を印加することにより、前記圧電振動子を駆
動する回路が備えてあり、前記駆動回路は、前記電極Ｂ
と前記電極Ａ１またはＡ２との間に流れる電流の位相を
検出する手段と、この電流検出手段の出力信号を増幅し
て得た高周波電力を前記電極Ｂと前記電極Ａ１またはＡ
２との間に加える電力増幅手段とを備え、前記電力増幅
手段の出力の高周波信号は、前記電流検出手段により該
電力増幅手段に正帰還され、前記電力増幅手段の終段増
幅素子はトランジスタでなり、該トランジスタに電力を
供給する流路に昇圧用のコイルが挿入してあることを特
徴とする。

【００１５】請求項２に記載の超音波アクチュエータ
は、前記駆動回路が、前記圧電振動子に供給する電圧と
して交流パルス電圧を出力し、該交流パルス電圧の電圧
値を調節する手段と、該交流パルス電圧のパルス幅およ
びパルス繰り返し周波数を調節する手段とを備えること
を特徴とする。

【００１６】請求項３に記載の超音波アクチュエータ
は、前記電流検出手段が前記圧電振動子に直列に接続さ
れた第１のダイオードと、この第１のダイオードに並列
に該第１のダイオードとは逆の極性に接続された第２の
ダイオードとから成ることを特徴とする。

【００１７】請求項４に記載の超音波アクチュエータ
は、前記圧電振動子によって移動される前記接触体の移
動方向が、前記圧電磁器の分極軸の方向と平行であるこ
とを特徴とする。

【００１８】請求項５に記載の超音波アクチュエータ
は、前記接触体と接触することによって自ら移動する移
動方向が、前記圧電磁器の分極軸の方向と平行であるこ
とを特徴とする。

【００１９】請求項６に記載の超音波アクチュエータ
は、前記圧電磁器が、直径と高さとの寸法比がほぼ１に
等しい円柱であることを特徴とする。

【００２０】請求項７に記載の超音波アクチュエータ
は、前記電極Ａ１およびＡ２が、前記端面の直径をほぼ
２：１に分割する点を通り該直径に垂直な直線で分割さ
れていることを特徴とする。

【００２１】請求項８に記載の超音波アクチュエータ
は、前記圧電磁器が、３辺のうち少なくとも２辺の寸法
比がほぼ１に等しい矩形角柱であることを特徴とする。

【００２２】請求項９に記載の超音波アクチュエータ
は、前記電極Ａ１およびＡ２は、前記圧電磁器における
互いにほぼ等しい２辺を有する端面の面積をほぼ２：１
に分割し該２辺のうちの１辺に平行な直線で分割されて
いることを特徴とする。

【００２３】

【作用】本発明の超音波アクチュエータの駆動回路で
は、２端子方式の自励発振方式を採用している。２端子
方式とは、圧電振動子との接続のために２つの端子を有
する方式のことである。柱状圧電振動子の両端面にそれ
ぞれ設けられている電極ＡおよびＢに端子が各々接続さ
れる駆動回路の方式が２端子方式である。本発明におい
ては、自励発振方式の駆動回路（以下、自励回路と略記
する）を採用することにより、圧電振動子の共振周波数
の変動に追随した周波数で圧電振動子を励振する。

【００２４】図８は電流検出部１１、電圧増幅部１２お
よび電力増幅部１３から構成される２端子方式の自励回
路を示すブロック図である。電流検出部１１は圧電振動
子に流れる電流の位相を検出するためのものであり、圧
電振動子に直列に接続されている。電圧増幅部１２は電
流検出部１１で検出した微小な電圧信号を増幅し、次段
の電力増幅部１３をドライブする信号を発生するもので
ある。圧電振動子の片側の電極（前述の電極Ａ１または
Ａ２）は電圧を印加するドライブ電極Ｄとして使用さ
れ、もう一方の電極（前述の電極Ｂ）はグランド電極Ｇ
として接地されている。

【００２５】前記圧電振動子は電力増幅部１３から電圧
が印加されると共振子として動作する。電流検出部１１
は印加された電圧のうちの共振周波数成分を検出する。
検出された電圧は電圧増幅部１２および電力増幅部１３
の２段の増幅器によって増幅され、同相の電圧が前記圧
電振動子に印加される。これにより、正帰還のフィード
バックループが構成され自励発振する。

【００２６】この発振回路の構成では、動作原理からも
明らかなように圧電振動子に流れる電流と電圧の位相が
等しい周波数で自励発振する。圧電振動子で電流と電圧
の位相差がゼロになる周波数は、第１共振周波数及び軸
反対称１次振動モードをはじめ多く存在するが、最も周
波数が低く、電気機械結合係数の大きい第１共振周波数
で自励発振する。

【００２７】

【実施例】図１は本発明の超音波アクチュエータの一実
施例を示す断面図である。本実施例において円柱状の圧
電振動子１および駆動回路部２とから成る超音波アクチ
ュエータは、スライダ３、移動体４、支持具５、支持台
６、ベアリング７、スプリング８とともに本体の内部に
納められている。圧電振動子１の一方の端面にはドライ
ブ電極Ｄとフィードバック電極Ｆが設けられていて、も
う一方の端面にはグランド電極Ｇ（本図では描かれてい
ない）が設けられている。スライダ３の上部はベアリン
グ７と接触することにより、直線運動することができる
ようになっている。移動体４は摩擦材料で成り、接着剤
によりスライダ３に固着されている。圧電振動子１と移
動体４とはスプリング８によって圧接されている。この
ようにして、駆動回路部２によって圧電振動子１に電圧
を印加することにより、圧電振動子１の側面に振動変位
を発生させることができ、該振動変位によって、移動体
４は移動される。但し図１では、圧電振動子１に電圧を
印加するための端子は省いて描かれている。圧電振動子
１は支持具５によって支持されるとともに、スポンジ製
の支持台６に支持されている。支持台６がスポンジ製で
あることにより、圧電振動子１と移動体４との密着性を
向上させることができ、また、圧電振動子１自身の振動
が拘束されるのを防ぐことができる。

【００２８】図２は図１の超音波アクチュエータの側面
図である。移動体４は、矢印の方向に直線運動すること
ができる。移動体４の進行方向を切り換える手段を駆動
回路部２に備えることにより、移動体４は直線運動を繰
り返すことができる。

【００２９】図３および図４は、移動体４の進行方向と
圧電振動子１の電極との関係を示す図である。ＨＩとＬ
Ｏは印加する電圧の極性を示す。ａの位置にスイッチを
切り換えると、移動体４はＡ方向に移動し、ｂの位置に
スイッチを切り換えると、移動体４はＢ方向に移動す
る。図３は圧電振動子１の片側電極だけを２分割する場
合を示す。この場合、切換のためのリレー回路が１個で
すむという利点を有する。図４は圧電振動子１の両方の
電極を２分割する場合を示す。この場合、リレー回路は
２個必要であるが、図３の回路に比べて移動体４の移動
方向による速度差を減少させることができる。図３およ
び図４のどちらの手段を用いても図１に示す超音波アク
チュエータの移動体４の移動方向を制御できる。

【００３０】図５は図１の超音波アクチュエータの駆動
回路部２の一実施例を示す図である。本実施例は、電流
検出部１１と、電圧増幅部１２と、電力増幅部１３とか
ら構成される。２端子方式の自励回路では圧電振動子の
電極は２個あれば足りるが、この実施例に示す２端子方
式の自励回路では、圧電振動子１の側面に生じる振動変
位を強くするために、圧電振動子１の片側の電極をドラ
イブ電極Ｄおよびフィードバック電極Ｆに２分割し、フ
ィードバック電極Ｆとグランド電極Ｇを短絡して使用し
ている。圧電振動子１の他方の電極Ｇは接地されてい
る。

【００３１】電力増幅部１３は、Ｑ1、Ｌ1、Ｃ3 および
Ｒ3 から構成される逆起電圧回路である。トランジスタ
Ｑ1 はスイッチング用であり、スイッチング速度とドラ
イブの簡単なことを考慮し、パワーＭＯＳ ＦＥＴを使
用している。Ｌ1は逆起電圧を発生させ圧電振動子１に
電源電圧Ｖｃｃより高い電圧の電力を供給するためのも
のであり、Ｃ3 は逆起電圧の時定数調整用である。Ｃ3
を大きくすると時定数が延びるが、最大電圧が低くな
る。Ｃ3 を小さくした場合は、その逆である。Ｃ3は円
柱状圧電振動子１の側面変位が大きくなるように調整さ
れる。

【００３２】電流検出部１１は検波整流用ダイオードＤ
1 及びＤ2 から構成され、圧電振動子１に流れる電流の
位相を検出することを目的としている。回路図に示すよ
うに電流検出部１１は圧電振動子１と直列に接続されて
おり、電流検出部１１のインピーダンスが大きいほど圧
電振動子１に分圧される電圧は小さくなる。このため電
流検出部１１の条件としてはインピーダンスが低い方が
よい。しかし、インピーダンスが低すぎると検出される
電圧も小さくなり自励の立ちがり時間が遅くなる。

【００３３】本発明の超音波アクチュエータの駆動回路
部２では電流検出部１１にダイオードが使用されてい
る。ダイオードは電流電圧特性から明らかなように、自
励発振の立ち上がり時の電圧の低い時は高抵抗として動
作し、自励が安定し電圧が高い時は低抵抗として動作す
るから、電流検出部１１の素子として好都合である。

【００３４】電圧増幅部１２は、ＩＣ1、Ｃ1、Ｃ2、Ｒ1
およびＲ2 で構成され、電流検出部１１で検出した微
小な電圧信号を増幅し、次段の電力増幅部１３をドライ
ブすることを目的としている。圧電振動子１の駆動に十
分な高周波電力を得るには、電力増幅手段がトランジス
タ等で構成される場合、高速で大きな利得を得るために
複数の電圧増幅器で成る電圧増幅部を使用しなければな
らない。この実施例では電圧増幅部１２にＣＭＯＳロジ
ックＩＣで成るインバータＩＣ1 が使用されている。こ
の電圧増幅部１２はＣＭＯＳ ＩＣのインバータＩＣ1に
抵抗Ｒ1 で帰還をかけると、スレシホールド付近で止ま
った状態となり、アナログアンプとして動作することを
利用したものである。この電圧増幅部１２の回路には高
速でゲインが大きいという特徴があるが、電源の電圧に
制限があるから、本回路では５．１Ｖのツェナーダイオ
ードＺＤ1 を使用して、インバータＩＣ1 に所定の電圧
を得ている。なお、Ｃ1 及びＣ2 は直流カット用のコン
デンサである。

【００３５】図６は図５のからに示す箇所の電圧波
形を示している。電流検出部１１の波形と電圧増幅部
１２の波形との位相および電圧増幅部１２の波形と
電力増幅部１３の波形の位相がそれぞれ逆位相になっ
ているのが確認できる。また、電圧増幅部１２には波形
と波形の差に示される位相遅れが存在し、この影響
により円柱状圧電振動子１に印加される電圧（波形）
と圧電振動子１に流れる電流（波形）の間に位相差が
発生する。このことから２端子方式の自励回路では、第
１共振周波数から少しずれた周波数で自励発振している
ことが確認できる。また、波形で明かなように電力増
幅部１３の出力電圧は５０Ｖｐ−ｐであり、電源電圧Ｖ
ｃｃ（＝１２Ｖ）の４倍である。コイルＬ1 が、低い電
源電圧で高い電圧による駆動を可能にしている。

【００３６】２端子方式の自励回路に適する円柱状圧電
振動子１の電極形状を検討した結果が図７に示されてい
る。横軸は２端子方式自励回路の電源電圧、縦軸は移動
体４の移動速度である。移動速度は直径を２：１に分割
した電極の方が１：１に分割したものよりも高速であ
る。この原因として、２端子方式では第１共振周波数で
自励発振するから、縦振動が強くなる電極形状の方が有
利であることが考えられる。電極の直径比が２：１の方
が縦振動成分でのインピーダンスが低くなり、結果的に
高速性に優れている。また、電極の直径比を更に大きく
することによりインピーダンスを更に低くし、これによ
る高速化を実現することは困難である。これは、電極の
非対称性が弱まり軸反対称な径方向振動が弱くなること
から、側面変位の一方向性の実現が困難になるからであ
る。結果として電極の直径比はほぼ２：１が良いことが
わかる。

【００３７】なお、以上に円柱状圧電振動子を用いた超
音波アクチュエータを駆動する例について説明したが、
本発明では角柱状の圧電振動子をも駆動できることは明
かである。

【００３８】図５の実施例では、電源の電圧が１２Ｖの
ときに５０Ｖｐ−ｐの駆動電圧が得られた。このように
して、電源電圧の４倍のピーク電圧で圧電振動子１を駆
動できる。圧電振動子１を駆動できる最小電圧は２０Ｖ
ｐ−ｐであるから、電源電圧は５Ｖ以上であれば圧電振
動子１を駆動できる。低い電源電圧で超音波アクチュエ
ータを駆動できることは、超音波アクチュエータの用途
を広くする点で効果は極めて大きい。

【００３９】本発明の超音波アクチュエータの駆動回路
部２では、上述の低電圧駆動を可能にする昇圧手段とし
て、スイッチング用のトランジスタＱ1 とコイルＬ1 を
用いている。昇圧手段としては図１０、図１１のような
トランスもある。しかし、同じ程度に昇圧するのにトラ
ンジスタ＋コイルの組み合せとトランスとを比べると、
トランジスタ＋コイルの方がトランスより小型、軽量、
安価である。本発明の超音波アクチュエータにおける圧
電振動子は直径１０ｍｍ、長さ１０ｍｍ程度またはそれ
以下の極く小型のものであるから、駆動回路部２も小型
であることが実用上必須である。この点で本発明の超音
波アクチュエータの駆動回路はトランスを昇圧手段とす
る図１０、図１１の従来回路に比べて実用性において格
段に優れている。

【００４０】また、本発明の超音波アクチュエータの駆
動回路部２では、電力増幅部１３の負荷回路がコイルＬ
1 およびコンデンサＣ3 で成り、抵抗器を含まないか
ら、図９の従来回路に比べて電源の電力利用効率、すな
わち電力効率において優れている。

【００４１】

【発明の効果】以上に実施例を挙げて詳しく説明したよ
うに、本発明によれば、圧電振動子の所要駆動電圧より
低い電圧の電源から直流電力を受けてその所要駆動電圧
の高周波交流電力を出力でき、しかも電力効率に優れ、
回路構成が簡単で安価で、小型軽量な超音波アクチュエ
ータを提供できる。しかもその駆動回路は外部温度など
の環境変化にも対応しうる駆動回路である。

【００４２】圧電振動子と駆動回路とから成る本発明の
超音波アクチュエータにおいて、圧電振動子と接触して
いる接触体の運動方向は、前記圧電振動子を形成する圧
電磁器の分極軸の方向と平行であることから、この接触
体は、圧電磁器の分極軸の方向に沿った直線運動をする
ことができる。さらに、接触体として耐摩耗性に優れた
摩擦材を使用することにより、圧電振動子の振動変位を
無駄なく接触体に伝達させることができるとともに、圧
電振動子の接触体に対する制御性を向上させることがで
きる。

【００４３】圧電振動子と駆動回路とから成る本発明の
超音波アクチュエータでは、超音波アクチュエータを固
定しておいて接触体を移動させる上述の方式の他に、該
方式とは逆に接触体を固定しておいて超音波アクチュエ
ータ自身を移動させる方式とがある。この場合、超音波
アクチュエータは圧電振動子の振動変位によって自らを
移動させることになり、その移動方向は圧電磁器の分極
軸の方向と平行である。

【００４４】また、圧電振動子に供給する励振電圧とし
て交流パルス電圧を出力し、該交流パルス電圧の電圧値
を調節する手段と、該交流パルス電圧のパルス幅および
パルス繰り返し周波数を調節する手段とが駆動回路に備
えられていることから、移動体の移動距離および移動方
向を極めて正確にステップ状にも制御することができ、
微小な距離の移動も可能である。

【００４５】本発明の超音波アクチュエータの駆動回路
は、小型軽量で低消費電力駆動が可能であるばかりでな
く、騒音も無く、低速・高トルク駆動が可能なので、ギ
ヤが不要であるから、装置のさらなる小型化かつ軽量化
を実現できる。しかも、磁石の使用を必要としないこと
から、強磁場中での使用も可能である。さらに、接触体
に対し自らを移動させることができるから、リモートコ
ントロールによる遠隔操作も可能となり、人間の立ち入
ることのできない狭い空間や、液体中や、危険な場所で
の使用も可能となる。

【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
す断面図。

【図２】図１の超音波アクチュエータの側面図。

【図３】移動体４の進行方向と圧電振動子１の電極との
関係を示す図。

【図４】移動体４の進行方向と圧電振動子１の電極との
関係を示す図。

【図５】図１の超音波アクチュエータの駆動回路部２の
一実施例を示す図。

【図６】図５の回路について観測したオシロスコープ電
圧波形を示す図。

【図７】図１の超音波アクチュエータの圧電振動子１に
おける電極の形状と、移動体４の移動速度との関係を示
す図。

【図８】２端子方式で自励発振する駆動回路の基本構成
を示す図。

【図９】従来の自励式駆動回路の例を示す図。

【図１０】従来の自励式駆動回路の例を示す図。

【図１１】従来の自励式駆動回路の例を示す図。

【図１２】円柱状圧電振動子における表面温度および共
振周波数の時間変化を示す図。

【符号の説明】

１ 圧電振動子 ２ 駆動回路部 ３ スライダ ４ 移動体 ５ 支持具 ６ 支持台 ７ ベアリング ８ スプリング １１ 電流検出部 １２ 電圧増幅部 １３ 電力増幅部 Ｄ、Ｆ、Ｇ 電極 ＩＣ1 ＣＭＯＳ ＩＣ インバータ Ｖｃｃ 電源電圧 Ｌ1 昇圧用コイル Ｑ1 トランジスタ ＺＤ1 ツェナーダイオード Ｄ1、Ｄ2 ダイオード Ｃ1、Ｃ2、Ｃ3 コンデンサ Ｒ1、Ｒ2、Ｑ3、Ｑ4 抵抗

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 柱状の圧電磁器の両端面にそれぞれ電極
   ＡおよびＢを設けてなる圧電振動子を励振することによ
   り前記圧電磁器の側面に発生する振動変位を、前記圧電
   磁器の側面に直接接触されるかまたは該側面に被せられ
   ている被覆に接触されている接触体に伝達する超音波ア
   クチュエータにおいて、 前記圧電磁器の分極軸は前記両端面に垂直であって、 前記電極ＡおよびＢのうちで少なくとも電極Ａは互いに
   絶縁された電極Ａ１およびＡ２に分割されていて、 前記電極Ｂと前記電極Ａ１またはＡ２との間に前記圧電
   磁器の共振周波数とほぼ等しい周波数の電圧を印加する
   ことにより、前記圧電振動子を駆動する回路が備えてあ
   り、 前記駆動回路は、前記電極Ｂと前記電極Ａ１またはＡ２
   との間に流れる電流の位相を検出する手段と、この電流
   検出手段の出力信号を増幅して得た高周波電力を前記電
   極Ｂと前記電極Ａ１またはＡ２との間に加える電力増幅
   手段とを備え、 前記電力増幅手段の出力の高周波信号は、前記電流検出
   手段により該電力増幅手段に正帰還され、 前記電力増幅手段の終段増幅素子はトランジスタでな
   り、該トランジスタに電力を供給する流路に昇圧用のコ
   イルが挿入してあることを特徴とする超音波アクチュエ
   ータ。
2. 【請求項２】 前記駆動回路は、前記圧電振動子に供給
   する電圧として交流パルス電圧を出力し、該交流パルス
   電圧の電圧値を調節する手段と、該交流パルス電圧のパ
   ルス幅およびパルス繰り返し周波数を調節する手段とを
   備えることを特徴とする請求項１に記載の超音波アクチ
   ュエータ。
3. 【請求項３】 前記電流検出手段は前記圧電振動子に直
   列に接続された第１のダイオードと、この第１のダイオ
   ードに並列に該第１のダイオードとは逆の極性に接続さ
   れた第２のダイオードとから成ることを特徴とする請求
   項１または２に記載の超音波アクチュエータ。
4. 【請求項４】 前記圧電振動子によって移動される前記
   接触体の移動方向は、前記圧電磁器の分極軸の方向と平
   行であることを特徴とする請求項１、２または３に記載
   の超音波アクチュエータ。
5. 【請求項５】 前記接触体と接触することによって自ら
   移動する移動方向は、前記圧電磁器の分極軸の方向と平
   行であることを特徴とする請求項１、２、または３に記
   載の超音波アクチュエータ。
6. 【請求項６】 前記圧電磁器は、直径と高さとの寸法比
   がほぼ１に等しい円柱であることを特徴とする請求項
   １、２、３、４または５に記載の超音波アクチュエー
   タ。
7. 【請求項７】 前記電極Ａ１およびＡ２は、前記端面の
   直径をほぼ２：１に分割する点を通り該直径に垂直な直
   線で分割されていることを特徴とする請求項６に記載の
   超音波アクチュエータ。
8. 【請求項８】 前記圧電磁器は、３辺のうち少なくとも
   ２辺の寸法比がほぼ１に等しい矩形角柱であることを特
   徴とする請求項１、２、３、４または５に記載の超音波
   アクチュエータ。
9. 【請求項９】 前記電極Ａ１およびＡ２は、前記圧電磁
   器における互いにほぼ等しい２辺を有する端面の面積を
   ほぼ２：１に分割し該２辺のうちの１辺に平行な直線で
   分割されていることを特徴とする請求項８に記載の超音
   波アクチュエータ。