JPH05328758A - 超音波アクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 超音波振動子を用いたアクチュエータにおい
て、移動子に超音波励振による進行波をロスなく伝達
し、効率的且つ安定した駆動を可能とする。 【構成】 固定子１１の内部に電極１３を配置し、該電
極１３に電圧を印加することにより固定子１１上に載置
して移動子との間に静電力を発生させ、この静電力によ
る吸着力が発生している下で、超音波振動子１４、１５
によって固定子１１に発生する一方向進行波を移動子１
２側に伝達するようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ファイル上の移動子を
移動させるのに好適な超音波アクチュエータに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、固定子の両端部に超音波振動子を
設け、一方の超音波振動子を発振器として機能させ、他
方の超音波振動子を吸振器として機能させることによ
り、固定子上に一方向進行波を発生させ、固定子上に載
置した移動子を移動させる超音波アクチュエータが提案
されている。

【０００３】例えば、特開平３−９８４７９号公報にお
いては、この種の超音波アクチュエータに関し、以下の
ような従来技術が紹介されている。

【０００４】即ち、近年、駆動機構を小型化するために
圧電材料による超音波振動を駆動力とする超音波アクチ
ュエータが開発されている。圧電材料を利用した超音波
モータには定在波型と進行波型の２通りがある。

【０００５】定在波を利用した平板状モータでは、例え
ば図４（a ）の屈曲振動８次共振モード（Ｂ８モード）
と、図４（b ）の縦振動一次共振モード（Ｌ１モード）
による定在波を利用したものがある。この２つのモード
を利用することにより、両端に同方向の楕円運動が形成
されるため、ローラで両端を加圧接触すると移動子を移
動させることができる。この楕円運動の方向は正弦波電
圧の位相を切替えることにより反転できるため、物体の
移動の方向を容易に反転できる。

【０００６】又、図５は、定在波を利用した超音波アク
チュエータの構成図で、図中、１は圧力方向、２は軸受
ローラ（ステンレス）、３は上下可動スイッチ、４は振
動子、５は sinωt の信号端子、６は接地端子、７は c
osωt の信号端子である。なお、軸受ローラ２の慣性モ
ーメントＩは3.77×１０⁴ （ kgm² ）で、質量Ｍは74.7
（g ）である。

【０００７】一方、進行波を利用した超音波アクチュエ
ータでは、屈曲振動により進行波を発生させて生じる圧
電体表面の同一方向の楕円運動を利用している。ここ
で、進行波は位置的且つ時間的に９０°位相を変えた２
つの正弦波の組合せで得られる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような従来の超音波アクチュエータで移動子を安定的
に駆動しようとした場合、移動子と固定子とを適切な圧
力で押え付ける必要があるが、図５のような超音波アク
チュエータで紙乃至磁気カード等のフィルム状の移動子
を駆動しようとすると、軸受ローラ２が接触している部
分のみにしか圧力が作用しないという問題があった。即
ち、このことはそれ以外の部分の超音波振動は有効に使
われていないことを意味し、アクチュエータの動作効率
が低く、駆動の安定性がそれだけ損なわれていることを
意味している。又、紙等の剛性の低い（軟らかい）移動
子の場合、紙詰まり等の原因ともなる。

【０００９】本発明は、このような従来の問題に鑑みて
なされたものであって、移動子と固定子とをあまり大き
な圧力で押える必要がなく、しかも移動子を安定して駆
動することのできる超音波アクチュエータを提供し、上
記課題を解決せんとしたものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、固定子の両端
部に超音波振動子を設け、一方の超音波振動子を発振器
として機能させ、他方の超音波振動子を吸振器として機
能させることにより、固定子上に一方向進行波を発生さ
せ、固定子上に載置した移動子を移動させる超音波アク
チュエータにおいて、前記固定子の内部に電極を配置す
ると共に、該電極に電圧を印加するための電源を設け、
該電極に電圧を印加することにより、該固定子上に載置
した移動子との間に静電力を発生させるように構成し
て、上記課題を解決したものである。

【００１１】なお、前記超音波振動子としては、ランジ
ュバン型超音波振動子を用いることができる。

【００１２】又、前記固定子の一部を圧電材料で構成す
ることによって、この圧電材料に超音波振動子としての
機能をもたせるようにしてもよい。

【００１３】

【作用】本発明においては、超音波アクチュエータによ
る進行波で移動子を駆動するという基本構成をとりなが
ら、移動子を固定子に対して押し付ける機能を静電力を
発生させることによって実現するようにした。この静電
力は、移動子の全面に亘って作用するため押し付けむら
がなく、従って移動子の全面で超音波振動による駆動力
を受けることができるようになる。又、移動子は固定子
に対して、その全面で押し付けられることになるため、
単位面積当りの押付力を小さくしても全体として大きな
押付力を得ることができ、超音波振動による移動子の駆
動を一層安定化させることができる。

【００１４】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例を詳細
に説明する。

【００１５】図１及び図２に本発明に係る超音波アクチ
ュエータの第１実施例を示す。

【００１６】固定子１１の内部には静電吸着用の電極１
３が埋め込まれている。この電極１３の端は電源１６に
接続してある。電極１３の配置は特に制限はなく、移動
子１２を吸着するに足る静電気を誘起できればよい。

【００１７】移動子１２は固定子１１の上に接触した状
態で載置する。この移動子１２は静電気が十分誘起され
るのに十分に物性値をもてば、種々の素材のものが採用
でき、特に材質等の制限はない。

【００１８】固定子１１の両端には、該固定子１１の表
面に一方向進行波を発生させるため、交流電圧が印加さ
れることによって発振器として機能する超音波振動子１
４が固定子１１の一端部に取り付けられ、又該固定子１
１の他端部には吸振器として機能する超音波振動子１５
が取り付けてある。

【００１９】この第１実施例においては、下記のような
作用によりフィルム状の移動子１２が駆動される。

【００２０】即ち、電極１３に直流電圧を印加すること
により、まず移動子１２上に静電気を誘起させる。誘起
される静電気は電極電位とは逆極性のため互いに吸引力
が作用する。そのため、移動子１２は固定子１１に向か
って静電気力により、ある一定の圧力で押し付けられる
ことになる。

【００２１】この静電気力による圧力は移動子１２全面
に亘って作用するため押し付けむらがなくなり、その結
果、移動子１２の全面で超音波振動による駆動力を受け
ることになる。そのため、駆動の安定性が向上し、例え
ば紙のような剛性のない移動子であっても良好な駆動が
可能となる。

【００２２】移動子１２の移動は超音波振動子１４から
発生する一方向進行波による。この第１実施例では、大
きな振幅の進行波を発生させるために、公知のボルト締
めランジュバン型の振動子が取り付けられている。この
振動子１４が進行波を励振するために駆動されるときに
は、振動子１５は進行波を吸収して反射を防ぐために用
いられる。このとき、進行波は振動子１４から振動子１
５に向かって進むが、移動子１２は１５から１４に向か
って進む。移動子を逆方向に走らせるためには、各振動
子１４、１５に印加する電圧を逆にし、励振と吸振の役
割を入れ替えればよい。

【００２３】次に、図２に本発明の第２実施例を示す。

【００２４】この第２実施例では、固定子２１、移動子
２２、電極２３の配置は前記第１実施例と同様である
が、固定子２１の表面に一方向進行波を発生させるため
の超音波振動子２４として圧電材料を、該固定子２１に
直接組み込むようにしている。固定子２１の他端には吸
振器としての超音波振動子２５を、同じく圧電材料を直
接組み込むことによって構成している。

【００２５】この図２の第２実施例では、固定子２１の
内部に振動子２４、２５が組み込まれているため、発生
する振動振幅は小さいものの、非常にコンパクトな形と
なり、ＯＡ機器等に組み込む場合に有利である。

【００２６】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば、従
来の超音波アクチュエータにおける移動子を固定子に押
し付ける機能を静電気力によって実現するようにしたた
め、移動子の全面に亘って固定子に対する押付力を得る
ことができ、超音波振動子の駆動力を最大限に活用する
ことができるようになる。特に、紙や磁気フィルムのよ
うな剛性のない移動子を安定して駆動する場合に大きな
効果が期待できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る超音波アクチュエータの固定子の
概略を示す平面図

【図２】同アクチュエータの全体構成を示す正面図

【図３】本発明に係る超音波アクチュエータの第２実施
例の概略を示す断面図

【図４】従来の定在波を利用した平板状アクチュエータ
のモードを示す線図

【図５】従来の平板状アクチュエータの構成を示す概略
図

【符号の説明】

１１、２１…固定子 １２、２２…移動子 １３、２３…電極 １４、２４…発振用超音波振動子 １５、２５…吸振用超音波振動

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】固定子の両端部に超音波振動子を設け、一
   方の超音波振動子を発振器として機能させ、他方の超音
   波振動子を吸振器として機能させることにより、固定子
   上に一方向進行波を発生させ、固定子上に載置した移動
   子を移動させる超音波アクチュエータにおいて、 前記固定子の内部に電極を配置すると共に、該電極に電
   圧を印加するための電源を設け、該電極に電圧を印加す
   ることにより、該固定子上に載置した移動子との間に静
   電力を発生させるように構成した超音波アクチュエー
   タ。
2. 【請求項２】前記超音波振動子として、ランジュバン型
   超音波振動子を用いた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】前記固定子の一部を圧電材料で構成するこ
   とにより、該圧電材料に前記超音波振動子としての機能
   をもたせた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。