JPH0552138B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 この発明は、圧電素子を用いた往復動型または
回転型等の圧電駆動装置に関するものである。

〔背景技術〕

従来、圧電素子を用いた超音波モータとして、
特公昭59−037672号公報に示されるものがある。
これは、圧電素子を振動体に貼りつけて縦振動を
発生させ、振動体の先端部に傾きを持つた駆動片
を形成し、その先端部が前記縦振動によつて楕円
運動を行い、円板と接触することにより、摩擦力
により円板を回転させるものである。

しかし、この従来構造であると、回転方向が駆
動片の傾き方向によつて決つてしまい、また駆動
片の先端部は細く、摩擦のために摩耗も大きく、
寿命的にも問題がある。

また、他の従来例として、特開昭58−148682号
公報に示されるものがある。この例は、圧電素子
の全体振動を振動体に伝え、一方の波形をもう一
方の波形と90°位相をずらせて振動させることに
より、振動体表面に進行波を発生させ、その上に
ロータを接触させることにより、摩擦でロータを
回転させるものである。

この例によると、逆転も可能であるが、常に振
動子全体にエネルギを与える必要があり、しかも
圧電素子の反対側への振動は吸収してやる必要が
ある。このためエネルギロスが大きく、効率向上
に難がある。また、リニアモータの形成には進行
波を循環させる方策を取らなければ、エネルギロ
スが大きすぎて問題に成らず、その循環方法も極
めて難かしい。

〔発明の目的〕

この発明は、高い精度を要せずに接触部材と振
動子との接触圧をほぼ一定にすることにより、低
消費電力で効率良く機械的駆動力を得ることがで
き、安定駆動が可能な圧電駆動装置を提供するこ
とである。

〔発明の開示〕

この発明の圧電駆動装置は、金属弾性材料にて
コ字状またはロ字状に形成されしかも一対の対向
辺の断面形状が各々方形である振動体を少なくと
も１個有し、この振動体は前記各対向辺の少なく
とも隣合う２面に圧電素子が貼着され、この圧電
素子に所定の高周波電圧が印加されて前記対向辺
が共振振動する振動子と、前記各対向辺の隣合う
圧電素子に位相差を持たせて高周波電圧を印加す
る電源装置と、前記振動子の対向辺の各１面に接
触される接触部材とを備え、前記振動子の対向辺
の最大振幅点が円または楕円運動をすることによ
り、前記接触部材または振動子のいずれかが駆動
される圧電駆動装置において、前記接触部材を、
弾性部材を介して互いに重ねた複数枚の板状部材
で構成したものである。

この発明の構成によると、各振動体の各対向辺
の隣り合う２面に貼付けた圧電素子に位相差を持
たせた高周波電圧を印加するので、各対向辺は最
大振幅点が円または楕円運動をする。この対向辺
の１面に接触部材が接触するので、この接触部材
または振動子のいずれかが駆動され、機械的駆動
力が得られる。

この場合に、各振動体はコ字状またはロ字状と
してあるので、その両対向辺が互いに共振し、大
きな振幅が得られる。そのため、電気的エネルギ
を効率良く機械的駆動力に変換できる。また、振
動体の共振は、２本の対向辺が連続した基端部に
おいて非振動状態となるように行なわれるので、
基端部を支持部とすることにより、支持によつて
振動を妨げることがなく、このことからも高効率
が得られる。また、このように振動体に振動しな
い箇所があることから、振動子と接触部材のいず
れを固定側としても可動側としても用いることが
できる。さらに、振動体は２本の対向辺を有し、
この両方が接触部材に接触し、両方の振動により
振動力が相加的に働き、接触点が多点化される。
そのため、摩耗が軽減され、かつ安定した駆動が
可能となる。

また、接触部材が弾性部材を介して互いに重ね
た複数枚の板材からなるため、高い寸法精度を持
たせなくても接触部材と振動子とが常にほぼ一定
の圧力で接触する。そのため、接触部材または振
動子の移動における推力のむらがなくなり、また
大きな推力を得ることが可能となる。

実施例 この発明の第１の実施例を第１図ないし第７図
に基づいて説明する。この圧電駆動装置は、リニ
アモータに適用した例であり、金属弾性材料にて
コ字状に形成されしかも一対の対向辺３の断面形
状が各々方形である１個の振動体２からなり、こ
の振動体２は前記各対向辺３の隣合う２面に圧電
素子４が貼着され、この圧電素子４に所定の高周
波電圧が印加されると対向辺３が共振振動する振
動子１と、各対向辺３の隣合う圧電素子４に位相
差を持たせて高周波電圧を印加する電源装置５
と、２枚の板状部材６ａ，６ｂとその間に介在し
た弾性部材６ｃとより構成されて振動子１の対向
辺３の各一面に上側の板状部材６ａが弾接した接
触部材６とを備え、振動子１の対向辺３の最大振
幅点が円または楕円運動をすることにより、接触
部材６または振動子１のいずれかが駆動されるも
のである。

振動体２はエリンバ等の恒弾性体を用いている
が、温度に対する安定性が特に要求されないとき
は、一般の鋼材等他の金属材料を用いてもよい。
振動体２の基端部２ａは、固定しても振動に影響
を与えない長さをとり、第２図のように基台７に
固定してある。

接触部材６の弾性部材６ｃは、波状の板ばねか
らなる。下側の板状部材６ｂには第７図のように
４隅にガイドピン１０を立設し、上側の板状部材
６ａおよび弾性部材６ｃに設けたガイド孔１１，
１２にガイドピン１０を挿通してある。これによ
り、上下の板状部材６ａ，６ｂと弾性部材６ｃと
を互いに厚み方向へのみ移動自在になる様一体化
してある。接触部材６は、下側の板状部材６ｂを
第１図の矢印Ｐ方向へ進退移動自在となる様に、
ガイド手段（図示せず）を介して基台７（第２
図）に支持してある。なお、第４図および第５図
において、接触部材６は、説明をわかり易くする
ため、一体物のように簡略化して図示してある。

電源装置５は、第６図に示すように高周波電源
８と90°移相器９とを有し、各圧電素子４（４₁〜
４₄）に同図のように電圧を印加する。同図の
の符号は分極の極性を示す。

動 作 振動体２の２本の対向辺３の各圧電素子４₁〜
４₄に、第６図の電源装置５で高周波電圧を印加
して励振すると、各対向辺３はそれぞれの圧電素
子４₁〜４₄の励振に従つて縦および横方向に振動
する。このとき圧電素子４₂，４₄には圧電素子４
_１，４₃よりも90°位相を遅らせた電圧を印加する
と、振動子１の対向辺３の先端部のＸ点、Ｙ点
は、第５図の様な円または楕円軌道を描いて運動
する。したがつて、対向辺３の１面に接触部材６
が接触するように配置してあると、接触部材６は
矢印Ｐ方向に直線的に移動する。Ｘ点、Ｙ点の楕
円軌道の偏平度は、対向辺３の曲げ方向による曲
げ剛性の違いや、各圧電素子４₁〜４₄の印加る電
圧の大きさ、位相差等により調整できる。

圧電素子４₂，４₄に90°進み位相の電圧を印加
すれば、第５図と反対回りの軌道を描くことにな
り、接触部材６は矢印Ｐと逆方向に移動する。

このように動作するが、各振動体２はコ字状と
してあるので、その両対向辺３が互いに共振し、
大きな振幅が得られる。そのため、電気的エネル
ギを効率良く機械的駆動力に変換できる。また、
振動体２の共振は、２本の対向辺３が連続した基
端部２ａにおいて第３図Ａのように非振動状態と
なるように行なわれるので、基端部２ａを支持部
とすることにより、支持によつて振動を妨げるこ
とがなく、このことからも高効率が得られる。ま
た、このように振動体２に振動しない箇所がある
ことから、振動子１と接触部材６のいずれを固定
側としても可動側としても用いることができる。
さらに、振動体２は２本の対向辺３を有し、この
両方が接触部材６に接し、両方の振動による振動
力が相加的に働き、接触点が多点化される。その
ため、摩耗が軽減され、かつ安定した駆動が可能
となる。

また、接触部材６が、２枚の板材部材６ａ，６
ｂの間に弾性部材６ｃを介在させたものからな
り、弾性部材６ｃの復元力で板状部材６ａを対向
辺３に弾接させているため、接触部材６と対向辺
３との接触圧が常にほぼ一定に保たれる。そのた
め、推力のむらがなくなり、大きな推力を得るこ
とが可能となる。

この実施例では、対向辺３を第３図Ａのように
1stモードで振動させる場合につき説明したが、
第３図Ｂ，Ｃに示すように、2ndモードや3rdモ
ード等、高次モードで振動させると、対向辺３の
接触部材６に対する接触点をより一層多くでき
る。これにより、接触点における摩耗をより一層
少なくし、かつ動作の安定を図ることができる。
1stモードは、対向辺３の長手方向につき、１枚
の圧電素子４を貼り付けた場合に発生する。2nd
モードは、この１枚の圧電素子４を長手方向に２
分割し、分極方向を反対にして貼付けたときに発
生する。3rdモードは、１枚の圧電素子４を長手
方向に３分割し、中央の分割圧電素子と両側の分
割圧電素子の分極方向を反対として貼り付け、各
分割圧電素子の同一面側の電極を共通として同一
の電圧を印加したときに発生する振幅モードを示
す。

第８図は第２の実施例における接触部材６′を
示す。この例は、下側の板状部材６b′を他の部材
に取付けるために上側の板状部材６a′よりも長く
し、その延出部分に取付孔１３を設けたものであ
る。振動子１（第１図）には上側の板状部材６
a′を弾接させる。

なお、前記各実施例では、接触部材６，６′の
弾性部材６ｃを、接触部材６，６′の長手方向に
波の山が並ぶ波状板ばねとしたが、第９図に示す
ように矩幅方向に波山が並ぶ波状板ばねを弾性部
材６c′に用いてもよい。また、第１０図および第
１１図にそれぞれ示すように、Ｕ字状に湾曲した
板ばねからなる弾性部材６c″を、内向きまたは外
向きに設けて接触部材６″を構成してもよい。さ
らに、弾性部材６ｃは、スポンジやゴム等の平板
状、またはブロツク状体であつてもよい。弾性部
材６ｃがスポンジ等である場合、弾性部材は板状
体６ａ，６ｂと接着剤により接着してもよい。さ
らに、接触部材６〜６″は、３枚以上の板材部材
を重ね、各板状部材の間に弾性部材を介在させた
ものであつてもよい。

第１２図ないし第１５図は、それぞれ第５ない
し第７の実施例を示す。第１２図の例は、２個の
コ字状の振動体２，２を基端部２a′で互いに一体
化させ、１個の振動子１′とした例である。接触
部材６は上下の振動体２の間に介在させてある。
なお、第１２図以下において、接触部材６は第１
図の例と同様のものであるが、簡略化して図示し
てある。

第１３図の例は、２個のコ字状の振動体２を互
いに反対向きとして一体のＨ形の振動子１″を構
成した例である。接触部材６は２個設けてある。
両接触部材６は互いに連結しておいてもよい。

第１４図の例は、振動子１０１が１個のロ字状
の振動体１０２からなる例である。６は接触部
材、１０３は対向辺である。

第１５図の例は、２個のロ字状の振動体１０２
を、スペーサ１０５を介して一体化させ、１個の
振動子１０１′とした例である。接触部材６は、
両振動体の間に介在させてある。

なお、前記各実施例では接触部材６が直線的に
進退するものとしたが、接触部材６は回転自在に
支持したものであつてもよい。

〔発明の効果〕

この発明の圧電駆動装置は、各振動体をコ字状
またはロ字状としてあるので、その両対向辺が互
いに共振し、大きな振幅が得られる。そのため、
電気的エネルギを効率良く機械的駆動力に変換で
きる。また、振動体の共振は、２本の対向辺が連
続した基端部において非振動状態となるように行
なわれるので、基端部を支持部とすることによ
り、支持によつて振動を妨げることがなく、この
ことからも高効率が得られる。また、このように
振動体に振動しない箇所があることから、振動子
と接触部材のいずれを固定側としても可動側とし
ても用いることができる。さらに、振動体は２本
の対向辺を有し、この両方が接触部材に接し、両
方の振動による振動力が相加的に働き、接触点が
多点化される。そのため、摩耗が軽減され、かつ
安定した駆動が可能となる。

また、接触部材が弾性部材を介して互いに重ね
た複数枚の板材からなるため、接触部材と振動子
とが常に一定の圧力で接触する。そのため、接触
部材または振動子の移動における推力のむらがな
くなり、かつ大きな推力を得ることが可能となる
という効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の斜視図、第２図
はその破断側面図、第３図はその振動モードの説
明図、第４図Ａ，Ｂはそれぞれその振動子の平面
図および正面図、第５図はその動作説明図、第６
図はその電源装置のブロツク図、第７図はその接
触部材の分解斜視図、第８図は第２の実施例の接
触部材の斜視図、第９図はその弾性部材の変形例
の斜視図、第１０図および第１１図はそれぞれ第
３および第４の実施例の接触部材の斜視図、第１
２図ないし第１５図はそれぞれ第５ないし第７の
実施例の振動子の斜視図である。 １，１′，１″……振動子、２，……振動体、３
……対向辺、４，４₁〜４₄……圧電素子、６〜
６″……接触部材、６ａ，６ｂ……板状部材、６
ｃ……弾性部材、１０１，１０１′……振動子、
１０２……振動体、１０３……対向辺。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 金属弾性材料にてコ字状またはロ字状に形成
   されしかも一対の対向辺の断面形状が各々方形で
   ある振動体を少なくとも１個有し、この振動体は
   前記各対向辺の少なくとも隣合う２面に圧電素子
   が貼着され、この圧電素子に所定の高周波電圧が
   印加されて前記対向辺が共振振動する振動子と、 前記各対向辺の隣合う圧電素子に位相差を持た
   せて高周波電圧を印加する電源装置と、 弾性部材を介して互いに重ねた複数枚の板状部
   材からなり前記振動子の対向辺の各１面に前記板
   状部材が弾接した接触部材とを備え、 前記振動子の対向辺の最大振幅点が円または楕
   円運動をすることにより、前記接触部材または振
   動子のいずれかが駆動される圧電駆動装置。