JPH08168277A - 超音波アクチュエータにおける給電構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 振動効率の向上を図る。 【構成】 ２０は表裏に二対の電極２１ａ，２１ｂが形
成された振動子で、伝達部材２２が周面に対向するよう
に取り付けられている。電極２１ａ，２１ｂには、リー
ド線３０，３１が半田部３０ａ，３１ａによって接続さ
れ、リード線３０，３１の反対側には、高周波電源が接
続されている。電極２１ａ，２１ｂに位相をずらした高
周波の電圧を印加することにより伝達部材２２に当接す
る被作動部材が変位する。そして、振動子２０を挟持す
る弾性部材である一対のマット１９によってリード線３
０，３１の半田部３０ａ，３１ａの近傍が固定される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、圧電素子からなる振動
子の合成振動を利用した超音波モータ等の超音波アクチ
ュエータに関し、特にその給電構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】図８は従来の超音波アクチュエータの概
略の構成を示す分解斜視図、図９は同じく振動子と可動
レールとの構成を示す平面図、図１０は超音波アクチュ
エータの動作原理を説明するための平面図である。これ
らの図において、２０は全周均一に板厚方向に分極され
た圧電セラミックスによってリング状に形成された振動
子であって、中央孔２０ａが設けられているとともに、
表裏に二対の扇形状の電極２１ａ，２１ｂが形成されて
いる。２２は電極２１ａ，２１ｂの境界部に対応した振
動子２０の周面に対向するように固着された断面が矩形
状の伝達部材で、加工し易く、かつ耐摩耗性にすぐれ、
しかも所定の摩擦伝達力が得られるエンジニアリングプ
ラスチックで形成されている。前記電極２１ａ，２１ｂ
の表裏には、半田付けにより二対のリード線３０，３０
および３１，３１が接続されている。リード線３０，３
０には、高周波電源３８が、また、３１，３１には、高
周波電源３９が、それぞれ接続されており、相互に時間
的位相差Φ＝９０°もしくは−９０°異なる高周波電圧
ｓｉｎωｔ、ｃｏｎωｔが印加されるように構成されて
いる。

【０００３】次に、このような構成の超音波アクチュエ
ータの動作について説明する。高周波電源３８，３９に
よって位相差Φ＝９０°の高周波電圧ｓｉｎωｔ、ｃｏ
ｎωｔを振動子２０の各電極２１ａ，２１ｂに印加する
と、振動子２０が伸縮し、その内径／外径がある値
（０．２７）のとき径方向にラジアル振動（Ｒ、１）
と、非軸対称面内振動（１、１）の多重モード振動が同
時に起きる。ラジアル振動は図１０（ａ）に示すよう
に、径方向に伸縮するモードで、一方、非軸対称面内振
動は同図（ｂ）に示すように図中上下の方向に沿って伸
縮する面内屈曲振動モードで、これら両モードが振動子
２０に付与されると、これら両モードの振動が合成され
て、伝達部材２２に対応した振動子２０の対向する周面
に、同図（ｃ）に示すように、互いに反対方向に回転す
る楕円動作が発生する。この楕円動作は、伝達部材２２
を介して両可動レール３３，３３に伝達されて、両可動
レール３３，３３を共に図中Ｆ方向に移動させる直進動
作として取り出すことができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の超音波アクチュエータにおいては、高周波電源
３８，３９からの給電構造として、リード線３０，３１
を介して行う構造となっており、リード線３０，３１
が、電極２１ａ、２１ｂに半田付けされて接続されてい
るため、これらリード線３０，３１が、振動子２０の振
動の際の負荷となり、振動子２０の振動の妨げとなる問
題があった。また負荷を軽減させるために、リード線３
０，３１の線径を細くすると、断線し易いといった問題
もあった。

【０００５】したがって、本発明は上記した従来の問題
に鑑みてなされたものであり、その目的とするところ
は、振動子の振動の妨げとならない給電構造を採用する
ことにより、振動効率を向上させた超音波アクチュエー
タにおける給電構造を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明に係る超音波アクチュエータにおける給電構
造は、リング状の振動子と、この振動子の表裏に設けら
れた二対の電極とからなり、前記二対の電極に２相の高
周波電圧を供給して前記振動子にラジアル振動と非軸対
称面内振動との合成による多重モード振動を発生させ、
前記振動子周面に当接する被作動部材を変位させる超音
波アクチュエータであって、前記電極に電気的に接続さ
れるとともに、高周波電圧を供給する高周波電源に接続
されたリード線と、前記振動子を挟持し振動子の厚み方
向の動きを規制する二対のリング状の弾性部材とを備
え、この弾性部材で前記リード線の電気的接続部の近傍
を前記振動子とで挟持したものである。また、本発明に
係る超音波アクチュエータにおける給電構造は、弾性部
材と振動子とで挟持された部位から高周波電源に接続さ
れる側のリード線の径を大としたものである。

【０００７】

【作用】本発明によれば、弾性部材と振動子とで挟持さ
れた部位から高周波電源側のリード線は、振動子の振動
の際の負荷とならない。また、本発明によれば、負荷と
ならない部分のリード線の線径を大とすることで、断線
が防止される。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図に基づいて説明
する。図１は本発明に係る超音波アクチュエータの平面
図、図２は図１のII-II 線断面図、図３は同じく外観斜
視図、図４は要部の分解斜視図、図５は要部の拡大斜視
図である。これらの図において、従来技術と同一の構成
については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
これらの図において、全体を符号１で示すものは、後述
する一対の可動レール１２，１２が、Ａ−Ｂ方向に移動
するリニア型超音波アクチュエータである。２はＡＢＳ
樹脂で形成された平板状のベース、３はベース２の外形
寸法とほぼ同一に枠状に形成され、４隅に取付ブロック
部３ａが設けられた収納部材であって、ベース２の上面
に載置され、図示を省略したねじによってベース２に固
定されており、両側面部の取付ブロック部３ａ間には、
長手方向に沿って後述するガイド部材７が嵌合する凹嵌
部３ｂが形成され、凹嵌部３ｂの底面部は段状に形成さ
れた摺動面３ｃが設けられている。

【０００９】４は収納部材３の凹嵌部３ｂの開放された
側面部を閉塞するようにねじ６によって収納部材３の取
付ブロック部３ａに取り付けられた側面板で、凹嵌部３
ｂ内に突出するピン５が植設されている。７は細長く形
成された断面正方形状のガイド部材であって、長手方向
に沿って表面全体にＶ字溝７ａが形成され、前記摺動面
３ｃ上に載置される。このガイド部材７を凹嵌部３ｂ内
に嵌合させ、凹嵌部３ｂの開放された上面部を閉塞する
ようにねじ９によって収納部材３の取付ブロック部３ａ
に取り付けられた上面板８と前記摺動面３ｂとによっ
て、ガイド部材７は、図中Ｃ−Ｄ方向に摺動自在に支持
されている。１０はピン５に遊嵌されて凹嵌部３ｂ内に
嵌装されたばねで、ガイド部材７をＣ方向、すなわちＶ
字溝７ａが形成された表面が凹嵌部３ｂの開放された側
面部から突出するように付勢されている。

【００１０】１１はガイド部材７のＶ字溝７ａに嵌装さ
れた従来周知のボールベアリングである。１２はガイド
部材７とほぼ同じ長さを有する断面正方形状の一対の被
作動部材としての可動レールで、加工性が良好で量産性
にすぐれ、かつ硬度が得られるステンレスからなり、一
方側面に長手方向全体に延設されたＶ字溝１２ａが形成
され、他方側面１２ｂは表面がきわめて精度の高い平坦
面に形成される、いわゆる鏡面処理が施されている。こ
れら一対の可動レール１２，１２は、ねじ１４によって
コ字状の一対の連結部材１３によって、互いに平行に対
向するようにして連結されている。

【００１１】全体を符号１５で示すものは、駆動部ユニ
ットであり、図４に基づいてこれを説明する。同図にお
いて、１６はベース２に立設された二対のシャフトで、
先端部にスリット１６ａが形成されている。１７はベー
ス２の中央部に一体に突設されたボス部、１８はボス部
１７の周りに植設されたステンレス製の４個のピンで、
後述するマット１９が配設される領域内に位置してい
る。全体が弾性部材で形成された一対のマット１９は、
リング状に形成され、中央孔１９ａは、振動子２０の中
央孔２０ａの径よりも大に形成されている。振動子２０
の中央孔２０ａは、前記ボス部１７の外径よりもやや大
に形成されている。振動子２０の表裏には、従来技術と
同様に電極２１ａ，２１ｂが設けられている。

【００１２】これら電極２１ａ，２１ｂの中央孔２０ａ
に近接した位置には、リード線３０，３１が半田３０
ａ，３１ｂによって接続されており、反対側には、従来
技術と同様に高周波電源３８，３９が接続されている。
２３は天井板で、シャフト１６に対応した位置に孔２３
ａが設けられているとともに、前記ピン１８に対応した
位置にステンレス製の４個のピン２４が植設されてい
る。２５は比較的ばね性の弱い４個の圧縮ばね、２６は
シャフト１６に対応した位置に孔２６ａが設けられた４
個の押え板、２７はシャフト１６に対応した位置に半月
状の切欠部２７ａが設けられたＬ字状の抜け止め板であ
る。

【００１３】このような構成において、下方のマット１
９を、中央孔１９ａをボス部１７に遊嵌させてピン１８
上に載置し、次に振動子２０を中央孔２０ａをボス部１
７に遊嵌させてマット１９上に載置し、振動子２０上に
上方のマット１９を載置する。このとき、図５に示すよ
うに、両リード線３０，３１は、半田部３０ａ，３１ａ
が、中央孔２０ａより径が大なる中央孔１９ａ内に位置
し、半田部３０ａ，３１ａの近傍に、両マット１９が載
置される。しかるのち、天井板２３の孔２３ａをシャフ
ト１６に挿入して天井板２３をシャフト１６に上下方向
に摺動自在とし、次に圧縮ばね２５をシャフト１６に嵌
装させ、押え板２６の孔２６ａをシャフト１６に挿入し
て、抜け止め板２７の切欠部２７ａをシャフト１６のス
リット１６ａに嵌合させることにより、押え板２６と天
井板２３との間に介装された圧縮ばね２５によって、天
井板２３が下方に押圧される。これにより、天井板２３
のピン２４とベース２のピン１８とがそれぞれ上下のマ
ット１９，１９を点接触で押圧して、これら両マット１
９、１９により振動子２０が挟持され、上下方向の動き
を規制される。同時に、リード線３０，３１の半田部３
０ａ，３１ａの近傍が、マット１９と振動子２０とで挟
持されて固定される。

【００１４】振動子２０の伝達部材２２に、連結部材１
３によって連結された一対の可動レール１２，１２の一
方の側面１２ｂを当接させるとともに、Ｖ字溝１２ａを
ボールベアリング１１に嵌合させる。このとき、ばね１
０によりガイド部材７がＣ方向に移動習性が付与されて
いるので、ボールベアリング１１を介して一対の可動レ
ール１２，１２もＣ方向、すなわち互いに向き合う方向
に移動習性が付与されている。したがって、振動子２０
は一対の可動レール１２，１２によって水平方向が保持
されるように挟持され、振動子２０は中央孔２０ａの内
径が、ボス部１７の外径よりもやや大に形成されて、ボ
ス部１７に遊嵌状態となっているので、結局、振動子２
０はばね１０によって水平方向にわずかながら揺動自在
となるように保持されている。また、可動レール１２は
ボールベアリング１１を介してガイド部材７にＡ−Ｂ方
向に移動自在に支持されている。

【００１５】次に、このような構成における動作を説明
する。上述した従来技術と同様に、高周波電源によって
位相差Φ＝９０°の高周波電圧ｓｉｎωｔ、ｃｏｎωｔ
を振動子２０の各電極２１ａ，２１ｂに印加すると、振
動子２０に、ラジアル振動（Ｒ、１）と、非軸対称面内
振動（１、１）の多重モード振動が同時に起き、これら
両モードの振動が合成されて、伝達部材２２に対応した
振動子２０の対向する周面に、互いに反対方向に回転す
る楕円動作が発生する。この楕円動作により、伝達部材
２２を介して両可動レール１２，１２が、連結部材１３
を介してＡ−Ｂ方向に一体的に移動する。

【００１６】このとき、リード線３０，３１の半田部３
０ａ，３１ａの近傍が、マット１９と振動子２０とで挟
持されて固定されているので、振動子２０が振動する際
に、リード線３０，３１の半田部３０ａ，３１ａから高
周波電源側のリード線は、振動子２０の負荷とならず、
このため、リード線３０，３１による負荷が大幅に軽減
され、これらリード線３０，３１による振動子２０の振
動を妨げることなく、振動子２０の良好な振動が得らる
ので、可動レール１２，１２の円滑な移動と充分な移動
量が得られる。

【００１７】図６は本発明の第２の実施例を示す要部拡
大斜視図である。この第２の実施例では、リード線３
０，３１の半田部３０ａ，３１ａが振動子２０の外周端
の近傍に接続され、このリード線３０，３１を半田部３
０ａ，３１ａの近傍で、マット１９の外周端からマット
１９の下方を通し中央孔１９ａから上方へ引き出すよう
にしてマット１９によって固定したものである。このよ
うな構造としても上述した第１の実施例と同様な作用効
果が生じることはいうまでのないことである。

【００１８】図７は本発明の第３の実施例を示す要部拡
大斜視図である。この第３の実施例では、リード線３
０，３１のマット１９で固定された部位から高周波電源
側に位置するリード部３０ｂ，３１ｂの線径を大として
いる。このようにリード部３０ｂ，３１ｂの線径を大と
しても、マット１９によって固定されているので、振動
子２０の振動に影響を及ぼすことがなく、このため、断
線を防止することができる。

【００１９】なお、上述した実施例では、振動子２０の
伝達部材２２に当接して、振動子２０の振動によって変
位する被作動部材として、ガイド部材７によって直線状
に移動する可動レール１２を用いたリニア型超音波アク
チュエータの例を挙げたが、これに限定されることな
く、被作動部材を回転自在に支持したロータとすること
によって、ロータの回転を出力とする超音波モータに適
用できることはいうまでのないことである。また、リー
ド線３０，３１と電極２１ａ，２１ｂとの接続を半田付
けで行っているが、ボンディング等種々の方法で行える
ことは勿論である。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、リ
ング状の振動子と、この振動子の表裏に設けられた二対
の電極とからなり、前記二対の電極に２相の高周波電圧
を供給して前記振動子にラジアル振動と非軸対称面内振
動との合成による多重モード振動を発生させ、前記振動
子周面に当接する被作動部材を変位させる超音波アクチ
ュエータにおいて、前記電極に電気的に接続されるとと
もに、高周波電圧を供給する高周波電源に接続されたリ
ード線と、前記振動子を挟持し振動子の厚み方向の動き
を規制する二対のリング状の弾性部材とを備え、この弾
性部材で前記リード線の電気的接続部の近傍を前記振動
子とで挟持したことにより、振動子が振動する際に、リ
ード線の半田付け部から高周波電源側のリード線は、振
動子の負荷とならないため、負荷が大幅に軽減され、こ
のため振動子の振動を妨げることがないので、振動子の
良好な振動が得られ、被作動部材の円滑な移動と充分な
移動量が得られる。

【００２１】また、本発明によれば、弾性部材と振動子
とで挟持された部位から高周波電源に接続される側のリ
ード線の径を大としたことにより、振動子の振動を妨げ
ることなく、リード線の断線を防止することが可能とな
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平面図
である。

【図２】 図１のII-II 線断面図である。

【図３】 本発明に係る超音波アクチュエータの外観斜
視図である。

【図４】 本発明に係る超音波アクチュエータの要部分
解斜視図である。

【図５】 本発明に係る超音波アクチュエータの要部拡
大斜視図である。

【図６】 本発明に係る超音波アクチュエータの第２の
実施例の要部拡大斜視図である。

【図７】 本発明に係る超音波アクチュエータの第３の
実施例の要部拡大斜視図である。

【図８】 従来の超音波アクチュエータの要部分解斜視
図である。

【図９】 従来の超音波アクチュエータの要部平面図で
ある。

【図１０】 一般的な超音波アクチュエータの原理を説
明する図で、（ａ）はラジアル振動を示し、（ｂ）は非
軸対称面内振動を示し、（ｃ）は両振動を合成した振動
を示すものである。

【符号の説明】

１…リニア型超音波アクチュエータ、１２…可動レー
ル、１５…駆動部ユニット、１９…マット、２０…振動
子、２１ａ，２１ｂ…電極、３０，３１…リード線，３
８，３９…高周波電源。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 リング状の振動子と、この振動子の表裏
   に設けられた二対の電極とからなり、前記二対の電極に
   ２相の高周波電圧を供給して前記振動子にラジアル振動
   と非軸対称面内振動との合成による多重モード振動を発
   生させ、前記振動子周面に当接する被作動部材を変位さ
   せる超音波アクチュエータにおいて、前記電極に電気的
   に接続されるとともに、高周波電圧を供給する高周波電
   源に接続されたリード線と、前記振動子を挟持し振動子
   の厚み方向の動きを規制する二対のリング状の弾性部材
   とを備え、この弾性部材で前記リード線の電気的接続部
   の近傍を前記振動子とで挟持したことを特徴とする超音
   波アクチュエータにおける給電構造。
2. 【請求項２】 請求項１記載の超音波アクチュエータに
   おける給電構造において、弾性部材と振動子とで挟持さ
   れた部位から高周波電源に接続される側のリード線の径
   を大としたことを特徴とする超音波アクチュエータにお
   ける給電構造。