JPH08182352A - 超音波アクチュエータ - Google Patents
超音波アクチュエータInfo
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- JPH08182352A JPH08182352A JP6320074A JP32007494A JPH08182352A JP H08182352 A JPH08182352 A JP H08182352A JP 6320074 A JP6320074 A JP 6320074A JP 32007494 A JP32007494 A JP 32007494A JP H08182352 A JPH08182352 A JP H08182352A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 直進又は回転の双方又は一方を選択的に駆動
可能とする。 【構成】 弾性体１１の左端及び右端には、それぞれＸ
方向及びＹ方向に励振する電気機械変換素子２１Ｘ、２
２Ｘ、２１Ｙ、２２Ｙが設けられ、弾性体１１をＸ方向
及びＹ方向に時間的な位相差をもって２次元的に励振す
ることにより、その駆動面１１ａに回転しながら進行す
る進行性振動波を生じ、移動体４０は、直進、回転、直
進及び回転の運動を選択的に行える。
可能とする。 【構成】 弾性体１１の左端及び右端には、それぞれＸ
方向及びＹ方向に励振する電気機械変換素子２１Ｘ、２
２Ｘ、２１Ｙ、２２Ｙが設けられ、弾性体１１をＸ方向
及びＹ方向に時間的な位相差をもって２次元的に励振す
ることにより、その駆動面１１ａに回転しながら進行す
る進行性振動波を生じ、移動体４０は、直進、回転、直
進及び回転の運動を選択的に行える。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、弾性体の励振方式を改
良した超音波アクチュエータに関するものである。
良した超音波アクチュエータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種の超音波アクチュエータの
内でリニア型のものは、例えば、直線状の弾性体に進行
性振動波（以下、進行波と略す）を生じさせ、弾性体駆
動面に移動子を加圧接触させて駆動させる構造〔第３５
回構造強度に関する講演会講演集（平成５年７月６日〜
８日）ｐ２８０〜２８３「進行波型リニア超音波モータ
の試作」（樋口 健）等〕が公知である。
内でリニア型のものは、例えば、直線状の弾性体に進行
性振動波（以下、進行波と略す）を生じさせ、弾性体駆
動面に移動子を加圧接触させて駆動させる構造〔第３５
回構造強度に関する講演会講演集（平成５年７月６日〜
８日）ｐ２８０〜２８３「進行波型リニア超音波モータ
の試作」（樋口 健）等〕が公知である。
【０００３】図８は、超音波アクチュエータの従来例を
示す斜視図である。従来の超音波アクチュエータは、固
定子５１０と移動子５４０とから構成されている。固定
子５１０は、駆動方向に伸長した形状であり、駆動面５
１１ａに駆動力が発生する弾性体５１１と、この弾性体
５１１の左端部５１１Ｌ及び右端部５１１Ｒの近傍に接
合された進行波発生用の圧電体５２１及び進行波吸収用
の圧電体５２３とから構成されている。移動子５４０
は、弾性体５１１の駆動面５１１ａに不図示の加圧部材
によって加圧接触され、弾性体５１１に発生する進行波
により移動する。
示す斜視図である。従来の超音波アクチュエータは、固
定子５１０と移動子５４０とから構成されている。固定
子５１０は、駆動方向に伸長した形状であり、駆動面５
１１ａに駆動力が発生する弾性体５１１と、この弾性体
５１１の左端部５１１Ｌ及び右端部５１１Ｒの近傍に接
合された進行波発生用の圧電体５２１及び進行波吸収用
の圧電体５２３とから構成されている。移動子５４０
は、弾性体５１１の駆動面５１１ａに不図示の加圧部材
によって加圧接触され、弾性体５１１に発生する進行波
により移動する。
【０００４】この超音波アクチュエータは、弾性体５１
１の一端近傍に装着した圧電体５２１によって弾性体５
１１を励振させ、弾性体５１１の他端近傍に装着した圧
電体５２３により弾性体の振動を吸収する方法により、
弾性体５１１に一方向のみの進行波を生じさせることが
できる。このような方式の超音波アクチュエータは、弾
性体５１１を長くできることから比較的長い距離を駆動
させることができる、という利点がある。また、この講
演会講演集により示された超音波アクチュエータは、弾
性体の一面（圧電体装着面と反対面）のみを駆動面とし
て用いていた。
１の一端近傍に装着した圧電体５２１によって弾性体５
１１を励振させ、弾性体５１１の他端近傍に装着した圧
電体５２３により弾性体の振動を吸収する方法により、
弾性体５１１に一方向のみの進行波を生じさせることが
できる。このような方式の超音波アクチュエータは、弾
性体５１１を長くできることから比較的長い距離を駆動
させることができる、という利点がある。また、この講
演会講演集により示された超音波アクチュエータは、弾
性体の一面（圧電体装着面と反対面）のみを駆動面とし
て用いていた。
【０００５】一方、前述した樋口氏によると、弾性体の
両端を加振することによって、進行波を発生することも
提案している。図９は、両端加振型の超音波アクチュエ
ータの従来例の構造及び動作原理を説明する図である。
両端加振型の超音波アクチュエータは、弾性体６１１の
左端部６１１Ｌ及び右端部６１１Ｒに圧電体６２１，６
２２が設けられている。まず、図９（ａ）に示すよう
に、圧電体６２１によって、弾性体６１１の左端部６１
１Ｌを加振することにより、弾性体６１１に定在波Ａが
発生する〔図９（ｃ−１）〕。この場合、非加振側（６
１１Ｒ）を支持端とみなすことができるので、定在波
は、支持端側が節となり加振端側が腹となる。
両端を加振することによって、進行波を発生することも
提案している。図９は、両端加振型の超音波アクチュエ
ータの従来例の構造及び動作原理を説明する図である。
両端加振型の超音波アクチュエータは、弾性体６１１の
左端部６１１Ｌ及び右端部６１１Ｒに圧電体６２１，６
２２が設けられている。まず、図９（ａ）に示すよう
に、圧電体６２１によって、弾性体６１１の左端部６１
１Ｌを加振することにより、弾性体６１１に定在波Ａが
発生する〔図９（ｃ−１）〕。この場合、非加振側（６
１１Ｒ）を支持端とみなすことができるので、定在波
は、支持端側が節となり加振端側が腹となる。
【０００６】また、図９（ｂ）に示すように、圧電体６
２２によって、弾性体６１１の右端部６１１Ｒを加振す
ることにより、同様に一方が節となり他方が腹となる定
在波Ｂが発生する〔図９（ｃ−２）〕。これらの定在波
Ａと定在波Ｂとは空間的位相差がλ／４ずれている。従
って、定在波Ａと定在波Ｂとの時間的位相差をλ／４ず
らしてやると、その合成波は進行波となる〔図９（ｃ−
３）〕。
２２によって、弾性体６１１の右端部６１１Ｒを加振す
ることにより、同様に一方が節となり他方が腹となる定
在波Ｂが発生する〔図９（ｃ−２）〕。これらの定在波
Ａと定在波Ｂとは空間的位相差がλ／４ずれている。従
って、定在波Ａと定在波Ｂとの時間的位相差をλ／４ず
らしてやると、その合成波は進行波となる〔図９（ｃ−
３）〕。
【０００７】このような進行波の発生方法は、前記した
講演会講演集に示した方法と比較すると、弾性体６１１
の進行波を吸収しないために、エネルギー効率を向上す
ることができる、という利点がある。
講演会講演集に示した方法と比較すると、弾性体６１１
の進行波を吸収しないために、エネルギー効率を向上す
ることができる、という利点がある。
【０００８】さらに、前記いずれの場合であっても、弾
性体の駆動面と移動子の摺動面を複数にすることによ
り、弾性体との接触面を増加させて、駆動力を向上させ
ることが提案されている。これにより、移動子の長さを
短くすることができ、可動距離の拡大や装置の小形化が
実現できるようになった。
性体の駆動面と移動子の摺動面を複数にすることによ
り、弾性体との接触面を増加させて、駆動力を向上させ
ることが提案されている。これにより、移動子の長さを
短くすることができ、可動距離の拡大や装置の小形化が
実現できるようになった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】前述した従来の技術で
は、１つの超音波アクチュエータは、直進又は回転の一
方のみの運動しか行うことができなかったので、用途が
限定されていた。
は、１つの超音波アクチュエータは、直進又は回転の一
方のみの運動しか行うことができなかったので、用途が
限定されていた。
【００１０】本発明の目的は、直進又は回転の双方又は
一方を選択して駆動できる超音波アクチュエータを提供
することである。
一方を選択して駆動できる超音波アクチュエータを提供
することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、請求項１の発明は、駆動信号により励振される第１
側及び第２側の電気機械変換素子と、前記第１側及び第
２側の電気機械変換素子が両端部近傍にそれぞれ接合さ
れ、前記各電気機械変換素子の励振により進行性振動波
を発生する弾性体と、前記弾性体の駆動面に接触する相
対移動部材と、を含む超音波アクチュエータにおいて、
前記第１側及び第２側の電気機械変換素子は、それぞれ
第１及び第２の方向に励振する第１方向及び第２方向用
の電気機械変換素子を備え、前記弾性体は、前記第１側
及び第２側の各電気機械変換素子が前記第１方向及び第
２方向に時間的な位相差をもって２次元的に励振するこ
とにより、駆動面に回転しながら進行する進行性振動波
を生ずることを特徴としている。
に、請求項１の発明は、駆動信号により励振される第１
側及び第２側の電気機械変換素子と、前記第１側及び第
２側の電気機械変換素子が両端部近傍にそれぞれ接合さ
れ、前記各電気機械変換素子の励振により進行性振動波
を発生する弾性体と、前記弾性体の駆動面に接触する相
対移動部材と、を含む超音波アクチュエータにおいて、
前記第１側及び第２側の電気機械変換素子は、それぞれ
第１及び第２の方向に励振する第１方向及び第２方向用
の電気機械変換素子を備え、前記弾性体は、前記第１側
及び第２側の各電気機械変換素子が前記第１方向及び第
２方向に時間的な位相差をもって２次元的に励振するこ
とにより、駆動面に回転しながら進行する進行性振動波
を生ずることを特徴としている。
【００１２】請求項２の発明は、駆動信号により励振さ
れる電気機械変換素子と、前記電気機械変換素子が端部
近傍にそれぞれ接合され、前記電気機械変換素子の励振
により進行性振動波を発生する弾性体と、前記弾性体の
駆動面に接触する相対移動部材と、を含む超音波アクチ
ュエータにおいて、前記電気機械変換素子は、第１及び
第２の方向に励振する第１方向及び第２方向用の電気機
械変換素子を備え、前記弾性体は、前記電気機械変換素
子が前記第１方向及び第２方向に時間的な位相差をもっ
て２次元的に励振することにより、駆動面に回転しなが
ら進行する進行性振動波を生ずることを特徴としてい
る。
れる電気機械変換素子と、前記電気機械変換素子が端部
近傍にそれぞれ接合され、前記電気機械変換素子の励振
により進行性振動波を発生する弾性体と、前記弾性体の
駆動面に接触する相対移動部材と、を含む超音波アクチ
ュエータにおいて、前記電気機械変換素子は、第１及び
第２の方向に励振する第１方向及び第２方向用の電気機
械変換素子を備え、前記弾性体は、前記電気機械変換素
子が前記第１方向及び第２方向に時間的な位相差をもっ
て２次元的に励振することにより、駆動面に回転しなが
ら進行する進行性振動波を生ずることを特徴としてい
る。
【００１３】請求項３の発明は、請求項１又は請求項２
に記載の超音波アクチュエータにおいて、前記相対移動
部材を前記弾性体に加圧接触させる加圧部材を設けたこ
とを特徴としている。
に記載の超音波アクチュエータにおいて、前記相対移動
部材を前記弾性体に加圧接触させる加圧部材を設けたこ
とを特徴としている。
【００１４】請求項４の発明は、請求項１〜請求項３の
いずれか１項に記載の超音波アクチュエータにおいて、
前記弾性体は、円柱状又は円筒状であることを特徴とし
ている。
いずれか１項に記載の超音波アクチュエータにおいて、
前記弾性体は、円柱状又は円筒状であることを特徴とし
ている。
【００１５】請求項５の発明は、請求項４に記載の超音
波アクチュエータにおいて、前記加圧部材は、前記弾性
体を全周に渡って加圧することを特徴としている。
波アクチュエータにおいて、前記加圧部材は、前記弾性
体を全周に渡って加圧することを特徴としている。
【００１６】請求項６の発明は、請求項４又は請求項５
に記載の超音波アクチュエータにおいて、前記電気機械
変換素子は、前記弾性体に嵌合するチューブ型であるこ
とを特徴としている。
に記載の超音波アクチュエータにおいて、前記電気機械
変換素子は、前記弾性体に嵌合するチューブ型であるこ
とを特徴としている。
【００１７】請求項７の発明は、請求項１〜請求項６の
いずれか１項に記載の超音波アクチュエータにおいて、
前記加圧部材は、前記弾性体の駆動面と前記相対移動部
材の摺動面との間に加圧力を発生する弾性部材を、前記
相対移動部材側に配置したものであることを特徴として
いる。
いずれか１項に記載の超音波アクチュエータにおいて、
前記加圧部材は、前記弾性体の駆動面と前記相対移動部
材の摺動面との間に加圧力を発生する弾性部材を、前記
相対移動部材側に配置したものであることを特徴として
いる。
【００１８】
【作用】本発明によれば、弾性体は、電気機械変換素子
によって、第１及び第２の方向に時間的な位相差をもっ
て２次元的に励振されて、その駆動面に回転しながら進
行する進行性振動波を生ずるので、移動子は、弾性体上
の直進運動と弾性体周りの回転運動を同時に行うことが
できる。
によって、第１及び第２の方向に時間的な位相差をもっ
て２次元的に励振されて、その駆動面に回転しながら進
行する進行性振動波を生ずるので、移動子は、弾性体上
の直進運動と弾性体周りの回転運動を同時に行うことが
できる。
【００１９】
（第１実施例）図１は、本発明による超音波アクチュエ
ータの第１実施例を示す斜視図、図２は、第１実施例に
係る超音波アクチュエータの移動子を拡大して示す断面
図である。第１実施例の超音波アクチュエータは、固定
子１０と移動子（相対運動部材）４０とから構成されて
いる。固定子１０は、弾性体１１と、電気機械変換素子
２１、２２と、支持体３１、３２とを備えている。
ータの第１実施例を示す斜視図、図２は、第１実施例に
係る超音波アクチュエータの移動子を拡大して示す断面
図である。第１実施例の超音波アクチュエータは、固定
子１０と移動子（相対運動部材）４０とから構成されて
いる。固定子１０は、弾性体１１と、電気機械変換素子
２１、２２と、支持体３１、３２とを備えている。
【００２０】弾性体１１は、駆動方向（Ｚ方向）に中心
軸をもつ円柱形状の部材であり、金属又はプラスチック
などによって作製されている。この弾性体１１は、両端
に直方体形状の端部１１Ｌ、１１Ｒが形成されている。
軸をもつ円柱形状の部材であり、金属又はプラスチック
などによって作製されている。この弾性体１１は、両端
に直方体形状の端部１１Ｌ、１１Ｒが形成されている。
【００２１】電気機械変換素子２１、２２は、電気エネ
ルギーを機械エネルギーに変換する素子であり、圧電体
若しくは積層型圧電体又は電歪素子などを用いることが
できる。電気機械変換素子２１、２２は、弾性体１１の
端部１１Ｌ、１１Ｒにそれぞれ接合されており、各々の
電気機械変換素子２１、２２は、さらに、Ｘ方向用の電
気機械変換素子２１Ｘ，２２Ｘと、Ｙ方向用の電気機械
変換素子２１Ｙ，２２Ｙとから構成されている。
ルギーを機械エネルギーに変換する素子であり、圧電体
若しくは積層型圧電体又は電歪素子などを用いることが
できる。電気機械変換素子２１、２２は、弾性体１１の
端部１１Ｌ、１１Ｒにそれぞれ接合されており、各々の
電気機械変換素子２１、２２は、さらに、Ｘ方向用の電
気機械変換素子２１Ｘ，２２Ｘと、Ｙ方向用の電気機械
変換素子２１Ｙ，２２Ｙとから構成されている。
【００２２】支持体３１，３２は、弾性体１１の両端を
支持するための部材であり、ここでは、弾性体１１に接
合された電気機械変換素子２１Ｘ，２１Ｙ，２２Ｘ，２
２Ｙを、支持体３１Ｘ，３１Ｙ，３２Ｘ，３２Ｙがそれ
ぞれ支持することにより、結果的に、弾性体１１を支持
している。
支持するための部材であり、ここでは、弾性体１１に接
合された電気機械変換素子２１Ｘ，２１Ｙ，２２Ｘ，２
２Ｙを、支持体３１Ｘ，３１Ｙ，３２Ｘ，３２Ｙがそれ
ぞれ支持することにより、結果的に、弾性体１１を支持
している。
【００２３】移動子４０は、図２に示すように、移動方
向（Ｚ軸方向）に垂直な断面（Ｘ−Ｙ断面）がリング状
の部材であり、その内側が摺動部４０ａとなっている。
この移動子４０は、リング上の１カ所が分割されてお
り、各々の分割端部の放射方向に突出した突出部４１、
４２が形成されている。加圧部材５０は、移動子４０の
分割端面に挟まれたゴムやバネ等の弾性部材５１と、移
動子４０の突出部４１、４２を貫通し、加圧力を調整す
る調整部材としてのボルト５２及びナット５３と、から
構成されている。
向（Ｚ軸方向）に垂直な断面（Ｘ−Ｙ断面）がリング状
の部材であり、その内側が摺動部４０ａとなっている。
この移動子４０は、リング上の１カ所が分割されてお
り、各々の分割端部の放射方向に突出した突出部４１、
４２が形成されている。加圧部材５０は、移動子４０の
分割端面に挟まれたゴムやバネ等の弾性部材５１と、移
動子４０の突出部４１、４２を貫通し、加圧力を調整す
る調整部材としてのボルト５２及びナット５３と、から
構成されている。
【００２４】図３は、第１実施例に係る超音波アクチュ
エータの基本動作を説明する波形図である。まず、図３
（ａ）に示すように、弾性体１１には、一方の端部１１
ＬをＸ方向に加振することにより、定在波Ａが発生す
る。この場合に、加振側の端部１１Ｌを自由端、他方の
端部１１Ｒを固定端とみなすことができるので、定在波
Ａは、一方が節となり他方が腹となる。
エータの基本動作を説明する波形図である。まず、図３
（ａ）に示すように、弾性体１１には、一方の端部１１
ＬをＸ方向に加振することにより、定在波Ａが発生す
る。この場合に、加振側の端部１１Ｌを自由端、他方の
端部１１Ｒを固定端とみなすことができるので、定在波
Ａは、一方が節となり他方が腹となる。
【００２５】また、図３（ｂ）に示すように、弾性体１
１には、他方の端部１１ＲをＸ方向に加振することによ
り、同様に、一方が節なり他方が腹となる定在波Ａ’が
発生する。これらの定在波Ａと定在波Ａ’は、空間的位
相差がλ／４ずれている。従って、定在波Ａと定在波
Ａ’との時間的位相差をλ／４ずらした場合には、その
合成波は進行波Ａ”となる［図３（ｅ）］。つまり、Ｘ
軸方向に振動面を持ち、Ｚ軸方向に進行する進行波は、
次式（１）によって表される。ここで、λは進行波の波
長であり、νは振動数を表す。 Ｘ＝ｃｏｓδX （２πＺ／λ−２πνｔ） …（１）
１には、他方の端部１１ＲをＸ方向に加振することによ
り、同様に、一方が節なり他方が腹となる定在波Ａ’が
発生する。これらの定在波Ａと定在波Ａ’は、空間的位
相差がλ／４ずれている。従って、定在波Ａと定在波
Ａ’との時間的位相差をλ／４ずらした場合には、その
合成波は進行波Ａ”となる［図３（ｅ）］。つまり、Ｘ
軸方向に振動面を持ち、Ｚ軸方向に進行する進行波は、
次式（１）によって表される。ここで、λは進行波の波
長であり、νは振動数を表す。 Ｘ＝ｃｏｓδX （２πＺ／λ−２πνｔ） …（１）
【００２６】進行波Ａ”は、上記のように発生するの
で、図３（ｃ），（ｄ）に示すように、その振動面が互
いに垂直なＹ方向の振動面をもう１つの進行波Ｂ”を発
生させる［図３（ｅ）］。つまり、Ｙ軸方向に振動面を
持ち、Ｚ軸方向に進行する進行波は、次式（２）によっ
て表される。 Ｙ＝ｃｏｓδY （２πＺ／λ−２πνｔ−π／２） …（２）
で、図３（ｃ），（ｄ）に示すように、その振動面が互
いに垂直なＹ方向の振動面をもう１つの進行波Ｂ”を発
生させる［図３（ｅ）］。つまり、Ｙ軸方向に振動面を
持ち、Ｚ軸方向に進行する進行波は、次式（２）によっ
て表される。 Ｙ＝ｃｏｓδY （２πＺ／λ−２πνｔ−π／２） …（２）
【００２７】そして、２つの進行波Ａ”，Ｂ”は、λ／
４の時間的位相差が与えられると、これらの進行波
Ａ”，Ｂ”が合成された波は、図３（ｆ）に示すよう
に、進行方向Ｚの回りで振動面を回転させながら進行す
る進行波Ｃとなる。このときに、弾性体１１を進行波の
進行方向（Ｚ方向）から観察した場合に、弾性体１１
は、楕円又は円状の腰振り運動を行い、これが移動子４
０を回転運動させる駆動力となる。従って、弾性体１１
は、移動子４０に対して、弾性体１１上の直進運動と、
弾性体１１の周りを回転運動を同時に与えることができ
る。
４の時間的位相差が与えられると、これらの進行波
Ａ”，Ｂ”が合成された波は、図３（ｆ）に示すよう
に、進行方向Ｚの回りで振動面を回転させながら進行す
る進行波Ｃとなる。このときに、弾性体１１を進行波の
進行方向（Ｚ方向）から観察した場合に、弾性体１１
は、楕円又は円状の腰振り運動を行い、これが移動子４
０を回転運動させる駆動力となる。従って、弾性体１１
は、移動子４０に対して、弾性体１１上の直進運動と、
弾性体１１の周りを回転運動を同時に与えることができ
る。
【００２８】ここで、一端の加振（例えば、図３
（ａ），（ｃ）又は図３（ｂ），（ｄ）の加振）を停止
すれば、弾性体１１は、定在波の状態で腰振り運動を行
う。この場合に、移動体４０は、直進運動は行わずに、
その場で回転運動を行う。さらに、２つの進行波Ａ”，
Ｂ”のうちのいずれか一方を停止させれば、移動体４０
は、直進運動のみを行う。従って、この実施例の超音波
アクチュエータは、電気機械変換素子２１Ｘ，２１Ｙ，
２２Ｘ，２２Ｙへ印加される駆動信号を選択することに
より、直進と、回転と、直進及び回転の３つのモードを
自由にしかも簡単に切り替えることができる。
（ａ），（ｃ）又は図３（ｂ），（ｄ）の加振）を停止
すれば、弾性体１１は、定在波の状態で腰振り運動を行
う。この場合に、移動体４０は、直進運動は行わずに、
その場で回転運動を行う。さらに、２つの進行波Ａ”，
Ｂ”のうちのいずれか一方を停止させれば、移動体４０
は、直進運動のみを行う。従って、この実施例の超音波
アクチュエータは、電気機械変換素子２１Ｘ，２１Ｙ，
２２Ｘ，２２Ｙへ印加される駆動信号を選択することに
より、直進と、回転と、直進及び回転の３つのモードを
自由にしかも簡単に切り替えることができる。
【００２９】（第２実施例）図４は、本発明による超音
波アクチュエータの第２実施例を示す斜視図、図５は、
第２実施例に係る超音波アクチュエータの電気機械変換
素子の配列を示す図である。なお、以下に説明する各実
施例では、同様な機能を果たす部分には、末尾の符号を
統一して付し、重複する説明を適宜省略する。
波アクチュエータの第２実施例を示す斜視図、図５は、
第２実施例に係る超音波アクチュエータの電気機械変換
素子の配列を示す図である。なお、以下に説明する各実
施例では、同様な機能を果たす部分には、末尾の符号を
統一して付し、重複する説明を適宜省略する。
【００３０】第２実施例の超音波アクチュエータは、固
定子１１０と移動子（相対運動部材）１４０とから構成
されている。固定子１１０は、弾性体１１１と、電気機
械変換素子１２１、１２２と、支持体１３１、１３２と
を備えている。第２実施例では、電気機械変換素子１２
１、１２２は、チューブ型ものもが使用されており、支
持体１３１、１３２は、弾性体１１１の各々の端面を直
接支持固定している。
定子１１０と移動子（相対運動部材）１４０とから構成
されている。固定子１１０は、弾性体１１１と、電気機
械変換素子１２１、１２２と、支持体１３１、１３２と
を備えている。第２実施例では、電気機械変換素子１２
１、１２２は、チューブ型ものもが使用されており、支
持体１３１、１３２は、弾性体１１１の各々の端面を直
接支持固定している。
【００３１】チューブ型電気機械変換素子１２１、１２
２は、図５（ｃ），（ｄ）に模式的に示すように、弾性
体１１１の端部に設けられており、チューブ状の電気機
械変換素子１２１Ａ，１２２Ａと、おもて面に４分割さ
れた電極１２１Ｘ，１２１Ｘ’，１２１Ｙ，１２１Ｙ’
及び１２２Ｘ，１２２Ｘ’，１２２Ｙ，１２２Ｙ’が形
成され、裏面に分割されない共通電極１２１Ｃ，１２２
Ｃが配置されている。チューブ型電気機械変換素子１２
１、１２２は、弾性体１１１の端部に形成された小径部
の一部又は全部に嵌合していてもよいし、弾性体１１１
の端面にその端面が接合されていてもよい。
２は、図５（ｃ），（ｄ）に模式的に示すように、弾性
体１１１の端部に設けられており、チューブ状の電気機
械変換素子１２１Ａ，１２２Ａと、おもて面に４分割さ
れた電極１２１Ｘ，１２１Ｘ’，１２１Ｙ，１２１Ｙ’
及び１２２Ｘ，１２２Ｘ’，１２２Ｙ，１２２Ｙ’が形
成され、裏面に分割されない共通電極１２１Ｃ，１２２
Ｃが配置されている。チューブ型電気機械変換素子１２
１、１２２は、弾性体１１１の端部に形成された小径部
の一部又は全部に嵌合していてもよいし、弾性体１１１
の端面にその端面が接合されていてもよい。
【００３２】次に、第２実施例に係る超音波アクチュエ
ータの動作を説明する。まず、チューブ型電気機械変換
素子１２１の電極１２１Ｘと１２１Ｘ’の組に、電界の
符号が互いに逆になるように交流電界をかけると、一方
の端部１１１Ｌが加振されることにより、弾性体１１１
に定在波Ａが発生する。この場合に、加振側の端部１１
１Ｌを自由端、他方側の端部１１１Ｒを固定端とみなす
ことができので、定在波Ａは、一方が節となり他方が腹
となる。
ータの動作を説明する。まず、チューブ型電気機械変換
素子１２１の電極１２１Ｘと１２１Ｘ’の組に、電界の
符号が互いに逆になるように交流電界をかけると、一方
の端部１１１Ｌが加振されることにより、弾性体１１１
に定在波Ａが発生する。この場合に、加振側の端部１１
１Ｌを自由端、他方側の端部１１１Ｒを固定端とみなす
ことができので、定在波Ａは、一方が節となり他方が腹
となる。
【００３３】また、他方の端部１１１Ｒについても、端
部１１１Ｌと同様に、チューブ型電気機械変換素子１２
２の電極１２２Ｘと１２２Ｘ’の組を用いて加振するこ
とにより、一方が節となり他方が腹となる定在波Ａ’が
発生する。
部１１１Ｌと同様に、チューブ型電気機械変換素子１２
２の電極１２２Ｘと１２２Ｘ’の組を用いて加振するこ
とにより、一方が節となり他方が腹となる定在波Ａ’が
発生する。
【００３４】これらの定在波Ａと定在波Ａ’とは、空間
的位相差がλ／４ずれている。従って、定在波Ａと定在
波Ａ’との時間的位相差をλ／４ずらしてやると、その
合成波は進行波となる。
的位相差がλ／４ずれている。従って、定在波Ａと定在
波Ａ’との時間的位相差をλ／４ずらしてやると、その
合成波は進行波となる。
【００３５】これと同様に、チューブ型電気機械変換素
子１２１の電極１２１Ｙと１２２Ｙ’の組を用いて一方
の端部１１１Ｌを加振することにより、定在波Ａに対し
て振動面が垂直な定在波Ｂが発生する。さらに、チュー
ブ型電気機械変換素子１２１の電極１２２Ｙと１２２
Ｙ’の組を用いて他方の端部１１１Ｒを加振することに
より、定在波Ａ’に対して振動面が垂直な定在波Ｂ’が
発生する。
子１２１の電極１２１Ｙと１２２Ｙ’の組を用いて一方
の端部１１１Ｌを加振することにより、定在波Ａに対し
て振動面が垂直な定在波Ｂが発生する。さらに、チュー
ブ型電気機械変換素子１２１の電極１２２Ｙと１２２
Ｙ’の組を用いて他方の端部１１１Ｒを加振することに
より、定在波Ａ’に対して振動面が垂直な定在波Ｂ’が
発生する。
【００３６】定在波Ａと定在波Ａ’と同様に、定在波Ｂ
と定在波Ｂ’とは、空間的位相差がλ／４ずれており、
定在波Ｂと定在波Ｂ’との時間的位相差をλ／４ずらし
てやると、その合成波は、定在波Ａと定在波Ａ’による
進行波とは振動面が互いに垂直な進行波となる。
と定在波Ｂ’とは、空間的位相差がλ／４ずれており、
定在波Ｂと定在波Ｂ’との時間的位相差をλ／４ずらし
てやると、その合成波は、定在波Ａと定在波Ａ’による
進行波とは振動面が互いに垂直な進行波となる。
【００３７】このようにして発生した振動面が互いに垂
直な２種類の進行波を、両者にλ／４の時間的位相差を
与えて合成することにより、進行方向Ｚの周りで振動面
を回転させながら進行する進行波が発生する。
直な２種類の進行波を、両者にλ／４の時間的位相差を
与えて合成することにより、進行方向Ｚの周りで振動面
を回転させながら進行する進行波が発生する。
【００３８】このような進行波を発生させるためには、
結果的に、チューブ型電気機械変換素子１２１，１２２
は、互いにλ／４の時間的位相差を持った首振り運動を
行うことになる。つまり、見方を変えれば、チューブ型
電気機械変換素子１２１の首振り運動によって、弾性体
１１１に腰振り運動を伴う定在波が励振され、それと同
様にチューブ型電気機械変換素子１２２の首振り運動に
よって、空間的位相差がλ／４をもつもう１つの腰振り
運動を伴う定在波が励振され、両者の間に、λ／４の時
間的位相差を与えることにより、弾性体１１１に腰振り
運動に伴う進行波、つまり、進行方向の周りで振動面を
回転させならがら進行する進行波が発生する。
結果的に、チューブ型電気機械変換素子１２１，１２２
は、互いにλ／４の時間的位相差を持った首振り運動を
行うことになる。つまり、見方を変えれば、チューブ型
電気機械変換素子１２１の首振り運動によって、弾性体
１１１に腰振り運動を伴う定在波が励振され、それと同
様にチューブ型電気機械変換素子１２２の首振り運動に
よって、空間的位相差がλ／４をもつもう１つの腰振り
運動を伴う定在波が励振され、両者の間に、λ／４の時
間的位相差を与えることにより、弾性体１１１に腰振り
運動に伴う進行波、つまり、進行方向の周りで振動面を
回転させならがら進行する進行波が発生する。
【００３９】移動子１４０は、摺動部１４０ａが弾性体
１１１の外周の駆動面１１１ａに加圧接触しているの
で、その駆動面１１１ａから駆動力を得て、駆動され
る。
１１１の外周の駆動面１１１ａに加圧接触しているの
で、その駆動面１１１ａから駆動力を得て、駆動され
る。
【００４０】（第３実施例）図６は、本発明による超音
波アクチュエータの第３実施例を示した斜視図である。
第３実施例の超音波アクチュエータは、弾性体２１１の
一方の端部に進行波発生用の電気機械変換素子２２１
Ｘ，２２１Ｙが設けられ、他方の端部に進行波吸収用の
電気機械変換素子２２２Ｘ，２２２Ｙが設けられている
点が第１実施例と異なる。
波アクチュエータの第３実施例を示した斜視図である。
第３実施例の超音波アクチュエータは、弾性体２１１の
一方の端部に進行波発生用の電気機械変換素子２２１
Ｘ，２２１Ｙが設けられ、他方の端部に進行波吸収用の
電気機械変換素子２２２Ｘ，２２２Ｙが設けられている
点が第１実施例と異なる。
【００４１】電気機械変換素子２２１Ｘ，２２１Ｙは、
駆動信号により励振され、弾性体２１１の電気機械変換
素子２２１Ｘ，２２１Ｙが接続された端部２１１Ｌから
端部２１１Ｒに向かって、振動面が互いに垂直であっ
て、λ／４の位相差をもつ２種類の進行波が発生する
［図３（ｅ）参照］。このときに、弾性体２１１の駆動
面２２１ａに進行波に伴う楕円運動が生ずると共に、進
行波の進行方向に垂直な面内において楕円又は円状の腰
振り運動が発生する。この進行波は、弾性体２１１の他
方の端部２１１Ｒに設けられた進行波吸収用の電気機械
変換素子２２２Ｘ，２２２Ｙによって吸収され、進行波
の反射は防止される。
駆動信号により励振され、弾性体２１１の電気機械変換
素子２２１Ｘ，２２１Ｙが接続された端部２１１Ｌから
端部２１１Ｒに向かって、振動面が互いに垂直であっ
て、λ／４の位相差をもつ２種類の進行波が発生する
［図３（ｅ）参照］。このときに、弾性体２１１の駆動
面２２１ａに進行波に伴う楕円運動が生ずると共に、進
行波の進行方向に垂直な面内において楕円又は円状の腰
振り運動が発生する。この進行波は、弾性体２１１の他
方の端部２１１Ｒに設けられた進行波吸収用の電気機械
変換素子２２２Ｘ，２２２Ｙによって吸収され、進行波
の反射は防止される。
【００４２】（第４実施例）図７は、本発明による超音
波アクチュエータの第４実施例を示した斜視図である。
第４実施例の超音波アクチュエータは、弾性体３１１の
一方の端部に進行波発生用のチューブ型電気機械変換素
子３２１が設けられ、他方の端部に進行波吸収用のチュ
ーブ型電気機械変換素子３２２が設けられている。
波アクチュエータの第４実施例を示した斜視図である。
第４実施例の超音波アクチュエータは、弾性体３１１の
一方の端部に進行波発生用のチューブ型電気機械変換素
子３２１が設けられ、他方の端部に進行波吸収用のチュ
ーブ型電気機械変換素子３２２が設けられている。
【００４３】チューブ型電気機械変換素子３２１，３２
２の構造は、第２実施例に示した図５（ｃ），（ｄ）と
同様であり、また、この超音波アクチュエータの動作
は、第３実施例と同様であるので、詳しい説明は省略す
る。
２の構造は、第２実施例に示した図５（ｃ），（ｄ）と
同様であり、また、この超音波アクチュエータの動作
は、第３実施例と同様であるので、詳しい説明は省略す
る。
【００４４】以上説明した実施例に限定されることな
く、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明
に含まれる。例えば、弾性体に進行波を発生させる方法
として、各実施例ごとに、弾性体の両端を加振して進行
波を発生させる方式と、弾性体の一端側を加振して弾性
体の他端側から進行波を吸収する方式とを示したが、各
実施例に対して、どちらの方式を用いても本発明の効果
が同様に生じる。
く、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明
に含まれる。例えば、弾性体に進行波を発生させる方法
として、各実施例ごとに、弾性体の両端を加振して進行
波を発生させる方式と、弾性体の一端側を加振して弾性
体の他端側から進行波を吸収する方式とを示したが、各
実施例に対して、どちらの方式を用いても本発明の効果
が同様に生じる。
【００４５】また、前記各実施例では、移動体は、その
摺動部を１つの肉厚の大きな材料とし、その材料を直接
弾性体に加圧接触するように示したが、弾性体に加圧接
触する面に、前記材料とは別の摺動材を配置するように
してもよい。
摺動部を１つの肉厚の大きな材料とし、その材料を直接
弾性体に加圧接触するように示したが、弾性体に加圧接
触する面に、前記材料とは別の摺動材を配置するように
してもよい。
【００４６】さらに、弾性体を加振する第１及び第２の
方向は、π／２だけ異なる例で説明したが、π／２以外
の値でもよい。また、時間的な位相差は、π／２だけの
例で説明したが、π／２以外の値でもよく、その場合に
は、弾性体は、楕円の腰振り運動を行う。
方向は、π／２だけ異なる例で説明したが、π／２以外
の値でもよい。また、時間的な位相差は、π／２だけの
例で説明したが、π／２以外の値でもよく、その場合に
は、弾性体は、楕円の腰振り運動を行う。
【００４７】なお、移動子（相対移動部材）を固定し
て、弾性体側を駆動するようにしてもよい。また、移動
子の長さは、少なくとも進行波Ｃの波長の２．５にする
ことが好ましい。
て、弾性体側を駆動するようにしてもよい。また、移動
子の長さは、少なくとも進行波Ｃの波長の２．５にする
ことが好ましい。
【００４８】
【発明の効果】以上詳しく説明したように、本発明によ
れば、弾性体は、電気機械変換素子によって、第１及び
第２の方向に時間的な位相差をもって２次元的に励振さ
れて、その駆動面に回転しながら進行する進行性振動波
を生ずるので、移動子は、弾性体上の直進運動と弾性体
周りの回転運動を同時に行うことができる。したがっ
て、本発明によれば、従来のアクチュエータではいずれ
か一方しか行えなかった直進・回転運動の両動作を同時
に行うことができる。また、本発明によれば、電気機械
変換素子に対する入力信号の切り替えによって、１つの
アクチュエータで、直進と、回転と、直進及び回転の３
つのモードを容易に使い分けることができる。
れば、弾性体は、電気機械変換素子によって、第１及び
第２の方向に時間的な位相差をもって２次元的に励振さ
れて、その駆動面に回転しながら進行する進行性振動波
を生ずるので、移動子は、弾性体上の直進運動と弾性体
周りの回転運動を同時に行うことができる。したがっ
て、本発明によれば、従来のアクチュエータではいずれ
か一方しか行えなかった直進・回転運動の両動作を同時
に行うことができる。また、本発明によれば、電気機械
変換素子に対する入力信号の切り替えによって、１つの
アクチュエータで、直進と、回転と、直進及び回転の３
つのモードを容易に使い分けることができる。
【図１】本発明による超音波アクチュエータの第１実施
例を説明する外観図である。
例を説明する外観図である。
【図２】第１実施例に係る超音波アクチュエータの移動
子を説明する断面図である。
子を説明する断面図である。
【図３】第１実施例に係る超音波アクチュエータの動作
を説明する図である。
を説明する図である。
【図４】本発明による超音波アクチュエータの第２実施
例を示す斜視図である。
例を示す斜視図である。
【図５】第２実施例に係る超音波アクチュエータの電気
機械変換素子の配列を示す図である。
機械変換素子の配列を示す図である。
【図６】本発明による超音波アクチュエータの第３実施
例を示す斜視図である。
例を示す斜視図である。
【図７】本発明による超音波アクチュエータの第４実施
例を示す斜視図である。
例を示す斜視図である。
【図８】従来の超音波アクチュエータの一例を説明する
外観図である。
外観図である。
【図９】従来の両端加振型の超音波アクチュエータの一
例の構成を動作原理とともに説明する図である。
例の構成を動作原理とともに説明する図である。
１０、１１０、２１０、３１０ 固定子 １１、１１１、２１１、３１１ 弾性体 ２１、２２、１２１、１２２、２２１、２２２、３２
１、３２２ 電気機械変換素子 ３１、３２、１３１、１３２、２３１、２３２、３３
１、３３２ 支持体 ４０、１４０、２４０、３４０ 移動子
１、３２２ 電気機械変換素子 ３１、３２、１３１、１３２、２３１、２３２、３３
１、３３２ 支持体 ４０、１４０、２４０、３４０ 移動子
Claims (7)
- 【請求項１】 駆動信号により励振される第１側及び第
２側の電気機械変換素子と、 前記第１側及び第２側の電気機械変換素子が両端部近傍
にそれぞれ接合され、前記各電気機械変換素子の励振に
より進行性振動波を発生する弾性体と、 前記弾性体の駆動面に接触する相対移動部材と、を含む
超音波アクチュエータにおいて、 前記第１側及び第２側の電気機械変換素子は、それぞれ
第１及び第２の方向に励振する第１方向及び第２方向用
の電気機械変換素子を備え、 前記弾性体は、前記第１側及び第２側の各電気機械変換
素子が前記第１方向及び第２方向に時間的な位相差をも
って２次元的に励振することにより、駆動面に回転しな
がら進行する進行性振動波を生ずることを特徴とする超
音波アクチュエータ。 - 【請求項２】 駆動信号により励振される電気機械変換
素子と、 前記電気機械変換素子が端部近傍にそれぞれ接合され、
前記電気機械変換素子の励振により進行性振動波を発生
する弾性体と、 前記弾性体の駆動面に接触する相対移動部材と、を含む
超音波アクチュエータにおいて、 前記電気機械変換素子は、第１及び第２の方向に励振す
る第１方向及び第２方向用の電気機械変換素子を備え、 前記弾性体は、前記電気機械変換素子が前記第１方向及
び第２方向に時間的な位相差をもって２次元的に励振す
ることにより、駆動面に回転しながら進行する進行性振
動波を生ずることを特徴とする超音波アクチュエータ。 - 【請求項３】 請求項１又は請求項２に記載の超音波ア
クチュエータにおいて、 前記相対移動部材を前記弾性体に加圧接触させる加圧部
材を設けたことを特徴とする超音波アクチュエータ。 - 【請求項４】 請求項１〜請求項３のいずれか１項に記
載の超音波アクチュエータにおいて、 前記弾性体は、円柱状又は円筒状であることを特徴とす
る超音波アクチュエータ。 - 【請求項５】 請求項４に記載の超音波アクチュエータ
において、 前記加圧部材は、前記弾性体を全周に渡って加圧するこ
とを特徴とする超音波アクチュエータ。 - 【請求項６】 請求項４又は請求項５に記載の超音波ア
クチュエータにおいて、 前記電気機械変換素子は、前記弾性体に嵌合するチュー
ブ型であることを特徴とする超音波アクチュエータ。 - 【請求項７】 請求項１〜請求項６のいずれか１項に記
載の超音波アクチュエータにおいて、 前記加圧部材は、前記弾性体の駆動面と前記相対移動部
材の摺動面との間に加圧力を発生する弾性部材を、前記
相対移動部材側に配置したものであることを特徴とする
超音波アクチュエータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6320074A JPH08182352A (ja) | 1994-12-22 | 1994-12-22 | 超音波アクチュエータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6320074A JPH08182352A (ja) | 1994-12-22 | 1994-12-22 | 超音波アクチュエータ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08182352A true JPH08182352A (ja) | 1996-07-12 |
Family
ID=18117432
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6320074A Pending JPH08182352A (ja) | 1994-12-22 | 1994-12-22 | 超音波アクチュエータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08182352A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7888846B2 (en) | 2007-12-27 | 2011-02-15 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Actuator |
-
1994
- 1994-12-22 JP JP6320074A patent/JPH08182352A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7888846B2 (en) | 2007-12-27 | 2011-02-15 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Actuator |
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