JPS62259484A - 圧電駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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５
９−０３７６７２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った駆動片を形成し、そ
の先端部が前記縦振動によって楕円運動を行い、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
き方向によって決ってしまい、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−方の波形と９
０’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、振動子と接触部材とが最大振動振幅の位置
で確実に接触し安定な駆動力が得られるようにすること
により、低消費電力で効率の良い圧電駆動装置を提供す
ることを目的とする。

〔発明の開示〕 この発明の圧電駆動装置は、金属弾性材料にて口字状ま
たは口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、この接触部材と前記振動子の少なくとも
一方に前記振動子の振幅最大部付近に位置して設けられ
て前記接触部材と前記振動子との接触部分となる突部と
を備え、前記振動子の対向辺の最大振幅部が円または楕
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部が円または楕
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、各振動体は口字状または口字状としである
ので、その側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
よっ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、両方の振動による駆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、接触部材と振動子との少なくとも一方に、振動子
の最大振幅部付近に位置して互いの接触部分となる突部
を設けたので、振動子あるいは接触部材の面精度に左右
されずに、振動子と接触部材が確実に最大振幅部付近で
接触することができ、このことから非常に大きな効率を
得ることができる。

実施例 この発明の第１の実施例を第１図ないし第５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、金属弾性材料にて口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＃装置５と、振動子１の
対向辺３の各１面に接触せしめられる接触部材６と、こ
の接触部材６に対向辺３の最大振幅部付近に位置して設
けた突部６ａとを備え、振動子１の対向辺３の最大振幅
部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。突部
６ａは接触部材６そのものでもよ（、また別の部材を貼
着したものでも良い。対向辺３の最大振幅部は、１次モ
ードで振動させる場合は対向辺３の長手方向の中心部と
なる。

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ていないときは、−Ｓの
鋼材等地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に固定しである。基台７に対し、
接触部材６は相対的に第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）で支持しである。

電源装置５は、第３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　（４゜〜４４）
に同図のように電圧を印加する。同図の■Ｏ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４□〜４４に、
第３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
従って縦および横方向に振動する。このとき圧電素子４
２．４．に圧電素子４、．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の最大振幅
部である中心部のＸ点、Ｙ点は、第４図の様な円または
楕円軌道を描いて運動する。したがって、対向辺３の１
面に接触部材６が接触するように配置しであると、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４□〜４４に印加する電圧の大
きさ１位相差等により調整できる。

圧電素子４□、４４に９０°進み位相の電圧を印加すれ
ば、第４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は口字状としである
ので、その両射向辺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５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２
ａを支持部とすることにより、支持によって振動を妨げ
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に接触し、両方の振動により駆動力が相加的
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に突部６ａを設けであるため、対向辺
３と接触部材６とが、振幅最大部付近で確実に接触する
。そのため、大きな推進力を得ることとなり、高効率が
得られる。

この実施例では、対向辺３を第５図（Ａ＞のように１ｓ
ｔモードで振動させる場合につき説明したが、第５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、高次モードで振動させる場合、接
触部材６の突部６ａは、各モードでの最大振幅部のすべ
てに配設する。すなわち、０次モードの時にはｎ個の突
部６ａを設ける。

なお、前記実施例では突部６ａの断面形状を円弧状とし
たが、突部６ａは円弧以外の凸曲面の断面形状であって
もよく、また第６図（Ａ）（Ｂ）に示すように方形状の
断面形状としてもよい。第６図（Ｂ）は、２次モードで
振動させる場合に用いる接触部材６である。

また、この実施例では、振動子１を接触部材６の片面だ
けにしか、接触させていないが、第７図のように振動体
２を複数個用いて、両面に接触させてもよい、この場合
、接触部材６の突部６ａは、接触部材６の両面に設ける
。８は２個の振動体２を結合したスペーサである。

第８図は第４の実施例を示す、この例は、振動子ｌ側に
突部３ａを設けたものである。突部３ａは振動子１自身
でも、また別の部材でもよい、接触部材には第１図のよ
うに突部６ａを設けたものを用いてもよく、また突部６
ａを有しないものを用いてもよい。

第９図は第５の実施例であり、接触部材６′が支軸１０
回りで回転自在な回転型としである。接触部材６′には
円環状の突部５ａ’を、振動子１の最大振幅部と対応し
て設けである。振動子１は第１図または第８図の例と同
様のものである。

第１０図は第６の実施例であり、振動子１′が１個の口
字状の振動体２′からなる。接触部材６は突部６ａを有
し、矢印Ｐ方向に進退自在である。

第１１図は第７の実施例であり、振動子１′がコ字形で
、かつ接触部材６′が支軸１０回りで回転自在な回転型
としである。接触部材６′は円環状の突部６ａ′を有す
る。

これら第７図ないし第１１図の各実施例においても、第
１の実施例と同様な各利点が得られる。

〔発明の効果〕

この発明の圧電駆動装置は、各振動体を口字状または口
字状としであるので、その両灯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、支持によっ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、両方の振動による駆動力が相加的に
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という効果がある。

また、接触部材と振動子との少なくとも一方に、振動子
の最大振幅部付近に位置して互いの接触部分となる突部
を設けたので、振動子あるいは接触部材の面精度に左右
されずに、振動子と接触部材が確実に最大振幅部付近で
接触することができ、このことから非常に大きな効率を
得ることができ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図はその電源装置のブロック図、第４図
はその動作説明図、第５図はその振動モード説明図、第
６図（Ａ）（Ｂ）はそれぞれ第２の実施例の接触部材の
斜視図、第７図は第３の実施例の破断側面図、第８図は
第４の実施例の振動子の斜視図、第９図は第５の実施例
の平面図、第１０図は第６の実施例の斜視図、第１１図
は第７の実施例の平面図である。 １．１′・・・振動子、２，２′・・・振動体、３・・
・対向辺、４．４□〜４４・・・圧電素子、６．６′・
・・接触部材、５ａ、５ａ’・・・突部 特許出願人　　清　　水　　　洋 埠鯨祁材６ 第１図 第３図 第２図 ａ 第４図 第５図 （Ｂ）　　　　　　第６図 第７図 第９図　　　　　第１１図 第１０図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　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一面に接触される接触部材と、 この接触部材と前記振動子の少なくとも一方に前記振動
   子の振幅最大部付近に位置して設けられて前記接触部材
   と前記振動子との接触部分となる突部とを備え、 前記振動子の対向辺の最大振幅部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。