JPS63283473A

JPS63283473A - 超音波モ−タ

Info

Publication number: JPS63283473A
Application number: JP62115766A
Authority: JP
Inventors: Kazuma Suzuki; 数馬鈴木
Original assignee: Rion Co Ltd
Current assignee: Rion Co Ltd
Priority date: 1987-05-14
Filing date: 1987-05-14
Publication date: 1988-11-21

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】［産業上の利用分野］この発明は、超音波モータに関し、特に、圧電素子を貼
着した棒状の弾性体に屈曲モードの超音波振動を生じさ
せて駆動力を取出すようにした超音波モータに関するも
のである。

［従来の技術］従来、この種の超音波モータとして、この発明者の提案
（実願昭６１−１６１０１３号）になるものがあり、こ
れを第６図について説明すると、弾性ブロック（１０）
は、断面矩形状の基体（１１）の−側面に、２つの駆動
子（１２ａ）、（１２ｂ）が一体に突設されている。駆
動子（１２ｍ）、（１２ｂ）は基体（１１）の振動の腹
の位置にある。基体（１１）には屈曲モード用の２つの
圧電素子（１３ａ）、（１３ｂ）が貼着されており、駆
動子（１２ａ）、（１２ｂ）にはその両面にそれぞれ圧
電素子（１４）が貼着されている。取付穴（１５）は振
動の節の位置に設けられている。接続リードは端子（＾
、）、（＾２）、（Ｂ１〉、（Ｂ２）および（Ｂ）間に
図示のように接続されている。

以上の構成により、超音波領域の正の電圧が端子（＾１
）と（Ｂ）に供給されると、基体（１１）および駆動子
（１２ａ）、（１２ｂ）は鎖線で示したように屈曲動作
する。このとき、駆動子（１２ｂ）よりも（１２ａ）の
方が被駆動体であるスライダ（図示せず）に近いので、
駆動子（１２ａ）はスライダを矢印（Ｍ）の方向へ蹴り
出す。

端子（＾１）と（Ｂ）に負の電圧が印加されると、基体
（１１）および駆動子（１２ａ）、（１２ｂ）は破線の
ように屈曲し、駆動子（１２ｂ）がスライダを矢印（Ｍ
）の方向に蹴り出す。

電圧印加を、端子（＾２）と（Ｂ）を対象にして同様に
行うと、圧電素子（１３ａ）と（１３ｂ）の分極が互い
に逆になっているので、弾性ブロック（１０）の動作は
上記と逆になり、スライダは矢印（Ｎ）の方向へ駆動さ
れる。

［発明が解決しようとする問題点１以上のような従来の超音波モータには下記のような問題
点があった。

（ａ）スライダの移動方向は基体の長手方向のみに限ら
れる。

（ｂ）駆動子にも圧電素子を貼着する要があり、かつ、
駆動子の共振周波数を調整する要があるので作業が複雑
でコスト高となる。

（ｅ）駆動子に貼着する圧電素子の面積が小さく限定さ
れるので、゛電気入力が大きくできず、駆動力の大きさ
が限られる。

（ｄ）駆動子の先端接触面と広くできないので、この接
触面が摩耗し易い。

この発明は上記の問題点を解決しようとするもので、基
体の横方向へもスライダを駆動することができ、駆動子
への圧電素子の貼着を排除し、かつ、共振周波数は基体
の寸法精度を揃えればよく、作業性を向上し、さらに、
圧電素子への電気入力を増大することができる超音波モ
ータを提供するものである。

基体のｙ１４ｆｌＩ面および下面に圧電素子が装着され
ており、上面には駆動子が一体に突設されている。

［作用コこの発明においては、屈曲モードの超音波振動を基体の
Ｘ、Ｙ２方向に同時に発生させることにより、基体に対
して横方向に移動する駆動力が取出される。

［実施例］第１図、第２図はこの発明の一実施例を示し、弾性体で
なる基体（１）は、断面形状が矩形状をなしており、そ
の下面に圧電素子（２ａ）、両側面に圧電素子（２ｂ）
、（２ｃ）が貼着されている。これらの圧電素子は、圧
電効果ｄ３１のものである。基体（１）の上面には、基
体（１）の長さ方向に直交する駆動子（３）が一体に突
設されており、この駆動子（３）の位置は、基体（１）
の基音屈曲振動時の腹中央になっている。

基体（１）と駆動子（３）を一体化した弾性体の材料と
しては、金属、セラミックスなど、振動損失が少なく、
かつ、熱膨張係数が圧電素子と同程度に小さい、ニッケ
ル鋼、カーボンガラスなどが適している。

基体（１）には、その節部に組立用の取付穴（４ａ）、
〈４ｂ）が形成されている。（５）は接続リードである
。

以上の構成になる超音波ユニット（ｕ＋）の圧電素子（
２ａ）と（２ｂ）あるいは（２ａ）と（２ｃ）の組合わ
せたものに基ホ周波数の交番信号を供給すると、超音波
ユニット（ｕｌ）は共振して複合屈曲振動を起こす。

このときの振動姿勢を詳細に見ると、まず、第１図の矢
印（イ）の方向から駆動子（３）上の点（Ｆ）の動きを
拡大して観察した動作説明図が第３図である。

ここで、横移動形超音波モータの動作について詳細に説
明すると、まず、第１図の基体（１）の下面の圧電素子
（２ａ）に交番信号を印加すると、駆動子（３）上の点
（Ｐ）の動きは、第３図における＋Ｙと−Ｙ上を往復し
、基音周波数に近づくと共振して最大振幅となる。

また、今度は基体（１）側面の圧電素子（２ｂ）に交番
電圧を印加すると、点（Ｐ）の動きは第３図における一
Ｘと＋Ｘの線上を往復し、基音周波数で共振して振幅最
大となる。

さらに、圧電素子（２ａ）と（Ｚｂ）を並列に振動させ
ると、第３図における横と縦の成分、Ｘ、Ｙが同時に発
生するので、両者が複合、合成された対角線成分の振動
Ｅ−Ｆ間ないしはＨ−Ｇ間を往復することになる、この
場合、傾斜の何れかは圧電素子（２ａ）、（２ｂ）の分
極極性で決まるので、もう１つの圧電素子（２ｃ）との
分極極性を２種類用意しておけば、Ｅ−ＦないしＨ−Ｇ
の選択が可能になり、点（Ｐ）を左、右方向に任意に対
角線移動させることができる。

このとき、駆動子（３）の上面にスライダを圧接してお
けば、例えば、圧電素子（２ａ）とく２ｂ）の並列接続
のときは、点（Ｐ）はＥ−Ｆ間を往復し、スライダは第
３図で右方向へ移動される。また、圧電素子（２ａ）と
（２ｃ）との組合わせで並列接続したときには、Ｇ　−
ｔ１間の挙動になり、スライダは第３図で左方向に移動
することになる。このとき、圧電素子（２ｂ）と（２ｃ
）の分極極性は、屈曲振動であることから同一とする。

スライダの移動方向を制御するには、基体（１）側面の
圧電素子〈２ｂ）、（２ｃ）による場合と、下面の圧電
素子（２ａ）による場合とが考えられ、かつ種々の組合
わせがあり得るので、使用条件に合致するように選択す
る０例えば、下面の圧電素子（２ａ）で行う場合には、
縦方向に２分割して異極性としてもよいし、横方向に２
分割して異極性としても、全く同様な機能が得られる。

また、スライダの移動は超音波ユニット（ｕｌ）と相対
的なものであり、スライダ側を固定側としてもよい。

駆動子（３）とスライダ間の材料としては、キシミ音の
発生がなく、駆動力の伝達損失が少なく、摩擦による減
耗が少ないこと等の条件を満たすものを選んで用いる。

また、Ｘ−Ｙ用の圧電素子間にインダクタンスを挿入し
て若干の位相をずらしてやると、駆動力を増すのに有効
である。

さらに、取付穴（４ａ）と（４ｂ）間は、屈曲モードの
振動に伴って微小な伸縮があるので、組立て固定うにす
ることが必要である。

第４図は他の実施例を示し、これは同じ原理に基づく高
調波モードの第三上音で動作させるもので、断面矩形状
の棒状の基体（１＾）に、その振動の腹部分の４箇所の
中央部に、４個の駆動子（３）が一体に突設され、各駆
動子（３）に対応して、基体（１＾）の両側面および下
面に圧電素子（２）を貼着して超音波ユニット（ｕ２）
を形成してなるものである。

（４）は取付穴である。

以上の構成による振動姿勢のＹ成分とＸ成分をそれぞれ
独立に第５図（ｂ）および（ｅ）に示している。動作は
第一の実施例と同様であり、丁度、第１図の超音波ユニ
ット（ｕｌ）が４個一体に構成されて、その２個づつが
交互に動作するもので、全体の寸法が大きくなるに従っ
て発生する駆動力を大きくすることができる。

超音波ユニット（ｕ２）の具体的な数値例を以下に挙げ
る。

（イ）基体（１人）の寸法に幅１５１１、厚さ１５ｉｖ
、長さ１００’ｚｚ、駆動子（３）の寸法：幅６■、長
さ１５ｚｚ、高さ２ｚｚ。

（ロ）基体および駆動子の材質二ニッケル鋼。

（ハ）圧電素子（２）：厚さ０．４ａｍ、Ａｇ電極、高
Ｑ材。

（ニ）　スライダコニトリルゴム系のゴム磁石テープ、
幅１５履ｌ、厚さ１．５ｉｖをガラスエポキシ板に接合
。

（ホ）　スライダのガイド：ボールベアリング。

（へ）駆動人カニ４５ＫＨｚの正弦波、Ｔ　Ｖｒ請ｓ。

（ト）超音波ユニット（ｕ２）の固定：中心ノードネジ
止め、両端ノードをプラスチックスピンで固定。

以上の構成のものを駆動して、無負荷時に３００ａａ／
秒のスライダ移動速度が得られた。また、スライダ面に
ゴム系材料を設けたので、騒音の発生は皆無に近かった
。さらに、スライダとの相対移動推力は、駆動電圧の大
きさに比例し、短時間駆動の間欠動作の場合は最大３０
Ｖの投入が可能で、そのときの全推進力は６００ｙｒ・
ｆであった。

なお、第４図には高調波の第三上音の例を示したが、基
体（１＾）の長さを増して高負荷形とすることは容易で
あり、この場合、圧電素子の貼着位置は規制される。

また、超音波ユニットに設ける取付穴の位置や取付方法
は種々のものが考えられる。

［発明の効果］この発明は、以上の説明から明らかなように、基体の前
側面と下面に圧電素子を貼着し、上面に駆動子分一体に
突設して超音波ユニットを形成し、超音波領域の複合共
振を起こさせるようにしたので、直線的な一次元、二次
元往復動作が可能となり、構造簡単で作業性にすぐれ、
かつ、圧電素子の大きいものを用いうるので電気入力お
よび駆動力を増大することができる等の効果がある。

【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図は第１図
のものの正面図、第３図は第１図のものの動作説明線図
、第４図は他の実施例の斜視図、第５図は第４図のもの
の動作説明線図、第６図は従来の超音波モータの側面図
である。（１）、（１＾〉・・・基体、（２〉、（２ａ）〜（２
ｃ）・・・圧電素子、（３）・・・駆動子。第１図第４図第６図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）　断面角形で棒状の弾性体でなる基体と、この基
体の上面に前記基体の長手方向と直角に一体的に突設さ
れた駆動子と、前記基体の下面および側面にそれぞれ設
けられ超音波領域の電気信号が印加される圧電効果ｄ＿
３＿１の圧電素子とを備えてなる超音波モータ。
（２）　基体の振動の腹部に圧電素子が設けられている
特許請求の範囲第１項記載の超音波モータ。
（３）　基体の振動の腹部中央に駆動子が形成されてい
る特許請求の範囲第１項記載の超音波モータ。
（４）　駆動子の先端にスライダが圧接されている特許
請求の範囲第１項記載の超音波モータ。