JPH01298968A - 超音波モータ - 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】 〔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′亀素子に
超音波信号を印加することにより一軸アクチーエータと
して動作する超音波モータに関するものである。

〔従来の技術〕

従来、この種の超音波リニアモータとして、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４図について説明するき、鉄、アルミニウ
ム、プラスチックなどの弾性部材でなる基体（１１）の
−側面に、２つの、駆動子（１２ａ）、（１２ｂ）が突
設されている。また、基体（１１）には屈曲モード用の
２つの圧電素子（１３ａ）、（１３ｂ）が、駆動子（１
２ａ）、（１２ｂ）の各側面には圧電素子（１４）がそ
れぞれ設けられている。（１５）は取付穴、（ＡＩ）、
（Ａ２）、（Ｂ１）、（Ｂ２）、（Ｂ）は各圧電素子の
接続リードの端子、（ＦＢ）はフィードバック端子であ
る。

以上の構成になる超音波ユニットにおいて、超音波領域
の■電圧を端子（１）と（Ｂ）間に加えると、基体（１
１）および駆動子（１２ａ）、（１２ｂ）は−点鎖線で
示すように屈曲し、駆動子（１２ａ）が駆動子に圧接さ
れているスライダを矢印（Ｍ）の方向へ蹴り出す。端子
（ＡＩ　）と（Ｂ）に○の成田が印加されると、超音波
ユニットは破線で示すように屈曲し、こんどは駆動子（
１２ｂ）がスライダを矢印（Ｍ）の方向に蹴り出す。

以上の電圧印加を、端子（Ａ２）と（Ｂ）に対して行う
と、圧電素子（１３ａ）と（１３ｂ）の分極が逆である
ことから動作が逆となり、スライダは矢印Ｎの方向へ駆
動される。

かようにして、被駆動体であるスライダに、互いに逆向
きの直線移動を任意に与えることができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

以上のような従来の超音波モータは、駆動子（１２ａ）
、（１２ｂ）にも圧電素子（１４）を設ける必要がある
ことから、超音波ユニットの高さ寸法が大きくなって薄
形化が難かしく、かつ、圧電素子の貼設箇所が多く、製
造作業が複雑になるなどの問題点があった。

この発明は上記の問題点を解消しようとするもので、駆
動子とモータ本体を一体化して極薄形化とすることがで
き、小形化も達成することができる超音波モータを得る
ことを目的とするものである０ 〔課題を解決するための手段〕 この発明に係る超音波モータは、弾性体でなり中心部に
スライダが係合する貫通孔をもった円板状の基体と、こ
の基体の両面にそれぞれ固着され超音波領域の゛電気信
号が印加される板状の圧′亀素子とからなっている。

〔作用〕

この発明においては、圧電素子に超音波信号を印加する
ことにより、基体には、円板屈曲モードと径方向の伸縮
モードでなる複合共振が生じる。

〔実施例〕

第１図、第２図はこの発明の一実施例を示し、第１図（
ａ）、（ｂ）において、弾性体でなる基体（１）は、中
心に貫通孔（ｌａ）が形成された円板状をなしており、
基体（１）の両面には円環板状の圧電素子（３）、（４
）がそれぞれ固着されている。

基体（１）を形成する弾性材としては、大振幅での超音
波領域振動時における弾性損失が少なく、熱膨張係数が
セラミックでなる圧電素子の熱膨張係数と同程度である
材料がよく、ニッケル鋼、カーボンガラスなどが適して
いる。

基体（１）の貫通孔（１ａ）には被移動体である円筒形
のスライダ（２）が係着されており、スライダ（２）は
、第２図に示すように、軸線と平行な切欠き（２ａ）を
形成して径方向へのバネ性を持たせている。

なお、圧電素子（３）、（４）に設けた電極や接続ＩＪ
−ドは図示を省略した。

次に動作について説明する。円板状の基体（１）は、円
板バイモルフを形成する圧電素子（３）、（４）による
屈曲モードと径方向モード（ラジアルモード）を同時に
発生することができる。

この実施例においては、圧電素子（３）ないしは（４）
に超音波信号を印加したとき、基体（１）が円板屈曲第
二次モードと径方向モードの複合共振を起こすような寸
法関係に形成されている。このときの振動姿態乏動作状
態を詳細に説明すると、基体（１）は圧電素子（３）、
あるいは（４）により励振されて、第二次円板屈曲モー
ドと同時に径方向の伸縮振動を行っているので、円筒状
のスライダ（２）は、径方向モードに起因して、貫通孔
（１ａ）の周壁への圧着、解放を繰返えされる。一方、
円板屈曲モードに起因して、スライダ（２）は軸方向に
左右に振られることになる。

いま、圧電素子（３）に電気信号が印加され、スライダ
（２）がクランプされたとき、基体（１）が第１図（ｂ
）で右方に振られたとすると、スライダ（２）は同図で
右方へ移動する。次の負の半サイクルにおいては、スラ
イダ（２）のクランプ状態が解放されるのと同時に基体
（１）内周は左に振ることになるのでスライダ（２）は
解放位置に取残される。そして、次の正の半サイクルで
は、先程と同様に、クランプ、右への移動動作が信号印
加の周期で繰返えされるので、スライダ（２）は右方へ
急速に移動する。

次にスライダ（２）を反対の左方へ移動するには、圧電
素子（４）の分極極性を圧電素子（３）と同じにして基
体（１）に固着しておいて、同様の信号を印加すればよ
い。これは、径方向の位相はそのままで、円板第二次屈
曲モードの位相のみ反対になるので、スライダ（２）の
反転が達成されるのである。

以上のことから、スライダ（２）の移動方向の反転切替
えは、圧電素子（３）、（４）への給電を切替えればよ
いので、駆動回路はきわめて簡略化され、自励回路の動
作も単純化されるので、設計が容易になる。

スライダ（２）の構造は、基体（１）の貫通孔（ｌａ）
周壁に一定の力で常に内接触しているのが望ましく、そ
のためには種々の構造のものが考えられる。

なお、上記実施例は円板屈曲モードに第二次高調波を使
用した場合であるが、大出力を要求する場合には円板の
直径を大きくして第三次高調波との組合せや、また、小
形にして第一次屈曲モード等、使用目的に応じて弾力的
に多種多様に仕様を変えることができる。

また、スライダに発生する推力を更に増大させる為に、
上記の特性の揃った超音波モータを２個または３個貫通
して並列に駆動させる手段も考えられる。

更に、大径時における第三次屈曲モードの圧電素子の配
置は、第３図（ａ）、（ｂ）に示すようにおのおのの振
動の腹部分にも圧電素子を独立に配役（本実施例ではス
クリーン印刷等の手段により圧電素子は電極のみ分割し
て使用されている。）する。

即ち３ａは表面外周の圧′亀素子、４ｂは表面内周の圧
電素子、４ａは裏面外周の圧電素子、３ｂは裏面内周の
圧′亀素子であり、′旺極切離溝７によって′電極６が
分割されており、従って圧電素子は独立に素子と内周王
′亀素子、即ち３ａと３ｂ１及び４ｂと４ａとを並列に
使用すれば、円板屈曲モードと径方向モードの両方の振
動を同時に効率よく発生させることができる。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、この発明は、中心部に
スライダ用の貫通孔をもった円板状の基体の両面に駆動
用の圧電素子を設けて励振し、円板屈曲モードと径方向
モードとの複合共振を基体に起こすことで、スライダを
２個の圧′成素子への給電切替えで左、右任意の方向に
移動するようにしたので、きわめて簡単な構造で、高効
率で小形な一軸アクチーエータとしての機能が得られる
効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図はこの発明の一実施例を示し、第１図（
ａ）は正面図、同図（１））は側断面図、第２図はスラ
イダの横断面図である。 第３図は本考案の他の実施例を示し、第３図（ａ）は正
面図、第３図（ｂ）は側断面図、第３図（Ｃ）は結線図
である。 第４図は従来の超音波モータの側面図である。 （１）・・・基体、（１ａ）・・・貫通孔、（２）・・
・スライダ、（３）（４）・・・圧′亀素子。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　中心部に被移動体が係合する貫通孔が形成され弾性体
   円板でなる基体と、この基体の両面にそれぞれ固着され
   超音波領域の電気信号が印加される複数個の圧電素子と
   を備えてなり、前記基体に円板屈曲モードと径方向伸縮
   モードの複合共振を生じさせる超音波モータ。