JPH02202382A - 平面型超音波アクチュエータ - Google Patents
平面型超音波アクチュエータInfo
- Publication number
- JPH02202382A JPH02202382A JP1017978A JP1797889A JPH02202382A JP H02202382 A JPH02202382 A JP H02202382A JP 1017978 A JP1017978 A JP 1017978A JP 1797889 A JP1797889 A JP 1797889A JP H02202382 A JPH02202382 A JP H02202382A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- vibration
- piezoelectric
- bodies
- flat
- vibrating body
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
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。
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
本発明は、圧電セラミックなどの圧電体により励振した
弾性振動を駆動力とする平面型超音波アクチュエータに
関する。
弾性振動を駆動力とする平面型超音波アクチュエータに
関する。
従来の技術
近年、圧電セラミック等の圧電体により構成した振動体
に弾性振動を励振し、これを駆動力とした超音波モータ
や超音波リニアモータ等の超音波アクチュエータが注目
されている。
に弾性振動を励振し、これを駆動力とした超音波モータ
や超音波リニアモータ等の超音波アクチュエータが注目
されている。
以下、図面を参照しながら従来の超音波アクチュエータ
について説明を行う。
について説明を行う。
第５図は円環型超音波モータの概観図であり、スリット
を入れた円環形の弾性体１に円環形の圧電セラミック等
の圧電体２を接着することにより振動体３を構成し、耐
摩耗性の摩擦材４と弾性体５より移動体６を構成する。
を入れた円環形の弾性体１に円環形の圧電セラミック等
の圧電体２を接着することにより振動体３を構成し、耐
摩耗性の摩擦材４と弾性体５より移動体６を構成する。
振動体３に移動体６を加圧して設置し、圧電体２に交流
電圧を印加すれば、振動体３に周方向に進行する撓み振
動の進行波が励振され、移動体６は進行波により駆動さ
れて回転する。
電圧を印加すれば、振動体３に周方向に進行する撓み振
動の進行波が励振され、移動体６は進行波により駆動さ
れて回転する。
第６図は超音波リニアモータの概観図であり、円板膨圧
電体７および８を、円筒形の弾性体９および１０で挟ん
で固定することにより振動体１１を構成している。圧電
体７および８に、振動体１１の共振周波数近傍の交流電
界を印加すれば、同図中の矢印で示されるように、振動
体１１は縦振動モードで上下方向に振動する。
電体７および８を、円筒形の弾性体９および１０で挟ん
で固定することにより振動体１１を構成している。圧電
体７および８に、振動体１１の共振周波数近傍の交流電
界を印加すれば、同図中の矢印で示されるように、振動
体１１は縦振動モードで上下方向に振動する。
振動体１１の振動面から見た機械インビーダンスは、ホ
ー７１２によりインピーダンス変換されて、伝送棒１３
の撓み振動に対する機械インピーダンスに整合される。
ー７１２によりインピーダンス変換されて、伝送棒１３
の撓み振動に対する機械インピーダンスに整合される。
ホーン１２の先端は伝送棒１３の一端に近い一部に音響
的に結合される。従って、振動体１１の上下振動は、ホ
ーン１２により効率良く伝送棒１３に伝えられ、伝送棒
１３は撓み振動する。この撓み振動は、伝送棒１３の一
端から他端に向かって進行する。
的に結合される。従って、振動体１１の上下振動は、ホ
ーン１２により効率良く伝送棒１３に伝えられ、伝送棒
１３は撓み振動する。この撓み振動は、伝送棒１３の一
端から他端に向かって進行する。
伝送棒１３の他端に近い一部では、一端と同様にホーン
１４の先端が音響的に結合されている。
１４の先端が音響的に結合されている。
円板形圧電体１５および１６を、円筒形の弾性体１７お
よび１８で挟んで固定することにより、振動体１１と全
く同じ振動体１９を構成している。
よび１８で挟んで固定することにより、振動体１１と全
く同じ振動体１９を構成している。
ホーン１４には、この振動体１９が接続されている。従
って、伝送棒の一端から他端に向かって進行してきた撓
み振動は、ホーン１４により振動体１９に伝えられ、振
動体１９の上下振動に変換される。圧電体１５および１
６には、インピーダンス整合した負荷Ｒが接続され、上
記の上下振動は負荷Ｒによって消費される。故に、伝送
棒１３には撓み振動が進行波としてのみ存在する。
って、伝送棒の一端から他端に向かって進行してきた撓
み振動は、ホーン１４により振動体１９に伝えられ、振
動体１９の上下振動に変換される。圧電体１５および１
６には、インピーダンス整合した負荷Ｒが接続され、上
記の上下振動は負荷Ｒによって消費される。故に、伝送
棒１３には撓み振動が進行波としてのみ存在する。
２０は移動体であり、伝送棒１３を進行する撓み振動に
より駆動され、進行波の進行方向とは逆の方向に運動す
る。上の説明では、移動体２０の進行方向は一方向とし
ているが、駆動端を逆にすれば、逆の方向にも進行する
。
より駆動され、進行波の進行方向とは逆の方向に運動す
る。上の説明では、移動体２０の進行方向は一方向とし
ているが、駆動端を逆にすれば、逆の方向にも進行する
。
第７図は、撓みの弾性進行波が、移動体を駆動する原理
を示している。振動体（または伝送棒）２１の撓み振動
により、振動体２１の表面の点（例えば点Ａ）は、縦方
向Ｗ・横方向Ｕの楕円軌跡を描く。この楕円軌跡の頂点
での速度は、波の進行方向とは反対である。振動体２１
の上に移動体２２を加圧設置すれば、移動体２２は波の
頂点近傍でのみ振動体２１に接触する。従って、振動体
２１と移動体２２との摩擦力と、楕円軌跡の横方向の速
度によって、波の進行方向と逆の方向に移動体２２が駆
動される。また、同図中の２３は、上記楕円軌跡の横方
向成分を、効率良く取り出すための耐磨耗性の摩擦材で
ある。
を示している。振動体（または伝送棒）２１の撓み振動
により、振動体２１の表面の点（例えば点Ａ）は、縦方
向Ｗ・横方向Ｕの楕円軌跡を描く。この楕円軌跡の頂点
での速度は、波の進行方向とは反対である。振動体２１
の上に移動体２２を加圧設置すれば、移動体２２は波の
頂点近傍でのみ振動体２１に接触する。従って、振動体
２１と移動体２２との摩擦力と、楕円軌跡の横方向の速
度によって、波の進行方向と逆の方向に移動体２２が駆
動される。また、同図中の２３は、上記楕円軌跡の横方
向成分を、効率良く取り出すための耐磨耗性の摩擦材で
ある。
発明が解決しようとする課題
以上、説明した従来の超音波アクチュエータは、移動体
の運動は回転か直線であった。これらの超音波アクチュ
エータで、移動体が平面上を任意の方向に移動する平面
型超音波アクチュエータを構成しようとすれば、複数の
超音波モータか超音波リニアモータが必要となり、従っ
て、構造が複雑になり、寸法が大きくなるという課題が
あった。
の運動は回転か直線であった。これらの超音波アクチュ
エータで、移動体が平面上を任意の方向に移動する平面
型超音波アクチュエータを構成しようとすれば、複数の
超音波モータか超音波リニアモータが必要となり、従っ
て、構造が複雑になり、寸法が大きくなるという課題が
あった。
課題を解決するための手段
平板弾性体に圧電体を接着して平板形振動体を構成し、
上記平板形振動体を２次元に複数個配列し、上記圧電体
に電圧を印加して、上記平板形振動体に撓み振動と拡が
り振動とを同時に励振して、上記の撓み振動の腹近傍の
位置から、出力を取り出すよう構成する。
上記平板形振動体を２次元に複数個配列し、上記圧電体
に電圧を印加して、上記平板形振動体に撓み振動と拡が
り振動とを同時に励振して、上記の撓み振動の腹近傍の
位置から、出力を取り出すよう構成する。
作用
平板弾性体に圧電体を接着して平板形振動体を構成し、
上記平板形振動体を２次元に複数個配列し、上記圧電体
に電圧を印加して、上記平板形振動体に撓み振動と拡が
り振動とを同時に励振して、上記の撓み振動の腹近傍の
位置に楕円運動をさせ、楕円運動をする位置に接触した
移動体を２次元に移動させるることにより、構造の簡単
な、薄型の平面型超音波アクチュエータを提供する。
上記平板形振動体を２次元に複数個配列し、上記圧電体
に電圧を印加して、上記平板形振動体に撓み振動と拡が
り振動とを同時に励振して、上記の撓み振動の腹近傍の
位置に楕円運動をさせ、楕円運動をする位置に接触した
移動体を２次元に移動させるることにより、構造の簡単
な、薄型の平面型超音波アクチュエータを提供する。
実施例
以下、図面に従って本発明の一実施例について詳細な説
明を行う。
明を行う。
第１図は、本発明の１実施例の平面型超音波アクチュエ
ータの概観図である。同図において、１０１ａ１１０１
ｂ１ ・・・・・・は平板形の振動体であり、圧電セラ
ミックなどの圧電体が貼り付けである。
ータの概観図である。同図において、１０１ａ１１０１
ｂ１ ・・・・・・は平板形の振動体であり、圧電セラ
ミックなどの圧電体が貼り付けである。
平板形振動体１０１は縦・横２方向に撓み振動をすると
同時に拡がり振動をする。平板形振動体１０１を基台１
０２の上に複数個２次元に設置することにより、平面型
超音波アクチュエータが構成されている。
同時に拡がり振動をする。平板形振動体１０１を基台１
０２の上に複数個２次元に設置することにより、平面型
超音波アクチュエータが構成されている。
第２図は、平面型超音波アクチュエータに用いる平板形
振動体１０１の裏から見た構成と動作を示す図である。
振動体１０１の裏から見た構成と動作を示す図である。
１０３ａｓ ｂＮ ＣＮ ｄは、それぞれ図中の
正負の符号のように厚さ方向に分極された圧電体である
。この圧電体１０３ａｔ ｂ１Ｃ％ｄは、平板形の弾
性体１０４に接着され、平板形の振動体１０１を構成す
る。圧電体１０３ａ１ ｂ１Ｃ％ ｄに、平板形振動
体１０１の共振周波数近傍の同一交流電圧が印加される
と、平板形振動体１０１は、同図中の振動の変位分布Ｂ
で示されるように縦方向に撓み振動をする。また、圧電
体１゜３ａ１ ｄとｂｌ ｃに、それぞれ平板形振動体
１゜１の共振周波数近傍の逆極性の交流電圧が印加され
ると、平板形振動体１０１は、同図中の振動の変位分布
Ａで示されるように横方向に撓み振動をする。従って、
駆動方法により以上のような２つの撓み振動が励振でき
る。この撓み振動により圧電体の中央部は振動の腹にな
り上下運動をする。
正負の符号のように厚さ方向に分極された圧電体である
。この圧電体１０３ａｔ ｂ１Ｃ％ｄは、平板形の弾
性体１０４に接着され、平板形の振動体１０１を構成す
る。圧電体１０３ａ１ ｂ１Ｃ％ ｄに、平板形振動
体１０１の共振周波数近傍の同一交流電圧が印加される
と、平板形振動体１０１は、同図中の振動の変位分布Ｂ
で示されるように縦方向に撓み振動をする。また、圧電
体１゜３ａ１ ｄとｂｌ ｃに、それぞれ平板形振動体
１゜１の共振周波数近傍の逆極性の交流電圧が印加され
ると、平板形振動体１０１は、同図中の振動の変位分布
Ａで示されるように横方向に撓み振動をする。従って、
駆動方法により以上のような２つの撓み振動が励振でき
る。この撓み振動により圧電体の中央部は振動の腹にな
り上下運動をする。
以上の例では、圧電体１０３ａ１ ｂｌ Ｃ１ｄは独立
した物を用いたが、１枚の圧電体に第２図に示したよう
電極を構成し、同図のように厚さ方向に分極すれば全く
同様である。
した物を用いたが、１枚の圧電体に第２図に示したよう
電極を構成し、同図のように厚さ方向に分極すれば全く
同様である。
第３図は平面型超音波アクチュエータに用いる平板形振
動体１０１の表から見た構成と別の動作を示す図である
。同図において、弾性体１０４の１面に圧電体１０５が
接着されている。ここで、圧電体は厚さ方向に分極され
ている。圧電体１０５に平板形振動体１０１の共振周波
数近傍の交流電圧を印加すると、平板形振動体１０１は
同図の点線のように拡がり振動モードで振動する。同図
において、１０６は第２図の撓み振動の腹近傍に設置さ
れた出力取り出し用の突起である。
動体１０１の表から見た構成と別の動作を示す図である
。同図において、弾性体１０４の１面に圧電体１０５が
接着されている。ここで、圧電体は厚さ方向に分極され
ている。圧電体１０５に平板形振動体１０１の共振周波
数近傍の交流電圧を印加すると、平板形振動体１０１は
同図の点線のように拡がり振動モードで振動する。同図
において、１０６は第２図の撓み振動の腹近傍に設置さ
れた出力取り出し用の突起である。
挟み振動と拡がり振動の共振周波数をほぼ一致させ、圧
電体１０３と１０５に同時に交流電圧を印加すれば、同
時に撓み振動と拡がり振動を平板形振動体１０１に励振
することができる。従って、突起体１０Ｂは、撓み振動
によって上下方向の振動をし、拡がり振動によって横方
向の振動をする。
電体１０３と１０５に同時に交流電圧を印加すれば、同
時に撓み振動と拡がり振動を平板形振動体１０１に励振
することができる。従って、突起体１０Ｂは、撓み振動
によって上下方向の振動をし、拡がり振動によって横方
向の振動をする。
圧電体１０３と１０６に印加する電圧の位相を操作する
ことにより（例えば位相差を＋９０度もしくは一９０度
にすることにより）、突起体１０６の先端に楕円運動を
させることができる。
ことにより（例えば位相差を＋９０度もしくは一９０度
にすることにより）、突起体１０６の先端に楕円運動を
させることができる。
第４図に示すように、この突起体１０６の先端に加圧接
触して移動体１０７を設置すれば、移動体１０７は突起
体１０６の先端の楕円軌跡により、同図の矢印の方向に
移動する。紙面に直角の方向にも同様にして移動するこ
とができる。
触して移動体１０７を設置すれば、移動体１０７は突起
体１０６の先端の楕円軌跡により、同図の矢印の方向に
移動する。紙面に直角の方向にも同様にして移動するこ
とができる。
発明の効果
本発明は、平板形振動体の撓み振動と拡がり振動を用い
る。そして、一般に拡がり振動は縦振動よりも、同一寸
法で共振周波数が低く、そのため撓み振動の共振周波数
を同じにする平板の厚さを薄くでき、挟み振動の励振が
容易になるという特徴を有する。従って、簡単な構造で
、厚さの薄い平板型超音波アクチュエータを提供できる
。
る。そして、一般に拡がり振動は縦振動よりも、同一寸
法で共振周波数が低く、そのため撓み振動の共振周波数
を同じにする平板の厚さを薄くでき、挟み振動の励振が
容易になるという特徴を有する。従って、簡単な構造で
、厚さの薄い平板型超音波アクチュエータを提供できる
。
第１図は本発明の１実施例の平面型超音波アクチュエー
タの斜視図、第２図（ａ）、（ｂ）及び（Ｃ）は各々、
平面型超音波アクチュエータに用いる平板形振動体の構
成を示す平面図と、縦方向及び横方向の動作を示す変位
分布図、第３図は平面型超音波アクチュエータに用いる
平板形振動体の拡がり振動を励振するための構成を示す
平面図と動作を示す変位分布図、第４図は平面型超音波
アクチュエータの動作を示す平面図、第５図は円板型超
音波モータの概観図、第６図は超音波リニアモータの概
観図、第７図は撓みの弾性進行波が移動体を駆動する原
理を示す説明図である。 １０１・・・・・・平板形振動体、１０２・旧・・基台
、１０３・・・・・・圧電体、１０４・・・・・・弾性
体、１０５・・・・・・圧電体、１０６・・・・・・突
起体１０７・・・・・・移動体。 代理人の氏名 弁理士 粟野重孝 ほか１名賜 図 （ら］ ７′２＼；ンペ 第 因 ４９ｙ１方向 名 図 沁 区 藁 図
タの斜視図、第２図（ａ）、（ｂ）及び（Ｃ）は各々、
平面型超音波アクチュエータに用いる平板形振動体の構
成を示す平面図と、縦方向及び横方向の動作を示す変位
分布図、第３図は平面型超音波アクチュエータに用いる
平板形振動体の拡がり振動を励振するための構成を示す
平面図と動作を示す変位分布図、第４図は平面型超音波
アクチュエータの動作を示す平面図、第５図は円板型超
音波モータの概観図、第６図は超音波リニアモータの概
観図、第７図は撓みの弾性進行波が移動体を駆動する原
理を示す説明図である。 １０１・・・・・・平板形振動体、１０２・旧・・基台
、１０３・・・・・・圧電体、１０４・・・・・・弾性
体、１０５・・・・・・圧電体、１０６・・・・・・突
起体１０７・・・・・・移動体。 代理人の氏名 弁理士 粟野重孝 ほか１名賜 図 （ら］ ７′２＼；ンペ 第 因 ４９ｙ１方向 名 図 沁 区 藁 図
Claims (1)
- 平板弾性体に圧電体を接着して平板形振動体を構成し、
上記平板形振動体を２次元に複数個配列し、上記圧電体
に電圧を印加して、上記平板形振動体に撓み振動と拡が
り振動とを同時に励振して、上記のそれぞれの平板形振
動体の撓み振動の腹近傍の位置から、機械出力を取り出
すことを特徴とする平面型超音波アクチュエータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1017978A JPH02202382A (ja) | 1989-01-27 | 1989-01-27 | 平面型超音波アクチュエータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1017978A JPH02202382A (ja) | 1989-01-27 | 1989-01-27 | 平面型超音波アクチュエータ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02202382A true JPH02202382A (ja) | 1990-08-10 |
Family
ID=11958812
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1017978A Pending JPH02202382A (ja) | 1989-01-27 | 1989-01-27 | 平面型超音波アクチュエータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02202382A (ja) |
-
1989
- 1989-01-27 JP JP1017978A patent/JPH02202382A/ja active Pending
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