JPH0255585A - 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、さらに詳しくは、板
状の圧電素子に長さモードと屈曲モードの超音波振動を
同時に発生させて駆動力を取出す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６１−１．６１０１．３号）になるものがあり
、これを第８図について説明すると、鉄、アルミニウノ
・、プラスチックなどの弾性部材でなる基体（２１）の
−側面に、２つの１駆動子（２２ａ）、（２２１））が
突設されている。まだ、基体（２１）には屈曲モード用
の２つの圧電素子（２３ａ）、（２３１））が、駆動子
（２２ａ）、（２２ｂ）の各側面には圧電素子（２４）
がそれぞれ設けられている。（２５）は取付穴、（ＡＩ
）、（Ａ２）、（Ｂ１）、（Ｂ　２　）、（［３）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。

以トの構成になる圧電ユニット（ＬＪ４）において、超
音波領域の■電圧を端子（Ａ１）と（Ｉ３）間に加える
と、基本（２１）および駆動子（２２ａ　）、（２２ｂ
）は−点鎖線で示すように屈曲し、駆動子（２２ａ）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（Ａ１）と（川に○の電圧が印加される
と、圧電ユニノｈ（Ｂ４）は破線で示すように屈曲し、
こんどは駆動子（２２ｂ）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（１３）に対して行
うと、圧電素子（２３ａ）と（２３ｂ）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、駆動子にも圧電素
子を設ける必要があることから、圧電ユニットの高さが
高くなって小形化が難かしい。また、弾性部材でなる基
体に圧電素子を固着した構造であるだめ、薄形のものが
得られなかった。

この発明はかような問題を解消しようとするもので、小
形、薄形で低コストの超音波モータを提供するものであ
る。

〔課題を解決するだめの手段〕

この発明に係る超音波モータは、弾性部材でなる従来の
基体を、矩形の薄板でなる圧電板で充当し、この圧電板
の表面に少なくとも４つに区画されだ電極を、裏面には
共通電極を設け、このような圧電ユニットは、長さ方向
振動と屈曲振動との複合共振を生じる寸法関係に形成さ
れている。

〔作用〕

この発明においては、圧電板表面の対角腕上にある電極
に超音波領域の交番電圧を印加すると、圧電板は長さ方
向に共振するとともに、これと直角方向に屈曲共振する
。

〔実施例〕

第１図、第２図はこの発明の一実施例を示し、矩形薄板
状の圧電板（１）の表面には４分割されて互いに同極に
分極された電極（２）　（３）　（４）　（５）が設け
られ、圧電板（１）の裏面には共通電極（６）が設けら
れている。圧電板（１）の上辺に一体に突設された２つ
の駆動子（７ａ）　（７ｂ）は、圧電板（１）がＸ方向
に屈曲したときの振動のハラ部上にある。

以上の構造になる圧電ユニノ）　（Ｕｌ）の屈曲振動は
、第二次固有屈曲振動、いわゆるセカンドモードの挙動
を示す。

電極（２）　（３）　（４）　（５）は、最後の工程で
直交する切溝（８）　（９）を加工することにより、分
割形成することが考えられる。

駆動子（７ａ）　（７ｂ）も、最後の工程において圧電
板（１）ヲ削り落として形成する。

なお、電極の結線および接続リード巌は、図示を省略し
たが、これは、導電ペーストを用いてプリント配線技術
により形成する。

次に動作について説明する。まず、対角線方向の２つの
電極（２）　（３）に超音波領域の交番電圧を印加する
と、電極（２）　（３）は同極のため、圧電ユニット（
Ｕｌ）は長さ方向（Ｘ方向）に共振する。

同時にＸ方向にも、第３図に示すような、セカンドモー
ドの屈曲共振が生じる。これは、予じめ、かかる動作が
生じるように寸法関係を設定しであるためである。また
、厚み寸法は、スライダ（図示せず）が駆動子（７ａ）
　（７ｂ）に押接されることから、あまり薄くはできな
いのと同時に、幅方向のファーストモードの屈曲共振が
近づいているため、これを遠ざけることを配慮して決め
られる。

印加する交番電圧は、正弦波かこれに近い波形とし、自
己インピーダンスの共振点の近くにおける変化を感知し
た自励式発振で行う。

駆動子（７ａ）　（７ｂ）に押接σれたスライダ（図示
せず）のＸ方向への往復変位の詳しい挙動を説明すると
、まず、電極（２）　（３）に並列に自励発振による交
番電圧が印加されると、駆動子（７ａ）　（７ｂ）は長
さ共振によりＸ方向に、捷だ、屈曲２次モードでＸ方向
に、同時に振動する。

いま、長さ共振（１次モード・１／４λ）によって駆動
子（７ａ）　（７ｂ）が互いに反対の方向に伸びたとす
ると、屈曲モード（２次モード）では駆動子（７ａ）は
、第１図で上へ変位し、駆動子（７ｂ）は下へ変位する
。そのだめ、駆動子（７ａ）に押接していたスライダは
左方へ移動し、駆動子（７ｂ）に押接していた部分は離
れるので空回り状態となる。

印加電圧の次の半サイクルにおいては、圧電ユニット（
Ｕｌ）は、長さ方向（Ｘ方向）に収縮することになるの
で、駆動子（７ａ）　（７ｂ）は互いに近寄ってくると
同時に、Ｘ方向については先程とは逆に、駆動子（７ａ
）は下がり、駆動子（７ｂ　）が上がる挙動を呈するの
で、駆動子（７ａ）部では空同りとなり、駆動子（７１
）　）でスライダを左方へ蹴り出すことになる。

すなわち、駆動子（７ａ）　（７ｂ）は、振動の半サイ
クル毎に交互にスライダを左方へ蹴り出す作用をするの
で、スライダは勢いよく左方へ移動してゆくことになる
。

次に、スイッチを切換えて、他方の対角線」二にある電
極（４，）　（５）に交番電子を印加すると、この電極
（４）　（５）は互いに同相に分極されているので、Ｘ
方向の動きは先程と同じであるが、Ｘ方向のみ逆になり
、スライダは右方へ移動する。

以」二の説明かられかるように、どの電極に結線するか
で、スライダの移動方向を左右いずれかに任意に選択す
ることができるので、位置検知手段（エンコーダ）より
の指令に従ってスライダを左右任意の方向に移動させる
ことができ、かつ、任意の位置にスライダを停止させる
ことができる。

第４図は他の実施例を示し、１駆動子（７ｃ）（７ｄ）
を圧電板（１）の上辺両端部にそれぞれ形成してなるも
のである。その他、第１図におけると同一符号は同一部
分である。

かような構成の圧電ユニット（Ｌ’２）では１、駆動子
（７ｃ）　（７ｄ）に押接されたスライダの動作は、第
１図の場合と位相が異なるのと、Ｘ方向への変位量が大
きくなるので、無負荷時のスピードが大きくなる点が異
なるが、その他の動作については前の実施例と同一であ
る。尚、第４図に示した実施例の下側にも第１図の如き
駆動子を設けて、圧電ユニノｌ’（Ｕ２）の両側にスラ
イダーを配しても良い。

第５図、第６図は圧電板（１）の表面に６区分された電
極（１０）〜（１５）を設け、第７図に示すような、Ｘ
方向に屈曲３次モードを使用したもので、Ｘ方向は前の
実施例と同じ場合である。

かかる構成の圧電ユニット（［Ｊ３）では、電極（１０
）　（１１）　（１２）への並列給電と、電極（，１３
）（１４）（Ｉ５）への並列給電との切換えにより、駆
動子となる圧電板（１）の両端面（１６ａ）　（１６１
））に押接しているスライダは、Ｘ方向に移動すること
になる。

以」−１いずれの実施例においても、スライダの移動は
圧電ユニットと相対的なものであるので、圧電ユニット
側に移動すべきものを取上１けて、圧電ユニットを移動
させてもよい。

また、何れも、供電のだめのり一ト線を省略したが、量
産時においては、スクリーン印刷などで、適宜に導電ペ
ーストなどを用いて配線し、リードの引出しを簡略化す
ればよい。

また、圧電ユニットにおけるスライダの押接箇所の摩耗
を防ぐためと、摩擦を増大するという、両方の効果を満
足させるため、樹脂塗料を駆動子部分に焼付はコーティ
ングすることも考えてよい。

さらに、電源の都合などで駆動型■を減らそうとする場
合は、圧電板を２枚貼合わせ構造とすることができる。

この場合、例えば第１図の電極（６）を背中合せにして
２枚の圧電板を並列にしてやればよい。並列にする枚数
は、薄形の点は損なわれるが、必要に応じて何枚でもよ
い。

また、第１図、第４図の場合共、２つのＥミニ−ノドを
、駆動子を対向してスライダを挾持して動作させ、出力
の増大を図ることができる。

以」−１各組の電極への給電により、長さ、縦屈曲の２
つの共振を同時に起こすことができるので、自励発振回
路を容易に構成することができ、小形化を要求される携
帯機器への応用が期待される。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、この発明は、弾性部材
でなる振動基体を圧電板で共用し、圧電板の表面に少な
くとも４区分された電極と、裏面に共通電極を設けた構
造の圧電ユニットにより、構造が簡単で、小形、薄形化
および軽量化が達成でき、かつ、低コストで量産に適す
るなどの効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の側面図、第２図は第１図
のｎ−ｎ巖に沿う平面での断面図、第３図は当該実施例
の動作を示す波形緋図、第４図は他の実施例の側面図、
第５図はをらに他の実施例の側面図、第６図は第５図の
Ｖｌ−ＶＴ線に沿う平面での断面図、第７図は当該実施
例の動作を示す波形勝因、第８図は従来の超音波モータ
の側面図である。 （１）・・・圧電板、（２）〜（５）、（１０）〜（１
５）・・・電極、（６）・・共通電極、（７ａ）〜（７
ｄ）・・・駆動子。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　矩形薄板状の圧電板と、この圧電板の表面に少なくと
   も４分割して設けられた複数個の電極と、前記圧電板の
   裏面に設けられた共通電極と、前記圧電板の縁辺に形成
   され被移動体が押接される駆動子とを備え、前記電極を
   選択して超音波領域の交番電圧を印加することにより前
   記圧電板に長さ方向振動と、長さ方向と直角方向の屈曲
   振動とを同時に生じさせる超音波モータ。