JPH0284076A - 振動子型アクチュエータ - 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） 本発明は、銀行カードなどのカードを読み取る機械にお
いて該カードを移送したりするのに用いて好適なアクチ
ュエータに関し、特に電気ＮＷＡ変換素子として圧＠振
動子を用いる振動子型アクチュエータに関する。

（従来の技術と課題） 電気エネルギを機械エネルギに変換する電気機械変換手
段として圧電振動子を用いる振動子型アクチュエータの
うちでは超音波モータがよく知られている。超音波モー
タには、電磁力で回転する電磁モータより回転遠度が低
く、トルクが大きいという特徴があるから、精密機械の
アクチュエータとして用途は広い、 ところが従来から知られている超音波モータは、圧電振
動子等の機械構造や圧電振動子を＃振する電気回路が複
雑であり、小型化がむずかしく、また高価であった。

小型化が容易で安価に製造できる振動子型アクチュエー
タとしては、本願発明者と同一人により発明され特許出
願された［振動子型アクチュエータ」　（特願昭６３−
１２９１２２号、６３−１５７５０６号）がある、これ
ら既出願の振動子型アクチュエータで用いる圧電振動子
は円柱型であるが、用途によっては直方形圧電振動子の
方が実装し易くて便利な場合も多い。

圧電振動子が直方形（角板形や角柱形）であって、現在
までに発表されている超音波モータには次のものがある
。

■　正方形板の、同形縮退された面内屈曲振動モード（
Ｆｌｅｘｕｒａｌ−Ｆｌｅｘｕｒａｌｍｏｄｅ）を利用
したもの（常用　池：”面内振動の多重モード振動子利
用による超音波モータ”　、Ｕ　３８７−３２（１９８
７）　）　。

■　正方形状圧電セラミックスの、２つの垂直振動（Ｂ
ｅｎｄｉｎｇ−Ｂｅｎｄｉｎｇ ｍｏｄｅ）により一楕円運動を得るタイプのもの（常用
　ｆｌ！！＝”超音波モータの構成とその一応用“、Ｕ
　５８７−５（１９８７））　。

これら２種類については、特性結果は報告されていない
。

■　圧電セラミックス単体の角柱（角棒）にストリップ
状の電極を形成し、その電極で分極と励振を行う、同形
縮退型２Ｎ！モ一ド屈曲振動子を用いる超音波リニアモ
ータ（各日、清水二″圧電セラミックス音片型超音波リ
ニアモータ”、音講論集、８２．１０　）　。

楕円運動駆動の場合：入力１４１　Ｖ、　０．８９Ｗ、
ｆ　＝２１．７ｋ　Ｈｚのとき 最大速度１６Ｃ１／　Ｓ−最 大推力　６０ｇｗ 直線運動駆動の場合：入力２８３　Ｖ　、　０．９３１
４、ｆ　＝　２２．３ｋ　Ｈｚのとき 最大速度７．６ｃｍ／Ｓ、 最大推カフ５ｇｗ 第４図は上記■の超音波モータを説明する図であり、同
図（ａ）は圧を振動子の斜視図、同図（ｂ）は圧電振動
子における分極および励振の方向を示す概念図、同７＜
ｃ＋はその圧電振動子における振動モードを示す概念図
、同図（ｄ）および（ｅ）はそれぞれその超音波モータ
の平面図および側面図である。

ところが、上記■〜■の超音波モータでは圧電振動子等
の機械構造や圧電振動子を励振する電気回路が複雑であ
り、小型化や価格に雑煮がある。

そこで、本発明の目的は、構造が簡単で、小型化が容易
で、安価に製作でき、圧電振動子が直方形である振動子
型アクチュエータの提供にある。

（課題を解決するための手段） 前述の課題を解決するために本発明が提供する手段は、
圧電振動子と移動子とからなり、前記圧電振動子に交流
電圧が加えられたとき該圧電振動子に生ずる振動変位に
より前記移動子に変位を与える振動子型アクチュエータ
であって、前記圧電振動子が、直方形に成形されたセラ
ミック圧電体と、この圧電体上の互に平行な２つの端面
に固着されている一対の！極とからなり、前記移動子は
前記圧電振動子における前記端面に垂直な側面に接触さ
せてあり、前記一対の＠極のうちの一方が電気的に互い
に絶縁された電極Ａおよび電極Ｂからなることを特徴と
する。

（実施例） 次に実施例を挙げ本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の一実施例を示す斜視図である。

この実施例は圧電振動子１と、ロータ２と、ロータ２を
圧電振動子１に押し付ける圧接手段（図示せず）とから
なっている、そして、圧電振動子１はセラミックの圧電
体１１と、電ｉ　１２．１３ａ、　１３　ｂとからなっ
ており、ロータ２には回転軸２１が設けである。電極１
３ａと１３ｂとは互いに絶縁されている。

本実施例では、一対の電極のうち、片方の電極が１３　
ａと１３ｂとに分割されている。圧電体１１の形状は一
辺が５ｍｍの立方体である。ヤング率をＹ　ｉｓ”　（
Ｎ／ｍ’）　、密度を　ρ（ｋｇ／ｍ’）、ポアソン比
をσとすると、圧電体１１の材料定数はＹｓｓ’＝７．
７Ｘ１０”　　ｐ＝　７．６　　ｘ１０’　、ａ＝ｏ。

２８である。圧を体１１の分極軸は電極１２．１３ａ、
　１３ｂに垂直な方向にある。

第２図は、周波数ｆが２３３．２　ｋＨｚの交流電圧を
第１図実施例の電極１２と１３ａとの間に印加したとき
に、その実施例の圧電体１１の表面に生じる振動変位を
矢印で示す概念図である。Ｘ軸とＺ軸の方向の振動変位
は、交流電圧を電極１２と１３１）との間に印加すると
、第２図とは逆の方向に生ずる。

但し、Ｙ軸方向の振動変位は電圧を印加する電極を１３
ａから１３ｂに変えても、第２図と同じ方向である。

第３図は、第１図実施例における圧電振動子１に２００
〜６００ｋＨｚの交流電圧を印加したときに、その圧＠
振動子が示すアドミッタンスの周波数特性図である０本
図から明らかなように、この圧電振動子１は周波数ｆ＋
　、　ｆ、、ｆｓにおいて共振しており、これら周波数
において大きな振動変位が現われる。そのｆｌが２３３
．２　ｋＨ，であり、この周波数で圧電振動子１を励振
すると、前に述べたように第２図に矢印で示す如くに振
動変位が起こる。

第１図実施例は第２図の振動変位を回転力として取り出
すアクチュエータであり、ロータ２は回転軸２１の回り
に第１図の矢印の向きに回転する。

もちろん、ロータ２の回転は、励振用の交流電圧をｒｊ
ｈ極１３ａから１３ｂに切り換えて印加することにより
、第１図の矢印とは逆の向きに変えることができる。

なお、第１図には、ロータ２を圧電体１１に安定に接触
させる手段は示されていないが、例えば、回転軸２１の
軸受けをスプリングで圧電体１１の方向に押し付ければ
よく、常套手段なので、詳しい説明は省略する。

第１図実施例のロータ２をカードに接触させる構造を採
用することにより、銀行の金銭自動引き出し機などに本
実施例は利用できる。なお、ロータ２には硬質プラスチ
ックや金属などの如く硬い材料が適しており、カードに
直接に触れてはカードに損傷を与えることがあり得る。

そのようなおそれを除くには、ゴム等でなる第２のロー
タを設け、ロータ２の回転をその第２のロータに伝え、
第２のロータをカードに接触させればよい。

第１の実施例では、励振交流電圧は単相のままで、印加
するＷｂ　ｆ！を１３ａと１３ｂとに切り換えるだけで
、ロータ２の回転方向を任意変更できるから、圧電振動
子の励振回路が簡単である。

（発明の効果） 以上に実施例を挙げて詳しく説明したように、本発明で
は圧電振動子の形が直方形で機器に実装し易く、構造が
簡単であり、しかも小形（実施例は一辺５ｕの立方体と
それより更に小さいロータでなる）である、したがって
、本発明のアクチュエータは安価に製造できる。また、
移動子の移動方向が圧ｔ　ｆｉｉ！ＩＪ子１１ｉｌＪ振
用の単相交流で電圧の印加ｆ４極を切り替えるだけで任
意に変更できるので、圧電振動子励振回路の構成を簡単
にできる。

振ａ′ｇ：位を示す概念図〜第、３図は第１図実施例に
おける圧電振動子１の周波数−アドミッタンス関係を示
す特性図、第４図は従来の振動子型アクチュエータの一
種である超音波モータを説明する図である。

１・・・圧電振動子、２・・・ロータ、１１・・・セラ
ミック圧電体、１２．１３ａ、１３ｂ・・・電極、２１
・・・ロータの回転軸。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. １．　圧電振動子と移動子とからなり、前記圧電振動子
   に交流電圧が加えられたとき該圧電振動子に生ずる振動
   変位により前記移動子に変位を与える振動子型アクチュ
   エータにおいて、前記圧電振動子が、直方形に成形され
   たセラミック圧電体と、この圧電体上の互に平行な２つ
   の端面に固着されている一対の電極とからなり、前記移
   動子は前記圧電振動子における前記端面に垂直な側面に
   接触させてあり、前記一対の電極のうちの一方が電気的
   に互いに絶縁された電極Ａおよび電極Ｂからなることを
   特徴とする振動子型アクチュエータ。
2. ２．　前記圧電振動子の前記側面と前記移動子とを互い
   に圧接する手段が備えてあることを特徴とする請求項１
   記載の振動子型アクチュエータ。