JPH0295183A - 振動子アクチュエータ - 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〉 この発明は超音波モータ等の振動子アクチュエータに関
する。

〈従来の技術〉 近年電歪又は磁歪振動子を用いたアクチュエータが実用
化されつつあり、その典型例として圧電素子を用いた圧
電モータが知られている。

このような振動子アクチュエータには定在波駆動方式と
進行波駆動方式の２つの方式が知られている。

定在波駆動方式は振動子の厚み方向の定在波により被駆
動体を駆動する方式のものである。

進行波駆動方式は圧電素子などの振動子を２層に位相を
ずらせて形成し、この２層の振動子に位相のずれた交流
を与えて２層の振動子に位相のずれた定在波を発生させ
、その合成成分として進行波を得る方式である。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかし、上記した定在波方式の場合は厚さを簿くするの
が難しい欠点があり、一方進行波方式のものは厚さを薄
くしやすいが、振動子を２Ｍに構成し、この二相の振動
子に位相の異なる電圧を与える必要があり、二相の電源
を必要とし回路構成も複雑になる欠点があった。

〈発明の概要〉 本発明は上記した従来の構成の欠点を改善するためにな
されたもので、厚さを薄くでき、二相の電源を必要とし
ない振動子アクチュエータを提供することを目的とする
ものである。

上記目的のために本発明の振動子アクチュエータは、定
在波を発生する振動子と、該振動子の振動方向に直交す
る方向の成分の動きが同一となる位置に設けられた突起
と、該突起に接触して移動する移動子とを備え、前記突
起と定在波の位相関係を変更することにより移動子の移
動方向を変更することを基本的な特徴とするものである
。

く作用〉 定在波を発生する振動子には該振動方向に直交する方向
の成分の動きがあり、この部分に突起を形成し、この突
起と移動子とを接触させ、移動子を移動させる。該突起
と定在波の位相関係を変更すれば、移動子の移動方向を
変更することが出来る。

〈実施例〉 以下本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。

第１図乃至第４図により本発明の詳細な説明する。

極性を交互に反転させて配設した圧電素子等の円環状振
動子１に電圧を与えると、振動子１は各素子毎に収縮、
伸張し図示するように厚さ方向に振動する。

との定在波の縦方向（Ｘ方向）の振動の式は次の様に表
される。

２　π ξ＝　ｓ　ｉ　ｎ　（−Ｘ）　・ｓ　ｉ　ｎ　（（１１
ｔ）λ −−−−−（１”） ここで、ξは縦方向の変位、λは波長、ωは固有振動数
である。

また円環の厚さがＴのとき、横方向（Ｘ方向）の変位は 　　２Ｘ で表される。

この様な振動を行う振動子１の素子の右半分において移
動子２が接触している状態を想定し、その接触点をＡと
する。この点Ａの挙動をみると、−３＝ 図示するように点Ａ１と点Ａ２の間を移動する際に、鉛
直方向（振動方向）から所定の角度傾いた直線運動を行
うことが分かる。そして、Ａ１からＡ２に移動する際に
充分に振動周波数が高ければ、移動子２に作用する慣性
力のために振動子１と移動子２は離れ、移動子２にはＡ
点の力は働かない。

一方Ａ２からＡ１に移動する際には振動子１と移動子２
は当接し、移動子２はＡ点の力を受けて、図面上右上方
に移動する。この右上方の動きは当然に右方向（Ｘ軸方
向）の成分を有しているから、移動子２を右方向に移動
させることになる。

一方振動子１の素子の左半分にあるＢ点はＡ点とは逆に
Ｘ軸方向左向きの成分を有する斜めの運動を行うことが
明かであり、同様にこのＢ点に接触する移動子２は左方
向に移動する。

このようにＸ軸方向の出力の向きは定在波の節と腹を境
に逆向きになることが分かる。同一の出力方向は定在波
の半波長毎に存在するから、この位置に機械的な突起を
設けることにより、一方向の運動を取り出すことが可能
になる。

即ち、振動子１の各素子の対応する各Ａ点或はＢ点に突
起を形成し、この突起においてのみ移動子２と接触する
ように構成すれば、移動子２は振動子１の定在波により
右方向或は左方向に移動する。

第２図に一例を示す。この例では振動子１として圧電体
１０と弾性体からなるステータ１１を組み合わせたもの
を用いている。圧電体１０は第３図に示すように円環状
の形状をなしており、これを２ｎ個（ｎは整数）に分割
し、各素子を交互に異なる方向に分極させである。この
構成により所定の電圧を与えることにより圧電体１０は
振動して定在波を発生する。この圧電体１０の上には弾
性体からなるステータ１１が貼着されている。ステータ
１１は第２図に示すように圧電体１０より幅広の円環形
状をなしており、その表面に複数の突起３が形成されて
いる。この突起３は放射状に配置された平面長方形の凸
条をなしており、円周方向に等間隔に２ｎ個形成されて
いる。そして、各突起３は圧電体１ｏの各素子の半分の
一方の側に位置するように構成されている。即ち、この
実施例では突起３の中立軸ｍ３と圧電体１０の中立軸ｍ
圧電体１０とがその周期の１／４だけずれるように配置
されている。

このように構成された突起３の上にロータ２０が所定の
圧力により当接している。このロータ２０は当然に突起
３だけに当接している。

以上の構成において、圧電体１０にステータ１１の共振
周波数に設定した交流の電圧を印加すると、圧電体１０
の各素子の分極方向が異なるため、各素子は交互に収縮
、伸張する。その結果定在波を発生し、第４図に示すよ
うな波をステータ１１上にｎ個生ずる。その結果、突起
３はＸ軸方向右方向の成分を含む運動を行い。この突起
３にのみ接触するロータ２０は右方向の運動詮行う。そ
の結果ロータ２０は回転する。

しかし上記した構成ではロータ２０の移動方向は一定で
、これを変更することはできない。本発明では移動方向
を変更可能にしており、そのために突起３の位置と定在
波の位相関係を変更可能に構成している。

第５図により原理を説明する。

図に示すようにステータ５に生じさせる定在波のモード
Ａ、Ｂにより突起３の出力の方向が異なって来る。即ち
、モードＡでは突起３と定在波の位相関係は第１図のＡ
点と同じであるから、右方向の出力が生じる。一方モー
ドＡとπ／２だけ位置的に位相の異なるモードＢでは突
起３と定在波の位相関係は第１図のＢ点と同じになるか
ら左方向の出力が生じる。

したがって、該突起３にロータを圧着し、ステータ５に
モードＡとモードＢの波を選択的に発生させることによ
り、正逆に移動方向を変更するアクチュエータを得るこ
とが可能になる。

第６図乃至第８図により本発明の一実施例を説明する。

上記で示したようにステータ５と定在波の関係がモード
ＡとモードＢとに変更できれば良いが。

ステータ５に波を生じさせる時はステータ５の共振現象
を利用するため、ステータ５に接着する圧電体４の分極
は圧電体４全体にある必要はなく、その一部にあれば良
い。従って、圧電体４の一部をモードＡの波が立つよう
に分極し、残りの一部をモードＢの波が立つように分極
することにより移動方向を変更することが可能になる。

第６図に圧電体４の分極の構成を示す。この例ではブロ
ックＡとブロックＢの２つのブロックに分割し、それぞ
れのブロックにおいて交互に異なる向きに分極を施しで
ある。いま、圧電体４上に立てようとする波の数をｎと
すると、各分極の間隔は２π／２ｎ（ｒａｄ）とする。

そして、中央を通るＳ−Ｓ″線に線対称になるように分
極しである。一方ステータ５は第７図に示すよう圧電体
４より幅広の円環形状をなしており，その表面に２ｎ個
の突起３を等間隔に形成しである。この突起３は放射状
に配置されており、突条の形状になっている。

このステータ５と圧電体４とを第８図に示すようにｓ−
ｓ’線と突起３の中立軸が一致するように接着しである
。このような、構成によればブロックＡにおいては突起
３と圧電体４の分極域の境界線の関係は第５図のモード
Ａの関係と同一となる。従って圧電体４のブロックＡに
のみ交流電圧を印加すればモードＡの波が生じ、突起３
の出力は右方向の出力となり、ステータ５上に当接する
ロータ２０は第８図において反時計回りに回転する。

一方ブロックＢにのみ交流電圧を印加すれば、モードＢ
の波が生じ、ロータ２０は時計回りに回転する。

この際印加する交流電圧は１相でよく、従来のような２
相の電源を必要としない。

以上説明した構成によれば、移動方向を簡単に変更でき
、しかも１相の交流電圧を必要とするだけであるから、
周辺の回路も簡単化することが可能になる。また、従来
の定在波方式に比較して薄型にすることが可能である。

また、圧電体も１層でよいため構造が簡単である。

〈発明の効果〉 以上説明したように本発明の振動子アクチュエ−タは、
定在波を発生する振動子と、該振動子の振動方向に直交
する方向の成分の動きが同一となる位置に設けられた突
起と、該突起に接触して移動する移動子とを備え、前記
突起と定在波の位相関係を変更することにより移動子の
移動方向を変更するように構成しているため、簡単に移
動方向を変更でき、しかも厚さを薄くでき、２相の電圧
を印加する必要がない。更に圧電体を２層にする必要が
ない等の効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本原理の説明図、第２図（Ａ）は振
動子の一例の構成を示す平面図、（Ｂ）はその正面図、
第３図は圧電体の平面図、第４図は動作説明図、第５図
は移動方向変更の原理説明図。 第６図は本発明の一実施例の説明図であり圧電体の平面
図、第７図（Ａ）はステータの平面図、（Ｂ）はその正
面図、第８図は組み立てた状態を示すもので（Ａ）は平
面図、（Ｂ）は正面図である。 １：振動子、２：移動子、３：突起、４：圧電体、５：
ステータ、ｌＯ：圧電体、１１：ステータ、２０：ロー
タ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　定在波を発生する振動子と、 該振動子の振動方向に直交する方向の成分の動きが同一
   となる位置に設けられた突起と、 該突起に接触して移動する移動子とを備え、前記突起と
   定在波の位相関係を変更することにより移動子の移動方
   向を変更することを特徴とする振動子アクチュエータ。