JPH07110143B2 - 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
- JPH07110143B2 JPH07110143B2 JP1017975A JP1797589A JPH07110143B2 JP H07110143 B2 JPH07110143 B2 JP H07110143B2 JP 1017975 A JP1017975 A JP 1017975A JP 1797589 A JP1797589 A JP 1797589A JP H07110143 B2 JPH07110143 B2 JP H07110143B2
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- Japan
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- vibrating body
- shaped
- square
- vibration
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- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
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。
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。
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。
第６図は超音波リニアモータの概観図であり、円板形圧
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ピーダンスは、ホー
ン12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。
ン12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。
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。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。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16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。
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。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16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。
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ょうとすれば、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ょうとすれば、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う課題があ
った。
課題を解決するための手段 正方形断面を有する角棒が中央部で直交する構造を持つ
十字形弾性体のそれぞれの角棒の隣合う長方形面に圧電
体を接着して十字形振動体を構成し、上記十字形振動体
のそれぞれの角棒が交差する中央部を介して固定するこ
とにより平面内に複数個配列し、上記圧電体に電圧を印
加して上記角棒に直交する２次の撓み振動を同時に励振
して、上記十字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よう構成する。
十字形弾性体のそれぞれの角棒の隣合う長方形面に圧電
体を接着して十字形振動体を構成し、上記十字形振動体
のそれぞれの角棒が交差する中央部を介して固定するこ
とにより平面内に複数個配列し、上記圧電体に電圧を印
加して上記角棒に直交する２次の撓み振動を同時に励振
して、上記十字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よう構成する。
作 用 正方形断面を有する角棒が中央部で直交する構造を持つ
十字形弾性体のそれぞれの角棒の隣合う長方形面に圧電
体を接着して十字形振動体を構成し、上記圧電体に電圧
を印加して上記角棒に直交する２次の撓み振動を同時に
励振して楕円軌跡をつくり、この楕円軌跡の一番大きく
なる振動の腹近傍より機械出力を取り出し、また、振動
の節となる上記十字形振動体のそれぞれの角棒が交じり
合う中央部を介して十字形振動体を平面上に固定するこ
とにより損失の小さい振動体の固定を可能にする。
十字形弾性体のそれぞれの角棒の隣合う長方形面に圧電
体を接着して十字形振動体を構成し、上記圧電体に電圧
を印加して上記角棒に直交する２次の撓み振動を同時に
励振して楕円軌跡をつくり、この楕円軌跡の一番大きく
なる振動の腹近傍より機械出力を取り出し、また、振動
の節となる上記十字形振動体のそれぞれの角棒が交じり
合う中央部を介して十字形振動体を平面上に固定するこ
とにより損失の小さい振動体の固定を可能にする。
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
ータの上面図である。同図において、101a、101b、……
は、正方形断面を持つ角棒が中央で直行した構造を持つ
十字形の振動体であり、圧電セラミックなどの圧電体が
それぞれの角棒の相隣合う２つの長方形面に貼り付けて
ある。十字形振動体101のそれぞれの角棒は直交する２
次の撓み振動を有する。従って、十字形振動体101の中
央部は振動の節になり、この位置に設けられた取り付け
部103を介して基台102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。また、107は機械出力取り出し用の突起体である。
ータの上面図である。同図において、101a、101b、……
は、正方形断面を持つ角棒が中央で直行した構造を持つ
十字形の振動体であり、圧電セラミックなどの圧電体が
それぞれの角棒の相隣合う２つの長方形面に貼り付けて
ある。十字形振動体101のそれぞれの角棒は直交する２
次の撓み振動を有する。従って、十字形振動体101の中
央部は振動の節になり、この位置に設けられた取り付け
部103を介して基台102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。また、107は機械出力取り出し用の突起体である。
第２図は、平面型超音波アクチュエータに用いる十字形
振動体101の斜視図である。104は正方形断面を持つ角棒
が中央で直行した構造を持つ十字形の弾性体であり、10
5a、ｂ、ｃ、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、角棒に接着された圧電体である。
また、106a、ｂ、ｃ、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、もう１つの角棒に接着さ
れた圧電体である。十字形振動体の中心には取り付け部
103として小孔があけられている。十字形振動体はこの
取り付け部103を介して基台102に取り付けられる。
振動体101の斜視図である。104は正方形断面を持つ角棒
が中央で直行した構造を持つ十字形の弾性体であり、10
5a、ｂ、ｃ、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、角棒に接着された圧電体である。
また、106a、ｂ、ｃ、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、もう１つの角棒に接着さ
れた圧電体である。十字形振動体の中心には取り付け部
103として小孔があけられている。十字形振動体はこの
取り付け部103を介して基台102に取り付けられる。
第３図は十字形振動体の側面図である。圧電体105b、ｄ
を短絡して、十字形振動体101の共振周波数近傍の交流
電圧が厚さ方向に印加されると、角棒は同図中の振動の
変位分布Ａで示されるように２次の撓み振動をする。同
様にして、圧電体105a、ｃに、共振周波数近傍の交流電
圧を印加すると、角棒は同図中の振動の変位分布Ａに直
交する面内で２次の撓み振動をする。従って、この２つ
の駆動電圧の位相差を90度にすれば、撓み振動により角
棒の各部は同図の紙面に直角な面内で楕円（円）軌跡を
描いて運動する。従って、同図に矢印で示した振動の腹
の部分に、移動体を加圧接触して設置すれば、移動体は
一番大きな速度で移動する。従って、機械出力取り出し
用の突起体107は振動の腹近傍に設置される。突起体107
の先端に加圧接触して移動体を設置すれば、移動体は紙
面に直角の方向に移動する。同様にして、２つの撓み振
動によりもう１つの角棒の各部は同図の紙面内で楕円
（円）軌跡を描いて運動する。従って、この運動により
移動体を紙面内で移動させることができる。故に、十字
形振動体101を平面上に配置することにより、移動体を
平面内で移動させることができる。また、十字形振動体
の中央部はこれらの撓み振動の節になっているので、こ
の部分を介して十字形振動体101の基台102への損失の少
ない固定ができる。
を短絡して、十字形振動体101の共振周波数近傍の交流
電圧が厚さ方向に印加されると、角棒は同図中の振動の
変位分布Ａで示されるように２次の撓み振動をする。同
様にして、圧電体105a、ｃに、共振周波数近傍の交流電
圧を印加すると、角棒は同図中の振動の変位分布Ａに直
交する面内で２次の撓み振動をする。従って、この２つ
の駆動電圧の位相差を90度にすれば、撓み振動により角
棒の各部は同図の紙面に直角な面内で楕円（円）軌跡を
描いて運動する。従って、同図に矢印で示した振動の腹
の部分に、移動体を加圧接触して設置すれば、移動体は
一番大きな速度で移動する。従って、機械出力取り出し
用の突起体107は振動の腹近傍に設置される。突起体107
の先端に加圧接触して移動体を設置すれば、移動体は紙
面に直角の方向に移動する。同様にして、２つの撓み振
動によりもう１つの角棒の各部は同図の紙面内で楕円
（円）軌跡を描いて運動する。従って、この運動により
移動体を紙面内で移動させることができる。故に、十字
形振動体101を平面上に配置することにより、移動体を
平面内で移動させることができる。また、十字形振動体
の中央部はこれらの撓み振動の節になっているので、こ
の部分を介して十字形振動体101の基台102への損失の少
ない固定ができる。
第４図は平面形超音波アクチュエータの側面図である。
基台102上に十字形振動体101を複数個配列して、任意の
移動体108を上から設置すれば、移動体は十字形振動体1
01の突起体107の先端の楕円軌跡により駆動されて、平
面内で任意の方向に移動する。
基台102上に十字形振動体101を複数個配列して、任意の
移動体108を上から設置すれば、移動体は十字形振動体1
01の突起体107の先端の楕円軌跡により駆動されて、平
面内で任意の方向に移動する。
発明の効果 本発明によれば、十字形振動体に直交した２次の撓み振
動を励振することによって、簡単な構造で、損失の少な
い、しかも厚さの薄い平板型超音波アクチュエータを提
供できる。
動を励振することによって、簡単な構造で、損失の少な
い、しかも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
タの上面図、第２図は平面型超音波アクチュエータに用
いる十字形振動体の斜視図、第３図（ａ）および（ｂ）
は各々、十字形振動体の側面図とその撓み振動の変位分
布図、第４図は平面型超音波アクチュエータの動作を示
う側面図、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……十字形振動体、102……基台、 103……取り付け部、 104……十字形弾性体、105……圧電体、 106……圧電体、107……突起体、 108……移動体。
タの上面図、第２図は平面型超音波アクチュエータに用
いる十字形振動体の斜視図、第３図（ａ）および（ｂ）
は各々、十字形振動体の側面図とその撓み振動の変位分
布図、第４図は平面型超音波アクチュエータの動作を示
う側面図、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……十字形振動体、102……基台、 103……取り付け部、 104……十字形弾性体、105……圧電体、 106……圧電体、107……突起体、 108……移動体。
Claims (1)
- 【請求項１】正方形断面を有する角棒が中央部で直交す
る構造を持つ十字形弾性体のそれぞれの角棒の隣合う長
方形面に圧電体を接着して十字形振動体を構成し、上記
十字形振動体のそれぞれの角棒が交差する中央部を介し
て固定することにより平面内に複数個配列し、上記圧電
体に電圧を印加して上記角棒に直交する２次の撓み振動
を同時に励振して、上記十字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 |
|---|---|---|---|
| JP1017975A JPH07110143B2 (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 |
|---|---|---|---|
| JP1017975A JPH07110143B2 (ja) | 1989-01-27 | 1989-01-27 | 平面型超音波アクチュエータ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02202379A JPH02202379A (ja) | 1990-08-10 |
| JPH07110143B2 true JPH07110143B2 (ja) | 1995-11-22 |
Family
ID=11958730
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1017975A Expired - Lifetime JPH07110143B2 (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) | JPH07110143B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5292849B2 (ja) * | 2007-02-28 | 2013-09-18 | カシオ計算機株式会社 | 圧電アクチュエータ、カメラ装置及び移動用ステージ装置 |
| JP2012178947A (ja) * | 2011-02-28 | 2012-09-13 | Ngk Insulators Ltd | 圧電アクチュエータ及び圧電アクチュエータアレイ |
| JP6731026B2 (ja) * | 2017-12-28 | 2020-07-29 | 新思考電機有限公司 | 圧電式駆動装置、光学部材駆動装置、カメラ装置及び電子機器 |
-
1989
- 1989-01-27 JP JP1017975A patent/JPH07110143B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02202379A (ja) | 1990-08-10 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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