JPH02228266A - 超音波振動子及び超音波モータ - 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］ 本発明は、略楕円振動が励振される超音波振動子及び該
振動子を利用した超音波モータに関するものである。

［従来技術］ 従来、上記のような超音波振動子は主に定在波型超音波
モータに利用されている。

定在波型超音波モータの動作原理は、略楕円運動が励起
される超音波振動子に対して所定圧力で移動子を当接さ
せ、略楕円運動する各質点と移動子との摩擦力により移
動子を駆動するものである。

定在波型超音波振動子は、高効率振動を実現する構成が
得やすいために、定在波型モータは進行波型モータに比
較して高効率、大出力という長所がある。

従来の定在波型モータに利用される超音波振動子は、略
楕円運動を高効率に励起するために、弾性体と励振体と
の接触面では単一方向振動を、また一方、弾性体と移動
子との接触面では楕円振動を行う固有振動モードを有す
る機械共振系を用いることで略楕円運動を得ている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、同一周波数で２方向に振動する弾性体に
単一方向振動を励振しようとする場合、弾性体や励振体
の構造上のわずかな非対称性などの影響を受け、もう一
方の方向の振動をまったく励振しない事は難しかった。

そのため、該不要振動により振動がさまたげられ、高効
率、大出力の振動子が得られないという欠点があった。

また、前記弾性体に単一振動だけを励振するために、振
動子の構成が著しく制限されてしまうという欠点もあっ
た。

本発明は、上述した問題点を解決するためになされたも
のであり、その目的は弾性体に不要振動が発生すること
のない構成とすることにより弾性体や励振体の構成条件
の自由度が大きく、高効率、大出力動作が可能な超音波
振動子を提供する事にある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために本発明の超音波振動子は、第
１及び第２方向に大略同一周波数で共振する弾性体と、
該弾性体の双方の方向に前記大略同一周波数の振動を励
振する第１励振体と、前記弾性体の第１方向に対し、前
記周波数の振動を励振し、同時に該振動と大略同一周波
数で位相が逆の振動を第２方向に対し励振する第２励振
体とを有している。

また、本発明の超音波モータは上記超音波振動子と該超
音波振動子の弾性体に接する可動子とを備えている。

［作用］ 上記の構成を有する本発明の超音波振動子においては、
前記第１励振体は前記弾性体に異なる２方向の振動を与
える。

同時に、前記第２励振体は前記弾性体に、前記２方向振
動と振動方向が同じ振動を与える。

このとき、該２方向振動に対する位相関係が、一方が同
相で他方が逆相となっている。そのため各振動のエネル
ギーが不要振動として消費されることなく有効に利用さ
れる。

そして、上記２つの励振体の振動位相を調節する事によ
り、前記弾性体に任意の形状の略楕円振動を得る事がで
きる。

また、上記構成を何する本発明の超音波モータは、前記
超音波振動子の振動により可動子に駆動力が生じる。

［実施例］ 以下、本発明を具体化した一実施例を図面を参照して説
明する。

第１図乃至第３図は、本実施例の超音波振動子である。

本実施例の超音波振動子１１は、第１圧電体１２及び第
２圧電体１３が、ボルト１４を中心として対称となる位
置で台１５に固定されている。前記第１圧電体１２及び
′Ｎ５２圧電体１３は、第１図中の上下方向に分極され
、厚み方向振動する。該第１圧電体１２及び第２圧電体
１３の上面には、板状弾性体１６が前記ボルト１４によ
り台１５に固定されている。

前記第１圧電体１２及び第２圧電体１３の下面には電極
１７及び１８が着設されている。また、前記板状弾性体
１６は、圧電体１２及び１３の電極を兼ねている。

更にこの板状弾性体１６は、その厚さ方向に所定の周波
数ｆで曲げ振動する。また大略同一の周波数ｆにより長
さ方向に縦振動する。

一般に、板状弾性体中を伝播する縦振動の共振周波数は
、該板状弾性体の長さに依存する。また同板状弾性体の
厚さ方向の曲げ振動の共振周波数は、前記長さ及び厚さ
に依存する。従って、前述のような板状弾性体１６を設
計することは容易である。

以上のように構成された振動子の作用を第３図を参照し
て以下に説明する。

まず、第１圧電体１２に周波数ｆの交流電圧を印加して
振動させると、前記板状弾性体１６は縦振動１次モード
で共振し、図中点Ａは＋Ｘ方向に伸びる。このとき、該
板状弾性体１６は、曲げ振動２次モードにおいても共振
し、図中点Ａは＋ｙ力方向動く。

次に、第２圧電体１３に周波数ｆで前記第１圧電体１２
に印加した交流電圧と同相の電圧を印加して振動させる
と前記板状弾性体１６は縦振動１次モードで共振し、図
中点Ａは＋Ｘ方向に伸びる。

このとき、該板状弾性体１６は、曲げ振動２次モトにお
いても共振し、図中点Ａは−ｙ力方向動く。

すなわち、前記第１圧電体１２及び第２圧電体１３を同
時に振動させると、両圧電体に印加される電圧が同相の
ときは前記曲げ振動がまったく打ち消され、ｙ方向には
振幅が現れない。また、前記両圧電体に印加される電圧
が逆相のときは、前記縦振動がまったく打ち消され、Ｘ
方向には振幅が現れない。

このように、２つの圧電体１２及び１３に印加する電圧
の位相を調節することで、前記板状弾性体１６の端部Ａ
点には任意の形状の略楕円振動を発生する事が可能とな
る。

以上のような超音波振動子１１において、２つの圧電体
１２及び１３により発生した振動を効率良く板状弾性体
１６に伝えるために、該圧電体１２及び１３と板状弾性
体１６との間に、複数の傾斜片が形成された結合子２１
及び２２をはさむ事も可能である。前記圧電体１２及び
１３で発生された厚さ振動は、該結合子によって振動方
向が変換され、前記板状弾性体１６に効率良く縦振動を
発生する。

次に以上のような超音波振動子１１を好適に利用するリ
ニア超音波モータの構成について、第５図に基づき説明
する。同図において、第１図乃至第４図と同じ符号の付
された各部材は前記詳述した各構成部材と同一である事
を意味している。

リニア超音波モータ３１は、ヨーク３２に前記超音波振
動子１１が固定されており、該超音波振動子１１の板状
弾性体１６の端部に出力部３３が形成されている。

該出力部３３には、可動子３４が板バネ３５により圧着
されており、該板バネの一端はヨーク３２に固定されて
いる。

上述のように構成されたリニア超音波モータ３１におい
て、超音波振動子１１を励振すると、前記可動子３４は
前記板状弾性体１６の略楕円浸透による駆動力を受け、
図中矢印Ｂの方向に動く。

この駆動力は、前記板状弾性体１６と前記可動子３４と
の摩擦力によって発生するものである。

なお、上記実施例は振動子の駆動素子として圧電体を使
用したが、これに限定されるものではなく電気エネルギ
ーを機械エネルギーに変換できるその他の素子、例えば
電歪素子、磁歪素子等を用いてもよい。また、実施例で
は超音波振動子の形状を平板状とする例について説明し
たが長さ方向に振動、軸方向に曲げ振動が励起され、略
楕円運動が発生するものならばその形状は平板形状に限
定されるものではない。その他、本発明の趣旨を逸脱し
ない範囲で種々の変形が可能である。

［発明の効果］ 以上詳述したことから明らかなように、本発明によれば
、弾性体に不要振動を発生させないので、弾性体や励振
体の構成条件の自由度が大きく、高効率、大出力動作が
可能な超音波振動子を提供する事ができる。

該超音波振動子を好適に利用する事により、高効率、大
出力の特性を備え、しかも略楕円運動軌跡が容易に制御
できる超音波モータを提供する事ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図から第５図までは本発明を具体化した実施例を示
すもので、第１図は本発明を適用する超音波振動子の側
面図、第２図は上記超音波振動子の分解斜視図、第３図
は超音波振動子における励振位置と振幅を対比して示す
図、第４図は他の実施例としての超音波振動子の分解斜
視図、第５図は上記超音波振動子を適用したリニア超音
波モータの側面図である。 図中、１２は第１励振体に対応する第１圧電素子、１３
は第２励振体に対応する第２圧電素子、１４は保持部に
対応するボルト、１６は弾性体に対応する板状弾性体、
２１．２２は結合子、３４は可動子である。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. １．　第１方向及び該第１方向と略直交する第２方向に
   対し大略同一周波数で共振する弾性体と、該弾性体の第
   １方向及び第２方向の双方に対し同時に前記周波数の振
   動を励振する第１励振体と、前記弾性体の第１方向及び
   第２方向の双方に対し同時に前記周波数の振動を励振し
   、かつ、両振動の位相関係が前記第１励振体の場合と逆
   相となる第２励振体とを有すことを特徴とする超音波振
   動子。
2. ２．　請求項１記載の超音波振動子において、前記２方
   向振動は少なくとも一つ以上の一致する節を有し、該節
   部の重なりとなる位置を保持する保持部を有すことを特
   徴とする超音波振動子。
3. ３．　請求項１或いは２記載の超音波振動子において、 前記弾性体と前記各励振体の少なくとも一方との間に振
   動方向を変換するための結合子を備え、かつ該結合子の
   前記板状弾性体との当接面に複数の傾斜片が形成されて
   いる事を特徴とする超音波振動子。
4. ４．　請求項２或いは３に記載の超音波振動子において
   、 前記弾性体に少なくとも曲げ振動と縦振動が励振され、 前記第１励振体及び第２励振体は、該板状弾性体の同一
   面上でかつ該曲げ振動の逆相となる腹の位置に着設され
   ている事を特徴とする超音波振動子。
5. ５．　請求項１乃至４のいずれか記載の超音波振動子に
   、可動子を当接した事を特徴とする超音波モータ。