JP2525019B2

JP2525019B2 - 超音波リニアモ―タ

Info

Publication number: JP2525019B2
Application number: JP62310673A
Authority: JP
Inventors: 研二内野; 一正大西
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1987-06-05
Filing date: 1987-12-08
Publication date: 1996-08-14
Anticipated expiration: 2011-08-14
Also published as: EP0293918A3; JPH01107669A; US4857791A; EP0293918A2

Description

【発明の詳細な説明】「技術分野」本発明は、駆動周波電圧によって伸縮する振動子を用
いたリニアモータに関する。

「従来技術およびその問題点」圧電振動子や電歪振動子を利用したモータは、従来各
種提案されているが、特開昭58−148682号は振動子の界
面に励振されると縦波の合成された進行波によって駆動
力を得るモータを提案している。この超音波振動を利用
したモータは、その進行波を縦波と横波を合成して得て
いるために、電歪素子に特定の分極処理を施し、これら
に位相の異なる二つ以上の周波電圧を振動子に印加しな
ければならない。このためその製造工程が複雑で、また
電源回路も複雑なものを要した。

「発明の目的」本発明は、以上の超音波モータとは異なる動作原理に
よって作動し、製造が容易で、かつ振動子として特別な
ものを要しない、新規な超音波リニアモータを得ること
を目的とする。

「発明の概要」本発明のリニアモータは、共振周波数の異なる二本の
駆動足に、駆動周波電圧によって伸縮する振動子により
振動を与えると、二本の駆動足の一方がたわみ共振をし
ているとき、他方の足はたわみ振動をせず、その結果、
リニアな駆動力が得られることに着目してなされたもの
である。

すなわち本発明は、弾性体からなる移動子に、運動方
向に離間させて、共振周波数の異なる二本の駆動足を設
け、かつこの移動子に、駆動周波数電圧により伸縮して
上記二本の駆動足に振動を与える振動子を設け、この振
動子に所定の周波電圧を印加することを特徴としてい
る。二本の駆動足の一方の足のたわみ共振と他方のたわ
み振動は、二本の駆動足の共振周波数、および振動子に
加える周波電圧の周波数によって変化する。よって周波
数変化させることによって、移動速度の調整および移動
方向の変換を行なうことができる。

「発明の実施例」以下図示実施例について本発明を説明する。第１図、
第２図は本発明による超音波リニアモータの第一の実施
例を示すものである。移動子10は、左右の駆動足11、12
と、この駆動足11、12の高さ方向の中間部を接続する接
続部13を有して、略Ｈ字状をしている。この駆動足11と
12は、接続部13からの一方の突出部が走行足11a、12aを
構成し、その下端面が走行面20と接触する。また他方の
突出部は伝達足11b、12bを構成し、その間にスペーサ14
を介して圧電振動子または電歪振動子（以下単に振動子
という）15が挾着されている。これらの要素の接着は例
えばエポキシ樹脂系の接着材によって行なうことができ
る。

移動子10は、弾性材料、例えばアルミニウム、硫黄、
ステンレス、鉄、合成樹脂材料、セラミック材料、ガラ
ス材料、あるいはこれらを複合した複合材料等、振動を
良好に伝達し得る弾性材料（音響材料）から構成され
る。

また振動子15は、積層型の圧電または電歪素子、単板
の圧電または電歪素子から構成されものて、駆動周波電
圧を加えると、それ自体がその周波電圧の周波数に応じ
た周波数で伸縮する。そしてこの伸縮（振動）が、伝達
足11bと伝達足12bを介し、走行足11aと走行足12aに増幅
されて伝達される。第１図、第２図の実施例の移動子10
のＨ次形状は、振動子15の振動を増幅して走行足11a、1
2aに伝達するために効果的である。

そして本発明は、以上の移動子10の駆動足11と12の共
振周波数を異ならせたうえで、振動子15に所定の周波数
の駆動電圧を加えるようにしたものである。駆動足11と
12の共振周波数は、例えばその厚さを違えることにより
異ならせることができる。この共振周波数は、振動子15
に加える駆動電圧の周波数を勘案して決定する。例えば
振動子15に加える駆動電圧の周波数を50kHzおよび45kHz
とするときには、駆動足11と12の一方（例えば駆動足1
1）の共振周波数を50kHz、駆動足12を45kHzとする。こ
のように駆動足11と12の共振周波数を振動子15に加える
駆動電圧の周波数と同一に設定すると、最も効率的に、
駆動足11と12を振動させてリニアな駆動力を得ることが
できる。

上記構成の本超音波リニアモータは、振動子15に50kH
zの駆動周波数の駆動電圧を与えると、移動子の10が第
３図（Ａ）に示すように左行し、45kHzの駆動電圧を与
えると同図（Ｂ）に示すように右行する。

その理由は次の通りであると考えられる。いま振動子
15に所定の駆動電圧を与えると、駆動足11と12は上下に
振動（たて振動）する。ところが、左右の駆動足11と12
は、その共振周波数が異なるため、これと同一の共振周
波数をもつ一方の駆動足11（12）はたわみ共振するが、
共振周波数の異なる他方の駆動足12（11）はたわみ振動
しない。このたて振動とたわみ振動は合成されて楕円運
動となる。このため、一方の駆動足11（12）は左右への
推力となるが、他方の駆動足12（11）はたて振動のみの
運動であって浮力として作用する。つまり左右の運動の
妨げにはならず、その結果、リニアな駆動力が得られ
る。そして、移動子10の移動方向は、振動子15に与えら
れる駆動電圧の周波数を、駆動足11の共振周波数と同一
にするか、駆動足12の共振周波数と同一にするかによっ
て、設定することができる。

なお、上記の動作原理は一つの推論であるが、本リニ
アモータは、実際に駆動することができ、したがって、
動作原理が仮に以上とは異なっていたとしても、本発明
の範囲は挟められない。

第４図は、本発明の第二の実施例を示すものである。
この実施例は、駆動足（走行足）11、12の一端部に接続
部13を設け、この接続部13の基部側において、駆動足11
と12の間に振動子15を挟着してなるものである。この実
施例によっても、移動子10のリニアな駆動が原理的に実
現可能である。

第５図は、本発明の第三の実施例を示すものである。
この実施例は、駆動足（走行足）11、12の一端部に接続
部13を設けるのは第二の実施例と同じであるが、振動子
15をこの接続部13上に設けてある点が異なる。

駆動足11と12の共振周波数自体は、その足の長さの変
更、材質の変更等によって、任意の値とすることがで
き、よって振動子15に与える駆動周波数と相俟ち、所要
の移動特性のリニアモータを得ることができる。

なお駆動足11と12の高さおよび間隔は、以上の動作が
得られるように定めればよいが、その高さｈを約10mm、
間隔ｌを約20mmとしたところ、よい結果が得られた。

「発明の効果」以上のように本発明の超音波リニアモータは、従来の
超音波リニアモータとは異なる動作原理を持つものであ
って、しかもきわめて簡単な構造の移動子と、特別な分
極処理を要しない振動子とによって構成することができ
る。また移動方向の変更も振動子に加える駆動電圧の周
波数の変更で行なうことができ、製造および使用が容易
な新規なリニアモータを提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の超音波リニアモータの第一の実施例を
示す正面図、第２図は第１図における移動子の斜視図、
第３図（Ａ），（Ｂ）は本発明によるリニアモータの動
作原理を示す、駆動足の変形の様子を拡大して描いた模
式図、第４図は本発明の第二の実施例を示す正面図、第
５図は本発明の第三の実施例を示す正面図である。 10……移動子、11、12……駆動足、11a,12a……走行
足、11b,12b……伝達足、13……接続部、15……振動
子、20……走行面。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】弾性体からなる移動子に、運動方向に離間
させて、共振周波数の異なる二本の駆動足を設け、かつこの移動子、駆動周波数電圧により伸縮して上記二
本の駆動足に振動を与える振動子を設け、この振動子に所定の周波電圧を印加することを特徴とす
る超音波リニアモータ。
【請求項２】特許請求の範囲第１項において、移動子
は、二本の駆動足の中間に、両足を接続する接続部を有
し、この接続部の一方の側の駆動足の間に振動子が挾着
され、他方の側の駆動足が走行面に当接する超音波リニ
アモータ。
【請求項３】特許請求の範囲第１項において、移動子
は、二本の駆動足の端部に、両足を接続する接続部を有
し、この二本の駆動足の接続部側の基部の間に、振動子
が挾着されている超音波リニアモータ。
【請求項４】特許請求の範囲第１項において、移動子
は、二本の駆動足の端部に、両足を接続する接続部を有
し、この接続部上に振動子が配設されている超音波リニ
アモータ。