JP2529811Y2 - 超音波リニアモータ - Google Patents
超音波リニアモータInfo
- Publication number
- JP2529811Y2 JP2529811Y2 JP450991U JP450991U JP2529811Y2 JP 2529811 Y2 JP2529811 Y2 JP 2529811Y2 JP 450991 U JP450991 U JP 450991U JP 450991 U JP450991 U JP 450991U JP 2529811 Y2 JP2529811 Y2 JP 2529811Y2
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- JP
- Japan
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- linear motor
- ultrasonic linear
- vibrating body
- legs
- vibration
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本考案は、電子機器や精密機械等
における駆動源として好適な超音波リニアモータに関す
る。
における駆動源として好適な超音波リニアモータに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】電子機器や精密機械においては、取り付
けのためのスペースが少なくてすみ、かつ厳密な位置決
めが可能であるようなアクチュエータが要求される。特
に直線的な移動が要求される場合には、回転型のアクチ
ュエータよりリニアモータの方が、運動方向の変換機構
が不要であるからより好ましい。このようなリニアモー
タとして、インチワーム(尺取り虫)機構等のものが提案
されているが、本出願人は、図１０に示すような、一対
の平行な脚部５０、５１の一端をこの両脚部５０、５１
と直交する胴部５２で連結することにより全体を略コ字
状に形成してなる弾性材料製の振動体５と、振動体５の
２つの連結部５３、５４に配設されてこの振動体５を前
記連結部５３、５４の垂直方向に加振する圧電素子５
５、５６とを有し、前記両脚部５０、５１の下端をレー
ル６の溝部６０に嵌合させる構造の超音波リニアモータ
について既に先の出願を行っている (実願昭６３ー１０
６７０２号) 。
けのためのスペースが少なくてすみ、かつ厳密な位置決
めが可能であるようなアクチュエータが要求される。特
に直線的な移動が要求される場合には、回転型のアクチ
ュエータよりリニアモータの方が、運動方向の変換機構
が不要であるからより好ましい。このようなリニアモー
タとして、インチワーム(尺取り虫)機構等のものが提案
されているが、本出願人は、図１０に示すような、一対
の平行な脚部５０、５１の一端をこの両脚部５０、５１
と直交する胴部５２で連結することにより全体を略コ字
状に形成してなる弾性材料製の振動体５と、振動体５の
２つの連結部５３、５４に配設されてこの振動体５を前
記連結部５３、５４の垂直方向に加振する圧電素子５
５、５６とを有し、前記両脚部５０、５１の下端をレー
ル６の溝部６０に嵌合させる構造の超音波リニアモータ
について既に先の出願を行っている (実願昭６３ー１０
６７０２号) 。
【０００３】
【考案が解決しようとする課題】しかしながら、上記構
造の超音波リニアモータでは、振動体の連結部に配設さ
れてこの振動体を前記連結部の垂直方向に加振する圧電
素子としては積層型アクチュエータが用いられており、
この積層型アクチュエータは連結部から外方に突出する
形状であるため、超音波リニアモータがこの突出部分に
より外形が大きくなってしまうという問題があった。
造の超音波リニアモータでは、振動体の連結部に配設さ
れてこの振動体を前記連結部の垂直方向に加振する圧電
素子としては積層型アクチュエータが用いられており、
この積層型アクチュエータは連結部から外方に突出する
形状であるため、超音波リニアモータがこの突出部分に
より外形が大きくなってしまうという問題があった。
【０００４】本考案の目的は、圧電素子として積層型ア
クチュエータを用いることにより超音波リニアモータの
外形が大きくなってしまうという問題を解決し、よりコ
ンパクトな超音波リニアモータを提供することである。
クチュエータを用いることにより超音波リニアモータの
外形が大きくなってしまうという問題を解決し、よりコ
ンパクトな超音波リニアモータを提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本考案の超音波リニアモータは、一対の平行な脚部
と、該脚部と直交する位置関係に設けられた胴部と、前
記脚部と前記胴部とをそれぞれ連結するとともにこれら
脚部と胴部とに対して傾斜した位置関係に設けられた連
結部とからなる振動体と、該振動体の前記連結部のそれ
ぞれの上面及び下面に配設されて前記振動体を加振する
圧電素子とを有することを特徴としている。
に、本考案の超音波リニアモータは、一対の平行な脚部
と、該脚部と直交する位置関係に設けられた胴部と、前
記脚部と前記胴部とをそれぞれ連結するとともにこれら
脚部と胴部とに対して傾斜した位置関係に設けられた連
結部とからなる振動体と、該振動体の前記連結部のそれ
ぞれの上面及び下面に配設されて前記振動体を加振する
圧電素子とを有することを特徴としている。
【０００６】
【作用】本考案の超音波リニアモータによれば、一対の
平行な脚部と、該脚部と直交する位置関係にある胴部と
をそれぞれ連結するとともにこれら脚部と胴部とに対し
て傾斜した位置関係にある連結部に配設される圧電素子
がそれぞれ連結部を加振すると脚部の下端に楕円振動が
励起されることになるが、圧電素子は連結部の上面及び
下面に分割して配設されることになる。したがって、連
結部から外方に突出する部分を小さくすることができる
ため、外形を小さくすることができる。
平行な脚部と、該脚部と直交する位置関係にある胴部と
をそれぞれ連結するとともにこれら脚部と胴部とに対し
て傾斜した位置関係にある連結部に配設される圧電素子
がそれぞれ連結部を加振すると脚部の下端に楕円振動が
励起されることになるが、圧電素子は連結部の上面及び
下面に分割して配設されることになる。したがって、連
結部から外方に突出する部分を小さくすることができる
ため、外形を小さくすることができる。
【０００７】
【実施例】本考案の一実施例による超音波リニアモータ
を図１〜図９を参照して以下に説明する。
を図１〜図９を参照して以下に説明する。
【０００８】図中符号１は弾性材料を各部の断面が略四
角形の振動体、符号１０、１１は振動体１を構成する互
いに平行な一対の脚部、符号１２は両脚部１０、１１と
直交する位置関係に設けられた胴部、符号１３、１４は
圧電素子 (後述する) の固定部分であって、両脚部１
０、１１と胴部１２とを連結するとともに、両脚部１
０、１１と胴部１２とに対して傾斜した位置関係に設け
られた一対の連結部をそれぞれ示している。また連結部
１３の上面１３a 、下面１３b 、連結部１４の上面１４
a 及び下面１４b には、それぞれ絶縁層３０、３１、３
２、３３が設けられ、各絶縁層３０〜３３上には、それ
ぞれ燐青銅箔３４、３５、３６、３７が一液性エポキシ
配合樹脂等により接合されており、各燐青銅箔３４〜３
７上には、振動体１を加振する圧電素子４１、４２、４
３、４４が同様に一液性エポキシ配合樹脂等により接合
されている。なお、振動体１は、アルミニウム、ジュラ
ルミン、鉄、真鍮、燐青銅あるいはステンレス鋼等の金
属材料、アルミナ、ガラスあるいは炭化ケイ素等の無機
材料、ポリイミド系樹脂あるいはナイロン等の有機材料
等により形成することができる。また、圧電素子４１〜
４４は積層型圧電アクチュエータあるいは単板の圧電セ
ラミックスを使用することができるが、本実施例におい
ては単板の圧電セラミックスを用いるものを例にとり説
明する。
角形の振動体、符号１０、１１は振動体１を構成する互
いに平行な一対の脚部、符号１２は両脚部１０、１１と
直交する位置関係に設けられた胴部、符号１３、１４は
圧電素子 (後述する) の固定部分であって、両脚部１
０、１１と胴部１２とを連結するとともに、両脚部１
０、１１と胴部１２とに対して傾斜した位置関係に設け
られた一対の連結部をそれぞれ示している。また連結部
１３の上面１３a 、下面１３b 、連結部１４の上面１４
a 及び下面１４b には、それぞれ絶縁層３０、３１、３
２、３３が設けられ、各絶縁層３０〜３３上には、それ
ぞれ燐青銅箔３４、３５、３６、３７が一液性エポキシ
配合樹脂等により接合されており、各燐青銅箔３４〜３
７上には、振動体１を加振する圧電素子４１、４２、４
３、４４が同様に一液性エポキシ配合樹脂等により接合
されている。なお、振動体１は、アルミニウム、ジュラ
ルミン、鉄、真鍮、燐青銅あるいはステンレス鋼等の金
属材料、アルミナ、ガラスあるいは炭化ケイ素等の無機
材料、ポリイミド系樹脂あるいはナイロン等の有機材料
等により形成することができる。また、圧電素子４１〜
４４は積層型圧電アクチュエータあるいは単板の圧電セ
ラミックスを使用することができるが、本実施例におい
ては単板の圧電セラミックスを用いるものを例にとり説
明する。
【０００９】そして、各圧電素子４１〜４４を図２に示
す電極構造とし、電源 (図示せず)から電圧を印加する
と、上記連結部１３、１４上でそれぞれ振動することに
なり、これにより、振動体１は加振されることになる。
なお、本実施例において振動体１と各圧電素子４１〜４
４とは上述のように電気的に絶縁してあるため、インピ
ーダンス測定をする場合に、片側ずつの測定に加えて同
位相・逆位相接続にしての測定ができ、特性評価が容易
にできる。
す電極構造とし、電源 (図示せず)から電圧を印加する
と、上記連結部１３、１４上でそれぞれ振動することに
なり、これにより、振動体１は加振されることになる。
なお、本実施例において振動体１と各圧電素子４１〜４
４とは上述のように電気的に絶縁してあるため、インピ
ーダンス測定をする場合に、片側ずつの測定に加えて同
位相・逆位相接続にしての測定ができ、特性評価が容易
にできる。
【００１０】そして、上記振動体１は、レール２の上面
の長手方向に両脚部１０、１１と略同等の幅を有するよ
うに形成されている溝２０に、その両脚部１０、１１の
下端を嵌入させる構造になっている。
の長手方向に両脚部１０、１１と略同等の幅を有するよ
うに形成されている溝２０に、その両脚部１０、１１の
下端を嵌入させる構造になっている。
【００１１】次いで、超音波振動による超音波リニアモ
ータの移動の機構を概略説明する。上述の構造の超音波
リニアモータの圧電素子４１〜４４に電圧を図２に示す
電極構造にしたがって付与すると、圧電素子４１〜４４
が振動することになり、この振動はそれぞれ接合した連
結部１３、１４を介して振動体１の各脚部１０、１１及
び胴部１２に伝達され、脚部１０、１１の軸線に平行な
成分は縦振動を、軸線に垂直な成分は撓み振動を与える
ことになる。この結果、両脚部１０、１１の下端に楕円
運動が励起される。したがって、両脚部１０、１１の下
端面にレール２を一定の圧力で押し付けると振動体１と
レール２は楕円運動の向きにしたがって移動することに
なる。ここで上記楕円運動は、両脚部１０、１１の縦振
動及び撓み振動、胴部１２の縦振動及び撓み振動の全て
を合成したものであり、それらの振動モードは、振動体
１と圧電素子４１〜４４等とを一体にした構造体の振動
特性等により適宜決定することができる。なお図２中Ｒ
は第１図における右側の連結部１４に接合された圧電素
子４４ (図２における上側) 、４３ (図２における下
側) を、Ｌは左側の連結部１３に接合された圧電素子４
１ (図２における上側)、４２ (図２における下側) を
それぞれ示している。
ータの移動の機構を概略説明する。上述の構造の超音波
リニアモータの圧電素子４１〜４４に電圧を図２に示す
電極構造にしたがって付与すると、圧電素子４１〜４４
が振動することになり、この振動はそれぞれ接合した連
結部１３、１４を介して振動体１の各脚部１０、１１及
び胴部１２に伝達され、脚部１０、１１の軸線に平行な
成分は縦振動を、軸線に垂直な成分は撓み振動を与える
ことになる。この結果、両脚部１０、１１の下端に楕円
運動が励起される。したがって、両脚部１０、１１の下
端面にレール２を一定の圧力で押し付けると振動体１と
レール２は楕円運動の向きにしたがって移動することに
なる。ここで上記楕円運動は、両脚部１０、１１の縦振
動及び撓み振動、胴部１２の縦振動及び撓み振動の全て
を合成したものであり、それらの振動モードは、振動体
１と圧電素子４１〜４４等とを一体にした構造体の振動
特性等により適宜決定することができる。なお図２中Ｒ
は第１図における右側の連結部１４に接合された圧電素
子４４ (図２における上側) 、４３ (図２における下
側) を、Ｌは左側の連結部１３に接合された圧電素子４
１ (図２における上側)、４２ (図２における下側) を
それぞれ示している。
【００１２】次に、上述のような本実施例の超音波リニ
アモータについて、有限要素法 (ＦＥＭ) を用いてシミ
ュレーションをおこなった。このとき、振動体１の材質
は燐青銅とし、振動体１の胴部１２の寸法は１．５mm×
長さ９．５４mm、両脚部１０、１１の寸法は１．５mm□
×長さ８．６２mmとし、両連結部１３、１４は、両脚部
１０、１１及び胴部１２に対して４５度で面取り量７．
２mmに面取りした形状とし、奥行はすべて５．０mmとし
た。また、圧電素子４１〜４４は、７．２mm×厚さ０．
５mm×奥行５．０mmのＰＺＴとした。そして、このよう
な超音波リニアモータを自由振動のモードで振動させた
ときのシミュレーション結果を図３〜図８に示す。な
お、振動源の周波数を図３は２６．４９６kＨzに、図４
は４５．０５４kＨzに、図５は５９．９２５kＨzに、図
６は６０．３３１kＨzに、図７は７６．６８３kＨzに、
図８は８６．４７０kＨzに設定した。
アモータについて、有限要素法 (ＦＥＭ) を用いてシミ
ュレーションをおこなった。このとき、振動体１の材質
は燐青銅とし、振動体１の胴部１２の寸法は１．５mm×
長さ９．５４mm、両脚部１０、１１の寸法は１．５mm□
×長さ８．６２mmとし、両連結部１３、１４は、両脚部
１０、１１及び胴部１２に対して４５度で面取り量７．
２mmに面取りした形状とし、奥行はすべて５．０mmとし
た。また、圧電素子４１〜４４は、７．２mm×厚さ０．
５mm×奥行５．０mmのＰＺＴとした。そして、このよう
な超音波リニアモータを自由振動のモードで振動させた
ときのシミュレーション結果を図３〜図８に示す。な
お、振動源の周波数を図３は２６．４９６kＨzに、図４
は４５．０５４kＨzに、図５は５９．９２５kＨzに、図
６は６０．３３１kＨzに、図７は７６．６８３kＨzに、
図８は８６．４７０kＨzに設定した。
【００１３】また、このシミュレーションの妥当性を確
認するために上述の超音波リニアモータについてインピ
ーダンス特性を測定した。なお、超音波リニアモータの
圧電素子４１〜４４に電圧を図２に示す電極構造にした
がって付与し、また圧電素子４１〜４４と振動体１との
間には厚さ０．０３mmの燐青銅箔を設けた。図９にその
結果を示す。
認するために上述の超音波リニアモータについてインピ
ーダンス特性を測定した。なお、超音波リニアモータの
圧電素子４１〜４４に電圧を図２に示す電極構造にした
がって付与し、また圧電素子４１〜４４と振動体１との
間には厚さ０．０３mmの燐青銅箔を設けた。図９にその
結果を示す。
【００１４】図９から、この超音波リニアモータの共振
周波数は２５．４kＨz、４８．８kＨz、５８．４kＨz、
６２．６kＨz、７４．８kＨz及び８６．０kＨzであるこ
とがわかる。
周波数は２５．４kＨz、４８．８kＨz、５８．４kＨz、
６２．６kＨz、７４．８kＨz及び８６．０kＨzであるこ
とがわかる。
【００１５】上記シミュレーション結果から、本実施例
の超音波リニアモータは６０kＨz付近で動作することが
わかる。また、インピーダンス特性から、シミュレーシ
ョン結果で推定される動作周波数が超音波リニアモータ
の共振周波数であり、シミュレーション結果が妥当であ
ることがわかる。
の超音波リニアモータは６０kＨz付近で動作することが
わかる。また、インピーダンス特性から、シミュレーシ
ョン結果で推定される動作周波数が超音波リニアモータ
の共振周波数であり、シミュレーション結果が妥当であ
ることがわかる。
【００１６】
【考案の効果】以上詳述したように、本考案によれば、
一対の平行な脚部と該脚部と直交する位置関係にある胴
部とを連結するとともに、これら脚部と胴部とに対して
傾斜した位置関係に設けられた連結部に配設される圧電
素子が両連結部に振動を与えて、これにより振動体を加
振することになるが、この圧電素子は連結部の上面及び
下面に分割して配設することができる。したがって、連
結部から外方に突出する部分を小さくすることができる
ため、外形を小さくすることができ、コンパクトな超音
波リニアモータとすることができる。また、インピーダ
ンス測定をした場合に、片側ずつの測定に加えて同位相
・逆位相接続にしての測定ができるため、特性評価が容
易であり、大量生産時における特性の均一化、さらに歩
留りの向上をはかることができる。
一対の平行な脚部と該脚部と直交する位置関係にある胴
部とを連結するとともに、これら脚部と胴部とに対して
傾斜した位置関係に設けられた連結部に配設される圧電
素子が両連結部に振動を与えて、これにより振動体を加
振することになるが、この圧電素子は連結部の上面及び
下面に分割して配設することができる。したがって、連
結部から外方に突出する部分を小さくすることができる
ため、外形を小さくすることができ、コンパクトな超音
波リニアモータとすることができる。また、インピーダ
ンス測定をした場合に、片側ずつの測定に加えて同位相
・逆位相接続にしての測定ができるため、特性評価が容
易であり、大量生産時における特性の均一化、さらに歩
留りの向上をはかることができる。
【図１】本考案の一実施例による超音波リニアモータを
示す斜視図である。
示す斜視図である。
【図２】本考案の一実施例による超音波リニアモータの
電極構造を示す図である。
電極構造を示す図である。
【図３】本考案の一実施例による超音波リニアモータの
ＦＥＭの一解析結果を示す図である。
ＦＥＭの一解析結果を示す図である。
【図４】本考案の一実施例による超音波リニアモータの
ＦＥＭの別の解析結果を示す図である。
ＦＥＭの別の解析結果を示す図である。
【図５】本考案の一実施例による超音波リニアモータの
ＦＥＭのさらに別の解析結果を示す図である。
ＦＥＭのさらに別の解析結果を示す図である。
【図６】本考案の一実施例による超音波リニアモータの
ＦＥＭのさらに別の解析結果を示す図である。
ＦＥＭのさらに別の解析結果を示す図である。
【図７】本考案の一実施例による超音波リニアモータの
ＦＥＭのさらに別の解析結果を示す図である。
ＦＥＭのさらに別の解析結果を示す図である。
【図８】本考案の一実施例による超音波リニアモータの
ＦＥＭのさらに別の解析結果を示す図である。
ＦＥＭのさらに別の解析結果を示す図である。
【図９】本考案の一実施例による超音波リニアモータの
インピーダンス特性を示す図である。
インピーダンス特性を示す図である。
【図１０】従来の超音波リニアモータを示す斜視図であ
る。
る。
１ 振動体 １０ ,１１ 脚部 １２ 胴部 １３ ,１４ 連結部 ４１〜４４ 圧電素子
Claims (1)
- 【請求項１】 一対の平行な脚部と、該脚部と直交する
位置関係に設けられた胴部と、前記脚部と前記胴部とを
それぞれ連結するとともにこれら脚部と胴部とに対して
傾斜した位置関係に設けられた連結部とからなる振動体
と、該振動体の前記連結部のそれぞれの上面及び下面に
配設されて前記振動体を加振する圧電素子とを有するこ
とを特徴とする超音波リニアモータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP450991U JP2529811Y2 (ja) | 1991-02-07 | 1991-02-07 | 超音波リニアモータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP450991U JP2529811Y2 (ja) | 1991-02-07 | 1991-02-07 | 超音波リニアモータ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0584189U JPH0584189U (ja) | 1993-11-12 |
| JP2529811Y2 true JP2529811Y2 (ja) | 1997-03-19 |
Family
ID=11586027
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP450991U Expired - Lifetime JP2529811Y2 (ja) | 1991-02-07 | 1991-02-07 | 超音波リニアモータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2529811Y2 (ja) |
-
1991
- 1991-02-07 JP JP450991U patent/JP2529811Y2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0584189U (ja) | 1993-11-12 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19961022 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |