JP2533801Y2 - 超音波リニアモータ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 この考案は圧電振動子を駆動源とした超音波リニアモ
ータに係り、特に、圧電振動子の分極方向を揃えて配置
し、移動体を効率よく往復走行させるのに好適な超音波
リニアモータに関する。

（ロ）従来技術 一般にリニアモータには電磁力を利用したモータが供
されていたが、このリニアモータは形状や材料などの制
約があり、構造的にも巻線を有し、高出力を得るために
は希土類系の永久磁石を使用しなければならずコスト高
になっていた。

又、超音波モータとしては、円環状のモータや直線状
のモータが種々開発されているが、今までの直線状のモ
ータでは振動子を直線上に配置しても、振動波による推
力が得られず、リニアモータとして充分な機能が得られ
ていなかった。

（ハ）考案が解決しようとする問題 この考案は上記問題点を解決するためになされたもの
で、直線状の振動体の振動による推力を有効に利用し、
超音波モータの特徴を有する超音波リニアモータを提供
することを目的とする。

（ニ）問題を解決するための手段 この考案の超音波リニアモータは、直線帯状弾性体に
複数の圧電振動子を等間隔に接合して得られる直線帯状
振動体の圧電振動子に超音波電気信号を印加して直線帯
状弾性体を振動させ、この直線帯状弾性体に設けた複数
の突起物に移動体を圧接し摩擦力により移動体を動かす
超音波リニアモータにおいて、 前記圧電振動子を極性を揃えて２組に分け、それぞれ
の組の圧電振動子に互いにπ/2の位相差を持つ超音波電
気信号を印加し、直線帯状弾性体にπ/2の位相差を持つ
定在波を生じさせ、前記２つの超音波電気信号の位相の
符号を変えることにより定在波が合成されて生じる疑似
進行波の進行方向を変えて、移動体の進行方向を切り換
えることをと特徴とする。

また、直線帯状弾性体の両端から最近の節の位置で直
線帯状振動体より弾性係数の大きくない支持体で支持
し、この支持部において直線帯状弾性体に幅方向圧力を
加えたことを特徴とする。

（ホ）作用 直線帯状弾性体に圧電振動子の振動が加えられると、
直線帯状弾性体に２組の圧電振動子に対応して、それぞ
れ１つずつ現れ、その位相差は圧電振動子の位相差と等
しくπ/2となり、これらの定在波を合成して進行波が形
成される。発生したそれぞれの定在波が直線帯状弾性体
の端面からの反射波等によりこの進行波に多少の歪みを
発生させる。この波を疑似進行波とする。

この疑似進行波の進む方向は２つの定在波の位相差の
符号により変わる。

このような疑似進行波により直線帯状弾性体の突起部
の先端は楕円状に動かされ疑似進行波と逆方向に移動体
を送る。

直線帯状振動体の端に最近の節で直線帯状弾性体より
弾性係数の大きくない支持体で支持すると、支持体によ
り定在波の合成によってできた疑似進行波が減衰され
ず、また、支持部で幅方向に圧力を加えると直線帯状弾
性体側面の剛性が増し、突起部に振動を集中させて移動
体を効率よく往復移動させることが可能になる。

（ヘ）実施例 この考案に係る超音波リニアモータの実施例を第１図
乃至第８図に基づいて説明する。

第１図は本考案の直線帯状振動体を示す平面図、第２
図は同直線帯状振動体を示す側面図、第３図は同直線帯
状振動体を示す正面図である。

図において、１は直線帯状弾性体であり、直方体形状
の表面に突起部1a,1b及び1cが突設され、この突起部か
ら圧電振動子の1/40の長さの距離だけ左へ寄った位置の
裏面に圧電振動子3a,3bおよび3cとこの圧電振動子3cか
ら圧電振動子の1/4の長さの位置に圧電振動子3dが導電
性接着剤２により接合されて直線帯状振動体が構成され
ている。

突起部1a,1bおよび1cと圧電振動子3a,3b,3cおよび3d
の配列ピッチは直線帯状弾性体１に生じる定在波の波長
λの1/2であり、また圧電振動子3a,3b,3c及び3dの長さ
はｌである。

直線帯状弾性体１の左端と圧電振動子3aの左端との距
離はl/4、また、直線帯状弾性体１の右端と圧電振動子3
dの右端との距離はl/4としている。

第２図に示すように、直線帯状弾性体１の幅Ｗは2l/3
を越えず圧電振動子の幅W2は直線帯状弾性体１の幅Ｗを
越えない。

さらに、突起部の幅W1は直線帯状弾性体１の幅Ｗの1/
2を越えない。

第３図及び第１図に示すように、直線帯状弾性体１の
厚みｔの中心、また圧電振動子3aの左端および圧電振動
子3dの 端から夫々l/4の距離の位置の両側部にねじ穴6
a,6b,6cおよび6dが設けられ、第４図に示すようにねじ1
0a,10b,10cおよび10dにより直線帯状弾性体１と同じか
小さい弾性係数を有する支持体9aおよび9bが締め付けら
れている。

上記ねじ穴の位置は直線帯状弾性体１に生じる定在波
の節の位置に相当する。

第３図で示すように圧電振動子3a,3b,3cおよび3dのマ
イナス極は直線帯状弾性体１に接合され導電線材４を会
して超音波電気信号源７および８のグランド側端子に接
続されている。

圧電振動子3aおよび3bのプラス極同士は導電線材４で
結合されａ相を形成し導電線材４を介して超音波電気信
号源７の出力端子に接続されている。

圧電振動子3cおよび3dのプラス極同士は導電線材４で
結合されｂ相を形成し導電線材４を介して超音波電気信
号源８の出力端子に接続されている。

上記構成において、超音波電気信号源８の出力信号の
位相を超音波電気信号源７の出力信号の位相よりπ/2だ
け進めてこれらの信号を圧電振動子に加えると、圧電振
動子が伸びると直線帯状弾性体１も伸びて厚みが減少し
て谷となり、圧電振動子が縮むと直線帯状弾性体１も縮
んで厚みが増大して山となる定在波が発生し、その位相
差はπ/2となる。第７図は＋π/2位相のずれた定在波と
の合成波である疑似進行波、（図では、歪み成分をなく
した進行波として表す）第８図は−π/2位相のずれた定
在波との合成波である疑似進行波。（図では、歪み成分
をなくした進行波として表す）上記２つの定在波により
疑似進行波合成され、その進行波第５図に矢印Ｒで示す
ように右方向に進み、突起部は図示のように楕円軌跡を
左回転方向に動く。

突起部に移動体５を所定荷重Ｐで加圧すると、移動体
５は摩擦力で矢印F_Lの方向に送られる。

超音波電気信号源８の出力信号の位相を超音波電気信
号源７の出力信号の位相よりπ/2だけ遅らせてこれらの
信号を圧電振動子に加えると、第６図に示すように、疑
似進行波は矢印Ｌで示すように左方向に進み、突起部は
図示のように楕円軌跡を右回転方向に動く。

突起部に移動体５を所定荷重Ｐで加圧すると、移動体
５は摩擦力で矢印F_R方向に送られる。

このように、移動体を往復移動する駆動力は上述の直
線帯状弾性体、圧電振動子および支持体の寸法および位
置関係にいて効率よく得られる。

この考案の実施例は以上のように構成されているが考
案はこれに限らず、例えば、圧電振動子１に対し、突起
部を１以上設けてもよく、その位置も実施例の通りに限
定されない。

更に、ａ相とｂ相の圧電振動子は互いに逆極に接続し
てもよい。

（ト）考案の効果 以上、説明したようにこの考案の超音波リニアモータ
によれば、直線帯状弾性体の突起部が滑らかな楕円運動
を行い移動体と効率よく往復駆動することができる。

また、摩擦により移動体を駆動するため、停止時に移
動体を自己保持することができるという効果を得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第８図はこの考案に係る超音波リニアモータ
の実施例を示し、第１図は本考案の直線帯状振動体を示
す平面図、第２図は同直線帯状振動体を示す側面図、第
３図は同直線帯状振動体を示す正面図、第４図は同直線
帯状振動体の支持状態を示す斜視図、第５図及び第６図
は同実施例の作用を示す部分表面図、第７図及び第８図
はａ相とｂ相の定在波からなる疑似進行波の図である。 主な符号の説明 1:直線帯状弾性体 1a,1b,1c:突起部 2:導電性接着剤 3a,3b,3c,3d:圧電振動子 4:導電線材 5:移動体 6a,6b,6c,6d:ねじ穴 7,8:超音波電気信号源 9a,9b:支持体 10a,10b,10c,10d:ねじ

Claims (2)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】直線帯状弾性体に複数の圧電振動子を等間
   隔に接合して得られる直線帯状振動体の圧電振動子に超
   音波電気信号を印加して直線帯状弾性体を振動させ、こ
   の直線帯状弾性体に設けた複数の突起部に移動体を圧接
   し摩擦力により移動体を動かす超音波リニアモータにお
   いて、 前記圧電振動子を極性を揃えて２組に分け、それぞれの
   組の圧電振動子に互いにπ/2の位相差を持つ超音波電気
   信号を印加し、直線帯状弾性体にπ/2の位相差を持つ定
   在波を生じさせ、前記２つの超音波電気信号の位相の符
   号を変えることにより定在波が合成されて生じる擬似進
   行波の進行方向を変えて、移動体の進行方向を切換える
   ことを特徴とする超音波リニアモータ。
2. 【請求項２】前記直線帯状弾性体の両端から最近の節の
   位置で直線帯状振動体より弾性係数の大きくない支持体
   で支持し、この支持部において直線帯状弾性体に幅方向
   圧力を加えたことを特徴とする請求項１記載の超音波リ
   ニアモータ。