JP2543163B2 - 超音波リニアモ―タ - Google Patents
超音波リニアモ―タInfo
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- JP2543163B2 JP2543163B2 JP63294904A JP29490488A JP2543163B2 JP 2543163 B2 JP2543163 B2 JP 2543163B2 JP 63294904 A JP63294904 A JP 63294904A JP 29490488 A JP29490488 A JP 29490488A JP 2543163 B2 JP2543163 B2 JP 2543163B2
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- Japan
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- vibration
- linear motor
- rail
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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 本発明は圧電体によって励振した弾性振動を用いて駆
動力を発生する超音波リニアモータに関する。
動力を発生する超音波リニアモータに関する。
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リニ
アモータが注目されている。
体に弾性振動を励振し、これを駆動力とした超音波リニ
アモータが注目されている。
以下、図面を参照しながら超音波リニアモータの従来
技術について説明を行う。
技術について説明を行う。
第５図は従来の超音波リニアモータの概念図であり、
円板形圧電体１および２を、円筒形の弾性体３および４
で挟んで固定することにより振動体５を構成している。
圧電体１および２に、振動体５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５は縦振動モードで上下方向に振動する。
円板形圧電体１および２を、円筒形の弾性体３および４
で挟んで固定することにより振動体５を構成している。
圧電体１および２に、振動体５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５は縦振動モードで上下方向に振動する。
振動体５の振動面から見た機械インピーダンスは、ホ
ーン６によりインピーダンス変換されて、伝送棒７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６の先端は伝送棒７の一端に近い一部に音響的に結合
される。従って、振動体５の上下振動は、ホーン６によ
り効率良く伝送棒７に伝えられ、伝送棒７は撓み振動を
する。この撓み振動は、伝送棒７の一端から他端に向か
って進行する。
ーン６によりインピーダンス変換されて、伝送棒７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６の先端は伝送棒７の一端に近い一部に音響的に結合
される。従って、振動体５の上下振動は、ホーン６によ
り効率良く伝送棒７に伝えられ、伝送棒７は撓み振動を
する。この撓み振動は、伝送棒７の一端から他端に向か
って進行する。
伝送棒７の他端に近い一部では、一端と同様にホーン
８の先端が音響的に結合されている。円板形圧電体９お
よび10を、円筒形の弾性体11および12で挟んで固定する
ことにより、振動体５と全く同じ振動体13を構成してい
る。ホーン８には、この振動体13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８により振動体13に伝えられ、振動体
13の上下振動に変換される。圧電体９および10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７には撓
み振動が進行波としてのみ存在する。
８の先端が音響的に結合されている。円板形圧電体９お
よび10を、円筒形の弾性体11および12で挟んで固定する
ことにより、振動体５と全く同じ振動体13を構成してい
る。ホーン８には、この振動体13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８により振動体13に伝えられ、振動体
13の上下振動に変換される。圧電体９および10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７には撓
み振動が進行波としてのみ存在する。
14は移動体であり、伝送棒７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14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。
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14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６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。伝送棒７の撓み振動により、伝送棒７
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。伝送棒７の上に移動体14を加圧
設置すれば、移動体14は波の頂点近傍でのみ伝送棒７に
接触する。従って、移動体14は伝送棒７との間の摩擦力
によって、楕円軌跡の横方向の速度で、撓み振動の進行
波の進行方向と逆の方向に移動する。また、同図中の15
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。
理を示している。伝送棒７の撓み振動により、伝送棒７
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。伝送棒７の上に移動体14を加圧
設置すれば、移動体14は波の頂点近傍でのみ伝送棒７に
接触する。従って、移動体14は伝送棒７との間の摩擦力
によって、楕円軌跡の横方向の速度で、撓み振動の進行
波の進行方向と逆の方向に移動する。また、同図中の15
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リニアモータは、ランジ
ュバン構造の振動体を縦振動モードで励振し、上記振動
体の振動面の縦振動をホーンによって伝送棒の撓み振動
に変換している。従って、効率良く撓み振動の進行波を
励振するために、振動面とホーン、ホーンと伝送棒との
間の機械インピーダンスの整合を正確にとらねばならな
い。現実には、このことは非常に困難であり、また接合
面を音響的に完全に結合することも難しく接触面で損失
を生じる。
ュバン構造の振動体を縦振動モードで励振し、上記振動
体の振動面の縦振動をホーンによって伝送棒の撓み振動
に変換している。従って、効率良く撓み振動の進行波を
励振するために、振動面とホーン、ホーンと伝送棒との
間の機械インピーダンスの整合を正確にとらねばならな
い。現実には、このことは非常に困難であり、また接合
面を音響的に完全に結合することも難しく接触面で損失
を生じる。
また、伝送棒に進行波のみを励振するために、一方か
ら入力した振動エネルギーは、他方で完全に消失しなけ
ればならない。従って、振動エネルギーの一部が機械出
力として取り出せ、大部分は熱に変わる。
ら入力した振動エネルギーは、他方で完全に消失しなけ
ればならない。従って、振動エネルギーの一部が機械出
力として取り出せ、大部分は熱に変わる。
加えて、比較的小さな移動体を移動するためにも、大
きな振動体と伝送棒を振動させなければならない。従っ
て、効率が低い、寸法が大きくなるという課題があっ
た。
きな振動体と伝送棒を振動させなければならない。従っ
て、効率が低い、寸法が大きくなるという課題があっ
た。
課題を解決するための手段 正方形断面を有する弾性体角柱の隣接する４つの長方
形面に、それぞれ圧電体を貼り付けて振動体を構成し、
上記振動体に、中心が振動の節で、両端が自由な撓み振
動を励振し、上記中心部の節点で上記振動体を支持し、
振動体を２つ用いて振動体の両端部に付けた溝または段
を介してレールを加圧接触して挟み込み、レールに沿っ
て振動体を移動させる。
形面に、それぞれ圧電体を貼り付けて振動体を構成し、
上記振動体に、中心が振動の節で、両端が自由な撓み振
動を励振し、上記中心部の節点で上記振動体を支持し、
振動体を２つ用いて振動体の両端部に付けた溝または段
を介してレールを加圧接触して挟み込み、レールに沿っ
て振動体を移動させる。
作 用 正方形断面を有する弾性体角柱の４つの長方形側面
に、分極方向が逆である２枚の圧電体をそれぞれ貼付け
て振動体を構成することにより大出力化を実現し、角柱
形の振動体を中心部の節点で支持することにより、損失
の小さい振動体の位置固定が可能となり、２つの振動体
でレールを挟み込み、振動体の両端から機械出力を取り
出すことにより、効率の高い、形状の小さい超音波リニ
アモータが実現できる。
に、分極方向が逆である２枚の圧電体をそれぞれ貼付け
て振動体を構成することにより大出力化を実現し、角柱
形の振動体を中心部の節点で支持することにより、損失
の小さい振動体の位置固定が可能となり、２つの振動体
でレールを挟み込み、振動体の両端から機械出力を取り
出すことにより、効率の高い、形状の小さい超音波リニ
アモータが実現できる。
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。
説明を行う。
第１図（ａ）は、本発明の１実施例の振動体の構造を
示す斜視図である。同図において、16は主要部分が正方
形断面を有する弾性体角柱、17a・17b、18a・18bはそれ
ぞれ厚さ方向に分極され、２つの主面に電極付けされた
圧電セラミックであり、弾性体角柱16に接着されてい
る。圧電セラミック中の正負の符号は、分極の向きを示
す。また、圧電セラミック17a・17bの接着された面の反
対面には、圧電セラミック17c・17dが、それぞれ圧電セ
ラミック17a・17bと同じ分極方向に接着され、圧電セラ
ミック18a・18bの接着された面の反対面には、圧電セラ
ミック18c・18dが、それぞれ圧電セラミック18a・18bと
同じ分極方向に接着されている。第１図（ｂ）は第１図
（ａ）を矢印の方向から見た側面図である。
示す斜視図である。同図において、16は主要部分が正方
形断面を有する弾性体角柱、17a・17b、18a・18bはそれ
ぞれ厚さ方向に分極され、２つの主面に電極付けされた
圧電セラミックであり、弾性体角柱16に接着されてい
る。圧電セラミック中の正負の符号は、分極の向きを示
す。また、圧電セラミック17a・17bの接着された面の反
対面には、圧電セラミック17c・17dが、それぞれ圧電セ
ラミック17a・17bと同じ分極方向に接着され、圧電セラ
ミック18a・18bの接着された面の反対面には、圧電セラ
ミック18c・18dが、それぞれ圧電セラミック18a・18bと
同じ分極方向に接着されている。第１図（ｂ）は第１図
（ａ）を矢印の方向から見た側面図である。
19a、19bは機械出力端、20a、20bは振動体を位置固定
するための支持穴である。圧電セラミック17a・17b・17
c・17dに電界を印加すれば、振動体は紙面に垂直な面内
で撓み振動を起こし、圧電セラミック18a・18b・18c・1
8dに電界を印加すれば、振動体は紙面に平行な面内で撓
み振動を起こす。
するための支持穴である。圧電セラミック17a・17b・17
c・17dに電界を印加すれば、振動体は紙面に垂直な面内
で撓み振動を起こし、圧電セラミック18a・18b・18c・1
8dに電界を印加すれば、振動体は紙面に平行な面内で撓
み振動を起こす。
第２図は、第１図の本発明の振動体に励振される撓み
振動の１例の変位分布図である。振動体の中心部では撓
み振動の変位は０なので、支持穴20を介して振動体を位
置固定すれば、損失の小さい支持が可能である。
振動の１例の変位分布図である。振動体の中心部では撓
み振動の変位は０なので、支持穴20を介して振動体を位
置固定すれば、損失の小さい支持が可能である。
第１図の圧電セラミック17により励振される撓み振動
と、圧電セラミック18により励振される撓み振動とは、
振動姿態および共振周波数は全く同じであり、その空間
的な位置が直交しているので、圧電セラミック17と圧電
セラミック18に印加する電界の位相を時間的に90度だけ
ずらしておけば、振動体の両端は円または楕円軌跡を描
いて運動する。
と、圧電セラミック18により励振される撓み振動とは、
振動姿態および共振周波数は全く同じであり、その空間
的な位置が直交しているので、圧電セラミック17と圧電
セラミック18に印加する電界の位相を時間的に90度だけ
ずらしておけば、振動体の両端は円または楕円軌跡を描
いて運動する。
第３図は、以上述べたような振動体を使用した超音波
リニアモータの１構成例である。同図において、21は振
動体Ａ、22は振動体Ｂであり、支持棒23によって、２つ
の振動体の先端でレール26を挟むようにして、支持穴を
介して結合されている。24は加圧用バネであり、加圧調
節ネジ25によって、振動体の先端とレール26との加圧力
を調節する。
リニアモータの１構成例である。同図において、21は振
動体Ａ、22は振動体Ｂであり、支持棒23によって、２つ
の振動体の先端でレール26を挟むようにして、支持穴を
介して結合されている。24は加圧用バネであり、加圧調
節ネジ25によって、振動体の先端とレール26との加圧力
を調節する。
振動体A21と振動体B22の相対する先端は、レールに垂
直な方向の振動の振幅は反対方向に、レールに平行な方
向の振動の振幅は同方向になるようにする。同図中の矢
印は、２つの撓み振動によって作られる先端部の軌跡で
ある。これによって、振動体A21と振動体B22の相対する
２組みの先端は、それぞれ振動体自身をレール26に沿っ
て移動させるように交互に動作する。
直な方向の振動の振幅は反対方向に、レールに平行な方
向の振動の振幅は同方向になるようにする。同図中の矢
印は、２つの撓み振動によって作られる先端部の軌跡で
ある。これによって、振動体A21と振動体B22の相対する
２組みの先端は、それぞれ振動体自身をレール26に沿っ
て移動させるように交互に動作する。
また、第３図の実施例では振動体A21と振動体B22の両
端に段を付けて、この段を介してレール26に加圧設置し
ているので、負荷状態などにより振動体の両端のレール
26に対する相対速度が異なっても、振動体のレール26に
対する姿勢は一定に保たれる。この機構が無い時には振
動体の両端のレール26に対する相対速度が異なれば、振
動体はレール26から外れてしまう。
端に段を付けて、この段を介してレール26に加圧設置し
ているので、負荷状態などにより振動体の両端のレール
26に対する相対速度が異なっても、振動体のレール26に
対する姿勢は一定に保たれる。この機構が無い時には振
動体の両端のレール26に対する相対速度が異なれば、振
動体はレール26から外れてしまう。
第４図は、振動体のレールに対する姿勢を一定に保つ
ための別の実施例である。振動体C27と振動体D28のそれ
ぞれの両端には溝29を設けてあり、同図に示すように、
溝29を介して振動体C27と振動体D28をレール30に加圧設
置している。従って、常に振動体はレール30に沿って移
動するので、振動体はレールに対して姿勢を一定に保つ
ことができる。31は振動体の支持のための支持棒、32は
加圧のための加圧用バネ、33は加圧力の調整用の調整ネ
ジである。
ための別の実施例である。振動体C27と振動体D28のそれ
ぞれの両端には溝29を設けてあり、同図に示すように、
溝29を介して振動体C27と振動体D28をレール30に加圧設
置している。従って、常に振動体はレール30に沿って移
動するので、振動体はレールに対して姿勢を一定に保つ
ことができる。31は振動体の支持のための支持棒、32は
加圧のための加圧用バネ、33は加圧力の調整用の調整ネ
ジである。
発明の効果 本発明によれば、簡単な構造によって、寸法の小さ
な、重さの軽い、しかも効率の高い超音波リニアモータ
を提供できる。
な、重さの軽い、しかも効率の高い超音波リニアモータ
を提供できる。
第１図（ａ）は本発明の１実施例の振動体の構造を示す
斜視図、第１図（ｂ）は同図（ａ）の振動体の側面図、
第２図は第１図の実施例の振動体の１振動例の変位分布
図、第３図は第１図の振動体を使用した超音波リニアモ
ータの１構成例の概観図、第４図は別の振動体を使用し
た超音波リニアモータの構成例の概観図、第５図は従来
の超音波リニアモータの概観図、第６図は超音波リニア
モータの駆動原理を示す説明図である。 16……弾性体、 17a・ｂ・ｃ・ｄ……圧電体、 18a・b.c.d……圧電体、 19a・ｂ……出力端、 20a・ｂ……支持穴、 21……振動体Ａ、22……振動体Ｂ、 23……支持棒、24……加圧用バネ、 25……加圧調節ネジ、26……レール、 27……振動体Ｃ、28……振動体Ｄ、 29……溝、30……レール、 31……支持棒、32……加圧用バネ 33……調整ネジ。
斜視図、第１図（ｂ）は同図（ａ）の振動体の側面図、
第２図は第１図の実施例の振動体の１振動例の変位分布
図、第３図は第１図の振動体を使用した超音波リニアモ
ータの１構成例の概観図、第４図は別の振動体を使用し
た超音波リニアモータの構成例の概観図、第５図は従来
の超音波リニアモータの概観図、第６図は超音波リニア
モータの駆動原理を示す説明図である。 16……弾性体、 17a・ｂ・ｃ・ｄ……圧電体、 18a・b.c.d……圧電体、 19a・ｂ……出力端、 20a・ｂ……支持穴、 21……振動体Ａ、22……振動体Ｂ、 23……支持棒、24……加圧用バネ、 25……加圧調節ネジ、26……レール、 27……振動体Ｃ、28……振動体Ｄ、 29……溝、30……レール、 31……支持棒、32……加圧用バネ 33……調整ネジ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−262068（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−59777（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−110968（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】正方形断面を有する弾性体角柱の４つの長
方形側面に、分極方向が逆である２枚の圧電体をそれぞ
れ貼り付けて振動体を構成し、 前記振動体の長さ方向の中心部に穴を開け、前記穴に支
持棒を貫通することにより前記振動体を支持し、 前記振動体を２つ用い、前記２つの振動体の両端部に溝
または段を付けて前記溝または前記段を介してレールを
加圧接触して挟み込み、 前記圧電体に交流電圧を印加して、前記振動体に中心が
振動の節で両端が自由な２次の撓み振動で変位面が直交
する２つの振動を同時に励振して、前記振動体の前記両
端に円または楕円運動を起こし、 前記レールに沿って前記振動体を移動させることを特徴
とする超音波リニアモータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63294904A JP2543163B2 (ja) | 1988-11-22 | 1988-11-22 | 超音波リニアモ―タ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63294904A JP2543163B2 (ja) | 1988-11-22 | 1988-11-22 | 超音波リニアモ―タ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02142367A JPH02142367A (ja) | 1990-05-31 |
| JP2543163B2 true JP2543163B2 (ja) | 1996-10-16 |
Family
ID=17813761
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63294904A Expired - Lifetime JP2543163B2 (ja) | 1988-11-22 | 1988-11-22 | 超音波リニアモ―タ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2543163B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2644931B2 (ja) * | 1991-05-30 | 1997-08-25 | 沖電気工業株式会社 | 移送用超音波アクチュエータ及び移送装置 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2632811B2 (ja) * | 1986-08-29 | 1997-07-23 | キヤノン株式会社 | 振動駆動モータ |
| JPH0787706B2 (ja) * | 1986-10-28 | 1995-09-20 | 松下電器産業株式会社 | 超音波リニアモ−タ |
| JPS63262068A (ja) * | 1987-04-15 | 1988-10-28 | Canon Inc | 振動波モ−ター |
-
1988
- 1988-11-22 JP JP63294904A patent/JP2543163B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02142367A (ja) | 1990-05-31 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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