JP2694035B2 - 超音波リニアモータ - Google Patents
超音波リニアモータInfo
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- JP2694035B2 JP2694035B2 JP1314400A JP31440089A JP2694035B2 JP 2694035 B2 JP2694035 B2 JP 2694035B2 JP 1314400 A JP1314400 A JP 1314400A JP 31440089 A JP31440089 A JP 31440089A JP 2694035 B2 JP2694035 B2 JP 2694035B2
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は圧電振動子を駆動源として超音波リニアモ
ータに係わり、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ことができる超
音波リニアモータに関する。
ータに係わり、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ことができる超
音波リニアモータに関する。
［従来の技術］ 一般にリニアモータには電磁力が利用されていたが、
リニアモータは形状や材料等の制約があり、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。
リニアモータは形状や材料等の制約があり、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。
この従来の電磁力に代わって超音波振動による摩擦力
を利用した超音波モータに関して最近多くの報告がなさ
れている。
を利用した超音波モータに関して最近多くの報告がなさ
れている。
しかしながら、移動体を直線状に送るリニアモータに
関しては、超音波モータの振動体を直線状に配置して
も、振動方向が定まらず有効な推力が得られず、リニア
モータとしての機能が得られていなかった。
関しては、超音波モータの振動体を直線状に配置して
も、振動方向が定まらず有効な推力が得られず、リニア
モータとしての機能が得られていなかった。
［発明が解決しようとする課題］ この発明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。
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。
［課題を解決するための手段］ この発明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1/2波長のピッチで等間隔に接合
し、該圧電振動子に超音波電気信号を印加して前記直線
帯状弾性体を振動させ、該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該移動体を動か
す超音波リニアモータにおいて、 前記圧電振動子を前記直線帯状弾性体の端から略1/4
波長および圧電振動子の長さの略1/4の距離の位置に夫
々両端の圧電振動子の端の位置を合せて１列に直線帯状
弾性体に配置すると共に、前記圧電振動子を極性を揃え
て２組に分け、前記直線帯状弾性体を長さ方向の最外側
の圧電振動子の端の位置および圧電振動子の端の位置か
ら圧電振動子の長さの略1/2の距離だけ外側の位置で、
また、直線帯状弾性体の厚さ方向の略中央位置で直線帯
状弾性体より弾性係数の大きくない支持体で軸支し、さ
らに、直線帯状弾性体に幅方向圧力を加えて支持し、夫
々の組み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、該２つの定在波が合成されて擬似
的な進行波を発生して前記複数の突起に圧接した前記移
動体を移動させ、且つ、前記２つの超音波電気信号の位
相差の符号を反転することにより前記移動体の移動方向
を切換えるものである。
複数の圧電振動子を1/2波長のピッチで等間隔に接合
し、該圧電振動子に超音波電気信号を印加して前記直線
帯状弾性体を振動させ、該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該移動体を動か
す超音波リニアモータにおいて、 前記圧電振動子を前記直線帯状弾性体の端から略1/4
波長および圧電振動子の長さの略1/4の距離の位置に夫
々両端の圧電振動子の端の位置を合せて１列に直線帯状
弾性体に配置すると共に、前記圧電振動子を極性を揃え
て２組に分け、前記直線帯状弾性体を長さ方向の最外側
の圧電振動子の端の位置および圧電振動子の端の位置か
ら圧電振動子の長さの略1/2の距離だけ外側の位置で、
また、直線帯状弾性体の厚さ方向の略中央位置で直線帯
状弾性体より弾性係数の大きくない支持体で軸支し、さ
らに、直線帯状弾性体に幅方向圧力を加えて支持し、夫
々の組み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、該２つの定在波が合成されて擬似
的な進行波を発生して前記複数の突起に圧接した前記移
動体を移動させ、且つ、前記２つの超音波電気信号の位
相差の符号を反転することにより前記移動体の移動方向
を切換えるものである。
また、前記超音波リニアモータにおいて、前記突起部
と圧電振動子を１対１に対応させ、突起部の位置を各圧
電振動子の端から同一方向に圧電振動子の1/4の長さの
位置に揃えて配置したものである。
と圧電振動子を１対１に対応させ、突起部の位置を各圧
電振動子の端から同一方向に圧電振動子の1/4の長さの
位置に揃えて配置したものである。
さらに、前記突起部の位置の各圧電振動子の同じ側一
方の端の位置に揃えて配置したものである。
方の端の位置に揃えて配置したものである。
［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、
直線帯状弾性体内に定在波が発生する。
直線帯状弾性体内に定在波が発生する。
定在波は２組みの圧電振動子に対応して、夫々１つず
つ現れ、その位相差は圧電振動子の位相差と同じくπ/2
となり、これらの定在波から疑似的な進行波が合成され
る。疑似的な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。
つ現れ、その位相差は圧電振動子の位相差と同じくπ/2
となり、これらの定在波から疑似的な進行波が合成され
る。疑似的な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。
このような疑似的な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進行波と逆方向に移動体
を送る。その推力は突起部が圧電振動子の端の位置乃至
端から圧電振動子の1/4の長さの位置で大きくなり効率
よく動力が得られる。
起部の先端は楕円状に動かされ進行波と逆方向に移動体
を送る。その推力は突起部が圧電振動子の端の位置乃至
端から圧電振動子の1/4の長さの位置で大きくなり効率
よく動力が得られる。
直線帯状弾性体の端に近い節の位置で直線帯状弾性体
より弾性係数の大きくない支持体で支持すると、支持体
により疑似的な進行波が減衰されず、また、支持部で幅
方向圧力を加えると直線帯状弾性体側面の剛性が増大し
突起部に振動を集中させ移動体を効率よく送るようにな
る。
より弾性係数の大きくない支持体で支持すると、支持体
により疑似的な進行波が減衰されず、また、支持部で幅
方向圧力を加えると直線帯状弾性体側面の剛性が増大し
突起部に振動を集中させ移動体を効率よく送るようにな
る。
［実施例］ 以下、この発明の実施例を図面を参照して説明する。
第１図乃至第３図はこの発明の第１の実施例における
直線状帯状振動体を示す図である。
直線状帯状振動体を示す図である。
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,1cおよび1dが突設され、裏面に圧電
振動子3a,3b,3cおよび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。
表面に突起部1a,1b,1cおよび1dが突設され、裏面に圧電
振動子3a,3b,3cおよび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,1cおよび1d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、圧電振動子3a,3b,3cおよび3dの長さ
はｌである。
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、圧電振動子3a,3b,3cおよび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λ/4としてある。
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λ/4としてある。
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。
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４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の右端か
らl/2の距離の位置にねじ穴6a,6b,6cおよび6dが設けら
れ、第５図および第６図に示すようにねじ10a,10b,10c
および10dにより支持体9aおよび9bが締め付けられてい
る。
心、また圧電振動子3aの左端および圧電振動子の右端か
らl/2の距離の位置にねじ穴6a,6b,6cおよび6dが設けら
れ、第５図および第６図に示すようにねじ10a,10b,10c
および10dにより支持体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。
の節の位置に相当する。
第３図に示すように、圧電振動子3a,3b,3c,および3d
の一極は直線帯状弾性体１に接合され導電線材４を介し
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。
の一極は直線帯状弾性体１に接合され導電線材４を介し
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＋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＋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を出力端子に接続され
ている。
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＋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を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２つの定在波が発生し、そ
の位相差はπ/2である。
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２つの定在波が発生し、そ
の位相差はπ/2である。
上記２つの定在波が合成され、完全な進行波ではなく
しかも完全な定在波でもない、いわゆる擬似的な進行波
（見掛け上進行波は観測できる）を形成して、この擬似
的な進行波は第７図に矢印Ｒで示すように右方向に進
み、突起部1a,1b,1c,1dは図示のように楕円軌跡を左回
転方向に動く。
しかも完全な定在波でもない、いわゆる擬似的な進行波
（見掛け上進行波は観測できる）を形成して、この擬似
的な進行波は第７図に矢印Ｒで示すように右方向に進
み、突起部1a,1b,1c,1dは図示のように楕円軌跡を左回
転方向に動く。
突起部1a,1b,1c,1dに移動体５をＰの荷重で加圧する
と、移動体５は摩擦力で矢印FLの方向に送られる。
と、移動体５は摩擦力で矢印FL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８図で示すように。上
記π/2だけ進めて加えた時とは逆に擬似的な進行波が矢
印Ｌで示すように左方向に進み、突起部1a,1b,1c,1dは
図示のように楕円軌跡を右回転方向に動く。
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８図で示すように。上
記π/2だけ進めて加えた時とは逆に擬似的な進行波が矢
印Ｌで示すように左方向に進み、突起部1a,1b,1c,1dは
図示のように楕円軌跡を右回転方向に動く。
突起部1a,1b,1c,1dに移動体５をＰの荷重で加圧する
と、移動体５は摩擦力で矢印FRの方向に送られる。
と、移動体５は摩擦力で矢印FRの方向に送られる。
なお、上記の直線帯状弾性体を１列に配置することに
より移動ストロークの長いリニアモータが得られる。
より移動ストロークの長いリニアモータが得られる。
このように、移動体を送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
おいて効率よく得られる。
性体，圧電振動子および支持体の寸法および位置関係に
おいて効率よく得られる。
第９図乃至第11図はこの発明の第２の実施例における
直線帯状振動体を示す図である。
直線帯状振動体を示す図である。
第２の実施例では突起部は圧電振動子の右端の位置に
配置されている。ただし右端の圧電振動子の位置には突
起部は設けられていない。他の構成は第１実施例と同様
であり、このような構成によっても超音波リニアモータ
を得ることができる。
配置されている。ただし右端の圧電振動子の位置には突
起部は設けられていない。他の構成は第１実施例と同様
であり、このような構成によっても超音波リニアモータ
を得ることができる。
この発明の実施例は以上のように構成されているが発
明はこれに限られず、例えば、圧電振動子１に対し、突
起部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。さらに、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。
明はこれに限られず、例えば、圧電振動子１に対し、突
起部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。さらに、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。
［発明の効果］ 以上、説明したようにこの発明の超音波リニアモータ
によれば、直線帯状弾性の突起部が滑らかな楕円運動を
行い移動体を効率よく駆動することができる。
によれば、直線帯状弾性の突起部が滑らかな楕円運動を
行い移動体を効率よく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という効果を得ることができる。
動体を自己保持するという効果を得ることができる。
第１図はこの発明の第１の実施例である超音波リニアモ
ータ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部を示す正
面図、第５図は同直線帯状振動体の支持状態を示す正面
図、第６図は同直線帯状振動体の支持状態を示す側面
図、第７図および第８図は同実施例の作用を示す部分正
面図、第９図はこの発明の第２の実施例である超音波リ
ニアモータの直線帯状振動体を示す平面図、第10図は同
直線帯状振動体を示す側面図、第11図は同直線帯状振動
体を示す正面図である。 １……直線帯状弾性体、1a,1b,1c,1d……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,6b……ねじ穴、
７、８……超音波電気信号源、9a,9b……支持体、10a,1
0b,10c,10d……ねじ。
ータ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部を示す正
面図、第５図は同直線帯状振動体の支持状態を示す正面
図、第６図は同直線帯状振動体の支持状態を示す側面
図、第７図および第８図は同実施例の作用を示す部分正
面図、第９図はこの発明の第２の実施例である超音波リ
ニアモータの直線帯状振動体を示す平面図、第10図は同
直線帯状振動体を示す側面図、第11図は同直線帯状振動
体を示す正面図である。 １……直線帯状弾性体、1a,1b,1c,1d……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,6b……ねじ穴、
７、８……超音波電気信号源、9a,9b……支持体、10a,1
0b,10c,10d……ねじ。
Claims (3)
- 【請求項１】直線帯状弾性体に複数の圧電振動子を1/2
波長のピッチで等間隔に接合し、該圧電振動子に超音波
電気信号を印加して前記直線帯状弾性体を振動させ、該
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
摩擦力により該移動体を動かす超音波リニアモータにお
いて、 前記圧電振動子を前記直線帯状弾性体の端から略1/4波
長および圧電振動子の長さの略1/4の距離の位置に夫々
両端の圧電振動子の端の位置を合せて１列に直線帯状弾
性体に配置すると共に、前記圧電振動子を極性を揃えて
２組に分け、前記直線帯状弾性体を長さ方向の最外側の
圧電振動子の端の位置および圧電振動子の端の位置から
圧電振動子の長さの略1/2の距離だけ外側の位置で、ま
た、直線帯状弾性体の厚さ方向の略中央位置で直線帯状
弾性体より弾性係数の大きくない支持体で軸支し、さら
に、直線帯状弾性体に幅方向圧力を加えて支持し、夫々
の組み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、該２つの定在波が合成されて擬似的
な進行波を発生して前記複数の突起に圧接した前記移動
体を移動させ、且つ、前記２つの超音波電気信号の位相
差の符号を反転することにより前記移動体の移動方向を
切換えることを特徴とする超音波リニアモータ。 - 【請求項２】前記突起部と圧電振動子を１対１に対応さ
せ、突起部の位置を各圧電振動子の端から同一方向に圧
電振動子の1/4の長さの位置に揃えて配置した請求項１
の超音波リニアモータ。 - 【請求項３】前記突起部の位置を各圧電振動子の同じ側
の一方の端の位置に揃えて配置した請求項１の超音波リ
ニアモータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1314400A JP2694035B2 (ja) | 1989-12-05 | 1989-12-05 | 超音波リニアモータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1314400A JP2694035B2 (ja) | 1989-12-05 | 1989-12-05 | 超音波リニアモータ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03178574A JPH03178574A (ja) | 1991-08-02 |
| JP2694035B2 true JP2694035B2 (ja) | 1997-12-24 |
Family
ID=18052896
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1314400A Expired - Fee Related JP2694035B2 (ja) | 1989-12-05 | 1989-12-05 | 超音波リニアモータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2694035B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| IL111597A (en) * | 1994-11-10 | 1999-03-12 | Nanomotion Ltd | Piezoelectric propulsion unit for vertical raising and lowering of a window |
| KR100380036B1 (ko) * | 2000-12-14 | 2003-04-11 | 주식회사 영광기전 | 초음파 리니어 모터의 진동자 |
| KR100460330B1 (ko) * | 2001-08-10 | 2004-12-08 | 박태곤 | 선형 초음파모터의 하프-바이몰프형 진동자 |
-
1989
- 1989-12-05 JP JP1314400A patent/JP2694035B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03178574A (ja) | 1991-08-02 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |