JPH01177880A - 超音波リニアモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、圧電素子等の電気・機械変換素子を振動子と
して用いた超音波リニアモー′夕に関する。

〔従来の技術〕

最近、従来の電磁型モータに代わる新しいモータとして
超音波モータが脚光を浴びている。この超音波モータは
原理的に新しいというだけでなく、従来の電磁型モータ
に比べて次のような利点を有している。

■　薄型、軽量、コンパクトである。

■　ギヤなしで低速・高トルクが得られる。

■　部品構成が単純で信頼性が高い。

■　磁気的影響の授受がない。

■　バックラッシュがなく位置決めが容易である。

かくしてこれらの利点を生かすべく、種々の応用技術の
研究が進められている。

超音波モータは大きくは円環型とリニア型に分けられる
。第９図はリニア型の超音波モータの従来例を示す図で
ある。図中左側のランジュバン型圧電振動子１を振動さ
せて、ホーン２の先端を弾性体からなる伝播棒３につき
あてることにより、伝播棒３上には屈曲進行波が発生す
る。この屈曲進行波は図中破線矢印で示すように伝播棒
３を右方向に伝播して行く。そしてこの進行波は伝播棒
３の右端につきあてられているホーン４を介してランジ
ュバン型圧電振動子５を励振させる。この時、図のＬと
Ｒとを適当に選択しインピーダンスマツチングさせ、こ
の進行波のエネルギーをすべて吸収させる。こうすると
上記進行波は常に定常的に左方から右方に進むことにな
る。

さてこのような屈曲進行波の生じている伝播棒３の表面
にスライダ６をある一定の押圧力で圧接保持させると、
スライダ６は実線矢印で示すように図中左方向へと移動
して行く。

第１０図は上記伝播棒３の屈曲進行波とスライダ６との
関係を模式的に示す斜視図である。なお同図中３３は伝
播棒３に相当する弾性体、６６はスライダ６に相当する
移動体である。第１０図に示す様に弾性体３３の質点Ｐ
は楕円軌跡を描いている。したがってこの楕円軌跡を描
いている弾性体３３の上に移動体６６を所定圧力で圧接
させると、移動体６６はその進行波の進行方向とは逆方
向に駆動される。

〔発明が解決しようとする課題〕 従来技術の欠点として、装置が大型であること、進行波
は伝播棒３の他端で吸収され熱エネルギーに変換されて
しまうので効率が悪いこと、等の欠点があった。

そこで本発明の目的は、コンパクトで効率のよいリニア
型の超音波モータを提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は上記課題を解決し、目的を達成するために次の
ような手段を講じた。すなわち、コの字状をなす弾性部
材の内底面および外側面に一対の圧電素子等の電気・機
械変換素子を接合し、横方向のたわみ固有振動と縦方向
のたわみ固有振動とを同期させて駆動することにより屈
曲振動波を形成し、その振動面上に移動体を押圧配置す
ることによって上記移動体を直線運動させるようにした
。

〔作用〕

上記手段を講じたことにより、以下実施例で説明するよ
うな作用を呈し、前記目的を達成できることになる。

〔実施例〕

第１図は全体の構成を示す図で、Ａはステータ（振動子
）であり、Ｂはスライダ（可動子）であり、Ｃは駆動制
御系である。ステータＡの弾性体１０は黄銅、アルミニ
ウム、ステンレス、リン青銅等の弾性部材を用い、第２
図のような形状すなわちほぼコ字状に形成されている°
。１０ａ。

１０ｂは取付部である。この弾性体１ｏには、第３図に
示すように図の矢印Ｍ、Ｎ方向に分極された圧電セラミ
ック板に電極付けを行なった板状の圧電素子１１．１２
を、たとえばエポキシ系の接着材を用いて図の破線の矢
印で示すように内底面および外側面にそれぞれ接着固定
されている。

このように準備されたステータＡは、第１図に示すよう
に基台１３に対してビス１４により固定される。圧電索
子１１および圧電素子１２の電極面からはリード線１５
．１６が取り出され、これらを介して駆動制御電圧が印
加される。すなわち駆動制御系Ｃの高周波電源１７から
出力された交流信号は、一方において電力増幅器１８に
より数Ｖから数百Ｖに増幅されたのち、圧電素子１１に
印加される。この時の駆動周波数はｆｒであり、圧電素
子１１によって引起こされる第４図（ａ）のようなたわ
み基本モード周波数に一致させである。上記交流信号は
他方においてスイッチ１９を介して供給される。スイッ
チ１９がａ側にある場合は電力増幅器２０により増幅さ
れたのち、圧電素子１２に印加される。この時の駆動周
波数もｆｒであり、圧電素子１２によって引起こされる
第４図（ｂ）のようなたわみ基本モード周波数に一致さ
せである。

本実施例では上記の固有振動周波数を４５ｋＨｚに設定
するものとする。このような固有振動数で駆動されたス
テータＡにおける第２図の線り上の各質点は、第５図（
ａ）に示すような直線運動をする。この時に第１図、第
２図に示す金属材、高分子材、セラミック材等から成る
スライダＢを弾性体１０の上に一定の押圧力をもって押
圧すると、スライダＢは第１図、第２図において右方へ
移動する。

スイッチ１９をｂ側に切換えると、１８０＠移相器２１
により交流信号が１８０６移相されるので、前記とは逆
位相の振動が起る。このために、ｔｉｌＬ上の質点は第
５図（ｂ）のような直線振動をし、弾性体１０の上面に
押圧されたスライダＢは左方向へ移動する。

第６図は本発明の第２実施例を示す図である。

第１実施例と同一部分には同一符号を付し説明は省略す
る。圧電素子１１には電力増幅器１８を通して増幅され
た高周波電圧が印加される。また圧電素子１２にはスイ
ッチ１９をａ側にした場合にはｒ−９０＠移相器」３１
により位相を一９０＠ずらされた高周波電圧が印加され
る。そうすると線Ａ上の質点は、第７図（ａ）のような
楕円振動をする。にの時、スライダＢを弾性体１０の上
面に押圧すると、図の右方向へ移動する。一方、スイッ
チ１９を−ｂ側にした場合にはｒ＋９０”移相器」３２
により位相を＋９０′ずらされた高周波電圧が圧電素子
１２に印加される。そうすると線り上の質点は第７図（
ｂ）のような楕円振動をする。この時、スライダＢを弾
性体１０の上面に押圧すると、スライダＢは図の左方向
へ移動する。

速度ＩＲ整を行なうときは第５図（ａ）（ｂ）および第
７図（ａ）（ｂ）に示される質点振動の振幅を制御する
ことにより可能となる。したがって電力増幅器１８．２
０の出力を調整することによりスライダＢの速度を調整
することができる。

第８図はステータＡとスライダＢとの具体的結合関係を
示す第３実施例を示す図である。図示の如く押圧部材４
０はバネ４１を介在させたビス４２により、ステータＡ
の弾性体１０にビス止めされている。弾性体１０は図示
しない基台に取付　　−けられている。押圧部材４０と
弾性体１０との間にはコロ４３を介してスライダＢとし
てのレール４４が配置されている。かくしてステータＡ
に電圧が印加されるとレール４４が右方向または左方向
へ移動する。なお上記とは逆にレール４４を固定した状
態で保持し、ステータＡをフリーな状態にすると、この
レール４４上をステータＡが移動体となって右方向また
は左方向へと移動することになる。

〔発明の効果〕

本発明によれば以下の効果が生ずる。

■　小型、軽量、コンパクトである。

■　正・逆回転可能である。

■　振動子の形状が単純で低コストで量産可能である。

■　圧電素子の形状９分極処理が単純で低コストで量産
可能である。

■　効率が良い。

【図面の簡単な説明】 第１図〜第８図は本発明の実施例を示す図で、第１図は
第１実施例の構成を示す概略図、第２図はステータとス
ライダとの配置関係を示す斜視図、第３図は弾性体と圧
電素子との関係を示す分解斜視図、第４図（ａ）（ｂ）
は弾性体のたわみ具合を示す図、第５図（ａ）（ｂ）は
弾性体のし線上分を示す図、第８図は第３実施例の構成
を示す斜視図である。第９図は従来の超音波リニアモー
タの構成図、第１０図は同従来例の弾性体に生ずる進行
波を示す図である。 Ａ・・・ステータ（振動子）、Ｂ・・・スライダ（可動
子）、Ｃ・・・駆動制御系、１０・・・弾性体、１１゜
１２・・・圧電素子、１３・・・基台、１４・・・ビス
、１５゜１６・・・リード線、１７・・・高周波電源、
１８．２０・・・電力増幅器、１９・・・スイッチ、２
１・・・１８０″移相器、３１・・・−９０°移相器、
３２・・・＋９０＠移相器、４０・・・押圧部材、４１
・・・バネ、４２・・・ビス、４３・・・コロ、４４・
・・レール。 出願人１代理人　弁理士　坪井　淳 第１図 第２図 第４図 第５図 第６図 （ａ）　　　　　　　　（ｂ） 第７図 第８図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　コの字状をなす弾性部材の内底面および外側面に一対
   の圧電素子等の電気・機械変換素子を接合し、横方向の
   たわみ固有振動と縦方向のたわみ固有振動とを同期させ
   て駆動することにより屈曲振動波を形成し、その振動面
   上に移動体を押圧配置することによって上記移動体を直
   線運動させるようにしたことを特徴とする超音波リニア
   モータ。