JPH02142367A - 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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- JPH02142367A JPH02142367A JP63294904A JP29490488A JPH02142367A JP H02142367 A JPH02142367 A JP H02142367A JP 63294904 A JP63294904 A JP 63294904A JP 29490488 A JP29490488 A JP 29490488A JP H02142367 A JPH02142367 A JP H02142367A
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- Japan
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- linear motor
- piezoelectric ceramic
- ultrasonic linear
- vibration
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Links
- 238000005452 bending Methods 0.000 claims description 14
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 abstract description 19
- 230000005684 electric field Effects 0.000 abstract description 6
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 abstract 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 18
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 3
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 3
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 3
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000002783 friction material Substances 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
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。
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
本発明は圧電体によって励振した弾性撮動を用いて駆動
力を発生する超音波リニアモータに関する。
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
に弾性振動を励撮し、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。
に弾性振動を励撮し、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。
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観図であり、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。
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は撓み撮動をす
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。
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は撓み撮動をす
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。円板膨圧電体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(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。
の先端が音響的に結合されている。円板膨圧電体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(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。
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撮動モードで励撮し、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(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。
バン構造の振動体を縦撮動モードで励撮し、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(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れけ
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。
入力した振動エネルギーは、他方で完全に消失しなれけ
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。
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、上
記両端から機械出力を取り出す。
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、上
記両端から機械出力を取り出す。
作用
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、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。
損失の小さい振動体の位置固定が可能となり、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。
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。
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1
7a・17b・17C・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・18d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。
を位置固定するための支持穴である。圧電セラミック1
7a・17b・17C・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・18d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O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。
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O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9
0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9
0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2
6との加圧力を調節する。
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2
6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
な方向の摂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。
に垂直な方向の振動の振幅は反対方向に、レールに平行
な方向の摂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。
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。
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。
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。
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−bφc−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C128・・・・・・
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。 代理人の氏名 弁理士 粟野重孝 ほか1名図 変 1f[′rI 昂 第 図 1B、 圧電セラミック
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−bφc−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C128・・・・・・
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。 代理人の氏名 弁理士 粟野重孝 ほか1名図 変 1f[′rI 昂 第 図 1B、 圧電セラミック
Claims (3)
- (1) 正方形断面を有する弾性体角柱の4つの長方形
面のそれぞれに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、上
記両端に円または楕円軌跡を描かせ、上記両端から機械
出力を取り出すことを特徴とする超音波リニアモータ。 - (2) 振動体の中心部に穴を開け、上記穴に棒を貫通
することにより上記振動体の支持固定を行うよう構成し
たことを特徴とする請求項1に記載の超音波リニアモー
タ。 - (3) 振動体の両端部に、溝または段を付けて上記溝
または段を介して機械出力を取り出すことにより、上記
振動体の姿勢を保つことを特徴とする請求項1に記載の
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 true JPH02142367A (ja) | 1990-05-31 |
JP2543163B2 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) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH04355677A (ja) * | 1991-05-30 | 1992-12-09 | Oki Electric Ind Co Ltd | 移送用超音波アクチュエータ及び移送装置 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6359777A (ja) * | 1986-08-29 | 1988-03-15 | Canon Inc | 振動駆動モ−タ |
JPS63110968A (ja) * | 1986-10-28 | 1988-05-16 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 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
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6359777A (ja) * | 1986-08-29 | 1988-03-15 | Canon Inc | 振動駆動モ−タ |
JPS63110968A (ja) * | 1986-10-28 | 1988-05-16 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 超音波リニアモ−タ |
JPS63262068A (ja) * | 1987-04-15 | 1988-10-28 | Canon Inc | 振動波モ−ター |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH04355677A (ja) * | 1991-05-30 | 1992-12-09 | Oki Electric Ind Co Ltd | 移送用超音波アクチュエータ及び移送装置 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2543163B2 (ja) | 1996-10-16 |
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