JPH02151283A - Ultrasonic linear motor - Google Patents

Ultrasonic linear motor

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Publication number
JPH02151283A
JPH02151283A JP63303456A JP30345688A JPH02151283A JP H02151283 A JPH02151283 A JP H02151283A JP 63303456 A JP63303456 A JP 63303456A JP 30345688 A JP30345688 A JP 30345688A JP H02151283 A JPH02151283 A JP H02151283A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
piezoelectric elements
base
slider
vibration
linear motor
Prior art date
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Pending
Application number
JP63303456A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazuma Suzuki
数馬 鈴木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rion Co Ltd
Original Assignee
Rion Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Rion Co Ltd filed Critical Rion Co Ltd
Priority to JP63303456A priority Critical patent/JPH02151283A/en
Publication of JPH02151283A publication Critical patent/JPH02151283A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To reduce the thickness and the size of an ultrasonic linear motor by approaching the resonance points of a bending mode and a longitudinal mode of a square rodlike base provided integrally with a driver to each other to generate a composite resonance, and moving a slider. CONSTITUTION:The length and thickness sizes of a base 1 are made to have dimensional relationship for simultaneously generating modes. When a voltage is applied to piezoelectric elements 3a-3d, the base 1 is excited to simultaneously generate two modes, thereby performing a composite resonance. Since the polarizable polarities of right and left piezoelectric elements are opposite to each other, it operates to elongate a left half longitudinally and to contract a right half, thereby performing a vibration of a secondary longitudinal mode.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、超音波リニアモータに関するものであり、
特に、圧電素子に超音波領域の電気信号を印加すること
により、−軸アクチェエータとして動作する超音波リニ
アモータに関するものである。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] This invention relates to an ultrasonic linear motor,
In particular, the present invention relates to an ultrasonic linear motor that operates as a -axis actuator by applying an electric signal in the ultrasonic range to a piezoelectric element.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来、この種の超音波リニアモータとして、この発明者
の提案(実願昭61−161013号)になるものがあ
り、これを第7図について説明すると、鉄、アルミニウ
ム、プラスチックなどの弾性部材でなる基体(11)の
−側面に、2つの駆動子(12a)、(12b)が突設
されている。
Conventionally, this type of ultrasonic linear motor has been proposed by this inventor (Utility Application No. 161013/1982), and to explain this with reference to FIG. Two drivers (12a) and (12b) are provided protruding from the negative side of the base (11).

また、基体(11)には屈曲モード用の2つの圧電素子
(13a)、(13b)が、駆動子(12a)、(12
b)の各側面には圧電素子(14)がそれぞれ設けられ
ている。(15)は取付穴、(A 1 )、(A2)、
(B1)、(B2)、(B)は各圧電素子の接続リード
の端子、(FB)はフィードバック端子である。
Moreover, two piezoelectric elements (13a) and (13b) for bending mode are mounted on the base body (11), and drive elements (12a) and (12
A piezoelectric element (14) is provided on each side of b). (15) are mounting holes, (A 1 ), (A2),
(B1), (B2), and (B) are terminals of connection leads of each piezoelectric element, and (FB) is a feedback terminal.

以上の構成になる超音波ユニットにおいて、超音波領域
の■電圧を端子(A1)と(B)間に加えると、基体(
11)および駆動子(12a)、(12b)は−点鎖線
で示すように屈曲し、駆動子(12a)が駆動子に圧接
されているスライダを矢印(M)の方向へ蹴り出す。端
子(A1)と(B)にeの電圧が印加されると、超音波
ユニットは破線で示すように屈曲し、こんどは駆動子(
12b)がスライダを矢印(M)の方向に蹴り出す。
In the ultrasonic unit configured as above, when voltage in the ultrasonic range is applied between terminals (A1) and (B), the base (
11) and the driver elements (12a) and (12b) are bent as shown by the - dotted chain line, and the driver element (12a) kicks out the slider pressed against the driver element in the direction of the arrow (M). When a voltage e is applied to the terminals (A1) and (B), the ultrasonic unit bends as shown by the broken line, and the driver (
12b) kicks out the slider in the direction of arrow (M).

以上の電圧印加を、端子(A2)と(B)に対して行う
と、圧電素子(13a)と(13b)の分極が逆である
ことから動作が逆となり、スライダは矢印(N)の方向
へ駆動される。
When the above voltage is applied to the terminals (A2) and (B), the polarization of the piezoelectric elements (13a) and (13b) is opposite, so the operation is reversed, and the slider moves in the direction of the arrow (N). driven to.

かようにして、被駆動体であるスライダに、互いに逆向
きの直線移動を任意に与えることができる。
In this way, the slider, which is the driven body, can be arbitrarily given linear movement in opposite directions.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

以上のような従来の超音波リニアモータは、駆動子(1
2a)、(12b)にも圧電素子(14)を設ける必要
があることから、超音波ユニットの高さ寸法が大きくな
って薄形化が難かしく、かつ、圧電素子の貼設箇所が多
く、製造作業が複雑になるなどの問題点があった。
The conventional ultrasonic linear motor as described above has a drive element (1
Since it is necessary to provide the piezoelectric element (14) also in 2a) and (12b), the height of the ultrasonic unit increases, making it difficult to make it thinner, and there are many places where the piezoelectric element is pasted. There were problems such as complicated manufacturing work.

この発明は上記の問題点を解消しようとするもので、駆
動子とモータ本体を一体化して極薄形化することができ
、小型化も達成することができる超音波リニアモータを
得ることを目的とするものである。
This invention attempts to solve the above problems, and aims to provide an ultrasonic linear motor that can integrate the drive element and the motor body to make it extremely thin and also achieve miniaturization. That is.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

この発明に係る超音波リニアモータは、弾性体でなる角
棒状の基体の対向する面に、各複数個でなる2群の圧電
素子を交互に固設し、基体と一体に設けられる複数個の
駆動子の設置位置は、基体の長さ、屈曲双方の振動モー
ドの変位量の大きいところとする。各群の圧電素子は、
単一の群で基体に長さ方向振動と屈曲振動を同時に発生
させる。
In the ultrasonic linear motor according to the present invention, two groups of piezoelectric elements each consisting of a plurality of piezoelectric elements are alternately fixed on opposing surfaces of a rectangular bar-shaped base made of an elastic body, and a plurality of piezoelectric elements are provided integrally with the base. The drive element is installed at a location where the displacement of both the length and bending vibration modes of the base body is large. Each group of piezoelectric elements is
Simultaneously generate longitudinal vibration and bending vibration in the base in a single group.

〔作用〕[Effect]

この発明においては、基体の振動モードは圧電素子の配
設のしかたで大吉決定され、駆動子に常時圧接している
スライダの移動方向は、圧電素子の群切換えによって行
われる。
In this invention, the vibration mode of the base body is determined by the arrangement of the piezoelectric elements, and the moving direction of the slider, which is always in pressure contact with the driver, is determined by switching the piezoelectric element groups.

また、基体の長さ、屈曲振動を1つの群の圧電素子で励
振するので、動作中(加電中)は常に2端子である。
Furthermore, since the length and bending vibrations of the base are excited by one group of piezoelectric elements, there are always two terminals during operation (during energization).

【実施例〕【Example〕

以下、この発明の一実施例を第1図〜第6図について説
明する。第1図〜第4図において、弾性体角棒状でなる
基体(1)には、その上面(la)に、中心部および両
端に駆動子(2a)と(2b)(2c)が一体に突設形
成されている。また、基体(1)の上、下面(1a) 
 (1b)には第1群の圧電素子(3a)(3b)(3
c)(3d)が上下交互に固着されるとともに、第2群
の圧電素子(4a)(4b)(4c)(4d)が第1群
の圧電素子(3a)〜(3d)と各対向して上下交互に
固着されている。これら圧電素子の分極極性は、基体(
1)の中心より左側と右側に位置する圧電素子が互いに
逆極性になっている。(5)は1枚の圧電板上の電極の
分割線を示しているが、各別個の圧電板としてもよい。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 6. In Figures 1 to 4, a base body (1) made of an elastic rectangular bar has drive elements (2a), (2b), and (2c) integrally protruding from its upper surface (la) at the center and at both ends. It is set up. In addition, the upper and lower surfaces (1a) of the base (1)
(1b) includes the first group of piezoelectric elements (3a), (3b), and
c) (3d) are fixed alternately up and down, and the second group of piezoelectric elements (4a), (4b), (4c), and (4d) face each of the first group of piezoelectric elements (3a) to (3d). The upper and lower parts are fixed alternately. The polarization of these piezoelectric elements is determined by the polarization of the substrate (
1) The piezoelectric elements located on the left and right sides of the center have opposite polarities. (5) shows the dividing line of the electrodes on one piezoelectric plate, but each piezoelectric plate may be separate.

基体(1)を形成する弾性材としては、一般に導電性の
ある金属が適しており、特に超音波リニアモータとして
の使用温度範囲を広く要求される場合には、熱膨張係数
がセラミックでなる圧電素子のそれに近いことが望まし
く、また、大振幅での使用条件下では、弾性損失の小さ
いものが、発熱を少なくする上で望ましい。
Generally, conductive metal is suitable as the elastic material forming the base (1). In particular, when a wide operating temperature range is required as an ultrasonic linear motor, a piezoelectric material made of ceramic with a coefficient of thermal expansion is suitable. It is desirable that the elastic loss be close to that of the element, and under conditions of use with large amplitudes, it is desirable to have a small elastic loss in order to reduce heat generation.

なお、圧電素子に設けた電極や接続リードは、図示を省
略した。
Note that the electrodes and connection leads provided on the piezoelectric element are not illustrated.

次に動作について説明する。第5図、第6図は基体(1
)の振動姿態を示しており、第5図は屈曲第5次高調波
モード、第6図は長さ第2次高調波モードである。
Next, the operation will be explained. Figures 5 and 6 show the base (1
), FIG. 5 shows the bending fifth harmonic mode, and FIG. 6 shows the length second harmonic mode.

いま、基体(1)の長さと厚み寸法を、第5図および第
6図に示すモードが同時に発生するような関係寸法にし
ておき、圧電素子(3a)〜(3d)側に電圧を印加す
ると、基体(1)は励振されて上記2つのモードを同時
に発生して複合共振を行う。この間の挙動をさらに詳し
く説明すると、第1群の圧電素子(3a)〜(3d)、
第2群の圧電素子(4a)〜(4d)は、スライダの左
、右方向それぞれの移動を担うもので、かつ、圧電素子
の分極極性が、中心より左半分と右半分で互いに逆とな
っているので、いま、第1群の圧電素子への電圧印加で
は、第5図に示す挙動の腹位置に圧電素子(3a)〜(
3d)を配置し、かつ、極性も第5図のモードを発生す
るように合致させておくことにより、第5図に示す第5
次層曲モードで基体(1)が励振される。また、左右の
圧電素子の分極極性が互いに逆であることから、第6図
のように、左半分を長さ方向に延ばし、右半分は縮める
ように作用し、第2次長さモードの振動を伴うことにな
る。
Now, if the length and thickness of the base body (1) are set in such a way that the modes shown in Figures 5 and 6 occur simultaneously, and voltage is applied to the piezoelectric elements (3a) to (3d), , the base body (1) is excited and generates the above two modes simultaneously to perform complex resonance. To explain the behavior during this time in more detail, the first group of piezoelectric elements (3a) to (3d),
The second group of piezoelectric elements (4a) to (4d) are responsible for moving the slider in the left and right directions, and the polarization of the piezoelectric elements is opposite in the left half and right half from the center. Therefore, when voltage is applied to the piezoelectric elements of the first group, the piezoelectric elements (3a) to (
3d) and match the polarity so as to generate the mode shown in Fig. 5.
The substrate (1) is excited in the next layer mode. In addition, since the polarization polarities of the left and right piezoelectric elements are opposite to each other, the left half acts to extend in the length direction and the right half to contract, as shown in Figure 6, causing vibration in the second length mode. It will be accompanied.

したがって、駆動子(2a)上の点(Pl)は、屈曲モ
ードにより上方に持ち上げられるので、今まで以上にス
ライダに圧接されながら、長さモードにより第6図で右
方に移動するので、点(p+ )上のスライダは右方向
に移動する。このとき、駆動子(2b)(2c)それぞ
れの点(pg )(p、)は、屈曲モードにより下方に
あるため、スライダとは非接触状態になっていて、空振
りになっている。そして、次の半サイクルでは、第5図
、第6図に示した挙動がそれぞれ逆になり、今度は点(
P2)と(Pl)がスライダと接触状態になりながら、
第6図ではそれぞれの矢印が逆になって右方向へ向かう
ので、スライダは右方へ移動する。
Therefore, the point (Pl) on the driver (2a) is lifted upward by the bending mode, and is pressed against the slider more than ever before, and moves to the right in FIG. 6 by the length mode, so the point The slider above (p+) moves to the right. At this time, the respective points (pg) (p, ) of the drive elements (2b) (2c) are located below due to the bending mode, so they are in a non-contact state with the slider, resulting in a missed swing. Then, in the next half cycle, the behavior shown in Figures 5 and 6 is reversed, and now the point (
While P2) and (Pl) are in contact with the slider,
In FIG. 6, each arrow is reversed and points to the right, so the slider moves to the right.

かくして、点(PI ’)と(pg )  (Pl )
は半サイクルづつ交互に働きながらスライダを右方へ蹴
り出すことになる。
Thus, the points (PI') and (pg) (Pl)
kicks the slider to the right, working alternately in half cycles.

スライダの左方への移動は、電圧印加を第2群の圧電素
子(4a)〜(4d)に切換えることで達成されること
は容易にわかる。すなわち、第6図のモードはそのまま
で、第5図のモードのみが逆になるからである。
It is easy to see that the movement of the slider to the left is achieved by switching the voltage application to the second group of piezoelectric elements (4a) to (4d). That is, the mode shown in FIG. 6 remains the same, and only the mode shown in FIG. 5 is reversed.

第1群、第2群それぞれの圧電素子の端子は、いずれか
一方が働いているときは他方はオープン状態にあり、大
振幅時においてはオープン側にかなりの電圧が発生する
ので、そのための弊害を除くためには、遊んでいる端子
を、切換える都度短絡することが考えられる。その場合
は、基体(1)の寸法を多少ずらして設定するのはいう
までもない 基体(1)のノード(節)位置は、第6図に示す(N1
)と(N2)近傍に、はぼ−敗して共通であり、この点
を利用して組立て固定するのが一般的手法である。固定
手段は、例えば、上記のノード上の点(Nl )CNt
 )に支持棒を溶接して取出し、かつ、ボディアース線
を兼ねるようにする。
When one of the terminals of the piezoelectric elements in the first group and the second group is working, the other is in an open state, and when the amplitude is large, a considerable voltage is generated on the open side, so this has an adverse effect. In order to eliminate this problem, it is conceivable to short-circuit idle terminals each time they are switched. In that case, it goes without saying that the dimensions of the base body (1) are set slightly different, and the node positions of the base body (1) are set as shown in FIG. 6 (N1
) and (N2) are roughly common, and the general method is to use this point to assemble and fix. The fixing means is, for example, a point (Nl)CNt on the above-mentioned node.
) and remove it by welding a support rod to it, which also serves as the body ground wire.

駆動子(2a)〜(2C)へのスライダの圧接は、コロ
とバネにより常時均等なパイアスカがかかるようにし、
かつ、円滑に移動できるようにセットする。このとき、
コロには算盤玉のようなテーパをつけて、横ずれ防止の
ガイド役を兼ねさせると、部品の節約になる。
When pressing the slider against the drive elements (2a) to (2C), make sure that even pressure is applied at all times by rollers and springs.
And set it up so that it can be moved smoothly. At this time,
Adding a taper like an abacus ball to the rollers to also serve as a guide to prevent lateral slippage will save on parts.

以上のように、基体(1)の寸法関係を最初に決めてお
くことで、左右いずれかの圧電素子の駆動により、スラ
イダの任意の直線往復移動を達成できるので、組立時の
面倒な調節が不要で、かつ、ドライブ回路も位相調節等
の必要もないので、装置構成および操作ともに著しく簡
単化される。
As described above, by first determining the dimensional relationship of the base (1), arbitrary linear reciprocating movement of the slider can be achieved by driving either the left or right piezoelectric element, thereby eliminating troublesome adjustments during assembly. Since there is no need for a drive circuit, phase adjustment, etc., both the device configuration and operation are significantly simplified.

電源となる発振回路は、自動発振回路として、超音波ユ
ニットの共振時におけるインピーダンスを検知して自動
追尾方式にするのが一般であるが、圧電素子の一部の電
極を切欠いて、それよりフィードバック信号を取出すよ
うにしてもよい。
The oscillation circuit that serves as the power source is generally an automatic oscillation circuit that detects the impedance of the ultrasonic unit when it resonates and uses an automatic tracking method. A signal may also be extracted.

各圧電素子は、屈曲モードの各腹部に配置するので、こ
れ以外の振動モードの発生は非常に弱くなり、したがっ
て自動発振が安定に行われる。
Since each piezoelectric element is placed in each abdomen of the bending mode, the generation of vibration modes other than this becomes very weak, and therefore automatic oscillation is performed stably.

これは長さモードについても極性を揃えるため、同様に
安定した発振をさせることができる。
Since this also aligns the polarity of the length mode, stable oscillation can be achieved as well.

この発明の思想は、屈曲モードと長さモードとの組合わ
せにあるため、相互の使用モードは、上記実施例に限ら
ず、大形、大パワー時にはさらに高次モードとの組合せ
が成立ち、設計の幅が一段と拡大される。
The idea of this invention is to combine the bending mode and the length mode, so the mutual usage modes are not limited to the above embodiments, but when the size is large and the power is large, a combination with a higher order mode is established. The range of designs is further expanded.

スライダと超音波ユニットとは相対移動であり、どちら
側を動かすようにしてもよい。
The slider and the ultrasonic unit move relative to each other, and either side may be moved.

また、位置検知のためのエンコーダ手段をガイトレール
、モータの双方に内蔵させることも容易に考えられる。
Furthermore, it is easily possible to incorporate encoder means for position detection into both the guide rail and the motor.

(発明の効果〕 以上の説明から明らかなように、この発明は、駆動子を
一体に設けた角棒状の基体に、屈曲モードと長さモード
の相互の共振点を近接して複合共振を生じさせてスライ
ダを移動するようにしたので、きわめて簡単な構造で、
無調整、低コストで、薄形化、小形化を達成することが
できる。
(Effects of the Invention) As is clear from the above description, the present invention produces complex resonance by bringing mutual resonance points of the bending mode and the length mode close to each other in a rectangular bar-shaped base body integrally provided with a driver. Since the slider is moved by moving the slider, it has an extremely simple structure.
Thinner and smaller size can be achieved without adjustment and at low cost.

・・・第2群の圧電素子。...Second group of piezoelectric elements.

Claims (1)

【特許請求の範囲】  上、下面に複数個の圧電素子を長さ方向に交互に固着
した第1、第2群の前記圧電素子の各群ごとに超音波信
号を印加して、長さ方向振動と屈曲振動が同時に励振さ
れる、弾性体でなる角棒状の基体と、 前記基体の一面の、前記長さ方向振動および前記屈曲振
動双方の振動モードの変位量が量大の位置近傍に、一体
に突設された複数個の駆動子とを備え、 前記駆動子に圧接されるスライダの移動方向を、前記第
1、第2群の圧電素子への信号印加切換えにより選択す
る超音波リニアモータ。
[Claims] An ultrasonic signal is applied to each group of the first and second groups of piezoelectric elements in which a plurality of piezoelectric elements are fixed alternately in the length direction on the upper and lower surfaces. a rectangular bar-shaped base made of an elastic body that is simultaneously excited with vibration and bending vibration, and a position near a position on one surface of the base where the displacement amount of vibration modes of both the longitudinal vibration and the bending vibration is large; An ultrasonic linear motor comprising a plurality of integrally protruding drive elements, the moving direction of a slider pressed against the drive elements being selected by switching signal application to the first and second groups of piezoelectric elements. .
JP63303456A 1988-11-30 1988-11-30 Ultrasonic linear motor Pending JPH02151283A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH033678A (en) * 1989-05-31 1991-01-09 Nisca Corp Ultrasonic motor apparatus
JPH033679A (en) * 1989-05-31 1991-01-09 Nisca Corp Ultrasonic motor apparatus

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