JPH0246180A - 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 本発明は圧電体による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。

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。

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。

第７図は超音波リニアモー、夕の概観図であり、円板膨
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２、振動体５の上下振動は、ホーン６によ
り効率良（伝送棒７に伝えられ、伝送棒７は撓み振動す
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（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
てきた撓み撮動は、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を進行する撓み撮動によ
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。

第８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、伝送棒７と移動体１４との摩擦力
と、楕円軌跡の横方向の速度によって、波の進行方向と
逆の方向に移動体１４が駆動される。

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
の振動面の振動をホーンによって伝送棒に撓み振動を励
振しているため、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、幾分かの
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。

加えて、比較的小さな移動体を移動するためにも、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 同心円状の穴を有する金属円板の少な（とも片側に、上
記金属円板の外径より小さな外径を持ち、上記金属円板
の内径より大きな内径を持つ圧電体の円板を同心円状に
接着して、第１の振動体を構成し、上記第１の振動体の
内径の金属部に、長方形の圧電体と金属板より成るはり
を、第２の振動体として設置して、複合振動体を構成し
、２組の複合振動体を、上記第一の振動体の外径の金属
部を同心円状に固定するように同軸状に結合し、それぞ
れの振動体に撓み振動を励振して、上記の結合後の複合
振動体を、２つの第１の振動体の内径を貫通したレール
に沿って移動させる。

作用 小さな電圧で大きな変位が得られ、機械的強度が大きな
、撓み振動で振動する振動体を組み合わせ、それぞれの
振動体を非共振で用いることにより、効率の高い、形状
の小さい、しかも制御の簡単な超音波リニアモータが実
現される。

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。

第１図は、本発明の１実施例の超音波リニアモータの構
造を示す断面図である。

第１図における１６と１７は、おのおの、第２図に示す
ように同心円状の穴を有する金属円板２３の両側に、金
属円板２３の外径より小さな外径を持ち、金属円板２３
の内径より大きな内径を持つ圧電体の円板２４を同心円
状に接着して構成した振動体ＡとＢである。振動体Ａ１
６または娠動体Ｂ１７は、金属円板２３の外周部を介し
て、同心円状に固定される。圧電体２４に電界を印加す
れば、振動体Ａ１６または振動体Ｂ１７は、第２図の矢
印Ｃで示すように、円環面に直角の方向に搗み撮動をす
る。

また、第１図における１８と１９は、おのおの、第３図
に示すように金属長方形板２５に圧電体２６を接着して
構成した振動体Ｃと振動体りである。振動体Ｃ１８と振
動体Ｄ１９は、金属長方形板２５を介して一端を固定さ
れ、一端自由の片持ちはりとして動作する。圧電体２６
に電界を印加すれば、振動体Ｃ１８と振動体Ｄ１９の自
由端は、第３図の矢印りで示すように、長方形面に直角
の方向に撓み振動をする。

これらの振動体は、それぞれ金属部を介して固定される
ので、強度が大きく、また非共振で使っても変位が大き
いという特徴を持つ。

振動体Ａ１６と振動体Ｂ１７は、第１図のように、金属
円板２３の外周部を介して固定され、同軸上に結合され
る。そして、振動体Ａ１６の金属円板２３の内周部を介
して、第４図に示すように、振動体Ｃ１８の固定端が固
定される。振動体Ｂ１７と振動体Ｄ１９の関係も同様で
ある。振動体Ａ１６と振動体Ｂ１７の同軸上の内径には
、レール２２が通される。振動体Ｃ１８と振動体Ｄ１９
の自由端には、それぞれ、位置固定のためのクランパＡ
２０とクランパＢ２１が付けられている。

第５図は、第１図に示した超音波リニアモータを、レー
ル２２に沿って矢印Ｂの方向に移動させるときの駆動の
タイミング図である。初期状態は、すべての振動体には
電界をかけていないとする（状態Ｏ）。先ず、振動体Ｃ
１８に電界をかけて、クランプＡ２０によりクランプす
る（状態１）。振動体Ａ１６と振動体Ｂ１７を駆動して
、進行方向に撓ませる（状態２）。振動体Ｄ１９に電界
をかけて、クランプＢ２１によりクランプする（状態３
）。振動体Ｃ１８の電界印加を停止し、クランプＡ２０
によるクランプを解除する（状態４）。振動体Ａ１６と
振動体［３１７を逆方向に駆動して撓ませる（状態５）
。振動体Ｃ１８に電界をかけて、クランプＡ２０により
クランプする（状態６）。振動体Ｄ１９の電界印加を停
止し、クランプＢ２１によるクランプを解除する（状態
７）。振動体Ａ１６と振動体Ｂ１７を駆動して、進行方
向に撓ませる（状態２）。以後、各状態を繰り返すこと
により、複合振動体はレール２２に沿って、矢印Ｂの方
向に移動する。

第６図は、第５図の各状態を簡単に示した動作説明図で
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、効率の高い、しかも制御が簡単な超音波リ
ニアモータを提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例の超音波リニアモータの断面
図、第２図は第１図の振動体ＡまたはＢの斜視図、第３
図は第１図の振動体ＣまたはＤの斜視図、第４図は振動
体ＡまたはＢに振動体ＣまたはＤを取り付けた斜視図、
第５図は超音波りニアモータの駆動のタイミング図、第
６図は第５図の各状態を示す説明図、第７図は従来の超
音波リニアモータの概観図、第８図は第７図の超音波リ
ニアモータの動作原理図である。 １６・・・・・・振動体Ａ、１７・・・・・・振動体Ｂ
、１８・・・・・・振動体Ｃ１１９・・・・・・振動体
Ｄ、２０・・・・・・クランパＡ、２１・・・・・・ク
ランパＢ、２２・・・・・・レール、２３・・・・・・
金属円板２４・・・・・・圧電体、２５・・・・・・金
属長方形板２６・・・・・・圧電体。 代理人の氏名　弁理士　粟野重孝　ほか１名第 図 第 図 第 図 状 鮮 第 図 第 図 第 図 ？乙アＥ司りシト

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　同心円状の穴を有する金属円板の少なくとも片側に、
   上記金属円板の外径より小さな外径を持ち、上記金属円
   板の内径より大きな内径を持つ圧電体の円板を同心円状
   に接着して、第１の振動体を構成し、上記第１の振動体
   の内径の金属部に、長方形の圧電体と金属板より成るは
   りを、第２の振動体として設置して、複合振動体を構成
   し、２組の複合振動体を、上記第一の振動体の外径の金
   属部を同心円状に固定するように同軸上に結合し、それ
   ぞれの振動体に撓み振動を励振して、上記の結合後の複
   合振動体を、２つの第１の振動体の内径を貫通したレー
   ルに沿って移動させることを特徴とする超音波リニアモ
   ータ。