JPH03178574A - 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］ この発明は圧電振動子を駆動源とした超音波リニアモー
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。

［従来の技術］ 従来の電磁式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。

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子を直線状に配置しても、
振動による推力が有効に得られず、リニアモータとして
の機能が得られていなかった。

従って、−ｉ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となっていた。

［発明が解決しようとする課Ｄ］ 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。

［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
数の圧電振動子を等間隔に接合して得られる直線帯状振
動体の前記圧電振動子に超音波電気信号を印加して直線
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、前記圧電振動子を極性を
揃えて２組に分け、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、前記２
つの超音波電気信号の位相差の符号を変えることにより
前記定在波が合成されて生じる進行波の進行方向を変え
て移動体の進行方向を切換えるように構成したものであ
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。

また、前記突起部の位置を圧電振動子の端の位置に揃え
て配置したものである。

さらに、前記の各超音波リニアモータにおいて、前記直
線帯状弾性体の両端から最近の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し、該支持部
において直線帯状弾性体に幅方向圧力を加えたものであ
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。

定在波は２Ｍｉ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進行波が合成される。

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１７４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
より定在波や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測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
。

［実施例コ 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。

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、ｌｂ、ｌｃ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、ｌｂ、ｌｃ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３
ａ、３ｂ、３ｃおよび３ｄの長さは１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」／４、また、直線帯状弾性体１の右端と圧電振動
子３ｄの右端との距離は＾／４としである。

第２図に示すように、直線帯状弾性体１の幅Ｗは２ｊ　
／３を越えず圧電振動子の幅Ｗ２は直線帯状弾性体ｌ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
７２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」／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。

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
ド測端子に接続されている。

圧電振動子３ａおよび３ｂの子種同士は導電線材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の子種同士は導電線材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の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となる。

上記２つの定在波より進行波が合成され、その進行波は
第７図に矢印Ｒで示すように右方向に進み、突起部は図
示のように楕円軌跡を左回転方向に動く。

突起部に移動体５をＰの荷重で加圧すると、移動体５は
摩擦力で矢印Ｆ、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を気信号
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図に示すように、進
行波は矢印して示すように左方向に進み、突起部は図示
のように楕円軌跡を右回転方向に動く。

突起部に移動体５をＰの荷重で加圧すると、移動体５は
摩擦力で矢印ＰＲ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。

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。

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。

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。池の構成は第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
部を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。

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。

【図面の簡単な説明】

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測面図
、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１Ｏ図は同
直線帯状振動体を示す測面図、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、ｌａ、ｌｂ、ｌｃ、ｌｄ・・
・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、６ｄ＝−・ねじ穴、７．８・
・・超音波電気信号源、９ａ、９ｂ・・・支持体、１０
ａ。 １０ｂ、１０ｃ、１０ｄ・−・ねじ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、直線帯状弾性体に複数の圧電振動子を等間隔に接合
   して得られる直線帯状振動体の前記圧電振動子に超音波
   電気信号を印加して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、
   前記圧電振動子を極性を揃えて２組に分け、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、前記２つの超音波電気信号の位相差の
   符号を変えることにより前記定在波が合成されて生じる
   進行波の進行方向を変えて移動体の進行方向を切換える
   ことを特徴とする超音波リニアモータ。 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。 ３、前記突起部の位置を圧電振動子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。 ４、前記直線帯状弾性体の両端から最近の節の位置で直
   線帯状弾性体より弾性係数の大きくない支持体で支持し
   、該支持部において直線帯状弾性体に幅方向圧力を加え
   た請求項１から請求項３までに記載された超音波リニア
   モータ。