JPH03212175A - リニア型超音波モータ - 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ｊ 本発明は振動方向が略直交する２組の振動子を用い楕円
運動を発生させ、直線状に移動させるリニア型超音波モ
ータに関する。

［発明の概要］ 本発明は両端が固定ブロックに固定された弾性本体とこ
れに立設された少なくとも２本の２本の弾性片と、これ
らの弾性本体と弾性片とにそれぞれ振動方向が略直交す
る第１・第２の振動子を設け、これらに位相のずれた電
圧を印加し、前記弾性体の先端に生じる楕円運動にて前
記固定ブロック又は移動体とを移動させるリニア型超音
波モータにおいて、前記弾性体の有効長を固定ブロック
に対し調節可能とすることにより、弾性本体と弾性片と
の共振周波数を一致させモータの効率の向上を図るもの
である。

［従来の技術］ 本出願人の発明に係るリニア型超音波モータが提案され
ている（特願平！−６４５６号）。

第８図において、リニア型超音波モータｌは矩形状の弾
性本体３と、この弾性本体３の一面に固着された一対の
圧電素子からなる第１の振動子４５と、前記弾性本体３
の他面に立設され１こ一対の弾性片６．７と、この一対
の弾性片６．７の対向面にその両端か固着された積層型
圧電体からなる第２の振動子Ｉ４と、前記弾性片６．７
の先端に圧押された移動体ＩＯとからなっている。

前記一対の第１の振動子４．５のポーリング方向は反対
に分極されている。

このリニア型超音波モーターｌを使用する際には第８図
に示すように、前記弾性本体３の両端の固定支持部３ａ
を固定ブロック２の上面に載置し、押え板１２を介して
これらに形成されたネジ孔２ａ、３ａ、＋２ａに螺合す
る固定ネノ１３にて固定する構造か考えられる。

そして、前記第１・第２の振動子４，５にそれぞれ所定
位相ずれた電圧を印加すると航記一対の第１の振動子４
．５にて弾性本体３にはＩモートの定在波が生し、前記
第２の振動子１４は伸縮し弾性片６，７を互いに近接又
は離隔させる方向に振動する。前記第１・第２の振動子
４．５．１４の振動方向は略直交し、かつ所定位相ずれ
ているので、前記弾性片６．７の先端には楕円運動か生
し、この弾性片６．７に押圧された移動体ＩＯはその水
平分力の作用を受けて直線状に移動する。

この際、弾性本体３と弾性片６．７との共振周波数を一
致さけることにより共鳴を起こし振幅を増幅して、その
水平分力を大きくすることか考えられる。

二発明か解決しようとする課題］ しかし、前記弾性本体３と弾性片６．７との共振周波数
を一致させるためには高い寸法精度及び加工精度が要求
され、その製造が困難でありまた、コスト高を招くとい
う問題点がある。

特に、弾性片６．７は弾性本体３に対して小さいので、
加工時・組立時の僅かな誤差でも共振周波数かずれ易く
、弾性本体３と弾性片６，７とが共鳴せず、モーターの
効率が悪いという問題点かある。

そこで本発明は、前記問題点を解決することをその目的
とする。

［課題を解決する１こめの手段］ 本発明は固定ブロックに対してその両端支持部が定在波
の振動方向に対し固定された弾性本体と、この弾性本体
に設けられ該弾性本体に定在波を生しさ仕る第１の振動
子と、前記弾性本体の振動する位置に立設され几少なく
とも２本の弾性片と、これらの弾性片に設けられ前記弾
性片を互いに近接又は離隔する方向に振動させる第２の
振動子と、前記弾性片の先端に押圧された移動体とから
なり、前記第１．第２の振動子にそれぞれ所定の位相ず
れた電圧を印加することにより、前記固定ブロックと移
動体とを直線状に相対移動させるリニア型超音波モータ
において、航記弾性本体の両端支持部間の膏効長を前記
固定ブロックに対し長さ調節可能としたことを、その構
成とする。

［作用コ 萌記弾性本体の両端支持部間の有効長を前記固定ブロッ
クに対して長さ調節し、前記弾性本体と弾性片との共振
周波数を一致させて共鳴させその振幅を大きくする。す
ると前記弾性片の先端の楕円運動か大きくなり、その結
果、前記楕円運動の水平分力も大きくなる。

［実施例］ 以下、本発明の第１実施例を第１図〜第６図に基づいて
説明する。

第１図及び第２図において、リニア型超音波モーターｌ
は、両端が固定ブロック２に固定された矩形状の弾性本
体３を備えている。この弾性本体３はステンレス・真ち
ゅう等の金属からなり、その−面には一対の第１の振動
子４．５が固着されている。この一対の第１の振動子４
．５は圧電素子からなり、互いにそのポーリング方向が
逆になり、且つ、前記弾性本体３に！モードの屈曲振動
（定在波）を生しさせるように、該弾性本体３の長さ方
向に２等分した中央位置に配置されている。

これらの第１の振動子４．５はエポキシ系樹脂等の接着
剤にて接着されている。

この第１の振動子４．５によって前記弾性本体３に１次
のモートの屈曲振動を発生させた場合、腹となる位置に
それぞれの弾性片６．７がほぼ垂直に立設されている。

この２つの弾性片６，７の両面には第２の振動子として
の圧電素子８．９が接着されている。この２つの弾性片
６．７に接着された圧電素子８．９のポーリングの方向
は逆向きとなっている。また、第３図に示すような回路
を構成し、電圧を印加すると前記弾性片６．７は近接又
は離隔する方向に振動するようになっている。前記第１
・第２の振動子４，５，８．９にはπ 正位相がずれた電圧ψ。、ψｓｏが印加される。

前記弾性片６．７の先端には移動体ＩＯが押圧されてい
る。

第１図及び第２図に示すように、前記弾性体３の両端の
固定支持部３ａにはスリットｌｌが形成されている。こ
の固定支持部３ａは固定ブロック２の上面に載置され、
その上面に載置された押え板１２と前記固定ブロック２
とに挾持され、これらに形成されたネジ孔１２ａ、２ａ
に前記スリットＩＩを挿通する固定ネジ１３が螺合して
いる。

この固定ネジ１３を緩め、弾性片６，７と弾性本体３と
か共鳴する位置に固定ブロック２及び押え板１２をスリ
ット１１に沿って弾性本体３の長さ方向に移動させれば
、弾性本体３の有効長ｇを容易に調節できる。この有効
長Ｑは弾性本体３の固定ブロック２，２及び押え板１２
，２とに挟持された両端支持部３ａ間の距離である。こ
のように弾性本体３の有効長Ｃを調節することにより共
振周波数を調節するのは以下の原理による。

即ち、共振周波数の計算式は に：モードによる係数 １２＝板の長さ（有効長） Ｃ：弾性体の音速 従って、ｋ、ｔ、ρ、Ｃが一定だとすれば、弾性本体３
の長さを調節することにより共振周波数を一致させるこ
とかできる。

なお、上記の式によれば共振周波数は長さの自乗に反比
例するはずであるが、実際には多少異なる。これは、弾
性本体３は弾性片６．７の部分も合わせて振動する上、
第１・第２の振動子４・５゜８・９）を負荷とするから
である。

そこで、弾性本体３の有効長さを変えて弾性本体３の有
効長を変えて弾性本体３及び弾性片６゜７の共振周波数
を測定すると、第６図のグラフが得られる。この第６図
のグラフに示すように、弾性本体３と弾性片６．７の共
振周波数の一致する（Ｐ点）の弾性本体３の有効長Ｉ２
９に長さを調節すればよい。

次に、前記実施例の作用を説明する。

第４図■、■、■、■は印加する電圧の一分の経時ごと
の弾性本体３と弾性片６．７との位置を順次示したもの
である。この図に示すように、弾性本体３の第１の振動
子４．５により一次モードの屈曲振動（定在波）が発生
する。この屈曲振動π と同時に、第１の振動子４．５と位相　。

ずれた第２の振動子８．９により、２つの弾性片６．７
は近接又は離隔する方向に振動する。

即ち、弾性本体３の振動に対し弾性片６．７は垂直方向
に位相を−ずらして振動し、この二つの振動が合成され
て、第４図■→■→■→■の順に弾性片６．７の先端は
楕円運動を繰り返し行う。

この弾性片６．７の先端に押圧された移動体１０は、摩
擦により弾性片６．７の楕円運動の水平分力の作用を受
け、移動体１０と固定ブロック２とは直線状に相対的に
移動する。

前記弾性本体３の有効長はＣ２に調節しであるので前記
弾性本体３と弾性片６．７とはその共振周波数が一致し
て共鳴し、その振幅が大きくなり、前記楕円運動の水平
分力が大きくなる。その結果モータの効率及び出力が向
上する。

この際、第６図のグラフに示すように、弾性本体３の有
効長を変えて弾性本体３及び弾性片６７の共振周波数の
測定を行い、共振周波数か一致する弾性本体３の有効長
を算出しておけば、−々組立の際に共振周波数を測定す
る必要がなくなる。

尚、前記実施例は、弾性片６．７の両面に第２の振動子
を接着する構成としｆ二が、第７図の変形例に示すごと
く弾性片６．７の間に第２の振動子として積層型圧電体
１４を設け、その両端面を市Ｉ記弾性片６．７に接着す
る構成としてもよい。

発明の効果 以上のように本発明は、弾性本体の有効長を固定ブロッ
クに対し調節可能とし、前記弾性本体と弾性片との共振
周波数を一致させたので、モータの効率の向上を図れる
という効果かある。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第６図はこの発明の一実施例を示す図で、第１
図リニア型超音波モータの斜視図、第２図はリニア型超
音波モータの断面図、第３図は回路図、第４図は作用説
明図、第５図は作用説明図、第６図は弾性本体の有効長
と弾性本体・弾性片の共振周波数との関係を示すグラフ
、第７図は第１実施例の変形例で、側面図、第８図は従
来例を示すもので、リニア型超音波モータの側面図であ
る。 ■　１．リニア型超音波モータ、２　・固定ブロック、
３−弾性本体、３ａ・固定支持部、４５第１の振動子、
６．７・・弾性片、８．９．１４第２の振動子、１０　
移動体。 ３ 作用説明図（実施例） 第４図 第８図 作用説明図（実施例） 弾性本体に 弾性本体のを効長ｒ（ｎｍ） ）有効長と弾性本体・弾性片との関係を示すグラフ第６
図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）固定ブロックに対してその両端支持部が定在波の
   振動方向に対し固定された弾性本体と、この弾性本体に
   設けられ該弾性本体に定在波を生じさせる第１の振動子
   と、 前記弾性本体の振動する位置に立設された少なくとも２
   本の弾性片と、 これらの弾性片に設けられ前記弾性片を互いに近接又は
   離隔する方向に振動させる第２の振動子と、 前記弾性片の先端に押圧された移動体とからなり、 前記第１、第２の振動子にそれぞれ所定の位相ずれた電
   圧を印加することにより、前記固定ブロックと移動体と
   を直線状に相対移動させるリニア型超音波モータにおい
   て、 前記弾性本体の両端支持部間の有効長を前記固定ブロッ
   クに対し長さ調節可能としたことを特徴とするリニア型
   超音波モータ。