JPH0389875A - リニア超音波モータ - Google Patents
リニア超音波モータInfo
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- JPH0389875A JPH0389875A JP1224879A JP22487989A JPH0389875A JP H0389875 A JPH0389875 A JP H0389875A JP 1224879 A JP1224879 A JP 1224879A JP 22487989 A JP22487989 A JP 22487989A JP H0389875 A JPH0389875 A JP H0389875A
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- ultrasonic motor
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- linear
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- 230000007246 mechanism Effects 0.000 abstract description 8
- 230000004044 response Effects 0.000 abstract description 3
- 230000001788 irregular Effects 0.000 abstract 1
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/0005—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing non-specific motion; Details common to machines covered by H02N2/02 - H02N2/16
- H02N2/001—Driving devices, e.g. vibrators
- H02N2/003—Driving devices, e.g. vibrators using longitudinal or radial modes combined with bending modes
- H02N2/004—Rectangular vibrators
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/02—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
- H02N2/026—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors by pressing one or more vibrators against the driven body
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、直線及び曲線運動を行なうリニア超音波モー
タの改良に関するものである。
タの改良に関するものである。
［従来技術］
超音波モータは進行波型と定在波型に大別される。
定在波型超音波モータの動作原理は、略楕円運動が励起
される超音波振動子に対して所定圧力で移動子を当接さ
せ、略楕円運動する各質点と移動子との摩擦力により移
動子を駆動するものである。
される超音波振動子に対して所定圧力で移動子を当接さ
せ、略楕円運動する各質点と移動子との摩擦力により移
動子を駆動するものである。
定在波型超音波振動子は、高効率振動を実現する構成が
得やすいために、定在波型モータは進行波型モータに比
較して高効率大出力という長所がある。
得やすいために、定在波型モータは進行波型モータに比
較して高効率大出力という長所がある。
従来の定在波型モータに利用される超音波振動子は、略
楕円運動を高効率に励起するために、弾性体と励振体と
の接触面では単一方向振動を、また一方、弾性体と移動
子との接触面では楕円振動を行う固有振動モードを有す
る機械共振系を用いることで略楕円運動を得ている。
楕円運動を高効率に励起するために、弾性体と励振体と
の接触面では単一方向振動を、また一方、弾性体と移動
子との接触面では楕円振動を行う固有振動モードを有す
る機械共振系を用いることで略楕円運動を得ている。
超音波モータにも回転形と直線形があり、その−例を第
６図に示す。
６図に示す。
リニア超音波モータ３１は、前記超音波振動子１１に構
成された駆動部３２がレール３４に支持部材３３により
圧着された構成をとっている。該支持部材３３の両端は
、ローラベアリング３５が取り付けられている。前記レ
ール３４の両端は、支持台６１が取り付けられ、基台６
２に着設されている。
成された駆動部３２がレール３４に支持部材３３により
圧着された構成をとっている。該支持部材３３の両端は
、ローラベアリング３５が取り付けられている。前記レ
ール３４の両端は、支持台６１が取り付けられ、基台６
２に着設されている。
一方、前記レール３４の一部には、超音波振動を送受波
するための超音波送受波器６３が着設されている。
するための超音波送受波器６３が着設されている。
［発明が解決しようとする課題］
しかしながら、上述のリニア超音波モータにおいては、
可動子の横ずれ、偏走等の発生が問題であり、何らかの
支持機構が必要である。支持機構としては、通常ローラ
を介してレール側面を挟持する構成があるがそのために
可動子重量が著しく増加してしまい応答性が低下する。
可動子の横ずれ、偏走等の発生が問題であり、何らかの
支持機構が必要である。支持機構としては、通常ローラ
を介してレール側面を挟持する構成があるがそのために
可動子重量が著しく増加してしまい応答性が低下する。
また構造が複雑になり不要振動が発生する等の欠点があ
った。
った。
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたも
のであり、レールに設けた案内用の突起部又は溝部によ
り可動子の横ずれ及び偏走を防止することによって、可
動子の支持機構により応答性の低下や不要振動の発生が
無いリニア超音波モータを得ることをその目的としてい
る。
のであり、レールに設けた案内用の突起部又は溝部によ
り可動子の横ずれ及び偏走を防止することによって、可
動子の支持機構により応答性の低下や不要振動の発生が
無いリニア超音波モータを得ることをその目的としてい
る。
［課題を解決するための手段］
この目的を達成するために本発明のリニア超音波モータ
は、略楕円振動を励振する超音波振動子に対し、所定の
圧着力でレールを圧着し、相対運動を行なうリニア超音
波モータにおいて、該レールの断面形状が略凹凸形状、
台形状又は三角形状となるよう突起又は溝を設けた構造
をとっている。
は、略楕円振動を励振する超音波振動子に対し、所定の
圧着力でレールを圧着し、相対運動を行なうリニア超音
波モータにおいて、該レールの断面形状が略凹凸形状、
台形状又は三角形状となるよう突起又は溝を設けた構造
をとっている。
さらに、前記超音波振動子は、前記レールとの当接部位
において該レールの突起部又は溝部と略均一に当接する
ための溝又は突起を備えている。
において該レールの突起部又は溝部と略均一に当接する
ための溝又は突起を備えている。
［作用］
上記の構成を有する本発明のリニア超音波モータは、可
動子がレールに設けられた案内用の突起部又は溝部にそ
って移動するよう構成されているため、該可動子の横ず
れ及び偏走が防止される。
動子がレールに設けられた案内用の突起部又は溝部にそ
って移動するよう構成されているため、該可動子の横ず
れ及び偏走が防止される。
［実施例コ
以下、本発明を具体化した一実施例を図面を参照して説
明する。
明する。
本実施例のリニア超音波モータは、例えば特願平１−４
６８６６号に提案されている超音波モータを用いる。
６８６６号に提案されている超音波モータを用いる。
まず、該超音波モータの超音波振動子について、説明す
ると、第１図及び第２図に示されるように超音波振動子
１１は、矩形平板形状を有する弾性体２１の上面に、該
弾性体２１に曲げ振動を励振するための第１圧電体２２
が着設されている。該弾性体２１において、前記着設面
と略直交する側面には、該弾性体２１に縦振動を励振す
るための第２圧電体２３ａ及び２３ｂが着設されている
。
ると、第１図及び第２図に示されるように超音波振動子
１１は、矩形平板形状を有する弾性体２１の上面に、該
弾性体２１に曲げ振動を励振するための第１圧電体２２
が着設されている。該弾性体２１において、前記着設面
と略直交する側面には、該弾性体２１に縦振動を励振す
るための第２圧電体２３ａ及び２３ｂが着設されている
。
前記弾性体２１の長手方向中心は、該弾性体２１を固定
するための固定ボルト２４ａ及び２４ｂにより固定され
ている。該固定ボルト２４ａ及び２４ｂの他の一端は、
基台２５ａ及び２５ｂに固定されている。
するための固定ボルト２４ａ及び２４ｂにより固定され
ている。該固定ボルト２４ａ及び２４ｂの他の一端は、
基台２５ａ及び２５ｂに固定されている。
前記第１圧電体２２の上面には、電極２６が着設されて
いる。また前記第２圧電体２３ａ及び２３ｂの上面には
電極２７ａ及び２７ｂが着設されている。また前記弾性
体２１自身は、アース電極を兼ねており、該弾性体は前
記固定ボルト２４ａ及び２４ｂを介して基台２５ａ及び
２５ｂに接地されている。
いる。また前記第２圧電体２３ａ及び２３ｂの上面には
電極２７ａ及び２７ｂが着設されている。また前記弾性
体２１自身は、アース電極を兼ねており、該弾性体は前
記固定ボルト２４ａ及び２４ｂを介して基台２５ａ及び
２５ｂに接地されている。
更に該弾性体２１は、その厚さ方向に所定の周波数ｆに
おいて両端自由端２次モードで曲げ振動し、且つ同一の
周波数ｆにより長さ方向に両端自由端１次モードで縦振
動するように形状寸法を調節されている。
おいて両端自由端２次モードで曲げ振動し、且つ同一の
周波数ｆにより長さ方向に両端自由端１次モードで縦振
動するように形状寸法を調節されている。
一般に、弾性体中を伝播する縦振動の共振周波数は、該
弾性体の長さに依存する。また弾性体の厚さ方向の曲げ
振動の共振周波数は、前記長さ及び厚さに依存する。従
って、前述のような弾性体２１を設計する事は容易であ
るので、その詳細は省く。
弾性体の長さに依存する。また弾性体の厚さ方向の曲げ
振動の共振周波数は、前記長さ及び厚さに依存する。従
って、前述のような弾性体２１を設計する事は容易であ
るので、その詳細は省く。
以上のように構成された超音波振動子１１の作用を以下
に説明する。
に説明する。
まず、第１圧電体２２に前記所定周波数ｆの交流電圧を
印加して振動させると、前記弾性体２１は曲げ振動２次
モードで共振し、定在波が励起される。
印加して振動させると、前記弾性体２１は曲げ振動２次
モードで共振し、定在波が励起される。
次に第２圧電体２３ａ及び２３ｂに前記所定周波数ｆの
交流電圧を印加して振動させると、前記弾性体２１は縦
振動１次モードで振動し、定在波が励起される。つまり
前記固定ボルト２４ａ及び２４ｂで固定される位置は各
定在波の節となっている。
交流電圧を印加して振動させると、前記弾性体２１は縦
振動１次モードで振動し、定在波が励起される。つまり
前記固定ボルト２４ａ及び２４ｂで固定される位置は各
定在波の節となっている。
このとき、前記第１圧電体２２と第２圧電体２３ａ及び
２３ｂに印加する電圧の振幅及び位相を調節すると、前
記弾性体２１には任意の形状の略楕円振動を発生する事
が可能となる。
２３ｂに印加する電圧の振幅及び位相を調節すると、前
記弾性体２１には任意の形状の略楕円振動を発生する事
が可能となる。
次に、前述した超音波振動子１１を好適に利用するリニ
ア超音波モータの構成について、第３図に基づき説明す
る。第３図（ａ）はリニア超音波モータの側面図、第３
図（ｂ）はＡ−Ａ ＝断面図を示している。同図におい
て、第１図及び第２図と同じ符号の付された各部材は、
前記詳述した各構成部材と同一である。
ア超音波モータの構成について、第３図に基づき説明す
る。第３図（ａ）はリニア超音波モータの側面図、第３
図（ｂ）はＡ−Ａ ＝断面図を示している。同図におい
て、第１図及び第２図と同じ符号の付された各部材は、
前記詳述した各構成部材と同一である。
リニア超音波モータ３１は前記超音波振動子１１の縦振
動の最大振幅を与える両端部には、駆動部３２が形成さ
れ、支持部材３３により前記固定ボルト２４ａ及び２４
ｂで支持されてレール３４に圧着された構成をとってい
る。
動の最大振幅を与える両端部には、駆動部３２が形成さ
れ、支持部材３３により前記固定ボルト２４ａ及び２４
ｂで支持されてレール３４に圧着された構成をとってい
る。
該圧着力を与えるための圧着機構は、前記レール３４と
前記支持部材３３この間に配置されローラベアリング３
５により支持されたガイド３６と、コイルバネ３７及び
バネガイド３８、バネおさえ３つより構成されている。
前記支持部材３３この間に配置されローラベアリング３
５により支持されたガイド３６と、コイルバネ３７及び
バネガイド３８、バネおさえ３つより構成されている。
これは該バネガイド３８に付けられたスクリューミゾに
そってバネおさえ３９を回転させ、前記コイルパル３７
の長さを変化させ、前記圧着力を調節するものである。
そってバネおさえ３９を回転させ、前記コイルパル３７
の長さを変化させ、前記圧着力を調節するものである。
また、上記ガイドの横ゆれを防止するための第１の支持
部材４０が前記ガイド３６に形成され、ローリングを防
止するための第２の支持部材４１が該第１のガイド３６
の略中央部に付設されている。
部材４０が前記ガイド３６に形成され、ローリングを防
止するための第２の支持部材４１が該第１のガイド３６
の略中央部に付設されている。
以上のように構成されたリニア超音波モータ３１に所定
周波数ｆにおいて交流電気信号を印加すると、前記駆動
部３２に略楕円振動が発生し、前記レール３４との摩擦
力に起因する駆動力を受け、同図矢印Ｂの方向へ移動す
る。
周波数ｆにおいて交流電気信号を印加すると、前記駆動
部３２に略楕円振動が発生し、前記レール３４との摩擦
力に起因する駆動力を受け、同図矢印Ｂの方向へ移動す
る。
上述のようなリニア超音波モータ３１において、前記レ
ール３４に凸形の突起部５０を設け、一方前記超音波振
動子１１の該レール３４との当接部位である駆動子３２
に凹形の溝部５１を設け、該駆動子３２の当接面全体に
均一な圧着力が加わるよう構成した例を第４図（ａ）に
示す。同図において前記詳述した圧着機構は省略して書
いである。
ール３４に凸形の突起部５０を設け、一方前記超音波振
動子１１の該レール３４との当接部位である駆動子３２
に凹形の溝部５１を設け、該駆動子３２の当接面全体に
均一な圧着力が加わるよう構成した例を第４図（ａ）に
示す。同図において前記詳述した圧着機構は省略して書
いである。
上述の突起部５０及び溝部５１によるガイド構成をとる
事によって、該リニア超音波モータ３１は可動子に前述
のよ・うな第１の支持部材４０及び第２の支持部材４１
等の支持機構を設けずとも、横ずれ、偏走を防止する事
が可能である。その結果、応答性に優れ不要振動の発生
が少ないリニア超音波モータを得る事ができ、また騒音
も著しく低下できる。このようなリニア超音波モータは
、ＯＡ機器や工作機械に用いられるＸ−Ｙテーブルの駆
動源等、利用分野が広い。
事によって、該リニア超音波モータ３１は可動子に前述
のよ・うな第１の支持部材４０及び第２の支持部材４１
等の支持機構を設けずとも、横ずれ、偏走を防止する事
が可能である。その結果、応答性に優れ不要振動の発生
が少ないリニア超音波モータを得る事ができ、また騒音
も著しく低下できる。このようなリニア超音波モータは
、ＯＡ機器や工作機械に用いられるＸ−Ｙテーブルの駆
動源等、利用分野が広い。
さらに、前記レール３４の形状は第５図（ａ）乃至（ｆ
）に示すように略台形や略三角形等、種々の形状が考え
られる。同図は、レール３４の一部断面を示している。
）に示すように略台形や略三角形等、種々の形状が考え
られる。同図は、レール３４の一部断面を示している。
尚、上記実施例は振動子の駆動素子として圧電体を使用
したが、これに限定されるものではなく電気エネルギー
を機械エネルギーに変換できるその他の素子、例えば電
歪素子、磁歪素子等を用いてもよい。また、実施例では
超音波振動子の形状を平板状とする例について説明した
が、略楕円運動が発生するものならばその形状は平板形
状に限定されるものではなく、円板状、円筒状、円環状
、棒状、方形状等種々の形状を用いても良い。その他、
本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であ
る。
したが、これに限定されるものではなく電気エネルギー
を機械エネルギーに変換できるその他の素子、例えば電
歪素子、磁歪素子等を用いてもよい。また、実施例では
超音波振動子の形状を平板状とする例について説明した
が、略楕円運動が発生するものならばその形状は平板形
状に限定されるものではなく、円板状、円筒状、円環状
、棒状、方形状等種々の形状を用いても良い。その他、
本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であ
る。
［発明の効果］
以上詳述したことから明らかなように、本発明によれば
、可動子の支持機構による応答性の低下や不要振動の発
生が無く、また騒音も小さい優れたリニア超音波モータ
を得ることができる。
、可動子の支持機構による応答性の低下や不要振動の発
生が無く、また騒音も小さい優れたリニア超音波モータ
を得ることができる。
第１図から第５図までは本発明を具体化した実絶倒を示
すもので、第１図は本実施例に用いる超音波振動子の上
面を示す図、第２図は上記超音波振動子の側面を示す図
、第３図は本実施例を適用するリニア超音波モータの外
観を示す図、第４図は上記リニア超音波モータの超音波
振動子及びレールを示す斜視図、第５図（ａ）乃至第５
図（ｆ）は上記レールの一部断面図を示す斜視図、第６
図は従来のリニア超音波モータを示す側面図である。 図中、１１は超音波振動子、３１はリニア超音波モータ
、３４はレール、５０は突起部、５１は溝部である。 である。
すもので、第１図は本実施例に用いる超音波振動子の上
面を示す図、第２図は上記超音波振動子の側面を示す図
、第３図は本実施例を適用するリニア超音波モータの外
観を示す図、第４図は上記リニア超音波モータの超音波
振動子及びレールを示す斜視図、第５図（ａ）乃至第５
図（ｆ）は上記レールの一部断面図を示す斜視図、第６
図は従来のリニア超音波モータを示す側面図である。 図中、１１は超音波振動子、３１はリニア超音波モータ
、３４はレール、５０は突起部、５１は溝部である。 である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、略楕円振動を励振する超音波振動子に対し、所定の
圧着力でレールを圧着し、相対運動を行なうリニア超音
波モータにおいて、 該レールの断面形状が略凹凸形状、台形状又は三角形状
となるよう該レールに突起部又は溝部を形成することを
特徴とするリニア超音波モータ。 ２、請求項１記載のリニア超音波モータにおいて、 前記超音波振動子には、前記レールとの当接部位におい
て該レールの前記突起部又は溝部と略均一に当接するた
めの溝部又は突起部を形成することを特徴とするリニア
超音波モータ。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1224879A JPH0389875A (ja) | 1989-08-31 | 1989-08-31 | リニア超音波モータ |
| US07/574,765 US5101132A (en) | 1989-08-31 | 1990-08-30 | Linear ultrasonic motor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1224879A JPH0389875A (ja) | 1989-08-31 | 1989-08-31 | リニア超音波モータ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0389875A true JPH0389875A (ja) | 1991-04-15 |
Family
ID=16820598
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1224879A Pending JPH0389875A (ja) | 1989-08-31 | 1989-08-31 | リニア超音波モータ |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5101132A (ja) |
| JP (1) | JPH0389875A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2008172930A (ja) * | 2007-01-11 | 2008-07-24 | Canon Inc | 振動型駆動装置 |
Families Citing this family (23)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JPH10191658A (ja) * | 1996-01-09 | 1998-07-21 | Nikon Corp | 振動アクチュエータ |
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