JPH0532993B2 - - Google Patents

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JPH0532993B2
JPH0532993B2 JP58130714A JP13071483A JPH0532993B2 JP H0532993 B2 JPH0532993 B2 JP H0532993B2 JP 58130714 A JP58130714 A JP 58130714A JP 13071483 A JP13071483 A JP 13071483A JP H0532993 B2 JPH0532993 B2 JP H0532993B2
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JP
Japan
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elastic
elastic body
bodies
vibration
coupler
Prior art date
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JP58130714A
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English (en)
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JPS6022478A (ja
Inventor
Toshio Sashita
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.)
Shinsei Industries Co Ltd
Original Assignee
Shinsei Industries Co Ltd
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Publication date
Application filed by Shinsei Industries Co Ltd filed Critical Shinsei Industries Co Ltd
Priority to JP58130714A priority Critical patent/JPS6022478A/ja
Publication of JPS6022478A publication Critical patent/JPS6022478A/ja
Publication of JPH0532993B2 publication Critical patent/JPH0532993B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02NELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/02Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
    • H02N2/08Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors using travelling waves, i.e. Rayleigh surface waves

Landscapes

  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野) 本発明は、超音波リニアモータに関するもので
ある。 (従来の技術とその課題) 従来より各種のモータ装置が広範囲な分野にお
いて使用されてきている。しかしながら、従来の
装置の場合には、その小型化や軽量化には制限が
あつた。 一方、本出願人は、従来の各種モータ装置に代
替し、小型および軽量化が可能な、高トルクのモ
ータ装置として、超音波振動を利用したモータ装
置、すなわち、弾性体振動子の表面において励振
される振動波を、この弾性体に加圧接触する動体
の一方向運動に変換する装置をすでに提案されて
いる。 このモータ装置は、弾性体表面に発生させた進
行波の強力な振動エネルギーを回転又は直進運動
に変換するものである。本発明は、この超音波モ
ータ装置について、さらに多様な分野への利用を
可能とし、小型、軽量化の特徴をさらに実現する
ものとして、弾性体を直線型棒状形状として直進
運動を可能としたモータ装置を提供することを目
的とするものである。 (課題を解決するための手段) 本発明は、上記の課題を解決するものとして、
弾性体固定子と動体とを有する超音波リニアモー
タであつて、弾性体固定子は、複数の弾性体本体
と、結合子と圧電体とを有し、複数の弾性体本体
は上下に間隔をおいて並べられ結合子によつて結
合されたものであり、圧電体が弾性体本体もしく
は結合子に取り付けられ弾性体本体を励振し、発
生した振動が結合子を介して他の弾性体本体に伝
達されて表面に進行波を発生するものである超音
波リニアモータを提供する。 以下、図面を参照して本発明に係る超音波リニ
アモータ装置の動作原理とその実施例に関して詳
細な説明を行う。 (作 用) 第1図は本発明のリニアモータの動作原理を説
明するための一部拡大斜視図である。この第1図
に例示したように、金属等の弾性体固定子9の表
面9A上には、横振動と縦振動が合成された進行
波が形成される。 ここでいう進行波とは弾性体固定子9の屈曲振
動による振動波であり、弾性体固定子9の表面に
は縦波と横波とが90゜位相のずれた楕円振動が形
成され、この振動は弾性体固定子9に沿つて伝播
する。 すなわち、第1図は屈曲振動による進行波の伝
播状態(振動源は図示せず)を示しているが、質
点Cに着目すると、横振幅a(上下方向)と縦振
幅b(左右方向)との合成された楕円Q上を矢印
Mの方向に運動しており、その振動波である進行
波は音速Uのスピードで移動している。 この運動は弾性体表面9Aのどの位置であつて
も同様に生じており、この状態下でフリーな動体
10を弾性体固定子9の表面上に加圧接触させる
と、動体10は弾性体固定子9の進行波の頂点A
及びA′の部分でのみ接触し、頂点A,A′は振動
速度v=2πfb(ただしfは振動数)で矢印M方向
に運動していることから、動体10は弾性体固定
子9との摩擦力によつて矢印N方向に駆動される
ことになる。 以上の通りの動作原理によつて本発明の超音波
リニアモータは弾性体表面に進行波を発生させ、
しかも一方向の進行波として動体を駆動させる。
しかしながら、弾性体に振動を与えただけでは、
振動源に対し両方向に伝播する波を作り、なおか
つ境界面において反射波となり、その結果、弾性
体表面上では横波だけの定在波となり、この波は
動体の駆動力には寄与しない。 そこで弾性体に一方向進行波を発生させる方法
としてたとえば第2図に示すように、複数の弾性
体本体1,2と結合子3および圧電体4としての
たとえば一対の圧電体4A,4Bとによつて前記
弾性体固定子9を構成し、圧電体4A,4Bに位
相を90゜、または120゜ずらして高周波電圧を加え、
弾性体本体2を励振させ、発生した振動が結合子
3を介して他の弾性体本体1に伝達されて表面に
進行波を発生させ、この進行波によつて前記動体
10に相当する動体8を駆動させる方法が取られ
る。 この場合、反射波は動体8に当接する弾性体1
の端面において機械インピーダンスの整合をと
り、反射波を作らないようにする。 また、弾性体1と結合子3を含む振動は波長の
整数倍となるようにする。 本発明はこのような作用原理に伴う超音波リニ
アモータを提供する。 以下、さらに詳しく実施例を説明する。 (実施例) 実施例 1 第3図は弾性体本体1と弾性体本体2を結合子
3で結合させ、圧電体4Aと圧電体4Bとによつ
て屈曲振動による一方向進行波を発生させる直線
型の弾性体固定子を示したものである。弾性体本
体1,2の間の左右一対の結合子3の間の距離
l1,l2はそれぞれ (n1/2±1/4)波長と(n2/2±1/4)波長と
する。 なぜならば、結合子3間で1/4波長の位相差を
持たせることにより反射波を打ち消し、また、こ
の振動系の共振条件が、波動が振動系を一周した
ときの位相を2πラジアンの整数倍とするためで
ある。 さらに、結合部1A,2Aにおいて、弾性体本
体1の振幅と弾性体本体2の振幅を特しくする。
その理由は、弾性体本体1の振動エネルギーを弾
性体本体2にすべて伝えるには、両者の機械イン
ピーダンスを等しくすることが必要となる。 この実施例では弾性体本体1と弾性体本体2を
同材質とすれば、断面形状を適当に選ぶことによ
り上記の条件を満足することが出来る。 なお、弾性体本体1,2の結合点1A,2Aに
おける位相差は可能な限り小さくする必要があ
り、また、結合子3の材質、形状を考慮すべきで
ある。 なぜならば、結合子3の質量と弾性率は結合部
における位相差に影響を与えるからである。 また、弾性体本体1,2の両端部は定在波とし
て振幅するため、結合子3からの長さは、固定端
とするか、自由端とするかにより、共振条件を満
足する寸法とすべきである。 実施例 2 第4図Aは弾性体本体1,2を前記結合子3と
しての半波長の共振結合子5で結合させ、圧電体
4A,4Bによる屈曲振動によつて一方向進行波
を発生させる直線型弾性体固定子を用いる例を示
したものである。 弾性体本体1,2の共振結合子5間の距離、両
端部の寸法、および弾性体本体1,2の機械イン
ピーダンスの整合は実施例1の場合と同様であ
る。また、共振結合子5の備えるべき条件は、励
振周波数に共振することである。 また、第4図Bは、第4図Aの前記結合子3に
相当する共振結合子5を音叉型の共振結合子6に
おきかえた場合の実施例を示したものである。 実施例 3 第5図は弾性体本体1,2を前記結合子3に相
当するステツプ型ホーンの半波長共振結合子7で
結合させ、圧電体4A,4Bによる屈曲振動によ
つて一方向進行波を発生させる直線型弾性体固定
子を用いた例を示したものである。 弾性体本体1,2の半波長共振結合子7間の距
離l1,l2および両端部の寸法は実施例1の場合と
同様とするが、弾性体本体1,2の機械インピー
ダンスは必ずしも等しくする必要はない。 半波長共振結合子7の条件は、励振周波数に共
振することと、弾性体本体1,2の機械インピー
ダンスの整合を満すべく、それぞれの機械インピ
ーダンスの比が、半波長共振結合子7の結合部1
B,2Bの振幅比の2乗に比例するような形状と
することである。 実施例 4 第6図は第4図Aの共振結合子5を圧電型振動
結合子11でおきかえた直線型弾性体固定子を用
いた実施例を示したものである。弾性体本体1,
2の条件は第4図Aの場合と同様である。 また、この振動結合子11は共振結合子5と同
様に、この振動系の周波数に共振するものとす
る。 そして、この実施例においては、第4図Aの圧
電体4A,4Bは不要となる。なお、振動子をホ
ーン型振動子としてもよく、その条件は第5図の
実施例の場合と同じ条件とする。 実施例 5 第7図は2個の弾性体本体2と1個の弾性体本
体1を結合子3で組合せ、結合した直線型弾性体
固定子を用いる場合を例示したものである。波長
関係は第3図の実施例の場合と同様である。な
お、機械インピーダンスについては、2個の弾性
体本体2の総和が弾性体本体1と等しくなるよう
にする。 共振結合子、振動結合子を用いる場合も結合子
本体2からの振動エネルギーがすべて弾性体本体
1に流れ込むように機械インピーダンスの整合を
取る必要がある。 実施例 6 第3図に示した結合子は一般に金属等の弾性体
であることから、質量と弾性を有し、その結果、
弾性体本体1,2とでは、結合子3との結合部1
A,2Aにおいて、わずかに位相差を生じること
が考慮される。このため、完全な一方向進行波を
作るには障害となり、位相差を完全に零とするこ
とは難しい。 そこで、第8図に示すように弾性体本体1,2
の左右の前記結合子3に相当する1/4波長結合子
7間の距離l3,l4をそれぞれ (n1/2±1/4)波長と(n2/2±1/4)波長と
し、1/ 4波長結合子7は長手方向の縦振動による1/4波長
振動体として構成する方法が考えられる。 この場合の機械インピーダンスについては、第
3図または第6図の例の場合と同様であるが、こ
れに1/4波長結合子7の縦振動による機械インピ
ーダンスのマツチングを取ることとする。 なお、本発明においては、前記のn1,n2…は同
時に偶数の整数または奇数の整数を示し、また
λ1,λ2…は弾性体本体1,2の波長をそれぞれ示
すものとすると、
【表】 が最もよい効果が得られることが判明している。 (発明の効果) 以上詳しく説明した通り、本発明によつて、小
型、軽量化可能なリニアモータが実現され、 1 複写機の直進移動機構 2 自動扉の直進移動機構 3 フロツピーデイスクヘツドの直進移動機構 4 電子プリンタキヤリアの直進移動機構 5 自動車のパワーウインド機構 6 自動車のサンルーフ開閉機構 7 空圧、油圧シリンダのカセツトの代替 8 ロボツトのアクチエター 9 コンベアの代替 10 XYレコーダー 等に効果的に利用することができる。産業技術と
して極めて有用な発明がここに提供される。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の動作原理を説明するための一
部拡大斜視図であり、第2図は結合子によりエン
ドレス構造としたリニアモータの一例を原理的に
示した側面図である。第3図、第4図、第5図、
第6図、第7図および第8図は、各々、一方向進
行波を発生させる各種の直線型弾性体固定子を用
いたリニアモータを例示した側面図である。 1,2……弾性体本体、1a,2A……結合
部、1B,2B……結合部、3……結合子、4…
…圧電体、4A,4B……圧電体、5……共振結
合子、6………音叉型共振結合子、7……ホーン
型半波長共振結合子、8……動体、9……弾性体
固定子、9A……弾性体表面、10……動体、1
1……圧電型振動結合子。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 弾性体固定子と動体とを有する超音波リニア
    モータであつて、弾性体固定子は、複数の弾性体
    本体1,2と、結合子3と圧電体4とを有し、複
    数の弾性体本体1,2は上下に間隔をおいて並べ
    られ結合子3によつて結合されたものであり、圧
    電体4が弾性体本体2もしくは結合子3に取り付
    けられて弾性体本体2を励振し、発生した振動が
    結合子3を介して他の弾性体本体1に伝達されて
    表面に進行波を発生するものである超音波リニア
    モータ。
JP58130714A 1983-07-18 1983-07-18 超音波リニアモータ Granted JPS6022478A (ja)

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JPS6022478A JPS6022478A (ja) 1985-02-04
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JPS6022478A (ja) 1985-02-04

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