JPH0723037Y2 - 超音波リニアモータ - Google Patents
超音波リニアモータInfo
- Publication number
- JPH0723037Y2 JPH0723037Y2 JP1989043512U JP4351289U JPH0723037Y2 JP H0723037 Y2 JPH0723037 Y2 JP H0723037Y2 JP 1989043512 U JP1989043512 U JP 1989043512U JP 4351289 U JP4351289 U JP 4351289U JP H0723037 Y2 JPH0723037 Y2 JP H0723037Y2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- vibrating
- vibration
- degrees
- linear motor
- elements
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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Description
【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この考案は、圧電素子の超音波振動を駆動源として直線
的変位を得るための超音波リリアモータに関する。
的変位を得るための超音波リリアモータに関する。
［従来の技術］ 近年、圧電セラミックスを素材とする圧電素子の超音波
振動を駆動源とした超音波モータが開発され、種々の機
器のアクチュエータとして利用されている。このような
超音波モータは、小形で高トルクが期待され、また、電
磁波の発生がないので電磁媒体等への影響がないなどの
長所を有している。
振動を駆動源とした超音波モータが開発され、種々の機
器のアクチュエータとして利用されている。このような
超音波モータは、小形で高トルクが期待され、また、電
磁波の発生がないので電磁媒体等への影響がないなどの
長所を有している。
超音波モータは、振動する駆動体と被駆動体とを近接さ
せ、駆動体の送り方向への振動を摩擦を介して被駆動体
に伝達させるようにしている。駆動体は互いに直交する
向きの振動を合成した斜めの直線振動あるいは楕円振動
をするもので、これを構造的に分類すると。振動片型、
ねじり振動子型、進行波型、一本足型の四つの型があ
る。
せ、駆動体の送り方向への振動を摩擦を介して被駆動体
に伝達させるようにしている。駆動体は互いに直交する
向きの振動を合成した斜めの直線振動あるいは楕円振動
をするもので、これを構造的に分類すると。振動片型、
ねじり振動子型、進行波型、一本足型の四つの型があ
る。
振動片型の超音波モータは、第４図に示すように縦に振
動する圧電振動子11およびこれに付設した振動片12を被
駆動体13の接触面に対して斜めに設置して、被駆動体13
を一定方向に押すことにより駆動するもので、変換効率
が高く、高速作動をさせることができる。
動する圧電振動子11およびこれに付設した振動片12を被
駆動体13の接触面に対して斜めに設置して、被駆動体13
を一定方向に押すことにより駆動するもので、変換効率
が高く、高速作動をさせることができる。
また、ねじり振動子型の超音波モータは、第５図に示す
ように圧電振動子14にねじり結合素子15を付設したこと
により、振動片型のような直線的振動ではなく、楕円振
動を起こすようにしたものである。
ように圧電振動子14にねじり結合素子15を付設したこと
により、振動片型のような直線的振動ではなく、楕円振
動を起こすようにしたものである。
進行波型の超音波モータは、第６図に示すように、円環
状または円板状に形成した振動体16に圧電素子17を接合
し、振動体16に周方向に進行する撓み振動波を与えるこ
とにより、ロータ18との接触面を楕円振動させるもの
で、接触面積が多いために摩耗が少ないなどの利点を有
している。
状または円板状に形成した振動体16に圧電素子17を接合
し、振動体16に周方向に進行する撓み振動波を与えるこ
とにより、ロータ18との接触面を楕円振動させるもの
で、接触面積が多いために摩耗が少ないなどの利点を有
している。
また、一本足型の超音波モータは、本考案者が提案（特
願昭63−318254号参照）したものであり、第７図に示す
ように、柱状の振動体19の上部に斜めに圧電素子20を取
り付け、この圧電素子20の縦振動を柱状の振動体19に与
えることにより、その下端面において楕円振動を発生さ
せて走行体21をレール22の長手方向にリニア送りするも
ので、変換効率が高いなどの利点を有している。
願昭63−318254号参照）したものであり、第７図に示す
ように、柱状の振動体19の上部に斜めに圧電素子20を取
り付け、この圧電素子20の縦振動を柱状の振動体19に与
えることにより、その下端面において楕円振動を発生さ
せて走行体21をレール22の長手方向にリニア送りするも
ので、変換効率が高いなどの利点を有している。
［考案が解決しようとする課題］ ところで、上述した従来の各超音波モータにあっては、
いずれも次のような解決すべき課題があった。
いずれも次のような解決すべき課題があった。
まず、振動片型の超音波モータにおいては、振動片12と
被駆動体13の接触が間欠的であるために、回転が不安定
であり、また、被駆動体の送りの方向も一定である。さ
らに、ロータ振動片12の先端の摩耗が激しいなどの問題
がある。
被駆動体13の接触が間欠的であるために、回転が不安定
であり、また、被駆動体の送りの方向も一定である。さ
らに、ロータ振動片12の先端の摩耗が激しいなどの問題
がある。
ねじり振動子型超音波モータは、その構造上、送りの振
動と摩擦を制御する振動を個別に制御することが難しい
こと、およびリニアモータとして使用するには、直線運
動変換機構を必要とすることなどの欠点があった。
動と摩擦を制御する振動を個別に制御することが難しい
こと、およびリニアモータとして使用するには、直線運
動変換機構を必要とすることなどの欠点があった。
進行波型超音波モータは、エネルギ変換効率が低い上、
上記と同じように直線運動変換機構が必要になるという
欠点がある。また、進行波型の超音波リニアモータとし
て、円環または円板状の振動体16の替わりに直線状にの
振動体を設置し、これに進行波を与えて振動を被駆動体
に伝達することが考えられるが、この場合には、レール
全体に進行波を励振させるために一層エネルギの損失が
大きくなり、効率が低下するという欠点がある。
上記と同じように直線運動変換機構が必要になるという
欠点がある。また、進行波型の超音波リニアモータとし
て、円環または円板状の振動体16の替わりに直線状にの
振動体を設置し、これに進行波を与えて振動を被駆動体
に伝達することが考えられるが、この場合には、レール
全体に進行波を励振させるために一層エネルギの損失が
大きくなり、効率が低下するという欠点がある。
そして、一本足型超音波モータは、その構造上楕円振動
の横振幅が小さいので移動速度が遅いという欠点があ
る。
の横振幅が小さいので移動速度が遅いという欠点があ
る。
この考案は、このような背景の下になされたもので、移
動速度の速い直線運動をすることができ、かつ、エネル
ギ効率が高い超音波リニアモータを提供することを目的
とする。
動速度の速い直線運動をすることができ、かつ、エネル
ギ効率が高い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］ この考案は、剛性を有する弾性体から形成され上端部に
２つの振動素子が取り付けられた振動体と、この振動体
の下端部が当接される走行面を有する被駆動体とを具備
して構成された超音波リニアモータであって、前記弾性
体の上端部に互いに90度の角度で傾斜し合い、かつ、個
々に前記被駆動体の走行面に対して45度の角度で傾斜す
る２つの取付面状のテーパ部が形成され、各テーパ部に
テーパ部に対して垂直な方向に縦振動する振動素子が取
り付けられるとともに、前記２つの振動素子が、各振動
素子に対して同じ振動数で90度位相の異なる交流電圧を
印可し走行面に対して平行な方向の振動成分と垂直な方
向の振動成分を個々に合成増幅する電圧供給源に接続さ
れてなることを特徴とする。
２つの振動素子が取り付けられた振動体と、この振動体
の下端部が当接される走行面を有する被駆動体とを具備
して構成された超音波リニアモータであって、前記弾性
体の上端部に互いに90度の角度で傾斜し合い、かつ、個
々に前記被駆動体の走行面に対して45度の角度で傾斜す
る２つの取付面状のテーパ部が形成され、各テーパ部に
テーパ部に対して垂直な方向に縦振動する振動素子が取
り付けられるとともに、前記２つの振動素子が、各振動
素子に対して同じ振動数で90度位相の異なる交流電圧を
印可し走行面に対して平行な方向の振動成分と垂直な方
向の振動成分を個々に合成増幅する電圧供給源に接続さ
れてなることを特徴とする。
［作用］ この考案によれば、２個の振動素子に、同じ振動数で、
かつ、90度位相の異なる交流電圧を各々付与すると、上
記各振動素子においてはその取付面に直交する方向に伸
縮する振動が各々発生する。この場合、これらの振動素
子は、振動体の下端部に対して斜めに取り付けられてい
るので、これらの振動素子の振動は、振動体に対して、
各々平行な方向の成分と直交する方向の成分とに分解さ
れて伝達される。この場合、一方の振動素子の振動は、
他方の振動素子の振動に対して位相が90度異なっている
ので、他方の振動素子によって振動体に伝達された平行
な方向および直交する方向の成分の振動を増幅する。そ
して、これらの振動の合成の結果として、振動体の下端
面においては、大きな斜めの直線状または楕円状の振動
が発生し、この振動が被駆動体に伝達されて被駆動体ま
たは振動体が一方向に直線運動する。
かつ、90度位相の異なる交流電圧を各々付与すると、上
記各振動素子においてはその取付面に直交する方向に伸
縮する振動が各々発生する。この場合、これらの振動素
子は、振動体の下端部に対して斜めに取り付けられてい
るので、これらの振動素子の振動は、振動体に対して、
各々平行な方向の成分と直交する方向の成分とに分解さ
れて伝達される。この場合、一方の振動素子の振動は、
他方の振動素子の振動に対して位相が90度異なっている
ので、他方の振動素子によって振動体に伝達された平行
な方向および直交する方向の成分の振動を増幅する。そ
して、これらの振動の合成の結果として、振動体の下端
面においては、大きな斜めの直線状または楕円状の振動
が発生し、この振動が被駆動体に伝達されて被駆動体ま
たは振動体が一方向に直線運動する。
［実施例］ 以下、図面を参照して、この考案の一実施例を説明す
る。第１図はこの考案の一実施例による超音波リニアモ
ータの構成を示す斜視図である。この図において、１は
平滑なレールであり、このレール１の上面にはその長手
方向に沿って規定の幅を有する溝1aが形成されている。
そして、このレール１の溝1aの上面には、横幅の広い四
角柱状の振動体２が載置されている。
る。第１図はこの考案の一実施例による超音波リニアモ
ータの構成を示す斜視図である。この図において、１は
平滑なレールであり、このレール１の上面にはその長手
方向に沿って規定の幅を有する溝1aが形成されている。
そして、このレール１の溝1aの上面には、横幅の広い四
角柱状の振動体２が載置されている。
振動体２は、適度の剛性と弾性とを有する弾性体、例え
ばアルミニウム等から形成されており、その上部には、
テーパ部2a,2bが形成されている。このテーパ部2a,2b
は、溝1aに嵌入された下端部に対して、例えば45度に各
々面取りされており、これにより、上部が三角柱状とな
っている。そして、テーパ部2a,2bには、積層セラミッ
クアクチュエータ等による振動素子3,4が、例えば接着
剤によって取り付けられている。
ばアルミニウム等から形成されており、その上部には、
テーパ部2a,2bが形成されている。このテーパ部2a,2b
は、溝1aに嵌入された下端部に対して、例えば45度に各
々面取りされており、これにより、上部が三角柱状とな
っている。そして、テーパ部2a,2bには、積層セラミッ
クアクチュエータ等による振動素子3,4が、例えば接着
剤によって取り付けられている。
しかして、レール１の溝1aに嵌入される下端部を有する
振動体２と、この振動体２の上部に各々対向して斜めに
取り付けられた２個の振動素子3,4とから走行体５が構
成されている。
振動体２と、この振動体２の上部に各々対向して斜めに
取り付けられた２個の振動素子3,4とから走行体５が構
成されている。
このような構成において、走行体５の振動素子3,4に、
同じ振動数で、かつ、90度位相の異なる交流電圧を各々
付与すると、上記各振動素子3,4においてはその取付面
に直交する方向に伸縮する振動が各々発生する。この場
合、これらの振動素子3,4は、振動体２の下端部に対し
て斜めに取り付けられているので、これらの振動素子3,
4の振動は、振動体２に対して、各々平行な方向の成分
と直交する方向の成分とに分解されて伝達される。この
場合、振動素子３（または振動素子４）の振動は、振動
素子４（または振動素子３）の振動に対して位相が90度
異なっているので、振動素子４（または振動素子３）に
よって振動体２に伝達された平行な方向および直交する
方向の成分の振動を増幅する。そして、これらの振動の
合成の結果として、振動体２の下端面においては、大き
な斜めの直線状または楕円状の振動が発生し、この振動
がレール１に伝達されて走行体５が一方向に直線運動す
る。
同じ振動数で、かつ、90度位相の異なる交流電圧を各々
付与すると、上記各振動素子3,4においてはその取付面
に直交する方向に伸縮する振動が各々発生する。この場
合、これらの振動素子3,4は、振動体２の下端部に対し
て斜めに取り付けられているので、これらの振動素子3,
4の振動は、振動体２に対して、各々平行な方向の成分
と直交する方向の成分とに分解されて伝達される。この
場合、振動素子３（または振動素子４）の振動は、振動
素子４（または振動素子３）の振動に対して位相が90度
異なっているので、振動素子４（または振動素子３）に
よって振動体２に伝達された平行な方向および直交する
方向の成分の振動を増幅する。そして、これらの振動の
合成の結果として、振動体２の下端面においては、大き
な斜めの直線状または楕円状の振動が発生し、この振動
がレール１に伝達されて走行体５が一方向に直線運動す
る。
第２図（イ）は上記走行体５の振動素子３に、 Va＝Ｅ・sinωｔ の交流電圧を付与し、振動素子４に、 Vb＝Ｅ・cosωｔ の交流電圧を付与したときのFEM（有限要素法を用いた
コンピュータによるシミュレーション）の結果を示す図
である。なお、上記各交流電圧の振動周波数は、91.529
khzである。この場合の振動体２の下端部分Pu,Pv,Pw
は、第２図（ロ）に示すように、 ・ポイントPu1，Pu2，……，Pu1，… ・ポイントPv1，Pv2，……，Pv1，… ・ポイントPw1，Pw2，……，Pw1，… の順に各々移動する。そして、これは、各々位相および
振幅の異なる左回転の楕円振動の軌跡を描いていること
がわかる。そして、この楕円振動がレール１に伝達され
れば、走行体５は第１図に示すように、矢印Ｘ方向に直
線運動する。
コンピュータによるシミュレーション）の結果を示す図
である。なお、上記各交流電圧の振動周波数は、91.529
khzである。この場合の振動体２の下端部分Pu,Pv,Pw
は、第２図（ロ）に示すように、 ・ポイントPu1，Pu2，……，Pu1，… ・ポイントPv1，Pv2，……，Pv1，… ・ポイントPw1，Pw2，……，Pw1，… の順に各々移動する。そして、これは、各々位相および
振幅の異なる左回転の楕円振動の軌跡を描いていること
がわかる。そして、この楕円振動がレール１に伝達され
れば、走行体５は第１図に示すように、矢印Ｘ方向に直
線運動する。
第３図（イ）は振動素子３にのみ、 Va＝Ｅ・sinωｔ の上記交流電圧を付与した場合の振動体２の下端部分P
u,Pv,Pwの動きを示す図であり、各下端部分Pu,Pv,Pw
は、振幅の異なる左回転の楕円振動の軌跡を描く。ま
た、第３図（ロ）は振動素子４にのみ、 Vb＝Ｅ・cosωｔ の上記交流電圧を付与した場合の下端部分Pu,Pv,Pwの動
きを示す図であり、この場合の各下端部分Pu,Pv,Pwは、
第３図（イ）に示す楕円振動に対して下端中央点を対称
に全く逆の右回転の楕円振動の軌跡を描く。そして、振
動素子3,4に同時に上記交流電圧を付与した場合、すな
わち、上記２つの楕円振動を合成した場合は、第３図
（ロ）に示す楕円振動が第３図（イ）に示す楕円振動に
対して90度位相が進んでいるので、前述した第２図
（ロ）に示すような大きな楕円振動の軌跡となる。
u,Pv,Pwの動きを示す図であり、各下端部分Pu,Pv,Pw
は、振幅の異なる左回転の楕円振動の軌跡を描く。ま
た、第３図（ロ）は振動素子４にのみ、 Vb＝Ｅ・cosωｔ の上記交流電圧を付与した場合の下端部分Pu,Pv,Pwの動
きを示す図であり、この場合の各下端部分Pu,Pv,Pwは、
第３図（イ）に示す楕円振動に対して下端中央点を対称
に全く逆の右回転の楕円振動の軌跡を描く。そして、振
動素子3,4に同時に上記交流電圧を付与した場合、すな
わち、上記２つの楕円振動を合成した場合は、第３図
（ロ）に示す楕円振動が第３図（イ）に示す楕円振動に
対して90度位相が進んでいるので、前述した第２図
（ロ）に示すような大きな楕円振動の軌跡となる。
このように、上述した実施例においては、振動体２の上
部に各々対向して斜めに２個の振動素子を取り付け、そ
して、この一方の振動素子の振動が、他方の振動素子に
よって振動体２に伝達された平行な方向の成分および直
交する方向の成分の振動を増幅するようにしたので、振
動体２の下端面においては、大きな楕円振動が発生し、
したがって、走行体５の移動速度を速くすることができ
る。また、この楕円振動は、定在波によるものなので、
エネルギ効率が高い効果がある。
部に各々対向して斜めに２個の振動素子を取り付け、そ
して、この一方の振動素子の振動が、他方の振動素子に
よって振動体２に伝達された平行な方向の成分および直
交する方向の成分の振動を増幅するようにしたので、振
動体２の下端面においては、大きな楕円振動が発生し、
したがって、走行体５の移動速度を速くすることができ
る。また、この楕円振動は、定在波によるものなので、
エネルギ効率が高い効果がある。
［考案の効果］ 以上説明したように、この考案によれば、剛性を有する
弾性体から形成され上端部に２つの振動素子が取り付け
られた振動体と、この振動体の下端部が当接される走行
面を有する被駆動体とを具備して構成された超音波リニ
アモータであって、前記弾性体の上端部に互いに90度の
角度で傾斜し合い、かつ、個々に前記被駆動体の走行面
に対して45度の角度で傾斜する２つの取付面状のテーパ
部が形成され、各テーパ部にテーパ部に対して垂直な方
向に縦振動する振動素子が取り付けられるとともに、前
記２つの振動素子が、各振動素子に対して同じ振動数で
90度位相の異なる交流電圧を印可し走行面に対して平行
な方向の振動成分と垂直な方向の振動成分を個々に合成
増幅する電圧供給源に接続されてなるので、振動合成さ
れて増幅されて振動体の下端部に発生される大きな斜め
の直線状あるいは楕円状の振動により、弾性体を走行面
に沿って走行させることができ、その際に振動合成増幅
を行っているので、移動速度の速い移動を行うことがで
き、しかもエネルギ効率を高くすることができる効果が
ある。
弾性体から形成され上端部に２つの振動素子が取り付け
られた振動体と、この振動体の下端部が当接される走行
面を有する被駆動体とを具備して構成された超音波リニ
アモータであって、前記弾性体の上端部に互いに90度の
角度で傾斜し合い、かつ、個々に前記被駆動体の走行面
に対して45度の角度で傾斜する２つの取付面状のテーパ
部が形成され、各テーパ部にテーパ部に対して垂直な方
向に縦振動する振動素子が取り付けられるとともに、前
記２つの振動素子が、各振動素子に対して同じ振動数で
90度位相の異なる交流電圧を印可し走行面に対して平行
な方向の振動成分と垂直な方向の振動成分を個々に合成
増幅する電圧供給源に接続されてなるので、振動合成さ
れて増幅されて振動体の下端部に発生される大きな斜め
の直線状あるいは楕円状の振動により、弾性体を走行面
に沿って走行させることができ、その際に振動合成増幅
を行っているので、移動速度の速い移動を行うことがで
き、しかもエネルギ効率を高くすることができる効果が
ある。
また、この振動合成の際に、走行面に対して45度で傾斜
する振動体のテーパ部の存在により、振動素子の振動を
走行面に対して平行な方向と垂直な方向に２分割して２
つの振動素子の振動を効率良く振動体に伝達して合成し
増幅することができる。
する振動体のテーパ部の存在により、振動素子の振動を
走行面に対して平行な方向と垂直な方向に２分割して２
つの振動素子の振動を効率良く振動体に伝達して合成し
増幅することができる。
第１図はこの考案の一実施例による超音波リニアモータ
の構成を示す斜視図、第２図ないし第３図はこの実施例
による走行体５の振動の過程をシミュレーションによっ
て解析した結果を示す図、第４図ないし第７図は従来例
を示す図である。 １……レール（被駆動体）、２……振動体、3,4……積
層セラミックアクチュエータ（振動素子）、2a,2b……
テーパ部。
の構成を示す斜視図、第２図ないし第３図はこの実施例
による走行体５の振動の過程をシミュレーションによっ
て解析した結果を示す図、第４図ないし第７図は従来例
を示す図である。 １……レール（被駆動体）、２……振動体、3,4……積
層セラミックアクチュエータ（振動素子）、2a,2b……
テーパ部。
Claims (1)
- 【請求項１】剛性を有する弾性体から形成され上端部に
２つの振動素子が取り付けられた振動体と、この振動体
の下端部が当接される走行面を有する被駆動体とを具備
して構成された超音波リニアモータであって、 前記弾性体の上端部に互いに90度の角度で傾斜し合い、
かつ、個々に前記被駆動体の走行面に対して45度の角度
で傾斜する２つの取付面状のテーパ部が形成され、各テ
ーパ部にテーパ部に対して垂直な方向に縦振動する振動
素子が取り付けられるとともに、前記２つの振動素子
が、各振動素子に対して同じ振動数で90度位相の異なる
交流電圧を印可し走行面に対して平行な方向の振動成分
と垂直な方向の振動成分を個々に合成増幅する電圧供給
源に接続されてなることを特徴とする超音波リニアモー
タ。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1989043512U JPH0723037Y2 (ja) | 1989-04-13 | 1989-04-13 | 超音波リニアモータ |
| US07/639,396 US5216313A (en) | 1988-12-16 | 1991-01-10 | Ultrasonic wave linear motor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1989043512U JPH0723037Y2 (ja) | 1989-04-13 | 1989-04-13 | 超音波リニアモータ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02136485U JPH02136485U (ja) | 1990-11-14 |
| JPH0723037Y2 true JPH0723037Y2 (ja) | 1995-05-24 |
Family
ID=31555983
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1989043512U Expired - Lifetime JPH0723037Y2 (ja) | 1988-12-16 | 1989-04-13 | 超音波リニアモータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0723037Y2 (ja) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60200776A (ja) * | 1984-03-23 | 1985-10-11 | Hitachi Ltd | 駆動装置 |
-
1989
- 1989-04-13 JP JP1989043512U patent/JPH0723037Y2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60200776A (ja) * | 1984-03-23 | 1985-10-11 | Hitachi Ltd | 駆動装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02136485U (ja) | 1990-11-14 |
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