JPH07274554A - 超音波リニアモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡単な構造で能率が良く、大出力の超音波リ
ニアモータを得る。 【構成】 超音波リニアモータはステータフレーム２と
ランジュバン振動子３とキャリア４にて構成されてい
る。ランジュバン振動子３は圧電セラミックス１２と金
属端子１１，１３からなる。圧電セラミックス１２及び
金属端子１１，１３の形状やサイズ等は、ランジュバン
振動子３の屈曲振動の共振周波数と長さ振動の共振周波
数がほぼ等しくなるように設定されている。圧電セラミ
ックス１２は左右の分極方向が１８０度異なっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は各種機械（例えばコンベ
ア等）の駆動装置として使用される超音波リニアモータ
に関する。

【０００２】

【従来の技術と課題】従来の超音波リニアモータとして
は、図４に示すように、ステータレール（５）に接する
同一周波数の一対のランジュバン振動子の一方を発振器
（６）、他方を吸振器（７）とし、発振器（６）と結合
子（８）とによりステータレール（５）に励振された屈
曲振動の進行波を、結合子（９）と吸振器（７）により
電気エネルギーに変換して吸収させることにより、ステ
ータレール（５）に接触するキャリア（４）との間に働
く摩擦力により、キャリア（４）を矢印の方向に移動さ
せるものであった。しかしこの方式では、吸振器は進行
波を吸収するだけのために使われるもので、構造が複雑
で、能率が悪く、また出力の大きい超音波リニアモータ
を製作することは困難であるという問題があった。

【０００３】そこで本発明の課題は、簡単な構造で能率
が良く、大出力の超音波リニアモータを提供することで
ある。

【０００４】〔課題を解決するための手段と作用〕以上
の課題を解決するため、本発明に係る超音波リニアモー
タは、（ａ）圧電セラミックスと、この圧電セラミック
スと一体化された金属端子とを有し、交流電圧を印加す
ることにより振動する複数のランジュバン振動子と、
（ｂ）前記ランジュバン振動子を平面上に配置したステ
ータフレームとを備え、（ｃ）前記ランジュバン振動子
の屈曲振動の共振周波数と長さ振動の共振周波数がほぼ
等しくなるようにしたこと、を特徴とする。

【０００５】以上の構成において、屈曲振動の共振周波
数と長さ振動の共振周波数がほぼ等しいランジュバン振
動子に交流電圧を印加すると、ランジュバン振動子の先
端部は楕円軌道を描き、ステータレールと吸振器が無く
とも、先端部とキャリアとの摩擦力により、キャリアを
一方向に進行させる。したがって多数のランジュバン振
動子を平面に並べて、全体を加振器として使えるので、
大出力の超音波リニアモータとなる。

【０００６】

【実施例】以下、本発明に係る超音波リニアモータの一
実施例を添付図面を参照して説明する。図１に示すよう
に、超音波リニアモータ（１）は、概略、ステータフレ
ーム（２）、ランジュバン振動子（３）、キャリア
（４）にて構成されている。

【０００７】ランジュバン振動子（３）は、図２（ａ）
に示すように、ステータフレーム（２）に固定された金
属端子（１１）と、金属端子（１１）に接着された圧電
セラミックス（１２）と、圧電セラミックス（１２）に
接着された他の金属端子（１３）からなる。これら圧電
セラミックス（１２）および金属端子（１１）（１３）
の形状やサイズ等は、ランジュバン振動子（３）の屈曲
振動の共振周波数と長さ振動の共振周波数がほぼ等しく
なるように設定されている。

【０００８】圧電セラミックス（１２）には、上下面に
それぞれ分割された電極（１４ａ）（１４ｂ）（１４
ｃ）（１４ｄ）が設けられている。電極（１４ａ）と
（１４ｃ）は対向しており、この電極（１４ａ）と（１
４ｃ）との間に直流電圧を加えることにより、圧電セラ
ミックス（１２）の左側の部分を上向きの矢印の方向に
分極されている。同様に対向している電極（１４ｂ）と
（１４ｄ）との間に逆の直流電圧を加えることにより、
圧電セラミックス（１２）の右側の部分を下向きの矢印
の方向に分極されている。すなわち圧電セラミックス
（１２）は、左側と右側の分極方向が互いに逆になって
いるので、上面電極（１４ａ）と（１４ｂ）とを並列に
接続し、また下面電極（１４ｃ）と（１４ｄ）とを並列
に接続して両電極の間に交流電圧を加えれば、ランジュ
バン振動子（３）は屈曲振動を起こすことになる。また
分割の割合を適当に選べば、長さ振動も同時に起こすこ
とができるから、ランジュバン振動子（３）の先端は図
２（ｂ），図２（ｃ）のように楕円を描いて振動するこ
とになる。電極の分割方向はステータフレーム（２）の
長さ方向に対して直交するようにし、また各ランジュバ
ン振動子（３）の先端の楕円振動の位相が揃うように配
置される。

【０００９】キャリア（４）は、重力または図示しない
加圧手段により適度に加圧された状態で、ランジュバン
振動子（３）の金属端子（１１）の先端に接触してい
る。キャリア（４）の材料としては金属、木材またはプ
ラスチック等が採用され、形状は平面である。以上の構
造からなる超音波リニアモータ（１）に交流電圧が印加
されると、図２（ｂ）に示すように金属端子（１１）の
先端部は楕円振動する。（曲線２０参照）。ここに横紬
はランジュバン振動子（３）の屈曲振動の振幅を表し、
縦軸は長さ振動の振幅を表している。この楕円振動は、
振動子（３）の屈曲振動と長さ振動の共振周波数をほぼ
等しく設定することにより、一つの共振周波数で屈曲振
動と長さ振動が結合して起こるのである。金属端子（１
１）の先端部が楕円状に振動することにより、適度の加
圧力にて金属端子（１１）に接触しているキャリア
（４）は一方向に移動することになる。ランジュバン振
動子（３）に印加する交流電圧の位相を逆にすると、キ
ャリア（４）の移動方向は逆になる。

【００１０】得られた超音波リニアモータ（１）は、ラ
ンジュバン振動子（３）の先端が楕円振動をして、キャ
リア（４）を移動させるので、ランジュバン振動子の数
を増やせば、容易に大型の超音波リニアモータを製造す
ることができ、簡単な構造で大出力の超音波リニアモー
タを実現することができる。さらに従来の吸振器を利用
した超音波リニアモータと比較して、本発明による超音
波リニアモータ（１）は全部のランジュバン振動子の楕
円振動を利用して、直接キャリア（４）を移動するよう
にしているため、高能率が得られる。

【００１１】なお、本発明に係る超音波リニアモータは
前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内
で種々に変形することができる。前記実施例において
は、ランジュバン振動子（３）は１個の圧電セラミック
ス（１２）と２個の金属端子（１１），（１３）とを備
えたタイプのみを例にして説明したが、図３に示すよう
に、中央に金属板（１５）を用いてこれをステータフレ
ーム（２）に固定し、金属板（１５）の両面にそれぞれ
分割電極（１４ａ）（１４ｂ）（１４ｃ）（１４ｄ）を
有する２個の圧電セラミックス（１２）を接着し、さら
に外側に金属端子（１１），（１３）を接着したランジ
ュバン振動子（２０）であってもよい。

【００１２】また前記実施例にはステータフレーム
（２）に固定されたランジュバン振動子（３）の上を、
キャリア（４）が摩擦力によって矢印方向に移動する図
を示したが、逆にキャリア（４）を固定して、ステータ
フレーム（２）が移動するようにすることもできる。

【００１３】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、ランジュバン振動子の屈曲振動の共振周波数と
長さ振動の共振周波数をほぼ等しく設定したので、ラン
ジュバン振動子の先端部は楕円振動をし、従来の加振器
と吸振器を利用した超音波リニアモータと比較して高能
率が得られる。またランジュバン振動子の数を増やすこ
とにより、容易に大型の超音波リニアモータを製造する
ことができ、大出力の超音波リニアモータを実現するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る超音波リニアモータの一実施例を
示す斜視図。

【図２】（ａ）は図１に示した超音波リニアモータに使
用されるランジュバン振動子の断面図、（ｂ），（ｃ）
はそれぞれ金属端子の先端の楕円振動を示すグラフ。

【図３】ランジュバン振動子の変形例を示す断面図。

【図４】従来例を示す斜視図。

【符号の説明】

１・・・超音波リニアモータ ２・・・ステータフレーム ３・・・ランジュバン振動子 ４・・・キャリア ５・・・ステータレール ６・・・発振器 ７・・・吸振器 ８，９・・・結合子 １１，１３・・・金属端子 １２・・・圧電セラミックス １４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ・・・分割電極 １５・・・金属板 ２３・・・ランジュバン振動子

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電セラミックスと、この圧電セラミッ
   クスと一体化された金属端子とを有し、交流電圧を印加
   することにより振動する複数のランジュバン振動子と、 前記ランジュバン振動子を平面状に配設したステータフ
   レームとを備え、 前記ランジュバン振動子の屈曲振動の共振周波数と長さ
   振動の共振周波数がほぼ等しくなるようにしたこと、 を特徴とする超音波リニアモータ。