JPS6022478A - 超音波リニアモータ - 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】 本発明は表面波リニアモータの固定子に関するものであ
る。

従来から広く用いられている各種モータ装置は、その駆
動源として電磁力を応用したものが大部分であり、各種
用途に使われている。しかしこれら装置の大きさ、重量
及び回転力等は用いられる材料によって一定の制限を受
けるものである。

なぜならば、これらの因子は用いられる材料の磁気的特
性尋によって決められるものであり、これらの特性を超
えた装置は回転駆動を行うことが不可能となるためであ
る。

一方、これらの各種モータ装置に代替する装置として、
本出願人によって超音波振動を利用したモータ装置即ち
、超音波振動子の表面において励振される表面波を、相
互に加圧接触する位置に配置した動体の一方向運動に変
換する如き装置が開示されている。

これら発明によって超音波の持つ強力な振動エネルギー
を回転又は直進運動に変換することによって小形にして
軽量なモータ装置を実現したものであるが、本発明はこ
れらの装置のうち、特に固定子に相当する棒状弾性体を
直線型形状として設定することにより、直進運動が可能
なモータ装置の提供を目的とするものである。

以下、図面を参照して本発明に係るモータ装置の動作原
理と実施例に関し詳細な説明を行う。

〈１〉動作原理について 第１図は動作原理を説明するための一部拡大斜視図であ
る。、９け金属等の弾性体であり、その表面９Ａ上に横
４最動と縦振動が合成された表面波が形成された状態を
拡大して示している。

ここでいう表面波とは棒状（板状）弾性体の屈曲振動に
よる表面波であり、弾性体の表面には縦波と横波とが９
０°位相のずれた欄内振動が形成され、棒状（板状）弾
性体に沿って伝搬する。

第１図は屈曲振動による表面波の伝搬状態（振動源は図
示せず）のみを示している。即ち、質点Ｃに着目すると
、横振巾ａ（上下方向）と縦振巾ｂ（左右方向）との合
成された欄内Ｑ上を矢印Ｍの方向に運動（〜ており、そ
の表面波は音速Ｕのスピードで移動している。

この運動は弾性体表面上９Ａのどの点であっても同様で
あって、この状態下でフリーな動体１０の表面を弾性体
９の表面上に加圧接触させると、動体１０け弾性体９の
表面波の頂点Ａ及びＮの部分でのみ接触しており、かつ
これらの頂点Ａ。

Ａ′は振動速度ｖ　＝　２πテｂ（ただし寸は振動数）
で矢印Ｍの方向に運動しているのであるから、フリーな
動体１０は弾性体９との摩擦力によって矢印Ｎの方向に
駆動されることになる。

表面波リニアモータの固定子は弾性体の屈曲振動によっ
て表面波を発生させるのであるが、この表面波は一方向
進行波でなければならない。

弾性体に振動を与えただけでは、振動源に対し両方向に
伝搬する波を作り、なおかつ境界面において反射波とな
る。

その結果、弾性体表面上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のである。

そこで弾性体１に一方向進行波を発生させる方法として
第２図に示すように１複数の振動子４Ａ、振動子４Ｂに
加える高周波電圧の位相を９０°または１２０Ｑｔ″ら
１．て励振さげる方法が取られる。

反射波については弾性体１の端面において機械インピー
ダンスの整合をとり、反射波を作らない事が必要となる
。

また、弾性体１と結合子３を含む振動系は正しく波長の
整数倍とならなければならない。

本発明はこの原理にしたがって表面波リニアモータの固
定子を構成した装置に関するものであって、その実施例
を以下に説明する。

〈２〉結合子と弾性体で構成された固定子について 第３図は弾性体１と弾性体２を結合子３で結合させ、圧
電体状と圧電体４Ｂで屈曲振動による一方向進行波を発
生させる直線型固定子である。

弾性体】と弾性体２の結合子間の距離はそれぞれ（シ＋
１ ２−４）波長と（ｐ４４）波長でなければならない。

なぜならば、結合子間で１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
は波動が振動系を一周したときの位相が２πラジアンの
整数倍でなければならないからである。

さらに、結合点において、弾性体１の振幅と弾性体２の
振幅は等しくなければならない。その理由は、弾性体１
の振動エネルギーを弾性体２にすべて伝えるには、両者
の機械インピーダンスは郷Ｌ　＜なければならないから
である。

この実施例では弾性体１と弾性体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１および弾性体２の結合点における位相差
は可能な限り小さくする必要があり、また、結合子の材
質、形状を考慮しなければならない。

なぜならば、結合子の質量と弾性率は結合点における位
相差に影響を与えるからである。

ｔだ、弾性体１および弾性体２０両端部は定在波として
振動しており、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しな
ければならない。

なぜならば、この条件はこの振動系になんらの影響を与
えないからである。

〈３〉共振子と弾性体で構成された固定子について 第４図（Ａ）は弾性体１と弾性体２を半波長の共振子５
で結合させ、圧電体４Ｎと圧電体４Ｂで屈曲振動による
一方向進行波を発生させる直線型固定子を示すものであ
る。

弾性体１と弾性体２の共振子間の距離、両端部の寸法、
および弾性体１と弾性体２の機械インピーダンスの整合
は第３図の実施例と同じである。また、共振子の条件は
励振周波数に共振しなければならない。

また、第４図（Ｂ）は第４図（Ａ）の共振子５を音叉型
共振子６におきかえた場合の実施例を示すものである。

〈４〉　ホーン型共振子と弾性体で構成された固定子に
ついて 第５図は弾性体１と弾性体２をステップ型ホーンの半波
長共振子７で結合させ、圧電体状と圧電体４Ｂで屈曲振
動による一方向進行波を発生させる直線型固定子を示す
ものである。

弾性体１と弾性体２の共振子間の距離／１１１２および
両端部の寸法は第３図の実施例と同じであるが、弾性体
１と弾性体２の機械インピーダンスは必らずｉ〜も等し
くする必要は々い。

共振子の条件は励振周波数に共振する事と、弾性体１と
弾性体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、共振子の結合部ＩＢ
と結合部部の振幅比の２乗に比例するような共振子の形
状７− としなければならない。

〈５〉振動子と弾性体で構成された固定子について 第６図は第４図（Ａ＞の共振子５を圧電型振動子１１で
おきかえた直線型固定子の実施例を示すものである。弾
性体１と弾性体２０条件は第４図（Ａ）の場合と同じで
ある。

また、この振動子６は共振子５と同様に、この振動系の
周波数に共振ｌ−なければならない。

この実施例において、第４図（Ａ）の圧電体状。

圧電体４Ｂは不要となる。なお、振動子をホーン型振動
子としても良く、その条件は第５図の実施例の場合と同
じ条件でなければならない。

〈６〉複数の弾性体と結合子または共振子で構成された
固定子について 第７図は２個の弾性体２と１個の弾性体１を結合子３で
組合せた直線型固定子を示すものである。波長関係は第
３図の実施例の場合と同様である。機械インピーダンス
については、２個の弾性体２の総和が弾性体１と等しく
しなけれ９− ８− ばならない。

共振子、振動子による構成の場合も弾性体２からの振動
エネルギーがすべて弾性体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。

〈７〉７波長績合子と弾性体で構成された固定子につい
て 第３図の結合子は、一般に金属等の弾性体であるから、
質量と弾性を有している。その結果、弾性体１と弾性体
２が結合子との結合点ＩＡ’と結合点法において、わず
かに位相差を生じる。これは完全な一方向進行波を作る
には障碍であり位相差を零とすることが出来ない。

そこで、第８図に示すように弾性体１と弾性子方向の縦
振動による７波長振動体として構成する方法が考えられ
る。

機械インピーダンスについては、第３図または第６図の
実施例の場合と同様であるが、これ１０− １ に７波長績合子７の縦振動による機械インピーダンスの
マツチングを取る必要がある。

〈８）本発明の効果について 本発明は、以上説明したように弾性体を結合子、共振子
または振動子を組合せて、一方向進行波を作り出す方法
を述べた。

本明細書において、”１＋　”２・・・は同時に偶数の
整数または奇数の整数を、λ１．Ｊ２・・・は弾性体１
および弾性体２の波長をそれぞれ示すものである。

本出願人は本発明におけるこれらの関係と１〜で、 ａ）第３図から第７図に記載の実施例において、ｂ）第
８図に記載の実施例において、 が最もよい効果が得られることが判明した。

これらの実施例により容易に得られた直進運動を利用し
て例えば、 １）複；機の直進移動機構、 ２）自動扉の直進移動機構、 ３）フロンピーデスクのヘッドの直進移動機構、４）電
子プリンタのキャリアの直進移動機構、５）自動車のパ
ワーウィンドの機構、 ６）＃　のサンルーフの開閉機構、 ７）空圧、油圧シリンダのユニットの代替、８）ロボッ
トのアワチェター、 ９）コンベアの代も、 １０）ＸＹレコーダー、 などを確保することが出来るという極めて有用な発明と
いうべきものである。

【図面の簡単な説明】

１．２・・・棒状弾性体、３・・・結合子、４・・・圧
電体、　５・・・共振子、 ６・・・音叉型共振子、７・・・ホーン型半波長共振子
、８・・・移動子、　９・・・弾性体 粉・・・動体、　１１・・・圧電型振動子図面は本発明
の一実施例を示すもので、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、＠２図は結合子により
エンドレス構造としたりニアモータの一例図、第３図か
ら第８図は一方向進行波を発生させる直線型固定子の説
明図である。 −３ｉ７２図 ：＃１７図 ５ｐ８図 手続補正書（自発） 昭和５９年！月２ｑ日 特許庁長官殿 １、事件の表示　特願昭５８−１３０７１４号２、発明
の名称　表面波リニアモータの固定子３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 所在地　東京都世田谷区粕谷２丁目１番８号（１）明細
書の図面の簡単な説明の欄 ５、補正の内容 （１）別紙の通り （１）明細書第１２員第１４行から同書第１３頁第５行
に記載の「４、図面の簡単な説明」を成文に補正する。 ４、図面の簡単な説明 図面は本発明の一実施例を示すもので、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、第２図は
結合子によりエンドレス構造と１．たりニアモータの一
例図、第３図から第８図は一方向進行波を発生させる直
線型固定子の説明図である。 １．２・・・棒状弾性体、３・・・結合子、４・・・圧
電体、　５・・・共振子、 ６・・・音叉型共振子、７・・・ホーン型半波長共撮子
、８・・・移動子、　９・・・弾性体 １０・・・動体、　１１・・・圧電型振動子以　上。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、振動子により励振される弾性体において、結合子間
   が所定の距離を有する複数の弾性体を組合せたことから
   なることを特徴とする表面波リニアモータの固定子。 ２、　これらの弾性体は結合子で結合した点において、
   機械インピーダンスを等しくしたことを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の表面波リニアモータの固定子。 ３　これらの弾性体を共振子で結合したことを特徴とす
   る表面波リニアモータの固定子。 ４、振動端での共振子の機械インピーダンスを、これら
   の弾性体の機械インピーダンスと等しくしたことを特徴
   とする特許請求の範囲第３項記載の表面波リニアモータ
   の固定子。 ５、　共振子を振動子として構成したことを特徴とする
   特許請求の範囲第３項記載の表面波リニアモータの固定
   子。 ６、結合子間が所定の距離を有する複数の弾性体と所定
   の波長を有する結合子との組合せによることを特徴とす
   る表面波リニアモータの固定子。