JPH02211072A - 超音波リニアモータ - Google Patents
超音波リニアモータInfo
- Publication number
- JPH02211072A JPH02211072A JP1029101A JP2910189A JPH02211072A JP H02211072 A JPH02211072 A JP H02211072A JP 1029101 A JP1029101 A JP 1029101A JP 2910189 A JP2910189 A JP 2910189A JP H02211072 A JPH02211072 A JP H02211072A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- vibrating body
- vibration
- linear motor
- transmission rod
- ultrasonic linear
- 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.)
- Pending
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- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
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
本発明は圧電体によって励振した弾性振動を用いて駆動
力を発生する超音波リニアモータに関する。
力を発生する超音波リニアモータに関する。
従来の技術
近年、圧電セラミック等の圧電体により構成した振動体
に弾性振動を励振し、これを駆動力とした超音波リニア
モータが注目されている。
に弾性振動を励振し、これを駆動力とした超音波リニア
モータが注目されている。
以下、図面を参照しながら超音波リニアモータの従来技
術について説明を行う。
術について説明を行う。
第４図は超音波リニアモータの概観図であり、円板形圧
電体１および２を、円筒形の弾性体３および４で挟んで
固定することにより振動体５を構成している。圧電体１
および２に、振動体５の共振周波数近傍の交流電界を印
加すれば、同図中の矢印で示されるように、振動体５は
縦振動モードで上下方向に振動する。
電体１および２を、円筒形の弾性体３および４で挟んで
固定することにより振動体５を構成している。圧電体１
および２に、振動体５の共振周波数近傍の交流電界を印
加すれば、同図中の矢印で示されるように、振動体５は
縦振動モードで上下方向に振動する。
振動体５の振動面から見た機械インピーダンスは、ホー
ン６によりインピーダンス変換されて、伝送棒７の撓み
振動に対する機械インピーダンスに整合される。ホーン
６の先端は伝送棒７の一端に近い一部に音響的に結合さ
れる。従って、振動体５の上下撮動は、ホーン６により
効率良く伝送棒７に伝えられ、伝送棒７は撓み振動する
。この撓み振動は、伝送棒７の一端から他端に向かって
進行する。
ン６によりインピーダンス変換されて、伝送棒７の撓み
振動に対する機械インピーダンスに整合される。ホーン
６の先端は伝送棒７の一端に近い一部に音響的に結合さ
れる。従って、振動体５の上下撮動は、ホーン６により
効率良く伝送棒７に伝えられ、伝送棒７は撓み振動する
。この撓み振動は、伝送棒７の一端から他端に向かって
進行する。
伝送棒７の他端に近い一部では、一端と同様にホーン８
の先端が音響的に結合されている。円板形圧電体９およ
び１０を、円筒形の弾性体１１および１２で挟んで固定
することにより、振動体５と全く同じ振動体１３を構成
している。ホーン８には、この振動体１３が接続されて
いる。従って、伝送棒の一端から他端に向かって進行し
てきた撓み撮動は、ホーン８により振動体１３に伝えら
れ、撮動体１３の上下振動に変換される。圧電体９およ
び１０には、インピーダンス整合した負荷Ｒが接続され
、上記の上下振動は負荷Ｒによって消費される。故に、
伝送棒７には撓み振動が進行波としてのみ存在する。
の先端が音響的に結合されている。円板形圧電体９およ
び１０を、円筒形の弾性体１１および１２で挟んで固定
することにより、振動体５と全く同じ振動体１３を構成
している。ホーン８には、この振動体１３が接続されて
いる。従って、伝送棒の一端から他端に向かって進行し
てきた撓み撮動は、ホーン８により振動体１３に伝えら
れ、撮動体１３の上下振動に変換される。圧電体９およ
び１０には、インピーダンス整合した負荷Ｒが接続され
、上記の上下振動は負荷Ｒによって消費される。故に、
伝送棒７には撓み振動が進行波としてのみ存在する。
１４は移動体であり、伝送棒７を進行する撓み振動によ
り駆動され、進行波の進行方向とは逆の方向に運動する
。上の説明では、移動体１４の進行方向は一方向として
いるが、駆動端を逆にすれば、逆の方向にも進行する。
り駆動され、進行波の進行方向とは逆の方向に運動する
。上の説明では、移動体１４の進行方向は一方向として
いるが、駆動端を逆にすれば、逆の方向にも進行する。
第５図は、撓みの弾性進行波が、移動体を駆動する原理
を示している。伝送棒７の撓み撮動により、伝送棒７の
表面の点く例えば点Ａ）は、縦方向Ｗ・横方向Ｕの楕円
軌跡を描（。この楕円軌跡の頂点での速度は、波の進行
方向とは反対である。伝送棒７の上に移動体１４を加圧
設置すれば、移動体１４は波の頂点近傍でのみ伝送棒７
に接触する。従って、伝送棒７と移動体１４（！：の摩
擦力と、楕円軌跡の横方向の速度によって、波の進行方
向と逆の方向に移動体１４が駆動される。
を示している。伝送棒７の撓み撮動により、伝送棒７の
表面の点く例えば点Ａ）は、縦方向Ｗ・横方向Ｕの楕円
軌跡を描（。この楕円軌跡の頂点での速度は、波の進行
方向とは反対である。伝送棒７の上に移動体１４を加圧
設置すれば、移動体１４は波の頂点近傍でのみ伝送棒７
に接触する。従って、伝送棒７と移動体１４（！：の摩
擦力と、楕円軌跡の横方向の速度によって、波の進行方
向と逆の方向に移動体１４が駆動される。
また、同図中の１５は、上記楕円軌跡の横方向成分を、
効率良（取り出すための耐磨耗性の摩擦材である。
効率良（取り出すための耐磨耗性の摩擦材である。
発明が解決しようとする課題
以上、説明した従来の超音波リニアモータは、ランジュ
バン構造の振動体を縦振動モードで励振し、上記振動体
の振動面の縦振動をホーンによって伝送棒の撓み振動に
変換している。従って、効率良く撓み振動の進行波を励
振するために、振動面とホーン、ホーンと伝送棒との間
の機械インピーダンスの整合を正確にとらねばならない
。現実には、このことは非常に困難であり、接触面で損
失を生じる。
バン構造の振動体を縦振動モードで励振し、上記振動体
の振動面の縦振動をホーンによって伝送棒の撓み振動に
変換している。従って、効率良く撓み振動の進行波を励
振するために、振動面とホーン、ホーンと伝送棒との間
の機械インピーダンスの整合を正確にとらねばならない
。現実には、このことは非常に困難であり、接触面で損
失を生じる。
また、伝送棒に進行波のみを励振するために、一方から
入力した振動エネルギーは、他方で完全に消失しなれけ
ばならない、従って、撮動エネルギーの一部が機械出力
として取り出せ、大部分は熱に変わる。
入力した振動エネルギーは、他方で完全に消失しなれけ
ばならない、従って、撮動エネルギーの一部が機械出力
として取り出せ、大部分は熱に変わる。
加えて、比較的小さな移動体を移動するためにも、振動
体と伝送棒を振動させなければならない。従って、効率
が低い、寸法が太き（なるという課題があった。
体と伝送棒を振動させなければならない。従って、効率
が低い、寸法が太き（なるという課題があった。
課題を解決するための手段
本発明は、正方形断面を有する弾性体角柱の隣接する２
つの長方形面に、それぞれ圧電体を貼り付けて撮動体を
構成し、上記振動体に、中心が振動の節で１両端が自由
な撓み振動を励振し、上記中心部の節点で上記振動体を
支持し、上記両端から機械出力を取り出す。
つの長方形面に、それぞれ圧電体を貼り付けて撮動体を
構成し、上記振動体に、中心が振動の節で１両端が自由
な撓み振動を励振し、上記中心部の節点で上記振動体を
支持し、上記両端から機械出力を取り出す。
作用
角柱形の振動体を中心部の節点で支持することにより、
損失の小さい振動体の位置固定を可能にし、振動体の両
端から機械出力を取り出すことにより、効率の高い、形
状の小さい超音波リニアモータを提供する。
損失の小さい振動体の位置固定を可能にし、振動体の両
端から機械出力を取り出すことにより、効率の高い、形
状の小さい超音波リニアモータを提供する。
実施例
以下、図面に従って本発明の一実施例について詳細な説
明を行う。
明を行う。
第１図は、本発明の１実施例の振動体の構造を示す斜ｍ
図である。同図において、工６は主要部分が正方形断面
を有する弾性体角柱、１７ａ、１７ｂ、１８ａ、１８ｂ
はそれぞれ厚さ方向に分極され、２つの主面に電極付け
さ、りた圧電セラミックであり、弾性体角柱１６に接着
されている。また、圧電セラミック中の正負の符号は、
分極の向きを示す。１９ａ、１９ｂは機械出力端、２゜
ａ、２０ｂは振動体を位置固定するための支持穴である
。圧電セラミック１７ａ・１７ｂに電界を印加すれば、
振動体は紙面に垂直な面内で撓み振動を起こし、圧電セ
ラミック１８ａ・１８ｂに電界を印加す゛れば、振動体
は紙面に平行な面内で撓み振動を起こす。
図である。同図において、工６は主要部分が正方形断面
を有する弾性体角柱、１７ａ、１７ｂ、１８ａ、１８ｂ
はそれぞれ厚さ方向に分極され、２つの主面に電極付け
さ、りた圧電セラミックであり、弾性体角柱１６に接着
されている。また、圧電セラミック中の正負の符号は、
分極の向きを示す。１９ａ、１９ｂは機械出力端、２゜
ａ、２０ｂは振動体を位置固定するための支持穴である
。圧電セラミック１７ａ・１７ｂに電界を印加すれば、
振動体は紙面に垂直な面内で撓み振動を起こし、圧電セ
ラミック１８ａ・１８ｂに電界を印加す゛れば、振動体
は紙面に平行な面内で撓み振動を起こす。
第２図は、第１図の本発明の振動体に励振される撓み振
動の変位分布図である。振動体の中心部では撓み撮動の
変位は０なので、支持穴２０を介して振動体を位置固定
すれば、損失の小さい支持が可能である。また、振動体
の両端で変位が最大になるので、この箇所から機械出力
を取り出せば速度が最大になる。
動の変位分布図である。振動体の中心部では撓み撮動の
変位は０なので、支持穴２０を介して振動体を位置固定
すれば、損失の小さい支持が可能である。また、振動体
の両端で変位が最大になるので、この箇所から機械出力
を取り出せば速度が最大になる。
第１図の圧電セラミック１７により励振される撓み振動
と、圧電セラミック１８により励振される撓み振動とは
、振動姿態および共振周波数は全（同じであり、その空
間的な位置が直交しているので、圧電セラミック１７と
圧電セラミック１８に印加する電界の位相を時間的に９
０度だけずらしておけば、振動体の両端はほぼ円軌跡を
描いて振動する。
と、圧電セラミック１８により励振される撓み振動とは
、振動姿態および共振周波数は全（同じであり、その空
間的な位置が直交しているので、圧電セラミック１７と
圧電セラミック１８に印加する電界の位相を時間的に９
０度だけずらしておけば、振動体の両端はほぼ円軌跡を
描いて振動する。
第３図は、以上述べたような振動体を使用した超音波リ
ニアモータの１構成例である。同図において、２１は振
動体ａ、２２は振動体すであり、支持棒２３によって、
２つの振動体の先端でレール２６を挟むようにして、支
持穴を介して結合されている。２４は加圧用バネであり
、加圧調節ネジ２５によって、振動体の先端とレール２
６との加圧力を調節する。
ニアモータの１構成例である。同図において、２１は振
動体ａ、２２は振動体すであり、支持棒２３によって、
２つの振動体の先端でレール２６を挟むようにして、支
持穴を介して結合されている。２４は加圧用バネであり
、加圧調節ネジ２５によって、振動体の先端とレール２
６との加圧力を調節する。
振動体ａ２１と振動体ｂ２２の相対する先端のレールに
垂直な方向の振動の振幅は反対方向に、レールに平行な
方向の振動の振幅は同方向になるようにする。同図中の
矢印は、２つの撓み振動によって作られる先端部の軌跡
である。これによって、振動体ａ２１と振動体ｂ２２の
相対する２組みの先端は、それぞれ振動体自身をレール
２６に沿って移動させるように交互に動作する。
垂直な方向の振動の振幅は反対方向に、レールに平行な
方向の振動の振幅は同方向になるようにする。同図中の
矢印は、２つの撓み振動によって作られる先端部の軌跡
である。これによって、振動体ａ２１と振動体ｂ２２の
相対する２組みの先端は、それぞれ振動体自身をレール
２６に沿って移動させるように交互に動作する。
発明の効果
以上、説明したように、本発明によれば、簡単な構造に
よって、寸法の小さな、重さの軽い、しかも効率の高い
超音波リニアモータを提供できる。
よって、寸法の小さな、重さの軽い、しかも効率の高い
超音波リニアモータを提供できる。
第１図は本発明の１実施例の振動体の構造を示す斜視図
、第２図は第１図の実施例の振動体の振動の変位分布図
、第３図は第１図の振動体を使用した超音波リニアモー
タの１構成例の概観図、第４図は従来の超音波リニアモ
ータの概観図、第５図は超音波リニアモータの駆動原理
を示す説明図である。 １６・・・・・・弾性体、１７ａ−ｂ・・・・・・圧電
体、１８ａ−ｂ・・・・・・圧電体、１９ａ−ｂ・・・
・・・出力端、２０ａ−ｂ・・・・・・支持穴、２１・
・・・・・撮動体ａ２２・・・・・・振動体ｂ、２３・
・・・・・支持棒。 代理人の氏名 弁理士 栗野重孝 ほか１名第１図 １＆圧電体 に弾性体 第 ２ｒｌ！Ｊ Ｖ位分布 第 図 第 図 得勧方閘 第 図 ７１デ訪拝
、第２図は第１図の実施例の振動体の振動の変位分布図
、第３図は第１図の振動体を使用した超音波リニアモー
タの１構成例の概観図、第４図は従来の超音波リニアモ
ータの概観図、第５図は超音波リニアモータの駆動原理
を示す説明図である。 １６・・・・・・弾性体、１７ａ−ｂ・・・・・・圧電
体、１８ａ−ｂ・・・・・・圧電体、１９ａ−ｂ・・・
・・・出力端、２０ａ−ｂ・・・・・・支持穴、２１・
・・・・・撮動体ａ２２・・・・・・振動体ｂ、２３・
・・・・・支持棒。 代理人の氏名 弁理士 栗野重孝 ほか１名第１図 １＆圧電体 に弾性体 第 ２ｒｌ！Ｊ Ｖ位分布 第 図 第 図 得勧方閘 第 図 ７１デ訪拝
Claims (1)
- 正方形断面を有する弾性体角柱の隣接する２つの長方
形面に、それぞれ圧電体を貼り付けて振動体を構成し、
上記振動体に、中心が振動の節で、両端が自由な撓み振
動を励振し、上記中心部の節点で上記振動体を支持し、
上記両端から機械出力を取り出すことを特徴とする超音
波リニアモータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1029101A JPH02211072A (ja) | 1989-02-08 | 1989-02-08 | 超音波リニアモータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1029101A JPH02211072A (ja) | 1989-02-08 | 1989-02-08 | 超音波リニアモータ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02211072A true JPH02211072A (ja) | 1990-08-22 |
Family
ID=12266956
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1029101A Pending JPH02211072A (ja) | 1989-02-08 | 1989-02-08 | 超音波リニアモータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02211072A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20130257222A1 (en) * | 2010-11-30 | 2013-10-03 | Olympus Corporation | Piezoelectric actuator |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63110968A (ja) * | 1986-10-28 | 1988-05-16 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 超音波リニアモ−タ |
| JPS63262068A (ja) * | 1987-04-15 | 1988-10-28 | Canon Inc | 振動波モ−ター |
-
1989
- 1989-02-08 JP JP1029101A patent/JPH02211072A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63110968A (ja) * | 1986-10-28 | 1988-05-16 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 超音波リニアモ−タ |
| JPS63262068A (ja) * | 1987-04-15 | 1988-10-28 | Canon Inc | 振動波モ−ター |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20130257222A1 (en) * | 2010-11-30 | 2013-10-03 | Olympus Corporation | Piezoelectric actuator |
| US9219221B2 (en) * | 2010-11-30 | 2015-12-22 | Olympus Corporation | Piezoelectric actuator having prismatic piezoelectric element |
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