JPH0246183A - Ultrasonic linear motor - Google Patents

Ultrasonic linear motor

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Publication number
JPH0246183A
JPH0246183A JP63197415A JP19741588A JPH0246183A JP H0246183 A JPH0246183 A JP H0246183A JP 63197415 A JP63197415 A JP 63197415A JP 19741588 A JP19741588 A JP 19741588A JP H0246183 A JPH0246183 A JP H0246183A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
cantilever
electric field
linear motor
ultrasonic linear
oscillator
Prior art date
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Pending
Application number
JP63197415A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Osamu Kawasaki
修 川崎
Takahiro Nishikura
西倉 孝弘
Katsu Takeda
克 武田
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.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
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Publication date
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Priority to JP63197415A priority Critical patent/JPH0246183A/en
Publication of JPH0246183A publication Critical patent/JPH0246183A/en
Pending legal-status Critical Current

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

Abstract

PURPOSE:To improve efficiency and to reduce the dimension by providing a beam of the second elastic body to a free end of the cantilever of the elastic body, by sticking a piezoelectric body to one surface of the beam and by applying AC electric field there. CONSTITUTION:In an oscillator 30 of an ultrasonic linear motor the 1st cantilever 18 is constituted by sticking a piezoelectric body 17 to one surface of an electric body 16. An end of this cantilever 18 is fixed by a fixture 21 and to the other end an end of the 2nd cantilever 19 is secured to constitute the oscillator 30. When AC electric field is applied to the piezoelectric body 17, the 1st beam 18 generates flexural oscillation as shown in the figure, where the tip of the 1st beam 18 sets up a motion of a locus S1 and the tip of the 2nd beam 19 sets up a motion of a locus S2, so that the effective component of transverse displacement of mechanical output is extended from X1 to X2. The oscillator 30, of which an end is fixed by a fixture 31, is thus provided through bearings 32 between the fixture 31 and a rail 34, and by applying the above electric field, the oscillator 30 moves towards an arrowhead B along the rail 34.

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る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。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to an ultrasonic linear motor that generates driving force using elastic vibrations produced by a piezoelectric body.

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撮動体
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。
2. Description of the Related Art In recent years, ultrasonic linear motors have attracted attention in which elastic vibrations are excited in a moving body made of a piezoelectric material such as a piezoelectric ceramic, and this is used as a driving force.

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。
Hereinafter, the conventional technology of ultrasonic linear motors will be explained with reference to the drawings.

第4図は超音波リニアモータの概観図であり、円板膨圧
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l
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。
FIG. 4 is a general view of an ultrasonic linear motor, in which a vibrating body 5 is constructed by sandwiching and fixing disk expansion piezoelectric bodies 1 and 2 between cylindrical elastic bodies 3 and 4. Piezoelectric material
When an alternating current electric field near the resonant frequency of the vibrating body 5 is applied to the vibrating body 5 and 2, the vibrating body 5 vibrates vertically in a longitudinal vibration mode, as shown by the arrow in the figure.

振動体5の撮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
撮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の上下振動は、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。
The mechanical impedance seen from the imaging surface of the vibrating body 5 is impedance-converted by the horn 6, and matched to the mechanical impedance for deflection imaging of the transmission rod 7. The tip of the horn 6 is acoustically coupled to a portion of the transmission rod 7 near one end. Therefore, the vertical vibration of the vibrating body 5 is efficiently transmitted to the transmission rod 7 by the horn 6, and the transmission rod 7 bends and vibrates. This bending vibration progresses from one end of the transmission rod 7 to the other end.

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。円板彫工電体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
てきた撓み振動は、ホーン8により振動体13に伝えら
れ、振動体13の上下撮動に変換される。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。
In a part near the other end of the transmission rod 7, the horn 8 is connected as in the one end.
The tips of the two are acoustically coupled. A vibrating body 13, which is exactly the same as the vibrating body 5, is constructed by sandwiching and fixing the disc carving electric bodies 9 and 10 between cylindrical elastic bodies 11 and 12. This vibrating body 13 is connected to the horn 8. Therefore, the bending vibration that has progressed from one end of the transmission rod toward the other end is transmitted to the vibrating body 13 by the horn 8, and is converted into vertical motion of the vibrating body 13. A load R with impedance matching is connected to the piezoelectric bodies 9 and 10, and the above-mentioned vertical vibration is consumed by the load R. Therefore,
In the transmission rod 7, bending vibration exists only as a traveling wave.

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。
A moving body 14 is driven by the bending vibration traveling through the transmission rod 7, and moves in a direction opposite to the traveling direction of the traveling wave. In the above description, the moving direction of the moving body 14 is assumed to be one direction, but if the driving end is reversed, the moving body 14 also moves in the opposite direction.

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の撓み振動により、伝送棒7の
表面の点(例えば点A)は、縦方向W・横方向Uの楕円
軌跡を描く。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との摩擦力
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。
FIG. 5 shows the principle by which a traveling elastic wave of deflection drives a moving body. Due to the bending vibration of the transmission rod 7, a point (for example, point A) on the surface of the transmission rod 7 draws an elliptical locus in the vertical direction W and the horizontal direction U. The velocity at the apex of this elliptical trajectory is opposite to the direction of travel of the wave. If the movable body 14 is placed on top of the transmission rod 7 under pressure, the movable body 14 will only touch the transmission rod 7 near the top of the wave.
come into contact with. Therefore, the movable body 14 is driven in the direction opposite to the direction in which the waves travel due to the frictional force between the transmission rod 7 and the movable body 14 and the speed in the lateral direction of the elliptical trajectory.

また、同図中の15は、上記楕円軌跡の横方向成分を、
効率良く取り出すための耐磨耗性の摩擦材である。
In addition, 15 in the same figure indicates the horizontal component of the elliptical locus,
A wear-resistant friction material for efficient removal.

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
の撮動面の振動をホーンによって伝送棒に撓み振動を励
振しているため、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、幾分かの
損失を生じる。
Problems to be Solved by the Invention As described above, the conventional ultrasonic linear motor described above excites a vibrating body with a Langevin structure in a longitudinal vibration mode, and transmits the vibration of the imaging surface of the vibrating body to a transmission rod using a horn to transmit bending vibration. Since it is being excited, it is necessary to accurately match the mechanical impedance between the vibrating surface and the horn, and between the horn and the transmission rod. In reality, this is very difficult and results in some losses.

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。
Furthermore, in order to excite only traveling waves in the transmission rod, the vibration energy input from one side must completely disappear from the other side.

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、寸法が大きくなるという課題があった。
In addition, in order to move a relatively small moving body, the vibrating body and transmission rod must be vibrated. Therefore, there were problems of low efficiency and large dimensions.

課題を解決するための手段 一端固定の弾性体の第1の片持ちばりの自由端に、その
一端を固着して第2の弾性体のはりを設け、少なくとも
第1のはりの1面に圧電体を貼り合わせて、上記圧電体
に交流電界を印加することにより、第2のはりが取り付
けられた第1のはりの面に垂直な面内で、第1のはりに
撓み撮動を励撮し、第2のはりの他の先端から機械出力
を取り出すよう構成する。
Means for Solving the Problems A second elastic beam is provided on the free end of a first cantilever beam of an elastic body whose one end is fixed, and a piezoelectric beam is provided on at least one surface of the first beam. By pasting the bodies together and applying an alternating electric field to the piezoelectric body, the first beam is deflected in a plane perpendicular to the plane of the first beam to which the second beam is attached. The second beam is configured to take out the mechanical output from the other end thereof.

作用 一端固定の第1のはりに撓み撮動を励振して起こる自由
端の上下運動と横方向運動のうち、横方向運動を第1の
はりの自由端に設けた第2のはりによって拡大し、第2
のはりの先端から上記拡大された横方向の運動を取り出
すことにより、効率の高い、形状の小さい超音波リニア
モータを実現できる。
Among the vertical and lateral movements of the free end caused by exciting the deflection motion in the first beam whose one end is fixed, the lateral movement is magnified by the second beam provided at the free end of the first beam. , second
By extracting the expanded lateral motion from the tip of the beam, a highly efficient ultrasonic linear motor with a small size can be realized.

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。
EXAMPLE Hereinafter, an example of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

第1図は、本発明の1実施例の撮動体の動作を説明する
概観図である。弾性体16の1面に圧電体17を貼り合
わせて、第1の片持ちぼり18を構成している。片持ち
ぼり18の一端は、固定具21で固定されており、他端
には第2のはり19の一端が固着されて、振動体20が
構成されている。圧電体17に交流電界を印加すると、
第1のはり18は同図に示すように撓み振動を起こす。
FIG. 1 is an overview diagram illustrating the operation of a moving object according to an embodiment of the present invention. A piezoelectric body 17 is bonded to one surface of the elastic body 16 to form a first cantilever 18. One end of the cantilever 18 is fixed with a fixture 21, and one end of a second beam 19 is fixed to the other end, thereby forming a vibrating body 20. When an AC electric field is applied to the piezoelectric body 17,
The first beam 18 bends and vibrates as shown in the figure.

第1のはり18の先端は、軌跡S1で示す運動をする。The tip of the first beam 18 moves as indicated by a trajectory S1.

一方、第1のはり18の先端に設けられた第2のはり1
9の先端は、軌跡S2で示す運動をする。機械出力とし
て取り出す横方向の変位の有効成分は、第1のはり18
の静止状態からの大きさになり、図中のXlからX2に
拡大されたことになる。
On the other hand, the second beam 1 provided at the tip of the first beam 18
The tip of 9 moves as shown by the trajectory S2. The effective component of the lateral displacement taken out as mechanical output is the first beam 18
The size has increased from the rest state, and it has been expanded from Xl to X2 in the figure.

第2図は、本発明の別の実施例の撮動体の動作を説明す
る概観図である。弾性体22の1面に圧電体23を貼り
合わせて、第1の片持ちばり24を構成している。また
、弾性体25の1面に圧電体26を貼り合わせて、第1
の片持ちばり27を構成している。片持ちばり24の一
端は、固定具29で固定されており、他端には第2のは
り27の一端が固着されている。圧電体23に交流電界
を印加すると、第1のはり24は同図に示すように撓み
撮動を起こす。第1のはり24の先端は、軌跡S3で示
す運動をする。一方、第1のはり24の先端に設けられ
た第2のはり27の圧電体26に上記と同位相の電界を
印加すると、第2のはり27の先端は、軌跡S4で示す
運動をする。機械出力として取り出す横方向の変位の有
効成分は、第1のはり24の静止状態からの大きさにな
り、図中のX3からX4に拡大されたことになる。
FIG. 2 is an overview diagram illustrating the operation of a moving object according to another embodiment of the present invention. A piezoelectric body 23 is bonded to one surface of the elastic body 22 to form a first cantilever beam 24. In addition, a piezoelectric material 26 is bonded to one surface of the elastic material 25, and the first
It constitutes a cantilever beam 27. One end of the cantilever beam 24 is fixed with a fixture 29, and one end of a second beam 27 is fixed to the other end. When an alternating current electric field is applied to the piezoelectric body 23, the first beam 24 bends and moves as shown in the figure. The tip of the first beam 24 moves as indicated by a trajectory S3. On the other hand, when an electric field having the same phase as the above is applied to the piezoelectric body 26 of the second beam 27 provided at the tip of the first beam 24, the tip of the second beam 27 moves as shown by a trajectory S4. The effective component of the lateral displacement taken out as a mechanical output becomes the magnitude of the first beam 24 from its resting state, and is expanded from X3 to X4 in the figure.

第3図は、以上述べたような撮動体を使用した超音波リ
ニアモータの概観図である。同図において、30は、第
1図および第2図で示した振動体20または28である
。撮動体30は、固定具31により一端が固定されてい
る。32は、レール34との間の摩擦を小さ(するため
のベアリングである。33は、撮動体30の先端とレー
ル34との間に圧力をかけるためのバネである。
FIG. 3 is an overview diagram of an ultrasonic linear motor using the above-described moving body. In the same figure, 30 is the vibrating body 20 or 28 shown in FIGS. 1 and 2. One end of the moving body 30 is fixed by a fixture 31. 32 is a bearing for reducing friction with the rail 34. 33 is a spring for applying pressure between the tip of the moving body 30 and the rail 34.

圧電体に交流電界を印加すると、振動体30は上記に説
明したように、撓み振動を起こし、第1図または第2図
の撮動体の横方向の変位成分X2またはX4により、レ
ール34に沿って矢印Bの方向に移動する。移動速度は
、変位成分と駆動電界の周波数の関数になり、その時の
力は、振動体30とレール34との間の摩擦力によって
決まる。
When an alternating current electric field is applied to the piezoelectric body, the vibrating body 30 causes bending vibration as described above, and is caused to vibrate along the rail 34 due to the lateral displacement component X2 or X4 of the moving body shown in FIG. 1 or 2. and move in the direction of arrow B. The moving speed is a function of the displacement component and the frequency of the driving electric field, and the force at that time is determined by the frictional force between the vibrating body 30 and the rail 34.

発明の効果 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。
Effects of the Invention According to the present invention, the simple structure allows for small size,
A lightweight and highly efficient ultrasonic linear motor can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、本発明の一実施例の振動体の動作を説明する
概観図、第2図は本発明の他の実施例の撮動体の動作を
説明する概観図、第3図は第1図または第2図の振動体
を使用した超音波リニアモータの一実施例の概観図、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。 416・・・・・・弾性体、17・・・・・・圧電体、
18・・・・・・第1のはり、19・・・・・・第2の
はり、20・・・・・・振動体、21・・・・・・固定
具、22・・・・・・弾性体、23・・・・・・圧電体
24・・・・・・第1のはり、25・・・・・・弾性体
26・・・・・・圧電体、27・・・・・・第2のはり
、28・・・・・・振動体、29・・・・・・固定具3
0・・・・・・振動体、31・・・・・・固定具、32
・・・・・・ベアリング、33・・・・・・バネ34・
・・・・・レール。 代理人の氏名 弁理士 粟野重孝 ほか1名第1図 第2図 第3図
FIG. 1 is an overview diagram explaining the operation of a vibrating body according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an overview diagram explaining the operation of a moving body according to another embodiment of the invention, and FIG. An overview diagram of an embodiment of an ultrasonic linear motor using the vibrating body shown in Figure 2 or Figure 2. Figure 4 is an overview diagram of a conventional ultrasonic linear motor. Figure 5 shows the driving principle of an ultrasonic linear motor. It is an explanatory diagram. 416...Elastic body, 17...Piezoelectric body,
18... First beam, 19... Second beam, 20... Vibrating body, 21... Fixture, 22... - Elastic body, 23... Piezoelectric body 24... First beam, 25... Elastic body 26... Piezoelectric body, 27...・Second beam, 28... Vibrating body, 29... Fixture 3
0... Vibrating body, 31... Fixture, 32
...Bearing, 33...Spring 34.
·····rail. Name of agent: Patent attorney Shigetaka Awano and one other person Figure 1 Figure 2 Figure 3

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims]  一端固定の弾性体の第1の片持ちばりの自由端に、そ
の一端を固着して第2の弾性体のはりを設け、少なくと
も第1のはりの1面に圧電体を貼り合わせて、上記圧電
体に交流電界を印加することにより、第2のはりが取り
付けられた第1のはりの面に垂直な面内で、第1のはり
に撓み振動を励振し、第2のはりの他の先端から機械出
力を取り出すことを特徴とする超音波リニアモータ。
A second elastic beam is provided by fixing one end to the free end of the first cantilever beam of the elastic body fixed at one end, and a piezoelectric material is bonded to at least one surface of the first beam. By applying an alternating current electric field to the piezoelectric body, bending vibrations are excited in the first beam in a plane perpendicular to the plane of the first beam to which the second beam is attached, and other beams of the second beam are excited. An ultrasonic linear motor characterized by extracting mechanical output from the tip.
JP63197415A 1988-08-08 1988-08-08 Ultrasonic linear motor Pending JPH0246183A (en)

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