JPH0246183A - 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】 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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

第１のはり１８の先端は、軌跡Ｓ１で示す運動をする。

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。

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。

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。

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。

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。

【図面の簡単な説明】

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

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　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。