JPH0327781A - リニア型超音波モータ - Google Patents
リニア型超音波モータInfo
- Publication number
- JPH0327781A JPH0327781A JP1162097A JP16209789A JPH0327781A JP H0327781 A JPH0327781 A JP H0327781A JP 1162097 A JP1162097 A JP 1162097A JP 16209789 A JP16209789 A JP 16209789A JP H0327781 A JPH0327781 A JP H0327781A
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- JP
- Japan
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- vibrator
- piezoelectric element
- vibration
- output member
- longitudinal
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- 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、リニア型超音波モータに関するや(従来の技
術) 従来、回転型の超音波モータとして進行波を用いるもの
が知られているが、リニア型超音波モー夕においては、
反射波の影響等により進行波型の駆動方式をそのまま採
用することが難しく、反射波を吸収して進行波を有効に
取り出すべく様々な試みがなされている.例えば、リニ
ア型表面波モータでは、弾性体の所定箇所に固着した圧
電素子の逆圧電作用によって、弾性体に周回する表面波
を発生させ、所定方向の表面波によって移動体に直線的
な推力を与えるようにしている.(発明が解決しようと
する課題〉 しかしながら、このような従来のリニア型超音波モータ
にあっては、弾性体に固着した圧電素子によって弾性体
を加振する構威であるため、駆動電圧を変化させると進
行波と縦振動波が共に変化してしまう.このため、定格
速度に対して速度制御可能な範囲が狭く、サーボ用モー
タ等に使用することができなくなり、また、大きな推力
を得ることも困難であった. (発明の目的) そこで本発明は縦振動圧電素子とすべり振動圧電素子に
より定在波の楕円運動を発生させて直線出力を取り出す
ようにし、推力の大きい、しかも速度制御範囲の広いリ
ニア型超音波モータを提供することを目的としている. (課題を解決するための手段) 本発明は、上記の目的を達或するために、電歪方向に積
層配置された縦振動圧電素子と、縦振動圧電素子と同方
向に積層配置されて該積層方向と直交するすべりの電歪
方向を有するすべり振動圧電素子と、縦振動圧電素子お
よびすべり振動圧電素子により加振され、少なくともす
べり振動圧電素子からの振動を増幅する振動子と、振動
子上に付勢され、振動子の運動に伴ってすべり振動圧電
素子の電歪方向に直線的に移動する移動体と、を備えた
ことを特徴とするものである. (作用) 本発明では、電歪方向に積層配置された縦振動圧電素子
と同方向にすべり振動圧電素子が積層配置され、両圧電
素子の逆圧電作用により加振された振動子が少なくとも
すべり振動を増幅しなから略楕円運動し、該振動子上に
付勢された移動体がすべり振動方向に直線的に移動する
。したがって、縦振動圧電素子およびすべり振動圧電素
子に電歪方向以外のたわみ振動が生じないから、両圧電
素子を最適な積層構造にして加振量を増大させることが
でき、振動子によりさらに増幅した大きな推力を得るこ
とができる.また、両圧電素子の交流印加電圧を別々の
駆動回路で駆動することにより縦振動圧電素子の加II
を固定したまますべり振動圧電素子の交流印加電圧を可
変することができ、速度制御範囲の広いリニア型超音波
モータが提供される. (実施例) 以下、本発明を図面に基づいて説明する。
術) 従来、回転型の超音波モータとして進行波を用いるもの
が知られているが、リニア型超音波モー夕においては、
反射波の影響等により進行波型の駆動方式をそのまま採
用することが難しく、反射波を吸収して進行波を有効に
取り出すべく様々な試みがなされている.例えば、リニ
ア型表面波モータでは、弾性体の所定箇所に固着した圧
電素子の逆圧電作用によって、弾性体に周回する表面波
を発生させ、所定方向の表面波によって移動体に直線的
な推力を与えるようにしている.(発明が解決しようと
する課題〉 しかしながら、このような従来のリニア型超音波モータ
にあっては、弾性体に固着した圧電素子によって弾性体
を加振する構威であるため、駆動電圧を変化させると進
行波と縦振動波が共に変化してしまう.このため、定格
速度に対して速度制御可能な範囲が狭く、サーボ用モー
タ等に使用することができなくなり、また、大きな推力
を得ることも困難であった. (発明の目的) そこで本発明は縦振動圧電素子とすべり振動圧電素子に
より定在波の楕円運動を発生させて直線出力を取り出す
ようにし、推力の大きい、しかも速度制御範囲の広いリ
ニア型超音波モータを提供することを目的としている. (課題を解決するための手段) 本発明は、上記の目的を達或するために、電歪方向に積
層配置された縦振動圧電素子と、縦振動圧電素子と同方
向に積層配置されて該積層方向と直交するすべりの電歪
方向を有するすべり振動圧電素子と、縦振動圧電素子お
よびすべり振動圧電素子により加振され、少なくともす
べり振動圧電素子からの振動を増幅する振動子と、振動
子上に付勢され、振動子の運動に伴ってすべり振動圧電
素子の電歪方向に直線的に移動する移動体と、を備えた
ことを特徴とするものである. (作用) 本発明では、電歪方向に積層配置された縦振動圧電素子
と同方向にすべり振動圧電素子が積層配置され、両圧電
素子の逆圧電作用により加振された振動子が少なくとも
すべり振動を増幅しなから略楕円運動し、該振動子上に
付勢された移動体がすべり振動方向に直線的に移動する
。したがって、縦振動圧電素子およびすべり振動圧電素
子に電歪方向以外のたわみ振動が生じないから、両圧電
素子を最適な積層構造にして加振量を増大させることが
でき、振動子によりさらに増幅した大きな推力を得るこ
とができる.また、両圧電素子の交流印加電圧を別々の
駆動回路で駆動することにより縦振動圧電素子の加II
を固定したまますべり振動圧電素子の交流印加電圧を可
変することができ、速度制御範囲の広いリニア型超音波
モータが提供される. (実施例) 以下、本発明を図面に基づいて説明する。
第1〜6図は本発明の一実施例を示す図である。
第1〜4図において、1は縦振動ユニットであり、縦振
動ユニット1は電歪方向に積層配置されたそれぞれ複数
の縦振動圧電素子2A、2Bと、各縦振動圧電素子2A
、2Bを挟むよう配置された複数の電極3A、3Bから
なる.縦振動圧電素子2A、2Bは交互に配置されて分
極方向が第2図(a)(b)に原理図的に示すように互
いに異なり、縦振動ユニント1は電極3A、3B間に電
圧(後述する)が印加されるとき、縦振動圧電素子2A
、2Bの逆圧電作用によって第1図の上下方向(縦方向
)に伸張、収縮するようになっている.4は横振動ユニ
ットであり、横振動ユニソト4は縦振動ユニフト1上で
さらに縦振動圧電素子2A、2Bと同方向に積層配置さ
れたそれぞれ複数のすべり振動圧電素子5A、5Bと、
各すべり振動圧電素子5A、5Bを挟むよう配置された
複数の電極6A、6Bとからなる.すべり振動圧電素子
5A、5Bは交互に配置されて分極方向が第3図(a)
(b)に示すように互いに異なり、横振動ユニット4は
電極6A、6B間に電圧(後述する)が印加されるとき
、すべり振動圧電素子5A、5Bの逆圧電作用によって
電歪方向(逆圧電作用による歪方向)である第1図の左
右方向に伸張、収縮するようになっている.また、縦振
動ユニット1および横振動ユニット4には中央部を貫通
する同軸の貫通孔1a、4aが形威されており、この貫
通孔1a,4aには支持ボルト7がその頭部7hを縦振
動ユニット1に衝合するよう挿入されている.そして、
支持ボルト7にねし結合したナット8により横振動ユニ
ソト4上に配設された筒状の振動子9と縦振動ユニット
1および横振動ユニソト4とが所定予圧で締結されてい
る。なお、振動子9は内径が横振動ユニット4の貫通孔
4aと略同径で支持ボルト7およびナント8に対して径
方向に移動可能になっており、振動子9は横振動ユニッ
ト4の逆圧電作用に伴って横方向に加振され、該振動を
増幅する。具体的には、振動子9は第4図に示すような
一定振幅の高周波電圧である電極6A、6B間の交流印
加電圧の周波数に合致する共振周波数を有し、縦振動ユ
ニット1および横振動ユニット4からの超音波振動を受
ける際、横振動ユニット4からのすべり振動を増幅しな
がら横長に楕円運動するようになっている.一方、振動
子9上にはライニング材11を挾んで出力部材12(移
動体)が設けられており、出力部材l2は図外の端部で
バルブスプール等に接続されるとともに押圧vil3を
介してコイルばね14により横振動ユニット4上に付勢
されている。コイルばね14は端面研摩等を施され、支
持ボルト7にねし結合したナソト15およびばね受け1
6により所定長に圧縮されており、所定のばね圧を発生
している.また、押圧板13は出力部材l2に当接する
ライニング材17を有しており、ライニング材17と出
力部材12の摩擦係数はライニング材11と出力部材1
2の摩擦係数より小さくなっている。そして、出力部材
12は上述のように振動子9が楕円運動するとき、コイ
ルばねl4からの付勢力により振動子9と一体的に楕円
運動するライニング材l1と摩擦して第t図の矢印X方
向に直線的に移動する.なお、l8はナソト8又は支持
ポルト7に固定されたガイドスリーブであり、ガイドス
リーブl8は出力部材12に形威された長穴12a(第
5図参照)および押圧板13と摺動自在に係合して出力
部材12および押圧仮13をガイドする.また、第4図
において、電極3A、3B間の印加電圧Aに対し、電極
6A、6B間の印加電圧B又はCは+90゜又は−90
’の位相差を有しており、該印加電圧BSCを一方から
他方に切り換えて出力部材12の移動方向を逆にするこ
とができる. 次に、作用を説明する。
動ユニット1は電歪方向に積層配置されたそれぞれ複数
の縦振動圧電素子2A、2Bと、各縦振動圧電素子2A
、2Bを挟むよう配置された複数の電極3A、3Bから
なる.縦振動圧電素子2A、2Bは交互に配置されて分
極方向が第2図(a)(b)に原理図的に示すように互
いに異なり、縦振動ユニント1は電極3A、3B間に電
圧(後述する)が印加されるとき、縦振動圧電素子2A
、2Bの逆圧電作用によって第1図の上下方向(縦方向
)に伸張、収縮するようになっている.4は横振動ユニ
ットであり、横振動ユニソト4は縦振動ユニフト1上で
さらに縦振動圧電素子2A、2Bと同方向に積層配置さ
れたそれぞれ複数のすべり振動圧電素子5A、5Bと、
各すべり振動圧電素子5A、5Bを挟むよう配置された
複数の電極6A、6Bとからなる.すべり振動圧電素子
5A、5Bは交互に配置されて分極方向が第3図(a)
(b)に示すように互いに異なり、横振動ユニット4は
電極6A、6B間に電圧(後述する)が印加されるとき
、すべり振動圧電素子5A、5Bの逆圧電作用によって
電歪方向(逆圧電作用による歪方向)である第1図の左
右方向に伸張、収縮するようになっている.また、縦振
動ユニット1および横振動ユニット4には中央部を貫通
する同軸の貫通孔1a、4aが形威されており、この貫
通孔1a,4aには支持ボルト7がその頭部7hを縦振
動ユニット1に衝合するよう挿入されている.そして、
支持ボルト7にねし結合したナット8により横振動ユニ
ソト4上に配設された筒状の振動子9と縦振動ユニット
1および横振動ユニソト4とが所定予圧で締結されてい
る。なお、振動子9は内径が横振動ユニット4の貫通孔
4aと略同径で支持ボルト7およびナント8に対して径
方向に移動可能になっており、振動子9は横振動ユニッ
ト4の逆圧電作用に伴って横方向に加振され、該振動を
増幅する。具体的には、振動子9は第4図に示すような
一定振幅の高周波電圧である電極6A、6B間の交流印
加電圧の周波数に合致する共振周波数を有し、縦振動ユ
ニット1および横振動ユニット4からの超音波振動を受
ける際、横振動ユニット4からのすべり振動を増幅しな
がら横長に楕円運動するようになっている.一方、振動
子9上にはライニング材11を挾んで出力部材12(移
動体)が設けられており、出力部材l2は図外の端部で
バルブスプール等に接続されるとともに押圧vil3を
介してコイルばね14により横振動ユニット4上に付勢
されている。コイルばね14は端面研摩等を施され、支
持ボルト7にねし結合したナソト15およびばね受け1
6により所定長に圧縮されており、所定のばね圧を発生
している.また、押圧板13は出力部材l2に当接する
ライニング材17を有しており、ライニング材17と出
力部材12の摩擦係数はライニング材11と出力部材1
2の摩擦係数より小さくなっている。そして、出力部材
12は上述のように振動子9が楕円運動するとき、コイ
ルばねl4からの付勢力により振動子9と一体的に楕円
運動するライニング材l1と摩擦して第t図の矢印X方
向に直線的に移動する.なお、l8はナソト8又は支持
ポルト7に固定されたガイドスリーブであり、ガイドス
リーブl8は出力部材12に形威された長穴12a(第
5図参照)および押圧板13と摺動自在に係合して出力
部材12および押圧仮13をガイドする.また、第4図
において、電極3A、3B間の印加電圧Aに対し、電極
6A、6B間の印加電圧B又はCは+90゜又は−90
’の位相差を有しており、該印加電圧BSCを一方から
他方に切り換えて出力部材12の移動方向を逆にするこ
とができる. 次に、作用を説明する。
縦振動ユニット1に所定電圧の高周波電圧Aが印加され
るとともに横振動ユニット4に所定電圧の高周波電圧B
又はCが印加されると、縦振動圧電素子2A、2Bおよ
びすべり振動圧電素子5A、5Bの電歪作用により振動
子9が超音波加振されてすべり振動圧電素子5A、5B
からの振動を増幅しなから略楕円運動し、コイルばね1
4により振動子9に付勢された出力部材12がライニン
グ材1lと摩擦して直線的に移動することにより図外の
バルブスブール等を駆動する。
るとともに横振動ユニット4に所定電圧の高周波電圧B
又はCが印加されると、縦振動圧電素子2A、2Bおよ
びすべり振動圧電素子5A、5Bの電歪作用により振動
子9が超音波加振されてすべり振動圧電素子5A、5B
からの振動を増幅しなから略楕円運動し、コイルばね1
4により振動子9に付勢された出力部材12がライニン
グ材1lと摩擦して直線的に移動することにより図外の
バルブスブール等を駆動する。
いま、横振動ユニット4の電極6A,6B間に高周波電
圧Bが印加されたとすると、まず、第6図(a)に示す
ようにすべり振動圧電素子5A、5Bに逆圧電作用が生
じて振動子9が同図中右方に変位し、次いで、第6図(
b)に示すように、縦振動圧電素子2A、2Bにも逆圧
電作用が生じて振動子9が上方に変位しつつ右方向の変
位を減少して出力部材12に圧接する。次いで、第6図
(c)に示すように、振動子9がさらに左方に変位しつ
つ上方向の変位を減少して出力部材12を摩擦力により
左方に移動させる.次いで、第6図(d)に示すよう、
振動子9が横方向中央で縦方向の下限位置に達し、以下
、同様な振動子9の一連の変位、すなわち楕円運動が繰
り返されることによって出力部材12が直線的に連続移
動する。一方、横振動ユニット4の電極6A、6B間に
印加電圧Cが印加されたとすると、縦振動圧電素子2A
、2Bの伸張後にすべり振動圧電素子5A、5Bの電歪
作用が生じて出力部材l2が逆進する。
圧Bが印加されたとすると、まず、第6図(a)に示す
ようにすべり振動圧電素子5A、5Bに逆圧電作用が生
じて振動子9が同図中右方に変位し、次いで、第6図(
b)に示すように、縦振動圧電素子2A、2Bにも逆圧
電作用が生じて振動子9が上方に変位しつつ右方向の変
位を減少して出力部材12に圧接する。次いで、第6図
(c)に示すように、振動子9がさらに左方に変位しつ
つ上方向の変位を減少して出力部材12を摩擦力により
左方に移動させる.次いで、第6図(d)に示すよう、
振動子9が横方向中央で縦方向の下限位置に達し、以下
、同様な振動子9の一連の変位、すなわち楕円運動が繰
り返されることによって出力部材12が直線的に連続移
動する。一方、横振動ユニット4の電極6A、6B間に
印加電圧Cが印加されたとすると、縦振動圧電素子2A
、2Bの伸張後にすべり振動圧電素子5A、5Bの電歪
作用が生じて出力部材l2が逆進する。
このような状態において、縦振動圧電素子2A、2Bお
よびすべり振動圧電素子5A,5Bはそれぞれの電歪方
向にのみ振動し、該電歪方向以外のたわみ振動等を生じ
ないから、縦振動ユニット1および横振動ユニット4を
多層構造として十分な加振振幅を得ることができ、振動
子9の増幅作用も加わって、印加電圧A,Bの電圧値を
大きくすることなく効率よく推力を増大させることがで
きる。また、印加電圧Aを固定して印加電圧Bの電圧値
を可変すれば出力部材12の移動速度を広範囲に制御す
ることができ、特に、超低速領域の速度制御が容易とな
る。したがって、推力の大きい、しかも速度制御範囲の
広いリニア型超音波モータが提供される. なお、本実施例においては、出力部材12の直線出力の
みを有効に取り出すべく振動子9の縦方向の移動をナソ
ト8によって所定量に制限する構或となっているが、ナ
ット8を省略して振動子9の縦方向振幅を大きくする、
例えば、振動子9が縦振動ユニットlからの縦振動をも
増幅するようにすることもできる。
よびすべり振動圧電素子5A,5Bはそれぞれの電歪方
向にのみ振動し、該電歪方向以外のたわみ振動等を生じ
ないから、縦振動ユニット1および横振動ユニット4を
多層構造として十分な加振振幅を得ることができ、振動
子9の増幅作用も加わって、印加電圧A,Bの電圧値を
大きくすることなく効率よく推力を増大させることがで
きる。また、印加電圧Aを固定して印加電圧Bの電圧値
を可変すれば出力部材12の移動速度を広範囲に制御す
ることができ、特に、超低速領域の速度制御が容易とな
る。したがって、推力の大きい、しかも速度制御範囲の
広いリニア型超音波モータが提供される. なお、本実施例においては、出力部材12の直線出力の
みを有効に取り出すべく振動子9の縦方向の移動をナソ
ト8によって所定量に制限する構或となっているが、ナ
ット8を省略して振動子9の縦方向振幅を大きくする、
例えば、振動子9が縦振動ユニットlからの縦振動をも
増幅するようにすることもできる。
(効果)
本発明によれば、電歪方向に積層配置した縦振動圧電素
子と同方向にすべり振動圧電素子を積層配置し、両圧電
素子の逆圧電作用により加振した振動子を少なくともす
べり振動を増幅するよう運動させて、移動体を直線的に
移動させるようにしているので、縦振動圧電素子および
すべり振動圧電素子を電歪方向以外のたわみ振動等が生
じない多層構造にすることができ、振動子の加振量を増
大して推力の大きいリニア型超音波モータを提供するこ
とができる。さらに、縦振動圧電素子の加振量を固定し
たまますべり振動圧電素子の加振量を可変することがで
き、速度制御範囲の広いリニア型超音波モータを提供す
ることができる。
子と同方向にすべり振動圧電素子を積層配置し、両圧電
素子の逆圧電作用により加振した振動子を少なくともす
べり振動を増幅するよう運動させて、移動体を直線的に
移動させるようにしているので、縦振動圧電素子および
すべり振動圧電素子を電歪方向以外のたわみ振動等が生
じない多層構造にすることができ、振動子の加振量を増
大して推力の大きいリニア型超音波モータを提供するこ
とができる。さらに、縦振動圧電素子の加振量を固定し
たまますべり振動圧電素子の加振量を可変することがで
き、速度制御範囲の広いリニア型超音波モータを提供す
ることができる。
第1〜6図は本発明に係るリニア型超音波モータの一実
施例を示す図であり、第1図はその正面断面図、第2図
(a)はその縦振動圧電素子の平面図、第2図(b)は
第2図(a)のBt −B!断面図、第3図(a)はそ
のすべり振動圧電素子の平面図、第3図(b)は第3図
(a)のB,B3断面図、第4図はその圧電素子に印加
する高周波電圧の波形図、第5図はその移動体の一部平
面図、第6図はその作用説明図である.2A、2B・・
・・・・縦振動圧電素子、5A、5B・・・・・・すべ
り振動圧電素子、9・・・・・・振動子、 12・・・・・・出力部材(移動体)。
施例を示す図であり、第1図はその正面断面図、第2図
(a)はその縦振動圧電素子の平面図、第2図(b)は
第2図(a)のBt −B!断面図、第3図(a)はそ
のすべり振動圧電素子の平面図、第3図(b)は第3図
(a)のB,B3断面図、第4図はその圧電素子に印加
する高周波電圧の波形図、第5図はその移動体の一部平
面図、第6図はその作用説明図である.2A、2B・・
・・・・縦振動圧電素子、5A、5B・・・・・・すべ
り振動圧電素子、9・・・・・・振動子、 12・・・・・・出力部材(移動体)。
Claims (1)
- 電歪方向に積層配置された縦振動圧電素子と、縦振動圧
電素子と同方向に積層配置されて該積層方向と直交する
電歪方向を有するすべり振動圧電素子と、縦振動圧電素
子およびすべり振動圧電素子により加振され、少なくと
もすべり振動圧電素子からの振動を増幅する振動子と、
振動子上に付勢され、振動子の運動に伴ってすべり振動
圧電素子の電歪方向に直線的に移動する移動体と、を備
えたことを特徴とするリニア型超音波モータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1162097A JPH0327781A (ja) | 1989-06-22 | 1989-06-22 | リニア型超音波モータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1162097A JPH0327781A (ja) | 1989-06-22 | 1989-06-22 | リニア型超音波モータ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0327781A true JPH0327781A (ja) | 1991-02-06 |
Family
ID=15748009
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1162097A Pending JPH0327781A (ja) | 1989-06-22 | 1989-06-22 | リニア型超音波モータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0327781A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014128071A (ja) * | 2012-12-25 | 2014-07-07 | Taiheiyo Cement Corp | 圧電素子ユニットおよび圧電アクチュエータ |
-
1989
- 1989-06-22 JP JP1162097A patent/JPH0327781A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014128071A (ja) * | 2012-12-25 | 2014-07-07 | Taiheiyo Cement Corp | 圧電素子ユニットおよび圧電アクチュエータ |
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