JPH0619339Y2 - 超音波リニアモータ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 「技術分野」 本考案は、圧電振動子または電歪振動子を用いたリニア
モータに関する。

「従来技術およびその問題点」 圧電振動子や電歪振動子を利用したモータは、従来各種
提案されているが、特開昭58-148682号は振動子の界面
に励振される横波と縦波の合成された進行波によって駆
動力を得るモータを提案している。この超音波振動を利
用したモータは、その進行波を縦波と横波を合成して得
ているために、電歪素子に特定の分極処理を施し、これ
らに位相の異なる二つ以上の周波電圧を振動子に印加し
なければならない。このためその製造工程が複雑で、ま
た電源回路も複雑なものを要した。

「考案の目的」 本考案は、以上の超音波モータとは異なる動作原理によ
って作動し、製造が容易で、かつ振動子として特別なも
のを要しない、新規な超音波リニアモータを得ることを
目的とする。

「考案の概要」 本考案のリニアモータは、複数の駆動足を、隣り合うも
の同士共振周波数を異ならせて弾性基体の節と節の間に
一つづつ設け、これらの駆動足のそれぞれに、対応する
圧電振動子または電歪振動子によって振動を与えると、
隣り合う一方の駆動足の方は、弾性基体の正のたわみ変
形に応じてたわみ共振するが、他方の駆動足の方は、弾
性基体が負のたわみ変形によって足自体はたわみ振動を
せず、その結果、リニアな駆動力が得られることに着目
してなされたものである。

すなわち本考案は、少なくとも三つのたわみ変動の節を
有し、各節が剛体により支持された弾性基体の各節間の
腹部に、隣り合うもの同士が共振周波数の異なる少なく
とも二本の駆動足を設け、かつこの弾性基体に、該弾性
基体を正負の関係でたわみ変形させるとともに各駆動足
に振動を与える、各駆動足に対応した圧電振動子または
電歪振動子を設け、この圧電振動子または電歪振動子に
所定の周波電圧を印加することを特徴とする。

上記弾性基体の各節間の正または負のたわみ変形と各駆
動足のたわみ共振は、各駆動足の特定共振周波数、およ
び圧電振動子または電歪振動子に加える周波電圧の周波
数によって変化する。よって周波数を変化させることに
よって、弾性基体と駆動足とを備えた移動子の移動速度
の調整および移動方向の変換を行なうことができる。

「考案の実施例」 以下図示実施例について本考案を説明する。第１図、第
２図は本考案による超音波リニアモータの一つの実施例
を示すものである。移動子１０は、弾性基体１１と二本
の駆動足１２、１３を備えている。弾性基体１１は、た
わみ振動をするもので、所定間隔Ｌの少なくとも三つの
たわみ振動における節F1,F2,F3を有しており、この各節
F1,F2,F3が剛性枠体１４に支持されている。したがっ
て、この弾性基体１１は、各節にが所定周波電圧が与え
られると、たわみ変形（変動）する。また、駆動足１
２、１３は、この弾性基体１１の各節F1,F2,F3の中間、
すなわち腹の部分に固定されており、それぞれの下端面
が走行面２０と接触する。そして、弾性基体１１には、
各駆動足１２，１３に対応した圧電振動子または電歪振
動子（以下単に振動子という）１５，１６が設けられて
いる。これらの要素の接着は例えばエポキシ樹脂系の接
着材によって行なうことができる。

移動子１０は、弾性材料、例えばアルミニウム、黄銅、
ステンレス、鉄、合成樹脂材料、セラミック材料、ガラ
ス材料、あるいはこれらを複合した複合材料等、振動を
良好に伝達し得る弾性材料（音響材料）から構成され
る。

また振動子１５，１６は、積層型の圧電または電歪素
子、単板の圧電または電歪素子から構成されるもので、
駆動周波電圧を加えると、それ自体がその周波電圧の周
波数に応じた周波数で伸縮する。そしてこの伸縮（振
動）が、弾性基体１１を正負いずれかの方向にたわみ変
形させ、駆動足１２と１３に増幅されて伝達される。

そして本考案は、以上の移動子１０の駆動足１２と１３
の共振周波数を異ならせたうえで、弾性基体１１をこの
異なる共振周波数に同期させた関係で、たわみ振動させ
る。つまり、節と節の間の一方が下方変形（これを正と
する）するとき、他方が上方変形（これを負とする）す
る関係に位相を異ならせるべく、対応する振動子１５と
１６に別々に所定周波数の駆動電圧を加えるようにした
ものである。駆動足１２と１３の共振周波数は、例えば
その厚さ、材質あるいは長さ等を違えることにより異な
らせることができる。この共振周波数は、振動子１５と
１６に加える駆動電圧の周波数を勘案して決定する。ま
た、弾性基体１１のたわみ変形方向は、駆動足１２と１
３の共振周波数に合わせられる。そして、振動子１５と
１６の駆動電圧の周波数を適宜変更することで、移動子
１０の移動方向を変えることができ、駆動電圧の印加量
を変えることで、移動子１９の移動速度を変えることが
できる。このように駆動足１２と１３の異なる共振周波
数を、対応する振動子１５と１６に加える駆動電圧の周
波数と同一に設定すると、最も効率的に、駆動足１２と
１３を振動させてリニアな駆動力を得ることができる。

上記構成の本超音波リニアモータは、振動子１５と１６
に異なった所定の駆動周波数の駆動電圧を同時に与える
と、移動子１０は、第２図(A),(B)に示すように右行ま
たは左行する。

その理由は次の通りであると考えられる。いま振動子１
５と１６に異なった所定周波数の駆動電圧を与えると、
弾性基体１１における節F1とF2との間、および節F2とF3
との間が、与えられたそれぞれの周波数に応じて、一方
が下方（正方向）変動しているとき他方は上方（負方
向）変動する関係でたわみ変形する。例えば、節F1とF2
の間が正変形、節F2とF3の間が負変形したとする。する
と、同時に、駆動足１２と１３も上下に振動（たて振
動）する。駆動足１２と１３には、それぞれその共振周
波数と同一の周波電圧が与えられているので、両方の駆
動足１２と１３はたわみ共振する。このたて振動とたわ
み振動は合成されて楕円運動となる。しかし、駆動足１
３の方は、弾性基体１１の節F2とF3の間が負の関係とな
っているため、走行面２０に対しては浮いた状態となっ
て、この楕円運動は作用しない。したがって、駆動足１
２の楕円運動だけが走行面２０に作用し、駆動足１２は
左右への推力となる。その結果、リニアな駆動力が得ら
れる。逆に、弾性基体１１の節F1とF2の間が負変形、節
F2とF3の間が正変形した場合には、上記とは逆の関係と
なる。すなわち、走行面２０に対して、駆動足１２の方
は浮いた状態となり、駆動足１３の方だけ接触状態とな
るので、この駆動足１３先端の楕円運動だけが、走行面
２０に作用する。よって、駆動足１３は左右への推力と
なる。その結果、リニアな駆動力が得られる。そして、
移動子１０の移動方向は、振動子１５，１６に与えられ
る駆動電圧の周波数を、対応する駆動足１２と１３の共
振周波数と同一にするかによって、設定することができ
る。

なお、上記の動作原理は一つの推論であるが、本リニア
モータは、実際に駆動することができ、したがって、動
作原理が仮に以上とは異なっていたとしても、本考案の
範囲は狭められない。

「考案の効果」 以上のように本考案の超音波リニアモータは、従来の超
音波モータとは異なる動作原理を持つものであって、し
かも極めて簡単な構造の移動子と、特別な分極処理を要
しない圧電振動子または電歪振動子とによって構成する
ことができる。また移動方向の変更も圧電振動子または
電歪振動子に加える駆動電圧の周波数の変更で行なうこ
とができ、製造および使用が容易な新規なリニアモータ
を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の超音波リニアモータの一つの実施例を
示す正面図、第２図(A),(B)は本考案によるリニアモー
タの動作原理を示す、駆動足および移動子の変形の様子
を描いた模式図である。 １０……移動子、１１……弾性基体、１２，１３……駆
動足、１４……剛性枠体、１５，１６……振動子、２０
……走行面、F1,F2,F3……節。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも三つのたわみ振動の節を有し、
   この各節が剛体により支持された弾性基体；この弾性基
   体の各節の間の腹部にそれぞれ固定させた、隣り合うも
   の同士が共振周波数の異なる少なくとも二本の駆動足；
   およびこの弾性基体に、該弾性基体を正負の関係でたわ
   み変形させるとともに上記駆動足に振動を与える、各駆
   動足に対応して設けられた圧電振動子または電歪振動
   子；とを備え、これらの圧電振動子または電歪振動子に
   所定の周波電圧を印加することを特徴とする超音波リニ
   アモータ。