JPH01255478A

JPH01255478A - 超音波リニアモータ

Info

Publication number: JPH01255478A
Application number: JP63081011A
Authority: JP
Inventors: Kazuma Suzuki; 数馬鈴木
Original assignee: Rion Co Ltd
Current assignee: Rion Co Ltd
Priority date: 1988-04-01
Filing date: 1988-04-01
Publication date: 1989-10-12

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〕この発明は、超音波リニアモータに関し、さらに詳しく
は、圧電素子が設けられた弾性部材に屈曲モードの超音
波振動を生じさせて、駆動力を取出し、−軸アクチェエ
ータとして機能する圧電式の超音波リニアモータに関す
るものである。

〔従来の技術〕

従来、この種の超音波リニアモータとして、この発明者
の提案（実願昭６１−１６１０１３号）になるものがあ
り、これを第９図について説明すると、弾性体でなる基
体（２１）の−側面に２つの駆動子（２２ａ）、（２２
ｂ）が突設されるとともに、屈曲モード用の２つの圧′
屯素子（２，３３）、（２３ｂ）が設けられている。駆
動子（２２ａ）、（２２ｂ）の各側面には圧電素子（２
４）がそれぞれ設けられている。基体（２１）には取付
穴（２５）が形成されている。

（Ａ１）、（Ａ２）、（Ｂ１）、（Ｂ２）、（Ｂ）は各
圧電素子の接続リードの端子であり、（Ｆ’Ｂ）はフィ
ードバック端子である。

以上の構成により、いま、超音波領域の■電圧を端子（
Ａ１）、（Ｂ）間に印加すると、基体（２１）および駆
動子（２２ａ）、（２２ｂ）は−点鎖線で示すように屈
曲し、駆動子（２２ａ）がこれに圧接されているスライ
ダ（図示せず）を矢印（Ｍ）の方向へ蹴り出す。端子（
ＡＩ）、（Ｂ）間にｅの電圧を印加すると、基体（２１
）および駆動子（２２ａ）、（２２ｂ）は破勝て示すよ
うに屈曲し、こんどは駆動子（２２ｂ）がスライダを同
様に矢印（Ｍ）の方向に蹴り出す。

以上の電圧印加を端子（Ａ２）、（Ｂ）間に行うと、圧
電素子（２３ａ）と（２３ｂ）の分極が互いに逆になっ
ているので、動作が逆となり、スライダは矢印（Ｎ）の
方向へ蹴り出される。

以上のようにして、被駆動体であるスライダに、任意方
向の直線移動を与えることができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

以上のような従来の超音波リニアモータは、スライダの
駆動方向に相当の長さを必要とし、また、薄形に設計す
ることが困難で、小形で高トルクのものが得難いという
欠点があった。

この発明はかような課題を解決するためになされたもの
で、薄形、かつ、小形で、高トルクを発生しうる超音波
リニアモータを得ることを目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る超音波リニアモータは、各辺の断面が角
形で多角形リング状の基体を、同極の辺を互いに対向し
て同相で駆動するように、各辺の上°、下面の少なくと
もいずれかおよび内、外側面のいずれかに超音波領域で
振動する圧電素子がそれぞれ固着され、基体にスライダ
が内接または外接している。

〔作用〕

この発明においては、基体の側面の圧電素子出土、下面
の一万の圧電素子に超音波領域の信号を印加すると、対
向する振動片が各１組となってスライダに対して締付け
と移動を交互に繰返し、スライダに一軸移動を与える。

上、下面の圧電素子を他方に切換えれば、スライダの移
動方向を逆転することもできる。

〔実施例〕

第１図、第２図はこの発明の一実施例を示し、図におい
て、ニッケル鋼、カーボンガラスなどから選んだ弾性体
でなる基体（２０）は、断面形状が角形で棒状の４個の
振動片（１）、（２）、（３）および（４）を四角形状
に結合して一体化した４角形リング状になっている。振
動片（１）〜（４）それぞれの外側面には板状の圧電素
子（５ａ）、（５ｂ）、（５Ｃ）および（５ｄ）が固着
されており、上面には板状の圧電素子（６ａ）〜（６ｄ
）、下面には板状の圧電素子（７ａ）〜（７ｄ）がそれ
ぞれ固着されている。分極方向は■△で示しである。ま
た、基体（２０）に圧電素子を固着した状態は、中心対
称になっている。

円柱状または円筒状のスライダ（８）は、基体（２０）
が形成している４角形リングに内接し、かつ、各内周面
に圧接して軸方向可動に係着されている。

基体（２０）には組立て固定用の取付穴（９ａ）〜（９
ｄ）が設けられている。

なお、各圧電素子から導出される接続リード線は省略し
た。

次に動作について、第３図、第４図も併せ用いて説明す
る。まず、圧電素子（５ａ）〜（５ｄ）に超音波領域の
′電圧を印加すると、互いに対向した振動片の圧電素子
が同極で、直交する撮動片どうしの圧電素子は異極に分
極しであるため、第３図に示すように、（ａ）の状態か
ら（ｂ）、　（Ｃ）のように基体（２０）が変形し、こ
れに交番電圧を印加すると、次の周期には第３図と逆に
動作する。このようにして各振動片（１）〜（４）はそ
れぞれ中心に向かう屈曲振動を行うことになる。

次に、圧電素子（６ａ）〜（６ｄ）に電圧を印加すると
、これも互いに対向した辺の圧電素子が同極で、直交す
る辺の圧電素子は異極に分極されているので、第４図（
ａ）〜（Ｃ）に示すように変形し、第２図に示す矢印方
向に各対向辺が１対になって互いに逆向きに屈曲する。

いま、圧電素子（５ａ）　〜（５ｄ）と圧電素子（６ａ
）〜（６ｄ）とを並列にして、これに超音波領域の交番
電圧を印加すると、上述した歪は複合して発生するので
、基体（２０）に内接しているスライダ（８）は、第２
図の矢印方向、すなわち、スライダ（８）の軸方向に移
動することになる。

さらに、この間の挙動について詳細に説明する。

まず、印加電圧の正のサイクルにおいては、スライダ（
８）が振動片（１）、（２）により締付けら力、た状態
にあるとすると、他方の振動片（３）、（４）は、圧電
素子の分極方向が振動片（１）、（２）の圧電素子とは
逆であるため、スライダ（８）は振動片（３）、（４）
によっては解放状態にある。そうして、締付は状態にあ
る保動左片（１）、（２）はスライダ（８）＼締付けてクランプ
すると同時に、軸方向へ移動もさせている。他方、開放
状態にある１対の振動片（３）、（４）は、スライダ（
８）を弛めるのと同時に、次の瞬間に備えて軸方向には
マイナス方向に後退して用意している。

次の負のサイクルにおいては、挙動が上記と全く逆にな
り、締付は状態にあった振動片（１）、（２）が弛み始
めて次の用意をし始めるのと併行して、今まで弛んで待
機していた振動片（３）、（４）は締付は動作をしなが
ら先程と同じ軸方向への移動を開始する。

いま、軸方向の共振と締付は方向の共振とを互いに近づ
けておき、これに共振周波数の交番電圧を印加してやる
と、前述の動作が繰返し行われるために、スライダ（８
）は軸方向に急速に移動し、−軸アクチーエータとして
の機能を果たすことになる。

また、スライダ（８）の移動方向を逆転したい場合は、
軸方向と締付は方向相互の位相を反転することで、簡単
に目的を達成することができる。すなわち、具体的には
、軸方向に屈曲する圧電素子（７ａ）　〜（７ｄ）を圧
電素子（６ａ）　〜（６ｄ）の裏側に互いに同極にして
固着しておき、圧電素子（５ａ）〜（５ｄ）のグループ
と圧電素子（７ａ）　〜（７ｄ）のグループを並列接続
することで、軸移動を逆転することができる。

移動方向を逆転する必要がないものでは、圧′屯素子（
６ａ）　〜（６ｄ）か（７ａ）　〜（７ｄ）のいずれか
一方を備えていればよいことはいうまでもない。

スライダ（８）の材質としては、滑らずに、かつ、可聴
音を発生しにくい条件を具えた材料が望まれる。これに
は、例えばフェノール樹脂に１５％程度の金属粉末を混
入成形したものが適している。

この金属粉末としては、ＡＩ％Ｃｕなどの材質が適して
いる。

円筒状のスライダ（８）は、自己重量が減るので、移動
の立上り時間を短くするのに効果的である。

また、スライダ（８）の断面形状は円形に限るものでは
なく、回転させないためには第５図のような角形にする
とよい。すなわち、同図（ａ）は角形のスライダ（８）
の各側面に突条（８ａ）を形成し、突条（８ａ）によっ
て基体（２０）に内接させたものであり、同図（ｂ）は
角形のスライダ（８）の陵線に平面部（８ｂ）を形成し
、平面部（８ｂ）によって基体（２０）に内接させたも
のである。

なお、上記実施例は、スライダ（８）を基体（２０）に
内接させた場合の説明であるが、第６図に示すように、
スライダ（８）を四角リング状さし、その各内壁面に突
条（８Ｃ）を形成し、この突条（８ｃ）によって基体（
２０）に外接した構造としてもよい。

この場合は、基体（２０）の外周面に固着していた圧電
素子は、そのままで接触部材を付設してもよいし、ある
いは、圧電素子を基体（２０）の内周面に固着した構造
としてもよい。

また、スライダ（８）と基体（２０）とは互いに相対移
動すればよく、何れを移動して使用してもよいのは勿論
である。

第７図（ａ）は基体（２０）の他の変形であり、８個の
振動片を結合して、対向４対の辺からなる正８角形のリ
ング状基体（２０）とし、これにスライダ（８）を内接
してなるものである。

かかる構成により、互いに対向する振動片の振動位相が
同じになり、かつ、互いに隣接する振動片の振動位相は
互いに逆になることで、共振時の９Ｍ（尖鋭度）を高く
することができる。動作は、四角形リング状の基体の場
合と全く同じように、１つおきの各対向２辺が同じ挙動
をするので、内接しているスライダ（８）をクランプす
る瞬間には、同時に４つの振動片の４点でクランプする
ことになる。このような構造のものは、大きな推力を要
求される場合に、周波数を下げることなく応じることが
できる利点がある。

第７図（鴫は、さらに対向辺を６対とした正１２角形の
リング状基体（２０）の場合であり、その作用効果は第
７図（ａ）の場合に準する。

第８図はこの発明の超音波リニアモータを制御弁に利用
した場合を示しており、本体（１０）に気体あるいは液
体の流路（１２）が設けられており、（１２ａ　）が入
口、　　（１２ｂ）が出口となっている。本体（１０）
と蓋体（１１）とて囲まれて収納部（１３）には、基体
（２０）、スライダ（８）等でなる上述した超音波リニ
アモータが収納されている。流路（１２）の中間点でス
ライダ（８）と一体の開閉ンヤフ）（１４）が、流体の
流れを制御するようになっている。

以上の構成により、無段階に、かつ、連続的に制御が可
能であり、このような制御弁は自動車、その他一般産業
用として、高精度な機能を発揮する。

なお、以上説明したスライダ（８）には、位置検知手段
を内設して複合部品化する努力は轟然である。

〔発明の効果〕

この発明は、以上説明したように、断面角形で棒状の弾
性体でなる複数個の振動片を互いに一体に結合して多角
形リング状の基体を形成し、各振動片の上、下面と内あ
るいは外側面にそれぞれ圧電素子を固着して基体の対向
辺が同相で振動するようにし、基体にスライダを内接ま
たは外接した構造により、薄形、小形にして高トルクが
得らａ。

る効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の正面図、第２図は同じく
側面図、第３図および第４図はそれぞれ当該実施例の動
作を説明するための模式図、第５図、第６図および第７
図はそれぞれ他の変形の一部正面図、第８図は当該実施
例の応用例を示す側断面図、第９図は従来の超音波リニ
ア七−夕の要部正面図である。（１）〜（４）　・・・振動片、（５ａ）−Ｌ（ｓａ）
、（６ａ）　〜（６ｄ）、（７ａ）　〜（７ｄ）　、、
、圧電素子、（８）　・・・スライダ、（２０）・・・
基体。

Claims

【特許請求の範囲】　各辺が断面角形で棒状の弾性体でなる複数個の振動片
により一体化された多角形リング状の基体と、互いに対向する前記振動片がそれぞれ同相で駆動される
ように、前記振動片の上、下面の少なくともいずれかと
内、外側面のいずれかにそれぞれ固着され、超音波領域
の電気信号が印加される複数個の圧電素子と、前記基体に内接および外接のいずれかにより軸方向可動
に係着されているスライダと、を備えてなる超音波リニアモータ。