超音波リニアモータ

【目的】本発明の目的は、棒材の外周を駆動する構造の超音波リニアモータにより、小型で安価な超音波リニアモータを提供することにある。
【構成】本発明は、進行方向に平行に振動する中央の圧電素子２を挟んで、その両側に進行方向と垂直に振動する２対の圧電素子３，４を有し、前記２対の圧電素子３，４が棒材１をつかむように構成したことを特徴とする。中央の圧電素子２は１個でも２個以上でもよい。

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、超音波振動を駆動源とし棒材に沿って駆動する超音波リニアモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の超音波リニアモータは、特開平０２−３０２９７号公報に記載されているように、振動面をある部材に圧接させ、圧接面と振動面にある加圧力を加える方法がとられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、振動面をある部材に圧接させるために、加圧用のバネ、摺動のためのベアリング機構が必要となり、リニアモータの小型化が阻害され、コストも高くなるという問題があった。
【０００４】本発明の目的は、棒材の外周面を駆動する超音波リニアモータにより、小型で安価な超音波リニアモータを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために、本発明の超音波リニアモータでは圧電素子により構成される駆動部に棒材を貫通させ、この棒材の外周面を圧電素子がつかむようにしながら移動するようにすることで達成される。
【０００６】
【作用】本発明の作用は、人が棒登りをするときと似ている。まず前記２対の圧電素子のうち一方で棒材をつかみ、他方はつかまない。この状態で前記中央の圧電素子を進行方向に伸ばす。つぎに前記２対の圧電素子のつかむ、つかまないを逆にしてやり、この状態で前記中央の圧電素子を縮めてやる。以上の動作により、前記中央の圧電素子の伸び量分移動する。これを繰り返すことにより、リニア駆動を実現する。
【０００７】
【実施例】以下、本発明の実施例を図１により説明する。図１は棒材１に丸棒を使用した例で、棒材１を包むようにして、径方向に振動するリング状圧電素子３および４、棒材１の軸方向に振動するリング状圧電素子２、さらに前記３つの圧電素子２、３、４の間に挟まれる中間リング５ａ、５ｂが一体に構成されている。圧電素子３、４の内径は棒材１の外径に対し、収縮時には締め代、膨張時には隙間ができるよう設定されている。また、圧電素子２と中間リング５ａ、５ｂは棒材１と径方向に隙間をとってある。このように構成された図１において、棒材１上を図面左から右へ駆動する場合を説明する。まず圧電素子３は収縮の状態で、棒材１を挟み付けている。圧電素子４は膨張の状態で棒材１とは隙間がある。この時に圧電素子２を膨張の状態にすると、その膨張分圧電素子４は右に移動する。つぎに圧電素子４を収縮の状態にして、圧電素子３を膨張の状態に切り替える。この時圧電素子２を収縮の状態にすると、その収縮分つまり前記の膨張分圧電素子２は右に移動する。以上これまでの動作により、圧電素子２、３、４および中間リング５ａ、５ｂが圧電素子２の変位量分移動することとなり、この動作を圧電素子２、３、４に超音波振動を適当な位相差で駆動させて繰り返すことにより、高速のリニア駆動が実現する。
【０００８】図２は図１の圧電素子２、３、４に加える交流電圧の例で、曲線６は圧電素子３に加える電圧、曲線７は圧電素子４に加える電圧、曲線８は圧電素子２に加える電圧を示す。曲線６と曲線７は互いに反対の極性のため、これによって動作する圧電素子３と圧電素子４は、一方が膨張の時は他方は収縮となり、その逆に一方が収縮の時は他方は膨張となる。ここで圧電素子２に曲線８の電圧を加えると、これは圧電素子４に加わる電圧と同じ極性のため、図１において説明した動作を繰り返すことになる。なお、駆動方向を逆の図１右から左にするには、圧電素子２の振動の位相を１８０゜変えてやればよい。つまり曲線８を反対にすればよい。
【０００９】次に本発明の他の実施例を図３により説明する。
【００１０】図３は図１における軸方向に振動する圧電素子２を２対に増やした例で圧電素子９、１０を軸方向の振動に使用している。基本動作は図１と同様であるが、軸方向に２対の圧電素子９、１０を使用しているため変位量が大きくなり、より高速な駆動を実現できる。さらに、圧電素子９、１０の振動の位相をずらすことで、駆動速度を変えることも可能である。これを図を使って説明する。図４の曲線１１は圧電素子９に加わる電圧、曲線１２は圧電素子１０に加わる電圧を示す。圧電素子９と１０の変位の合計は曲線１３で表され、曲線１１と１２の位相差のない図４のときが最大の変位を得られる。つぎに図５は、圧電素子９に加わる電圧の曲線１４と圧電素子１０に加わる電圧の曲線１５の位相をずらしたときで、圧電素子９と圧電素子１０の変位の合計を示す曲線１６は、図４の曲線１３より振幅が小さくなり、変位が減ることがわかる。この結果、駆動速度も減ることになり、圧電素子９と圧電素子１０に加える電圧の位相を変えることで駆動速度を変えることができることがわかる。なお、図１の例、図３の例とも、より大きな変位を得るために圧電素子２、３、４、９、１０に積層型の圧電素子を使用してもよい。
【００１１】
【発明の効果】本発明によれば、１本の棒材と、圧電素子と中間材で構成される駆動部のみで超音波リニアモータが構成でき、加圧用のバネ、摺動のためのベアリング機構が不要であり、小型で安価な超音波リニアモータができるという効果がある。さらに駆動電圧の位相を変えるだけで駆動方向、駆動速度を変えることができ、制御性に優れた超音波リニアモータができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す斜視図。
【図２】本発明の一実施例の駆動電圧と変位を示す図。
【図３】本発明の他の実施例を示す斜視図。
【図４】本発明の他の実施例の駆動電圧と変位を示す図。
【図５】本発明の他の実施例の駆動電圧と変位を示す図。
【符号の説明】
１棒材
２圧電素子
３圧電素子
４圧電素子
５ａ中間リング
５ｂ中間リング
６曲線
７曲線
８曲線
９圧電素子
１０圧電素子
１１曲線
１２曲線
１３曲線
１４曲線
１５曲線
１６曲線

【特許請求の範囲】
【請求項１】進行方向に平行に振動する中央の圧電素子を挟んで、その両側に進行方向と垂直に振動する２対の圧電素子を有し、これらのなかに棒材が進行方向と平行に貫通し、前記２対の圧電素子が棒材をつかむように構成したことを特徴とする超音波リニアモータ。
【請求項２】前記両側の２対の圧電素子と中央の圧電素子に位相差のある駆動電圧を加え、その位相差を変えることにより駆動方向を変えることを特徴とする請求項１記載の超音波リニアモータ。
【請求項３】前記中央の圧電素子を２つ以上設けたことを特徴とする請求項１記載の超音波リニアモータ。
【請求項４】前記中央の２つ以上の圧電素子に位相差のある交流電圧を加え、その位相差を変えることにより、駆動速度を変えることを特徴とする請求項３記載の超音波リニアモータ。

【図１】