JP2006314175A - Linear motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、超音波モータによって可動子を移動させるように構成されたリニアモータに係り、特に、超音波モータを直交する二つの非軸対称振動を利用するように構成することにより、押圧方向振動成分と進行方向振動成分とを独立して駆動制御することができると共に、押圧方向振動と進行方向振動の共振周波数の縮退のために行なう各種寸法調整を不要にすることができるように工夫したものに関する。 The present invention relates to a linear motor configured to move a mover by an ultrasonic motor, and in particular, by pressing the ultrasonic motor so as to use two non-axisymmetric vibrations orthogonal to each other. It is possible to drive and control the component and the traveling direction vibration component independently, and to make it unnecessary to adjust various dimensions to reduce the resonance frequency of the pressing direction vibration and the traveling direction vibration. About.
超音波モータは、圧電素子の逆圧電効果を利用して得られた機械的変位と力を、離散的または連続的な回転又は直線運動に変換するものである。これを図8を参照して詳細に説明する。
まず、図8(a)に示すように、ラジアル振動を引き起こす「(R,1)−mode」がある。これが摩擦接触面を押す方向に変位する押圧方向振動成分である。これに対して、図8(b)に示すように、面内での屈曲振動を引き起こす「((1,1))−mode」がある。これが進行方向に変位する進行方向振動成分である。そして、上記押圧方向振動成分と進行方向振動成分とによって、図8(c)に示すように、A点に楕円の軌跡を描かせる。そこに図示しない駆動ガイドを接触させることによって回転又は直線運動に変換するものである。
上記駆動ガイドを接触させることにより直線運動に変換するように構成したものがリニアガイドである。
The ultrasonic motor converts mechanical displacement and force obtained by using the inverse piezoelectric effect of the piezoelectric element into discrete or continuous rotation or linear motion. This will be described in detail with reference to FIG.
First, as shown in FIG. 8A, there is “(R, 1) -mode” that causes radial vibration. This is a pressing direction vibration component that is displaced in the direction of pressing the frictional contact surface. On the other hand, as shown in FIG. 8B, there is “((1, 1))-mode” that causes in-plane bending vibration. This is a traveling direction vibration component displaced in the traveling direction. Then, as shown in FIG. 8C, an elliptical locus is drawn at point A by the pressing direction vibration component and the traveling direction vibration component. A drive guide (not shown) is brought into contact therewith to convert it into rotation or linear motion.
A linear guide is configured to be converted into a linear motion by bringing the drive guide into contact therewith.
この種の超音波モータを開示するものとして、例えば、特許文献1、特許文献2等がある。
For example,
上記従来の構成によると次のような問題があった。すなわち、従来の超音波モータにおいては、図8(a)に示した「(R,1)−mode」と図8(b)に示した「((1,1))−mode」を別々に駆動制御できないという問題があった。すなわち、駆動点における押圧方向振動成分と進行方向成分の変位と振動速度を別々に駆動制御することができないものである。
又、図8(a)に示した「(R,1)−mode」と図8(b)に示した「((1,1))−mode」の共振周波数を縮退させる必要があり、そのために円環の内径と外径の比を調整しなければならないという問題があった。
The conventional configuration has the following problems. That is, in the conventional ultrasonic motor, “(R, 1) -mode” shown in FIG. 8A and “((1,1))-mode” shown in FIG. There was a problem that the drive could not be controlled. That is, it is impossible to separately control the displacement of the pressing direction vibration component and the traveling direction component and the vibration speed at the driving point.
Further, it is necessary to degenerate the resonance frequencies of “(R, 1) -mode” shown in FIG. 8A and “((1, 1))-mode” shown in FIG. 8B. However, there is a problem that the ratio between the inner diameter and the outer diameter of the ring must be adjusted.
本発明はこのような点に基づいてなされたものでその目的とするところは、駆動点の押圧方向振動成分と進行方向振動成分の変位と振動速度を別々に制御することを可能にし、駆動点の押圧方向振動と進行方向振動の共振周波数の縮退を目的とした各種寸法の調整等を不要にすることができる超音波モータを利用したリニアモータを提供することにある。 The present invention has been made based on such points, and the object of the present invention is to make it possible to separately control the displacement and vibration speed of the pressing direction vibration component and the traveling direction vibration component of the driving point. An object of the present invention is to provide a linear motor using an ultrasonic motor that can eliminate the need for adjustment of various dimensions for the purpose of reducing the resonance frequency of the pressing direction vibration and the traveling direction vibration.
上記課題を解決するべく本願発明の請求項1によるリニアモータは、固定子と、上記固定子に対して移動可能に設置された可動子と、上記固定子と上記可動子の間に設置され、振動体の両面又は片面に圧電材料を貼り付けてなる、又は、圧電材料自身が振動体として機能するように構成され、超音波振動することにより上記可動子を移動させる超音波モータと、を具備してなるリニアモータにおいて、上記超音波モータを直交する二つの非軸対称振動を利用する構成としたことを特徴とするものである。
又、請求項2によるリニアモータは、請求項1記載のリニアモータにおいて、
上記圧電材料からなる電極を周方向に4分割したことを特徴とするものである。
又、請求項3によるリニアモータは、請求項2記載のリニアモータにおいて、環状をなすと共に左右両端にT字型支持部を備えた振動体の両面の夫々に周方向に4分割された圧電材料を貼り付けてなることを特徴とするものである。
又、請求項4によるリニアモータは、請求項2記載のリニアモータにおいて、 環状の振動体の両面の夫々に周方向に4分割された圧電材料を貼り付けてなることを特徴とするものである。
又、請求項5によるリニアモータは、請求項2記載のリニアモータにおいて、 円板状の振動体の両面の夫々に周方向に4分割された圧電材料を貼り付けてなることを特徴とするものである。
又、請求項6によるリニアモータは、請求項2記載のリニアモータにおいて、 2電源方式であることを特徴とするものである。
又、請求項7によるリニアモータは、請求項2記載のリニアモータにおいて、 4電源方式であることを特徴とするものである。
In order to solve the above problems, a linear motor according to
A linear motor according to claim 2 is the linear motor according to
The electrode made of the piezoelectric material is divided into four in the circumferential direction.
According to a third aspect of the present invention, there is provided the linear motor according to the second aspect of the present invention, wherein the piezoelectric material is divided into four in the circumferential direction on each of both surfaces of the vibrating body having an annular shape and having T-shaped support portions at both left and right ends. It is characterized by being pasted.
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the linear motor according to the second aspect, wherein a piezoelectric material divided into four in the circumferential direction is attached to each of both surfaces of the annular vibrating body. .
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the linear motor according to the second aspect, wherein a piezoelectric material divided into four in the circumferential direction is attached to each of both surfaces of the disc-shaped vibrating body. It is.
A linear motor according to a sixth aspect of the present invention is the linear motor according to the second aspect of the present invention, characterized in that it is a dual power supply system.
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a linear motor according to the second aspect, wherein the linear motor is a four power supply system.
以上述べたように本願発明によるリニアモータは、固定子と、上記固定子に対して移動可能に設置された可動子と、上記固定子と上記可動子の間に設置され、振動体の両面又は片面に圧電材料を貼り付けてなる、又は、圧電材料自身が振動体として機能するように構成され、超音波振動することにより上記可動子を移動させる超音波モータと、を具備してなるリニアモータにおいて、上記超音波モータを直交する二つの非軸対称振動を利用する構成としているので、押圧方向振動成分と進行方向振動成分を夫々別々に励振させることができるようになった。又、直交する同一振動モードを利用するようにしているので、押圧方向振動と進行方向振動の共振周波数を縮退させるために、例えば、円環の内径と外径の比を調整しなければならないという煩雑な調整作業を不要にすることができる。 As described above, the linear motor according to the present invention includes a stator, a mover installed to be movable with respect to the stator, and installed between the stator and the mover. A linear motor comprising a piezoelectric material pasted on one side, or an ultrasonic motor configured to move the mover by ultrasonic vibration, wherein the piezoelectric material itself functions as a vibrator. Since the ultrasonic motor is configured to use two non-axisymmetric vibrations orthogonal to each other, the pressing direction vibration component and the traveling direction vibration component can be separately excited. In addition, since the same vibration mode orthogonal to each other is used, for example, the ratio of the inner diameter to the outer diameter of the ring must be adjusted in order to degenerate the resonance frequency of the pressing direction vibration and the traveling direction vibration. Complicated adjustment work can be eliminated.
以下、図1乃至図4を参照して本発明の第1の実施の形態を説明する。図1はリニアモータの構成を示す横断面図である。まず、固定子としてのベース1があり、このベース1上にはクロスローラガイド3、3を介して可動子としてのスライダ5が紙面に直交する方向に移動可能に設置されている。
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of a linear motor. First, there is a
上記スライダ5はベース1側に設置されている超音波モータ7によって駆動されるものである。上記超音波モータ7は、上記ベース1上に支持台9を介して設置されている。又、上記スライダ5側には駆動用ガイド11が取り付けられている。又、上記超音波モータ7の図1中左側には、加圧用スプリング13が支持部材15を介して設置されていて、上記超音波モータ7は上記加圧用スプリングによって上記駆動用ガイド11側に押し付けられている。又、超音波モータ7と駆動用ガイド11との間には摩擦材17が設置されている。
The
上記超音波モータ7は、図2、図3に示すような構成になっている。まず、振動体としての弾性体21があり、この弾性体21は、環状部23と、この環状部23の左右両端に設けられた支持部25、27とから構成されている。上記支持部25、27は「T字形状」をなしている。又、上記環状部23の中央には貫通孔23aが形成されている。
The
上記弾性体21の環状部23の上面には、4等分された圧電材料としての圧電セラミックス(例えば、PZT)31が夫々貼り付けられている。又、上記弾性体21の環状部23の下面にも、4等分された圧電材料としての圧電セラミックス31が夫々貼り付けられている。
尚、圧電材料としては圧電セラミックスに限定されるものではなく、圧電結晶材料(例えば、LiTaO3)であってもよい。
Piezoelectric ceramics (for example, PZT) 31 as a piezoelectric material divided into four equal parts are respectively attached to the upper surface of the
The piezoelectric material is not limited to piezoelectric ceramics, and may be a piezoelectric crystal material (for example, LiTaO 3 ).
又、上記超音波モータの駆動電源方式は、図4に示すような構成になっていて、いわゆる「2電源方式」を採用しているものである。又、「((1,1))’−mode」と「((1,1))−mode」を利用しており、sinωtを印加する電極が垂直方向成分である「(1,1)’−mode」であり、cosωtを印加する電極が進行方向成分である「((1,1))−mode」となっている。このようにこの実施の形態の場合には直交する同一モードを利用しているものである。 Further, the drive power system of the ultrasonic motor has a configuration as shown in FIG. 4 and adopts a so-called “two power system”. Also, “((1,1)) ′-mode” and “((1,1))-mode” are used, and the electrode to which sin ωt is applied is “(1,1) ′. −mode ”, and the electrode to which cos ωt is applied is“ ((1, 1))-mode ”, which is a component in the traveling direction. Thus, in this embodiment, the same orthogonal mode is used.
以上本実施の形態によると次のような効果を奏することができる。
まず、直交する二つの非軸対称振動、すなわち、「((1,1))’−mode」と「((1,1))−mode」を使用するように構成しているので、超音波モータの摩擦接触面を押す方向に変位する押圧方向振動成分と超音波モータの進行方向に変位する進行方向振動成分を夫々別々に励振させることができるようになった。
又、上記「((1,1))’−mode」と「((1,1))−mode」は同一モードであり、円環の内径と外径の比に関係なく常に縮退条件にあるので、弾性体21の内径と外径の比を調整する必要もない。
As described above, according to the present embodiment, the following effects can be obtained.
First, since it is configured to use two orthogonal non-axisymmetric vibrations, that is, “((1,1)) ′-mode” and “((1,1))-mode”, the ultrasonic wave It is now possible to separately excite the vibration component in the pressing direction that is displaced in the direction of pushing the frictional contact surface of the motor and the vibration component in the traveling direction that is displaced in the traveling direction of the ultrasonic motor.
The “((1,1)) ′-mode” and “((1,1))-mode” are the same mode, and are always in a degenerate condition regardless of the ratio of the inner diameter to the outer diameter of the ring. Therefore, it is not necessary to adjust the ratio between the inner diameter and the outer diameter of the
次に、図5を参照して本発明の第2の実施の形態を説明する。この第2の実施の形態の場合には、駆動電源方式を前記第1の実施の形態の場合とは異ならせたものである。すなわち、図4に示すように、この第2の実施の形態の場合には、いわゆる「4電源方式」を
採用しているものである。
その他の構成は前記第1の実施の形態の場合と同様でありその説明は省略する。
そして、このような構成であっても前記第1の実施の形態の場合と同様の効果を奏することができるものである。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the case of the second embodiment, the drive power supply system is different from that in the first embodiment. That is, as shown in FIG. 4, in the case of the second embodiment, a so-called “four power supply method” is adopted.
Other configurations are the same as those in the first embodiment, and a description thereof will be omitted.
And even if it is such a structure, there can exist an effect similar to the case of the said 1st Embodiment.
次に、図6を参照して本発明の第3の実施の形態を説明する。この場合には、前記第1の実施の形態の場合における弾性体21とは異なる形状の弾性体41を使用しているものである。すなわち、この第3の実施の形態における弾性体41は、前記第1の実施の形態における弾性体21のように支持部を備えた構成にはなっておらず、単に環状部のみから形成されているものである。そして、中央部には貫通孔41aが形成されている。
その他の構成は前記第1の実施の形態の場合と同じであり、同一部分には同一符号を付して示しその説明は省略する。
このような構成でも前記第1及び第2の実施の形態の場合と同様の効果を奏することができる。
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this case, an
Other configurations are the same as those in the first embodiment, and the same portions are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
Even with such a configuration, the same effects as those of the first and second embodiments can be obtained.
次に、図7を参照して本発明の第4の実施の形態を説明する。この場合にも、前記第1の実施の形態の場合における弾性体21とは異なる形状の弾性体51を使用しているものである。すなわち、この第4の実施の形態における弾性体51は、前記第1の実施の形態における弾性体21のように支持部を備えた構成にはなっておらず、且つ、環状ではなく、円形部のみから形成されているものである。
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Also in this case, an
又、圧電セラミックス61は円形を4等分したような形状になっている。
その他の構成は前記第1の実施の形態の場合と同じであり、同一部分には同一符号を付して示しその説明は省略する。
このような構成でも前記第1及び第2の実施の形態の場合と同様の効果を奏することができる。
The piezoelectric ceramic 61 is shaped like a circle divided into four equal parts.
Other configurations are the same as those in the first embodiment, and the same portions are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
Even with such a configuration, the same effects as those of the first and second embodiments can be obtained.
尚、本発明は前記第1〜第4の実施の形態に限定されるものではない。
弾性体の形状については前記第1〜第4の実施の形態において図示したものに限定されず様々な形状のものが想定される。例えば、円形部の両側にT字形状の支持部を連設した形状の弾性体でもよい。
又、前記第1〜第4の実施の形態の場合には、弾性体の上下両面に圧電セラミックスや圧電結晶材料を貼り付けた構成としたが、それに限定されるものではなく、片面のみに貼り付けるような構成も想定される。
又、前記第1〜第4の実施の形態の場合には、弾性体等の振動体に圧電材料を貼り付けるような構成を例に挙げて説明したが、そのような振動体を使用せずに圧電材料のみによって構成するようなものについても適用可能である。
The present invention is not limited to the first to fourth embodiments.
The shape of the elastic body is not limited to that illustrated in the first to fourth embodiments, and various shapes are assumed. For example, an elastic body having a shape in which T-shaped support portions are continuously provided on both sides of the circular portion may be used.
In the first to fourth embodiments, the piezoelectric ceramic or piezoelectric crystal material is attached to the upper and lower surfaces of the elastic body. However, the present invention is not limited to this, and the elastic body is attached only to one surface. Such a configuration is also possible.
In the case of the first to fourth embodiments, the description has been given by taking as an example a configuration in which a piezoelectric material is attached to a vibrating body such as an elastic body. However, such a vibrating body is not used. In addition, the present invention can also be applied to a structure composed only of a piezoelectric material.
本発明は、超音波モータによって駆動されるリニアモータに係り、特に、超音波モータを直交する二つの非軸対称振動を利用するように構成することにより、押圧方向振動成分と進行方向振動成分とを独立して駆動制御することができると共に、押圧方向振動と進行方向振動の共振周波数の縮退のための各種寸法調整を不要にすることができるように工夫したものに関し、例えば、一軸アクチュエータに好適である。 The present invention relates to a linear motor driven by an ultrasonic motor, and in particular, by configuring the ultrasonic motor to use two non-axisymmetric vibrations orthogonal to each other, a pressing direction vibration component and a traveling direction vibration component Can be controlled independently, and various dimensional adjustments for reducing the resonance frequency of the pressing direction vibration and the traveling direction vibration can be made unnecessary. It is.
7 超音波モータ
21 弾性体
23 環状部
25 支持部
27 支持部
31 圧電セラミックス
7
Claims (7)
上記固定子に対して移動可能に設置された可動子と、
上記固定子と上記可動子の間に設置され、振動体の両面又は片面に圧電材料を貼り付けてなる、又は、圧電材料自身が振動体として機能するように構成され、超音波振動することにより上記可動子を移動させる超音波モータと、
を具備してなるリニアモータにおいて、
上記超音波モータを直交する二つの非軸対称振動を利用する構成としたことを特徴とするリニアモータ。 A stator,
A mover installed movably with respect to the stator;
It is installed between the stator and the mover, and a piezoelectric material is attached to both sides or one side of the vibrating body, or the piezoelectric material itself is configured to function as a vibrating body, and is vibrated ultrasonically. An ultrasonic motor for moving the mover;
In a linear motor comprising:
A linear motor characterized in that the ultrasonic motor is configured to use two non-axisymmetric vibrations orthogonal to each other.
上記圧電材料からなる電極を周方向に4分割したことを特徴とするリニアモータ。 The linear motor according to claim 1,
A linear motor characterized in that the electrode made of the piezoelectric material is divided into four in the circumferential direction.
環状をなすと共に左右両端に支持部を備えた振動体の両面の夫々に周方向に4分割された圧電材料を貼り付けてなることを特徴とするリニアモータ。 The linear motor according to claim 2,
A linear motor characterized in that a piezoelectric material divided into four in the circumferential direction is attached to each of both surfaces of a vibrating body having an annular shape and having support portions at both left and right ends.
環状の振動体の両面の夫々に周方向に4分割された圧電材料を貼り付けてなることを特徴とするリニアモータ。 The linear motor according to claim 2,
A linear motor characterized in that a piezoelectric material divided into four in the circumferential direction is attached to each of both surfaces of an annular vibrator.
円板状の振動体の両面の夫々に周方向に4分割された圧電材料を貼り付けてなることを特徴とするリニアモータ。 The linear motor according to claim 2,
A linear motor, wherein a piezoelectric material divided into four in the circumferential direction is attached to each of both surfaces of a disk-shaped vibrating body.
2電源方式であることを特徴とするリニアモータ。 The linear motor according to claim 2,
A linear motor characterized by a dual power supply system.
4電源方式であることを特徴とするリニアモータ。 The linear motor according to claim 2,
A linear motor characterized by a four power supply system.
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