JPS6091872A - 超音波リニアモ−タ - Google Patents

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】 ［発明の技術分野］ 本発明は、超音波リニアモータに関し、特に定在波発生
を防止した超音波リニアモータに係わる。

［発明の技術的背景］ 従来から、第１図（ａ）、（ｂ）に示すような超音波リ
ニアモータが知られている。この種モータは、圧電振動
子２０と、波動伝播媒体２１と、動体２２とから構成さ
れている。圧電振動子２０は強誘電体、例えばチタン酸
バリウムやチタン酸ジルコン酸鉛から成り、高電圧を印
加して分極し、その分極方向に交番電圧を印加すると電
歪による振動を生じる。この振動子は、媒体２１の一端
に、その長手方向に隣接配置された各振動子２０ａ、２
０ｂから成る。媒体２１は、弾性体であり、かつ電気導
体である。超音波信号源２３をリード線２３．２４によ
り振動子２０ａ、２０ｂに印加すると、例えば一方の振
動子２０ａは媒体の長手方向に伸長するように、他方の
振動子２０ｂは圧縮するように、それぞれ分極方向が異
なって設定されているので、媒体２１は第１図（ｃ）に
示す如く加振される。この波動゛は、いわば縦波と横波
との。

複合波とも称すべき撓み振動である。振動子２０ａ　＝
　ｂの長手方向の寸法によって規定される波長λ中の頂
点Ｐは、第１図（ｄ）に示すように短軸２ｕ、長軸２Ｗ
の楕円軌跡または円軌跡（ｕ＝ｗ）を描く。媒体２１が
動体２２と接触する頂点Ｐで。

波動は方向２６にＶ＝２πｆｕの速度で伝播する。

この結果、動体２２は媒体２１との摩擦力で波動の進行
と逆方向２７に速度■で駆動され１表面波モータが構成
される。なお、振動子に印加する交番電圧の位相を変更
すると、撓み振動の波動は逆方向になるので、動体の進
行方向を変えることができる。この撓み振動は、媒体の
変位をＷ、媒体の長手方向の座標をＸ、時間をｔとする
とその波動方程式は、 媒体の断面積、ρは密度、■は断面２次モーメントであ
る。

上式の一般解を、 ｗ（ｘ、七）　”　Ｗ（Ｘ）（Ａｓｉｎωｔ＋Ｂｃｏｓ
ωＬ）とすると、波の伝播速度Ｖ、波長λは。

となる。第１図から明らかなように、媒体が動体を駆動
する接触点は１波長λについて一点である。

大きな駆動力を得るためには、定まった長さの中に数多
（の接触点が存在すればよい。従って波長λは短い方が
よい。上式から明らかなように、撓み振動では、媒体の
断面積Ａや断面２次モーメン１−　Ｉを変えることによ
り、波長λを短かくすることができる。

第１図に示すモータはリニア型であり、媒体２１の終端
で弾性波が反射すると、進行波と反射波（２τエコー）
が重畳されて定在波になって、波動は進行せず、動体は
左右何れにも駆動されなり）。

コノタメ、表面波リニアモータは媒体２１の他端に、振
動子２０と同様の構成の振動子２０ｃ（２０ｄ、２０ｅ
）を設け１弾性波エネルギーを素子Ｒで吸収する。また
、この２τエコーを減少するために、媒体２１の終端を
長くしてその上しこエポキシ樹脂２８を４４着しく第２
図）、あるｕＸ４よ１ノング状に形成された回転型表面
波モータのようシこ媒体２１を無端形（第３図）とする
。（特公昭５７−２１９３号、特開昭ｓ　４−１６４２
０２号、特開昭５５−１２５０５２号、特開昭５６’−
１３８４６９号、特開昭５７−７８３７８号、特開昭５
８−９３４７８号各公報およびＮＩＫＫＩＥＩ　Ｍｌｌ
ｉＣＩｌＡＮＩＣＡＬ　１９８３．２．２８．第４４〜
４９頁「大トルクで低速回転する表面波モータ、まず自
動焦点カメラで実用化へ」）。

而して、この種超音波モータは、従来の電磁力を利用し
たモータに比べて低速回転するので、減速機が不要でｖ
１構が簡素化されるという利点がある反面、効率が低い
という難点がある。効率を向上するには前述の定在波の
発生を阻止する必要がある。しかしながら、第１図にお
いて、波動そのものが終端の境界から２τエコーとして
反射し、さらに、吸収用振動子２−Ｏｃ（２０ｄ、２０
８）で電気エネルギーに変換された後に、その電気信号
が素子Ｒとのインピーダンスの不整合により反射して再
び振動子に戻り波動エコーとなって放射される。また、
第２〜３図に示す手段でも、モータ形状が大きくなると
いう欠点がある。例えば、第３図に示すエポキシ樹脂２
８を付着するときは、その部分は少なくとも伝播波長の
数倍は必要である。

［発明の目的］ 本発明は斜上の従前の難点を解消するためレニなされた
もので、波動伝播媒体の終端を特定構造側こすることに
より、２τエコーを減衰させて定在波の発生を阻止した
超音波リニアモータを提供せんとするものである。

［発明の好ましい実施例］ 以下、本発明の好ましい実施例を図面に沿って詳述する
。

第４図（ａ）、（ｂ）において、リニア型超音波モータ
は、超音波信号源２３により超音波信号力１印加される
圧電振動子２’０（２０ａ、２０ｂ）と、振動子によっ
て加振されて撓み振動を発生する弾性波動伝播媒体２１
と、媒体の波動により駆動される動体２２とを備えてい
る。

本発明の特徴によれば、媒体２１の終端部２９はその波
動の進行方向に沿った中央分離線３０で２区分（Ａ、Ｂ
で示す）され、一方の区分Ａ（よイ也方の区分Ｂに比べ
て伝ｉ波長λの１／４だけ前記波動の進行方向、即ち媒
体の長手方向に延長されている。

媒体２１の終端部２９の分ｉ線３ｏには、厚さｄのスリ
ット３Ｉが設けられている。このため、第１図に示す振
動子２０ｄは、振動子２Ｏｆ、２０ｇへ、振動子２０　
ｅは振動子２０　ｈ、２ｏｉへそＩ′Ｌぞれ分割されて
いる。なお、Ｒは変換された電気エネルギーの吸収素子
を示す。

このように構成されたモータにょ九ば、振動子２０ａ、
２０ｂによって加振された媒体２１には撓み波動が終端
部２９に向って進行伝播する。終端部２９では、中央分
離線３ｏ、スリット３１により波動は区分Ａ、Ｂに独立
分離される。区分Ａの波動は、波長をλとすればλ／４
だけ延長さ４シた＃端境界で反射され２τエコーとして
戻る。一方。

区分Ｂの波動もその終端境界で反射されて２τエコーと
して戻る。この場合、両者の２でエコーは位相にしてλ
／２（λ／４Ｘ２）だけ異なるので、振動子２０１１．
２０ｉ、２Ｏｆ、２０ｇを過ぎた付近で打ち消し合う結
果、２τエコーは減衰する。

また、振動子２０ｈ、ｉ、ｆ、ｇと素子Ｒの勤らきは従
来のそれと同様であり、これも定在波の発生を防止する
ものである。

［発明の効果］ 以上の実施例からも明らかなように１本発明によれば、
波動伝播媒体終端部を２区分し、その一方を波長の１７
４延長させたことにより、終端境界での反射によって生
じる２τエコーは相殺され、結果的に無反射終端が形成
されて定在波の発生が阻止され効率のよいモータが得ら
れる。

実験によれば、第１図に示す従来のモータに比べて２τ
エコーは約１０ｄｂ減衰した。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、（ｂ）はそれぞ九従来のリニア型超音波
モータの平面図、側面図、 第１図（ｃ）、（ｄ）は第１図（ａ）、（ｂ）に示すモ
ータの波動伝播媒体における波動の説明図、第２〜３図
は定在波゛の発生を防止するようにした従来のモータの
説明図、 第４図（ａ）、Ｃｂ）はそれぞれ本発明にょるモータを
示す平面図、側面図である。 ２０・・・・・・・・振動子 ２１　・・・・・・・・波動伝播媒体 ２２・・・・・・・・動体 ２９・・・・・・・・終端部 ３０・・・・・・・・分離線 ３１　・・・・・・・・スリン１− Ａ、　Ｂ　・・・・・・・・区分 手続補正書（自発） １．事件の表示 特願昭５８−１９７３８４号 ２、発明の名称 超音波リニアモータ ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 （２２５）昭和電線電纜株式会社 ４、代理人〒１０３ 東京都中央区日本橋本町３−９−５ ５、補正の対象 ６、補正の内容 明細書第３頁第１９行の式

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　超音波信号が印加される振動子と、前記振動子に
   よって加振される波動伝播媒体と、前記媒体の波動によ
   り駆動される動体とを備え、前記媒体の終端部をその波
   動Ｑ進行方向に沿った分離線で２区分すると共に、一方
   の区分を他方の区分に比べて伝播波長の１７４だけ延長
   したことを特徴とする超音波リニアモータ。 ２．１　前記媒体の終端部の該分離線にスリットを設け
   たことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の超音波
   リニアモータ。