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JPH0667232B2 - Bidirectional drive - Google Patents
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JPH0667232B2 - Bidirectional drive - Google Patents

Bidirectional drive

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JPH0667232B2
JPH0667232B2 JP62137399A JP13739987A JPH0667232B2 JP H0667232 B2 JPH0667232 B2 JP H0667232B2 JP 62137399 A JP62137399 A JP 62137399A JP 13739987 A JP13739987 A JP 13739987A JP H0667232 B2 JPH0667232 B2 JP H0667232B2
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vibrating
extractor
vibrating body
standing wave
vibration
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02NELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/02Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
    • H02N2/026Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors by pressing one or more vibrators against the driven body
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02NELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/0005Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing non-specific motion; Details common to machines covered by H02N2/02 - H02N2/16
    • H02N2/001Driving devices, e.g. vibrators
    • H02N2/0015Driving devices, e.g. vibrators using only bending modes

Landscapes

  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、リニア型の超音波モータ(振動波モータ)
などに応用可能な定在波によって駆動される両方向駆動
装置に関する。
The present invention relates to a linear ultrasonic motor (vibration wave motor).
A bidirectional drive device driven by a standing wave applicable to the above.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

電歪素子や圧電素子に交番電圧を印加することにより発
生する超音波振動を、回転運動や直線運動に変換可能で
あることは知られており、こうして得られる運動を駆動
力として利用した超音波モータが各種提案されている。
It is known that ultrasonic vibration generated by applying an alternating voltage to an electrostrictive element or a piezoelectric element can be converted into rotational movement or linear movement, and ultrasonic waves that use the movement thus obtained as a driving force. Various motors have been proposed.

この超音波モータは巻線コイルを必要としないため、こ
れまでの電磁モータに比べて、構造が簡単で小型化でき
る上に、低速回転時にも高トルクが得られるという利点
があり、近年注目されている。
Since this ultrasonic motor does not require a winding coil, it has the advantages that it has a simple structure and can be downsized as compared with conventional electromagnetic motors, and it can obtain high torque even at low speed rotation. ing.

この種の超音波モータの代表としては以下のものがあ
る。
The representatives of this type of ultrasonic motor are as follows.

(1) 棒状の振動体を振動させ、長さ方向に移動する
進行波を利用したモータ。
(1) A motor using a traveling wave that vibrates a rod-shaped vibrating body and moves in the length direction.

(2) リング状の振動体に時間的・空間的に位相が異
なる2種類の定在波を発生させ、これらの定在波を合成
して進行波としたモータ。
(2) A motor in which two types of standing waves having different phases in time and space are generated in a ring-shaped vibrating body, and these standing waves are combined into a traveling wave.

(3) 縦振動とねじり振動、あるいは縦振動と振動片
の横振動とを合成したモータ。
(3) A motor that combines vertical vibration and torsional vibration, or vertical vibration and lateral vibration of a vibrating element.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

(1)のモータは、棒状の振動体の端部に吸収体を設
け、端部での進行波の反射を打ち消すか、エネルギの帰
還系を設けなければならない。ところが、振動体の端部
に吸収体を設けても、吸収体に吸収された振動が熱に変
わり、効率を上げることができない。また、エネルギの
帰還系を設けると構造が複雑になってしまう。
In the motor of (1), it is necessary to provide an absorber at the end of the rod-shaped vibrating body and cancel the reflection of the traveling wave at the end or provide an energy feedback system. However, even if an absorber is provided at the end of the vibrating body, the vibration absorbed by the absorber changes to heat, and the efficiency cannot be improved. Further, the structure becomes complicated when the energy feedback system is provided.

(2)のモータは、2種類の定在波が重ね合せるなど特
別の配慮が必要で、構成が複雑で効率良く制御すること
が難しい。
The motor of (2) requires special consideration such as superposition of two types of standing waves, and has a complicated structure and is difficult to control efficiently.

(3)のモータも2種類の振動を合成しなければなら
ず、構成が複雑で効率が悪かった。
The motor of (3) also had to synthesize two types of vibrations, and had a complicated structure and poor efficiency.

〔発明の目的〕[Object of the Invention]

この発明は、従来行なわれてきた進行波を使用した方法
や振動合成法とは異なった原理に基づき、振動体に与え
られた定在波を効率良く2方向運動に変換できる両方向
駆動装置を得ることを目的とする。
The present invention provides a bidirectional drive device capable of efficiently converting a standing wave applied to a vibrating body into a two-way motion based on a principle different from the conventional method using a traveling wave and the vibration synthesis method. The purpose is to

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

これまでの進行波モータの考えによれば、定在波は互い
に逆方向に進む波の重ね合わされたものであるため、両
方の波の強さが等しければ、物体を特定の方向に移動さ
せることはできない。
According to the conventional idea of traveling wave motors, a standing wave is a superposition of waves traveling in opposite directions, so if the strength of both waves is equal, move the object in a specific direction. I can't.

しかし実験の結果、定在波は部分的に方向の異なる運動
能力を持っており、その特定の方向の運動能力だけを選
択すれば、物体を特定の方向に移動させることが可能で
あることが分かった。
However, as a result of experiments, standing waves have movement abilities in different directions, and it is possible to move an object in a particular direction by selecting only the movement abilities in that particular direction. Do you get it.

即ち、弾性体などの振動体に屈曲定在波が励振されてい
る時、その腹部は振動体に対して直角な方向に振動し、
節部は振動体に対して平行な方向に振動するが、腹部、
節部を境として互いに逆向きの運動力が、また振動体の
一方の面内の任意の点と、その裏側の点とは同一方向の
運動能力が存在することが実験的に導き出される。
That is, when a bending standing wave is excited in a vibrating body such as an elastic body, its abdomen vibrates in a direction perpendicular to the vibrating body,
The node vibrates in a direction parallel to the vibrating body, but the abdomen,
It is empirically derived that there are kinetic forces opposite to each other with the node as a boundary, and kinematic abilities in the same direction exist at an arbitrary point on one surface of the vibrating body and a point on the back side thereof.

そこでこの発明は、振動端を有し、振動源により励振さ
れる振動体に発生する定在波の節と腹との間に、定在波
の腹から節方向への運動成分を選び出す抽出体を位置さ
せ、この抽出体が選び出す運動成分の方向を選択手段で
選択的に切り換えて、抽出体が選び出した運動成分を接
触体に伝え、接触体と振動体とを相対的に2方向へ駆動
するようにしたものである。
Therefore, the present invention provides an extractor having a vibrating end and selecting a motion component in the node direction from the antinode of the standing wave between the node and the antinode of the standing wave generated in the vibrating body excited by the vibration source. When the extractor is positioned, the direction of the motion component selected by the extractor is selectively switched by the selecting means, the motion component selected by the extractor is transmitted to the contact body, and the contact body and the vibrating body are relatively driven in two directions. It was done like this.

〔発明の原理〕[Principle of Invention]

前述のように定在波は部分的に方向の異なる運動能力を
持ち、その特定の方向の運動能力だけを選択すれば、物
体を回転あるいは移動できることを発明者は知り得た
が、その裏付けとなる実験について説明する。
As mentioned above, the standing wave has a partially different motion ability in different directions, and the inventor has learned that an object can be rotated or moved by selecting only the motion ability in that specific direction. The experiment will be described.

第1図のように板状の弾性体(厚さ15mm、幅10mm、長さ
250mmの真鍮棒)1をランジュバンの振動子などの振動
源2により振動(例えば励振周波数43.2KHz)させて、
弾性体1に屈曲定在波を生じさせると共に、弾性体1に
ローラ3を押し当て、その回転方向と位置の関係を調べ
た。
As shown in Fig. 1, a plate-shaped elastic body (thickness 15 mm, width 10 mm, length
250mm brass rod) 1 is vibrated by a vibration source 2 such as a Langevin oscillator (excitation frequency 43.2KHz),
A bending standing wave was generated in the elastic body 1, the roller 3 was pressed against the elastic body 1, and the relationship between the rotation direction and the position was examined.

その結果、第2図(A)(B)のようにA〜H、A′〜
H′の位置で、回転方向が交互に変わることが分かっ
た。
As a result, as shown in FIGS. 2A and 2B, A to H and A'to
It was found that the rotation direction changes alternately at the position H '.

一方、屈曲波の波長λを λ=4π(E/12ρ)1/2・b/ω の式から計算してみる。尚、Eはヤングの弾性率、ρは
棒の密度、bは棒の厚さ、ωは角周波数である。従っ
て、 (E/ρ)1/2=3480×103 (棒の縦振動の速度) b=5 ω=2π×4.32×104 により、 λ=26.9〔mm〕 となる。
On the other hand, the wavelength λ of the bending wave will be calculated from the formula of λ 2 = 4π 2 (E / 12ρ) 1/2 · b / ω. Here, E is Young's modulus, ρ is the density of the rod, b is the thickness of the rod, and ω is the angular frequency. Therefore, (E / ρ) 1/2 = 3480 × 10 3 (vertical vibration speed of the bar) b = 5 ω = 2π × 4.32 × 10 4 , and λ = 26.9 [mm].

この値と第1図とを比較すると、弾性体1の中央部では
ピッチがほぼ13mmとなっていて、λ/2に近いことが分
かる。
Comparing this value with FIG. 1, it can be seen that the central portion of the elastic body 1 has a pitch of approximately 13 mm, which is close to λ / 2.

このことからローラ3の回転方向の変わる位置は、定在
波の節あるいは腹であると考えられ、次のように言うこ
とができる。
From this, the position where the rotation direction of the roller 3 changes is considered to be the node or antinode of the standing wave, and can be described as follows.

ローラ3の回転方向は弾性体1の表と裏とでは反対であ
り、節から腹のλ/4の領域で回転は同一方向であり、
隣合う領域では回転方向が互いに逆になる。
The rotation direction of the roller 3 is opposite between the front and back of the elastic body 1, and the rotation is the same in the region of λ / 4 from the node to the antinode,
The rotation directions are opposite to each other in the adjacent areas.

ここで、上記のことについて定性的な考察を行う。Here, a qualitative consideration is given to the above.

厚さ2e(eは板の厚さの1/2)の板に振動が厚み方向
の進行波 Uy=A・sin(ωt−kx) (k=2π/λ) として存在すると、波は進行方向成分 Ux=−e・Uy′=e・A・k・cos(ωt−kx) を伴い、進行波の各部は楕円運動する。
If vibration is present as a traveling wave Uy = A · sin (ωt−kx) (k = 2π / λ) in the thickness direction in a plate with a thickness of 2e (e is 1/2 of the plate thickness), the wave is in the traveling direction. With the component Ux = −e · Uy ′ = e · A · k · cos (ωt−kx), each part of the traveling wave makes an elliptic motion.

今、板に定在波が励振されているとして、厚み方向の振
動を Uy=Asinωt・sinkx … とすると、進行波の場合と同様に式はX方向成分振動
を伴い、 Ux=−e・Uy′=−e・A・k・sinωt・coskx … となる。
Now, assuming that a standing wave is excited in the plate, and the vibration in the thickness direction is Uy = Asinωt ・ sinkx…, the equation is accompanied by X-direction component vibration as in the case of a traveling wave, and Ux = −e ・ Uy ′ = −e · A · k · sinωt · coskx ...

,式によると、板の定在波は弦(e=0)の定在波
と異なり、Uy=0の節は −e・A・k・sinωt でX方向に振動していることが分かる。また、 Uy/Ux=−(1/ek)tankx … から、板の各部は傾きが(−tankx)/(ek)の直線振
動を行っていることになる。(第3図) 以上の考察をもとに板の定在波の振動の模様を考える
と、第4図のようになる。
According to the equation, the standing wave of the plate is different from the standing wave of the string (e = 0), and it can be seen that the node of Uy = 0 vibrates in the X direction at −e · A · k · sinωt. Also, from Uy / Ux =-(1 / ek) tankx, it follows that each part of the plate is performing linear vibration with an inclination of (-tankx) / (ek). (Fig. 3) Considering the vibration pattern of the standing wave of the plate based on the above consideration, it becomes as shown in Fig. 4.

第4図と前記の実験とを比較すると、ローラ3の回転方
向と振動方向とが対応していることが分かる。
Comparing FIG. 4 with the above experiment, it can be seen that the rotation direction and the vibration direction of the roller 3 correspond to each other.

尚、以上の結果を仮定して環状の弾性体に進行波を振動
する場合を考え、上述の結果を検討してみる。環状の弾
性体に進行波を励振する場合は、空間的位置がλ/4ず
れた場所から位相がπ/2ずれた正弦波の定在波を合成
する。
Assuming the above results, consider the case where a traveling wave is vibrated in an annular elastic body, and consider the above results. When exciting a traveling wave in an annular elastic body, a sine wave standing wave with a phase shift of π / 2 is synthesized from a spatial position shift of λ / 4.

sin(ωt−θ) =sinωt・cosθ−cosωt・sinθ =sinωt・cosθ+sin(ωt+π/2) ・cos(θ+π/2) 波長がλ/4ずれた定在波を重ね合わせると言うこと
は、第3図において右半分を左半分に重ね合わせること
であり、節Nと腹Lには全く同種の縦振動、横振動が重
ね合わされる。しかし、その点では必ずしも直交しない
2つの振動が重ね合わされることになる。
sin (ωt-θ) = sinωt · cosθ-cosωt · sinθ = sinωt · cosθ + sin (ωt + π / 2) · cos (θ + π / 2) Overlapping standing waves with wavelengths λ / 4 shifted means the third In the figure, the right half is overlapped with the left half, and the same kind of longitudinal vibration and transverse vibration are superposed on the node N and the antinode L. However, at that point, two vibrations that are not necessarily orthogonal are superimposed.

2つの振動は時間的に位相がπ/2ずれるから、節Nと
腹Lとは位相がπだけ異なった同じ楕円運動をすること
がわかるが、その他の点も次に示すように同じ楕円運動
をしていることが分かる。
Since the two vibrations are out of phase with each other by π / 2 in time, it can be seen that the node N and the antinode L have the same elliptical motion with a phase difference of π, but other points also have the same elliptic motion as shown below. You can see that

任意の点のX成分; −e・A・k・sinωt・coskx −e・A・k・sin(ωt+π/2)・cos(kx+π/
2) =−e・A・k・sin(ωt−kx) 任意の点のY成分; Asinωt・sinkx+Asin(ωt+π/2)・sin (kx+π/2) =Acos(ωt−kx) 即ち、屈曲定在波として,式を仮定しても、2種類
の定在波による進行波の合成が説明され、,式は実
際の振動に近いと考えられる。
X component at any point; -e-A-k-sinωt-coskx-e-A-k-sin (ωt + π / 2) -cos (kx + π /
2) = -e · A · k · sin (ωt−kx) Y component at an arbitrary point; Asinωt · sinkx + Asin (ωt + π / 2) · sin (kx + π / 2) = Acos (ωt−kx) Even if an equation is assumed as a wave, the synthesis of traveling waves by two types of standing waves is explained, and the equation is considered to be close to actual vibration.

これまでの超音波モータは進行波型であれ、振動合成型
であれ、可動体との接点が楕円運動するように工夫され
てきたが、ここで述べている定在波型のモータでは、振
動は第3図のような直線振動によって可動体を駆動して
いるものと考えられる。
Conventional ultrasonic motors, whether of the traveling wave type or the vibration synthesis type, have been devised so that the contact point with the movable body makes an elliptical motion.However, in the standing wave type motor described here, Is considered to drive the movable body by linear vibration as shown in FIG.

第3図のような直線振動によっても可動体を駆動できる
理由としては、超音波振動の加速度が極めて大きいため
に、可動体が振動に完全には追従できないことが考えら
れるが、これは超音波振動による摩擦の減少という現象
においても現れるものである。
The reason why the movable body can be driven even by the linear vibration as shown in FIG. 3 is that the movable body cannot completely follow the vibration because the acceleration of ultrasonic vibration is extremely large. It also appears in the phenomenon of friction reduction due to vibration.

以上のことから、定在波は部分的に回転方向の異なる運
動能力を持っており、その特定の方向だけを選択すれ
ば、物体を特定の方向に移動させることが可能である。
From the above, the standing wave has movement capabilities partially different in rotation direction, and it is possible to move the object in a specific direction by selecting only the specific direction.

〔第1の実施例〕 この実施例の超音波モータは、第5図及び第6図に示す
ように端部を有する振動体(例えば棒状弾性体)100に
2種類の定在波Sa,Sbを発生させて接触体(例えばスラ
イダ)104を図において左右(前後)方向に選択的に駆
動走行可能にしたものである。
[First Embodiment] An ultrasonic motor of this embodiment has two types of standing waves Sa and Sb in a vibrating body (for example, a rod-shaped elastic body) 100 having an end as shown in FIGS. 5 and 6. Is generated so that the contact body (for example, a slider) 104 can be selectively driven to travel in the left-right (front-back) direction in the drawing.

この2種類の定在波Sa,Sbを発生させるために、第1,第
2の振動源(例えば圧電セラミックなどの圧電素子)10
1a,101bを振動体100の一方向の端部の両面(図中、上下
面)にそれぞれ付設し、第1の振動源101aに高周波電源
106a及び選択手段例えばスイッチ107aを接続し、第2の
振動源101bに高周波電源106b及び選択手段例えばスイッ
チ107bを接続してある。
In order to generate these two types of standing waves Sa and Sb, first and second vibration sources (for example, piezoelectric elements such as piezoelectric ceramics) 10
1a and 101b are attached to both surfaces (upper and lower surfaces in the figure) of one end of the vibrating body 100 in one direction, and the first vibration source 101a is a high-frequency power source.
106a and a selection means such as a switch 107a are connected, and a high frequency power source 106b and a selection means such as a switch 107b are connected to the second vibration source 101b.

尚、第2の振動源101bを構成する圧電素子の並設間隔Pb
を第1の振動源101aの圧電素子の並設間隔Paの2倍にし
てある。
It should be noted that the pitch Pb between the piezoelectric elements forming the second vibration source 101b is arranged in parallel.
Is set to be twice the parallel arrangement interval Pa of the piezoelectric elements of the first vibration source 101a.

振動体100は真鍮やアルミニウムなどの金属性で、振動
部が1/2波長の整数倍の長さを有し、定在波の節と腹
との間(1/4波長間)の位置に、1/4波長の奇数倍
又は偶数倍毎の領域、例えば左方向移動用の定在波Saに
対しては1波長、右方向移動用の定在波Sbに対しては1
/2波長間隔となるように抽出体(例えば突起などの凸
部)103が設けられている。尚、抽出体103の幅は定在波
の1/4波長以下である。
The vibrating body 100 is made of a metal such as brass or aluminum, and the vibrating portion has a length that is an integral multiple of 1/2 wavelength, and is located between the node of the standing wave and the antinode (between 1/4 wavelength). A region for every odd or even multiple of ¼ wavelength, for example, one wavelength for the standing wave Sa for leftward movement, and one for the standing wave Sb for rightward movement.
The extractor (for example, a convex portion such as a protrusion) 103 is provided so as to have an interval of / 2 wavelengths. The width of the extractor 103 is not more than 1/4 wavelength of the standing wave.

尚、抽出体103の設置間隔Pcは、第1の振動源101aが生
起する第1の定在波Saの波長λaの間隔にほぼ等しい。
つまり、第1の振動源101aが起こす第1の定在波Saのλ
/4区間の奇数番目区間a1であって、かつ第2の定在波
Sbの偶数番目b2,b4に位置するように抽出体103を設け
る。
The installation interval Pc of the extractor 103 is approximately equal to the interval of the wavelength λa of the first standing wave Sa generated by the first vibration source 101a.
That is, λ of the first standing wave Sa generated by the first vibration source 101a
/ 4 section is odd-numbered section a1 and the second standing wave
The extractor 103 is provided so as to be located at even-numbered positions b2 and b4 of Sb.

接触体104はアクリルなどの合成樹脂や金属板などによ
り形成され、抽出体103に加圧接触している。
The contact body 104 is formed of a synthetic resin such as acrylic or a metal plate, and is in pressure contact with the extractor 103.

従って、第1の発振周波数をもつ第1の電源106aを発振
させてスイッチ107aをオンすると、第1の振動源101aが
励振して振動体100に第1の定在波Saが生起する。その
結果、抽出体103は第1の定在波Saに対してその奇数番
目区間a1で振幅運動を抽出するため、接触体104は図に
おいて左方向に走行する。
Therefore, when the switch 107a is turned on by oscillating the first power supply 106a having the first oscillation frequency, the first vibration source 101a is excited and the first standing wave Sa is generated in the vibrating body 100. As a result, the extraction body 103 extracts the amplitude motion of the first standing wave Sa in the odd-numbered section a1, so that the contact body 104 travels leftward in the drawing.

一方、第2の発振周波数をもつ第2の電源106bを発振さ
せてスイッチ107bをオンすると、第1の振動源101bが励
振して振動体100に第2の定在波Sbが生起する。このた
め、抽出体103を第2の定在波Sbの偶数番目b2,b4で振幅
運動するため、接触体104は図において右方向に走行す
る。
On the other hand, when the second power supply 106b having the second oscillation frequency is oscillated to turn on the switch 107b, the first vibration source 101b is excited and the second standing wave Sb is generated in the vibrating body 100. For this reason, since the extractor 103 is amplitude-moved by the even-numbered b2 and b4 of the second standing wave Sb, the contact body 104 moves to the right in the figure.

このように波長が1:2の関係にある2つの振動源101a,10
1bを選択制御することで、接触体104を任意の方向に走
行させることが可能になる。
In this way, the two vibration sources 101a, 10 having a wavelength relationship of 1: 2
By selectively controlling 1b, the contact body 104 can be run in any direction.

以上説明した実施例によれば、振動体100の端部で振動
波を反射させ振動体100に定在波を発生させると共に、
定在波の節と腹との間に定在波の腹から節方向への運動
成分を選び出す抽出体103を位置させたので、振動波の
エネルギ帰還系を振動体100に設ける必要がなく、定在
波により接触体104を簡単な構造で効率的に駆動でき
る。
According to the embodiment described above, while generating a standing wave in the vibrating body 100 by reflecting the vibration wave at the end of the vibrating body 100,
Since the extraction body 103 that selects the motion component in the node direction from the antinode of the standing wave is positioned between the node and the antinode of the standing wave, it is not necessary to provide an energy feedback system for the vibration wave in the vibrating body 100. The contact body 104 can be efficiently driven by the standing wave with a simple structure.

また、波長が1:2である2種類の定在波を励振するそれ
ぞれ1/2波長毎に逆向きに分極された2つの圧電体か
らなる振動源101a,101bを設け、スイッチ107a,107bによ
り2つの振動源101a,101bを選択的に通電するようにし
たので、抽出体103の位置を変えることなく接触体104を
左右(前後)に移動させることができる。
Further, vibration sources 101a and 101b, which are composed of two piezoelectric bodies that are polarized in opposite directions for each 1/2 wavelength, which excite two types of standing waves having a wavelength of 1: 2, are provided, and switches 107a and 107b are used. Since the two vibration sources 101a and 101b are selectively energized, the contact body 104 can be moved left and right (forward and backward) without changing the position of the extraction body 103.

〔第2の実施例〕 第7図の超音波モータは、第1の実施例と同様な振動源
及び選択手段を用いて、2つの接触体124a,124bを異な
る速度で左右に移動するようにしたものである。
[Second Embodiment] The ultrasonic motor of FIG. 7 uses the same vibration source and selection means as in the first embodiment to move the two contact bodies 124a, 124b left and right at different speeds. It was done.

このモータにはそれぞれが同位相の位置で同間隔の第1,
第2の抽出体123a,123bを設けているが、各列の抽出体
の振動体120の長さ方向の幅が異なっている。これによ
って、各抽出体123a,123bがそれぞれ接触体124a,124bの
与える運動量が異なるため、接触体124a,124bの走行速
度が異なる。
This motor has the first and
Although the second extractors 123a and 123b are provided, the widths of the extractors in each row in the length direction of the vibrating body 120 are different. Accordingly, the extractors 123a and 123b have different momentums given by the contact bodies 124a and 124b, respectively, so that the traveling speeds of the contact bodies 124a and 124b are different.

また、第8図のように各抽出体133a,133bの幅が等しく
て同じλ/4区間に配置しながらも、第1の抽出体133a
は節Nに近い位置に設け、第2の抽出体133bは腹Lに近
い位置に設けることもできる。このモータではそれぞれ
の抽出体の水平方向の運動ベクトルが異なるため、第1,
第2の接触体134a,134bの走行速度が異なる。
In addition, as shown in FIG. 8, the first extractor 133a has the same width as the extractors 133a and 133b and is arranged in the same λ / 4 section.
Can be provided at a position near the node N, and the second extractor 133b can be provided at a position near the belly L. In this motor, the horizontal motion vector of each extractor is different, so
The traveling speeds of the second contact bodies 134a and 134b are different.

尚、抽出体及び接触体を2列だけ設けたが、異なった幅
や位置の抽出体を3列以上設けて、1つあるいは複数の
接触体を3速以上で駆動することも可能である。
Although only two rows of extractors and contact bodies are provided, three or more rows of extractors having different widths and positions may be provided to drive one or a plurality of contact bodies at three or more speeds.

〔第3の実施例〕 第9図は抽出体としてローラ43を用いたもので、リテー
ナ45でλ/2間隔毎に保持されている。これは振動体40
の定在波エネルギがローラ43を介して接触体44に伝えら
れ、接触体44をリニア駆動する。この実施例では、ロー
ラ43をほぼλ/4だけ振動体40の長さ方向にずらすこと
で、接触体44の運動方向を逆にすることができる。
[Third Embodiment] FIG. 9 uses a roller 43 as an extractor, which is held by a retainer 45 at intervals of λ / 2. This is a vibrating body 40
The standing wave energy of is transmitted to the contact body 44 via the roller 43 and linearly drives the contact body 44. In this embodiment, by moving the roller 43 by approximately λ / 4 in the length direction of the vibrating body 40, the movement direction of the contact body 44 can be reversed.

つまり、第2図のλ/4区間a2にあるローラ43を第1の
λ/4区間a1の位置43′に移動させるようにローラ43を
ほぼλ/4だけ振動体40の長さ方向に移動させると、総
てのローラ43は偶数番目のλ/4区間から奇数番目のλ
/4区間に移る。これにより、f方向に移動していた接
触体はf′方向に移動する。
That is, the roller 43 is moved in the length direction of the vibrating body 40 by approximately λ / 4 so that the roller 43 in the λ / 4 section a2 in FIG. 2 is moved to the position 43 ′ in the first λ / 4 section a1. Then, all the rollers 43 move from the even λ / 4 section to the odd λ / 4 section.
Move to section / 4. As a result, the contact body moving in the f direction moves in the f'direction.

〔変形例〕[Modification]

以上、この発明の3つの実施例について説明したが、こ
の発明はこれら実施例に限定されるものではなく、例え
ば次のような変形が可能である。
Although the three embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments, and the following modifications are possible, for example.

(1) 前記実施例では抽出体に接する接触体が移動す
る例を示したが、接触体を固定して振動体を移動させて
も良い。即ち、振動体と接触体とは相対的に移動するよ
うになっていれば良い。
(1) In the above embodiment, the example in which the contact body in contact with the extract body moves has been described, but the contact body may be fixed and the vibrating body may move. That is, it is sufficient that the vibrating body and the contact body move relative to each other.

(2) 抽出体として凸部やローラを示したが、波状の
凹凸などでも良い。
(2) Although the convex portion and the roller are shown as the extractor, they may be corrugated irregularities.

(3) 前記実施例では抽出体を偶数番目あるいは奇数
番目の1/4波長の区間に位置させて1/2波長間隔で
配置したが、偶数番目あるいは奇数番目の規則に合致し
ていれば、必ずしも1/2波長間隔毎に配置する必要は
なく、例えば第10図のように振動体263に設けられた抽
出体269の間隔Pを1波長λ毎に設定しても良い。ま
た、抽出体269は効率などの問題を別にすれば等間隔に
設けなくても良い。即ち、変則的な間隔にしても良い。
(3) In the above-mentioned embodiment, the extract bodies are positioned in the even-numbered or odd-numbered quarter-wavelength sections and are arranged at 1 / 2-wavelength intervals. However, if the even-numbered or odd-numbered rule is met, It is not always necessary to arrange at intervals of ½ wavelength, and for example, as shown in FIG. 10, the interval P of the extraction bodies 269 provided on the vibrating body 263 may be set for each wavelength λ. Further, the extract bodies 269 may not be provided at equal intervals except for problems such as efficiency. That is, irregular intervals may be used.

(4) 第11図のように振動体273の表面の抽出体279は
原則的に定在波の1/4波長区間のうち節Nと腹Lを含
まない部分に設けることが望ましいが、仮想線279′で
示すように多少は腹L(あるいは節N)にはみ出す形態
も許容する。勿論この場合は、腹Lないし節Nからのは
み出し分は損失となる。
(4) As shown in FIG. 11, in principle, the extractor 279 on the surface of the vibrating body 273 is preferably provided in a portion that does not include the node N and the antinode L in the quarter wavelength section of the standing wave. As shown by 279 ', a shape slightly protruding to the belly L (or node N) is also allowed. Of course, in this case, the protruding portion from the belly L or the node N becomes a loss.

(5) 第12図の抽出体289は一部が所定の1/4波長
区間からはみ出しているが、勿論、この構造はこの発明
の思想に包括される。つまり、抽出体289は振動体283と
の結合部分Cが実質的に1/4波長以下であれば良い。
この構造は、抽出体289に接触する接触体との接触面積
が大きくなって摩擦力が高まるので、有効な場合があ
る。
(5) A part of the extractor 289 of FIG. 12 protrudes from a predetermined quarter wavelength section, but of course, this structure is included in the idea of the present invention. That is, in the extractor 289, the coupling portion C with the vibrating body 283 may be substantially 1/4 wavelength or less.
This structure may be effective because the contact area with the contact body that contacts the extract body 289 is increased and the frictional force is increased.

(6) 前記実施例では励振源としてランジュバンの振
動子や圧電セラミックを示したが、磁歪振動子などでも
良い。また、永久磁石や電磁磁石を利用して振動体を振
動させても良い。
(6) Although the Langevin oscillator or the piezoelectric ceramic is shown as the excitation source in the above embodiment, a magnetostrictive oscillator or the like may be used. Further, the vibrating body may be vibrated by using a permanent magnet or an electromagnetic magnet.

(7) 前記実施例では両方向駆動装置として超音波モ
ータを示したが、自動焦点カメラの焦点調整や、テープ
レコーダやフロッピーディスク駆動装置など磁気記録媒
体を使うエレクトロニクス製品、産業用ロボットや工作
機械などの精密位置決め装置にも応用可能である。
(7) Although the ultrasonic motor is shown as the bidirectional driving device in the above-described embodiment, focus adjustment of an autofocus camera, electronic products using magnetic recording media such as tape recorders and floppy disk driving devices, industrial robots, machine tools, etc. It can also be applied to the precision positioning device of.

また、両方向駆動装置としては必ずしも接触体を備えて
いなくても良く、紙やカード、移動させる必要のある物
などに抽出体を接触させて移動させるようにすることも
できる。
Further, the bidirectional driving device does not necessarily have to include the contact body, and the extract body may be brought into contact with the paper, the card, the object that needs to be moved, or the like.

従ってこの場合には、紙やカードが接触体に相当する。
このため、紙送り装置やカード送り装置などにも応用で
きる。
Therefore, in this case, the paper or the card corresponds to the contact body.
Therefore, it can be applied to a paper feeding device, a card feeding device, and the like.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

この発明は、特定周波数の振動を発生する振動源と、振
動端を有し、この振動源により励振される振動体と、こ
の振動体に発生する定在波の節と腹との間に前記振動体
と前記接触体とに接触して設けられ、前記振動体に発生
した定在波の腹から節方向への運動成分を選び出して前
記接触体に伝達する抽出体と、この抽出体が選び出す運
動成分の方向を選択的に切り換える選択手段とを備えた
両方向駆動装置において、前記振動源は波長が1:2であ
る2種類の定在波を励振するそれぞれ1/2波長毎に逆
向きに分極された2つの圧電体であると共に、前記選択
手段は前記2つの圧電体を選択的に通電する手段である
ため、抽出体の位置を変えることなく接触体を振動体に
対して相対的に2方向へ移動させることができる。
This invention has a vibrating source that generates a vibration of a specific frequency, a vibrating body that has a vibrating end, and is excited by this vibrating source, and the vibration between a node and an antinode of a standing wave that is generated in the vibrating body. An extractor, which is provided in contact with the body and the contact body, selects the motion component in the node direction from the antinode of the standing wave generated in the vibrating body and transmits it to the contact body, and the motion selected by the extractor. In a bidirectional driving device provided with a selection means for selectively switching the direction of the component, the vibration source excites two types of standing waves having a wavelength of 1: 2 and is polarized in opposite directions for each 1/2 wavelength. In addition to the above two piezoelectric bodies, the selection means is means for selectively energizing the two piezoelectric bodies, so that the contact body is moved relative to the vibrating body without changing the position of the extraction body. Can be moved in any direction.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図〜第4図はこの発明の原理を説明するための図
で、第1図及び第2図(A)(B)が弾性体を定在波で
励振した場合のローラの回転方向と位置の関係の説明
図、第3図及び第4図が定在波の振動の模様を示す波形
図である。 第5図及び第6図はこの発明の第1の実施例を示す図で
ある。 第7図及び第8図はこの発明の第2の実施例を示す図で
ある。 第9図はこの発明の第3の実施例を示す図である。 第10図〜第12図はこの発明の変形例を示す図である。 100……振動体、101a,101b……振動源、103……抽出
体、104……接触体、106a,106b……高周波電源、107a,1
07b……スイッチ
1 to 4 are views for explaining the principle of the present invention, and FIGS. 1 and 2 (A) and (B) show the rotation direction of the roller when the elastic body is excited by a standing wave. FIG. 3 and FIG. 4 are explanatory diagrams of the positional relationship, and are waveform charts showing the vibration pattern of standing waves. 5 and 6 are views showing the first embodiment of the present invention. 7 and 8 are views showing a second embodiment of the present invention. FIG. 9 is a diagram showing a third embodiment of the present invention. 10 to 12 are views showing a modified example of the present invention. 100 ... Vibrator, 101a, 101b ... Vibration source, 103 ... Extractor, 104 ... Contact body, 106a, 106b ... High frequency power source, 107a, 1
07b …… Switch

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】特定周波数の振動を発生する振動源と、振
動端を有し、この振動源により励振される振動体と、こ
の振動体に発生する定在波の節と腹との間に前記振動体
と前記接触体とに接触して設けられ、前記振動体に発生
した定在波の腹から節方向への運動成分を選び出して前
記接触体に伝達する抽出体と、この抽出体が選び出す運
動成分の方向を選択的に切り換える選択手段とを備えた
両方向駆動装置において、 前記振動源は波長が1:2である2種類の定在波を励振す
るそれぞれ1/2波長毎に逆向きに分極された2つの圧
電体であると共に、前記選択手段は前記2つの圧電体を
選択的に通電する手段であることを特徴とする両方向駆
動装置。
1. A vibrating body having a vibrating source for vibrating at a specific frequency, a vibrating end, and excited by the vibrating source, and a node of a standing wave generated in the vibrating body and an antinode. An extractor, which is provided in contact with the vibrating body and the contact body, selects the motion component of the standing wave generated in the vibrating body from the antinode to the node direction and transmits the motion component to the contact body, and the extractor. In a bidirectional driving device having a selecting means for selectively switching the direction of a motion component, the vibration source excites two types of standing waves with a wavelength of 1: 2 A bidirectional drive device comprising two polarized piezoelectric bodies, and the selecting means is means for selectively energizing the two piezoelectric bodies.
【請求項2】特許請求の範囲第1項記載の両方向駆動装
置において、前記抽出体は前記定在波の波長を4等分し
た1/4波長区間のうちの奇数番目又は偶数番目の任意
の領域に設けられていることを特徴とする両方向駆動装
置。
2. The bidirectional driving device according to claim 1, wherein the extractor is an odd-numbered or even-numbered arbitrary one of quarter wavelength sections obtained by dividing the wavelength of the standing wave into four equal parts. A bidirectional drive device characterized by being provided in a region.
【請求項3】特許請求の範囲第1項記載の両方向駆動装
置において、前記抽出体は前記振動体に対して複数列設
けられ、前記接触体は前記複数列の抽出体に対して列毎
に設けられていることを特徴とする両方向駆動装置。
3. The bidirectional drive device according to claim 1, wherein the extractors are provided in a plurality of rows with respect to the vibrating body, and the contact bodies are provided for each row with respect to the plurality of rows of extractors. A bidirectional drive device characterized by being provided.
【請求項4】特許請求の範囲第3項記載の両方向駆動装
置において、前記抽出体は列毎に任意の位置に設けられ
ていることを特徴とする両方向駆動装置。
4. The bidirectional drive device according to claim 3, wherein the extractor is provided at an arbitrary position for each row.
【請求項5】特許請求の範囲第3項記載の両方向駆動装
置において、前記抽出体は振動体側基部の移動方向の幅
が列毎に任意に設定されていることを特徴とする両方向
駆動装置。
5. The bidirectional drive device according to claim 3, wherein the extractor has a width in the moving direction of the vibrating body side base portion set arbitrarily for each row.
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