CN1906776A - 超声线性马达的驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有轨道(11，42)、基座体(12，44)和置于轨道和基座体之间的驱动部分(20，50)的一种超声线性马达的驱动装置。所述基座体由驱动部分驱动，在轨道的长度方向上作直线运动。所述驱动部分设在基座体的左右支脚部分(12a，44a)上，并且基座体的负荷几乎完全不作用在驱动部分上。驱动部分具有超声振动器(21，52)和由超声振动器驱动可转动的滚子(25，51)。滚子由推压装置(22，53)推向轨道的引导侧面(11b，11c，42b，42c)并与之接触，由驱动部分产生的驱动力作用在轨道的引导侧面上，并且基座体可在轨道的长度方向上运动。

Description

超声线性马达的驱动装置

技术领域

本发明涉及超声线性马达驱动装置，其中，利用超声振动器的振动作为驱动源，轨道和基座体在长度方向相对运动。

背景技术

这种超声线性马达由基座体和轨道构成，基座体在其中心具有压电器件作为驱动源，并在其端部具有滑动部件，轨道支承这个基座体的滑动部件。在JP-A-6-6989中公开了一种超声线性马达，其中，基座体的滑动部件抵靠着轨道，并且基座体相对于轨道运动。现根据图10说明该公报中所述的超声线性马达。

图10所示的超声线性马达由轨道101；弹性材料制成并设置在轨道101上的基座体103；以预定的间隔安装在基座体103的顶部上的压电器件104，104；和设在基座体103的左右的滑动部件105，105构成。

基座体103包括压电器件104，104和滑动部件105，105。基座体103叠置作为超声振动器112。

利用引导装置110相对于轨道101引导基座体103。

引导机构110由形成在轨道101的侧边上的槽部分106，106、可沿着槽部分106滑动的线性引导件107、从线性引导件107突出的突起108，从基座体103突出的突起109以及在突起108和109之间延伸的弹簧111构成。

当具有预定频率的电压加在设在基座体103上的压电器件104，104上时，压电器件104，104振动。在左右的滑动部件105，105上产生的振动使基座体103(超声振动器112)在长度方向沿着轨道101运动。

然而，因为基座体103(超声振动器112)的负荷由滑动部件105，105承担，所以在长期使用中，滑动部件的磨损大。特别是在例如周围有许多异物(例如灰尘)浮游的工厂一类的环境中，存在长期使用磨损快和寿命短的问题。

因此，必须例如经常进行更换基座体103(超声振动器112)一类的维修。因此，人们希望有耐久性更好的超声线性马达。

发明内容

本发明提供了一种超声线性马达的驱动装置，其中轨道和基座体由置于轨道和基座体之间的驱动部分驱动，可彼此相对运动，所述驱动部件包括：与轨道的侧面接触的至少左右一对滚子；将转动力分别施加在所述每一对滚子上的至少左右一对的超声振动器；和将超声振动器和滚子推向轨道侧面的推压装置。

因为在本发明中，驱动部分像这样置于轨道和基座体之间，所以由驱动部分产生的驱动力从基座体作用在轨道的侧面上。因为推压装置将超声振动器和滚子推向轨道的侧面，所以通过调节推压力，可以将在轨道上的推压力设定至最优值，并可得到最优的驱动扭矩。另外，因为构成驱动源的超声振动器关于基座体的宽度方向中心左右对称地设置，因此可使驱动力稳定有力，基座体可以在良好的左右平衡情况下被驱动，并且基座体可以有力、平滑地移动。

在本发明的驱动装置中，优选超声振动器和滚子与推压装置整个地被接收在支持框架中，并且通过支持框架装配在基座体上；而滚子可移除地设置在支持框架上。当滚子像这样可移除地设在支持框架上时，即使在诸如周围有大量异物(例如灰尘)浮游的工厂一类的环境中使用，由于磨损和质量恶化导致更换滚子的频率高，也可以容易地更换滚子。从而提高了滚子的可维修性。

优选，轨道具有支承基座体的负荷的上表面和在其左右侧上形成的倾斜侧面；基座体具有面向所述倾斜侧面的相对表面，并且所述轨道由设置在相对表面上并与倾斜侧面接触的滚子以及基座体的底面夹住。因为滚子在推压装置的作用下，沿对角线向上与倾斜侧面接触，并且基座体的负荷由轨道的顶面承受，所以轨道由滚子和基座体的底面夹住。从而，可防止基座体相对于轨道在上下方向和左右方向上发生松动。

另外，因为基座体的大部分负荷由轨道的顶部承受，所以基座体的负荷不容易作用在驱动部分的超声振动器上。由此，大大减小了驱动部分的超声振动器的磨损并提高了超声振动器的耐久性。

附图说明

图1为示出根据本发明的第一实施例的超声线性马达的驱动装置的截面图；

图2为图1中线Z-Z上的截面图；

图3为图1所示的第一实施例的一个驱动部分的透视图；

图4A，4B和4C为图3所示的驱动部分的工作图；

图5为示出根据本发明的第二实施例的超声线性马达的驱动装置的透视图；

图6为图5中的线6-6上的截面图；

图7为图6所示的第二实施例的驱动部分的分解透视图；

图8为示出图6所示的第二实施例中驱动部分在轨道上的负荷的示图；

图9为示出图6所示的第二实施例的驱动装置的变型的截面图；和

图10为示出现有技术的超声线性马达的示图。

具体实施方式

图1，图2和图3示出根据本发明第一实施例的线性马达驱动装置10和驱动部分20。第一实施例的驱动装置10由轨道11、可移动地安装在轨道11上的基座体12和设在基座体12上的左右驱动部分20，20构成。

基座体12的截面为U形，并具有左右支脚部分12a，12a，并且基座体12包围轨道11的顶面11a和侧面11b，11c，并通过多个杆形轴承13将负荷加在轨道11的顶面11a上。基座体12的支脚部分12a，12a具有支持孔14，14，用于支持驱动部分20，20。支持孔14，14具有面向轨道的侧面11b，11c的开放侧，并形成在基座体12的长度方向上。支持孔14由位于基座体12的支脚部分12a的内侧上的第一支持孔14a和靠近支脚部分12a的外侧面的第二支持孔14b构成。

多个轴承13设置在基座体的底面12b上，以便在长度方向具有预定的间隔，并使得基座体12相对于轨道11的运动平稳。轨道11通过轴承13承受基座体12在轨道顶面11a上的负荷。

虽然，图1和图2所示的第一实施例的超声线性马达驱动装置10为驱动部分20，20设在基座体12上并且基座体12可相对于轨道11运动的例子；作为替代，基座体12可以是固定的并且轨道11可相对于基座体12运动。即，轨道11和基座体12可构造成能够彼此相对运动。

驱动部分20，20产生驱动基座体12的驱动力。这些驱动部分20，20设置在构成引导面的轨道11的左右侧面11b，11c和基座体12的支脚部分12a，12a之间。每驱动部分20具有超声振动器21、推压件22和多个滚子25。

每个超声振动器21由压电器件21a和振动的弹性件21b构成，产生振动并将转动力加在滚子25上。该超声振动器21被接收在如图3所示的截面为U形的支持件23中。压电器件21a和振动的弹性件21b被固定，并设置成使得压电器件21a位于支持件23的侧壁23a的一侧。

支持件23被接收在形成于基座体12的支脚部分12a中的支持孔部分14的第一支持孔14a中。推压件22，22置于支持件23和形成第二支持孔部分14b的基座体的相对表面12c，12d(基座体侧面28)之间。推压件22推压支持件23，使它们压在轨道11的引导侧面11b，11c上。

每个支持件23具有多个支承板26，它们如图3所示利用平头螺钉32，32以悬臂梁方式固定在上壁23b和下壁23c上。支承板26向着轨道11的引导侧表面11b，11c延伸，以从上壁23b和下壁23c的边缘突出。

滚子25可转动地安装在轴构件27上的上下支承板26，26之间。通过除去平头螺钉32，32，可从上下支承板26，26上取下这些滚子25。即，可从支持件23上移除和更换滚子25。滚子25通过支持件23被推压装置22按压，从而与轨道11的引导侧面11b，11c接触。因此，基座体12可在以上述左右超声振动器21，21的振动作为驱动源而转动的多个滚子25上，沿着轨道11的引导侧面11b，11c作直线运动。

如图2所示，支持超声振动器21，21的支持件23，23可相对于第一支持孔部分14a滑动，但受到设在基座体12的长度方向端部上的挡块29，29的限位。挡块29，29利用多个螺钉29a固定在基座体12的端部上。

如上所述，在轨道11上，承受基座体12的负荷的表面和使基座体12可驱动的表面是不同的。换句话说，基座体12的负荷只由轨道顶表面11a通过多个轴承13支承，并且，这个负荷不作用在轨道11的引导侧面11b，11c上。

标号字母E表示检测基座体12相对于轨道11的位置的编码器。

滚子25的材料优选为钢，但对此没有限制，它们也可以为铝或树脂材料。

虽然在这个实施例中，给出弹簧作为推压超声振动器21的推压装置22的示例，但作为替代，推压装置也可以为诸如橡胶构件或树脂构件之类的弹性件。

虽然，在第一实施例中，已经示出了接收超声振动器21的支持件23被直接安装在形成于基座体12中的支持孔14中的例子，但作为替代，参照图6作为第二实施例说明的截面为U形的支持框架54，可以在被组装到支持孔14中时被夹在中间。

供前进使用的压电器件21a和供倒退使用的压电器件21a结合成一个部分。如图4A所示，超声振动器21由4个部分构成。在图2中示出了构成4个部分的振动弹性件21b，21b，21b，21b。4个滚子25设置成靠近构成4个部分的振动弹性件21b，21b，21b，21b。超声振动器21与图中没有示出的控制电路连接。

虽然，在图1所示的例子中，示出了超声振动器21通过支持件23安装在基座体12上的例子，但是作为替代，超声振动器21，21可以装配在叠置成支持框架的基座体12中，而基座体12的左右支脚部分12a，12a作为夹紧框架，并且滚子25靠近相应的超声振动器21，21可转动地安装。

当将单相交流电压加在超声振动器21上时，超声振动器21以波的形式振动，产生伴随该振动的椭圆运动和波的传播。超声振动器21的这种椭圆运动使滚子25转动。通过没有示出的控制电路，改变加在压电器件21a(参见图1)上的单相交流电压的方向，可以使滚子25的转动方向向前或向后。

图3所示的驱动部分20驱动图1所示的基座体12。

因为如上所述，可从支持超声振动器21的支持件23上除去和更换滚子25，因此，当在诸如周围有大量异物(例如灰尘)浮游的工厂一类的环境中使用装置时，即使滚子25的磨损和质量恶化严重而且滚子25的更换频率高，也可以容易地更换滚子。由此，可大大提高滚子25的可维修性。

下面，根据图4A，4B和4C说明靠近超声振动器21的多个滚子25转动的工作原理。

如上所述，在第一实施例中，超声振动器21的压电器件21a构成4个部分。一个部分有二个极化区域21ap，21an。

在超声振动器21的由4个部分构成的振动弹性件21b的表面35上设有矩形的突起部分36。标号Pa表示设在超声振动器21上的突起部分36的位置。

图4A示出在超声振动器21的各部分(即压电器件21a的二个极化区域21ap，21an)上没有施加交流电压的状态。在这种情况下，超声振动器21不振动，而且设在超声振动器的表面35上的突起部分36不产生回转振动。

如图4B所示，当将单相交流电压施加在超声振动器的每个部分的极化区域21an上时，超声振动器的表面35开始振动，并形成波状的表面。在设在表面35上的突起部分36中伴随着波形的行进产生逆时针椭圆回转振动Pb。因为突起部分36与滚子25的圆周面37接触，所以通过该回转振动Pb在滚子25上施加顺时针方向的转动力。从而，滚子25的回转使力F 1朝向图4B的右方，作用在驱动部分20上。

如图4C所示，当将单相交流电压加在超声振动器的每个部分的另一极化区域21ap上时，超声振动器的表面35以波的形式振动。在超声振动器的表面35上产生的波形的相位与图4B所示的波形相位相反。在设在表面35上的突起部分36上，伴随着波形的行进产生顺时针椭圆回转振动Pc。由此，突起部分36使逆时针方向的驱动力加在滚子25上。滚子25上的该驱动力使力F2朝向图4C的左方，作用在驱动部分20上。

这样，利用该实施例的驱动器件，通过切换施加单相交流电压的压电器件21a的极化区域21an～21ap，可以改变滚子25的转动方向F1，F2。

如图1所示，因为推压件22，22设置在基座体12的相对面12c，12d和安装有滚子25，25的支持件23之间，所以可将滚子25，25在轨道11上的推压力设定为最优值。由此，利用由超声振动器21产生的驱动扭矩，基座体12可通过滚子25，25提供最优的驱动扭矩。

因为构成驱动源的超声振动器21与轴向方向垂直面向轨道11安装，因此可加强驱动力并且可以以良好的左右平衡状态驱动基座体12。从而，基座体12可实现有力而平滑的运动。

因为基座体12在轨道11上的负荷由轨道的顶面11a所承受的垂直负荷和驱动部分20的推压件22作用在轨道11的引导侧面11b，11c上的推压力构成，所以基座体12的大部分负荷只作用在基座体12的底面12b上，而且基座体的负荷不容易作用在驱动部件20的超声振动器21上。因此具有不必要的负担不会作用在超声振动器21上的优点。由此提高了超声振动器21的耐久性。

图5～图8示出根据第二实施例的超声线性马达的驱动装置。

与第一实施例相同，该线性马达由轨道42、基座体44和驱动部分50构成。基座体44的截面为U形，在其侧部具有支脚部分44a，44a。支脚部分44a形成为向外突出，并且在它们的内侧面上具有支持驱动部分50的支持孔部分45。在轨道42的顶面42a和基座体44的底面44b之间设置有多个杆形的轴承46；并且基座体44可相对于轨道42平滑地运动。在轨道42的侧面上形成有截面为V形的引导槽，并且这些引导槽的左右倾斜侧面42b，42c向下倾斜。驱动部分50，50置于这些倾斜侧面42b，42c和在基座体44的左右支脚部分44a，44a中形成夹紧孔部分45、面对倾斜侧面42b、42c的相对表面44c，44d(参见图6)之间。

在图中，省略了安装在基座体44上，用于固定驱动部分50的挡块。

如图6所示，轨道42由基座体44的底面44b和安装在基座体44上的驱动部分50，50的左右滚子51，51夹紧。

如同在第一实施例中一样，超声振动器52由压电器件52a和振动弹性件52b构成，并具有多个部分。压电器件52a由用于前进和用于倒退的压电器件构成。支持件63，63以与第一实施例中相同的方式接收超声振动器52，52并设有可移除的滚子51，51。

截面为U形的支持框架54，54装配在支持孔部分45，45中。支持框架54，54将支持件63，63与推压件53，53支持在一起。推压件53，53通过支持件63，63推压滚子51，51，使之与倾斜表面42b，42c接触。即：支持框架54，54具有将滚子51，51、超声振动器52，52和推压件53，53支持在基座体44上的作用。

由于基座体44夹住轨道42，其中推压件53，53的推压力推压滚子51，51以使之沿对角线向上与形成在轨道42的左右侧面上的倾斜侧面42b，42c接触，并且基座体44的负荷通过轴承46，46等作用在轨道顶面42a上；所以，不需增加任何其他零件就可防止基座体44相对于轨道42出现上下、左右松动。因此具有能够减少零件数目的优点。

另外，因为包括构成使基座体44运动的驱动源的超声振动器52的驱动部分50设在基座体44的支脚部分44a，44a的内侧上，所以可以紧凑地配置驱动源。例如，由滚珠和丝杠构成的驱动机构通常具有复杂的机构、占据空间且比较沉重，而这种驱动机构对于本发明不是必需的了。因此本发明具有可使驱动机构重量轻、结构紧凑简单的优点。

虽然，在第二实施例中示出了基座体44形成为可相对于轨道42运动的例子，但如同在第一实施例中一样，基座体44也可以被固定，而使轨道42相对于基座体44运动。

图7以分解透视图示出了第二实施例的驱动部分50。

参见图7，分成4个部分的超声振动器52被接收在支持件63中。支承板55，55利用平头螺钉56，56固定在支持件63的侧面上，与各个部分相对应。四个推压件53，53设置形成在截面为U形的支持框架54的底部57上的4个凹部58中。支持件63设置在这些推压件53上，而4个滚子51则支承在支承板55，55的上端55a，55a上。

滚子51具有轴构件61，并可相对于轴构件61转动。在支承板55，55的上端55a，55a上形成半圆形的轴支承部件59，59，并且轴构件61，61支承在轴支承部件59，59上，从而滚子51可移除地支承在支承板55上。

在超声振动器52的每个部分上设有突起部分64，并且如图6所示，突起部分64设置成与滚子51接触。

在支持框架54的端部设置有挡块66，66，用于阻挡支持件63因推压件53的作用而超出支持框架54预定量以上。挡块66，66具有彼此相向突出的支持凸缘67，67。止动凸缘67，67可以阻挡支持件63和超声振动器52脱离。挡块66，66利用多个螺钉68被固定在支持框架54的端部。

虽然，在图6和图7所示的第二实施例中，示出了支承板55，55安装在支持件63上的例子，但也可以通过将支承板55，55整体地设置在支持框架54侧而形成单个部件。在这种情况下，滚子51可从支持框架54上移除和更换。

当将滚子51，51设置成可以像这样从支持框架54上移除时，在诸如周围有大量异物(例如灰尘)浮游的工厂一样的环境中使用时，即使由于磨损和质量恶化，更换的频率高，可以容易地更换滚子51，51。从而可大大提高滚子51，51的可维修性。

虽然，在第二实施例中，滚子51的轴构件61支承在轴支承部件59，59上，但作为替代，可在支承件的上部作出圆孔作为轴支承部件，并将轴构件61插入这些孔中。

虽然，在图7所示的实施例中，示出了其中推压超声振动器52的推压件53，53的数目为4个的示例，但所述数目也可以作成2个或3个，并且该数目可以自由设定。此外，当使用弹性橡胶作为推压件53，53时，可以只使用一个。

图8为示出由基座体作用在轨道42上的负荷的示意图。轨道42画成倒置的等腰三角形，其中轨道42的倾斜侧面42b，42c为支承负荷的表面，其形成倾斜侧面72，72，并且轨道的顶面42a形成顶侧71。

由于图6所示基座体44通过轴承46作用在作为轨道顶面42a的上表面71上的负荷力和图7所示推压件53，53造成的作用在左右倾斜侧面72，72上的左右滚子51，51的推压力，稳定的力作用在轨道42上。因此，基座体44左右平衡良好，并与轴承46配合，平滑地在轨道42上运动，而不会产生松动。

另外，通过调节推压件53，53的推压力，可以得到滚子51，51作用在倾斜侧面72，72上的最优压紧力(推压力)，并且可以保证作用在基座体44上的最优驱动力。

图9示出图6所示的第二实施例的超声线性马达驱动装置的一个变型。与图6的第二实施例相同的部件用相同的标号表示，并省略其说明。与图6所示的第二实施例的不同点在于不在基座体的底面44b的中心设置杆形轴承46，而在基座体的底面44b的角部设置球形轴承46a，46a。具体而言，球形轴承46a，46a设在基座体的底面44b与基座体44的左右支脚部分44a，44a的内表面44e，44e的交点74，74处或其附近。其余的结构和图6所示的第二实施例相同。

这样，在图9所示的变型中，因为轴承46a，46a设在基座体底面44b的宽度方向上的端部处，所以基座体44在4个位置上被支承，基座体44的负荷在左上方和右上方由形成在轨道顶面42a的左右角上的凹形部分42d，42d承受，并由左右滚子51，51承受，由此，可更好地防止发生松动，并且基座体44可以平滑地在轨道42上运动。另外，滚子51，51上的负荷负担也减轻了。

工业应用性

如上所述，本发明非常适合在周围有大量异物(例如灰尘)浮游的工厂中进行的零件加工和装配工序中，适合用于将工件送至加工机器和装配机器以及拆装工件的生产设备机器手和夹具，此外还适合用于普通的机械设备-例如建筑机械和农业机械中，还可以用在汽车和电器中。

Claims (3)

1.一种超声线性马达的驱动装置，其中轨道和基座体由置于该轨道和基座体之间的驱动部件驱动，而可彼此相对运动，所述驱动部件包括：

与所述轨道的侧面接触的至少左右一对滚子；

将转动力分别施加在所述每一对滚子上的至少左右一对的超声振动器；和

将所述超声振动器和滚子推向所述轨道的侧面的推压装置。

2.如权利要求1所述的驱动装置，其中，所述超声振动器和滚子以及所述推压装置整个地被接收在支持框架中，并且通过该支持框架装配到所述基座体上；所述滚子可移除地安装在所述支持框架上。

3.如权利要求1所述的驱动装置，其中，所述轨道具有支承所述基座体的负荷的上表面和形成在其左右侧面上的倾斜侧面；所述基座体具有面向所述倾斜侧面的相对表面，并且所述轨道由安装在该相对表面上并与所述倾斜侧面接触的滚子以及所述基座体的底面夹住。

Images