JP2500693Y2 - 超音波リニアモ―タ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この考案は、電子機器や精密機器における駆動源とし
て好適な超音波リニアモータに関する。

［従来の技術］ 電子機器や精密機械においては、取付のためのスペー
スが少なくてすみかつ厳密な位置決め精度が可能である
ようなアクチュエータが要求される。

そこで、本出願人は、圧電素子等の超音波振動を利用
した直線運動型の効率の良い超音波リニアモータを先に
提案した（特願平1-55572号）。

これは、例えば第５図に示すように、互いに平行な角
柱状の脚部１、２のそれぞれの一端を角柱状の胴部３で
連結して振動体４を構成し、この振動体４の両角部の取
付面５に脚部１、２および胴部３に振動を付与する振動
素子（例えば圧電素子）６、７を取り付けたものであ
る。

このような超音波リニアモータにあっては、第６図に
示すように、レール８に沿って移動自在に設けられた案
内フレームＦに支持されて各脚部１、２の先端がレール
８の走行面8aに当接せしめられ、この状態で各振動素子
６、７に交番電圧が印加されて各脚部１、２及び胴部３
が加振される。これにより、脚部10、11が長手方向に縦
振動するとともに、胴部12を長手方向に撓み振動し、こ
の結果脚部１、２の先端に上記縦振動と撓み振動が合成
された楕円振動が生じ、この楕円振動が上記脚部１、２
と走行面8aとの間の摩擦力によってレール８の長手方向
一方の側への駆動力に変換されて振動体４が走行する。

しかして、上記超音波リニアモータにあっては、振動
素子６、７への通電を停止することにより、脚部１、２
の先端と走行面8aとの間に作用する摩擦力で速やかに移
動が停止して拘束されるので、停止位置決め時の制御性
が良好で、また、駆動源としての振動素子６、７が電磁
ノイズを発しないので、精密電子機器に応用しても誤動
作のおそれがない等、従来の直線運動型のアクチュエー
タに比して種々の利点が得られる。

［考案が解決しようとする課題］ ところで、上述した超音波リニアモータは、脚部１、
２の先端に生じる楕円振動を、脚部１、２とレール走行
面8aとの間の摩擦力を利用して一方向への駆動力に変換
するものであるため、アクチュエータとして十分な駆動
力を得るためには、脚部１、２の先端を走行面8aに向か
って適度に押し付ける必要があり、このためには振動体
４の自重によって脚部１、２を走行面8aに密着させる程
度では充分でないことが多い。従って、第６図に示すよ
うに、上記案内フレームＦと胴部３の上面との間にばね
部材９などの押圧手段を配設して脚部１、２の先端を走
行面8aに押圧するような試みがなされていた。

しかしながら、案内フレームＦと振動体４との間に配
置されたばね部材９によって振動体４を支持のみの構成
では、振動体４の走行方向に対する横方向（第６図にお
いえ紙面と直交方向）への移動が規制されていないの
で、走行中に振動体４が走行方向に対して横方向にずれ
るという障害が発生することがあり、ときとして、ばね
部材９の荷重によって振動体４がレール８の側方へ転倒
することもあった。

この考案は、このような背景の下になされたもので、
振動体のレール側方への転倒を防止し、振動体を安定し
た姿勢で走行させることができる構造の超音波リニアモ
ータを提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記課題を解決するためにこの考案は、レール上に立
設する少なくとも２本の弾性材料製の脚部の基端部を上
記レールの長手方向に沿って延びる弾性材料製の胴部で
連結して振動体を構成し、この振動体を上記レールの長
手方向に移動自在に設けられた案内フレームと連結し、
上記振動体に上記脚部及び胴部を加振する振動素子を取
り付けてなる超音波リニアモータであって、上記振動体
の胴部に、該胴部から上記レールの走行面と交差する方
向に突出する保持部を形成し、この保持部に、上記脚部
の長手方向と交差する方向に延びる貫通孔を形成し、上
記案内フレームから上記貫通孔に向かって軸部材を挿通
して上記振動体と上記案内フレームとを連結してなるも
のである。

［作用］ 上記構成によれば、振動体と案内フレームとが軸部材
を介して連結されることにより、振動体の案内フレーム
に対する傾きが阻止されて、振動体が安定した姿勢で支
持される。

［第１実施例］ 以下、第１図及び第２図を参照して、本考案の第１実
施例を説明する。

これらの図において符号10、11は互いに平行な脚部、
12はこれら脚部10、11の基端部を連結する胴部である。
これらは、弾性材料を各部の断面がほぼ正方形でかつ全
体をコ字状に連結成形して振動体13を構成している。

これら脚部10、11及び胴部12の寸法は適宜設計される
が、例示のものは、アルミニウムを素材とし、胴部12が
5mm□×26mmL、脚部10、11が5mm□×10mmLとしている。
振動体13の材質は、この他、ジュラルミン、鉄、真鍮、
あるいはステンレス鋼などの金属材料、アルミナ、ガラ
スあるいは炭化珪素などの無機材料、ポリイミド系樹脂
あるいはナイロンなどの有機材料などが使用できる。

この振動体13の角の部分は、胴部10、11及び胴部12に
対して45°の角度をなすように面取りされており、その
取付面14に圧電素子（振動素子）15、16が接着剤などを
用いて取り付けられている。この圧電素子15、16は、PZ
T（ジルコン酸チタン酸鉛）を素材とする積層型圧電ア
クチュエータあるいは単板の圧電セラミックスが使用さ
れ、図示せぬ電源から印加される交番電圧によって上記
取付面14と直交する方向に伸縮するようになっている。
圧電素子15、16としては、5mm×9mmLのものを用いた。

また、上記胴部12の上面中央部には、該胴部12から上
方へ突出する保持部17が一体的に形成され、該保持部17
には、脚部10、11の長手方向および胴部12の長手方向の
いずれとも直交する方向に延在する貫通孔18が形成され
ている。

そして、振動体13は、胴部12の長手方向を断面角柱状
をなすレール19の長手方向と一致させ、かつ各脚部10、
11の先端をレール19の走行面19aに当接させた状態で走
行面19a上に載置され、この状態でレール19及び振動体1
3を囲繞する案内フレーム20によって支持されている。

この案内フレーム20は、上記振動体13の側方に配置さ
れた２枚の平行な側板21、21の上下端を、天板22および
底板23で連結した構成とされ、側板21間に架け渡される
軸部材24の中央部を上記振動体13の貫通孔18に挿通させ
ることによって振動体13と連結されている。

また、案内フレーム20の下部には、レール19の下縁に
当接する車輪25a、25bがレール19の長手方向に２組並べ
て配設され、それぞれの車軸26a、26bの両端部は、側板
21に形成された長孔27に嵌合されて回転自在かつ上下方
向に移動自在に支持されている。そして、これら車軸26
a、26bの中央部と案内フレーム20の底板23との間にはば
ね部材28が配設され、該ばね部材28によって車輪25a、2
5bがレール19の下面に押圧されるとともに、案内フレー
ム20全体が下方に弾発され、これにより、案内フレーム
20と軸部材24を介して連結された振動体13が走行面19a
側に押圧されている。

以上のように構成された超音波リニアモータにあって
は、圧電素子15、16のいずれか一方または双方に超音波
周波数領域の交番電圧を印加して振動体13を加振する。

これにより、脚部10、11の先端には、脚部10、11の長
手方向への縦振動と、胴部12の長手方向への撓み振動と
が合致されてレール19の長手方向に沿って回転する楕円
振動が発生する。そして、この楕円振動に伴って、脚部
10、11の先端と走行面19aとの間の摩擦力が周期的に変
動し、これにより上記楕円振動がレール19の長手方向一
方の側を向く駆動力に変換され、振動対13がレール19の
長手方向に走行する。

この場合、振動体13の脚部10、11と走行面19aとの間
に作用する摩擦力は、振動体13が、案内フレーム20の自
重及びばね部材28の荷重によって走行面19a側に押し付
けられているので、振動体13の自重のみによる摩擦力よ
りも大きく、従って、発生する駆動力も十分に大きくな
る。

しかも、振動体13が案内フレーム20と軸部材24を介し
て連結されることにより、振動体13の案内フレーム20に
対する横方向（第２図において左右方向）の傾きが規制
されるので、振動体13は、レール19の側方へ転倒するこ
となく案内フレーム20に安定した姿勢で支持されてレー
ル19の長手方向に走行する。

［第２実施例］ 次に、第３図及び第４図を参照して本考案の第２実施
例を説明する。なお、上述した第１実施例と同一の構成
要素には同一符号を付し、その説明を省略する。

本実施例においては、振動体13の保持部17に、胴部12
の長手方向に延在する貫通孔30が形成され、この貫通孔
30に軸部材31が挿通され、この軸部材31の両端部が案内
フレーム32に嵌合されて案内フレーム32と振動体13とが
連結されている。

案内フレーム32は、振動体13の側方に配置された２枚
の側板33、33と、これら側板33の上部前後端を連結する
２本の連結部材34、35と、各側板33の下端を連結する底
板36とから構成されてなるもので、その下部中央には、
レール19の下面に当接する１組の車輪37が配設され、そ
の車軸38の両端部は側板33に形成された長孔39に嵌合さ
れて、回転自在かつ上下方向に移動自在に支持されてい
る。また、上記車輪37には、レール19の側面と当接する
フランジ40が形成されて、これにより案内フレーム32の
横方向（第４図において左右方向）への移動が規制され
ている。そして、車軸38と案内フレーム32の底板36との
間にはばね部材41が配設され、これにより車輪37がレー
ル19の下面に押圧されるとともに、案内フレーム32が下
方に弾発されて、振動体13がレール走行面19aに向かっ
て押圧されている。

以上のように構成された超音波リニアモータにおいて
も、上述の第１実施例と同様に、振動体13の脚部10、11
と胴部12とを圧電素子15、16で加振することによって振
動体13が案内フレーム32とともにレール19の長手方向に
走行する。

そして、この場合も、振動体13が案内フレーム32と軸
部材31を介して連結されることにより、振動体13の案内
フレーム32に対する横方向（第２図において左右方向）
の傾きが規制されるので、振動体13は、レール19の側方
へ転倒することなく、ばね部材41によって走行面19aに
押し付けられつつ案内フレーム32に安定した姿勢で支持
されてレール19の長手方向に走行する。

なお、以上の各実施例においては、特に貫通孔18、30
に軸部材24、31を直接挿通させているが、本考案はこれ
に限るものではなく、例えば振動体13の振動が案内フレ
ーム20、32に伝達して振動エネルギーが拡散することを
防止するため、貫通孔18、30と軸部材24、31との間に制
振材等を介在させても良い。

また、保持部17の位置についても、胴部12の上面中央
部に限らず、下面中央部に設けても良く、特に胴部12の
振動モードに与える影響を最大限に排除するには、振動
の節となる位置に保持部17を形成することが好ましい。

また、各実施例で示した案内フレーム20、32の構造等
もあくまで一例を示すものであり、これらはレール19の
形状等に応じて適宜設計変更され得るものである。

さらに、振動体13を押圧する部材として必ずしもばね
部材28、41を設ける必要はなく、案内フレーム20、32の
自重によって振動体13に十分な負荷を与えることができ
る場合には、ばね部材28、41を省略しても良い。

［考案の効果］ 以上説明したように、この考案によれば、振動体を支
持する案内フレームと振動体とが軸部材で連結されるの
で、振動体の走行方向に対する横方向への傾きが阻止さ
れる。このため、振動体の転倒を未然に防止して、振動
体を安定した姿勢で走行させることができるという優れ
た効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本考案の第１実施例を示すもので、
第１図は側面図、第２図は第１図のＩ−Ｉ線における断
面図、第３図及び第４図は本考案の第２実施例を示す図
で、第３図は側面図、第４図は第３図のII-II線におけ
る断面図、 第５図は従来の超音波リニアモータを示す図、そして第
６図は超音波リニアモータを支持した状態を示す図であ
る。 10・11……脚部、12……胴部、13……振動体、15・16…
…圧電素子（振動素子）、17……保持部、18・30……貫
通孔、19……レール、19a……走行面、20・32……案内
フレーム、24・31……軸部材。

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】レール上に立設する少なくとも２本の弾性
   材料製の脚部の基端部を上記レールの長手方向に沿って
   延びる弾性材料製の胴部で連結して振動体を構成し、こ
   の振動体を上記レールの長手方向に移動自在に設けられ
   た案内フレームと連結し、上記振動体に上記脚部及び胴
   部を加振する振動素子を取り付けてなる超音波リニアモ
   ータにおいて、 上記振動体の胴部に、該胴部から上記レールの走行面と
   交差する方向に突出する保持部を形成し、この保持部
   に、上記脚部の長手方向と交差する方向に延びる貫通孔
   を形成し、上記案内フレームから上記貫通孔に向かって
   軸部材を挿通して上記振動体と上記案内フレームとを連
   結したことを特徴とする超音波リニアモータ。