JP2525063Y2

JP2525063Y2 - 超音波リニアモータ

Info

Publication number: JP2525063Y2
Application number: JP1990119693U
Authority: JP
Inventors: 一正大西; 雅裕内山
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 1990-11-15
Filing date: 1990-11-15
Publication date: 1997-02-05
Anticipated expiration: 2005-11-15
Also published as: JPH0476193U

Description

【考案の詳細な説明】「産業上の利用分野」本考案は、電子機器や精密機械等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、取り付けのためのス
ペースが少なくてすみ、かつ厳密な位置決めが可能であ
るようなアクチュエータが要求される。特に直線的な移
動が要求される場合には、回転型のアクチュエータより
リニアモータの方が、運動方向の変換機構が不要である
からより好ましい。

このようなリニアモータとして、インチワーム（尺取
り虫）機構等のものが提案されているが、本出願人は、
第２図に示すように、一対の平行な脚部50、51の一端を
この両脚部50、51と直交する胴部52で連結することによ
り全体を略コ字状に形成してなる弾性材料製の振動体５
と、振動体５の２つの端部53、54に配設されてこの振動
体５を前記端部53、54の垂直方向に加振する圧電素子5
5、56とを有する構造の超音波リニアモータについて既
に先の出願を行っている（実願昭63-106702）。そし
て、この超音波リニアモータの圧電素子55、56はエポキ
シ樹脂等により振動体５の両端部53、54に直接接着する
構造であった。

「考案が解決しようとする課題」しかしながら、上記構造の超音波リニアモータでは、
振動体の両端部と両圧電素子とをそれぞれ接着している
エポキシ樹脂が乾燥する際に収縮するため、その収縮に
より圧電素子に生じる応力が超音波リニアモータ動作時
における圧電素子の機能低下を生じさせてしまい、また
圧電素子に破壊を生じさせてしまう場合もあった。

本考案の目的は、振動体の両端部と両圧電素子とを接
合する際に、両圧電素子に接着剤の収縮による応力が生
じてしまうという問題を解決し、圧電素子に機能低下や
破壊を生じることのない超音波リニアモータを提供する
ことである。

「課題を解決するための手段」上記目的を達成するために、本考案の超音波リニアモ
ータは、胴部およびこの胴部の両端に連結された脚部を
有する振動体と、この振動体の端部に配設されて前記振
動体を加振する圧電素子とを有して構成され、前記胴部
の両端部に胴部の軸線に対して傾斜させて設けられた面
状の固定部が形成され、この固定部上に、底面部と側面
部と上面部とを具備する枠体が、底面部を固定部に密着
させて固定され、この枠体内の底面部上に圧電素子と振
動吸収部材とが積層され、圧電素子と振動吸収部材が枠
体の上面部に設けられた押圧手段によって枠体の底面部
に押し付けられてなるものである。

また、本発明において、前記枠体の側面側に底面部と
上面部と側面部に区画されて開口部が形成され、この開
口部を介して圧電素子と振動吸収部材とが枠体内に収納
されるとともに、枠体上面部に形成されたネジ穴に螺合
して枠体内部に突出されたネジによって振動吸収部材と
圧電素子が枠体底面部に接着されることなく押し付けら
れてなる構成とすることができる。

「作用」本考案の超音波リニアモータによれば、圧電素子が振
動体の端部に固定された枠体の押圧手段により振動体に
向けて押圧される。したがって、接着剤等を用いること
なく圧電素子を振動体の両端部に設けることができるた
め、両圧電素子に接着剤の収縮による応力を生じること
がない。また、接着剤を用いることなく圧電素子を振動
体に設けるために振動体の端部に固定された枠体の押圧
手段により圧電素子を振動体に向けて押圧する構造とす
ると、超音波リニアモータ駆動時に圧電素子には押圧手
段を介して不必要な振動が伝わる場合がある。しかし、
この不必要な振動は押圧手段と圧電素子との間に設けら
れた振動吸収部材が変形することにより吸収する。した
がって、この不必要な振動が圧電素子に伝わるのを防ぐ
ことになる。

「実施例」本考案の一実施例による超音波リニアモータを第１図
を参照して以下に説明する。

図中符号１は弾性材料を各部の断面が略正方形で、か
つ全体をコ字状に形成してなる振動体、符号10、11は振
動体１を構成する互いに平行な一対の脚部、符号12は両
脚部10、11の一端同士を連結する胴部、符号13、14は枠
体（後述する）の固定部であって、圧電素子の加振方向
（以下、単に加振方向と称す）に略直角をなす端部をそ
れぞれ示している。また、両端部13、14には、内部に圧
電素子（後述する）等が配設される枠体30、31がそれぞ
れの底面部30A、31Aにおいて接着剤等によりそれぞれ固
定されている。なお、振動体１及び両枠体30、31は、ア
ルミニウム、ジュラルミン、鉄、真鍮あるいはステンレ
ス鋼等の金属材料、アルミナ、ガラスあるいは炭化ケイ
素等の無機材料、ポリイミド系樹脂あるいはナイロン等
の有機材料等により形成することができる。

そして、両枠体30、31内には圧電素子15、16がそれぞ
れ配設されている。これらの圧電素子15、16は積層型圧
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、電源（図示せず）から印加される交番電圧によ
り、上記端部13、14に対してそれぞれ垂直な方向に伸縮
するようになっている。また、枠体30、31内の圧電素子
15、16の上端には、ウレタンゴム等の振動吸収部材40、
41がそれぞれ配設されている。

一方、上記枠体30の上面部30Bには、押圧手段を構成
するネジ穴32と、ネジ穴32に螺合するネジ34と、ネジ34
の先端に有する板部材36とが設けられている。また、同
様に枠体31の上面部31Bには、押圧手段を構成するネジ
穴33と、ネジ穴33に螺合するネジ35と、ネジ35の先端に
設けられた板部材37とが設けられている。そして、ネジ
34を所定の方向に回転させ圧電素子15に向けて移動させ
ることにより、板部材36が圧電素子方向に移動して圧電
素子15の上端に設けられた振動吸収部材40を押圧し、次
いで振動吸収部材40が圧電素子15を振動体１に向けて押
圧して、これを枠体30の底面部30Aに圧接させることに
なる。また、同様にネジ35を所定の方向に回転させるこ
とにより、板部材37を圧電素子16に向けて移動させ、圧
電素子16の上端に設けられた振動吸収部材41を押圧し、
次いで振動吸収部材41が圧電素子16を振動体１に向けて
押圧して、これを枠体31の底面部31Aに圧設させること
になる。したがって、圧電素子15は接着剤等を用いるこ
となく振動体１の端部13に、圧電素子16も同様、振動体
１の端部14に、それぞれ枠体30、31の各底面部30A、31A
を介して接合されることになる。このため接合する際に
両圧電素子15、16に接着剤の収縮による応力を生じるこ
とがない。なお、上記ネジ34、35で加える圧縮応力とし
ては500g〜5kg程度が好ましい。

一方、接着剤を用いることなく圧電素子15、16を振動
体１に接合するために上述の構造としたことにより、圧
電素子15、16にはそれぞれ押圧手段を介して枠体30、31
の上面部30B、31Bから不必要な振動が伝わる場合があ
る。しかし、圧電素子15は振動吸収部材40を介して押圧
手段の板部材36に、圧電素子16は振動吸収部材41を介し
て押圧手段の板部材37にそれぞれ接合している。したが
って、押圧手段の板部材36、37から伝わる不必要な振動
は振動吸収部材40、41がそれぞれ変形することにより吸
収することになり、圧電素子15、16に伝わらないように
なっている。

そして、上記振動体１は、レール２の上面の長手方向
に両脚部10、11と略同等の幅を有するように形成されて
いる溝20に、その両脚部10、11の下端を嵌入させる構造
になっている。

次いで、超音波振動による超音波リニアモータの移動
の機構を概略説明する。上述の構造の超音波リニアモー
タの圧電素子15、16に交番電圧を適宜付与すると、圧電
素子15、16の振動はそれぞれ枠体30、31の底面部30A、3
1A及び端部13、14を介して振動体１の各脚部10、11及び
胴部12に伝達され、脚部10、11の軸線に平行な成分は縦
振動を、軸線に垂直な成分は撓み振動を与えることにな
る。この結果、両脚部10、11の下端に楕円運動が励起さ
れる。したがって、両脚部10、11の下端面にレール２を
一定の圧力で押し付けると振動体１とレール２は楕円運
動の向きにしたがって移動することになる。ここで上記
楕円運動は、両脚部10、11の縦振動及び撓み振動、胴部
12の縦振動及び撓み振動の全てを合成したものであり、
それらの振動モードは、振動体１と枠体30、31と圧電素
子15、16等とを一体にした構造体の振動特性と、圧電素
子15、16に印加する電源の周波数及び圧電素子15、16へ
の交番電源の位相差等により適宜決定することができ
る。

次に、本実施例の超音波リニアモータを駆動した場合
に、振動吸収部材40、41が、圧電素子15、16にそぞれ押
圧手段から伝わる不必要な振動を吸収する効果を検証す
るために、有限要素法（FEM）を用いてシミュレーショ
ンを行った。このとき、振動体１及び両枠体30、31の材
質はアルミニウムとし、振動体１の胴部12の寸法は5mm
□×長さ26mm、両脚部10、11の寸法は5mm□×長さ10mm
とした。また、両端部13、14は、両脚部10、11及び胴部
12に対して45度で面取り量6.36mmに面取りした形状とし
た。さらに、枠体30、31は、それぞれの底面部30A、31A
を幅8.99mm×奥行5mm×加振方向厚さ1.5mm、それぞれ２
つ有する側面部30C、31Cを加振方向高さ14.54mm×奥行5
mm×厚さ1.5mm、それぞれの上面部30B、31Bを幅8.99mm
×奥行5mm×加振方向厚さ1.5mmとした。

また、圧電素子15、16は、5mm□×加振方向長さ9mmの
積層型圧電アクチュエータとし、振動吸収部材40、41は
5mm□×加振方向厚さ1mmのウレタンゴムとした。

そして、このような本実施例の超音波リニアモータを
自由振動の振動モードで振動させたときのシミュレーシ
ョンの結果を第３図〜第６図に示す。なお、ここで第３
図は振動源の周波数を74.761kHzに、第４図は85.077kHz
に、第５図は87.866kHzに、第６図は91.288kHzにそれぞ
れ設定したものである。

また、比較例として、上述の超音波リニアモータに対
して振動吸収部材の材質を振動体１と同様のアルミニウ
ムに変更した場合の有限要素法によるシミュレーション
結果を第７図〜第10図に示す。なお、ここで第７図は振
動源の周波数を81.057kHzに、第８図は87.129kHzに、第
９図は92.087kHzに、第10図は99.887kHzにそれぞれ設定
したものである。

以上を比較すると、第７図〜第10図に示す比較例の超
音波リニアモータのアルミニウムからなる振動吸収部材
40′、41′（図中黒塗で示す部分）はあまり変形してい
ないが、第３図〜第６図に示す本実施例の超音波リニア
モータのウレタンゴムからなる振動吸収部材40、41（図
中黒塗で示す部分）は大きく変形しており、枠体30、31
からそれぞれ伝わる不必要な振動や変位を吸収している
ことがわかる。

なお、本実施例においては、枠体30、31がそれぞれ底
面部30A、31Aを有し、圧電素子15、16がそれぞれ底面部
30A、31Aを介して振動体１を加振する構造としたが、枠
体30、31が底面部30A、31Aを有さず側面部30C、31Cで振
動体１に接合し、圧電素子15、16が直接振動体１に圧設
してこれを加振する構造とすることも勿論可能である。

「考案の効果」以上詳述したように、本考案によれば胴部の両端の固
定部上に、底面部と側面部と上面部とを具備する枠体を
底面部を固定部を密着させて固定し、この枠体内の底面
部上に圧電素子と振動吸収部材とを積層し、圧電素子と
振動吸収部材を枠体の上面部に設けられた押圧手段によ
って枠体の底面部に押し付けてなる。このため、接着剤
等を用いることなく圧電素子を振動体の両端部に設ける
ことができ、両圧電素子に接着剤の収縮による応力を応
じることがない。したがって、動作時における圧電素子
の機能低下や破壊を生じることのない超音波リニアモー
タとすることができる。

また、本考案によれば、接着剤を用いることなく圧電
素子を振動体の両端部に設けるために、振動体の両端部
に固定された枠体の押圧手段により圧電素子を振動体に
向けて押圧する構造としても、圧電素子に押圧手段を介
して伝わる不必要な振動は押圧手段と圧電素子との間に
設けられた振動吸収部材が変形することにより吸収され
る。したがって、上記効果に加えてさらに不必要な振動
が圧電素子に伝達されることのない超音波リニアモータ
とすることができる。

更に、前記枠体側面の開口部を介して圧電素子と振動
吸収部材とを枠体内に収納し、枠体上面部に螺合させた
ネジによって振動吸収部材と圧電素子を枠体底面部に接
着することなく押し付ける構成とすることで、接着剤の
収縮による応力を受けることなくネジの締め付け力によ
り所望の圧縮応力を圧電素子に付加することができると
ともに、ネジを介して圧電素子に伝わろうとする不要な
振動を振動吸収部材で吸収するので、圧電素子の振動に
悪影響を及ぼすことのない超音波リニアモータを提供で
きる。また、開口部を介して圧電素子と振動吸収部材を
枠体内に納めることは容易にできるとともに、これらを
ネジで押さえ付けることも容易にできるので、前記のよ
うに接着剤の応力を付加することのない、不要な振動を
与えることのない構造を容易に実現できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例による超音波リニアモータを
示す斜視図であり、第２図は従来の超音波リニアモータ
を示す斜視図であり、第３図〜第６図は本考案の一実施
例による超音波リニアモータのFEMの解析結果を示す図
であり、第７図〜第10図は第３図〜第６図に示す超音波
リニアモータに対し振動吸収部材をアルミニウムに変更
した場合のFEMの解析結果を示す図である。１……振動体、10,11……脚部、12……胴部、13,14……
端部、15,16……圧電素子、30,31……枠体、30A,31A…
…底面部、30,31B……上面部、30C、31C……側面部、32
〜37……押圧手段（32,33……ネジ穴、34,35……ネジ、
36,37……板部材）、40,41……振動吸収部材。

Claims

(57)【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】胴部およびこの胴部の両端に連結された脚
部を有する振動体と、この振動体の端部に配設されて前
記振動体を加振する圧電素子とを有して構成され、前記
胴部の両端部に胴部の軸線に対して傾斜させて設けられ
た面状の固定部が形成され、この固定部上に、底面部と
側面部と上面部とを具備する枠体が、底面部を固定部に
密着させて固定され、この枠体内の底面部上に圧電素子
と振動吸収部材とが積層され、圧電素子と振動吸収部材
が枠体の上面部に設けられた押圧手段によって枠体の底
面部に押し付けられてなることを特徴とする超音波リニ
アモータ。
【請求項２】前記枠体の側面側に底面部と上面部と側面
部に区画されて開口部が形成され、この開口部を介して
圧電素子と振動吸収部材とが枠体内に収納されるととも
に、枠体上面部に形成されたネジ穴に螺合して枠体内部
に突出されたネジによって振動吸収部材と圧電素子が枠
体底面部に接着されることなく押し付けられてなること
を特徴とする請求項１に記載の超音波リニアモータ。