JP2829485B2 - リニア型超音波モータ - Google Patents

リニア型超音波モータ

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JP2829485B2
JP2829485B2 JP5341231A JP34123193A JP2829485B2 JP 2829485 B2 JP2829485 B2 JP 2829485B2 JP 5341231 A JP5341231 A JP 5341231A JP 34123193 A JP34123193 A JP 34123193A JP 2829485 B2 JP2829485 B2 JP 2829485B2
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忠篤 寒河江
和彦 神山
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Tamura Electric Works Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、超音波振動子を多重
モード振動させてその外周面の質点に楕円運動を生じさ
せ、この超音波振動子の質点に生ずる楕円運動を可動部
材の直線運動に変換するリニア型超音波モータに関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】従来より、この種のリニア型超音波モー
タにおいては、超音波振動子を多重モード振動させてそ
の外周面の質点に楕円運動を生じさせ、この超音波振動
子の質点に生じる楕円運動を可動部材の直線運動に変換
している。この場合、可動部材は超音波振動子の質点に
摩擦材を介して接し、超音波振動子の質点に生ずる楕円
運動が摩擦駆動によって可動部材の直線運動に変換され
る。このリニア型超音波モータでは、摩擦駆動であるた
めに摩擦損があり、入力量に対する直線移動量が安定せ
ず、一定化しにくという宿命的な問題がある。このた
め、従来においては、スケールやエンコーダを取り付
け、動作中に検出器等でセンシングし、得られる信号を
処理することによって、入力量に応じた位置に可動部材
を停止させるものとしていた。すなわち、フィードバッ
ク制御により、可動部材の高精度な位置決めを行ってい
た。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のリニア型超音波モータによると、スケールや
エンコーダ、検出器等の取り付け機構や信号処理回路が
複雑であり、装置の小型化やコストダウンを促進するこ
とが困難であるという問題があった。
【0004】本発明はこのような課題を解決するために
なされたもので、その目的とするところは、フィードバ
ック制御を行うことなく、すなわちオープンループ制御
で、可動部材の高精度な位置決めを可能とするリニア型
超音波モータを提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明は、駆動信号の供給を受けて多重モー
ド振動しそのその外周面の質点に楕円運動を生じる超音
波振動子と、この超音波振動子の質点に生じる楕円運動
により摩擦駆動され直線移動する可動部材と、その面部
に山形のテーパ面が所定のピッチで形成され、このテー
パ面の形成された面部を可動部材に対面させて配置され
た固定部材と、この固定部材と可動部材との間にあっ
て、可動部材の直線移動に伴って動き、固定部材の山形
のテーパ面の頂を可動部材側へ押圧付勢力に抗し移動し
て乗り越えるボール部材とを備えたものである。
【0006】
【作用】したがってこの発明によれば、駆動信号の供給
を受けて超音波振動子が多重モード振動し、その外周面
の質点に楕円運動が生じ、この楕円運動により摩擦駆動
されて可動部材が直線移動する。この可動部材の直線移
動に伴ってボール部材が動き、固定部材の山形のテーパ
面の頂を可動部材側へ押圧付勢力に抗し移動して乗り越
える。山形のテーパ面の頂を乗り越えると、ボール部材
は、その乗り越えた山形のテーパ面の下り方向のテーパ
に沿って、可動部材をその進行方向へ押しやりながら固
定部材側へ出る。
【0007】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づき詳細に説明す
る。図2はこの発明の一実施例を示すリニア型超音波モ
ータの要部構成を示す平面図である。同図において、1
はリング状に形成されたセラミックスよりなる超音波振
動子、2は可動レール、3は固定レール,4はボールゲ
ージである。
【0008】超音波振動子1は、図示せぬ保持部材を介
して筐体側に固定されており、その上面に円弧状の電極
1−1,1−2および1−3,1−4が設けられ、その
外周面の両側部に摩擦材5−1,5−2が設けられてい
る。可動レール2は超音波振動子1に摩擦材5−1を介
して接している。固定レール3は、ボールゲージ4を介
して可動レール2に圧接されており、この圧接状態で筐
体側に固定されている。ボールゲージ4は、ゲージ板4
−1と多数のボール4−2とからなり、ゲージ板4−1
は固定レール3側に固定されている。
【0009】図1は図2におけるI−I線断面図であ
る。可動レール2には縦孔2−1が形成されており、こ
の縦孔2−1の形成面にその面部6−1を対面させて、
スリット板6が配置されている。可動レール2の縦孔2
−1には圧縮コイルバネ7が挿入配置されており、スリ
ット板6の面部6−1とバネ7との間にはボール8が配
置され、バネ7を弾性変形させた状態としている。な
お、スリット板6は筐体側に固定されており、ボール8
はバネ7とスリット板6の面部6−1との間で自由に回
転し得る。また、本実施例において、縦孔2−1は、す
なわちバネ7とボール8との組み合わせ機構は、可動レ
ール2に1箇所だけ設けられている。
【0010】図3は図1におけるA方向から見たスリッ
ト板6の要部断面図である。スリット板6の面部6−1
には、山形のテーパ面6−11が所定のピッチP1で形
成されており、隣接する山形のテーパ面6−11の間に
はスリット6−12が形成されている。本実施例におい
て、スリット6−12は山形のテーパ面6−11と同一
ピッチP1で形成されており、スリット6−12のスリ
ット幅Wはボール8の外径よりも小さくされている。
【0011】次に、このリニア型超音波モータの動作に
ついて説明する。図4はこのリニア型超音波モータに付
設された駆動制御回路のブロック図である。同図におい
て、10はCPU、11は発振部(周波数制御部)、1
2は位相制御部、13は電力増幅部、14は設定部であ
る。この駆動制御回路より出力される駆動信号、すなわ
ち電力増幅部13より出力される所定周波数(本実施例
では、115kHz)の高周波電圧sinωt,cosω
tが超音波振動子1へ与えられる。
【0012】超音波振動子1は、その電極1−1,1−
2に高周波電圧sinωt,cosωtがそれぞれ印加
されると、ラジアル方向の1次振動(R,1)と、非軸
対称面内振動((1,1))とを同時に起こし、多重モ
ード振動する。ラジアル方向の1次振動(R,1)は図
5(a)に示す矢印D1,D2方向に伸縮する定在波
で、非軸対称面内振動((1,1))は図5(b)に示
す矢印E1,E2方向に伸縮する定在波で、振動方向E
1がD1に、E2がD2に同調している。これらの定在
波が相互に干渉を起こして合成されると、超音波振動子
1の外周面の各点において振幅の異なる多重モード振動
となり、この各点に楕円運動が生じる。
【0013】すなわち、可動レール2に摩擦材5−1を
介して接する質点P1に着目すると、この質点P1は、
超音波振動子1自体の多重モード振動に伴い、質点P1
の振動方向E1と同方向に回転する楕円運動F1を起こ
す。この質点P1に生じる楕円運動F1により、可動レ
ール2が摩擦材5−1を介して摩擦駆動され、図2に示
す矢印B方向へ直線移動する。電極1−1,1−2に印
可する高周波電圧の位相を反転すると、可動レール2は
上述とは逆の方向(図2に示す矢印C方向)へ直線移動
する。
【0014】可動レール2の直線移動は、ボールゲージ
4のボールころがり摩擦により、摺動抵抗が小として、
滑るようにして行われる。この際、可動レール2とスリ
ット板6との間において、ボール8は、スリット板6の
面部6−1上を転がりながら移動し、ピッチP1で上下
動を行う。すなわち、ボール8は、可動レール2の直線
移動に伴って動き、スリット板6の面部6−1に形成さ
れた山形のテーパ面6−11の頂を可動レール2側へバ
ネ7の押圧付勢力に抗し縦孔2−1内に没して乗り越え
る。山形のテーパ面6−11の頂を乗り越えると、ボー
ル8は、その乗り越えた山形のテーパ面の下り方向のテ
ーパに沿って、可動レール2をその進行方向へ押しやり
ながらスリット板6側へ出る。そして、スリット6−1
2に納まり、以下同様の動作を繰り返す。
【0015】すなわち、本実施例によれば、ピッチP1
に相当する駆動信号のパルス数や印加時間を予め把握し
ておくことによって、ピッチP1の整数倍単位の位置制
御が可能となる。ここで、最終的には、ボール8はスリ
ット6−12に納まった状態で必ず停止する。これによ
り、本実施例によれば、摩擦損等により生じようとする
可動レール2の多少の位置ずれについてはこれを吸収す
ることができ、オープンループ制御で可動レール2の高
精度な位置決めが可能となり、スケールやエンコーダ、
検出器等の取り付け機構や信号処理回路を不要として、
装置の小型化やコストダウンを促進することできるよう
になる。
【0016】なお、本実施例においては、バネ7とボー
ル8との組み合わせ機構を可動レール2に1箇所だけ設
けるものとしたが、複数箇所設けるものとしてもよい。
また、本実施例においては、スリット板6にスリット6
−12を開設するものとしたが、隣接する山形のテーパ
面6−11間をつなぐ谷状の窪みなどとしてもよい。
【0017】
【発明の効果】以上説明したことから明らかなように本
発明によれば、可動部材の直線方向への移動に伴ってボ
ール部材が動き、固定部材の山形のテーパ面の頂を可動
部材側へ押圧付勢力に抗し移動して乗り越え、山形のテ
ーパ面の頂を乗り越えるとその乗り越えた山形のテーパ
面の下り方向のテーパに沿って可動部材をその進行方向
へ押しやりながら固定部材側へ出るものとなり、最終的
には隣接する山形のテーパ面の間にボール部材を停止さ
せるものとして、摩擦損等により生じようとする可動部
材の多少の位置ずれについてこれを吸収することが可能
となり、オープンループ制御で可動部材の高精度な位置
決めを可能とし、スケールやエンコーダ、検出器等の取
り付け機構や信号処理回路が不要として、装置の小型化
やコストダウンを促進することできるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図2におけるI−I線断面図である。
【図2】本発明の一実施例を示すリニア型超音波モータ
の要部構成を示す平面図である。
【図3】図1におけるA方向から見たスリット板の要部
断面図である。
【図4】このリニア型超音波モータに付設された駆動制
御回路のブロック図である。
【図5】このリニア型超音波モータに用いる超音波振動
子の振動状況を説明するための図である。
【符号の説明】
1 超音波振動子 2 可動レール 3 固定レール 4 ボールゲージ 5−1,5−2 摩擦材 6 スリット板 6−1 面部 6−11 山形のテーパ面 6−12 スリット 7 圧縮コイルバネ 8 ボール

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 駆動信号の供給を受けて多重モード振動
    しその外周面の質点に楕円運動を生じる超音波振動子
    と、 この超音波振動子の質点に生じる楕円運動により摩擦駆
    動され直線移動する可動部材と、 その面部に山形のテーパ面が所定のピッチで形成され、
    このテーパ面の形成された面部を前記可動部材に対面さ
    せて配置された固定部材と、 この固定部材と前記可動部材との間にあって、前記可動
    部材の直線移動に伴って動き、前記固定部材の山形のテ
    ーパ面の頂を前記可動部材側へ押圧付勢力に抗し移動し
    て乗り越えるボール部材とを備えたことを特徴とするリ
    ニア型超音波モータ。
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