JP2957836B2 - 超音波モータおよび直動案内装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子機器および精密機
械等におけるアクチェータとして好適な超音波モータお
よび直動案内装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、電子機器および精密機械におい
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ェータが要求さ
れており、このような要求に対処するために、近年、特
開平１−３１５２８２号公報、特開平２−９２５号公報
等において圧電セラミックスに代表される圧電素子の超
音波振動を駆動源とした種々の超音波モータが提案され
ている。

【０００３】以下、このような従来からある超音波モー
タを図１５および図１６により説明する。

【０００４】図１５は従来からある超音波モータの要部
を示す正面図であり、図１６は側面図である。

【０００５】図１５および図１６に示すように、この種
の従来の超音波モータ１は、相互に平行に延在している
１対の脚部２，２およびこれらの脚部２，２を基端側で
連結する胴部３とから成り、全体として略コの字形状に
一体化されて振動体４が形成されている。

【０００６】前記振動体４の角部には、各脚部２，２お
よび胴部３に対して適宜な角度、例えば４５度の角度を
なす面取りが施されており、その各面取りが施された面
を取付面５として振動付与手段である圧電素子６が、図
示しない所望の接着剤等の適宜な接合部材により固着さ
れている。

【０００７】そして、各脚部２，２の先端と対向する位
置には、被駆動体としての薄板状をなすレール７を挟持
するようにして３個の案内ローラ８が、胴部３の長手方
向に沿って配設されている。これらの各案内ローラ８
は、その両端に形成された回転軸８ａが振動体４を囲む
支持枠９の下部に回転自在に支持されており、胴部３の
長手方向に沿って転動自在とされている。

【０００８】また、支持枠９の上部中央には貫通孔１０
が形成されており、この貫通孔１０には胴部３に向かう
先端が円錐状をなす付勢ピン１１が上下方向に摺動自在
に嵌装されている。そして、この付勢ピン１１の先端近
傍に形成されたフランジ１１ａと支持枠９との間には適
宜なばね１２が配設されており、このばね１２によって
付勢ピン１１は常時胴部３に向けて付勢され、その先端
が胴部３の上面中央に形成された凹部１３と係合される
ようになっており、これにより振動体４の各脚部２と各
案内ローラ８とは常時相互に近づく方向に付勢されてい
る。

【０００９】また、前記圧電素子６には、図示しない所
望の電力供給源と接続される適宜な配線部材が接続され
ている。

【００１０】そして、このように構成された従来の超音
波モータ１を移動させるには、ばね１２によって相互に
近づく方向に付勢された各脚部２の先端と各案内ローラ
８との間にレール７を介在させ、各脚部２の先端をレー
ル表面７ａと、案内ローラ８をレール裏面７ｂとそれぞ
れ密着させ、この状態において各圧電素子６を振動体４
の共振周波数と同一で位相が異なる交番電圧をそれぞれ
印加してこれらを超音波振動させ、各脚部２の先端にレ
ール７の長手方向に沿った同一周波数の楕円振動を生じ
させる。

【００１１】すると、楕円振動の脚部２の長手方向の垂
直成分の変化に伴って各脚部２の先端とレール表面７ａ
との間の面圧が周期的に変動し、この変動に伴って楕円
振動のレール７の長手方向の水平成分のうち各脚部２が
より下方に変位するときの成分がより強く各脚部２の先
端とレール７との間に作用して、振動体４がレール７に
沿って一方向へ移動する。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た従来の超音波モータ１においては、支持枠９の貫通孔
１０に摺動自在に嵌装されている付勢ピン１１と振動体
４とを係合させ、フランジ１１ａと支持枠９との間にば
ね１２を介在させて振動体４を付勢させており、超音波
モータ１の走行時に付勢ピン１１の先端が、貫通孔１０
と付勢ピン１１との摺動部を支点としたモミスリ運動と
称される回転運動が生じて、振動体４の姿勢変動が大き
くなり、駆動効率が劣化するという問題点があった。そ
して、外気との露出部分が多く、付勢ピン１１と振動体
４との係合部等の摺動部分に塵埃が付着して摺動部分の
摩耗が促進されたり、あるいは圧電素子６に接続されて
いる配線部材が剥がれ易く、長期間に亘り安定した機能
を保持することができないという問題点があった。さら
に、部品点数が多く、製作に手間がかかり、また、取扱
いに多大な注意を要し、用途が限定されるなど商品とし
ての汎用性に乏しく、しかもメンテナンスの利便性が劣
るという問題点があった。

【００１３】本発明はこれらの点に鑑みてなされたもの
であり、前述した従来のものにおける問題点を克服し、
簡単な構造で、商品価値が高くかつ汎用性に富み、長期
間に亘り安定した機能を保持することができる超音波モ
ータおよび直動案内装置を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】前述した目的を達成する
ため請求項１に記載の本発明の超音波モータは、被駆動
体に当接される少なくとも２本の平行な脚部およびこれ
らの脚部を連結する胴部とから成る振動体と、前記振動
体に固着され前記振動体を振動させる振動付与手段と、
前記振動体を所定の方向に付勢する付勢手段と、前記振
動体の脚部のみを突出自在とさせかつ前記振動体および
振動付与手段ならびに付勢手段を内装せしめるケース体
とを有することを特徴としている。

【００１５】そして、請求項２に記載の本発明の超音波
モータは、請求項１において、前記振動体を所定の方向
にのみ進退自在とせしめる進退方向拘束手段を有するこ
とを特徴としている。

【００１６】さらに、請求項３に記載の本発明の超音波
モータは、請求項１および請求項２において、前記振動
体の脚部の先端面または前記被駆動体の前記振動体との
当接面の少なくとも一方を、Ｎｉ−Ｐからなる被覆層に
より覆ってなることを特徴としている。

【００１７】また、請求項４に記載の本発明の超音波モ
ータは、請求項１および請求項２において、前記ケース
体にコネクタを配置し、該コネクタと少なくとも前記振
動付与手段とを配線部材により接続することを特徴とし
ている。

【００１８】そして、請求項５に記載の本発明の超音波
モータは、請求項１および請求項２において、冷却手段
を設けたことを特徴としている。

【００１９】さらに、請求項６に記載の本発明の超音波
モータは、請求項５において、前記冷却手段は、前記ケ
ース体内に冷却流体を導入自在に形成されていることを
特徴としている。

【００２０】また、請求項７に記載の本発明の超音波モ
ータは、請求項５において、前記冷却手段は、放熱フィ
ンにより形成されていることを特徴としている。

【００２１】そして、請求項８に記載の本発明の直動案
内装置は、請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載
の超音波モータを案内部材に配置された移動台に固着
し、前記超音波モータの駆動力をもって前記移動台を案
内部材に沿って移動自在とすることを特徴としている。

【００２２】

【作用】前述した構成からなる本発明の超音波モータに
よれば、従来より少ない構成部品をケース体内に内装し
てユニット化できるとともに、振動体の姿勢を被駆動体
に対して常に所定の姿勢に保持することができる。ま
た、超音波モータをユニット化することにより、商品と
しての汎用性およびメンテナンスの利便性を向上させる
ことができる。

【００２３】そして、本発明の超音波モータにコネクタ
を配置することにより、配線部材の破損を防止すること
ができる。

【００２４】さらに、本発明の超音波モータに放熱手段
を設けることにより、振動付与手段の発熱による特性変
化を防止することができる。

【００２５】また、本発明の超音波モータを直動案内装
置に用いることにより、直動案内装置を長期間に亘り安
定した機能を確実に保持することができるとともに、全
体として小形で、取扱性が容易でかつメンテナンスの利
便性を確実に向上させることができる。

【００２６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１から図１４につ
いて説明する。

【００２７】図１は、本発明に係る超音波モータの第１
実施例を示すものである。

【００２８】図１に示すように、本実施例の超音波モー
タ１４においては、ケース体１５内に振動体１６と、振
動付与手段１７と、前記振動体１６を図において２点鎖
線にて示す被駆動体１８に対して図中矢印で示す下方に
付勢する付勢手段１９と、前記振動体１６を被駆動体１
８に対して図中両矢印で示す上下方向にのみ進退自在と
せしめる進退方向拘束手段２０とが配設されている。

【００２９】前記構成要素についてさらに説明する。

【００３０】前記ケース体１５は、図において左右方向
に長辺を有する平面略矩形でかつ内部に略四角形の所望
の空間を有するとともに、図において下部に平面略矩形
の開口２１を有するとともに、上部の中央部に所望の径
の貫通させたねじ穴２２を有する本体２３と、平面略矩
形で前記本体２３の下部の開口２１を覆うようにして本
体２３に固着される底部材２４と、平面略円筒形で外周
にねじ部２５を有するとともにそのねじ部２５の図にお
いて下部が前記本体２３のねじ穴２２と係合される上部
係止部材２６と、有底円筒形で内周にねじ穴２７を有す
るとともにそのねじ穴２７が前記上部係止部材２６の図
において上部のねじ部２５と係合される蓋部材２８とか
ら形成されている。そして、前記本体２３の側壁の所望
の位置には、図示しない適宜な数の所望の小孔が穿設さ
れているとともに、外周面の所望の位置には取付用の図
示しないねじ穴が設けられている。さらに、前記底部材
２４の中央部には、ケース体１５の内側に向かって所望
の凸部２９が突設されてるとともに、所定位置に２つの
平面略四角形の適宜な貫通孔３０，３０が形成されてい
る。また、前記上部係止部材２６の下面には環状の保持
溝３１が形成されている。

【００３１】前記振動体１６は、相互に平行に延在する
２本の脚部３２，３２の一端を胴部３３により連結され
ており、弾性素材を、各部の断面がほぼ正方形とされ全
体として略コの字形状とされている。この振動体１６の
寸法は適宜設計されるが、一例としては、アルミニウム
を素材とし、胴部３３が断面５ｍｍ角×長さ２６ｍｍ、
各脚部３２が断面５ｍｍ角×長さ１５ｍｍとされてい
る。なお、振動体１６の素材としては、ジュラルミン、
鉄、真鍮、ステンレス鋼等の金属材料およびアルミナ、
ガラス、炭化珪素等の無機材料ならびにポリイミド樹
脂、ポリアミド樹脂等の有機材料等から選択することが
できる。

【００３２】前記振動体１６の角部は、脚部３２および
胴部３３に対して４５度の角度をなすように面取りされ
取付面３４が形成されており、その各取付面３４に振動
付与手段１７としての圧電素子（以下、符号１７により
示す）が図示しない所望の接着剤等の適宜な接合部材に
より固着されている。

【００３３】前記振動体１６の各脚部３２は、前記ケー
ス体１５の底部材２４に形成した各貫通孔３０に遊嵌さ
れるとともに、使用状態において各脚部３３の先端面３
５が底部材２４から突出されている。そして、被駆動体
１８と当接する各脚部３２の先端面３５には、例えばカ
ーボン、カーボンファイバ、ポリイミド等からなる所望
の摺動部材８４が固着されており、その表面形状をフォ
トリソグラフ、化学エッチング等により最適な摩擦係数
を得るように管理してもよい。さらに、振動体１６の胴
部３３の上面中央部には、所望の凹部３７が形成されて
いる。

【００３４】一方、本実施例の超音波モータ１４と組み
合わせて用いられる被駆動体１８の表面は、Ｎｉ−Ｐか
らなる硬質の被覆層３６（以下、Ｎｉ−Ｐ層という）に
より覆われて形成されている。そして、Ｎｉ−Ｐ層３６
の厚みは０．１〜５０μｍ程度、望ましくは１０μｍ程
度とするとよい。さらに、このＮｉ−Ｐ層３６は、Ｎｉ
−Ｐからなる鍍金浴に所定時間浸漬させる化学鍍金法
（無電解ニッケル鍍金）により形成されている。なお、
前記Ｎｉ−Ｐ層３６は、公知の鍍金法、蒸着法、イオン
プレーティング法、スパッタ法、溶射等から適宜な方法
を選択して形成することもできる。

【００３５】なお、Ｎｉ−Ｐ層３６は、超音波モータ１
４の振動体１６の各脚部３２が当接する少なくとも当接
面８５に形成されていればよく、特に、本実施例に限定
されるものではない。

【００３６】また、被駆動体１８の当接面８５にＮｉ−
Ｐ層３６を形成せずに、振動体１６の各脚部３２の先端
面３５に、摺動部材８４の代わりにＮｉ−Ｐ層３６を形
成した構成（図示せず）としてもよく、特に、本実施例
の形状に限定されるものではない。

【００３７】超音波モータ１４の説明に戻って、振動付
与手段としての前記圧電素子１７は、積層型圧電アクチ
ェータ、圧電セラミックス等が適用され、図示しない電
源から印加される交番電圧により、前記取付面３４と直
交する方向に超音波振動をするようになっている。この
圧電素子１７の寸法も前記振動体１６の脚部３２等と同
様に適宜選択されるが、例示のものにおいては、断面５
ｍｍ角×長さ９ｍｍとされている。また圧電素子１７に
は、図示しない電源と接続させる接続部材としてのリー
ド線（図示せず）が本体２３の図示しない小孔を通して
接続されている。なお、本体２３の小孔には、防塵のた
めに図示しない貫通孔を有するゴムブッシング等を装着
し、その貫通孔にリード線を通すことが防塵対策上から
も望ましい。

【００３８】前記上部係止部材２６の内周部には、図中
上下方向にのみ摺動自在とされた進退方向拘束手段２０
を介して先端に円錐穴３８を有する付勢ピン３９が前記
振動体１６の胴部３３に向かって突出するようにして上
下方向に摺動自在に装着されている。

【００３９】前記進退方向拘束手段２０としては、適宜
な長さの摺動抵抗の少ないリニアブッシュ、ボールスプ
ライン等の各種のものから選択することができ、一端を
振動体１６の胴部３３に向かって突出するようにして装
着されている。

【００４０】また、前記付勢ピン３９の先端近傍にはフ
ランジ３９ａが形成されているとともに、このフランジ
３９ａと上部係止部材２６の保持溝３１との間には適宜
なばね４０が配設されており、このばね４０によって付
勢ピン３９は常時振動体１６の胴部３３に向けて付勢さ
れている。そして、付勢ピン３９の先端の円錐穴３８に
は、前記振動体１６の胴部３３の上面中央部に形成され
た所望の凹部３７に配置されている係合部材としての適
宜なボール４１と係合されるようになっており、これに
より振動体１６の各脚部３２の先端面３５が常時被駆動
体１８に向けて付勢される。なお、凹部３７は、ボール
４１により常に付勢されているために摩耗し易いので、
凹部３７の表面を前記Ｎｉ−Ｐ層３６をもって覆うこと
により凹部３７の摩耗を防止するようにしてもよい。

【００４１】そして、前記付勢ピン３９およびばね４０
により付勢手段１９が構成されている。

【００４２】図２は本発明に係る直動案内装置の第１実
施例を示すものである。

【００４３】図２に示すように、本実施例の直動案内装
置１００においては、案内部材１０１としての適宜なレ
ール４２上に配置された所望の移動台４３に、図１に示
す前述した超音波モータ１４が図示しない止めねじ等の
締結手段により固着されるとともに、被駆動体１８とし
ての剛性を有する適宜な壁部材がレール４２と平行に配
置され、超音波モータ１４の振動体１６の各脚部３２の
先端面３５が被駆動体１８と密着されている。

【００４４】つぎに、前述した構成からなる本実施例超
音波モータおよび直動案内装置の作用について図１およ
び図２により説明する。

【００４５】まず、超音波モータの移動機構を説明す
る。

【００４６】図２に示す状態において、図１に示す超音
波モータ１４の各圧電素子１７に振動体１６の共振周波
数と同一で位相の異なる交番電圧をそれぞれ印加してこ
れらを超音波振動させる。

【００４７】すると、各脚部３２の長手方向および胴部
３３の長手方向のいずれとも交差する方向に共振周波数
で加振されるため、各脚部３３は各々の長手方向に共振
周波数で縦振動すると同時に被駆動体１８のレール４２
と平行な長手方向にも共振周波数でたわみ振動する。そ
して、各脚部３２の先端面３５は、これら縦振動とたわ
み振動との合成によって同一方向へ共振周波数で楕円振
動する。

【００４８】ここで、各脚部３２の先端面３５に楕円振
動が生じるとき、被駆動体１８の表面の各脚部３２の先
端面３５と密着する部分は周期的に強く押圧されること
となるが、この押圧力は被駆動体１８の剛性により受け
とめられ、押圧力による被駆動体１８の変形は防止され
る。

【００４９】したがって、各脚部３２と被駆動体１８と
の間の面圧は、前記楕円振動の垂直成分（脚部３２の長
手方向の成分）の変化に応じて確実に周期的に変動する
こととなる。

【００５０】このように、各脚部３２の先端面３５と被
駆動体１８の表面との間の面圧が変動すると、これらの
間に生じる摩擦力も変動し、その大きさは各脚部３２が
被駆動体方向に変位するほど大きくなる。

【００５１】そして、各脚部３２の先端面３５に生じる
楕円振動の水平成分によって、被駆動体壁１８の表面は
レール４２と平行な長手方向に蹴り出されるが、この力
（以下、駆動力という）は、上記摩擦力が大きいほどよ
り強く作用することから、各脚部３２の先端面３５が楕
円状の軌跡を描いて１回転する間に各脚部３２と被駆動
体１８との間に働く駆動力の向きは、各脚部３２がより
被駆動体１８の方向に変位しているときの水平成分の向
きと一致することとなる。ここにおいて、各脚部３２の
先端面３５の楕円振動は同一方向であるから、結果とし
て各脚部３２の先端面３５と被駆動体１８の表面との間
に生じる駆動力の向きは一致し、この駆動力の反作用に
より振動体１６つまり移動台４３に固着された超音波モ
ータ１４はレール４２に沿って一方向へ移動することと
なる。

【００５２】以上説明したように、本実施例の超音波モ
ータ１４は、各脚部３２の変形が被駆動体１８の剛性に
より阻止されるので、各脚部３２の先端面３５に生じた
楕円振動のエネルギは振動体１６を被駆動体１８に沿っ
て移動させる駆動力に効率よく変換することができる。

【００５３】また、本実施例の超音波モータ１４と組み
合わされる被駆動体１８は、超音波モータ１４の振動体
１６と当接する少なくとも当接面８５が、化学鍍金によ
り形成された均一な膜厚の薄いＮｉ−Ｐ層３６により覆
われており、被駆動体１８が錆やすい鉄系等の素材を用
いた場合においても錆の発生を確実に防止することがで
きる。そして、このＮｉ−Ｐ層３６は熱処理を施すこと
によって析出硬化させることができ、硬度をＨｖ８００
〜１０００と非常に硬くすることができるので、耐摩耗
性を確実に向上させることができる。

【００５４】そして、本実施例の超音波モータ１４の付
勢ピン３９は、所望の長さの進退方向拘束手段２０に支
持されており、超音波モータ１４の走行時に付勢ピン３
９が摺動部を支点としたモミスリ運動と称される回転運
動を生じることがなく、振動体１６の姿勢変動もなく、
従来のような駆動効率が劣化するという不都合を確実に
防止することができる。

【００５５】さらに、本実施例の超音波モータ１４は、
ケース体１５に各構成要素が内装されたユニットとされ
ているので、外気との露出部分が極めて少なく、付勢ピ
ン３９と振動体１６とのボール４１を介在させた係合部
等の摺動部分に塵埃が付着して摺動部分の摩耗が促進さ
れたり、あるいは圧電素子１７に接続されている配線部
材が剥がれ易く、長期間に亘り安定した機能を保持する
ことができないという不都合を確実に防止することがで
きる。

【００５６】また、従来の超音波モータ１と異なり部品
点数が少なく、簡単に組み立てることができるととも
に、取扱性が容易でかつメンテナンスの利便性が向上
し、商品としての用途の拡大および汎用性を向上させる
ことができる。

【００５７】そして、本実施例の直動案内装置１００
は、前記超音波モータ１４を用いており、長期間に亘り
安定した機能を確実に保持することができるとともに、
全体として小形で、取扱性が容易でかつメンテナンスの
利便性を確実に向上させることができる。

【００５８】図３は本発明に係る超音波モータの第２実
施例を示すものである。

【００５９】図３に示すように、本実施例における超音
波モータ１４ａにおいては、前述した第１実施例の超音
波モータ１４と同様に、ケース体１５ａ内に振動体１６
ａと、超音波モータ１４と同様の振動付与手段１７と、
付勢手段１９ａと、進退方向拘束手段２０ａが配設され
ている。

【００６０】本実施例のケース体１５ａは、平面略矩形
の本体４４と、この本体４４を正面から覆う図示しない
肉厚の薄い平板状のカバーとから形成されており、本体
４４とカバーとは図示しないねじ等の適宜な締結手段に
より固着されるようになっている。

【００６１】そして、本体４４内には振動体１６ａおよ
び振動付与手段１７を内装する所望の形状の空間を有す
る凹部１０２がその開口を正面に向けるようにして形成
されている。この凹部１０２の左方上部の所望の位置に
は、有底の適宜なねじ穴１０３が上方に向かって形成さ
れている。また、凹部１０２の右方上部の所望の位置に
は、本体４４の右側面から左側面に向かって長手方向に
平行に穿設された有底の適宜なねじ穴１０５内の所望の
位置に連通するようにして、適宜な貫通孔１０４が上方
に向かって形成されている。

【００６２】前記振動体１６ａは、相互に平行に延在す
る２本の脚部３２ａ、３２ａの一端を胴部３３ａにより
連結されており、弾性素材を、各部の断面がほぼ正方形
とされ全体として略コの字形状とされている。この振動
体１６ａの寸法は前記第１実施例の超音波モータ１４の
振動体１６と同様に適宜設計される。

【００６３】前記振動体１６ａの角部は、脚部３２ａお
よび胴部３３ａに対して４５度の角度をなすようにされ
た取付面３４ａが座となって突設されており、その取付
面３４ａに前記第１実施例の超音波モータ１４と同様の
振動付与手段としての圧電素子１７が図示しない接着剤
等の適宜な接合部材により固着されている。

【００６４】前記振動体１６ａは、各脚部３２ａが遊嵌
状態にて前記本体４４の凹部１０２に装着されるととも
に、使用状態において脚部３２ａの先端面３５ａが本体
４４から突出し、かつ、図において２点鎖線にて示す被
駆動体１８ａと当接可能とされている。そして、被駆動
体１８ａと当接する脚部３２ａの先端面３５ａには、前
記第１実施例の超音波モータ１４と同様に摺動部材８４
が固着されている。

【００６５】前記本体４４のねじ穴１０３には、平板状
の適宜な板ばね１０６の一端が適宜な固定ねじ１０７を
もって固着されている。

【００６６】前記板ばね１０６の長手方向の所望の位置
には、前記第１実施例の進退方向拘束手段２０と同様の
進退方向拘束手段２０ａが固着されており、この進退拘
束手段２０ａ内に適宜なばね１０８を介して付勢ピン１
０９が上下方向に摺動自在にして装着されている。そし
て、付勢ピン１０９は、図において下方の先端に胴部３
３ａの長手方向と直交する方向の略円錐形状の突出部１
１０を有するとともに、図において上方に延在する段状
拡径部１１１とを有している。さらに、付勢ピン１０９
の突出部１１０の先端は、振動体１６ａの胴部３３ａの
上面中央部に形成された所望の凹部３７ａと係合されて
いる。

【００６７】前記板ばね１０６の他端は、前記貫通孔１
０４に上下移動自在に装着された所望のニードルローラ
１１２の一端が当接されている。このニードルローラ１
１２の他端は、前記ねじ穴１０５に装着され、進退自在
とされたた所望の調整ねじ１１３の略円錐形状に形成さ
れた先端部１１３ａに当接されている。

【００６８】前記板ばね１０６、ばね１０８、付勢ピン
１０９、ニードルローラ１１２、調整ねじ１１３により
付勢手段１９ａが形成されている。そして、本体４４の
一側に設けた所望の調整ねじ１１３を進退させることに
より、ニードルローラ１１２を上下動させるとともに板
ばね１０６の一端を上下動させ、ばね１０８を介して付
勢ピン１０９を振動体１６ａに均一に当接させるように
調節自在となっている。

【００６９】また、前記進退方向拘束手段２０ａと付勢
ピン１０９との摺動部の長さは、付勢ピン１０９が摺動
部を支点としたモミスリ運動と称される回転運動を発生
しないで、付勢ピン１０９が上下方向にのみ摺動自在な
長さとされている。その他の構成は前述した第１実施例
の超音波モータ１４と同様である。

【００７０】このような構成により、本実施例は前述し
た第１実施例の超音波モータ１４と同様の効果を奏する
ことができるとともに、超音波モータ１４ａの大きさを
前記第１実施例の超音波モータ１４に比べて小さく、コ
ンパクトにすることができる。さらに、ケース体１５ａ
の側面方向から付勢手段１９ａの調整ねじ１１３を調節
し、付勢ピン１０９の付勢力を最適な状態に調節するこ
とができるので、調節作業の作業性を確実に向上させる
ことができる。

【００７１】図４から図９は本発明に係る超音波モータ
の第３実施例を示すものである。

【００７２】図４は本発明に係る超音波モータの第３実
施例の要部を示す正面縦断面図であり、図５は一部切断
平面図であり、図６は下面図であり、図７は背面図であ
り、図８は左側断面図であり、図９は付勢ピンと振動体
との係合状態を示す説明図である。

【００７３】図４から図８に示すように、本実施例にお
ける超音波モータ１４ｂにおいては、前述した第１実施
例の超音波モータ１４と同様に、ケース体１５ｂ内に振
動体１６ｂと、第１実施例の超音波モータ１４と同様の
振動付与手段１７と、付勢手段１９ｂと、進退方向拘束
手段２０ｂが配設されている。

【００７４】本実施例のケース体１５ｂは、平面略矩形
の本体４４ａと、この本体４４ａを正面および上面の２
方向から覆う肉厚の薄い略Ｌ字形状のカバー４５とから
形成されている。

【００７５】そして、図４に示すように、本体４４ａの
下方には振動体１６ｂおよび振動付与手段１７を内装す
る所望の形状の空間を有する下凹部４６がその開口を正
面に向けるようにして形成されており、本体４４ａの中
央部には適宜な長さの貫通孔４７が形成されている。さ
らに、下凹部４６内の上方の左右に、可撓性を有する適
宜なピン４８，４８が配設されている。また、本体４４
ａの上部には、上面に開口を有する平面略長穴形状の上
凹部４９が形成されるとともに、上凹部４９には前記貫
通孔４７を中心として長手方向に平行でかつ等距離位置
に２つの適宜な有底孔５０がその底を下凹部４６に向け
て形成され、上凹部４９内の有底孔５０と貫通孔４７と
の間には適宜な２本の支軸５１が配設されている。そし
て、前記本体４４ａの長手方向の両側壁の所望の位置に
は、所望の小孔５２，５２が穿設されているとともに、
上部両側と下部中央との所望の位置には取付用の貫通し
たねじ穴５３が設けられている。さらに、本体４４ａの
正面および上面には適宜なねじ穴５４が形成されてお
り、このねじ穴５４を用いて前記カバー４５が適宜なボ
ルト５５により固着されている。

【００７６】前記振動体１６ｂは、相互に平行に延在す
る２本の脚部３２ｂ、３２ｂの一端を胴部３３ｂにより
連結されており、弾性素材を、各部の断面がほぼ正方形
とされ全体として略コの字形状とされている。この振動
体１６ｂの寸法は前記第１実施例の超音波モータ１４の
振動体１６と同様に適宜設計される。

【００７７】前記振動体１６ｂの角部は、脚部３２ｂお
よび胴部３３ｂに対して４５度の角度をなすようにされ
た取付面３４ｂが座となって突設されており、その取付
面３４ｂに前記第１実施例の超音波モータ１４と同様の
振動付与手段としての圧電素子１７が図示しない接着剤
等の適宜な接合部材により固着されている。

【００７８】前記振動体１６ｂは、各脚部３２ｂが遊嵌
状態にて前記本体４４ａの下凹部４６に装着されるとと
もに、使用状態において脚部３２ｂの先端面３５ｂが本
体４４ａから突出し、かつ、図４に２点鎖線にて示す被
駆動体１８ｂと当接可能とされている。そして、被駆動
体１８ｂと当接する脚部３２ｂの先端面３５ｂには、前
記第１実施例の超音波モータ１４と同様に摺動部材８４
が固着されている。

【００７９】一方、本実施例の超音波モータ１４ｂと組
み合わせて用いられる被駆動体１８ｂの表面の超音波モ
ータ１４ｂの振動体１６ｂの各脚部３２ｂが当接する少
なくとも当接面８５ａは、前記第１実施例の超音波モー
タ１４と組み合わされる被駆動体１８と同様にＮｉ−Ｐ
層３６により覆われて形成されている。

【００８０】また、本実施例の超音波モータ１４ｂの振
動体１６ｂの胴部３３ｂの上面中央部には、適宜な係合
部材５６が嵌着等により固定されている。そして、図９
に詳示するように、この係合部材５６の上面中央部に
は、胴部３３ｂの長手方向と直交する方向に適宜な溝５
７が形成されて、断面略凹形状とされている。

【００８１】前記圧電素子１７は、前記第１実施例の超
音波モータ１４と同様に積層型圧電アクチェータ、圧電
セラミックス等が適用され、図示しない電源から印加さ
れる交番電圧により、前記取付面３４ｂと直交する方向
に超音波振動をするようになっている。そして、圧電素
子１７には、図示しない電源と接続される接続部材とし
ての図示しないリード線が前記ピン４８に巻回されたう
えで小孔５２を通して外部に延出されている。なお、前
記小孔５２には、防塵のために図示しない貫通孔を有す
るゴムブッシングを装着し、その貫通孔にリード線を通
すことが望ましい。

【００８２】前記本体４４ａの貫通孔４７には、付勢ピ
ン５９が上下方向に摺動自在にして装着されている。そ
して、付勢ピン５９は図４において下方の先端に胴部３
３ｂの長手方向と直交する方向のナイフエッジ６０を有
するとともに、図４において上方に延在する小径の段状
小径部６１とを有している。さらに、図９に詳示するよ
うに、付勢ピン５９の先端のナイフエッジ６０は、振動
体１６ｂの胴部３３ｂに固定された係合部材５６の溝５
７と係合されている。

【００８３】また、この貫通孔４７と付勢ピン５９との
摺動部の長さは、付勢ピン５９が摺動部を支点としたモ
ミスリ運動と称される回転運動を発生しないで、付勢ピ
ン５９が上下方向にのみ摺動自在な長さとされ、これに
より進退方向拘束手段２０ｂが形成されている。

【００８４】なお、貫通孔４７と付勢ピン５９との摺動
部の間に、前記第１実施例の超音波モータ１４の進退方
向拘束手段２０と同様に、図示しない適宜な長さの摺動
抵抗の少ないリニアブッシュ、ボールスプライン等を介
在させてもよい。

【００８５】前記付勢ピン５９の段状小径部６１の軸端
には、前記各支軸５１に枢着されたアーム６２の先端が
径方向両側から適宜な間隔を隔てて当接されている。

【００８６】前記アーム６２は、先端に段状凹部６３が
形成されており、この段状凹部６３の平行先端部６４が
前記付勢ピン５９の段状小径部６１の軸端と当接するよ
うにされている。そして、アーム６２の後部は前記有底
孔５０の上方に位置するとともに、その後部には六角穴
６６を頭部に有するねじ部材６７が所望の長さの小径の
先端６５を下方に突出させるようにして螺着されてい
る。さらに、ねじ部材６７のワッシャ６８には有底孔５
０に配設されている適宜なばね６９の一端がねじ部材６
７を上方に押し上げるようにして当接されるとともに、
ねじ部材６７の小径の先端６５がばね６９の内径部に内
挿されている。つまり、前記アーム６２は支軸５１を支
点としたてことなって、付勢ピン５９および振動体１６
ｂの各脚部３２ｂの先端面３５ｂを常時被駆動体１８ｂ
に向けて付勢させる。

【００８７】そして、前記付勢ピン５９、各支軸５１に
枢着された両アーム６２、各有底孔５０に配設されたば
ね６９により、いわゆるてこ式の付勢手段１９ｂが構成
されている。

【００８８】なお、前記ねじ部材６７を回転させること
により、アーム６２の一端に加わるばね６９の力を増減
させることができ、付勢ピン５９の付勢力を調節自在と
することができる。

【００８９】また、前記カバー４５のねじ部材６７と対
向する位置には、組立状態でねじ部材６７を回転可能と
するための適宜な窓７０が開設されている。そして、こ
の窓７０には通常状態において図示しないゴムにより製
せられた適宜なグロメットが装着され、ケース体１５ａ
内への塵埃の進入を防止している。

【００９０】このような構成によっても、前述した第１
実施例と同様の効果を奏する。

【００９１】図１０は本発明に係る直動案内装置の第２
実施例を示すものである。

【００９２】図１０に示すように、本実施例の直動案内
装置１００ａは、いわゆるＸ−Ｙステージに用いたもの
であり、本実施例においては、適宜な凹溝７２を有する
平面略矩形の第１の案内部材１０１ａとしての主ガイド
７３の上に、適宜な凹溝７４を有する平面略矩形の第２
の案内部材１０１ｂとしての移動ガイド７５が、両者の
凹溝７２，７４を上方に向け、かつ、相互に直交するよ
うにして移動自在に配置されており、移動ガイド７５の
上には、適宜な移動台７６が移動自在にして載置されて
いる。そして、移動ガイド７５の下部には、図４に示す
前述した超音波モータ１４ｂが図示しない止めねじ等の
締結手段により、主ガイド７３の凹溝７２の一方の側壁
７７と振動体１６ｂの先端面３５ｂの摺動部材８４とが
密着するようにして固着されている。さらに、移動台７
６の下部には、図４に示す前述した超音波モータ１４ｂ
が図示しない止めねじ等の締結手段により、移動ガイド
７５の凹溝７４の一方の側壁７８と振動体１６ｂの先端
面３５ｂの摺動部材８４とが密着するようにして固着さ
れている。

【００９３】また、前記各側壁７７，７８の表面は、前
記Ｎｉ−Ｐ層３６により覆われている。

【００９４】このような、本実施例の直動案内装置１０
０ａにおいては、一方の移動ガイド７５の下部に配置さ
れた超音波モータ１４ｂが主ガイド７３の側壁７７を蹴
ることとなり、移動ガイド７５を図において両矢印Ｙに
て示す方向に走行させ、他方の移動台７６の下部に配置
された超音波モータ１４ｂが移動ガイド７５の側壁７８
を蹴ることとなり、移動台７６を図において両矢印Ｘに
て示す方向に走行させることができる。

【００９５】このような構成により、本実施例は前述し
た第１実施例の直動案内装置１００と同様の効果を奏す
ることができる。

【００９６】図１１は本発明に係る超音波モータの第４
実施例を示すものである。

【００９７】図１１に示すように、本実施例の超音波モ
ータ１４ｃは、ケース体１５ｃの側壁７９の所望位置に
適宜な貫通孔８０が形成されるとともに、貫通孔８０が
形成されている側壁７９の外側に所望のコネクタ８１が
配設されており、このコネクタ８１と、振動体１６ｃに
配置された振動付与手段としての圧電素子１７の図示し
ない電極とが接続部材としてのリード線５８により接続
されている。なお、前記貫通孔８０には、防塵のために
図示しない貫通孔を有するゴムブッシングを装着し、そ
の貫通孔にリード線５８を通すことが望ましい。さら
に、圧電素子１７の電極とリード線５８の接続部を所望
の絶縁樹脂等の封止部材により封止するとよい。

【００９８】このような構成によっても、前述した第１
実施例の超音波モータ１４と同様の効果を奏するととも
に、圧電素子１７に接続されているリード線５８が取扱
い時や使用時に剥がれる等の不具合をより確実に防止す
ることができる。

【００９９】図１２から図１４は本発明に係る超音波モ
ータに冷却手段を設けた実施例の要部を示す正面縦断面
図示である。

【０１００】図１２に示すように、本実施例の超音波モ
ータ１４ｄは、冷却手段として冷却流体を用いる場合を
示しており、ケース体１５ｄの所望位置に、エア等の適
宜な冷却流体の吐出ノズル８２が固着されている。そし
て、冷却流体は、吐出ノズル８２から図において矢印に
て示すように吐出され、ケース体１５ｄ内の圧電素子１
７を冷却するとともに、ケース体１５ｄと振動体１６ｃ
との間隙から図において矢印にて示すように排出される
ようにされている。

【０１０１】このような構成によっても、駆動源として
前述した第１実施例の超音波モータ１４と同様の効果を
奏するとともに、圧電素子１７の発熱による特性変化を
確実に防止することができる。

【０１０２】また、ケース体１５ｄと振動体１６ｄとの
間隙から排出される冷却流体により、図示しない被駆動
体の表面に付着している塵埃等の異物を除去することが
でき、精密な制御が可能となる。

【０１０３】図１３に示すように、本実施例の超音波モ
ータ１４ｅは、冷却手段として圧電素子自身の放熱面積
を増加する場合を示しており、ケース体１５ｅ内の所望
位置に配設された振動体１６ｅの所定位置に固着された
本実施例の圧電素子１７ａは、円筒形状あるいは中空四
角形状等の中空体とされている。

【０１０４】このような構成によっても、前述した第１
実施例の超音波モータ１４と同様の効果を奏するととも
に、圧電素子１７ａの発熱による特性変化を確実に防止
することができる。

【０１０５】なお、圧電素子１７ａの中空部に図示しな
い熱伝導率の高い樹脂等を充填したり、あるいは圧電素
子１７ａの外周部を熱伝導率の高い樹脂等により覆って
もよい。また、圧電素子１７ａの電極板を大きくするな
どしてもよく、特に、本実施例に限定されるものではな
い。

【０１０６】図１４に示すように、本実施例の超音波モ
ータ１４ｆは、冷却手段として放熱フィンを用いる場合
を示しており、ケース体１５ｆおよびケース体１５ｆ内
の所望位置に配設された振動体１６ｆの所定位置に固着
された圧電素子１７の外周部に、それぞれ適宜な放熱フ
ィン８３ａ，８３ｂを設けたものである。

【０１０７】このような構成によっても、前述した第１
実施例の超音波モータ１４と同様の効果を奏するととも
に、圧電素子１７の発熱による特性変化を確実に防止す
ることができる。

【０１０８】また、ケース体１５ｆに設ける放熱フィン
８３ａは、ケース体１５ｆと一体であっても別体であっ
てもよい。そして、ケース体１５ｆに設ける放熱フィン
８３ａは、取付基準面を除く全ての部位に設けることが
好ましい。

【０１０９】なお、前述した各種の放熱手段は、それぞ
れ単独で用いるばかりでなく、各種の放熱手段を組み合
わせて用いてもよい。

【０１１０】また、本発明は、前記実施例に限定される
ものではなく、必要に応じて変更することができる。

【０１１１】

【発明の効果】以上説明したように本発明の超音波モー
タによれば、構成部品点数を少なくした状態でケース体
内に内装してユニット化できるとともに、振動体の姿勢
を被駆動体に対して常に一定に保持することができるの
で、駆動効率を向上させ、長期間に亘り安定した機能を
保持することができるという極めて優れた効果を奏す
る。そして、ケース体内に構成部品を内装することによ
り、商品としての汎用性が確実に向上し、しかもメンテ
ナンスの利便性が向上するという極めて優れた効果も奏
する。さらに、本発明の直動案内装置によれば、長期間
に亘り安定した機能を確実に保持することができるとと
もに、全体として小形で、取扱性が容易でかつメンテナ
ンスの利便性が向上するという極めて優れた効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る超音波モータの第１実施例の要部
を示す縦断面図

【図２】本発明に係る直動案内装置の第１実施例の要部
を示す斜視図

【図３】本発明に係る超音波モータの第２実施例の要部
を示す正面縦断面図

【図４】本発明に係る超音波モータの第３実施例の要部
を示す正面縦断面図

【図５】図４の一部切断平面図

【図６】図４の下面図

【図７】図４の背面図

【図８】図４の左側断面図

【図９】図４の付勢ピンと振動体との係合状態を示す説
明図

【図１０】本発明に係る直動案内装置の第２実施例を示
す図２と同様の図

【図１１】本発明に係る超音波モータの第４実施例の要
部を示す正面縦断面図

【図１２】本発明に係る超音波モータに冷却手段を設け
た実施例の要部を示す正面縦断面図

【図１３】本発明に係る超音波モータに冷却手段を設け
た他の実施例の要部を示す正面縦断面図

【図１４】本発明に係る超音波モータに冷却手段を設け
たさらに他の実施例の要部を示す正面縦断面図

【図１５】従来の超音波モータの要部を示す正面図

【図１６】図１５の側面図

【符号の説明】

１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ、１４ｆ 超
音波モータ １５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ、１５ｆ ケ
ース体 １６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅ、１６ｆ 振
動体 １７、１７ａ 圧電素子（振動付与手段） １８、１８ａ、１８ｂ 被駆動体 １９、１９ａ、１９ｂ 付勢手段 ２０、２０ａ、２０ｂ 進退方向拘束手段 ３６ Ｎｉ−Ｐ層 ３９ 付勢ピン ４０ ばね ４１ ボール ４３、４６ 移動台 ５８ リード線（配線部材） ５９ 付勢ピン ６２ アーム ６９ ばね ８１ コネクタ ８２ 吐出ノズル ８３ａ、８３ｂ 放熱フィン ８４ 摺動部材 １００、１００ａ 直動案内装置 １０１、１０１ａ、１０１ｂ 案内部材 １０６ 板ばね １０９ 付勢ピン １１２ ニードルローラ １１３ 調整ねじ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高橋 吉重 東京都大田区雪谷大塚町１番７号 アル プス電気株式会社内 (72)発明者 白井 武樹 東京都品川区上大崎３丁目６番４号 テ イエチケー株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−135279（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−283072（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−190577（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−68192（ＪＰ，Ｕ) 実開 平５−41399（ＪＰ，Ｕ) 実開 平３−17602（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H02N 2/00 G05D 3/00

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被駆動体に当接される少なくとも２本の
   平行な脚部およびこれらの脚部を連結する胴部とから成
   る振動体と、前記振動体に固着され前記振動体を振動さ
   せる振動付与手段と、前記振動体を所定の方向に付勢す
   る付勢手段と、前記振動体の脚部のみを突出自在とさせ
   かつ前記振動体および振動付与手段ならびに付勢手段を
   内装せしめるケース体とを有することを特徴とする超音
   波モータ。
2. 【請求項２】 前記振動体を所定の方向にのみ進退自在
   とせしめる進退方向拘束手段を有することを特徴とする
   請求項１に記載の超音波モータ。
3. 【請求項３】 前記振動体の脚部の先端面または前記被
   駆動体の前記振動体との当接面の少なくとも一方を、Ｎ
   ｉ−Ｐからなる被覆層により覆ってなることを特徴とす
   る請求項１または請求項２に記載の超音波モータ。
4. 【請求項４】 前記ケース体にコネクタを配置し、該コ
   ネクタと少なくとも前記振動付与手段とを配線部材によ
   り接続することを特徴とする請求項１または請求項２に
   記載の超音波モータ。
5. 【請求項５】 冷却手段を設けたことを特徴とする請求
   項１または請求項２に記載の超音波モータ。
6. 【請求項６】 前記冷却手段は、前記ケース体内に冷却
   流体を導入自在に形成されていることを特徴とする請求
   項５に記載の超音波モータ。
7. 【請求項７】 前記冷却手段は、放熱フィンにより形成
   されていることを特徴とする請求項５に記載の超音波モ
   ータ。
8. 【請求項８】 請求項１乃至請求項７のいずれか１項に
   記載の超音波モータを案内部材に配置された移動台に固
   着し、前記超音波モータの駆動力をもって前記移動台を
   案内部材に沿って移動自在とすることを特徴とする直動
   案内装置。