JP3002890B2 - リニア超音波モータ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は，電子機器等に用いられる小型モータに関
し，特に構造が簡単なリニア型超音波モータに関するも
のである。

［従来の技術］ リニア超音波モータは従来の電磁モータと比較して，
機構が簡単であること，停止保持力を有すること。電磁
ノイズが小さいこと等の利点を有している。

第４図は従来例に係るリニア超音波モータの概略的構
造を示す図であり，長さ方向に伸縮する圧電素子51,52,
53を振幅拡大機能を有する金属枠からなる移動子54にＨ
型に配置している。移動子54は４本の脚部45,46,47,48
を有し，この４本の脚部がステータベース49に設けられ
たガイド溝50に沿って移動可能となっている。次に，第
４図に示した従来のリニア型超音波モータの動作につい
て，第５図〜を用いて説明する。尚，第５図におい
ては全て，動作原理の説明であるため，移動子54の脚部
を省略し，圧電素子51,52,53のみが記載されている。

圧電素子51に電圧が印加されると圧電素子51の長さが
矢印のように，ステータのガイド溝50にきつく固定され
る。

この状態で圧電素子52に電圧が印加されると圧電素子
52の長さが進行方向（矢印）に伸びる。

さらに圧電素子53に電圧が印加されると圧電素子53の
長さが伸び，ステータのガイド溝50にきつく固定され
る。

圧電素子51の電圧が除去されると圧電素子51の長さが
縮み，ステータのガイド溝50に対してゆるくなる。

圧電素子52の電圧が除去されると圧電素子52の長さが
縮み，進行方向に移動する。

以下，にもどると同時に圧電素子53の電圧が除去さ
れ，からまでを繰り返すことにより移動子54は図の
右方に移動する。また，圧電素子51と圧電素子53の印加
電圧を切り替えることにより，移動方向を逆転させるこ
とができる。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら，上述の従来のリニア型超音波モータに
おいては，拡大機構を兼ねた金属枠からなる移動子の構
造が複雑である上に，ステータのガイド溝50に対するク
リアランス（隙間）精度を厳しく管理する必要があり，
調整が非常に困難であった。さらに動作原理で説明した
ように，駆動電圧として圧電素子51,圧電素子52,圧電素
子53それぞれに時間的に異なる電圧を印加する必要があ
り，駆動回路が複雑になると云う欠点があった。

そこで，本発明の技術課題は，構造を簡単にし，且つ
駆動回路の簡単なリニア超音波モータを提供することに
ある。

［課題を解決するための手段］ 本発明によれば，伸縮運動する圧電素子の一方の端部
を固定ベースに固定し，他方の端部に摩擦部材を装着
し，前記伸縮運動方向と平行な方向に移動可能な移動子
を前記摩擦部材に圧接し，前記圧電素子への印加電圧
を、前記伸縮運動において、往と復との運動速度の大き
さが異なるような鋸歯状としたことを特徴とするリニア
超音波モータが得られる。

さらに本発明によれば，伸縮運動する圧電素子の一方
の端部を固定ベースに固定し，他方の端部に摩擦部材を
装着し，前記伸縮運動方向と平行な方向に移動可能な移
動子を前記摩擦部材に圧接し，前記圧電素子への印加電
圧の立上りを時間の二乗に比例して上昇させ，立下りを
急激に減少させるかあるいは印加電圧の立上りを急激に
上昇させ，立下りを時間の二乗に比例して減少させたこ
とを特徴とするリニア超音波モータが得られる。

［作 用］ 本発明の超音波モータは，往復運動するステータに移
動子を圧接し，往復運動の往と復の速度を大きく異なら
せ，静摩擦係数と動摩擦係数の差による摩擦力の差を利
用して移動子を移動させることを基本原理としている。

［実施例］ 本発明の実施例を図面第１図〜第３図を参照して説明
する。

第１図は本発明の実施例に係るリニア超音波モータの
構成を示す斜視図である。第１図において，伸縮運動を
する圧電素子１はその一方の端部を固定ベース２に固定
し，もう一方の端部に摩擦部材３が圧電素子の幅よりは
み出すように，装着されている。圧電素子１が伸縮運動
すると，摩擦部材３が伸縮運動する。摩擦部材３には圧
電素子１の伸縮方向と平行に移動可能に構成された移動
子４が圧接されている。

第２図（ａ）及び（ｂ）は圧電素子１に印加する電圧
の波形の例を夫々示しており，（ａ）電圧が徐々に上昇
し，急激に下がるか，あるいは（ｂ）急激に上昇し徐々
に下がる何れか一方の鋸歯状をしている。即ち，摩擦部
材３の速度は圧電素子１の先端の移動速度であり，これ
は圧電素子１に対する印加電圧の変化率すなわち電圧波
形の傾きに比例する。

従って，電圧の変化が緩やかな場合は速度が遅くな
り，電圧の変化が急激な場合は速度が速くなる。一般に
静摩擦係数は動摩擦係数に比べて大きいため，速度が速
く移動子が摩擦部材の上をすべる時は摩擦係数が小さく
なる。従って，第２図（ａ）に示したように印加電圧の
立上りを調節し圧電素子１が伸びるときの速度を静摩擦
力が得られる速度とし，印加電圧の立下りは動摩擦力が
得られるように急激に減少させると，圧電素子１が伸び
るときの方が縮むときより摩擦力が大きくなるため，移
動子４は圧電素子１が伸びる方向に移動する。一方，こ
れとは逆に第２図（ｂ）に示したような鋸歯状の電圧を
印加した場合は圧電素子１が縮むときの方が伸びるとき
より摩擦力が大きくなるため，移動子４は圧電素子１が
縮む方向に移動する。

第３図は本発明の圧電素子１の印加電圧波形の他の例
を示す図であり，第３図（ａ）は前記圧電素子１への印
加電圧の立上りを時間の二乗に比例して上昇させ，立下
りを急激に減少させる場合であり，第３図（ｂ）は印加
電圧の立上りを急激に上昇させ，立下りを時間の二乗に
比例して減少させた場合である。第３図（ａ）に示した
立上り特性の電圧を印加した場合，変位量が時間の二乗
に比例して増加し，速度は時間に比例して増加する。

従って加速度が時間に対して一定となり，摩擦部材の
加速度をαとし，移動子の質量に対してＭ×αの値が摩
擦力より小さくなるような加速度αとすることにより，
移動子は摩擦部材と一緒に移動することになる。前述の
単純な鋸歯状波の場合に比べて，大きな平均速度が得ら
れる。

尚，第２図（ａ）及び（ｂ）に示した印加電圧波形
は，単純な形状であるので矩形波を用いて簡単な回路で
容易に得ることができる。一方，第３図（ａ）及び
（ｂ）に示した印加電圧波形についても近似的な波形を
得ることは容易であり，特に高速の移動に対して従来の
第４図のものより有利になる。

［発明の効果］ 以上説明したように，本発明のリニア超音波モータに
おいては，駆動力を発生するための圧電素子は単に伸縮
運動をするだけで良く，移動子のガイドも摩擦部材との
接触を安定に行うように考えれば良いため，構造的に単
純となる。さらに，駆動回路も一個の圧電素子を駆動す
るだけで良く，電圧波形も単純な形をしているため簡単
になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のリニア超音波モータの構造を示す斜視
図，第２図（ａ）及び（ｂ）は本発明の実施例のリニア
超音波モータの印加電圧波形の例を示す図，第３図
（ａ）及び（ｂ）は本発明のリニア超音波モータの印加
電圧波形の他の例を示す図，第４図は従来例に係るリニ
ア超音波モータの構造を示す斜視図，第５図，，
，，は第４図のリニア超音波モータの動作原理の
説明に供する図である。 図中,1……圧電素子,2……固定ベース,3……摩擦部材,4
……移動子,45,46,47,48……移動子脚部,49……ステー
タベース,50……ステータのガイド溝,51,52,53……圧電
素子,54……移動子。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭54−34010（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−73582（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−176471（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−294281（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02N 2/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】伸縮運動する圧電素子の一方の端部を固定
   ベースに固定し、他方の端部に摩擦部材を装着し、前記
   伸縮運動方向に沿う方向に移動可能な移動子を前記摩擦
   部材に圧接し、前記圧電素子への印加電圧を、前記伸縮
   運動において、往と復との運動速度の大きさが異なるよ
   うな鋸歯状としたことを特徴とするリニア超音波モー
   タ。
2. 【請求項２】請求項１記載のリニア超音波モータにおい
   て、前記圧電素子への印加電圧の立上りを時間の二乗に
   比例して上昇させ、立下りを急激に減少させるかあるい
   は印加電圧の立上りを急激に上昇させ、立下りを時間の
   二乗に比例して減少させたことを特徴とするリニア超音
   波モータ。