JPH01270775A - リニア超音波モータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野１ 本発明は、リニア超音波モータに間するものである。

［従来技術１ 従来の特開昭６０−６２８８１号公報等に記載されるリ
ニア超音波モータは、圧電駆動の辷りモード振動子を用
いてレールを励振させることによりレールに弾性進行波
を連続走行させ、該レールと接触する移動子を前記弾性
進行波に起因する摺動面における各質点の略楕円運動に
より移動させていた。

［発明が解決しようとする課題１ しかしながら、このような進行波を用いた駆動は、定在
波を用いた駆動に比べ、高効率、大出力化が難しいとい
う問題点がある。

また、レールを励振しているので、移動子の可動範囲を
大きくするためにレールを長くするとレールでの損失が
大きくなり、そのためレールを長くすることができなか
った。

本発明は、上述した問題点を解決するためになされたも
のであり、高効率、大出力化が可能な定在波型リニア超
音波モータを提供することを目的としている。更に本発
明は、移動子の移動可能範囲を艮くすることを目的とす
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発明のリニア超音波モータ
は、固定部材と移動子を有し、該移動子は、振動体を有
し、該振動体の振動面を少なくともその法線方向に対し
振動させる第１励振体と、前記第１ｒＩＩｉ振体による
振動と異なる方向に前記振動面を振動させる第２＠振体
とを設けたことを特徴としている。

また、上記目的を達成するための他の装置として、本発
明のリニア超音波モータは、固定部材と移動子を有し、
前記移動子は、平板形状を有する振動体を有し、該振動
体の振動面を少なくともその法線方向に振動させる励振
体と、一端が該励振体に固定され、且つ他端が前記振動
面の法線と鋭角をなす方向に傾斜して延びる弾性を有し
た傾斜梁とを有することを特徴とする。

［作用１ 上記前者の構成を有す本発明のリニア超音波モータにお
いて、第１１！Ｉ！ｌ振体及び第２励振体は振動面を同
−周波数且つ異なる位相で異なる方向に振動させ゛る。

従って、この振動面は定在波により略楕円振動をする。

このため振動体と固定部材との間に所定の駆動力が生じ
る。

また、上記後者の構成を有す本発明のリニア超音波モー
タは、廂振体によって振動体の振動面が所定方向に振動
するとともに、傾斜梁はその振動の方向を変換し、振動
体にせん断振動を励振することによって定在波としての
略楕円振動を発生する。この略楕円振動を用いて移動子
と固定部材との間に駆動力を生じさせる。

そのためこれらの移動子は、固定部材に対し相対的に移
動する。

［実施例］ 以下に本発明を具体化した第１の実施例を第１図乃至第
３図を参照して説明する。

この実施例のリニア超音波モータ１０における移動子１
１を、第１図及び第２図を参照して説明する。第２図に
おける矢印Ａの方向に振動可能な第１′ＩＩＪ４Ｉｔ体
に対応する厚さモードの圧電素子（以下第１圧電素子と
称す）１２の上面及１下面には、第２図における矢印Ｂ
の方向に振動可能な第２励振体に対応するすべりモード
の棒状の圧電素子（以下第２千電素子と称す）１３ａ乃
至１３ｄが並んで配置されでいる。これらの第１圧電素
子１２及びｖｉ２圧電素子１３ａ乃至１３ｄの各上下面
９ａ及び９ｂには、図示しない電極が互いに絶縁されて
配置されでいる。第１及び第２の圧電素子を上下方向か
ら挟むように一対の振動体１４ｍ、１４ｂが配置される
。これらの部材を振動体１４ａ、１４ｂ及び第１圧電素
子１２に設けた貫通孔を介してボルト１５及びナツト１
６で固定する。この移動子１１の上下に設けられた前記
振動体１４ａ、１４ｂの翼部には、固定部材に対応する
レール１７ａ、１７ｂが摺動可能に挟まれている。前記
振動体１４ｍ、１４ｂにおけるこの摺動面は振動面に対
応している。尚、第１図では便宜的にレール１７ａ。

１７ｂを翼部よりはずした状態を示している。

以上のように構成されたリニア超音波モータ１０の作用
を以下に説明する。

前記移動子１１．の前記第１圧電索子１２の上下面に取
付けられた図示しない電極に交流電圧を印加すると、前
記振動体１４ａ、１４ｂのＢ部には、第２図における矢
印Ａの方向に曲げ振動する定在波が発生する。また第２
圧電素子１３ａ乃至１３ｄの図示しない電極に交流電圧
を印加すると、前記振動体１４ａ、１４ｂの翼部には、
第２図における矢印Ｂの方向のせん断振動の定在波が発
生する。

第３図にこのせん断振動の定在波における最大変位時の
前記振動体１４ａの形状を示すもので、定常時において
実線で示す形状の振動体１４ａが、最大変位時には破線
で示す形状に変形する。第２圧電素子１３ａ乃至１３ｄ
の各電極に所定の周波数を有する交流電圧を印加し、前
記振動体１４ａ、１４ｂを共振させることにより、前記
矢印Ａ及び矢印Ｂの方向の各振動が合成され略楕円振動
となる。

従って、前記振動体１４ａ、１４ｂと該振動体１４ａ、
１４ｂに挿まれたレール１７ｍ、１７ｂとの闇に所定方
向の駆動力が生じる。この駆動力により移動子１１がレ
ール１７ａ、１７ｂに対し相対的に移動する。

また本実施例では、略楕円振動を二方向に分けて励振し
ているため、その位相を変えることが容易であり、その
ため移動子１１の移動方向を自由に変更できる。

次に本発明の第２の実施例を第４図乃至！１４７図を参
照して説明する。

励振手段に対応する厚さモードの圧電素子３２の第４図
及びｔｌＳ５図における上下面には図示しない電極が設
けられている。更にこの上下面には結合子３３ｍ、３３
ｂが取付けられている。この結合子３３ａ、３３ｂは第
５図に示すように結合板３４ａ、３４ｂの振動面に対応
する一方の面にその法線方向と鋭角となる一定の角度で
、所定の方向に傾斜した多数の傾斜梁３５ｍ、３５ｂを
備えたものである。この傾斜梁３５ａ、３５ｂは僅かな
弾性を有している。この結合板３４ａ、３４ｂはその傾
斜梁３５ｍ、３５ｂの設けられていない面において前記
圧電素子３２に取付けられる。このとき各結合子３３ａ
、３３ｂにおける各傾斜梁３５ａ、３５ｂの傾斜する方
向がＰＪ５図中の矢印Ｂの方向に対し同一の向きとなる
ようにする。これらの結合子３３ａ。

３３ｂを上下方向より挟むように振動体３６ａ、３６ｂ
が取付けられている。以上の部材は、各部材の中央部に
設けられた貫通孔を通しでボルト３７及びナツト３８で
固定されている。このとき傾斜梁３５ａ、３５ｂは、振
動体３６ｍ、３６ｂに付勢された状態となっている。

以上の各部材により移動子３１が構成される。

前記振動体３６ａ、３６ｂの翼部４０ａ乃至４１ｂにお
ける対向する各翼部の間には、固定部材に対応するレー
ル３９ａ、３９ｂが各翼部４０ａ乃至４１ｂと摺動可能
に取付けられている。

以上のように構成された本実施例の作用を説明する。圧
電素子３２の電極に所定の周波数の交流電圧を印加する
と、前記圧電素子３２の上下面はその法線方向に対し振
動する。このときの圧電素子３２の上部に設けられた結
合子３３ａ及び振動体３６ｍの状態をＰｐＪＧ図に示す
。第６図の２点鎖線部はそれらの部材の定常状態を示し
ている。前記電極に所定の方向の電圧を印加すると、圧
電素子３２の上面が定常状態より上方向に移動する。

すると第６図の（＆）に示すように傾斜梁３５ａは振動
体３６ａを押上げる。このとき傾斜梁３５ａは弾性を有
し且つ振動体３６ｍに下方に付勢された状態であるので
、第６図の（ａ）に示すように傾斜梁３５ａはその傾斜
方向に撓む、従って振動体３６ａ上の各質点は＠６図の
（、）中に示す矢印Ｃの方向に移動する。所定の時間が
経過し印加される電圧の正負が逆転すると、電圧素子３
２の上面が下降した状態となる。このとき傾斜梁３５ａ
は第６図の（ｂ）に示すように撓んだ状態のまま下降し
てゆき、その後第６図の（ｃ）に示すように傾斜梁３５
ａが延びる。従って振動板３６ａ上の各質点け、前述の
ように矢印Ｃの方向に移動した後、第６図の（ｂ）に示
す矢印りの方向に移動し、更に第６図の（ｃ）に示す矢
印Ｅの方向に移動する６次に再び前記圧電素子３２に印
加される電圧の正負が逆転し、圧電素子３２の表面が再
び上昇する。

この時の作用は、先に第６図の（ａ）を参照して説明し
たものと路間−のものであり、第６図の（ｄ）に示す矢
印Ｆのように振動板３６ａ上の各質点が移動し、前述し
た第６図の（ａ）と同一状態となる。

従って前記圧電素子３２の振動に従って、前記振動体３
６ａ上の各質点は以後矢印り乃至矢印Ｆを介せた閉ルー
ルを描いて振動する。この振動によって振動体３６ａ及
び３６ｂに定在波が発生し、その結果、該翼部４０ａ及
び４１ａにおいて略楕円振動となる。この略楕円振動に
より、前記振動板３６ｍとその翼部にて接触するレール
３９ｍ、３９ｂとの間に駆動力が生じる。下側の振動板
３６ｂについても同様のことがいえる。　このようにし
て生じた振動体３Ｇｈ及び３６ｂの定在波の振動により
、移動子３１とレール３９ａ、３９ｂとが相対的に移動
する。

［発明の効果］ 以上詳述したように本発明のリニア超音波モータは、定
在波を用いて駆動を行っているため、高効率且つ大出力
を得ることができる。

更に移動子を励振しているため、固定部材での振動の損
失の問題がなく、そのため移動子の可動範囲を長くする
ことがで訃る。

また、せん断振動を利用することは、曲げ振動を利用す
るのと比べ、振動体の大きさが同一の場合、周波数を格
段に低くすることができ、そのためたて振動とのマツチ
ングをとりやすい。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第７図は本発明の実施例を示すもので、第１
図は第１の実施例の超音波モータの斜視図、第２図はそ
の超音波モータの分解斜視図、第３図は振動体の進行方
向に対しての振動の状態を示す図、第４図は第２の実施
例のリニア超音波モータの斜視図、第５図はそのリニア
超音波モータの分解斜視図、第６図は傾斜梁の作用を示
す図、第７図は傾斜梁の変形例を示す図である。 図中、１１は移動子、１２は第１圧電素子、１３ａ乃至
１３ｄは第２圧電素子、１４ａは振動体、１７ａ及び１
７ｂはレール、３２は圧１！素子、３４ｍ及び３４ｂは
結合板、３５ａ及び３５ｂは傾斜梁、３９ａ及び３９ｂ
はレールである。 特許出願人　　ブラザー工業株式会社 取締役社民　河鳴勝二 第１図 １ｊＣｌｊｏ　　　　　　　　　　　　　　　　＼第２
図 荊３図 Ｂ 第４図 貴５図 ［Ｆ］へ３８ 消７図 （ｂ）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. １．固定部材と、 該固定部材と接触し、所定の方向に移動可能な移動子と
   を有し、 該移動子と前記固定部材との接触部分に略楕円振動を発
   生させ、 該略楕円振動により移動子を前記固定部材に対して相対
   的に移動させるリニア超音波モータにおいて、 前記移動子は、 振動体と、 該振動体を、固定部材と接触する振動面の法線方向に対
   したて又は曲げ振動させる第１励振体と、前記振動体を
   前記第１励振体による振動と異なる方向にせん断振動さ
   せる第２励振体とを有することを特徴とするリニア超音
   波モータ。
2. ２．固定部材と、 該固定部材と接触し、所定の方向に移動可能な移動子と
   を有し、 該移動子と前記固定部材との接触部分に略楕円振動を発
   生させ、 該略楕円振動により移動子を前記固定部材に対して相対
   的に移動させるリニア超音波モータにおいて、 前記移動子は、 振動体と、該振動体を固定部材と接触する振動面の法線
   方向にたて又は曲げ振動させる励振体と、一端が前記励
   振体に固定され、且つ他端が振動体の振動面の法線と鋭
   角をなす方向に傾斜して延びる弾性を有した傾斜梁とを
   有することを特徴とするリニア超音波モータ。