JPH03143278A - 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］ 本発明は、リニア超音波モータに関し、特にリニア超音
波モータのレールの防振方法に関するものである。

［従来技術］ 従来提案されているリニア超音波モータにおいては、ガ
イド用のレールが超音波振動子の振動を受けて振動し、
騒音の発生やモータ駆動効率の低下等の問題があった。

その対策として、例えば特開昭６１−２２４８８４号公
報に見られる上うに防振材を用いて発生した不要振動を
抑制する方法等がとられていた。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上述した構成では場合によってはレール
の不要振動の抑制が十分に図れないという問題があった
。

例えば防振材を用いる方法においては、抑制の効果が比
較的広い周波数帯域に亘って得られる反面、周波数の小
さい振動など特定周波数の振動については抑制効果が低
いという問題があった。

［発明の目的１ 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、確実にレールの機械的振動を抑制できるよう
にする事をその目的としている。

「課題を解決するための手段］ この目的を遠戚するために本発明のリニア超音波モータ
は、略直交する少なくとも２方向の定在波が励振される
超音波振動子と、該超音波振動子に当＃：されたレール
とを具備し、該超音波振動子とレールとが相対運動を行
なう定在波型リニア超音波モータにおいて、前記レール
の−・部に取り付けられ、機械的振動及び電気的振動の
エネルギ変換を行なう電気機械変換素子と、前記電気機
械変換素子に接続され、該電気機械変換素子と共に閉回
路を構成するインピーダンス素子とを備え、かつ該イン
ピーダンス素子の抵抗成分は実現しうる内で十分小さい
という構成をとっている。

［作用］ 上記の構成を右する本発明のリニア超音波モータにおい
ては、レールに取り付けられた電気機械変換素子が該レ
ールの機械的振動に伴って変形し、機械振動と同一周波
数の電気的出力を発生しようとすると、次のように振舞
う。

電気機械変換素子の静電容量及びインピーダンス素子が
構成する並列回路は、その反共振周波数がレールに発生
する機械的振動の周波数に略一致されているから、該電
気機械変換素子の出力端には電流が流れない。該電気機
械変換素子の変形量は、該出力端の電流に比例するもの
であるから、電気機械変換素子の変形が禁止され、その
結果前記レールの機械的振動は抑制される。

［実施例］ 以下、本発明を具体化した一実施例を図面を参照して説
明する。

本発明に用いられる圧電アクチュエータは、例えば特願
平１−４６８６６９の願書に添付した明細書及び図面に
より提案されているような機械共振器を含んだ超音波振
！ｇＩＴ−を用いる。

以下にその構成の一例を第１図を参照しつつ説明する。

超音波振動子１１は、矩形平板形状を有する弾性体２１
の上面に、該弾性体２１に曲げ振動を励振するための第
１圧電体２２が着設されている。

該弾性体２１において、前記着設面と略直交する側面に
は、該弾性体２１に縦振動を励振するための第２圧電体
２３ａ及び２３Ｉ〕が着設されている。

前記弾性体２１の長手方向中心は、該弾性体２１を固定
するための固定ポル）　２４ａ　及ヒ２４＋］により固
定されている。該固定ポル）２４ａ及び２４Ｉ）の他の
一端は、基台２５ａ及び２５］〕に固定されている。

前記第１圧電体２２の上面には、電極２６が着設されて
いる。また、前記Ｐｔ５２圧電体２３ａ及び２３１＋の
上面には電極２７ａ及び２７Ｉ〕が着設されている。ま
た、前記弾性体２１自身は、アース電極を兼ねており、
該弾性体は前記固定ボルト２４ａ及び２４ｂを介して基
台２Ｓａ及び２５１）に接地されている。

一 更に該弾性体２１は、その厚さ方向に所定の周波数ｆに
おいて両端自由Ｉ４２次モードで曲げ振動し、且つ同一
の周波数ｒにより良さ方向に両端自由端１次モードで縦
振動するように形状寸法を調節されている。

一般に、弾性体中を伝播する縦振動の共振周波数は、該
弾性体の長さに依存する。また弾性体の厚さ方向の曲げ
振動の共振周波数は、前記長さ及び厚さに依存する。従
って、前述のような弾性体２１を設計する事は容易であ
るので、その詳細は省く。

以上のようにｍ或された超音波振動子１１の作用を以下
に説明する。

まず、第１圧電体２２に周波数ｆの交流電圧を印加して
振動させると、前記弾性体２１は曲げ振動２次モードで
共振し定在波が励起される。

次に第２圧電体２３ａ及び２３Ｉ）に周波数ｆの交流電
圧を印加して振動させると、前記弾性体２１は縦振動１
次モードで振動し定在波が励起される。つまり前記固定
ボルト２４ａ及び２４ｂで固定される位置は各定在波の
節となっている。

このとき、前記第１圧電体２２と第２圧電体２３ａ及び
２３ｂに印加する電圧の振幅及び位相を調節すると、前
記弾性体２１には任意の形状の略楕円振動を発生する事
が可能となる。

尚、上記実施例では縦振動１次モードと曲げ振動２次モ
ードを励振し、その合成により略楕円振動を発生する超
音波振動子について説明したが、これに限定されるもの
ではなく、縦振動、曲げ振動、せん断振動、ｈじり振動
など、種々の振動モードの組み合わせの利用が考えられ
、また高次モードを利用しても良い。

上述の超音波振動子１１を好適に利用したリニア超音波
モータの構成を第２図に基づき説明する。

同図において、第１図と同じ符号のイ１された各部材は
、前記詳述した各構成部材と同一である事を意味してい
る。

リニア′ｊｆ３．宵波モータ３１においては、前記超音
波振動子１１の縦振動に関して最大振幅を与える端部に
は、駆動部３２が形成され、支持部材３３によりレール
３４に圧着された構成をとっている。

該圧着力を与えるための圧着機構は、前記レール３４と
前記支持部材３３との間に配置されローラベアリング３
５により支持された第１の〃イド３６と、コイルバネ３
７及びバネガイド３８、バネおさえ３つより構ｅ、され
ている。これは該バネガイド３８に付けられたスクリュ
ーミゾにそってバネおさえ３つを回転させ、直配コイル
バネ３７の長さを変化させ、前記圧着力を調節するもの
である。

一方、前記支持部材３３には、該リニア超音波モータ３
１の横ずれを防止するための第２のがイド４０がボルト
４１により固定されている。該レールガイドはローラベ
アリング４２でレール３４を保持するという構成をとっ
ている。

さらに、該リニア超音波モータ３１は、ヨーイングを防
止するための第１の支持材４３及びローリングを防止す
るための第２の支持材４４が形成されている。

以上のように構成したリニア超音波モータ３１゜に交流
電気信５°を印加すると、ｎｉｆ記駆動部３２に略楕円
振動が発生し、前記レール３４との摩擦力に起因する駆
動力を受け、同図中矢印Ｂの方向へ移動する。

」二連のリニア超音波モータに本発明を適用した一実施
例を第３図及び第４図に示す。同図において第１図及び
第２図と同じ符３の付された各部材は、前記詳述した各
構成部材と同一である事を意味している。

レール３４は、その両端を基台５１．ａ及び５１１〕に
固定されている。該レール３４には、圧電素子５２が接
着されており、該圧電素子５２の両面には電極５３ａ及
び５３Ｌが箔膜されている。該電極５３　ａ及び５３１
〕は可変コイル５４により接続されている。圧電素Ｔ−
５２は、ジルコン、チタン酸鉛（ＰＺＴ）等からなるも
ので、一方可変コイル５４は、コアの出入等の調整によ
りそのインピーダンスを変更する可変機構を備えたコイ
ルである。

Ｉｓ　５図は前記圧電素子５２及び可変コイル５４− の電気的等価回路を示している。圧電素子５２は、機械
コンプライアンス６１、力係数６２及びｆＷ電容量６３
により表わされる。静電容量６３及びコイル５４が構成
する並列回路６４の反共振周波数ｆαは次式に上り９．
えられる。

ミニでＬは可変コイル５４のインダクタンス、Ｃは静電
容量６３である。

上述の回路においては、レール３４の振動を受は前記圧
電素子５２が該レール３４の機械的振動と同一周波数の
電圧電力を発生する。圧電素７−５２のもつ静電容量６
３及び外部に取り付けられたコイル５４が構成する並列
回路６４は、その反共振周波数がレール３４の機械的振
動の周波数に一致されでいるから、都電容量６３に流れ
る電流は力係数６２の電圧出力の変化に対して位相が９
０°進んだ電流となり、一方、可変コイル５４に流れる
電流は力係数６２の電圧出力の変化に対して位相が９０
’遅れた電流となる。

これら２つの素子間でエネルギの授受が行なわれるのみ
であるため、力係数６２においては電流が流れない。即
ち、力係数６２は機械的振動に伴なって電圧出力を発生
しても、電流が流れないから、機械振動振幅を電流出力
に変換できない。

換言すれば、このとき圧電素子５２は変形が禁止され、
レール３４の機械的振動は抑制される。

更に、該レール３４に広い周波数にわたり不要振動が発
生する場合は、上述の圧電素子とコイルの防振装置を複
数個用い、各々異なる周波数において振動を抑制するよ
う構成すれば良い。

以上本発明の実施例について説明したが、本発明はこう
した実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要
旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得る
事は勿論である。例えば、電気機械変換素子としては、
電歪素子や磁歪累子等槻械的振動を電気的振動にエネル
ギ変換できるものであればよい。インピーダンス素子と
しては可変静電容量をコイルに並列に接続した構成でも
よい。

［発明の効果１ 以−Ｌ詳述したことから明らかなように、本発明によれ
ば、リニア超音波モータのレールに発生する不要振動を
極めて簡単な構成により確実に抑制できるという優れた
効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図から第５図までは本発明を具体化した実施例を示
すもので、第１図は本発明に用いる超音波振動子の一実
施例を示す図であり、第２図は上記ｍ音波振動子を好適
に利用したリニア超音波モータの構成図であり、第３図
は本発明のリニア超音波のレールを示す図であり、第４
図は上記リニア超音波モータを説明する図であり、第５
図はレールに取り付けられた防振装置の電気的等価回路
を示す図である。 １１・・・超音波振動子、３４・・・レール、５２・・
・電只機械変換素子、５４・・・インピーダンス素子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、略直交する少なくとも２方向の定在波が励振される
   超音波振動子と、 該超音波振動子に当接されたレールとを具備し、該超音
   波振動子とレールとが相対運動を行なう定在波型リニア
   超音波モータにおいて、 前記レールの一部に取り付けられ、機械的振動と電気的
   振動とのエネルギ変換を行なう電気機械変換素子と、 前記電気機械変換素子に接続され、該電気機械変換素子
   と共に閉回路を構成するインピーダンス素子とを備え、 かつ該インピーダンス素子の抵抗成分は実現しうる内で
   十分小さく、 また、前記電気機械変換素子の静電容量と前記インピー
   ダンス素子で形成される並列回路の反共振周波数を前記
   レールの機械的振動の周波数に略一致させた事を特徴と
   するリニア超音波モータ。