JPH03277188A - 超音波リニアモータ - 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、超音波リニアモータに関し、特に曲線形状に
形成される伝送棒において、伝送棒に沿って曲線駆動が
可能とされる超音波ＩＪニアモータに適用して有効な技
術に関する。

［従来の技術］ 従来の超音波リニアモータとしては、たとえば特開昭５
９〜１２２３８５号、特開昭６０−２２４７８号公報な
どに記載されるような超音波の持つ強力な振動エネルギ
ーを利用する超音波モータを用いるものが提案されてい
る。

その概要は、たとえば高周波電圧の印加によって励振さ
れる２組の圧電振動子と、この２組の圧電振動子に固定
される伝送棒と、この伝送棒に加圧接触されるスライダ
とを備え、一方の圧電振動子の励振によって、伝送棒上
に横振動と縦振動とによって９０度位相のずれた楕円振
動が形成され、この楕円振動が伝送棒上において一方向
の進行波として伝搬され、他方の圧電振動子によって吸
収される。さらに、この進行波が、伝送棒上のどの点に
おいても同様に形成され、この状態においてスライダが
進行波の頂点でのみ接触され、伝送棒との摩擦によって
スライダに進行波と逆方向の推力が発生される。これに
より、スライダを進行波と逆方向に駆動させ、回転また
は直線運動に変換する構造とされるものである。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、前記のような従来技術においては、伝送棒が
直線状に形成された場合に、伝送棒に加圧接触されるス
ライダが伝送棒に沿って直線運動に変換され、また伝送
棒が円筒状に形成されたステータの場合には、ステータ
に加圧接触されるロータが回転運動に変換される。従っ
て、従来の超音波リニアモータにおいては、直線運動お
よび回転運動に変換することはできるものの、曲線的な
運動には適用できないという欠点がある。

また、電気機器を使った直線回転駆動においては、モー
タとボールねじの組合せによる精密な制御が行われるが
コスト高と装置の大形化の問題がある。

さらに、一般的に流体圧機器に用いられるアクチユエー
タにおいては、直線および回転駆動が主要とされ、たと
えば流体圧によって立体搬送を行うような場合に、Ｘ軸
、Ｙ軸およびＺ軸の少なくとも３本のアクチュエータが
必要となったり、ロークリアクチニエータを使った方向
転換が必要な場合もあり、また搬送途中に障害物があっ
て複雑な動きが必要な場合には、より多くのアクチュエ
ータが必要となって搬送装置が大形化かつ複雑化される
という問題がある。

そこで、本発明者は、伝送棒上に形成される進行波が伝
送棒に沿ってその表面を伝搬することに着目し、たとえ
ば伝送棒が曲線形状に形成された場合であってもその曲
線に沿って進行波が伝搬されることを見い出した。

すなわち、本発明の目的は、伝送棒が曲線形状に形成さ
れた場合において、伝送棒に沿って曲線駆動が可能とさ
れる超音波すニアモータを提供することにある。

また、本発靭の他の目的は、伝送棒上に進行波と定在波
との切換によるクラッチ機能を備え、スライダと伝送棒
との間にブレーキ機能およびベアリング機能を発生させ
ることができる超音波リニアモータを提供することにあ
る。

さらに、本発明の他の目的は、伝送棒上に発生する進行
波に定在波を合成させ、進行波の横振動成分を可変する
ことによりスライダの駆動速度の制御が可能とされる超
音波リニアモータを提供することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本
明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう
。

［課題を解法するための手段］ 本願において開示される発明のうち、代表的なものの概
要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。

すなわち、本発明の超音波リニアモータは、高周波電圧
の印加により励振される第１の圧電振動子および第２の
圧電振動子と、該第１および第２の圧電振動子に固定さ
れる伝送棒と、該伝送棒に加圧接触されるスライダとを
備え、前記第１または！２の圧電振動子のどちらか一方
が励振されることにより前記伝送棒上に一方向の進行波
が形成され、かつ該進行波が前言２第２または第１の圧
電振動子の他方により吸収され、該進行波により前記ス
ライダに該進行波と逆方向の推力が発生され、該推力に
より前記スライダが前記進行波と逆方向に駆動される超
音波リニアモータであって、前記伝送棒が曲線形状に形
成され、前記スライダが該伝送棒の曲線に沿って曲線駆
動されるものである。

また、前記第１の圧電振動子または第２の圧電振動子の
どちらか一方に高周波電源が切換可能に接続され、かつ
前記第２または第１の圧電振動子の他方に負荷抵抗と、
該負荷抵抗が接続または開放される操作スイッチが直列
接続され、前記第１または第２の圧電振動子を励振状態
として、前記第２または第１の圧電振動子の負荷抵抗を
接続状態とすることにより前記伝送棒上に進行波を発生
させ、一方前菖己第２または第１の圧電振動子の負荷抵
抗を開放状態とすることにより前記伝送棒上に定在波を
発生させ、咳定在波の発生によって前記伝送棒と前記ス
ライダとの間の摩擦係数および摩耗が低減されることに
より、前記スライダを手動で容易に駆動できるようにし
たものである。

さらに、前記第１の圧電振動子または第２の圧電振動子
のどちらか一方に高周波電源が切換可能に接続され、か
つ前記第２または第１の圧電振動子の他方に可変抵抗が
可変可能に接続され、前記第１または第２の圧電振動子
を励振状態として、前記第２または第１の圧電振動子の
可変抵抗を所定の抵抗値とすることにより前記伝送棒上
に所定の進行波を発生させ、かつ前記可変抵抗を所定の
抵抗値から可変することにより前記進行波に定在波を合
成させ、該進行波の横振動成分を可変することにより前
記スライダの駆動速度を制御できるようにしたものであ
る。

また、前記第１の圧電振動子および第２の圧電振動子の
どちらにも高周波電源が接続されない場合に、前記伝送
棒に加圧接触される前記スライダがセルフロック状態と
なるようにしたものである。

［作用コ 前記した超音波リニアモータによれば、高周波電圧の印
加により励振される第１の′圧電振動子および第２の圧
電振動子と、これらの第１および第２の圧電振動子に固
定される伝送棒と、この伝送棒に加圧接触されるスライ
ダとを備え、伝送棒が曲線形状に形成されることにより
、スライダをこの伝送棒の曲線に沿って曲線駆動させる
ことができる。

また、第１の圧電振動子または第２の圧電振動子のどち
らか一方に高周波電源が切換可能に接続され、かつ第２
または第１の圧電振動子の他方に負荷抵抗と、この負荷
抵抗が接続または開放される操作スイッチが直列接続さ
れた場合には、第１または第２の圧電振動子を励振状態
として、第２または第１の圧電振動子の負荷抵抗を接続
状態とすることにより伝送棒上に進行波を発生させ、ス
ライダを所定の方向に駆動させることができる。

一方、第２または第１の圧電振動子の負荷抵抗を開放状
態とすることにより伝送棒上に定在波を発生させ、伝送
棒とスライダとの間の摩擦係数および摩耗が低減される
ことにより、スライダを手動で容易に駆動させることが
できる。

さらに、第１の圧電振動子または第２の圧電振動子のど
ちらか一方に高周波電源が切換可能に接続され、かつ第
２または第１の圧電振動子の他方に可変抵抗が可変可能
に接続された場合には、第１または第２の圧電振動子を
励振状態として、第２または第１の圧電振動子の可変抵
抗を所定の抵抗値とすることにより伝送棒上に所定の進
行波を発生させ、かつ可変抵抗を所定の抵抗値から可変
することにより進行波に定在波を合成させ、進行波の横
振動成分が可変されることにより、スライダの駆動速度
を制御することができる。

また、第１の圧電振動子および第２の圧電振動子のどち
らにも高周波電源が接続されない場合には、伝送棒に加
圧接触されるスライダをセルフロック状態とすることが
できる。

［実施例１］ 第１図は本発明の一実施例である超音波リニアモータの
要部を示す斜視図、第２図は本実施例の超音波リニアモ
ータの回路を示す概略構成図、第３図（ａ）およびら）
は本実施例の超音波ＩＪニアモータの動作を示す説明図
である。

まず、第１図により本実施例の超音波リニアモータの構
成を説明する。

本実施例の超音波リニアモータは、たとえば高周波電圧
の印加により励振される第１の圧電振動子ｌおよび第２
の圧電振動子２と、これらの第１および第２の圧電振動
子１，２に固定される伝送棒３と、この伝送棒３に加圧
接触されるスライダ４とから構成されている。

第１および第２の圧電振動子１．２は、たとえば、ラン
ジニバン型の振動子が両端側からボルト締砧されて円柱
形状に形成されている。そして、第１の圧電振動子１お
よび第２の圧電振動子２が縦振動の節の位置で固定され
、高周波電圧が印加されることによって固定された基点
を中心に励振される構造となっている。

伝送棒３は、たとえばアルミニウムなどによって四角断
面で弯曲形状に形成され、その両端側が第１および第２
の圧電振動子１．２の一端側にそれぞれ固定されている
。そして、たとえば発振側である第１の圧電振動子１の
励振によって、伝送棒３上にその軸方向に沿って振動す
る進行波が形成され、吸収側の第２の圧電振動子２によ
って進行波が吸収される構造となっている。

スライダ４は、たとえばアルミニウムなどによって角筒
状に形成され、その内部に図示しないスプリングが収納
され、このスプリングの圧着力によって伝送棒３に加圧
接触されている。そして、伝送棒３上に形成された進行
波によって、この進行波と逆方向への推力が発生され、
スライダ４が進行波と逆方向に曲線駆動される構造とな
っている。

そして、以上のように構成される本実施例の超音波リニ
アモータは、たとえば第２図のように、第１および第２
の圧電振動子１．２に高周波電源５、切換スイッチ６、
負荷抵抗７および操作スイッチ８が接続され、切換スイ
ッチ６によってスライダ４の駆動方向と高周波電源５の
切断とが切り換えられ、また操作スイッチ８によってセ
ルフロック状態が解除される構造となっている。

次に、本実施例の作用について説明する。

始めに、切換スイッチ６を第２図の状態、すなわち第１
の圧電振動子１に高周波電源５が接続される閉回路とし
、高周波電源５の印加電圧を第１の圧電振動子１に供給
する。そして、電圧が印加された発振側の第１の圧電振
動子１は、固定された基点を中心に実線の矢印の方向に
励振される。

この時、第２の圧電振動子２には高周波電圧が印加され
ず、操作スイッチ８の閉状態において負荷抵抗７が接続
される。

さらに、第１の圧電振動子１の励振によって、第１の圧
電振動子ｌに固定された伝送棒３の表面に、第３図（ａ
）のような横振動と縦振動とによって９０度位相のずれ
た楕円振動による右方向への進行波が形成され、吸収側
である第２の圧電振動子２によって吸収される。そして
、伝送棒３に加圧接触されたスライダ４が、伝送棒３上
に形成された進行波と逆方向、すなわち左方向に駆動さ
れる。

これにより、スライダ４が伝送棒３の弯曲形状に沿って
左方向に安定して曲線駆動される。

続いて、切換スイッチ６を第２図の状態から点線の状態
、すなわち上記と逆に第２の圧電振動子２に高周波電源
５が接続される閉回路とした場合には、上記と同様に電
圧が印加された発振側の第２の圧電振動子２の励振によ
って、伝送棒３の表面に上記と逆方向、すなわち左方向
への進行波が形成され、左方向に駆動されたスライダ４
が右方向に曲線駆動される。

このように、切換スイッチ６の切換によって、スライダ
４を伝送棒の弯曲形状に沿って所定の方向に曲線駆動さ
せることができるので、たとえばスライダ４に図示しな
いテーブルなどを固定した搬送装置とした場合には、テ
ーブルに搬送物を載置してスライダ４の駆動範囲におい
て搬送物を搬送することができる。

以上のように駆動される超音波リニアモータにおいて、
たとえば切換スイッチ６が中立状態、すなわち第１の圧
電振動子１および第２の圧電振動子２の両方に高周波電
源５が接続されない状態においては、伝送棒３に加圧接
触されるスライダ４がセルフロック状態となり、スライ
ダ４を手動で動かすことができない。従って、切換スイ
ッチ６を切ることによって伝送棒３とスライダ４との間
にブレーキ機能を発生させることができる。

二の場合に、切換スイッチ６を９Ｊ１の圧電振動子１ま
たは第２の圧電振動子２のどちらか一方、たとえば第１
の圧電振動子１に高周波電源５が接続される閉回路とし
、閉じられていた操作スイッチ８を開いて負荷抵抗７を
開放状態、すなわち無限大として伝送棒３上に第３図（
ｂ）のような定在波を発生させる。これにより、発生さ
れた定在波の縦振動によって伝送棒３とスライダ４との
摩擦係数が非常に小さくなり、また定在波には横振動、
すなわちＸ成分の抵抗がないので摩耗を低減することが
できるので、伝送棒３とスライダ４との間に超音波リニ
アベアリング機能を発生させることができる。

従って、本実施例の超音波リニアモータによれば、伝送
棒３が弯曲形状に形成され、第１または第２の圧電振動
子１，２のどちらか一方に高周波電源５が接続され、か
つ第２または第１の圧電振動子２．１の他方に負荷抵抗
７とこの負荷抵抗７が接続または開放される操作スイッ
チ８とが直列接続されることにより、たとえば第１の圧
電振動子１を励振状態として、第２の圧電振動子２に負
荷抵抗７を接続状態とすることによって伝送棒３上に進
行波を発生させ、スライダ４を伝送棒３の弯曲形状に沿
ってＸ軸およびＹ軸方向に２次元的に平面駆動させるこ
とができる。

一方、第２の圧電振動子２の負荷抵抗７を開放状態とす
ることによって伝送棒３上に定在波を発生させ、伝送棒
３とスライダ４との間の摩擦係数および摩耗を低減する
ことができるので、超音波リニアベアリング機能によっ
てスライダ４を手動で°容易に駆動させることができる
。

また、切換スイッチ６が切断状態、すなわち第１および
第２の圧電振動子１．２の両方に高周波電源５が接続さ
れない状態においては、伝送棒３に加圧接触されるスラ
イダ４がセルフロック状態となり、伝送棒３とスライダ
４との間にブレーキ機能を発生させることができる。

［実施例２］ 第４図は本発明の他の実施例である超音波リニアモータ
の要部を示す斜視図、第５図は本実施例の超音波リニア
モータの回路を示す概略構成図である。

本実施例の超音波リニアモータは、実施例１と同様に高
周波電圧の印加により励振される第１の圧電振動子１お
よび第２の圧電振動子２と、これらの第１および第２の
圧電振動子１．２に固定される伝送棒３と、この伝送棒
３に加圧接触されるスライダ４とから構成され、実施例
１との相違点は、伝送棒３が螺旋状に形成され、かつ負
荷抵抗７が可変可能な可変抵抗９に置き換えられている
点である。

たとえば、伝送棒３は容易に変形可能な樹脂材料によっ
て第４図のような螺旋状に形成され、Ｘ軸、Ｙ軸および
Ｚ軸方向に３次元的な立体駆動が可能とされる構造とな
っている。

また、高周波電源５が接続される第１または第２の圧電
振動子１．２の他方に可変抵抗９が接続され、可変抵抗
９を完全な進行波が発生される所定の抵抗値から可変す
ることによって進行波に定在波を合成させ、この進行波
の横振動成分を可変することによってスライダ４の駆動
速度を制御できる構造となっている。

従って、本実施例の超音波リニアモータによれば、第１
または第２の圧電振動子１．２のどちらか一方に高周波
電源５が接続され、かつ第２または第１の圧電振動子２
，１の他方に可変抵抗９が接続されることにより、たと
えば第１の圧電振動子１を励振状態として、第２の圧電
振動子２の可変抵抗９を完全な進行波が発生される所定
の抵抗値から可変することによって進行波に定在波を合
成させ、縦振動成分を大きくして横振動成分を小さくし
ていくことによって駆動速度の横方向成分を可変するこ
とができるので、スライダ４の駆動速度を所定の速度に
制御し、伝送棒３の螺旋形状に沿って立体駆動させるこ
とができる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施例１および
２に基づき具体的に説明したが、本発明は前記各実施例
に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲
で種々変更可能であることはいうまでもない。

たとえば、本実施例１および２の超音波リニアモータに
ついては、第１図および第４図のような形状および構造
に限定されるものではなく、また伝送棒３の形状につい
ても弯曲および螺旋形状に限られず、種々の形状の伝送
棒についても適用可能である。

また、超音波リニアモータを駆動する回路についても、
第２図および第５図に示すような回路構成に限られるも
のではない。

［発明の効果］ 本願において開示される発明のうち、代表的なものによ
って得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりで
ある。

（１）、高周波電圧の印加により励振される９Ｊ１の圧
電振動子および第２の圧電振動子と、これらの第１およ
び第２の圧電振動子に固定される伝送棒と、この伝送棒
に加圧接触されるスライダとを備え、ｊｏｌｔたは第２
の圧電振動子のどちらか一方が励振されることにより伝
送棒上に一方向の進行波が形成され、かつこの進行波が
第２または第１０圧電振動子の他方により吸収され、こ
の進行波によりスライダに進行波と逆方向の推力が発生
され、この推力によりスライダが進行波と逆方向に駆動
される超音波リニアモータにおいて、伝送棒が曲線形状
に形成されることにより、スライダをこの伝送棒の曲線
に沿って曲線駆動させることができるので、２次元的な
平面駆動および３次元的な立体駆動が可能となる。

（２）、第１の圧電振動子または第２の圧電振動子のど
ちらか一方に高周波電源が切換可能に接続され、かつ第
２またはＩＩの圧電振動子の他方に負荷抵抗と、この負
荷抵抗が接続または開放される操作スイッチが直列接続
されることにより、第１または第２の圧電振動子を励振
状態として、第２または第１の圧電振動子の負荷抵抗を
接続状態とすることによって伝送棒上に進行波を発生さ
せ、伝送棒に加圧接触されるスライダを所定の方向に曲
線駆動させることができる。一方、第２または第１の圧
電振動子の負荷抵抗を開放状態とすることにより伝送棒
上に定在波を発生させ、伝送棒とスライダとの間の摩擦
係数および摩耗が低減されることにより、スライダを手
動で容易に駆動させることができるので、ベアリング機
能を備えた超音波リニアモータを得ることができる。

（３）、第１の圧電振動子または第２の圧電振動子のど
ちらか一方に高周波電源が切換可能に接続され、かつ第
２または第１の圧電振動子の他方に可変抵抗が可変可能
に接続されることにより、第１または第２の圧電振動子
を励振状態として、第２または第１の圧電振動子の可変
抵抗を所定の抵抗値とすることにより伝送棒上に所定の
進行波を発生させ、かつ可変抵抗を所定の抵抗値から可
変することにより進行波に定在波を合成させ、進行波の
横振動成分が可変されるので、スライダの駆動速度の制
御が可能とされる超音波リニアモータを得ることができ
る。

（４〕、第１の圧電振動子および第２の圧電振動子のど
ちらにも高周波電源が接続されない場合には、伝送棒に
加圧接触されるスライダがセルフロック状態とされるこ
とにより、スライダを所定の位置に停止させることがで
きるので、ブレーキ機能を備えた超音波リニアモータを
得ることができる。

（５）、前記（１）により、本発明の超音波リニアモー
タを搬送装置などに用いた場合に、従来のように複数の
アクチュエータを用いることなく、伝送棒を曲線形状に
形成することによって複雑な動作に適用でき、搬送装置
の小形・軽量化が可能にされると同時に、スペース的な
制限の緩和を図ることができる。

（６）、前記（２）〜（４）により、第１および第２の
圧電振動子への高周波電源の接続および切断、負荷抵抗
または可変抵抗の接続、開放および可変によってスライ
ダを所定の方向に駆動させたり、または所定の位置で停
止させることができると同時に、手動においても容易に
駆動させることができるので、調整および保守などに良
好な超音波リニアモータを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例１である超音波リニアモータの
要部を示す斜視図、第２図は実施例１の超音波リニアモ
ータの回路を示す概略構成図、第３図（ａ）および（ｂ
）は実施例１の超音波リニアモータの動作を示す説明図
、第４図は本発明の実施例２である超音波リニアモータ
の要部を示す斜視図、第５図は実施例２の超音波リニア
モータの回路を示す概略構成図である。 １・・・第１の圧電振動子、 ２・・・第２の圧電振動子、 ３・・・伝送棒、 ４・・・スライダ、 ５・・・高周波電源、 ６・・・切換スイッチ、 ７・・・負荷抵抗、 ８・・・操作スイッチ、 ９・・・可変抵抗。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. １．高周波電圧の印加により励振される第１の圧電振動
   子および第２の圧電振動子と、該第１および第２の圧電
   振動子に固定される伝送棒と、該伝送棒に加圧接触され
   るスライダとを備え、前記第１または第２の圧電振動子
   のどちらか一方が励振されることにより前記伝送棒上に
   一方向の進行波が形成され、かつ該進行波が前記第２ま
   たは第１の圧電振動子の他方により吸収され、該進行波
   により前記スライダに該進行波と逆方向の推力が発生さ
   れ、該推力により前記スライダが前記進行波と逆方向に
   駆動される超音波リニアモータであって、前記伝送棒が
   曲線形状に形成され、前記スライダが該伝送棒の曲線に
   沿って曲線駆動されることを特徴とする超音波リニアモ
   ータ。
2. ２．前記第１の圧電振動子または第２の圧電振動子のど
   ちらか一方に高周波電源が切換可能に接続され、かつ前
   記第２または第１の圧電振動子の他方に負荷抵抗と、該
   負荷抵抗が接続または開放される操作スイッチが直列接
   続され、前記第１または第２の圧電振動子を励振状態と
   して、前記第２または第１の圧電振動子の負荷抵抗を接
   続状態とすることにより前記伝送棒上に進行波を発生さ
   せ、一方前記第２または第１の圧電振動子の負荷抵抗を
   開放状態とすることにより前記伝送棒上に定在波を発生
   させ、該定在波の発生によって前記伝送棒と前記スライ
   ダとの間の摩擦係数および摩耗が低減されることにより
   、前記スライダを手動で容易に駆動できることを特徴と
   する請求項１記載の超音波リニアモータ。
3. ３．前記第１の圧電振動子または第２の圧電振動子のど
   ちらか一方に高周波電源が切換可能に接続され、かつ前
   記第２または第１の圧電振動子の他方に可変抵抗が可変
   可能に接続され、前記第１または第２の圧電振動子を励
   振状態として、前記第２または第１の圧電振動子の可変
   抵抗を所定の抵抗値とすることにより前記伝送棒上に所
   定の進行波を発生させ、かつ前記可変抵抗を所定の抵抗
   値から可変することにより前記進行波に定在波を合成さ
   せ、該進行波の横振動成分を可変することにより前記ス
   ライダの駆動速度を制御できることを特徴とする請求項
   １記載の超音波リニアモータ。
4. ４．前記第１の圧電振動子および第２の圧電振動子のど
   ちらにも高周波電源が接続されない場合に、前記伝送棒
   に加圧接触される前記スライダがセルフロック状態とな
   ることを特徴とする請求項１記載の超音波リニアモータ
   。