JPH03289368A - 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、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、ａ
構がＩ！ｔ＋４１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５１，５
２．５３を振部拡大機能を右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６°
し、この４本の脚部がステータベース４９１；謂けられ
たガイドｔ１５０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８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５
３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に苅してゆるくなる
。

■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
せることかできる。

［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？Ｒ５０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７区圧として圧電素子５１．圧電素子５２
．圧電素ｊ′５３それぞれにＩＩ！ｉ間的に叉なる電圧
を印加する必要かあり、駆動回路が複雑になると云う欠
点かあった。

そこで１本発明の技術課題は、構造を簡単にし。

■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］ 発明１１７１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月を装
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ＨＩ３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１１
ＪＩする。

第１図は本発明の実施例に係るリニア超音波モタの構成
を示す斜視図である。第１図において。

仲！運動をするＪｆ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か圧電素
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か伸縮運動する。摩擦
部材３には圧電素子１の伸縮ｈ゛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）’ＪＳ圧か徐々上昇
し、急激に下がるか１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に苅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か遅くなり、
電圧の変化が急激な場合は速度か速くなる。一般に静摩
擦係数は動摩擦係数に比べて太きいため、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、朶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、［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ＩＩ！ｉ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御粘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１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ｌｉｔに伸
縮運動をするだけで良く、移動子のガイドし摩擦部材と
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蜆
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祖図、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１２・・・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・
・・ステータのガイド満、５１，５２．５３・・・圧ｒ
Ａ素子。 ５４・・・移動子。 （ａ） （ａ） 始２図 始３図 （ｂ） （ｂ） 第４図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （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鋸歯状としたこと
   を特徴とするリニア超音波モータ。
2. （２）第１の請求項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。