JPH0584190U - 超音波リニアモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 振動体の不要な振動モードを起こりにくくし
て、良好な走行性能を確保する。 【構成】 振動体１の固有振動モードのうち駆動モード
に対応したモード以外の共振モードＡ，Ｂが起こりにく
くなる位置に切欠き２１，２１を形成する。 【効果】 振動体１を加振して走行させる際に、固有振
動数のピークのうち駆動周波数に対応した振動数以外の
振動数Ａ，Ｂによる振動体１の不要な振動（共振）の発
生を切欠きにより防止することができ、良好な走行性能
を確保することができる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案は、電子機器や精密機械における駆動源として好適な超音波リニアモ ータに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

電子機器や精密機械においては、取り付けのためのスペースが少なくてすみ、 かつ厳密な位置決めが可能であるようなアクチュエータが要求される。特に直線 的な移動が要求される場合には、回転型のアクチュエータよりリニアモータの方 が、運動方向の変換機構が不要であるからより好ましい。このようなリニアモー タとして、インチワーム(尺取り虫)機構等のものが提案されているが、本出願人 は、図２に示すような、一対の平行な脚部５０、５１の一端をこの両脚部５０、 ５１と直交する胴部５２で連結することにより全体を略コ字状に形成してなる弾 性材料製の振動体５と、振動体５の２つの角部５３、５４に配設されてこの振動 体５を前記胴部５２及び脚部５０、５１の交差する方向に加振する圧電素子５５ 、５６とを有し、前記両脚部５０，５１の下端をレール６の溝部６０に嵌合させ る構造の超音波リニアモータについて既に先の出願を行っている (実願昭６３ー １０６７０２) 。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

ところで、圧電素子に付与する電源の周波数を決定するために、振動体５の固 有振動数をインピーダンスアナライザにより調べると、図３に示すように、いく つかの共振モードが接近して見られる場合がある。この場合、目的とする共振モ ードを選んで駆動させた年手もスプリアスモードＡ，Ｂが存在するために振動体 ５には共振モードＡ，Ｂの振動成分を父君だ振動が起こり、走行性能の劣化を招 くという問題があった。

【０００４】 この考案は、上記事情に鑑みてなされたもので、不要な振動の発生が抑えられ た超音波リニアモータを提供することを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】

この考案の超音波リニアモータは、一対の平行な脚部と、該脚部と直交する位 置関係に設けられた胴部と、前記脚部と前記胴部とをそれぞれ連結するとともに これら脚部と胴部とに対して傾斜した位置関係に設けられた連結部とからなる振 動体と、該振動体の前記連結部に設けられて前記振動体を加振する圧電素子とか ら構成されてなり、前記振動体には、この振動体の固有振動モードのうち駆動モ ードに対応したモード以外のスプリアス振動に対してその振動モードが起こりに くくなる（振動の節）に切欠きが形成されてなることを特徴としている。

【０００６】

【作用】

この考案の超音波リニアモータによれば、圧電素子に電圧を印加すると、この 圧電素子の変位により振動体が振動して駆動する。ここで、振動体には、振動体 の固有振動数のモードのうち駆動モードに対応したモード以外のスプリアス振動 に対してその振動が起こりにくくなる位置に切欠きが形成されているので、振動 体の不要な振動の発生を防止することができ、極めて良好な走行性能を得ること ができる。

【０００７】

【実施例】

本考案の一実施例による超音波リニアモータを図を参照して以下に説明する。 図１中符号１は弾性材料を各部の断面が略正方形でかつ全体をコ字に形成してな る振動体、符号１０、１１は振動体１を構成する互いに平行な脚部、符号１２は 両脚部１０、１１の一端同士を連結する胴部、符号１３、１４は振動体１の角部 である。

【０００８】 ここで、振動体１を形成する材料としては、例えば、アルミニウム、ジュラル ミン、鉄、真鍮あるいはステンレス鋼等の金属材料、アルミナ、ガラスあるいは 炭化ケイ素等の無機材料、ポリイミド系樹脂あるいはナイロン等の有機材料等が ある。

【０００９】 また、上述の両脚部１０、１１、胴部１２及び両角部１３、１４の寸法等は、 用途等により適宜設計することができるが、本実施例においては、胴部１２の寸 法は５mm□×２６mmＬ、両脚部１０、１１の寸法は５mm□×１０mmＬとした。ま た、両角部１３、１４は、両脚部１０、１１及び胴部１２に対して４５度で面取 りされた形状に形成されている。そして、振動体１の胴部には、その下方の２カ 所に深さ１ｍｍの切欠き２１，２１が形成されている。これら切欠き２１，２１ は、振動体１の固有振動数のピークのうち駆動振動数（約９０ＫＨｚ近辺）の振 動に影響を与えてその振動を変化させてしまう振動（スプリアス振動）Ａ，Ｂに 対してその振動モードが起こりにくくなる位置（振動の節）に形成されたもので ある。

【００１０】 また、両角部１３、１４には、接着剤等により圧電素子１５、１６がそれぞれ 接合されている。これらの圧電素子１５、１６は、積層型圧電アクチュエータあ るいは単板の圧電セラミックスが使用され、電源 (図示せず) から印加される交 番電圧により、上記両角部１３、１４に対して垂直な方向に伸縮するようになっ ている。

【００１１】 次に、超音波振動による超音波リニアモータの移動の機構を概略説明する。圧 電素子１５、１６に交番電圧を適宜付与すると、圧電素子１５、１６の振動は両 角部１３、１４をそれぞれ介して振動体１の両脚部１０、１１及び胴部１２に伝 達され、両脚部１０、１１の軸線に平行な成分は縦振動を、軸線に垂直な成分は 撓み振動（横振動）を与えることになる。この結果、両脚部１０、１１の下端に 楕円運動が励起される。したがって、両脚部１０、１１の下端面にレール２を一 定の圧力で押し付けると振動体１とレール２は楕円運動の向きにしたがって移動 することになる。ここで上記楕円運動は、両脚部１０、１１の縦振動及び撓み振 動、胴部１２の縦振動及び撓み振動の全てを合成したものであり、それらの振動 モードは、振動体１と圧電素子１５、１６とを一体にした構造体の振動特性と、 両圧電素子１５、１６に印加する電源の周波数及び両圧電素子１５、１６への交 番電源の位相差等により適宜決定することができる。

【００１２】 そして、本実施例においては、振動体１の胴部２の下方、即ち、振動体１の固 有振動モードの内駆動モードに対応したモード以外の共振モードのスプリアス振 動Ａ，Ｂに対して、その振動モードが起こりにくくなる位置に切欠き２１，２１ が形成されているので、この振動体１における不要な振動を起こりにくくするこ とができ、極めて良好な走行性能を得ることができる。即ち、従来のものと比較 して、推力が５００ｇから８００ｇ（印加電圧６Ｖｐ−ｐ、荷重４ｋｇｆ）に増 加し、荷重５ｋｇｆにおける最大推力が９００ｇ（印加電圧８Ｖｐ−ｐ）から１ ５００ｇ（印加電圧１０Ｖｐ−ｐ）に増加した（図４及び図５参照）。

【００１３】 なお、上記実施例においては、切欠き２１，２１を振動体１の胴部２の下方に ２カ所形成したが、切欠き２１，２１の形成位置は、実施例に限定されることな く、不要な共振モードＡ，Ｂが起こりにくくなる位置であれば良いことは勿論で ある。

【００１４】

【考案の効果】

以上、説明したように、この考案の超音波リニアモータによれば、下記の効果 を得ることができる。

【００１５】 圧電素子に電圧を印加すると、この圧電素子の変位により振動体が振動して駆 動する。ここで、振動体には、振動体の固有振動モードのうち駆動モードに対応 したモード以外の共振モードのスプリアス振動に対して、その振動モードが起こ りにくくなる位置に切欠きが形成されているので、共振モードによる駆動モード の振動の変化を防止するこができ、極めて良好な走行性能を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の実施例の超音波リニアモータの正面図
である。

【図２】従来の超音波リニアモータの正面図である。

【図３】振動体の固有振動数を測定するためのインピー
ダンスアナライザの結果を示すグラフである。

【図４】実施例の超音波リニアモータの印加電圧に対す
る推力の測定データを説明する図である。

【図５】従来例の超音波リニアモータの印加電圧に対す
る推力の測定データを説明する図である。

【符号の説明】

１ 振動体 ２ 胴部 １０，１１ 脚部 １３，１４ 角部（連結部） １５，１６ 圧電素子 ２１ 切欠き Ａ，Ｂ 共振モード

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 一対の平行な脚部と、該脚部と直交する
   位置関係に設けられた胴部と、前記脚部と前記胴部とを
   それぞれ連結するとともにこれら脚部と胴部とに対して
   傾斜した位置関係に設けられた連結部とからなる振動体
   と、該振動体の前記連結部に設けられて前記振動体を加
   振する圧電素子とから構成されてなり、前記振動体に
   は、この振動体の固有振動モードのうち駆動モードに対
   応したモード以外のスプリアス振動に対して、その振動
   モードが起こりにくくなる位置に切欠きが形成されてな
   ることを特徴とする超音波リニアモータ。