JPH0619341Y2 - 超音波リニアモータ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 産業上の利用分野 本考案は交流又は直流パルス電源により駆動される振動
子と、この振動子にスペーサを介して連結された一対の
弾性体で成る移動子とによって構成された超音波リニア
モータに関するものである。

従来の技術 従来から超音波振動子を用いた各種モータ例が提案され
ているが、その一例として特開昭６０−１４８３８４号
公報には、振動子により振動を加えられる振動片及び該
振動子と面接触する接触体とから成る構成における前記
振動子が、前記接触体と振動子との接触面の法線方向に
振動を加える振動子と、前記法線方向に対して一定の角
度をなす方向に振動を加える別の振動子とから成る振動
波モータの構成例が開示されている。このような構成に
よれば、異なる２方向の振動の合成によって振動片に楕
円運動を発生させて、走行面と振動片の相対移動を行わ
せることが出来る。

更に先願である特願昭６２−１４１０１７号の明細書に
は、第１９図に示した如く、共振周波数の異なる一対の
駆動足１ａ，２ａと伝達足１ｂ，２ｂ及び接続部３から
成る断面略Ｈ形をした弾性体の前記伝達足１ｂ，２ｂ間
に、スペーサ４，４を介して圧電振動子又は電歪振動子
５を挟着した移動子１の構成例が開示されている。更に
上記明細書には前記移動子１の変形例として、第２０図
に示した如く、駆動足１ａ，２ａの一端部に接続部３を
設けて、該駆動足１ａ，２ａ間にスペーサ４，４を介し
て圧電振動子又は電歪振動子５を挟着した構成例も開示
されている。このような構成によれば、振動子５に所定
の周波電圧を印加することによって、該振動子５が周波
数に応じた伸縮動作を行い、共振周波数の異なる前記駆
動足１ａ，２ａに位相の異なる振動変位を発生させて、
走行面６と移動子１を構成する弾性体間の摩擦力によっ
て、該移動子１を走行させることが出来る。

考案が解決しようとする問題点 しかしながらこのような従来の超音波リニアモータ、特
に特開昭６０−１４８３８４号公報に記載された構成例
にあっては、異なる方向に振動を与える２個の振動子を
設け、且つ夫々の振動子に位相の異なる電圧を印加しな
ければならないため、原価が高騰してしまうという難点
がある外、駆動のための回路構成が複雑となり、製作に
要する工程が煩瑣であるという問題点があった。

一方先願である特願昭６２−１４１０１７号の明細書に
記載された構成例の場合、駆動時において前記振動子５
に曲げモーメントが繰り返し加えられるため、振動子５
自体の寿命が短くなりやすく、且つスペーサ４と振動子
５もしくは伝達足１ｂ，２ｂ間及び駆動足１ａ，２ａ間
の接続部分が破損しやすいという問題点を有している。
特に振動子５に積層形圧電素子又は電歪素子を用いた場
合には、該振動子５が圧縮応力に強く、引張応力に弱い
性質を有しているため、振動子５の破損を助長して耐久
性を低下させてしまうという欠点を有している。

そこで本考案はこのような従来の超音波リニアモータに
存する問題点を解消して、振動子の耐久性を高め、且つ
製作が容易な超音波リニアモータを提供することを目的
とするものである。

問題点を解決するための手段 本考案は上記の目的を達成するために、弾性体で成る平
板状の接続部、及び該接続部の両端部から略垂直方向に
突設された弾性体で成る一対の駆動足とによって構成さ
れた移動子の前記両駆動足の間に、圧電振動子又は電歪
振動子をスペーサを介して挟着固定した超音波リニアモ
ータにおける前記駆動足と振動子間に挟着されたスペー
サの少なくとも一方側に、ボールジョイント連結部を形
成した構成にしてある。

作用 振動子が縮小した状態下にある場合には、該振動子を一
対の駆動足によって挟着したことによる圧縮応力のみが
振動子の軸方向に加えられている。次に振動子が伸長し
た場合には、スペーサの少なくとも一方側に形成された
ボールジョイント連結部の作用によって振動子の作用が
駆動足にスムーズに伝えられ、且つ該振動子に対して曲
げモーメントが及ぼされることがない。従って振動子に
は軸方向の引張応力が加えられることがないので、該引
張応力に起因する振動子の劣化現象が防止され、耐久性
が向上するという作用がもたらされる。

実施例 以下図面を参照して本考案にかかる超音波リニアモータ
の各種実施例を、前記従来の構成と同一の構成部分に同
一の符号を付して詳述する。

第１図は本考案の第１実施例を示しており、全体的に示
す移動子１の構成において、３は弾性体で成る平板状の
接続部であって、この接続部３の両端部から垂直方向に
一対の駆動足１ａ，２ａが突設されている。５は圧電振
動子又は電歪振動子（以下単に振動子という）であっ
て、スペーサ４ａ，４ｂを介して前記駆動足１ａ，２ａ
間に挟着固定されている。ここでスペーサ４ｂと駆動足
２ａとは例えばエポキシ系の接着剤によって接着されて
いる一方、他方側のスペーサ４ａには球状部７が形成さ
れていて、且つ駆動足１ａの内側に前記球状部７が所定
のクリアランスを保持して嵌合可能な凹部８が形成され
ている。上記の球状部７と凹部８とによってボールジョ
イント連結部１０が構成される。

上記駆動足１ａ，２ａ及び接続部３は弾性材料、例えば
アルミニゥム、黄銅、ステンレス、鉄、ガラス材料、ジ
ュラルミン或はこれらを複合した材料等の振動を良好に
伝達し得る弾性材料から構成される。

又振動子５は積層型の圧電素子、又は電歪素子から構成
されており、上記以外にも単板の圧電、電歪振動子、又
は単板の圧電、電歪振動子と弾性振動体を組み合わせた
所謂ランジュバン振動子等を用いることが出来る。この
振動子５に駆動周波電圧を加えると、その周波電圧の周
波数に応じた周波数で伸縮する。そしてこの伸縮が共振
周波数の異なる駆動足１ａ，２ａに伝達されて、該駆動
足１ａ，２ａを走行面６に沿って走行させることが出来
る。

かかる構成を有する超音波リニアモータの作用を以下に
説明する。

第１図は振動子５が縮小した状態下にあり、外部から該
振動子５には何等の応力が加えられていない。次に振動
子５が伸長を開始すると、第２図に示す如くスペーサ４
ａの球状部７が駆動足１ａに形成された凹部８の内面に
当接し、更に振動子５の伸長に伴って第３図に示した如
く駆動足１ａ，２ａがＡ，Ｂ方向の楕円振動を行う。上
記の振動時において、ボールジョイント連結部１０の動
作に基づいて、振動子５には軸方向の圧縮応力Ｍが加え
られるが、引張応力Ｎが加えられることがない。即ちボ
ールジョイント連結部１０には振動子５に対して加えら
れる引張応力Ｎを吸収する作用があり、その結果引張応
力Ｎに起因する振動子５への曲げモーメントの発生を防
止することが出来る。このことは第４図に参考例として
図示した従来例の場合において、振動子５に対して前記
引張応力Ｎに起因する曲げモーメントが加えられて、該
振動子５に大きな撓みが発生している事実からもその相
違点が明らかである。

尚、、駆動足１ａと駆動足２ａとは共振周波数が異なっ
ているので、振動子５に駆動足１ａ又は駆動足２ａのい
ずれか一方の共振周波数を持つ駆動電圧を印加すると、
両者の振動に位相のずれを生じ、振動変位も異なり、移
動子１は走行面６上を右行又は左行する。換言すると駆
動足１ａと駆動足２ａとの共振周波数の差は、前記振動
変位が位相がずれて生じるように選択されている。上記
共振周波数自体は、各駆動足の長さの変更及び材質の変
更等によって任意の値とすることが出来て、所望の移動
特性を有するリニアモータを得ることができる。又印加
する駆動電圧の大きさを変えることにより、移動速度も
変化させることが出来る。

第５図は本考案の第２実施例を示しており、本例の場
合、スペーサ４ｂ側にも球状部１１が形成されていて、
且つ駆動足２ａの内側に前記球状部１１が所定のクリア
ランスを保持して嵌合可能な凹部１２が形成されてお
り、上記の球状部１１と凹部１２とによって第２のボー
ルジョイント連結部１３が構成されている。この第２実
施例によれば、スペーサ４ａ，４ｂの両方にボールジョ
イント連結部１０，１３が形成されているために、振動
子５に対して引張応力に起因する曲げモーメントが発生
しないことは勿論、組付時に際しても前記駆動足１ａ，
２ａの凹部８，１２に振動子５に固定されたスペーサ４
ａ，４ｂの球状部７，１１を嵌合するのみでよいので、
接着剤を用いた接着工程を不要とし、製作が簡易になる
という特長を有している。

第６図は本考案の第３実施例を示しており、本例の場
合、前記スペーサ４ａ，４ｂに螺子切り部１４，１５を
形成するとともに球状部１６，１７を形成し、振動子５
の左右両端部に前記球状部１６，１７が所定のクリアラ
ンスを保持して嵌合可能な凹部１８，１９が形成されて
いる。上記の球状部１６，１７と凹部１８，１９とによ
ってボールジョイント連結部２０，２１が構成される。
又駆動足１ａ，２ａに前記スペーサ４ａ，４ｂの螺子切
り部１４，１５が螺挿される螺子孔２３，２４が螺設さ
れている。上記第３実施例によれば、振動子５の凹部１
８，１９にスペーサ４ａ，４ｂの球状部１６，１７を嵌
合した後、該スペーサ４ａ，４ｂの螺子切り部１４，１
５を駆動足１ａ，２ａの螺子孔２３，２４に螺挿するこ
とによって、簡易に組付を実施することができる。上記
の組付に際し、スペーサ４ａ，４ｂの螺子孔２３，２４
に対する螺挿の深さを調節することによって、該スペー
サ４ａ，４ｂの長さが可変となり、寸法精度を高めるこ
とが出来るという作用がもたらされる。更に振動子５の
スペーサ４ａ，４ｂに対する締め付けトルクの調節も可
能となり、品質の均一化をはかることが出来るという効
果がある。

第７図は本考案の第４実施例を示しており、本例の場
合、共振周波数の異なる略Ｌ字状の２個の弾性部材２
５，２６を接着部２７にて接着固定し、上記弾性部材２
５，２６間に振動子５を挟着固定した構成を有してい
る。尚上記弾性部材２５，２６を第８図に示した如く、
螺子２８を用いて固定しても良い。

第９図は本考案の第５実施例を示しており、本例の場
合、弾性部材で成る接続部３の両端部下面に共振周波数
の異なる一対の駆動足１ａ，２ａを夫々接着部２９，３
０にて接着固定した構成にしてある（振動子５の図示を
省略）。尚上記駆動足１ａ，２ａと接続部３とを第１０
図に示す如く螺子３１，３２を用いて固定しても良い。

第１１図は本考案の第６実施例を示しており、弾性部材
で成る接続部３の両端部に共振周波数の異なる一対の駆
動足１ａ，２ａの上端部側面を夫々接着部３３，３４に
て接着固定した構成にしてある。尚上記駆動足１ａ，２
ａと接続部３とを第１２図に示した如く螺子３５，３６
を用いて固定しても良い。

第１３図乃至第１５図は、上記第４、第５、第６実施例
の変形例を示すものであって、夫々（ａ）上面図（ｂ）
正面図として示した如く、弾性部材２５，２６の継ぎ目
部分及び接続部３と駆動足２ａ（１ａ）の継ぎ目部分
に、嵌合部３７を形成した構成を有している。このよう
な構成を用いることによって共振周波数の異なる少なく
とも２種類以上の弾性部材で成る移動子１を容易に得る
ことができて、駆動足１ａ，２ａの共振周波数を変える
ための設計上の自由度が向上するという効果がもたらさ
れる。

第１６図は本考案の第７実施例を示すものであって、基
本的な構成は前記第１図に示した構成と同一であって且
つ同一の符号を付してある。本例の場合、移動子１を構
成する一対の駆動足１ａ，２ａの下側に夫々耐摩耗性を
有し、且つ摩擦係数の異なるシート３８，３９を接着し
て、このシート３８，３９が走行面６上に接するように
している。上記シート３８，３９としてはフェノール系
もしくはメラミン系の樹脂が適当であり、更にはシート
３８，３９に代えて同様に摩擦係数の異なるブロックを
固着しても良い。このような構成にすると、駆動足１
ａ，２ａの共振周波数が同一であっても前記シート３
８，３９の摩擦係数を異ならしめることによって振動子
５の振動を有効に利用して、移動子１を走行面６に沿っ
て走行させることができるので、駆動足１ａ，２ａの設
計上の自由度を著しく向上させることが可能となる。第
１７図は第７実施例の変形例であって、一方側の駆動足
１ａの下側にのみベアリング４０を回転自在に装着した
構成にしてある。このような構成によれば、駆動足１ａ
は走行面に対して何等の駆動力をも伝えることがなく、
振動子５の振動は駆動足２ａの撓み運動に変換されて駆
動力が走行面６に伝達される。従って弾性体の形状が移
動子の移動速度、移動効率に対して影響がなく、設計上
の自由度が向上する利点がある。

第１８図は前記駆動足１ａ（２ａ）に対するシート３８
（３９）の接着手段の一例を示しており、図示の如く駆
動足１ａ（２ａ）に凹部４１を形成しておく一方、シー
ト３８（３９）側に凸部４２を形成して両者を嵌合固定
してある。このような構成によれば、凹部４１と凸部４
２間の接合面積が大きくなるので、該接合部分に加わる
駆動力を分散させることが出来て、駆動力に起因する劣
化を最小とし、寿命の長いリニアモータが得られる。

考案の効果 以上詳細に説明した如く、本考案にかかる超音波リニア
モータは、弾性体で成る平板状の接続部、及び該接続部
の両端部から略垂直方向に突設された弾性体で成る一対
の駆動足とによって構成された移動子の前記両駆動足の
間に、圧電振動子又は電歪振動子をスペーサを介して挟
着固定した超音波リニアモータにおける前記駆動足と振
動子間に挟着されたスペーサの少なくとも一方側に、ボ
ールジョイント連結部を形成した構成にしたので、以下
に記す作用効果がもたらされる。即ち前記ボールジョイ
ント連結部の作用に基づいて、駆動時に振動子に対する
曲げモーメント、特に軸方向への引張応力に起因する曲
げモーメントが加えられることがないので、振動子の劣
化、破損等を防止することが出来て、寿命が長く、信頼
性の良好なリニアモータが得られる。又リニアモータ自
体の構成が簡易化され、且つ駆動のための回路構成も複
雑でないので、製作が容易となる上、コストも低廉化す
ることが出来るという大きな効果がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案にかかる超音波リニアモータの第１実施
例を示す要部断面図、第２図、第３図はその作用説明
図、第４図は比較例としての従来図、第５図は本考案の
第２実施例を示す要部断面図、第６図は本考案の第３実
施例を示す要部断面図、第７図は本考案の第４実施例を
示す側面図、第８図は同要部断面図、第９図は本考案の
第５実施例を示す側面図、第１０図は同要部断面図、第
１１図は本考案の第６実施例を示す側面図、第１２図は
同要部断面図、第１３図、第１４図、第１５図は上記第
４、第５、第６実施例の変形例を示す（ａ）上面図
（ｂ）正面図、第１６図は本考案の第７実施例を示す要
部断面図、第１７図は上記第７実施例の変形例を示す要
部断面図、第１８図は上記第７実施例の部分的断面図、
第１９図，第２０図は従来の構成例を示す側面図であ
る。 １……移動子、１ａ，２ａ……駆動足、３……接続部、
４ａ，４ｂ……スペーサ、５……振動子、６……走行
面、７，１１，１６，１７……球状部、８，１２，１
８，１９……凹部、１０，１３，２０，２１……ボール
ジョイント連結部、２５，２６……弾性部材、２７，２
９，３０，３３，３４……接着部、３７……嵌合部、３
８，３９……シート、４０……ベアリング、

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 井上 直彦 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 (56)参考文献 特開 昭64−1481（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−107669（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】弾性体で成る平板状の接続部、及び該接続
   部の両端部から略垂直方向に突設された弾性体で成る一
   対の駆動足とによって構成された移動子の前記両駆動足
   の間に、圧電振動子又は電歪振動子をスペーサを介して
   挟着固定した超音波リニアモータにおいて、 前記駆動足と振動子間に挟着されたスペーサの少なくと
   も一方側に、ボールジョイント連結部を形成したことを
   特徴とする超音波リニアモータ。