JPH0635676Y2

JPH0635676Y2 - 超音波リニアモータ

Info

Publication number: JPH0635676Y2
Application number: JP15141988U
Authority: JP
Inventors: 一正大西
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 1988-11-21
Filing date: 1988-11-21
Publication date: 1994-09-14
Anticipated expiration: 2003-11-21
Also published as: JPH0272690U

Description

【考案の詳細な説明】「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。

「従来の技術」電子機器や精密機械においては、取付のためのスペース
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。

第２図（ａ）に示すのは、このようなリニアモータとし
て提案されているインチワーム（尺取り虫）機構であ
る。これは、軸31と、この軸31の回りに緩挿された管状
の走行体32とから構成されている。この走行体32は、３
つの管体（圧電アクチュエータ）33,34,35が接着剤など
により軸方向に接合されているもので、中央の管体33は
軸方向に伸縮する圧電アクチュエータ、両側の管体34,3
5は半径方向に伸縮する圧電アクチュエータである。こ
の走行体32を右に進めるときには、中央の管体33が収縮
した状態で、左側の管体34を収縮して軸31を把持し、右
の管体35を拡張して緩めておき、中央の管体33を伸張さ
せる（ｂ）。これにより右側の管体34が右へ移動し、そ
の後右側の管体35を収縮させて軸31を把持させる
（ｃ）。次に、左の管体34を拡張して緩め（ｄ）、中央
の管体33を収縮させる（ｅ）と、左の管体34が右に移動
する。従って、上記過程を順次繰り返せば走行体32が右
に移動する。

ところで、上記のようなインチワーム機構においては、
尺取り虫運動による移動を行うためには、軸31と両側の
圧電アクチュエータ34,35との隙間の寸法が厳密に管理
されていなければならず、そのためには軸31の加工精度
が高くなければならない。しかし、精度の高い長い軸の
加工は非常に困難であり、従って、非常に製造コストが
高くなるか、あるいは移動距離が限定されてしまうこと
になる。

また、管体33の圧縮応力によって軸を把持する構造であ
るから、部材の共振周波数のような高い周波数で振動さ
せると管体33が破損するため、モータとしての効率が低
いという不利点もある。

そこで、本出願人は、第３図および第４図にそれぞれ示
すような新規な超音波リニアモータを出願した（特開昭
63-60714）。

第３図に示す超音波リニアモータは、前後一対の脚部1,
2及びこれらの脚部1,2を基端側で連結する胴部３とから
なる走行体（振動体）４と、これらの脚部1,2及び胴部
３をそれぞれ伸縮させる方向に振動させる手段6,7とを
有する超音波リニアモータであり、振動手段（圧電モー
タ）6,7によって各脚部1,2の先端を位相の異なる楕円軌
道をさせて走行体４を走行させるもので、脚部1,2ある
いは胴部３を構成する弾性素材の共振振動を利用したエ
ネルギ効率の高いリニアモータを提供するものである。

また、第４図に示す超音波リニアモータは、上記走行体
４の胴部３の上面に梁部材12を固定し、この梁部材12と
支持枠９との間にコイルばね13を張設し、このコイルば
ね13により脚部1,2の下面をレール８の上面に、また車
輪11をレール８の下面に圧接させたものであり、レール
が傾斜したり直立した状態でも使用できるという利点を
有している。

「考案が解決しようとする課題」ところが、上記第３図に示す超音波リニアモータにおい
ては、走行体４がレール８の上面を走行する構成である
ので、レール８の厚さが薄くなると、レール８が第５図
に示すように撓んでしまい、脚部1,2の下面の外側だけ
しかレール８の上面に当接できなくなり、よって、脚部
1,2がレール８の上面を蹴る力が弱くなって、走行速度
が低下すると共に、レール８の撓みにより走行体４の走
行がスムーズに行なわれ難い。

また、第４図に示す超音波リニアモータにおいては、車
輪11によりレール８の下面を押し付けて、脚部1,2の下
面全体にレール８の上面を押し付けようとしているが、
この場合においても、レール８の下面を線（車輪11とレ
ール８の下面とは線接触である）で押し付けているの
で、レール８の厚さが薄くなると、脚部1,2の下面全体
を完全にレール８の上面に押し付けることはできない。

このような理由により、1m以上の長いレールを使用する
には、レールの厚さを厚くする必要があり、これではコ
ストが高くなると共に、レールの重さが大きくなり、例
えば、走行体を固定しておきレールを移動させる場合等
に不利であった。

「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、上記課題を解決する
ために、レールの表裏面側にレールを挾んで少なくとも
一対の振動体を互いに対向させて配設し、各振動体をレ
ール方向に配置された少なくとも２本以上の脚部と、こ
れら脚部の基端を連結する胴部とから構成し、上記各振
動体に脚部及び胴部を振動させる振動源を設けると共
に、それぞれの脚部をレールに圧接させるスプリング部
材を設けたものである。

「作用」この考案の超音波リニアモータにあっては、各振動体に
適当な振動を付与すると、一方の振動体の脚部の先端は
胴部の中心に対して同一の向きに回転する楕円の軌跡を
描く。一方、レールを挾んで対向配設された他方の振動
体の脚部の先端も胴部の中心に対して同一の向きにかつ
上記一方の振動体の脚部とは逆に回転する楕円の軌跡を
描く。各振動体のレールを挾で対向する脚部の先端が同
時にかつレール方向に対向する脚部が交互にレールに押
し付けられるが、その位相が90度ずれている。したがっ
て、レールを移動不能に固定すると振動体が一定方向に
移動し、また、振動体を固定するとレールが移動される
ことになる。電源周波数を振動体の固有振動数と等しく
すうことにより、エネルギ交換効率のよい振動を付与す
ることができる。

また、レールの表裏面側にレールを挾んで少なくとも一
対の振動体を対向させて配設し、スプリング部材により
各振動体をレールに向けて付勢し、これにより各脚部の
それぞれの先端面を対向させてレールの表裏面に圧接し
たので、各脚部の先端面の全面がレールの表裏面に当接
する。

「実施例」以下この考案の超音波リニアモータの一実施例を第１図
を参照して説明する。

この図に示す超音波リニアモータは、振動体4,4を固定
しておき、これら振動体4,4の振動によりレール８を走
行させるものである。

すなわち、レール８は可撓性を有する薄い帯状のもので
あり、例えばベルトコンベア等に適用できる。このレー
ル８の上下（表裏）面にはレール８を挾んで一対の振動
体4,4が互いに対向して配設されている。これら振動体
4,4の外側には枠体９が図示しない壁部等に固定されて
設けられている。この枠体９にはレール８が長手方向に
走行するように、レール８の表裏面に接して回転するガ
イドローラ10…が回転軸12を介して設けられている。ま
た、枠体９の天板12および底板13の中央部にはピン穴1
4,14が形成され、ピン穴14,14には先端が尖った形状の
ピン15,15が上下動可能に挿通され、一方、振動体4,4の
胴部3,3の中央部にはピン15,15の先端を突入させて係合
する小さい凹所16,16が形成されている。また、ピン15,
15の先端近傍にはばね受け17,17が形成され、このばね
受け17,17と天板14,底板13との間にはコイルスプリング
（スプリング部材）18,18が設けられている。そして、
このコイルスプリング18,18はピン15,15を介して天板1
2,底板13と振動体4,4を互いに離間する方向に付勢し、
これにより、各振動体４の脚部1,2がレールの表裏面に
圧接されている。この場合、上下のそれぞれの振動体4,
4の脚部1,1および2,2はレール８を挾んで対称に配置さ
れており、これにより脚部1,1および2,2の先端面はその
全面がレール８の表裏面に圧接されている。

さらに、上記枠体９の側板19,19には、振動体4,4の脚部
1,1および2,2の先端近傍に対応する位置にはねじ孔21…
が形成され、各ねじ孔21には先端が先細にされたガイド
部材22が基端側の雄ねじ23を上記ねじ孔21に螺合させて
取り付けられている。これらガイド部材22…は振動体4,
4の前後方向への移動を阻止するためのものであり、上
記21,23の螺合度合を変えて先端部が脚部1,1および2,2
の前後面に接するようにその突出位置が調整できるよう
になっている。この先端部には、テトラフルオロエチレ
ン重合体等の耐摩耗性が高く摩擦係数の小さい素材から
なる小径球状の摺接部材24が取り付けられている。

次に、超音波振動による移動の機構を説明する。上下そ
れぞれの振動体4,4に設けられた第１の圧電素子6,6（第
１図において左側）に、 Va＝Ｅ・sinωｔ第２の圧電素子7,7には Vb＝Ｅ・sin（ωｔ−π/2）の電圧をそれぞれ付与する。

これによりそれぞれの圧電素子6,6および7,7は同じサイ
クルでその長手方向に振動する。この振動は振動体4,4
を介して各脚部1,1および2,2の端部に伝達し、先端部は
レール８の表裏面からその振動に対する反力を受ける。
この場合、胴部3,3においては垂直方向の振動はほとん
ど伝達されず、脚部1,1および2,2においては水平方向の
振動が伝達されないから、脚部1,1および2,2の下端には
同じ脚部の圧電素子から発生する縦方向の振動と、異な
る脚部からの横方向の振動が伝達される。また、脚部1,
1および2,2の下端が受ける反力は振動とは位相が180度
異なるから、各端部は反力によって次のような振動を受
ける。第１の脚部1,1においては、 X₁＝Ａ・sin（ωｔ＋π/2） Y₁＝Ｂ・sin（ωｔ＋π）一方、第２の脚部2,2においては、 X₂＝Ａ・sinωｔ Y₂＝Ｂ・sin（ωｔ＋π/2）のように振動する。

すなわち、脚部1,1および2,2の下端は楕円振動をする。
そして第１の脚部1,1と第２の脚部2,2の振動は、位相が
90度異なるものである。

このように、脚部1,1および2,2の下端が上記のように位
相が90度異なる楕円運動をすると、振動体4,4は位相が
遅れている方に向けて走行しようとするが、この振動体
4,4は枠体９に設けられたピン15,15およびガイド部材22
…によりその移動が阻止されているので、レール８が上
記と逆方向に移動する。

移動の方向を変えるときには、第２の脚部2,2の電源
を、 Vb＝Ex・sin（ωｔ＋π/2）とすればよい。

上記のような超音波リニアモータによれば、レール８の
表裏面側にレール８を挾んで振動体4,4を対向させて配
設し、コイルスプリング18,18によりピン15を介して振
動体4,4をレール８に向けて付勢し、これにより脚部1,1
および2,2のそれぞれの先端面を対向させてレール８の
表裏面に圧接したので、レールの厚さが薄くても脚部1,
1および2,2の先端面の全面がレール８の表裏面に当接す
る。したがって、厚さが薄い1m以上の長いレールを使用
することができるので、コストの高騰を防止することが
できると共に、レールの重量増加を防止することができ
るので、レール８を小さな駆動力で走行させることがで
きる。

なお、上記実施例では、振動体4,4を固定しておき、レ
ール８を走行させる場合について述べたが、これとは逆
に、レール８を固定して、振動体4,4を走行させるよう
にしてもよい。この場合、枠体９を壁部等に固定するこ
となくフリーの状態にすればよい。

「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、レールの表裏面側にレールを挾んで少なくとも
一対の振動体を対向させて配設し、スプリング部材によ
り振動体をレールに向けて付勢し、これにより各脚部の
それぞれの先端面を対向させてレールの表裏面に圧接し
たので、レールの厚さが薄くても脚部の先端面の全面が
レールの表裏面に当接する。したがって、厚さが薄い1m
以上の長いレールでも使用することができるので、コス
トの高騰を防止することができると共に、レールの重量
増加を防止することができるので、走行体を固定してお
きレールを移動させる場合に有利である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案の超音波リニアモータの一実施例を示
す正断面図、第２図は従来の断面図、第３図ないし第５
図は他の従来の正面図である。 1,2……脚部、３……胴部、４……走行体、6,7……圧電
素子（振動源）、８……レール、18……コイルスプリン
グ（スプリング部材）

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】レールの表裏面側にレールを挾んで少なく
とも一対の振動体を互いに対向させて配設し、各振動体
をレール方向に配置された少なくとも２本以上の脚部
と、これら脚部の基端を連結する胴部とから構成し、上
記各振動体に脚部及び胴部を振動させる振動源を設ける
と共に、それぞれの脚部をレールに圧接させるスプリン
グ部材を設けたことを特徴とする超音波リニアモータ。