JPH0649117Y2 - 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、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。

このため、本出願人は、電子機器や精密機械における駆
動源として好適な第３図ないし第４図に示すリニアモー
タを提供した（たとえば特願昭63−106702号公報参
照）。

第３図ないし第４図において、1,2は脚部、３はこれら
脚部1,2の一端を連結する胴部である。これらは、弾性
材料をコ字状に形成して走行体４を構成している。この
走行体４は、その角部が面取されており、その面取面５
には振動子6,7が接着剤などを用いて取り付けられてい
る。

振動子6,7としては、圧電セラミクスを積層したものが
用いられており、図示せぬ電源から印加される電圧によ
り上記面取面５に直交する方向に伸縮するようになって
いる。

上記走行体４は、レール８に脚部1,2の下端を当接させ
て用いられる。

上記のように構成されたリニアモータにおいては、走行
体４が振動子６および振動子７のいずれか一方で加振さ
れると、脚部1,2の軸線に対して面取面５が斜めに形成
されているので、脚部1,2がその軸方向および該軸に直
交する方向に振動する。このため、振動数によっては、
脚部１および脚部２が交互に伸縮を繰り返すとともに、
伸びた方の脚部の下端がレール８の長手方向に対して後
進方向に移動するように変位を繰り返す振動モードが存
在する。この場合、伸びる方の脚部の方が縮む方の脚部
の方よりレール８の踏面に対する面圧が高くなるから、
伸びる方すなわち下端が後進方向に移動する脚部の方が
レール８の踏面を大きな力でけることになる。このた
め、後進方向に移動する脚部の反力で走行体４が前進す
ることになる。

また、走行体４を後進させるには、前進時とは反対側の
振動子（６または７）で走行体４を加振する。そうする
と、伸びた方の脚部の下端が前進する方向に移動するよ
うに振動するようになり、前進方向に移動する脚部の反
力で走行体４が後進するようになる。

すなわち、脚部1,2の下端においては、軸方向の縦振動
と軸に直交する方向の横振動とが合成されて、楕円振動
となり、これにより走行体４がレール８上を移動する。

上記のように構成されたリニアモータは、走行体４の構
造が簡単で、単に走行体４を加振することによって直線
的な駆動力を得ることができる。そして、構造が簡単で
あるから、極めてコンパクトに構成することができ、電
子機器や精密機械などのように取り付けスペースの極め
て少ない機器の駆動源として用いることができる。

〔考案が解決しようとする課題〕

ところで、上記従来の超音波リニアモータにおいては、
振動子6,7が圧電セラミクスの積層された構造になって
いるから、該圧電セラミクスの数を多くすることによっ
て、大きな振幅で走行体４を振動させることができる。
しかし、圧電セラミクスの数を増すと、振動子6,7の長
さが長くなってしまい、該走行体４のコンパクト性が失
われてしまうという欠点がある。

本考案は、上記事情に鑑みてなされたものであり、走行
体のコンパクト性を失わずに該走行体の振幅を大きくす
ることによって、走行体の駆動力や走行速度を大きくす
ることのできる超音波リニアモータを提供することを目
的としている。

〔課題を解決するための手段〕 上記のような課題を解決するために、この考案は、レー
ル上に該レール方向に配置された少なくとも２本の脚部
と、これらの脚部の基端を連結する胴部とからなる走行
体が構成され、この走行体の少なくとも１つの脚部の軸
線に対して斜めに振動を与える振動子が前記走行体に設
けられてなる超音波リニアモータにおいて、上記振動子
は、圧電素子と、この圧電素子の伸縮方向の少なくとも
一方の端面に設けられた被加振体と、この被加振体を前
記圧電素子に連結するとともに該圧電素子をその伸縮方
向に圧縮する連結部材とを備えてなるものであることを
特徴とする超音波リニアモータを提供するものである。

〔作用〕

このような超音波リニアモータにおいては、圧電素子と
被加振体と連結部材とによって、圧電素子を加振器と
し、被加振体を質量とし、連結部材をばねとして見なし
た一つの振動系が構成される。このため、その振動系の
共振振動数に圧電素子の加振振動数が一致すると、被加
振体は圧電素子の振幅が増幅された状態で振動するよう
になり、この被加振体の振幅が走行体に伝わり、該走行
体が大きな振幅で加振されるようになる。

〔実施例〕

以下、第１図ないし第２図を参照してこの考案の一実施
例を説明する。ただし、これらの図において、第３図な
いし第４図に示す構成要素と共通する要素には同一符号
を付してその説明を簡略化する。

これらの図において、第３図ないし第４図の超音波リニ
アモータと異なる点は振動子の構造が異なる点である。

すなわち、振動子16,17は、面取面５に連結された接続
ブロック18と、この接続ブロック18の上面に設けられた
圧電素子19と、この圧電素子19の上面に設けられた被加
振体20と、この被加振体20を接続ブロック18側に押し付
けて該被加振体20を接続ブロック18に連結するボルト21
とを備えたものである。そして、接続ブロック18および
ボルト21が、圧電素子19と被加振体20とを連結する連結
部材になっている。

上記接続ブロック18は、面取面５に平行な断面が該面取
面と同一の長方形状に形成され、面取面に当接する下面
18aの中央部には、該接続ブロック18を面取面５に取り
付けるための接続ねじ穴18bが形成されている。ただ
し、前記面取面５の中央部には、接続ねじ穴18bに螺合
する形状の接続ねじ棒（図示せず）が形成されている。
また、接続ブロック18の上面18cには、その中央部に前
記ボルト21が螺合する連結ねじ穴18dが形成されてい
る。

圧電素子19は、平板状の圧電セラミクスを積層したもの
であり、その輪郭が接続ブロック18の上面18cの輪郭と
同一に形成され、その中央部にはボルト21が通過可能な
貫通孔19aが形成されている。そして、この圧電素子19
は、図示せぬ電源から印加される交番電圧により厚さ方
向（接続ブロック18の上面18cに直交する方向）に伸縮
するようになっている。

被加振体20は、圧電素子19に平行な断面が該圧電素子19
と同一に形成されている。すなわち、その中央部には貫
通孔19aと同じ径の貫通孔20aが形成されており、該貫通
孔20aの上端分にはボルト21の頭部21aが係止するざぐり
21bが形成されている。

ボルト21は、その先端部に接続ブロック18の連結ねじ穴
18dに螺合する雄ねじ21bが形成され、該雄ねじ21bから
頭部21aまでの軸径が該雄ねじ部21bの谷径と同径に形成
されたものである。そして、このボルト21は、軸径が雄
ねじ部21bの谷径と一致されているから、疲労破壊に対
して強い形状になっている。

上記接続ブロック18,被加振体20,ボルト21は、チタン合
金、ジュラルミン、アルミニューム青銅、リン青銅、工
具鋼などの材料で形成することが好ましく、疲れ強度、
材料内の音速等の関連で設計される。

一方、走行体４の寸法は適宜設計されるが、例示のもの
は、脚部1,2、胴部３が共に5mm□に形成され、脚部1,2
のピッチが31mmに形成され、脚部1,2の下端面から胴部
３の上面までの高さが15mmに形成されている。また、脚
部1,2および胴部３の材質としては、適度の剛性と弾性
を有する弾性材料で形成することが好ましく、上記アル
ミニウムの他に、ジュラルミン、鉄、真鍮あるいはステ
ンレス鋼などの金属材料、アルミナ、ガラスあるいは炭
化珪素などの無機材料、ポリイミド系樹脂、あるいはナ
イロンなどの有機材料などが使用できる。

また、上記走行体４は、図示しない連結部材によって、
レール８に所定の力で押し付けられている。

上記のように構成された超音波リニアモータにおいて
は、圧電素子19と被加振体20とボルト21によって、圧電
素子19を加振器とし、被加振体20を質量とし、ボルト21
をばねとして見なした一つの振動系が構成される。この
ため、この振動系の共振振動数に圧電素子19の加振振動
数が一致すると、被加振体20は圧電素子19の振幅が増幅
された状態で振動するようになり、この被加振体20の振
動がボルト21および接続ブロック18を介して走行体４に
伝わり、該走行体４が大きな振幅で加振されるようにな
る。

したがって、上記超音波リニアモータによれば、圧電素
子19の大きさが小さくこのため振動子16,17自体の大き
さも小さなものであっても、圧電素子19の振幅を増幅し
て走行体４に伝えることができ、このため走行体４のコ
ンパクト性を失うことなく該走行体４の駆動力および走
行速度を向上させることができる。

また、一般に圧電セラミクスは圧縮強度に対して引張強
度が極めて弱いが、ボルト21によって圧電素子19に圧縮
力を与えているので、加振された際に生じる該圧電素子
19の引張応力を上記圧縮力による圧縮応力分だけ低減す
ることができる。したがって、上記のように引張応力が
低減された分だけ圧電素子19の振幅を大きくすることが
でき、この点からも、走行体４を大きな振幅で加振する
ことができるという利点がある。

なお、上記実施例においては、振動子16,17の形状を四
角柱状に形成したが、円柱状あるいは長円柱状に形成さ
れたものであってもよい。

〔考案の効果〕

以上詳述したように、この考案は、圧電素子と被加振体
と連結部材とによって、圧電素子を加振器とし、被加振
体を質量とし、連結部材をばねとして見なした一つの振
動系が構成される。このため、その振動系の共振振動数
に圧電素子の加振振動数が一致すると、被加振体は圧電
素子の振幅が増幅された状態で振動するようになり、こ
の被加振体の振動が走行体に伝わり、該走行体が大きな
振幅で加振されるようになる。

したがって、圧電素子の大きさが小さくこのため振動子
自体の大きさが小さなものであっても、圧電素子の振幅
を増幅して走行体に伝えることができるから、走行体の
コンパクト性を失うことなく該走行体の駆動力および走
行速度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第２図はこの考案の一実施例を示す図であ
って、第１図は正面図、第２図は振動子の拡大断面図、
第３図ないし第４図は従来例として示した図であって、
第３図は正面図、第４図は側面図である。 1,2……脚部、３……胴部、４……走行体、 16,17……振動子、18……接続ブロック、 19……圧電素子、20……被加振体、 21……ボルト。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】レール上に該レール方向に配置された少な
   くとも２本の脚部と、これらの脚部の基端を連結する胴
   部とからなる走行体が構成され、この走行体の少なくと
   も１つの脚部の軸線に対して斜めに振動を与える振動子
   が前記走行体に設けられてなる超音波リニアモータにお
   いて、上記振動子は、圧電素子と、この圧電素子の伸縮
   方向の少なくとも一方の端面に設けられた被加振体と、
   この被加振体を前記圧電素子に連結するとともに該圧電
   素子をその伸縮方向に圧縮する連結部材とを備えてなる
   ものであることを特徴とする超音波リニアモータ。