JPH07163164A - 振動波リニアモーターおよびプリンター - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 安定した直進駆動が得られる振動波リニアモ
ーターを提供することを目的とする。 【構成】 ループ状の振動弾性体１に圧電素子２が接合
され、圧電素子に駆動信号を印加して該振動弾性体の駆
動面に進行性振動波を形成する振動子と、該振動子の駆
動面に加圧手段を介して加圧接触するレール状固定子
と、該振動子に支持手段を介して取付けられて該振動子
と共に該レール状固定子に沿って移動すると共に、案内
手段により予定移動方向に案内される移動体とを有し、
支持手段６は、支持剛性を、該進行性振動波の進行方向
と直交する加圧方向に対して、該支持手段反力が該振動
子の加圧力の半分以下とし、かつ該進行波の進行方向に
対してはモーターの最大推力の設計値が該支持手段に作
用した時の支持手段の変形量が該振動子の振動振幅の５
０倍以下とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は振動波モーター特に進行
波が形成される弾性体をレール状固定子に圧接し、弾性
体をレール状固定子に沿って移動させる方式の振動波リ
ニアモーターおよび振動波リニアモーターを利用したプ
リンターに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来この種の振動波モーターとしては、
図１０、図１１に示すものがある。

【０００３】１は摺動面側に設けられた突起１ａを有す
る金属材料からなる長円形状の弾性体で、その上面に圧
電素子２が接合されて振動子を形成している。そして、
圧電素子２への交流電圧の印加により進行性振動波が形
成される。なお、進行性振動波の発生原理及び圧電素子
２の構造は公知なので詳述しないが、圧電素子の位置的
に９０度ずれた２群の駆動用圧電素子に９０度の時間的
位相を有する交流電圧を印加することにより、進行性振
動波は形成される。８は弾性体１と摩擦接触するレール
状固定子で、モーターケースの底板１０に固定されてい
て、振動絶縁材料５（例えばフェルト）を介して加圧バ
ネ３によって弾性体１と接触している。６は弾性体１に
固定された板状の支持板で、その中央をブロック状の支
持体７で固定され、弾性体１を支持している。

【０００４】弾性体１はその支持板６及び支持体７を介
し載置台４に支持されており、載置台４は予定方向Ｂ_Y
方向以外の変位を拘束する拘束部材９によって支持され
ている。

【０００５】弾性体１に進行性振動波が形成されると、
レール状固定子８と弾性体１との摩擦力により、弾性体
１がレール状固定子８の上を移動し、それに伴って載置
台４及びその他の部材３，５，６，７も拘束部材９に沿
ってＢ_Y 方向に移動する。その際、発生する摩擦駆動力
は弾性体１の一部に作用し、それが支持部とずれている
ために弾性体１にモーメントが働き、Ｂ_X ，Ｂ_Y 方向に
ずれようとする。

【０００６】支持板６は平面Ｘ字の形状をしており、４
つの先端は弾性体１の内側側面にスポット溶接などによ
りしっかりと接合されている。また、支持板６の中央部
は支持体７でしっかりとクランプされ、かつ支持体７は
載置台４に固定されているので、弾性体１にモーメント
が働いても、弾性体１が回転したり、ガタつくこともな
く、載置台４と共にスムーズに直線運動が可能となる。

【０００７】このモーターは、間欠的駆動の位置制御を
高精度に行えることから、例えばバブルジェット式のプ
リンターにおける印字ヘッド駆動用として用いることが
提案され、載置台４に取付けられた不図示のキャリッジ
に印字ヘッドが装着され、該印字ヘッドを直線往復移動
させる。

【０００８】

【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、上
記従来例では、レール状固定子８と、拘束部材９とが別
体で加工されており、また、これらの部材はＢ_Y 方向に
細長い形状をしているため、レール及び拘束部材の変形
が大きく、レール摺動面の平面度及び拘束部材の載置台
の平面度を精度よく加工するのは困難であった。

【０００９】さらに、これらのレール及び拘束部材を取
り付ける底板１０も薄い板であるため、そりなどの変形
が大きく、この底板に前記拘束部材９及びレール８を取
り付けるとさらにこれらの部材の変形がひどくなる。

【００１０】そのため、両側の拘束部材９の載置台４を
ガイドするガイド面の平行度が悪くなり、載置台４がＢ
_Y 方向に移動する際に、場所によって載置台４の傾きが
変化するため、レール状固定子８のレール摺動面と載置
台４との間のギャップも変化してしまう。

【００１１】一方、前記のように弾性体１は載置台４に
支持部材６，７を介して取り付けられており、また、加
圧バネ３も載置台４に取り付けられているので、レール
摺動面と載置台４とのギャップがＢ_Y 方向の場所によっ
て変化すると、弾性体１に加えられる加圧力が変動して
しまうため、モーターの安定した駆動力を得ることがで
きない。また、載置台４が拘束部材９のガイド面の影響
で、傾きが場所によって変動すると、振動子も連動して
傾くため、レール摺動面と振動子との接触状態が悪くな
り、モーター性能が劣化するという問題があった。

【００１２】さらに、拘束部材９は、振動子の加圧反力
を振動子を支持する支持体７を介して受けるので、図１
０の様なすべり軸受のガイド機構では、移動体４が受け
る負荷抵抗が大きく、モーターの出力が減少してしまう
という問題点もあった。

【００１３】このため、載置台に装着される印字ヘッド
による印刷は、不鮮明なる傾向があった。

【００１４】本発明の目的は、このような従来の問題を
解決し、安定した直進駆動が得られる振動波リニアモー
ターを提供し、また印字精度の高いプリンターを提供す
ることにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段（及び作用）】本発明の目
的を実現するための具体的な構成は特許請求範囲におけ
る請求項に記載したとうりであり、レール状固定子に対
して加圧接触する振動子の支持部材の支持剛性を進行波
の進行方向に対して直交する方向に対しては、支持部材
反力が振動子加圧力の１／２以下になる様に支持部材の
該方向剛性を定め、かつ、進行波の進行方向に対して
は、モーター最高推力の設計値下が支持部材に加わった
時に支持部材の変形量が振動子の摺動面における振動振
幅（進行波進行方向）の５０倍以下になる様に該方向の
支持剛性を定めることにより、モーターの底板の変形や
そり等の影響を受けることなく振動子がレールに安定し
て接触可能になり、モーター性能の劣化を防ぐことがで
きる。

【００１６】また、振動子支持部材の進行波進行方向の
剛性を上記の様に設定することにより、振動子から載置
台への駆動力伝達効率が向上し、モーターの推力低下を
防ぐことができる。

【００１７】

【実施例】図１及び図２は本発明における振動波リニア
モーターの一実施例の斜視図と断面図、図３は振動子支
持部材を示す。

【００１８】本実施例に用いられる振動子は、図１０、
図１１に示す従来例と同様に長円形状の弾性体１の片面
に圧電素子２が接合され、また圧電素子２とは反対側に
は櫛歯形状の突起を進行波の進行方向に沿って多数隔設
しており、その先端にはシート状の耐摩耗材１８がエポ
キシ系などの接着材により接合されている。弾性体１の
摺動面側直線部には、図３に示す様な形状の支持板６
（板厚０．１ｍｍ，材質リン青銅）の先端部がスポット
溶接などの接合手段により接合されており、右側に位置
する載置台４から左方に延出された支持部材７の延出端
部がこの支持板６に取りつけられ載置台４と振動子とが
一体に組み付けられている。

【００１９】また、載置台４と弾性体１との間には板状
の加圧バネ３が図２の（ｂ）の様に取り付けられ、加圧
バネ３の先端部と弾性体１との間に介装したフェルト等
の振動絶縁体５（巾４ｍｍ，長さ２０ｍｍ，厚さ１ｍ
ｍ）及びステンレス等の加圧板（巾４ｍｍ，長さ２０ｍ
ｍ，厚さ１ｍｍ）１９を介して加圧バネ３のバネ力によ
り、駆動に供する弾性体１の直線駆動部を後述するレー
ル状固定子８のレール部をなすフランジ部８Ａに押圧し
ている。

【００２０】本実施例のレール状固定子８は、弾性体１
の直線部が接触する為適度な弾性を有するフランジ部８
Ａと、このフランジ部８Ａと対向し、フランジ部８Ａよ
りも剛性が高くなる様に構成されたフランジ８Ｂとが形
成されている。

【００２１】このレール状固定子８の下面には、軸棒１
１の両端を支持する軸棒支持板１３ａ，１３ｂが基準面
に取り付けられるように不図示の位置決めピン等により
正確な位置に取付けられており、軸棒１１がレール状固
定子８のフランジ８Ｂと平行になる様にしている。ま
た、軸棒１１は、スラスト方向にはずれない様に不図示
の軸棒止め具で軸棒支持板１３ａ，１３ｂに夫々固定し
ている。

【００２２】載置台４からは図中左方に２ケ所突出した
部材が進行方向の前後に設けられ、この各部材に、樹脂
系又は含油メタルなどのすべり軸受部材１２ａ，１２ｂ
（不図示）が取り付けられており、載置台４がＡ_Y 方向
及び軸棒１１を中心軸とする回転が自在な様に軸棒１１
とガタなく係合している。

【００２３】一方、載置台４の進行方向前後部には、２
本の軸棒１５ａ，１５ｂが取りつけられており、これら
軸棒１５ａ，１５ｂの先端には、コロ軸受１４ａ，１４
ｂが回転自在に取りつけられ、バネ３により弾性体１を
押圧した反力を載置台４、コロ軸１５ａ，１５ｂを介し
てコロ軸受１４ａ，１４ｂが受ける構造になっている。

【００２４】尚、図２の（ａ）に示すようにコロ軸受１
４の中心Ｌと、弾性体１の接触部に作用する押圧力の中
心が一致する様な構造にすることにより、弾性体１に付
勢する加圧反力を全て摩擦係数の小さいコロ軸受で受
け、すべり軸受には、この加圧力のモーメント成分が発
生しない様にして、載置台の移動抵抗を極力小さくする
ようにしている。

【００２５】また、中心Ｌは振動子接触部の幅Ｃの中心
と一致させることにより、幅方向の接触面圧の均一化を
図っている不図示の電源から圧電素子２に高周波電界を
印加すると、弾性体１に進行性振動波が励振され、弾性
体１とレール状固定子８との摩擦力により、弾性体１と
載置台４及び載置台４に取り付けられた部材（３，５，
６，７，１２，１４，１５，１６，１８，１９）は、レ
ール状固定子８に設けられたフランジ８Ｂ及びレール状
固定子８に取り付けられた軸棒１１に沿って、矢印Ａ_Y
方向へ移動する。

【００２６】ここで振動子とレール状固定子との接触状
態について、本実施例における支持部材の機能を説明す
る。

【００２７】上述した様に、振動子とレール状固定子の
摺動面（フランジ８Ａ）との位置関係は振動子が取付け
られている載置台４の姿勢（フランジ８Ａとの距離及び
フランジ８Ａ面に対する傾き）に依存し、この姿勢は載
置台に取付けられたコロ軸１５ａ，１５ｂの取付位置精
度、コロ軸受１４ａ，１４ｂの寸法精度、軸棒支持板１
３の軸棒通し穴の位置精度、軸棒１１の真直度など各部
品の寸法公差に依存する。

【００２８】実際にモーターを量産しようとした場合、
各部品の寸法精度は±０．０５〜±０．１ｍｍ程度であ
るから、これらの寸法公差が積み重なると振動子の取付
面（支持体７の支持板取付面）の位置は、各部寸法公差
の２乗和の平均をとっても±０．２以上のばらつきが出
る。この為、モーターユニットを組立てると、フランジ
８Ａ面と振動子との位置が正規の位置からずれ、例えば
振動子の取付位置が載置台側へΔｈだけずれると、図４
（ａ）に示す様に、振動子摺動面とフランジ８Ａ面とは
Δｈだけ離れてしまうことになる。

【００２９】従来例のように振動子支持板のＡ_Z 方向
（加圧方向）の剛性（Ｋθ）が高い場合、加圧バネ３に
より振動子が強制的にレール面に押し付けられる為、図
４（ｂ）に示す様に振動子が傾き、摺動面の先端側のみ
が接触する様な当り方になってしまい、なおかつ、レー
ル及び軸棒の曲がりなどによってキャリッジの場所によ
るΔｈの変動が起こるので、場所による振動子の傾きの
変化が起こり、これに伴って振動子とレールの接触状態
が変化してしまうという不具合が生じていた。

【００３０】これに対して、本実施例における振動子支
持部材は、Ａ_Z 方向の支持板剛性を小さく（支持反力が
Ｐ／２以下）なる様にしているので、図４（ｃ）に示す
様に振動子支持板６が変形し、振動子の摺動面全域が安
定して接触できる。

【００３１】また、図５（ａ）の様に載置台がレール摺
動面に対して傾いた場合でも、図４（ｃ）と同様支持板
６が変形し、図５（ｂ）の様に振動子の摺動面全域が安
定に接触できる様にしている。

【００３２】次に、載置台の進行方向の支持板剛性（Ｋ
ｘ）について述べる。振動子の支持板は、前に述べた様
に、振動子を載置台に固定すると同時に振動子に生ずる
駆動力を載置台に伝達する役割をもっている。いま、振
動子に矢印Ｃ方向（図６）の摩擦駆動力が働いたとする
と、支持板は図の点線で示す様にΔｘだけ変形して力を
載置台に伝達する。実際には、更に振動子のマサツ面か
らスティックスリップ等による振動成分をもった外力や
場所による軸受負荷の変動による外力などが加わる為、
振動子全体は、前記Δｘをバイアスとして、振幅ξで振
動する様な挙動をしながら載置台を駆動している。

【００３３】その為、振動子の摺動面に発生する摩擦駆
動力も図７に示す様に振動成分をもっており、実質的に
は、その平均値が駆動力として作用する。

【００３４】一方、摺動面に発生する摩擦駆動力の最大
値（Ｆ_max ）は一定で、そのモーターに使用している摩
擦材の摩擦係数と振動子加圧力とで決定される。

【００３５】従って、摩擦駆動力が変動しても、その最
大値（ピーク値）はＦ_max 以下であり、変動幅が大きい
程、その平均値は小さくなる。支持板の剛性Ｋｘが小さ
い程、前記外力に対する変形が大きくなる為、駆動力の
変動も大きくなり、実質的な駆動力（平均値）は、図７
のＦ₂ で示すように小さくなってしまう。

【００３６】本発明者等の実験によると、モーターの最
大推力（設計値）が作用した時の支持板の変形Δｘが、
振動子の駆動波の振動振幅の５０倍以下になる様にＫｘ
を設計しないと、推力が大幅にダウンすることがわかっ
ている。

【００３７】以上述べた様に、振動子支持板のＡ_x （予
定移動方向）の剛性を小さくして振動子の摺動面がレー
ル状固定子の摺動面にならって摺動面全体が接触する様
にし、かつ、支持板のＡ_Y 方向の剛性Ｋｘを大きくする
ことにより、モーター特性が安定して、かつ大きな出力
が得られる。

【００３８】このような特性を得るために、上記した実
施例における支持板６は、Ａ_Y 方向における軸線を中心
とした対称形状、すなわちコ型の枠板内にＸ字形状の部
材が形成された形状としているが、本発明はこれに限定
されるものではなく、図８、図９に示すような形状であ
ってもよい。

【００３９】図８はコの字形の支持枠板に横方向に２枚
の補強板が付いた形状で、Ａ_Y 方向におけるＫｘを大き
くする様にしている。

【００４０】図９は、四角形の支持板に、丸穴を幾つか
あけた形状にし、Ｋθを小さくする様にしている。

【００４１】尚、上記した全ての振動子支持板を片持梁
構造にしたが本発明の意図に沿うものであれば、両持梁
構造でもよい。

【００４２】また、上記した各実施例のモーターをプリ
ンターの印字ヘッド駆動用に用いれば、高精度の印字が
行える。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように、振動子とレール状
固定子の接触が安定して、安定したモーター特性が得ら
れるとともに、モーター出力低下を防ぐことができる。

【００４４】また、本発明のモーターを利用したプリン
ターにあっては、鮮明なプリントを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す振動波リニアモーター
の斜視図。

【図２】図１の断面図。

【図３】図１の振動子と振動子支持板の平面図。

【図４】振動子とレールとの関係を示す断面図で、
（ａ）と（ｂ）は従来、（ｃ）は図１の実施例の場合を
示す。

【図５】図１の実施例の振動子とレールとの関係を示す
図。

【図６】図１の実施例の振動子と振動子支持板との関係
を示す平面図。

【図７】図１の実施例の振動子支持板の剛性とモーター
出力との関係を示す図。

【図８】振動子支持板の他の実施例を示す図。

【図９】振動子支持板の他の実施例を示す図。

【図１０】従来の振動波リニアモーターの側面図。

【図１１】図１０の平面図。

【符号の説明】

１…弾性体 ２…圧電素子 ３…加圧バネ ４…載置台 ５…振動絶縁体 ６…弾性体支持
板 ７…支持体 ８…レール状固
定子 ９…拘束部材 １０…底板 １１…軸棒 １２…すべり軸
受 １３…軸棒支持板 １４…コロ軸受 １５…コロ軸 １６…コロ軸受
抜け止め １７…リニアエンコーダスリット板 １８…振動子摩
擦材 １９…加圧板 ２０…レール板 ２１…底板

フロントページの続き (72)発明者 山本 新治 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ループ状に形成された振動弾性体に電気
   −機械エネルギー変換素子を接合し、該電気−機械エネ
   ルギー変換素子に駆動用信号を印加することにより、該
   振動弾性体の駆動面に進行性振動波を形成する振動子
   と、該振動子における振動弾性体の駆動面に接触するレ
   ール状固定子と、該振動子に支持手段を介して取付けら
   れて該振動子と共に該レール状固定子に沿って移動する
   移動体と、該振動子を該レール状固定子に押圧する加圧
   手段と、該移動体を予定の移動方向に沿って案内する案
   内手段とを有し、該振動子の駆動によって該振動体を該
   レール状固定子に沿った予定方向に移動させる振動波リ
   ニアモーターにおいて、 該支持手段は、支持剛性を該進行性振動波の進行方向と
   直交する該加圧手段の加圧方向に対しては該支持手段反
   力が該振動子加圧力の１／２以下になる様に定め、か
   つ、該進行性振動波の進行方向に対しては、モーターの
   最大推力の設計値が該支持手段に作用した時の支持手段
   の変形量が、該振動子の振動振幅の５０倍以下になる様
   定めたことを特徴とする振動波リニアモーター。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記支持手段は板状
   部材であり、一端を前記振動子に固定し、他端を前記移
   動体に固定してなる事を特徴とする振動波リニアモータ
   ー。
3. 【請求項３】 請求項１又は２における振動波リニアモ
   ーターにおける移動体に印字手段を設けたことを特徴と
   するプリンター。