JPS6091877A - 圧電リニアモ−タ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は圧電体を用いたリニアモータに関す４従来例の
構成とその問題点 従来、電動機は回転子あるいは固定子に巻線あるいは磁
石等を必要とした。回転ではなく直進運動をさせる、い
わゆるリニアモータにおいても同等に比例しているので
、電気−機械変換効率を高めるためには高精度な加工技
術あるいは組立技術を必要とし、高価格となった。また
一般にモータは高速回転あるいは高速走行はど高効率と
なるが、このこれは、変換のロスは巻線などでのロスが
主であシ、低速では高速時の３分の１ないし６分の１程
度と変換効率が低くなっていたことによる。

更に通常のモータの回転速度は１１０００ｒｐないし２
００Ｏｒｐｍあるいはそれ以上である。またリニアモー
タ等では、１秒間の走行距離は１ｍないし１０ｆｆ１程
度ともなち多くの場合において減速機を必要としておｐ
、このため低寿命となりかつ価格高をまねいている。

また回転部品あるいは走行部品等の質量が構成上大きく
なるために慣性モーメントが大きくなり立上り、立下り
特性に欠けて、パルス駆動が困難である。このためパル
ス動作にはクラッチ機構あるいはブレーキなどの部品類
を必要としてコンノ（クト性に欠けた。

発明の目的 本発明の目的は上記欠点を解決するために、電気−機械
変換子として高効率をなす圧電振動子を用い、圧電振動
子の励起する運動を駆動力とする圧電リニアモータを提
供することである。

発明の構成 本発明による圧電リニアモータは、細長い２片の圧電振
動子と音響材料よシなる基体とを含みそれらが重ね合わ
された固定子吉、その固定子に重ねられて面接触する走
行子とを備えている。前記両圧電振動子は長手方向に分
割された複数の領域からなる分極を有し、その分極は隣
接する各領域では向きが逆である。また両圧電振動子は
、一方の各分極領域の境界が他方の圧電振動子の各分極
領域の中央部近傍に位置するよう配置される。そ竹子は
その方向の駆動力を受ける。

実施例の説明 本発明の実施例の詳細について図面を用いて説明する。

第１図は固定子の構造を示す。同図において直線形状の
第１圧電振動子１の表面には例えば１０１１１ｍ程度毎
の領域に分割された銀、金、銀パラジウム、ロジウムあ
るいはニッケルなどの導電材料を用いた例えば６個電極
が印刷、蒸着あるいはメッキなどの方法により設けられ
ている。裏面に具備される電極（図示せず）は前記表面
電極と同様に例えば分割されても、されていなくとも良
い。以上のように構成された第１圧電振動子の相隣合う
電極毎に、板厚方向に分極方向が互に異なるようにして
分極を行なう。この結果第１図において示すように互い
違いにプラス極性あるいはマイナス極性を有する領域か
らなる６極、３組の強制励振々動子が構成される。電極
１ａは、分極後は分割されている必要はなく、一括して
電圧を印加できるように接続される。直線形状の第２圧
電振動子２も第１圧電振動子１と同様の構造であり、互
い違いにプラス極性あるいはマイナス極性を有する６極
、３組の強制振々動子が構成されている。

第１圧電振動子１あるいは第２圧電振動子２の最小振幅
位置は、各々相隣合う電極どうしの境界位置近傍となり
、最大振幅位置は各々の電極の中央近傍位置となる。両
圧電振動子１，２は、圧電振動子１の最大振幅位置とな
る電極中央近傍に、第２圧電振動子２の最小振幅位置と
なる相隣合う電極どうしの境界が位置するよう重ね合わ
されている。

以上のように構成された両圧電振動子１及び２は、圧電
振動子と同等ないし１０倍程度近傍の厚みを有する固定
子基体３に重ね合わされる。この固定子基体３は、アル
ミニウム、黄銅、鉄、ステンレス、焼入鋼、ナイロン等
の合成樹脂材料、セラミック材料、ガラス材料あるいは
それらを複合化した複合材料等からなる音響材料を用い
て構成される。

以上のように構成したものを、第２図において示す固定
子４として用いる。第２図に示すように、固定子４に定
まる強制励振駆動周波数にて発振器５により発振された
出力信号を分岐し、一方を直接増幅器７に、他方を移相
器６を介して増幅器８に入力する。前記移相器６では後
述するような正方向走行あるいは逆方向走行に使用する
±１０゜ないし±１７０°の範囲で位相シフトした信号
が整形される。前記発振器６の出力信号を直接増幅器７
に入力して増幅した信号をリード線９及び１゜により第
１圧電振動子１に印加する。それによシ前記固定子４に
は、第１圧電振動子１の分極方向が互に異なるプラス極
性あるいはマイナス極性を有する領域の一対を１波長と
して、６極、３組の強制励振々動子に対応する３波長の
強御励振波が発生される。第２圧電振動子２も増幅器８
の出力をリード線１０．１１を通して印加することによ
り同様に駆動される。

第３図に第１圧電振動子１及び第２圧電振動子２に電気
信号を印加したときの、たて方向の歪を長さ方向位置に
対する変化として測定した結果を示す。測定は測置個所
にＨｅ　−Ｎ　ｅガスレーザ光を照射し、入射光と反射
光との干渉法を用いて測定した。第３図ａには第１圧電
振動子１に信号を印加したときの測定結果を示した。６
０Ｖ印加時±０．８μｍ程度の振幅を示した。最小振幅
位置は各々相隣合う電極と電極の境界位置近傍となり、
最大振幅位置は各々の電極の中央近傍位置となっている
。同様に、第２圧電撮動子２を駆動して１１に印加した
。測定したところのたて方向歪の結果を第３図すに示し
た、５０Ｖ印加時±０．８μｍ　程度の振幅を示した。

最小振幅位置は各々′相隣合う電極と電極の境界位置近
傍となり、最大振幅位置は各々の電極の中央近傍位置と
なっている。

次に両圧電振動子１及び２を第１図及び第２図に示した
構成によシ同時に駆動したときの測定結果を第３図Ｃに
示しだ。たて方向の歪の分布において、ａとｂとの中間
位置に振幅が最大を示す位置が移動している。またたて
方向歪の最大振幅は約１．３程度度に大きくなっている
。

ここで、前述のように両圧電振動子１．２は位相シフト
して駆動されるため、合成波Ｃ１−１：ＩＬ！１間とと
もに一定方向に移動する。例えば、第１圧電振動子１に
印加される基準信号に対して９００位相差を有する信号
を第２圧電振動子２に印加した場合には、同極において
第１圧電振動子１が最大振幅を示すとき第２圧電振動子
２は最小振幅となり。

前記２つの振動を時間経過毎に合成すると、前記合成波
は左から右に移動する。

固定子４上には、走行子１２が当接している。

この走行子１２は、摩擦材料あるいは弾性材料からなる
弾性体１３とそれに結合された音響材料１４とから構成
される。

上述のように固定子４を駆動すると、固定子４における
走行子１２に面する側の振動の頂点が走行子１２に接触
し、しかもその頂点が時間とともに移動するため、走行
子１２には横方向成分を有する力が加わることになる。

かくして前記走行子１２は、前記固定子４によシ定まる
駆動周波数により接方向成分による位置移動を繰り返す
結果、はぼ１秒間に数ＩＩＩｍないし数百ｍｍ程度の範
囲での直線走行を得ることができる。発生トルクは固定
子を構成するところの音響材料及び固定子と面接触□茫
コ の範囲のトルクを得ることができだ。また走行の方向に
ついては、基準信号に対して−１ｏｏないし−１７ぴの
範囲で位相シフトした信号を第２圧電振動子に印加して
駆動したときに得る走行を例え範囲で位相シフトした信
号を同時に印加して駆動したときに得る走行方向は逆方
向の走行となる。

また走行速度は印加信号の大きさあるいは位相、あるい
は接触部の受ける荷重等の大きさを選ぶことによシ任意
に選定可能である。

第４図及び第６図に別の構成から成る固定子１５を示し
た。第１圧電振動子１′及び第２圧電振動子２′のあい
だに前記圧電振動子と同等ないし１０倍程度近傍の厚み
からなる固定子基体３′を装着したことを基本構成とし
ている。第１圧電振動子１′及び第２圧電振動子２′の
分極の相対配置は、第１図及び第２図に示す構成の固定
子４と全く同様である。固定子１６０表面には導電性材
料１６及び１７を付加している。また第５図に示した固
定子１５り駆動回路の構成は、第２図において示した回
路と全く同じ構成であるので詳細な説明は省略する。

この駆動回路を用いて固定子１５により定まる強制励振
駆動周波数にて５０Ｖ印加時のたて方向の歪を測定した
。たて方向歪は第３図にて示したも示す本発明による圧
電リニアモータの構成により前記固定子１５を装着して
駆動したところ、は＃丁１秒間に数ｍｍないし数百価程
度の範囲での直線走行を得ることができた。発生トルク
は固定子を構成するところの前記音響材料及び前記固定
子等と面接触をなす走行子等の摩擦係数及び接触面積あ
るいは受ける荷重の大きさにより変化するが、数拾２・
鋸から数千１・口の範囲のトルクを得ることができた。

第６図に第１図及び第２図、あるいは第４図及び第６図
に示した固定子等を用いた圧電リニアモータの一実施例
を示した。リード線９′、１０′、１１′を付加された
固定子４′は緩衝体２１を介して適度な弾性を保持して
フレーム２２に振動自由に装着されている。前記フレー
ム２２の上部には位置調整ネジ２３　、２３’が回動自
在に装着され、その先端にはガイド板２４．２４′が支
持されて因る。複数個の小球２５，２５’が、前記ガイ
ド板２４．２４’と、走行子２０のＶ溝の間に適度な力
で保持されている。前記走行子２０の下面と前記固定子
４′の上面は、緩衝体２１０発する適度な弾性力により
摩擦接触対偶をなしている。

以上に説明した構成の圧電リニアモータにおいて、周定
子４′に駆動信号を印加すると、前記固定子４′には合
成波が生じて前記走行子２０が走行をはじめる。以上の
構成から成る圧電リニアモータの電力効率を測定したと
ころＤＣ・マイクロモータ等とｅｌぼ同等以上の効率を
得た。またきわめて小型となるので実作動場所に貼シつ
けるだけで目的とする運動が簡単に実現できる。したが
って見掛の収納面積を感じさせないばかりか並設使用で
は駆動信号の位相を変化させるだけで正方向・逆方向駆
動が任意に可能となり、かつ１秒間に数百ｍｍ以下の低
速走行において数千２・ｃｍ８度のトルクが発生できる
。また走行速度は印加信号の大きさあるいは位相、ある
いは接触部の受ける荷重等の大きさを選ぶことにより任
意に選定可能である。

したがって減速機等が全く不要である。かつ常に摩擦接
触対偶をなすので慣性モーメントが無く、微小なパルス
動作性に富むうえにコンパクト性に優れている。また構
造が至って簡単であるので低価格となる。

発明の効果 本発明による圧電リニアモータは、固定子に２片の細長
い圧電振動子を備え、その両圧電振動子が長手方向にお
いて交互に分極の向きが逆転した複数の領域に分割され
るとともに、互いにほぼ半領域ずらして配置され、その
固定子に走行子を当接させた構成であり、前記両圧電振
動子に互いに位相のずれた所定周波数の電圧を印加する
ことにより、一定方向に移動する振動波が固定子中に発
生し、走行子がその移動方向に駆動されるものである。

しだがって、構造が極めて簡単であり、小型で応答の良
い圧電リニアモータを実理することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における圧電リニアモータの
固定子の分解斜視図、第２図は同固定子を周込た圧電リ
ニアモータの概要とその駆動回路を示す正面図、第３図
は第２図の圧電リニアモータ固定子における歪分布図、
第４図は他の実施例における固定子の分解斜視図、第６
図は同固定子とその駆動回路の概要を示す正面図、第６
図は本発明の一実施例における圧電リニアモータの具体
的構造を示す断面図である。 １．２・・・・・・圧電振動子、３・・・・・・固定子
基体、４・・・・・・固定子、５・・・・・・発撮器、
６・・・・・・移相器、７゜８・・・・・・増幅器、１
２・・・・・・走行子。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 ＷＪ２図 纂　３　図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）複数の領域に分割されその各領域の分極方向が交
   互に逆転しているよう構成された細長い２片の圧電振動
   子を、その一方における前記各領域の中央部近傍に他方
   の圧電振動子の前記各領域の境界が位置するよう配置す
   るとともに、音響材料からなる基体を前記両圧電振動子
   とともに多層に重ねて構成した固定子と、その固定子と
   面接触をなす走行子とを具備することを特徴とする圧電
   リニアモータ。 （４２片の圧電振動子が、所定周波数の電圧を互いに位
   相をずらして印加されることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の圧電リニアモータ。 （３）走行子が、固定子側に位置する弾性体とそれに結
   合された音響材料からなることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の圧電リニアモータ。 （４）固定子の基体の厚みが圧電振動子と同等ないし約
   １０倍であることを特徴とする特許請求の範囲第」項記
   載の圧電リニアモータ。 （６）両圧電振動子の領域分割が等分であることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の圧電リニアモータ。