JPS6139871A - 圧電形直線モ−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】 ［発明の技術分野］ 本発明は弾性体からなるレール上を伝播する超音波振動
によって、レール上に加圧接触させた摺動体を移動させ
る圧電形直線モータにおいて、摺動体の移動速度に応だ
駆動電圧で圧電振動子を励振し、摺動体の移動速度を一
定に保つ圧電形直線モータに関する。

［発明の技術的背景］ 従来、電気エネルギーを機械エネルギーに変換するのに
、電気エネルギ〜を−Ｈ磁気エネルギーに変え磁気の吸
引力と反発力を利用し機械エネルギーを得る方法がとら
れ、鉄心と巻線を有するモー守が広く使用されている。

しかし、この方法は構造が複雑で重いこと、直線運動を
させるには回転運動を機械的に直線運動に変えなければ
ならないこと、磁束が外部に漏れること、電源投入時突
入電流があり電源遮断時に高い逆起電圧を発生すること
などの問題があった。

このため近年Ｂ　ａ　Ｔ　＋　０３やＰＺＴ等の圧電セ
ラミックによる振動子を応用した圧電形直線モータグ提
案されている。第４図に圧電形直線モータの構成例を示
す。ＢａＴｉＯ３やＰＺＴ等の圧電セラミックからなる
振動子（２）、金属など弾性体からできたレール（１）
、レールに加圧接触させた摺動体（３）から構成される
。つぎに第４図、第５図を用いて圧電形直線モータの原
理を説明する。

第４図に示した圧電振動子（２）の内の一方を該圧電振
動子（２）の共振周波数になる交番電圧で駆動すると、
圧電振動子（２）はレール（１）の長手方向に対し直角
方向に振動してレール（１）に振動を与える。このとき
第５図に示すような弾性波が発生し弾性体からなるレー
ル（１）上を伝播する。このときレール（１）表面の質
点（４）は、縦振幅Ｕ。

横振幅Ｖの楕円運動を５行っており、楕円運動の回転方
向は弾性波の進む方向とは逆向きである。この波は１波
長毎に頂点（５）をもっていて、レール（１）上に摺動
体（３）を加圧接触させると、摺動体（３）のレール（
１）に接する面は弾性波の頂点（５）のみに接触するの
で摺動体（３）はレール（１）との摩擦力によって質点
（４）の楕円運動の方向に移動する。これは第４図にお
いて弾性体からなるレール（１）上を摺動体（３）が移
動することを示している。また第４図において駆動され
ていない他方の圧電振動子（２）は、レール（１）上に
発生する弾性波が効率よくレール（１）上を伝播するよ
うにインピーダンスの整合をとるためのものである。

この圧電モータは構造が簡単で直接直線運動が得られる
。停止時は摩擦で摺動体がレール上に固定されるので位
置決め精度が高く、また外部に磁束の漏洩がない等の特
徴を有し多方面への応用が考えられている。

［背景技術の問題点］ この圧電形直線モータは、上記のように多くの特徴を兼
ね備えているが、摺動体（３）の移動が摺動体（３）と
レール（１）の摩擦を利用しているため摺動体（３）の
移動距離が大きくなると、移動距離全体にわたって、摺
動体（３）とレール（１）の摩擦を一定に保持すること
が困難となり、さらにレール（１）が機械的な曲りや歪
みを持っている場合も摩擦を一定に保つことは困難であ
る。このように摺動体（３）とレール（１）間の摩擦を
一定に保てない場合、摺動体（３）の移動速度は場所に
よって大きく異なり、移動距離全体にわたって移動速度
を一定に保つことはきわめて困難であり圧電形直線モー
タのすぐれた特徴を十分引出せない欠点があった。

［発明の目的］ 圧電形直線モータの摺動体とレール間の摩擦が変動して
も、摺動体の移動速度を常に一定に制御することのでき
る圧電形直線モータを提供せんとするものである。

［発明の概要］ この発明になる圧電形直線モータは、金属等の弾性体か
らなるレールと、該レールの一端または両端に結合した
圧電振動子と、該レール表面に加圧接触させた摺動体と
を有し、該摺動体を前記圧電振動子の発する振動により
レール上に発生させた超音波の進行波によってレール上
を移動させる圧電形直線モータにおいて、前記摺動体の
移動速度を検知する速度センサと、該速度センサの出力
信号によって圧電振動子の駆動電圧を変える駆動回路と
を具備し、前記摺動体の移動速度に応ｄた駆動電圧を前
記駆動回路を介して圧電振動子に与えることを特徴とし
たものである。

［発明の実施例］ 第１図に示すように鉄、黄銅などの金属やプラスチック
などの弾性体からなるレール（１）に加圧接触させた摺
動体（３）の移動速度を検知する速度センサ（６）と、
該速度センサ（６）の出力信号によって圧電振動子（２
）の駆動電圧、または電流の大きさを変えることのでき
る駆動回路（７）を具備し、該駆動回路（７）の出力信
号で圧電振動子（２）を駆動する回路構成からなるもの
である。つぎにこの回路で重要な動作について第１図、
第２図を参照して説明する。圧電形直線モータは、圧電
振動子（２）の固有共振周ｉ数で駆動したとき摺動体（
３）の移動速度も大きく、また摺動体（３）の推力も大
きい。しかしながら、圧電形直線モータを動かすことの
できる周波数幅は狭く、実用になる駆動周波数の幅は±
１％前後であることが実験的に確認された。したがって
摺動体の移動速度を圧電素子の駆動周波数で変化させる
のは現実的でない。

しかし第２図で示したように圧電形直線モータにおける
摺動体（３）の移動速度は、振動子（２）を駆動する電
圧、または電流に比例する。したがって圧電振動子（２
）を駆動する電圧、または電流の振幅を変えることによ
って摺動体（３）の移動速度を制御することができる。

第１図において摺動体（３）とレール（１）間の摩擦力
の変化やその他の原因によって摺動体（３）の移動速度
が変動すると、摺動体（３）の移動速度を検知する速度
センサ（６）の出力が変化し、速度センサ（６）の出力
信号によって圧電振動子駆動回路（１）の出力電圧が速
度変化を相殺する方向に働いて摺動体（３）の移動速度
を一定に保つことができるものである。

［発明の効果］ 発明の効果について第７図の実施例の結果をもとに説明
する。第３図のグラフは第１図に示した摺動体（３）の
可動範囲内における摺動体（３）の推力変化を表したも
ので、図中（ａ）は従来例、（ｂ）は本発明の構成によ
る実施例の場合である。

これから明らかなように、本発明によれば、摺動体（３
）とレール（１）　１ｍの摩擦が変化したり、伯の要因
により摺動体速度が変化しても、摺動体（３）は常に一
定速度での駆動が可能になる。このため摺動体（３）を
レール（１）に加圧接触させる場合、特別な機構も不要
であり、またレールの仕上げ状態も特別な精密仕上げ必
要としないので安定性に優れ、工業的価値の高い圧電形
直線モータを提供することができる。

なお、上述の実施例では摺動体（３）の速度センサ（６
）として磁気を使用したものを用いたが、摺動体速度が
検知できるものであればどのような原理を応用したもの
であってもかまわない。また速度センサ（６）は必ずし
も摺動体（３）上に設ける必要はないことはいうまでも
ない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明になる圧電形直線モータのブロック図、
第２図は圧電振動子に印加する駆動電圧の大きさと摺動
体に発生する推力を表す曲線図、第３図は摺動体の移動
距離と摺動体に発生する推力の変化を表す曲線図、第４
図は従来の圧電形直線モータの構成を示すブロック図、
第５図は圧電形直線モータの動作原理を示す斜視図であ
る。 （１）・・・・・・レール　　　　（２）・・・・・・
圧電振動子（３）・・・・・・摺動体　　　　（４）・
・・・・・質点（５）・・・・・・弾性波の頂点　（６
）・・・・・・速度センサ（γ）・・・・・・圧電振動
子の駆動回路特　　許　　出　　願　　人 マルコン電子株式会社 、虹努支反（ν）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）金属等の弾性体からなるレールと、該レールの一
   端または両端に結合した圧電振動子と、該レール表面に
   加圧接触させた摺動体とを有し、該摺動体を前記圧電振
   動子の発する振動によりレール上に発生させた超音波の
   進行波によってレール上を移動させる圧電形直線モータ
   において、前記摺動体の移動速度を検知する速度センサ
   と、該速度センサの出力信号によつて圧電振動子の駆動
   電圧を変える駆動回路とを具備し、前記摺動体の移動速
   度に応じた駆動電圧を前記駆動回路を介して圧電振動子
   に与えることを特徴とする圧電形直線モータ。