JPS62281773A - 超音波モ−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】 ３、発明の詳細な説明 〔産業上の利用分野〕 本発明は移動子をガイドに沿って走行移動させるように
した、いわゆるリニア型の超音波モータに関し、特に進
行波励起手段における振動体の改良に関する。

〔従来の技術〕

この種のリニア型の超音波モータとして「音響学会講演
論文集、Ｐ、６２７　（１９８３年１０月）」に記載さ
れたものがある。

第１３図はその概要を示す図である。第１３図に示すよ
うに、細径の伝播棒１の両端部にホーン型圧電振動子２
，３を設け、２側から送波を行ない３側で受波を行なう
ことにより、伝播棒１に横波（非対称ラム波最低次モー
ド）の進行波を励起し、この進行波による弾性表面粒子
の後方楕円軌跡運動によってスライダ４を矢印方向へ移
動させるようにしたものである。なお、５は発振器、６
は負荷抵抗である。

上記超音波モータによれば、負荷抵抗６の抵抗値を可変
調整することにより、完全な進行波となし得、送波と受
波との入れ替えを行なうことにより逆方向への移動が行
なえるとされている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来の超音波モータでは、進行波が送波端から受波
端に達すると、ここで反射が生じ、送波進行波との干渉
が起こり、定在波を励起し易い欠点がある。現実にはそ
の効率は１０％以下で到底実用には供し得ない。

このような進行波の反射による効率低下を除去したもの
として、特開昭５９−１０９０３８号公報に開示されて
いるように、前記伝播棒に相当する振動体としてループ
状のものを用い、これに進行波を励起伝播させるように
したものがある。

しかるに上記のものは、移動子を移送するためのガイド
を兼ねた振動体がループ状をなしているので、装置全体
が小型である場合にはそれほど問題はないが、装置全体
が大型になると、ループ状振動体の製作が困難化し、し
かも移動に寄与するのはその一部分であるため、無駄が
多く、コスト高となる欠点がある。

そこで本発明は移動子を効率よく移動させることができ
るのは勿論、装置が大型化した場合においても、製作が
容易で無駄がなく、安価に製作可能な超音波モータを提
供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕 本発明は上記問題点を解決し目的を達成するために、次
のような手段を講じた。すなわち、ガイドに沿って移動
可能に設けられた移動子を、上記ガイドに沿って移動さ
せる如く上記移動子に圧電素子と振動体とからなる進行
波励起手段を装着したものであって、特に前記振動体を
、一部が前記ガイドの案内方向の形状に適合した形状を
なす無端帯状の金属部材にて形成した。

〔作用〕

このような手段を講じたことにより、反射波による効率
低下がない上、ガイド自体は単に棒状の案内レール等で
あればよく、格別の移送機構等を付設する必要がない。

したがって例えば、ガイドとして直線状で無限長のもの
を使用可能であり、しかも低コストで製作可能となる。

〔実施例〕

第１図は本発明の第１実施例の上面図、第２図（ａ）は
第１図のＡ−Ａ矢視断面図、第２図（ｂ）は第１図のＢ
−Ｂ矢視断面図、第３図は分解斜視図である。

第１図〜第３図において、１１は長尺な板状のガイドで
ある。このガイド１１の下側面には長手方向に溝１１ａ
が設けてあり、この溝１１ａ内に摩擦板１２が嵌入固定
されている。上記摩擦板１２としては、例えば複合プラ
スチック等の材料が好適である。１３は上面に等間隔の
＠１３ａをもった無端帯状をなす金属製の振動体であり
、この振動体１３の下面には振動体１３と同形の圧電素
子１４が接着されている。圧電素子１４は円形のものと
同様に、分割した複数の圧電体を分極方向が交互に逆向
きになるように配置し、分極方向が互いに逆向きになっ
た隣り合わせの１組を１波長λに対応させている。なお
両端部位に１／４λ。

３／４λの未分極部を形成している。上記振動体１３と
圧電素子１４とは、本発明の進行波励起手段を構成して
いる。すなわち圧電素子１４に９０°位相の異なる励振
電圧を印加すると、振動体１３には進行波が生じる。な
お振動体１３は重心が歯１３ａと反対側に偏っているた
め、歯の先端の振幅が増大し、移動速度を高め得るもの
となっている。１５は移動子であり、前記ガイド１１に
沿って前記進行波励起手段と共に移動可能に設けられて
いる。すなわち、この移動子１５は全体が樋状をなして
おり、かつその側壁外面に支持アーム１６を有している
。そして、その底部および支持アーム１６上には例えば
ゴムで形成された振動吸収体１７．１８が敷設されてい
る。

かくして、組立てに際しては、先ず圧電素子１４と振動
体１３とを一体化したものの一側部位を、移動子１５の
溝部内に収容し、他側部を支持アーム１６上に載置した
状態となす。次に摩擦板１２を取付けたガイド１１に対
して移動子１３の拡口部を嵌合させ、その外側から押え
板１９ａ。

１９ｂをねじ２０　ａ、　　２０　ｂ、　　２０　ｃ、
　　２０　ｄを用いて移動子１５の端縁部１５ａ、１５
ｂに対して螺着する。こうすることにより、第１図に示
すように、移動子１５がガイド１１に沿って移動可能と
なる。

そこで今、振動体１３が圧電素子１４によって進行波を
合成すると、ガイド１１が固定されていれば摩擦板１２
と振動体１３との摩擦により、振動体１３に例えば第１
図中左方向への駆動力が働く。このため振動体１３およ
び圧電素子１４と−体化されている移動子１５が第１図
中左方向へ移動する。なお圧電素子１４へ印加する励振
電圧の位相関係を逆にすると、移動子１５の移動方向は
逆になる。

上記本実施例においては、振動板１３および圧電素子１
４からなる進行波励起手段の全周の長さく幅方向中心線
の長さ）が、波長λの整数倍に設定されているので、進
行波の吸収は起こらない。

勿論、従来のように進行波の反射も起こらない。

したがって効率のよい駆動が行なえる。また、ガイド１
１を、単なる板状部材で形成できるので、上記ガイド１
１の全長が非常に長いものであっても、製作は容易であ
り、コストも低いものとなる。

第４図（ａ）（ｂ）は圧電素子１４の変形例である。こ
の変形例においては、複数枚（本例では４枚）の圧電素
子１４　ａ、　　１４　ｂ、　　１４　ｃ。

１４ｄを積層したものであるが、１枚目と２枚目とは同
じ位置に圧電体が配置され、かつ電極どうしが向い合う
ように接合されている。また３枚目と４枚目も同様に構
成されているが、圧電体の位置が１枚目と２枚目の位置
とは１／４λだけずれた位置に配置されている。なお、
電極は、例えばＮｉ等の材料をメッキあるいは蒸着する
ことにより設けられる。

この変形例によれば、複数枚の圧電素子が積層されてい
る結果、変位量が増大するので、移動スピードが高めら
れる。また同じスピードで移動させる場合には、低い電
圧で駆動可能となる。

第５図は圧電素子１４のさらに別の変形例を示す図であ
る。この変形例においては長方形の一対の圧電体群１４
Ａ、１４Ｂを１／４λ十ｎλ。

３／４λ十ｍλなる間隔をおいて配置したものである。

なお図示はしてないが、上記一方の圧電体群たとえば１
４Ａを他方の圧電体群１４Ｂの裏側へ、周方向に１／４
λだけずらして配置するようにしてもよい。

第６図は振動体１３の変形例を示す図である。

この変形例においては、振動体１３の歯１３ａのうち、
ガイド１１の直線部に当接する部分Ｗだけを高くし、そ
の他の部分は低く形成した例である。

なお図示はしていないが、振動体１３を例えばガラス３
０％入りのポリカーボネイトあるいは酸化チタン３０％
入りのＢＰＴその他のプラスチック材でつくると、摩擦
板１２がなくても移動を支障なく行なわせ得る上、成形
加工が容易となるので大幅なコストダウンをはかれる。

第７図は上述した第１実施例の応用例である。

第７図に示すように図中左方の第１の超音波モータＭ１
の移動子１５に対し、図中右方の第２の超音波モータＭ
２のガイド１１が固着され、この第２の超音波モータＭ
２の移動子１５にバイモルフ構造の圧電素子を用いた圧
電アクチュエータ２１を介して光ピツクアップ２２が取
付けられている。

本例においては、第１の超音波モータＭ１を作動させる
ことにより、光ピツクアップ２２をＸ方向へ移動させ得
、第２の超音波モータＭ２を作動させることにより、光
ピツクアップ２２をＹ方向へ移動させ得、圧電アクチュ
エータ２１を作動させることにより、光ピツクアップ２
２をＺ方向へ移動させ得る。したがって、例えば光カー
ド２３の読取り走査を行なうことができる。本例によれ
ば、正確な位置決めを行なえるのは勿論、超音波モータ
の特徴として電源ＯＦＦ時における保持力が大きいため
、一般のりニアモータに対し、外部振動に対する位置ず
れを生じ難い利点がある。

第８図は本発明の第２実施例を示す上面図であり、第９
図（ａ）は第８図のＣ−Ｃ矢視断面図であり、第９図（
ｂ）は第８図のＤ−Ｄ矢視断面図である。

第８図および第９図（ａ）（ｂ）において、３１はガイ
ド、３３は振動体、３４Ａ、３４Ｂは圧電素子、３５は
移動子、３７は振動吸収体である。ガイド３１はたとえ
ばプレス加工により得られたものであり、断面略コ字状
をなすように形成されている。振動体は無端ベルト状を
なし、その−側部外面に歯３３ａが付けられている。圧
電素子３４Ａ、３４Ｂは、第５図に示した第１実施例の
変形例と略同様に構成されたものであり、その一方３４
Ａは振動吸収体３７を介して移動子３５に固定されてい
る。移動子３５は、その両側縁の屈曲部を、ガイド３１
の両側縁の屈曲部に係合させ、ガイド３１に沿って移動
可能になっている。

この第２実施例においても、前記第１実施例と同様に作
動する。ただし、この第２実施例においては、振動体３
３の形状が板の厚み方向に湾曲したものとなっているこ
とから、第９図（ａ）（ｂ）に示すように、ガイド３１
に当接していない側が下方へ吊下げられた状態となる。

その結果、第１実施例で必要としていた支持アーム１６
が不要になる利点がある。なお本実施例においては摩擦
板が図示されていないが、第１実施例同様に摩擦板たと
えばアスベスト等をガイド３１の内面に設けるようにし
てもよい。

第１０図は第２実施例の振動体３３の変形例を示す図で
ある。第１０図に示すように振動体３３の・歯３３ａの
部分に摩擦部材３２がモールドされ、歯３３ａの表面が
摩擦部材３２によって覆われたものとなっている。本例
によれば、摩擦部材３２による進行波の伝達効率の増大
はもとより、前記実施例で示した摩擦板等をガイド３１
の全長にわたって設ける必要がないので、材料費を節減
できる利点がある。

第１１図は圧電素子３４Ａ、３４Ｂの取付は方の変形例
を示す図である。第１１図に示すように、一対の圧電素
子３４Ａ、３４Ｂは振動体３５の下側部の表裏両面に、
１／４λだけずらして設けられている。このような構成
であっても、前記同様に作動する。

第１２図（ａ）（ｂ）は第２実施例をカード読取り用光
ピツクアップの自動合焦装置へ応用した応用例である。

なお（ａ）は上面図、（ｂ）は同図（ａ）のＥ−Ｅ矢視
断面図である。４０は光ピツクアップであり、超音波モ
ータＭ３の移動子３５に固定されている。かくして光ピ
ツクアップ４０が、光カード４１に対する焦点ずれ量を
検出すると、この検出されたずれ量を零にするように超
音波モータＭ３が動作し、自助的に合焦を行なうものと
なっている。

本例においても、電源ＯＦＦ時の保持力が大きいので、
外部振動に対して位置ずれを生じ難く、しかも微小な位
置調整による高精度な合焦操作を行なえる利点がある。

　なお本発明は前記実施例に限定されるものではなく、
本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能であ
るのは勿論である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、ガイドに沿って移動可能に設けられた
移動子を、上記ガイドに沿って移動させる如く上記移動
子に圧電素子と振動体とからなる進行波励起手段を装着
したものであって、特に前記振動体を、一部が前記ガイ
ドの案内方向の形状に適合した形状をなす無端帯状の金
属部材にて形成したので、移動子を効率よく移動させる
ことができるのは勿論、装置が大型化した場合において
も、製作が容易で無駄がなく、安価に製作可能な超音波
モータを提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第７図は本発明の第１実施例を示す図で、第１
図は超音波モータの上面図、第２図（ａ）は第１図のＡ
−Ａ矢視断面図、第２図（ｂ）は第１図のＢ−Ｂ矢視断
面図、第３図は分解斜視図、第４図（ａ）（ｂ）は圧電
素子の変形例を示す図、第５図は圧電素子の別の変形例
を示す平面図、第６図は振動体の変形例を示す図、第７
図は応用例を示す図である。第８図〜第１２図（ａ）（
ｂ）は本発明の第２実施例を示す図で、第８図は超音波
モータの上面図、第９図（ａ）は第８図のＣ−Ｃ矢視断
面図、第９図（ｂ）は第８図のＤ−Ｄ矢視断面図、第１
０図は振動体の変形例を示す図、第１１図は圧電素子の
取付は型の変形例を示す図、第１２図（ａ）（ｂ）は応
用例を示す図である。第１３図は従来例を示す図である
。 １１．３１・・・ガイド、１２・・・摩擦板、１３゜３
３・・・振動体、１４．３４Ａ、３４Ｂ・・・圧電素子
、１５．３５・・・移動子、１６・・・支持アーム、１
７゜１８．３７・・・振動吸収体、２０ａ〜２０ｄ・・
・ねじ、２１・・・圧電アクチュエータ、２２．４０・
・・光ピツクアップ、２３．４１・・・光カード、Ｍ１
〜Ｍ３・・・超音波モータ。 出願人代理人　弁理士　坪井　淳 第１　口 （ａ　）　　　　　　　　　　　　（ｂ）第２図 第４図 第６図 第７図 第１１１ 第１２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ガイドに沿って移動可能に設けられた移動子と、この移
   動子を上記ガイドに沿って移動させる如く上記移動子に
   装着された圧電素子と振動体とからなる進行波励起手段
   とを具備し、前記振動体は、一部が前記ガイドの案内方
   向の形状に適合した形状をなす無端帯状の金属部材から
   なることを特徴とする超音波モータ。