JPH01198284A - 超音波リニアモータ - 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〕 この発明は、超音波リニアモータに関し、さらに詳しく
は、圧電素子が設けられた弾性部材に屈曲モードの超音
波振動を生じさせて駆動力を取出す超音波リニアモータ
に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、この種の超音波リニアモータとして、この発明者
の提案（実願昭６１−１６１０１３号）になるものがあ
り、これを第５図について説明すると、鉄、アルミニウ
ム、プラスチックなどの弾性部材でなる基体（１１）の
−側面に、２つの駆動子（１２ａ）、（１２ｂ）が突設
されている。また、基体（１１）には屈曲モード用の２
つの圧電素子（１３ａ）、（１３ｂ）が、駆動子（１２
ａ　）、（１２ｂ）の各側面には圧電素子（１４）がそ
れぞれ設けられている。（１５）は取付穴、（Ａ１）、
（Ａ２）、（Ｂ１）、（Ｂ２）、（Ｂ）は各圧電素子の
接続リードの端子、（ＦＢ）はフィードバンク端子であ
る。

以上の構成になる超音波ユニット（Ｕ２）において、超
音波領域の■電圧を端子（Ａ１）と（Ｂ）間に加えると
、基体（１１）および駆動子（１２ａ）、（１２ｂ）は
−点鎖線で示すように屈曲し、駆動子（１２ａ）が駆動
子に圧接されているスライダを矢印（Ｍ）の方向へ蹴り
出す。端子（Ａ１）と（Ｂ）にｅの電圧が印加されると
、超音波ユニット（Ｕ２）は破線で示すように屈曲し、
こんどは駆動子（１２ｂ）がスライダを矢印（Ｍ）の方
向に蹴り出す。

以上の電圧印加を、端子（Ａ２）と（Ｂ）に対して行う
と、圧電素子（１３ａ）と（１３ｂ）　　の分極が逆で
あることから動作が逆となり、スライダは矢印（Ｎ）の
方向へ駆動される。

かようにして、被駆動体であるスライダに、互いに逆向
きの直線移動を任意に与えることができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

以上のような従来の超音波リニアモータは、駆動子にも
圧電素子を設ける必要があることから、超音波ユニット
の高さが高くなって小形化が難かしく、かつ、駆動子の
先端接触面を広くなし得ないため、接触面が摩耗し易い
などの欠点があった。

この発明はかような課題を解決しようとするもので、駆
動子の摩耗を極小とし、小形化も達成しうる超音波リニ
アモータを提供するものである。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る超音波リニアモータは、断面角形で棒状
の弾性体でなる２個の振動片を中央部で互いに一体に結
合してほぼＨ字状の基体を形成し、振動片の上面両端部
にそれぞれ駆動子が一体に突設されており、かつ、振動
片の上下面および外側面には超音波領域の電気信号が印
加される圧電素子がそれぞれ固着されている。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を第１図〜第４図について説
明する。第１図、第２図において、弾性体でなる基体（
１）は、断面形状が角形で棒状の２個の振動片（１ａ）
と（１ｂ）を互いに平行にし、長手方向中央部の結合部
（ＩＣ）で互いに結合して一体化した、はぼＨ字状の構
造になっている。振動片（１ａ）、（１ｂ）それぞれの
上面両端部には、背の低い駆動子（Ｚａｔ）、（２ａ２
）および（２ｂ＋）、（２ｂ２）がそ狽、ぞれ振動片と
一体に突設されている。

また、振動片（１ａ）の上下面には板状の圧電素子（３
ａ＋）と（３ａ２）、振動片（１ｂ）の上下面にも板状
の圧電素子（３ｂ＋）と（３ｂ２）が固着されている。

さらに、振動片（ｌａ）、（ｌｂ）それぞれの外側面に
は板状の圧電素子（４ａ）、（４ｂ）が固着されている
。

基体（１）を形成している弾性材としては、大振幅振動
時における弾性損失が少なく、かつ、熱膨張係数がセラ
ミックでなる圧電素子の熱膨張係数と同程度に小さい、
ニッケル鋼、カーボンガラスなどが適している。

振動片（１ａ）、（１ｂ）を結合部（ＩＣ）で結合した
ことで形成された溝部（５ａ）、（５ｂ）の溝幅は、な
るべく狭いことが望ましく、１ｆｒｒＩｎ程度で、かつ
、中心対称になるように形成する。

また、結合部（ＩＣ）の中心には、図示はしていないが
、取付は位置出し用の貫通孔をあけるか、またはピボッ
トピンの入る凹み穴を形成する。なお、圧電素子から導
出されている接続リードは、図示を省略した。

次に、動作について、第３図、第４図も併せて説明する
。まず、圧電素子（３ａ＋）、（３ｂｔ）と圧電素子（
４ａ）、（４ｂ）とに並列に基音周波数（第一次固有モ
ード振動）の交番信号を供給すると、超音波ユニット（
ＵＩ）は共振して複合屈曲振動を起こす。

このときの振動姿勢を詳細に見ると、まず、圧電素子（
３ａ、）と（３ｂ＋）は分極々性が互いに逆のために、
その屈曲挙動は、第３図に矢印で示すように、駆動子（
２ａ＋）、（２ａ２）が上方へ変位し、駆動子（２ｂＩ
）、（２ｂ２）は下方へ変位する。また、圧電素子（４
ａ）と（４ｂ）とは分極々性が互いに同一であり、その
屈曲挙動は、第４図に矢印で示したように、互いに外向
きに開き、Ｘ形になる。

いま、圧電素子（３ａ、）、（３ｂ＋）、（４ａ）、（
４ｂ）が並列で、しかも上下方向と左右方向への屈曲共
振周波数が一致するようにしておくと、これらの屈曲動
作が同時に起こり、複合共振することにより駆動子（２
ａｌ）、（２ａ２）と（２ｂ、）、（２ｂ２）とは、合
成された対角線方向の動きを呈することになる。

そのため、これらの駆動子に圧接されているスライダは
蹴り出されて移動する。

以上のスライダの移動状態をさらに考察すると、第３図
、第４図で示した瞬間において、スライダに圧接してい
るのは上方へ屈曲中の駆動子（２ａｔ）、（２ａ２）で
あり、そのとき、圧電素子（４ａ）によるＸパターンの
動きは、図で左方に開くので、スライダは左方に蹴られ
る。

ついで、反対の位相では、第３図、第４図に示したパタ
ーンが逆になり、今後は駆動子（２ｂｔ）、（２ｂ２）
が上へ変位し、かつ、Ｘパターンは逆になってつぼむの
で、スライダは駆動子（２ｂＩ）、（２ｂ２）により、
同じく左方に蹴られる。つまり、印加信号の１サイクル
で２回の蹴り動作が行われる。

次に、スライダの移動方向を、逆の右方向にするには、
駆動子の上下方向の動きを逆にすればよい。すなわち、
圧電素子（３ａｔ）、（３ｂ２）の分極で決定される。

具体的には、圧電素子（３ａ＋）と（３ａ２）および（
３ｂ＋）と（ａｂ２）がそれぞれ上下互いに極性が同一
であればよいことになる。かくしてスライダの移動方向
の切替えは、信号印加を圧電素子（３ａｌ）、（３ｂｌ
）にするか圧電素子（３ａ２）、（３ｂ２）にするかに
よって達成される。

なお、圧電素子の数および極性の組合せは、上記実施例
のほか種々の変形が考えられる。

また、スライダの移動は、超音波ユニットと相対的なも
のであり、いずれを固定側としてもよい。

スライダの材質としては、摩耗しにくい、清らない、異
音が発生しにくい、加工し易いなどの条件を具えた、フ
ェノール樹脂や硬質ゴムなどが適している。

また、スライダにガイドレールの役目を兼ねさせたり、
位置検知手段を内設してスライダを複合部品化する努力
は当然のことである。

以上の動作説明は、上下方向、左右方向共に基音周波数
の信号を用いた場合であるが、これ以外にも、例えば、
上下方向を３　ｅｒｄモード（第三次固有モード振動）
で行い、Ｘパターンは１ｓｔモード（第一次固有モード
振動）で行ってもよく、この場合は全体の厚みをさらに
薄くすることができる。

〔発明の効果〕

この発明は、以上の説明から明らかなように、角形棒状
の弾性体でなる２つの振動片を中央部で互いに一体に結
合してトＩ字状の基体とし、各振動片の上下面および外
側面に圧電素子をそれぞれ固着するとともに、各振動片
の上面両端にそれぞれ駆動子を一体に突設した構造によ
り、駆動子に圧電素子を固着する要がないので、小形化
を達成でき、かつ、スライダが圧接する駆動子の接触面
も比較的大きくとれるので接触面の摩耗を極小に押える
ことができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図はこの発明の一実施例を示し、第１図（
ａ）は平面図、同図（ｂ）は側面図、同図（Ｃ）は正面
図、第２図は斜視図、第３図、第４図はそれぞれ動作説
明略図で第３図（ａ）および（ｂ）は斜視図および側面
図、第４図（ａ）および（ｂ）は斜視図および平面図で
ある。 第５図は従来の超音波リニアモータの側面図である。 （１）・・・基体、（１ａ）、（ｌｂ）　・・・振動片
、（ＩＣ）　−・・結合部、（２ａ＋）、（２ａ２）、
（２ｂ１）、（２ｂ２）　”・駆動子、（３ａ１）、（
３ａ２）、（３ｂ＋）、（３ｂ２）、（４ａ）、（４ｂ
）　・Ｅ［Ｅ電素子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　断面角形で棒状の弾性体でなり上面両端部にそれぞれ
   駆動子が一体に突設された２個の振動片を、互いに平行
   にして長手方向中央部で互いに一体に結合してＨ字状に
   形成された基体と、 前記振動片の上下面および外側面にそれぞれ固着され、
   超音波領域の電気信号が印加される複数個の圧電素子と
   、 を備えてなる超音波リニアモータ。