JPH02151283A - 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するものであり、
特に、圧電素子に超音波領域の電気信号を印加すること
により、−軸アクチェエータとして動作する超音波リニ
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７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（１２ａ）、（１２
ｂ）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、（Ａ　１　）、（Ａ２）、
（Ｂ１）、（Ｂ２）、（Ｂ）は各圧電素子の接続リード
の端子、（ＦＢ）はフィードバック端子である。

以上の構成になる超音波ユニットにおいて、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（１
２ａ）、（１２ｂ）にも圧電素子（１４）を設ける必要
があることから、超音波ユニットの高さ寸法が大きくな
って薄形化が難かしく、かつ、圧電素子の貼設箇所が多
く、製造作業が複雑になるなどの問題点があった。

この発明は上記の問題点を解消しようとするもので、駆
動子とモータ本体を一体化して極薄形化することができ
、小型化も達成することができる超音波リニアモータを
得ることを目的とするものである。

〔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、弾性体でなる角
棒状の基体の対向する面に、各複数個でなる２群の圧電
素子を交互に固設し、基体と一体に設けられる複数個の
駆動子の設置位置は、基体の長さ、屈曲双方の振動モー
ドの変位量の大きいところとする。各群の圧電素子は、
単一の群で基体に長さ方向振動と屈曲振動を同時に発生
させる。

〔作用〕

この発明においては、基体の振動モードは圧電素子の配
設のしかたで大吉決定され、駆動子に常時圧接している
スライダの移動方向は、圧電素子の群切換えによって行
われる。

また、基体の長さ、屈曲振動を１つの群の圧電素子で励
振するので、動作中（加電中）は常に２端子である。

【実施例〕

以下、この発明の一実施例を第１図〜第６図について説
明する。第１図〜第４図において、弾性体角棒状でなる
基体（１）には、その上面（ｌａ）に、中心部および両
端に駆動子（２ａ）と（２ｂ）（２ｃ）が一体に突設形
成されている。また、基体（１）の上、下面（１ａ）　
　（１ｂ）には第１群の圧電素子（３ａ）（３ｂ）（３
ｃ）（３ｄ）が上下交互に固着されるとともに、第２群
の圧電素子（４ａ）（４ｂ）（４ｃ）（４ｄ）が第１群
の圧電素子（３ａ）〜（３ｄ）と各対向して上下交互に
固着されている。これら圧電素子の分極極性は、基体（
１）の中心より左側と右側に位置する圧電素子が互いに
逆極性になっている。（５）は１枚の圧電板上の電極の
分割線を示しているが、各別個の圧電板としてもよい。

基体（１）を形成する弾性材としては、一般に導電性の
ある金属が適しており、特に超音波リニアモータとして
の使用温度範囲を広く要求される場合には、熱膨張係数
がセラミックでなる圧電素子のそれに近いことが望まし
く、また、大振幅での使用条件下では、弾性損失の小さ
いものが、発熱を少なくする上で望ましい。

なお、圧電素子に設けた電極や接続リードは、図示を省
略した。

次に動作について説明する。第５図、第６図は基体（１
）の振動姿態を示しており、第５図は屈曲第５次高調波
モード、第６図は長さ第２次高調波モードである。

いま、基体（１）の長さと厚み寸法を、第５図および第
６図に示すモードが同時に発生するような関係寸法にし
ておき、圧電素子（３ａ）〜（３ｄ）側に電圧を印加す
ると、基体（１）は励振されて上記２つのモードを同時
に発生して複合共振を行う。この間の挙動をさらに詳し
く説明すると、第１群の圧電素子（３ａ）〜（３ｄ）、
第２群の圧電素子（４ａ）〜（４ｄ）は、スライダの左
、右方向それぞれの移動を担うもので、かつ、圧電素子
の分極極性が、中心より左半分と右半分で互いに逆とな
っているので、いま、第１群の圧電素子への電圧印加で
は、第５図に示す挙動の腹位置に圧電素子（３ａ）〜（
３ｄ）を配置し、かつ、極性も第５図のモードを発生す
るように合致させておくことにより、第５図に示す第５
次層曲モードで基体（１）が励振される。また、左右の
圧電素子の分極極性が互いに逆であることから、第６図
のように、左半分を長さ方向に延ばし、右半分は縮める
ように作用し、第２次長さモードの振動を伴うことにな
る。

したがって、駆動子（２ａ）上の点（Ｐｌ）は、屈曲モ
ードにより上方に持ち上げられるので、今まで以上にス
ライダに圧接されながら、長さモードにより第６図で右
方に移動するので、点（ｐ＋　）上のスライダは右方向
に移動する。このとき、駆動子（２ｂ）（２ｃ）それぞ
れの点（ｐｇ　）（ｐ、）は、屈曲モードにより下方に
あるため、スライダとは非接触状態になっていて、空振
りになっている。そして、次の半サイクルでは、第５図
、第６図に示した挙動がそれぞれ逆になり、今度は点（
Ｐ２）と（Ｐｌ）がスライダと接触状態になりながら、
第６図ではそれぞれの矢印が逆になって右方向へ向かう
ので、スライダは右方へ移動する。

かくして、点（ＰＩ　’）と（ｐｇ　）　　（Ｐｌ　）
は半サイクルづつ交互に働きながらスライダを右方へ蹴
り出すことになる。

スライダの左方への移動は、電圧印加を第２群の圧電素
子（４ａ）〜（４ｄ）に切換えることで達成されること
は容易にわかる。すなわち、第６図のモードはそのまま
で、第５図のモードのみが逆になるからである。

第１群、第２群それぞれの圧電素子の端子は、いずれか
一方が働いているときは他方はオープン状態にあり、大
振幅時においてはオープン側にかなりの電圧が発生する
ので、そのための弊害を除くためには、遊んでいる端子
を、切換える都度短絡することが考えられる。その場合
は、基体（１）の寸法を多少ずらして設定するのはいう
までもない 基体（１）のノード（節）位置は、第６図に示す（Ｎ１
）と（Ｎ２）近傍に、はぼ−敗して共通であり、この点
を利用して組立て固定するのが一般的手法である。固定
手段は、例えば、上記のノード上の点（Ｎｌ　）ＣＮｔ
　）に支持棒を溶接して取出し、かつ、ボディアース線
を兼ねるようにする。

駆動子（２ａ）〜（２Ｃ）へのスライダの圧接は、コロ
とバネにより常時均等なパイアスカがかかるようにし、
かつ、円滑に移動できるようにセットする。このとき、
コロには算盤玉のようなテーパをつけて、横ずれ防止の
ガイド役を兼ねさせると、部品の節約になる。

以上のように、基体（１）の寸法関係を最初に決めてお
くことで、左右いずれかの圧電素子の駆動により、スラ
イダの任意の直線往復移動を達成できるので、組立時の
面倒な調節が不要で、かつ、ドライブ回路も位相調節等
の必要もないので、装置構成および操作ともに著しく簡
単化される。

電源となる発振回路は、自動発振回路として、超音波ユ
ニットの共振時におけるインピーダンスを検知して自動
追尾方式にするのが一般であるが、圧電素子の一部の電
極を切欠いて、それよりフィードバック信号を取出すよ
うにしてもよい。

各圧電素子は、屈曲モードの各腹部に配置するので、こ
れ以外の振動モードの発生は非常に弱くなり、したがっ
て自動発振が安定に行われる。

これは長さモードについても極性を揃えるため、同様に
安定した発振をさせることができる。

この発明の思想は、屈曲モードと長さモードとの組合わ
せにあるため、相互の使用モードは、上記実施例に限ら
ず、大形、大パワー時にはさらに高次モードとの組合せ
が成立ち、設計の幅が一段と拡大される。

スライダと超音波ユニットとは相対移動であり、どちら
側を動かすようにしてもよい。

また、位置検知のためのエンコーダ手段をガイトレール
、モータの双方に内蔵させることも容易に考えられる。

（発明の効果〕 以上の説明から明らかなように、この発明は、駆動子を
一体に設けた角棒状の基体に、屈曲モードと長さモード
の相互の共振点を近接して複合共振を生じさせてスライ
ダを移動するようにしたので、きわめて簡単な構造で、
無調整、低コストで、薄形化、小形化を達成することが
できる。

・・・第２群の圧電素子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　上、下面に複数個の圧電素子を長さ方向に交互に固着
   した第１、第２群の前記圧電素子の各群ごとに超音波信
   号を印加して、長さ方向振動と屈曲振動が同時に励振さ
   れる、弾性体でなる角棒状の基体と、 前記基体の一面の、前記長さ方向振動および前記屈曲振
   動双方の振動モードの変位量が量大の位置近傍に、一体
   に突設された複数個の駆動子とを備え、 前記駆動子に圧接されるスライダの移動方向を、前記第
   １、第２群の圧電素子への信号印加切換えにより選択す
   る超音波リニアモータ。