JPH03253268A - 超音波リニアモータおよびそれを用いたスライドテーブル - 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、超音波リニアモータおよびそれを用いたスラ
イドテーブルに関し、特にスライダと伝送棒との相互間
において、クラッチ機能、ブレーキ機能およびベアリン
グ機能を備えた超音波リニアモータおよびそれを用いた
スライドテーブルに適用して有効な技術に関する。

［従来の技術］ 従来の超音波リニアモータとしては、たとえば特開昭５
９−１２２３８５号、特開昭６０−２２４７８号公報な
どに記載されるような超音波の持つ強力な振動エネルギ
ーを利用する超音波モータを用いるものが提案されてい
る。

その概要は、たとえば高周波電圧の印加によって励振さ
れる２組の圧電振動子と、この２組の圧電振動子に固定
される伝送棒と、この伝送棒に加圧接触されるスライダ
とを備え、一方の圧電振動子の励振によって、伝送棒上
に横振動と縦振動とによって９０度位相のずれた楕円振
動が形成され、この楕円振動が伝送棒上において一方向
の進行波として伝搬され、他方の圧電振動子によって吸
収される。さらに、この進行波が、伝送棒上のどの点に
おいても同様に形成され、この状態においてスライダが
進行波の頂点でのみ接触され、伝送棒との摩擦によって
スライダに進行波と逆方向の推力が発生される。これに
より、スライダを進行波と逆方向に駆動させ、回転また
は直線運動に変換する構造とされるものである。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、前記のような従来技術においては、スライダ
が伝送棒に加圧接触されているために、たとえば圧電振
動子への高周波電圧の印加が停止されることによってス
ライダがセルフロック状態となり、スライダを手動で動
かすことができないという不具合がある。従って、圧電
振動子に対して高周波電圧を印加するためのスイッチを
切った状態においては、スライダを所定の位置に自由に
動かすことができず、調整および保守などの面において
問題がある。

そこで、本発明者は、進行波の吸収側である圧電振動子
に接続される負荷抵抗を開放状態とすることによって伝
送棒上に定在波を発生させ、時間とともに駆動して伝送
棒全体がスライダと接触する進行波に比べて、定在波は
伝送棒の波長によってスライダとの接触位置が決まるた
めに摩擦係数を小さくできることを見い出した。

すなわち、本発明の目的は、伝送棒上に進行波と定在波
との切換によるクラッチ機能を備え、スライダと伝送棒
との間にブレーキ機能およびベアリング機能を発生させ
ることができる超音波リニアモータおよびそれを用いた
スライドテーブルを提供することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本
明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう
。

［課題を解決するための手段］ 本願において開示される発明のうち、代表的なものの概
要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。

すなわち、本発明の超音波リニアモータおよびそれを用
いたスライドテーブルは、高周波電圧の印加により励振
される第１の圧電振動子および第２の圧電振動子と、該
第１およびｇＪ２の圧電振動子に固定される伝送棒と、
該伝送棒に加圧接触されるスライダとを備え、前記第１
または第２の圧電振動子のどちらか一方が励振されるこ
とにより前記伝送棒上に一方向の進行波が形成され、か
つ該進行波が前記第２または第１の圧電振動子の他方に
より吸収され、該進行波により前記スライダに該進行波
と逆方向の推力が発生され、該推力により前記スライダ
が前記進行波と逆方向に駆動される超音波リニアモータ
であって、前記第１または第２の圧電擬勢子のどちらか
一方に高周波電源が切換可能に接続され、かつ前記第２
または第１の圧電振動子の他方に負荷抵抗と、該負荷抵
抗が接続または開放される操作スイッチが直列接続され
、前記第１または第２の圧電振動子を励振状態として、
前記第２または第１の圧電振動子の負荷抵抗を接続状態
とすることにより前記伝送棒上に進行波を発生させ、一
方前記第２または第１の圧電振動子の負荷抵抗を開放状
態とすることにより前記伝送棒上に定在波を発生させ、
該定在波の発生によって前記伝送棒と前記スライダとの
間の摩擦係数および摩耗が低減されることにより、前記
スライダを手動で容易に駆動できるものである。

また、前記第１の圧電振動子および第２の圧電振動子の
どちらにも高周波電源が接続されない場合に、前記伝送
棒に加圧接触される前記スライダがセルフロック状態と
なるようにしたものである。

［作用］ 前記した超音波リニアモータおよびそれを用いたスライ
ドテーブルによれば、第１または第２の圧電振動子のど
ちらか一方に高周波電源が切換可能に接続され、かつ第
２または第１の圧電振動子の他方に負荷抵抗と、この負
荷抵抗が接続または開放される操作スイッチとが直列接
続されることにより、第１または第２の圧電振動子を励
振状態として、第２または第１の圧電振動子の負荷抵抗
を接続状態とすることによって伝送棒上に進行波を発生
させることができる。これにより、伝送棒に加圧接触さ
れるスライダおよびスライダに連動可能に連結されるテ
ーブルを所定の方向に駆動させることができる。

一方、第２または第１の圧電振動子の負荷抵抗を開放状
態とすることによって伝送棒上に定在波を発生させるこ
とができる。これにより、伝送棒とスライダとの間の摩
擦係数および摩耗を低減することができるので、スライ
ダおよびテーブルを手動で容易に駆動させることができ
る。

また、第１の圧電振動子および第２の圧電振動子のどち
らにも高周波電源が接続されない場合には、伝送棒に加
圧接触されるスライダをセルフロック状態とすることが
できる。

［実施例］ 第１図は本発明の一実施例である超音波リニアモータの
回路を示す概略構成図、第２図は本実施例の超音波リニ
アモータを用いたスライドテーブルを示す平面図、第３
図（ａ）および（ｂ）は本実施例の超音波リニアモータ
の動作を示す説明図である。

まず、第２図により本実施例の超音波リニアモータを用
いたスライドテーブルの構成を説明する。

本実施例の超音波リニアモータを用いたスライドテーブ
ルは、たとえば、高周波電圧の印加により励振される第
１の圧電振動子１および第２の圧電振動子２と、これら
の第１および第２の圧電振動子１．２に固定される伝送
棒３と、この伝送棒３に加圧接触されるスライダ４とか
ら構成されている。そして、スライダ４に構造的に分離
してテーブル５が挟持され、さらにテーブル５がリニア
ガイド６によって案内され、軸方向に沿って直線駆動さ
れる構造となっている。

第１および第２の圧電振動子１．２は、たとえば、ラン
ジュバン型の振動子が両端側からボルト締めされて円柱
形状に形成され、第１の圧電振動子ｌおよび第２の圧電
振動子２が本体７の左右にそれぞれ横置きに配設され、
縦振動の節の位置が本体７に固定されている。そして、
高周波電圧が印加されることによって、固定された基点
を中心に励振される構造となっている。

伝送棒３は、たとえばアルミニウムなどによって角柱形
状に形成され、その両端側が横置きに配設された第１お
よび第２の圧電振動子１．２の一端側にそれぞれ固定さ
れている。そして、たとえば発振側である第１の圧電振
動子１の励振によって、伝送棒３上にその軸方向に沿っ
て振動する進行波が形成され、吸収側の第２の圧電振動
子２によって進行波が吸収される構造となっている。

スライダ４は、たとえばアルミニウムなどによって角筒
形状に形成され、その内部に図示しないスプリングが収
納され、このスプリングの圧着力によって伝送棒３に加
圧接触されている。そして、伝送棒３上に形成された進
行波によって、この進行波と逆方向への推力が発生され
、スライダ４が進行波と逆方向に駆動される構造となっ
ている。

テーブル５は、その軸方向がスライダ４の両端に配設さ
れる連結板８によって分離された状態において挟持され
ている。また、テーブル５は、テーブル５の重量および
テーブル５に載置される搬送物の可搬重量による荷重方
向と、伝送棒３上の進行波の振動方向とが９０度の位相
差をもって配設されている。そして、スライダ４の駆動
を拘束することなく、テーブル５がスライダ４の駆動に
連動して軸方向に沿って直線駆動される構造となってい
る。

リニアガイド６は、テーブル５の駆動方向に沿って２本
並設され、テーブル５の駆動が２本のリニアガイド６に
よって案内されている。そして、テーブル５の重量およ
びテーブル５に載置される搬送物の可搬重量を受けなが
ら、テーブル５が安定に直線駆動される構造となってい
る。

そして、以上のように構成される本実施例の超音波リニ
アモータを用いたスライドテーブルは、たとえば第１図
のように、ｊＪｌおよび第２の圧電振動子１．２に高周
波電源９、切換スイッチ１０、負荷抵抗１１および操作
スイッチ１２が接続され、切換スイッチ１０によってス
ライダ４およびテーブル５の駆動方向と高周波電源９の
切断とが切り換えられ、また操作スイッチ１２によって
セルフロック状態が切り換えられる構造となっている。

次に、本実施例の作用について説明する。

始めに、切換スイッチ１０を第１図の状態、すなわち第
１の圧電振動子１に高周波電源９が接続される閉回路と
し、高周波電源９の印加電圧を第１の圧電振動子１に供
給する。そして、電圧が印加された発振側の第１の圧電
振動子１は、本体７に固定された基点を中心に実線の矢
印の方向に励振される。この時、第２の圧電振動子２に
は高周波電圧が印加されず、操作スイッチ１２の閉状態
において負荷抵抗１１が接続される。

さらに、第１の圧電振動子１の励振によって、第１の圧
電振動子１に固定された伝送棒３の表面に、第３ｒ！Ａ
（ａ）のような横振動と縦振動とによって９０度位相の
ずれた楕円振動による右方向への進行波が形成され、吸
収側である第２の圧電振動子２によって吸収される。そ
して、伝送棒３に加圧接触されたスライダ４が、伝送棒
３上に形成された進行波と逆方向、すなわち左方向に駆
動される。

これにより、スライダ４に挟持されたテーブル５がリニ
アガイド６によって案内され、スライダ４の駆動に連動
して左方向に安定して直線駆動される。

続いて、切換スイッチ１０を第１図の状態から点線の状
態、すなわち上記と逆に第２の圧電振動子２に高周波電
源９が接続される閉回路とした場合には、上記と同様に
電圧が印加された発振側の第２の圧電振動子２の励振に
よって、伝送棒３の表面に上記と逆方向、すなわち左方
向への進行波が形成され、左方向に駆動されていたスラ
イダ４が右方向に駆動される。

このように、切換スイッチ１０の切換によって、スライ
ダ４およびテーブル５をスライドテーブルの軸方向に沿
って駆動させることができるので、たとえばテーブル５
に搬送物を載置した場合には、テーブル５の駆動範囲に
おいて搬送物を搬送することができる。

以上のように駆動される超音波リニアモータにおいて、
たとえば切換スイッチ１０が中立状態、すなわち第１の
圧電振動子１および第２の圧電振動子２の両方に高周波
電源９が接続されない状態においては、伝送棒３に加圧
接触されるスライダ４がセルフロック状態となり、スラ
イダ４を手動で動かすことができない。従って、切換ス
イッチ１０を切ることによって、伝送棒３とスライダ４
との間にブレーキ機能を発生させることができる。

この場合に、切換スイッチ１０を第１の圧電振動子１ま
たは第２の圧電振動子２のどちらか一方、たとえば！！
１の圧電振動子１に高周波電源９が接続される閉回路と
し、閉じられていた操作スイッチ１２を開いて負荷抵抗
１１を開放状態、すなわち無限大として伝送棒３上に第
３図（ｂ）のような定在波を発生させる。これにより、
発生された定在波の縦振動によって伝送棒３とスライダ
４との摩擦係数が非常に小さくなり、また定在波には横
振動、すなわちｘｉ分の抵抗がないので摩耗を低減する
ことができるので、伝送棒３とスライダ４との間に超音
波リニアベアリング機能を発生させることができる。

従って、本実施例の超音波リニアモータおよびそれを用
いたスライドテーブルによれば、第１または第２の圧電
振動子１．２のどちらか一方に高周波電源９が接続され
、かつ第２または第１の圧電振動子２．１の他方に負荷
抵抗１１とこの負荷抵抗１１が接続または開放される操
作スイッチ１２とが直列接続されることにより、たとえ
ば第１の圧電振動子１を励振状態として、第２の圧電振
動子２に負荷抵抗１１を接続状態とすることによって伝
送棒３上に進行波を発生させ、スライダ４およびテーブ
ル５を所定の方向に駆動させることができる。

一方、第２の圧電振動子２の負荷抵抗１１を開放状態と
することによって伝送棒３上に定在波を発生させ、伝送
棒３とスライダ４との間の摩擦係数および摩耗を低減す
ることができるので、超音波リニアベアリング機能によ
ってスライダ４およびテーブル５を手動で駆動させるこ
とができる。

また、切換スイッチ１０が切断状態、すなわち第１およ
び第２の圧電振動子１．２の両方に高周波電源９が接続
されない状態においては、伝送棒３に加圧接触されるス
ライダ４がセルフロック状態となり、伝送棒３とスライ
ダ４との間にブレーキ機能を発生させることができる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施例に基づき
具体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定される
ものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可
能であることはいうまでもない。

たとえば、本実施例の超音波リニアモータを用いたスラ
イドテーブルについては、第２図のような構造および形
状に限定されるものではなく、また超音波リニアモータ
を駆動する回路についても第１図に示すような回路構成
に限られるものではない。

［発明の効果］ 本願において開示される発明のうち、代表的なものによ
って得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりで
ある。

（１）、高周波電圧の印加により励振される第１の圧電
振動子および第２の圧電振動子と、これらの第１および
第２の圧電振動子に固定される伝送棒と、この伝送棒に
加圧接触されるスライダとを備え、第１または第２の圧
電振動子のどちらか一方が励振されることにより伝送棒
上に一方向の進行波が形成され、かつこの進行波が第２
または第１の圧電振動子の他方により吸収され、この進
行波によりスライダに進行波と逆方向の推力が発生され
、この推力によりスライダが進行波と逆方向に駆動され
る超音波リニアモータにおいて、第１または第２の圧電
振動子のどちらか一方に高周波電源が切換可能に接続さ
れ、かつ第２または第Ｉの圧電振動子の他方に負荷抵抗
と、この負荷抵抗が接続または開放される操作スイッチ
とが直列接続されることにより、第１または第２の圧電
振動子を励振状態として、第２または第１の圧電振動子
の負荷抵抗を接続状態とすることにより伝送棒上に進行
波を発生させることができるので、伝送棒に加圧接触さ
れるスライダおよびスライダに連動可能に連結されるテ
ーブルを所定の方向に駆動させることができる。

一方、第２または第１の圧電振動子の負荷抵抗を開放状
態とすることにより伝送棒上に定在波が発生され、伝送
棒とスライダとの間の摩擦係数および摩耗が低減される
ことにより、スライダおよびテーブルを手動で容易に駆
動させることができるので、ベアリング機能を備えた超
音波リニアモータおよびそれを用いたスライドテーブル
を得ることができる。

（２）、第１の圧電振動子および第２の圧電振動子のど
ちらにも高周波電源が接続されない場合には、伝送棒に
加圧接触されるスライダをセルフロック状態とすること
ができるので、ブレーキ機能を備えた超音波リニアモー
タおよびそれを用いたスライドテーブルを得ることがで
きる。

（３）、前記（１）および（２）により、第１および第
２の圧電振動子への高周波電源の接続および切断によっ
てスライダおよびテーブルを所定の方向に駆動させたり
、または所定の位置で停止させることができると同時に
、手動においても容易に駆動させることができるので、
調整および保守などに良好な超音波リニアモータおよび
それを用いたスライドテーブルを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である超音波リニアモータの
回路を示す概略構成図、第２１！Ｉは本実施例の超音波
リニアモータを用いたスライドテーブルを示す平面図、
第３図（ａ）および（ｂ）は本実施例の超音波リニアモ
ータの動作を示す説明図である。 １・・・第１の圧電振動子、 ２・・・第２の圧電振動子、 ３・・・伝送棒、 ４・・・スライダ、 ５・・・テーブル、 ６・　・　・リニアガイド、 ７・・・本体、 ８・・・連結板、 ９・・・高周波電源、 １０・・・切換スイッチ、 １１・・・負荷抵抗、 １２・・・操作スイッチ。 （ａ） （ｂ）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. １．高周波電圧の印加により励振される第１の圧電振動
   子および第２の圧電振動子と、該第１および第２の圧電
   振動子に固定される伝送棒と、該伝送棒に加圧接触され
   るスライダとを備え、前記第１または第２の圧電振動子
   のどちらか一方が励振されることにより前記伝送棒上に
   一方向の進行波が形成され、かつ該進行波が前記第２ま
   たは第１の圧電振動子の他方により吸収され、該進行波
   により前記スライダに該進行波と逆方向の推力が発生さ
   れ、該推力により前記スライダが前記進行波と逆方向に
   駆動される超音波リニアモータであって、前記第１また
   は第２の圧電振動子のどちらか一方に高周波電源が切換
   可能に接続され、かつ前記第２または第１の圧電振動子
   の他方に負荷抵抗と、該負荷抵抗が接続または開放され
   る操作スイッチが直列接続され、前記第１または第２の
   圧電振動子を励振状態として、前記第２または第１の圧
   電振動子の負荷抵抗を接続状態とすることにより前記伝
   送棒上に進行波を発生させ、一方前記第２または第１の
   圧電振動子の負荷抵抗を開放状態とすることにより前記
   伝送棒上に定在波を発生させ、該定在波の発生によって
   前記伝送棒と前記スライダとの間の摩擦係数および摩耗
   が低減されることにより、前記スライダを手動で容易に
   駆動できることを特徴とする超音波リニアモータ。
2. ２．前記第１の圧電振動子および第２の圧電振動子のど
   ちらにも高周波電源が接続されない場合に、前記伝送棒
   に加圧接触される前記スライダがセルフロック状態とな
   ることを特徴とする請求項１記載の超音波リニアモータ
   。
3. ３．請求項１または２記載の超音波リニアモータを用い
   、前記スライダに連動可能に連結されるテーブルを備え
   てなるスライドテーブル。