JPH03253269A - 超音波リニアモータ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を用いたスライドテーブ
ルに関し、特に超音波リニアモータにスライド機構が並
設され、低速領域における駆動および停止精度が向上さ
れると同時に、所定の高速領域における高速駆動が可能
とされる超音波リニアモータ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。

そして、たとえばスライダに連動可能にテーブルが連結
され、スライダの駆動に連動してテーブルが同方向に駆
動される構造の超音波リニアモータを用いたスライドテ
ーブルが提案されている。

［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、超音波リ
ニアモータの駆動速度に限界があり、スライダおよびス
ライダに連結されるテーブルを高速で駆動させることが
できないという問題がある。

そこで、本発明者は、超音波リニアモータの起動および
停止の低速領域における駆動精度に加えて、高速の駆動
精度に優れたスライド機構を並設することによって低速
および高速領域における駆動精度の向上が可能になるこ
とを見い出した。

すなわち、本発明の目的は、超音波リニアモータにスラ
イド機構を並設することにより、低速領域における起動
および停止時の駆動および停止精度の向上が可能にされ
ると同時に、所定の高速領域においても高精度な高速駆
動が可能とされる超音波リニアモータを用いたスライド
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
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、該スライダに連動可能に連結
されるテーブルとを備えた超音波リニアモータを用いた
スライドテーブルであって、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、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とが
直列接続され、かつ前記テーブルにスライド機構の可動
部が固定され、所定の低速領域で前記第１または第２の
圧電振動子を励振状態とし、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して、前記伝送棒上に進
行波を発生させることにより前記テーブルを所定の方向
に低速駆動させ、一方所定の高速領域で前記第１または
第２の圧電振動子の負荷抵抗を開放状態として、前記伝
送棒上に定在波を発生させることにより前記スライダの
ロック機能を解除し、前記スライド機構を駆動させるこ
とにより前記テーブルを所定の方向に高速駆動させるも
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
なり、前記テーブルがロッり状態とｉよるようにしたも
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、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、かつテ
ーブルにスライド機構の可動部が固定されることにより
、所定の低速領域においては、第１または第２の圧電振
動子を励振状態とし、第２または第１の圧電振動子の負
荷抵抗を接続状態として、伝送棒上に進行波を発生させ
ることによってテーブルを所定の方向に低速駆動させる
ことができる。

一方、所定の高速領域においては、第１または第２の圧
電振動子の負荷抵抗を開放状態として、伝送棒上に定在
波を発生させることによりスライダのロック機能を解除
し、スライド機構を駆動させることによってテーブルを
所定の方向に高速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がセルフロック状態となり、テー
ブルを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を
用いたスライドテーブルを示す平面図、第２図は第１図
の正面図、第３図は本実施例の超音波リニアモータの回
路を示す概略構成図、第４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１図および第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、
このスライダ４に連動可能に連結されるテーブル５と、
このテーブル５に固定されるロッドレスシリンダ（スラ
イド機構）６とから構成されている。そして、テーブル
５がリニアガイド７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１および第２の圧電
振動子２が本体８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８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９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。

ロッドレスシリンダ６は、テーブル５の駆動方向に沿っ
て伝送棒３の反対側に配設され、可動部がテーブル５に
連動可能に連結されている。そして、図示しない外部に
接続される制御装置によって駆動方向が制御される構造
となっている。

リニアガイド７は、テーブル５の駆動方向に沿って本体
８の中央部に配設され、テーブル５の駆動がリニアガイ
ド７によって案内されている。そして、テーブル５０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。

また、リニアガイド７とテーブル５との固定部には、テ
ーブル５の位置検出機構としてのロータリエンコーダ１
０が結合され、この回転軸に本体８の主面に接触して回
転されるローラ１１が固定されている。そして、ローラ
ＩＩの回転角がロータリエンコーダ１０で検出されるこ
とによってテーブル５の位置が検出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Ｍ３図
のように、第１および第２の圧電振動子１．２に高周波
電源１２、切換スイッチ１３、負荷抵抗１４および操作
スイッチ１５が接続され、切換スイッチ１３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１２
の切断とが切り換えられ、また操作スイッチ１５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１３を第３図の状態、すなわち第
１の圧電振動子１に高周波電源１２が接続される閉回路
とし、高周波電源１２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８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１５の閉
状態において負荷抵抗１４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、９Ｊｌの
圧電振動子１に固定された伝送棒３の表面に、第４図（
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浴底され、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
上に懲戒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ＴＪ
ニアガイド７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。

次いで、切換スイッチ１３を中立状態、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１２が接続されない状態とし、伝送棒３に加圧接触
されるスライダ４をセルフロック状態とする。これによ
り、伝送棒３とスライダ４との間にブレーキ機能が発生
され、テーブル５が所定の位置で停止される。

続いて、・切換スイッチ１３を第３図の点線の状態、す
なわち上記と逆に第２の圧電振動子２に高周波電源１２
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２０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
の進行波が浴底される。これにより、スライダ４および
テーブル５が右方向、すなわち上記と逆方向に駆動され
る。

このように、切換スイッチ１３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
って駆動および停止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。

ところが、以上のような超音波リニアモータのみによる
駆動においては、駆動速度に限界があり、スライダ４お
よびテーブル５を高速で駆動させることができないとい
う問題がある。

そこで、本実施例のスライドテーブルにおいては、超音
波リニアモータにロッドレスシリンダ６を並設すること
によって、起動時および停止時の低速領域で超音波リニ
アモータによってテーブル５を駆動させ、テーブル５が
所定の高速領域に達した段階で、ロッドレスシリンダ６
を下記の手順により駆動させることによってさらに高速
で駆動させることができる。

たとえば、ロータリエンコーダ１０による検出によって
テーブル５の位置が所定の高速領域、すなわち所定の速
度に達した段階で、たとえば第１の圧電振動子１に高周
波電源１２を接続し、閉じられていた操作スイッチ１５
を開いて負荷抵抗工４を開放状態、すなわち無限大とし
て伝送棒３上に第４図（ｂ）のような定在波を発生させ
る。これにより、定在波の縦振動によって伝送棒３とス
ライダ４との摩擦係数が小さくなり、また定在波には横
振動、すなわちＸ成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。

さらに、ロッドレスシリンダ６に流体圧、たとえば圧縮
空気などの流体圧を供給し、ベアリング機能状態のスラ
イダ４を超音波リニアモータによる駆動と同方向に駆動
させる。これにより、テーブル５を流体圧の供給によっ
て高速に駆動させる二とができる。

従って、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１２が切換可能に接続さ
れ、第２または第１の圧電振動子２．１の他方に負荷抵
抗１４と、この負荷抵抗１４が接続または開放される操
作スイッチ１５とが直列接続され、かつテーブル５にス
ライド機構の一例としてのロッドレスシリンダ６の可動
部が固定されることにより、起動および停止時の所定の
低速領域において第１または第２の圧電振動子１．２を
励振状態とし、第２または第１の圧電振動子２．１の負
荷抵抗１４を接続状態として、伝送棒３上に進行波を発
生させることによりテーブル５を所定の方向に低速駆動
させることができる。

一方、所定の高速領域においては、第１または第２の圧
電振動子１．２の負荷抵抗１４を開放状態として、伝送
棒３上に定在波を発生させることによってスライダ４の
ロック機能を解除し、ロッドレスシリンダ６を駆動させ
ることによりテーブル５を所定の方向に高速駆動させる
ことができる。

また、切換スイッチ１３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１２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が発生され、テーブル５を
停止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１図および第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３図に示すよ
うな回路構成に限られるものではない。

また、本実施例のスライドテーブルにおける位置検出機
構については、ロータリエンコーダ１０とローラ１１と
の組合せによる構造について説明したが、これに限定さ
れるものではなく、たとえばリニア式のマグネットスケ
ールなどを用いる構造についても適用可能である。

さらに、ロッドレスシリンダ６へのｆｆｉ体圧について
は、圧縮空気を供給する場合について説明したが、たと
えば油圧などの流体圧についても適用可能である。

また、本実施例のスライドテーブルについては、スライ
ド機構の一例としてロッドレスシリンダ６を設けた場合
について説明したが、ロッドレスシリンダ６に限定され
るものではなく、たとえば他のシリンダまたはスライド
機能を備えたスライドユニットなどを設ける場合につい
ても広く適用可能である。

［発明の効果コ 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、このスライダに連動可能に
連結されるテーブルとを備えた超音波リニアモータを用
いたスライドテーブルにおいて、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、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、かつテーブルにスライド機構の可動部が
固定されることにより、所定の低速領域においては、第
１または第２の圧電振動子を励振状態とし、第２または
第１の圧電振動子の負荷抵抗を接続状態として伝送棒上
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結されるテーブ
ルを所定の方向に低速駆動させることができる。

一方、所定の高速領域においては、第１または第２の圧
電振動子の負荷抵抗を開放状態として伝送棒上に定在波
を発生させ、伝送棒とスライダとの間の摩擦係数および
摩耗が低減されことによってスライダのロック機能が解
除され、スライド機構を駆動させることによりテーブル
を所定の方向に高速駆動させることができるので、起動
および停止時の低速駆動から高速駆動までの広い範囲に
おける駆動が可能とされる超音波リニアモータを用いた
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がセルフロック状態となり、テ
ーブルを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または負荷抵抗の接続お
よび切断によってテーブルを所定の方向に低速駆動させ
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、スライド機構によって高速駆動させることができ
るので、低速領域における起動および停止時の駆動およ
び停止精度の向上と、所定の高速領域における高速駆動
精度の向上が可能とされる超音波リニアモータを用いた
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を
用いたスライドテーブルを示す平面図、第２図は第１図
の正面図、第３図は本実施例の超音波リニアモータの回
路を示す概略構成図、第４図（ａ）および（ロ）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・・・ロッドレスシリンダ（スライド機構）、７・　
・　・リニアガイド、 ８　・ ９　・ １０　・ ｌ　１　・ １２　・ １３　・ １４　・ ｌ　５　・ 本体、 連結板、 ロータリエンコーダ、 ローラ、 高周波電源、 切換スイッチ、 負荷抵抗、 操作スイッチ。

Claims (2)

【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、該スライダに連動可能に連結されるテー
   ブルとを備えた超音波リニアモータを用いたスライドテ
   ーブルであって、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、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とが直列接続さ
   れ、かつ前記テーブルにスライド機構の可動部が固定さ
   れ、所定の低速領域で前記第１または第２の圧電振動子
   を励振状態とし、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して、前記伝送棒上に進行波を発生
   させることにより前記テーブルを所定の方向に低速駆動
   させ、一方所定の高速領域で前記第１または第２の圧電
   振動子の負荷抵抗を開放状態として、前記伝送棒上に定
   在波を発生させることにより前記スライダのロック機能
   を解除し、前記スライド機構を駆動させることにより前
   記テーブルを所定の方向に高速駆動させることを特徴と
   する超音波リニアモータを用いたスライドテーブル。
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
   り、前記テーブルが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を用いたスライドテ
   ーブル。