JPH0365073A - リニア型超音波モータ - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は直線状に移動するリニア型超音波モータに関す
る。

［発明の概要］ 本発明は、ス・ライダと、このスライダに一側辺が圧接
された正三角板状の振動子とを備え、この振動子は中心
点に対し３回対称に伸縮方向が分極された第１・第２・
第３の分極領域からなる圧電素子を有し、前記第１・第
２・第３の分極領域に、各分極領域を順次伸縮させる所
定位相ずれた交流電圧を印加し、前記振動子の一側辺の
一端もしくは両端に発生する定常楕円運動にて前記スラ
イダもしくは振動子を相対的に直線状に移動させること
により、モータの効率の向上、構造の簡易化、進行方向
の逆転の容易化を図るものである。

［従来の技術］ 第１７図において、従来のリニア型超音波モータｌはレ
ール状の伝播棒２７と、この伝播棒２７に摺動自在に圧
接された移動体２８と、前記伝播棒２７の一端側に設け
られた発振器３３と、他端側に設けられた受振器３４と
からなっている。前記発振器３３および受振器３４の振
動片３３ａ。

３４ａが伝播棒２７に当接している。

そして、前記発振器３３にて伝播棒２７の一端側に進行
波を励振させると、この進行波は伝播棒２７を伝播して
他端側の受振器３４で受振される。

このように受振器３３で進行波を受振するのは、発振器
３４で伝播棒２７を振動させるだけの構成にすると、伝
播棒２７を伝播する進行波が他端部に反射し、この反射
波によって進行波が定在波になってしまい、進行波がで
きなくなるからである。

第１８図に示すように前記伝播棒２７に進行波が生じる
と、その表面の各点は楕円運動を繰り点し、これに圧接
された移動体２８は前記楕円運動の水平方向の分力によ
り直線的に水平方向に移動する。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、レール状の伝播棒２７の一端を励振して進行波
を他端に伝播すると、進行波は他端側にいくにしたがっ
て振動が減衰し、モータの特性が低下するという問題点
がある。

また、前述のごとく反射波によって進行波ができなくな
るのを防止するため、必ず受振器３４を設けなければな
らず、その針装置が大型化してしまうという問題点があ
る。

さらに、移動体２８の進行方向を逆転するには前記発振
器３３と受振器３４とにそれぞれ両方の機能を持たして
互いの機能を逆にすることにより進行波の進行方向を逆
にしなければならないので、装置が複雑化するという問
題点もある。

本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、
弾性体に発生する進行波の減衰によるモータの特性の低
下を防止しモータの効率の向上を図り、反射波によって
進行波ができなくなることを防止するための機構の不要
化、振動子もしくはスライダの進行方向の逆転の容易化
・構造の簡易化を図ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明はスライダと、このスライダに一側辺が圧接され
た正三角板状の振動子とを備え、この振動子は中心点に
対し３回対称に伸縮方向が分極された第１・第２・第３
の分極領域からなる圧電素子を有し、前記第１・第２・
第３の分極領域に、各分極領域を順次伸縮させる所定位
相ずれた交流電圧を印加し、前記振動子の一側辺の一端
もしくは両端に発生する定常楕円運動にて前記スライダ
もしくは振動子を相対的に直線状に移動させることを特
徴とする。

［作用］ 振動子の第１・第２・第３の各分極領域に所定位相ずれ
て電圧を印加すると、スライダに圧接された第１の領域
の一側辺の両端は回転周期のずれた楕円運動を繰り返す
。すると、前記振動子の一側辺はスライダに圧接されて
いるので、摩擦により楕円運動の水平方向の分力の作用
にて前記スライダ又は振動子は相対的に直線状に移動す
る。

また、前記各分極領域に印加する電圧を所定（在相ずら
すと進行方向は逆転する。

［実施例］ 以下、本発明の一実施例を第１図〜第１３図に基づいて
説明する。

第１図および第２図において、リニア型超音波モータｌ
は振動子２と、この振動子２の一側辺に圧接されたスラ
イダ３を備えている。

このスライダ３は直方体状に形成されたスチール等の金
属からなり、基板４上に設けられたガイドローラ５上を
直線移動可能に設けである。

前記スライダ３の振動子２側の面には摩擦材６が接着さ
れ、この摩擦材６を介して前記振動子２の一側面に当接
している。

前記スライダ３の摩擦材６と反対側の一側面には一対の
ベアリング７が当接し、スライダ３をガイドするととも
に、このベアリング７は基板４上に固定されたコイルば
ね８によりスライダ３の摩擦材６を振動子２の一側辺２
ａへ押圧している。

前記振動子２は正圧角形板状に形成されたステンレス等
の金属板９を有している。この金属板９の中心には軸孔
ｌＯが形成されている。この軸孔ＩＯに中心軸！１が挿
通しワッシャ１２を介してそのねじ部＋１ａが前記基板
４にねじ止めされている。

第１図および第３図において、前記金属板９の上下面に
はそれぞれその中心点に対し三回対称（中なる図形）に
三枚の第１・第２・第３の圧電素子＋３．１４．１５を
僅かな所定間隔を持って接着剤にて接着することにより
、第１・第２・第３の伸び又は縮む分極領域１６，１７
．１８を構成している。

一前記第１・第２の分極領域１６．１７は十の伸縮特性
を備えている。即ち第１・第２の圧電素子１３．１４は
十の電圧を印加すると伸び、−の電圧を印加すると縮む
特性を備えているので、第１・第２の分極領域１６．１
７の金属板９の部分を強制的に伸縮されるのである。第
３の分極領域１８は−の伸縮特性を有する。即ち、第３
の圧電素子１５は十の電圧を印加すると縮み、−の電圧
を印加すると伸びるので、第３の圧電素子１５が接着さ
れた部分の金属板９を強制的に伸縮するのである。

なお、第４図のグラフに示すように、振動子２の前記ス
ライダ３に当接する第３図中の一側面２ａの入方向と他
の二側面のＢ方向の共振周波数は同じとなっている。

前記第１の圧電素子にはリード線１９が電気的に接続さ
れ、φ。の電圧が印加される。第２・第３の圧電素子１
４．１５に電気的に接続されたすずれたφ、。の電圧が
印加される。

次に、前記第１実施例を第５図〜第１３図に基づいて説
明する。

第５図は第１の分極領域１６および第２・第３の分極領
域１７．１８に印加する電圧φ。、φ８゜相がずれてい
る。

第６図は第５図のｔ＝０・・・■の時点における各分極
領域１６，１７．１８の伸縮状態を示したものである。

第１の分極領域１６に印加される電圧φ。−〇なので、
変位−〇、第２の分極領域１７は、＋の伸縮特性（＋の
電圧が印加されると伸び、の電圧が印加されると縮む）
を備えているので、φ、。：　＋　Ｍ　ａ　Ｘ・・・■
の時は伸びる（　＋　Ｍ　ａ　ｘ　）。

第３の分極領域１８は−の伸縮特性（十の電圧が印加さ
れると縮み、−の電圧が印加されると伸びる）を備えて
いるので、φｓｏ　−＋　Ｍ　ａ　ｘ・・・■の電圧が
印加されると縮む（−Ｍ　ａ　ｘ　）。

次に、第７図は第５図の１＝１．・・・■の時点におけ
る各分極領域１６，１７．１８の伸縮状態を示したもの
がある。第１の分極領域１６に電圧φ。

＝＋Ｍａｘが印加されると伸び（＋Ｍａｘ）、第２の分
極領域１７に電圧φ９ｏ＝０が印加されると変位は０、
第３の分極領域１８に電圧φ８ｏ＝０が印加されると、
変位はＯとなる。

次に第８図は第５図のｊ−ｊ　ｔ・・・■の時点におけ
る各分極領域１６．１７．１８の伸縮状態を示したもの
である。

第１の分極領域＋１６にはφ。−〇・・・■の電圧が印
加されるので変位−〇、第２の分極領域＋！７にはφｓ
ｏ＝Ｍｉｎ・・・■の電圧が印加されるので縮む（−Ｍ
ｉｎ）、第３の分極領域−１８には４．。

＝−Ｍｉｎ・・・■の電圧が印加されるので伸びる（＋
Ｍ　ａ　ｘ　）。

第９図は、第５図のｔ＝ｔｓ・・・■の時点における各
分極領域１６，１７．１８の伸縮状態を示すものである
。

第１の分極領域＋１６にはφ。＝　−Ｍ　ａ　ｘ・・・
■の電圧が印加されるので縮み（−Ｍｉｎ）、第２の分
極領域＋１７および第３の分極領域−１８にはφ８ｏ＝
０・・・■の電圧が印加されるとその変位は０となる。

このｔ−ｔ　ｏ・・・ｔ３に至る前記第１の分極領域＋
１６のスライダ３に当接する一側辺２ａの両端Ｐ、に部
の軌跡は第１Ｏ図に示す如く運動周期のずれた円運動（
円運動も楕円運動の一種）を繰り返す。

従って、第１１図〜第！３図に示すように、前記振動子
２の一側辺に所定の押圧力で当接したスライダ３は摩擦
力により前記円運動の水平方向の分力Ｆの作用を受けて
直線的に移動する。この際、振動子２のＰ、に部では回
転周期がずれているので、第１１図に示すように、１部
でスライダ３は水平分力Ｆの作用を受けて移動し、次に
第１３図に示すようにに部にて同様に水平分力Ｆの作用
を受け、さらに移動する。また第１２図に示すように、
Ｐ、に部で水平分力Ｆの作用を受ける中間段階ではスラ
イダ３は貫性により移動する。

進行方向を逆転するには第１の分極領域１６または第２
・第３の領域１７．１８に印加する電圧の位相を１８０
°ずらせばよい。例えば第１の分極領域＋６に印加する
電圧をφ。、第２・第３の分極領域１７．１８に印加す
る電圧をφ、７ｏ１またはφ−８゜とすればよい。

上記第１実施例によれば、振動子２のみを駆動させるだ
けでよく、しかも、振動子２の一側辺２ａの両端１部・
Ｋ部にて交互にスライダ３を間断なく突ついて移動させ
るので、従来の伝播棒全体に進行波を生じさせるリニア
型超音波モータに比して効率がよく、また、スライダ３
に振動子２を圧接して取付ける構造が簡易で、進行方向
の逆転も容易であるという効果がある。

次に、本発明の第２実施例を第１４図に基づいて説明す
る。

この実施例は前記第１実施例と略同様の構成となってい
るが、スライダ３が固定され、その−側面に当接した振
動子２と他側面に、前記振動子２を保持するとともに所
定の押圧力でスライダ３に圧接するためのガイド部２１
が設けられ、前記振動子２とガイド部２１が直線的に移
動する点で前記第１実施例と異なる。

即ち、前記ガイド部２１は、スライダ３の振動子２と反
対側の一側面に当接し、これをガイドする一対のベアリ
ング７と、このベアリング７に先端が固着されたコイル
ばね８と、このコイルばね８の基端が取付けられたばね
取付部材２２と、このばね取付部材２２と、振動子２の
軸孔ｌＯを挿通した中心軸！１とを連結する連結杆２３
とからなっている。前記振動子２の一側面２ａはコイル
ばね８のばね力により所定の押圧力で前記スライダ３に
押圧されている。

なお、他の構成要素は前記第１実施例と同様となってお
り、同様の作用・効果を有するが、スライダ３が固定さ
れ、このスライダ３に対し振動子２およびガイド部２Ｉ
を直線状に移動することができる点で前記実施例と異な
る。

次に、第１５図および第１６図に基づいて本発明の第３
実施例を説明する。

この実施例は前記第１実施例と略同Ｐｌ！Ｑ構造となっ
ているが、振動子２に金属板を用いない点で前記実施例
と異なる。

即ち、振動子２として金属板を用いず圧電素子２４のみ
から構成している。この圧電素子２４は正三角形板状の
圧電セラミック２５の中心に軸孔１０が形成されている
。第１５図において前記圧電セラミック２５の一面には
前記第１実施例と同様に僅かな間隔を持って中心に対し
３回対称の銀電極２６を印刷し、他面には全面に亘って
銀電極２６を印刷し、第１・第２・第３の分極領域１６
゜１７．１８を構成している。なお、他の構成部分は前
記第１実施例又は第２実施例と同様となっている。

さらに、前記第１・第２・第３の分極領域の１６．１７
．１８伸縮特性および印加する電圧の位相のずらし方は
、前記のものに限らず、スライダ３に圧接される振動子
２の一側面２ａの両端１部。

Ｋ部が同じ方向に楕円運動を繰り返すのであればどのよ
うなものでもよい。例えば下表の組合わせ即ち、第１・
第２・第３の分極領域１６，１７゜１８伸縮運動が所定
時間ずれて行われ、第１の分極領域１６と、第２．第３
の分極領域１７．１８との角部Ｐ部、に部の両者の力を
合成した軌跡が楕円運動を描けばよいのである。

［発明の効果コ 以上の説明から明らかなように本発明は、スライダと、
このスライダに一側辺が圧接された正三角板状の振動子
とを備え、この振動子は中心点に対し３回対称に伸縮方
向が分極された第１・第２・第３の分極領域からなる圧
電素子を有し、前記第１・第２・第３の分極領域に、各
分極領域を順次伸縮させる所定位相ずれた交流電圧を印
加し、前記振動子の一側辺の一端もしくは両端に発生す
る定常楕円運動にて前記スライダもしくは振動子を相対
的に直線状に移動させたので、 モータの効率の向上、構造の簡易化、進行方向の逆転の
容易化を図ることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第１３図は本発明の第１実施例を示す四回、第
８図は第５図の■の時点における振動子の動作説明図、
第９図は第５図の■の時点における振動子の動作説明図
、第１０図は振動子の規跡を示す平面図、第１１．第１
２、第１３図は原理説明図、第１４図は本発明の第２実
施例を示す平面図、第１５図および第１６図は本発明の
第３実施例を示すもので、第１５図は平面図、第１６図
は底面図、第１７図および第１８図は従来例を示すもの
で、第１７図は平面図、第１８図は原理説明図である。 １・・・リニア型超音波モータ、２・・・振動子、２ａ
−・・・−側辺、３・・・スライダ、１６・・・第１の
分極領域、１７・・・第２の分極領域、１８・・・第３
の分極領域。 とＢ方向の共振周波数を示すグラフ、第５図は各分極領
域に印加される圧電の波形図、第６図は第５図の■の時
点における振動子の動作説明図、第７図は第５図の■の
時点における振動子の動作説リニア型超音テ皮で一夕の
イ則面図（第１寅枕１伊」）第２図 液動子の斜視図（第１史忰仔Ｉ」） 第８図 第３図ｆ）へ方向と日方向の尺檻周浪数７゛示すり゛フ
ッ第４図 ６ ０ 第５図の■の時、ぺ１；おけう撮勤矧 苧カイ乍ｉｔＥ月図 第９図 手続補正 査 臼（自発） ノニア型ｎｆテ皮モークの平面図（従来イ列）１、事件
の表示 平成１年特許願第１９８２３６号 ２、発明の名称 リニア型超音波モータ ３、補正をする者 事件との関係

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）スライダと、 このスライダに一側辺が圧接された正三角板状の振動子
   とを備え、 この振動子は中心点に対し３回対称に伸縮方向が分極さ
   れた第１・第２・第３の分極領域からなる圧電素子を有
   し、 前記第１・第２・第３の分極領域に、各分極領域を順次
   伸縮させる所定位相ずれた交流電圧を印加し、前記振動
   子の一側辺の一端もしくは両端に発生する定常楕円運動
   にて前記スライダもしくは振動子を相対的に直線状に移
   動させることを特徴とするリニア型超音波モータ。