JPH0584191U - 超音波リニアモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 振動体の縦振動及び横振動のＱ値を向上させ
て、走行力及び走行速度を向上させる。 【構成】 振動体１を構成する胴部２の両端近傍に垂直
方向へ縦弾性体２１を形成し、脚部１０，１１の上部近
傍に水平方向へ横弾性体２２を形成する。 【効果】 振動体１の縦振動及び横振動のＱ値を向上さ
せることができ、振動体１の走行力及び走行速度を向上
させることができる。したがって、振動体１自体の大き
さを小形化しても充分な走行力及び走行速度を得ること
ができ、極めて良好な走行性能が確保された超音波リニ
アモータとすることができる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案は、電子機器や精密機械における駆動源として好適な超音波リニアモ ータに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

電子機器や精密機械においては、取り付けのためのスペースが少なくてすみ、 かつ厳密な位置決めが可能であるようなアクチュエータが要求される。特に直線 的な移動が要求される場合には、回転型のアクチュエータよりリニアモータの方 が、運動方向の変換機構が不要であるからより好ましい。このようなリニアモー タとして、インチワーム(尺取り虫)機構等のものが提案されているが、本出願人 は、図３に示すような、一対の平行な脚部５０、５１の一端をこの両脚部５０、 ５１と直交する胴部５２で連結することにより全体を略コ字状に形成してなる弾 性材料製の振動体５と、振動体５の２つの角部５３、５４に配設されてこの振動 体５を前記胴部５２及び脚部５０、５１の交差する方向に加振する圧電素子５５ 、５６とを有し、前記両脚部５０，５１の下端をレール６の溝部６０に嵌合させ る構造の超音波リニアモータについて既に先の出願を行っている (実願昭６３ー １０６７０２) 。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

ところで、上記形状の振動体５にあっては、縦振動及び横振動のＱ値（振動系 の共振の鋭さを表す量）に限度があり、その走行力及び走行速度をさらに向上さ せることが困難であった。

【０００４】 この考案は、上記事情に鑑みてなされたもので、振動体の縦振動及び横振動の Ｑ値を向上させることにより、その走行力及び走行速度をさらに向上させること が可能な超音波リニアモータを提供することを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】

この考案の超音波リニアモータは、一対の平行な脚部と、該脚部と直交する位 置関係に設けられた胴部と、前記脚部と前記胴部とをそれぞれ連結するとともに これら脚部と胴部とに対して傾斜した位置関係に設けられた連結部とからなる振 動体と、該振動体の前記連結部に設けられて前記振動体を加振する圧電素子とか ら構成されてなり、前記振動体には、前記胴部の両端近傍に垂直方向へ形成され た縦弾性体あるいは前記脚部の上部近傍に水平方向へ形成された横弾性体の少な くとも一方が設けられてなることを特徴としている。

【０００６】

【作用】

この考案の超音波リニアモータによれば、胴部及び脚部にそれぞれ縦弾性体あ るいは横弾性体の少なくとも一方が設けられており、この縦弾性体及び横弾性体 によってそれぞれの縦振動及び横振動のＱ値を向上させ、その走行力及び走行速 度を向上させることができる。したがって、極めて良好な走行性能が確保された 超音波リニアモータとすることができる。

【０００７】

【実施例】

本考案の一実施例による超音波リニアモータを図を参照して以下に説明する。 図１中符号１は弾性材料を各部の断面が略正方形でかつ全体をコ字に形成してな る振動体、符号１０、１１は振動体１を構成する互いに平行な脚部、符号１２は 両脚部１０、１１の一端同士を連結する胴部、符号１３、１４は振動体１の角部 である。また、この振動体１の胴部１２の両端近傍における上面側には、垂直方 向へ縦弾性体２１，２１が形成されており、脚部１０，１１の上端部近傍には、 外側へ向かって水平方向へ横弾性体２２，２２が形成されている。

【０００８】 ここで、振動体１を形成する材料としては、例えば、アルミニウム、ジュラル ミン、鉄、真鍮あるいはステンレス鋼等の金属材料、アルミナ、ガラスあるいは 炭化ケイ素等の無機材料、ポリイミド系樹脂あるいはナイロン等の有機材料等が ある。そして、振動体１の両角部１３、１４には、接着剤等により圧電素子１５ 、１６がそれぞれ接合されている。これらの圧電素子１５、１６は、積層型圧電 アクチュエータあるいは単板の圧電セラミックスが使用され、電源 (図示せず) から印加される交番電圧により、上記両角部１３、１４に対して垂直な方向に伸 縮するようになっている。

【０００９】 次に、超音波振動による超音波リニアモータの移動の機構を概略説明する。圧 電素子１５、１６に交番電圧を適宜付与すると、圧電素子１５、１６の振動は両 角部１３、１４をそれぞれ介して振動体１の両脚部１０、１１及び胴部１２に伝 達され、両脚部１０、１１の軸線に平行な成分は縦振動を、軸線に垂直な成分は 横振動（撓み振動）を与えることになる。この結果、両脚部１０、１１の下端に 楕円運動が励起される。したがって、両脚部１０、１１の下端面にレール６を一 定の圧力で押し付けると振動体１とレール６とは楕円運動の向きにしたがって移 動することになる。ここで上記楕円運動は、両脚部１０、１１の縦振動及び横振 動、胴部１２の縦振動及び横振動の全てを合成したものであり、それらの振動モ ードは、振動体１と圧電素子１５、１６とを一体にした構造体の振動特性と、両 圧電素子１５、１６に印加する電源の周波数及び両圧電素子１５、１６への交番 電源の位相差等により適宜決定することができる。

【００１０】 ここで、本実施例の超音波リニアモータによれば、振動体１の胴部１２の両端 近傍における上面側に垂直方向へ縦弾性体２１，２１が形成され、同脚部１０， １１の上端部近傍に外側へ向かって水平方向へ横弾性体２２，２２が形成されて いることより、これら縦弾性体２１，２１及び横弾性体２２，２２によって圧電 素子１５，１６により振動体１に与えられる縦成分及び横成分のそれぞれの振動 のＱ値が向上されて走行力及び走行速度の向上を図ることができる。

【００１１】 ここで、Ｑ値（Ｑuality factor）とは、電気系及び機械系の振動系の共振の 鋭さを表す量であり、例えば、共振周波数において、振動系のエネルギー（機械 振動系においては運動エネルギーと位置エネルギーとの和）と、一定振幅を持続 するために外部から与えられる１サイクルあたりのエネルギー（即ち、１サイク ルあたりに失われるエネルギー）との比の２π倍をもって定義された値である。

【００１２】 また、縦弾性体２１，２１及び横弾性体２２，２２のそれぞれの長さあるいは 重さ等を異ならすことにより、走行力及び走行速度のそれぞれのどちらかを重点 的に向上させることができる。つまり、縦弾性体２１，２１の長さあるいは重さ の割合を横弾性体２２，２２よりも大きくすることにより、走行力を重点的に向 上させることができ、これとは逆に横弾性体２２，２２の長さあるいは重さの割 合を縦弾性体２１，２１よりも大きくすることにより、走行速度を重点的に向上 させることができる。

【００１３】 ここで、他の実施例の超音波リニアモータを図２によって説明する。この超音 波リニアモータは、振動体１の脚部１０，１１の上部近傍にて水平方向へ横弾性 体２２，２２のみが形成されたものである。そして、この超音波リニアモータは 、横弾性体２２，２２が設けられていることより、そのＱ値が次のように向上し た。 （１）静特性（インピーダンス特性） モータの駆動に利用する横方向の振動モードにおけるＱ値及びアドミッタンス ループの大きさが従来の超音波リニアモータのものと比較して、表１に示すよう になった。

【００１４】

【表１】

【００１５】 ただし、上記他の実施例の超音波リニアモータにあっては、振動体１に横弾性 体２２，２２のみが設けられていることより、縦方向のＱ値及びアドミッタンス ループは、従来のものと同一であった。即ち、横方向の振動のみが大きくなり、 縦方向の振動は、従来と同じであった。 （２）動特性（走行特性） 駆動電圧５Ｖｐ−ｐによる駆動において、その走行性能が従来の超音波リニア モータのものと比較して、表２に示すようになった。

【００１６】

【表２】

【００１７】 このように、走行性能が従来のものと比較して約３０〜５０％の効率ｕｐとな る。

【００１８】 なお、上記実施例では、縦弾性体２１，２１を胴部２の上面側に、横弾性体２ ２，２２を脚部１０，１１の外側面にそれぞれ形成したが、これら縦弾性体２１ ，２１及び横弾性体２２，２２の形成箇所は実施例に限定されない。また、超音 波リニアモータの具体的な構造も実施例に限定されない。

【００１９】

【考案の効果】

以上、説明したように、この考案の超音波リニアモータによれば、下記の効果 を得ることができる。

【００２０】 胴部及び脚部にそれぞれ形成された縦弾性体及び横弾性体によって、それぞれ の縦振動及び横振動のＱ値を向上させてその走行力及び走行速度を向上させるこ とができる。したがって、振動体自体の大きさを小形化しても充分な走行力及び 走行速度を得ることができ、極めて良好な走行性能が確保された超音波リニアモ ータとすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の実施例の超音波リニアモータの正面図
である。

【図２】他の実施例の超音波リニアモータの正面図であ
る。

【図３】従来の超音波リニアモータの正面図である。

【符号の説明】

１ 振動体 ２ 胴部 １０，１１ 脚部 １３，１４ 角部（連結部） １５，１６ 圧電素子 ２１ 縦弾性体 ２２ 横弾性体

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 一対の平行な脚部と、該脚部と直交する
   位置関係に設けられた胴部と、前記脚部と前記胴部とを
   それぞれ連結するとともにこれら脚部と胴部とに対して
   傾斜した位置関係に設けられた連結部とからなる振動体
   と、該振動体の前記連結部に設けられて前記振動体を加
   振する圧電素子とから構成されてなり、前記振動体に
   は、前記胴部の両端近傍に垂直方向へ形成された縦弾性
   体あるいは前記脚部の上部近傍に水平方向へ形成された
   横弾性体の少なくとも一方が設けられてなることを特徴
   とする超音波リニアモータ。