JPH07163159A

JPH07163159A - 超音波リニアモータ

Info

Publication number: JPH07163159A
Application number: JP5299865A
Authority: JP
Inventors: Akira Moriya; 章森谷
Original assignee: Canon Inc; Canon Precision Inc
Current assignee: Canon Inc; Canon Precision Inc
Priority date: 1993-11-30
Filing date: 1993-11-30
Publication date: 1995-06-23

Abstract

(57)【要約】【目的】従来の超音波リニアモータでは、レールに進
行波振動を発生させる必要があり、そのため、全体の振
動系のみならずレールの設計の困難度が高く、従って、
製造コストは非常に高いものとなっていた。本発明は、
従来技術の欠点を排除した新規な超音波リニアモータを
提供する。【構成】表面に進行波振動を生じる円盤形のステータ
１の表面には、直線駆動力を発生するためのローラーに
一体化されたロータ（ロータローラー１６）が皿ばね１
８により圧接されており、該ロータローラー１６の外周
面とコロ２５（レール挟圧ローラー）との間でレール２
６を挟圧するとともに該ロータローラー１６の回転によ
りレール２６に直線駆動力を加える。２４はコロ２５を
回転可能に支持するとともに地板１０及び１９を連結し
ているコロ軸、４はフレキシブルプリント基板、１７は
防振材、１１及び２０は軸１５のための軸受、である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は超音波リニアモータに関
する。

【０００２】

【従来の技術】図１１乃至図１４を参照して従来の超音
波リニアモータの代表的な二つの例について説明する。

【０００３】図１１は従来の超音波リニアモータの第一
例を示した概略図である。この超音波リニアモータは、
レール６４の両端にそれぞれランジュバン型の振動子６
５及び６６を取付け、可動子であるキャリッジ６７をレ
ール６４に圧接した構成になっている。この構成におい
ては、キャリッジ６７がレール６４から逸脱しないよう
にするためのガイド機構や、キャリッジ６７をレール６
４に圧接するための加圧機構が必要である。

【０００４】この超音波リニアモータの駆動原理は、振
動子６５と振動子６６のうち、一方を加振器とし、他方
を吸振器として使用し、レール６４に進行波を発生させ
る。振動子６５を加振器とし、振動子６６を吸振器とし
た場合は、レール６４には図１１の左側から右側へ進行
する進行性振動が発生する。

【０００５】そして、レール６４の右端に到達した進行
波はレール端で反射してしまうので振動子６６で進行波
を吸収することにより反射を防ぐ。このようにしてレー
ル６４上を左から右へと順次、進行波が送られる。この
ため、レール６４に圧接されたキャリッジ６７は図１１
の右から左へと移動することになる。

【０００６】キャリッジ６７を図の左から右へ移動させ
る場合には、振動子６６を加振器とし、振動子６５を吸
振器にして進行波を右から左に移動させるようにすれば
よい。

【０００７】図１２乃至図１４に従来の超音波リニアモ
ータの第二の例を示す。

【０００８】図１２は従来の超音波リニアモータの第二
の例を示す概略斜視図である。

【０００９】図１２の超音波リニアモータは、レール６
８を長円形にすることにより、開放端の無いエンドレス
の循環経路上を進行波が進むようになっている。そのた
め、図１１の第一例のように吸振器を設ける必要がな
い。

【００１０】キャリッジ側のレール面は櫛歯形状に形成
することにより、振動によるキャリッジ６９の送り速度
を増幅している。キャリッジ６９に接する反対側のレー
ル面には圧電素子７０が接着されており、更に、圧電素
子７０の下面には不図示のフレキシブルプリント基板が
接着され、これにより圧電素子７０に給電している。

【００１１】図１２の例では、レール６８の曲線部で進
行波を無理なく循環させるためにレールの曲線部の下面
にもレール曲線部に生じる複雑な振動モードに対応した
分極パターンを有した圧電素子を設けるのが一般的であ
る。

【００１２】図１３は従来の超音波リニアモータの第二
例におけるレールの概略構造を説明するための図であ
る。

【００１３】レール６８の片側の直線部７１は図１２の
キャリッジ６９の駆動に使用する部分である。レール６
８から直線部７１を除いた斜線部７２は、レール６８上
に発生させた進行波を循環させる導波路である。斜線部
７２にも図１２に示すように櫛歯形状を形成する。

【００１４】斜線部７２の両端の曲線部７３は進行波の
方向を変える部分である。

【００１５】図１４は、図１２のレールにおいてレール
全長Ｌとレール幅Ｗが同じで、曲線部のレール中心半径
が異なっている二つの場合を示したレール構造説明図で
ある。

【００１６】図１４（ａ）には、レール中心半径がｒ_a
のレール６８ａを示し、図１４（ｂ）にはレール中心半
径がｒ_bのレール６８ｂを示す。

【００１７】キャリッジ６９が移動するレール直線部７
１ａ，７１ｂの長さｌ_a，ｌ_bは次式により求められ
る。

【００１８】ｌ_a＝Ｌ−２ｒ_a−Ｗ………（１）ｌ_b＝Ｌ−２ｒ_b−Ｗ………（２）レール曲線部の幅ｈ，ｈは次式により求められる。

【００１９】ｈ_a＝２ｒ_a＋Ｗ………（３）ｈ_b＝２ｒ_b＋Ｗ………（４）式（１）及び（２）に示すように、レール中心半径によ
り、キャリッジの移動範囲であるレール直線部の長さが
変る。また、式（３）及び（４）に示すように、レール
曲線部の幅もレール中心半径により変ってしまう。

【００２０】幾何学上、レール中心半径はＷ／２まで小
さくすることができるが、振動特性上は無理である。

【００２１】通常、レール中心半径は超音波リニアモー
タを搭載する機械装置におけるスペースや配置の都合な
どの理由によりレール中心半径を大きくとり、振動モー
ドに与える悪影響を低く押さえるようにするのが一般的
である。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】前述した従来の超音波
リニアモータには次のような問題があった。

【００２３】（ａ）図１１に示す従来の第一例の場合。

【００２４】（１）レール端での波の反射を完全に取去
ることが困難で、取り切れなかった反射波により、本来
の進行波とは別の振動が乗ってしまう。

【００２５】（２）加振のためのエネルギーのほか、波
を吸収するためのエネルギーと波を吸収するための装置
が必要である。

【００２６】（３）波動エネルギーの大部分が吸振器で
消費され、キャリッジ移動のためのエネルギー効率が悪
い。

【００２７】（４）レールが長くなればなるほど本来の
振動以外の外乱振動が乗りやすくなる。

【００２８】（５）振動を妨げずに長いレールを支持す
るのが困難である。

【００２９】（６）キャリッジをレールに圧接すること
によりレールがたわみ、たわみによる加圧分布ムラや、
部分的な加圧抜けが生じる。また、たわみ量もレールの
場所やキャリッジの速度や荷重により変化するので、速
度や推力を一定に維持して運転するのが困難である。

【００３０】（ｂ）次に、従来の第二例における問題点
を図１３及び図１４に示す。

【００３１】（１）図１３において、キャリッジ６９の
駆動に使用する部分の直線部７１以外に斜線部７２に示
す進行波を循環させるための導波路が必要である。ここ
で、レール６８の曲線部７３のレール中心半径を小さく
すると進行波がうまく循環せず、振動が阻害されたり、
進行波の一部が反射して自身の波を乱す、等の問題が生
じるため小型化できない。

【００３２】（２）レール曲線部７３の振動モードが複
雑で、且つ進行波を無理なく循環させる最適形状を計算
で求めることが困難である。

【００３３】（３）搭載する機械装置のスペースや配置
の都合により、図１４の（ａ），（ｂ）に示すように、
さまざまな形状のレールを用意しなければならない。更
に、速度や荷重の要求仕様が変わると、それに応じてレ
ール形状や圧電素子の形状、圧電素子の分極パターン等
を検討しなければならず、部品の標準化ができない。

【００３４】（４）図１４の（ａ），（ｂ）に示したレ
ールの曲率半径ｒ_a，ｒ_bが違うだけでも別形状のデー
タを土台とした比例計算や特性の予測が困難で、新規の
設計と変わらぬ振動解析が必要となるため、新規のレー
ル形状が出現する度に設計のための莫大な時間と労力が
必要である。

【００３５】（５）図１３に示すように、キャリッジ６
９と圧接する部分が長円形状のレール６８の片側の直線
部７１のみに片寄っているため、振動を妨げずに、ま
た、悪影響を与えないようにしながら片寄った荷重に対
してバランスを取ったレール支持を行なうことが困難で
ある。

【００３６】（６）図１３の斜線部７２はキャリッジ６
９と直接に接触する部分ではないにもかかわらず、高い
寸法精度で櫛歯形状にしなければならず、レール６８の
製造が困難で、且つ、製造コストも高いものとなる。斜
線部７２にも櫛歯形状を形成する理由は、進行波をうま
く循環させるためで、レール製造を容易にするために斜
線部７２を単なる平板状にしたり、櫛歯形状の寸法精度
を落とすと、振動モードの乱れにより直線部７１には秩
序正しい進行波がまず得られない。

【００３７】（７）レールが長くなると、レール形状に
対応した細長い圧電素子の製造や、レールへの接着作業
が困難である。小さな片に分割した圧電素子をレールに
貼り付ける場合も、細長いレール全面にわたり高い寸法
精度で加圧接着を施す必要がある。さらに、いずれの場
合も、電気配線と高電圧に対する絶縁対策が困難であ
る。

【００３８】（ｃ）更に、従来の第一例及び第二例に共
通する次のような問題点がある。

【００３９】（１）レールが長くなればなるほどキャリ
ッジを移動させるために使われるエネルギーよりもレー
ル全体を振動させるためのエネルギー比率が大きくな
り、効率が下がる。

【００４０】（２）振動を妨げずに長いレールを支持す
るのが困難である。

【００４１】（３）移動するキャリッジをレールから逸
脱しないようにガイドをしながら、レールに生じた曲り
やたわみにも対応すべく、レール面にならってキャリッ
ジをレールに圧接する機構が困難である。

【００４２】（４）レール上の特定の場所でキャリッジ
の反転を繰り返すと、反転場所におけるレール面にキャ
リッジ摺動部材のこびりつき等、摩擦面の異常が生じ
る。これにより、反転時の鳴きの発生や、摺動材の異常
摩耗、特性の劣化を引き起こす。

【００４３】（５）摺動特性がレール長に依存している
ため、レール長を変更すると超音波リニアモータとして
の特性が変わってしまう。更に、共振周波数に合わせて
圧電素子等の部品や回路定数も変更しなければならない
等、ユーザー要求に対する素早い対応や、部品の標準
化、製品のシリーズ化ができず、実用性が低い。

【００４４】

【課題を解決するための手段】前項で説明したように、
従来形式の超音波リニアモータでは、固定レールに進行
波振動を伝播させる必要があるため、該レール及び全体
の設計に大きな労力とコストがかかり、また、それ故に
製造コストが高く、製造日数も長くなる、という欠点が
あった。

【００４５】従って、本発明では、進行波振動を伝達さ
せるための振動レールを廃止し、動力発生部は回転型超
音波モータの動力発生部に類似した回転型とし、回転駆
動されるローラーによりレールもしくは被駆動体に直線
的駆動力を与えるように構成した。従って、本発明の超
音波リニアモータでは、従来の超音波リニアモータにく
らべて設計が極めて容易で、且つ、製造を量産方式で能
率よく行なうことができ、その結果、本発明によれば、
従来の超音波リニアモータよりも著しく安価なコストの
超音波リニアモータを提供できる。

【００４６】

【実施例】以下に図１乃至図７を参照して本発明の実施
例について説明する。

【００４７】＜実施例１＞図１及び図２を参照して本発
明の第１実施例を説明する。

【００４８】図１は本発明の第一実施例の超音波リニア
モータの一部破断分解斜視図である。本実施例のリニア
モータは従来例とは異なり、レールを振動させる形式で
はなく、円環状もしくは円盤状のステータ上を循環する
進行波によりカップ型のロータローラーを回転させ、該
ロータローラーを直接に非振動レールに圧接することに
より直線的駆動力を生じる超音波リニアモータである。

【００４９】図１において、１はステータであり、該ス
テータ１は、振動子２、圧電素子３、フレキシブルプリ
ント基板４（以下にはフレキと略す）、摩擦材５とから
構成されている。

【００５０】振動子２は中心から外周へ順に次の三つの
構造を有した一体部品である。

【００５１】（１）地板１０と固定関係になる支持部
６。

【００５２】（２）振動を妨げずに振動部８と支持部６
とをつなぐつば部７。

【００５３】（３）櫛歯形状を有し、圧電素子３の振動
を受けて振動する振動部８。

【００５４】振動子２の振動部８の下面には圧電素子３
を接着固定し、更に圧電素子３に給電するためのフレキ
４が取り付けられる。

【００５５】ステータ６は、地板１０を通した軸受１１
のつば１２を支持部６の段９に加締めることにより地板
１０に固定される。ステータ６のフレキ４は地板１０に
形成した舌状部１３にチューブ１４で固定する。

【００５６】軸１５が固定されたロータローラー１６は
防振材１７を介して皿ばね１８でステータ１に圧接され
ている。ロータローラー１６の本体は金属や樹脂等で形
成され、レール２６との接触部分は樹脂やゴム等の材料
を用いたり、金属本体に耐摩耗塗装やメッキ等を行なう
ことによりレール２６との滑り防止、耐摩耗性の向上、
転がりの安定性、転がりの静粛性を図る。

【００５７】防振材１７には樹脂、ゴム、ウレタン等の
材料を用いることにより防振、鳴きの防止を図る。

【００５８】地板１９にはボールベアリング２０を取り
付けたハウジング２１が固定されている。皿ばね１８の
ロータ１６の加圧反力はばね受け２２を介してボールベ
アリング２０で受けている。

【００５９】地板１０と地板１９とは支柱２３、コロ軸
２４にて加締め等で機械的に固定される。支柱２３及び
コロ軸２４には金属、樹脂等の材料を用いる。特に、コ
ロ２５が取付けられるコロ軸２４の外周面の表面粗さが
重要で、コロ２５との滑り摩擦が小さくなるようにしな
ければならない。コロ２５としては、金属、樹脂、セラ
ミック等の材料を用いる。金属のコロの場合、ロータロ
ーラーと同様に、コロ外周に耐摩耗塗装やメッキ、表面
処理、本体金属よりも軟質の樹脂、ゴム等の取付けを行
なうこともある。コロの内周には潤滑油を含浸させた
り、二硫化モリブデン、グラファイト、弗化黒鉛、窒化
ほう素、窒化けい素、セレニウム化合物、弗化カリシウ
ム、等の固体潤滑剤を添加し、摩擦摩耗特性の向上を図
ることもある。

【００６０】樹脂コロを用いた場合は次の二つの構成に
大別できる。

【００６１】（１）コロを同一素材のみで形成したも
の。

【００６２】（２）コロ本体は高剛性の樹脂素材を用い
たり、充填剤を入れて機械的性質を改質したものを用
い、一方、内周又は外周を改質したり、または別の素材
で形成したもの。

【００６３】（１）の例として、ポリアセタール、ポリ
アミド（ナイロン）等は充填剤を入れなくても或る程度
は機械的特性と摩擦摩耗特性を満足するが、二成分以上
のポリマー同志をブレンドしたポリマーアロイや、充填
剤を入れた複合材（コンポジット）を用いた方が望まし
い。

【００６４】温度、荷重、速度等、所定の使用条件にお
いて安定したトライボロジー特性を持つポリアセター
ル、ポリアミド、弗素樹脂（ＰＴＦＥ）等を母材とした
ポリマーアロイや複合材でコロを一体成形する方法が量
産面、コスト面で有利である。

【００６５】（２）のコロ本体としては、ポリカーボネ
ート、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンサ
ルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニ
レンオキサイド、ポリスルフォンポリエーテルスルフォ
ン、ポリアミドイミド、ポリイミド、液晶ポリマー、等
が用いられる。これらの材料は次に示す充填剤を入れる
と機械的性質が向上する。

【００６６】機械的性質を改質する充填剤としては、ガ
ラス繊維、カーボン繊維、アラミド繊維、グラファイト
繊維、金属繊維、セラミック繊維、金属粉、高分子ポリ
エチレン繊維、ポリエーテルエーテルケトン繊維、ポリ
フェニレンスルフィド繊維、ポリアリレート繊維、等が
挙げられる。

【００６７】以上に示した樹脂や充填剤入りの樹脂は高
温下でアニール処理を行なうと、より一層、寸法の安定
性が向上する場合もある。

【００６８】コロ内周に用いる材質としては、自己潤滑
性のある材質や、低摩擦係数の材質が望ましく、高分子
ポリエチレンやポリアセタール、弗素樹脂（ＰＴＦ
Ｅ）、ポリアミド、ポリイミド、ポリプロピレン等の樹
脂や、これらを母材としたポリマーアロイや複合材を用
いる。

【００６９】レール材に通常は無潤滑で接するコロの外
周は、転がり音が静かで、へこみ残留が残らない耐摩耗
性のある高分子材料（樹脂、ゴム）を選定する。

【００７０】（２）における表面改質の例としては、ポ
リイミド表面に窒素イオンを注入する方法、γ線照射に
より高密度ポリエチレン表面上にポリビニルアルコール
をグラフト化する方法、等が挙げられる。

【００７１】コロの設計に当っては、以上に示したコロ
の材料と共に、荷重、速度等、所定の使用条件に適した
コロ軸径、コロ幅を選定する必要がある。

【００７２】コロの外径に関しては本発明の超音波リニ
アモータの構造上、必然的に決まってしまうので、決め
られたコロ外径の条件下で摩擦による力の損失を少な
く、耐久性を持たせるかを検討していく。

【００７３】コロの軸径を小さくすると摩擦による力の
損失は低減するがコロ内径にかかる単位面積当りの荷重
が増大するので耐久性が低下する。

【００７４】コロ幅を小さくすると、摩擦による力の損
失は低減するが耐久性も低下する。一方、ある一定以上
にコロ幅を広くしても耐久性の向上以上に摩擦による力
の損失が増大し、リニアモータの出力特性を低下させて
しまう。耐久性から見た場合、コロ幅よりもコロ軸径の
選定に注意しなければならない。更に重要なのはコロ２
５とコロ軸２４との潤滑である。

【００７５】コロ２５とコロ軸２４との接触面になるコ
ロ２５の内周にはグリース等の潤滑剤を塗布する。これ
により摩擦による力の損失の著しい低減が図られ、同時
に著しい摩耗の低減が図られ、耐久性が飛躍的に向上す
る。

【００７６】レール２６はロータローラー１６と二つの
コロ２５との３点で挟持する。つまり、キャリッジ２９
はレール２６に対し３点支持により姿勢が決まるため大
変、安定なものとなる。

【００７７】レール２６としては、金属、樹脂、セラミ
ック、ガラス等の材料を用いる。特に、金属材料を用い
る場合は、軽量で耐摩耗性があるシリコン入りアルミと
いったアルミ系材料、又は浸炭や窒化といった熱拡散法
や化学蒸着（ＣＶＤ）や物理蒸着（ＰＶＤ）等による表
面改質を行なって摩耗対策を施した鋼材、耐蝕性にすぐ
れたステンレス材、加工性にすぐれた真鍮材等が挙げら
れる。

【００７８】本発明の超音波リニアモータが安定して走
行するためにもレール２５におけるロータローラー１６
との接触面２７及びコロ２５との接触面２８の平行度及
び表面粗さが重要である。

【００７９】レール２６を製造する際は、面２７と面２
８とに両面同時研削等を行ない、平行度と表面粗さの品
質を安定させるのが望ましい。

【００８０】レール２６に用いる金属材料の表面には硬
質物質や弗素樹脂（ＰＴＦＥ）等をメッキ液中に分散さ
せてメッキ層を作る分散メッキ、Ｎｉ−ＳｉＣ等の複合
メッキ、金属アルキシドを用いるゾルゲル法、といった
各種メッキ法が摩耗対策として有効である。アルミ材の
場合はアルマイト処理を施すと摩擦摩耗特性が向上す
る。

【００８１】図２は本発明の第１実施例の概略説明図で
ある。

【００８２】図１に示した構成でレール２６が固定され
ているとして、移動体となる側をキャリッジ２９とする
と、キャリッジ２９の速度ｖと推力Ｆはロータローラー
１６のローラー半径ｒ（ｍ）及び回転数Ｎ（ｒ／ｍｉ
ｎ）、トルクＴ（Ｎ．ｍ）、とすれば、次の式が成立す
る。

【００８３】ｖ＝３０ｒＮ（ｍ／ｓ）………（５）Ｆ＝Ｔ／ｒ（Ｎ）………………（６）式（５）、（６）により、本発明の超音波リニアモータ
のロータのＴ−Ｎ特性から容易にＦ−ｖ特性の予想がで
きる。

【００８４】図２の超音波リニアモータにおいて、軸１
５、ロータローラー１６、コロ２５のいずれかにエンコ
ーダ等の回転検出装置を付加することにより、レール２
６に対するキャリッジ２９の位置検出を行なうことがで
きる。

【００８５】このほか、レール２６の所定の場所にキャ
リッジ２９の位置を検出する機械式、又は光学式、磁気
式等の非接触型の検出装置を設置し、キャリッジ２９の
停止位置や反転位置を判断する信号を取出すこともあ
る。

【００８６】＜実施例２＞図３及び図４を参照して本発
明の第２実施例を説明する。なお、図３及び４におい
て、図１及び２と同じ符号で表示されている構成要素は
第１実施例で説明した構成要素と同じものを表す。

【００８７】本実施例の超音波リニアモータにおいて
は、レール２６に光学スケール３０が取付けられてい
る。カップ型のロータローラー１６には光学スケール３
０に当らないように溝３１が設けてある。

【００８８】コロ２５にも溝３２が設けてあるが、これ
はレール２６との接触部分を少なくして摩擦による力の
損失を少なくするための逃げである。コロ２５には軸受
３３が固定されており、コロ２５の回転時にコロ軸２４
との摩擦の低減を図っている。

【００８９】レール２６に対してキャリッジ２９の横方
向の振れを規制するために地板１０及び地板１９に摺動
板３４が取付けられている。摺動板３４に用いる材料と
しては、レール２６と摺動しても静かで低摩擦係数であ
る高分子ポリエチレン、弗素樹脂（ＰＴＦＥ）、ポリア
セタール等が挙げられる。

【００９０】地板１９には取付け穴３５が設けてあり、
該穴でキャリッジ搭載物（不図示）をキャリッジ２９に
固定する。

【００９１】図４は該リニアモータの一部破断斜視図で
ある。

【００９２】該リニアモータはミクロン単位の微小送り
ができるのが特徴であるので、キャリッジ２９の位置検
出手段を付加することにより高精度の送り位置精度で駆
動することが可能である。図４の構成では、光学式リニ
アエンコーダを組み込んでいる。

【００９３】キャリッジ２９の地板１０には受発光モジ
ュール素子３６が取付けられている。受発光モジュール
素子３６には光の明暗のコントラストをよくするための
格子３７が取付けられている。光学スケール３０と受発
光モジュール素子３６で光学式エンコーダを形成し、レ
ール２５に対するキャリッジ２９の位置を検出する。

【００９４】図４の地板１０には、折曲げられた舌状部
１３が形成され、フレキシブルプリント基板４（以下に
はフレキと略す。）は舌状部１３に沿って折曲げられた
状態でチューブ１４により固定されている。フレキ４に
は圧電素子への配線のほかに受発光モジュール素子３６
への配線も入っている。

【００９５】＜実施例３＞図５及び図６に本発明の第３
実施例を示す。なお、本実施例においても、前記実施例
の構成要素と同じ構成要素は図１〜図４と同じ符号で表
示されている。

【００９６】図５において、ロータローラー１６とコロ
２５とで挟持された曲線レール３８には磁気スケール３
９が取付けられている。

【００９７】ステータ１に発生させた進行波によりロー
タローラー１６を回転させ、該ローラー１６を曲線レー
ル３８に圧接することによりキャリッジ２９が移動す
る。

【００９８】曲線レール３８として空間螺旋状のレール
を用いればキャリッジ２９は三次元空間を旋回しながら
昇降する。曲線レール３８によりキャリッジの姿勢、移
動方向等、自在の対応ができる。

【００９９】図６に示すように、地板１０には軸受１１
でステータ１が固定されるとともに軸支持部材４０も固
定されている。軸支持部材４０にはコロ４１が取付けら
れたコロ軸４２が固定されている。また、曲線レール３
８に取付けられた磁気スケール３９に対応する磁気検出
素子４３も固定されている。

【０１００】地板１９には、ねじ穴４４が設けられてお
り、該穴にはキャリッジ搭載物４５が固定されている。

【０１０１】円盤形状のロータローラー１６の圧接部４
６には、消音材４７が取付けられている。この消音材４
７は、ブチルゴム等のゴム系材料や、グラスウール、ロ
ックウール等の繊維系材料で構成する。

【０１０２】＜実施例４＞図７に本発明の第４実施例を
示す。なお、図７において図５及び６と同じ符号で表示
した構成要素は前記実施例の構成要素と同じものであ
る。

【０１０３】図７に示すように、ロータローラー１６は
ばね４８によりステータ１に圧接されている。該ローラ
ー１６は圧接部４６よりも小さな径のローラー部４９
と、レール２６からの脱輪防止用のフランジ部５０と、
を有している。該ローラー部４９は減速装置の役目を
し、キャリッジ２９の推力Ｆを大きくするとともに、ス
テータ１の進行波による送りを減速した微小送りとによ
りキャリッジ２９の送り位置の高精度化が出来る。

【０１０４】レール２６には光学スケール３０が取付け
られ、地板１０に取付けられた受発光モジュール素子３
６で該光学スケール３０上の符号を検出することにより
キャリッジ２９の位置検出を行なう。

【０１０５】地板１０及び１９には軸支持部材４０が形
成され、キャリッジ２９の横方向の振れを規制するため
のコロ４２を有するコロ軸４１が該軸支持部材４０に保
持されている。

【０１０６】キャリッジ２９の上下方向の振れを規制す
るためのコロ５１がコロ軸４１に支持されており、該コ
ロ軸４１を支持するコロ軸受５３は板ばね５２に保持さ
れ、該板ばね５２は地板１０及び１９に取付けられてい
る。

【０１０７】レール２６はロータローラー１６のローラ
ー部４９とコロ５１との間に所定圧力で挟持されてい
る。

【０１０８】地板１０及び１９には取付け穴３５が設け
られており、該穴においてキャリッジ搭載物が固定され
るようになっている。

【０１０９】前述した本発明の超音波リニアモータの動
力発生部は回転式であるため、本発明のリニアモータの
主要な部品により回転型超音波モータを構成することが
できる。

【０１１０】図８は図１に示した超音波リニアモータの
動力発生部を構成する部品を示し、図９は該部品を利用
して構成される回転型超音波モータの分解斜視図を示
す。

【０１１１】図９において、５４は該回転型モータの外
筒、５５は出力軸、５６はロータ、５９及び６０はフレ
キ４の保護具、６１は外筒５４の開放側端面にねじ５８
で締結される後蓋、５７及び５９はフレキ保護具５９及
び６０を後蓋６１に締結するためのねじ、である。外筒
５４と後蓋６１とで形成される空間内には、図１に示し
たステータ１、ボールベアリング２０、ばね受け２２、
皿ばね１８、防振材１７、ロータ５６、が収容される。
ロータ５６に固定されている出力軸５５の両端は後蓋６
１に固定された軸受１１とボールベアリング２０とに支
持されている。ステータ１に一端を固定されているフレ
キ４は外筒５４の周壁面の開口部を通って外部へ引き出
され、該開口部においてチューブ１４により拘束されて
いる。

【０１１２】図１０は図１に示した部品を利用して構成
される他の形式の回転型超音波モータの分解斜視図であ
る。図１０に示した回転型超音波モータは、図９に示し
たモータの外筒５４と後蓋６１の代りに平板の２枚の地
板６２及び６３によりボールベアリング２０及び軸受１
１を支持し、両地板６２及び６３をそれぞれの四隅で支
柱２３により連結している点が図９のモータとは異なっ
ている。すなわち、図１０の回転型超音波モータでは、
ロータ５６及び皿ばね１８並びに防振材１７が密閉され
ていないで露出している。

【０１１３】以上のように、本発明の超音波リニアモー
タはそれ自身の動力発生部の主要部品がそのまま回転型
超音波モータの主要部品となるので、リニアモータと回
転型モータとを同じ製造工程で製造することができ、ま
た、部品の標準化や製品のシリーズ化ができるという利
点がある。

【０１１４】なお、図１から図７に示した本発明の実施
例では、該超音波リニアモータの動力発生部のロータと
直線出力部材であるローラーとが一体化されているロー
タローラーが用いられているが、動力発生部のロータと
出力部材であるローラーとを図示実施例のように一体化
せずに両者を別体として構成してもよいことは当然であ
る。また、出力部材であるローラーと動力発生部に設け
られるロータとを同軸に設けるか否かも本発明の範囲内
で変更できる。

【０１１５】なお、前記各実施例で説明したコロ及びコ
ロ軸はレールもしくは被駆動体を該ロータローラーとの
間で挟圧するものであるから、本明細書の特許請求の範
囲においては、該コロ及びコロ軸から成る構成体を被駆
動体挟圧手段もしくはレール挟圧ローラー等の名称で記
載する。

【０１１６】

【発明の効果】本発明によれば次のような効果が得られ
る。

【０１１７】（１）長いレール全体を振動させる必要が
ないため、レールが長くなるほど従来の超音波リニアモ
ータにくらべて消費エネルギーの面で有利となる。ま
た、振動がレールの長さに依存しない構造であるためレ
ールの長さを変更する度に振動モードを解析する必要が
なく、設計が容易であり、設計コストが従来の超音波リ
ニアモータにくらべて著しく少なくてすむ。

【０１１８】（２）振動しないレールにキャリッジが乗
っているのでキャリッジの振動が少なく、従って精密さ
を要求される機器のモータとして適している。

【０１１９】（３）キャリッジがレールに対して３点支
持で支持されるため、キャリッジの姿勢が安定であり、
キャリッジの位置精度や走行精度が高い。

【０１２０】（４）円環型ステータを用いて高精度の角
速度で周回する安定した進行波を利用することにより、
振動モードの解析や特性予測が容易な超音波リニアモー
タである。またロータローラーの径により減速機能や増
速機能も付加することが出来、幅広い特性要求に対応出
来る。

【０１２１】（５）ステータの全面にロータを圧接する
ため、従来の超音波リニアモータにくらべて単純な加圧
機構でありながら加圧むらが発生しにくい構造であり、
従って速度や推力の特性が安定し、高精度の運転制御が
行なえる。

【０１２２】（６）共振特性の鋭さＱ値が大きく、共振
器としてもすぐれた特性の円環型ステータを用いている
ので小型でありながら大きな出力が得られる。

【０１２３】（７）ステータに発生させた進行波のエネ
ルギーを効率良くロータローラーで直線的な推力に変換
するので従来の超音波リニアモータにくらべて効率が高
い。

【０１２４】（８）レールが角形であるため、加工しや
すく、入手しやすい。所望の長さのレールを用意するだ
けでユーザ対応でき、製造コストも安価である。

【０１２５】（９）組立の自動化が容易な構造となって
いるため、短時間に大量の生産が可能であり、従来の超
音波リニアモータよりも大幅に安価なコストで製造する
ことができる。特に、回転型モータと主要部品を共通化
できるため、その効果は更に大きくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の超音波リニアモータの一
部破断分解斜視図。

【図２】該超音波リニアモータの概略構造を示す平面
図。

【図３】本発明の第２実施例の超音波リニアモータの断
面図。

【図４】第２実施例の超音波リニアモータの一部破断斜
視図。

【図５】本発明の第３実施例の超音波リニアモータの概
略構造を示す平面図。

【図６】第３実施例の超音波リニアモータの断面図。

【図７】本発明の第４実施例の超音波リニアモータの断
面図。

【図８】本発明の超音波リニアモータの動力発生部にお
いて回転型超音波モータと共通化できる主要部品を示し
た図。

【図９】図８に示した部品を使用して構成される回転型
超音波モータの分解斜視図。

【図１０】図１に示した本発明の超音波リニアモータの
主要構成部品を使用して構成された別の構造の回転型超
音波モータの分解斜視図。

【図１１】従来の超音波リニアモータの第一例を示す概
略図。

【図１２】従来の超音波リニアモータの第二例を示す概
略図。

【図１３】図１２に示した超音波リニアモータのレール
の概略図。

【図１４】図１２のレールにおいてレール中心半径が異
なる二つの場合を示したレール概略説明図。

【符号の説明】

１…ステータ２，６５，６６
…振動子３，７０…圧電素子４…フレキ５…摩擦材６…支持部７…つば部８…振動部９…段１０，１９，６
２，６３…地板１１，３３…軸受１２…つば１３…舌状部１４…チューブ１５，５５…軸１６…ロータロ
ーラー１７…防振材１８…皿ばね２０…ボールベアリング２１…ハウジン
グ２２…ばね受２３…支柱２４，４２…コロ軸２５，４１，５
１…コロ２６，６４，６８…レール２７，２８…面２９，６７，６９…キャリッジ３０…光学スケ
ール３１，３２…溝３４…摺動板３５…取付穴３６…受発光モ
ジュール素子３７…格子３８…曲線レー
ル３９…磁気スケール４０…軸支持部
材４３…磁気検出素子４４…ねじ穴４５…キャリッジ搭載物４６…圧接部４７…消音材４８…ばね４９…ローラ部５０…フランジ
部５２…板ばね５３…コロ軸受５４…外筒５６…ロータ５７，５８…ねじ５９，６０…フ
レキ保護具６１…後蓋７１…直線部７２…斜線部７３…曲線部

【手続補正書】

【提出日】平成６年２月１日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４３】（５）振動特性がレール長に依存している
ため、レール長を変更すると超音波リニアモータとして
の特性が変わってしまう。更に、共振周波数に合わせて
圧電素子等の部品や回路定数も変更しなければならない
等、ユーザー要求に対する素早い対応や、部品の標準
化、製品のシリーズ化ができず、実用性が低い。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電気−機械エネルギー変換素子が取付け
られていて該素子により表面に進行波振動を発生する円
環状もしくは円盤状のステータと、該ステータの該表面
に圧接されていて該進行波振動により該ステータの中心
軸線を中心として回転駆動されるロータと、該ロータと
ともに回転するローラーと、該ローラーの外周面との間
で被駆動体を挟圧することにより該ローラーの外周面に
対する接線方向の推力を該被駆動体に与える被駆動体挟
圧手段と、を有して成る超音波リニアモータ。
【請求項２】電気−機械エネルギー変換素子が取付け
られていて該素子により表面に進行波振動を発生する円
環状もしくは円盤状のステータと、該ステータの該表面
に圧接されていて該進行波振動により該ステータの中心
軸線を中心として回転駆動されるロータと、該ロータと
ともに回転されるローラーと、該ローラーの外周面に接
触するとともに少くとも一部が該ローラーの外周面に対
する接線方向に延在するレールと、該ローラーの外周面
との間で該レールを挟圧することにより該ローラーの外
周面に対する接線方向の推力を該レールに与えるレール
挟圧ローラーと、を有することを特徴とする超音波リニ
アモータ。
【請求項３】電気−機械エネルギー変換素子が取付け
られていて該素子により表面に進行波振動が発生される
円環状もしくは円盤状のステータと、該ステータの該表
面に圧接されていて該進行波振動により該ステータの中
心軸線を中心として回転駆動されるロータと、該ロータ
とともに回転されるローラーと、該ローラーの外周面に
接触するとともに少くとも一部が該ローラーの外周面に
対する接線方向に延在するレールと、該ローラーの外周
面との間で該レールを挟圧することにより該ローラーの
外周面に対する接線方向の推力を該レールに与えるレー
ル挟圧ローラーと、該ステータ及び該ロータ並びに該ロ
ーラー及び該レール挟圧ローラーを一体的に担持して該
レールに対して相対的に移動可能なキャリッジと、を有
することを特徴とする超音波リニアモータ。
【請求項４】電気−機械エネルギー変換素子が取付け
られていて該素子により表面に進行波振動が発生する円
環状もしくは円盤状のステータと、該ステータの該表面
に圧接されていて該進行波振動により該ステータの中心
軸線を中心として回転駆動されるロータと、該ロータと
ともに回転されるローラーと、該ローラーの外周面に接
触するとともに少くとも一部が該ローラーの外周面に対
する接線方向に延在するレールと、該ローラーの外周面
との間で該レールを挟圧することにより該ローラーの外
周面に対する接線方向の推力を該レールに与えるレール
挟圧ローラーと、該ステータ及び該ロータ並びに該ロー
ラーと該レール挟圧ローラーを一体的に担持して該レー
ルに対して相対的に移動可能なキャリッジと、該キャリ
ッジと該レールとの相対位置を検出する位置検出手段
と、を有していることを特徴とする超音波リニアモー
タ。
【請求項５】該位置検出手段は、該レールに沿って固
定配置された位置表示手段と、該位置表示手段に設けら
れた表示を非接触で検出して出力を生じる検出器と、か
ら成り、該検出器が該キャリッジに担持されていること
を特徴とする請求項４の超音波リニアモータ。
【請求項６】電気−機械エネルギー変換素子が取付け
られていて該素子により表面に進行波振動が発生する円
環状もしくは円盤状のステータと、該ステータの該表面
に圧接されていて該進行波振動により該ステータの中心
軸線を中心として回転駆動されるロータと、該ロータと
ともに回転されるローラーと、該ローラーの外周面に接
触するとともに少くとも一部が該ローラーの外周面に対
する接線方向に延在するレールと、該ローラーの外周面
との間で該レールを挟圧することにより該ローラーの外
周面に対する接線方向の推力を該レールに与えるレール
挟圧ローラーと、該ステータ及び該ロータ並びに該ロー
ラーと該レール挟圧ローラーを一体的に担持して該レー
ルに対して相対的に移動可能なキャリッジと、を有し、
該レールと該キャリッジとの相対位置を検出する位置検
出手段が該キャリッジに担持されており、該位置検出手
段のための電気配線と該電気−機械エネルギー変換素子
のための電気配線とが同一のフレキシブルプリント基板
に形成されていることを特徴とする超音波リニアモー
タ。
【請求項７】該キャリッジの地板に形成した舌状部に
チューブもしくははめ込み式パッキン等の拘束部材によ
り該フレキシブルプリント基板が固定されていることを
特徴とする請求項６の超音波リニアモータ。
【請求項８】該キャリッジには該レール挟圧ローラー
が２個設けられ、該レール挟圧ローラーと該ローラーと
で該レールの両側面を３点で挟圧把持するように構成さ
れていることを特徴とする請求項２，３，４，又は６の
超音波リニアモータ。
【請求項９】該レールが固定レールであり、該ステー
タ及び該ロータ並びに該ローラー及び該レール挟圧ロー
ラーが該固定レールの長手方向に移動可能となっている
ことを特徴とする請求項２，３，４，又は６の超音波リ
ニアモータ。
【請求項１０】該レールがそれ自身の長手方向に移動
可能な可動レールであり、該ステータ及び該ロータ並び
に該ローラー及び該レール挟圧ローラーもしくは該キャ
リッジが非可動であることを特徴とする請求項２，３，
４，又は６の超音波リニアモータ。
【請求項１１】該レールは角形の横断面形状を有した
角形部材であることを特徴とする請求項２，３，４，又
は６の超音波リニアモータ。
【請求項１２】該レールが非直線体であり、該レール
の一部又は全部が湾曲した形状のものであることを特徴
とする請求項２，３，４，又は６の超音波リニアモー
タ。
【請求項１３】該ローラーと該レールとの係合を保持
するための脱輪防止部が該ローラーの外周部及び該レー
ルの少くとも一方に形成されていることを特徴とする請
求項２，３，４，又は６の超音波リニアモータ。
【請求項１４】該ロータと該ローラーとが一体化して
構成されていることを特徴とする請求項１，２，３，
４，又は６の超音波リニアモータ。
【請求項１５】該ロータの回転検出手段及び該ローラ
ーの回転検出手段並びに該レール挟圧ローラーの回転検
出手段の少なくとも一つが設けられていることを特徴と
する請求項１，２，３，４，又は６の超音波リニアモー
タ。
【請求項１６】該ステータ及び該ロータを含む回転動
力発生部分が回転型超音波モータの主要部の共通部品と
して構成されていることを特徴とする請求項１，２，
３，４，又は６の超音波リニアモータ。
【請求項１７】該ステータ及び該ロータ並びに該キャ
リッジの構成部品が回転型超音波モータの構成部品と共
通化されていることを特徴とする請求項２，３，４又は
６の超音波リニアモータ。