JPH0724955Y2 - 超音波リニアモータ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［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。

［従来の技術］ 電子機器や精密機械においては、取付のためのスペース
が少なくてすみかつ厳密な位置決め精度が可能であるよ
うなアクチュエータが要求される。

そこで、本出願人は、製造工程において加工精度をあげ
る必要がなく、かつ構成部材の共振状態を利用した効率
の良い超音波リニアモータを先に提案した（特願昭63−
60714号）。

これは、例えば第３図に示すように、互いに平行な角柱
状の脚部１、２のそれぞれの一端を角柱状の胴部３で連
結して振動体４を構成し、この振動体４の両角部の取付
面５に脚部１、２および胴部３に振動を付与する圧電素
子６、７を取り付けてなるもので、上記各脚部１、２の
先端を、円柱状をなすレール８上部に形成された走行面
8aに当接させた状態下で各圧電素子６、７を同一周波数
で超音波振動させて各脚部１、２及び胴部３を加振する
ことにより、各脚部１、２の先端に胴部３の長手方向に
沿った同一周波数の楕円振動を生じさせ、これにより振
動体４をレール８に沿って一方向に直線運動させるよう
になっている。

［考案が解決しようとする課題］ しかしながら、上述した従来の超音波リニアモータは、
セラミックスからなる圧電素子６、７が耐湿性に劣ると
いう特質を有するため、高湿度環境や塵埃の発生が多い
劣悪な環境で使用する場合、寿命低下が免れないという
欠点があった。

この考案は、このような背景の下になされたもので、耐
湿性に優れかつ塵埃の発生が多い劣悪な環境下でも何等
問題なく使用できる汎用性の高い超音波リニアモータを
提供することを目的とする。

「課題を解決するための手段」 上記課題を解決するためにこの考案は、先端が走行面に
当接する少なくとも２本の柱状の脚部とこれら脚部の基
端を連結する胴部とを有する振動体と、該振動体の胴部
の軸線方向両端部に胴部の軸線方向に対し傾斜させて形
成された取付面と、この取付面上に取り付けられて胴部
の軸線方向に交差する方向に振動する圧電素子とを具備
し、前記振動体の周囲に該振動体を覆うカバーを配設
し、このカバー内に前記圧電素子を外部環境から保護す
る保護材を充填し、この保護材を衝撃を緩衝する材料で
製作するとともに、前記保護材で圧電素子及び振動体の
胴部のみを覆い、前記胴部の軸線方向に交差する方向の
振動を、胴部の軸線方向に平行な成分と直交する成分の
振動に分割して前記脚部に伝達し、振動体が走行面に対
して相対的に胴部の軸線方向に直線運動する構成とした
ものである。

「作用」 上記構成によれば、圧電素子がカバー内に充填された保
護材に覆われるので、外部環境の影響を受けない。ま
た、保護材により圧電素子が振動体と一体化されるの
で、圧電素子の振動体からの脱落も防止される。

［実施例］ 以下、第１図及び第２図を参照して、本考案の実施例を
説明する。

第１図及び第２図において、符号10、11は、先端が角柱
状をなすレール８の走行面8aに当接する脚部、12はこれ
ら脚部10、11の基端を連結する胴部であって、これらは
弾性材料を各部の断面がほぼ正方形でかつ全体を略コ字
状に形成して振動体13を構成している。これら脚部10、
11及び胴部12の材料及び寸法は適宜選択されるが、例示
のものではアルミニウムを材質とし、胴部12が5mm□×2
6mmL、脚部10、11が5mm□×10mmLとされている。振動体
13の材質は、この他、ジュラルミン、真鍮あるいはステ
ンレス鋼などの金属材料、アルミナ、ガラスあるいは炭
化珪素などの無機材料、ポリイミド系樹脂あるいはナイ
ロンなどの有機材料などが使用できる。

振動体13の角部は、脚部10、11及び胴部12に対して45°
の角度をなすように面取りされており、その取付面14に
圧電素子（振動付与手段）15、16が接着剤などを用いて
取り付けられている。この圧電素子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、図示せぬ電源から印加される交番電圧によって上
記取付面14と直交する方向に超音波振動するようになっ
ている。圧電素子15、16の寸法も上記脚部10、11等と同
様に適宜選択されるが、例示のものでは5mm□×9mmLの
ものを用いた。

また、振動体13の周囲にはカバー17が配設されている。
このカバー17は、振動体13の胴部12上面に沿って伸びる
天井板18の両端に、上記脚部10、11の先端側に向かって
伸びる折曲部19を配設して略コ字状をなすカバー本体20
を形成する一方で、上記天井板18の中央部両側端に一対
の案内板21を形成してなるものである。

ここで、カバー本体20は、その幅が上記振動体13各部の
幅よりも幾らか大きく定められる一方で、その全長が各
折曲部19の内面と上記圧電素子15、16との間に十分な隙
間が空くように定められ、その内部に振動体13及び圧電
素子15、16を収納可能とされている。一方、上記案内板
21は、天井板18の中央部両側端から脚部10、11の先端側
に向かって垂下され、その間隙には振動体13の胴部12が
緩く嵌装されるようになっている。

そして、カバー17の内部にはシリコンゴム（保護材）22
が、該カバー17の上部を幅方向一杯に埋めるように充填
されており、これによりカバー17と振動体13とは一体的
に接合され、また、振動体13の胴部12及び圧電素子15、
16のみがはシリコンゴム22に完全に覆われて外部環境か
ら隔離されるようになっている。なお、図中符号23は、
カバー17と振動体13との上下方向（脚部10、11長手方
向）の位置関係を調整するための調整ネジである。

以上のように構成された超音波リニアモータをレール８
の長手方向に走行面8aに沿って移動させるには、各脚部
10、11の先端を走行面8aに当接させることによって走行
面8a上に立設させ、この状態で、各圧電素子15、16に振
動体13の共振周波数と同一で位相が異なる交番電圧をそ
れぞれ印加してこれらを超音波振動させる。

すると、振動体13は各脚部10、11の長手方向及び胴部12
の長手方向のいずれとも交差する方向に共振周波数で加
振されるため、各脚部10、11は走行面8aと直交する方向
に共振周波数で縦振動すると同時に、走行面8aに沿う方
向にも共振周波数でたわみ振動する。そして、各脚部1
0、11の先端は、これら縦振動とたわみ振動との合成に
よって同一方向へ共振周波数で楕円振動する。

このように各脚部10、11の先端に楕円振動が生じると
き、各脚部10、11の先端とレール８の走行面8aとの間の
面圧は楕円振動の垂直成分（脚部10、11の長手方向の成
分）の変化に伴って周期的に変動する。また、各脚部1
0、11の先端には、楕円振動の水平成分（レール８の長
手方向の成分）によってレール８をその長手方向に蹴り
出す力（以下、駆動力と称する。）が発生し、この駆動
力の向きは楕円振動の位相の変化に伴って変化する。そ
して、この駆動力は、各脚部10、11の先端とレール８の
走行面8aとの間に働く面圧が大きいほど、すなわち脚部
10、11とレール８との間に働く摩擦力が大きいほど有効
に作用することから、各脚部10、11の先端に生じる駆動
力はその作用方向によって異なる強さで作用し、この結
果振動体13が一方向へと移動させられる。

上記実施例にあっては、圧電素子15、16がシリコンゴム
22で覆われているため、高湿度環境下や塵埃の発生が多
い劣悪な環境下でも使用しても圧電素子15、16は何等そ
の影響を受けず、この結果圧電素子15、16の寿命は大幅
に改善される。従って、上記実施例によれば使用環境を
選ばない汎用性の高い超音波リニアモータを提供するこ
とが可能である。加えて、上記実施例では圧電素子15、
16の取付面14からの脱落がシリコンゴム22によって防止
されるので、その取扱いに特別な注意を払う必要も無
く、さらには使用中に誤ってカバー17等を機器の構成要
素に衝突させた場合などに受ける衝撃もシリコンゴム22
によって緩衝されるため、圧電素子15、16がより万全に
保護され、信頼性が著しく向上する。本実施例では、特
にカバー17の内部に充填する保護材としてシリコンゴム
22を用いたが、本考案はこれに限るものではなく、圧電
素子15、16や振動体13の超音波振動を吸収することがな
く、かつ圧電素子15、16を外部環境から隔離できる材料
で衝撃を緩衝する材料であれば代用可能であり、具体的
には、発泡ウレタンゴム等の各種ラバー、樹脂などが使
用できる。

また、本実施例で示したカバー17の形状もあくまで一例
であり、これは例えば箱形等、内部に保護材を充填し得
る形状であれば任意に変形可能である。さらに、本実施
例では特に振動体13を２本の脚部10、11と胴部12とで略
コ字状に形成したが、本考案の超音波リニアモータはこ
れに限るものではなく、脚部単独で振動体を構成した
り、あるいは脚部を３本以上としたり、胴部を湾曲させ
る等の変形を行うことも当然に可能である。

さらにまた、本実施例で例示した振動体13等の各部の寸
法はあくまで一例であり、これらは使用形態に応じて任
意に設計変更されるものである。

［考案の効果］ 以上説明したように、この考案によれば、圧電素子が保
護材で覆われるので、高湿度環境下や塵埃の発生が多い
劣悪な環境下でも圧電素子の寿命は劣化せず、また圧電
素子の振動体からの脱落も保護材により防止される。ま
た特に、保護材は、衝撃を緩衝する材料で製作するとと
もに、前記圧電素子及び振動体の胴部のみを覆ったの
で、カバー等を衝突させた場合などに受ける衝撃が緩衝
され、圧電素子を万全に保護することができる。そし
て、保護材は圧電素子及び振動体の胴部のみを覆ったの
で、振動体の脚部の駆動力が減衰されることなく、駆動
力が低下するのを防止することができ、駆動効率を維持
させることができる。このため、本考案によれば、使用
環境を選ばなくて汎用性が高く、かつ信頼性も高い超音
波リニアモータを提供できるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本考案の一実施例を示すもので、第
１図は正面図、第２図は第１図中のＡ−Ａ線における断
面図、第３図は従来の超音波リニアモータの正面図であ
る。 ８……レール、8a……走行面、10、11……脚部、12……
胴部、13……振動体、15、16……圧電素子、17……カバ
ー、22……シリコンゴム（保護材）。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】先端が走行面に当接する少なくとも２本の
   柱状の脚部とこれら脚部の基端を連結する胴部とを有す
   る振動体と、該振動体の胴部の軸線方向両端部に胴部の
   軸線方向に対し傾斜させて形成された取付面と、この取
   付面上に取り付けられて胴部の軸線方向に交差する方向
   に振動する圧電素子とを具備し、前記振動体の周囲に該
   振動体を覆うカバーを配設し、このカバー内に前記圧電
   素子を外部環境から保護する保護材を充填し、この保護
   材を衝撃を緩衝する材料で製作するとともに、前記保護
   材で圧電素子及び振動体の胴部のみを覆い、 前記胴部の軸線方向に交差する方向の振動を、胴部の軸
   線方向に平行な成分と直交する成分の振動に分割して前
   記脚部に伝達し、振動体を走行面に対して相対的に胴部
   の軸線方向に直線運動する構成としたことを特徴とする
   超音波リニアモータ。