JPH0951687A

JPH0951687A - リニア超音波モータ

Info

Publication number: JPH0951687A
Application number: JP7203285A
Authority: JP
Inventors: Yasumasa Kyodo; 康正京藤
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1995-08-09
Filing date: 1995-08-09
Publication date: 1997-02-18

Abstract

(57)【要約】【課題】定在波モードでリニアモータを構成し、機械
損が少ない高効率のリニア超音波モータを提供する。【解決手段】ガイドシャフトを両側より挟み込む突起
部５，６を有した一対の振動子板７，８と、この突起部
５，６が設けられる面とは反対側の裏面に設けられ、該
突起部５，６を挟んで右と左で逆向きに分極処理された
圧電素子９，１０と、これら一対の振動子板７，８を連
結する連結板１６と、この連結板１６の一主面に設けら
れ、単極とされた圧電素子１７とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、進行波モードでは
なく、定在波モードで駆動するようにした全く新規なリ
ニア超音波モータに関し、光学ピックアップ装置等をガ
イドシャフトに沿って移動させるアクチュエータとして
用いて有用な技術である。

【０００２】

【従来の技術】例えば、カメラの自動焦点機構に用いら
れているアクチュエータとして、超音波モータが使用さ
れ、現に実用化されている。この自動焦点機構に用いら
れる超音波モータは、進行波モードを利用したもので、
リング状のステータとロータとが重なりあって回転する
ようになっている。

【０００３】ところで、この進行波モードを利用した超
音波モータでリニアモータを構成する方法については、
これまでに充分に効率が高く、取り付け調整が楽で、し
かも予圧方法に無理のないものが提案されていなかっ
た。

【０００４】このため、これまでは回転型のものをねじ
やラックギヤで直線運動に変換して使用せざるを得ず、
モータ本来の特徴が生かされていないと言った欠点があ
った。基本的な理由としては、進行波モードの共振が直
線運動では得られ難いためである。つまり、進行波が反
射波と重なり合って、定在波となってしまうためであ
る。また、モータを小型にした場合、相対的に機械損が
増え、効率が非常に悪くなってしまうと言った問題もあ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このように、これまで
は進行波モードを利用した超音波モータでリニアモータ
を構成するには、上述した種々の問題があり実用化には
至らないのが現状である。

【０００６】そこで本発明は、かかる従来の有する課題
を解決すべく提案されたものであり、定在波モードでリ
ニアモータを構成し、機械損が少ない高効率のリニア超
音波モータを提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明のリニア超音波
モータは、進行波モードを利用するのではなく、定在波
モードを用いた全く新規なリニアモータである。すなわ
ち、本発明のリニア超音波モータは、最大速度を発生す
る振動モードと、振動子板をスライド部材に圧着させる
振動モードを組合わせたもので、具体的には、スライド
部材を両側より挟み込む突起部を有した一対の振動子板
と、各振動子板の突起部が設けられる面とは反対側の裏
面に設けられ、該突起部を挟んで右と左で逆向きに分極
処理された圧電素子を有する。さらに、これら一対の振
動子板を連結する連結板と、この連結板の一主面に設け
られ、単極とされた圧電素子とを備えた構成とされる。

【０００８】分極処理された圧電素子が設けられた一対
の振動子板は、この圧電素子への電圧の印加により、ス
ライド部材を挟み込む突起部および振動子板の両端が節
となるような振動モードとなり、最大速度を発生する。
一方、これら一対の振動子板を連結する連結板に設けら
れる圧電素子に電圧が印加されると、この連結板の中心
部を固定端とし、１次のたわみ振動により一対の振動子
板をスライド部材に対し近づく方向と離れる方向に接離
するような振動モードとなる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明を適用した具体的な
実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。

【００１０】この例は、読み出し専用の光ディスクであ
るＣＤ−ＲＯＭ用の再生装置に内蔵される光学ピックア
ップ装置を移動させるスレッディングモータに、本発明
のリニア超音波モータを適用した例である。

【００１１】図１には、対物レンズ１を有した光学ピッ
クアップ装置２を、リニア超音波モータ３により、スラ
イド部材であるガイドシャフト４に沿って、ＣＤ−ＲＯ
Ｍの径方向に移動自在とした例を示す。

【００１２】このリニア超音波モータ３は、進行波モー
ドを利用したものではなく、定在波モードを用いたアク
チュエターであり、最大速度を発生させる振動モード
（以下、これをＢモードという）と、振動子板をスライ
ド部材に圧着させる振動モード（以下、これをＡモード
という）の２つのモードの組合わせによって、光学ピッ
クアップ装置２をガイドシャフト４に沿って移動させる
ものである。

【００１３】Ｂモードをもう少し詳しく説明すると、図
５に示すように、振動子板７，８の突起部５，６が設け
られる中央部および両端が節となるような振動モードで
ある。図５のモード図では、突起部５，６に対し腹が左
右に１個づつのｓｉｎ型であるが、これが複数個ある奇
数次高調波モードであっても構わない。この場合、節は
中央と両端近傍の他に複数個存在する。

【００１４】Ａモードは、図５に示すように、連結板１
６の中心部を固定端とし、１次のたわみ振動により一対
の振動子板７，８をガイドシャフト４に対して近接する
方向と離れる方向に接離する振動モードである。このＡ
モードは、Ｂモード同様、中心対称のモードであれば高
次モードであっても差し支えない。

【００１５】Ｂモードを発生させる部分は、図２および
図３に示すように、ガイドシャフト４を両側より挟み込
む突起部５，６を有した一対の振動子板７，８と、この
突起部５，６が設けられる面とは反対側の裏面に設けら
れる圧電素子９，１０である。

【００１６】振動子板７，８は、平面略長方形をなす板
状体として形成され、振動が持続し易い材料からなる。
例えば、ステンレス、リン青銅、アルミニウム、炭素鋼
等が好ましく、なかでも入手が用意なステンレスが好ま
しい。そして、この振動子板７，８の一主面７ａ，８ａ
の中央部には、ガイドシャフト４を両側より挟み込む突
起部５，６が設けられている。

【００１７】かかる突起部５，６は、振動をガイドシャ
フト４に伝達するためのもので、図４に示すように、振
動子板７，８の一主面７ａ，８ａに対して垂直に設けら
れ、該振動子板７，８と一体的に形成されている。そし
て、この突起部５，６の先端部は、ガイドシャフト４に
対する接触位置を安定なものとすると共に、予圧バネ１
１の力を均等に受ける効果を持たせるべく、ガイドシャ
フト４と接触する面が傾斜されている。

【００１８】このガイドシャフト４と接触する面には、
振動を当該ガイドシャフト４に効率良く伝達させると共
に、該ガイドシャフト４を挟み付ける機能を持たせるべ
く、摩擦部材１２，１３が設けられている。摩擦部材１
２，１３としては、例えばゴムやプラスチック等の如き
合成樹脂製の摩擦板が使用される。この摩擦部材１２，
１３を突起部５，６の先端に設けるには、例えば接着剤
によって接着する、或いはコーティングする等の方法が
挙げられる。

【００１９】なお、この摩擦部材１２，１３は、ガイド
シャフト４に形成するようにしてもよい。ガイドシャフ
ト４に摩擦部材１２，１３を形成すれば、突起部５，６
の先端に形成したのと同様の効果が得られる。

【００２０】また、この振動子板７，８には、先に説明
したＡモードとＢモードを独立させるための開口部であ
る長穴１４，１５が設けられている。この長穴１４，１
５は、突起部５，６の下端部と後述する連結板１６との
間に、振動子板７，８の板厚を貫通する穴として形成さ
れている。

【００２１】圧電素子９，１０は、振動子板７，８の突
起部５，６が設けられる面７ａ，８ａとは反対側の裏面
７ｂ，８ｂに設けられている。かかる圧電素子９，１０
は、例えばジルコン酸チタン酸鉛等からなる圧電セラミ
ックスに電極を設けたもので、突起部５，６を挟んで右
と左とで逆向きに分極処理されている。この例では、図
２中突起部５，６を中心として右側部分がプラス極とさ
れ、左側部分がマイナス極とされている。したがって、
相対向する圧電素子９，１０の右側は共にプラス極、左
側は共にマイナス極となる。

【００２２】一方、Ａモードを発生させる部分は、図２
および図４に示すように、一対の振動子板７，８を連結
する連結板１６と、この連結板１６の一主面１６ａに設
けられる圧電素子１７とからなる。

【００２３】連結板１６は、一対の振動子板７，８を平
行となすと共に、ガイドシャフト４に対して左右対称と
なるように、これら振動子板７，８の基端部を連結して
設けられている。この連結板１６は、長方形状をなす板
状体として形成され、先の振動子板７，８と同一材料と
して一体的に形成されている。また、この連結板１６に
は、このリニア超音波モータ３を、光学ピックアップ装
置２にねじ止め固定するためのモータ取付け部１８，１
９が設けられている。このモータ取付け部１８，１９
は、中央にねじ等の締結部材を挿通させる円形の貫通穴
２０，２１を有し、連結板１６を挟んで両側に設けられ
ている。

【００２４】圧電素子１７は、連結板１６のガイドシャ
フト４が設けられる側とは反対側の面１６ａに設けられ
ている。この圧電素子１７は、先の振動子板７，８に設
けられた圧電素子９，１０と同じくジルコン酸チタン酸
鉛等からなる圧電セラミックスに電極を設けたものであ
る。そして、この圧電素子１７は、先の圧電素子９，１
０とは異なり、単極のみとされている。この例では、プ
ラス極とされている。

【００２５】このような構成とされたリニア超音波モー
タ３においては、図４に示すように、各振動子板７，
８、１６に設けられた圧電素子９，１０、１７に、それ
ぞれ交流電源２２，２３が接続されている。なお、一対
の振動子板７，８に設けられる圧電素子９，１０に接続
される交流電源２２は共通電源とされている。そして、
これら交流電源２２，２３により、振動子板７，８に
は、Ｃｓｉｎωｔの振動を電圧によって発生させ、連結
板１６には、Ｃｏｓωｔの振動を電圧によって発生させ
る。なお、Ｃは振動の振幅、ωは振動数ｆの２π倍にあ
たる角周波数、ｔは時間である。

【００２６】すると、振動子板７，８と連結板１６は、
図５に示すような動作をとる。先ず、ωｔ＝０のとき
は、図５（ａ）に示すように、振動子板７，８の突起部
５，６に最大速度Ｖｍａｘが発生する。この最大速度Ｖ
ｍａｘは、振動の出力取り出し突起部５，６を振動モー
ド中央の節に設けているので、該突起部５，６に発生す
る。一方、連結板１６は、中央を支点として湾曲し、一
対の振動子板７，８に設けられた突起部５，６がガイド
シャフト４に対して最大に接触した状態となる。

【００２７】ωｔ＝π／２のときは、図５（ｂ）に示す
ように、振動子板７，８の両端および突起部５，６が節
とされた振動モードとなり、速度Ｖは零となる。これに
対して、連結板１６は、ガイドシャフト４に対して接触
終了状態になる。

【００２８】ωｔ＝πのときは、図５（ｃ）に示すよう
に、ωｔ＝０の場合とは逆向きに、振動子板７，８の突
起部５，６に最大速度Ｖｍａｘが発生する。一方、連結
板１６は、やはりωｔ＝０の場合とは反対向きに湾曲
し、突起部５，６がガイドシャフト４に対して離れた状
態となる。

【００２９】ωｔ＝３π／２のときは、図５（ｄ）に示
すように、ωｔ＝π／２に対して位相が９０゜ずれた振
動子板７，８の両端および突起部５，６が節とされた振
動モードとなるものの、ωｔ＝π／２に対して位相が９
０゜ずれた形となる。このときの速度Ｖは零である。連
結板１６は、ガイドシャフト４に対して接触初め状態と
なる。

【００３０】このようなモードを繰り返すことにより、
図３中Ｘで示す方向に光学ピックアップ装置２が移動す
ることになる。これと反対方向に移動させる場合には、
振動子板７，８には、−Ｃｓｉｎωｔの振動を電圧によ
って発生させ、連結板１６には、Ｃｏｓωｔの振動を電
圧によって発生させる。

【００３１】なお、上述の例では、予圧バネ１１による
支持により連結板１６の中心部を固定端としたが、モー
タ取付け部１８，１９が無い場合には自由振動となるの
で、節は連結板１６の中程２箇所対称位置となる。

【００３２】以上、本発明を適用した具体的な実施の形
態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限
定されることなく種々の変更が可能である。上述の例で
は、光学ピックアップ装置をガイドシャフトに沿って移
動させるスレッディングモータに本発明を適用したが、
これに限定されることはなく、例えばカーテン等の開閉
駆動源や自動車等の椅子のスライド駆動源等、あらゆる
物を直線運動させるような駆動源として使用することが
できる。

【００３３】

【発明の効果】以上の説明からも明かなように、本発明
のリニア超音波モータによれば、定在波モードで駆動す
ることができるとともに、ねじやラックギヤ等を用いて
回転運動を直線運動に変換するといった無駄がなく、リ
ニアモータ本来の特徴を生かすことができる。また、本
発明のリニア超音波モータにおいては、簡単な構造でし
かも超小型であることから、大幅なコストダウンが図れ
るとともに、機械損の低減並びに効率の向上が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のリニア超音波モータを光学ピックアッ
プ装置を移動させるスレッディングモータに適用した例
を示す斜視図である。

【図２】リニア超音波モータの分解斜視図である。

【図３】リニア超音波モータの平面図である。

【図４】リニア超音波モータの駆動系の構成図である。

【図５】リニア超音波モータの動作を示す模式図であ
る。

【符号の説明】

２光学ピックアップ装置３リニア超音波モータ４ガイドシャフト５，６突起部７，８振動子板９，１０，１７圧電素子１４，１５長穴１６連結板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】スライド部材を両側より挟み込む突起部
を有した一対の振動子板と、各振動子板の突起部が設けられる面とは反対側の裏面に
設けられ、該突起部を挟んで右と左で逆向きに分極処理
された圧電素子と、これら一対の振動子板を連結する連結板と、この連結板の一主面に設けられ、単極とされた圧電素子
と、を備えてなるリニア超音波モータ。
【請求項２】突起部が振動モードの節の位置に設けら
れたことを特徴とする請求項１記載のリニア超音波モー
タ。
【請求項３】突起部のスライド部材と接触する部分に
摩擦部材が設けられたことを特徴とする請求項１記載の
リニア超音波モータ。
【請求項４】突起部のスライド部材と接触する部分が
傾斜されていることを特徴とする請求項１記載のリニア
超音波モータ。
【請求項５】振動子板に振動モードを独立させる開口
部が形成されていることを特徴とする請求項１記載のリ
ニア超音波モータ。