JPH01268462A - 振動波リニアモータ - 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］ この発明は、圧電素子にて加振せられ進行性の振動波を
生ずる振動体により駆動される振動波リニアモータに関
するものである。

［従来の技術］ 第８図は例えば特開昭６１−１５４４８７号公報に示さ
れた従来の振動波リニアモータを示す斜視図、第９図は
第８図のｘ−ｘ’における要部断面図、第１０図は振動
体部分の構成を示す図である。図において、（１）は弾
性材料で一体に形成された無端状リング形をなす振動体
、（２）は振動体（１）に接着されたフェルトなどの吸
振材料を用いた支持部材。

（３）は移動体、（４）は振動体（１）の下面の一部に
接着された加振源となる圧電素子、（５）は固定部。

（６）は固定部（５）に固定された移動体（３）案内用
のシャフト、（７）は直動軸受、（８）はバネ板、（９
）はバネ板（８）によって振動体（１）に加圧接触せら
れている摩擦板、（１０）　、　（１１）はバネ板（８
）を移動体（３）と摩擦板（９）に固定するネジである
。

次に動作について説明する。圧電素子（４）を励振する
と振動体（１）には所定の方向に進行性の屈曲振動が生
じる。このとき振動体（１）の表面の質点は楕円軌跡を
描いて運動しており、この振動体（１）に加圧接触して
いる摩擦板（９）に屈曲振動の進行方向と逆の方向の駆
動力が発生することは周知の事実である。その結果、バ
ネ板（８）によって摩擦板（９）と結合されている移動
体（３）は、案内用シャフト（６）に沿って摩擦板（９
）と同方向に駆動される。振動体（１）は振動発生が阻
害されないように吸振材（２）によって固定部（５）に
半固定されてｂ）る。

また、進行性の屈曲振動は、時間的空間的にπ／２位相
ずれた２つの定在波振動の合成によって発生される。

［発明が解決しようとする課題］ 従来の振動波リニアモータは、以上のように圧電素子に
て加振される振動体を吸振材料などを用いて半固定する
ので、固定部分において振動エネルギーが無駄に消費さ
れてしまい、振動波リニアモータの効率が低下するなど
の問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、従来に比べて高効率で駆動できる振動波リニ
アモータを得ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る振動波リニアモー月よ、圧電素子にて加
振せられる振動体を、互に逆方向の進行性振動波が生ず
る２組の相対する平行な第１、第２の直線部と、これら
を連結する曲線部とで構成させ、この振動体の第１の直
線部を移動体番こ、第２の直線部を固定部に接触させる
と共に、これら接触面に加圧力を発生させる与圧機構と
、上記移動体及び振動体の所定方向の移動を案内するガ
イド機構とを設けたものである。

［作　用］ この発明おける振動波リニアモータは、振動体が圧電素
子にて加振せられると、それの第１、第２の直線部に互
に逆方向の進行性振動波が生じ、これらに与圧機構によ
る加圧力によって摩擦接触している移動体と固定部に対
しそれぞれ互しこ逆方向の駆動力が与えられ、振動体は
固定部に対しそれへの駆動力とは反対方向にガイド機構
に案内されて移動し、移動体はそれへの駆動力によって
振動体に対し駆動力と同方向にガイド機構に案内されて
移動し、その結果、移動体は固定部に対し振動体に対す
るほぼ２倍のストロークで所定方向に移動する。

［発明の実施例］ 以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図はこの発明に係る振動波リニアモータの基本構成図、
第２図はそれに使用される振動体の側面図、第３図及び
第４図はその動作説明図である。図において、（１）は
、２組の相対する平行な第１、第２の直線部（ｌａ）　
（ｌｂ）と、これらを一体に連結する円孤部（ＩＣ）と
で構成され、弾性材料で一体に形成された無端状リング
形をなす振動体。

（３）は移動体、　（４ａ）、（４ｂ）は振動体（１）
の第１、第２の直線部（ｌａ）　（ｌｂ）にそれぞれ固
着され、これらに互に逆方向の進行性振動波を生じさせ
る圧電素子、（５）は固定部である。振動体（１）は第
１．第２の直線部（ｌａ）、　（ｌｂ）でそれぞれ移動
体（３）と固定部（５）に接触している。

次にその動作を説明する。圧電素子（４ａ）　、　（４
ｂ）が駆動回路（図示せず）により励振されると、振動
体（１）には時間的にも空間的にもπ／２位相だけ位相
のずれた２種類の定在波振動が発生し、これらの２種類
の振動が振動体（１）上で合成され、圧電素子（４ａ）
、　（４ｂ）への励振印加電圧の位相関係によって矢印
Ａ、Ａ’で示した方向か、またはその逆方向に振動体（
１）上を進行する屈曲振動が発生する。

振動体（１）の全周長は、この進行性屈曲振動の波長の
ほぼ整数倍となっている。今、振動体（１）上に矢印Ａ
、Ａ’で示した方向に進行性の屈曲振動を発生させたと
すると、振動体（１）の第１の直線部（ｌａ）と移動体
（３）との接触部分は第３図に示したような状態となる
。即ち、進行性の屈曲振動が矢印入方向に進行した場合
、振動体（１）の第１の直線部（１ａ）の表面上の一点
Ｐについてみれば、点Ｐは同図中に示したように楕円状
の軌跡を描いて矢印の方向に回転運動する。移動体（３
）は振動体（１）とこの振動体に生じた屈曲の頂点部分
で常に接触するため、振動体（１）側からみれば摩擦力
によって第３図中の矢印Ｂで示す方向に移動体（３）は
駆動される。

固定部（５）と振動体（１）の接触部分においても移動
体（３）と振動体（１）の接触部分と同様の現象が生じ
るため固定部（５）側からみれば振動体（１）は第１図
中の矢印Ｃで示した方向に駆動される。

結局、第１図に示す矢印Ａ、Ａ’の方向に進行する屈曲
振動を振動体（１）に発生するよう圧電素子（４ａ）　
、　（４ｂ）を励振すれば、振動体（１）は固定部（５
）に対して矢印Ｃの方向に移動し、移動体（３）は振動
体（１）に対して矢印Ｂの方向に移動する。ある時刻ｔ
、から時刻ｔ１の間に振動体（１）が固定部（５）に対
して矢印Ｃの方向に平均速度ｖ４で距離Δ處、だけ移動
したとし、移動体（３）が振動体（１）に対して矢印Ｂ
の方向に平均速度ｖ２で距離Δ１□だけ移動したとする
と、矢印Ｂと矢印Ｃの方向は同一方向であるから、移動
体（３）は固定部（５）に対して矢印Ｂ方向（矢印Ｃ方
向）に平均速度（Ｖ工＋ｖ　ｘ　）で距離（Δｔ工＋Ａ
ｌ２）だけ移動することになる。この様子を図示すると
第４図のようになる。固定部（５）と振動体（１）直線
部（１ｂ）との接触部分と移動体（３）と振動体（１）
直線部（ｌａ）との接触部分の状態をほぼ同じにすれば
ｖ、畔ｖ、、Δ倉□≠Δ思２となるため、従来の振動体
（１）を半固定した振動波リニアモータに比べて固定部
（５）に対する移動体（３）の移動ストローク、即ち移
動速度がほぼ２倍になる。

第５図及び第６図は上記のような駆動原理を用いたこの
発明の一実施例を示し、第５図は斜視図、第６図はその
分解構成図である。これらの図において、（１２）は移
動体（３）の上部ステージ、（１３）は溝部（１３ａ）
で振動体（１）に接触して駆動力を得る移動体の下部ス
テージ、（１４）は下部ステージ（Ｉ３）の溝部（１３
ａ）に設けられた耐摩耗性の摩擦材料、（１５ａ）　〜
（１５ｄ）は上部ステージ（１２）を下部ステージ（１
３）に取り付けるためのネジで、これら（１２）〜（１
５）で移動体（３）を構成している。（１６）は板バネ
、（１７）は板バネ押え板、（１８ａ）　（１８ｂ）は
支柱、（１９ａ）（１９ｂ）は押え板（１７）に支柱（
１８ａ）　（１８ｂ）を取り付けるためのネジ、　（２
０ａ）〜（２０ｃ）は溝付きベアリング、（２１ａ）〜
（２１ｃ）は溝付きベアリング（２０ａ）〜（２０ｃ）
固定用ネジ、（２２ａ）　（２２ｂ）は支柱（１８ａ）
　（１８ｂ）と溝付きベアリング（２０ａ）〜（２０ｃ
）を取り付ける支持部材で、（１６）〜（２２）で与圧
機構（２３）を構成している。（２４）は振動体（１）
との接触部となる溝部（２４ａ）をもったレール、（２
５）はレール（２４）の溝部（２４ａ）に設けられた耐
摩耗性の摩擦材料、（２６ａ）　（２６ｂ）は溝付きベ
アリング（２０ａ）〜（２０ｃ）によって移動体（３）
と与圧機構（２３）を所定の方向へ案内するためのガイ
ド捧、（２７ａ）　（２７ｂ）はガイド捧（２６ａ）　
（２６ｂ）をレール（２４）に取り付けるための固定金
具である。これら（２４）〜（２７）で固定部（５）を
構成している。なお、与圧機構（２３）の溝付きベアリ
ング（２０ａ）〜（２０ｃ）と固定部（５）のレール溝
部（２４ａ）及びガイド捧（２６ａ）　（２５ｂ）とで
ガイド機構（２８）を構成している。

この第５図、第６図に示した実施例の基本的な動作は上
述したとおりであるが、この振動波リニアモータは、振
動体（１）と移動体（３）及び固定部（５）との接触部
分での摩擦力によって駆動されるため、摩擦力を発生す
るために接触面に対して垂直な方向の与圧力を加える必
要がある。先の第５図、第６図に示した実施例は、具体
的な与圧機構（２３）及び移動体（３）を所定の方向へ
案内するためのガイド機構（２８）を第１図に示す原理
機構に加えたものである。

移動体（３）の下部ステージ（１３）は支柱（１８ａ）
　（１８ｂ）に沿って可動となっており、与圧機構（２
３）によって固定部（５）との間に加圧力が発生する。

このとき、移動体（３）の下部ステージ（１３）と固定
部（５）のレール（２４）との間には振動体（１）が介
在するため、振動体（１）と移動体（３）及び振動体（
１）と固定部（５）の接触面に、それぞれ、接触面に垂
直な方向の与圧力が発生する。この状態で圧電素子（４
ａ）　、　（４ｂ）により振動体（１）を励振すると、
移動体（３）及び固定部（５）との接触面において摩擦
力による駆動力が発生し、移動体（３）及び与圧機構（
２３）は、固定部（５）のガイド捧（２６ａ）、　（２
６ｂ）に沿って所定の方向へ移動する。また、振動体（
１）は、移動体（３）の下部ステージ（１３）の溝部（
１３ａ）と固定部（５）のレール（２４）の溝部（２４
ａ）に沿ってガイド捧（２６ａ）　（２６ｂ）と同方向
に動く。

なお、上記の実施例では、板バネを使った与圧機構と、
溝付きベアリングとガイド棒を使ったガイド機構を用い
たが、第７図に示すように磁気的な結合力を使った与圧
機構と、振動体と移動体及び固定部との接触部分に振動
体と移動体を所定の方向に移動可能にするガイド溝を設
けたものでもよい。同図において、（３′）は磁性材料
よりなる移動体、　（５’）は磁性材料よりなるレール
（２９ａ）　（２９ｂ）と永久磁石（３０）などから構
成された固定部である。

さらに、この発明に係る振動波リニアモータにおける、
与圧力の発生方向、移動体などのガイド機構の構成並び
に振動体の形状等は前記実施例の記載のものに限定され
るものではない。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、振動体を、互に逆方向
の進行性振動波が生ずる２組の相対する平行な第１、第
２の直線部と、これらを連結する曲線部とで構成させ、
この振動体の第１の直線部を移動体に、第２の直線部を
固定部に接触させると共に、これら接触面に加圧力を発
生させる与圧機構と、上記移動体及び振動体の所定方向
の移動を案内するガイド機構とを設けるよう構成したの
で、振動体を吸振材などを用いて半固定する必要がなく
、高効率に振動駆動することができるうえ。

固定部に対する移動体のストロークと移動速度がほぼ２
倍になるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る振動波リニアモータの基本構成
図、第２図は振動体の側面図、第３図、第４図はそれの
動作説明図、第５図はこの発明の一実施例を示す斜視図
、第６図は第５図の実施例の分解構成図、第７図はこの
発明の他の実施例を示す斜視図、第８図は従来の振動波
リニアモータを示す斜視図、第９図はそれの要部断面図
、第１０図はそれの振動体を示す斜視図である。 図において、（１）は振動体、（ｌａ）＝　（ｌｂ）は
それの第１、第２の直線部、（１ｃ）は円孤部、（３）
　、　（３″）。 （１２）　〜（１５）は移動体、（４ａ）、　（４ｂ）
は圧電素子、（５）。 （５’　）、　（２４）〜（２７）は固定部、（１６）
〜（２２）　、　（２３）は与圧機構、　（２０ａ）　
〜（２０ｃ）　、　（２４ａ）、　（２６ａ）　、　（
２６ｂ）　、　（２ｇ）はガイド機構、（２９ａ）　（
２９ｂ）は固定部及びガイド機構を構成する磁性体レー
ル、　（３０）は固定部及び与圧機構を構成する永久磁
石である。 図中同一符号は同一あるいは相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　固定部と、圧電素子にて加振せられ進行性の振動波を
   生ずる無端状の振動体と、この振動体の直線部に摩擦接
   触してこれに生ずる上記振動波の進行方向と逆方向に駆
   動される移動体とを備えた振動波リニアモータにおいて
   、上記無端状の振動体を、互に逆方向の進行性振動波が
   生ずる２組の相対する平行な第１、第２の直線部と、こ
   れらを連結する円孤部とで構成させ、この振動体の第１
   の直線部を上記移動体に、第２の直線部を上記固定部に
   接触させると共に、これら接触面に加圧力を発生させる
   与圧機構と、上記移動体及び振動体の所定方向の移動を
   案内するガイド機構とを設けたことを特徴とする振動波
   リニアモータ。