JPH0223070A - リニア型超音波モータ - 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 本発明はリニア型超音波モータに関するものである。

従来の技術 長円形のリング状を成す駆動側部材の直線部分に被駆動
側部材を圧接し、駆動側部材に発生させられた弾性波に
より被駆動側部材を前記直線部分の長手方向に沿って相
対的に駆動するリニア型超音波モータ（以下、第一のリ
ニア型超音波モータという）が考えられている。

また、たとえば特開昭６２−７７０７１−号公報や特開
昭６２−７７０７２号公報に記載されているように、円
筒状の振動部（駆動側部材に相当）の外周面に移動体や
マグネット（被駆動側部材に相当）を圧接し、駆動側部
材に発生させられた弾性波により被駆動側部材を駆動側
部材の軸心と直角な方向へ相対的に駆動するリニア型超
音波モータ（以下、第二のリニア型超音波モータという
）が考えられている。

また、たとえば昭和５８年１０月の日本音響学会講演論
文集６２７頁やｒ圧電／電歪アクチュエータ」　（森北
出版社）の１８４真に記載されているように、一方の振
動子により棒状部材（駆動側部材に相当）の一端部側を
振動させて弾性波を発生させ且つその棒状部材を伝播す
る弾性波を他方の振動子により受波しつつ、その弾性波
により棒状部材に圧接させられたスライダ（被駆動側部
材に相当）を棒状部材の長手力・向に沿って相対的に駆
動するリニア型超音波モータ（以下、第三のリニア型超
音波モータという）が考えられている。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、第一のリニア型超音波モータにおいては
、駆動側部材の直線部分と半円形部分とに生じる弾性波
の形態が異なって弾性波の散乱や反射が起こり、均一な
弾性波を得難いため、被駆動側部材を安定して駆動し難
いとともに、駆動側部材がリング状であるため、リニア
型超音波モータが比較的大型となることが避は難い。

これに対し、第二のリニア型超音波モータにおいては、
駆動側部材が円筒状を成しているため、均一な弾性波を
得ることができるものの、駆動側部材と被駆動側部材と
の接触面積が充分に得られず、駆動力を充分に得難い。

また、第三のリニア型超音波モータにおいては、好適な
弾性波を得るために両振動子の整合を取る必要があるこ
と等に起因して、リニア型超音波モータの構造が比較的
複雑になるとともにリニア型超音波モータが比較的大型
となることが避は難いのである。

本発明は以上の事情を背景として為されたものであって
、その目的とするところは、好適な弾性波を得ることが
できるとともに駆動力を比較的大きく確保し得る比較的
簡単な構造であって且つ小型のリニア型超音波モータを
提供することにある。

課題を解決するための手段 上記目的を達成するために、本発明は、長手状を成す駆
動側部材と、その駆動側部材に圧接させられる被駆動側
部材とを備え、その駆動側部材に発生させられた弾性波
によりその被駆動側部材がその駆動側部材の長手方向に
沿って相対的に駆動される形式のリニア型超音波モータ
であって、（ａ）前記駆動側部材に固着されてその駆動
側部材に前記弾性波を発生させる超音波振動子と、（ｂ
）前記駆動側部材の損失係数よりも大きい１■失係数を
有し、その駆動側部材の長手方向の少なくとも一端部に
一体的に設けられた制振体とを含むことを特徴とする。

作用および発明の効果 このように構成されたリニア型超音波モータによれば、
駆動側部材に固着された超音波振動子によりその駆動側
部材に弾性波が発生させられ、その弾性波により被駆動
側部材が駆動側部材の長手方向に沿って相対的に駆動さ
れる。このとき、駆動側部材の長手方向の少なくとも一
端部に、その駆動側部材の損失係数（振動系の１回の振
動で発生する熱エネルギーとその振動系が持つ振動エネ
ルギーとの比）よりも大きい損失係数を有する制振体が
一体的に設けられているので、その制振体において前記
弾性波を減衰し得て、駆動側部材の端部において反射波
が発生するのを好適に防止し得る。この結果、常に好適
な弾性波を形成し得て、その弾性波により被駆動側部材
を安定して駆動し得る。しかも、長手状の駆動側部材に
超音波振動子を固着し且つその駆動側部材の端部に制振
体を一体的に設けることによりリニア型超音波モータが
構成されるので、そのリニア型超音波モータの構造を比
較的簡単とし得るとともにリニア型超音波モータを比較
的小型とし得る。また、駆動側部材は長手状を成してい
るため、被駆動側部材との接触面積を充分に確保し得て
、駆動力を比較的大きく確保し得る。

実施例 以下、本発明の一実施例を示す図面に基づいて詳細に説
明する。

第１図において、１０は長手状を成す弾性体であって、
本実施例においては、たとえば損失係数がＯ，ＯＯＯ３
を有する真鍮から成る。この損失係数は、振動系の１回
の振動で発生する熱エネルギーとその振動系が持つ振動
エネルギーとの比で表されるもので−あって、振動系の
振動特性（減衰力）を示す係数である。弾性体１０は、
本実施例の駆動側部材に相当するものであって、その第
１図中下面には、弾性体１０の長手方向に沿って超音波
振動子１２が固着されている。この超音波振動子１２は
、第２図にその一部を拡大して示すように、たとえば８
個の圧電素子１４を一組として複数組有して構成されて
いる。なお、各組は互いに同様に構成されているため、
以下の説明は一組の８個の圧電素子１４についてのみ行
うこととする。

８個の圧電素子１４は、互いに隣接する４個づつから成
る第一部分１６および第二部分１８に二分割されて小電
極２０を介して弾性体１０にそれぞれ固着されており、
これら第一部分１６および第二部分１８の間は、後述の
合成弾性波の波長のたとえば１／４に相当する距離だけ
離隔させられている。第一部分１６および第二部分１８
の各圧電素子１４は、強誘電性の結晶に直流電界を印加
して分極処理を施すことにより製造されたものであって
、その分極方向が第２図中矢印で示すように厚み方向（
図中上下方向）において交互に反転するように配列され
ている。第一部分１６の各圧電素子１４の小電極２０側
とは反対側の面には共通の大電極２２が固着されている
とともに、第二部分１８の各圧電素子１４にも同様に大
電極２４が固着されている。大電極２２．２４と各小電
極２０との間には、高周波電源２６から弾性体１０を介
して所定周波数の高周波電圧が印加されるようになって
いる。この所定周波数は、圧電素子１２および弾性体１
０の固有振動数に略等しい周波数である。第二部分１８
側の大電極２４と高周波電源２６との間には９０°移相
器２日が設けられており、第二部分１８の圧電素子１４
には第一部分１６の圧電素子１４に対して９０°位相が
ずれた高周波電圧が印加されるようになっている。

弾性体１０の超音波振動子１２側とは反対側の面には、
第１図に示すように、被駆動側部材３０が図示しないス
プリング等の押圧装置により押圧されて圧接させられて
おり、この被駆動側部材３０は弾性体１０の長手方向に
おいて移動可能とされている０弾性体１０の長手方向両
端部には、−対の制振体３２が接着等により一体的に固
着されている。この制振体３２は、たとえば、前記真鍮
よりも大きい損失係数（たとえば０．０５程度）を有す
るＭｎ−Ｃｕ系の合金から成り、その制振体３２の弾性
体ｌＯ長手方向における長さ寸法は、好適には、後述の
合成弾性波の波長よりも長く（たとえば合成弾性波の波
長の４倍程度）される。

そして、たとえば、一対の制振体３２において弾性体１
０が図示しない固定台に固定される。

以上のように構成されたリニア型超音波モータにおいて
は、超音波振動子１２に前記高周波電圧が印加されると
、各圧電素子１４が弾性体１０の長手方向において交互
に伸縮することに基づいて、圧電素子１４と共に弾性体
１０の第１部分１６および第２部分１８に対応する部分
が第１図および第２図中上下方向にそれぞれたわみ振動
させられて、弾性体１０の超音波振動子１２側と反対側
の表面に、位置および位相が９０°ずれた二つの弾性波
（所謂定在波）を生ずる。この場合において、両弾性波
が合成された合成弾性波（所謂進行波）の−点に着目す
ると、良く知られているように一方向へ回る楕円運動を
行っており、この合成弾性波の楕円運動に従って弾性体
１０の表面に圧接された被駆動側部材３０が弾性体ｌＯ
の長手方向に沿って相対的に駆動されることとなる。な
お、高周波電圧の極性を反転させることにより被駆動側
部材３０の駆動方向を変更することができる。そして、
このような駆動時においては、弾性体１０の両端部に設
けられた制振体３２において前記弾性波が減衰されるこ
とにより、弾性体１０の両端部において反射波が発生す
ることが好適に肋止される。これは、制振体３２におい
て振動エネルギーが熱エネルギーに変換されるためであ
ると考えられる。

この結果、本実施例では、常に好適な合成弾性波が形成
されることとなり、その合成弾性波によって被駆動側部
材３０が安定して駆動される。しかも、長手状の弾性体
１０に長手方向に沿って超音波振動子１２を固着し且つ
その弾性体１ｏの両端部に制振体３２を固着することに
よりリニア型超音波モータが構成されているので、その
リニア型超音波モータの構造が比較的筒車となり且つリ
ニア型超音波モータが比較的小型となる一方、弾性体１
０は長手状を成しているため、被駆動側部材３０との接
触面積が充分に確保されて、駆動力を比較的大きく確保
することができるのである。

また、本実施例によれば、超音波振動子１２は弾性体１
０の長手方向の略全長に亘って設けられているので、前
記合成弾性波の振幅を弾性体１０の長手方向の全長に亘
って均一とし得て、弾性体ＩＯ長手方向の全長に亘って
駆動力を一定とし得る利点がある。

なお、前述の実施例では、超音波振動子１２は弾性体１
０の長手方向の略全長に亘って設けられζいるが、弾性
体１０の長手方向の一部にのみ設けられていてもよい。

また、前述の実施例では、制振体３２はＭｎ−Ｃｕ系合
金にて構成されているが、必ずしもその必要はなく、た
とえば、Ｍ　ｇ　−０，６％Ｚｒ合金。

１２％クロム銅、黒鉛鋳鉄などで割振体を構成すること
もできる。

また、前述の実施例では、制振体３２は弾性体ｌＯの長
手方向両端部゛に設けられているが、駆動側部材の長手
方向一端部にだけ制振体が設けられている場合において
も本発明の効果を得ることが可能である。

また、前述の実施例では、制振体３２は弾性体１０の長
手方向と対向する両端面に設けられているが、必ずしも
そのように構成する必要はなく、たとえば第３図に示す
ように、弾性体１０の長手方向両端部の長手方向と平行
な側面に制振体３４をそれぞれ設けてもよい。この場合
においても、本発明の一応の効果を得ることが可能であ
る。

その他、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲において種
々変更が加えられ得るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のリニア型超音波モータの概要を示す斜
視図である。第２図は第１図の要部を拡大して示す正面
図である。第３図は本発明の他の例を示す図であって、
第１図に相当する図である。 １０：弾性体（駆動側部材） １２：超音波振動子 ３０：被駆動側部材 ３２．３４：制振体 第１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　長手状を成す駆動側部材と、該駆動側部材に圧接させ
   られる被駆動側部材とを備え、該駆動側部材に発生させ
   られた弾性波により該被駆動側部材が該駆動側部材の長
   手方向に沿って相対的に駆動される形式のリニア型超音
   波モータであって、前記駆動側部材に固着されて該駆動
   側部材に前記弾性波を発生させる超音波振動子と、 前記駆動側部材の損失係数よりも大きい損失係数を有し
   、該駆動側部材の長手方向の少なくとも一端部に一体的
   に設けられた制振体と を含むことを特徴とするリニア型超音波モータ。