JPH0724953Y2 - 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］ 本考案は、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が可能であるような
アクチュエータが要求される。特に直線的な移動が要求
される場合には、回転型のアクチュエータよりリニアモ
ータの方が、運動方向の変換機構が不要であるからより
好ましい。

このため、本出願人は、電子機器や精密機械における駆
動源として好適な第５図に示すリニアモータを提供した
（たとえば特願昭63−106702号公報参照）。

第５図において、1,2は脚部、３はこれら脚部1,2の一端
を連結する胴部である、これらは、弾性材料をコ字状に
形成して振動体４を構成している。脚部1,2は、その断
面が正方形状に形成されており、その下端面Ａが平面状
に形成され、かつ下端面Ａから胴部３までの長さが等し
く形成されている。また、胴部３は上面の端部が面取り
されており、その面取面５には圧電素子（振動素子）6,
7が接着剤などを用いて取り付けられている。

圧電素子6,7は、図示せぬ電源から印加される電圧によ
り上記面取面５に直交する方向に伸縮するようになって
いる。

上記振動体４は、レール８に脚部1,2が案内されて移動
するようになっている。

レール８は、長手方向に沿って前記振動体４の脚部1,2
を案内する案内溝９が形成されたものであり、この案内
溝９は、脚部1,2の下端面Ａの当接する踏面9aが平面状
に形成され、該脚部1,2の側面を案内する案内面9b,9bが
前記踏面9aに対して垂直に形成されている。

上記のように構成されたリニアモータにおいては、振動
体４が圧電素子６および圧電素子７のいずれか一方で加
振されると、脚部1,2の軸線に対して面取面５が斜めに
形成されているので、脚部1,2がその軸方向および該軸
に直交する方向に振動する。このため、振動数によって
は、脚部１および脚部２が交互に伸縮を繰り返すととも
に、伸びた方の脚部の下端面Ａがレール８の長手方向に
対して後進方向に移動するように変位を繰り返す。この
振動モードの場合、伸びる方の脚部の方が縮む方の脚部
の方よりレール８の踏面9aに対する面圧が高くなるか
ら、伸びる方すなわち下端が後進方向に移動する脚部の
方がレール８の踏面9aを大きな力でけることになる。こ
のため、後進方向に移動する脚部の反力で振動体４が前
進することになる。

また、振動体４を後進させるには、前進時とは反対側の
圧電素子（６または７）で振動体４を加振する。そうす
ると、伸びた方の脚部の下端面Ａが前進する方向に移動
するように振動するようになり、前進方向に移動する脚
部の反力で振動体４が後進するようになる。

すなわち、脚部1,2の下端においては、軸方向の縦振動
と軸に直交する方向の横振動とが合成されて、楕円振動
となり、これにより振動体４がレール８の踏面9a上を移
動する。

上記のように構成されたリニアモータは、振動体４の構
造が簡単で、単に振動体４を加振することによって直線
的な駆動力を得ることができる。そして、構造が簡単で
あるから、極めてコンパクトに構成することができ、電
子機器や精密機械などのように取り付けスペースの極め
て少ない機器の駆動源として用いることができる。

［考案が解決しようとする課題］ ところが、上記従来の超音波リニアモータにおいては、
脚部1,2が移動する際に、どうしても該脚部1,2の側面と
進行方向に対して横へのズレを規制するレール８の案内
面9bとが接触するので、脚部1,2の案内面9bとの間に摩
擦抵抗が発生し、これが振動体４の走行抵抗になるとい
う欠点がある。また、脚部1,2の縦振動によっても、該
脚部1,2の側面とレール８の案内面9bとの間に摩擦抵抗
が発生し、これも振動体４の走行抵抗になるという欠点
があった。

本考案は、上記事情に鑑みてなされたものであり、進行
方向に対し横へのズレを防止するとともに、脚部とレー
ルとの間の摩擦抵抗の発生を防止して、振動体の走行抵
抗を低減することのできる超音波リニアモータを提供す
ることを目的としている。

［課題を解決するための手段］ 上記のような課題を解決するために、この考案は、レー
ルと、該レールに先端を当接させる少なくとも２本の弾
性材料製の脚部の基端を弾性材料製の胴部で連結して構
成される振動体と、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
る方向に振動する振動素子とを具備し、前記振動素子が
胴部の軸線方向に交差する方向に付加する振動を、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、振動体をレールに対して相対的に
胴部の軸線方向に直線運動させる構成とするとともに、
前記レールの上面にレールの長さ方向に沿う溝部を形成
し、この溝部の溝底側から開口部側にかけて徐々に広が
るように溝部の内側面を形成して溝部の内面を案内面と
するとともに、前記脚部の先端部に前記レールの案内面
に合致する形状の案内面を有する凸部を形成し、前記脚
部の凸部の案内面と前記レールの溝部の案内面のみを接
触させて振動体の脚部をレールに当接させ振動体の走行
方向を規定してなるものである。

［作用］ このような超音波リニアモータにおいては、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
形成された取付面上に胴部の軸線方向に交差する方向に
振動する振動素子を具備し、振動素子が胴部の軸線方向
に交差する方向に付加する振動を、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
達するので、脚部の縦振動および横振動によって脚部の
先端部に楕円振動を発生させることができ、これにより
振動体がレールに対して相対的に胴部の軸線方向に直線
運動する。

そして、レール上面の長さ方向に形成した溝部の溝底側
から開口部側にかけて徐々に広がるように溝部の内側面
を形成して溝部の内面を案内面とするとともに、脚部の
先端部にレールの案内面に合致する形状の案内面を有す
る凸部を形成し、前記凸部の案内面と前記溝部の案内面
のみを接触させて振動体の脚部をレールに当接させ振動
体の走行方向を規定しているので、脚部の案内面のみを
レールの案内面に接触させつつ振動体をレール上で移動
できることになり、脚部の走行および縦振動によって生
じるレールと脚部との間の不用な摩擦抵抗が発生しな
い。

［実施例］ 以下、第１図ないし第２図を参照してこの考案の一実施
例を説明する。ただし、これらの図において、第４図な
いし第５図に示す構成要素と共通する要素には同一符号
を付しその説明を簡略化する。

これらの図において、11は振動体であり、21はレールで
ある。

振動体11は、互いに平行な脚部12,13とこれらの脚部を
つなぐ胴部14とがコ字状に一体に形成されたものであ
り、この振動体11には、その角部の面取面５に圧電素子
16,17が取り付けられている。脚部12,13は、断面が正方
形状に成形されたものであり、その下端面（案内面）Ｂ
が該脚部12,13の左右の側面から該脚部の軸線に向かっ
てＶ字状に突出するように形成されている。従って、脚
部12,13の先端部にＶ字状の凸部が形成された構造であ
り、この凸部の下端面で案内面が形成されている。胴部
14は前記脚部12,13に一体に形成されたものであり、そ
の断面は該脚部と同様に正方形状に形成されている。そ
して、これらの脚部12,13および胴部14は、通常アルミ
ニウムの材料で形成されている。圧電素子16,17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
より伸縮するようになっており、その伸縮方向を面取面
５に直交させて、該面取面５に接着剤によって固着され
ている。

そして、上記振動体11の寸法は適宜設計されるが、例示
のものは、脚部12,13、胴部14が共に5mm□に形成され、
脚部12,13のピッチが30mmに形成され、脚部12,13の下端
面Ｂの尖端から胴部14の上面までの高さが15mmに形成さ
れている。また、脚部12,13および胴部14の材質として
は、適度の剛性と弾性を有する弾性材料で形成すること
が好ましく、上記アルミニウムの他に、ジュラルミン、
鉄、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。

一方、レール21は、鉄などの剛性を有する材料で断面が
四角形状に形成されたものであり、その上面には、振動
体11の移動方向を規制する案内面22が形成されている。
案内面22は、レール21の上面中央部の長さ方向に沿って
形成されたＶ字状の溝部の内面により構成され、このＶ
字状の溝部は前記脚部12,13の下端面（案内面）Ｂが密
接できるような大きさに形成されている。即ち、レール
21の案内面22を構成する溝部の内側面は、溝部の溝底側
よりも開口部側で徐々に広がるように形成されている。

また、上記振動体11は、図示しない連結部材によって、
レール21に所定の力で押し付けられている。

上記のように構成された超音波リニアモータにおいて
は、脚部12,13の下端面Ｂが該脚部12,13の左右の側面か
ら該脚部12,13の軸線に向かってＶ字状に突出され、レ
ール21には上記脚部12,13の下端面Ｂに密接して該脚部1
2,13を案内する案内面22が形成されているから、該脚部
12,13が圧電素子16,17によって加振されてその下端面Ｂ
が楕円振動すると、該下端面Ｂでレールの案内面22上を
駆動することになる。このため、脚部12,13の走行およ
び縦振動によって、レール21の案内面22と脚部12,13と
の間に摩擦抵抗が発生することがなくなる。したがっ
て、脚部12,13とレール21との摩擦抵抗によって生じる
振動体14の走行抵抗を除去することができる。

なお、上記実施例においては、断面が四角形状のレール
21に断面Ｖ字状の案内面22を形成したが、第３図に示す
ように、長尺の板をＶ字状に曲げて、これにより案内面
22を形成するようにしてもよい。

また、レール21側に溝状の案内面を形成したが、この案
内面をレール21から突出するように形成し、脚部の下端
面を溝状に形成してもよい。

さらに、脚部12,13の下端面Ｂおよびレール21の案内面2
2の形状はＶ字状の形状に形成したが、この他に、円弧
状に湾曲する形状や台形状等の形状に形成してもよいこ
とはいうまでもない。

［考案の効果］ 以上詳述したように、この考案は、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
た取付面上に胴部の軸線方向に交差する方向に振動する
振動素子を具備し、振動素子が胴部の軸線方向に交差す
る方向に付加する振動を、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するの
で、脚部の縦振動および横振動によって脚部の先端部に
楕円振動を発生させることができ、これにより振動体を
レールに対して相対的に胴部の軸線方向に直線運動させ
ることができる。

更に本考案は、レール上面の長さ方向に形成した溝部の
溝底側から開口部側にかけて徐々に広がるように溝部の
内側面を形成して溝部の内面を案内面とするとともに、
脚部の先端部にレールの案内面に合致する形状の案内面
を有する凸部を形成し、前記凸部の案内面と前記溝部の
案内面のみを接触させて振動体の脚部をレールに当接さ
せ振動体の走行方向を規定しているので、脚部の案内面
のみをレールの案内面に接触させつつ振動体をレール上
で移動できることになり、脚部の走行および縦振動によ
って生じるレールと脚部との間の不用な摩擦抵抗を発生
させることなく振動体を走行できるので、従来問題とし
ていた振動体の走行抵抗を除去することができ、振動体
の走行を円滑に行わせることができる。

また特に、本考案によれば、レールの案内面を前記脚部
の振動面のみに接触させたので、楕円振動を発生させる
面以外の摩擦力による駆動力低下を抑えることができ
る。

【図面の簡単な説明】 第１図ないし第２図はこの考案の一実施例を示す図であ
って、第１図は正面図、第２図は側面図、第３図は他の
レールを示す斜視図、第４図ないし第５図は従来例とし
て示した図であって、第４図は正面図、第５図は側面図
である。 ５……取付面、11……振動体、12,13……脚部、16,17…
…圧電素子（振動素子）、21……レール、22……案内
面、Ｂ……下端面（案内面）

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】レールと、該レールに先端を当接させる少
   なくとも２本の弾性材料製の脚部の基端を弾性材料製の
   胴部で連結して構成される振動体と、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振動素子とを具備
   し、 前記振動素子が胴部の軸線方向に交差する方向に付加す
   る振動を、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、振動体をレールに
   対して相対的に胴部の軸線方向に直線運動させる構成と
   するとともに、 前記レールの上面にレールの長さ方向に沿う溝部を形成
   し、この溝部の溝底側から開口部側にかけて徐々に広が
   るように溝部の内側面を形成して溝部の内面を案内面と
   するとともに、前記脚部の先端部に前記レールの案内面
   に合致する形状の案内面を有する凸部を形成し、前記脚
   部先端の凸部の案内面と前記レール上面の溝部の案内面
   のみを接触させて振動体の脚部をレールに当接させ振動
   体の走行方向を規定してなることを特徴とする超音波リ
   ニアモータ。