(57)【要約】【課題】  駆動点の押圧方向振動成分と進行方向振動成分の変位と振動速度を別々に制御することを可能にし、駆動点の押圧方向振動と進行方向振動の共振周波数の縮退や各種寸法の調整等を不要にすることができる超音波モータを利用したリニアモータ提供すること。【解決手段】  固定子と、固定子に対して移動可能に設置された可動子と、固定子と可動子の間に設置され、振動体の両面又は片面に圧電材料を貼り付けてなる、又は圧電材料自身が振動体として機能するように構成され、超音波振動することにより可動子を移動させる超音波モータとを具備してなるリニアモータにおいて、超音波モータを直交する二つの非軸対称振動を利用する構成としたもの。  【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子と、
上記固定子に対して移動可能に設置された可動子と、
上記固定子と上記可動子の間に設置され、振動体の両面又は片面に圧電材料を貼り付けてなる、又は、圧電材料自身が振動体として機能するように構成され、超音波振動することにより上記可動子を移動させる超音波モータと、
を具備してなるリニアモータにおいて、
上記超音波モータを直交する二つの非軸対称振動を利用する構成としたことを特徴とするリニアモータ。
【請求項２】
請求項１記載のリニアモータにおいて、
上記圧電材料からなる電極を周方向に４分割したことを特徴とするリニアモータ。
【請求項３】
請求項２記載のリニアモータにおいて、
環状をなすと共に左右両端に支持部を備えた振動体の両面の夫々に周方向に４分割された圧電材料を貼り付けてなることを特徴とするリニアモータ。
【請求項４】
請求項２記載のリニアモータにおいて、
環状の振動体の両面の夫々に周方向に４分割された圧電材料を貼り付けてなることを特徴とするリニアモータ。
【請求項５】
請求項２記載のリニアモータにおいて、
円板状の振動体の両面の夫々に周方向に４分割された圧電材料を貼り付けてなることを特徴とするリニアモータ。
【請求項６】
請求項２記載のリニアモータにおいて、
２電源方式であることを特徴とするリニアモータ。
【請求項７】
請求項２記載のリニアモータにおいて、
４電源方式であることを特徴とするリニアモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波モータによって可動子を移動させるように構成されたリニアモータに係り、特に、超音波モータを直交する二つの非軸対称振動を利用するように構成することにより、押圧方向振動成分と進行方向振動成分とを独立して駆動制御することができると共に、押圧方向振動と進行方向振動の共振周波数の縮退のために行なう各種寸法調整を不要にすることができるように工夫したものに関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波モータは、圧電素子の逆圧電効果を利用して得られた機械的変位と力を、離散的または連続的な回転又は直線運動に変換するものである。これを図８を参照して詳細に説明する。
まず、図８（ａ）に示すように、ラジアル振動を引き起こす「（Ｒ，１）−ｍｏｄｅ」がある。これが摩擦接触面を押す方向に変位する押圧方向振動成分である。これに対して、図８（ｂ）に示すように、面内での屈曲振動を引き起こす「（（１，１））−ｍｏｄｅ」がある。これが進行方向に変位する進行方向振動成分である。そして、上記押圧方向振動成分と進行方向振動成分とによって、図８（ｃ）に示すように、Ａ点に楕円の軌跡を描かせる。そこに図示しない駆動ガイドを接触させることによって回転又は直線運動に変換するものである。
上記駆動ガイドを接触させることにより直線運動に変換するように構成したものがリニアガイドである。
【０００３】
この種の超音波モータを開示するものとして、例えば、特許文献１、特許文献２等がある。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−６０１５２号公報
【特許文献２】特開２００２−２１８７７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来の構成によると次のような問題があった。すなわち、従来の超音波モータにおいては、図８（ａ）に示した「（Ｒ，１）−ｍｏｄｅ」と図８（ｂ）に示した「（（１，１））−ｍｏｄｅ」を別々に駆動制御できないという問題があった。すなわち、駆動点における押圧方向振動成分と進行方向成分の変位と振動速度を別々に駆動制御することができないものである。
又、図８（ａ）に示した「（Ｒ，１）−ｍｏｄｅ」と図８（ｂ）に示した「（（１，１））−ｍｏｄｅ」の共振周波数を縮退させる必要があり、そのために円環の内径と外径の比を調整しなければならないという問題があった。
【０００６】
本発明はこのような点に基づいてなされたものでその目的とするところは、駆動点の押圧方向振動成分と進行方向振動成分の変位と振動速度を別々に制御することを可能にし、駆動点の押圧方向振動と進行方向振動の共振周波数の縮退を目的とした各種寸法の調整等を不要にすることができる超音波モータを利用したリニア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】
【０００７】
上記課題を解決するべく本願発明の請求項１によるリニアモータは、固定子と、上記固定子に対して移動可能に設置された可動子と、上記固定子と上記可動子の間に設置され、振動体の両面又は片面に圧電材料を貼り付けてなる、又は、圧電材料自身が振動体として機能するように構成され、超音波振動することにより上記可動子を移動させる超音波モータと、を具備してなるリニアモータにおいて、上記超音波モータを直交する二つの非軸対称振動を利用する構成としたことを特徴とするものである。
又、請求項２によるリニアモータは、請求項１記載のリニアモータにおいて、
上記圧電材料からなる電極を周方向に４分割したことを特徴とするものである。
又、請求項３によるリニアモータは、請求項２記載のリニアモータにおいて、環状をなすと共に左右両端にＴ字型支持部を備えた振動体の両面の夫々に周方向に４分割された圧電材料を貼り付けてなることを特徴とするものである。
又、請求項４によるリニアモータは、請求項２記載のリニアモータにおいて、  環状の振動体の両面の夫々に周方向に４分割された圧電材料を貼り付けてなることを特徴とするものである。
又、請求項５によるリニアモータは、請求項２記載のリニアモータにおいて、  円板状の振動体の両面の夫々に周方向に４分割された圧電材料を貼り付けてなることを特徴とするものである。
又、請求項６によるリニアモータは、請求項２記載のリニアモータにおいて、  ２電源方式であることを特徴とするものである。
又、請求項７によるリニアモータは、請求項２記載のリニアモータにおいて、  ４電源方式であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
以上述べたように本願発明によるリニアモータは、固定子と、上記固定子に対して移動可能に設置された可動子と、上記固定子と上記可動子の間に設置され、振動体の両面又は片面に圧電材料を貼り付けてなる、又は、圧電材料自身が振動体として機能するように構成され、超音波振動することにより上記可動子を移動させる超音波モータと、を具備してなるリニアモータにおいて、上記超音波モータを直交する二つの非軸対称振動を利用する構成としているので、押圧方向振動成分と進行方向振動成分を夫々別々に励振させることができるようになった。又、直交する同一振動モードを利用するようにしているので、押圧方向振動と進行方向振動の共振周波数を縮退させるために、例えば、円環の内径と外径の比を調整しなければならないという煩雑な調整作業を不要にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図１乃至図４を参照して本発明の第１の実施の形態を説明する。図１はリニアモータの構成を示す横断面図である。まず、固定子としてのベース１があり、このベース１上にはクロスローラガイド３、３を介して可動子としてのスライダ５が紙面に直交する方向に移動可能に設置されている。
【００１０】
上記スライダ５はベース１側に設置されている超音波モータ７によって駆動されるものである。上記超音波モータ７は、上記ベース１上に支持台９を介して設置されている。又、上記スライダ５側には駆動用ガイド１１が取り付けられている。又、上記超音波モータ７の図１中左側には、加圧用スプリング１３が支持部材１５を介して設置されていて、上記超音波モータ７は上記加圧用スプリングによって上記駆動用ガイド１１側に押し付けられている。又、超音波モータ７と駆動用ガイド１１との間には摩擦材１７が設置されている。
【００１１】
上記超音波モータ７は、図２、図３に示すような構成になっている。まず、振動体としての弾性体２１があり、この弾性体２１は、環状部２３と、この環状部２３の左右両端に設けられた支持部２５、２７とから構成されている。上記支持部２５、２７は「Ｔ字形状」をなしている。又、上記環状部２３の中央には貫通孔２３ａが形成されている。
【００１２】
上記弾性体２１の環状部２３の上面には、４等分された圧電材料としての圧電セラミックス（例えば、ＰＺＴ）３１が夫々貼り付けられている。又、上記弾性体２１の環状部２３の下面にも、４等分された圧電材料としての圧電セラミックス３１が夫々貼り付けられている。
尚、圧電材料としては圧電セラミックスに限定されるものではなく、圧電結晶材料（例えば、ＬｉＴａＯ３）であってもよい。
【００１３】
又、上記超音波モータの駆動電源方式は、図４に示すような構成になっていて、いわゆる「２電源方式」を採用しているものである。又、「（（１，１））’−ｍｏｄｅ」と「（（１，１））−ｍｏｄｅ」を利用しており、ｓｉｎωｔを印加する電極が垂直方向成分である「（１，１）’−ｍｏｄｅ」であり、ｃｏｓωｔを印加する電極が進行方向成分である「（（１，１））−ｍｏｄｅ」となっている。このようにこの実施の形態の場合には直交する同一モードを利用しているものである。
【００１４】
以上本実施の形態によると次のような効果を奏することができる。
まず、直交する二つの非軸対称振動、すなわち、「（（１，１））’−ｍｏｄｅ」と「（（１，１））−ｍｏｄｅ」を使用するように構成しているので、超音波モータの摩擦接触面を押す方向に変位する押圧方向振動成分と超音波モータの進行方向に変位する進行方向振動成分を夫々別々に励振させることができるようになった。
又、上記「（（１，１））’−ｍｏｄｅ」と「（（１，１））−ｍｏｄｅ」は同一モードであり、円環の内径と外径の比に関係なく常に縮退条件にあるので、弾性体２１の内径と外径の比を調整する必要もない。
【００１５】
次に、図５を参照して本発明の第２の実施の形態を説明する。この第２の実施の形態の場合には、駆動電源方式を前記第１の実施の形態の場合とは異ならせたものである。すなわち、図４に示すように、この第２の実施の形態の場合には、いわゆる「４電源方式」を
採用しているものである。
その他の構成は前記第１の実施の形態の場合と同様でありその説明は省略する。
そして、このような構成であっても前記第１の実施の形態の場合と同様の効果を奏することができるものである。
【００１６】
次に、図６を参照して本発明の第３の実施の形態を説明する。この場合には、前記第１の実施の形態の場合における弾性体２１とは異なる形状の弾性体４１を使用しているものである。すなわち、この第３の実施の形態における弾性体４１は、前記第１の実施の形態における弾性体２１のように支持部を備えた構成にはなっておらず、単に環状部のみから形成されているものである。そして、中央部には貫通孔４１ａが形成されている。
その他の構成は前記第１の実施の形態の場合と同じであり、同一部分には同一符号を付して示しその説明は省略する。
このような構成でも前記第１及び第２の実施の形態の場合と同様の効果を奏することができる。    
【００１７】
次に、図７を参照して本発明の第４の実施の形態を説明する。この場合にも、前記第１の実施の形態の場合における弾性体２１とは異なる形状の弾性体５１を使用しているものである。すなわち、この第４の実施の形態における弾性体５１は、前記第１の実施の形態における弾性体２１のように支持部を備えた構成にはなっておらず、且つ、環状ではなく、円形部のみから形成されているものである。
【００１８】
又、圧電セラミックス６１は円形を４等分したような形状になっている。
その他の構成は前記第１の実施の形態の場合と同じであり、同一部分には同一符号を付して示しその説明は省略する。
このような構成でも前記第１及び第２の実施の形態の場合と同様の効果を奏することができる。
【００１９】
尚、本発明は前記第１〜第４の実施の形態に限定されるものではない。
弾性体の形状については前記第１〜第４の実施の形態において図示したものに限定されず様々な形状のものが想定される。例えば、円形部の両側にＴ字形状の支持部を連設した形状の弾性体でもよい。  
又、前記第１〜第４の実施の形態の場合には、弾性体の上下両面に圧電セラミックスや圧電結晶材料を貼り付けた構成としたが、それに限定されるものではなく、片面のみに貼り付けるような構成も想定される。
又、前記第１〜第４の実施の形態の場合には、弾性体等の振動体に圧電材料を貼り付けるような構成を例に挙げて説明したが、そのような振動体を使用せずに圧電材料のみによって構成するようなものについても適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
本発明は、超音波モータによって駆動されるリニアモータに係り、特に、超音波モータを直交する二つの非軸対称振動を利用するように構成することにより、押圧方向振動成分と進行方向振動成分とを独立して駆動制御することができると共に、押圧方向振動と進行方向振動の共振周波数の縮退のための各種寸法調整を不要にすることができるように工夫したものに関し、例えば、一軸アクチュエータに好適である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す図で、リニアモータの構成を示す横断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態を示す図で、リニアモータの一部の構成を示す平面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態を示す図で、図３（ａ）は超音波モータの構成を示す平面図、図３（ｂ）は超音波モータの構成を示す側面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態を示す図で、超音波モータの駆動電源方式を示す平面図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態を示す図で、超音波モータの駆動電源方式を示す平面図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態を示す図で、図６（ａ）は超音波モータの構成を示す平面図、図６（ｂ）は超音波モータの構成を示す側面図である。
【図７】本発明の第４の実施の形態を示す図で、図７（ａ）は超音波モータの構成を示す平面図、図７（ｂ）は超音波モータの構成を示す側面図である。
【図８】従来例を示す図で、図８（ａ）は超音波モータの駆動原理の内摩擦接触面を押す方向に変位する振動成分を示す図、図８（ｂ）は超音波モータの駆動原理の内進行方向に変位する振動成分を示す図、図８（ｃ）は摩擦接触面を押す方向に変位する振動成分と進行方向に変位する振動成分を合成した状態を示す図である。
【符号の説明】
【００２２】
７  超音波モータ
２１  弾性体
２３  環状部
２５  支持部
２７  支持部
３１  圧電セラミックス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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