VSM (V-shape motor)
2本のボルト締めランジュバン型振動子を組み合わせた超音波モーター用振動子によるリニアモーターです。重量のあるセラミックス製ステージの精密駆動に応用されました。

直交配置した2つの振動子の先端部は,くびれ構造により柔軟性を持たせ,縦方向と横方向に振動できる機構となっています。
縦振動子の中央付近に固定用ブロックを配置し,固定部が振動しないようにモード解析されています。この設計により,強固に振動子を固定することができ,精密な駆動を実現しています。
振動子先端に取り付けた摩擦材は,耐摩耗性の良いセラミックス材料を用いることで,高耐久性と高効率を実現しています。。

2つの振動子は,同一の共振周波数で,90°位相差で駆動されます。この駆動により,振動子先端部は楕円軌道を描き振動します。縦方向の振動で予圧を制御し,横方向の振動で駆動力を与えます。
2相駆動電源の90°位相差を-90°位相差とすることで,楕円の回転方向は逆転します。モーターの移動方向を反転させることができます。

モーターへの機械負荷を変化させたときの速度特性と変換効率(電気的駆動電力に対するモーターの機械出力の割合)を測った結果です。測定には専用の回転器とブレーキおよびトルク計を用いています。
機械負荷50〜60N付近で変換効率は約50%に達しています。高負荷時に高い効率を実現しています。減速機構を必要としないので,システムとしての効率を高くすることが可能です。
高剛性で重量のあるセラミックス製2軸ステージの駆動例です。7kg+8kgの重量級ステージをナノメートルの位置決め精度で駆動することが可能です。
ステージ側の摩擦駆動面はアルミナセラミックスが用いられ,耐久性を高めています。振動子固定部の高剛性化と相まって,剛性の高い精密なステージシステムを実現しています。