JP2005278379A

JP2005278379A - 送り装置

Info

Publication number: JP2005278379A
Application number: JP2004092686A
Authority: JP
Inventors: Akinobu Manya; 晃庸萬矢; Susumu Matsuno; 晋松野; Kazumasa Asumi; 一将阿隅
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2004-03-26
Filing date: 2004-03-26
Publication date: 2005-10-06
Anticipated expiration: 2024-03-26
Also published as: JP4475633B2

Abstract

【課題】出力部を被送り体に当接させたあとに押圧力の調整作業を行わずに済む送り装置を提供することを課題とする。
【解決手段】送り装置１は、出力部５と、出力部を使用ポジションと組付けポジションとの間でスライド自在に支持するスライドガイド機構７と、両ポジションにおいて自然長より収縮し、出力部を被送り体側に向けて押圧する弾性体９と、弾性体の押圧力に抗して出力部を組付けポジションに維持する力を受ける維持力受け部１１としてのねじ孔２３とを備える。組付け時は、ねじ孔に螺合されるねじ手段を締め付けて組付けポジションを維持し、次に、ねじ手段を緩めることで出力部を被送り体に当接させ、使用ポジションにおいて一定の押圧力を確保する。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧電素子を用いた送り装置に関するものである。

従来、圧電素子を用いた送り装置として、例えば特開２０００−１５２６７１号公報に開示されたものである。かかる装置では、圧電素子を有する駆動子をロータに当接させ、駆動子で生じる超音波振動を利用してロータを動作させていた。そのため、駆動子には常にロータへ当接させるための押圧力が付与されていた。押圧力は、一端部が駆動子側に配置されるばねの弾性力によって確保されていた。また、押圧力の調整は、ばねの他端部に、すなわち、駆動子と逆側の端部に設けられた調整ボルトの締め付け量の調整によって行われていた。
特開２０００−１５２６７１号公報

しかしながら、上述した従来の送り装置では、駆動子をロータに当接したあとで、調整ボルトによって押圧力を調整する必要があり、適正な使用を行えるようになるまでたいへん手間がかかっていた。また、使用に際して生じる駆動子の振動が伝達することで調整ボルトが緩む恐れがあった。さらに、押圧力は調整ボルトの締め付け量で決定されるところ、締め付け量の設定を一義的に行うことは難しく、押圧力の正確な調整・管理が困難であった。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、出力部を被送り体に当接させたあとに押圧力の調整作業を行わずに済む送り装置を提供することを目的とする。

本発明の別の目的は、長期の使用にわたって、振動に起因した押圧力の狂いを低減することができる送り装置を提供することである。

本発明の更に別の目的は、調整手段の締め付け量に依存することなく、押圧力を決定することができる送り装置を提供することである。

上述した課題を解決するため、本発明に係る送り装置は、台座と、圧電素子を有する出力部と、前記台座に一体的に設けられ、前記出力部を、少なくとも、被送り体に当接する使用ポジションと被送り体に当接しない組付けポジションとの間でスライド自在に支持するスライドガイド機構と、前記使用ポジション及び組付けポジションの双方において自然長より収縮しており、前記出力部を被送り体側に向けて押圧する弾性体と、前記弾性体の押圧力に抗して前記出力部を前記組付けポジションに維持する力を受ける維持力受け部とを備えることを特徴とする。

かかる構成によれば、出力部を被送り体に当接させた後は、押圧力が設定どおりの一定値にセットされ、煩わしい押圧力の調整を不用にすることができた。しかも、かかる押圧力は、従来のように締め付け量といった曖昧な要素に依存することはなく、距離寸法だけで常に、正確且つ一義的に決定される。よって、設計寸法を管理するだけで、作業者の経験などの影響を受けずに、毎回、所望の押圧力を獲得することができる。

また、前記弾性体は、スライド方向に沿って巻き軸が配置されたコイルばねであると好適である。

これによれば、ばね定数をより小さく採ることができ、摺動する部分の磨耗による寸法変化が生じても、押圧力の変化を再調整不用な程度に抑えることができる。

また、前記維持力を付与する部材を前記維持力受け部に対して支持すべく、前記台座と一体的に設けられる支持部を備えると好適である。

これによれば、人力で支持する場合に比べて、維持力を安定的に付与し続けることができ、組付けの容易性を向上させることができる。

また、前記維持力受け部及び前記支持部の一方にはねじ孔が形成され、他方には該ねじ孔と同軸的に貫通孔が形成されているようにしてもよい。

これによれば、出力部を被送り体に当接させ、押圧力を負荷する際、ねじ手段の回転に伴い押圧力を徐々に連続的に変化させることができ、維持力や押圧力などの応力のかかる部位への負担を軽くし、各部の設計寸法からの変形を防止することができる。

本発明の他の特徴及びそれによる作用効果は、添付図面を参照し、実施の形態によって更に詳しく説明する。

以下、本発明に係る送り装置を、ステージを直線的に駆動するリニアタイプ送り装置として実施した場合の実施の形態について、添付図面に基づいて説明する。なお、図中、同一符号は同一又は対応部分を示すものとする。

図１、図２及び図３はそれぞれ、本実施の形態に係る送り装置の平面、側面及び背面を示す図である。また、図４は、送り装置の要部に関する分解斜視図である。なお、説明は、図１における紙面左右方向を「前後方向」とし、紙面上下方向を「左右方向」とし、紙面表裏方向を「上下方向」として行う。

送り装置１は、台座３と、出力部５と、スライドガイド機構７と、弾性体９と、維持力受け部１１とを備えている。台座３は、平面矩形に形成された平板状の部材である。この台座３の上面には、スライドガイド機構７が取り付けられている。本実施の形態において、スライドガイド機構７は、ベース７ａとテーブル７ｂとを有している。ベース７ａとテーブル７ｂにはそれぞれレールが設けられており、互いのレール間には複数のころが介在されている。ベース７ａは台座３に取り付けられており、テーブル７ｂは、ベース７ａに対して当接方向Ｃに沿ってスライド可能に取り付けられている。なお、スライドガイド機構の構成については、上記に限定されるものではなく、適宜、変更することができる。

出力部５は、駆動子１３と、連結ブロック１５とを備えている。駆動子１３は、一対のランジュバン型超音波振動子を備えている。一対のランジュバン型超音波振動子は、所定角度で交差するような形状の先端部１７を共有しており、軸心方向中央部には圧電素子１９を備えている。駆動子１３は、連結ブロック１５の前面にねじ固定される。

連結ブロック１５は、その左右両側部に相反する方向に突出した腕部２１を有する。これら一対の腕部２１には、当接方向Ｃと平行な軸線を有する有底のねじ孔２３が形成されている。これら一対のねじ孔２３は、維持力受け部１１として機能する。また、連結ブロック１５は、上下面を貫通する連結用穴２５を介して、スライドガイド機構７のテーブル７ｂの上面にねじ固定される。

台座３の上面後部には、ばね支持ブロック２７がねじ固定されている。ばね支持ブロック２７は、前後方向の端面が下向きに開口した「コ」字状の部材であり、間隔をあけて上下方向に延びる左右一対の直立部２７ａと、それら直立部２７ａの上部を架橋する架橋部２７ｂとを有する。このような構成により、架橋部２７ｂの下方且つ一対の直立部２７ａの間には、立方体状の空間が画定される。ばね支持ブロック２７は、この空間にスライドガイド機構７の後部が位置するようにして、台座３に取り付けられる。また、直立部２７ａのそれぞれには、その前後面に開口する貫通孔２９が穿設されている。一対の貫通孔２９は、連結ブロック１５とばね支持ブロック２７とが組み付けられた際に、一対のねじ孔２３と同軸上に位置するように設けられている。また、貫通孔２９を画定する内周面は、ねじ溝を持たない滑面で構成されている。

また、台座３上に組み付けられた連結ブロック１５及びばね支持ブロック２７の間には左右一対の弾性体９が配置されている。弾性体９は、本実施の形態では、コイルばねからなる。詳細には、コイルばねの前端は、連結ブロック１５の対応する腕部２１の後面に当接されており、コイルばねの後端は、ばね支持ブロック２７の対応する直立部２７ａの前面に当接されている。また、コイルばねは、その巻き軸が、対応するねじ孔２３及び貫通孔２９とほぼ同軸となるように配置されている。

次に、このような構成を有する送り装置１の動作について説明する。図１に示されるように、送り装置１は、可動ステージ装置５１の架台５３上に、台座３ごと取り付け固定されている。架台５３上には、ステージレール５５がステージ移動方向Ｔに沿って延長している。ステージレール５５には、ステージ５７が移動可能に係合している。ステージ５７は、送り装置１と対向する側の面に、摺動部材５７ａを有している。

送り装置１における駆動子１３の先端部１７は、弾性体９によって生じる所定の押圧力Ｎでステージ５７に押し付けられている。なお、駆動子１３がステージ５７に当接しているときの、先端部１７とばね支持ブロック２７の前面２７ｃの距離をＬ１とし、腕部２１の後面２１ａとばね支持ブロック２７の前面２７ｃとの距離（ばね全長）をＤ１とする。

そして、駆動子１３を構成する二つの超音波振動子に対して、例えば、縮退する共振周波数で９０度位相のずれた正弦波の電圧を印加すると、各超音波振動子で発生した変位が先端部１７で合成され、先端部１７は楕円運動を描くように動作する。そして、この動作が押圧力Ｎを垂直抗力とする摩擦力としてステージ５７に伝達され、ステージ５７はステージレール５５に案内されてステージ移動方向Ｔに送られる。

次に、送り装置１の組立て並びに可動ステージ装置５１への組付けについて説明する。まず、台座３の上面にスライドガイド機構７をねじ固定する。続いて、駆動子１３及び連結ブロック１５からなる出力部５を、スライドガイド機構７にねじ固定する。さらに、台座３の上面にばね支持ブロック２７をねじ固定する。このときは、出力部５は、台座３やばね支持ブロック２７に対して抗力を受けることなく自在にスライド可能な状態となっている。

続いて、連結ブロック１５とばね支持ブロック２７との間に左右一対の弾性体９を配置し、さらに、ばね支持ブロック２７の貫通孔２９に、後方から、ねじ軸部材３１を挿入する。そして、ねじ軸部材３１を、コイルばね（弾性体９）の巻き軸方向に沿ってコイルばねの内側を挿通させて、その前端をねじ孔２３にねじ込ませる。この状態では、弾性体９は自然長であり、出力部５は弾性体９の押圧力を受けていない無負荷ポジションにあるものとする。

なお、ねじ軸部材３１は、全周にねじ溝が切られたものを使用しているが、これに限らず、両端部の必要範囲にねじ溝が切られたものでもよい。ねじ軸部材３１の露出する端面３１ａには、六角穴が形成されている。また、弾性体９のセットに際し、腕部２１後面におけるねじ孔２３の周囲、及び、ばね支持ブロック２７の前面２７ｃにおける貫通孔２９の周囲に、予め座ぐり穴（図４に一部図示）のようなものを設けておくと、コイルばねの端部の位置ズレを抑えることができ、組立て作業が容易に行える。

続いて、ねじ軸部材３１の後端に、蝶ナット３３を螺合させる。蝶ナット３３がばね支持ブロック２７の後面に当接した後、さらに蝶ナット３３を締め付けると、腕部２１やそれと一体的な駆動子１３の先端部１７等が弾性体９の押圧力Ｎに抗してばね支持ブロック２７へ接近する。蝶ナット３３の締め付けは、出力部５が組付けポジションに到達するまで行う。

ここで、図５をもとに、出力部５の各ポジションについて説明する。まず、前述した無負荷ポジションは、コイルばねが自然長となっているときの出力部５のポジションであり、そのときの出力部５の先端部１７とばね支持ブロック２７の前面２７ｃとの距離をＬ０とする。

次に、使用ポジションは、送り装置１が可動ステージ装置５１に組付けられている状態において出力部５の先端部１７がステージ５７と当接しているときの、出力部５の位置であり、出力部５の先端部１７とばね支持ブロック２７の前面２７ｃとの距離は前述のとおりＬ１（＜Ｌ０）である。すなわち、コイルばねは、自然長よりもＬ０−Ｌ１だけ収縮しており、その収縮量に応じた弾性力Ｎ１が出力部５に作用している。

さらに、組付けポジションは、使用ポジションよりも更にコイルばねが収縮した状態の任意の位置であり、出力部５の先端部１７とばね支持ブロック２７の前面２７ｃとの距離はＬ２（＜Ｌ１）である。コイルばねは、自然長よりもＬ０−Ｌ２だけ収縮しており、その収縮量に応じた弾性力Ｎ２が出力部５に作用している。

送り装置１は、上記のように、蝶ナット３３を締め付け、出力部５が組付けポジションにある状態で、可動ステージ装置５１の架台５３に組付けられる。従って、組付け時に出力部５の先端部１７とステージ５７との間には適当なクリアランスが確保されており、両者が干渉することなく極めて簡単に組付け作業が完了する。また、このとき、出力部５には、Ｌ０−Ｌ２の収縮量に対応した弾性体９の押圧力が作用しているが、ねじ軸部材３１によって出力部５の位置が固定されているため、出力部５が組付けポジションにある状態で組付けが行える。すなわち、腕部２１のねじ孔２３部分が、弾性体９の押圧力に対して出力部５を組付けポジションに維持するための維持力を受ける部分として機能する。

送り装置１を架台５３の所定位置に組付け・固定したならば、ねじ軸部材３１を緩める。これは、ねじ軸部材３１の端面３１ａに形成された六角穴に六角レンチなどを係合させ、蝶ナット３３ごとねじ軸部材３１を緩め方向に回転させる。これによって、ねじ軸部材３１及び蝶ナット３３が一体的にねじ孔２３に対して回転する。かかる動作によって、ねじ軸部材３１の前端が徐々にねじ孔２３から退出していき、弾性体９から生じる押圧力の作用によって、出力部５の先端部１７が徐々にステージ５７に接近していく。ねじ軸部材３１を緩め続けると、出力部５の先端部１７とばね支持ブロック２７の前面２７ｃとの距離がＬ１となったところで、すなわち、出力部５が使用ポジションに到達したところで、先端部１７がステージ５７に当接する。かかる使用ポジションでは、所望且つ一定の押圧力として、Ｌ０−Ｌ１の収縮量に対応した弾性体９の押圧力が正確に出力部５に作用している。従って、このあと更に押圧力を調整する必要はなく、組付けの完了と同時に押圧力の設定も完了し、前述のとおり送り装置１の駆動を開始することが可能である。

以上、説明したように、本実施の形態に係る送り装置１においては、出力部５を被送り体であるステージ５７に当接させた後は、押圧力が設定どおりの一定値にセットされ、煩わしい押圧力の調整を不用にすることができた。しかも、かかる押圧力は、従来のように締め付け量といった曖昧な要素に依存することはなく、ばね支持ブロック２７の前面２７ｃ及び先端部１７と、維持力受け部１１との距離寸法だけで常に、正確且つ一義的に決定される。よって、設計寸法を管理するだけで、作業者の経験などの影響を受けずに、毎回、所望の押圧力を獲得することができる。

また、ねじ軸部材３１を徐々にねじ孔２３から退出させることにより、押圧力は、ねじ軸部材３１の回転に伴い徐々に連続的に変化していくため、維持力や押圧力などの応力のかかる部位への負担が軽く、各部の設計寸法からの変形を防止することができる。

また、本実施の形態では、出力部５と一体的な維持力受け部１１にねじ孔２３を設け、ばね支持ブロック２７に貫通孔２９を設け、出力部５を押圧力に抗して引っ張る態様とした。このため、ばね支持ブロック２７の後方、すなわちステージ５７とは逆側で、ねじ軸部材３１の操作を行うことができ、作業性が良好となっている。

また、維持力を付与する部材であるねじ軸部材３１を、台座３に固定されたばね支持ブロック２７で支持する態様であるため、人力で支持する場合に比べて、維持力を安定的に付与し続けることができ、組付けの容易性を向上させることができた。

さらに、本発明の如く、出力部５をステージ５７に当接させた後は押圧力の調整が不要となる構造においては、弾性体９としてコイルばねを用いることが、特に有益な作用効果を奏する。ステージ５７を送るための摩擦力Ｆは、ステージ５７及び先端部１７の摩擦係数μと垂直抗力としての押圧力Ｎとで決まり、Ｆ＝μＮである。そして、押圧力Ｎは、ばね定数ｋと収縮量ｘとで決まり、Ｎ＝ｋｘである。

例えば、Ｆ＝１５０［Ｎ］、μ＝０．５、Ｎ＝３００［Ｎ］での使用を想定した場合、本発明ではｋ＝１５［Ｎ／ｍｍ］のコイルばねを２つ用い、比較例ではｋ＝１５０［Ｎ／ｍｍ］の皿ばねを２つ用いたとする。それぞれ先端部がステージとの摩擦により０．１ｍｍ磨耗したとすると、比較例では、０．１ｍｍの収縮量減少によってばね２つ全体で押圧力Ｎは３０［Ｎ］減少する。一方、本発明では、０．１ｍｍの収縮量減少によっても、ばね２つ全体で押圧力Ｎは３［Ｎ］減少するだけで済む。このように、コイルばねを用いることによって、ばね定数をより小さく採ることができ、摺動する部分の磨耗による寸法変化が生じても、押圧力の変化を再調整不用な程度に抑えることができる。

以上、好ましい実施の形態を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種々の改変態様を採り得ることは自明である。

例えば、出力部としては、一対のランジュバン型超音波振動子を有する単一の駆動子からなる構成に限定されるものではなく、複数の駆動子を備える構成であってもよい。また、本発明に関する駆動子は、ランジュバン型超音波振動子を用いたものに限定されるものでもなく、例えば、図６に示されるように、圧電体の伸縮変形とせん断変形を利用した駆動子を用いることもできる。送り装置１０１における出力部１０５は、左右一対の圧電体（圧電素子）１１９を先端に有する駆動子１０３を有する。一対の圧電体１１９は、ステージ５７に向けて整列しており、後方からは弾性体９による押圧力が付与されて、ステージ５７に当接されている。そして、圧電体１１９に対して適当な電圧が印加されると、各圧電体１１９における伸縮変形とせん断変形との組み合わせにより、被送り体との当接部は楕円軌道を描いて変形し、その当接面の摩擦力によってステージ５７が一定方向に送られる。かかる送り装置１０１においても、スライドガイド機構７、弾性体９、維持力受け部１１及びばね支持ブロック２７等が設けられており、図１〜図５に示した実施の形態と同様な好適な効果が得られる。なお、圧電体１１９の配置パターンは、ｎ行ｍ列の行列パターンなど適宜改変することができる。

また、維持力受け部に貫通穴を形成し、支持ブロックにねじ孔を形成して、出力部の前方側からねじ軸部材を操作する態様で実施することもできる。また、押圧力に抗するための維持力は、出力部をばね支持ブロックに向けて押圧するような態様で付与してもよい。さらに、維持力を付与する手段として、カムやレバーを用いて実施することもできる。また、弾性体としてコイルばねを用いることで上述した利点はあるものの、本発明は、弾性力を生じる部材であれば、コイルばね以外の、例えば皿ばね等を用いることも可能である。

また、本発明の送り装置は、被送り体を直線的に移動させる態様に限定されるものではなく、例えば、ロータ（被送り体）を回転駆動させる態様として実施することもできる。

本発明の実施の形態に係る送り装置の平面を示す図である。本発明の実施の形態に係る送り装置の側面を示す図である。本発明の実施の形態に係る送り装置の背面を示す図である。本実施の形態に係る送り装置要部の分解斜視図である。出力部の無負荷ポジション、使用ポジション及び組付けポジションを説明する図である。本発明の別の実施の形態に係る送り装置の平面を示す図である。

符号の説明

１送り装置
３台座
５出力部
７スライドガイド機構
９弾性体
１１維持力受け部
１９、１１９圧電素子
２３ねじ孔
２７ばね支持ブロック（支持部）
２９貫通孔
５７ステージ（被送り体）

Claims

台座と、
圧電素子を有する出力部と、
前記台座に一体的に設けられ、前記出力部を、少なくとも、被送り体に当接する使用ポジションと被送り体に当接しない組付けポジションとの間でスライド自在に支持するスライドガイド機構と、
前記使用ポジション及び組付けポジションの双方において自然長より収縮しており、前記出力部を被送り体側に向けて押圧する弾性体と、
前記弾性体の押圧力に抗して前記出力部を前記組付けポジションに維持する力を受ける維持力受け部と
を備えることを特徴とする送り装置。
前記弾性体は、スライド方向に沿って巻き軸が配置されたコイルばねであることを特徴とする請求項１に記載の送り装置。
前記維持力受け部に対して前記維持力を付与する部材を支持する支持部であって、前記台座と一体的に設けられた支持部を更に備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の送り装置。
前記維持力受け部及び前記支持部の一方にはねじ孔が形成され、他方には該ねじ孔と同軸的に貫通孔が形成されていることを特徴とする請求項３に記載の送り装置。