JP2006174521A

JP2006174521A - 超音波アクチュエータ

Info

Publication number: JP2006174521A
Application number: JP2004359055A
Authority: JP
Inventors: Yasuaki Kasai; 靖明葛西
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2004-12-10
Filing date: 2004-12-10
Publication date: 2006-06-29

Abstract

【課題】多自由度で、かつ被駆動体と超音波振動子の摩擦抵抗を小さくする。
【解決手段】超音波アクチュエータ１００では、超鋼からなる被駆動体１上の円周上に沿って超音波振動子２を配置する。被駆動体１の円周上に配置された超音波振動子２に振動子ホルダ３を取付けて超音波振動子２を機械的に所定の位置出しを行う。さらにベースホルダ４に被駆動体１、超音波振動子２および振動子ホルダ３からなるもの組込む。ベースホルダ４に組込まれた振動子ホルダ３の位置が縦横方向のある所定の位置で規制するように保持部５をベースホルダ４の上下に配置する。超音波振動子２と被駆動体１との間に押圧力を加えるために、ベースホルダ４の側面から振動子ホルダ３に対して押圧部６を挿入する。
【選択図】図５

Description

本発明は、超音波アクチュエータ、特に超音波モータの振動子に周波電圧を印加することにより、駆動力を発生する超音波アクチュエータに関する。

従来の超音波アクチュエータの駆動装置としては、特開平１１−２６２２７９号公報に振動波アクチュエータの駆動方法として開示されたものがある。

この従来技術では、振動波アクチュエータは図１２に示すような構造である。略球面上をしたロータの最大外周円に沿って振動波アクチュエータが４つ配置してある。ステータ（以後、超音波振動子とする）に超音波アクチュエータの原理によってロータ（以後、被駆動体とする）に回転駆動力を及ぼすものである。

超音波（振動波）アクチュエータは、被駆動体と超音波振動子の摩擦力を用いて駆動を行っている。
特開平１１−２６２２７９号公報

しかしながら、上記従来発明では多軸の駆動軸を有する振動波アクチュエータでは、被駆動体と超音波振動子の接触面積が大きいため摩擦抵抗が増大し、駆動効率が悪い可能性がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、多自由度で、かつ被駆動体と超音波振動子の摩擦抵抗を小さくすることのできる超音波アクチュエータを提供することを目的としている。

本発明の超音波アクチュエータは、
略球体状である被駆動体と、
前記被駆動体の周りに対向して配置された少なくとも２対の超音波振動子と、
前記超音波振動子の、前記被駆動体が駆動される方向への動きを規制する振動子ホルダと、
前記超音波振動子を所定の位置に設置するベースホルダと、
前記ベースホルダを上下から挟み込み、該ベースホルダを保持する保持部と、
前記ベースホルダの側面から前記振動子ホルダを介して、前記超音波振動子に所望の押圧力を加える押圧部と、
前記超音波振動子を駆動するための駆動信号を印加する信号印加部と
を備えて構成される。

本発明によれば、多自由度で、かつ被駆動体と超音波振動子の摩擦抵抗を小さくすることができるという効果がある。

以下、図面を参照しながら本発明の実施例について述べる。

図１ないし図１１は本発明の実施例１に係わり、図１は超音波アクチュエータの外観を示す外観図、図２は図１の超音波アクチュエータの底面側から見た外観図、図３は図１の超音波アクチュエータの展開図、図４は図１の上面及び側面を示す図、図５は図１の超音波アクチュエータの断面を示す図、図６は図５の縦型に配置される超音波振動子を示す図、図７は図５の横型に配置される超音波振動子を示す図、図８は図５の振動子ホルダ及び超音波振動子の外観を示す図、図９は図８の振動子ホルダのｘ方向側面を示す図、図１０は図８の振動子ホルダのｙ方向側面を示す図、図１１は図８の振動子ホルダのｚ方向側面を示す図である。

図１ないし図４に示すように、本実施例の超音波アクチュエータ１００は、被駆動体１、超音波振動子２、振動子ホルダ３、ベースホルダ４、保持部５及び押圧部６から構成されている。

超鋼からなる被駆動体１上の円周上に沿って超音波振動子２を配置する。被駆動体１の円周上に配置された超音波振動子２に振動子ホルダ３を取付けて超音波振動子２を機械的に所定の位置出しを行う。さらにその状態で、ベースホルダ４に被駆動体１、超音波振動子２および振動子ホルダ３からなるもの組込む。

ベースホルダ４に組込まれた振動子ホルダ３の位置が縦横方向のある所定の位置で規制するように保持部５をベースホルダ４の上下に配置する。また、超音波振動子２と被駆動体１との間に、例えば０．１〜２Ｋｇ程度の押圧力を加えるために、ベースホルダ４の側面から振動子ホルダ３に対して押圧部６を挿入する。

なお、本実施例では、押圧力は例えば４００ｇとした。また、被駆動体の材質を超鋼としたが、これに限定するものではなくセラミックやセラミックを蒸着した材料でも良い。

また、保持部５は、ベースホルダ４と一体で上下方向からビス１０によりビス止めを行っている。ベースホルダ４と一体でビス止めを行うことにより、ベースホルダ４に配置されている振動子ホルダ３を保持することができる。ベースホルダ４と一体で上下方向からビス止めを行うために被駆動体１の複数ある回転軸対して、各軸周りに駆動する影響によって超音波振動子２が動かないように縦横の動きを規制するという効果が得られる。

また、超音波アクチュエータ１００には、図５に示すように、被駆動体１が振動子ホルダ３を介してベースホルダ４に配置されている超音波振動子２によって狭持している。被駆動体１が超音波振動子２に狭持されることにより、被駆動体がしっかり保持できるおよび常に一定の駆動力を被駆動体に与えることが可能であるという効果が得られる。また、被駆動体１が抜けないために他の部品を使用しないで済むため高コストが掛からないという効果が得られる。

超音波振動子２は、図６に示すように、圧電積層体２０に２つの駆動子２１、２２、外部電極２３および支持体２４を設けた構成になっている。実際に被駆動体１と接する個所は、２つの駆動子２１、２２になる。この２つの駆動子２１、２２の厚さ方向に被駆動体１の略球体上の曲率に合わせて凹状に形成されている。また、長手方向の寸法は例えば５〜２０ｍｍである。さらに超音波振動子２の共振周波数は７５ＫＨｚ〜３２０ＫＨｚである。

なお、本実施例では曲率に合わせて凹状に成形しているがこれに限定するものでなく、Ｖ字上のものや三角上のものでも良い。

２つの駆動子２１、２２の厚さ方向に被駆動体１の略球体上の曲率に合わせて凹状に形成されているため、被駆動体１と駆動子２１、２２間の接触面積が小さくて済み、接触抵抗を低減できるという効果が得られる。

図７ないし図１０に示すように、正四角形の振動子ホルダ３には、超音波振動子２が設置できる溝３０が削られていて、さらに超音波振動子２を支持するためのＳＵＳで出来ている超音波振動子２の支持体２４を設置する溝３２も合わせて削られている。また、振動子ホルダ３が正四角形のためにベースホルダ４に対して、縦方向および横方向のいずれかに配置できる。

なお、本実施例で超音波振動子２の支持体３１の材質をＳＵＳとしたがこれに限定するものではない。

振動子ホルダ３と超音波振動子２の位置が機械的に決まるため、被駆動体１に対して常に一定の位置で固定できるという効果が得られる。また、振動子ホルダ３を縦方向、横方向のいずれかにも取付けられるため、超音波振動子２の配置設計の自由度が高いという効果が得られる。

ベースホルダ４は、図１１に示すように、振動子ホルダ３が最大８個配置できるように溝４１が切られて用意されている。その溝４１は、対向した位置に設けられている。この溝４１に複数の超音波振動子２を設置できるため、縦方向のみ、横方向のみおよび縦横交互（対向する超音波振動子は同じ方向）に設置するなどの設計の自由度が高いという効果が得られる。

上述したように、本実施例では、被駆動体１と超音波振動子２との間の接触面積を小さくし、摩擦抵抗を低減できるという効果が得られる。また、被駆動体１が略球体状であるため、複数の回転軸を有し、各回転軸周りにの回転駆動が行えるという効果が得られる。さらに駆動効率が良い状態で任意方向に駆動が行えるという効果が得られる。
本発明は、上述した実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等が可能である。

本発明の実施例１に係る超音波アクチュエータの外観を示す外観図図１の超音波アクチュエータの底面側から見た外観図図１の超音波アクチュエータの展開図図１の上面及び側面を示す図図１の超音波アクチュエータの断面を示す図図５の縦型に配置される超音波振動子を示す図図５の横型に配置される超音波振動子を示す図図５の振動子ホルダ及び超音波振動子の外観を示す図図８の振動子ホルダのｘ方向側面を示す図図８の振動子ホルダのｙ方向側面を示す図図８の振動子ホルダのｚ方向側面を示す図従来の超音波アクチュエータを示す図

符号の説明

１…被駆動体
２…超音波振動子
３…振動子ホルダ
４…ベースホルダ
５…保持部
６…押圧部
１００…超音波アクチュエータ
代理人弁理士伊藤進

Claims

略球体状である被駆動体と、
前記被駆動体の周りに対向して配置された少なくとも２対の超音波振動子と、
前記超音波振動子の、前記被駆動体が駆動される方向への動きを規制する振動子ホルダと、
前記超音波振動子を所定の位置に設置するベースホルダと、
前記ベースホルダを上下から挟み込み、該ベースホルダを保持する保持部と、
前記ベースホルダの側面から前記振動子ホルダを介して、前記超音波振動子に所望の押圧力を加える押圧部と、
前記超音波振動子を駆動するための駆動信号を印加する信号印加部と
を備えたことを特徴とする超音波アクチュエータ。
前記被駆動体は、複数の回転軸を有し、前記超音波振動子の駆動によって各軸周りに回転する
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波アクチュエータ。
前記被駆動体は、前記超音波振動子によって狭持される
ことを特徴とする請求項１に1記載の超音波アクチュエータ。
前記超音波振動子は、圧電層と内部電極層とを交互に積層した形で形成され、駆動力を取り出すための駆動子が設けられており、前記駆動子は、厚さ方向に所望の凹状に形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波アクチュエータ。
前記超音波振動子は、各回転軸周りの被駆動体上の円周に沿って配置する
ことを特徴とする請求項２に記載の超音波アクチュエータ。
前記超音波振動子は、各回転軸周りの被駆動体上の円周に対して所定の角度をもって配置されている
ことを特徴とする請求項２に記載の超音波アクチュエータ。
前記振動子ホルダは、前記超音波振動子を支持する支持体を備え、前記支持体を用いて前記超音波振動子を所定の位置に保持する
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波アクチュエータ。
前記振動子ホルダは、前記前記超音波振動子の向きを異ならせて配置可能である
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波アクチュエータ。
前記ベースホルダは、前記超音波振動子を配置するための凹部が複数形成されている
ことを特徴とする請求項１に1記載の超音波アクチュエータ。
前記ベースホルダは、前記超音波振動子の向きをそれぞれ異ならせて配置可能である
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波アクチュエータ。
前記保持部は、前記被駆動体の複数ある回転軸に対して、所定の位置に配置された前記超音波振動子の前記保持部による保持方向への動きを規制する
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波アクチュエータ。