JP2010110112A

JP2010110112A - 送り装置

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Publication number: JP2010110112A
Application number: JP2008279757A
Authority: JP
Inventors: Kazumasa Asumi; 一将阿隅
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2008-10-30
Filing date: 2008-10-30
Publication date: 2010-05-13
Anticipated expiration: 2028-10-30
Also published as: JP5485536B2

Abstract

【課題】長期に亙り出力部の円滑なスライドを確保することができる、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４１は、超音波振動子５１を有する出力部４５と、その出力部を、被駆動部に対して当接・離隔するようにスライド自在に支持するガイド機構４９と、出力部に対して被駆動部４２に向けた予圧を付与する予圧付与機構４７とを備える。ガイド機構は、移動体６１と、固定台６２とを有する。移動体と固定台との間には、左右一対の相互当接摺動部６５が設けられている。相互当接摺動部のそれぞれは、凹面と、それに組み入れられて当接する凸面とを含む。凸面及び凹面の双方それぞれは、スライド方向に延び、且つ、該スライド方向と直交する断面形状が、該スライド方向に亙って一定となっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、超音波振動子を用いた送り装置に関するものである。

従来、超音波振動子を用いた送り装置としては、特開２０００−１５２６７１号公報に例示されるように、交差態様で配置された一対の超音波振動子を一つの出力端部で接続するタイプや、特公平３−８１１１９号公報に例示されるように、複数の超音波振動子を行列状に配置するタイプが存在している。

図１６を参照して、前者のタイプの送り装置について説明する。送り装置１は、出力部３と、スライドガイド機構５と、予圧付与機構７とを備えている。出力部３は、交差するように配置された一対の超音波振動子９を有する。一対の超音波振動子９は、一つの出力端部１１によって接続されている。スライドガイド機構５は、出力部３をベース１３に対してスライド自在に支持しており、通常、特定方向の直線移動だけを許容するローラーガイドなどによって構成されている。予圧付与機構７は、コイルばねなどによって構成されており、出力部３を被駆動部１５に向けて付勢して出力端部１１が適当な押し付け力で被駆動部１５に当接するようにしている。スライドガイド機構５は、所定の支持溝に複数の球体が転動可能に配置された構造を有している。

本発明者の調査によると、このような構成の送り装置においては、使用期間が進むにつれて出力部のスライド態様に円滑性が失われていく現象が生じている。
特開２０００−１５２６７１号公報特公平３−８１１１９号公報

本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、長期に亙り出力部の円滑なスライドを確保することができる、送り装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するため、本発明に係る送り装置は、超音波振動子を有する出力部と、前記出力部を、被駆動部に対して当接・離隔するようにスライド自在に支持するガイド機構と、前記出力部に対して被駆動部に向けた予圧を付与する予圧付与機構とを備え、前記ガイド機構は、移動体と、固定台とを有し、前記移動体と前記固定台との間には、左右一対の相互当接摺動部が設けられており、相互当接摺動部のそれぞれは、凹面と、該凹面に組み入れられて当接する凸面とを含み、前記凸面は、スライド方向に延び、且つ、該スライド方向と直交する断面形状が、該スライド方向に亙って一定となっている。

前記相互当接摺動部はそれぞれ、開口側が相互に対面しているＶ字状又はＵ字状の二つの案内溝と、それら案内溝に挟まれるように配置された円柱部材とを有しており、体面しあう前記二つの案内溝の一方は、前記移動体に支持され、他方は、前記固定台に支持され、且つ、前記円柱部材は、前記移動体及び前記固定台の双方に対して非固定状態に保たれており、前記凹面は、前記案内溝により構成され、前記凸面は、前記円柱部材の弧状側面によって構成されているようにしてもよい。

前記相互当接摺動部はそれぞれ、Ｖ字状又はＵ字状の案内溝と、該案内溝の開口側に対面して配置される柱状部材とを有しており、前記案内溝は、前記移動体及び前記固定台の一方に支持され、前記柱状部材は、他方に支持されており、前記凹面は、前記案内溝により構成され、前記凸面は、前記柱状部材の弧状凸面によって構成されているようにしてもよい。

本発明によれば、長期に亙り出力部の円滑なスライドを確保することができる。

なお、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、被駆動部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にそれぞれ、本発明の第１の実施の形態に係る送り装置の平面、背面及び側面を示す。説明の理解を優先し、図は全て、トップカバーを省略しており、また、背面については後述の予圧付与機構を省略している。

送り装置４１は、ベース４３と、出力部４５と、予圧付与機構４７と、ガイド機構４９とを備えている。出力部４５は、ベース４３の上に配置されており、それぞれ圧電素子を含む一対のランジュバン型超音波振動子５１と、交差保持ブラケット５３とを備えている。一対の超音波振動子５１は、交差保持ブラケット５３によって平面的にみて各軸が相互に交差するような態様で支持されている。また、一対の超音波振動子５１は円柱状の出力端部５５を共有しており、すなわち、一対の超音波振動子５１の先端には単一の出力端部５５が設けられている。本実施の形態では、例示構成として、超音波振動子５１、交差保持ブラケット５３、及び出力端部５５の組立体は、平面視、左右対称的な構成を有しており、ほぼ左右対称軸上に出力端部５５の被駆動部４２に対する当接点が位置している。

超音波振動子５１や交差保持ブラケット５３を挟んだ出力端部５５との反対側には、予圧付与機構４７が設けられている。予圧付与機構４７は、コイルばね５７と、ばね受け板５９とを備えている。

ばね受け板５９は、ベース４３上に立設されている。ばね受け板５９にはコイルばね５７の後端が接続されている。コイルばね５７の前端は、交差保持ブラケット５３の後方に接続されている。予圧付与機構４７は、コイルばね５７の弾性力によって出力部４５に対して被駆動部４２への当接にむけた予圧を付与している。

ガイド機構４９は、出力部４５とベース４３との間に設けられており、出力部４５を、被駆動部４２に対して当接・離隔するようにスライド自在に支持する。図２によく示されているように、ガイド機構４９は、出力部４５を支持する移動体６１と、それと組み合わされ且つベース４３に対して固定される固定台６２とを有する。移動体６１と固定台６２との間には、左右一対の相互当接摺動部６５が設けられている。

図４及び図５に基づいて、より詳細に説明する。図４は、相互当接摺動部を示す図である。図５は、一方の案内レールとそれに組み入れられる円柱部材とを示す斜視図である。まず、図４に示されるように、相互当接摺動部６５のそれぞれは、凹面６７と、その凹面に組み入れられて凹面と当接する凸面６９とを含んでいる。

本実施の形態に沿って具体的に説明すると、移動体６１と固定台６２とにはそれぞれ、左右一対の案内レール６３が設けられている。そして、かかる案内レール６３のそれぞれには、Ｖ字状又はＵ字状の案内溝７１が形成されている。左右それぞれにおいて二つの案内レール６３が、溝の開口側が相互に対面するように配置されている。そして、一つの相互当接摺動部６５は、開口側が相互に対面している二つの案内溝７１と、それら案内溝に挟まれるように配置された円柱部材７３とを有している。体面しあう二つの案内溝７１の一方は、移動体６１に対して固定され、他方は、固定台６２に対して固定されている。円柱部材７３は、二つの案内溝７１の間にあって、移動体６１及び固定台６２の双方に対して非固定状態に保たれている。すなわち、凹面６７は、案内溝７１により構成され、凸面６９は、円柱部材７３の弧状側面によって構成されている。円柱部材７３及び案内レール６３は、スライド方向に延び、且つ、スライド方向と直交する断面形状がスライド方向に亙って一定となっており、このため、それらの一部である凸面６９及び凹面６７もまた、スライド方向に延び、且つ、スライド方向と直交する断面形状が少なくとも相互摺動範囲においてはスライド方向に亙って一定となっている。凹面６７と凸面６９との接触は、スライド方向と直交する断面においてみて、全体が接触している関係には無く、部分的に接触している関係にある。

以上のように構成された送り装置４１においては、図１に示されるように出力部４５が被駆動部４２に当接している状態から、予圧付与機構４７を機能させ、出力部４５に予圧を付与する。このとき、出力部４５は、コイルばね５７の弾性力によって前方に付勢され、所望の予圧力が付与される。所望の予圧が付与されたならば、超音波振動子５１に電流を印加することで各超音波振動子５１から変位を出力させ、出力端部５５において出力変位を合成して摩擦力として取り出し、被駆動部４２を図示の駆動方向Ｔへと動作させる。

さらに、本実施の形態に係る送り装置の作用について説明する。本発明者の調査によると、既存の送り装置として先に説明した所定の支持溝に複数の球体が転動可能に配置されたスライドガイド機構においては、使用期間が進むにつれて出力部のスライド態様に円滑性が失われていく現象が生じている。そこで、本実施の形態に係る送り装置と、複数の球体を有するスライドガイド機構を備えた比較例としての送り装置に関し、スライド円滑性の経時変化を調べる試験を行った。

図６は、試験装置に送り装置がセットされた状態を示す図である。試験装置１０１における架台１０３上には、プッシュプルゲージ１０５及びマイクロメータ１０７が搭載されている。プッシュプルゲージ１０５は、ステージ１０９によって、送り装置に対して接近・離隔方向にスライド自在に設けられている。なお、プッシュプルゲージとしては、株式会社イマダのデジタルフォースゲージ（ＤＰＺＳ＋ＤＰＵ５００Ｎ）を使用した。

試験手順としては、まず、試験装置１０１の架台１０３上に、本実施の形態に係る送り装置４１又は比較例の送り装置をセットし、送り装置の出力端部の先端に、プッシュプルゲージを接触させる。そして、送り装置側の予圧を開放し、状態を変更しながらプッシュプルゲージ１０５側で予圧の測定を行う。具体的には、マイクロメータ１０７を回し、プッシュプルゲージ１０５を図中左側（送り装置から離隔する側）にストローク量０．１［ｍｍ］ずつ移動させ、それぞれの位置で予圧を測定する。図中左側へ合計ストローク量１．０［ｍｍ］の移動が終了したならば、今度は逆に、プッシュプルゲージ１０５を図中右側（送り装置に接近する側）にストローク量０．１［ｍｍ］ずつ移動させ、それぞれの位置で予圧を測定する。図中右側へ合計ストローク量１．０［ｍｍ］移動させ、試験開始時のセットポジションに戻るようにする。

図７に試験結果を示す。（ａ）は比較例の送り装置に関するものであり、（ｂ）は本実施の形態に係る送り装置に関するものである。図７の（ａ）に示されるように、まず、比較例の送り装置では、製造後の状態すなわち駆動前の状態では、ガイド機構のスライド円滑性は極めて良好であり、ヒステリシスは殆どみられず、予圧力は、出力端部（プッシュプルゲージ）のストローク量ときれいに比例していることが分る。その一方で、被駆動部を１００［ｍ］走行させた後の試験結果では、非常に大きなヒステリシスがみられ、ガイド機構のスライド円滑性が損なわれていることが分る。すなわち、ストローク量を増加させていく向きの変化では、ガイド機構が追従せずに、予圧力が大きく下降しており、ストローク量を増加から減少に転じた瞬間にガイド機構には大きな負荷がかかり、さらに、ストローク量を減少させていく向きの変化でも、ガイド機構が抵抗となって、予圧力が大きく上昇していることが分る。かかる比較例の送り装置に対し、本実施の形態に係る送り装置４１では、図７の（ｂ）に示されるように、駆動前も、走行後もヒステリシス自体は一定して僅かに存在しているものの、ヒステリシスの変化は生じなかった。しかも、走行後の試験結果は、比較例の１００［ｍ］走行の条件とは大いに異なり、１００倍の１０［ｋｍ］走行後のものであり、実使用においてもガイド機構４９のスライド円滑性が損なわれず、当初設計どおりの性能が長期に亙って確保されるという極めて優秀な装置となっている。

また、上記の試験が終了した後に、本実施の形態に係る送り装置４１、及び、比較例の送り装置の双方を分解調査したところ、比較例の送り装置では、ガイド機構におけるＶ字状溝に削れた痕が確認されたが、本実施の形態に係る送り装置４１では、そのような痕は全くみられなかった。

このように、本実施の形態に係る送り装置によれば、ガイド機構において、スライド方向に延び、且つ、スライド方向と直交する断面形状がスライド方向に亙って一定となる凸面が、凹面に対し、全体ではなく部分的に接触している関係で当接されているため、凸面が凹面を削ることなく円滑に摺動する。よって、ガイド機構におけるスライド円滑性の経時変化が極めて微小で、長期に亙り出力部の円滑なスライドを確保することができる。また、本実施の形態では、案内溝に組み入れられるのは一つの円柱部材だけであるため、複数の部材を組み入れた場合のように、部材相互間の寸法精度が不足することによる、出力部の首振り発生、振動発生、案内溝の削れ発生等の問題を生じることもない。

次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。図８に、本発明の第２の実施の形態に関する図２と同態様の図を示す。第２の実施の形態は、第１の実施の形態に対し、案内溝及び凸面の形成態様が異なる。ガイド機構１４９は、図８に示されるように、移動体６１と、それと組み合わされ且つベース４３に対して固定される固定台６２とを有する。移動体６１と固定台６２との間には、左右一対の相互当接摺動部１６５が設けられている。相互当接摺動部１６５のそれぞれは、凹面と、その凹面に組み入れられて凹面と当接する凸面とを含んでいる。

本実施の形態に沿って具体的に説明すると、固定台６２には左右一対の案内レール６３が設けられ、移動体６１には左右一対の柱状部材１７３が設けられている。案内レール６３のそれぞれには、Ｖ字状又はＵ字状の案内溝が形成されている。左右それぞれにおいて、柱状部材１７３は、案内レール６３の溝の開口側と対面するように配置されている。そして、一つの相互当接摺動部１６５は、一つの案内溝と、案内溝に挟まれるように配置された一つの柱状部材１７３とを有している。案内溝は、固定台６２に対して固定され、柱状部材１７３は、移動体６１に対して固定されている。すなわち、本実施の形態では、凹面は、案内溝により構成され、凸面は、柱状部材１７３の弧状凸面によって構成されている。柱状部材１７３及び案内レール６３は、スライド方向に延び、且つ、スライド方向と直交する断面形状がスライド方向に亙って一定となっており、このため、それらの一部である凸面及び凹面もまた、スライド方向に延び、且つ、スライド方向と直交する断面形状が少なくとも相互摺動範囲においてはスライド方向に亙って一定となっている。凹面と凸面との接触は、スライド方向と直交する断面においてみて、全体が接触している関係には無く、部分的に接触している関係にある。

このような本実施の形態においても、前述の実施の形態と同様に、ガイド機構において、スライド方向に延び、且つ、スライド方向と直交する断面形状がスライド方向に亙って一定となる凸面が、凹面に対し、全体ではなく部分的に接触している関係で当接されているため、凸面が凹面を削ることなく円滑に摺動する。よって、ガイド機構におけるスライド円滑性の経時変化が極めて微小で、長期に亙り出力部の円滑なスライドを確保することができる。また、本実施の形態では、案内溝に組み入れられるのは一つの柱状部材だけであるため、複数の部材を組み入れた場合のように、部材相互間の寸法精度が不足することによる、出力部の首振り発生、振動発生、案内溝の削れ発生等の問題を生じることもない。

また、第２の実施の形態に送り装置に関しても、第１の実施の形態と同様な試験を行っており、本発明の二つの実施の形態と、比較例とのそれぞれのヒステリシスの結果を図９にまとめて示す。なお、ヒステリシスは、ストローク量０．５［ｍｍ］の位置おける値を採用している。これより分るように、本発明は、ヒステリシスの変化は殆ど無く、長期の使用に亙ってもスライド円滑性が損なわれず、当初設計どおりの性能が長期に亙って確保される。

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。

本発明においては、相互当接摺動部が、凹面と、それに組み入れられて当接する凸面とを含み、凸面は、スライド方向に延びており、且つ、該スライド方向と直交する断面形状が、該スライド方向に亙って一定であればよいため、凹凸の設置態様は様々に採り得る。例えば、相互当接摺動部を構成する凹凸の設置対象を、移動体及び固定台のいずれが担うかは、適宜改変することができる。よって、図２及び図８の態様において、凹凸の設置対象をそれぞれ逆に担当させたような図１０及び図１１に示す態様も可能である。また、相互当接摺動部を構成する凹凸の内外の支持対象を、移動体及び固定台のいずれが担うかは、適宜改変することができる。よって、図２及び図８の態様において、凹凸の内外の支持対象をそれぞれ逆に担当させたような図１２及び図１３に示す態様も可能である。さらに、上記を組み合わせ、図２及び図８の態様において、凹凸の設置対象及び凹凸の内外の支持対象の双方をそれぞれ逆に担当させたような図１４及び図１５に示す態様も可能である。

また、本発明は、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（被駆動部）を回転駆動させる態様として実施することもできる。

さらに、本発明を適用する出力部の態様は、交差態様で配置された一対の超音波振動子を一つの出力端部で接続するタイプには限定されず、例えば、複数の超音波振動子を行列状に配置するタイプを採用することも可能である。

本発明の実施の形態に係る送り装置の平面図である。図１の矢印ＩＩからみた送り装置の背面図である。図１の矢印ＩＩＩからみた送り装置の側面図である。本実施の形態に関し、移動体と案内レールとの間の部分を示す図である。本実施の形態に関し、一方の案内レールとそれに組み入れられる円柱部材とを示す斜視図である。試験装置に送り装置がセットされた状態を示す図である。駆動前後における予圧力とストローク量との関係を示し、（ａ）は比較例の送り装置に関するものであり、（ｂ）は本実施の形態に係る送り装置に関するものである。本発明の改変された実施の形態に関する図２と同態様の図である。本発明の二つの実施の形態と、比較例とのそれぞれのヒステリシスの結果をまとめて示すものである。本発明に関する相互当接摺動部の構成の改変例を示す図である。本発明に関する相互当接摺動部の構成の改変例を示す図である。本発明に関する相互当接摺動部の構成の改変例を示す図である。本発明に関する相互当接摺動部の構成の改変例を示す図である。本発明に関する相互当接摺動部の構成の改変例を示す図である。本発明に関する相互当接摺動部の構成の改変例を示す図である。従来の送り装置の構成を示す図である。

符号の説明

４１送り装置
４２被駆動部
４５出力部
４７予圧付与機構
４９、１４９ガイド機構
５１超音波振動子
６１移動体
６２固定台
６３案内レール
６５、１６５相互当接摺動部
６７凹面
６９凸面
７１案内溝
７３円柱部材
１７３柱状部材

Claims

超音波振動子を有する出力部と、
前記出力部を、被駆動部に対して当接・離隔するようにスライド自在に支持するガイド機構と、
前記出力部に対して被駆動部に向けた予圧を付与する予圧付与機構とを備え、
前記ガイド機構は、移動体と、固定台とを有し、
前記移動体と前記固定台との間には、左右一対の相互当接摺動部が設けられており、
相互当接摺動部のそれぞれは、凹面と、該凹面に組み入れられて当接する凸面とを含み、
前記凸面は、スライド方向に延び、且つ、該スライド方向と直交する断面形状が、該スライド方向に亙って一定である
送り装置。
前記相互当接摺動部はそれぞれ、開口側が相互に対面しているＶ字状又はＵ字状の二つの案内溝と、それら案内溝に挟まれるように配置された円柱部材とを有しており、
体面しあう前記二つの案内溝の一方は、前記移動体に支持され、他方は、前記固定台に支持され、且つ、前記円柱部材は、前記移動体及び前記固定台の双方に対して非固定状態に保たれており、
前記凹面は、前記案内溝により構成され、前記凸面は、前記円柱部材の弧状側面によって構成されている
請求項１の送り装置。
前記相互当接摺動部はそれぞれ、Ｖ字状又はＵ字状の案内溝と、該案内溝の開口側に対面して配置される柱状部材とを有しており、
前記案内溝は、前記移動体及び前記固定台の一方に支持され、前記柱状部材は、他方に支持されており、
前記凹面は、前記案内溝により構成され、前記凸面は、前記柱状部材の弧状凸面によって構成されている
請求項１の送り装置。