JP2013183563A - Ultrasonic actuator - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ultrasonic actuator from which a high torque driving force can be output, by suppressing increase in the resonance frequency of ultrasonic vibration, thereby obtaining a large vibration amplitude.SOLUTION: In the ultrasonic actuator including a stator 1 having ultrasonic wave generation elements 3a, 3b, 3c, 3d, and a columnar actuator 2 inserted into the stator and held in place, and rotates and/or acts directly, the stator is provided with a plurality of holes h1, h2 in the surface and/or the interior of at least two sets of surfaces 11, 12, 13, 14 facing each other.

Description

本発明は、超音波アクチュエータに関し、特に、高トルクの出力を可能にする超音波アクチュエータに関するものである。   The present invention relates to an ultrasonic actuator, and more particularly to an ultrasonic actuator that enables high torque output.

従来の超音波アクチュエータは、複数の電歪素子または磁歪素子を組み合わせた振動子を、弾性体の内部に組み込み、当該弾性体の表面に励振される横波と縦波の合成による進行波を、作動子の一方向運動に変換する構成のものがあり、上記作動子を回転子とすることにより、当該回転子に対して回転運動を付与する構成のものであった(特許文献1参照)。   In conventional ultrasonic actuators, a vibrator combining multiple electrostrictive elements or magnetostrictive elements is incorporated into an elastic body, and a traveling wave is generated by combining a transverse wave and a longitudinal wave excited on the surface of the elastic body. There is a configuration that converts the movement into a unidirectional movement of the child, and the rotation is applied to the rotor by using the actuator as a rotor (see Patent Document 1).

ところが、上記構成のアクチュエータは、弾性体と作動子(回転子)とを加圧接触させる必要性から、そのための押圧機構を設けることが要求されるものであった。また、回転子を回転させるためには、弾性体を円環状に形成し、その円環に当接する円盤状の回転子を摩擦接触させる構成であるため、その回転子が大きくなってしまい、小型化すべき駆動装置には適さないものとなっていた。   However, the actuator having the above configuration is required to be provided with a pressing mechanism for pressing the elastic body and the actuator (rotor) in pressure. Further, in order to rotate the rotor, the elastic body is formed in an annular shape, and the disk-shaped rotor that is in contact with the annular ring is configured to be in frictional contact. It was not suitable for the drive device to be converted.

そこで、円柱状または円筒状の作動子(軸部材または円筒ロータ)を駆動する超音波アクチュエータが開発されている(特許文献2ないし4参照)。これらの技術は、円柱状または円筒状の作動子と摩擦接触するステータが円筒状に形成されており、その円筒状ステータの外部表面に圧電素子を点在させる構成のほかに(特許文献2)、円筒状のステータの内部表面に圧電素子を設け、このステータの内部に摩擦材帯を介して作動子を接触させる構成(特許文献3)であった。さらに、円筒状の固定子(ステータ)の一方表面に分極電極を配列し、他方表面に全面電極を設ける構成としたものがあった(特許文献4)。   Therefore, an ultrasonic actuator for driving a columnar or cylindrical actuator (shaft member or cylindrical rotor) has been developed (see Patent Documents 2 to 4). In these technologies, a stator that is in frictional contact with a columnar or cylindrical actuator is formed in a cylindrical shape, and in addition to a configuration in which piezoelectric elements are scattered on the outer surface of the cylindrical stator (Patent Document 2). In this configuration, a piezoelectric element is provided on the inner surface of the cylindrical stator, and an actuator is brought into contact with the inside of the stator via a friction material band (Patent Document 3). Furthermore, there has been a configuration in which a polarization electrode is arranged on one surface of a cylindrical stator (stator) and a full surface electrode is provided on the other surface (Patent Document 4).

しかしながら、ステータを円筒状とする場合、その表面に設けられる圧電素子は、当該円筒状表面に沿った形状としなければならず、その製造が容易なものではなかった。しかも、ロータを作動させるための超音波振動の励起が複雑となり、そのままの構成により小型化することが難しいものであった。そこで、本願の発明者らは、小型化を可能にし得る超音波アクチュエータを開発した(特許文献5および6参照)。   However, when the stator has a cylindrical shape, the piezoelectric element provided on the surface has to be shaped along the cylindrical surface, and its manufacture is not easy. In addition, the excitation of ultrasonic vibration for operating the rotor is complicated, and it is difficult to reduce the size by the same configuration. Therefore, the inventors of the present application have developed an ultrasonic actuator that can be miniaturized (see Patent Documents 5 and 6).

特開昭59−96881号公報JP 59-96881 A 実開平2−83695号公報Japanese Utility Model Publication No. 2-83695 特開平3−198672号公報Japanese Patent Laid-Open No. 3-198672 特開平10−210776号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-210776 WO2008/038817号公報WO2008 / 038817 特開2009−261494号公報JP 2009-261494 A

前掲の特許文献5に開示される技術は、作動子孔の軸線方向に垂直な断面の外周輪郭が四角形となるステータを、鉄、ステンレス、アルミニウム、銅等の金属材料で構成し、前記四角形側面に超音波発生素子を取り付ける構成であった。また、上記技術では、作動子の駆動トルクを向上させるために、ステータと作動子との摩擦を最適に設定することが必要となるところ、ステータの作動子孔の径と作動子の径とをミクロン単位で調整することが困難なことから、前掲の特許文献6に開示される技術では、ステータを複数の部品により構成することとし、作動子の径に応じてステータの作動子孔の大きさを調整できるように構成していた。   In the technique disclosed in Patent Document 5 described above, a stator having a quadrangular outer peripheral contour in a cross section perpendicular to the axial direction of the actuator hole is made of a metal material such as iron, stainless steel, aluminum, copper, etc. It was the structure which attaches an ultrasonic wave generation element to. In the above technique, in order to improve the driving torque of the actuator, it is necessary to optimally set the friction between the stator and the actuator. Since it is difficult to adjust in micron units, in the technique disclosed in the above-mentioned Patent Document 6, the stator is constituted by a plurality of parts, and the size of the actuator hole of the stator according to the diameter of the actuator. Was configured to be adjustable.

ところが、ステータと作動子との摩擦状態を最適に設定したとしても、本来生じるべきトルクを得ることができない場合があった。その理由としては、圧電素子などの超音波発生素子により励起される超音波振動の共振周波数が上昇することに伴って、共振する超音波振動の振幅が減少することによることが考えられる。このことは、アクチュエータを小型化した際には深刻な問題となっていた。   However, even if the frictional state between the stator and the actuator is optimally set, there is a case where the torque that should be originally generated cannot be obtained. The reason is considered to be that the amplitude of the ultrasonic vibration that resonates decreases as the resonance frequency of the ultrasonic vibration excited by the ultrasonic generating element such as a piezoelectric element increases. This was a serious problem when the actuator was downsized.

本発明は、上記諸点にかんがみてなされたものであって、その目的とするところは、超音波振動の共振周波数の上昇を抑えることにより、大きな振動振幅を得ることによって高いトルクの駆動力を出力させ得る超音波アクチュエータを提供することである。   The present invention has been made in view of the above points, and its purpose is to output a high torque driving force by obtaining a large vibration amplitude by suppressing an increase in the resonance frequency of ultrasonic vibration. It is to provide an ultrasonic actuator that can be made to operate.

そこで、本発明は、超音波発生素子を有するステータと、このステータに貫挿されて保持され、回転および/または直動する柱状の作動子とを備える超音波アクチュエータにおいて、前記ステータは、表面および/または内部に複数の空孔を有してなることを特徴とするものである。   Accordingly, the present invention provides an ultrasonic actuator comprising a stator having an ultrasonic wave generating element and a columnar actuator that is inserted and held in the stator and rotates and / or linearly moves. It is characterized by having a plurality of holes inside.

上記構成によれば、ステータの表面および/または内部には複数の空孔が存在するため、同じ材料による塊状のもの(バルク)に比較して、外部から受ける応力に対するひずみ量が大きくなり、ステータ全体のヤング率が小さくなる。そして、共振周波数は、ヤング率を密度で除した値の平方根により求めることができるところ、ヤング率が小さくなることにより、その値(共振周波数)は小さくなる。その結果として共振する振動の振幅を大きくすることができ、大きいトルクを得ることができるのである。ここで、ステータ全体のヤング率とは、ステータを一つの塊として観察する場合のヤング率(応力/ひずみ)を意味するものであり、材料固有のヤング率は変化しないが、ステータ全体としてはひずみを生じやすくなることから、全体としてのヤング率は小さくなるのである。なお、上記理由から、以下において、ステータ全体を観察したときのヤング率のことを「みかけのヤング率」と称する場合がある。なお、上記において、回転駆動のためのトルクを中心に説明したが、直線方向への進退移動(直動)におけるスラスト力についても同様である。以下の説明においてもトルクを中心として説明するがその場合も同じである。   According to the above configuration, since there are a plurality of holes on the surface and / or inside of the stator, the amount of strain with respect to the stress received from the outside becomes larger than that of a bulk (bulk) made of the same material. The overall Young's modulus is reduced. The resonance frequency can be obtained from the square root of the value obtained by dividing the Young's modulus by the density. When the Young's modulus decreases, the value (resonance frequency) decreases. As a result, the amplitude of the resonating vibration can be increased and a large torque can be obtained. Here, the Young's modulus of the entire stator means the Young's modulus (stress / strain) when the stator is observed as one lump. The Young's modulus inherent to the material does not change, but the entire stator is strained. As a result, the Young's modulus as a whole is reduced. For the above reasons, the Young's modulus when the entire stator is observed is sometimes referred to as “apparent Young's modulus”. In the above description, the torque for rotational drive has been mainly described, but the same applies to the thrust force in the forward / backward movement (linear motion) in the linear direction. In the following description, torque will be mainly described, but the same is also true in that case.

上記発明において、ステータを多孔質金属で構成してもよい。多孔質金属とは、金属粉末を成形・焼結して製造される金属であり、金属粉末にバインダおよび気孔形成材料を添加して製造することができるものである。このような多孔質金属を使用する場合には、気孔形成材料の添加量によって金属中に形成される空孔の割合を調整することができ、所望のヤング率を有するステータを形成することが可能となる。   In the above invention, the stator may be made of a porous metal. The porous metal is a metal produced by molding and sintering metal powder, and can be produced by adding a binder and a pore forming material to the metal powder. When such a porous metal is used, the proportion of pores formed in the metal can be adjusted by the amount of pore forming material added, and a stator having a desired Young's modulus can be formed. It becomes.

上記発明において、ステータの空孔は、貫通した貫通孔で構成することができる。このような構成によれば、ステータは、隣接する貫通孔の間隙に存在する材料によって全体が形成されることとなり、外部から受ける応力に対するひずみ量が一層大きくなり、ステータ全体のヤング率を小さくすることができる。   In the above-mentioned invention, the air holes of the stator can be constituted by penetrating through holes. According to such a configuration, the whole of the stator is formed by the material existing in the gap between the adjacent through holes, the amount of strain with respect to external stress is further increased, and the Young's modulus of the entire stator is reduced. be able to.

さらに、上記発明における空孔は、規則的にかつ等間隔に穿設された空孔とすることができる。このような構成であれば、ステータ全体のうち、部分的にひずみが大きく(または小さく)なることを避け、全体的に均一な状態でひずみを大きくすることができる。   Further, the holes in the above invention can be holes formed regularly and at equal intervals. With such a configuration, it is possible to avoid that the strain is partially increased (or decreased) in the entire stator and to increase the strain in a uniform state as a whole.

また、本発明は、六面体のステータと、このステータの対向する二面を貫通する作動子孔と、この作動子孔の内部に貫挿されて保持され、回動および/または直動する柱状の作動子と、前記ステータの残りの四面のそれぞれに装着された超音波発生素子とを備える超音波アクチュエータにおいて、前記ステータは、前記超音波発生素子が装着される四面の表面および/または内部に複数の空孔を有してなることを特徴とするものである。   Further, the present invention provides a hexahedral stator, an actuator hole penetrating through two opposing surfaces of the stator, and a columnar shape that is inserted and held inside the actuator hole and rotates and / or moves linearly. In the ultrasonic actuator comprising an actuator and ultrasonic generating elements mounted on each of the remaining four surfaces of the stator, a plurality of the stators are provided on and / or inside the four surfaces on which the ultrasonic generating elements are mounted. It is characterized by having the following holes.

上記構成によれば、超音波発生素子が装着される面の表面に、またはその表面から適宜深さに至る範囲もしくは適宜深さにおける一部に、複数の空孔が設けられていることから、超音波発生素子によって励起される振動は、上記複数の空孔のないところを伝達し、共振することとなるが、その振動が励起される部分のひずみが大きくなり、当該部分のヤング率を小さくすることとなるため、共振する振動の振幅を大きくすることができる。また、ステータの形状は基本的に六面体で構成されることとなるから、超音波発生素子は、上記六面体の四面に装着することができることから、超音波発生素子をステータの形状に合わせる必要がない。   According to the above configuration, a plurality of holes are provided on the surface of the surface on which the ultrasonic generating element is mounted, or in a range from the surface to an appropriate depth or a part of the appropriate depth. The vibration excited by the ultrasonic generating element transmits and resonates in the place without the plurality of holes, but the distortion of the portion excited by the vibration increases, and the Young's modulus of the portion decreases. Therefore, the amplitude of the resonating vibration can be increased. In addition, since the shape of the stator is basically composed of a hexahedron, the ultrasonic wave generating element can be mounted on the four sides of the hexahedron, and therefore it is not necessary to match the ultrasonic wave generating element to the shape of the stator. .

上記構成に発明においてもステータを多孔質金属で構成することができる。多孔質金属は、金属粉末を成形して所望形状に製造することができることから、上記構成のように、空孔を有する金属によって六面体を製造することが可能である。   In the above-described configuration, the stator can be made of a porous metal. Since the porous metal can be manufactured into a desired shape by molding metal powder, it is possible to manufacture a hexahedron with a metal having pores as described above.

また、上記発明において、空孔は、前記六面体のうち対向する二面間を貫通する貫通孔で構成することができる。このような構成であれば、対向する二面間を貫通させていることから、当該貫通孔は、作動子用孔に至る(作動子用孔をも貫通する)こととなり、超音波発生素子により振動が励起される面から、作動子用孔までの範囲が同じ状態でひずむ状態とすることができ、当該範囲におけるヤング率を同様の値に調整することができる。   Moreover, in the said invention, a void | hole can be comprised by the through-hole which penetrates between two opposing surfaces among the said hexahedron. In such a configuration, since the two opposing surfaces are penetrated, the through hole reaches the operator hole (also penetrates the operator hole), and the ultrasonic generating element The range from the surface where vibration is excited to the hole for the actuator can be distorted in the same state, and the Young's modulus in the range can be adjusted to a similar value.

さらに、貫通孔は、相互に等間隔でかつ規則的に穿設された構成とすることができる。このような構成であれば、六面体に形成したステータについて、その四面から作動子用孔に至る範囲の内部構造を均一にすることができ、当該四面の用面で励起した振動は、その四面のいずれで励起した場合も同様に作動子用孔に伝達されることとなり、その共振する振動も同様に作動子に作用させることができる。   Furthermore, the through holes can be configured to be regularly drilled at regular intervals. With such a configuration, for the stator formed in a hexahedron, the internal structure in the range from the four surfaces to the actuator hole can be made uniform, and the vibration excited on the four surfaces is the vibration of the four surfaces. In either case, the vibration is transmitted to the actuator hole in the same manner, and the resonating vibration can be applied to the actuator as well.

本発明によれば、小型化した際にトルク不足となり得る超音波アクチュエータについて、高トルク化することができる。すなわち、医療分野においては、カテーテルの誘導用モータとして使用することができ、所望トルクを微細なモータによって得ることができることから、低侵襲性の高い医療行為において使用することができる。また、カテーテルを使用した末梢血管や冠静脈など血管内部の診断装置としての血管内超音波診断装置(IVUS:Intravascular Ultrasound)において、プローブ(超音波探触子)の回転駆動に使用することも可能となる。このIVUSは、カテーテルの先端にプローブが設けられ、このプローブから超音波を発信し、反射信号を再びプローブで受信するものであり、この反射信号から画像化する装置であり、血管の内壁を周方向に回転させるための駆動力として、微小な本発明のモータを使用することができるのである。さらに、内視鏡の先端に取り付ける場合には、先端の位置を特定するためのデバイスとして機能させることができ、薬剤投与や部分的切除の際に高速な位置特定が可能となり、患者への負担を軽減させることが可能となる。   According to the present invention, it is possible to increase the torque of an ultrasonic actuator that can be insufficient in torque when downsized. That is, in the medical field, it can be used as a catheter guiding motor, and a desired torque can be obtained by a fine motor, so that it can be used in a highly invasive medical practice. It can also be used to drive a probe (ultrasound probe) in an intravascular ultrasound device (IVUS: Intravascular Ultrasound) as a diagnostic device inside blood vessels such as peripheral blood vessels and coronary veins using a catheter. It becomes. This IVUS is a device in which a probe is provided at the tip of a catheter, an ultrasonic wave is transmitted from the probe, and a reflected signal is received again by the probe. An image is formed from the reflected signal, and the inner wall of the blood vessel is surrounded. As a driving force for rotating in the direction, the minute motor of the present invention can be used. Furthermore, when attached to the distal end of an endoscope, it can function as a device for identifying the position of the distal end, enabling high-speed localization during drug administration or partial resection, and burdening the patient. Can be reduced.

さらに、カメラの分野においては、オートフォーカス用のレンズ駆動モータやズームレンズの駆動モータとして使用することができる。当該モータを軽量かつ小型のモータを搭載することにより、これらのカメラの軽量化・小型化を実現することができる。つまり、本発明のモータは、単位質量当たりのトルクを高くすることから、所望トルクを得るためのモータ全体の質量を低下させることとなり、同等のトルクを出力させる場合は軽量化が可能であり、他方、同等の重量のモータを搭載する場合には高トルクを得ることができる。従って、ロボット分野における可動部(駆動すべき各種部位)の駆動モータとして使用する場合においても、軽量化・小型化を可能にするものであり、その他の産業機械の分野(例えば自動車等)におけるモータとしても使用可能となる。   Furthermore, in the field of cameras, it can be used as a lens driving motor for autofocus and a driving motor for a zoom lens. By mounting a light and small motor on the motor, it is possible to realize weight reduction and size reduction of these cameras. That is, since the motor of the present invention increases the torque per unit mass, the mass of the entire motor for obtaining the desired torque will be reduced, and if the equivalent torque is output, the weight can be reduced. On the other hand, when a motor having an equivalent weight is mounted, a high torque can be obtained. Therefore, even when used as a drive motor for a movable part (various parts to be driven) in the robot field, it is possible to reduce the weight and size, and the motor in the field of other industrial machines (for example, automobiles). Can also be used.

また、六面体のステータのうち、四面について超音波発生素子を装着する構成の本発明にあっては、小型化する際に、当該四面を平面として取り扱うことができることから、そのステータの形状に合わせて複雑な形状の超音波発生素子を設ける必要がなく、平面に装着できる超音波発生素子を使用することができる。これにより、超音波アクチュエータ全体を安価に製造することが可能となる。   Further, in the present invention having a configuration in which ultrasonic generating elements are mounted on four sides of a hexahedral stator, the four sides can be handled as a plane when downsizing, so that the shape of the stator is adjusted. There is no need to provide an ultrasonic generating element having a complicated shape, and an ultrasonic generating element that can be mounted on a flat surface can be used. Thereby, the whole ultrasonic actuator can be manufactured at low cost.

超音波アクチュエータの第一の実施形態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows 1st embodiment of an ultrasonic actuator. (a)はステータと作動子との関係を示す図であり、(b)はステータに設ける空孔の状態を示す図である。(A) is a figure which shows the relationship between a stator and an actuator, (b) is a figure which shows the state of the void | hole provided in a stator. 超音波アクチュエータの第一の実施形態の変形例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the modification of 1st embodiment of an ultrasonic actuator. (a)は超音波アクチュエータの第二の実施形態を示す斜視図であり、(b)は、その一部の分解図、(c)は変形例を示す分解図である。(A) is a perspective view showing a second embodiment of the ultrasonic actuator, (b) is an exploded view of a part thereof, and (c) is an exploded view showing a modification. (a)は、超音波アクチュエータの第三の実施形態を示す斜視図であり、(b)は第四の実施形態を示す斜視図である。(A) is a perspective view which shows 3rd embodiment of an ultrasonic actuator, (b) is a perspective view which shows 4th embodiment. 超音波アクチュエータの第五の実施形態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows 5th embodiment of an ultrasonic actuator.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図1は、本発明の第一の実施形態を示す図である。なお、図1(a)はステータ上面側の斜視図であり、(b)は底面側の斜視図である。この図に示すように、ステータ1は、全体形状が六面体に構成され、その一組の対向する二面に設けられた後述の作動子孔に作動子2が貫挿されている。また、六面体のうちの残る二組の対向する面(四面)11,12,13,14には、それぞれ超音波発生素子としての圧電素子3a,3b,3c,3dが装着されている。この圧電素子3a〜3dは、各面11〜14に超音波を発生させることにより、作動子孔の内面に対して進行波を発生させることができる。そこで、各面11〜14ごとに90度ずつ位相をずらして(例えば、平面11から右側面12、底面13、左側面14に向かって90度ずつ位相をずらして)超音波を発生させることにより、作動子2を回転させることができる。このように四面11,12,13,14ごとに位相を90度ずつずらした場合にトルクが最大となり、この位相差を変更することによってトルクを調整することも可能である。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of the present invention. 1A is a perspective view of the upper surface side of the stator, and FIG. 1B is a perspective view of the bottom surface side. As shown in this figure, the stator 1 has an overall shape of a hexahedron, and an actuator 2 is inserted into an actuator hole, which will be described later, provided on a pair of opposing two surfaces. In addition, piezoelectric elements 3a, 3b, 3c, and 3d as ultrasonic wave generating elements are mounted on the remaining two opposing faces (four faces) 11, 12, 13, and 14 of the hexahedron, respectively. The piezoelectric elements 3a to 3d can generate traveling waves on the inner surfaces of the actuator holes by generating ultrasonic waves on the surfaces 11 to 14, respectively. Thus, by generating an ultrasonic wave by shifting the phase by 90 degrees for each of the surfaces 11 to 14 (for example, shifting the phase by 90 degrees from the plane 11 toward the right side surface 12, the bottom surface 13, and the left side surface 14). The actuator 2 can be rotated. Thus, the torque becomes maximum when the phase is shifted by 90 degrees for each of the four surfaces 11, 12, 13, and 14, and the torque can be adjusted by changing this phase difference.

なお、ステータ1および作動子2は、鉄、ステンレス鋼、金、銅、チタンなどの金属材料により設けられるが、これらに限定されるものではない。すなわち、使用される対象物に応じて適宜選択すればよいのである。例えば、金やチタンなどの生体適合性を有する材料を使用すれば、医療分野における内視鏡の駆動に利用可能である。そして、これらの金属材料は、単一の材料に限定されるものではなく、合金であってもよく、被覆・メッキ加工した材料でもよい。すなわち、特定の金属材料により製造したステータ1および作動子2に対し、金またはチタン等の生体適合性を有する金属によって被覆することにより、前述のように医療分野における利用が可能になる。   In addition, although the stator 1 and the actuator 2 are provided with metal materials, such as iron, stainless steel, gold | metal | money, copper, and titanium, it is not limited to these. That is, it may be selected as appropriate according to the object to be used. For example, if a biocompatible material such as gold or titanium is used, it can be used for driving an endoscope in the medical field. These metal materials are not limited to a single material, but may be an alloy or a coated / plated material. That is, by covering the stator 1 and the actuator 2 made of a specific metal material with a metal having biocompatibility such as gold or titanium, it can be used in the medical field as described above.

また、ステータ1と作動子2は、異なる材料で製造することができることは言うまでもない。モータのトルクはステータ1のヤング率と比重に大きく左右されるためである。なお、比重の大きい材料を使用すれば、同一形状の他の材料との比較において、密度が大きいことから、同じヤング率であっても共振周波数を小さくすることができる。従って、比重の大きい材料を選択することにより使用することにより、他の材料による場合との比較において、同じ大きさであっても高トルクを得ることができる。   Needless to say, the stator 1 and the actuator 2 can be made of different materials. This is because the motor torque greatly depends on the Young's modulus and specific gravity of the stator 1. If a material having a large specific gravity is used, the resonance frequency can be reduced even if the Young's modulus is the same because the density is large in comparison with other materials having the same shape. Therefore, by using a material having a large specific gravity, a high torque can be obtained even if it is the same size as compared with the case of using another material.

上記構成のステータ1における二組の対向面11〜14には、それぞれ複数の空孔h1,h2が穿設されており、各空孔h1,h2は各面11〜14の表面で開口している。圧電素子3a〜3dは、上記空孔h1,h2の開口を閉塞するように装着されるものである。この圧電素子3a〜3dによる開口の閉塞は、各面11〜14における複数の空孔h1,h2の全部を閉塞してもよく、また、図示のように複数穿設される空孔h1,h2bを部分的に閉塞するように装着してもよい。ここで、空孔とは、中空状態の孔を意味し、孔の内部が中空であれば、表面で開口する構成(図1)のほか、後述するように、表面で開口せずステータ1の内部に中空部を有する構成としてもよい。表面で開口する構成の空孔の場合においても、前述のように開口を全て閉塞するときは、中空部が内部に存在させる構成と実質的には同様となる。   A plurality of holes h1 and h2 are formed in the two opposing surfaces 11 to 14 of the stator 1 having the above-described configuration, and the holes h1 and h2 are opened on the surfaces of the surfaces 11 to 14, respectively. Yes. The piezoelectric elements 3a to 3d are mounted so as to close the openings of the holes h1 and h2. The blockage of the openings by the piezoelectric elements 3a to 3d may block all of the plurality of holes h1 and h2 in the respective surfaces 11 to 14, and a plurality of holes h1 and h2b that are formed as shown in the figure. May be attached so as to partially occlude. Here, the term “hole” means a hole in a hollow state, and if the inside of the hole is hollow, in addition to the configuration that opens on the surface (FIG. 1), as described later, the surface of the stator 1 that does not open on the surface. It is good also as a structure which has a hollow part inside. Even in the case of a hole having a structure opening on the surface, when all the openings are closed as described above, the structure is substantially the same as the structure in which the hollow portion exists inside.

図2は、作動子2を離脱させた状態のステータ1を示す図である。図2(a)に示すように、ステータ1は、対向する一組の二面15,16の間を貫通する作動子孔4が設けられている。前述のとおり、ステータ1は六面体で構成されており、作動子孔4を設けるべき対向面15,16を正方形とする場合、当該作動子孔4を当該対向面15,16の中央に設けることにより、残りの四面11〜14と作動子孔4の内周面との位置関係が均等となり、各面11〜14において発生する超音波振動が作動子孔4の内周面に対し、均等に伝達され、その内部に貫挿される作動子2の表面に対する進行波を同じ程度で作用させることができる。   FIG. 2 is a view showing the stator 1 in a state where the operating element 2 is detached. As shown in FIG. 2A, the stator 1 is provided with an actuator hole 4 penetrating between a pair of opposing two surfaces 15 and 16. As described above, the stator 1 is composed of a hexahedron, and when the opposing surfaces 15 and 16 where the operating hole 4 is to be provided are square, the operating hole 4 is provided in the center of the opposing surfaces 15 and 16. In addition, the positional relationship between the remaining four surfaces 11 to 14 and the inner peripheral surface of the actuator hole 4 is equalized, and the ultrasonic vibration generated on each surface 11 to 14 is evenly transmitted to the inner peripheral surface of the actuator hole 4. In addition, the traveling wave with respect to the surface of the actuator 2 inserted through the inside can be applied to the same degree.

また、本実施形態のステータ1は、図2(b)に示すように、二組の対向面11〜14のうち、各組ごとに空孔h1,h2を貫通孔で構成している。すなわち、平面11から底面14に到達するように空孔(貫通孔)h1が穿設され、右側面12から左側面13に到達するように空孔(貫通孔)h2が穿設されているのである。従って、図示のように、作動子孔4の内周面にも各空孔(貫通孔)h1,h2が開口する状態となるのである。   Moreover, as shown in FIG.2 (b), the stator 1 of this embodiment comprises hole h1, h2 by the through-hole for every group among two sets of opposing surfaces 11-14. That is, a hole (through hole) h1 is formed so as to reach the bottom surface 14 from the flat surface 11, and a hole (through hole) h2 is formed so as to reach the left side surface 13 from the right side surface 12. is there. Therefore, as shown in the figure, the holes (through holes) h1 and h2 are also opened on the inner peripheral surface of the actuator hole 4.

ここで、上記空孔または貫通孔h1,h2は、機械的に穿設することも可能であるが、空孔を有する金属材料を使用してステータ1を構成してもよい。そのような金属材料としては多孔質金属がある。この多孔質金属は、金属粉末を焼結して塊状に成形されるものであり、金属粉末とともに気孔形成材料を充填した後、成形・焼結して製造されるものである。気孔形成材料は、常温において固体であるが加熱により溶融・蒸発する材料が使用される。なお、金属粉末同士の結合のためにバインダが充填され、気孔形成材料の消失によって形成される気孔が維持されるように金属粉末を結合させている。この種の多孔質金属は、金属材料の全体にわたって気孔を分散させることにより、材料全体における気孔の状態を均等に設けることができる。また、その気孔の含有率は、気孔形成材料の添加割合によって調整できることから、所望割合の空孔率を得ることが可能となる。なお、この種の多孔質金属としては、例えば太盛工業株式会社製の多孔質金属などがある。   Here, although the holes or through holes h1 and h2 can be formed mechanically, the stator 1 may be configured using a metal material having holes. Such metal materials include porous metals. This porous metal is formed by sintering metal powder and forming it into a lump shape, and is manufactured by filling the pore-forming material together with the metal powder, followed by forming and sintering. As the pore forming material, a material that is solid at room temperature but melts and evaporates by heating is used. Note that a binder is filled for bonding metal powders, and the metal powders are bonded so that pores formed by disappearance of the pore forming material are maintained. This type of porous metal can uniformly provide pores throughout the material by dispersing the pores throughout the metal material. Further, since the pore content can be adjusted by the addition ratio of the pore-forming material, a desired ratio of porosity can be obtained. In addition, as this kind of porous metal, for example, there is a porous metal manufactured by Taisei Kogyo Co., Ltd.

本実施形態は、上記のような構成であるから、ステータ1に複数の空孔(または貫通孔)h1,h2を設けることによって、ステータ1の全体はひずみ易い構造体となり、ステータ1の全体のヤング率(この全体のヤング率のことをみかけのヤング率を呼ぶ場合がある)は小さくなり得る。すなわち、ヤング率は、応力をひずみで除した値(ヤング率=応力/ひずみ)であるところ、同じ応力が作用した場合に比較して、そのひずみが大きくなれば全体のヤング率(みかけのヤング率)を小さくすることができるのである。   Since this embodiment is configured as described above, by providing a plurality of holes (or through holes) h1 and h2 in the stator 1, the entire stator 1 becomes a structure that is easily distorted. The Young's modulus (this apparent Young's modulus may be referred to as the apparent Young's modulus) can be small. That is, the Young's modulus is a value obtained by dividing the stress by the strain (Young's modulus = stress / strain). If the strain increases compared to when the same stress is applied, the overall Young's modulus (apparent Young's modulus) Rate) can be reduced.

さらに、共振周波数は、そのヤング率と密度で除した値の平方根で算出されることから、みかけのヤング率を小さくすることにより、密度が同じであれば、その共振周波数は小さくなり、これに伴い振幅が大きくすることができる。なお、密度は、ステータ1に使用する材料により決定し、空孔h1,h2を穿設したとしても変化するものではないことから、上記のように共振周波数を小さくすることが可能となるのである。   Furthermore, since the resonance frequency is calculated by the square root of the value divided by its Young's modulus and density, by reducing the apparent Young's modulus, if the density is the same, the resonance frequency becomes smaller. Accordingly, the amplitude can be increased. The density is determined by the material used for the stator 1 and does not change even if the holes h1 and h2 are drilled. Therefore, the resonance frequency can be reduced as described above. .

他方、作動子(これをロータと呼ぶことがある)2を振動により回転させ、または直動(進退方向への直線移動)させるためには、ステータ1と接触する作動子2の表面に対して、ステータ1による周期的な進行波が、進行方向に向かって順次摩擦接触させることを要する。その際、駆動力のトルクを高めるためには、摩擦接触の摩擦力を大きくするか、または、振動の振幅を大きくすることによらなければならない。そして、摩擦力の増大が期待できない場合には、振幅を増大させることとなる。また、共振振動の周波数が大きい場合は、周期の変動が高速となるため振幅が小さくなる傾向にあり、周波数が小さい場合は、振幅が大きくなる。そこで、振幅を増大させるためには共振振動の周波数を小さくすることによって、結果的にトルクを高めることができることとなるのである。   On the other hand, in order to rotate the actuator (which may be referred to as a rotor) 2 by vibration or to linearly move (linear movement in the forward / backward direction), the surface of the actuator 2 in contact with the stator 1 is used. The periodic traveling wave generated by the stator 1 needs to be brought into frictional contact sequentially in the traveling direction. At that time, in order to increase the torque of the driving force, it is necessary to increase the frictional force of the frictional contact or increase the amplitude of the vibration. If the increase in the frictional force cannot be expected, the amplitude is increased. Further, when the frequency of the resonance vibration is large, the fluctuation of the cycle becomes high speed, and therefore the amplitude tends to be small. When the frequency is small, the amplitude is large. Therefore, in order to increase the amplitude, the torque can be increased as a result by reducing the frequency of the resonance vibration.

ところで、同じ材質のステータを使用して共振周波数を小さくするためには、第一にヤング率を小さくするか、第二に密度を大きくする方法が考えられる。材質が同じであれば、純度を上げることによって密度を大きくすることは可能な場合もあるが、その率が大きく変化するものではない。そこで、ヤング率を小さくすることを検討する。ヤング率は、材料そのものに着目する場合、同じヤング率と想定される。それは、全てが塊状の材料について測定・算出されるからである。しかしながら、例えば、中空部分を有する材料のように、外見は同じであっても応力が作用したときのひずみが大きくなる場合は、全体としてのヤング率は小さくなり得る。そこで、本発明では、ステータ1を加工して、全体としてのヤング率を人為的に小さくすることとしたのである。   By the way, in order to reduce the resonance frequency by using the same material stator, firstly, a method of decreasing the Young's modulus or secondly, increasing the density can be considered. If the materials are the same, it may be possible to increase the density by increasing the purity, but the rate does not change greatly. Therefore, consider reducing the Young's modulus. The Young's modulus is assumed to be the same Young's modulus when focusing on the material itself. This is because everything is measured and calculated for a massive material. However, if, for example, a material having a hollow portion has the same appearance but strain increases when stress is applied, the Young's modulus as a whole can be reduced. Therefore, in the present invention, the stator 1 is processed to artificially reduce the Young's modulus as a whole.

上記を実証するために、有限要素法により、共振振動の周波数がどのように変化するかを解析した。解析用のモデルは、図1および図2に示すような構造の立方体のステータ1である。ステータ1は、1辺の長さが14mmの立方体であり、対向する一組の二面15,16に直径10mmの貫通孔を設けて作動子孔4を形成し、残りの四面(二組の対向する二面)11〜14に直径1.8mmの貫通孔(空孔)h1,h2をそれぞれ36個設けるものとした。比較例としてのモデルは、1辺の長さが14mmの立方体で作動子用孔として直径10mmの貫通孔(作動子孔4)を設けただけの構成とした。いずれのステータについても材料はリン青銅(C5191)とし、圧電素子は、富士セラミック社製のZ0.6T10×10S−W(材料C82)を想定した。作動子はステンレス鋼とし、直径を9.998mmの嵌め合い公差を想定した。   In order to verify the above, we analyzed how the frequency of resonant vibration changes by the finite element method. The model for analysis is a cubic stator 1 having a structure as shown in FIGS. The stator 1 is a cube having a side length of 14 mm. A through hole having a diameter of 10 mm is formed on a pair of opposing two surfaces 15 and 16 to form an actuator hole 4, and the remaining four surfaces (two sets) 36 through holes (holes) h1 and h2 each having a diameter of 1.8 mm are provided on two opposing surfaces (11 to 14). The model as a comparative example has a configuration in which a through-hole (actuator hole 4) having a diameter of 10 mm is provided as a hole for an actuator with a cube having a side length of 14 mm. For any stator, the material was phosphor bronze (C5191), and the piezoelectric element assumed was Z0.6T10 × 10S-W (material C82) manufactured by Fuji Ceramic. The operating element was stainless steel, and a fitting tolerance of 9.998 mm in diameter was assumed.

この場合、比較例のモデルは、固有振動周波数が68kHzであったのに対し、解析用のモデルでは、52kHzとなり、約24%の低下であることが判明した。このように、ステータの構造を変化させることによって、共振周波数を低下させ、それによる振幅の増大を可能にするのである。   In this case, the model of the comparative example had a natural vibration frequency of 68 kHz, whereas the model for analysis was 52 kHz, which was a decrease of about 24%. Thus, by changing the structure of the stator, the resonance frequency is lowered, thereby increasing the amplitude.

以上のように、塊状のステータと同じ材料を使用したとしても本実施形態のように空孔h1,h2を設けることにより、共振周波数を大きく低下させることが可能である。従って、上記の結果として、振幅が大きくなり、それに対応して作動子2に対するトルクを増大させることが可能となるのである。   As described above, even if the same material as the massive stator is used, it is possible to greatly reduce the resonance frequency by providing the holes h1 and h2 as in the present embodiment. Therefore, as a result of the above, the amplitude increases, and the torque for the actuator 2 can be increased correspondingly.

次に、第一の実施形態の変形例について説明する。図3は、その変形例を示す斜視図である。この変形例は、図示のように、ステータ1に空孔h1,h2を穿設した各面11〜14(左側面13および底面14は図示していない)に、それぞれ作動子2の軸線方向に向かって二枚の圧電素子31,32(平面11には圧電素子31a,32a、右側面12には圧電素子31b,32b)を直列に配置したものである(図示せぬ左側面13および底面14にも同じ状態で圧電素子が設けられる)。   Next, a modification of the first embodiment will be described. FIG. 3 is a perspective view showing a modification thereof. In this modification, as shown in the drawing, the surfaces 11 to 14 (the left side surface 13 and the bottom surface 14 are not shown) in which holes h1 and h2 are formed in the stator 1 are respectively arranged in the axial direction of the actuator 2. Two piezoelectric elements 31, 32 (the piezoelectric elements 31a, 32a on the plane 11 and the piezoelectric elements 31b, 32b on the right side 12) are arranged in series (left side 13 and bottom 14 not shown). Is also provided with a piezoelectric element in the same state).

上記のような構成にすることにより、同一面に装着される二種類の圧電素子31,32により発生させる超音波の位相をずらすことによって直動(進退方向への直線的な摺動)を可能にするものである。このとき直列する二種類の圧電素子31,32の位相を90度ずらした場合にスラスト力が最大となり、その位相差を変更することにより出力を調整する(所望のスラスト力を作動子2に作用させる)ことができる。また、二種類の圧電素子31,32を同じ位相としつつ、隣接する面の間において位相をずらす場合、例えば、平面11における圧電素子31a,32aを同じ位相で統一し、右側面12の圧電素子31b,32bは、前記平面11の圧電素子31a,32aとは異なる位相によって統一する(図示せぬ左側面13および底面14も適宜位相をずらす)場合には、前述のように各面1枚の圧電素子を設ける場合と同様に作動子2を回転させることができる。このときの各面で統一した位相が90度ずつずらした場合に回転トルクが最大となる。さらに、上記双方の状態を混在させた態様もあり得る。すなわち、各面における二種類の圧電素子31,32の位相をずらすとともに、隣接する面の相互間における位相をもずらす場合である。このような場合には、作動子2を直動させつつ同時に回転させるような制御も可能となる。このような移動子2の制御には、各圧電素子31a,32a,31b,32bに印加する交流電圧の位相を個別に調整することにより行うことができる。   With the above configuration, linear movement (linear sliding in the forward and backward direction) is possible by shifting the phase of the ultrasonic waves generated by the two types of piezoelectric elements 31 and 32 mounted on the same surface. It is to make. At this time, when the phases of the two types of piezoelectric elements 31 and 32 in series are shifted by 90 degrees, the thrust force becomes maximum, and the output is adjusted by changing the phase difference (the desired thrust force is applied to the actuator 2). Can). Further, when the two types of piezoelectric elements 31 and 32 have the same phase and the phases are shifted between adjacent surfaces, for example, the piezoelectric elements 31a and 32a on the plane 11 are unified with the same phase, and the piezoelectric element on the right side surface 12 is obtained. 31b and 32b are unified by a phase different from that of the piezoelectric elements 31a and 32a on the plane 11 (the left side surface 13 and the bottom surface 14 (not shown) are also appropriately shifted in phase). The actuator 2 can be rotated similarly to the case where the piezoelectric element is provided. In this case, the rotational torque becomes maximum when the phase unified on each surface is shifted by 90 degrees. Furthermore, there may be an aspect in which both the above states are mixed. In other words, the phases of the two types of piezoelectric elements 31 and 32 on each surface are shifted, and the phases between adjacent surfaces are also shifted. In such a case, it is possible to perform control such that the operating element 2 is simultaneously rotated while being moved linearly. Such a control of the moving element 2 can be performed by individually adjusting the phase of the AC voltage applied to each piezoelectric element 31a, 32a, 31b, 32b.

次に、第二の実施形態について説明する。図4(a)は第二の実施形態におけるステータの斜視図である。この図に示すように、ステータ101は、上部105と下部106とを分離した個別の部材で構成され、さらに、両者105,106の中間に側部107,108を挿入したものである。このような構成は、微細なステータ101を形成する際に、作動子(図示せず)との嵌め合い状態を調整することが可能となる。これらを一体化するためには、接着、溶接、鋲着などの方法によることができる。   Next, a second embodiment will be described. FIG. 4A is a perspective view of the stator in the second embodiment. As shown in this figure, the stator 101 is composed of individual members in which an upper part 105 and a lower part 106 are separated, and further, side parts 107 and 108 are inserted between the two parts 105 and 106. Such a configuration makes it possible to adjust the fitting state with an actuator (not shown) when the fine stator 101 is formed. In order to integrate them, methods such as adhesion, welding, and adhesion can be used.

そして、本実施形態における空孔h101は、貫通孔とせずに所定深さの孔により形成している。このような空孔h101は、上部105(および下部106)の表面から適宜深さで穿孔して設けることも可能であるが、図4(b)に示すように、複数枚の材料を積層することによって構成してもよい。   The hole h101 in this embodiment is not a through hole, but is formed by a hole having a predetermined depth. Such a hole h101 can be provided by drilling at an appropriate depth from the surface of the upper part 105 (and the lower part 106). However, as shown in FIG. 4B, a plurality of materials are laminated. You may comprise by.

すなわち、図4(b)に示すように、上部105は、上層151、中間層152および下層153により構成され、上層151および中間層152には、それぞれ貫通孔h101a,h101bを穿設し、下層153には貫通孔を設けない構造とするのである。これらの三層151,152,153を積層することにより、上層151および中間層152の肉厚に等しい深さの空孔を形成することができるのである。   That is, as shown in FIG. 4B, the upper portion 105 is composed of an upper layer 151, an intermediate layer 152, and a lower layer 153, and through holes h101a and h101b are formed in the upper layer 151 and the intermediate layer 152, respectively. 153 has a structure in which no through hole is provided. By laminating these three layers 151, 152 and 153, holes having a depth equal to the thickness of the upper layer 151 and the intermediate layer 152 can be formed.

さらに、上記構成を変形した例として、図4(c)に示すように、中間層152にのみ貫通孔h101bを設けたものが考えられる。このような構成の場合には、空孔は、中間層15にのみ存在し、上層151および下層153には空孔が形成されない状態となるのである。このような構成であっても、ステータの内部に空孔が存在することから、みかけのヤング率を小さくすることができることから、本発明の目的を達成することが可能となる。   Furthermore, as an example in which the above configuration is modified, as shown in FIG. 4C, a configuration in which a through hole h101b is provided only in the intermediate layer 152 is conceivable. In such a configuration, the holes exist only in the intermediate layer 15, and no holes are formed in the upper layer 151 and the lower layer 153. Even in such a configuration, since the holes are present in the stator, the apparent Young's modulus can be reduced, so that the object of the present invention can be achieved.

そして、上記構成においては、ステータ101として組み立てた場合、二組の対向面(平面、底面、左右の側面)の各表面には空孔が形成されないこととなるから、この表面に設けられる圧電素子により発生する超音波振動は、その全面に伝達されることとなり、その振動を効率よくステータ101の全体に作用させることができる。   In the above configuration, when the stator 101 is assembled, no holes are formed on the surfaces of the two opposing surfaces (plane, bottom, left and right side surfaces). Is transmitted to the entire surface, and the vibration can be efficiently applied to the entire stator 101.

次に、その他の実施形態について説明する。図5(a)は、第三の実施形態を示す斜視図である。この図に示すように、本実施形態は、第一の実施形態において、さらに、作動子孔を設けるべき一組の対向面(正面および図示せぬ背面)215(,216図示せず)にも貫通孔h203を穿設したものである。図示していないが、圧電素子3a〜3dは、第一の実施形態と同様に四面211,212(,213,214図示せず)にそれぞれ装着されている。本実施形態では、六面全てに空孔h201,h202,h203が形成されることから、みかけのヤング率を一層小さくすることができる。   Next, other embodiments will be described. FIG. 5A is a perspective view showing the third embodiment. As shown in this figure, in the present embodiment, in the first embodiment, a pair of opposed surfaces (front and back not shown) 215 (not shown) are also provided in the first embodiment. A through hole h203 is formed. Although not shown, the piezoelectric elements 3a to 3d are mounted on the four surfaces 211 and 212 (not shown), 213 and 214, respectively, as in the first embodiment. In the present embodiment, since the holes h201, h202, h203 are formed on all six surfaces, the apparent Young's modulus can be further reduced.

また、図5(b)は、第四の実施形態を示す斜視図であり、この図に示すように、空孔h301,h302を断面四角形状の貫通孔で構成したものである。既述の実施形態で参照した図1〜図5(a)は、いずれも空孔の断面形状が円形であったが、この空孔の断面形状は円形に限定されるものではなく、その他の形状としてもよく、本実施形態のように四角形とすることができる。さらに、加工が容易であるなら、その他の形状、例えば、三角形や楕円であってもよい。   FIG. 5B is a perspective view showing the fourth embodiment. As shown in FIG. 5, the holes h301 and h302 are constituted by through holes having a quadrangular cross section. 1 to 5A referred to in the above-described embodiment, the cross-sectional shape of the hole is circular, but the cross-sectional shape of the hole is not limited to a circular shape, The shape may be a quadrangle as in the present embodiment. Furthermore, other shapes such as a triangle or an ellipse may be used as long as processing is easy.

本発明の実施形態は上記のとおりであるが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態においては、参照する図面のステータ1,101,201,301は、いずれも立方体として図示しているが、これに限定されるものではない。すなわち、図6に示す第五実施形態のように、ステータ401が、作動子402の軸線方向に長尺な形状とすることができる。この場合、ステータ401の二組の対向面(平面411,右側面412,底面(図示せず)および右側面(図示せず))には、それぞれ作動子402の軸線方向に複数の圧電素子431,432を設置することが容易となる。この場合、図示では、二つの圧電素子を直列方向に設置しているが、その数を増加させてもよい。   The embodiments of the present invention are as described above, but the present invention is not limited to these embodiments. For example, in the above-described embodiment, the stators 1, 101, 201, and 301 in the drawings to be referred to are all illustrated as cubes, but are not limited thereto. That is, as in the fifth embodiment shown in FIG. 6, the stator 401 can have a shape elongated in the axial direction of the actuator 402. In this case, a plurality of piezoelectric elements 431 in the axial direction of the actuator 402 are respectively provided on two opposing surfaces (a flat surface 411, a right side surface 412, a bottom surface (not shown), and a right side surface (not shown)) of the stator 401. , 432 can be easily installed. In this case, in the drawing, two piezoelectric elements are arranged in series, but the number thereof may be increased.

なお、ステータ401の正面および背面は正方形とすることによって、その中央に作動子孔を設ければ、各面から作動子表面までの距離が均等となるが、これを長方形としてもよい。そのような構成の場合、二組の対向面の全てに圧電素子を設置してもよいが、いずれか一組の対向面(例えば、平面と底面)のみに圧電素子を設置する構成でもよい。さらに、第二実施形態(図4参照)のように、ステータを分離した個別の部材で構成してもよく、空孔を貫通孔により構成するほか、内部に配置する構成としてもよい。また、圧電素子の制御が可能であれば、ステータの横断面形状を四角形に限定する必要はなく、断面形状を六角形や八角形としてもよく、さらに、圧電素子を湾曲して製造することが容易であれば、ステータの形状を円筒状とすることも可能である。   The front and back surfaces of the stator 401 are square, and if an actuator hole is provided in the center of the stator 401, the distance from each surface to the surface of the actuator becomes equal, but this may be rectangular. In such a configuration, the piezoelectric elements may be installed on all of the two opposing surfaces, but the piezoelectric elements may be installed only on any one of the opposing surfaces (for example, the flat surface and the bottom surface). Furthermore, as in the second embodiment (see FIG. 4), the stator may be configured by separate members, and the holes may be configured by through holes or may be disposed inside. If the piezoelectric element can be controlled, it is not necessary to limit the cross-sectional shape of the stator to a square, the cross-sectional shape may be a hexagon or an octagon, and the piezoelectric element can be manufactured by bending it. If it is easy, the stator may be cylindrical.

1,101,201,301,401 ステータ
2,202,302,402 作動子
3a,3b,3c,3d,31a,31b,32a,32b,431a,431b,432a,432b 圧電素子
4 作動子孔
11,211,311,411 平面
12,212,312,412 右側面
13 左側面
14 底面
15 正面
16 背面
h1,h2,h101,h101a,h101b,h201,h202,h301,h302,h401,h402 空孔
1, 101, 201, 301, 401 Stator 2, 202, 302, 402 Actuator 3a, 3b, 3c, 3d, 31a, 31b, 32a, 32b, 431a, 431b, 432a, 432b Piezoelectric element 4 Actuator hole 11, 211,311,411 Plane surface 12,212,312,412 Right side surface 13 Left side surface 14 Bottom surface 15 Front surface 16 Rear surface h1, h2, h101, h101a, h101b, h201, h202, h301, h302, h401, h402

Claims (8)

超音波発生素子を有するステータと、このステータに貫挿されて保持され、回転および/または直動する柱状の作動子とを備える超音波アクチュエータにおいて、前記ステータは、表面および/または内部に複数の空孔を有してなることを特徴とする超音波アクチュエータ。   In an ultrasonic actuator comprising a stator having an ultrasonic generating element and a columnar actuator that is inserted and held in the stator and rotates and / or linearly moves, the stator has a plurality of surfaces and / or interiors. An ultrasonic actuator comprising holes. 前記ステータは、多孔質金属により構成されたステータである請求項1に記載の超音波アクチュエータ。   The ultrasonic actuator according to claim 1, wherein the stator is a stator made of a porous metal. 前記ステータの空孔は、貫通した貫通孔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。   The ultrasonic actuator according to claim 1, wherein the stator hole is a through-hole penetrating the stator. 前記空孔は、規則的にかつ等間隔に穿設された空孔であることを特徴とする請求項1または3に記載の超音波アクチュエータ。   The ultrasonic actuator according to claim 1, wherein the holes are holes formed regularly and at regular intervals. 六面体のステータと、このステータの対向する二面を貫通する作動子孔と、この作動子孔の内部に貫挿されて保持され、回動および/または直動する柱状の作動子と、前記ステータの残りの四面のそれぞれに装着された超音波発生素子とを備える超音波アクチュエータにおいて、前記ステータは、前記超音波発生素子が装着される四面の表面および/または内部に複数の空孔を有してなることを特徴とする超音波アクチュエータ。   A hexahedral stator, an actuator hole penetrating through two opposing surfaces of the stator, a columnar actuator that is inserted into and held in the actuator hole, and rotates and / or moves linearly, and the stator In the ultrasonic actuator comprising ultrasonic generating elements mounted on each of the remaining four surfaces, the stator has a plurality of holes on and / or inside the four surfaces on which the ultrasonic generating elements are mounted. An ultrasonic actuator characterized by comprising: 前記ステータは、多孔質金属により構成されたステータである請求項5に記載の超音波アクチュエータ。   The ultrasonic actuator according to claim 5, wherein the stator is a stator made of a porous metal. 前記空孔は、前記六面体のうち対向する二面間を貫通する貫通孔であることを特徴とする請求項5に記載の超音波アクチュエータ。   The ultrasonic actuator according to claim 5, wherein the hole is a through-hole penetrating between two opposing faces of the hexahedron. 前記貫通孔は、相互に等間隔でかつ規則的に穿設された貫通孔であることを特徴とする請求項7に記載の超音波アクチュエータ。   The ultrasonic actuator according to claim 7, wherein the through holes are through holes formed at regular intervals and regularly.
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