JP3194647B2 - 超音波リニアアクチュエータ - Google Patents
超音波リニアアクチュエータInfo
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- JP3194647B2 JP3194647B2 JP12530493A JP12530493A JP3194647B2 JP 3194647 B2 JP3194647 B2 JP 3194647B2 JP 12530493 A JP12530493 A JP 12530493A JP 12530493 A JP12530493 A JP 12530493A JP 3194647 B2 JP3194647 B2 JP 3194647B2
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- JP
- Japan
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- resonator
- linear actuator
- fixed
- ultrasonic linear
- sliding member
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- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、圧電素子や電歪素子等
の電気−機械エネルギー変換素子により超音波振動を発
生させ、それを用いて被駆動体を駆動する超音波リニア
アクチュエータの摺動部分に関する。
の電気−機械エネルギー変換素子により超音波振動を発
生させ、それを用いて被駆動体を駆動する超音波リニア
アクチュエータの摺動部分に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より超音波リニアアクチュエータの
摺動部は様々な形状の物が提案されており、例えば特公
平４−４８０６３２号公報に記載のものの如き形状のも
のがある。図６に特公平４−８０６３２号公報に記載の
超音波アクチュエータの摺動部分を示す。円環状のステ
ータ９１のロータとの当接面９２に溝９３が配置されて
いる。ステータ９１と同一形状のロータがステータ９１
上に起こる進行波により円周方向に回転する。
摺動部は様々な形状の物が提案されており、例えば特公
平４−４８０６３２号公報に記載のものの如き形状のも
のがある。図６に特公平４−８０６３２号公報に記載の
超音波アクチュエータの摺動部分を示す。円環状のステ
ータ９１のロータとの当接面９２に溝９３が配置されて
いる。ステータ９１と同一形状のロータがステータ９１
上に起こる進行波により円周方向に回転する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかるに、前記特公平
４−８０６３２号公報に記載の超音波アクチュエータ
は、回転型アクチュエータであり、ロータの摺動部分は
ステータに対して全面で常に当たっている。この場合、
摺動部分に段差等は発生しないため、ステータとロータ
の摺動部分との硬度は問題にならない。
４−８０６３２号公報に記載の超音波アクチュエータ
は、回転型アクチュエータであり、ロータの摺動部分は
ステータに対して全面で常に当たっている。この場合、
摺動部分に段差等は発生しないため、ステータとロータ
の摺動部分との硬度は問題にならない。
【０００４】しかしながら、リニアアクチュエータの場
合、被駆動部材の摺動面の全面は常に共振器に当たって
おらず、被駆動体の移動に従いその一部が共振器と当接
する。このため、従来例の方法では、共振器が被駆動体
の摺動材よりも硬い場合、摺動材に圧痕が発生して停止
する欠点があった。
合、被駆動部材の摺動面の全面は常に共振器に当たって
おらず、被駆動体の移動に従いその一部が共振器と当接
する。このため、従来例の方法では、共振器が被駆動体
の摺動材よりも硬い場合、摺動材に圧痕が発生して停止
する欠点があった。
【０００５】因って、本発明は前記従来技術における欠
点に鑑みて開発されたもので、小型で出力が大きく、可
逆の楕円振動が励起可能な超音波リニアアクチュエータ
の提供を目的とする。
点に鑑みて開発されたもので、小型で出力が大きく、可
逆の楕円振動が励起可能な超音波リニアアクチュエータ
の提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手投】請求項１記載の発明の超
音波リニアアクチュエータは、共振器に固定されれた一
組の電気機械変換素子に位相の異なる高周波電圧を印加
して前記共振器に楕円振動を発生させ、前記共振器の当
接面へ該当接面よりも移動方向に長い被駆動部材を押し
当てて駆動する超音波リニアアクチュエータにおいて、
前記一組の電気機械変換素子は、積層型圧電素子であ
り、前記一組の電気機械変換素子は、前記共振器の一部
に挟み込まれ様にして固定されており、前記被駆動部材
の共振器との当接面に摺動部材を固定し、該摺動部材は
共振器の当接面の硬さよりも硬いことを特徴とするもの
である。
音波リニアアクチュエータは、共振器に固定されれた一
組の電気機械変換素子に位相の異なる高周波電圧を印加
して前記共振器に楕円振動を発生させ、前記共振器の当
接面へ該当接面よりも移動方向に長い被駆動部材を押し
当てて駆動する超音波リニアアクチュエータにおいて、
前記一組の電気機械変換素子は、積層型圧電素子であ
り、前記一組の電気機械変換素子は、前記共振器の一部
に挟み込まれ様にして固定されており、前記被駆動部材
の共振器との当接面に摺動部材を固定し、該摺動部材は
共振器の当接面の硬さよりも硬いことを特徴とするもの
である。
【０００７】請求項２記載の発明は、請求項１記載の超
音波リニアアクチュエータにおいて、前記共振器は、前
記移動方向と平行な一面に突部を有する略直方体形状に
形成され、前記一組の積層型圧電素子は、前記突部が形
成された面に直列に配置され、一端が前記突部に当接す
るとともに他端が前記共振器に固定された保持部材に当
接することによって固定されることを特徴とするもので
ある。
音波リニアアクチュエータにおいて、前記共振器は、前
記移動方向と平行な一面に突部を有する略直方体形状に
形成され、前記一組の積層型圧電素子は、前記突部が形
成された面に直列に配置され、一端が前記突部に当接す
るとともに他端が前記共振器に固定された保持部材に当
接することによって固定されることを特徴とするもので
ある。
【０００８】請求項３記載の発明は、請求項１記載の超
音波リニアアクチュエータにおいて、前記突部は焼入さ
れたステンレス製で形成されるとともに、前記摺動部材
はジルコニアセラミックで形成されたことを特徴とする
ものである。
音波リニアアクチュエータにおいて、前記突部は焼入さ
れたステンレス製で形成されるとともに、前記摺動部材
はジルコニアセラミックで形成されたことを特徴とする
ものである。
【０００９】請求項４記載の発明の超音波リニアアクチ
ュエータは、共振器に固定された一組の電気機械変換素
子に位相の異なる高周波電圧を印加して前記共振器に楕
円振動を発生させ、前記共振器の当接面へ該当接面より
も移動方向に長い被駆動部材を押し当てて駆動する超音
波リニアアクチュエータにおいて、前記一組の電気機械
変換素子は、積層型圧電素子であり、前記一組の電気機
械変換素子は、前記共振器の一部に挟み込まれる様にし
て固定されており、前記被駆動部材の共振器との当接面
に樹脂をコーティングしたステンレス製の摺動部材を固
定するとともに、前記共振器の摺動部材との当接面にグ
ラファイト製の突起を形成したことを特徴とするもので
ある。
ュエータは、共振器に固定された一組の電気機械変換素
子に位相の異なる高周波電圧を印加して前記共振器に楕
円振動を発生させ、前記共振器の当接面へ該当接面より
も移動方向に長い被駆動部材を押し当てて駆動する超音
波リニアアクチュエータにおいて、前記一組の電気機械
変換素子は、積層型圧電素子であり、前記一組の電気機
械変換素子は、前記共振器の一部に挟み込まれる様にし
て固定されており、前記被駆動部材の共振器との当接面
に樹脂をコーティングしたステンレス製の摺動部材を固
定するとともに、前記共振器の摺動部材との当接面にグ
ラファイト製の突起を形成したことを特徴とするもので
ある。
【００１０】
【作用】本発明のうち請求項１乃至３記載の発明では、
被駆動部材に固定した摺動部材の硬さを、摺動部材と当
接する共振器の当接面よりも硬く構成したことにより、
摺動部材に発生する圧痕を阻止できる。また、本発明の
うち請求項４記載の発明では、前記当接部に樹脂とグラ
ファイトを使用することによって、両者の摩耗を防ぎ、
安定した当接状態を継続できる。
被駆動部材に固定した摺動部材の硬さを、摺動部材と当
接する共振器の当接面よりも硬く構成したことにより、
摺動部材に発生する圧痕を阻止できる。また、本発明の
うち請求項４記載の発明では、前記当接部に樹脂とグラ
ファイトを使用することによって、両者の摩耗を防ぎ、
安定した当接状態を継続できる。
【００１１】
【実施例１】図１および図２ａ，ｂは本実施例を示し、
図１は斜視図、図２ａ，ｂは駆動原理の説明図である。
焼き入れされたステンレスの共振器５には、積層圧電素
子４が移動方向（図１中Ａ方向）と平行に直列に押圧し
た状態でビス６と保持部材７と接着剤とにより共振器５
へ強固に固定されている。共振器５の振動節位置には焼
入鋼製のピン２５が共振器５を貫通して強固に打ち込ま
れている。
図１は斜視図、図２ａ，ｂは駆動原理の説明図である。
焼き入れされたステンレスの共振器５には、積層圧電素
子４が移動方向（図１中Ａ方向）と平行に直列に押圧し
た状態でビス６と保持部材７と接着剤とにより共振器５
へ強固に固定されている。共振器５の振動節位置には焼
入鋼製のピン２５が共振器５を貫通して強固に打ち込ま
れている。
【００１２】ピン２５には、共振器５に対称に２個の引
っ張りバネ８が引っかけられ、バネ８の他端はフック９
によりべース１０に固定されており、超音波振動子１１
を被駆動体１２に押圧固定している。被駆動体１２の共
振器５との当接面１３には、表面粗さが１μｍ以下に研
磨加工されたセラミック製の摺動部材１７が接着されて
おり、被駆動体１２はベース１０に固定されたシャフト
１４により移動方向Ａに移動自在に支持されている。
っ張りバネ８が引っかけられ、バネ８の他端はフック９
によりべース１０に固定されており、超音波振動子１１
を被駆動体１２に押圧固定している。被駆動体１２の共
振器５との当接面１３には、表面粗さが１μｍ以下に研
磨加工されたセラミック製の摺動部材１７が接着されて
おり、被駆動体１２はベース１０に固定されたシャフト
１４により移動方向Ａに移動自在に支持されている。
【００１３】超音波振動子１１の駆動原理を図２ａ，ｂ
を用いて説明する。図２ａは超音波振動子１１の縦共振
状態を示し、図２ｂは屈曲共振状態を示す。この２つの
共振の周波数を一致させるような形状に超音波振動子１
１を作成し、積層圧電素子４にそれぞれ位相の９０度ず
れた２つの共振周波数の電圧を印加することによりＢ点
１５に楕円振動を合成する。これにより被駆動体を駆動
する。
を用いて説明する。図２ａは超音波振動子１１の縦共振
状態を示し、図２ｂは屈曲共振状態を示す。この２つの
共振の周波数を一致させるような形状に超音波振動子１
１を作成し、積層圧電素子４にそれぞれ位相の９０度ず
れた２つの共振周波数の電圧を印加することによりＢ点
１５に楕円振動を合成する。これにより被駆動体を駆動
する。
【００１４】以上の構成から成る超音波リニアアクチュ
エータは、共振器５の摺動部材１７との当接面１６が被
駆動体１２の共振器５との当接面１３に設けた摺動部材
１７より小さく、かつ共振器５の摺動部材１７との当接
面１６の硬度が、摺動部材１７の硬度より柔らかいた
め、磨耗する主体が共振器５側となる。この時、磨耗し
ても共振器５側は常に摺動部材１７に当接する。
エータは、共振器５の摺動部材１７との当接面１６が被
駆動体１２の共振器５との当接面１３に設けた摺動部材
１７より小さく、かつ共振器５の摺動部材１７との当接
面１６の硬度が、摺動部材１７の硬度より柔らかいた
め、磨耗する主体が共振器５側となる。この時、磨耗し
ても共振器５側は常に摺動部材１７に当接する。
【００１５】本実施例によれば、共振器と摺動部材の当
接状態が常に一定となるため、安定した駆動状態が得ら
れる。
接状態が常に一定となるため、安定した駆動状態が得ら
れる。
【００１６】
【実施例２】図３および図４は本実施例を示し、図３は
斜視図、図４は要部拡大斜視図である。本実施例では、
前記実施例１と同様な構成部分には同一番号を付してそ
の説明を省略する。真鍮製の共振器５の屈曲振動の腹位
置に焼き入れされたステンレス製の突起１８が共振器５
の摺動部材１７との当接面１６に接着固定されている。
斜視図、図４は要部拡大斜視図である。本実施例では、
前記実施例１と同様な構成部分には同一番号を付してそ
の説明を省略する。真鍮製の共振器５の屈曲振動の腹位
置に焼き入れされたステンレス製の突起１８が共振器５
の摺動部材１７との当接面１６に接着固定されている。
【００１７】被駆動体１２の共振器５との当接面１３に
は、ＨＩＰ処理されて表面粗さが１μｍ以下に研磨加工
された厚み１ｍｍのジルコニア製の摺動部材１７が接着
されている。この摺動部材１７の表面には、幅０．２ｍ
ｍ、深さ０．０５ｍｍおよび溝間ピッチ０．２ｍｍの溝
１９が移動方向Ａと直角に加工されている。
は、ＨＩＰ処理されて表面粗さが１μｍ以下に研磨加工
された厚み１ｍｍのジルコニア製の摺動部材１７が接着
されている。この摺動部材１７の表面には、幅０．２ｍ
ｍ、深さ０．０５ｍｍおよび溝間ピッチ０．２ｍｍの溝
１９が移動方向Ａと直角に加工されている。
【００１８】上記構成の超音波リニアアクチュエータ
は、摺動部材１７が突起１８より硬く、かつ溝１９のエ
ッジにより、常時、突起１８の摺動部材１７との当接面
１８ａをかき削り新しい面を露出させる。
は、摺動部材１７が突起１８より硬く、かつ溝１９のエ
ッジにより、常時、突起１８の摺動部材１７との当接面
１８ａをかき削り新しい面を露出させる。
【００１９】本実施例によれば、摺動部材と突起の当接
面が常に同一な安定した状態に保たれるため、より動作
が安定する。
面が常に同一な安定した状態に保たれるため、より動作
が安定する。
【００２０】
【実施例３】図５ａ〜ｄは本実施例を示す平面図であ
る。本実施例では、前記実施例２と同様な構成部分には
同一番号を付してその説明を省略する。図５ａにおいて
は、摺動部材１７の当接面２０に斜めに溝２１を入れた
例である。また、図５ｂにおいては、溝２２を斜めに交
叉状に入れた例を示す。図５ｃにおいては、溝２３のピ
ッチをランダムに設定した例を示す。図５ｄにおいて
は、セラミック摺動部材１７の当接面２０にレーザによ
り直径０．２ｍｍのスポット穴２４を開けた例を示す。
この場合、穴２４の加工後に表面を研磨して表面粗さを
１μｍ以下に仕上げてある。他は、前記実施例２と同様
である。
る。本実施例では、前記実施例２と同様な構成部分には
同一番号を付してその説明を省略する。図５ａにおいて
は、摺動部材１７の当接面２０に斜めに溝２１を入れた
例である。また、図５ｂにおいては、溝２２を斜めに交
叉状に入れた例を示す。図５ｃにおいては、溝２３のピ
ッチをランダムに設定した例を示す。図５ｄにおいて
は、セラミック摺動部材１７の当接面２０にレーザによ
り直径０．２ｍｍのスポット穴２４を開けた例を示す。
この場合、穴２４の加工後に表面を研磨して表面粗さを
１μｍ以下に仕上げてある。他は、前記実施例２と同様
である。
【００２１】上記構成の超音波リニアアクチュエータ
は、摺動部材１７が突起１８より硬く、かつ溝２１，２
２，２３および穴２４のエッジにより、常時、突起１８
の摺動部材１７との当接面２０をかき削り新しい面を露
出させる。
は、摺動部材１７が突起１８より硬く、かつ溝２１，２
２，２３および穴２４のエッジにより、常時、突起１８
の摺動部材１７との当接面２０をかき削り新しい面を露
出させる。
【００２２】本実施例によれば、溝を斜めに加工したこ
とで、突起と溝との当接が徐々に行われるため、周期的
な振動方向に直角な溝の場合に生じる溝による振動の発
生が抑えられる。また、溝を交叉に配することにより、
１方向の斜めの溝に比べて移動方向に直角な方向の力の
発生を防ぐ。さらに、溝の幅をランダムに配することに
より、周期的な溝に起因する振動の発生を防ぐ効果があ
る。また、レーザにより加工された穴でも同様な効果が
ある。
とで、突起と溝との当接が徐々に行われるため、周期的
な振動方向に直角な溝の場合に生じる溝による振動の発
生が抑えられる。また、溝を交叉に配することにより、
１方向の斜めの溝に比べて移動方向に直角な方向の力の
発生を防ぐ。さらに、溝の幅をランダムに配することに
より、周期的な溝に起因する振動の発生を防ぐ効果があ
る。また、レーザにより加工された穴でも同様な効果が
ある。
【００２３】
【実施例４】本実施例においては、前記実施例２の突起
１８にグラファイトを用いた。また、摺動部材１７は、
溝をなくし、材質を焼入したステンレスに樹脂をコーテ
ィングしたものを用いた。
１８にグラファイトを用いた。また、摺動部材１７は、
溝をなくし、材質を焼入したステンレスに樹脂をコーテ
ィングしたものを用いた。
【００２４】上記構成の超音波リニアアクチュエータ
は、グラファイトの突起１８により、樹脂面をこすり力
を伝達する。
は、グラファイトの突起１８により、樹脂面をこすり力
を伝達する。
【００２５】本実施例によれば、グラファイトには耐磨
耗性があり、かつ摺動部材の表面が樹脂により覆われて
いるために、摺動部材の磨耗が起こらず安定した当接状
態が継続できる。
耗性があり、かつ摺動部材の表面が樹脂により覆われて
いるために、摺動部材の磨耗が起こらず安定した当接状
態が継続できる。
【００２６】
【発明の効果】以上説明した様に、本発明に係る超音波
リニアアクチュエータによれば、共振器と当接する被駆
動部材に固定された摺動部材が共振器の駆動面の硬さよ
り硬いことにより、摺動部材に圧痕が発生することを阻
止でき、効率のよい駆動を行うことができる。また、本
発明に係る超音波リニアアクチュエータによれば、前記
当接部に樹脂とグラファイトを使用することによって、
両者の摩耗を防ぎ、安定した当接状態を継続できる。
リニアアクチュエータによれば、共振器と当接する被駆
動部材に固定された摺動部材が共振器の駆動面の硬さよ
り硬いことにより、摺動部材に圧痕が発生することを阻
止でき、効率のよい駆動を行うことができる。また、本
発明に係る超音波リニアアクチュエータによれば、前記
当接部に樹脂とグラファイトを使用することによって、
両者の摩耗を防ぎ、安定した当接状態を継続できる。
【図１】実施例１を示す斜視図である。
【図２】ａおよびｂは実施例１を示す説明図である。
【図３】実施例２を示す斜視図である。
【図４】実施例２を示す要部拡大斜視図である。
【図５】ａ〜ｄは実施例３を示す平面図である。
【図６】従来例を示す斜視図である。
４ 積層圧電素子 ５ 共振器 ８ バネ １０ ベース １１ 超音波振動子 １２ 被駆動体 １３ 当接面 １４ シャフト １７ 摺動部材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−228267（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−261385（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−64276（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−277477（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−347587（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−139489（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H02N 2/00 H01L 41/09
Claims (4)
- 【請求項１】 共振器に固定されれた一組の電気機械変
換素子に位相の異なる高周波電圧を印加して前記共振器
に楕円振動を発生させ、前記共振器の当接面へ該当接面
よりも移動方向に長い被駆動部材を押し当てて駆動する
超音波リニアアクチュエータにおいて、 前記一組の電気機械変換素子は、積層型圧電素子であ
り、 前記一組の電気機械変換素子は、前記共振器の一部に挟
み込まれ様にして固定されており、 前記被駆動部材の共振器との当接面に摺動部材を固定
し、該摺動部材は共振器の当接面の硬さよりも硬いこと
を特徴とする超音波リニアアクチュエータ。 - 【請求項２】 前記共振器は、前記移動方向と平行な一
面に突部を有する略直方体形状に形成され、前記一組の
積層型圧電素子は、前記突部が形成された面に直列に配
置され、一端が前記突部に当接するとともに他端が前記
共振器に固定された保持部材に当接することによって固
定されることを特徴とする請求項１記載の超音波リニア
アクチュエータ。 - 【請求項３】 前記突部は焼入されたステンレス製で形
成されるとともに、前記摺動部材はジルコニアセラミッ
クで形成されたことを特徴とする請求項１記載の超音波
リニアアクチュエータ。 - 【請求項４】 共振器に固定された一組の電気機械変換
素子に位相の異なる高周波電圧を印加して前記共振器に
楕円振動を発生させ、前記共振器の当接面へ該当接面よ
りも移動方向に長い被駆動部材を押し当てて駆動する超
音波リニアアクチュエータにおいて、 前記一組の電気機械変換素子は、積層型圧電素子であ
り、 前記一組の電気機械変換素子は、前記共振器の一部に挟
み込まれる様にして固定されており、 前記被駆動部材の共振器との当接面に樹脂をコーティン
グしたステンレス製の摺動部材を固定するとともに、前
記共振器の摺動部材との当接面にグラファイト製の突起
を形成したことを特徴とする超音波リニアアクチュエー
タ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12530493A JP3194647B2 (ja) | 1993-04-28 | 1993-04-28 | 超音波リニアアクチュエータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12530493A JP3194647B2 (ja) | 1993-04-28 | 1993-04-28 | 超音波リニアアクチュエータ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06319279A JPH06319279A (ja) | 1994-11-15 |
| JP3194647B2 true JP3194647B2 (ja) | 2001-07-30 |
Family
ID=14906782
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12530493A Expired - Fee Related JP3194647B2 (ja) | 1993-04-28 | 1993-04-28 | 超音波リニアアクチュエータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3194647B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1075079B1 (en) | 1998-12-21 | 2007-06-13 | Seiko Epson Corporation | Piezoelectric actuator, time piece, and portable device |
| JP2006254603A (ja) * | 2005-03-11 | 2006-09-21 | Taiheiyo Cement Corp | ガイドプレート |
| JP5909624B2 (ja) * | 2010-08-04 | 2016-04-27 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 駆動装置 |
-
1993
- 1993-04-28 JP JP12530493A patent/JP3194647B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06319279A (ja) | 1994-11-15 |
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