JPH0919172A - リニア型超音波アクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 安定した直進動作を得る。 【構成】 振動子１３の周面に向き合う方向に付勢され
て当接した一対の可動レール１８は、振動子１３に高周
波の電圧を印加することによりＡ−Ｂ方向に移動する。
そして、一対の可動レール１８を連結するテーブル１９
は、弾性材からなるマット２０を介して両面接着テープ
２１により可動レール１８に取付けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、圧電素子からなる振動
子の合成振動を利用して一対の可動レールを移動させる
リニア型超音波アクチュエータに関する。

【０００２】

【従来の技術】図４は従来のリニア型超音波アクチュエ
ータの可動レール部の構成を示す分解斜視図、図５は同
じく振動子と可動レールとの構成を示す平面図、図６は
超音波アクチュエータの動作原理を説明するための平面
図である。これらの図において、１３は全周均一に板厚
方向に分極された圧電セラミックスによってリング状に
形成された振動子であって、中央孔１３ａが設けられて
いるとともに、表裏に二対の扇形状の電極２４ａ，２４
ｂが形成され、これら電極２４ａ，２４ｂ間に別の二対
の電極２４ｃが形成されている。１８，１８は前記振動
子１３に図示を省略したばね部材によって振動子１３を
挟持する方向、図中矢印Ｃ方向に、弱い圧接力により当
接している一対の対向する可動レールであって、図示を
省略したガイド機構によって、Ａ−Ｂ方向に移動自在と
なるように支持されている。１９は両可動レール１８，
１８を連結して両可動レール１８，１８を一体的に移動
させる連結部材として機能するとともに、図示を省略し
た被搬送物を載置するテーブルであって、両可動レール
１８，１８のねじ孔１８ｂにテーブル１９の取付孔１９
ａに挿通させたねじ２３によって、両可動レール１８，
１８に取り付けられている。電極２４ａ，２４ｂは高周
波電源２５，２６によって接続されており、相互に時間
的位相差Φ＝９０°もしくは−９０°異なる高周波電圧
ｓｉｎωｔ、ｃｏｎωｔが印加されるように構成されて
いる。

【０００３】次に、このような構成のリニア型超音波ア
クチュエータの動作について説明する。高周波電源２
５，２６によって位相差Φ＝９０°の高周波電圧ｓｉｎ
ωｔ、ｃｏｎωｔを振動子１８の各電極２４ａ，２４ｂ
に印加すると、振動子１８が伸縮し、その内径／外径が
ある値（０．２７）のとき径方向にラジアル振動（Ｒ、
１）と、非軸対称面内振動（１、１）の多重モード振動
が同時に起きる。ラジアル振動は図６（ａ）に示すよう
に、径方向に伸縮するモードで、一方、非軸対称面内振
動は同図（ｂ）に示すように図中上下方向の振動軸Ｏ−
Ｏに沿って伸縮する面内屈曲振動モードで、これら両モ
ードが振動子１８に付与されると、これら両モードの振
動が合成されて、電極２４ｃ、すなわち可動レール１
８，１８に対接した振動子２０の周面の対接点２７，２
７に、同図（ｃ）に示すように、互いに反対方向に回転
する楕円動作が発生する。この楕円動作は、対接点２
７，２７を介して両可動レール１８，１８に伝達され
て、両可動レール１８，１８を図中Ｂ方向に移動させる
直進動作として取り出すことができる。この直進動作
は、両可動レール１８，１８が矢印Ｃ方向に付勢される
ことにより、両可動レール１８，１８が振動子１３の対
接点２７，２７において適度の圧接状態をもって接触し
て安定した動作が得られる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来のリニア型超音波アクチュエータにおいては、両
可動レール１８，１８を連結するテーブル１９がねじ２
３によって可動レール１８，１８に取り付けられ、可動
レール１８，１８間の間隔ｄが常に一定の間隔に保持さ
れた構造となっている。このため、両可動レール１８，
１８のＣ方向の移動の自由が規制され、両可動レール１
８，１８がＣ方向に付勢されているにもかかわらず、振
動子１３が図６（ａ）に示すラジアル振動で径方向に伸
縮する際に、両可動レール１８，１８がこれに充分に追
従することができないため、対接点２７，２７において
適度な圧接状態が得られず、これによって両可動レール
１８，１８の安定した直進動作が得られないといった問
題があった。

【０００５】したがって、本発明は上記した従来の問題
に鑑みてなされたものであり、その目的とするところ
は、安定した直進動作が得られるリニア型超音波アクチ
ュエータを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明に係るリニア型超音波アクチュエータは、リ
ング状に形成された振動子の両側から付勢され振動子の
周面に当接する一対の平行な可動レールを、前記振動子
に２相の高周波電圧を供給してラジアル振動と非軸対称
面内振動との合成による多重モード振動を発生させるこ
とにより、一体的に直線状に移動させるリニア型超音波
アクチュエータであって、前記一対の可動レール間を弾
性部材を介して連結部材で連結したものである。

【０００７】

【作用】本発明によれば、一対の可動レールは連結部材
により一体的に移動するとともに、可動レールと連結部
材間の弾性部材により可動レールは振動子の振動に追従
して、振動子の周面に常に最適な面圧接状態で当接す
る。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図に基づいて説明
する。図１は本発明に係るリニア型超音波アクチュエー
タの一部を分解した斜視図、図２は同じく平面図、図３
は図２におけるIII-III 線断面図である。これらの図に
おいて、上述した図４〜図６に示す従来技術において説
明した同一または同等の部材については同一の符号を付
し詳細な説明は省略する。全体を符号１で示すリニア型
超音波アクチュエータは、平板状のベース２を備えてい
る。３はベース２の外形寸法とほぼ同一寸法に形成され
た枠部材であって、ベース２の上面に図示を省略したね
じによって固定されており、両側部には、Ａ−Ｂ方向に
沿って後述する案内部材７が嵌合する凹嵌部３ａが凹設
されている。

【０００９】４は収納部材３の凹嵌部３ａの開放された
外側部を閉塞するようにねじ５によって収納部材３に取
り付けられた側板で、凹嵌部３ａ内に突出するピン６が
植設されている。７は細長く形成された直方体状の案内
部材であって、長手方向に沿って表面全体にＶ字溝７ａ
が形成されている。この案内部材７を凹嵌部３ａ内に嵌
合させ、凹嵌部３ａの開放された上方の開口をねじ９で
収納部材３に取り付けられた上面板８で閉塞することに
よって、案内部材７は凹嵌部３ａ内で図中Ｃ−Ｄ方向に
摺動自在に支持され、かつＡ−Ｂ方向への移動が規制さ
れている。１０はピン５に遊嵌され案内部材７と側板４
との間に嵌装された比較的ばね定数の小さい圧縮コイル
ばねで、案内部材７をＣ方向、すなわちＶ字溝７ａが形
成された表面が凹嵌部３ａの開放された内側部から突出
するように付勢している。１１は案内部材７のＶ字溝７
ａに嵌装された従来周知のボールベアリングである。

【００１０】振動子１３は一対の弾性部材１４に上下を
挟まれ、座板１５を介してベース２上に載置されてお
り、図示を省略しているが表裏には、図５に示す従来技
術において説明した高周波電源２５，２６に接続された
電極２４ａ，２４ｂが形成されている。１６は上部に鍔
部１６ａが形成されたカラーであって、前記ベース２、
座板１５、弾性部材１４および振動子１３の中央孔を貫
通させて、下端部に止め輪１７を係着させることによ
り、前記ベース２、座板１５、弾性部材１４および振動
子１３を鍔部１６ａとベース２との間に挟持する。可動
レール１８は一側面に長手方向全体に延設されたＶ字溝
１８ａが形成されている。テーブル１９は全体が略平板
状を呈し金属材で形成されている。２０は細長い直方体
状に形成された一対の弾性部材、２１は二対の両面接着
テープである。テーブル１９の下面の両側端部は一対の
弾性部材としてのシリコンゴムからなるマット２０を介
して、二対の両面接着テープ２１により可動レール１８
の上端面に固着されている。

【００１１】可動レール１８はそのＶ字溝１８ａを前記
ボールベアリング１１に係入させることにより、前記圧
縮コイルばね１０の付勢力で案内部材７およびボールベ
アリング１１を介して振動子１３の周面に弱い圧接力を
もって当接し、振動子１３とボールベアリング１１とで
挟持されて案内部材７によりＡ−Ｂ方向に移動自在に支
持される。このような構成において、電極２４ａ，２４
ｂに高周波電源２５，２６から、相互に時間的位相差Φ
＝９０°もしくは−９０°異なる高周波電圧ｓｉｎω
ｔ、ｃｏｎωｔが印加すると、上述した従来技術と同様
に可動レール１８はＡ−Ｂ方向に直線移動する。

【００１２】このとき、一対の可動レール１８は弾性変
形可能なマット２０を介してテーブル１９で連結されて
いることにより、圧縮コイルばね１０のＣ方向の付勢力
によってマット２０が弾性変形可能なので、両可動レー
ル１８，１８はＣ−Ｄ方向およびＡ−Ｂ方向へ移動する
自由度を有する。このため、図６（ａ）に示すラジアル
振動による振動子１３の伸縮に対しても両可動レール１
８，１８は追従して、常に最適な面圧接状態で振動子１
３の周面に当接するので、両可動レール１８，１８の安
定した直進動作が得られる。

【００１３】また、テーブル１９をマット２０を介して
可動レール１８に取り付けるのに、両面接着テープ２１
を用いたことにより、取り付けが容易となるとともに、
薄型化を図ることができる。さらに、軽量化を図ること
ができので、可動レール１８の移動時の負荷を軽減する
ことができ、このため可動レール１８の円滑な移動が得
られる。なお、本実施例では、両面接着テープ２１を用
いたが、単に接着剤を用いてもよく、この場合にも上記
した両面接着テープ２１と同様な作用効果を有する。

【００１４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、振
動子の両側から付勢され振動子の周面に当接する一対の
平行な可動レール間を弾性部材を介して連結部材で連結
したことにより、振動子の両側から付勢された一対の可
動レールは、弾性部材の弾性変形によって振動子の振動
に対して追従し、常に最適な面圧接状態で振動子の周面
に当接するので、可動レールの安定した直進動作が得ら
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係るリニア型超音波アクチュエータ
の一部を分解した斜視図である。

【図２】 本発明に係るリニア型超音波アクチュエータ
の平面図である。

【図３】 図２におけるIII-III 線断面図である。

【図４】 従来のリニア型超音波アクチュエータの要部
の概略の構成を示す分解斜視図である。

【図５】 従来のリニア型超音波アクチュエータの要部
の概略の構成を示す平面図である。

【図６】 一般的な超音波アクチュエータの原理を説明
する図で、（ａ）はラジアル振動を示し、（ｂ）は非軸
対称面内振動を示し、（ｃ）は両振動を合成した振動を
示すものである。

【符号の説明】 １…リニア型超音波アクチュエータ、７…案内部材、１
０…圧縮コイルばね、１１…ボールベアリング、１３…
振動子、１８…可動レール、１９…テーブル、２０…マ
ット。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 リング状に形成された振動子の両側から
   付勢され振動子の周面に当接する一対の平行な可動レー
   ルを、前記振動子に２相の高周波電圧を供給してラジア
   ル振動と非軸対称面内振動との合成による多重モード振
   動を発生させることにより、一体的に直線状に移動させ
   るリニア型超音波アクチュエータであって、前記一対の
   可動レール間を弾性部材を介して連結部材で連結したこ
   とを特徴とするリニア型超音波アクチュエータ。