超音波アクチュエータ
【課題】小型でありながら強い発生力を有し、動作効率の良く、安定した駆動ができ、かつ設計の自由度が多いリニア型の超音波アクチュエータを提供すること。
【解決手段】厚み方向に分極された第１圧電体、第１圧電体と対向するように配置され、厚み方向に分極された第２圧電体、及び、第１圧電体と第２圧電体を挟持する第１弾性体と第２弾性体を有し、第１弾性体と第２弾性体による挟持方向に伸縮する駆動部と、駆動部に対して移動可能に配置された移動体と、駆動部に結合され、移動体に対する把持力を調整可能に構成された伝達部と、駆動部の伸縮と伝達部の把持力調整を連動させる制御部と、を備え、伝達部は、移動体を挿通するための貫通孔を有し、駆動部の駆動中心方向軸と、移動体の移動方向中心軸とが略一致するように構成されている。
【解決手段】厚み方向に分極された第１圧電体、第１圧電体と対向するように配置され、厚み方向に分極された第２圧電体、及び、第１圧電体と第２圧電体を挟持する第１弾性体と第２弾性体を有し、第１弾性体と第２弾性体による挟持方向に伸縮する駆動部と、駆動部に対して移動可能に配置された移動体と、駆動部に結合され、移動体に対する把持力を調整可能に構成された伝達部と、駆動部の伸縮と伝達部の把持力調整を連動させる制御部と、を備え、伝達部は、移動体を挿通するための貫通孔を有し、駆動部の駆動中心方向軸と、移動体の移動方向中心軸とが略一致するように構成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波アクチュエータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の超音波アクチュエータとして、特許文献１に記載の超音波モータがある。この超音波モータにおいては、２つのランジュバン振動子を互いに直交するように配置した駆動子を、ロータの外周面に押圧し、振動子の駆動によってロータに回転力を発生させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１５２６７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述の超音波モータでは、所望の振動を得るには、２つのランジュバン振動子の角度、位置、振幅、周波数等をそろえる調整が必要である。また、２つのランジュバン振動子を互いに直交するように配置するため、駆動子全体の体積が大きくなるという欠点がある。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、小型でありながら強い発生力を有し、動作効率の良く、安定した駆動ができ、かつ設計の自由度が多いリニア型の超音波アクチュエータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る超音波アクチュエータは、厚み方向に分極された第１圧電体、前記第１圧電体と対向するように配置され、厚み方向に分極された第２圧電体、及び、前記第１圧電体と前記第２圧電体を挟持する第１弾性体と第２弾性体を有し、前記第１弾性体と前記第２弾性体による挟持方向に伸縮する駆動部と、
前記駆動部に対して移動可能に配置された移動体と、
前記駆動部に結合され、前記移動体に対する把持力を調整可能に構成された伝達部と、
前記駆動部の伸縮と前記伝達部の把持力調整を連動させる制御部と、
を備え、
前記伝達部は、前記移動体を挿通するための貫通孔を有し、
前記駆動部の駆動中心方向軸と、前記移動体の移動方向中心軸とが略一致するように構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明は、小型でありながら強い発生力を有し、動作効率の良く、安定した駆動ができ、かつ設計の自由度が多いリニア型の超音波アクチュエータを提供することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１実施形態に係る超音波アクチュエータの構成を示す斜視図である。
【図２】第１実施形態に係る超音波アクチュエータの構成を示す分解斜視図である。
【図３】（ａ）は第１実施形態に係る超音波アクチュエータの構成を示す側面図である。（ｂ）は、その断面構成図である。
【図４】第１実施形態に係る超音波アクチュエータの構成を示す正面図である。
【図５】第１実施形態における制御部の構成を示すブロック図である。
【図６】第１実施形態における支持部を２枚の支持板で固定した状態を示す斜視図である。
【図７】第１実施形態における支持部と２枚の支持板との関係を示す斜視図である。
【図８】第１実施形態における駆動部の伸縮と伝達部による移動体の把持力の変化を側面から経時的に示す図である。
【図９】第１実施形態における駆動部の伸縮と伝達部による移動体の把持力の変化を正面から経時的に示す図である。
【図１０】第１実施形態の第１変形例に係る超音波アクチュエータの構成を示す斜視図である。
【図１１】第１実施形態の第１変形例に係る超音波アクチュエータの構成を示す分解斜視図である。
【図１２】第１実施形態の第２変形例に係る超音波アクチュエータの構成を示す斜視図である。
【図１３】第１実施形態の第２変形例に係る超音波アクチュエータの構成を示す分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本実施形態の超音波アクチュエータの構成による作用効果を説明する。なお、この実施形態によって本発明は限定されるものではない。すなわち、実施形態の説明に当たって、例示のために特定の詳細な内容が多く含まれるが、これらの詳細な内容に色々なバリエーションや変更を加えても、本発明の範囲を超えない。従って、以下で説明する本発明の例示的な実施形態は、権利請求された発明に対して、一般性を失わせることなく、また、何ら限定をすることもなく、述べられたものである。
【００１０】
本発明の超音波アクチュエータは、超音波モータとして移動体を移動する推力を大きくするために、ボルト締めランジュバン振動子の発生力を利用している。また、伝達部における移動体の把持力の調整のために圧電素子を用いている。移動体は、ランジュバン振動子での力の発生と、伝達部によって移動体を把持する力の調整と、を連動させることによって移動させている。このような構成において、駆動用のランジュバン振動子と移動体を把持するランジュバン振動子とを独立して制御しているため、これらの駆動周波数をそろえる必要がない等設計の自由度がある。
【００１１】
さらに、駆動用のランジュバン振動子の先端をホーン形状にすることによって、移動体が移動する移動量をより大きくできるとともに、ホーン形状の先端が細くなることからスペースに限りがある空間でも配置しやすくなる。
【００１２】
また、移動体の把持のためにランジュバン振動子を用いる構成としたため、大きな圧力によって移動体を把持することが可能となり、これにより強い移動力を持った超音波アクチュエータが得られる。
【００１３】
さらに、小型でありながら強い発生力を有し、動作効率の良く、安定した駆動ができ、かつ設計の自由度が多いリニア型の超音波アクチュエータを得られる。
【００１４】
（第１実施形態）
図１〜図５は、第１実施形態に係る超音波アクチュエータ１００の構成を示す図であって、図１は斜視図、図２は分解斜視図、図３は側面図、図４は正面図、図５は、第１実施形態における制御部１５０の構成を示すブロック図である。
【００１５】
超音波アクチュエータ１００は、駆動部１１０と、弾性連結部１１３と、移動体１２０と、伝達部１３０と、支持部１１３ｅと、制御部１５０（図５参照）と、を備える。
駆動部１１０は、第１圧電体としての第１圧電素子１１１と、第２圧電体としての第２圧電素子１１２と、第１弾性体及び連結部としての弾性連結部１１３と、第２弾性体としての埋め込みナット部１１４と、を備える。
【００１６】
第１圧電素子１１１及び第２圧電素子１１２は、それぞれ厚み方向に分極された略円板状をなしており、厚み方向において分極方向が互いに対向するように配置されている。駆動部１１０は、弾性連結部１１３から延出するボルト部１１３ｃを、第１圧電素子１１１及び第２圧電素子１１２に貫通させ、さらにナット部１１４の内面のネジに嵌め合わせる。
【００１７】
これにより、第１圧電素子１１１及び第２圧電素子１１２を共締めして挟持する。この構成により駆動部１１０は、ランジュバン振動子を構成する。駆動部１１０は、第１圧電素子１１１と第２圧電素子１１２に通電させることにより、弾性連結部１１３とナット部１１４が第１圧電素子１１１と第２圧電素子１１２を挟持する方向Ａ（図２）に沿って、伸縮する。
【００１８】
弾性連結部１１３は、第１圧電素子１１１、第２圧電素子１１２及びナット部１１４と、伝達部１３０と、を機械的及び音響的に互いに連結する。
ここで、弾性連結部１１３と、第１圧電素子１１１、第２圧電素子１１２及びナット部１１４と、により駆動部１１０を構成する。
【００１９】
これにより、駆動部１１０で発生した振動を伝達部１３０に効率良く伝達できる。弾性連結部１１３は、第１圧電素子１１１と第２圧電素子１１２が挟持される方向Ａに沿って、同心状に順に配置された、先端部１１３ｂ、ホーン部１１３ａ、及びボルト部１１３ｃを備える。先端部１１３ｂには、先端から前記挟持方向Ａに沿って延びるネジ部１１３ｄが形成され、ボルト部１１３ｃは、外面にネジが形成されている。
【００２０】
ホーン部１１３ａは、ボルト部１１３ｃ側から先端部１１３ｂ側へ向かって外径が小さくなる形状を備える。別言すると、ホーン部１１３ａは、第１圧電素子１１１と第２圧電素子１１２が挟持される方向Ａに沿った断面径が、駆動部１１０側から伝達部１３０側へ向かうほど小さくなるホーン形状を備える。この断面のホーン形状は、指数関数的に変化することが好ましい。しかしながら、これに限れず、駆動部１１０側から伝達部１３０側へ向かうほど小さくなっていれば、これ以外の形状であってもよい。
【００２１】
伝達部１３０は、前記挟持方向Ａと垂直な方向Ｂ（図２）に沿って順に、押圧ボルト１３５、本体部１３３、第３圧電素子１３１（第３圧電体）、第４圧電素子１３２（第４圧電体）、及び埋め込みボルト１３４を備える。伝達部１３０は、駆動部１１０と別体であって、弾性連結部１１３のネジ部１１３ｄを本体部１３３にねじ込むことによって駆動部１１０と結合される。
【００２２】
第３圧電素子１３１及び第４圧電素子１３２は、それぞれ厚み方向に分極された略円板状をなしており、厚み方向において分極方向が互いに対向するように配置されている。伝達部１３０は、埋め込みボルト１３４のボルト部１３４ａを、第３圧電素子１３１及び第４圧電素子１３２に貫通させ、さらに本体部１３３の内面のネジに嵌め合わせることにより、第３圧電素子１３１及び第４圧電素子１３２を共締めする。これにより、第３圧電素子１３１及び第４圧電素子１３２は、前記挟持方向Ａと垂直な挟持方向Ｂに沿って、本体部１３３及び埋め込みボルト１３４により挟持される。
【００２３】
伝達部１３０は、移動体１２０を挿通するための貫通孔１３６を有している。
【００２４】
図３（ａ）は、本実施形態の側面構成を示している。図３（ｂ）は、本実施形態の断面構成を示している。
伝達部１３０の下部には、図３（ａ）に示すように、その端部に貫通孔１３６とは異なる円筒空間１３７が形成されている。
円筒空間１３７内には押圧ブロック１３８が配置されている。伝達部１３０の下面から押圧ボルト１３５を螺合することにより、押圧ボルト１３５を円筒空間１３７にねじ込むことができる。
【００２５】
図２の斜視構成図に示すように、駆動部１１３の先端部１１３ｂのネジ部１１３ｄには、開口部１１３ｆが形成されている。
そして、図３（ｂ）の断面構成図に示すように、駆動部１１０は、中空部１１３ｇを有している。棒形状の移動体１２０は、開口部１１３ｆから駆動部１１０内の中空部１１３ｇに挿通可能である。
そして、駆動部１１０の駆動中心方向軸ＡＸ１と、移動体１２０の移動方向中心軸ＡＸ２とが略一致するように構成されている。図４は、超音波アクチュエータの構成を示す正面図である。
ここで、「略一致」とは、駆動部１１０の駆動中心方向軸ＡＸ１と、移動体１２０の移動方向中心軸ＡＸ２とが完全に一致する構成に限られず、要求されるスペックにより許容される範囲内で、両軸ＡＸ１、ＡＸ２が相互にシフトしている構成も含まれることをいう。
【００２６】
ここで、押圧ボルト１３５の端部には、押圧ブロック１３８が配置されている。このため、押圧ボルト１３５を伝達部１３０へねじ込むことで、押圧ブロック１３８を介して、貫通孔１３６に挿通されている移動体１２０を押圧できる。
なお、押圧ブロック１３８の移動体１２０が当接する面を、Ｖ溝形状とすることが望ましい。これにより、円筒形状（棒状）を有する移動体１２０の位置決め精度、当て付け精度の向上を図ることができる。
【００２７】
伝達部１３０は、第３圧電素子１３１及び第４圧電素子１３２に通電することにより伸縮する。伝達部１３０に共振振動を起こすように通電すると、伝達部１３０には振動の節と腹が生ずることとなる。この振動の節位置では節位置を境として振動の振動方向は逆方向になっている。したがって、通電による振動中は、節位置を基準にすると力が離れる方向と近づく方向が繰り返されることになる。このため、節位置に挟まれた移動体１２０は超音波領域の高速振動で掴む、離すが繰り返される。この結果、通電時は移動体１２０を把持する力が弱くなる。
【００２８】
また、第３圧電素子１３１及び第４圧電素子１３２に通電していない初期状態においては、伝達部１３０は、本体部１３３と押圧ブロック１３８を介して押圧ボルト１３５によって移動体１２０を強く把持している。これにより移動体１２０は伝達部１３０に固定されている。
このように、通電と非通電とを制御することにより、伝達部１３０が移動体１２０を把持する力を増減できる。
【００２９】
図５に示すように、制御部１５０は、第１信号発生器１５１、第１電力増幅部１５２、遅延回路１５３、第２信号発生器１５４、及び第２電力増幅部１５５を備える。第１信号発生器１５１で発生した信号は第１電力増幅部１５２で増幅されて駆動部１１０（第１圧電素子１１１、第２圧電素子１１２）へ出力される。第２信号発生器１５４で発生した信号は第２電力増幅部１５５で増幅されて伝達部１３０（第３圧電素子１３１、第４圧電素子１３２）へ出力される。
【００３０】
駆動部１１０と伝達部１３０へ出力する信号は、遅延回路１５３を介することにより、所定の遅延時間をおいて互いに時間的に同期している。なお、駆動部１１０と伝達部１３０へ出力する信号の位相は同期する必要はない。
【００３１】
制御部１５０から駆動部１１０と伝達部１３０へそれぞれ出力する２系統の信号は、駆動部１１０の第１圧電素子１１１及び第２圧電素子１１２と、伝達部１３０の第３圧電素子１３１及び第４圧電素子１３２と、にそれぞれ印加される。これにより、駆動部１１０の伸縮と、伝達部１３０の伸縮による移動体１２０の把持力の調整が連動し、これを繰返すことにより移動体１２０を所定の方向にリニアに駆動することができる。
【００３２】
図６、図７に示すように、支持部１１３ｅは、第１圧電素子１１１、第２圧電素子１１２を駆動源とする駆動部１１０の略節近傍に配置されており、弾性連結部１１３と一体に構成された板形状をした部材である。支持部１１３ｅは、第１圧電素子１１１、第２圧電素子１１２を駆動源とする駆動部１１０の略節近傍に配置されており、駆動部１１０のうちの第１圧電素子１１１、第２圧電素子１１２による振動の略節位置に配置され、２枚の支持板１６１、１６２で挟持される。これにより、超音波アクチュエータ１００は、駆動部１１０のうちの第１圧電素子１１１、第２圧電素子１１２による振動の略節位置で支持されるとともに、外部の部材に対して取り付け可能となる。ここで、図６は、２枚の支持板１６１、１６２で支持部１１３ｅを固定した状態を示す斜視図である。図７は、支持部１１３ｅと２枚の支持板１６１、１６２との関係を示す斜視図である。
【００３３】
次に、駆動部１１０の伸縮と伝達部１３０の把持力調整を連動させることによって、移動体１２０を移動させる工程について、図８（ａ）〜（ｄ）、図９（ａ）〜（ｄ）を例に挙げて説明する。図８（ａ）〜（ｄ）は、駆動部１１０の伸縮と伝達部１３０による移動体１２０の把持力の変化を側面から経時的に示す図である。図９（ａ）〜（ｄ）は、駆動部１１０の伸縮と伝達部１３０による移動体１２０の把持力の変化を正面から経時的に示す図である。図９（ａ）〜（ｄ）は、図８（ａ）〜（ｄ）にそれぞれ対応する。
【００３４】
図８（ａ）及び図９（ａ）は、初期状態を示している。初期状態においては、第１圧電素子１１１及び第２圧電素子１１２には電圧が印加されていないため、駆動部１１０は伸縮しない。また、初期状態においては、第３圧電素子１３１及び第４圧電素子１３２には電圧が印加されておらず、移動体１２０は、本体部１３３と押圧ボルト１３５に当接している押圧ブロック１３８とによって強く把持されることとなり、これにより移動体１２０は伝達部１３０に対して固定されている。
【００３５】
図８（ｂ）及び図９（ｂ）は、第３圧電素子１３１及び第４圧電素子１３２には電圧を印加しない状態を維持し、第１電力増幅部１５２から第１圧電素子１１１及び第２圧電素子１１２へ所定の電圧を印加した状態を示す。駆動部１１０の第１圧電素子１１１、第２圧電素子１１２に所定の電圧が印加されることによって、駆動部１１０が伸張する。このため、伝達部１３０と移動体１２０は一体となって左へ移動する。
【００３６】
図８（ｃ）及び図９（ｃ）は、図８（ｂ）及び図９（ｂ）の状態から第１圧電素子１１１及び第２圧電素子１１２への電圧の印加を継続しつつ、第２電力増幅部１５５から第３圧電素子１３１及び第４圧電素子１３２へ所定の電圧を印加した状態を示す。図８（ｂ）及び図９（ｂ）に示すタイミングと図８（ｃ）及び図９（ｃ）に示すタイミングの差は、遅延回路１５３が定める遅延時間に対応する。図８（ｃ）及び図９（ｃ）の状態では、第３圧電素子１３１、第４圧電素子１３２の伸縮により、本体部１３３と押圧ボルト１３５に当接している押圧ブロック１３８との間において、節近傍に配置された移動体１２０を把持する力が低下しており、移動体１２０は伝達部１３０に対して移動可能となっている。
【００３７】
図８（ｄ）及び図９（ｄ）は、第３圧電素子１３１及び第４圧電素子１３２へ電圧を印加した状態を維持しつつ、第１圧電素子１１１及び第２圧電素子１１２への電圧の印加を停止した状態を示す。図８（ｄ）及び図９（ｄ）の状態では、駆動部１１０は、図８（ａ）及び図９（ａ）に示す初期状態まで縮退する。一方、伝達部１３０による移動体１２０を把持する力が低下しているため、移動体１２０は伝達部１３０の縮退に拘わらずに、図８（ｃ）及び図９（ｃ）に示す位置にとどまる。
【００３８】
以上の動作により、移動体１２０は、図８（ａ）及び図９（ａ）に示す状態よりも左側に移動し、これを繰り返すことにより移動体１２０を所望の位置まで移動させることができる。
【００３９】
これに対して、図８（ａ）〜（ｄ）及び図９（ａ）〜（ｄ）に示す動作と逆の動作を行うことによって、移動体１２０を右側へ移動させることもできる。
より具体的には、伝達部１３０による移動体１２０の把持力を低下させた状態で移動体１２０の位置を維持しつつ駆動部１１０を伸張させる動作と、伝達部１３０による移動体１２０の把持力を高めた状態で駆動部１１０を縮退することにより移動体１２０を右側へ移動させる動作と、を順に行うことによって移動体１２０を右側へ移動させる。
【００４０】
以上説明したように、本実施形態では、駆動部１１０の駆動中心方向軸ＡＸ１と、前記移動体の移動方向中心軸とが略一致するように構成されている。
このように、駆動部１１０の中心に移動体１２０を持ってくることにより、動作点と作用点とを同一にできる。この結果、駆動時に回転モーメントがかからないので、安定した駆動ができる。
【００４１】
次に変形例について説明する。
図１０は、第１実施形態の第１変形例に係る超音波アクチュエータの構成を示す斜視図である。図１１は、第１実施形態の第１変形例に係る超音波アクチュエータの構成を示す分解斜視図である。図１０、図１１において、駆動部１１０は第１実施形態と同じ部材であるため、同じ参照符号を使用し、その詳細な説明は省略する。
【００４２】
図１０、図１１に示すように、第１変形例に係る超音波アクチュエータにおいては、第１実施形態の移動体１２０に代えて長板状の移動体１７０を使用している。移動体１７０の先端には２つの孔１７１、１７２が設けられており外部の部材と接合可能になっている。
【００４３】
伝達部１８０は、第１実施形態の伝達部１３０と同様に、弾性連結部１１３とナット部１１４が第１圧電素子１１１と第２圧電素子１１２を挟持する方向Ａと垂直な方向Ｂ（図１１）に沿って順に、押圧ボルト１８５、本体部１８３、第３圧電素子１８１（第３圧電体）、第４圧電素子１８２（第４圧電体）、及び埋め込みボルト１８４を備える。また、伝達部１８０は、弾性連結部１１３のネジ部１１３ｄを本体部１８３にねじ込むことによって駆動部１１０と結合される。
【００４４】
第３圧電素子１８１及び第４圧電素子１８２は、第１実施形態の第３圧電素子１３１及び第４圧電素子１３２と同様の構成であり、前記挟持方向Ａと垂直な挟持方向Ｂに沿って、本体部１８３及び埋め込みボルト１８４により挟持される。
【００４５】
移動体１７０は、貫通孔１８６内において前記挟持方向Ａに沿って延びるように板状の移動体１７０が配置されている。
押圧ボルト１８５は、前記挟持方向Ｂに沿って、第１実施例の図３で示す円筒空間１３７に対して本体部１８３の下面から螺合する。押圧ボルト１８５の移動体１７０側には、押圧ブロック１８８が配置されている。さらに、本体部１８３と押圧ボルト１８５の間には、押圧ブロック１８８を介在して、挟持方向Ａに沿って延びるように移動体１７０が配置されている。移動体１７０は、本体部１８３の下面と押圧ボルト１８５端部に配置されている押圧ブロック１８８の上面によって挟持される。ここで、本体部１８３の下面と押圧ボルト１８５の端部に配置されている押圧ブロック１８８の上面は、互いに対向する平面である。移動体１７０は、本体部１８３と押圧ボルト１８５端部に配置されている押圧ブロック１８８の上面との間に保持される。
【００４６】
伝達部１８０は、第３圧電素子１８１及び第４圧電素子１８２に通電することにより伸縮し、これにより本体部１８３と押圧ボルト１８５端部に配置されている押圧ブロック１８８の上面が移動体１７０を把持する力が増減する。
具体的には、第３圧電素子１８１及び第４圧電素子１８２に通電していない初期状態においては、伝達部１８０は、本体部１８３と押圧ボルト１８５端部に配置されている押圧ブロック１８８の上面によって移動体１７０を強く把持している。これにより移動体１７０は伝達部１８０に固定されている。したがって、移動体１７０は、本体部１８３と押圧ボルト１８５端部に配置されている押圧ブロック１８８の上面によって機械的に挟持されている。一方、第３圧電素子１８１及び第４圧電素子１８２に通電すると、移動体１７０を把持する力が低下し、移動体１７０は前記把持方向Ａに沿って移動可能となる。
【００４７】
図１２は、第１実施形態の第２変形例に係る超音波アクチュエータの構成を示す斜視図である。図１３は、第１実施形態の第２変形例に係る超音波アクチュエータの構成を示す分解斜視図である。図１２、図１３において、駆動部１１０は第１実施形態と同じ部材であるため、同じ参照符号を使用し、その詳細な説明は省略する。
【００４８】
図１２、図１３に示すように、第２変形例に係る超音波アクチュエータにおいては、第１実施形態の円筒状（棒状）の移動体１２０に代えて長板状の移動体１９０を使用している。移動体１９０の先端には２つの孔１９１、１９２が設けられており外部の部材と接合可能になっている。また、移動体１９０は、厚み方向に貫通する長孔部１９３を備える。この長孔部１９３は、移動体１９０の長手方向に沿って延びるように設けられている。
本変形例は、移動体１９０の中心部に長孔部１９３を形成して、移動体１９０が移動したときに、本体部２０３から外れない構成である点が、上記第１の変形例と異なる。
【００４９】
伝達部２００は、第１実施形態の伝達部１３０と同様に、弾性連結部１１３とナット部１１４が第１圧電素子１１１と第２圧電素子１１２を挟持する方向Ａと垂直な方向Ｂ（図１３）に沿って順に、押圧ボルト１９５、本体部２０３、第３圧電素子２０１（第３圧電体）、第４圧電素子２０２（第４圧電体）、及び埋め込みボルト２０４を備えている。
【００５０】
第３圧電素子２０１及び第４圧電素子２０２は、第１実施形態の第３圧電素子１３１及び第４圧電素子１３２と同様の構成であり、前記挟持方向Ａと垂直な挟持方向Ｂに沿って、本体部２０３及び埋め込みボルト２０４により挟持される。
【００５１】
押圧ボルト１９５は、前記挟持方向Ｂに沿って、第１実施例の図３で示すような円筒空間１３７に対して本体部２０３の下面から螺合する。押圧ボルト１９５の移動体１９０側には、押圧ブロック１９８が配置されている。押圧ブロック１９８の上面には、ピン１９８ａと、押圧面１９８ｂが形成されている。ピン１９８ａは、移動体１９０の長孔部１９３と係合する。押圧面１９８ｂは、移動体１９０を押圧する。これにより、移動体１９０は、本体部２０３に固定されている。
板状の移動体１９０は、貫通孔１９６内において前記挟持方向Ａに沿って延びるように配置されている。移動体１９０は、本体部２０３の下面と押圧ボルト１９５端部に配置されている押圧ブロック１９８の押圧面１９８ｂの上面によって挟持される。ここで、本体部２０３の下面と押圧ボルト１９５の端部に配置されている押圧ブロック１９８の押圧面１９８ｂの上面は、互いに対向する平面である。さらに、移動体１９０は、長孔部１９３内にピン１９８ａが挿通されている。これにより、移動体１９０は、本体部２０３と押圧ボルト１９５の端部に配置されている押圧ブロック１９８の間に保持される。ここで、ピン１９８ａは、移動体１９０の長孔部１９３と係合する。
【００５２】
伝達部２００は、第３圧電素子２０１及び第４圧電素子２０２に通電することにより伸縮し、これにより本体部２０３と押圧ボルト１９５端部に配置されている押圧ブロック１９８の押圧面１９８ｂが移動体１９０を把持する力が増減する。
【００５３】
具体的には、第３圧電素子２０１及び第４圧電素子２０２に通電していない初期状態においては、伝達部２００は、本体部２０３と押圧ボルト１９５端部に配置されている押圧ブロック１９８の押圧面１９８ｂによって移動体１９０を強く把持しており、これにより移動体１９０は伝達部２００に固定されている。したがって、移動体１９０は、本体部２０３と押圧ボルト１９５端部に配置されている押圧ブロック１９８の押圧面１９８ｂによって機械的に挟持されている。
【００５４】
一方、第３圧電素子２０１及び第４圧電素子２０２に通電すると、伝達部２００の振動の節近傍に存在する移動体１９０に対する把持力が低下し、移動体１９０は前記把持方向Ａに沿って移動可能となる。
また、移動体１９０の長孔部１９３と、押圧ブロック１９８のピン１９８ａとが係合することで、移動体１９０が本体部２０３から脱落することを防止できる。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
以上のように、本発明に係る超音波アクチュエータは、ランジュバン振動子を含む複数の振動子を用いた小型のアクチュエータに有用である。
【符号の説明】
【００５６】
１００ 超音波アクチュエータ
１１０ 駆動部
１１１ 第１圧電素子（第１圧電体）
１１２ 第２圧電素子（第２圧電体）
１１３ 弾性連結部（第１弾性体、連結部）
１１３ａ ホーン部
１１３ｂ 先端部
１１３ｃ ボルト部
１１３ｄ ネジ部
１１３ｅ 支持部
１１３ｆ 開口部
１１４ ナット部（第２弾性体）
１２０ 移動体
１３０ 伝達部
１３１ 第３圧電素子（第３圧電体）
１３２ 第４圧電素子（第４圧電体）
１３３ 本体部
１３３ａ 溝部
１３４ 埋め込みボルト
１３４ａ ボルト部
１３５、１８５、１９５ 押圧ボルト
１３６、１８６、１９６ 貫通孔
１３７ 円筒空間
１３８、１８８、１９８ 押圧ブロック
１５０ 制御部
１５１ 第１信号発生器
１５２ 第１電力増幅部
１５３ 遅延回路
１５４ 第２信号発生器
１５５ 第２電力増幅部
１６１、１６２ 支持板
１７０ 移動体
１７１、１７２ 孔
１８０ 伝達部
１８１ 第３圧電素子（第３圧電体）
１８２ 第４圧電素子（第４圧電体）
１８３ 本体部
１８４ 埋め込みボルト
１９０ 移動体
１９１、１９２ 孔
１９３ 長孔部
１９８ａ ピン
１９８ｂ 押圧面
２００ 伝達部
２０１ 第３圧電素子（第３圧電体）
２０２ 第４圧電素子（第４圧電体）
２０３ 本体部
２０４ 埋め込みボルト
ＡＸ１ 駆動中心方向軸
ＡＸ２ 移動方向中心軸
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波アクチュエータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の超音波アクチュエータとして、特許文献１に記載の超音波モータがある。この超音波モータにおいては、２つのランジュバン振動子を互いに直交するように配置した駆動子を、ロータの外周面に押圧し、振動子の駆動によってロータに回転力を発生させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１５２６７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述の超音波モータでは、所望の振動を得るには、２つのランジュバン振動子の角度、位置、振幅、周波数等をそろえる調整が必要である。また、２つのランジュバン振動子を互いに直交するように配置するため、駆動子全体の体積が大きくなるという欠点がある。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、小型でありながら強い発生力を有し、動作効率の良く、安定した駆動ができ、かつ設計の自由度が多いリニア型の超音波アクチュエータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る超音波アクチュエータは、厚み方向に分極された第１圧電体、前記第１圧電体と対向するように配置され、厚み方向に分極された第２圧電体、及び、前記第１圧電体と前記第２圧電体を挟持する第１弾性体と第２弾性体を有し、前記第１弾性体と前記第２弾性体による挟持方向に伸縮する駆動部と、
前記駆動部に対して移動可能に配置された移動体と、
前記駆動部に結合され、前記移動体に対する把持力を調整可能に構成された伝達部と、
前記駆動部の伸縮と前記伝達部の把持力調整を連動させる制御部と、
を備え、
前記伝達部は、前記移動体を挿通するための貫通孔を有し、
前記駆動部の駆動中心方向軸と、前記移動体の移動方向中心軸とが略一致するように構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明は、小型でありながら強い発生力を有し、動作効率の良く、安定した駆動ができ、かつ設計の自由度が多いリニア型の超音波アクチュエータを提供することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１実施形態に係る超音波アクチュエータの構成を示す斜視図である。
【図２】第１実施形態に係る超音波アクチュエータの構成を示す分解斜視図である。
【図３】（ａ）は第１実施形態に係る超音波アクチュエータの構成を示す側面図である。（ｂ）は、その断面構成図である。
【図４】第１実施形態に係る超音波アクチュエータの構成を示す正面図である。
【図５】第１実施形態における制御部の構成を示すブロック図である。
【図６】第１実施形態における支持部を２枚の支持板で固定した状態を示す斜視図である。
【図７】第１実施形態における支持部と２枚の支持板との関係を示す斜視図である。
【図８】第１実施形態における駆動部の伸縮と伝達部による移動体の把持力の変化を側面から経時的に示す図である。
【図９】第１実施形態における駆動部の伸縮と伝達部による移動体の把持力の変化を正面から経時的に示す図である。
【図１０】第１実施形態の第１変形例に係る超音波アクチュエータの構成を示す斜視図である。
【図１１】第１実施形態の第１変形例に係る超音波アクチュエータの構成を示す分解斜視図である。
【図１２】第１実施形態の第２変形例に係る超音波アクチュエータの構成を示す斜視図である。
【図１３】第１実施形態の第２変形例に係る超音波アクチュエータの構成を示す分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本実施形態の超音波アクチュエータの構成による作用効果を説明する。なお、この実施形態によって本発明は限定されるものではない。すなわち、実施形態の説明に当たって、例示のために特定の詳細な内容が多く含まれるが、これらの詳細な内容に色々なバリエーションや変更を加えても、本発明の範囲を超えない。従って、以下で説明する本発明の例示的な実施形態は、権利請求された発明に対して、一般性を失わせることなく、また、何ら限定をすることもなく、述べられたものである。
【００１０】
本発明の超音波アクチュエータは、超音波モータとして移動体を移動する推力を大きくするために、ボルト締めランジュバン振動子の発生力を利用している。また、伝達部における移動体の把持力の調整のために圧電素子を用いている。移動体は、ランジュバン振動子での力の発生と、伝達部によって移動体を把持する力の調整と、を連動させることによって移動させている。このような構成において、駆動用のランジュバン振動子と移動体を把持するランジュバン振動子とを独立して制御しているため、これらの駆動周波数をそろえる必要がない等設計の自由度がある。
【００１１】
さらに、駆動用のランジュバン振動子の先端をホーン形状にすることによって、移動体が移動する移動量をより大きくできるとともに、ホーン形状の先端が細くなることからスペースに限りがある空間でも配置しやすくなる。
【００１２】
また、移動体の把持のためにランジュバン振動子を用いる構成としたため、大きな圧力によって移動体を把持することが可能となり、これにより強い移動力を持った超音波アクチュエータが得られる。
【００１３】
さらに、小型でありながら強い発生力を有し、動作効率の良く、安定した駆動ができ、かつ設計の自由度が多いリニア型の超音波アクチュエータを得られる。
【００１４】
（第１実施形態）
図１〜図５は、第１実施形態に係る超音波アクチュエータ１００の構成を示す図であって、図１は斜視図、図２は分解斜視図、図３は側面図、図４は正面図、図５は、第１実施形態における制御部１５０の構成を示すブロック図である。
【００１５】
超音波アクチュエータ１００は、駆動部１１０と、弾性連結部１１３と、移動体１２０と、伝達部１３０と、支持部１１３ｅと、制御部１５０（図５参照）と、を備える。
駆動部１１０は、第１圧電体としての第１圧電素子１１１と、第２圧電体としての第２圧電素子１１２と、第１弾性体及び連結部としての弾性連結部１１３と、第２弾性体としての埋め込みナット部１１４と、を備える。
【００１６】
第１圧電素子１１１及び第２圧電素子１１２は、それぞれ厚み方向に分極された略円板状をなしており、厚み方向において分極方向が互いに対向するように配置されている。駆動部１１０は、弾性連結部１１３から延出するボルト部１１３ｃを、第１圧電素子１１１及び第２圧電素子１１２に貫通させ、さらにナット部１１４の内面のネジに嵌め合わせる。
【００１７】
これにより、第１圧電素子１１１及び第２圧電素子１１２を共締めして挟持する。この構成により駆動部１１０は、ランジュバン振動子を構成する。駆動部１１０は、第１圧電素子１１１と第２圧電素子１１２に通電させることにより、弾性連結部１１３とナット部１１４が第１圧電素子１１１と第２圧電素子１１２を挟持する方向Ａ（図２）に沿って、伸縮する。
【００１８】
弾性連結部１１３は、第１圧電素子１１１、第２圧電素子１１２及びナット部１１４と、伝達部１３０と、を機械的及び音響的に互いに連結する。
ここで、弾性連結部１１３と、第１圧電素子１１１、第２圧電素子１１２及びナット部１１４と、により駆動部１１０を構成する。
【００１９】
これにより、駆動部１１０で発生した振動を伝達部１３０に効率良く伝達できる。弾性連結部１１３は、第１圧電素子１１１と第２圧電素子１１２が挟持される方向Ａに沿って、同心状に順に配置された、先端部１１３ｂ、ホーン部１１３ａ、及びボルト部１１３ｃを備える。先端部１１３ｂには、先端から前記挟持方向Ａに沿って延びるネジ部１１３ｄが形成され、ボルト部１１３ｃは、外面にネジが形成されている。
【００２０】
ホーン部１１３ａは、ボルト部１１３ｃ側から先端部１１３ｂ側へ向かって外径が小さくなる形状を備える。別言すると、ホーン部１１３ａは、第１圧電素子１１１と第２圧電素子１１２が挟持される方向Ａに沿った断面径が、駆動部１１０側から伝達部１３０側へ向かうほど小さくなるホーン形状を備える。この断面のホーン形状は、指数関数的に変化することが好ましい。しかしながら、これに限れず、駆動部１１０側から伝達部１３０側へ向かうほど小さくなっていれば、これ以外の形状であってもよい。
【００２１】
伝達部１３０は、前記挟持方向Ａと垂直な方向Ｂ（図２）に沿って順に、押圧ボルト１３５、本体部１３３、第３圧電素子１３１（第３圧電体）、第４圧電素子１３２（第４圧電体）、及び埋め込みボルト１３４を備える。伝達部１３０は、駆動部１１０と別体であって、弾性連結部１１３のネジ部１１３ｄを本体部１３３にねじ込むことによって駆動部１１０と結合される。
【００２２】
第３圧電素子１３１及び第４圧電素子１３２は、それぞれ厚み方向に分極された略円板状をなしており、厚み方向において分極方向が互いに対向するように配置されている。伝達部１３０は、埋め込みボルト１３４のボルト部１３４ａを、第３圧電素子１３１及び第４圧電素子１３２に貫通させ、さらに本体部１３３の内面のネジに嵌め合わせることにより、第３圧電素子１３１及び第４圧電素子１３２を共締めする。これにより、第３圧電素子１３１及び第４圧電素子１３２は、前記挟持方向Ａと垂直な挟持方向Ｂに沿って、本体部１３３及び埋め込みボルト１３４により挟持される。
【００２３】
伝達部１３０は、移動体１２０を挿通するための貫通孔１３６を有している。
【００２４】
図３（ａ）は、本実施形態の側面構成を示している。図３（ｂ）は、本実施形態の断面構成を示している。
伝達部１３０の下部には、図３（ａ）に示すように、その端部に貫通孔１３６とは異なる円筒空間１３７が形成されている。
円筒空間１３７内には押圧ブロック１３８が配置されている。伝達部１３０の下面から押圧ボルト１３５を螺合することにより、押圧ボルト１３５を円筒空間１３７にねじ込むことができる。
【００２５】
図２の斜視構成図に示すように、駆動部１１３の先端部１１３ｂのネジ部１１３ｄには、開口部１１３ｆが形成されている。
そして、図３（ｂ）の断面構成図に示すように、駆動部１１０は、中空部１１３ｇを有している。棒形状の移動体１２０は、開口部１１３ｆから駆動部１１０内の中空部１１３ｇに挿通可能である。
そして、駆動部１１０の駆動中心方向軸ＡＸ１と、移動体１２０の移動方向中心軸ＡＸ２とが略一致するように構成されている。図４は、超音波アクチュエータの構成を示す正面図である。
ここで、「略一致」とは、駆動部１１０の駆動中心方向軸ＡＸ１と、移動体１２０の移動方向中心軸ＡＸ２とが完全に一致する構成に限られず、要求されるスペックにより許容される範囲内で、両軸ＡＸ１、ＡＸ２が相互にシフトしている構成も含まれることをいう。
【００２６】
ここで、押圧ボルト１３５の端部には、押圧ブロック１３８が配置されている。このため、押圧ボルト１３５を伝達部１３０へねじ込むことで、押圧ブロック１３８を介して、貫通孔１３６に挿通されている移動体１２０を押圧できる。
なお、押圧ブロック１３８の移動体１２０が当接する面を、Ｖ溝形状とすることが望ましい。これにより、円筒形状（棒状）を有する移動体１２０の位置決め精度、当て付け精度の向上を図ることができる。
【００２７】
伝達部１３０は、第３圧電素子１３１及び第４圧電素子１３２に通電することにより伸縮する。伝達部１３０に共振振動を起こすように通電すると、伝達部１３０には振動の節と腹が生ずることとなる。この振動の節位置では節位置を境として振動の振動方向は逆方向になっている。したがって、通電による振動中は、節位置を基準にすると力が離れる方向と近づく方向が繰り返されることになる。このため、節位置に挟まれた移動体１２０は超音波領域の高速振動で掴む、離すが繰り返される。この結果、通電時は移動体１２０を把持する力が弱くなる。
【００２８】
また、第３圧電素子１３１及び第４圧電素子１３２に通電していない初期状態においては、伝達部１３０は、本体部１３３と押圧ブロック１３８を介して押圧ボルト１３５によって移動体１２０を強く把持している。これにより移動体１２０は伝達部１３０に固定されている。
このように、通電と非通電とを制御することにより、伝達部１３０が移動体１２０を把持する力を増減できる。
【００２９】
図５に示すように、制御部１５０は、第１信号発生器１５１、第１電力増幅部１５２、遅延回路１５３、第２信号発生器１５４、及び第２電力増幅部１５５を備える。第１信号発生器１５１で発生した信号は第１電力増幅部１５２で増幅されて駆動部１１０（第１圧電素子１１１、第２圧電素子１１２）へ出力される。第２信号発生器１５４で発生した信号は第２電力増幅部１５５で増幅されて伝達部１３０（第３圧電素子１３１、第４圧電素子１３２）へ出力される。
【００３０】
駆動部１１０と伝達部１３０へ出力する信号は、遅延回路１５３を介することにより、所定の遅延時間をおいて互いに時間的に同期している。なお、駆動部１１０と伝達部１３０へ出力する信号の位相は同期する必要はない。
【００３１】
制御部１５０から駆動部１１０と伝達部１３０へそれぞれ出力する２系統の信号は、駆動部１１０の第１圧電素子１１１及び第２圧電素子１１２と、伝達部１３０の第３圧電素子１３１及び第４圧電素子１３２と、にそれぞれ印加される。これにより、駆動部１１０の伸縮と、伝達部１３０の伸縮による移動体１２０の把持力の調整が連動し、これを繰返すことにより移動体１２０を所定の方向にリニアに駆動することができる。
【００３２】
図６、図７に示すように、支持部１１３ｅは、第１圧電素子１１１、第２圧電素子１１２を駆動源とする駆動部１１０の略節近傍に配置されており、弾性連結部１１３と一体に構成された板形状をした部材である。支持部１１３ｅは、第１圧電素子１１１、第２圧電素子１１２を駆動源とする駆動部１１０の略節近傍に配置されており、駆動部１１０のうちの第１圧電素子１１１、第２圧電素子１１２による振動の略節位置に配置され、２枚の支持板１６１、１６２で挟持される。これにより、超音波アクチュエータ１００は、駆動部１１０のうちの第１圧電素子１１１、第２圧電素子１１２による振動の略節位置で支持されるとともに、外部の部材に対して取り付け可能となる。ここで、図６は、２枚の支持板１６１、１６２で支持部１１３ｅを固定した状態を示す斜視図である。図７は、支持部１１３ｅと２枚の支持板１６１、１６２との関係を示す斜視図である。
【００３３】
次に、駆動部１１０の伸縮と伝達部１３０の把持力調整を連動させることによって、移動体１２０を移動させる工程について、図８（ａ）〜（ｄ）、図９（ａ）〜（ｄ）を例に挙げて説明する。図８（ａ）〜（ｄ）は、駆動部１１０の伸縮と伝達部１３０による移動体１２０の把持力の変化を側面から経時的に示す図である。図９（ａ）〜（ｄ）は、駆動部１１０の伸縮と伝達部１３０による移動体１２０の把持力の変化を正面から経時的に示す図である。図９（ａ）〜（ｄ）は、図８（ａ）〜（ｄ）にそれぞれ対応する。
【００３４】
図８（ａ）及び図９（ａ）は、初期状態を示している。初期状態においては、第１圧電素子１１１及び第２圧電素子１１２には電圧が印加されていないため、駆動部１１０は伸縮しない。また、初期状態においては、第３圧電素子１３１及び第４圧電素子１３２には電圧が印加されておらず、移動体１２０は、本体部１３３と押圧ボルト１３５に当接している押圧ブロック１３８とによって強く把持されることとなり、これにより移動体１２０は伝達部１３０に対して固定されている。
【００３５】
図８（ｂ）及び図９（ｂ）は、第３圧電素子１３１及び第４圧電素子１３２には電圧を印加しない状態を維持し、第１電力増幅部１５２から第１圧電素子１１１及び第２圧電素子１１２へ所定の電圧を印加した状態を示す。駆動部１１０の第１圧電素子１１１、第２圧電素子１１２に所定の電圧が印加されることによって、駆動部１１０が伸張する。このため、伝達部１３０と移動体１２０は一体となって左へ移動する。
【００３６】
図８（ｃ）及び図９（ｃ）は、図８（ｂ）及び図９（ｂ）の状態から第１圧電素子１１１及び第２圧電素子１１２への電圧の印加を継続しつつ、第２電力増幅部１５５から第３圧電素子１３１及び第４圧電素子１３２へ所定の電圧を印加した状態を示す。図８（ｂ）及び図９（ｂ）に示すタイミングと図８（ｃ）及び図９（ｃ）に示すタイミングの差は、遅延回路１５３が定める遅延時間に対応する。図８（ｃ）及び図９（ｃ）の状態では、第３圧電素子１３１、第４圧電素子１３２の伸縮により、本体部１３３と押圧ボルト１３５に当接している押圧ブロック１３８との間において、節近傍に配置された移動体１２０を把持する力が低下しており、移動体１２０は伝達部１３０に対して移動可能となっている。
【００３７】
図８（ｄ）及び図９（ｄ）は、第３圧電素子１３１及び第４圧電素子１３２へ電圧を印加した状態を維持しつつ、第１圧電素子１１１及び第２圧電素子１１２への電圧の印加を停止した状態を示す。図８（ｄ）及び図９（ｄ）の状態では、駆動部１１０は、図８（ａ）及び図９（ａ）に示す初期状態まで縮退する。一方、伝達部１３０による移動体１２０を把持する力が低下しているため、移動体１２０は伝達部１３０の縮退に拘わらずに、図８（ｃ）及び図９（ｃ）に示す位置にとどまる。
【００３８】
以上の動作により、移動体１２０は、図８（ａ）及び図９（ａ）に示す状態よりも左側に移動し、これを繰り返すことにより移動体１２０を所望の位置まで移動させることができる。
【００３９】
これに対して、図８（ａ）〜（ｄ）及び図９（ａ）〜（ｄ）に示す動作と逆の動作を行うことによって、移動体１２０を右側へ移動させることもできる。
より具体的には、伝達部１３０による移動体１２０の把持力を低下させた状態で移動体１２０の位置を維持しつつ駆動部１１０を伸張させる動作と、伝達部１３０による移動体１２０の把持力を高めた状態で駆動部１１０を縮退することにより移動体１２０を右側へ移動させる動作と、を順に行うことによって移動体１２０を右側へ移動させる。
【００４０】
以上説明したように、本実施形態では、駆動部１１０の駆動中心方向軸ＡＸ１と、前記移動体の移動方向中心軸とが略一致するように構成されている。
このように、駆動部１１０の中心に移動体１２０を持ってくることにより、動作点と作用点とを同一にできる。この結果、駆動時に回転モーメントがかからないので、安定した駆動ができる。
【００４１】
次に変形例について説明する。
図１０は、第１実施形態の第１変形例に係る超音波アクチュエータの構成を示す斜視図である。図１１は、第１実施形態の第１変形例に係る超音波アクチュエータの構成を示す分解斜視図である。図１０、図１１において、駆動部１１０は第１実施形態と同じ部材であるため、同じ参照符号を使用し、その詳細な説明は省略する。
【００４２】
図１０、図１１に示すように、第１変形例に係る超音波アクチュエータにおいては、第１実施形態の移動体１２０に代えて長板状の移動体１７０を使用している。移動体１７０の先端には２つの孔１７１、１７２が設けられており外部の部材と接合可能になっている。
【００４３】
伝達部１８０は、第１実施形態の伝達部１３０と同様に、弾性連結部１１３とナット部１１４が第１圧電素子１１１と第２圧電素子１１２を挟持する方向Ａと垂直な方向Ｂ（図１１）に沿って順に、押圧ボルト１８５、本体部１８３、第３圧電素子１８１（第３圧電体）、第４圧電素子１８２（第４圧電体）、及び埋め込みボルト１８４を備える。また、伝達部１８０は、弾性連結部１１３のネジ部１１３ｄを本体部１８３にねじ込むことによって駆動部１１０と結合される。
【００４４】
第３圧電素子１８１及び第４圧電素子１８２は、第１実施形態の第３圧電素子１３１及び第４圧電素子１３２と同様の構成であり、前記挟持方向Ａと垂直な挟持方向Ｂに沿って、本体部１８３及び埋め込みボルト１８４により挟持される。
【００４５】
移動体１７０は、貫通孔１８６内において前記挟持方向Ａに沿って延びるように板状の移動体１７０が配置されている。
押圧ボルト１８５は、前記挟持方向Ｂに沿って、第１実施例の図３で示す円筒空間１３７に対して本体部１８３の下面から螺合する。押圧ボルト１８５の移動体１７０側には、押圧ブロック１８８が配置されている。さらに、本体部１８３と押圧ボルト１８５の間には、押圧ブロック１８８を介在して、挟持方向Ａに沿って延びるように移動体１７０が配置されている。移動体１７０は、本体部１８３の下面と押圧ボルト１８５端部に配置されている押圧ブロック１８８の上面によって挟持される。ここで、本体部１８３の下面と押圧ボルト１８５の端部に配置されている押圧ブロック１８８の上面は、互いに対向する平面である。移動体１７０は、本体部１８３と押圧ボルト１８５端部に配置されている押圧ブロック１８８の上面との間に保持される。
【００４６】
伝達部１８０は、第３圧電素子１８１及び第４圧電素子１８２に通電することにより伸縮し、これにより本体部１８３と押圧ボルト１８５端部に配置されている押圧ブロック１８８の上面が移動体１７０を把持する力が増減する。
具体的には、第３圧電素子１８１及び第４圧電素子１８２に通電していない初期状態においては、伝達部１８０は、本体部１８３と押圧ボルト１８５端部に配置されている押圧ブロック１８８の上面によって移動体１７０を強く把持している。これにより移動体１７０は伝達部１８０に固定されている。したがって、移動体１７０は、本体部１８３と押圧ボルト１８５端部に配置されている押圧ブロック１８８の上面によって機械的に挟持されている。一方、第３圧電素子１８１及び第４圧電素子１８２に通電すると、移動体１７０を把持する力が低下し、移動体１７０は前記把持方向Ａに沿って移動可能となる。
【００４７】
図１２は、第１実施形態の第２変形例に係る超音波アクチュエータの構成を示す斜視図である。図１３は、第１実施形態の第２変形例に係る超音波アクチュエータの構成を示す分解斜視図である。図１２、図１３において、駆動部１１０は第１実施形態と同じ部材であるため、同じ参照符号を使用し、その詳細な説明は省略する。
【００４８】
図１２、図１３に示すように、第２変形例に係る超音波アクチュエータにおいては、第１実施形態の円筒状（棒状）の移動体１２０に代えて長板状の移動体１９０を使用している。移動体１９０の先端には２つの孔１９１、１９２が設けられており外部の部材と接合可能になっている。また、移動体１９０は、厚み方向に貫通する長孔部１９３を備える。この長孔部１９３は、移動体１９０の長手方向に沿って延びるように設けられている。
本変形例は、移動体１９０の中心部に長孔部１９３を形成して、移動体１９０が移動したときに、本体部２０３から外れない構成である点が、上記第１の変形例と異なる。
【００４９】
伝達部２００は、第１実施形態の伝達部１３０と同様に、弾性連結部１１３とナット部１１４が第１圧電素子１１１と第２圧電素子１１２を挟持する方向Ａと垂直な方向Ｂ（図１３）に沿って順に、押圧ボルト１９５、本体部２０３、第３圧電素子２０１（第３圧電体）、第４圧電素子２０２（第４圧電体）、及び埋め込みボルト２０４を備えている。
【００５０】
第３圧電素子２０１及び第４圧電素子２０２は、第１実施形態の第３圧電素子１３１及び第４圧電素子１３２と同様の構成であり、前記挟持方向Ａと垂直な挟持方向Ｂに沿って、本体部２０３及び埋め込みボルト２０４により挟持される。
【００５１】
押圧ボルト１９５は、前記挟持方向Ｂに沿って、第１実施例の図３で示すような円筒空間１３７に対して本体部２０３の下面から螺合する。押圧ボルト１９５の移動体１９０側には、押圧ブロック１９８が配置されている。押圧ブロック１９８の上面には、ピン１９８ａと、押圧面１９８ｂが形成されている。ピン１９８ａは、移動体１９０の長孔部１９３と係合する。押圧面１９８ｂは、移動体１９０を押圧する。これにより、移動体１９０は、本体部２０３に固定されている。
板状の移動体１９０は、貫通孔１９６内において前記挟持方向Ａに沿って延びるように配置されている。移動体１９０は、本体部２０３の下面と押圧ボルト１９５端部に配置されている押圧ブロック１９８の押圧面１９８ｂの上面によって挟持される。ここで、本体部２０３の下面と押圧ボルト１９５の端部に配置されている押圧ブロック１９８の押圧面１９８ｂの上面は、互いに対向する平面である。さらに、移動体１９０は、長孔部１９３内にピン１９８ａが挿通されている。これにより、移動体１９０は、本体部２０３と押圧ボルト１９５の端部に配置されている押圧ブロック１９８の間に保持される。ここで、ピン１９８ａは、移動体１９０の長孔部１９３と係合する。
【００５２】
伝達部２００は、第３圧電素子２０１及び第４圧電素子２０２に通電することにより伸縮し、これにより本体部２０３と押圧ボルト１９５端部に配置されている押圧ブロック１９８の押圧面１９８ｂが移動体１９０を把持する力が増減する。
【００５３】
具体的には、第３圧電素子２０１及び第４圧電素子２０２に通電していない初期状態においては、伝達部２００は、本体部２０３と押圧ボルト１９５端部に配置されている押圧ブロック１９８の押圧面１９８ｂによって移動体１９０を強く把持しており、これにより移動体１９０は伝達部２００に固定されている。したがって、移動体１９０は、本体部２０３と押圧ボルト１９５端部に配置されている押圧ブロック１９８の押圧面１９８ｂによって機械的に挟持されている。
【００５４】
一方、第３圧電素子２０１及び第４圧電素子２０２に通電すると、伝達部２００の振動の節近傍に存在する移動体１９０に対する把持力が低下し、移動体１９０は前記把持方向Ａに沿って移動可能となる。
また、移動体１９０の長孔部１９３と、押圧ブロック１９８のピン１９８ａとが係合することで、移動体１９０が本体部２０３から脱落することを防止できる。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
以上のように、本発明に係る超音波アクチュエータは、ランジュバン振動子を含む複数の振動子を用いた小型のアクチュエータに有用である。
【符号の説明】
【００５６】
１００ 超音波アクチュエータ
１１０ 駆動部
１１１ 第１圧電素子（第１圧電体）
１１２ 第２圧電素子（第２圧電体）
１１３ 弾性連結部（第１弾性体、連結部）
１１３ａ ホーン部
１１３ｂ 先端部
１１３ｃ ボルト部
１１３ｄ ネジ部
１１３ｅ 支持部
１１３ｆ 開口部
１１４ ナット部（第２弾性体）
１２０ 移動体
１３０ 伝達部
１３１ 第３圧電素子（第３圧電体）
１３２ 第４圧電素子（第４圧電体）
１３３ 本体部
１３３ａ 溝部
１３４ 埋め込みボルト
１３４ａ ボルト部
１３５、１８５、１９５ 押圧ボルト
１３６、１８６、１９６ 貫通孔
１３７ 円筒空間
１３８、１８８、１９８ 押圧ブロック
１５０ 制御部
１５１ 第１信号発生器
１５２ 第１電力増幅部
１５３ 遅延回路
１５４ 第２信号発生器
１５５ 第２電力増幅部
１６１、１６２ 支持板
１７０ 移動体
１７１、１７２ 孔
１８０ 伝達部
１８１ 第３圧電素子（第３圧電体）
１８２ 第４圧電素子（第４圧電体）
１８３ 本体部
１８４ 埋め込みボルト
１９０ 移動体
１９１、１９２ 孔
１９３ 長孔部
１９８ａ ピン
１９８ｂ 押圧面
２００ 伝達部
２０１ 第３圧電素子（第３圧電体）
２０２ 第４圧電素子（第４圧電体）
２０３ 本体部
２０４ 埋め込みボルト
ＡＸ１ 駆動中心方向軸
ＡＸ２ 移動方向中心軸
【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚み方向に分極された第１圧電体、前記第１圧電体と対向するように配置され、厚み方向に分極された第２圧電体、及び、前記第１圧電体と前記第２圧電体を挟持する第１弾性体と第２弾性体を有し、前記第１弾性体と前記第２弾性体による挟持方向に伸縮する駆動部と、
前記駆動部に対して移動可能に配置された移動体と、
前記駆動部に結合され、前記移動体に対する把持力を調整可能に構成された伝達部と、
前記駆動部の伸縮と前記伝達部の把持力調整を連動させる制御部と、
を備え、
前記伝達部は、前記移動体を挿通するための貫通孔を有し、
前記駆動部の駆動中心方向軸と、前記移動体の移動方向中心軸とが略一致するように構成されていることを特徴とする超音波アクチュエータ。
【請求項２】
前記駆動部は、中空部を有し、
前記移動体は、前記中空部に挿通され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。
【請求項３】
前記伝達部は、ランジュバン振動子であることを特徴とする請求項１または２に記載の超音波アクチュエータ。
【請求項４】
前記移動体は、棒状又は板状であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の超音波アクチュエータ。
【請求項１】
厚み方向に分極された第１圧電体、前記第１圧電体と対向するように配置され、厚み方向に分極された第２圧電体、及び、前記第１圧電体と前記第２圧電体を挟持する第１弾性体と第２弾性体を有し、前記第１弾性体と前記第２弾性体による挟持方向に伸縮する駆動部と、
前記駆動部に対して移動可能に配置された移動体と、
前記駆動部に結合され、前記移動体に対する把持力を調整可能に構成された伝達部と、
前記駆動部の伸縮と前記伝達部の把持力調整を連動させる制御部と、
を備え、
前記伝達部は、前記移動体を挿通するための貫通孔を有し、
前記駆動部の駆動中心方向軸と、前記移動体の移動方向中心軸とが略一致するように構成されていることを特徴とする超音波アクチュエータ。
【請求項２】
前記駆動部は、中空部を有し、
前記移動体は、前記中空部に挿通され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。
【請求項３】
前記伝達部は、ランジュバン振動子であることを特徴とする請求項１または２に記載の超音波アクチュエータ。
【請求項４】
前記移動体は、棒状又は板状であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の超音波アクチュエータ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１２−２２２８８４（Ｐ２０１２−２２２８８４Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８３７７８（Ｐ２０１１−８３７７８）
【出願日】平成２３年４月５日（２０１１．４．５）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月５日（２０１１．４．５）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
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