JP2014158373A - Vibration actuator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧電素子（電歪素子を含む）の振動により可動軸に運動を与えるようにした振動アクチュエータに関するものである。 The present invention relates to a vibration actuator that imparts motion to a movable shaft by vibration of a piezoelectric element (including an electrostrictive element).
近年、医療機器の進歩は急速であり、特に内視鏡による低侵襲手術システム（例えば米国インテュイティヴ・サージカル社のda Vinci Surgical System）や各種内視鏡下治療器の先端に取り付けられるマイクロハンド等は、従来、ワイヤーを人手で引張る機構を用いていたが、近年では、機構的バックラッシュを抑制してより微細で高精度な動きを可能にする観点等から、電動式の機構に置き換えられようとしている。
そして、前記電動式の機構としては、電磁モータ式，圧電モータ式，形状記憶合金式等が提案されるが、特に内視鏡用としては、小径でも大きな駆動力が得られる等の点から、圧電素子（電歪素子を含む）の振動により可動軸を駆動する振動式アクチュエータが好ましい。
例えば、特許文献１には、内周面に雌ネジ部を有する一体環状の振動リング（１ｂ）と、該振動リング内に螺合挿入された移動体（３）と、振動リング（１ｂ）に固着された圧電セラミック（１ａ）とを備え、圧電セラミック（１ａ）への通電により、一体環状の振動リング（１ｂ）を振動させ、この振動により前記移動体（３）を運動させるようにした発明が開示されている。
また、特許文献２には、一体ナット状の素子（３７）と、該素子（３７）にクリアランスを介して螺合挿入されたネジ付シャフト（１２）と、前記一体ナット状の素子の外周面に固定された圧電層を有する部材（４５）とを備え、前記圧電層に通電し、一体ナット状の素子（３７）に回転振動を与えることで、ネジ付シャフト（１２）を回転させると同時に軸方向に運動させるようにした発明が開示されている。
また、特許文献３には、Fig.６Bに示すように、Ｃ字状の可動ジョーエレメント（６０，６１）の内面（６０a，６１a）にねじを有し、これら可動ジョーエレメント（６０，６１）により保持される円筒状エレメントを、圧電エレメント（５１’）の振動により回転させるようにした発明が開示されている。
In recent years, the progress of medical devices has been rapid, and in particular, minimally invasive surgery systems using endoscopes (for example, da Vinci Surgical System of Intuitive Surgical, USA) and microhands attached to the tips of various endoscopic treatment devices Conventionally, a mechanism for manually pulling the wire has been used, but in recent years, from the viewpoint of enabling finer and more accurate movement by suppressing mechanical backlash, etc., it is going to be replaced with an electric mechanism Yes.
And, as the electric mechanism, an electromagnetic motor type, a piezoelectric motor type, a shape memory alloy type, etc. are proposed. Especially for endoscopes, a large driving force can be obtained even with a small diameter. A vibration actuator that drives the movable shaft by vibration of a piezoelectric element (including an electrostrictive element) is preferable.
For example,
Further, in Patent Document 3, as shown in FIG. 6B, there are screws on the inner surfaces (60a, 61a) of the C-shaped movable jaw elements (60, 61), and these movable jaw elements (60, 61). An invention is disclosed in which the cylindrical element held by is rotated by the vibration of the piezoelectric element (51 ′).
しかしながら、特許文献１及び２に記載の発明では、前記圧電セラミック（又は圧電層）の振動を一体環状でナット状の振動リング等に伝達する構造や、前記振動リング等の内周面の雌ネジ部とネジ付シャフトの雄ネジ部との間に隙間を有する構造等に起因して、その振動の伝達効率が低く、十分な駆動力が得られないおそれがある。
また、特許文献３に記載の発明では、略Ｃ字状の可動ジョーエレメント（６０，６１）が基端側に接続された一体形状であるため、この可動ジョーエレメント（６０，６１）が十分に振動せずに、必要な駆動力が得られないおそれがある。また、可動ジョーエレメント（６０，６１）が径方向へ長尺に形成されているため、内視鏡チューブ内への装着性も懸念される。
However, in the inventions described in
Further, in the invention described in Patent Document 3, since the substantially C-shaped movable jaw element (60, 61) has an integral shape connected to the base end side, the movable jaw element (60, 61) is sufficiently provided. There is a possibility that a necessary driving force cannot be obtained without vibration. Moreover, since the movable jaw element (60, 61) is formed in a long shape in the radial direction, there is a concern about the mounting property in the endoscope tube.
本発明は上記従来事情に鑑みてなされたものであり、その課題とする処は、十分な駆動力を得ることができる振動アクチュエータを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described conventional circumstances, and a problem to be solved by the invention is to provide a vibration actuator capable of obtaining a sufficient driving force.
上記課題を解決するための一手段は、振動により可動軸が運動する振動アクチュエータにおいて、前記可動軸と、前記可動軸の外周面に接触するとともに周方向に分離するように支持された複数の可振部材と、前記可振部材の外面に固定された圧電素子とを備え、前記圧電素子に通電した際の前記可振部材の振動により前記可動軸を運動させるようにしたことを特徴とする。 One means for solving the above problem is that in a vibration actuator in which a movable shaft moves by vibration, a plurality of possible actuators supported so as to be in contact with the movable shaft and an outer peripheral surface of the movable shaft and to be separated in a circumferential direction. It has a vibrating member and a piezoelectric element fixed to the outer surface of the vibrating member, and the movable shaft is moved by the vibration of the vibrating member when the piezoelectric element is energized.
本発明は、以上説明したように構成されているので、十分な駆動力を得ることができる。 Since the present invention is configured as described above, a sufficient driving force can be obtained.
本実施の形態の振動アクチュエータの第一の特徴は、振動により可動軸が運動する振動アクチュエータにおいて、前記可動軸と、前記可動軸の外周面に接触するとともに周方向に分離するように支持された複数の可振部材と、前記可振部材の外面に固定された圧電素子とを備え、前記圧電素子に通電した際の前記可振部材の振動により前記可動軸を運動させるようにした（図１〜図１８参照）。
この構成によれば、可振部材と可動軸の間の隙間によって振動の伝達効率が低下するのを防ぐことができる上、複数の可振部材をそれぞれ独立して効率的に振動させることができる。よって、振動の伝達効率を向上することができ、その結果、例えば、内視鏡等のチューブに挿入できるように極細（例えば２ｍｍ以下）な構成とした場合でも、可動軸による駆動力を十分に得ることができる。
The first feature of the vibration actuator of the present embodiment is that the vibration actuator in which the movable shaft moves by vibration is supported so as to be in contact with the movable shaft and the outer peripheral surface of the movable shaft and to be separated in the circumferential direction. The movable shaft includes a plurality of vibration members and a piezoelectric element fixed to the outer surface of the vibration member, and the movable shaft is moved by the vibration of the vibration member when the piezoelectric element is energized (FIG. 1). To FIG. 18).
According to this configuration, it is possible to prevent the vibration transmission efficiency from being lowered due to the gap between the vibration member and the movable shaft, and it is possible to efficiently vibrate a plurality of vibration members independently. . Therefore, the transmission efficiency of vibration can be improved, and as a result, even when an extremely fine configuration (for example, 2 mm or less) is adopted so that it can be inserted into a tube such as an endoscope, the driving force by the movable shaft is sufficiently obtained. Can be obtained.
第二の特徴は、前記可振部材及び前記圧電素子を、周方向に三つ以上並べ設け、これら三つ以上の前記圧電素子に順次に通電した際の前記可振部材の振動により前記可動軸が回転するようにした（図５，図７及び図１１〜１８参照）。
この構成によれば、三つ以上の圧電素子に順次に通電することで、可動軸を効率的に回転運動させることができる。
The second feature is that the movable member and the piezoelectric element are arranged in three or more in the circumferential direction, and the movable shaft is vibrated by vibration of the vibrating member when the three or more piezoelectric elements are sequentially energized. Was rotated (see FIGS. 5, 7 and 11 to 18).
According to this configuration, the movable shaft can be efficiently rotated by energizing three or more piezoelectric elements sequentially.
第三の特徴は、前記可動軸の外周面に、雄ネジ部を形成し、前記可振部材の各々の内周面に、前記雄ネジ部に螺合する雌ネジ部を形成し、前記三つ以上の圧電素子に順次に通電した際の前記可振部材の振動により前記可動軸が回転しながら軸方向へ直進するようにした（図１１〜１８参照）。
この構成によれば、三組以上の圧電素子に順次に通電することで、可動軸を効率的に回転させながら直進させることができる。
A third feature is that a male screw portion is formed on the outer peripheral surface of the movable shaft, and a female screw portion that is screwed to the male screw portion is formed on each inner peripheral surface of the vibration member. The movable shaft rotates straightly in the axial direction due to the vibration of the vibrating member when one or more piezoelectric elements are sequentially energized (see FIGS. 11 to 18).
According to this configuration, by sequentially energizing three or more sets of piezoelectric elements, the movable shaft can be moved straight while being efficiently rotated.
第四の特徴は、円筒状チューブに挿入された場合に該円筒状チューブの内周面から離隔するように、前記可振部材の外周側に前記圧電素子を配置した（図４〜７及び図６〜８参照）。
この構成によれば、円筒状チューブに挿入された場合に、圧電素子が、円筒状チューブの内周面から離隔するため、圧電素子の振動が円筒状チューブにより抑制されてしまうのを防ぐことができる。
The fourth feature is that the piezoelectric element is arranged on the outer peripheral side of the vibration member so as to be separated from the inner peripheral surface of the cylindrical tube when inserted into the cylindrical tube (FIGS. 4 to 7 and FIG. 6-8).
According to this configuration, since the piezoelectric element is separated from the inner peripheral surface of the cylindrical tube when inserted into the cylindrical tube, it is possible to prevent the vibration of the piezoelectric element from being suppressed by the cylindrical tube. it can.
第五の特徴は、円筒状チューブに挿入された場合に前記円筒状チューブの内周面と前記可振部材の間に位置するように、前記圧電素子の給電配線を設けた（図４〜７及び図６〜８参照）。
この構成によれば、圧電素子の給電配線をコンパクトな構成にすることができ、当該振動アクチュエータを円筒状チューブに挿入した際の収納性が良好である。
A fifth feature is that the piezoelectric element power supply wiring is provided so as to be positioned between the inner peripheral surface of the cylindrical tube and the vibrating member when inserted into the cylindrical tube (FIGS. 4 to 7). And see FIGS.
According to this configuration, the power supply wiring of the piezoelectric element can be made compact, and the storage property when the vibration actuator is inserted into the cylindrical tube is good.
また、特に好ましい形態としては、前記可振部材を径内方向へ付勢して前記可動軸の外周面に押し付ける付勢部材を備える。
この構成によれば、可振部材と可動軸の間に隙間が生じて、振動の伝達効率が低下するのを効果的に防ぐことができる。
Further, as a particularly preferable form, a biasing member that biases the vibration member in a radially inward direction and presses it against the outer peripheral surface of the movable shaft is provided.
According to this structure, it can prevent effectively that a clearance gap produces between a vibrating member and a movable shaft, and the transmission efficiency of a vibration falls.
次に、上記特徴を有する本実施の形態の好ましい具体例を、図面に基づいて詳細に説明する。 Next, a preferred specific example of the present embodiment having the above features will be described in detail with reference to the drawings.
＜振動アクチュエータ１について＞
図１〜図４に示す振動アクチュエータ１は、可動軸１０と、可動軸１０の周囲で周方向に分離して配置された複数の可振部材２０と、各可振部材２０の外面に固定された圧電ユニット３０と、付勢部材４２（図２参照）によって可振部材２０を径内方向へ付勢して可動軸１０の外周面に押し付けるケース部材４０とを備え、圧電ユニット３０に通電した際の可振部材２０の振動により可動軸１０を所定方向へ直進運動させるように構成さている。
<About
The
なお、図１中の符号ｐは、必要に応じて当該振動アクチュエータ１が挿入される可撓性の円筒状チューブであり、弾性又は可撓性を有する合成樹脂材料（例えば、フッ素樹脂等）から形成されている。
In addition, the code | symbol p in FIG. 1 is a flexible cylindrical tube in which the said
可動軸１０は、図示例によれば長尺であり、少なくともその外周面を円筒面に形成した円柱又は円筒状部材であり、例えば、金属等の剛性を有する材料から形成されている。
The
可振部材２０は、可動軸１０を径方向に挟むようにして、周方向に分離して複数（図示例によれば二つ）配設される。
各可振部材２０は、金属等の剛性材料から可動軸１０の軸方向へわたる長尺片状に形成され、その内周側に凹曲面部２１を有するとともに、外周面側には、圧電素子３１を貼り付け易いように、該圧電素子３１にならった形状の部位（図示例によれば、平坦面部２２）を有する。
A plurality of (two in the illustrated example)
Each
凹曲面部２１は、可動軸１０の外周面に沿って軸方向へ延設された断面略円弧状の曲面である。この凹曲面部２１には、必要に応じて、可動軸１０に交差（図示例によれば略直交）する方向の溝２１ａが、可動軸１０の軸方向へ間隔を置いて複数設けられる。これらの溝２１ａは、後述する圧電ユニット３０を構成する複数の電極３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄに対応するように設けられ、詳細に説明すれば、隣り合う溝２１ａ，２１ａの間に一つの電極３２ａ（３２ｂ，３２ｃ又は３２ｄ）が位置するように配置される。
そして、これら複数の溝２１ａは、可振部材２０と可動軸１０の間の摩擦力を適宜に調整して、可振部材２０の振動波を効率良く可動軸１０へ伝達するように作用する。なお、他例としては、これら溝２１ａの一部又は全部を省いたり、これら溝２１ａの一部又は全部を突起に置換したりすることも可能である。
The concave
The plurality of
平坦面部２２は、可動軸１０の軸方向及び接線方向に平行する平坦状の面であり、円筒状チューブｐに挿入された場合に、該円筒状チューブｐの内周面から離れて位置する（図４〜７参照）。そして、この平坦面部２２の表面には、円筒状チューブｐの内周面との間に位置するように、後述する圧電ユニット３０が固定される。
The
圧電ユニット３０は、図２に示すように、可振部材２０の平坦面部２２に密着して固定された圧電素子３１と、圧電素子３１に並べ設けられた複数組（図示例によれば四組）の電極３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄと、これらの各電極に電力を供給するように接続された給電配線３３とを具備する。そして、この圧電ユニット３０は、前記電極３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄに順次に通電した際に生じる圧電素子３１の進行波により、可振部材２０を振動させ、この振動を可動軸１０にも伝達して、可動軸１０を所定方向へ直進運動させる。
As shown in FIG. 2, the
圧電素子３１は、薄手の圧電素子（圧電セラミックや、ピエゾ素子、電歪素子等と称されるものを含む）と金属板を接着剤（例えば、導電性熱硬化型接着剤等）により張り合わせた構造（ユニモルフ等と称される）を有し、図示例によれば一枚の平板状に構成され、その表面に電極３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄがパターン状に形成される。
The
なお、図２に示す好ましい一例では、小型化及び生産性向上等の観点から前記ようにユニモルフ構造の単一板状の圧電素子３１に複数の電極３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄを設けるようにしたが、他例としては、軸方向に並ぶ複数枚の圧電素子を連結するとともにこれら複数枚の圧電素子のそれぞれに電極を設けた態様や、複数枚の圧電素子を所定間隔を置いて並べ設けるとともにこれら複数枚の圧電素子のそれぞれに電極を設けた態様とすることも可能である。
さらに、他例としては、前記圧電素子の構造としてユニモルフ構造以外の構造（例えばバイモルフ構造等）を採用することも可能である。
In a preferred example shown in FIG. 2, a plurality of
Furthermore, as another example, a structure other than a unimorph structure (for example, a bimorph structure) can be employed as the structure of the piezoelectric element.
電極３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄは、可動軸１０の軸方向へ所定間隔を置いて並ぶようにして、圧電素子３１の表面に固定される。
給電配線３３は、電極３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄの各々に対し電力を供給するように電気的に接続され、可振部材２０と円筒状チューブｐの間の隙間（詳細には図４に示すように、可振部材２０とケース部材４０の間の隙間や、ケース部材４０と円筒状チューブｐの間の隙間等）を通って、可動軸１０の軸方向へ導かれる。特に、可振部材２０の振動に悪影響を及ぼさないようにする観点からは、図４に示すように、この給電配線３３を、ケース部材４０と円筒状チューブｐの間の隙間であって、ケース部材４０の角部分から離れた位置（換言すれば平坦部分寄り）に配置するのが好ましい。
これら電極３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄの数は、可動軸１０の進行方向を容易に特定できるように三組以上とするのが好ましいが、制御方法等によっては二組とすることも可能である。
また、図２に示す一例では、一枚の圧電素子３１に対し複数の電極３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄを固定するようにしているが、他例としては、複数枚の圧電素子に対しそれぞれ電極を設けた態様（例えば図８参照）とすることも可能である。
The
The
The number of the
In the example shown in FIG. 2, the plurality of
ケース部材４０は、可動軸１０、可振部材２０及び圧電ユニット３０の周囲を環状に囲む角筒状のケース本体４１と、該ケース本体４１から内側へ突出する付勢部材４２とから一体に構成される。このケース部材４０は、付勢部材４２を板バネ状に弾性変形させることが可能なように、弾性的に撓むことが可能な金属材料等から形成される。
The
ケース本体４１は、図示例によれば、円筒状チューブｐの内周面に角部分を接触させる角筒状（図示例によれば四角形筒状）に形成される。
According to the illustrated example, the
付勢部材４２は、図２及び図４に示すように、ケース本体４１の周壁の一部を、軸方向に沿って径内方向へ突出させてなる。この付勢部材４２は、可振部材２０を可動軸１０中心寄りで柔軟に保持するように、バネ乗数等が適宜に設定されている。
As shown in FIGS. 2 and 4, the urging
上記構成の振動アクチュエータ１は、図１及び図４等に示すように、円筒状チューブｐの中に挿入されて用いられる。この挿入状態において、ケース部材４０の四角部分４１ａが円筒状チューブｐの内周面に当接し、隣り合う二つの角部分４１ａ，４１ａの間の平坦面部４１ｂが円筒状チューブｐの内周面から離れて位置する。
そして、可振部材２０とケース部材４０の間の隙間や、ケース部材４０と円筒状チューブｐの間の隙間には、圧電素子３１への給電配線３３が挿通され、さらに、必要に応じて、当該振動アクチュエータ１以外の機器の電気配線３４（例えば、内視鏡等の信号線等）もコンパクトに挿通される。なお、可動軸１０は必ずしも円柱状でなくてもよく、他例としては、円筒状の中空軸とし、その中央の孔には必要に応じて前記電気配線３４等を挿通する。
The
And the
次に、上記構成の振動アクチュエータ１の動作及び作用効果について詳細に説明する。
振動アクチュエータ１を動作させるためには、図示しない制御回路から圧電ユニット３０に対し所定周波数の電力が供給され、電極３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄが順次に通電状態となる。詳細に説明すれば、例えば、先ず、一つの電極３２ａのみが通電され、圧電素子３１における電極３２ａの近傍に振動を発生させる。次に、該電極３２ａへの通電が遮断されて、電極３２ａのみが通電されて、圧電素子３１における電極３２ｂの近傍に振動を発生させる。同様にして、電極３２ｃのみへの通電、電極３２ｄのみへの通電が順次に行われ、このような通電が無限ループ状に繰り返し行われる。すると、圧電素子３１には、前記通電順序の方向へ向かう進行波状の振動が発生し、この進行波状の振動が、各可振部材２０に伝達し、さらに可振部材２０から可動軸１０に伝達することで、可動軸１０が前記通電順序の方向へ直進運動する（図２参照）
なお、他の通電方法としては、電極３２ａ，３２ｂ、電極３２ｂ，３２ｃ、電極３２ｃ，３２ｄ、電極３２ｄ，３２ａの順番に二つずつ通電する方法や、あるいは、電極３２ａ、電極３２ａ，３２ｂ、電極３２ｂ、電極３２ｂ，３２ｃ、電極３２ｃ、電極３２ｃ，３２ｄ、電極３２ｄ、電極３２ｄ，３２ａのように、電極を移行する毎に通電数が切り替わるように通電する方法等としてもよい。
Next, the operation and effect of the
In order to operate the
As other energization methods,
振動アクチュエータ１によれば、前記直進運動の際、複数の可振部材２０が周方向において分離配置されているため、これら可振部材を一体環状の部材に構成した従来技術等と比較し、各可振部材２０の可動性が良好であり、効果的に振動を伝達することができる。
さらに、各可振部材２０を付勢部材４２の付勢力によって可動軸１０外周面に常に押圧するようにしているため、可振部材２０から可動軸５０へ伝達される振動の損失を軽減することができる。
また、特に図４に示されるように、比較的振動の少ない角部分４１ａを円筒状チューブｐ内周面に接触させるとともに、隣り合う角部分４１ａ，４１ａ間の平坦面部４１ｂを円筒状チューブｐの内周面から離隔させた状態で、可振部材２０が円筒状チューブｐの中心部寄りに付勢部材４２によって柔軟に支持されるため、可振部材２０及び圧電素子３１の振動が円筒状チューブｐに吸収されたり抑制されたりするのを効果的に軽減することができる。
よって、圧電素子３１の振動を効率的に可動軸１０に伝達して、可動軸１０の駆動力を増大することができる。
また、ケース部材４０と可振部材２０の隙間や、円筒状チューブｐとケース部材４０の隙間に給電配線３３や、他の機器の電気配線３４を挿通して、コンパクトな収納態様にすることができる。
According to the
Furthermore, since each oscillating
In particular, as shown in FIG. 4, the
Therefore, the vibration of the
In addition, the
次に、他の形態の振動アクチュエータについて説明する。なお、以下に示す振動アクチュエータは、上記振動アクチュエータ１の一部を変更したものであるため、基本的に略同構成である部分については同一の符号を用いるとともに、主に変更部分について詳細に説明する。
Next, another form of vibration actuator will be described. In addition, since the vibration actuator shown below changes a part of the said
＜振動アクチュエータ２について＞
図５に示す振動アクチュエータ２は、上記振動アクチュエータ１に対し、可振部材２０及び圧電ユニット３０を三つ以上の可振部材２０’及び圧電ユニット３０’に置換するとともに、ケース部材４０をケース部材４０’に置換したものである。
<About
The
可振部材２０’は、上記可振部材２０（図３参照）と基本的に同構造であるが、周方向に略等間隔に三つ以上（図示例によれば四つ）並ぶように形成される。
The oscillating
圧電ユニット３０’は、三つ以上の可振部材２０’にそれぞれ対応して設けられる。各圧電ユニット３０’は、単一の圧電素子３１の外側面に、単一の電極３２ａ１（３２ａ２，３２ａ３又は３２ａ４）を固定している（図５参照）。各電極３２ａ１（３２ａ２，３２ａ３又は３２ａ４）には、上記振動アクチュエータ１と同様にして給電配線３３が接続される。
The piezoelectric unit 30 'is provided corresponding to each of the three or more oscillating members 20'. Each piezoelectric unit 30 'has a single electrode 32a1 (32a2, 32a3 or 32a4) fixed to the outer surface of a single piezoelectric element 31 (see FIG. 5). The
ケース部材４０’は、可動軸１０、可振部材２０’及び圧電ユニット３０’の周囲を環状に囲む角筒状のケース本体４１’と、該ケース本体４１’から内側へ突出する三つ以上（図示例によれば四つ）の付勢部材４２’とから一体に構成される。
各付勢部材４２’は、ケース本体４１’の周壁の一部を、板バネ状に切欠する等して、周方向に沿って径内方向へ突出しており、その突端側の部分によって各圧電ユニット３０’を径内方向へ付勢して、圧電ユニット３０’と一体の可振部材２０’を可動軸１０の外周面に押し付けている。
The
Each urging
よって、図５に示す振動アクチュエータ２によれば、周方向に並ぶ三つ以上の圧電ユニット３０’に順次に通電すれば、これら圧電ユニット３０’及び可振部材２０’の振動と停止が順次に繰り返され、可動軸１０の周囲に周方向の進行波が発生し、この進行波によって可動軸１０が回転運動をする。
この回転運動の際、周方向に分離した可振部材２０’をそれぞれ可動軸１０に押圧するようにしているため、上述した振動アクチュエータ１と同様に、振動の伝達効率が良好であり、可動軸１０の回転方向の駆動力を向上させることができる。
Therefore, according to the
During this rotational movement, the vibrating
なお、図５に示す振動アクチュエータ２においては、周方向に並ぶ電極３２ａ１，３２ａ２，３２ａ３，３２ａ４を、それぞれ軸方向にも三つ以上設けて、これら軸方向に並ぶ三つ以上の電極を順次に通電すれば、上記振動アクチュエータ１と同様に、可動軸１０を軸方向へ直進させることも可能である。
また、図５に示す振動アクチュエータ２においては、周方向に並ぶ圧電ユニット３０及び可振部材２０’の数を、可動軸１０の回転方向を容易に特定できるように三組以上としたが、制御方法等によってはこれらの数を二組とすることも可能である。
In the
Further, in the
＜振動アクチュエータ３について＞
図６に示す振動アクチュエータ３は、上記振動アクチュエータ１に対し、上記可動軸１０，上記可振部材２０，上記ケース部材４０を、それぞれ、可動軸１０’，可振部材２０”，ケース部材４０”に置換するとともに、圧電ユニット３０とケース部材４０”の間に独立した付勢部材４２”を設けている。
<About vibration actuator 3>
The vibration actuator 3 shown in FIG. 6 is different from the
可動軸１０’は、長尺な角柱状（図示例によれば四角柱状）の部材であり、例えば、金属等の剛性を有する材料から形成されている。
The
可振部材２０”は、角柱状の可動軸１０’を径方向（図６によれば上下方向）に挟むようにして複数（図示例によれば二つ）設けられる。
各可振部材２０”は、金属等の剛性材料から可動軸１０の軸方向へわたる略長尺状に形成され、その断面形状が可振部材２０”の片半部側嵌り合う凹状である。
この可振部材２０”の内面（詳細には可動軸１０’が周面に接触する面）には、必要に応じて、可動軸１０のものと同様の溝（図３の溝２１ａ参照）が設けられる。
また、可振部材２０”の外面は平坦状に形成され、この面上に圧電ユニット３０が固定される。
A plurality (two in the illustrated example) of the vibrating
Each
A groove similar to that of the movable shaft 10 (refer to a
The outer surface of the
ケース部材４０”は、金属等の剛性材料によって、可動軸１０’、可振部材２０”，圧電ユニット３０及び後述する付勢部材４２”の周囲を環状に囲む角筒状（図６の一例では四角筒状）に形成される。
The
付勢部材４２”は、可振部材２０”及びケース部材４０”とは独立した板バネであり、可振部材２０”とケース部材４０”の間に設けられて、可振部材２０”を径内方向へ付勢して可動軸１０’に押し付ける。この付勢部材４２”は、弾性的に撓むことが可能な金属材料から波板状に形成される。なお、他例としては、この付勢部材４２”をコイルスプリングに置換することも可能である。
The urging
そして、上記構成の振動アクチュエータ３は、上記振動アクチュエータ１と同様にして円筒状チューブｐ内へ挿通されて用いられる。
この振動アクチュエータ３によれば、上記振動アクチュエータ１と同様に、可振部材２０”側の振動を効率的に可動軸１０’に伝達できる。その上、可動軸１０’を角柱状に形成しているため、当該振動アクチュエータ３の用途等により可動軸１０’を回転させたくない場合に、該可動軸１０’を回転させることなく軸方向へ直進運動させることができる。
The vibration actuator 3 having the above configuration is inserted into the cylindrical tube p and used in the same manner as the
According to the vibration actuator 3, as in the
＜振動アクチュエータ４について＞
図７に示す振動アクチュエータ４は、図５に示す振動アクチュエータ２からケース部材４０’を省き、図６のものと略同様の板バネ状の付勢部材４２”を設け、これらを円筒状チューブｐ内へ直接挿入したものである。
付勢部材４２”は、周方向に並ぶ可振部材２０’及び圧電ユニット３０’に対応して三つ以上（図示例によれば四つ）設けられる。
各付勢部材４２”及び圧電ユニット３０’は、各可振部材２０’の角寄りを避けるようにして、各可振部材２０’の平坦面部２２’における中央寄りに配設される。したがって、各付勢部材４２’及び圧電ユニット３０’は、可振部材２０’の平坦面部２２’と円筒状チューブｐの内周面との間に形成される隙間に位置することになる。
<About
The
Three or
Each urging
よって、図７に示す振動アクチュエータ４によれば、図５に示す振動アクチュエータ２と同様に、可振部材２０’及び圧電ユニット３０’の振動を、円筒状チューブｐ側へ逃がさないようにして効率的に可動軸１０に伝達し、可動軸１０を回転駆動することができる上、ケース部材４０等を省いているため、より細身な構造とすることができる。
Therefore, according to the
なお、上述した振動アクチュエータ１，２，４は、各可振部材２０（２０’又は２０”）上の圧電ユニットを、図８に示す態様のように、軸方向と周方向にそれぞれ複数設けるようにするようにしてもよい。
図８に示す態様では、単一の可振部材２０の平坦面部２２に、軸方向と周方向に並ぶ複数の圧電ユニット３０”を固定している。図示例では、圧電ユニット３０”を、軸方向に四つ、周方向に二つ並べ設けている。
各圧電ユニット３０”は、一枚の圧電素子３１に一組の電極３２を設けてなり、各電極には図示しない給電配線が接続されている。
In the
In the embodiment shown in FIG. 8, a plurality of
Each
よって、図８に示す可振部材２０及び圧電ユニット３０”を用いた振動アクチュエータによれば、複数の電極３２への通電順序に応じて、可動軸１０が直進運動及び／又は回転運動する。
すなわち、複数の圧電ユニット３０”の電極３２に対し、軸方向へ順番に通電を行えば、この通電方向に沿って可動軸１０を直進運動させることができ、周方向へ順番に通電を行えば、この通電方向に沿って可動軸１０を回転運動させることができる。また、前記通電の順番を逆にすれば、可動軸１０の直進方向を逆にしたり、可動軸１０の回転方向を逆にしたりすることができる。さらに、軸方向と周方向の通電を同時に行って、可動軸１０を回転運動させながら直進運動させることも可能である。
Therefore, according to the vibration actuator using the vibrating
That is, if the
なお、図８の一例では、単一の圧電素子３１と一組の電極３２からなる圧電ユニット３０を、縦横に複数配設するようにしているが、同様の機能が得られる他例としては、前記複数の圧電ユニット３０を、一枚の圧電素子と縦横に並ぶ複数の電極とからなる単一の圧電ユニットに置換することも可能である。
In the example of FIG. 8, a plurality of
また、図９に例示するように、上記振動アクチュエータ１〜４における可動軸１０（又は１０’）の外周面には、必要に応じて、滑り防止加工部１０ａを設けるようにしてもよい。同様に、振動アクチュエータ１〜４における可振部材２０（２０’又は２０”）の内周面にも、図１０に例示するように、必要に応じて、滑り防止加工部２０ａを設けるようにしてもよい。
滑り防止加工部１０ａ，２０ａを有する構成によれば、例えば、本実施の形態の振動アクチュエータ１〜４が内視鏡等に適用され、血液や体液等の液体が可動軸１０（又は１０’）と可振部材２０（２０’又は２０”）との間に流入した場合でも、これらの間に滑りを生じるのを防止することができ、可動軸１０（又は１０’）の動作を安定させることができる。
In addition, as illustrated in FIG. 9, an
According to the configuration having the
滑り防止加工部１０ａ，２０ａの好ましい一例としては、可動軸１０外周面と可振部材２０内周面に、所定粗さの粗面加工を施した態様とすることができる。
前記粗面加工は、表面粗さの範囲を、平均粗さ２マイクロメータ以上で６マイクロメータ以下とするのが好ましい。すなわち、前記範囲よりも平均粗さが小さい場合には、流入した液体により摩擦力が著しく低下し滑りを増加してしまうおそれがある。逆に、前記範囲よりも平均粗さが大きい場合には、摩擦力が著しく増大して、可動軸１０（又は１０’）の滑らかな運動を阻害してしまうおそれがある。
As a preferable example of the
In the rough surface processing, it is preferable that the range of the surface roughness is an average roughness of 2 micrometers or more and 6 micrometers or less. That is, when the average roughness is smaller than the above range, the flowing liquid may significantly reduce the frictional force and increase the slip. On the contrary, when the average roughness is larger than the above range, the frictional force is remarkably increased, and there is a possibility that the smooth movement of the movable shaft 10 (or 10 ′) may be hindered.
また、滑り防止加工部１０ａ，２０ａの他の好ましい一例としては、可動軸１０（又は１０’）外周面に、軸方向に等ピッチの環状突起を設けるとともに、可振部材２０（２０’又は２０”）の内周面には、前記環状突起に嵌り合う環状凹部を複数設ける。
この構成によれば、可動軸１０（又は１０’）を直進運動させた場合に、該可動軸１０（又は１０’）の環状突起と、可振部材２０（２０’又は２０”）の環状凹部とが嵌脱を繰り返しながら軸方向へ進むため、可動軸１０（又は１０’）が軸方向へ滑りを生じるようなことを防止することができる。
Further, as another preferred example of the anti-slip processed
According to this configuration, when the movable shaft 10 (or 10 ′) is linearly moved, the annular protrusion of the movable shaft 10 (or 10 ′) and the annular recess of the vibration member 20 (20 ′ or 20 ″) are provided. Since it advances in the axial direction while repeatedly engaging and disengaging, it is possible to prevent the movable shaft 10 (or 10 ′) from slipping in the axial direction.
また、他例としては、可動軸１０（又は１０’）と可振部材２０（２０’又は２０”）のうちの何れか一方のみに、前記構成の滑り防止加工部１０ａ，２０ａを設けた態様とすることも可能である。
また、滑り防止加工部１０ａ，２０ａの他例としては、可動軸１０（又は１０’）の外周面、及び／又は可振部材２０（２０’又は２０”）の内周面を、例えばローレット加工状等の多数の凹凸面とした態様等とすることも可能である。
Moreover, as another example, the aspect which provided the anti-slip |
Further, as another example of the
＜振動アクチュエータ５について＞
図１１〜図１６に示す振動アクチュエータ５は、可動軸５０と、可動軸５０の外周面に接触するとともに周方向に分離するように支持された複数の可振部材６０と、これら可振部材６０の外面にそれぞれ固定された複数の圧電ユニット７０ａ，７０ｂ，７０ｃ，７０ｄと、可振部材６０及び圧電ユニット７０ａ，７０ｂ，７０ｃ，７０ｄの周囲を覆うケース部材８０とを備え、圧電ユニット７０ａ，７０ｂ，７０ｃ，７０ｄに通電した際の可振部材６０の振動により可動軸５０を所定方向へ回転させながら軸方向へ直進させる。
<About
The
可動軸５０は、例えば、金属等の剛性を有する材料から長尺な円柱状に形成され、その外周面に雄ネジ部５１を有する。雄ネジ部５１は、少なくとも当該可動軸５０の可動範囲と可振部材６０とが重なる範囲に設ければよく、図１１に示す好ましい一例では可動軸５０の略全長にわたって設けられる。
The
可振部材６０は、可動軸５０の外周面を接触支持するとともに周方向に分離して、複数、好ましくは三つ以上八つ以内（図示例によれば四つ）設けられる。
各可振部材６０は、金属等の剛性材料から可動軸５０の軸方向へわたる略長尺片状に形成され、その内周側に凹曲面部６１を有するとともに、外周面側には平坦面部６２を有する（図１２及び図１３参照）。
The
Each
凹曲面部６１は、可動軸５０の外周面に沿って軸方向へ延設された断面略円弧状の曲面であり、可動軸５０外周面の雄ネジ部５１に螺合する雌ネジ部を有する。
The concave
平坦面部６２は、可動軸５０の軸方向及び接線方向に平行する平坦状の面であり、当該振動アクチュエータ５が円筒状チューブｐに挿入された場合（図１６参照）に、該円筒状チューブｐの内周面から離れて位置する。この平坦面部６２の表面には、圧電ユニット７０ａ（７０ｂ，７０ｃ又は７０ｄ）が固定される。なお、図示例によれば、圧電ユニット７０ａ（７０ｂ，７０ｃ又は７０ｄ）が平板状であるため、これの取付け対象である可振部材６０の表面を平坦面状に形成したが、他例としては、その双方の表面を緩い円周面状に形成してもよい。
The
また、圧電ユニット７０ａ，７０ｂ，７０ｃ，７０ｄの各々は、可振部材６０の平坦面部６２に密着して固定された圧電素子７１と、この圧電素子７１に固定された電極７２と、この電極７２に電力を供給するように接続された給電配線７３とを具備する（図１２参照）。
In addition, each of the
圧電素子７１は、上記圧電素子３１と略同様に、ユニモルフ構造やバイモルフ構造のものが用いられる。
電極７２は、図示例によれば、圧電素子７１の端部側に固定される。
また、給電配線７３は、電極７２に対し電気的に接続され、可振部材６０とケース部材８０の隙間や、ケース部材８０と円筒状チューブｐの隙間等を通って、可動軸５０の軸方向へ導かれる。この給電配線７３は、特に、可振部材６０の振動に悪影響を及ぼさないようにする観点から、図１６に示すように、ケース部材８０と円筒状チューブｐの間の隙間であって、ケース部材８０の角部分から離れた位置（換言すれば平坦部分寄り）に配置されるのが好ましい。
The
According to the illustrated example, the
The
可振部材６０及び圧電ユニット７０ａ，７０ｂ，７０ｃ，７０ｄの数は、可動軸１０の回転方向を容易に特定できるように三組以上とするのが好ましいが、制御方法等によっては二組とすることも可能である。
また、他例としては、単一の可振部材６０に対し周方向に並ぶように複数の圧電ユニットを設けた態様や、単一の圧電素子７１に対し周方向に並ぶように複数の電極７２を具備した態様等とすることも可能である。
The number of the vibrating
As another example, a mode in which a plurality of piezoelectric units are provided so as to be arranged in the circumferential direction with respect to a
また、ケース部材８０は、図１１及び図１３に示すように、可動軸５０、可振部材６０及び圧電ユニット７０ａ，７０ｂ，７０ｃ，７０ｄの周囲を環状に囲む角筒状のケース本体８１と、該ケース本体８１の内側に位置する付勢部材８２とから一体に構成される。
Further, as shown in FIGS. 11 and 13, the
ケース本体８１は、図示例によれば、円筒状チューブｐの内周面に角部分を接触させる四角形筒状に形成される。このケース本体８１は、金属材料等から形成されるが、必要に応じて、合成樹脂材料等から形成することも可能である。
According to the illustrated example, the case
付勢部材８２は、金属材料等の弾性的に撓むことが可能な材料により略四角筒状に形成され、その四方の面を、径方向にバネ作用を有する形状としている。図１１に示す一例について詳細に説明すれば、付勢部材８２を構成する四方の面の各々は、軸方向の端部を開口した長尺状の凹状片８２ａを、前記開口の向きが互い違いになるように周方向に複数並べて接続することで、おおまかには平面視Ｓ字状に形成される。この付勢部材８２のバネ乗数は、可振部材６０を可動軸５０中心側へ柔軟に保持するように、適宜に設定されている。
The urging
上記構成の振動アクチュエータ５は、図１６に示すように、円筒状チューブｐの中に挿入されて用いられる。この挿入状態において、ケース部材８０の四角部分８１ａが円筒状チューブｐの内周面に当接し、隣り合う二つの角部分８１ａ，８１ａの間の平坦面部８１ｂが円筒状チューブｐの内周面から離れて位置する。
そして、可振部材６０とケース部材８０の間の隙間や、ケース部材８０と円筒状チューブｐの間の隙間には、圧電素子７１への給電配線７３が挿通され、さらに、必要に応じて、当該振動アクチュエータ５以外の機器の電気配線７４（例えば、内視鏡等の信号線等）もコンパクトに挿通される。
The
Then, a
次に、上記構成の振動アクチュエータ５の動作及び作用効果について詳細に説明する。
振動アクチュエータ５を動作させるためには、図示しない制御回路から複数の圧電ユニット７０ａ，７０ｂ，７０ｃ，７０ｄに対し所定周波数の電力が順次に供給される。詳細に説明すれば、先ず、一つの圧電ユニット７０ａのみが通電され、次に、該圧電ユニット７０ａへの通電が遮断されて、圧電ユニット７０ｂのみが通電され、同様にして、圧電ユニット７０ｃのみへの通電、圧電ユニット７０ｄのみへの通電が順次に行われ、このような通電が無限ループ状に繰り返し行われる。すると、圧電素子７１には、前記通電順序の周方向へ向かう進行波状の振動が生じ、この進行波状の振動が各可振部材６０に伝達し、さらに可振部材６０から可動軸５０に伝達することで、可動軸５０が前記通電順序の周方向に沿って回転運動する。したがって、可動軸５０は、周囲の可振部材６０の雌ネジ部に螺合して回転しながら軸方向へ進むことになる。
なお、他の通電方法としては、圧電ユニット７０ａ，７０ｂ、圧電ユニット７０ｂ，７０ｃ、圧電ユニット７０ｃ，７０ｄ、圧電ユニット７０ｄ，７０ａの順番に二つずつ通電する方法や、あるいは、圧電ユニット７０ａ、圧電ユニット７０ａ，７０ｂ、圧電ユニット７０ｂ、圧電ユニット７０ｂ，７０ｃ、圧電ユニット７０ｃ、圧電ユニット７０ｃ，７０ｄ、圧電ユニット７０ｄ、圧電ユニット７０ｄ，７０ａのように、電極を移行する毎に通電数が切り替わるように通電する方法等としてもよい（図１４及び図１５参照）。
Next, the operation and effect of the
In order to operate the
As other energization methods, the
振動アクチュエータ５によれば、前記回転運動の際、複数の可振部材６０が周方向において分離配置されているため、これら可振部材を一体環状の部材に構成した従来技術等と比較し、各可振部材６０の可動性が良好であり、効果的に振動を伝達することができる。
さらに、各可振部材６０を付勢部材８２の付勢力によって可動軸５０外周面に常に押圧するようにしているため、可振部材６０から可動軸５０へ伝達される振動の損失を軽減することができる。
また、特に図１６に示されるように、比較的振動の少ない角部分８１ａを円筒状チューブｐ内周面に接触させるとともに、隣り合う角部分８１ａ，８１ａの間の平坦面部８１ｂを円筒状チューブｐの内周面から離隔させた状態で、可振部材６０が円筒状チューブｐの中心部寄りに柔軟に支持されるため、可振部材６０及び圧電ユニット７０ａ，７０ｂ，７０ｃ，７０ｄの振動が円筒状チューブｐに吸収されたり抑制されたりするのを効果的に軽減することができる。
よって、圧電素子７１の振動を効率的に可動軸５０に伝達して、可動軸５０の駆動力を増大することができる。
また、ケース部材８０と可振部材６０の隙間や、円筒状チューブｐとケース部材８０の隙間に給電配線７３や、他の機器の電気配線７４を挿通して、コンパクトな収納態様にすることができる。
According to the
Further, since each oscillating
In particular, as shown in FIG. 16, the
Therefore, the vibration of the
In addition, the
＜振動アクチュエータ６について＞
上記振動アクチュエータ５によれば、ケース本体８１内に四角筒状の付勢部材８２を設けてケース部材８０を構成したが、このケース部材８０の他例としては、図１７に示す振動アクチュエータ６のように、角筒状のケース部材８０’内に、独立した板バネ状の付勢部材８２’を有する態様等とすることも可能である。なお、さらに他例としては、板バネ状の前記付勢部材８２’をコイルスプリングに置換することも可能である。
<
According to the
また、ケース部材８０の他例としては、上記振動アクチュエータ１，２と同様にケース本体４１（又は４１’）と付勢部材４２（又は４２’）を一体の部材とした態様（図４及び図５参照）とすることも可能である。
Further, as another example of the
さらに他例としては、図１８に示す振動アクチュエータ７のように、ケース部材を省くことも可能である。
この振動アクチュエータ７は、図１７に示す振動アクチュエータ６からケース部材８０’を省き、各可振部材６０に対応して図１７のものと略同様の板バネ状の付勢部材８２’を設け、これらを円筒状チューブｐ内へ直接挿入したものである。
各付勢部材８２’及び各圧電ユニット７０ａ（７０ｂ，７０ｃ又は７０ｄ）は、各可振部材６０の角寄りを避けるようにして、各可振部材６０の平坦面部６２における中央寄りに配設される。したがって、各付勢部材８２’及び各圧電ユニット７０ａ（７０ｂ，７０ｃ又は７０ｄ）は、前記平坦面部６２と、円筒状チューブｐの内周面との間に形成される隙間に位置することになる。
As another example, a case member can be omitted as in the vibration actuator 7 shown in FIG.
This vibration actuator 7 omits the
Each urging
よって、図１８に示す振動アクチュエータ７によれば、上記振動アクチュエータ５と同様に、可振部材６０及び圧電ユニット７０ａ，７０ｂ，７０ｃ，７０ｄの振動を、円筒状チューブｐ側へ逃がさないようにして効率的に可動軸５０に伝達し、可動軸５０を回転させながら軸方向へ進めることができる上、ケース部材８０等を省いているため、より細身な構造とすることができる。
Therefore, according to the vibration actuator 7 shown in FIG. 18, as in the
次に、上記構成の振動アクチュエータ１〜７を用いた応用機構について説明する。
なお、以下に示す応用機構では上記振動アクチュエータ１（図１〜図４参照）を用いているが、この振動アクチュエータ１を、他の態様の振動アクチュエータ２〜７に置換することが可能である。
Next, an application mechanism using the
In the application mechanism described below, the vibration actuator 1 (see FIGS. 1 to 4) is used. However, the
＜挟持機構Ａについて＞
図１９は、先端側部分で被挟持物を挟持したり放したりする挟持機構Ａである。
この挟持機構Ａは、可撓性を有する円筒状チューブｐ内に、振動アクチュエータ１を内在するとともに、振動アクチュエータ１の可動軸１０に係合したフィンガーＡ１，Ａ２を、円筒状チューブｐ前端から外部に露出している。
<About the clamping mechanism A>
FIG. 19 shows a clamping mechanism A that clamps and releases the object to be clamped at the tip side portion.
This clamping mechanism A includes a
振動アクチュエータ１は、ケース部材４０の四つの角部分４１ａを円筒状チューブｐ内周面に当接させて前後不動に内在される（図４参照）。振動アクチュエータ１の給電配線３３は、円筒状チューブｐ内を後方へ導かれ、制御装置Ｘ（例えば、内視鏡下治療システムの制御部等）に電気的に接続されている。
The
フィンガーＡ１，Ａ２は、それぞれ軸部Ａ１１，Ａ２１を支点にして前端側を回動させるように支持される。軸部Ａ１１，Ａ２１は、ブラケット等を介してケース部材４０又は円筒状チューブｐ内面等に不動に支持される。
The fingers A1 and A2 are supported so as to rotate the front end side with the shaft portions A11 and A21 as fulcrums, respectively. The shaft portions A11 and A21 are supported by the
これらフィンガーＡ１，Ａ２における軸部Ａ１１，Ａ２１よりも後側の部分には、可動軸１０と係合している。より詳細に説明すれば、フィンガーＡ１，Ａ２のそれぞれの後端側部分には長孔Ａ１３が設けられ、この長孔Ａ１３には可動軸１０側に支持された作動軸Ａ１４が遊挿されている。
The fingers A1 and A2 are engaged with the
次に上記構成の挟持機構Ａについて、作用効果を詳細に説明する。
制御装置Ｘから振動アクチュエータ１に電力が供給され、振動アクチュエータ１の可動軸１０及び作動軸Ａ１４が前進すると、作動軸Ａ１４の直進運動が長孔Ａ１３によってフィンガーＡ１，Ａ２の回転運動に変換され、フィンガーＡ１，Ａ２が開放方向へ回動する。可動軸１０への供給電力の制御により可動軸１０が後退した際には、作動軸Ａ１４の後退に伴いフィンガーＡ１，Ａ２が閉鎖方向へ回動する。
よって、挟持機構Ａによれば、円筒状チューブｐ、振動アクチュエータ１及びフィンガーＡ１，Ａ２等を極小な構成にした場合でも、上述したように振動アクチュエータ１における振動エネルギーの損失が少なく比較的大きな駆動力が得られるため、良好な動作性を有する。
Next, the effect of the clamping mechanism A having the above configuration will be described in detail.
When electric power is supplied from the control device X to the
Therefore, according to the clamping mechanism A, even when the cylindrical tube p, the
なお、挟持機構Ａにおいて、振動アクチュエータ１を、ネジ状の可動軸５０を有する振動アクチュエータ５〜７（図１１〜図１８参照）に置換する場合には、可動軸５０と作動軸Ａ１４の間に、可動軸５０を空転させる機構（例えば、自在継手等）を介在させればよい。また、他例としては、作動軸Ａ１４に可動軸５０と螺合するナット状部材を設け、可動軸５０の回転に伴う前記ナット状部材及び作動軸１４の進退により、軸部Ａ１１，Ａ２１を回動させるようにしてもよい。
In the clamping mechanism A, when the
＜揺動機構Ｂについて＞
図２０〜図２１は、円筒状チューブｐを揺動させる揺動機構Ｂである。
この揺動機構Ｂは、可撓性を有する円筒状チューブｐ内に、振動アクチュエータ１を内在するとともに、振動アクチュエータ１の可動軸１０前端側に、円筒状チューブｐ内壁を押動するためのジョイント部Ｂ１、揺動杆Ｂ２及び接続部Ｂ３を設けている。
<About swing mechanism B>
20 to 21 show a swing mechanism B that swings the cylindrical tube p.
The swing mechanism B includes a
この円筒状チューブｐにおいても、振動アクチュエータ１は、ケース部材４０の四つの角部分４１ａを円筒状チューブｐ内周面に当接させて前後不動に内在される（図４参照）。振動アクチュエータ１の給電配線３３は、円筒状チューブｐ内を後方へ導かれ、上述した制御装置Ｘ等に電気的に接続されている。
Also in the cylindrical tube p, the
ジョイント部Ｂ１は、可動軸１０に対し揺動機構Ｂを回動可能に接続する構造であればよく、例えば、可動軸１０に対し軸部を介して揺動杆Ｂ２が回動するように支持した構成や、可動軸１０と揺動杆Ｂ２とを自在継手により接続した構成、可動軸１０と揺動杆Ｂ２を可撓性部材（例えば弾性合成樹脂材料やゴム等）を介して接続した構成等とすればよい。
The joint portion B1 may have any structure as long as the swing mechanism B is connected to the
また、揺動杆Ｂ２は、ジョイント部Ｂ１に接続され、円筒状チューブｐ内で前方へ延設された棒状の部材である。
また、接続部Ｂ３は、揺動杆Ｂ２に対し回動自在に接続されるとともに、円筒状チューブｐ内面に接着等により固定されている。この接続部Ｂ３を揺動杆Ｂ２に対し回動自在にする手段は、前記ジョイント部Ｂ１と同様の構造とすればよい。
The swing rod B2 is a rod-like member that is connected to the joint portion B1 and extends forward in the cylindrical tube p.
The connecting portion B3 is pivotally connected to the swinging rod B2, and is fixed to the inner surface of the cylindrical tube p by bonding or the like. The means for making the connecting portion B3 rotatable with respect to the swinging rod B2 may have the same structure as the joint portion B1.
次に、上記構成の揺動機構Ｂについて、作用効果を詳細に説明する。
振動アクチュエータ１への電力供給により可動軸１０が前進した際には、図２０に示すように、接続部Ｂ３が可動軸１０の軸方向へは移動不能であるため、ジョイント部Ｂ１が折れ曲がるようにして、揺動杆Ｂ２が一方へ揺動し、これに伴って円筒状チューブｐに前端側も同方向へ揺動する。
また、可動軸１０が後退した際には、図２１に示すように、ジョイント部Ｂ１が折れ曲がった状態から略真直状態に戻るため、これに伴い円筒状チューブｐが逆方向へ揺動する。
よって、揺動機構Ｂによれば、円筒状チューブｐ、振動アクチュエータ１及び揺動杆Ｂ２等を極小な構成にした場合でも、上述したように振動アクチュエータ１における振動エネルギーの損失が少なく比較的大きな駆動力が得られるため、良好な動作性を有する。
Next, the effect of the swing mechanism B having the above configuration will be described in detail.
When the
Further, when the
Therefore, according to the swinging mechanism B, even when the cylindrical tube p, the
なお、揺動機構Ｂにおいて、振動アクチュエータ１を、ネジ状の可動軸５０を有する振動アクチュエータ５〜７（図１１〜図１８参照）に置換する場合には、可動軸５０とジョイント部Ｂ１の間に、可動軸５０を空転させる機構（例えば、自在継手等）を介在させればよい。また、他例としては、ジョイント部Ｂ１に可動軸５０と螺合するナット状部材を設け、可動軸５０の回転に伴う前記ナット状部材及びジョイント部Ｂ１の進退により、揺動杆Ｂ２を揺動させるようにしてもよい。
In the swing mechanism B, when the
また、上記振動アクチュエータ１〜７、挟持機構Ａ及び揺動機構Ｂは、作用及び機能等を阻害しないようにすれば、各部の構造や部品等を、適宜、他の態様のものと交換したり、組み合わせて構成することが可能である。
Further, the
本発明の一実施形態である振動アクチュエータは、近年急速に進歩する内視鏡による低侵襲手術システム等において、可振部材を可動軸に隙間無く密着させ、さらに例えば内視鏡用の円筒状チューブ内に収める場合にも角状のケース部材の非振動部分（具体的には角部分等）をチューブ内壁面に固定し、振動する平坦面部の振動を阻害しないので、振動が減衰せず小径でも駆動力が大きい。また、可振部材と可動軸の接触面に初期摩耗や経年変化があった時にも、付勢部材の押し圧力が安定して働くので可振部材と可動軸の間に隙間を生じることがなく、安定した駆動力が得られる。
また、本発明の一実施形態である振動アクチュエータは、内視鏡以外にも工業用マイクロロボットのハンド等に組み込む事で、小型で大きい駆動力を得ることができる。
A vibration actuator according to an embodiment of the present invention has a vibratory member in close contact with a movable shaft without any gap in a minimally invasive surgical system using an endoscope that has been rapidly advanced in recent years, and further, for example, a cylindrical tube for an endoscope Even when housed inside, the non-vibrating part (specifically the corner part etc.) of the square case member is fixed to the inner wall surface of the tube and does not hinder the vibration of the vibrating flat surface part. Large driving force. In addition, even when there is initial wear or secular change on the contact surface between the vibration member and the movable shaft, the pressing force of the biasing member works stably, so there is no gap between the vibration member and the movable shaft. A stable driving force can be obtained.
In addition, the vibration actuator according to one embodiment of the present invention can be obtained in a small size and a large driving force by being incorporated in an industrial microrobot hand or the like in addition to the endoscope.
１〜７：振動アクチュエータ
１０，１０’，１０”，５０：可動軸
１０ａ：滑り防止加工部
２０，２０’，２０”，６０：可振部材
２１，２１’，６１：凹曲面部
２２，２２’，６２：平坦面部
３０，３０’，３０”，７０ａ，７０ｂ，７０ｃ，７０ｄ：圧電ユニット
３１，７１：圧電素子
３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，７２：電極
３２ａ１，３２ａ２，３２ａ３，３２ａ４：電極
３３，７３：給電配線
４０，８０：ケース部材
４１，４１’，８１：ケース本体
４１ａ，８１ａ：角部分
４１ｂ．８１ｂ：平坦面部
４２，４２’，４２”，８２，８２’：付勢部材
５１：雄ネジ部
Ａ：挟持機構
Ｂ：揺動機構
ｐ：円筒状チューブ
1-7:
51: Male screw part A: Holding mechanism B: Oscillating mechanism p: Cylindrical tube
Claims (5)
前記可動軸と、
前記可動軸の外周面に接触するとともに周方向に分離するように支持された複数の可振部材と、
前記可振部材の外面に固定された圧電素子とを備え、
前記圧電素子に通電した際の前記可振部材の振動により前記可動軸を運動させるようにしたことを特徴とする振動アクチュエータ。 In the vibration actuator where the movable shaft moves by vibration,
The movable shaft;
A plurality of vibrating members that are in contact with the outer peripheral surface of the movable shaft and supported so as to be separated in the circumferential direction;
A piezoelectric element fixed to the outer surface of the vibration member,
A vibration actuator characterized in that the movable shaft is moved by vibration of the vibrating member when the piezoelectric element is energized.
前記可振部材の各々の内周面に、前記雄ネジ部に螺合する雌ネジ部を形成し、
三つ以上の前記圧電素子に順次に通電した際の前記可振部材の振動により前記可動軸が回転しながら軸方向へ直進するようにしたことを特徴とする請求項２記載の振動アクチュエータ。 On the outer peripheral surface of the movable shaft, a male screw part is formed,
On the inner peripheral surface of each of the vibration member, a female screw portion that is screwed into the male screw portion is formed,
3. The vibration actuator according to claim 2, wherein the movable shaft rotates straightly in the axial direction by the vibration of the oscillating member when the three or more piezoelectric elements are sequentially energized.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7492046B2 (en) | 2022-02-22 | 2024-05-28 | 新思考電機有限公司 | Piezoelectric ultrasonic motor, optical member driving device, camera device, and electronic device |
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-
2013
- 2013-02-15 JP JP2013028298A patent/JP2014158373A/en active Pending
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