JPH08140373A - 超音波アクチュエータ - Google Patents
超音波アクチュエータInfo
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- JPH08140373A JPH08140373A JP6274059A JP27405994A JPH08140373A JP H08140373 A JPH08140373 A JP H08140373A JP 6274059 A JP6274059 A JP 6274059A JP 27405994 A JP27405994 A JP 27405994A JP H08140373 A JPH08140373 A JP H08140373A
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Abstract
し、構造が簡潔な超音波アクチュエータを提供すること
を目的とする。 【構成】 超音波振動を行う電気−機械変換素子100
と、該超音波振動を受けて楕円振動を発生する弾性体1
03と、該楕円振動の作用を受け、幾何学的変位を生じ
る被駆動体301と、前記弾性体を支持し位置決めする
と共にこれを前記被駆動体へ付勢する支持付勢部304
a,304b,305a,305bと、前記各要素を懸
架し、一定の位置関係を保たしめて、超音波アクチュエ
ータの全体の概形を与える枠体304,305と、を有
する超音波アクチュエータにおいて、前記枠体304,
305の一部分を打抜き曲げ加工することで前記支持付
勢部を構成する。
Description
超音波アクチュエータに関する。
6号において、並進運動を発生できる超音波アクチュエ
ータを提案した。その構成と原理の概略を説明する。
成を説明するための概念図にして、特願平4−3210
96号において開示された図の引用である。同図におい
て、積層圧電体101に正弦波電圧を印加すると、弾性
体102に2種の振動が同時に励起され、2種の振動の
変位が合成されて、摺動部材103は楕円形の軌跡に沿
って振動する。そこで摺動部材103に図示しない被駆
動体を押圧すると、楕円形の軌跡の振動から駆動力を受
けて、被駆動体が並進運動する。
振動を説明するための概念図であって、同じく特願平4
−321096号において開示された図の引用である。
図7(a)は単純な伸縮振動である。図7(b)は、伸
縮の方向に伝播する横波の弾性波であって、2次の定在
波になっている。そして、伸縮振動の1次共振周波数
と、横波の2次の定在波の周波数が一致するように、弾
性体102の長さと高さを設定してある。従って、図6
の積層圧電体101によって周波数の振動を与えるだけ
で、2種の振動の変位が合成されて、横波の定在波の腹
の位置で、質点が楕円の軌跡に沿って振動する。そこ
で、その位置に摺動部材103を設け、これに被駆動体
を押圧すると、被駆動体が楕円振動の作用を受けて並進
運動する。
推力が直接得られ、減速機構が不要になるので、動作静
粛にしてバックラッシュがなく、しかもバースト波を入
力すればナノメートルオーダの微細なステップ駆動も可
能という特徴を有している。
号において、超音波アクチュエータを用いたマイクロマ
ニピュレータのシステムを提案した。この提案によれ
ば、細胞に遺伝子を注入したり神経細胞の電位を測定す
るなどの細胞操作を行うためのマイクロマニピュレータ
に超音波アクチュエータを用い、これにパーソナルコン
ピュータなどのホストを組合わせてシステムを構成した
ので、ガラス針の動作の条件を定量的に管理することが
でき、難しい細胞操作を熟練を要さず誰でも簡便に、再
現性良く行うことができるものである。マイクロマニピ
ュレータにおいては、サブミクロンオーダの微細な変位
を様々な速度で発生する必要があり、しかもこれを高精
度に位置決めしなければならない。かような性能は、従
来の電磁型モータなどを用いた駆動機構には望むべくも
ないが、超音波アクチュエータはナノメートルオーダの
変位を再現性良く発生でき、このような要求に余裕を持
って応えるものであった。
成を説明するための概念斜視図、図9は、本体の構造を
説明するための分解斜視図にして、図8の本体を倒立し
て分解した図であり、いずれも、特願平5−79814
号に開示された図の引用である。図9において、100
は超音波アクチュエータの本体である。201は支持体
である。支持体201は本体100をその定在波の節で
回動自在に支持している。従って、本体100の2つの
摺動部材103には押圧力が均等に付加される。202
は枠体である。支持体201は枠体202に一対のボー
ルブッシュ203を介して支持されるため、本体100
を付勢する方向にのみ並進運動自在である。204はコ
イルスプリングであって、支持体201と枠体202の
一部205との間に挿着され、本体100を付勢するた
めの押圧力を与える。206は台座であって、コイルス
プリング204が本体100に与える押圧力の多寡を調
整可能とする。207は被駆動体で、一対のクロスロー
ラガイド208を介して枠体202の一部に支持される
ので、単一の方向にのみ並進運動自在である。被駆動体
207の上面209には摺動板210が固設されてい
る。本体100はコイルスプリング204の押圧力によ
って摺動板210に付勢され、摺動部材103の楕円振
動の作用を受けて摺動板210を変位させる。摺動板2
10が固設される被駆動体207には図示しないガラス
針が固定され、もってガラス針を微少駆動できるもので
ある。
タの構成を出発点として発明された、新規な作用効果を
有する超音波アクチュエータの提案にかかるものであ
る。
音波アクチュエータは、著しい特徴を有する反面、いく
つかの問題点をも有していた。これらを以下に説明す
る。
動型であった。直動の変位を要求する用途には、並進運
動が直接に取出せて有利である反面、世の中の機械要素
の大部分は回転型であって、回転運動を発生するアクチ
ュエータが求められている。しかるに従来の超音波アク
チュエータは、回転運動を取出すことができないため、
用途が限られてしまうという問題点があった。
るように、アクチュエータ全体の構成が大型であった。
すなわち、本体100に比してアクチュエータ全体の大
きさが大きく、それによって用途が限られてしまうとい
う問題点を有していた。
解できるように、従来の超音波アクチュエータは構成部
品が多く、組立の際に調整を要する部分もあるために、
製造原価が嵩むという問題点を有していた。
題点に鑑みてなされたものであって、本発明の各請求項
に共通して対応する目的は、小型化が容易で、構成簡潔
にして製造原価の安い超音波アクチュエータを提供する
ことであり、加えて請求項2に対応する目的は、回転運
動を取出すことのできる超音波アクチュエータを提供す
ることである。
ては、超音波振動を行う電気−機械変換素子と、超音波
振動を受けて楕円振動を発生する弾性体と、楕円振動の
作用を受け、幾何学的変位を生じる被駆動体と、弾性体
を支持し位置決めすると共にこれを被駆動体へ付勢する
支持付勢手段と、前記の各要素を懸架し、一定の位置関
係を保たしめて、超音波アクチュエータの全体の概形を
与える枠体とを有する超音波アクチュエータにおいて、
枠体の一部分が支持付勢機構を構成するようにした。
エータにおいては、請求項1の構成に加えて、被駆動体
を回転体とした。
エータにおいては、請求項1または請求項2の構成に加
えて、枠体を、バネ鋼の板材を打ち抜き、曲げ加工した
枠体とした。
ては、枠体の一部分が支持付勢機構を構成するようにし
たので、支持付勢機構としての独立した部品がなくな
り、構造が簡潔な超音波アクチュエータになる。
エータにおいては、請求項1の構成に加えて、被駆動体
を回転体としたので、回転運動を取出すことのできる超
音波アクチュエータになる。
エータにおいては、請求項1または請求項2の構成に加
えて、枠体を、バネ鋼の板材を打ち抜き、曲げ加工した
枠体としたので、製造が一層容易で、構造簡潔にして小
型、且つ、安価な超音波アクチュエータになる。
波アクチュエータの実施例を説明する。
クチュエータを示す分解斜視図、図2は図1の超音波ア
クチュエータの模式的側面図である。
チュエータの本体であり、図6に示す超音波アクチュエ
ータの本体と同様の構成を有している。図6から明らか
なように、超音波アクチュエータの本体100は、電気
−機械変換素子たる積層圧電体101と弾性体102と
を含んでいる。また、軸104は図1中の後述するフレ
ームの穴に回動自在に挿通されている。図1の301は
被駆動体たるロータでありジルコニアセラミクスなどの
硬度の高い材料で構成し、外周面をバフ研磨してある。
り、ロータに一体的に強固に固定してある。303はブ
ッシュであり、軸302を後述のフレームに回動自在に
支持する。
き、曲げ加工した枠体たるフレームである。フレームは
それぞれ、U字形の折曲げ部304a,305aと、穴
304b,305bを有しており、折曲げ部と穴とで、
支持付勢機構を構成している。306,307はスペー
サであり、フレーム304,305が一定の距離を保っ
て、ねじで固定されている。尚、組立てた超音波アクチ
ュエータ300を真横から見ると、図2に示すように、
折曲げ部304a,305aは互い違いに位置し、干渉
し合わないようにしてある。
体100は、フレーム304,305のそれぞれの穴3
04b,305bによって支持あるいは位置決めされる
と共に、それぞれの折曲げ部304a,305aの弾発
力によってロータ301へ付勢されている。超音波アク
チュエータの摺動部材103が楕円振動を発生する原理
は、従来の超音波アクチュエータの原理と同一であるの
で、説明を省く。ロータ301は、互いに対向する超音
波振動子の本体100から押圧力と駆動力を受ける。
ータ301は互いに対向する超音波アクチュエータの本
体100から、駆動力を偶力として受けるので、駆動力
が倍増するのみならず、押圧力の反力が互いに打ち消さ
れて、軸302にラジアル荷重がかからず、ブッシュ3
03の寿命がのびるという特徴を有している。
クチュエータの本体部分のみを示す平面図、図4は、図
3の実施例2の超音波アクチュエータ全体を示す分解斜
視図、図5は図4の超音波アクチュエータの模式的側面
図である。
子たる積層圧電体501は4個あり、弾性体502の上
下両側から、弾性体502を強力に励振する。503は
摺動部材であるが、弾性体502の妻面(長手方向の端
面)に固設されている。また、振動の節には軸でなく、
ねじ穴504が穿設されている。
した超音波アクチュエータの本体である。超音波アクチ
ュエータの本体500は、ねじ穴504を使って、後述
するフレームにねじで固定される。401は被駆動体た
るロータであり、ジルコニアセラミクスなどの硬度の高
い材料で構成し、外周面をバフ研磨してある。402は
ステンレス鋼などからなる軸であり、ロータに一体的に
強固に固定してある。403はブッシュであり、軸40
2を後述のフレームに回動自在に支持する。
き、曲げ加工した枠体たるフレームである。フレームは
それぞれ、U字形の折曲げ部404a,405aと、穴
404b,405bを有しており、折曲げ部と穴とで、
支持付勢機構を構成している。406,407はスペー
サであり、フレーム404,405が一定の距離を保っ
てねじで固定されている。尚、組立てた超音波アクチュ
エータ400を真横から見ると、図5に示すように、折
曲げ部404a,405aは互い違いに位置し、干渉し
合わないようにしてある。
0は、フレーム404,405のそれぞれの穴404
b,405bによって支持あるいは位置決めされると共
に、それぞれの折曲げ部404a,405aの弾発力に
よってロータ401へ付勢されている。
妻面に摺動部材503が設けられている。この位置は2
次の屈曲共振の腹ではないが、振動の自由端であること
から屈曲共振に起因する振動振幅は十分に大きく、伸縮
の共振による振動とあわせて、質点が楕円形の軌跡に沿
って振動することには変わりがない。
ータ401はただ一つの摺動部材に接すればよいので小
径でよく、全体をより一層小型に構成できるという効果
がある。
のではなく、例えば以下のような変形を加えてもよい。
に成形して支持付勢機構としたが、U字以外の形状、た
とえばΩ字,V字,W字などの形状でもよい。またU字
部分の幅は一定でもよいが、可動側(振動子側)に向け
て幅の狭まるハ字形状などにしても良い。またこれらの
曲げ部分には適切な熱処理を施すと良い。
ける支持付勢機構の形成位置が異なっていた。すなわち
図2で説明したようにフレーム305における折曲部3
05a,305aの間隔は、フレーム304における折
曲部304a,304aの間隔よりも狭く形成され、両
部品の形状は異なっていたが、上下フレームの形状を同
一にしても相互の干渉を防止することが可能である。例
えば、図1におけるフレーム305で左列の折曲部を手
前に、右列の折曲部を奥方にずらして形成すれば、同一
形状の部品を裏返してフレーム304の位置に配しても
それぞれの折曲部が干渉することはない。このように部
品を共通化すれば部品点数をいっそう削減することがで
きる。
ている部分以外の部位に、補強用のリブをプレス形成し
たり、ゴムシートを貼着して制振構造にしても良い。
が、直動機構にも応用可能である。この場合には、移動
体と振動子の周りを囲むように枠体を設け両者の中間に
支持付勢機構を設ければ良い。移動体は枠体に抱き寄せ
られる格好になって振動子に押し付けられる。
ているので、以下に記載されるような効果がある。
勢機構を構成するようにしたので、支持付勢機構として
の独立した部品がなくなり、構造が簡潔で、小型、且
つ、安価な超音波アクチュエータを提供できるという効
果がある。
て、被駆動体を回転体としたので、回転運動を取出すこ
とのできる超音波アクチュエータを提供できるという効
果がある。
2の構成に加えて、枠体を、バネ鋼の板材を打ち抜き、
曲げ加工した枠体としたので、製造が一層容易で、構造
簡潔にして小型、且つ、安価な超音波アクチュエータを
提供できるという効果がある。
を示す分解斜視図である。
ある。
の本体部分のみを示す平面図である。
の全体を示す分解斜視図である。
ある。
Claims (3)
- 【請求項1】 超音波振動を行う電気−機械変換素子
と、該超音波振動を受けて楕円振動を発生する弾性体
と、該楕円振動の作用を受け、幾何学的変位を生じる被
駆動体と、前記弾性体を支持し位置決めすると共にこれ
を前記被駆動体へ付勢する支持付勢手段と、前記各要素
を懸架し、一定の位置関係を保たしめて、超音波アクチ
ュエータの全体の概形を与える枠体と、を有する超音波
アクチュエータにおいて、前記枠体の一部分が前記支持
付勢機構を構成し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】 前記被駆動体は回転体であることを特徴
とする請求項1記載の超音波アクチュエータ。 - 【請求項3】 前記枠体は、バネ鋼の板材を打ち抜き、
曲げ加工した枠体であることを特徴とする請求項1又は
2記載の超音波アクチュエータ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP27405994A JP3401097B2 (ja) | 1994-11-08 | 1994-11-08 | 超音波アクチュエータ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP27405994A JP3401097B2 (ja) | 1994-11-08 | 1994-11-08 | 超音波アクチュエータ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH08140373A true JPH08140373A (ja) | 1996-05-31 |
JP3401097B2 JP3401097B2 (ja) | 2003-04-28 |
Family
ID=17536402
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP27405994A Expired - Fee Related JP3401097B2 (ja) | 1994-11-08 | 1994-11-08 | 超音波アクチュエータ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3401097B2 (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006014512A (ja) * | 2004-06-25 | 2006-01-12 | Olympus Corp | 超音波モータ |
US7242131B2 (en) | 2004-05-12 | 2007-07-10 | Olympus Corporation | Ultrasonic motor |
US7268464B2 (en) | 2004-05-13 | 2007-09-11 | Olympus Corporation | Ultrasonic motor |
-
1994
- 1994-11-08 JP JP27405994A patent/JP3401097B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7242131B2 (en) | 2004-05-12 | 2007-07-10 | Olympus Corporation | Ultrasonic motor |
US7268464B2 (en) | 2004-05-13 | 2007-09-11 | Olympus Corporation | Ultrasonic motor |
JP2006014512A (ja) * | 2004-06-25 | 2006-01-12 | Olympus Corp | 超音波モータ |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP3401097B2 (ja) | 2003-04-28 |
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