(57)【要約】  生産性を向上できる上、振動を効率的に可動軸に伝達することができる振動アクチュエータを提供する。  ステータ（１０）と、該ステータ（１０）に接触状態で挿入された可動軸（２０）と、ステータ（１０）に固定された振動源（３０）とを備え、振動源（３０）の振動によりステータ（１０）を振動させ、このステータ（１０）の振動により可動軸（２０）を運動させるようにした振動アクチュエータにおいて、ステータ（１０）は、可動軸挿入孔（１１ａ）を有する板状部材（１１）を、その厚さ方向に複数枚重ね合わせ接合してなる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータと、該ステータに接触状態で挿入された可動軸と、前記ステータに固定された振動源とを備え、前記振動源の振動により前記ステータを振動させ、このステータの振動により前記可動軸を運動させるようにした振動アクチュエータにおいて、前記ステータは、可動軸挿入孔を有する板状部材を、その厚さ方向に複数枚重ね合わせ接合してなることを特徴とする振動アクチュエータ。
【請求項２】
前記板状部材の各々に、厚さ方向の一方が凸部で他方が凹部の嵌合部を設け、隣り合う前記板状部材を、前記凸部と前記凹部の嵌め合いにより接合したことを特徴とする請求項１記載の振動アクチュエータ。
【請求項３】
前記板状部材の各々に、前記可動軸挿入孔の周囲で軸方向の一方へ凹んだ隙間形成用凹部を設けることで、隣り合う前記板状部材の間に、前記隙間形成用凹部からなる隙間が確保されるようにしたことを特徴とする請求項１又は２記載の振動アクチュエータ。
【請求項４】
前記板状部材は、その軸心側に前記可動軸挿入孔の外周に沿って連続する環状部を有するとともに、該環状部よりも径外方向側に、該板状部材を厚さ方向へ貫通する貫通部を有することを特徴とする請求項１〜３何れか１項記載の振動アクチュエータ。
【請求項５】
前記板状部材には、周方向に間隔を置いて複数のスリットが設けられ、これらスリットの各々は、前記可動軸挿入孔から、径外方向へ延びていることを特徴とする請求項１〜３何れか１項記載の振動アクチュエータ。
【請求項６】
前記スリットは、前記可動軸挿入孔から、前記周方向の一方へ傾いて径外方向へ延びていることを特徴とする請求項５記載の振動アクチュエータ。
【請求項７】
前記振動源は、複数の前記板状部材を跨るようにして前記ステータの外周面に接着された圧電素子であることを特徴とする請求項１〜６何れか１項記載の振動アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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。
【背景技術】
【０００２】
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っ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、柱状作動子（１２）を一体ブロック状のステータ（１１）の作動子孔（Ｈ）に挿通し、ステータ（１１）に取り付けられた複数の超音波発生素子（１３）に通電することで、作動子孔（Ｈ）の内面に進行波を発生させて、柱状作動子（１２）を回転又は軸方向へ移動させるようにした技術が開示されている。【０００３】
しかしながら、特許文献１に示す技術によれば、必要とされる駆動力が異なる場合には、ステータ（１１）及び超音波発生素子（１３）等について、長さの異なるものを製作する必要があり、その対応に時間がかかってしまう。
また、一体ブロック状のステータ（１１）は、剛性が高く、超音波発生素子（１３）の振動を効率的に伝達できない可能性がある。そこで、ステータ（１１）に孔を設けて剛性を下げることが考えられるが、このようにした場合には、超音波発生素子（１３）を接着するための接着剤がステータ内部に侵入して柱状作動子（１２）を固着させてしまうおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】再公表特許ＷＯ２００８／０３８８１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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、生産性を向上できる上、振動を効率的に可動軸に伝達す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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するための一手段は、ステータと、該ステータに接触状態で挿入された可動軸と、前記ステータに固定された振動源とを備え、前記振動源の振動により前記ステータを振動させ、このステータの振動により前記可動軸を運動させるようにした振動アクチュエータにおいて、前記ステータは、可動軸挿入孔を有する板状部材を、その厚さ方向に複数枚重ね合わせ接合してなることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明は、以上説明したように構成されているので、生産性を向上できる上、振動を効率的に可動軸に伝達することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明に係る振動アクチュエータの一例を示す斜視図である。
【図２】同振動アクチュエータの側面図である。
【図３】図２の(III)-(III)線に沿う断面図である。
【図４】ステータの一例を示す斜視図である。
【図５】ステータを構成する板状部材の他例を示す斜視図である。
【図６】ステータを構成する板状部材の他例を示す斜視図である。
【図７】ステータを構成する板状部材の他例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本実施の形態の第一の特徴としては、ステータと、該ステータに接触状態で挿入された可動軸と、前記ステータに固定された振動源とを備え、前記振動源の振動により前記ステータを振動させ、このステータの振動により前記可動軸を運動させるようにした振動アクチュエータにおいて、前記ステータは、可動軸挿入孔を有する板状部材を、その厚さ方向に複数枚重ね合わせ接合して構成されている。
ここで、前記「運動」には、回転運動や直線運動等を含む。
この構成によれば、板状部材の枚数の設定により、出力の異なる振動アクチュエータを容易に製造することができる上、板状部材毎に剛性を調整して振動伝達効率を向上することができる。また、当該振動アクチュエータの用途等に応じ、形状の異なる複数の板状部材を組み合わせてステータを構成することも可能である。
【００１０】
第二の特徴としては、前記板状部材の各々に、厚さ方向の一方が凸部で他方が凹部の嵌合部を設け、隣り合う前記板状部材を、前記凸部と前記凹部の嵌め合いにより接合した。
この構成によれば、隣り合う板状部材同士を、凸部と凹部の嵌め合いにより容易且つ高強度に接合することができる。
【００１１】
第三の特徴としては、前記板状部材の各々に、前記可動軸挿入孔の周囲で軸方向の一方へ凹んだ隙間形成用凹部を設けることで、隣り合う前記板状部材の間に、前記隙間形成用凹部からなる隙間が確保されるようにした。
この構成によれば、ステータの剛性を適宜に調整するステータ内の隙間を、各板状部材の隙間形成用凹部によって容易に確保することができる。
【００１２】
第四の特徴としては、前記板状部材は、その軸心側に前記可動軸挿入孔の外周に沿って連続する環状部を有するとともに、該環状部よりも径外方向側に、該板状部材を厚さ方向へ貫通する貫通部を有する（図６参照）。
この構成によれば、前記貫通部によって各板状部材の剛性を適宜に下げるとともに、振動源の振動を、環状部によって可動軸に効率的に伝達することができる。その上、前記貫通部には、電気配線や光ファイバー、その他の補助部材等を挿通することも可能である。
【００１３】
第五の特徴としては、前記板状部材には、周方向に間隔を置いて複数のスリットが設けられ、これらスリットの各々は、前記可動軸挿入孔から、径外方向へ延びている（図４、図５及び図６参照）。
この構成によれば、径外方向へ延びたスリットを有するため、可動軸を効率的に回転運動且つ軸方向への直線運動させることができる。
【００１４】
第六の特徴としては、前記板状部材には、周方向に間隔を置いて複数のスリットが設けられ、これらスリットの各々は、前記可動軸挿入孔から、周方向の一方へ傾いて径外方向へ延びている（図７参照）。
この構成によれば、周方向の一方へ傾いたスリットを有するため、隣り合うスリット間の部分の振動により、可動軸をより効率的に回転運動させることができる。
【００１５】
第七の特徴としては、前記振動源は、複数の前記板状部材を跨るようにして前記ステータの外周面に接着された圧電素子である。
この構成によれば、圧電素子の振動を複数の板状部材に効率的に伝達できる上、隣り合う板状部材間の接合強度を、これら板状部材間に跨る圧電素子により向上することもできる。
【実施例】
【００１６】
次に、上記特徴を有する好ましい実施例を、図面に基づいて詳細に説明する。
なお、以下の説明中、「径外方向」とは、ステータ１０の半径方向において中心から離れる方向を意味する。また、「径内方向」とは、同半径方向において中心へ向かう方向を意味する。【００１７】
図１〜図４に示す振動アクチュエータは、ステータ１０と、ステータ１０の軸心側に接触状態で挿入された可動軸２０と、ステータ１０の外周部に固定された複数の振動源３０とを備え、振動源３０の振動によりステータ１０を振動させ、さらに、このステータ１０の振動により可動軸２０を運動させるように構成される。【００１８】
ステータ１０は、可動軸挿入孔１１ａを有する板状部材１１を、その厚さ方向に複数枚重ね合わせ、積層プレス加工によって接合して構成されている。【００１９】
各板状部材１１は、図示例によれば、略正方形の金属製板であり、その中心側に貫通状の可動軸挿入孔１１ａを有するとともに、可動軸挿入孔１１ａの周囲には周方向に間隔を置いて複数の嵌合部１１ｂを有する。
また、各板状部材１１には、可動軸挿入孔１１ａの周囲に、軸方向の一方へ凹んだ隙間形成用凹部１１ｃが形成され、さらに、周方向に間隔を置いて複数（図４によれば１０個）のスリット１１ｄが設けられる。【００２０】
可動軸挿入孔１１ａは、各板状部材１１の中心部を貫通する円形状の孔であり、可動軸２０の外周面に接触するとともに、可動軸２０の回転運動及び軸方向への直進運動を可能にするように、その内径が適宜に設定される。【００２１】
嵌合部１１ｂは、板状部材１１の厚さ方向の一方が凸部で他方が凹部となるように形成される。前記凸部と前記凹部は、互いに圧入状態で嵌め合うように寸法設定されている。
この可動軸挿入孔嵌合部１１ｂは、図示例によれば、正方形状の板状部材１１の四角寄りにそれぞれ配置される。【００２２】
隙間形成用凹部１１ｃは、板状部材１１の厚さ方向の一端面において、その外周寄り部分に対し、中心寄りで軸方向の一方へ凹んだ凹部であり、可動軸挿入孔１１ａの周囲で全周にわたり連続している（図４参照）。
この隙間形成用凹部１１ｃは、隣り合う板状部材１１の間に、全周にわたって連続する隙間Ｓ（図３参照）を確保する。【００２３】
スリット１１ｄは、可動軸挿入孔１１ａから径外方向へ延びるとともに板状部材１１を厚さ方向へ貫通している。このスリット１１ｄは、可動軸挿入孔１１ａの周囲に、所定間隔を置いて放射状に複数配置されている（図４参照）。【００２４】
そして、複数枚の板状部材１１は、互いに同芯状に配置されるとともに厚さ方向へ重ね合わせられ、嵌合部１１ｂ同士を圧入して接合されることで、図４に示すように、略直方体状のステータ１０を構成する。
このステータ１０には、その中心側の可動軸挿入孔１１ａに、可動軸２０が接触状態で挿入され、外周面には複数の振動源３０が接着される。【００２５】
可動軸２０は、少なくともその外周面を円筒面とした円柱又は円筒状の部材であり、例えば、金属等の剛性を有する材料から形成されている。この可動軸２０は、可動軸挿入孔１１ａの内周面に接触した状態で回転運動可能且つ軸方向へ直線運動可能となるように、その外径が適宜に設定されている。【００２６】
また、振動源３０は、複数の板状部材１１を跨るようにしてステータ１０の外周面に複数接着される。各振動源３０は、例えば、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）により貼り合わせてなるユニモルフ構造により、平板状に構成され、その表面には前記圧電素子へ通電するための電極（図示せず）が設けられる。なお、振動源３０の他例として、バイモルフ構造の圧電素子を構成することも可能である。
そして、前記構成の振動源３０は、ステータ１０の外周面において、周方向に複数（図示例によれば４つ）並べられ、さらに軸方向にも複数（図示例によれば２つ）並べ設けられる。【００２７】
次に、上記構成の振動アクチュエータについて、その特徴的な作用効果を詳細に説明する。
上記振動アクチュエータについて、例えば、周方向へ並ぶ複数の振動源３０に、所定周波数の電力を供給するとともにその供給電力を適宜に制御すれば、ステータ１０に生じる振動により可動軸２０を一方向へ回転運動させることができる。また、軸方向へ並ぶ複数の振動源３０に、所定周波数の電力を供給するとともにその供給電力を適宜に制御すれば、ステータ１０に生じる振動により可動軸２０を軸方向の一方又は他方へ直線運動させることができる。【００２８】
また、複数枚の板状部材１１を重ね合わせてステータ１０を構成しているため、例えば、出力の異なる振動アクチュエータを製造する場合には、板状部材１１の枚数や、振動源３０の軸方向の数を変更すればよく、生産性が良好である。【００２９】
しかも、板状部材１１毎に、スリット１１ｄ及び隙間形成用凹部１１ｃ等を有するため、板状部材１１毎に周方向及び軸方向の剛性が適宜に低下し、この結果、ステータ１０内における振動伝達率を効果的に向上することができる。【００３０】
そして、本実施例の振動アクチュエータは、例えば、近年急速に進歩する内視鏡による低侵襲手術システムや、工業用マイクロロボットのハンド、その他の産業機器に組み込まれて、回転方向及び／又は軸方向の安定した駆動力を得ることができる。【００３１】
次に、板状部材１１の他例について説明する。
本実施例の振動アクチュエータは、上記板状部材１１を、図５〜図７に示される板状部材１２，１３，１４の何れかに置換することが可能である。以下、これら置換可能な板状部材１２，１３，１４について説明するが、これらは、上記板状部材１１に対し一部の構成を変更したものであるため、主にその変更部分について詳細に説明し、略同一の構成については同一の符号を付けることで、重複する詳細説明を省略する。【００３２】
板状部材１２は、図５に示す一例によれば、略正方形の金属製板であり、上記板状部材１１と略同様にして、可動軸挿入孔１１ａ、嵌合部１１ｂ、隙間形成用凹部１１ｃを有する。そして、この板状部材１２は、長さの異なるスリット１２ａ，１２ｂを、周方向において交互に配置した構成としている。【００３３】
一方のスリット１２ａは、可動軸挿入孔１１ａから径外方向へ延びるとともに板状部材１２を厚さ方向へ貫通しており、可動軸挿入孔１１ａの周囲に所定間隔を置いて複数（図５の一例によれば４つ）配設されている（図５参照）。
他方のスリット１２ｂは、周方向に隣り合う前記スリット１２ａ間に位置しており、動軸挿入孔１１ａから径外方向へ延びるとともに板状部材１２を厚さ方向へ貫通している。このスリット１２ｂは、前記一方のスリット１２ａよりも径方向へ長く形成される。【００３４】
よって、上記板状部材１２（図５参照）を複数用いて上記振動アクチュエータ（図１等参照）を構成すれば、長めに形成されたスリット１２ｂ等によって、各板状部材１２の剛性をより低下させることができ、その結果、振動伝達率をいっそう向上することができる。【００３５】
また、図６に示す板状部材１４は、略正方形の金属製板であり、上記板状部材１１と略同様の配置にて、可動軸挿入孔１１ａ及び嵌合部１１ｂを有し、さらに、該板状部材１４の中心側に可動軸挿入孔１１ａの外周に沿って連続する環状部１４ａを有するとともに、該環状部１４ａよりも径外方向側には、周方向に間隔を置いて、板状部材１４を厚さ方向へ貫通する複数の貫通部１４ｂを有する。
なお、図示例の板状部材１４では、上記板状部材１１の隙間形成用凹部１１ｃ（図１等参照）を有さないが、他例として、隙間形成用凹部１１ｃを設けるようにしてもよい。【００３６】
環状部１４ａは、全周にわたって連続する環状に形成され、その内周面を、可動軸２０を挿入するための可動軸挿入孔１１ａとしている。【００３７】
各貫通部１４ｂは、板状部材１４における環状部１４ａの周囲の部分を厚さ方向へ貫通する孔である。この貫通部１４ｂは、図示例によれば、正面視した形状が五角形状の孔であるが、他例としては、四角形状や六角形状等の他の多角形状や、円形状や楕円形状とすることも可能である。【００３８】
よって、板状部材１４（図６参照）を用いて上記振動アクチュエータ（図１等参照）を構成すれば、複数の貫通部１４ｂによって各板状部材１４の剛性を適宜に下げて、振動源３０の振動を、全周にわたる環状部１４ａによって可動軸２０に効率的に伝達することができる。その上、貫通部１４ｂに信号線又は電力線としての電気配線や光ファイバー、その他の補助部材等を挿入することも可能である。【００３９】
また、図７に示す板状部材１３は、略正方形の金属製板であり、上記板状部材１１と略同様にして、可動軸挿入孔１１ａ及び嵌合部１１ｂを有し、さらに、上記スリット１１ｄとは異なる態様のスリット１３ａを、周方向に所定間隔を置いて複数有している。
なお、図示例の板状部材１３では、上記隙間形成用凹部１１ｃ（図１等参照）を有さないが、他例として、隙間形成用凹部１１ｃを設けるようにしてもよい。【００４０】
スリット１３ａは、図７に示すように、可動軸挿入孔１１ａから、周方向の一方（図示例によれば反時計方向）へ傾いて径外方向へ延びている。換言すれば、このスリット１３ａは、周方向の位置を、該周方向の一方へ徐々にずらしながら径外方向へ延びている。
なお、図示例の板状部材１３（図７参照）によれば、周方向の一方へ傾けた各スリット１３ａを直線状に形成したが、他例としては、このスリット１３ａを円弧状等の曲線状に形成することも可能である。【００４１】
よって、板状部材１３（図７参照）を用いて上記振動アクチュエータ（図１等参照）を構成すれば、周方向に隣り合うスリット１３ａの間の部分の剛性に、周方向の偏りが生じるため、特に可動軸２０を回転運動させる場合に、振動の伝達効率を効果的に向上することができる。すなわち、図７に示す一例によれば、可動軸２０を時計方向へ回転運動させる場合に、前記作用効果を奏する。【００４２】
なお、上記実施例によれば、板状部材１１，１２，１３，１４は、略正方形状に形成したが、他例としては、他の多角形状や、円形状、楕円形状、星型形状等とすることも可能である。【００４３】
また、上記実施例によれば、特に好ましい態様として、隣り合う板状部材１１，１２，１３，１４を、嵌合部１１ｂ同士の圧入によって接合としたが、他例としては、これらを接着剤により接着した態様や、溶接によって接合した態様、図示例以外の嵌合手段によって接合した態様、ネジやリベットを用いて接合した態様等とすることも可能である。【００４４】
また、上記実施例によれば、それぞれ一種類の板状部材１１，１２，１３又は１４を用いてステータ１０を構成したが、他例としては、複数種類の板状部材１１，１２，１３，１４を適宜に組み合わせてステータ１０を構成することも可能である。【００４５】
また、上記実施例によれば、振動源３０として、板状の圧電素子を用いたが、他例としては、振動源３０として、ブロック状の圧電素子や他の振動素子等を用いることも可能である。【００４６】
また、上記実施例によれば、特に生産性の良好な態様として振動源３０をステータ１０の外周部に固定したが、他例としては、振動源３０をステータ１０の前後端面に固定した態様や、振動源３０をステータ１０内部に設けた態様等とすることも可能である。
【符号の説明】
【００４７】
１０：ステータ
１１，１２，１３，１４：板状部材
１１ａ：可動軸挿入孔
１１ｂ：嵌合部
１１ｃ：隙間形成用凹部
１１ｄ，１２ａ，１２ｂ，１３ａ：スリット
１４ａ：環状部
１４ｂ：貫通部
２０：可動軸
３０：振動源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
2015064321.tif 000010
2015064321.tif 000011