(57)【要約】【課題】超音波振動を利用して外部の駆動対象物を相対移動させることができるリニア型振動アクチュエータを提供する。【解決手段】駆動制御部１０から下部ステータ２の一端のすだれ状電極６と上部ステータ３の一端のすだれ状電極８に高周波電圧を印加すると共に他端のすだれ状電極７および９を受波電極として整合をとることにより、圧電基板から形成されている下部ステータ２の上面および上部ステータ３の下面に＋Ｘ方向に進行する表面弾性波が発生する。この表面弾性波により、板バネ５で下部ステータ２と上部ステータ３の表面に対して所定の加圧力で加圧接触されているスライダ４が−Ｘ方向に移動し、ワイヤ１１を介してケーシング１外部の駆動対象物１２が相対移動する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状または棒状のステータの表面に沿ってスライダが所定の方向へ移動自在に配置されたスライド機構部と、
前記スライダを前記スライド機構部の外部の駆動対象物に連結する連結部材と、
前記ステータの表面に対して前記スライダを加圧接触させる予圧手段と、
前記ステータおよび前記スライダの対向面のうちの一方に前記所定の方向に沿った進行波を発生させる進行波発生手段と
を備え、前記進行波発生手段で進行波を発生させて前記スライダを前記ステータの表面に沿って移動させることにより前記連結部材を介して前記駆動対象物を相対移動させることを特徴とするリニア型振動アクチュエータ。
【請求項２】
前記スライド機構部は、互いに平行に配置された一対の前記ステータとこれら一対の前記ステータの間に配置された前記スライダとを含む請求項１に記載のリニア型振動アクチュエータ。
【請求項３】
前記スライド機構部は、前記ステータの表面に沿った前記スライダの移動を案内するリニアガイドを有する請求項１または２に記載のリニア型振動アクチュエータ。
【請求項４】
互いに積層された複数の前記スライド機構部と、
複数の前記スライド機構部を積層状態で加圧することによりそれぞれの前記スライド機構部において前記ステータの表面に対し前記スライダを加圧接触させる共通の前記予圧手段と、
複数の前記スライド機構部の前記スライダをそれぞれ複数の前記駆動対象物に連結する複数の前記連結部材と、
複数の前記スライド機構部の前記スライダをそれぞれ移動させる複数の前記進行波発生手段と
を備えた請求項１に記載のリニア型振動アクチュエータ。
【請求項５】
複数の前記スライド機構部は、それぞれ互いに平行に配置された上部ステータおよび下部ステータとこれら上部ステータおよび下部ステータの間に配置された前記スライダとを含み、上段の前記スライド機構部の下部ステータが下段の前記スライド機構部の上部ステータを兼ねている請求項４に記載のリニア型振動アクチュエータ。
【請求項６】
複数の前記スライド機構部は、それぞれ前記ステータの表面に沿った前記スライダの移動を案内する複数のリニアガイドを有し、
前記予圧手段は、前記複数のリニアガイドを介して複数の前記スライド機構部を加圧する請求項４または５に記載のリニア型振動アクチュエータ。
【請求項７】
前記進行波発生手段は、進行波として表面弾性波を発生させる請求項１〜６のいずれか一項に記載のリニア型振動アクチュエータ。
【請求項８】
前記ステータは、圧電基板から形成され、
前記進行波発生手段は、前記ステータの表面に形成されたすだれ状電極と、前記すだれ状電極に高周波電圧を印加する駆動制御部とを有する請求項７に記載のリニア型振動アクチュエータ。
【請求項９】
前記スライダは、圧電基板から形成され、
前記進行波発生手段は、前記スライダの表面に形成されたすだれ状電極と、前記すだれ状電極に高周波電圧を印加する駆動制御部とを有する請求項７に記載のリニア型振動アクチュエータ。
【請求項１０】
前記進行波発生手段は、進行波としてたわみ進行波を発生させる請求項１〜６のいずれか一項に記載のリニア型振動アクチュエータ。
【請求項１１】
前記ステータは、弾性体から形成され、
前記進行波発生手段は、前記ステータの表面に配置された圧電素子と、前記圧電素子に高周波電圧を印加する駆動制御部とを有する請求項１０に記載のリニア型振動アクチュエータ。
【請求項１２】
前記スライダは、弾性体から形成され、
前記進行波発生手段は、前記スライダの表面に配置された圧電素子と、前記圧電素子に高周波電圧を印加する駆動制御部とを有する請求項１０に記載のリニア型振動アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、リニア型振動アクチュエータに係り、特に超音波振動を利用して駆動対象物を相対的に移動させるアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波モータを用いて物体を搬送する装置が知られている。例えば、特許文献１に開示された搬送装置は、一対の棒状の弾性体の間に被搬送物である磁気カードを圧接挟持させ、双方の弾性体にそれぞれ接着されている圧電セラミックスに高周波電力を供給して、これら弾性体に超音波の進行波を発生させることにより磁気カードを搬送している。超音波振動の利用により、薄型でありながら大きな推力を有する搬送装置が得られる。
特許文献１の搬送装置を磁気カードリーダライタ等に搭載することで、磁気カードを高速で搬送し、その搬送中に磁気ヘッドにより磁気カードからのデータの読み出し、および磁気カードへのデータの書き込みを行うことができる。
【０００３】
【特許文献１】特開平５−２６６２６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、例えば、ロボットハンド等において、手や指の移動に特許文献１のような搬送装置を利用しようとすると、駆動対象物である手や指を一対の棒状または板状の弾性体で圧接挟持し、この状態で双方の弾性体に超音波の進行波を発生させなければならない。このため、ロボットハンドとしては、手や指の両側に配置される弾性体が邪魔な存在となり、また手や指の移動方向も、弾性体における進行波の進行方向に沿った方向に限定されることとなり、極めて使い勝手の悪いものとなってしまう。これは、駆動対象物が搬送装置の内部に位置することに由来している。また、特に複数の対象物を駆動させる場合、アクチュエータが大きくなるため、小型化が課題であった。
そこで、この発明は、このような問題点を解消するためになされたもので、超音波振動を利用して外部の駆動対象物を相対移動させることができるリニア型振動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】
【０００５】
この発明に係るリニア型振動アクチュエータは、板状または棒状のステータの表面に沿ってスライダが所定の方向へ移動自在に配置されたスライド機構部と、前記スライダをスライド機構部の外部の駆動対象物に連結する連結部材と、前記ステータの表面に対して前記スライダを加圧接触させる予圧手段と、前記ステータおよび前記スライダの対向面のうちの一方に前記所定の方向に沿った進行波を発生させる進行波発生手段とを備えており、進行波発生手段で進行波を発生させてスライド機構部におけるスライダをステータの表面に沿って移動させることにより連結部材を介して駆動対象物を相対移動させるものである。
なお、「駆動対象物を相対移動させる」とは、次の３つの態様を含むものである。
（１）位置が固定しているステータに対して駆動対象物が移動する、
（２）位置が固定している駆動対象物に対してステータが移動する、
（３）ステータと駆動対象物が共に移動しながらステータと駆動対象物との相対位置が変化する。
【０００６】
スライド機構部は、互いに平行に配置された一対のステータとこれら一対のステータの間に配置されたスライダとを含むように構成することができる。
好ましくは、スライド機構部は、ステータの表面に沿ったスライダの移動を案内するリニアガイドを有している。
【０００７】
また、複数のスライド機構部を互いに積層し、共通の予圧手段で互いに積層された複数のスライド機構部を加圧することによりそれぞれのスライド機構部においてステータの表面に対しスライダを加圧接触させ、複数のスライド機構部のスライダを複数の連結部材を介してそれぞれ複数の駆動対象物に連結し、複数のスライド機構部のスライダを複数の進行波発生手段でそれぞれ移動させるようにしてもよい。
この場合、複数のスライド機構部が、それぞれ互いに平行に配置された上部ステータおよび下部ステータとこれら上部ステータおよび下部ステータの間に配置されたスライダとを含み、上段のスライド機構部の下部ステータが下段のスライド機構部の上部ステータを兼ねるように構成することもできる。
また、複数のスライド機構部が、それぞれステータの表面に沿ったスライダの移動を案内する複数のリニアガイドを有し、予圧手段が、複数のリニアガイドを介して複数のスライド機構部を加圧するようにしてもよい。
【０００８】
なお、進行波発生手段は、進行波として表面弾性波を発生させることができる。
この場合、ステータを圧電基板から形成し、進行波発生手段として、ステータの表面に形成されたすだれ状電極と、このすだれ状電極に高周波電圧を印加する駆動制御部とを用いればよい。あるいは、スライダを圧電基板から形成し、進行波発生手段として、スライダの表面に形成されたすだれ状電極と、このすだれ状電極に高周波電圧を印加する駆動制御部とを用いてもよい。
【０００９】
また、進行波発生手段は、進行波としてたわみ進行波を発生させることもできる。
この場合、ステータを弾性体から形成し、進行波発生手段として、ステータの表面に配置された圧電素子と、この圧電素子に高周波電圧を印加する駆動制御部とを用いればよい。あるいは、スライダを弾性体から形成し、進行波発生手段として、スライダの表面に配置された圧電素子と、この圧電素子に高周波電圧を印加する駆動制御部とを用いてもよい。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、超音波振動を利用して外部の駆動対象物を相対的に移動させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１
図１に、実施の形態１に係るリニア型振動アクチュエータの構成を示す。一端が開放されたケーシング１内にそれぞれ圧電基板から形成された一対の平板形状の下部ステータ２および上部ステータ３が互いに平行に配置され、これらのステータ２および３の間に金属等から形成されたスライダ４が配置されている。下部ステータ２はケーシング１内の底部に固定され、下部ステータ２との間にスライダ４を挟むように上部ステータ３が配置されており、これら下部ステータ２、上部ステータ３およびスライダ４によりスライド機構部Ｓが形成されている。さらに、上部ステータ３の上面とケーシング１の天井面との間に予圧手段として板バネ５が挿入されており、この板バネ５の付勢力によって上部ステータ３が下部ステータ２の方向に押圧され、スライダ４が下部ステータ２および上部ステータ３の表面に対して所定の加圧力で加圧接触されている。
【００１２】
スライダ４を臨む下部ステータ２の上面の両端部付近にはそれぞれすだれ状電極６および７が形成され、同様に、スライダ４を臨む上部ステータ３の下面の両端部付近にはそれぞれすだれ状電極８および９が形成されている。そして、これらすだれ状電極６〜９に高周波電源を有する駆動制御部１０が電気的に接続されている。なお、すだれ状電極６〜９と駆動制御部１０により進行波発生手段が形成されている。
ここで、下部ステータ２と上部ステータ３の一端のすだれ状電極６および８から他端のすだれ状電極７および９へ向かう方向を＋Ｘ方向、他端のすだれ状電極７および９から一端のすだれ状電極６および８へ向かう方向を−Ｘ方向とする。
【００１３】
また、スライダ４に連結部材としてのワイヤ１１の一端が接続され、ワイヤ１１の他端がケーシング１の開放端部を通ってケーシング１の外部へ延出され、駆動対象物１２に接続されている。駆動対象物１２は、＋Ｘ方向および−Ｘ方向に移動自在に配置されると共に図示しないバネ等の付勢手段によりケーシング１から遠ざかる方向すなわち＋Ｘ方向へ付勢されているものとする。
【００１４】
次に、この実施の形態１の動作について説明する。図２に示されるように、駆動制御部１０内の高周波電源１３から下部ステータ２の一端のすだれ状電極６に高周波電圧を印加すると、圧電基板から形成されている下部ステータ２の上面に表面弾性波が励振され、他端のすだれ状電極７に向けて伝搬する。このとき、他端のすだれ状電極７に駆動制御部１０内の整合回路１４を接続して、このすだれ状電極７を受波電極として整合をとることにより、表面弾性波はこのすだれ状電極７で吸収され、反射波の発生が抑制されて、表面弾性波は一端のすだれ状電極６から他端のすだれ状電極７に向かう＋Ｘ方向の進行波となる。
【００１５】
なお、すだれ状電極７で吸収された表面弾性波のエネルギーは、エネルギー消費用の抵抗等で消費させることもできるが、このエネルギーを一端のすだれ状電極６側へ還流させて進行波の励振に利用することによりエネルギー効率を大幅に向上させることができる。
同様に、駆動制御部１０から上部ステータ３の一端のすだれ状電極８に高周波電圧を印加すると共に他端のすだれ状電極９を受波電極として整合をとることにより、上部ステータ３の下面に一端のすだれ状電極８から他端のすだれ状電極９に向けて＋Ｘ方向に進行する表面弾性波が発生する。
【００１６】
これら下部ステータ２の上面と上部ステータ３の下面に発生した＋Ｘ方向の進行波により、下部ステータ２と上部ステータ３の表面に対して所定の加圧力で加圧接触されているスライダ４が、下部ステータ２と上部ステータ３の表面に沿って進行波とは逆方向、すなわち他端のすだれ状電極７および９から一端のすだれ状電極６および８に向けて−Ｘ方向に移動する。このスライダ４の移動に伴い、ワイヤ１１を介してケーシング１外部の駆動対象物１２が図示しないバネ等の付勢力に抗して−Ｘ方向に相対移動することとなる。
【００１７】
逆に、下部ステータ２と上部ステータ３の他端のすだれ状電極７および９にそれぞれ高周波電圧を印加すると共に一端のすだれ状電極６および８をそれぞれ受波電極として用いることにより、下部ステータ２の上面と上部ステータ３の下面にそれぞれ他端のすだれ状電極７および９から一端のすだれ状電極６および８に向けて−Ｘ方向に進行する表面弾性波が発生し、スライダ４を＋Ｘ方向へ移動させることができる。これにより、スライダ４と駆動対象物１２とを連結するワイヤ１１の張力が下がり、駆動対象物１２が図示しないバネ等の付勢力を受けて＋Ｘ方向に相対移動する。
【００１８】
なお、図３に示されるように、下部ステータ２および上部ステータ３と平行に延びるリニアガイド１５をケーシング１内に設置し、このリニアガイド１５によりスライダ４の移動を案内すれば、下部ステータ２と上部ステータ３の表面に沿ってスライダ４を円滑に移動させることができる。
【００１９】
実施の形態２
図４に、実施の形態２に係るリニア型振動アクチュエータの構成を示す。この実施の形態２は、実施の形態１で用いられたスライド機構部Ｓを４つ互いに積層してケーシング２１内に収納することにより積層型のアクチュエータを構成したものである。一端が開放されたケーシング２１内に４つのスライド機構部Ｓが互いに積層され、下段のスライド機構部Ｓの上部ステータ３の上面上に上段のスライド機構部Ｓの下部ステータ２が位置している。さらに、最上段のスライド機構部Ｓの上面とケーシング２１の天井面との間に板バネ５が挿入されている。この板バネ５は、４つのスライド機構部Ｓに共通してそれぞれ予圧手段として作用し、各スライド機構部Ｓのスライダ４を下部ステータ２および上部ステータ３の表面に対して所定の加圧力で加圧接触させる。
４つのスライド機構部Ｓのスライダ４はそれぞれ対応するワイヤ１１を介して互いに異なる駆動対象物１２に連結されている。さらに、４つのスライド機構部Ｓのすだれ状電極６〜９にそれぞれ対応する駆動制御部１０が電気的に接続されている。
【００２０】
このような構成により、４つのスライド機構部Ｓのスライダ４を、それぞれ対応する駆動制御部１０によって独立して移動させることができ、４つの駆動対象物１２を多自由度で駆動することが可能となる。
４つのスライド機構部Ｓを積層すると共に共通の板バネ５で４つのスライド機構部Ｓにそれぞれ予圧をかけるため、部品点数が少ない薄型の多自由度リニア型振動アクチュエータが実現される。
また、共通の板バネ５を用いることにより、４つのスライド機構部Ｓに加えられる予圧が均一となり、４つのスライド機構部Ｓにおけるスライダ４の移動特性を揃えることができ、高品質の多自由度アクチュエータが構成される。
さらに、進行波として表面弾性波を用いているので、各ステータ２および３のスライダ４とは反対側の面は振動することがなく、このため各ステータ２および３のこれらの面のどの部分でも予圧をかけることができ、予圧手段の構成を簡素化することが可能となる。
【００２１】
実施の形態３
図５および図６に、実施の形態３に係るリニア型振動アクチュエータの構成を示す。この実施の形態３は、図４に示した実施の形態２のアクチュエータにおいて、上段のスライド機構部Ｓの下部ステータ２が下段のスライド機構部Ｓの上部ステータを兼ねたものである。
進行波として表面弾性波を用いているので、一枚のステータの両面にそれぞれ異なる表面弾性波を発生させることができる。そこで、この実施の形態３では、上段のスライド機構部Ｓの下部ステータ２の上面の両端部付近にそれぞれすだれ状電極６および７を形成してこれらすだれ状電極６および７を上段のスライド機構部Ｓの下側の電極として用いると共に、この下部ステータ２の下面の両端部付近にそれぞれすだれ状電極８および９を形成してこれらすだれ状電極８および９を下段のスライド機構部Ｓの上側の電極として用いている。
【００２２】
このような構成とすることにより、互いに積層された上段のスライド機構部Ｓと下段のスライド機構部Ｓの間に位置するステータを一枚とすることができ、さらに薄型で構造が簡単な多自由度リニア型振動アクチュエータが実現される。
【００２３】
実施の形態４
図７に、実施の形態４に係るリニア型振動アクチュエータの構成を示す。この実施の形態４は、実施の形態１において、圧電基板から形成された下部ステータ２および上部ステータ３の間に金属等から形成されたスライダ４を挟持する代わりに金属等から形成された下部ステータ２２および上部ステータ２３の間に圧電基板から形成されたスライダ２４を挟持し、スライダ２４の下面の両端部付近にすだれ状電極６および７を形成すると共にスライダ２４の上面の両端部付近にすだれ状電極８および９を形成したものである。下部ステータ２２、上部ステータ２３およびスライダ２４によりスライド機構部Ｓが形成されている。また、すだれ状電極６〜９に駆動制御部１０が電気的に接続されている。
なお、板バネ５の付勢力により、スライダ２４が下部ステータ２２および上部ステータ２３の表面に対して所定の加圧力で加圧接触されている。また、スライダ２４にワイヤ１１を介してケーシング１外部の駆動対象物１２が連結されている。
【００２４】
駆動制御部１０からスライダ２４の一端のすだれ状電極６および８に高周波電圧を印加すると共に他端のすだれ状電極７および９を受波電極として整合をとることにより、スライダ２４の両面においてすだれ状電極６および８からすだれ状電極７および９に向かって＋Ｘ方向に進行する表面弾性波が発生し、スライダ２４が＋Ｘ方向に移動する。一方、駆動制御部１０からスライダ２４の他端のすだれ状電極７および９に高周波電圧を印加すると共に一端のすだれ状電極６および８を受波電極として整合をとることにより、スライダ２４の両面においてすだれ状電極７および９からすだれ状電極６および８に向かって−Ｘ方向に進行する表面弾性波が発生し、スライダ２４が−Ｘ方向に移動する。
したがって、実施の形態１と同様に、ワイヤ１１を介してケーシング１外部の駆動対象物１２を移動させることが可能となる。
【００２５】
実施の形態５
図８に、実施の形態５に係るリニア型振動アクチュエータの構成を示す。この実施の形態５は、実施の形態４で用いられたスライド機構部Ｓを４つ互いに積層してケーシング２１内に収納することにより積層型のアクチュエータを構成すると共に上段のスライド機構部Ｓの下部ステータ２２が下段のスライド機構部Ｓの上部ステータを兼ねたものである。一端が開放されたケーシング２１内に４つのスライド機構部Ｓが互いに積層され、互いに重なるスライド機構部Ｓの間には、上段のスライド機構部Ｓの下部ステータ２２のみが位置し、この上段のスライド機構部Ｓの下部ステータ２２が下段のスライド機構部Ｓの上部ステータを兼用している。最上段のスライド機構部Ｓの上面とケーシング２１の天井面との間に板バネ５が挿入され、この板バネ５により４つのスライド機構部Ｓのスライダ２４がそれぞれ下部ステータ２２と上部ステータ２３の表面に対して所定の加圧力で加圧接触されている。
【００２６】
図示省略されているが、４つのスライド機構部Ｓのスライダ２４はそれぞれ対応するワイヤ１１を介して互いに異なる駆動対象物に連結されている。さらに、４つのスライド機構部Ｓのスライダ２４の両面に形成されたすだれ状電極６〜９にそれぞれ対応する駆動制御部が電気的に接続されている。
【００２７】
このような構成により、上述した実施の形態２および３と同様に、４つのスライド機構部Ｓのスライダ２４を、それぞれ対応する駆動制御部によって独立して移動させることができ、４つの駆動対象物を多自由度で駆動することが可能となる。
４つのスライド機構部Ｓを積層すると共に共通の板バネ５で４つのスライド機構部Ｓにそれぞれ予圧をかけるため、部品点数が少ない薄型の多自由度リニア型振動アクチュエータが実現される。
また、共通の板バネ５を用いることにより、４つのスライド機構部Ｓに加えられる予圧が均一となり、４つのスライド機構部Ｓにおけるスライダ２４の移動特性を揃えることができ、高品質の多自由度アクチュエータが構成される。
【００２８】
実施の形態６
図９に、実施の形態６に係るリニア型振動アクチュエータの構成を示す。この実施の形態６は、実施の形態１において、下部ステータ２および上部ステータ３の代わりに弾性体からなる下部ステータ３２および上部ステータ３３を用いると共にすだれ状電極６および７の代わりに下部ステータ３２の上面の両端部付近にそれぞれ圧電素子３６および３７を貼付し、すだれ状電極８および９の代わりに上部ステータ３３の下面の両端部付近にそれぞれ圧電素子３８および３９を貼付したものである。下部ステータ３２、上部ステータ３３およびスライダ４によりスライド機構部Ｓが形成されている。また、圧電素子３６〜３９に駆動制御部１０が電気的に接続されている。
なお、板バネ５の付勢力により、スライダ４が下部ステータ３２および上部ステータ３３の表面に対して所定の加圧力で加圧接触されている。また、スライダ４にワイヤ１１を介してケーシング１外部の駆動対象物１２が連結されている。
【００２９】
図１０に示されるように、駆動制御部１０内の高周波電源１３から下部ステータ２の一端の圧電素子３６に高周波電圧を印加すると、弾性体からなる下部ステータ３２にたわみ振動が発生し、他端の圧電素子３７に向けて伝搬する。このとき、他端の圧電素子３７に駆動制御部１０内の整合回路１４を接続して、この圧電素子３７を吸振側素子として整合をとることにより、たわみ振動はこの圧電素子３７で吸収され、反射波の発生が抑制されて、一端の圧電素子３６から他端の圧電素子３７に向かう＋Ｘ方向のたわみ進行波となる。
【００３０】
なお、他端の圧電素子３７で吸収されたたわみ振動のエネルギーを一端の圧電素子３６側へ還流させてたわみ振動の励振に利用することによりエネルギー効率を大幅に向上させることができる。
同様に、駆動制御部１０から上部ステータ３３の一端の圧電素子３８に高周波電圧を印加すると共に他端の圧電素子３９を吸振側素子として整合をとることにより、上部ステータ３３の下面に一端の圧電素子３８から他端の圧電素子３９に向けて＋Ｘ方向に進行するたわみ進行波が発生する。
【００３１】
これら下部ステータ３２の上面と上部ステータ３３の下面に発生した＋Ｘ方向の進行波により、下部ステータ３２と上部ステータ３３の表面に対して所定の加圧力で加圧接触されているスライダ４が、下部ステータ３２と上部ステータ３３の表面に沿って進行波とは逆方向、すなわち−Ｘ方向に移動する。このスライダ４の移動に伴い、ワイヤ１１を介してケーシング１外部の駆動対象物１２が図示しないバネ等の付勢力に抗して−Ｘ方向に移動することとなる。
【００３２】
逆に、下部ステータ３２と上部ステータ３３の他端の圧電素子３７および３９にそれぞれ高周波電圧を印加すると共に一端の圧電素子３６および３８をそれぞれ吸振側素子として用いることにより、下部ステータ３２の上面と上部ステータ３３の下面にそれぞれ他端の圧電素子３７および３９から一端の圧電素子３６および３８に向けて−Ｘ方向に進行するたわみ進行波が発生し、スライダ４を＋Ｘ方向へ移動させることができる。これにより、スライダ４と駆動対象物１２とを連結するワイヤ１１の張力が下がり、駆動対象物１２が図示しないバネ等の付勢力を受けて＋Ｘ方向に移動する。
【００３３】
実施の形態７
図１１および図１２に、実施の形態７に係るリニア型振動アクチュエータの構成を示す。この実施の形態７は、たわみ進行波を利用するスライド機構部Ｓを４つ互いに積層してケーシング２１内に収納することにより積層型のアクチュエータを構成したものである。各スライド機構部Ｓは、弾性体からなる上部ステータ３３と、この上部ステータ３３と平行に延びるリニアガイド４０と、リニアガイド４０によって移動自在に保持されたスライダ４とから形成されている。上部ステータ３３の下面がスライダ４の上面に当接し、リニアガイド４０の脚部４１がスライダ４の下面より下方に位置している。
【００３４】
一端が開放されたケーシング２１内に４つのスライド機構部Ｓが互いに積層され、下段のスライド機構部Ｓの上部ステータ３３の上面上に上段のスライド機構部Ｓのリニアガイド４０の脚部４１が載っている。最上段のスライド機構部Ｓの上面とケーシング２１の天井面との間に板バネ５が挿入されている。この板バネ５の付勢力により最上段のスライド機構部Ｓの上部ステータ３３がスライダ４に対して加圧され、さらにリニアガイド４０を介して下段のスライド機構部Ｓの上部ステータ３３に板バネ５の付勢力が作用する。このようにして、板バネ５は、４つのスライド機構部Ｓに共通してそれぞれ予圧手段として作用し、各スライド機構部Ｓのスライダ４を上部ステータ３３の下面に対して所定の加圧力で加圧接触させる。
【００３５】
各スライド機構部Ｓの上部ステータ３３の下面の両端部付近にそれぞれ圧電素子３８および３９が貼付されている。図示省略されているが、４つのスライド機構部Ｓの上部ステータ３３の圧電素子３８および３９にそれぞれ対応する駆動制御部が電気的に接続されている。また、４つのスライド機構部Ｓのスライダ４はそれぞれ対応するワイヤ１１を介して互いに異なる駆動対象物に連結されている。
【００３６】
このような構成により、上述した実施の形態２、３および５と同様に、４つのスライド機構部Ｓのスライダ４を、それぞれ対応する駆動制御部によって独立して移動させることができ、４つの駆動対象物を多自由度で駆動することが可能となる。
４つのスライド機構部Ｓを積層すると共に共通の板バネ５で４つのスライド機構部Ｓにそれぞれ予圧をかけるため、部品点数が少ない薄型の多自由度リニア型振動アクチュエータが実現される。
また、共通の板バネ５を用いることにより、４つのスライド機構部Ｓに加えられる予圧が均一となり、４つのスライド機構部Ｓにおけるスライダ４の移動特性を揃えることができ、高品質の多自由度アクチュエータが構成される。
【００３７】
実施の形態８
図１３に、実施の形態８に係るリニア型振動アクチュエータの構成を示す。この実施の形態８は、実施の形態６において、弾性体からなる下部ステータ３２および上部ステータ３３の表面に圧電素子３６〜３９を貼付する代わりに弾性体から形成されたスライダ４４の上面の両端部付近にそれぞれ圧電素子３６および３７を貼付し、このスライダ４４を金属等から形成された下部ステータ２２および上部ステータ２３の間に挟持したものである。下部ステータ２２、上部ステータ２３およびスライダ４４によりスライド機構部Ｓが形成されている。また、スライダ４４の圧電素子３６および３７に駆動制御部１０が電気的に接続されている。
なお、板バネ５の付勢力により、スライダ４４が下部ステータ２２および上部ステータ２３の表面に対して所定の加圧力で加圧接触されている。また、スライダ４４にワイヤ１１を介してケーシング１外部の駆動対象物１２が連結されている。
【００３８】
駆動制御部１０からスライダ４４の一端の圧電素子３６に高周波電圧を印加すると共に他端の圧電素子３７を吸振側素子として整合をとることにより、弾性体からなるスライダ４４に一端の圧電素子３６から他端の圧電素子３７に向かう＋Ｘ方向のたわみ進行波が発生し、スライダ４４が＋Ｘ方向に移動する。一方、駆動制御部１０からスライダ４４の他端の圧電素子３７に高周波電圧を印加すると共に一端の圧電素子３６を吸振側素子として整合をとることにより、弾性体からなるスライダ４４に他端の圧電素子３７から一端の圧電素子３６に向かう−Ｘ方向のたわみ進行波が発生し、スライダ４４が−Ｘ方向に移動する。
したがって、実施の形態６と同様に、ワイヤ１１を介してケーシング１外部の駆動対象物１２を移動させることが可能となる。
なお、スライダ４４の上面に圧電素子３６および３７を貼付する代わりに、スライダ４４の下面の両端部付近にそれぞれ圧電素子３６および３７を貼付してもよい。
【００３９】
実施の形態９
図１４に、実施の形態９に係るリニア型振動アクチュエータの構成を示す。この実施の形態９は、実施の形態８で用いられたスライド機構部Ｓを４つ互いに積層してケーシング２１内に収納することにより積層型のアクチュエータを構成すると共に上段のスライド機構部Ｓの下部ステータ２２が下段のスライド機構部Ｓの上部ステータを兼ねたものである。一端が開放されたケーシング２１内に４つのスライド機構部Ｓが互いに積層され、互いに重なるスライド機構部Ｓの間には、上段のスライド機構部Ｓの下部ステータ２２のみが位置し、この上段のスライド機構部Ｓの下部ステータ２２が下段のスライド機構部Ｓの上部ステータを兼用している。最上段のスライド機構部Ｓの上面とケーシング２１の天井面との間に板バネ５が挿入され、この板バネ５により４つのスライド機構部Ｓのスライダ４４がそれぞれ下部ステータ２２と上部ステータ２３の表面に対して所定の加圧力で加圧接触されている。
【００４０】
図示省略されているが、４つのスライド機構部Ｓのスライダ４４はそれぞれ対応するワイヤ１１を介して互いに異なる駆動対象物に連結されている。さらに、４つのスライド機構部Ｓのスライダ４４の上面に形成された圧電素子３６および３７にそれぞれ対応する駆動制御部が電気的に接続されている。
【００４１】
このような構成により、上述した実施の形態２、３、５および７と同様に、４つのスライド機構部Ｓのスライダ４４を、それぞれ対応する駆動制御部によって独立して移動させることができ、４つの駆動対象物を多自由度で駆動することが可能となる。
４つのスライド機構部Ｓを積層すると共に共通の板バネ５で４つのスライド機構部Ｓにそれぞれ予圧をかけるため、部品点数が少ない薄型の多自由度リニア型振動アクチュエータが実現される。
また、共通の板バネ５を用いることにより、４つのスライド機構部Ｓに加えられる予圧が均一となり、４つのスライド機構部Ｓにおけるスライダ４４の移動特性を揃えることができ、高品質の多自由度アクチュエータが構成される。
【００４２】
なお、実施の形態１〜９では、スライダ４、２４および４４に外部の駆動対象物１２を連結する連結部材としてワイヤ１１を用いたが、これに限るものではなく、剛性を有するロッドや板状の部材を用いることもできる。
また、実施の形態１〜９では、平板形状の下部ステータ２、２２および３２と上部ステータ３、２３および３３を用いたが、棒形状のステータを用いることもできる。さらに、スライダを移動自在にすることができれば、曲面形状のステータの使用も可能である。
予圧手段として板バネ５を用いたが、この他、皿バネ、コイルバネ等、各種の付勢手段を使用することもできる。
また、上記の実施の形態２〜６、８および９においても、図３に示したようなリニアガイド１５によりスライダ４、２４および４４の移動を案内することが好ましい。
【００４３】
上記の実施の形態２、３、５、７および９においては、４つのスライド機構部Ｓのスライダ４、２４および４４をそれぞれ異なる駆動対象物１２に連結して独立駆動させたが、これら４つのスライド機構部Ｓのスライダ４、２４および４４を共通の駆動対象物１２に連結することもできる。このようにすれば、単一のスライド機構部Ｓにより駆動対象物１２を移動させる場合に比べて４倍の推力を得ることができる。この場合には、４つのスライド機構部Ｓのすだれ状電極６〜９または圧電素子３６〜３９に共通の駆動制御部１０を電気的に接続して４つのスライド機構部Ｓのスライダ４、２４および４４を同期させて移動させればよい。
【００４４】
また、実施の形態２、３、５、７および９では、４つのスライド機構部Ｓを互いに積層したが、スライド機構部Ｓの積層個数については４つに限定されるものではなく、２つ、３つ、あるいは５つ以上のスライド機構部Ｓを積層させることもできる。
【００４５】
上記の各実施の形態では、駆動対象物１２を＋Ｘ方向および−Ｘ方向に移動自在に配置し、下部ステータ２、２２、３２および上部ステータ３、２３、３３に対するスライダ４、２４、４４の移動によりケーシング１に対して駆動対象物１２を移動させたが、逆に、ケーシング１を＋Ｘ方向および−Ｘ方向に移動自在に配置すると共に駆動対象物１２として固定物を採用することにより、駆動対象物１２に対してケーシング１を移動させるように構成することもできる。
【００４６】
例えば、図１に示す実施の形態１において、駆動制御部１０から下部ステータ２および上部ステータ３の一端のすだれ状電極６および８に高周波電圧を印加すると共に他端のすだれ状電極７および９を受波電極として整合をとることにより、下部ステータ２の上面と上部ステータ３の下面において＋Ｘ方向に進行する表面弾性波が発生し、スライダ４が、下部ステータ２と上部ステータ３に対して相対的に−Ｘ方向に移動する。このとき、スライダ４はワイヤ１１を介して固定物である駆動対象物１２に連結されているため、ワイヤ１１の張力により実際には−Ｘ方向に移動することができず、下部ステータ２および上部ステータ３がスライダ４に対して相対的に＋Ｘ方向に移動することとなる。このようにして、ケーシング１を＋Ｘ方向に移動させることが可能となる。
【００４７】
なお、ケーシング１を−Ｘ方向に移動させる場合には、スライダ４を下部ステータ２と上部ステータ３に対して相対的に＋Ｘ方向に移動させる必要があるため、ワイヤ１１の代わりに剛性を有するロッドや板状の連結部材を用いてスライダ４と駆動対象物１２を連結することが好ましい。
同様にして、実施の形態２〜９においても、ケーシング１、２１を＋Ｘ方向および−Ｘ方向に移動自在に配置すると共に駆動対象物１２として固定物を採用することにより、駆動対象物１２に対してケーシング１、２１を移動させることができる。
【００４８】
実施の形態２、３、５、７および９のように複数のスライド機構部Ｓを互いに積層させて使用する際に、各スライド機構部Ｓのスライダ４、２４および４４に連結する駆動対象物１２をそれぞれ固定物とした場合には、複数のスライド機構部Ｓのスライダ４、２４および４４を同期させて移動させればよい。また、複数のスライド機構部Ｓのうち少なくとも一つのスライド機構部Ｓのスライダに固定物としての駆動対象物１２を連結してこのスライド機構部Ｓによりケーシング２１を移動させ、他のスライド機構部Ｓのスライダに移動自在な駆動対象物１２を連結してこのスライド機構部Ｓにより移動自在な駆動対象物１２を移動させるように構成することも可能である。
【００４９】
上述した実施の形態２、３、５、７および９に係る積層型のアクチュエータを用いることにより、例えば図１５に示すようなロボットハンドを構成することが可能となる。このロボットハンドは、積層型のアクチュエータＡの複数のワイヤ１１に第１指、第２指および第３指等の多関節の指Ｆの各部分を連結したものを５つ並べて配列したものである。積層型のアクチュエータＡを用いることにより、小型のロボットハンドが実現される。
なお、指Ｆの一つの部分のみを駆動する場合には、実施の形態１、４、６および８に示したような単一のスライダ４、２４、４４を有する振動アクチュエータを使用して指Ｆを駆動することもできる。
さらに、ロボットハンドを図示しない腕の先端に取り付け、腕を移動させることによりロボットハンド全体を移動させることもできる。この場合、振動アクチュエータのケーシング１、２１と駆動対象物１２としての指Ｆが共に腕の移動によって移動しつつ、ケーシング１、２１と駆動対象物１２との相対位置が変化することとなる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】実施の形態１に係るリニア型振動アクチュエータの構成を示す側面断面図である。
【図２】実施の形態１で用いられたステータを示す斜視図である。
【図３】実施の形態１の変形例に係るリニア型振動アクチュエータの構成を示す側面断面図である。
【図４】実施の形態２に係るリニア型振動アクチュエータの構成を示す側面断面図である。
【図５】実施の形態３に係るリニア型振動アクチュエータの構成を示す側面断面図である。
【図６】実施の形態３に係るリニア型振動アクチュエータの構成を示す斜視図である。
【図７】実施の形態４に係るリニア型振動アクチュエータの構成を示す側面断面図である。
【図８】実施の形態５に係るリニア型振動アクチュエータの構成を示す側面断面図である。
【図９】実施の形態６に係るリニア型振動アクチュエータの構成を示す側面断面図である。
【図１０】実施の形態６で用いられたステータを示す斜視図である。
【図１１】実施の形態７に係るリニア型振動アクチュエータの構成を示す側面断面図である。
【図１２】実施の形態７に係るリニア型振動アクチュエータの構成を示す正面断面図である。
【図１３】実施の形態８に係るリニア型振動アクチュエータの構成を示す側面断面図である。
【図１４】実施の形態９に係るリニア型振動アクチュエータの構成を示す側面断面図である。
【図１５】この発明を適用したロボットハンドを示す概略正面図である。
【符号の説明】
【００５１】
１，２１  ケーシング、２，２２，３２  下部ステータ、３，２３，３３  上部ステータ、４，２４，４４  スライダ、５  板バネ、６〜９  すだれ状電極、１０  駆動制御部、１１  ワイヤ、１２  駆動対象物、１３  高周波電源、１４  整合回路、１５，４０  リニアガイド、３６〜３９  圧電素子、４１  脚部、Ｓ  スライド機構部、Ａ  積層型のアクチュエータ、Ｆ  指。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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