JP2000245174A

JP2000245174A - 振動アクチュエータ

Info

Publication number: JP2000245174A
Application number: JP11039387A
Authority: JP
Inventors: Ryoichi Suganuma; 亮一菅沼
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1999-02-18
Filing date: 1999-02-18
Publication date: 2000-09-08

Abstract

(57)【要約】【課題】組立が容易で簡単に製造することができる振
動アクチュエータを提供する。【解決手段】弾性体１１は、圧電体１０の伸縮によっ
て、駆動面１１ａに進行性振動波を発生する。移動体２
０は、リング状部材２０ａと、フランジ状部材２０ｂ
と、接着層２０ｃとを備えている。摺動部材２１は、図
示しない加圧手段によって、摺動面２１ａが駆動面１１
ａと加圧接触する。接着層２０ｃは、リング状部材２０
ａ及びフランジ状部材２０ｂの平面精度にかかわらず、
これらを均一に接着して、回転むらや異常音の発生を低
減する。移動子２は、リング状部材２０ａ、摺動部材２
１及びこれらを接合するフランジ状部材２０ｂによって
構成されているために、これらをプレスで成形して、移
動子２を容易に加工し製造することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、振動波を発生する
超音波モータなどの振動アクチュエータに関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来より、圧電体などからなる電気機械
変換素子と、この電気機械変換素子に固定され、電気機
械変換素子によって振動を発生する弾性体と、この振動
によって摩擦駆動する移動体とを備える振動アクチュエ
ータが知られている。この振動アクチュエータは、種々
の方式があり、特許公報や技術文献などによって知られ
ている。例えば、進行波を利用する円環型超音波モー
タ、進行波を利用するリニア型超音波モータ、円筒状の
弾性体に進行波を発生させて移動子を駆動する超音波モ
ータ、円筒型の弾性体に定在波を発生させて移動子を駆
動するロッド型超音波モータなどがある。このように、
振動アクチュエータには、大きく分類すると進行波を利
用するものと定在波を利用するものとが存在する。

【０００３】図６は、従来の円環型超音波モータの断面
図である。円環型超音波モータは、図６に示すように、
外周部にフランジ状の薄板部１１１ｂを有する弾性体１
１１及びこの弾性体１１１に固定された電気機械変換素
子である圧電体１１０とからなる固定子１０１と、移動
体１２０及びこの移動体１２０に固定された摺動部材１
２１からなる移動子１０２と、薄板部１１１ｂの先端部
に形成された支持部１１１ｃを固定し支持する支持部材
１０３とを備えている。摺動部材１２１は、図示しない
加圧手段によって、弾性体１１１の駆動面１１１ａに加
圧接触している。圧電体１１０は、２群の電極群を備え
ており、それぞれにセグメント電極が集合している。こ
のセグメント電極は、交互に反対方向に分極されてお
り、それぞれの電極群は、位置的にπ／２の位相差を有
するように配置されている。相互にπ／２の位相差を有
する駆動信号（交流信号）がこの電極群に印加すると、
弾性体１１１は、圧電体１１０の振動によって励振され
て、進行波を発生する。移動子１０２は、この進行波に
よって摩擦駆動する。

【０００４】図７は、従来のロッド型超音波モータの断
面図である。ロッド型超音波モータは、互いに機械的に
結合された弾性体２１１ａ，２１１ｂと、弾性体２１１
ａと弾性体２１１ｂとの間に挟み込まれ、それぞれ縦振
動とねじり振動とを発生する電気機械変換素子である圧
電体２１０ａ，２１０ｂと、移動体２２０及びこの移動
体２２０に固定された摺動部材２２１からなる移動子２
０２とを備えている。摺動部材２２１は、図示しない加
圧手段によって、弾性体２１１ａに加圧接触している。
相互に位相差を有する駆動信号（交流信号）が圧電体２
１０ａ，２１０ｂに印加すると、弾性体２１１ａと摺動
部材２２１とが接触する接触面に、振動波が発生して、
移動子２０２が摩擦駆動する。

【０００５】図６及び図７に示す超音波モータは、いず
れも弾性体１１１，２１１ａ，２１１ｂに発生する振動
により移動子１０２，２０２又は負荷物を摩擦駆動する
ものであり、他の形式の超音波モータについても同様で
ある。これらの超音波モータは、圧電体１１０，２１０
ａ，２１０ｂの振動によって、弾性体１１１，２１１
ａ，２１１ｂを共振状態にする。このために、駆動信号
（交流信号）の周波数を変更することによって、弾性体
１１１，２１１ａ，２１１ｂの振動の振幅を変化させ
て、移動子１０２，２０２の駆動速度を調節することが
できる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の振動アクチュエ
ータは、摺動部材１２１の摺動面１２１ａと、弾性体１
１１の駆動面１１１ａとの間の平面精度が重要である。
この平面精度を通常５μ以下に仕上げないと、移動子１
０２の回転駆動時に回転むらが大きくなったり、異常音
が発生する可能性があった。

【０００７】しかし、摺動部材１２１の平面精度を機械
加工によって仕上げるためには、加工方法によって異な
るが、摺動面１２１ａ以外の部分も良好な加工精度に仕
上げる必要がある。また、摺動部材１２１の円環部１２
１ｂは、その厚さが通常０．３ｍｍ程度であるために、
非常に薄く仕上げる必要がある。さらに、円環部１２１
ｂの先端に摺動面１２１ａが形成されているために、摺
動部材１２１の生産性が非常に悪いという問題があっ
た。

【０００８】本発明の課題は、組立が容易で簡単に製造
することができる振動アクチュエータを提供することで
ある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、以下に記載す
るような解決手段により、前記課題を解決する。なお、
理解を容易にするために、本発明の実施形態に対応する
符号を付して説明するが、これに限定するものではな
い。すなわち、請求項１の発明は、駆動信号により励振
される電気機械変換体（１０）、及び、前記電気機械変
換体に接合され、前記励振により駆動面（１１ａ）に進
行性振動波を発生する弾性体（１１）を有する固定子
（１）と、前記駆動面に加圧接触し、前記進行性振動波
によって駆動される移動子（２）とを含む振動アクチュ
エータにおいて、前記移動子は、前記駆動面と加圧接触
する第１のリング部材（２１）と、前記進行性振動波に
よって回転駆動される第２のリング部材（２０ａ）と、
前記第１のリング部材と前記第２のリング部材とを接合
するフランジ部（２０ｂ）とを含むことを特徴とする振
動アクチュエータである。

【００１０】請求項２の発明は、請求項１に記載の振動
アクチュエータにおいて、前記第１のリング部材は、摺
動部材（２１）であり、前記第２のリング部材は、移動
体（２０ａ）であり、前記フランジ部は、前記移動体と
前記摺動部材との間に設けられた平板状のフランジ部材
（２０ｂ，２０ｅ，２０ｉ）であることを特徴とする振
動アクチュエータである。

【００１１】請求項３の発明は、請求項２に記載の振動
アクチュエータにおいて、前記摺動部材、前記移動体及
び前記フランジ部材の平面精度にかかわらず、これらを
均一に接着する接着部（２０ｃ）を備えることを特徴と
する振動アクチュエータである。

【００１２】請求項４の発明は、請求項２に記載の振動
アクチュエータにおいて、前記摺動部材及び前記フラン
ジ部の平面精度にかかわらず、これらを均一に接着する
接着部（２０ｄ）を備えることを特徴とする振動アクチ
ュエータである。

【００１３】

【発明の実施の形態】（第１実施形態）以下、図面を参
照して、本発明の実施形態についてさらに詳しく説明す
る。図１は、本発明の第１実施形態に係る振動アクチュ
エータの断面図である。図２は、本発明の第１実施形態
に係る振動アクチュエータにおける移動子の展開図であ
る。

【００１４】固定子１は、圧電体１０と、弾性体１１と
を備えている。圧電体１０は、電気エネルギーを機械エ
ネルギーに変換する電気機械変換体である。圧電体１０
は、駆動信号（交流信号）によって励振する円環状の部
材である。弾性体１１は、圧電体１０の伸縮（励振）に
よって、櫛歯形状の駆動面１１ａに進行性振動波を発生
する円環状の部材である。弾性体１１は、接着剤などに
よって圧電体１０に接合され固定されている。

【００１５】薄板部１１ｂは、弾性体１１が発生する進
行性振動波が減衰するのを防止する減衰防止部である。
薄板部１１ｂは、弾性体１１の外周部から突出して形成
されたフランジ状の部分である。薄板部１１ｂは、その
先端部が支持部材４側に略９０度折り曲げられた支持部
１１ｃを備えている。薄板部１１ｂ及び支持部１１ｃ
は、弾性体１１と同一部材である。支持部材３は、薄板
部１１ｂ及び支持部１１ｃを介して、固定子１を支持す
る円環状の部材である。

【００１６】移動子２は、移動体２０と、摺動部材２１
とを備えている。移動体２０は、図示しない移動目的対
象物に接続される移動子母材（ロータ）である。移動体
２０は、リング状部材２０ａと、フランジ状部材２０ｂ
と、接着層２０ｃとを備えている。

【００１７】リング状部材２０ａは、移動体２０の一部
を構成する部材である。リング状部材２０ａは、駆動面
１１ａに発生する進行性振動波によって、フランジ状部
材２０ｂ及び摺動部材２１と一体となって回転駆動す
る。リング状部材２０ａは、アルミニウム又はりん青胴
である。

【００１８】フランジ状部材２０ｂは、リング状部材２
０ａと摺動部材２１とを接合する接合部材である。フラ
ンジ状部材２０ｂは、移動体２０の一部を構成する部材
である。フランジ状部材２０ｂは、リング状部材２０ａ
と摺動部材２１との間に設けられた平板状の部材であ
る。フランジ状部材２０ｂは、回転軸Ｏに対して平行な
方向（高さ方向）の厚さがリング状部材２０ａの厚さよ
りも薄い。フランジ状部材２０ｂは、接着層２０ｃを介
してリング状部材２０ａに接合され固定されている。フ
ランジ状部材２０ｂは、リング状部材２０ａと同一部材
である。

【００１９】摺動部材２１は、図示しない加圧手段によ
って、摺動面２１ａが駆動面１１ａと加圧接触する部材
である。摺動部材２１は、リング状部材２０ａ及びフラ
ンジ状部材２０ｂよりも外径が小さい。摺動部材２１
は、接着層２０ｄを介してフランジ状部材２０ｂに接合
され固定されている。摺動部材２１は、Ｐｅｅｋ（ポリ
・エーテル・エーテル・ケトン）にフッ素樹脂とカーボ
ン繊維を混入したもの、例えば、ＣＫ３４２０（商品
名）が好適に使用される。この摺動部材２１は、Ｐｅｅ
ｋを主材料とする樹脂以外にも、Ｐｅｓ（ポリ・エーテ
ル・サルフォン），Ｐｏｍ（デルリン）などを主材料と
する樹脂を用いることができる。

【００２０】接着層２０ｃは、リング状部材２０ａとフ
ランジ状部材２０ｂとを接合するためのものである。接
着層２０ｃは、リング状部材２０ａ及びフランジ状部材
２０ｂの平面精度にかかわらず、これらを均一に接着す
る。接着層２０ｃは、リング状部材２０ａ及びフランジ
状部材２０ｂよりも弾性係数の低い接着剤又は粘着剤か
らなる。接着層２０ｃは、例えば、エポキシ系接着剤、
ウレタン系接着剤、ゴム系接着剤又はアクリル系粘着剤
などである。接着層２０ｃは、その厚さが３μ以上であ
る。

【００２１】接着層２０ｄは、フランジ状部材２０ｂと
摺動部材２１とを接合するためのものである。接着層２
０ｄは、フランジ状部材２０ｂ及び摺動部材２１の平面
精度にかかわらず、これらを均一に接着する。接着層２
０ｄは、フランジ状部材２０ｂ及び摺動部材２１よりも
弾性係数の低い接着剤又は粘着剤からなる。接着層２０
ｄは、接着剤層２０ｃと同一の接着剤又は粘着剤であ
る。

【００２２】本発明の第１実施形態では、リング状部材
２０ａ及びフランジ状部材２０ｂの平面精度が３μであ
って、移動子２の回転数が５０ｒｐｍのときには、回転
むらが５ｒｐｍであり、異常音が発生しなかった。しか
し、リング状部材２０ａ及びフランジ状部材２０ｂの平
面精度が１２μであって、移動子２の回転数が５０ｒｐ
ｍのときには、回転むらが１１ｒｐｍであり、周期的に
異常音が発生した。また、リング状部材２０ａ及びフラ
ンジ状部材２０ｂの平面精度が８μであって、移動子２
の回転数が５０ｒｐｍのときには、回転むらが８ｒｐｍ
であり、周期的に異常音が発生した。本発明の第１実施
形態は、接着層２０ｄによって、フランジ状部材２０ｂ
と摺動部材２１とを接合している。このために、リング
状部材２０ａ及びフランジ状部材２０ｂの平面精度にか
かわらず、すなわち、リング状部材２０ａ及びフランジ
状部材２０ｂの平面精度が１２μ又は８μであっても、
移動子２の回転数が５０ｒｐｍのときには、回転むらが
６ｒｐｍであり、異常音が発生しなかった。

【００２３】本発明の第１実施形態に係る振動アクチュ
エータは、以下に記載するような効果を有する。（１）本発明の第１実施形態は、リング状部材２０ａ
及びフランジ状部材２０ｂと外径が異なる摺動部材２１
からなる移動子２を、３つの部材に分割して構成してい
る。このために、これらをプレスなどによって成形し
て、移動子２を容易に加工し製造することができる。ま
た、組立が容易になるために、コストダウンを大幅に図
ることができる。

【００２４】（２）本発明の第１実施形態は、リング
状部材２０ａ及びフランジ状部材２０ｂよりも弾性係数
の低い接着層２０ｃによって、リング状部材２０ａとフ
ランジ状部材２０ｂとを接合している。このために、リ
ング状部材２０ａ及びフランジ状部材２０ｂの平面精度
にかかわらず、これらを均一に接着して、回転むらや異
常音の発生を低減することができる。

【００２５】（第２実施形態）図３は、本発明の第２実
施形態に係る振動アクチュエータにおける移動子の断面
図である。以下では、第１実施形態と同一の部材は、同
一の番号を付して、その詳細な説明を省略する。本発明
の第２実施形態は、第１実施形態のフランジ状部材２０
ｂを異なる形状にした他の実施形態である。フランジ状
部材２０ｅは、回転軸Ｏに対して略垂直方向に伸びた薄
板部２０ｆと、この薄板部２０ｆの先端を固定子１側に
折り曲げて形成した接合部２０ｇと、この接合部２０ｇ
の先端に形成されて接合面２０ｈとを備えている。摺動
部材２１は、接合面２０ｈに接合される。本発明の第２
実施形態は、第１実施形態のフランジ部２０ｂと異なる
形状であるが、第１実施形態と同様の効果を得ることが
できた。

【００２６】（第３実施形態）図４は、本発明の第３実
施形態に係る振動アクチュエータにおける移動子の断面
図である。本発明の第３実施形態は、第１実施形態及び
第２実施形態のフランジ状部材２０ｂ，２０ｅを異なる
形状にした他の実施形態である。フランジ状部材２０ｉ
は、回転軸Ｏに対して略垂直方向に伸びた薄板部２０ｊ
と、この薄板部２０ｊの先端に形成され、回転軸Ｏに対
して略平行な方向に伸びる接合部２０ｋと、この接合部
２０ｋの先端に形成されて接合面２０ｍとを備えてい
る。摺動部材２１は、接合面２０ｍに接合される。本発
明の第３実施形態は、第１実施形態及び第２実施形態の
フランジ部２０ｂ，２０ｅと異なる形状であるが、第１
実施形態と同様の効果を得ることができた。

【００２７】（第４実施形態）図５は、本発明の第４実
施形態に係る振動アクチュエータにおける移動子の断面
図である。本発明の第４実施形態は、第１実施形態〜第
３実施形態のリング部材２０ａとフランジ状部材２０
ｂ，２０ｅ，２０ｉとを一体に形成した他の実施形態で
ある。移動体２０は、その内周部から突出して、回転軸
Ｏに対して略垂直方向に伸びた平板状の薄板部２０ｎ
と、この薄板部２０ｎに形成された接合面２０ｐとを備
えている。摺動部材２１は、接合面２０ｐに接合され
る。本発明の第４実施形態は、移動体２０に摺動部材２
１を直接接合することができるために、移動子２を簡単
に製造することができる。この場合にも、接着層２０ｃ
の厚さを３μ以上にすることによって、第１実施形態と
同様の効果を得ることができた。

【００２８】（他の実施形態）本発明は、以上説明した
実施形態に限定するものではなく、種々の変形又は変更
が可能であって、これらも本発明の均等の範囲内であ
る。例えば、振動アクチュエータとして円環型超音波モ
ータを例に挙げて説明したが、他の形式の超音波モータ
や超音波領域以外の振動を利用した振動アクチュエータ
についても本発明を適用することができる。また、圧電
体１０として電気機械変換体を例に挙げて説明したが、
これに限定するものではなく、例えば、圧電素子以外の
電歪素子や磁歪素子などであってもよい。

【００２９】

【発明の効果】以上詳しく説明したように、本発明によ
れば、移動子は、進行性振動波を発生する駆動面と加圧
接触する第１のリング部材と、この進行性振動波によっ
て回転駆動される第２のリング部材と、第１のリング部
材と第２のリング部材とを接合するフランジ部とを含む
ので、移動子を簡単に組立てることができるとともに、
容易に製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係る振動アクチュエー
タの断面図である。

【図２】本発明の第１実施形態に係る振動アクチュエー
タにおける移動子の展開図である。

【図３】本発明の第２実施形態に係る振動アクチュエー
タにおける移動子の断面図である。

【図４】本発明の第３実施形態に係る振動アクチュエー
タにおける移動子の断面図である。

【図５】本発明の第４実施形態に係る振動アクチュエー
タにおける移動子の断面図である。

【図６】従来の円環型超音波モータの断面図である。

【図７】従来のロッド型超音波モータの断面図である。

【符号の説明】

１固定子２移動子３支持部材１０圧電体１１弾性体１１ａ駆動面２０移動体２０ａリング状部材２０ｂ，２０ｅ，２０ｉフランジ状部材２０ｃ，２０ｄ接着層２０ｎ薄板部２１摺動部材Ｏ回転軸

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】駆動信号により励振される電気機械変換
体、及び、前記電気機械変換体に接合され、前記励振に
より駆動面に進行性振動波を発生する弾性体を有する固
定子と、前記駆動面に加圧接触し、前記進行性振動波によって駆
動される移動子と、を含む振動アクチュエータにおいて、前記移動子は、前記駆動面と加圧接触する第１のリング部材と、前記進行性振動波によって回転駆動される第２のリング
部材と、前記第１のリング部材と前記第２のリング部材とを接合
するフランジ部と、を含むことを特徴とする振動アクチュエータ。
【請求項２】請求項１に記載の振動アクチュエータに
おいて、前記第１のリング部材は、摺動部材であり、前記第２のリング部材は、移動体であり、前記フランジ部は、前記移動体と前記摺動部材との間に
設けられた平板状のフランジ部材であること、を特徴とする振動アクチュエータ。
【請求項３】請求項２に記載の振動アクチュエータに
おいて、前記摺動部材、前記移動体及び前記フランジ部材の平面
精度にかかわらず、これらを均一に接着する接着部を備
えること、を特徴とする振動アクチュエータ。
【請求項４】請求項２に記載の振動アクチュエータに
おいて、前記摺動部材及び前記フランジ部の平面精度にかかわら
ず、これらを均一に接着する接着部を備えること、を特徴とする振動アクチュエータ。