JP2000245175A - 振動アクチュエータ - Google Patents

振動アクチュエータ

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JP2000245175A
JP2000245175A JP11039389A JP3938999A JP2000245175A JP 2000245175 A JP2000245175 A JP 2000245175A JP 11039389 A JP11039389 A JP 11039389A JP 3938999 A JP3938999 A JP 3938999A JP 2000245175 A JP2000245175 A JP 2000245175A
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JP
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sliding
vibration actuator
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vibration
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Ryoichi Suganuma
亮一 菅沼
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Nikon Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 製造が容易で製造コストを低減することがで
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。接合面2
0bは、摺動部材21の接合面21bと接合して、フラ
ンジ部20aに対して摺動部材21を位置決めし固定す
る部分である。接合面20bは、摺動部材21の摺動面
21aに対して略直交する方向に形成されている。接合
面20bは、その表面積が摺動面21aよりも広い。摺
動部材21は、接着剤などによって、接合面21bが接
合面20bに接合されて、フランジ部20aに固定され
ている。摺動部材21は、成型又は機械加工によって、
摺動面121aの幅w2 が所定の大きさに予め形成され
た後に、接合面20bに接合面21bが嵌合又は接着さ
れる。

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8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8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9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8及び図9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、移動体120に摺動部材121を接合したり、
移動体120自体にメッキなどの表面処理を施して、摺
動部材121を形成していた。このような振動アクチュ
エータは、摺動部材121を備えていないものに比べ
て、駆動寿命を長くすることができる。また、摺動部材
121を樹脂などによって形成して、振動特性を所望の
特性に設定することができる。
【0007】しかし、摺動部材121と移動体120と
を固定するためには、これらを接着剤などによって接着
する必要がある。このために、摺動面121aの面積が
大きくなると、摺動面121aの平面精度をミクロン単
位で管理することが非常に困難になる。従来の振動アク
チュエータは、例えば、回転軸Oに対して垂直な方向に
おける摺動部材121の幅w1 を、回転軸Oと摺動面1
21aとの間の距離(摺動径)rの1/20以下に設定
している。また、摺動面121aの平面精度は、振動ア
クチュエータの仕様にもよるが、5μ以下である。図8
に示す円環型超音波モータは、例えば、摺動径rが約6
5mmであり、幅w1 が1mmであるときには、回転軸
Oに対して垂直な方向における摺動面121aの幅w2
が0.55mmである。このために、移動体120に対
する摺動部材121の位置合わせが困難であり、これら
の固定及び接着工程にコストがかかっていた。
【0008】また、摺動部材121の幅w1 を狭くする
と、摺動部材121と移動体120との間の接着強度が
低下する。また、移動体120に摺動部材121を接着
した後に、摺動部材121を切削して、摺動面121a
の幅w2 を所定の大きさに加工しようとすると、摺動部
材121が移動体120から剥離する可能性があった。
その結果、摺動部材121の幅w1 を小さくすることが
できないという問題があった。
【0009】本発明の課題は、製造が容易で製造コスト
を低減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。
【0010】
【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)を備える固定子
(1)と、前記駆動面と加圧接触する摺動面を有する摺
動部材(21)、及び、前記進行性振動波によって回転
駆動される移動体(20)を備える移動子(2)とを含
み、前記摺動部材及び前記移動体は、前記摺動面と交差
する方向に設けられ、この摺動面よりも広い接合部(2
0b,21b;20c,21c;22b;20d,21
d;20e,21e;20f,21f)によって接合さ
れてい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、前記移動体は、前記摺動部材
を支持するフランジ部(20a)を備え、前記接合部
は、前記フランジ部及び前記摺動部材に形成されている
ことを特徴とする振動アクチュエータである。
【0012】請求項3の発明は、請求項1又は請求項2
に記載の振動アクチュエータにおいて、前記接合部は、
前記摺動面に対して略垂直又は傾斜して形成されてお
り、前記摺動部材は、前記接合部において前記フランジ
部と嵌合することを特徴とする振動アクチュエータであ
る。
【0013】請求項4の発明は、請求項1から請求項3
までのいずれか1項に記載の振動アクチュエータにおい
て、前記接合部は、前記摺動部材と前記移動体とを位置
決めする位置決め部(20b,21b;20c,21
c;22b;20d,21d;20e,21e;20
f,21f)を備えることを特徴とする振動アクチュエ
ータである。
【0014】
【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一部を省略
して示す断面図である。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、駆動面11aに発生する進行性振動波によって
回転駆動する。移動体20は、フランジ部20aと、接
合面20bとを備えている。移動体20は、アルミニウ
ム又はりん青胴である。
【0017】フランジ部20aは、摺動部材21を支持
する円環状の部分である。フランジ部20aは、移動体
20の内周部から突出して、回転軸Oに対して略直交す
る方向に伸びている。フランジ部20aの内周部には、
接合面20bが形成されている。接合面20bは、摺動
部材21の接合面21bと接合して、フランジ部20a
に対して摺動部材21を位置決めし固定する部分であ
る。接合面20bは、摺動部材21の摺動面21aに対
して略直交する方向に形成されている。接合面20b
は、その表面積が摺動面21aよりも広い。
【0018】摺動部材21は、図示しない加圧手段によ
って、駆動面11aと加圧接触する円環状の部材であ
る。摺動部材21は、摺動面21aと、接合面21bと
を備えている。摺動部材21は、接着剤などによって、
接合面21bが接合面20bに接合されて、フランジ部
20aに固定されている。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。摺動部材21は、成型
又は機械加工によって、摺動面121aの幅w2 が所定
の大きさに予め形成された後に、接合面20bに接合面
21bが嵌合又は接着される。
【0019】摺動面21aは、駆動面11aと加圧接触
する部分である。摺動面21aは、回転軸Oに対して略
直交する方向に形成されている。接合面21bは、接合
面20bと接合する部分である。接合面21bは、摺動
面21aに対して略直交する方向に形成されている。
【0020】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、摺動面21aと交差
する方向に、この摺動面21aよりも面積が広い接合面
20b,21bを備える。図8に示すように、摺動部材
121の幅w1 が狭いと、摺動部材121を移動体12
0に正確に位置決めして接合するのが困難である。本発
明の第1実施形態は、摺動面21aの面積に比べて、接
合面20b,21bの面積を広くすることができる。こ
のために、フランジ部20aに摺動部材21を確実に固
定することができる。
【0021】(2) 本発明の第1実施形態は、接合面
20bに接合面21bを嵌合させて、フランジ部20a
に摺動部材21を位置決めして固定している。このため
に、従来の振動アクチュエータに比べて、移動子2を容
易に組み立てて製造することができるとともに、製造コ
ストの低減を図ることができる。
【0022】(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
一の符号を付して、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実施形態の接合面20b,21
bの断面形状をテーパ状に変更した他の実施形態であ
る。本発明の第2実施形態は、摺動面21aに対して接
合面20c,21cが傾斜して形成されているために、
接合面20b,21bに比べて接合面積を大きくするこ
とができる。このために、本発明の第2実施形態は、第
1実施形態に比べて、フランジ部20aに摺動部材21
をより一層強固に接合することができる。
【0023】(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実施形態の摺
動部材21を、切欠部22cを有する摺動部材22に変
更した他の実施形態である。本発明の第3実施形態は、
摺動部材22を帯状に形成したために、移動体20の径
方向に正確に位置決めして、フランジ部20aの内周部
に摺動部材22を接着剤によって簡単に固定することが
できる。
【0024】(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実施形態のフ
ランジ部20aの外周部に接合面20dを形成し、摺動
部材21の内周部に接合面21dを形成した他の実施形
態である。本発明の第4実施形態は、フランジ部20a
の外周部側に摺動部材21を嵌合させて、本発明の第1
実施形態と同様の効果を得ることができる。
【0025】(第5実施形態)図6は、本発明の第5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5実施形態は、本発明の第1実施
形態の接合面20b,21bに代えて、フランジ部20
aに凸部20eを形成し、摺動部材21に凹部21eを
形成した他の実施形態である。凸部20eは、フランジ
部20aの内周部に形成された突起である。凹部20e
は、摺動部材21の外周部に形成され、凸部20eが嵌
合する溝である。本発明の第5実施形態は、凸部20e
を凹部21eに嵌合させて、本発明の第1実施形態と同
様の効果を得ることができる。
【0026】(第6実施形態)図7は、本発明の第6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6実施形態は、本発明の第5実施
形態の凸部20f及び凹部21fを回転軸O方向に形成
した他の実施形態である。凹部20fは、フランジ部2
0aの固定子1側の端面に形成された溝である。凸部2
1fは、摺動部材21の移動体20側の端面に形成さ
れ、凹部20fに嵌合する突起である。本発明の第6実
施形態は、凸部21fを凹部20fに嵌合させて、本発
明の第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
【0027】(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。 (1) 本発明の実施形態は、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、リニア
型超音波モータなどの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。
【0028】(2) 本発明の第5実施形態は、フラン
ジ部20a側に凸部20eを形成し、摺動部材21側に
凹部21eを形成した場合を例に挙げて説明したが、フ
ランジ部20a側に凹部を形成し、摺動部材21側に凸
部を形成してもよい。同様に、本発明の第6実施形態
は、フランジ部20a側に凹部21fを形成し、摺動部
材21側に凸部20fを形成した場合を例に挙げて説明
したが、フランジ部20a側に凸部を形成し、摺動部材
21側に凹部を形成してもよい。
【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、摺動部材及び移動体は、摺動面と交差する方向に
設けられ、この摺動面よりも広い接合部によって接合さ
れているので、移動子を容易に製造することができると
ともに、製造コストを低減することができる。
【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一部を省略して示す断面図である。
【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】本発明の第5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7】本発明の第6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8】従来の円環型超音波モータの断面図である。
【図9】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 フランジ部 20b,20c,20d 接合面 20e,21f 凸部 21a,22a 摺動面 21,22 摺動部材 21b,21c,21d,22b 接合面 20f,21e 凹部 22c 切欠部 O 回転軸

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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備える固
    定子と、 前記駆動面と加圧接触する摺動面を有する摺動部材、及
    び、前記進行性振動波によって回転駆動される移動体を
    備える移動子とを含み、 前記摺動部材及び前記移動体は、前記摺動面と交差する
    方向に設けられ、この摺動面よりも広い接合部によって
    接合されていること、 を特徴とする振動アクチュエータ。
  2. 【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、 前記移動体は、前記摺動部材を支持するフランジ部を備
    え、 前記接合部は、前記フランジ部及び前記摺動部材に形成
    されていること、 を特徴とする振動アクチュエータ。
  3. 【請求項3】 請求項1又は請求項2に記載の振動アク
    チュエータにおいて、 前記接合部は、前記摺動面に対して略垂直又は傾斜して
    形成されており、 前記摺動部材は、前記接合部において前記フランジ部と
    嵌合すること、 を特徴とする振動アクチュエータ。
  4. 【請求項4】 請求項1から請求項3までのいずれか1
    項に記載の振動アクチュエータにおいて、 前記接合部は、前記摺動部材と前記移動体とを位置決め
    する位置決め部を備えること、 を特徴とする振動アクチュエータ。
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