JP2000245178A - 振動アクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 固定子を安定して振動させることができる振
動アクチュエータを提供する。 【解決手段】 樹脂材料４は、支持部材３、薄板部１１
ｂ及び支持部１１ｃよりも弾性係数の低い円環状の部材
である。樹脂材料４は、接着剤又は粘着剤によって、支
持部材３及び支持部１１ｃに接合されている。樹脂材料
４は、例えば、ウレタン、ゴムなどである。樹脂材料４
は、支持部材３及び支持部１１ｃの平面精度にかかわら
ず、これらの間の加圧力を均一にして、駆動面１１ａと
摺動部材２１との間の加圧力を均一にする。その結果、
固定子１の振動状態を安定化させることができる。ま
た、支持部材３と支持部１１ｃとをビスなどで接合する
場合に比べて、振動アクチュエータの組立作業を簡略化
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】このような振動アクチ
ュエータは、振動的に剛体に近い支持部材１０３に、支
持部１０１ｃを固定して、固定子１０１に発生する振動
波の安定性を図る必要がある。また、弾性体１１１に薄
板部１１１ｂを形成して、固定子１０１に発生する振動
の減衰を極力避ける必要がある。このために、従来の振
動アクチュエータは、薄板部１１１ｂ又は弾性体１１１
と同一部材として加工成形された支持部１０１ｃを、接
着又はビスなどによって支持部材１０３に固定すること
によって、弾性体１１１を支持していた。

【０００７】しかし、支持部材１０３と支持部１１１ｃ
とを接着剤などによって固定すると、接着剤の硬化状
態、接着剤の種類、接着剤の厚さなどによって、固定子
１０１の振動状態にばらつきが発生して、均一な振動特
性が得られないという問題があった。また、ビスなどで
固定する場合にも、ビスの締め付け状態によって振動状
態が変化するという問題があった。さらに、摺動部材１
２１を弾性体１１１に加圧接触させる場合にも、加圧機
構の構造、各部品の寸法精度、接触部における平面精度
などから、全ての接触部で均一な加圧力を作用させるこ
とができずに、異常音や回転むらが発生するなどの問題
があった。

【０００８】本発明の課題は、固定子を安定して振動さ
せ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、前記弾性体に設け
られ、前記進行性振動波の減衰を防止する減衰防止部
（１１ｂ，１１ｃ）と、前記減衰防止部によって前記固
定子を支持する支持部材（３）と、前記減衰防止部及び
前記支持部材の平面精度にかかわらず、これらの間の加
圧力を均一にして、前記駆動面と前記移動子との間の加
圧力を均一にする加圧力均一化部（４，５）とを含む振
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、前記加圧力均一化部は、前記
減衰防止部及び前記支持部材よりも弾性係数の低い樹脂
材料（４）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、前記固定子と前
記支持部材とを電気的に接続する導電性部材（６）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】

【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の一部を省略して示す展開図
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。

【００１３】移動子２は、フランジ部２０ａを有する移
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、アルミニウム又はりん青胴である。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
接触する部材である。摺動部材２１は、接着剤などによ
ってフランジ部２０ａ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。

【００１４】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、樹脂
材料４、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。

【００１５】樹脂材料４は、支持部材３及び支持部１１
ｃの平面精度にかかわらず、これらの間の加圧力を均一
にして、駆動面１１ａと摺動部材２１との間の加圧力を
均一にする加圧力均一化部である。樹脂材料４は、支持
部材３、薄板部１１ｂ及び支持部１１ｃよりも弾性係数
の低い円環状の部材である。樹脂材料４は、接着剤又は
粘着剤によって、支持部材３及び支持部１１ｃに接合さ
れている。樹脂材料４は、例えば、ウレタン、ゴム、ア
クリル、塩化ビニル、Ｐｏｍ（デルリン）などである。

【００１６】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、支持部材３及び支持
部１１ｃの平面精度にかかわらず、これらの間の加圧力
を均一にして、駆動面１１ａと摺動部材２１との間の加
圧力を均一にする樹脂材料４を備えている。支持部材３
と支持部１１ｃとを樹脂材料４を介して接合した場合
と、支持部材３と支持部１１ｃとを直接接合した場合で
は、固定子１単独の振動状態を比較すると、支持部材３
と支持部１１ｃとを強固に直接接合したほうが、大きな
振動振幅を得ることができた。しかし、駆動面１１ａに
摺動部材２１を加圧接触させて、同一の駆動信号を印加
した場合を比較すると、振動特性に違いがなかった。ま
た、支持部材３と支持部１１ｃとを樹脂材料４を介して
接合した場合には、支持部材３と支持部１１ｃとの間の
加圧力が均一になるために、駆動面１１ａと摺動部材２
１との間の加圧力も均一になった。その結果、固定子１
の振動状態を安定化させることができた。さらに、支持
部材３と支持部１１ｃとをビスなどで接合する場合に比
べて、振動アクチュエータの組立作業を簡略化すること
ができる。

【００１７】（２） 本発明の第１実施形態は、薄板部
１１ｂ、支持部１１ｃ及び支持部材３よりも弾性係数の
低い樹脂材料４を介して、支持部材３と支持部１１ｃと
を接合している。このために、支持部１１ｃ及び支持部
材３の加工精度のばらつきや、移動子２を介して加わる
加圧力の不均一を、樹脂材料４によって吸収することが
できる。その結果、移動子２が回転駆動するときに発生
する異常音を低減することができる。

【００１８】（３） 本発明の第１実施形態は、薄板部
１１ｂの先端に形成された支持部１１ｃを樹脂材料４を
介して支持部材３によって受けている。このために、例
えば、圧電体１０の表面を直接受ける場合に比べて、固
定子１に発生する振動を薄板部１１ｂによって遮断する
ことができるとともに、この振動の減衰を防止すること
ができる。また、移動子２を固定子１に僅かに加圧する
だけで、薄板部１１ｂが弾性変形するために、支持部材
３及び支持部１１ｃの加工精度のばらつきや、移動子２
を介して加わる加圧力の不均一を、樹脂材料４とともに
吸収することができる。

【００１９】（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の一部を省略して示す
断面図である。本発明の第２実施形態は、第１実施形態
の樹脂材料４を接着層５に代えた他の実施形態である。
接着層５は、支持部材３と支持部１１ｃとを接着剤によ
って接合した部分である。接着剤５は、エポキシ系接着
剤、ウレタン系接着剤などである。接着層５は、その厚
さが５μ〜１０μ程度である。本発明の第２実施形態
は、接着層５の厚さを大きくすることによって、第１実
施形態と同様の効果を得ることができる。また、本発明
の第２実施形態は、第１実施形態に比べて、部品点数が
少なくなるために、振動アクチュエータをより一層簡単
に組み立てることができる。

【００２０】（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の一部を省略して示す
断面図である。本発明の第３実施形態は、第１実施形態
の樹脂材料４及び第２実施形態の接着層５を省略して、
導電性部材６を設けた他の実施形態である。導電性部材
６は、固定子１と支持部材３とを電気的に接続する部材
である。本発明の第３実施形態は、導電性部材６によっ
て、支持部材３と支持部１１ｃとを接合することができ
るとともに、圧電体１０の電気的な統一を図ることがで
きる。

【００２１】（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の一部を省略して示す
断面図である。本発明の第４実施形態は、第１実施形態
及び第２実施形態の支持部１１ｃを省略し、樹脂材料４
又は接着層５を介して、薄板部１１ｂの先端部を支持部
材３で支持する他の実施形態である。本発明の第４実施
形態は、第１実施形態及び第２実施形態の効果に加え
て、支持部１１ｃを形成する工程を省略することができ
るために、振動アクチュエータをより一層簡単に組み立
てることができる。

【００２２】（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、以下に記載するよう
に、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、一枚の円環状の樹脂材料
４を例に挙げて説明したが、支持部材３上に樹脂材料４
を等間隔で３箇所配置してもよい。また、樹脂材料４が
ゴムであるときには、支持部材３及び支持部１１ｃに樹
脂材料４を接着せずに、支持部材３と支持部１１ｃとの
間に樹脂材料４を挟み込むだけでもよい。さらに、樹脂
材料４に限定するものではなく、フェルトなどであって
もよい。

【００２３】（２） 本発明の実施形態は、支持部材３
と支持部１１ｃとを導電性部材５によって接合している
が、樹脂材料４又は接着層５の外周部に、導電性テープ
などをはんだなどによって貼り付けてもよい。

【００２４】（３） 本発明の実施形態では、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、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。

【００２５】

【発明の効果】以上詳しく説明したように、本発明によ
れば、減衰防止部及び支持部材の平面精度にかかわら
ず、これらの間の加圧力を均一にして、駆動面と移動子
との間の加圧力が均一になるので、固定子の振動状態を
安定化させることができる。

【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
タの一部を省略して示す展開図である。

【図３】本発明の第２実施形態に係る振動アクチュエー
タの一部を省略して示す断面図である。

【図４】本発明の第３実施形態に係る振動アクチュエー
タの一部を省略して示す断面図である。

【図５】本発明の第４実施形態に係る振動アクチュエー
タの一部を省略して示す断面図である。

【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 ４ 樹脂材料 ５ 接着層 ６ 導電性部材 １０ 圧電体 １１ 弾性体 １１ａ 駆動面 １１ｂ 薄板部 １１ｃ 支持部 ２０ 移動体 ２１ 摺動部材

Claims (3)

【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、 前記弾性体に設けられ、前記進行性振動波の減衰を防止
   する減衰防止部と、 前記減衰防止部によって前記固定子を支持する支持部材
   と、 前記減衰防止部及び前記支持部材の平面精度にかかわら
   ず、これらの間の加圧力を均一にして、前記駆動面と前
   記移動子との間の加圧力を均一にする加圧力均一化部
   と、 を含む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、 前記加圧力均一化部は、前記減衰防止部及び前記支持部
   材よりも弾性係数の低い樹脂材料であること、 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、 前記固定子と前記支持部材とを電気的に接続する導電性
   部材を備えること、 を特徴とする振動アクチュエータ。