JP2005287160A - 振動アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】長期間にわたって性能を維持しかつ異音を低減した振動アクチュエータを提供する。
【解決手段】振動体１１と、振動体１１に加圧接触して回転する回転体１５と、回転体１５を支持する軸１８と、振動体１１が固定される固定部材１６と、回転体１５を振動体１１に加圧接触させる加圧部材１９Ａと、固定部材１６に保持される外輪１７ａ及び前記軸１８と共に回転する内輪１７ｂを有する転がり軸受１７と、軸１８と転がり軸受１７の内輪１７ｂとの間に設けられ、少なくとも表面が固体潤滑性を備える固体潤滑部材３０とを有する振動アクチュエータ１０Ａとする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、回転体に接続された軸を、回転体を駆動する振動体に固定された軸受を介して支持する振動アクチュエータに関するものである。

振動アクチュエータとは、例えば、圧電素子や電歪素子等に交流電圧を印加して生じる振動を利用して、回転運動等の機械的出力を得るものをいい、特に超音波域の振動を利用するものは、超音波モータと称されている。
例えば、特許文献１は、超音波振動を利用して軸を駆動する超音波モータが記載されている。
特開２００１−８４７２号公報（第１頁、図１等。）

図４は、本発明の発明者らが提案している振動アクチュエータの断面図である。
この振動アクチュエータ１０は、振動体１１とロータ１５とを有し、振動体１１側を固定とし、ロータ１５側を回転駆動する形態となっている。

振動体１１は、ステータ１２と、ステータ１２に接合され、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素子（以下、「圧電体」と称する。）１３とを有する。圧電体１３は、例えば、圧電素子や、電歪素子が用いられる。この振動体１１には、進行波（一例として、１周あたり９波長の進行波）が発生する。また、圧電体１３の下面には、駆動電圧を供給するフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）１４が接続されている。

ステータ１２は、共振先鋭度が大きな金属材料からなり、その形状は、円環形状となっている。このステータ１２は、圧電体１３が接合される反対面には、溝を切った櫛歯１２ａが形成されており、この先端面が駆動面となり、ロータ１５に加圧接触される。櫛歯１２ａを形成する理由は、進行波の中立面をできる限り圧電体１３側に近づけることにより、駆動面の進行波の振幅を増幅させるためである。

圧電体１３は、円周方向に沿って２つの相（Ａ相、Ｂ相）に分かれており、各相においては、１／２波長毎に分極が交互となった要素が並べられていて、Ａ相とＢ相との間には、１／４波長分間隔が空くようにしてある。

ロータ１５は、例えば、アルミニウム等の軽金属からなり、その摺動面には、耐摩耗性向上のための表面処理がなされている。

ステータ１２は、内周にフランジ部１２ｂが形成されており、このフランジ部１２ｂでステータ取付台１６に取り付けられている。ステータ取付台１６には、ベアリング１７を介して、軸１８が回転可能に取り付けられている。また、軸１８は、その先端に、ロータ１５が取り付けられている。

ベアリング１７は、単列の深溝玉軸受であり、例えば、軸受用鋼からなる金属製の内輪及び外輪を有する。その外輪は振動体取付台１６に挿入され、その内輪には、軸１８が挿入されている。

加圧手段１９は、ロータ１５をステータ１２に加圧する手段であり、軸１８に設けられている。この加圧手段１９は、バネ２０と、ベアリング１７に接して配置され、バネ２０の一端を押さえる押さえリング２１と、コイルばね２０の他端を押さえる押さえリング２２と、軸１８に形成された溝に挿入され、押さえリング２２の位置を規制するＥリング２３とを備えている。

上述した振動アクチュエータ１０は、ステータ１２が発生する振動及び加圧手段１９による加圧に起因して、ベアリング１７の内輪と軸１８の外面とが、軸１８の長手方向に沿って小刻みに摺動する。このため、この接触面部は、微小な間隔を設けたいわゆるすきまばめ（遊嵌）とされている。

しかし、このようなすきまばめの箇所は、金属どうしの摩擦により金属磨耗粉が発生し、これがベアリング１７内に入り込んで損傷をもたらすおそれがある。さらに、金属磨耗粉が、ステータ１２とロータ１５との摺動面部に入り込むと、ステータ１２及びロータ１５の各摺動面が損傷し、振動アクチュエータの性能が低下するおそれがある。

また、ベアリング１７の内輪の内周面と、軸１８との接触部では、金属面間の衝突に起因して、運転時に異音が生ずることがある。さらに、ステータ１２からロータ１５に伝わる振動が、軸１８を介してベアリング１７にも伝わり、その内部を損傷し、寿命が短くなるおそれがある。

本発明の課題は、長期間にわたって性能を維持しかつ異音を低減した振動アクチュエータを提供することである。

本発明は、以下のような解決手段により、前記課題を解決する。なお、内容を容易にするために、本発明の実施例に対応する符号を付して説明するが、これに限定されるものではない。

請求項１に記載の発明は、振動体（１１）と、前記振動体（１１）に加圧接触して回転する回転体（１５）と、前記回転体（１５）を支持する軸（１８、１８Ｂ）と、前記振動体（１１）が固定される固定部材（１６）と、前記回転体（１５）を前記振動体（１１）に加圧接触させる加圧部材（１９Ａ）と、前記固定部材（１６）に保持される外輪（１７ａ）及び前記軸と共に回転する内輪（１７ｂ）を有する転がり軸受（１７）と、前記軸（１８、１８Ｂ）と前記転がり軸受（１７）の内輪（１７ｂ）との間に設けられ、少なくとも表面が固体潤滑性を備える固体潤滑部材（３０、３０Ｂ）とを有する振動アクチュエータ（１０Ａ、１０Ｂ）である。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の振動アクチュエータ（１０Ａ、１０Ｂ）において、前記固体潤滑部材（３０、３０Ｂ）は、その材料が衝撃緩衝性を備えること、を特徴とする振動アクチュエータである。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の振動アクチュエータ（１０Ａ、１０Ｂ）において、前記固体潤滑部材（３０、３０Ｂ）は、その材料が樹脂であること、を特徴とする振動アクチュエータ（１０Ａ、１０Ｂ）である。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の振動アクチュエータ（１０Ａ、１０Ｂ）において、前記樹脂は、ポリアセタール、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアミド、ポリプロピレン及びポリエチレンからなる群のうち少なくとも１つを有すること、を特徴とする振動アクチュエータ（１０Ａ、１０Ｂ）である。

請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の振動アクチュエータ（１０Ｂ）において、前記固体潤滑部材（３０Ｂ）は、前記軸（１８Ｂ）に固定され、前記転がり軸受の内輪（１７ｂ）は、前記固体潤滑部材（３０）に対して前記軸（１８Ｂ）の軸方向に移動可能としたこと、を特徴とする振動アクチュエータである。

請求項６に記載の発明は、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の振動アクチュエータ（１０）において、前記固体潤滑部材（３０）は、前記転がり軸受（１７）の内輪（１７ｂ）に固定され、前記軸（１８）に対して、その軸方向に移動可能としたこと、を特徴とする振動アクチュエータ（１０）である。

請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の振動アクチュエータ（１０）において、前記加圧部材（１９）は、前記軸に対してその軸方向に固定された第１のばね受け部（２２）と、前記転がり軸受（１７）の内輪（１７ｂ）に対して前記軸方向に固定された第２のばね受け部（３１）と、前記第１のばね受け部と前記第２のばね受け部との間に設けられるコイルばね（２０）とを有し、前記第２のばね受け部（３１）を前記固体潤滑部材（３０）と一体に形成したこと、を特徴とする振動アクチュエータ（１０）である。

請求項８に記載の発明は、振動体（１１）と、前記振動体に加圧接触して回転する回転体（１５）と、前記回転体（１５）を支持する軸（１８Ｃ）と、前記振動体（１１）が固定される固定部材（１６）と、前記回転体（１５）を前記振動体（１１）に加圧接触させる加圧部材（１９）と、前記固定部材（１６）に保持される外輪（１７ａ）及び前記軸（１８Ｃ）と接し共に回転する内輪（１７ｂ）を有する転がり軸受（１７）とを有し、前記軸（１８Ｃ）と前記転がり軸受（１７）の内輪（１７ｂ）との接触面の少なくとも一方が固体潤滑性を備えること、を特徴とする振動アクチュエータ（１０Ｃ）である。

請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の振動アクチュエータ（１０Ｃ）において、前記軸（１８Ｃ）は、その材料が樹脂であること、を特徴とする振動アクチュエータ（１０Ｃ）である。

請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の振動アクチュエータ（１０Ｃ）において、前記樹脂は、ポリアセタール、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアミド、ポリプロピレン、ポリエチレン及びポリカーボネイトからなる群のうち少なくとも１つを有すること、を特徴とする振動アクチュエータ（１０Ｃ）である。

請求項１１に記載の発明は、請求項９又は請求項１０に記載の振動アクチュエータ（１０Ｃ）において、前記樹脂は、強化用繊維を含有すること、を特徴とする振動アクチュエータ（１０Ｃ）である。

本発明によれば、以下の効果を奏することができる。
（１） 振動体が発生する振動及び加圧手段による加圧に起因して摺動が生ずる箇所の接触面は、少なくとも一方に固体潤滑性を備えているので、磨耗による金属磨耗粉の発生を防止し、これが軸受内や振動体と回転体との摺動面部に入り込むことによる損傷や性能低下を防止することができる。
（２） 固体潤滑性を備える材料は衝撃緩衝性を備えているから、摺動部の各面間の衝突に起因する異音の発生が防止される。
（３） 上述した衝撃緩衝性によって、振動体から回転体に伝わる振動が軸を介して軸受に伝わることを防止し、その損傷を防ぎ、寿命を確保することができる。

本発明は、長期間にわたって性能を維持しかつ異音を低減した振動アクチュエータを提供するという課題を、ロータに接続された軸をステータに対して回転可能に支持する軸受の内径側と、この軸の外周面との間に、固体潤滑性を備えた樹脂部材を設けることによって解決する。

以下、図面等を参照して、本発明の実施例をあげて、さらに詳しく説明する。
図１は、本発明を適用した振動アクチュエータの実施例１の断面図である。
なお、以下の実施例は、振動アクチュエータとして、超音波の振動域を利用した進行波モータである超音波モータを例にとって説明する。
また、以下に示す各実施例では、上述した図４の振動アクチュエータと同様な機能を果たす部分には、同一の符号、又は同一の符号の末尾に他の符号を連ねたものを付し、重複する説明を適宜省略する。

本実施例の振動アクチュエータ１０Ａのステータ取付台１６の内周面部には、例えば単列の深溝玉軸受であるベアリング１７の外輪１７ａが挿入され固定されている。外輪１７ａのステータ取付台１６への固定は、例えば圧入や、接着によってなされる。

一方、ベアリング１７の内輪１７ｂと、軸１８との間には、筒状に形成された固体潤滑部材である樹脂部材３０が設けられている。そして、内輪１７ｂは、樹脂部材３０に、径方向では、その内周面で、また、軸方向では、そのロータ１５とは反対側の端面で接し、保持されている。なお、外輪１７ａ及び内輪１７ｂは、例えば、高炭素クロム鋼やステンレス鋼等の軸受用金属によってそれぞれ作製されている。

また、樹脂部材３０の内径側には、軸１８が挿入されている。そして、軸１８の外周面と樹脂部材３０の内周面との間隔は、樹脂部材３０が軸１８に対して、その軸方向に摺動可能であり、かつ樹脂部材３０と軸１８との間に過度のがたが存在しないよう考慮して設定される。

そして、樹脂部材３０は、固体潤滑性を備える樹脂材料によって形成されている。なお、本明細書で、固体潤滑性を備えるとは、摩擦対象物との間に潤滑油等の液層や、気相を介在させることなく、自己潤滑作用のみによって所望の低い摩擦係数を得られることをいうものとする。
また、この樹脂材料は、衝撃緩衝性をも備えたものである。すなわち、このような樹脂材料からなる部材の一部分に加振したときに、ここから離れた他の部分における振動が低減される特性を備えたものである。
このような樹脂材料の具体例として、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）等が挙げられる。

また、ロータ１５をステータ１２に加圧接触させる加圧手段１９Ａは、軸１８と略同心に設けられるコイルばね２０と、Ｅリング２３によって軸１８に固定され、コイルばね２０の一端に接する押えリング２２とを備える。そして、樹脂部材３０には、コイルばね２０の他端と接する押えリング３１が形成されている。

以上のように、実施例１によれば、振動体１１の振動及び加圧手段１９Ａによる加圧に起因する摺動が、金属製の軸１８と、固体潤滑性を備えた樹脂部材３０との間で発生するから、金属磨耗粉の発生を低減することができる。したがって、金属磨耗粉がベアリング１７内や、ロータ１５とステータ１２との摩擦面間に入り込むことを防止でき、これらの箇所の損傷を防止し、長期間にわたって性能を維持することができる。
さらに、樹脂部材３０を衝撃緩衝性を備える材料によって形成しているから、樹脂部材３０と軸１８との摺動部における異音の発生を防止することができ、また、ロータ１５から軸１８を介してベアリング１７に伝播する超音波振動を減衰し、ベアリング１７の長寿命化を図ることができる。

図２は、本発明を適用した振動アクチュエータの実施例２の断面図である。
図２に示すように、実施例２の振動アクチュエータ１０Ｂは、ベアリング１７付近に相当する軸１８Ｂの中間部の外径を部分的に小さく形成し、この部分の外周側にインサート成型によって円筒状の樹脂部材３０Ｂを形成している。この樹脂部材３０Ｂの外径は、軸１８Ａの中間部以外の外径よりも大きくされている。

樹脂部材３０Ｂは、ばね受け部を持たない単なる円筒状であって、実施例１の樹脂部材３０と異なり、ばね受け部材としての機能は果たさない。そこで、加圧部材１９Ｂは、樹脂部材３０Ｂと別体のばね受け部材２１Ｂを備えている。このばね受け部材２１Ｂは、その内径側に樹脂部材３０Ｂが挿入され、また、そのスプリングと接しない側の端面が、軸受１７の内輪１７ｂの端面と接している。

以上のように、本実施例によれば、実施例１の効果に加え、樹脂部材３０Ｂに加圧手段が生ずるアキシアル荷重が加わらないから、その耐久性の点で有利である。

図３は、本発明を適用した振動アクチュエータの実施例３の断面図である。
実施例３の振動アクチュエータ１０Ｃは、軸１８Ｃの全体を樹脂によって形成し、この軸１８Ｃの外周面とベアリング１７の内輪１７ｂの内周面とが接するようし、その他の点では、上述した図４の振動アクチュエータと同様に構成されている。

以上のように、実施例３においても、実施例１と同様な効果を得ることができ、さらに、部品点数が少なくなるから、構造及び組み立てを簡単にできる効果もある。
ただし、軸１８Ｃの構造設計、材料選定及び作製に際しては、軸１８Ｃが所望の強度及び精度を得られるよう、十分に配慮する必要がある。軸１８Ｃの材料は、上述した樹脂部品３０と同じものを用いてもよいが、その他に、例えば、ポリカーボネイト（ＰＣ）を用いてもよい。また、この樹脂材料中に、例えば、ガラス繊維、カーボン繊維、又はウィスカー等の強化繊維を混入させるようにしてもよい。

（変形例）
本発明は、以上説明した各実施例によって限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の均等の範囲内である。
（１） 各実施例は、固体潤滑部材である樹脂部材３０、３０Ｂ及び軸１８Ｃをそれぞれ樹脂製としているが、例えば金属等の樹脂以外の材料によって芯部を形成し、その表面を上述したような樹脂によって被覆したものであってもよい。また、樹脂以外の材料であって固体潤滑性を備えるものを用いても良い。さらに、所望の材料の表面を、固体潤滑性を備える材料によってコーティングしてもよい。
（２） 上述した各実施例のベアリングは単列の深溝玉軸受であるが、所望のラジアル加重及び加圧部材が生ずるアキシアル荷重（スラスト荷重）を負担可能なものであれば、他の種類の転がり軸受を用いてもよい。例えば、アンギュラ玉軸受や、円すいころ軸受を用いてもよい。また、複列の転がり軸受を用いてもよい。

本発明を適用した振動アクチュエータの実施例１の断面図である。 本発明を適用した振動アクチュエータの実施例２の断面図である。 本発明を適用した振動アクチュエータの実施例３の断面図である。 本発明の発明者が提案している振動アクチュエータの一例の断面図である。

符号の説明

１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ 振動アクチュエータ
１１ 振動体
１２ ステータ
１２ａ 櫛歯
１２ｂ フランジ部
１３ 圧電体
１４ ＦＰＣ
１５ ロータ
１６ ステータ取付台
１７ ベアリング
１７ａ 外輪
１７ｂ 内輪
１８、１８Ｂ、１８Ｃ 軸
１９、１９Ａ、１９Ｂ 加圧部材
２０ コイルばね
２１ ばね受け部材
２２ ばね受け部材
２３ Ｅリング
３０、３０Ｂ 樹脂部材
３１ ばね受け部

Claims (11)

1. 振動体と、
   前記振動体に加圧接触して回転する回転体と、
   前記回転体を支持する軸と、
   前記振動体が固定される固定部材と、
   前記回転体を前記振動体に加圧接触させる加圧部材と、
   前記固定部材に保持される外輪及び前記軸と共に回転する内輪を有する転がり軸受と、
   前記軸と前記転がり軸受の内輪との間に設けられ、少なくとも表面が固体潤滑性を備える固体潤滑部材と
   を有する振動アクチュエータ。
2. 請求項１に記載の振動アクチュエータにおいて、
   前記固体潤滑部材は、その材料が衝撃緩衝性を備えること、
   を特徴とする振動アクチュエータ。
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、
   前記固体潤滑部材は、その材料が樹脂であること、
   を特徴とする振動アクチュエータ。
4. 請求項３に記載の振動アクチュエータにおいて、
   前記樹脂は、ポリアセタール、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアミド、ポリプロピレン及びポリエチレンからなる群のうち少なくとも１つを有すること、
   を特徴とする振動アクチュエータ。
5. 請求項１から請求項４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、
   前記固体潤滑部材は、前記軸に固定され、
   前記転がり軸受の内輪は、前記固体潤滑部材に対して前記軸の軸方向に移動可能としたこと、
   を特徴とする振動アクチュエータ。
6. 請求項１から請求項４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、
   前記固体潤滑部材は、前記転がり軸受の内輪に固定され、前記軸に対してその軸方向に移動可能としたこと、
   を特徴とする振動アクチュエータ。
7. 請求項６に記載の振動アクチュエータにおいて、
   前記加圧部材は、
   前記軸に対してその軸方向に固定された第１のばね受け部と、
   前記転がり軸受の内輪に対して前記軸方向に固定された第２のばね受け部と、
   前記第１のばね受け部と前記第２のばね受け部との間に設けられるコイルばねとを有し、
   前記第２のばね受け部を前記固体潤滑部材と一体に形成したこと、
   を特徴とする振動アクチュエータ。
8. 振動体と、
   前記振動体に加圧接触して回転する回転体と、
   前記回転体を支持する軸と、
   前記振動体が固定される固定部材と、
   前記回転体を前記振動体に加圧接触させる加圧部材と、
   前記固定部材に保持される外輪及び前記軸と接し共に回転する内輪を有する転がり軸受と
   を有し、
   前記軸と前記転がり軸受の内輪との接触面の少なくとも一方が固体潤滑性を備えること、
   を特徴とする振動アクチュエータ。
9. 請求項８に記載の振動アクチュエータにおいて、
   前記軸は、その材料が樹脂であること、
   を特徴とする振動アクチュエータ。
10. 請求項９に記載の振動アクチュエータにおいて、
    前記樹脂は、ポリアセタール、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアミド、ポリプロピレン、ポリエチレン及びポリカーボネイトからなる群のうち少なくとも１つを有すること、
    を特徴とする振動アクチュエータ。
11. 請求項９又は請求項１０に記載の振動アクチュエータにおいて、
    前記樹脂は、強化用繊維を含有すること、
    を特徴とする振動アクチュエータ。
    
    

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