JP2006174549A - 振動波駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 安定した性能を図りつつ、小型化を図ることができる振動型駆動装置を提供する。
【解決手段】 少なくとも、板状の電気−機械変換素子３、板状の弾性部材１により形成され、板状弾性部材１の略直方体を形成する１面に接合される突起部材２を備える振動子６において、略直方体を形成する１面のもう一方の面における突起部材２と対向する位置に空間５を有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、振動体および被駆動体を有する振動型駆動装置に関するものであり、特に振動子が略矩形の平板状に形成されており、平板上の１面に摩擦部材である突起が形成されている振動型駆動装置に関するものである。

従来の振動波駆動装置、特にリニア用の超音波モータには、平板に突起を接合する形態が挙げられる（特許文献１）。

原理に関しては既に周知のものとして説明は省略する。この振動型駆動装置７０１の構成について図１２を用いて説明する。

同図において１０１は板状の弾性部材で、片面側に圧電素子３０１が接合されている。もう一方の面には摩擦材である突起部材２０１が接着、かん合、螺子止めにより接合され振動子６０１が構成される。この振動子６０１の摩擦材である突起部材２０１に被駆動体であるリニアスライダ４０１を加圧接触させ相対移動させる。

突起部を除去加工により形成を行うのではなく、別部材として接合し形成するため、加工歪による性能の低下が抑えられ安定した高精度な振動子や振動波駆動装置が得られる。
特開平７−１４３７７１号公報

振動子が略矩形の平板状に形成されており、平板上の１面に摩擦部材である突起が形成されている振動波駆動装置は、振動を発生する振動子にリニアスライダを加圧接触させ、振動子へ給電を行い振動を発生させ、その振動を受けてリニアスライダが相対移動を行う構成である。そのため、振動子が発生する振動を受けたリニアスライダが跳ねることによる異音の発生や、リニアスライダの相対移動が不安定なるなどの現象が発生することがある。そこで振動子またはリニアスライダの摩擦接触部近傍に振動子が発生する振動をリニアスライダが効果的に受ける弾性変形部を設ける必要があり、装置の大型化が余儀なくされてしまう。

本発明の振動型駆動装置は、板状弾性部材の略直方体を形成する１面に接合される突起のもう一方の面の突起と対向する位置に空間を有することにより安定した性能を得られ、小型化を図ることができる。

本発明の振動型駆動装置によれば、板状弾性部材の略直方体を形成する１面に接合される突起のもう一方の面の突起と対向する位置に空間を有することにより安定した性能を得られ、小型化を図ることができる。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態である振動波駆動装置７の外観分解斜視図、図２は断面分解側面図である。

図１、２において、振動波駆動装置７は、振動子６およびリニアスライダ４によって構成されている。なお、これらの部材のほかにも、振動子６およびリニアスライダ７を加圧接触させるための加圧部材や、振動子６への給電を行う導通用の部材などが必要になる。これらの部材は、従来技術と同様であるため、説明を省略する。

振動子６は、矩形の薄板状に形成された電気−機械変換素子である積層圧電素子３と、この積層圧電素子３の一端面に接合されて一体化される弾性部材１と、弾性部材１に接合される摩擦材として機能する突起部材２により構成されている。

本実施形態である振動波駆動装置７の振動子６は、周波数が略一致する２つの曲げ振動モードを励起し、突起部材２を介して被駆動体であるリニアスライダ４を相対移動させるものである。

この積層圧電素子３は、表面に電極を持つ薄板状の圧電素子膜を複数枚、積層して一体化したものである。

摩擦材である突起部材２は摩擦係数が高く、耐摩耗性に優れたものである必要があり、本実施形態ではステンレスに熱処理を行うことにより耐摩耗性を確保している。本実施形態では、直方体の突起部材２を使用しているが、円柱状でもよく、また図３のように側面を１ヵ所以上カットした突起部材でもよい。この時カット部をスライダが相対移動する方向と直交するように配置することにより、突起部材端部のエッジ２ａが均一にリニアスライダ４と接触し、リニアスライダ４の偏摩耗を低減することができる。

弾性部材１の材料としては、振動特性に優れる材料であるステンレスを用いることができる。本実施形態では円柱状の棒材から切削加工により形成した矩形状の部材を弾性部材１として用いている。弾性部材１の取り方としては、円柱状の棒材の円柱端面に対し、板状弾性部材１の突起部材２が接合される面と平行になるように削り出すようにしても良く、また板状弾性部材１の突起部材２が接合される面の長手方向や幅方向に直交するように削り出しても良い。ステンレスのような異方性を持った材料は、その方向に沿った部材形状の削り出しや直交した削り出しを行うほうが振動子としての性能が安定する。

弾性部材１の積層圧電素子３と接合する面には、突起部材２が接合される面の接合位置と対向する位置に本発明である空間５が切削加工により形成されている。この切削加工部面積は突起部材２が接合される面の接合面積より大きく削りとられている。空間部はプレス鍛造加工により形成しても良く、エッチングでも良い。

本実施形態の振動波駆動装置７は、振動を発生する振動子６にリニアスライダ４を加圧接触させ、振動子６へ給電を行い振動を発生させ、その振動を受けてリニアスライダ４が相対移動を行う構成である。そのため、振動子６が発生する振動を受けたリニアスライダ４が跳ねることによる異音の発生や、リニアスライダ４の相対移動が不安定なるなどの現象が発生することがある。そこで振動子６またはリニアスライダ４の摩擦接触部近傍に振動子が発生する振動をリニアスライダ４が効果的に受ける弾性変形部を設ける必要がある。

本発明では、弾性部材１の積層圧電素子３と接合する面の空間５の面積が、突起部材２が接合される面の接合面積より大きく削りとられていることにより図４のようにダイヤフラムのような動きをして弾性的に変形するため、リニアスライダ４が跳ねる現象を抑えることができ、異音の発生を防ぐことができる。

弾性部材１の積層圧電素子３と接合する面の空間５の形状は矩形状では無く、図５のよ
うに円形でも良い。

また図６のように、弾性部材１と積層圧電素子３を接合する面の空間が積層圧電素子３に形成されていても良く、弾性部材１が弾性的に変形をして異音の発生を防ぐことができる。

（第２実施形態）
図７は弾性部材２の積層圧電素子３と接合する面の空間５の形状が、突起部材２が接合される面の接合面積に対し長手方向には狭く、幅方向には広くなるように空間形状が形成されている。リニアスライダ４が弾性部材２の形状に対し長手方向に配置され、その方向に相対移動を行う。そのため長手方向には剛性が高いほうが送り精度が高くなる。本実施形態では突起部材２が接合される面の接合面積に対し長手方向には狭く、幅方向には広くなるように空間形状が形成されているため送り方向には剛性が高く送り精度が上げられ、幅方向には弾性的に変形しやすいため異音の防止も行うことが出来る。また送り精度を高くする必要がない場合は、突起部材２が接合される面の接合面積に対し長手方向には広く、幅方向には狭くなるように空間形状が形成することもできる。

（第３実施形態）
図８はステンレスの板材からエッチング加工により矩形状の弾性部材１を形成する図である。弾性部材１を形成する方法としてバルク上の材料を機械加工などの除去加工にて形成する方法が挙げられる。しかし、除去加工では、加工によるストレスが加工歪として発生するなどをして性能が低下するといった問題がある。
また本実施形態の振動波駆動装置７は、弾性部材１の厚み精度が性能に大きく影響を与える。

そこで本実施形態では、所望の厚みの板材をプレス加工、エッチング加工により必要な形状に加工を行い、板材の持つ高精度な板厚を維持している。またプレス加工のおいてはファインブランキング法を用いることにより、加工歪を極力抑えることができる。エッチング加工においては、加工歪を与えることなく、かつ板厚精度を維持することができる。また弾性部材１の積層圧電素子３と接合する面の空間５をハーフエッチング加工により形成しているため、加工歪を一切加えることなく、かつ板材の板厚精度を維持した弾性部材１を製作することをできる。

（第４実施形態）
図９は弾性部材１に接合される突起部材２の接合方法について示した図である。一般に別部材を接合する方法として接着、圧入、かしめ、螺子止めなどが挙げられる。しかし、接着では熱的要因による性能の低下、圧入、かしめにおいては圧力を与えることによる接合時の部材の変形、螺子止めにおいては螺子接合部のすべりによる振動性能の低減などの問題が挙げられる。

そこで本実施例では突起部材２の接合方法としてレーザー溶接を用いている。レーザー溶接は金属を溶融させ接合するため、弾性部材１と突起部材２が一体となり、接合界面によるすべりが生じず、また接着のように振動子を振動させることにより発生する熱の影響による性能低下も防ぐことができる。

接合時に発生する熱に関しても局部的なもので弾性部材１の変形もほとんど起こらない。溶接特有の溶融時に発生する溶接痕といった盛り上がりに関しても、弾性部材１の積層圧電素子３と接合する面には、突起部材２が接合される面の接合位置と対向する位置に空間５が設けられているため、積層圧電素子３と弾性部材２を接合する面から溶接を行っても、弾性部材１と積層圧電素子３の接合には影響を与えない。弾性部材１の空間５の形状
が突起部材２が接合される面の接合面積より大きくしてあるため、突起部材２と弾性部材１が接触している隅部にシーム溶接を行っても良い。

また、電気抵抗溶接にて接合を行っても良い。溶接電極が接触する部分には凹みが生じるが、空間５により弾性部材１と積層圧電素子３の接合には影響を与えず、突起部材２とリニアスライダ４の接触面に関しても、突起部材２にはラップ処理を行うため影響は与えない。

高精度な位置決めを行う振動波駆動装置では、摩擦接触面の面精度が非常に重要であり、通常はラップ加工などにより平滑にするためである。

（第５実施形態）
図１０は第５の実施形態を示す。図１０ｂは図１０のＡ−Ａ断面図である。本実施形態では突起部材２の弾性部材１との接合面側に張り出し部２ｂを設けている。弾性部材２の積層圧電素子３との接合面側には空間５を設けており、その空間５の中央部には穴５ａが貫通している。突起部材２の張り出し部２ｂと弾性部材１の空間５部分を溶接接合することにより、板材の持つ高精度な板厚を維持し、溶接による弾性部材１の変形も抑えることができる。また、空間５中央部の貫通した穴５ａの大きさを調整する事により、振動子６が発生する振動を受けたリニアスライダ４が跳ねることによる異音の発生を防ぐための弾性変形の量を調整することができる。また図１１及び図１１ｂのように、貫通する穴５ａを突起部材２の張り出し部２ｂを除く部分よりも大きくして弾性部材１の積層圧電素子３との接合面側から突起部材２を挿入して接合しても良い。

本発明の第１実施形態における振動波駆動装置の分解斜視図 第１実施形態における振動波駆動装置の分解図 第１実施形態における突起部材の１例を示す図 第１実施形態における振動子の弾性変形を示す図 第１実施形態での空間形状の１例を示す図 第１実施形態における振動子の構成を示す図 第２実施形態における空間形状を示す図 第３実施形態における弾性部材の形成方法を示す図 第４実施形態における振動子の製造方法を示す図 第５実施形態における振動子を示す図 第５実施形態における振動子の断面Ａ−Ａを示す図 第５実施形態における振動子を示す図 第５実施形態における振動子の断面Ａ−Ａを示す図 従来技術における振動波駆動装置を示す図

符号の説明

１、１０１ 弾性部材
２、２０１ 突起部材
２ａ エッジ
２ｂ 張り出し部
３、３０１ 圧電素子
４、４０１ リニアスライダ
５ 空間
５ａ 穴
６、６０１ 振動子
７、７０１ 振動波駆動装置
８ 板材

Claims (7)

1. 少なくとも、板状の電気−機械変換素子、板状の弾性部材により形成され、板状弾性部材の１面に接合される突起を備える振動子において、板状弾性部材のもう一方の面における突起と対向する位置に空間を有する事を特徴とする振動波駆動装置。
2. 請求項１に記載の振動波駆動装置において、空間の前記板状弾性部材の１面に対する投影形状が、前記板状弾性部材の１面に接合される突起の接合面の形状と異なる事を特徴とする振動波駆動装置。
3. 請求項１または２に記載の振動波駆動装置において、板状の弾性部材はステンレスの板材からプレス加工、あるいはエッチングにより形成される事を特徴とする振動波駆動装置。
4. 請求項１〜３いずれかに記載の振動波駆動装置において、空間が前記板状の弾性部材に形成されている事を特徴とする振動波駆動装置。
5. 請求項４に記載の振動波駆動装置において、板状の弾性部材に形成される空間がエッチングで形成されている事を特徴とする振動波駆動装置。
6. 請求項１〜５いずれかに記載の振動波駆動装置において、突起が溶接により板状の弾性部材に接合される事を特徴とする振動波駆動装置。
7. 板状弾性部材は略直方体であることを特徴とする請求項１〜６いずれかに記載の振動波駆動装置。

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