JP2007097266A - 振動アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】組立て及び分解が容易であり、制御性がよい振動アクチュエータを提供する。
【解決手段】支持体１６と弾性体１２のフランジ部１２ｃとの間に、弾性を有する部材としてゴムリング２０を設けた。このような構造とすることで、加圧部１９の加圧力がゴムリング２０に作用して、支持体１６とゴムリング２０との間の摩擦力、ゴムリング２０と弾性体１２との間の摩擦力が大きくなる。従って、回転体１５を回転駆動するときの反力によって弾性体１２が回転するのを防止でき、超音波モータ１の制御性を向上することができる。また、支持体１６と弾性体１２との間に、接着やねじ止め等を使用していないので、組立てや分解も容易であり、作業しやすく修理等も行いやすい。
【選択図】図１

Description

本発明は、弾性体に振動を発生させて振動エネルギーを生じさせ、この振動エネルギーを出力として取り出し、駆動力を得る振動アクチュエータに関するものである。

この種の振動アクチュエータは、弾性体に接合された圧電体の伸縮を利用して、弾性体の駆動面（回転体との接触面）に進行性振動波（以下、進行波とする）を発生させ、この進行波によって駆動面に楕円運動が生じ、楕円運動の波頭に加圧接触した回転体が駆動され、回転する。

このような振動アクチュエータは、回転体の回転による反力によって弾性体が回転することを防止し、かつ、振動エネルギーを損失しないように弾性体を支持してその位置を保つことが求められる。
例えば、特許文献１は、ステータ（本明細書では、振動体）の溝部に、軸受に形成された突起部を係合させ、ステータの回転を防止する手法を開示している。
しかし、ステータの溝部と軸受の突起部との係合ガタがあるため、ロータ（本明細書では、回転体）の反転時に、バックラッシュが発生して、振動アクチュエータの制御性を悪くするという問題があった。

また、特許文献２は、ステータと支持板とを接着することにより、ステータの回転を防止するという手法を開示している。
しかし、ステータと支持板とを接着した場合、接着剤の塗布、硬化等の組立工数が増加するため、生産コストが増加するという問題があった。また、修理や部品の交換等で分解することが困難であるという問題があった。
特開平６−２４５５５５号公報 特開平６−１５３５４１号公報

本発明の課題は、組立て及び分解が容易であり、制御性がよい振動アクチュエータを提供することである。

前記課題を解決するために、請求項１の発明は、駆動信号により励振される圧電体を有し、前記励振により駆動力を生じる弾性体と、前記弾性体を支持する支持体と、前記駆動力により移動する移動体と、を備えた振動アクチュエータであって、前記弾性体は、凸状部を有しており、前記凸状部は、前記支持体側で拘束され、前記移動体側は拘束されていないこと、を特徴とする振動アクチュエータである。
請求項２の発明は、前記移動体と前記弾性体とを加圧接触させる加圧部とをさらに備え、前記弾性体は、前記加圧接触により前記支持体に固定的に支持されていること、を特徴とする請求項１に記載の振動アクチュエータである。
請求項３の発明は、前記凸状部は、鍔状であること、を特徴とする請求項１から請求項２に記載の振動アクチュエータである。
請求項４の発明は、前記弾性体は円環状であり、前記駆動力として前記圧電体を有する面と対向する面に進行性振動波を生じること、を特徴とする請求項１から請求項３に記載の振動アクチュエータである。
請求項５の発明は、前記支持体と前記凸状部との間の摩擦係数よりも、前記支持体との摩擦係数及び前記凸状部との摩擦係数が高い部材を介して接していること、を特徴とする請求項１から請求項４に記載の振動アクチュエータである。
請求項６の発明は、前記支持体と前記凸状部とは、弾性を有する部材を介して接していること、を特徴とする請求項１から請求項４に記載の振動アクチュエータである。
請求項７の発明は、前記支持部の前記凸状部と接する部分と前記凸状部の前記支持部と接する部分との少なくとも一方には、凹部及び／又は凸部が設けられていること、を特徴とする請求項１から請求項６に記載の振動アクチュエータである。
請求項８の発明は、前記凸状部には貫通孔が設けられていること、を特徴とする請求項１から請求項７に記載の振動アクチュエータである。

本発明によれば、接着剤等を用いて弾性体を支持体に接着して一体として支持する手法に比べ、部品点数の削減や、製造工程の短縮等を図ることができ、生産コストを低減できる。また、弾性体を支持体や他の部材と係合する手法を用いていないので、係合ガタによるバックラッシュが生じることがなく、振動アクチュエータの制御性を向上できる。

また、支持体は、加圧部の加圧力により発生する摩擦力を用いて、弾性体の位置を保つ。従って、新たに部品等を設けなくとも安定して確実な摩擦力を得ることができる。

さらに、支持体と凸状部とは、弾性を有する部材を介して接しているので、凸状部に多少の変形が生じた場合にも、部材の弾性によりその変形分が吸収され、凸状部と支持体との間に浮き等が生じることなく、確実に支持することができる。従って、支持体は、弾性体の位置をより安定して保つことができる。

また、凸状部及び／又は支持体は、部材と接する面に、複数の凹部及び／又は凸部が形成されているので、加圧部の加圧力により部材がその凹部、凸部に合わせて変形する。従って、摩擦力に加えて、変形による回転止めの作用が期待でき、支持体は、弾性体の位置をより安定して保つことができる。

凸状部には、凹部として、貫通孔が形成されているので、形成しやすく、作業も容易である。

本発明は、組立て及び分解が容易であり、制御性がよい振動アクチュエータを提供するという目的を、支持体と弾性体のフランジ部との間に、弾性を有する部材としてゴムリングを設けることにより実現した。

以下、本発明による振動アクチュエータの各実施例は、振動アクチュエータとして、超音波の振動域を利用した超音波モータを例にとって説明する。
図１は、本発明による超音波モータの実施例１を説明する図である。
図２は、実施例１の超音波モータを、回転体と出力軸を取り外した状態で、弾性体の駆動面側から見た図である。
本実施例の超音波モータ１は、振動体１１と回転体１５とを有し、振動体１１側を固定とし、回転体１５側を回転駆動する形態となっている。

振動体１１は、弾性体１２と、弾性体１２に接合された圧電体１３とを有する略円環形状の部材である。
弾性体１２は、共振先鋭度が大きな金属材料を用いて形成され、その形状は略円環形状である。弾性体１２は、櫛歯部１２ａ、ベース部１２ｂ、フランジ部１２ｃを有している。この弾性体１２は、圧電体１３の励振によって、後述する回転体１５を回転駆動する駆動力を生じる。
櫛歯部１２ａは、弾性体１２の圧電体１３が接合される面とは反対側の面に、複数の溝を切って形成されている。この櫛歯部１２ａの先端面は、回転体１５に加圧接触され、回転体１５を駆動する駆動面となる。櫛歯部１２ａを設ける理由は、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。

ベース部１２ｂは、弾性体１２の周方向に連続した部分であり、ベース部１２ｂの櫛歯部１２ａとは反対側の面に、圧電体１３が接合されている。
フランジ部１２ｃは、ベース部１２ｂの厚さの略中央に位置し、弾性体１２の内周側の径方向に伸ばして形成された鍔状の凸状部である。このフランジ部１２ｃは、その回転体１５側の面が他の部材等とは接しておらず、拘束されていない状態であるが、他方の面は、後述のゴムリング２０を介して後述の支持体１６と間接的に接しており、摩擦力により拘束されている。

圧電体１３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素子である。本実施例では、圧電素子を用いているが、例えば、電歪素子を用いてもよい。圧電体１３は、弾性体１２の周方向に沿って２つの相（Ａ相，Ｂ相）の電気信号が入力される範囲があり、各相には、１／２波長毎に分極が交互となった要素が並べられており、Ａ相とＢ相との間には、１／４波長分間隔があくようにしてある。

フレキシブルプリント基板１４は、その配線が圧電体１３の各相の電極に接続されている。このフレキシブルプリント基板１４に外部から供給された駆動信号により、圧電体１３が励振され伸縮する。この圧電体１３の伸縮により、弾性体１２の駆動面に進行波が発生する。本実施例では、一例として９波の進行波として説明する。
また、図２に示すように、フレキシブルプリント基板１４には、孔部１４ａが形成されており、この孔部１４ａに不図示の位置決め治具のピンを挿入することにより、フレキシブルプリント基板１４を所望の方向に向けて、弾性体１２を支持体１６にセットすることができる。

図１に戻って、回転体１５は、例えば、アルミニウム等の軽金属によって形成され、後述の出力軸１８に嵌合しており、出力軸１８と一体となって回転するように設けられている。回転体１５は、弾性体１２に加圧接触し、櫛歯部１２ａの駆動面に生じた進行波による楕円運動により回転駆動され、弾性体１２に対して相対的に移動する移動体である。この回転体１５は、櫛歯部１２ａと接触する摺動面に、耐摩耗性向上のために酸化処理等の表面処理がなされている。

支持体１６は、弾性体１２を支持し、その位置を決める部分であり、ゴムリング２０を介して、弾性体１２のフランジ部１２ｃと接触面１６ａで接している。この支持体１６には、ベアリング１７を介して、後述する出力軸１８が回転可能に取り付けられている。
ゴムリング２０は、弾性を有する部材である。ゴムリング２０は、ゴムによって形成された円環形状の部材であり、支持体１６とフランジ部１２ａとの間に設けられている。
なお、本実施例では、支持体１６とフランジ部１２ｃとは、弾性を有する部材としてゴムリング２０を介して接する例を示したが、これに限らず、支持体１６とフランジ部１２ｃとの間の摩擦係数よりも、支持体１６との摩擦係数及びフランジ部１２ｃとの摩擦係数が高い部材を介して接してもよい。

出力軸１８は、略円柱形状の部材であり、回転体１５とともに回転運動するように設けられており、回転体１５の回転運動を出力として取り出す部材である。
加圧部１９は、回転体１５と弾性体１２とを加圧接触させる機構であり、出力軸１８の外周に沿うように設けられている。加圧部１９は、バネ１９ａと、ベアリング１７に接して配置されてバネ１９ａの一端を押さえる押さえリング１９ｂと、バネ１９ａの他端を押さえる押さえリング１９ｃと、出力軸１８に形成された溝に挿入されて押さえリング１９ｃの位置を規制するＥリング１９ｄとを備えている。
この加圧部１９は、出力軸１８の回転中心に平行な方向に加圧力を発生させ、この加圧力により、出力軸１８が回転体１５を加圧し、回転体１５は弾性体１２に加圧接触する。弾性体１２に加えられた加圧力は、フランジ部１２ｃへと伝わり、フランジ部１２ｃは、ゴムリング２０を介して支持体１６を加圧する。

（比較例）
ここで、弾性体１２と支持体１６とを分解可能な形態で固定し、支持する方法として、例えば、ねじ止めを用いる方法が考えられる。
図６は、比較例の超音波モータを説明する図である。
比較例の超音波モータ５は、弾性体１２が、支持体５６にねじ止めされている他は、図１に示した実施例１の超音波モータ１と略同様の形状である。よって、実施例１の超音波モータ１と同様な機能を果たす部分には、同一の符号を付して、重複する説明を適宜省略する。

フランジ部１２ｃは、支持体５６のねじ部５６ａとナット５７とによりねじ止めされている。これにより、支持体５６は、回転体１５の回転中心に垂直な平面内での弾性体１２の位置を保っている。
しかし、このような超音波モータ５では、支持体５６の形状が複雑になり、部品点数や組立工数が増え、生産コストの低減が難しい。また、ねじ止めに使用する面の平面度が低いと、ねじ止めを行った際に、その平面の歪みにならって弾性体１２の駆動面を変形させてしまい、弾性体１２と回転体１５との摺動が安定せず、超音波モータの駆動性能を劣化させてしまう。

しかし、本実施例に示す超音波モータ１のように、支持体１６とフランジ部１２ｃとの間にゴムリング２０を入れ、加圧部１９により弾性体１２に回転体１５を加圧接触させると、ゴムリング２０にも、回転体１５の回転中心に平行な方向の加圧力がかかる。この加圧力は、支持体１６とゴムリング２０との間の垂直抗力、ゴムリング２０とフランジ部１２ｃとの間の垂直抗力を増大させる。
支持体１６とゴムリング２０との間の摩擦力、ゴムリング２０とフランジ部１２ｃとの間の摩擦力は、加圧力による垂直抗力の増大により大きくなり、弾性体１２が、回転体１５を回転駆動させるときの反力によって弾性体１２が回転することを防止できる。

また、本実施例によれば、接着やねじ止め等を用いないので、部品点数が少なく、組立てが容易である。従って、生産コストの低減を図ることができる。
さらに、修理等で部品の交換等が必要な場合にも、接着等を用いていないので、分解、部品の交換が容易である。
さらにまた、係合ガタ等によるバックラッシュが生じることも無く、超音波モータ１の制御性を向上することができる。
さらにその上、ねじ止め等を行わないので、製造工程中に余計な力がフランジ部１２ｃ等にかからず、弾性体１２の駆動面に歪み等が生じる恐れがない。従って、支持体１６は、より安定して弾性体１２の位置を保つことができ、超音波モータ１の駆動効率を向上できる。

図３は、本発明による超音波モータの実施例２を説明する図である。
実施例２の超音波モータ２は、フランジ部３２ｃのゴムリング２０と接する領域に複数の貫通孔３２ｄが形成され、ゴム部材２０と接する支持体３６の接触面３６ａに複数の凹部３６ｂが設けられている他は、実施例１の超音波モータ１と略同様の形状である。
従って、実施例１の超音波モータ１と同様の機能を果たす部分には、同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。

図４は、実施例２の超音波モータを、回転体と出力軸を取り外した状態で、弾性体の駆動面側から見た図である。
弾性体３２は、実施例１に示した弾性体１２と略同様の形状であり、櫛歯部３２ａ、ベース部３２ｂ、フランジ部３２ｃを有している。ベース部３２ｂの駆動面（櫛歯部３２ａの先端面）とは反対側の面には、圧電体１３が接合され、圧電体１３にはフレキシブルプリント基板１４が接続されている。

図４に示すように、弾性体３２は、一方の面のゴムリング２０と接する領域に、円形の孔である貫通孔３２ｄが４つ形成されている。また、支持体３６は、ゴムリング２０との接触面３６ａに、円筒形状であり有底の穴である凹部３６ｂが４つ形成されている。なお、本実施例では、貫通孔３２ｄと凹部３６ｂは、それぞれ４つ形成する例を示したが、貫通孔３２ｄと凹部３６ｂの数は、特に限定しない。貫通孔３２ｄと凹部３６ｂの数は、同じでもよいし、異なってもよい。

図５は、図４に示す矢印ＡＡで切断した展開図である。
本実施例によれば、加圧部１９により、弾性体１２に回転体１５が加圧接触すると、図５に示すように、ゴムリング２０の貫通孔３２ｄ及び凹部３６ｂに面する部分が加圧によって変形し、貫通孔３２ｄ及び凹部３６ｂ側に突出するような形状となり、弾性体３２の回転止めとして作用する。
従って、支持体３６とゴムリング２０との間の摩擦力、ゴムリング２０と弾性体３２との間の摩擦力による回転止めの作用に加えて、ゴムリング２０の変形による回転止めの作用も得られるので、より弾性体１２の回転を防止する効果が期待できる。

（変形例）
以上説明した実施例に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）各実施例において、円環形状の部材であるゴムリングが、支持体と弾性体のフランジ部との間に設けられる例を示したが、これに限らず、例えば、支持体のフランジ部と接する接触面、フランジ部の支持体と接する面の一方又は両方にゴム塗装を施してもよい。
また、円環形状の部材ではなく、正方形等の形状のゴムのシートを支持体の周方向に複数配列する等してもよい。

（２）実施例２において、フランジ部には貫通孔が形成される例を示したが、これに限らず、例えば、支持体に形成したような凹部を形成してもよい。
また、フランジ部及び支持体には、ゴムリング側へ突出した形状を有する凸部を形成してもよいし、凹部と凸部とを形成してもよい。また、径方向に溝を形成してもよいし、エンボス加工を施して微細な凹凸形状を形成してもよい。

（３）各実施例において、フランジ部は、弾性体の内周側に設けられる例を示したが、これに限らず、弾性体の外周側に設けられてもよい。

（４）各実施例において、支持体とフランジ部との間に、ゴムによって形成されたゴムリングを用いる例を示したが、これに限らず、例えば、ゲルや樹脂を用いて形成してもよい。

（５）各実施例において、支持体とフランジ部との間に、弾性を有する部材としてゴムリングを設ける例を示したが、ゴムリング等の部材を設けず、支持体とフランジ部とが接する面に、サンドブラスト、化学処理、塗装等の処理を施して、摩擦係数が大きくなるようにしてもよい。
また、上記のような処理を施した上で、支持体とフランジ部との間に部材としてゴムリングを設けてもよい。

（６）各実施例において、進行波を用いた円環型振動アクチュエータを用いて説明したが、本発明はこれにとらわれることなく、屈曲振動や縦振動を利用したペンシル型アクチュエータやロッド型アクチュエータにも適用できる。

本発明による超音波モータの実施例１を説明する図である。 実施例１の超音波モータを、回転体と出力軸を取り外した状態で、弾性体の駆動面側から見た図である。 本発明による超音波モータの実施例２を説明する図である。 実施例２の超音波モータを、回転体と出力軸を取り外した状態で、弾性体の駆動面側から見た図である。 図４に示す矢印ＡＡで切断した展開図である。 比較例の超音波モータを説明する図である。

符号の説明

１，２：超音波モータ、１２：弾性体、１２ｃ：フランジ部、１３：圧電体、１５：回転体、１６：支持体、１９：加圧部、２０：ゴムリング、３２ｄ：貫通孔、３６ｂ：凹部

Claims (8)

1. 駆動信号により励振される圧電体を有し、前記励振により駆動力を生じる弾性体と、
   前記弾性体を支持する支持体と、
   前記駆動力により移動する移動体と、
   を備えた振動アクチュエータであって、
   前記弾性体は、凸状部を有しており、
   前記凸状部は、前記支持体側で拘束され、前記移動体側は拘束されていないこと、
   を特徴とする振動アクチュエータ。
2. 前記移動体と前記弾性体とを加圧接触させる加圧部とをさらに備え、
   前記弾性体は、前記加圧接触により前記支持体に固定的に支持されていること、
   を特徴とする請求項１に記載の振動アクチュエータ。
3. 前記凸状部は、鍔状であること、
   を特徴とする請求項１から請求項２に記載の振動アクチュエータ。
4. 前記弾性体は円環状であり、前記駆動力として前記圧電体を有する面と対向する面に進行性振動波を生じること、
   を特徴とする請求項１から請求項３に記載の振動アクチュエータ。
5. 前記支持体と前記凸状部とは、前記支持体と前記凸状部との間の摩擦係数よりも、前記支持体との摩擦係数及び前記凸状部との摩擦係数が高い部材を介して接していること、
   を特徴とする請求項１から請求項４に記載の振動アクチュエータ。
6. 前記支持体と前記凸状部とは、弾性を有する部材を介して接していること、
   を特徴とする請求項１から請求項４に記載の振動アクチュエータ。
7. 前記支持部の前記凸状部と接する部分と前記凸状部の前記支持部と接する部分との少なくとも一方には、凹部及び／又は凸部が設けられていること、
   を特徴とする請求項１から請求項６に記載の振動アクチュエータ。
8. 前記凸状部には貫通孔が設けられていること、
   を特徴とする請求項１から請求項７に記載の振動アクチュエータ。
   
   

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