JP2010200461A - 振動アクチュエータの締結構造 - Google Patents

Abstract

【課題】振動アクチュエータの設計の自由度に制限を与えることなく、取り付け対象部材に締結して固定したときに振動アクチュエータの振動に及ぼす影響が抑えられる、振動アクチュエータの締結構造を提供する。
【解決手段】複数のボルト４０の軸部４０ａが、それぞれ固定板３０のボルト貫通孔３１を貫通して振動アクチュエータ１０のタップ穴１１ａに螺合することにより、振動アクチュエータ１０が固定板３０に締結される。基部ブロック１１と固定板３０との間には、振動絶縁シート５０が挟持され、固定板３０とボルト４０の頭部４０ｂとの間には、振動絶縁シート６０が挟持される。振動アクチュエータ１０が振動するとき、振動アクチュエータ１０の振動は振動絶縁シート５０，６０において減衰されることにより絶縁されるため、固定板３０はほとんど振動しない。そのため、固定板３０が振動アクチュエータ１０の振動に及ぼす影響が抑えられる。
【選択図】図２

Description

本発明は、振動アクチュエータの締結構造に関する。

超音波振動を利用してロータを回転させる振動アクチュエータが実用化されている。振動アクチュエータは、圧電素子を用いてステータの表面に定在波又は進行波を発生させ、ステータにロータを加圧接触させることにより、これら両者間の摩擦力を介してロータを回転させる。

振動アクチュエータを実際の産業用途に適用する際には、振動アクチュエータを何らかの取り付け対象部材に締結して固定する必要がある。このとき、振動アクチュエータを取り付け対象部材に単に直付けして締結すると振動アクチュエータと取り付け対象部材とを含めた振動系となり、振動アクチュエータの共振周波数が変化してしまう。そのため、振動アクチュエータの締結構造には、取り付け対象部材に締結して固定したときに振動アクチュエータの振動に及ぼす影響が小さいことが要求される。また、振動アクチュエータの振動及び外力に対して高い剛性を有することが望ましい。

例えば、特許文献１には、Ｚ軸方向の縦振動、Ｘ軸方向のたわみ振動、及びＹ軸方向のたわみ振動を発生する複数の圧電素子を含むステータを備えることにより、多自由度の駆動力を生成する円筒形状の振動アクチュエータが記載されている。この振動アクチュエータでは、設計段階においてＺ軸方向の縦振動の節の位置と、Ｘ軸及びＹ軸方向のたわみ振動の節の位置とをほぼ一致させると共に、振動アクチュエータの径方向外側に延びるフランジ形状の支持板を振動の節の位置付近に設け、この支持板を取り付け対象部材に締結して固定する。振動アクチュエータが振動する際には、フランジ形状の支持板がたわむことにより、取り付け対象部材に締結して固定したときの振動アクチュエータの振動に及ぼす影響が抑えられる。

特開平１１−２２０８９２号公報

しかしながら、特許文献１に記載されているように、設計段階においてＺ軸方向の縦振動の節の位置と、Ｘ軸及びＹ軸方向のたわみ振動の節の位置とをほぼ一致させると共に、振動アクチュエータの径方向外側に延びるフランジ形状の支持板を振動の節の位置付近に設ける締結構造では、振動アクチュエータの設計の自由度は大きく制限を受ける。また、振動アクチュエータの振動に及ぼす影響を抑えるために支持板を薄く形成して剛性を低くしなければならないが、支持板の剛性が低いと振動アクチュエータを長時間使用した際に劣化、破損等が起きやすくなる。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、振動アクチュエータの設計の自由度に制限を与えることなく、取り付け対象部材に締結して固定したときに振動アクチュエータの振動に及ぼす影響が抑えられる、振動アクチュエータの締結構造を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明に係る振動アクチュエータの締結構造によれば、ロータ及びステータを備える振動アクチュエータの締結構造であって、振動アクチュエータを取り付け対象部材に締結する締結部材と、ステータの基部ブロックと取り付け対象部材との間に挟持される第１の振動絶縁部材とを備える。
これにより、取り付け対象部材に締結して固定したときに振動アクチュエータの振動に及ぼす影響が抑えられる。また、振動アクチュエータの設計の自由度に制限を与えることもない。

取り付け対象部材と締結部材との間に挟持される第２の振動絶縁部材を備えてもよい。
これにより、取り付け対象部材に締結して固定したときに振動アクチュエータの振動に及ぼす影響がさらに抑えられる。

第１の振動絶縁部材は薄板状であってもよい。
これにより、振動アクチュエータを締結して固定する際に、非常に小さく省スペースとなる。

第２の振動絶縁部材は薄板状であってもよい。
これにより、振動アクチュエータを締結して固定する際に、非常に小さく省スペースとなる。

基部ブロックの底部が、取り付け対象部材に締結されてもよい。

基部ブロックの側部が、取り付け対象部材に締結されてもよい。

締結部材はボルトであり、基部ブロックには雌ネジ部が設けられ、取り付け対象部材にはボルトが貫通するためのボルト貫通孔が設けられてもよい。

締結部材はボルト及びナットであり、基部ブロック及び取り付け対象部材にはボルトが貫通するためのボルト貫通孔が設けられてもよい。
これにより、基部ブロックと締結部材とが直接螺合しないため、振動アクチュエータが振動する際に締結部材を含まない振動系となり、締結部材が振動アクチュエータの振動に及ぼす影響が抑えられる。また、基部ブロックと締結部材との間で振動エネルギーの損失が発生することがない。

ステータは、複数の圧電素子を含んでもよい。

基部ブロックの外径は、ステータの振動子の外径よりも大きくてもよい。
これにより、振動アクチュエータが振動する際にステータの基部ブロックの変位がロータと接触する部分の変位に比べて小さくなり、取り付け対象部材に締結して固定したときに振動アクチュエータの振動に及ぼす影響がさらに抑えられる。

本発明に係る振動アクチュエータの締結構造は、振動アクチュエータを取り付け対象部材に締結する締結部材と、振動アクチュエータの基部ブロックと取り付け対象部材との間に挟持される第１の振動絶縁部材とを備える。これにより、取り付け対象部材に締結して固定したときに振動アクチュエータの振動に及ぼす影響が抑えられる。また、振動アクチュエータの設計の自由度に制限を与えることもない。

本発明の実施の形態１に係る振動アクチュエータを示す斜視図である。 本発明の実施の形態１に係る振動アクチュエータの締結構造を示す正面部分断面図である。 本発明の実施の形態１に係る振動アクチュエータの締結構造を示す底面図である。 本発明の実施の形態２に係る振動アクチュエータの締結構造を示す正面部分断面図である。 本発明の実施の形態２に係る振動アクチュエータの締結構造を示す底面図である。 本発明の実施の形態３に係る振動アクチュエータの締結構造を示す正面部分断面図である。 本発明の実施の形態３に係る振動アクチュエータの締結構造を示す底面図である。

以下、本発明の実施の形態について、添付の図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
本発明の実施の形態１に係る振動アクチュエータの締結構造について、図１〜図３を用いて説明する。
まず先に、実施の形態１に係る振動アクチュエータ１０の構成を説明する。図１に示されるように、振動アクチュエータ１０は、基部ブロック１１と固定子１２との間に振動子１３が挟持されており、これらによりほぼ円柱状の外形を有するステータ１４が形成されている。固定子１２には、振動子１３に接する面とは反対側に凹部１５が形成されており、この凹部１５内に球体状のロータ１６のほぼ下半部が収容され回転可能に支持されている。
固定子１２の上部には、支持部材１７が配置されている。この支持部材１７は、固定子１２の上面の上に固定される環状部１８と、環状部１８から上方に延びる逆Ｌ字形のアングル部１９を有し、アングル部１９の先端に予圧部２０が設けられている。
また、ステータ１４の基部ブロック１１の外径は振動子１３の外径よりも大きく形成されており、基部ブロック１１の底部には、雌ネジが切られたタップ穴１１ａがステータ１４の中心軸Ｏの周りの同一円周上に均等に４箇所設けられている。

ここで、説明の便宜上、基部ブロック１１から固定子１２に向かうステータ１４の中心軸ＯをＺ軸と規定し、Ｚ軸に対して垂直方向にＸ軸が、Ｚ軸及びＸ軸に対して垂直にＹ軸がそれぞれ延びているものとする。
予圧部２０は、ロータ１６の＋Ｚ軸方向の最高点である頂点付近に接触している。支持部材１７のアングル部１９は弾性を有し、これにより予圧部２０がロータ１６に加圧され、ロータ１６に−Ｚ軸方向の予圧を付与している。

振動子１３は、固定子１２に超音波の振動を発生させてロータ１６をＸ軸回りに回転させるためのものであり、Ｚ軸方向の縦振動を発生する第１の圧電素子１３ａ及びＹ軸方向のたわみ振動を発生する第２の圧電素子１３ｂから構成されている。

次に、上記振動アクチュエータ１０を取り付け対象部材に締結する構造について説明する。
図２及び図３に示されるように、円板形状の固定板３０には、ボルト４０の軸部４０ａを貫通させるためのボルト貫通孔３１が、ステータ１４の中心軸Ｏの周りの同一円周上に均等に４箇所設けられており、ボルト４０の軸部４０ａの先端には雄ネジが切られている。そして、４本のボルト４０の軸部４０ａが、それぞれ固定板３０のボルト貫通孔３１を貫通して振動アクチュエータ１０の基部ブロック１１のタップ穴１１ａに螺合することにより、振動アクチュエータ１０の基部ブロック１１の底部が固定板３０に締結されている。また、基部ブロック１１と固定板３０との間には、円板形状で内部が円形にくり抜かれた薄板状（すなわちシート状）の振動絶縁シート５０が挟持され、固定板３０とボルト４０の頭部４０ｂとの間には、同じく円板形状で内部が円形にくり抜かれた薄板状の振動絶縁シート６０が挟持されている。

続いて、本発明の実施の形態１に係る振動アクチュエータの締結構造の作用について説明する。
いま、振動アクチュエータ１０のステータ１４における第１の圧電素子１３ａと第２の圧電素子１３ｂとに、位相差９０度の交流電圧をそれぞれ印加すると、第１の圧電素子１３ａによるＺ軸方向の縦振動と第２の圧電素子１３ｂによるＹ軸方向のたわみ振動とが組み合わされてロータ１６と接触する固定子１２にＹＺ面内の楕円運動が発生し、ロータ１６がＸ軸回りに回転する。このとき、振動アクチュエータ１０の振動は、振動絶縁シート５０，６０において減衰されることにより絶縁されるため、固定板３０はほとんど振動しない。

以上説明したように、本発明の実施の形態１に係る振動アクチュエータの締結構造によれば、振動アクチュエータ１０が振動する際に、振動絶縁シート５０，６０により振動が絶縁されるため、固定板３０はほとんど振動しない。そのため、固定板３０に締結して固定したときの振動アクチュエータ１０の振動に及ぼす影響が抑えられる。
また、振動アクチュエータ１０の基部ブロック１１は、ボルト４０により固定板３０に締結されているため、高い締結力を持つ。そのため、振動アクチュエータ１０の振動及び外力に対して高い剛性を有する。
また、固定板３０を含めた振動系を考慮して振動アクチュエータ１０を設計する必要はないため、振動アクチュエータ１０の設計の自由度が制限を受けることはない。
さらに、特別な支持機構等を用いないため、非常に小さく省スペースとなる。
尚、振動アクチュエータ１０の基部ブロック１１の外径は振動子１３の外径よりも大きく形成されているため、基部ブロック１１の変位はロータ１６と接触する部分の変位に比べて小さくなる。このことも、固定板３０に締結して固定したときの振動アクチュエータ１０の振動に及ぼす影響を抑えることに寄与している。

実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２に係る振動アクチュエータの締結構造について、図４及び図５を用いて説明する。尚、以降の実施の形態の説明において、図１〜図３の参照符号と同一の符号は、同一又は同様な構成要素であるので、その詳細な説明は省略する。

実施の形態１に係る振動アクチュエータの締結構造では、振動アクチュエータの基部ブロックの底部が取り付け対象部材に締結されていた。これに対して、実施の形態２に係る振動アクチュエータの締結構造では、振動アクチュエータの基部ブロックの側部が取り付け対象部材に締結される。

詳細には、図４及び図５に示されるように、振動アクチュエータ２１０において、ステータ２１４の基部ブロック２１１の側部には、タップ穴２１１ａがステータ２１４の中心軸Ｏの周りに均等に４箇所設けられている。また、上下が開口した箱状部材２３０が振動アクチュエータ２１０の側面を囲うように配置され、箱状部材２３０の各辺の中央部にはボルト貫通孔２３１が設けられている。そして、４本のボルト２４０の軸部２４０ａが、それぞれ箱状部材２３０のボルト貫通孔２３１を貫通して振動アクチュエータ２１０の基部ブロック２１１のタップ穴２１１ａに螺合することにより、振動アクチュエータ２１０の基部ブロック２１１の側部が箱状部材２３０に締結されている。また、基部ブロック２１１と箱状部材２３０との間には、振動絶縁シート２５０が挟持され、箱状部材２３０とボルト２４０の頭部２４０ｂとの間には、振動絶縁シート２６０が挟持されている。
このような振動アクチュエータの締結構造を用いても、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

実施の形態３．
次に、本発明の実施の形態３に係る振動アクチュエータの締結構造について、図６及び図７を用いて説明する。

実施の形態１又は２に係る振動アクチュエータの締結構造では、ボルトが取り付け対象部材を貫通して振動アクチュエータの基部ブロックの底部又は側部に設けられたタップ孔に螺合することにより、振動アクチュエータが取り付け対象部材に締結されていた。これに対して、実施の形態３に係る振動アクチュエータの締結構造では、ボルトが取り付け対象部材及び振動アクチュエータの基部ブロックの側部を貫通してナットと螺合することにより、振動アクチュエータが取り付け対象部材に締結される。

詳細には、図６及び図７に示されるように、振動アクチュエータ３１０において、ステータ３１４の基部ブロック３１１の側部には、Ｙ軸方向に沿ってボルト貫通孔３１１ａが設けられている。また、上下が開口した箱状部材３３０が振動アクチュエータ３１０の側面を囲うように配置され、箱状部材３３０のＹ軸方向に垂直な対向する２辺の中央部には、ボルト貫通孔３３１ａ，３３１ｂがそれぞれ設けられている。そして、１本のボルト３４０の軸部３４０ａが、箱状部材３３０のボルト貫通孔３３１ａ、振動アクチュエータ３１０の基部ブロック３１１のボルト貫通孔３１１ａ、及び箱状部材３３０のボルト貫通孔３３１ｂを貫通してナット３７０と螺合することにより、振動アクチュエータ３１０の基部ブロック３１１が箱状部材３３０に締結されている。また、基部ブロック３１１と箱状部材３３０との間には、振動絶縁シート３５０が挟持され、箱状部材３３０とボルト３４０の頭部３４０ｂ及びナット３７０との間には、振動絶縁シート３６０が挟持されている。

このような振動アクチュエータの締結構造では、振動アクチュエータ３１０の基部ブロック３１１とボルト３４０及びナット３７０とが直接螺合しないため、振動アクチュエータ３１０が振動する際にボルト３４０及びナット３７０を含まない振動系となる。そのため、ボルト３４０及びナット３７０が振動アクチュエータ３１０の振動に及ぼす影響が抑えられる。また、振動アクチュエータ３１０の基部ブロック３１１と締結部材との間で振動エネルギーの損失が発生することがない。

その他の実施の形態．

実施の形態１〜３において、ロータ１６がＸ軸の回りに回転する振動アクチュエータ（いわゆる超音波モータ）を例に説明したが、その他の振動アクチュエータに対しても本発明の実施の形態１〜３に係る締結構造を用いることができる。例えば、特許文献１に記載されているような、Ｚ軸方向の縦振動、Ｘ軸方向のたわみ振動、及びＹ軸方向のたわみ振動を発生するステータを備える振動アクチュエータに対して、本発明の実施の形態１〜３に係る締結構造を用いてもよい。

実施の形態１〜３において、振動アクチュエータ１０，２１０，３１０は、複数の圧電素子１３ａ〜１３ｂを含むステータ１４，２１４，３１４を備えていたが、一つの圧電素子のみを含むステータを備える振動アクチュエータに対して、本発明の実施の形態１〜３に係る締結構造を用いてもよい。

実施の形態１〜３において、振動アクチュエータ１０，２１０，３１０におけるステータ１４，２１４，３１４の基部ブロック１１，２１１，３１１の外径は、振動子１３の外径よりも大きく形成されることが好ましいが、同一又は小さく形成されてもよい。

実施の形態１〜３において、振動絶縁シート５０，２５０，３５０、６０，２６０，３６０の直径は、図２、図４、図６に示されるようにボルト４０，２４０，３４０の頭部４０ｂ，２４０ｂ，３４０ｂの直径よりも小さいが、それより大きくてもよい。また、振動絶縁シート５０，２５０，３５０、６０，２６０，３６０の形状は、長方形状等の他の形状でもよい。

実施の形態１〜３において、振動絶縁シート５０，２５０，３５０、６０，２６０，３６０の材質としては、ゴム、樹脂、フェルト等を用いることができる。

実施の形態１〜３において、振動絶縁シート６０，２６０，３６０は省略してもよい。

実施の形態１及び２において、締結部材はボルト４０，２４０以外にピンやリベット等でもよい。

実施の形態１〜３を組み合わせて、振動アクチュエータの基部ブロックの底部及び側部が共に取り付け対象部材に締結されるようにしてもよい。例えば、実施の形態２における箱状部材２３０の底部に矩形板を配置し、振動アクチュエータ２１０の基部ブロック２１１の底部が矩形板に締結されるようにしてもよい。

１０，２１０，３１０ 振動アクチュエータ、１１，２１１，３１１ 基部ブロック、１１ａ，２１１ａ タップ穴（雌ネジ部）、３１１ａ ボルト貫通孔、１３ 振動子、１３ａ〜１３ｂ 圧電素子、１４，２１４，３１４ ステータ、３０，２３０，３３０ 固定板，箱状部材（取り付け対象部材）、３１，２３１，３３１ａ，３３１ｂ ボルト貫通孔、４０，２４０，３４０ ボルト（締結部材）、５０，２５０，３５０ 振動絶縁シート（第１の振動絶縁部材）、６０，２６０，３６０ 振動絶縁シート（第２の振動絶縁部材）、３７０ ナット（締結部材）。

Claims (10)

1. ロータ及びステータを備える振動アクチュエータの締結構造であって、
   前記振動アクチュエータを取り付け対象部材に締結する締結部材と、
   前記ステータの基部ブロックと前記取り付け対象部材との間に挟持される第１の振動絶縁部材とを備えることを特徴とする、振動アクチュエータの締結構造。
2. 前記取り付け対象部材と前記締結部材との間に挟持される第２の振動絶縁部材を備え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の締結構造。
3. 前記第１の振動絶縁部材は薄板状であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の振動アクチュエータの締結構造。
4. 前記第２の振動絶縁部材は薄板状であることを特徴とする、請求項２又は３に記載の振動アクチュエータの締結構造。
5. 前記基部ブロックの底部が、前記取り付け対象部材に締結されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の振動アクチュエータの締結構造。
6. 前記基部ブロックの側部が、前記取り付け対象部材に締結されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の振動アクチュエータの締結構造。
7. 前記締結部材はボルトであり、前記基部ブロックには雌ネジ部が設けられ、前記取り付け対象部材には前記ボルトが貫通するためのボルト貫通孔が設けられることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の振動アクチュエータの締結構造。
8. 前記締結部材はボルト及びナットであり、前記基部ブロック及び前記取り付け対象部材には前記ボルトが貫通するためのボルト貫通孔が設けられることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の振動アクチュエータの締結構造。
9. 前記ステータは、複数の圧電素子を含むことを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の振動アクチュエータの締結構造。
10. 前記基部ブロックの外径は、前記ステータの振動子の外径よりも大きいことを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の振動アクチュエータの締結構造。

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