JP2011254584A - 振動波モータ - Google Patents

Abstract

【課題】出力性能や軸受寿命の向上を図るため、定格荷重の大きい軸受を用いても、大型化することを抑制することが可能となる振動波モータを提供する。
【解決手段】電気−機械エネルギー変換素子と、
電気−機械エネルギー変換素子に固定され、電気−機械エネルギー変換素子への電圧の印加により振動する振動体と、
振動体と加圧接触し、振動により摩擦駆動する移動体と、
振動体と移動体とを加圧接触させると共に、移動体の駆動力を出力軸に伝達させるために設けられた加圧部材と、
を有し、これらが円環状に形成された振動波モータであって、
出力軸は、出力軸を回転自在に支持する転がり軸受部材を備え、
転がり軸受部材の一方の軌道輪は、
円環状に形成された振動体に、振動減衰部を介して設けられ、
振動減衰部および軌道輪は、振動体の移動体が設けられている側に設けられている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、振動体に移動体を加圧接触させ摩擦駆動するいわゆる振動波モータに関し、特に振動波モータの軸受構造に関するものである。

一般に、振動波モータは、進行性振動波が形成される振動体と、振動体に加圧接触する移動体とを有し、振動体と移動体とを進行性振動波により摩擦駆動させることにより駆動力を得るように構成されている（例えば、特許文献１参照）。

このような振動波モータの従来例における軸受構造について、図９を用いて説明する。
図９において、ハウジング６１に固定された振動体６２は円環状をしており、弾性体６２ｂの上部には複数の突起６２ｃが全周にわたって設けられている。
圧電セラミックス６２ａは、弾性体６２ｂの底面に接着剤にて接着され、モータ駆動時に不図示の駆動回路により位相差を有する交流電圧が印加され、進行性振動波を発生させる。
移動体６３の上面にはばね受け部材６４、ゴム板６５を介して加圧ばね６６の外周部が取付けられており、加圧ばね６６の内周部は出力軸６８に焼嵌めされたディスク６７に取付けられている。
出力軸６８は、ハウジング６１に固定された外輪と、出力軸６８の外周に嵌合した内輪とを有する一対の転がり軸受６９ａ、６９ｂによって回転自在に支持される。
転がり軸受６９ａの内輪は、移動体６３を振動体６２に適切な力で加圧接触させるための加圧ばね６６の変位量分だけ予圧がかけられている。
これにより、転がり軸受６９ａの径方向のがたが排除され、出力軸６８の径方向の振れを抑えることができる。

特開平３−２５３２７２号公報

しかしながら、上記図９に示す従来例のような軸受構造を有する振動波モータにおいては、つぎのような課題を有している。
すなわち、ハウジング６１の振動体６２が固定されている面とは反対側に予圧を受ける転がり軸受６９ａが配置されている。
したがって、転がり軸受６９ａは、加圧力を負担することになり、定格荷重の大きい軸受を使用することが必要となることから、転がり軸受６９ａの大きさの分だけ振動波モータが大型化するという課題が生じる。
これらに対処するため、振動体６２側に設けられた転がり軸受６９ｂに加圧力を負担させるようにしても、転がり軸受６９ｂの大きさは振動体６２の内径により制限されているから、負担させる加圧力に限界がある。
このようなことから、振動波モータの小型化のため、振動波モータの加圧力を下げ、転がり軸受６９ａに定格荷重の小さい軸受を使用した場合、加圧力に対して出力トルクはほぼ比例すると考えられることから、振動波モータの出力トルクが小さくなる（制限される）ことになる。

本発明は、上記課題に鑑み、出力性能や軸受寿命の向上を図るため、定格荷重の大きい軸受を用いても、大型化することを抑制することが可能となる振動波モータを提供することを目的とするものである。

本発明は、つぎのように構成した振動波モータを提供するものである。
本発明の振動波モータは、電気−機械エネルギー変換素子と、
前記電気−機械エネルギー変換素子に固定され、前記電気−機械エネルギー変換素子への電圧の印加により振動する振動体と、
前記振動体と加圧接触し、前記振動により摩擦駆動する移動体と、
前記振動体と前記移動体とを前記加圧接触させると共に、前記移動体の駆動力を出力軸に伝達させるために設けられた加圧部材と、
を有し、これらが円環状に形成された振動波モータであって、
前記出力軸は、該出力軸を回転自在に支持する転がり軸受部材を備え、
前記転がり軸受部材の一方の軌道輪は、
前記円環状に形成された前記振動体に、振動減衰部を介して設けられ、
前記振動減衰部および前記軌道輪は、前記振動体の前記移動体が設けられている側に設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、定格荷重の大きい軸受を用いて出力性能や軸受寿命の向上を図る際に、大型化の抑制が可能となる振動波モータを実現することができる。

本発明の実施例１に係る振動波モータの構成を説明する断面図。 本発明の実施例１の図１に示す弾性体の一部を拡大した斜視図。 本発明の実施例１に係る振動波モータの第１の変形例における弾性体の一部を拡大した斜視図。 本発明の実施例２に係る振動波モータの構成を説明する断面図。 本発明の実施例２の図４に示す軸受ホルダの一部を拡大した斜視図。 本発明の実施例２に係る振動波モータの第１の変形例における軸受ホルダの一部を拡大した斜視図。 本発明の実施例２に係る振動波モータの第２の変形例における軸受ホルダの一部を拡大した斜視図。 本発明の実施例３に係る振動波モータの構成を説明する断面図。 従来例における振動波モータの構成を説明する断面図。

本発明を実施するための形態を、以下の実施例により説明する。

［実施例１］
実施例１として、本発明を適用した振動波モータの構成例について、図１を用いて説明する。
本実施例の振動波モータは、電気−機械エネルギー変換素子と、電気−機械エネルギー変換素子に固定され、電気−機械エネルギー変換素子への電圧の印加により形成される進行性振動波によって振動可能とされた振動体を備える。
また、振動体と加圧接触し、進行性振動波による振動により摩擦駆動する移動体と、振動体と前記移動体とを前記加圧接触させると共に、前記移動体の駆動力を出力軸に伝達するため、振動体の上側に設けられた加圧部材とを備える。
具体的には、図１に示すように、円環状に形成された、振動体２と移動体３を備えている。
振動体２は、電気量を機械量に変換する電気−機械エネルギー変換素子によって形成された圧電素子２ａと、圧電素子２ａと結合された弾性体２ｂとで構成されている。
圧電素子２ａに駆動電圧を印加し、公知の技術により、振動体２に進行性の振動波を生じさせる。
弾性体２ｂは、金属製の弾性部材で形成され、基部２ｃ、突起部２ｄ、及び基部２ｃから延出し、弾性体２ｂをハウジング１に固定するためのフランジ部２ｅ、軸受部材における軸受外輪部２ｆにより構成されている。
突起部２ｄは、基部２ｃの外径側に沿って、弾性体２ｂの中心軸に対して同心円状に配置されている。突起部２ｄの移動体３側の面が移動体との接触面となっている。

移動体３は、弾性部材で形成された円環状の本体部３ａ、支持部３ｂ、及び振動体２の突起２ｄに摩擦接触する摩擦面を有する接触部３ｃから構成されている。
支持部３ｂ及び接触部３ｃは、ばね性を有する厚みで形成されており、振動体２に対して安定した接触が可能となっている。
移動体３の上面には、ばね受け部材４、ゴム板５を介して加圧ばね６の外周部が取付けられている。
加圧ばね６の内周部は出力軸８に焼嵌めされたディスク７に取付けられており、移動体３の駆動力を出力軸８に伝達している。
ばね受け部材４は、防振ゴム４ａと円環状の錘部材４ｂからなり、移動体３の不要な振動の発生を抑え、振動波モータの騒音や出力の低下を防止している。

出力軸８は、軸受部材を構成する一対の転がり軸受９ａ、９ｂによって回転自在に支持される。
軸受９ｂはハウジング１に外輪が固定され、出力軸８の外周に内輪が嵌合している。
一方、転がり軸受９ａは、振動体２の弾性体２ｂに一体的に形成された軸受外輪部２ｆと、転動体９ｃと、出力軸８に設けられた軸受内輪部８ａによって構成されている。
転がり軸受９ａの軸受内輪部８ａは、移動体３を振動体２に適切な力で加圧接触させるための加圧ばね６の変位量分だけ予圧がかけられている。
これにより、転がり軸受９ａの径方向のがたが排除され、出力軸８の径方向の振れを抑えることができる。

図２に示す図１の弾性体の一部を拡大した斜視図を用いて、本実施例の弾性体の構成について説明する。
図２に示すように、弾性体２ｂに一体的に形成された軸受外輪部２ｆは、減衰部２ｇと軌道輪を構成する外輪２ｈにより形成されている。
減衰部２ｇは、弾性体２ｂのフランジ部２ｅの内径側端部から、移動体３の設けられている方向に鉛直に延出しており、フランジ部２ｅの内径側端部よりも薄肉に形成され、ばね性を有している。外輪２ｈは、減衰部２ｇによって支持されている。
そのため、軸受外輪部２ｆ、軸受内輪部８ａ及び転動体９ｃから構成されている転がり軸受９ａを、振動体２と加圧ばね６との間に設けることでき、従来構造よりも振動波モータの小型化が可能となる。

また、振動波モータの出力トルクを大きくする場合には、加圧力を増大することが有効である。
しかし、加圧力は転がり軸受９ａが負担するため、軸受寿命を短くせずに加圧力を増やすためには、定格荷重の大きな軸受を使用しなければならない。
また、出力トルクを維持して耐久性を向上させる場合も同様に、軸受寿命を長くするために定格荷重の大きな軸受を使用しなければならない。
そのため、従来構造では出力トルクの増大や耐久性の向上に伴って軸受が大きくなり、振動波モータが大型化していた。
これに対し、本実施例では、図１に示すように、転がり軸受９ａは振動体２と加圧ばね６との間に設けられているため、転がり軸受９ａが大きくなっても振動波モータの大きさは変化しない。
そのため、振動波モータの大きさを維持しつつ、出力トルクの増加や耐久性の向上が可能となる。

ここで、本実施例において、外輪２ｈが減衰部２ｇを介して弾性体２ｂに設けらるようにしたことによる作用効果について説明する。
図１、図２に示すように、振動体２は、フランジ部２ｅを固定ねじ１０によってハウジング１に締結している。
そのため、フランジ部２ｅの締結部付近は、ハウジングの剛性で支えられており、振動体２の振動時にも、フランジ部２ｅの変形は微小となっている。
しかしながら、振動体２のハウジング１への締結は、周方向に所定の間隔をもってねじにより締結されている。
そのため、隣り合うねじ間は、ねじ締結によるハウジング１への圧接力が弱く、容易に変位できる。
これにより、フランジ部２ｅの非締結部付近は、振動体２の振動に伴って振動が生じている。
フランジ部２ｅに直接軸受の外輪を形成した場合、振動体２の振動に伴って生じるフランジ部２ｅの振動が軸受に伝播する。これにより、軸受にフレッチング摩耗が発生し、軸受寿命が著しく低下してしまう。

これに対し、本実施例では、減衰部２ｇは、フランジ部２ｅのハウジング１との固定部よりも薄肉に形成されており、ばね性を有している。
そのため、外輪２ｈは、減衰部２ｇによって柔支持される構成となっており、振動体２の振動に伴って生じるフランジ部２ｅの振動が減衰部２ｇで減衰され、該振動が外輪２ｈに伝播するのを抑制している。
これにより、振動体２の振動の伝播によって生じるフレッチング摩耗等の軸受寿命の低下を回避することができる。ここでフレッチングとは、二つの物体がある接触面圧で接触している状態で、外部荷重による繰り返し応力により接触部で生ずる繰り返しの摩擦力を伴った相対すべりのことをいう。また、フレッチング磨耗とはフレッチングによる繰り返し応力により、接触面には摩耗損傷が生ずることをいう。
さらに、減衰部２ｇは薄肉に形成されているため、振動体２の発熱が転がり軸受９ａに伝わりにくい構成になっている。
そのため、転がり軸受９ａの軸受グリースの熱によるグリース寿命の低下や潤滑機能の低下を抑制することができる。

なお、本実施例において、減衰部２ｇは、弾性体２ｂのフランジ部２ｅの内径側端部から移動体３の設けられている方向に鉛直に延出しているが、本発明はこれらの構成に限定されるものではない。
例えば、図３に示すように、減衰部１２ｇは、弾性体１２ｂのフランジ部１２ｅの内径側端部から外径側に向かって延出し、さらに移動体の設けられている方向に鉛直に延出するように設けられてもよい。
これにより、減衰部１２ｇは振動波モータの回転軸方向にもばね性を有する構造となり、振動の減衰性能が高まり、軸受寿命の向上が可能となる。
上記の図３において、符号１２ｂ乃至１２ｈは、図２の符号２ｂ乃至２ｈに対応している。

［実施例２］
実施例２として、弾性体や軸受の構成が実施例１と異なる形態とした振動波モータの構成例について、図４を用いて説明する。
弾性体や軸受の構成以外のその他の要素（圧電素子、移動体等）は、実施例１の対応するものと同一なので、説明を省略する。
本実施例では、図４に示すように、出力軸２８は、一対の転がり軸受２９ａ、２９ｂによって回転自在に支持される。
転がり軸受２９ａは、転がり軸受の保持部材を構成する振動体２２に設けられた軸受ホルダ２９ｃ及び軸受カバー２９ｄに外輪が固定され、出力軸２８の外周に内輪が嵌合している。
転がり軸受２９ｂはハウジング２１に外輪が固定され、出力軸２８の外周に内輪が嵌合している。
転がり軸受２９ａの内輪は、移動体２３を振動体２２に適切な力で加圧接触させるための加圧ばね２６の変位量分だけ、出力軸２８に形成された溝に装着された止め輪２８ｂによって予圧がかけられている。
これにより、転がり軸受２９ａの径方向のがたが排除され、出力軸２８の径方向の振れを抑えることができる。

図５に示す図４の軸受ホルダの一部を拡大した斜視図を用いて、本実施例の弾性体の構成について説明する。
図５に示すように、軸受ホルダ２９ｃは、固定部２９ｅ、取付け基準部２９ｆ、減衰部２９ｇ及び軸受嵌合部２９ｈから構成されている。
固定部２９ｅは、固定ねじ２０によって、ハウジング２１に振動体２２のフランジ部２２ｅと一体的に締結される。
その際、ハウジング２１に設けられている振動体２２との嵌合部と、軸受ホルダ２９ｃの取付け基準部２９ｆが嵌合するため、転がり軸受２９ａ、２９ｂ及び振動体２２の同軸度が良好に保たれ、振動波モータの安定した駆動が可能となっている。
減衰部２９ｇは、固定部２９ｅの端部から外径側に向かって延出しており、ばね性を有する厚みで形成されている。
転がり軸受２９ａの外輪が嵌合する軸受嵌合部２９ｈは、減衰部２９ｇの端部から、移動体２３の設けられている方向に鉛直に延出して形成されている。

これにより、転がり軸受２９ａを、振動体２２と加圧ばね２６との間に設けることができ、従来構造よりも振動波モータの小型化が可能となる。
また、転がり軸受２９ａは減衰部２９ｇによって柔支持される構成となっている。
そのため、振動体２２の振動に伴って生じるフランジ部２２ｅの振動が減衰部２９ｇで減衰され、該振動の転がり軸受２９ａへの伝播が抑制されている。これにより、振動体２２の振動の伝播によって生じるフレッチング摩耗等の軸受寿命の低下を回避することができる。

本実施例においても、減衰部２９ｇは薄肉に形成されているため、振動体２２の発熱が転がり軸受２９ａに伝わりにくい構成になっている。
これにより、転がり軸受２９ａの軸受グリースの熱によるグリース寿命の低下や潤滑機能の低下を防ぐことができる。
さらに、弾性体２２ｂと転がり軸受２９ａ、軸受ホルダ２９ｃはそれぞれ別部材となっており、弾性体と転がり軸受の外輪が一体的に形成されている場合に比べ、弾性体２２ｂの加工が容易になる。
また、軸受ホルダ２９ｃを振動減衰性能の高い金属や樹脂材料で作製することで、転がり軸受２９ａに伝播する振動をさらに抑制することができる。
また、転がり軸受２９ａの交換が必要になった際には、弾性体と転がり軸受の外輪が一体的に形成されている場合は弾性体の交換が必要になっていたが、本実施例では転がり軸受２９ａのみの交換ができ、コストが削減できる。

なお、本実施例において、固定部２９ｅは振動体２２に一体的に締結され、減衰部２９ｇは、固定部２９ｅの端部から外径側に向かって延出しているが、本発明はこれらの構成に限定されるものではない。
例えば、図６に示すように、減衰部３９ｇに中心軸に対して同心円状に穴部３９ｉを設けてもよい。これにより、減衰部３９ｇの振動の減衰性能を向上することができる。
また、図７に示すように、固定部４９ｅの振動体と締結される側の面に、ブチルゴムやクロロプレンゴム等の減衰材４９ｊを設けてもよい。
これにより、振動体の振動に伴って生じるフランジ部の振動を遮断し、転がり軸受に該振動が伝播するのをさらに抑制できる。
上記の図６、図７において、符号３９ｃ乃至３９ｈ、及び符号４９ｃ乃至４９ｈは、図５の符号２９ｃ乃至２９ｈに対応している。

［実施例３］
実施例３として、振動体及び移動体を２つ以上備えた上記各実施例と異なる形態の振動波モータの構成例について、図８を用いて説明する。
本実施例は、上記各実施例と振動体及び移動体を複数備えた構造とした点において相違する。
本実施例において、振動体及び移動体を複数備えた構造以外の各要素（圧電素子、移動体等）は、上記各実施例の対応するものと同一なので、説明を省略する。本実施例の振動波モータは、図８に示すように、振動体５２、移動体５４を夫々２つ備えており、一方の振動体５２に発生させる進行性の振動波の進行方向と逆方向の振動波を、他方の振動体５２に発生させることで駆動力を取り出している。
出力軸５８は一対の転がり軸受５９ａ、５９ｂによって回転自在に支持される。転がり軸受５９ａ、５９ｂは、夫々の振動体５２に設けられた軸受ホルダ５９ｃに外輪が固定され、出力軸５８の外周に内輪が嵌合している。
転がり軸受５９ａ、５９ｂの内輪は、出力軸５８に焼嵌された軸受ディスク５８ｃに取付けられているウェーブワッシャ５８ｄによる変位量分だけ、出力軸５８に形成された溝に装着された止め輪５８ｂによって予圧がかけられている。これにより、転がり軸受５９ａ、５９ｂの径方向のがたが排除され、出力軸５８の径方向の振れを抑えることができる。
また、外部装置の組付け時や駆動時に発生する出力軸方向の力に対して、十分な予圧を転がり軸受５９ａ、５９ｂに付与しているため、安定した駆動が可能となっている。

本実施例においても、２つの軸受ホルダ５９ｃは、それぞれ振動減衰部を備えており、振動体５２に固定しても転がり軸受５９ａ、５９ｂには振動が伝わりにくい構成となっている。
これにより、転がり軸受５９ａ、５９ｂを、振動体５２と加圧ばね５６との間に夫々設けることができ、従来構造よりも振動波モータの小型化が可能となる。
以上に説明したように、本発明の上記各実施例の構成によれば、出力性能や軸受寿命を維持したまま、振動波モータの小型化（薄型化）が可能となる。

２：振動体
２ａ：圧電素子
３：移動体
２ｇ、１２ｇ、２９ｇ、３９ｇ、４９ｇ：減衰部
２９ｃ、３９ｃ、４９ｃ、５９ｃ：軸受ホルダ

Claims (7)

1. 電気−機械エネルギー変換素子と、
   前記電気−機械エネルギー変換素子に固定され、前記電気−機械エネルギー変換素子への電圧の印加により振動する振動体と、
   前記振動体と加圧接触し、前記振動により摩擦駆動する移動体と、
   前記振動体と前記移動体とを前記加圧接触させると共に、前記移動体の駆動力を出力軸に伝達させるために設けられた加圧部材と、
   を有し、これらが円環状に形成された振動波モータであって、
   前記出力軸は、該出力軸を回転自在に支持する転がり軸受部材を備え、
   前記転がり軸受部材の一方の軌道輪は、
   前記円環状に形成された前記振動体に、振動減衰部を介して設けられ、
   前記振動減衰部および前記軌道輪は、前記振動体の前記移動体が設けられている側に設けられていることを特徴とする振動波モータ。
2. 前記軌道輪と前記振動減衰部は、前記振動体と一体的に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の振動波モータ。
3. 前記振動減衰部は、前記軌道輪を保持する前記振動体とは別部材で構成された保持部材に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の振動波モータ。
4. 前記軌道輪は、外輪であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の振動波モータ。
5. 前記振動減衰部および前記軌道輪は、前記振動体と前記加圧部材との間に設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の振動波モータ。
6. 前記振動減衰部は、ばね性を有する厚みで形成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の振動波モータ。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の振動波モータにおける前記移動体および前記振動体を、２つ以上備えていることを特徴とする振動波モータ。

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