JP2013021777A - Vibration type actuator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、振動体に振動を発生させ、その振動エネルギーを利用して駆動力を与える振動型アクチュエータに関するものである。 The present invention relates to a vibration type actuator that generates vibration in a vibrating body and applies a driving force using the vibration energy.
一般的に、振動型アクチュエータ(超音波モータ等の振動波モータ)は、駆動振動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駆動振動により相対的に移動させるように構成されている。
図9は、いわゆる円環型超音波モータの断面図である。
図9において、101はリング形状の振動体、102は前記振動体101の一方の面に固着された圧電素子、103は前記振動体の他方面に設置された摩擦部材、107は前記振動体101の前記摩擦部材3側に配置された移動体である。
113は円筒状の接触ばね構造であり、一方が前記移動体107に支持され、他方が円錐形状に加工され先端において前記摩擦部材103に加圧接触する。
移動体107は加圧ばね109によって加圧されており、移動体107の回転トルクは加圧ばね109、ディスク113を介してシャフト111に伝えられる。図10に振動体101を移動体107側から見た斜視図を示す。
図10において、振動体101は、移動体107と対向する面に複数のくし歯状の突起形状をしたくし歯部101aが円環状に配列されている。
そして、摩擦部材103が、前記複数のくし歯にそれぞれ配置される。摩擦部材が配置される側の反対の面には、前記圧電素子102が固着される。
前記圧電素子102には不図示の電極パターンが設けられており、本電極パターンに交番信号を印加することにより前記振動体101に曲げ振動を発生し移動体107を駆動する。
Generally, a vibration type actuator (vibration wave motor such as an ultrasonic motor) has a vibrating body in which driving vibration is formed and a moving body that is in pressure contact with the vibrating body. It is comprised so that it may move relatively with drive vibration.
FIG. 9 is a cross-sectional view of a so-called annular ultrasonic motor.
In FIG. 9, 101 is a ring-shaped vibrating body, 102 is a piezoelectric element fixed on one surface of the vibrating
The moving
In FIG. 10, the
A
The
図11に、特許文献1に開示されている振動型アクチュエータにおける移動体の構造を示す。
図11に示すように、移動体213を両端支持条件の梁構造とすることで、加圧方向(面Aに垂直方向)に弾性を持たせている。
詳しくは、移動体213は、移動体梁部210、梁部210の両端部から延出した移動体第一突起部211、振動体216との接触面側の梁部210から延出した移動体第二突起部212、等により構成されている。
FIG. 11 shows the structure of the moving body in the vibration type actuator disclosed in
As shown in FIG. 11, the moving body 213 has a beam structure that is supported at both ends, thereby providing elasticity in the pressing direction (perpendicular to the plane A).
Specifically, the moving body 213 includes a moving body beam portion 210, a moving body
しかしながら、上記従来例の振動型アクチュエータは、つぎのような課題を有している。
近年、振動型アクチュエータの高トルク化および高出力化が求められており、これに伴い、図9における移動体107を振動体101に押し付ける力、すなわちモータ加圧力が増大している。
摩擦接触部の発熱は、接触部の面圧と相対滑りに依存した摺動損失エネルギーによるものが支配的であり、前記モータ加圧力の増大が摩擦接触部の急激な温度上昇を引き起こしている。
従来の構成において、接触部で発生した熱は図12の矢印で表す伝熱経路で移動体本体側に放熱される。
しかし、図12の丸で囲った移動体梁部210は加圧方向に弾性をもたせるため、比較的薄肉化された断面積の小さい構造であることから、この部分における熱抵抗が大きくなっている。
これにより、移動体第二突起部212の昇温を緩和、あるいは防止することが困難である。
However, the above-described conventional vibration type actuator has the following problems.
In recent years, there has been a demand for higher torque and higher output of vibration type actuators, and accordingly, the force for pressing the moving
The heat generation at the frictional contact portion is predominantly due to the sliding loss energy depending on the surface pressure of the contact portion and the relative slip, and the increase in the motor pressing force causes a rapid temperature increase at the frictional contact portion.
In the conventional configuration, the heat generated at the contact portion is radiated to the moving body main body side through the heat transfer path indicated by the arrow in FIG.
However, since the movable beam portion 210 surrounded by a circle in FIG. 12 has elasticity in the pressurizing direction, it has a relatively thin cross-sectional structure, so that the thermal resistance in this portion is large. .
Thereby, it is difficult to reduce or prevent the temperature rise of the moving body second protrusion 212.
このような大きい熱抵抗による摩擦接触部の急激な温度上昇は、接触部を構成する部品を変形させて接触状態を不安定にする。
また、接触部界面の摩擦係数など摩擦材料のメカ特性への影響が大きくなる。
これらの作用によって、耐久性などを含めモータ性能が大きく変化してしまい、安定した駆動源の供給が困難となる。
Such a rapid temperature rise of the frictional contact portion due to the large thermal resistance deforms the parts constituting the contact portion and makes the contact state unstable.
In addition, the influence on the mechanical properties of the friction material, such as the coefficient of friction at the contact portion interface, is increased.
Due to these actions, motor performance including durability and the like greatly change, and it becomes difficult to supply a stable driving source.
本発明は、上記課題に鑑み、接触部界面の摺動損失エネルギーとして発生した熱を効率的に逃がし、界面温度の昇温を緩和、あるいは抑制することが可能となる振動型アクチュエータの提供を目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a vibration type actuator that can efficiently release the heat generated as the sliding loss energy at the interface of the contact portion and reduce or suppress the temperature rise of the interface temperature. And
本発明の振動型アクチュエータは、電気−機械エネルギー変換素子を有する振動体と、前記振動体と加圧接触する移動体と、を備え、
前記電気−機械エネルギー変換素子への交番信号の印加により、前記振動体に励起される振動波によって前記移動体を摩擦駆動し、前記移動体を前記振動体に対して相対移動させる振動型アクチュエータであって、
前記振動体または前記移動体のいずれか一方に、いずれか他方と摩擦接触する摩擦接触部を有する接触ばね構造を備え、
前記接触ばね構造と前記振動体または前記移動体を構成する本体部との間には間隙が形成され、
前記間隙に、前記摩擦接触部に発生する熱を放熱する放熱手段を介在させたことを特徴とする。
The vibration type actuator of the present invention includes a vibrating body having an electro-mechanical energy conversion element, and a moving body in pressure contact with the vibrating body,
A vibration type actuator that frictionally drives the moving body by a vibration wave excited by the vibrating body by applying an alternating signal to the electro-mechanical energy conversion element, and moves the moving body relative to the vibrating body; There,
A contact spring structure having a friction contact portion that frictionally contacts either one of the vibrating body or the moving body,
A gap is formed between the contact spring structure and the main body constituting the vibrating body or the moving body,
A heat radiating means for radiating heat generated in the friction contact portion is interposed in the gap.
本発明によれば、接触部界面の摺動損失エネルギーとして発生した熱を効率的に逃がし、界面温度の昇温を緩和、あるいは抑制することが可能となる振動型アクチュエータを実現することができる。 According to the present invention, it is possible to realize a vibration type actuator that can efficiently release the heat generated as the sliding loss energy at the interface of the contact portion and reduce or suppress the temperature rise of the interface temperature.
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。 The mode for carrying out the present invention will be described with reference to the following examples.
[実施例1]
実施例1として、本発明を適用した振動型アクチュエータの構成例について、図1〜図6を用いて説明する。
本実施例の振動型アクチュエータは、電気−機械エネルギー変換素子を有する振動体と、該振動体と加圧接触する移動体と、を備える。
そして、上記電気−機械エネルギー変換素子への交番信号の印加により、振動体に励起される振動によって移動体を摩擦駆動し、移動体を該振動体に対して相対移動させるように構成される。
その具体的構成として、図1に本実施例の振動型アクチュエータの断面斜視図を示す。
1は振動体で、圧電素子(電気−機械エネルギー変換素子)2に印加される交番信号により駆動振動である高周波の曲げ振動を発生する。
7は移動体で、加圧ばね9によりばね受け部8を介して軸方向に押圧され、振動体1の接触部と加圧接触する。
このとき、移動体7は振動体1の高周波振動により回転方向に駆動され、駆動力は一体的に駆動されるばね受け部8、加圧ばね9、ディスク12を介しシャフト11に伝達される。
図1において、丸で囲んだ部分が移動体7に設けられた接触ばね構造13である。
[Example 1]
As a first embodiment, a configuration example of a vibration type actuator to which the present invention is applied will be described with reference to FIGS.
The vibration type actuator of the present embodiment includes a vibrating body having an electro-mechanical energy conversion element and a moving body that comes into pressure contact with the vibrating body.
Then, by applying an alternating signal to the electro-mechanical energy conversion element, the moving body is frictionally driven by the vibration excited by the vibrating body, and the moving body is moved relative to the vibrating body.
As its specific configuration, FIG. 1 shows a cross-sectional perspective view of the vibration type actuator of the present embodiment.
At this time, the moving
In FIG. 1, a circled portion is a
図2は、図1の接触ばね構造13を拡大した断面図である。
移動体7は、振動体と摩擦接触する摩擦接触部4を有する接触ばね構造13と本体部10で構成される。
接触ばね構造13は、摩擦接触部4と円筒部5および円筒部から径方向に張出しているフランジ部6から構成される。前記接触ばね構造13以外の部分が本体部10である。本実施例の振動型アクチュエータは、加圧ばね9によるモータ加圧力に対し軸方向のばね性を有するフランジ部6が弾性変形することで滑らかな接触を実現している。円筒部5は、摩擦接触部4とフランジ部6とを連結している。
しかしながら、本構成は接触ばね構造の一例である。本発明において、接触ばね構造は、摩擦力を伝達する接触面を有する摩擦接触部と、該接触面に垂直な方向のばね性を持たせる弾性部と、を有し、必要に応じてこれらを連結する連結部を更に有する。
そして、本体部とは接触ばね構造の振動を外部へ逃がさず遮断しようとするもので、振動振幅を低減する機能を有するものとする。
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of the
The moving
The
However, this configuration is an example of a contact spring structure. In the present invention, the contact spring structure includes a friction contact portion having a contact surface for transmitting a frictional force, and an elastic portion for providing a spring property in a direction perpendicular to the contact surface. It further has a connection part to connect.
The main body portion is intended to block the vibration of the contact spring structure without escaping to the outside, and has a function of reducing the vibration amplitude.
図3に、振動型アクチュエータの接触状態を説明する断面図を示す。図3は振動体1と移動体7の接触状態を、中心軸を通る断面で見たものである。
実線は、稼働時における振動体1の駆動振動による突き上げ運動を示しており、破線は停止時(振動振幅ゼロ)を示している。
この突き上げ運動に対し、接触ばね構造は円筒部5とフランジ部6のリンク機構によって、摩擦接触部の接触状態を維持しながら弾性変形する。
このとき、本体部10では弾性変形がほとんど無視できるレベルの振幅になっている。
なお、本実施例では接触ばね構造13を移動体側に設けているが、本発明はこのような構成に限定されるものではない。
振動体と前記移動体との間における振動体または移動体のいずれか一方に、いずれか他方と摩擦接触する摩擦接触部を有する接触ばね構造を備えるようにした構成を採ることができる。振動体側に同等の機能を有する接触ばね構造を配置しても滑らかな接触を実現することが可能である。
また、本実施形態は円環型超音波モータに関するものであるが、振動体の形式はこれに限られたものではなく、くし歯部を持たない回転型、リニアタイプ等の振動型アクチュエータにも適用可能な構成である。
FIG. 3 is a sectional view for explaining the contact state of the vibration type actuator. FIG. 3 shows the contact state between the vibrating
A solid line indicates a push-up motion due to driving vibration of the vibrating
In response to this push-up motion, the contact spring structure is elastically deformed while maintaining the contact state of the friction contact portion by the link mechanism of the cylindrical portion 5 and the flange portion 6.
At this time, the
In the present embodiment, the
It is possible to adopt a configuration in which either one of the vibrating body or the moving body between the vibrating body and the moving body is provided with a contact spring structure having a friction contact portion that frictionally contacts with the other. Even if a contact spring structure having an equivalent function is arranged on the vibrating body side, smooth contact can be realized.
In addition, the present embodiment relates to an annular ultrasonic motor, but the form of the vibrating body is not limited to this, and it can be applied to a vibration type actuator such as a rotary type or a linear type that does not have a comb tooth portion. Applicable configuration.
図4に、本実施例の特徴的構成を説明する断面図を示す。
本実施例における移動体7は、接触ばね構造と、上記移動体を構成する本体部と、の間に間隙が形成されるよう、構成されている。
具体的には、移動体7は、本体部10と接触ばね構造13に囲われた間隙を有しており、この間隙内部に放熱手段である冷却用補助部材として液体14を保持している。
液体14は該間隙を完全に満たす必要はないが、同図に示すように摩擦接触部と本体部の間に伝熱経路を形成する量を充填することによって、効果的な放熱が実現可能となる。
本実施例の移動体は、接触ばね構造を含む部分と残りの部分の二体を接合した構成を備え、接合後に注入孔16より液体14を注入することで得られる。
冷却補助部材用の液体としては、比較的熱伝導率の高いシリコーングリスやシルバーグリスなど放熱性に優れたグリスを使用することができる。
なお冷却補助部材用の液体としては、他にも冷却水や各種オイル、液体金属、ゾルなど半固体状のものでも同様の効果が得られる。
保持されるグリスの量が不足した場合には、注入孔よりグリスを補給することで冷却性能の維持が可能である。
なお、実使用で液漏れが発生するようなら注入孔を塞いで使用すればよい。
一方注入孔を設けない場合は、接触ばね構造が形成する凹部に冷却用の液体を溜めた状態で移動体の接合行程を行うことで本構成を得ることが可能である。
FIG. 4 is a cross-sectional view for explaining the characteristic configuration of this embodiment.
The moving
Specifically, the moving
The liquid 14 does not need to completely fill the gap, but as shown in the figure, it is possible to realize effective heat dissipation by filling an amount that forms a heat transfer path between the friction contact portion and the main body portion. Become.
The moving body of the present embodiment has a configuration in which two parts including a contact spring structure and the remaining part are joined, and is obtained by injecting the liquid 14 from the
As the liquid for the cooling auxiliary member, it is possible to use grease having excellent heat dissipation such as silicone grease or silver grease having relatively high thermal conductivity.
In addition, as the liquid for the cooling auxiliary member, the same effect can be obtained by using a semi-solid liquid such as cooling water, various oils, liquid metal, or sol.
When the amount of grease to be held is insufficient, the cooling performance can be maintained by replenishing the grease from the injection hole.
If liquid leakage occurs in actual use, the injection hole may be closed.
On the other hand, when the injection hole is not provided, it is possible to obtain this configuration by performing the joining process of the moving body in a state where the cooling liquid is stored in the recess formed by the contact spring structure.
図5に、注入孔の位置に関する本実施例の変形例の構成を示す。
図4では、冷却補助部材14が揮発した場合、または微少量の漏れが発生した場合、接触部に影響を及ぼさないようできるだけ接触部から離れた位置に注入孔を設けられている。
これに対して、この変形例では注入孔16を移動体7の外周部に設けられているが、冷却補助部材に作用する遠心力などを加味して、注入孔16を内周側や軸方向上部に設けても全く問題はない。
FIG. 5 shows a configuration of a modified example of the present embodiment regarding the position of the injection hole.
In FIG. 4, when the cooling
On the other hand, in this modification, the
更に図6に、本実施例の他の変形例を示す。
図6の変形例は、移動体内部に保持される冷却補助部材として弾性体15を使用した例である。
この変形例では、比較的熱伝導率の高いゴムを使用している。ゴムは本体部と接触ばね構造の間に挟まれた状態で配置され、摩擦接触部での発熱を本体部へ伝達する役割を担う。
この変形例における構成で使用可能な弾性部材は、駆動振動による接触ばね構造の変形に大きな影響を及ぼさないことが必要であり、接触ばね構造のばね定数よりも小さい値の弾性部材を選択する。接触ばね構造のばね定数に対し無視できる程度の小さい値を有するものを選択することが好ましい。
FIG. 6 shows another modification of this embodiment.
The modification of FIG. 6 is an example in which the
In this modification, rubber having a relatively high thermal conductivity is used. The rubber is disposed in a state of being sandwiched between the main body portion and the contact spring structure, and plays a role of transmitting heat generated at the friction contact portion to the main body portion.
The elastic member that can be used in the configuration in this modification needs to have no significant influence on the deformation of the contact spring structure due to drive vibration, and an elastic member having a value smaller than the spring constant of the contact spring structure is selected. It is preferable to select a contact spring structure having a negligible value for the spring constant.
本実施例における冷却補助部材用の弾性体としては、他にも振動型アクチュエータの駆動振動振幅レベルの微小変形に対する弾性が小さい樹脂類、細線金属ワイヤを例えばたわし状にしたものを用いることができる。
あるいは、熱伝導性の高い例えば銅の粉末や例えばアルミ系のフィラーを添加して熱伝導性を高めた樹脂の粉末、発泡材、ゲル、熱伝導性の高いグラファイトを含む樹脂シートといったものでもよい。これらのものによっても、同様の効果を得ることができる。
As the elastic body for the cooling auxiliary member in the present embodiment, there can also be used, for example, a resin having a low elasticity with respect to minute deformation of the drive vibration amplitude level of the vibration type actuator, or a thin wire metal wire that has been crushed. .
Alternatively, for example, copper powder having high thermal conductivity, resin powder having increased thermal conductivity by adding, for example, an aluminum filler, foam material, gel, or resin sheet containing graphite having high thermal conductivity may be used. . The same effect can be obtained also by these.
[実施例2]
実施例2として、実施例1と異なる形態の振動型アクチュエータの構成例について、図7、図8を用いて説明する。
実施例1では摩擦接触部に発生する熱を放熱する放熱手段として、上記間隙に液体または弾性部材のうちのいずれか一方を介在させたのに対して、本実施例では本体部側に形成された、摩擦接触部と非接触の近接面を有する熱伝導部材を、上記間隙に介在させている。
その具体的構成を図7に示す。
図7に示すように、移動体7は、本体部10と接触ばね構造13に囲われた間隙を有しており、この間隙内部に本体部10と一体的に構成された近接面形成部材17を有している。
図7に示す17の下側の面が近接面であり、接触ばね構造の摩擦接触部に近接した位置に非接触で配置される。
近接面と摩擦接触部の間は、気体が介在しておりふく射および気体による熱伝達により接触部の熱を放熱する仕組みである。
なお、非接触に配置する理由は、近接面形成部材17が接触部の接触状態に影響を与えないようにするためである。
このとき、近接面は摩擦接触により発生した熱を効率よく放熱するためには、より近い距離に配置することが必要である。
コストに見合った現実的な加工精度を考慮すると0.1mm程度まで近づけることが好ましい。
[Example 2]
As a second embodiment, a configuration example of a vibration type actuator having a different form from the first embodiment will be described with reference to FIGS.
In the first embodiment, as a heat radiating means for radiating heat generated in the frictional contact portion, either the liquid or the elastic member is interposed in the gap, whereas in the present embodiment, it is formed on the main body portion side. In addition, a heat conducting member having a noncontact contact surface with the frictional contact portion is interposed in the gap.
The specific configuration is shown in FIG.
As shown in FIG. 7, the moving
The lower surface of 17 shown in FIG. 7 is the proximity surface, and is disposed in a non-contact manner at a position close to the friction contact portion of the contact spring structure.
Gas is interposed between the proximity surface and the friction contact portion, and the heat of the contact portion is radiated by radiation and heat transfer by the gas.
The reason for non-contact arrangement is to prevent the proximity surface forming member 17 from affecting the contact state of the contact portion.
At this time, it is necessary to arrange the proximity surface at a closer distance in order to efficiently dissipate the heat generated by the frictional contact.
In consideration of realistic machining accuracy commensurate with the cost, it is preferable to approach to about 0.1 mm.
図8に、本実施例の変形例を示す。
図8に示す変形例は、近接面と摩擦接触部の間に冷却補助部材として実施例1で示した液体あるいは弾性部材を充填したものである。
この構成により、発熱源から本体部へ熱抵抗の低い伝熱経路が形成され、飛躍的に高効率で摩擦接触部の発熱を逃がすことが可能となる。
FIG. 8 shows a modification of this embodiment.
In the modification shown in FIG. 8, the liquid or elastic member shown in the first embodiment is filled as a cooling auxiliary member between the proximity surface and the friction contact portion.
With this configuration, a heat transfer path having a low thermal resistance is formed from the heat generation source to the main body, and heat generation from the frictional contact portion can be relieved with high efficiency.
以上に説明したように、本発明の上記した間隙に摩擦接触部に発生する熱を放熱する放熱手段を介在させるようにした構成によれば、摩擦接触部の熱を熱抵抗が大きい薄肉構造を介さずに放熱することが可能となる。
また、モータの高トルク化および高出力化にともなう摩擦接触部の昇温を緩和、あるいは防止し、安定した性能を維持することが可能となる。
また、簡単かつ製造上負荷の小さい形状を採ることができ、特別な冷却装置を用いることによる大幅なコストアップを避けることが可能となる。
さらに、従来から既存のスペースを有効利用することができ、振動型アクチュエータの占有スペースの増加も避けることが可能である。
そして、これらの構成は、複写機やカメラ用交換レンズ等を含む広い分野にわたって用いられている振動型アクチュエータに適用することができ、これにより高出力化に対応することが可能となる。
As described above, according to the configuration of the present invention in which the heat dissipation means for radiating the heat generated in the friction contact portion is interposed in the above-described gap, the heat of the friction contact portion is reduced with a large thermal resistance. It is possible to dissipate heat without intervention.
Further, it is possible to alleviate or prevent the temperature rise of the frictional contact portion accompanying the increase in torque and output of the motor, and maintain stable performance.
In addition, it is possible to adopt a shape that is simple and has a small manufacturing load, and it is possible to avoid a significant increase in cost due to the use of a special cooling device.
Furthermore, the existing space can be used effectively and an increase in the space occupied by the vibration actuator can be avoided.
These configurations can be applied to vibration type actuators used in a wide range of fields including copying machines, interchangeable lenses for cameras, and the like, thereby making it possible to cope with high output.
1:振動体
2:圧電素子
4:摩擦接触部
5:円筒部
6:フランジ部
7:移動体
8:ばね受け部
9:加圧ばね
10:本体部
11:シャフト
12:ディスク
13:接触ばね構造
14:冷却補助部材(液体)
15:冷却補助部材(弾性体)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1: Vibrating body 2: Piezoelectric element 4: Friction contact part 5: Cylindrical part 6: Flange part 7: Moving body 8: Spring receiving part 9: Pressure spring 10: Main-body part 11: Shaft 12: Disc 13: Contact spring structure 14: Cooling auxiliary member (liquid)
15: Cooling auxiliary member (elastic body)
Claims (4)
前記電気−機械エネルギー変換素子への交番信号の印加により、前記振動体に励起される振動波によって前記移動体を摩擦駆動し、前記移動体を前記振動体に対して相対移動させる振動型アクチュエータであって、
前記振動体または前記移動体のいずれか一方に、いずれか他方と摩擦接触する摩擦接触部を有する接触ばね構造を備え、
前記接触ばね構造と前記振動体または前記移動体を構成する本体部との間には間隙が形成され、
前記間隙に、前記摩擦接触部に発生する熱を放熱する放熱手段を介在させたことを特徴とする振動型アクチュエータ。 A vibrating body having an electro-mechanical energy conversion element, and a moving body in pressure contact with the vibrating body,
A vibration type actuator that frictionally drives the moving body by a vibration wave excited by the vibrating body by applying an alternating signal to the electro-mechanical energy conversion element, and moves the moving body relative to the vibrating body; There,
A contact spring structure having a friction contact portion that frictionally contacts either one of the vibrating body or the moving body,
A gap is formed between the contact spring structure and the main body constituting the vibrating body or the moving body,
A vibration type actuator characterized in that a heat radiating means for radiating heat generated in the friction contact portion is interposed in the gap.
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