JP2013138583A - Vibration actuator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、振動アクチュエータに係り、特に、振動アクチュエータの回転子と振動子との接触部を潤滑可能な振動アクチュエータに関する。 The present invention relates to a vibration actuator, and more particularly to a vibration actuator capable of lubricating a contact portion between a rotor and a vibrator of the vibration actuator.
多自由度であり、且つ高トルクな駆動を要求される部位に使用されるアクチュエータとして、超音波振動を発生して駆動する振動アクチュエータが使用されている。
振動アクチュエータには、超音波振動を発生する圧電素子等の振動手段と、振動手段に接触させて固定された振動子と、振動子に接触させて配置された回転子とが設けられている。振動子は、振動手段が発生する超音波振動からなる複合振動によって回転子との接触部に振動を発生させ、回転子は、この振動する接触部との間に発生する摩擦力によって、回転移動される。このような振動アクチュエータでは、回転子が振動子と接触した状態で回転されるため、これらの接触部分に摩耗が発生する。そこで、回転子と振動子との間の接触部分の摩耗を低減する技術が提案されている。
A vibration actuator that generates and drives ultrasonic vibrations is used as an actuator that is used in a portion that is required to be driven with a high degree of freedom and high torque.
The vibration actuator is provided with vibration means such as a piezoelectric element that generates ultrasonic vibrations, a vibrator fixed in contact with the vibration means, and a rotor disposed in contact with the vibrator. The vibrator generates vibration at the contact portion with the rotor by a composite vibration composed of ultrasonic vibration generated by the vibration means, and the rotor is rotated by the frictional force generated between the vibrating contact portion and the vibrator. Is done. In such a vibration actuator, since the rotor is rotated in contact with the vibrator, wear occurs at these contact portions. Therefore, a technique for reducing the wear of the contact portion between the rotor and the vibrator has been proposed.
例えば、特許文献1には、球体の回転子(ロータ)を回転移動させる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、振動手段及び振動子(ステータ)が互いに連結されて円柱状の外形を形成し、振動子における振動手段との接触面と反対側の面に円筒状の凹部が形成され、この凹部の環状をした角部に回転子が接触配置されている。また、回転子には、凹部と反対側から、予圧部によって振動子に押し付けられる方向に予圧がかけられている。さらに、予圧部には、回転子に向かって開いた凹部が形成されており、この凹部の中には、グリス等の潤滑剤が収容されている。また、振動子の凹部にも、グリス等の潤滑剤が収容されている。そして、予圧部及び振動子のそれぞれには、予圧部の凹部及び振動子の凹部に連通する潤滑剤供給経路が形成されており、各凹部には、予圧部及び振動子の外部から潤滑剤を補給することができる。よって、特許文献1の振動アクチュエータでは、予圧部の凹部から予圧部と回転子との間に潤滑剤が供給されて潤滑され、振動子の凹部から振動子と回転子との間に潤滑剤が供給されて潤滑される。
For example,
しかしながら、特許文献1の振動アクチュエータでは、予圧部及び振動子に潤滑剤を収容する凹部及び各凹部へ潤滑剤を供給する経路を形成しているため、その構造が複雑になり、製作工数も増大するため、コストが増大するという問題がある。さらに、回転子が球体でなくローラ等であり、予圧を回転子の外部からではなく内部からかける場合には、潤滑剤を収容する凹部の構造がさらに複雑になり、コストが増大するという問題がある。
However, in the vibration actuator of
この発明は、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、回転子と振動子との接触部に潤滑剤を供給する構造の簡易化を図る振動アクチュエータを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such problems, and an object thereof is to provide a vibration actuator that simplifies a structure for supplying a lubricant to a contact portion between a rotor and a vibrator. To do.
この発明に係る振動アクチュエータは、回転子と、回転子に接触する当接面を有する振動子と、振動子を振動させる振動手段と、回転子を振動子に加圧する予圧手段と、振動子の当接面の近傍に且つ回転子に接触させて設けられる供給体とを備え、供給体は、潤滑剤を保持しており、回転子は、振動子の当接面と接触する対向面を有し、対向面は、凹部を有する。
供給体から供給される潤滑剤を凹部に保持し、回転子の回転とともに振動子の当接面に搬送・供給することにより、摩耗の発生をより簡易な構造によって効率よく防止することができる。
A vibration actuator according to the present invention includes a rotor, a vibrator having a contact surface that contacts the rotor, a vibration means that vibrates the vibrator, a preload means that pressurizes the rotor against the vibrator, A supply body provided near the contact surface and in contact with the rotor, the supply body holds a lubricant, and the rotor has a facing surface that contacts the contact surface of the vibrator. The opposing surface has a recess.
By holding the lubricant supplied from the supply body in the recess and transporting / supplying the lubricant to the contact surface of the vibrator along with the rotation of the rotor, the occurrence of wear can be efficiently prevented with a simpler structure.
この発明に係る振動アクチュエータは、回転子の対向面は、振動子の当接面に面接触する平坦部を有し、凹部は、潤滑剤を保持可能な複数の穴を有してもよい。
また、凹部は、回転子の対向面に形成された、潤滑剤を保持可能な少なくとも1つの溝を有してもよい。
また、凹部は複数の溝を有しており、溝は交差する複数の溝方向を有してもよい。
さらに、振動子は、突出する突出爪部を有し、突出爪部の表面の一部に当接面が形成され、供給体は、突出爪部の少なくとも一部に接触しており、当接面は潤滑油を保持可能な複数の溝を有することもできる。
また、供給体は、多孔質性の部材に潤滑剤を含浸させたものであってもよい。
さらにまた、振動手段は、振動の腹の位置又は振動の腹の近傍が振動子の当接面に含まれるように、振動が制御されてもよい。
In the vibration actuator according to the present invention, the opposing surface of the rotor may have a flat portion that is in surface contact with the contact surface of the vibrator, and the concave portion may have a plurality of holes that can hold the lubricant.
Further, the recess may have at least one groove formed on the opposing surface of the rotor that can hold the lubricant.
Moreover, the recessed part may have a plurality of grooves, and the grooves may have a plurality of groove directions intersecting each other.
Further, the vibrator has a protruding claw portion, a contact surface is formed on a part of the surface of the protruding claw portion, and the supply body is in contact with at least a part of the protruding claw portion, The surface can also have a plurality of grooves capable of holding lubricating oil.
The supply body may be a porous member impregnated with a lubricant.
Furthermore, the vibration of the vibration means may be controlled such that the position of the vibration antinode or the vicinity of the vibration antinode is included in the contact surface of the vibrator.
この発明によれば、振動アクチュエータの回転子と振動子との接触部に潤滑剤を供給する構造の簡易化を図ることができる。 According to the present invention, the structure for supplying the lubricant to the contact portion between the rotor and the vibrator of the vibration actuator can be simplified.
以下に、この発明の実施の形態について、添付図面に基づいて説明する。
実施の形態1.
まず、図1〜3を用いて、この発明の実施の形態1に係る振動アクチュエータ101の構成を示す。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
First, the configuration of the
図1を参照すると、振動アクチュエータ101は、円筒状をした一対の第一ローラ部1a及び第二ローラ部1bを備えている。第一ローラ部1a及び第二ローラ部1bは、同形状をして対向して設けられている。また、第一ローラ部1a及び第二ローラ部1bは、ローラ軸1cによって連結されて、ローラ軸1cを中心に一体に回転動作することができ、第一ローラ部1a、第二ローラ部1b及びローラ軸1cは、1つのローラ1を形成している。ここで、ローラ1は回転子を構成している。
さらに、第一ローラ部1a及び第二ローラ部1bには、それぞれの円筒面1aa及び1baにおいて、柱状のアーム部材6が連結されている。よって、第一ローラ部1a及び第二ローラ部1bがローラ軸1cを中心に紙面上で時計回りの方向P又は反時計回りの方向Qに回転すると、アーム部材6が、第一ローラ部1a及び第二ローラ部1bと共に、方向P又は方向Qに回転移動する。
なお、円筒面1aa及び1baは対向面を構成している。
Referring to FIG. 1, the
Furthermore,
The cylindrical surfaces 1aa and 1ba constitute opposing surfaces.
ここで、図3(a)は、図1に示す切断線L’−L”に沿って測った第一ローラ部1aの円筒面1aaの粗さ曲線と、その表面状態を模式的に示す部分拡大図である。図3(a)に示すように、円筒面1aaには、表面全体にわたり平坦な面を構成する平坦部Wと微細な穴や溝を構成する凹部Vとが形成されている。平坦部Wは円筒面1aaの各部分において第一ローラ部1aの中心からの距離が等しくなるように形成されており、後述する振動子2の第一当接面2a1及び第二当接面2b1と面接触する部分である。また、凹部Vとは、ローラ1の円筒面1aaにおいて、後述する振動子2の第一当接面2a1及び第二当接面2b1と反対方向に凹となる部分をいう。平坦部Wからの凹部Vの深さは、約0.5〜2.0μmである。また、図3(a)に示す第一ローラ部1aの円筒面1aaの表面粗さを十点平均粗さRZJISで表した時の値は約1.6μmとなっている。第二ローラ部1bの円筒面1baについても同様とする。
Here, FIG. 3A is a portion schematically showing the roughness curve of the cylindrical surface 1aa of the
また、図1及び2に示すように、振動アクチュエータ101は、第一ローラ部1a及び第二ローラ部1bそれぞれの円筒面1aa及び1baに接触するようにして配置された略円筒状の振動子2を有している。振動子2には、第一ローラ部1a及び第二ローラ部1b側となる端面2cにおいて、帯状に突出する第一突出爪部2a及び第二突出爪部2bが平行に形成されている。そして、第一突出爪部2a及び第二突出爪部2bは、これらの間に溝部2abを形成している。また、第一突出爪部2a及び第二突出爪部2bはそれぞれ溝部2ab側の角部が、第一ローラ部1a及び第二ローラ部1bの円筒面1aa及び1baに沿って当接するような曲面状に面取りされている。この面取りされた部分が第一当接面2a1及び第二当接面2b1を形成している。よって、振動子2は、第一突出爪部2aの第一当接面2a1及び第二突出爪部2bの第二当接面2b1を、第一ローラ部1aの円筒面1aa及び第二ローラ部1bの円筒面1baと接触させている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
また、振動アクチュエータ101は、振動子2における第一ローラ部1a及び第二ローラ部1bと反対側の端面に、円筒状の圧電素子3を有しており、振動子2と圧電素子3とは互いに連結・固定されている。圧電素子3は、図示しない駆動回路に電気的に接続される複数の圧電素子板を積層した構造を有している。そして、圧電素子3の複数の圧電素子板は、交流電圧を印加されることによって超音波振動を発生する。ここで、圧電素子3は、振動手段を構成している。
さらに、圧電素子3における振動子2と反対側の端面には、円筒状をした第一基部ブロック4及び第二基部ブロック5が順次設けられ、これらは互いに固定されている。
The
Further, a cylindrical
また、ローラ軸1cには、予圧部材8が回転自在に設けられている。予圧部材8は、ローラ軸1cに対してその周りを取り囲むようにして回転自在に取り付けられた取付部8aと、取付部8aに連結されて振動子2、圧電素子3及び第一基部ブロック4を貫通する棒状の軸部8bと、第二基部ブロック5に設けられて取付部8aと反対側で軸部8bに連結された付勢部8cとを有している。付勢部8cは、軸部8bに対して取付部8aと反対側の方向Fに引張する力を加える。よって、予圧部材8の付勢部8cの引張力によって、軸部8bは方向Fに引き付けられ、第一ローラ部1a及び第二ローラ部1bが、振動子2に押し付けられている。すなわち、第一ローラ部1a及び第二ローラ部1bは、振動子2に対して加圧する予圧力が付与されて、振動子2に対して固定されている。なお、予圧部材8は、予圧手段を構成している。
ここで、説明の便宜上、第二基部ブロック5からローラ軸1cへ向かう予圧部材8の軸部8bの軸方向をz軸正方向と規定し、z軸に対して垂直であるローラ軸1cの軸方向にx軸が、x軸及びz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。
A
Here, for convenience of explanation, the axial direction of the
また、振動アクチュエータ101は、振動子2の溝部2abに設けられ、且つx軸方向に延びる略直方体状をした潤滑部材10を有している。潤滑部材10は、振動子2の第一突出爪部2a及び第二突出爪部2bに隣接し接触するようにして設けられ、第一当接面2a1に隣接する位置から第二当接面2b1に隣接する位置の間の全体にわたり第一ローラ部1a及び第二ローラ部1bと接触すると共に、振動子2の溝部2abの端面2cと接触している。このとき、第一ローラ部1a及び第二ローラ部1bのそれぞれにおいて、潤滑部材10がと接触している部位と、第一突出爪部2aの第一当接面2a1及び第二突出爪部2bの第二当接面2b1が接触している部位とは、重なっていない。すなわち、潤滑部材10、並びに第一当接面2a1及び第二当接面2b1はそれぞれ、第一ローラ部1a及び第二ローラ部1bと直接接触している。
ここで、潤滑部材10は、供給体を構成している。
The
Here, the lubricating
また、潤滑部材10は、可撓性及び/又は弾性を有する多孔質性の樹脂部材に、潤滑油や潤滑性微粒子等の潤滑剤を含浸させたものである。なお、以下の実施の形態では、潤滑剤としてオイルやグリスなどの潤滑油を使用するものとする。
そして、潤滑部材10は、予圧力により振動子2に押し付けられる第一ローラ部1a及び第二ローラ部1bと接触し且つこれらによって押し潰され、円筒面1aa及び1baの形状にならうように変形している。よって、潤滑部材10は、予圧力と、予圧力に抗して変形を復元する方向に働く潤滑部材10の弾性力との相互作用によって、振動子2の溝部2abに固定されている。すなわち、潤滑部材10は、第一ローラ部1a及び第二ローラ部1bを振動子2に対して固定する予圧力を利用して、溝部2abに固定されている。
The lubricating
Then, the lubricating
また、潤滑部材10の樹脂部材は、多孔質による連続気孔体構造の毛細管現象を用いて樹脂部材に潤滑油を吸収・保持しており、第一ローラ部1a及び第二ローラ部1bと接触すると、表面張力によるポンプ効果で潤滑油を第一ローラ部1aの円筒面1aa及び第二ローラ部1bの円筒面1baに放出・供給する。また、円筒面1aa及び1baには全面的に微細な穴(凹部)Vが多数形成されているため、円筒面1aa及び1baに放出・供給された潤滑油は毛細管現象により凹部Vに吸引され、保持される。
Further, the resin member of the lubricating
また、潤滑部材10の樹脂部材は、気孔率の高いものほど潤滑油の含浸量が多くなり、気孔径の大きいものほど潤滑油の供給量が多くなる。このため、樹脂部材には、気孔率の高いものが好ましく、例えば、約90%以上の気孔率を有するPVA樹脂(ポリビニルアルコール)を使用することが好ましい。そして、所望の気孔径を有する樹脂部材を選定することにより、潤滑油の供給量を設定することができる。
また、潤滑油には、例えば、フッ素系、グリコール系、合成炭化水素系、又はエステル系のオイルやグリスを使用することができる。
Further, the resin member of the lubricating
Further, as the lubricating oil, for example, fluorine-based, glycol-based, synthetic hydrocarbon-based, or ester-based oil or grease can be used.
次に、図1を用いて、この発明の実施の形態1に係る振動アクチュエータ101の動作を示す。
図1を参照すると、圧電素子3は、その内部の各圧電素子板に図示しない駆動回路によって交流電圧が印加されると、各圧電素子板が振動方向の異なる超音波振動を発生する。さらに、これらの超音波振動の複合振動が振動子2に伝達され、振動子2の第一突出爪部2a及び第二突出爪部2bの先端には、x軸回りの楕円振動が発生する。第一突出爪部2a及び第二突出爪部2bのそれぞれは、その先端の第一当接面2a1及び第二当接面2b1においてx軸回りの超音波楕円振動を行うことによって進行波を発生させて、第一ローラ部1aの円筒面1aa及び第二ローラ部1bの円筒面1baを引っ掻くようにして、これらを方向P又は方向Qに回転させる。これにより、振動アクチュエータ101では、アーム部材6が、ローラ1を中心として、振動子2、圧電素子3、第一基部ブロック4及び第二基部ブロック5に対して、屈折するように動作する。なお、第一ローラ部1a及び第二ローラ部1bの回転方向は、圧電素子3に印加する交流電圧を制御することによって、制御される。
また、圧電素子3の発生する超音波振動は、圧電素子3から振動子2に伝達された超音波振動において、その振幅が最も大きくなる振動の腹又は振動の腹の近傍が、振動子2の第一突出爪部2aの第一当接面2a1及び第二突出爪部2bの第二当接面2b1の位置となる、すなわち、第一当接面2a1及び第二当接面2b1に含まれるように、圧電素子3に印加する交流電圧を制御することによって振動の位相が制御されている。このため、振動の腹の位置又はその近傍となる第一当接面2a1及び第二当接面2b1では、超音波振動の振幅が大きくなっている、すなわち、振動が大きくなっている。
Next, the operation of the
Referring to FIG. 1, when an AC voltage is applied to each piezoelectric element plate inside the
The ultrasonic vibration generated by the
また、第一ローラ部1aの円筒面1aa及び第二ローラ部1bの円筒面1baには、潤滑部材10と接触することによって、表面張力のポンプ効果により潤滑部材10が保持する潤滑油が供給される。そして、その円筒面1aa及び1baに供給された潤滑油は、ローラ1の回転にともなって第一突出爪部2aの第一当接面2a1及び第二突出爪部2bの第二当接面2b1の全体にわたり途切れることなく供給される。さらに、振動子2を介して超音波振動が与えられている第一ローラ部1a及び第二ローラ部1bでは、潤滑部材10から円筒面1aa及び1baに供給された潤滑油は、最も振動している箇所の近傍に集まる。これは、液体が、超音波振動する部材の表面において、最も振動の大きくなる箇所である、超音波振動の腹に集まるという特性を有しているためである。このため、ローラ1の円筒面1aa及び1baに供給された潤滑油は、超音波振動の腹となる振動子2の第一当接面2a1及び第二当接面2b1との接触部に集まり、円筒面1aa及び1baと第一当接面2a1及び第二当接面2b1との接触箇所全体に浸透し油膜を形成する。この接触箇所への潤滑油の供給は、第一ローラ部1a及び第二ローラ部1bに超音波振動が与えられていれば各ローラ部1a,1bが回転しなくとも行われる。
Also, the cylindrical surface 1aa of the
また、円筒面1aa及び円筒面1baには、その表面全体にわたって微細な穴もしくは穴が繋がって構成された溝である凹部Vが形成されている。そのため、円筒面1aa及び円筒面1baに潤滑部材10が接触することによって、潤滑油が毛細管現象によって凹部Vに吸引され、保持される。また、超音波振動が振動子2を介して第一ローラ部1a及び第二ローラ部1bに伝達されていることにより、凹部Vへの潤滑油の吸引はさらに促進される。そして、第一ローラ部1a及び第二ローラ部1bが回転することにより、円筒面1aa及び1baにおいて潤滑油を保持している凹部Vが振動子2の第一当接面2a1及び第二当接面2b1に接触する。その結果、円筒面1aa及び1baの凹部Vに保持された潤滑油が放出されて、円筒面1aa及び1baと第一当接面2a1及び第二当接面2b1との間の接触箇所全体に潤滑油が供給される。
Further, the cylindrical surface 1aa and the cylindrical surface 1ba are formed with concave portions V which are fine holes or grooves formed by connecting holes over the entire surface. Therefore, when the lubricating
よって、第一ローラ部1a及び第二ローラ部1bと振動子2との間における接触箇所は、潤滑油で潤滑される。従って、予圧部材8によって振動子2に押し付けられつつ回転する第一ローラ部1a及び第二ローラ部1bと、振動子2との間における摩耗の発生が抑制される。つまり、振動アクチュエータとしての寿命が長くなる。
特に、起動時に予圧により油膜が切れやすい状態に対して、超音波振動で潤滑油が瞬時に供給されるため、起動時の摩耗が抑制される。つまり、振動アクチュエータの起動がスムーズになる。
Therefore, the contact location between the
In particular, since the lubricating oil is instantaneously supplied by ultrasonic vibration in a state where the oil film is likely to be cut by preload at the time of startup, wear at the time of startup is suppressed. That is, the activation of the vibration actuator becomes smooth.
このとき、潤滑部材10から第一ローラ部1a及び第二ローラ部1bに作用する力は、潤滑部材10がその変形を復元する弾性力だけであるため、PVA樹脂のような柔軟な樹脂部材を使用することによって、第一ローラ部1a及び第二ローラ部1bに与える駆動抵抗を低く抑えることができる。
また、潤滑部材10に使用する潤滑油の粘度を高くするほど、潤滑油が形成する油膜による第一ローラ部1a及び第二ローラ部1bと振動子2との間における摩擦係数の低下、そして、それによる第一ローラ部1a及び第二ローラ部1bの駆動力の低下を抑制することできる。同時に、使用する潤滑油の粘度を高くするほど、第一ローラ部1a及び第二ローラ部1bと振動子2との間における摩耗を抑制することができる。よって、潤滑油は、高粘度のものが好ましく、例えば、ISO粘度分類でISO VG 180以上の粘度のものが好ましい。また、超音波環境下では潤滑油の成分が蒸発しやすくなるが、フッ素系であれば、揮発(蒸発)しにくいので好ましい。また温度上昇する環境下でも潤滑油の供給が保たれる。
At this time, since the force acting on the
Further, the higher the viscosity of the lubricating oil used for the lubricating
また、潤滑部材10の潤滑油の種類はどのようなものでも使用することができるが、特にフッ素系の潤滑油を使用することによって、第一ローラ部1a及び第二ローラ部1bの駆動力の低下、並びに、第一ローラ部1a及び第二ローラ部1bと振動子2との間における摩耗がより抑制される。
In addition, any type of lubricating oil for the lubricating
また、第一ローラ部1a及び第二ローラ部1bが回転する際、第一ローラ部1a及び第二ローラ部1bと振動子2との間に摩耗粉が発生するが、潤滑部材10は、発生した摩耗粉が第一ローラ部1a及び第二ローラ部1bに付着するのを防ぐような供給量の潤滑油を供給できるようにすることもできる。このとき、潤滑部材10の樹脂部材では、摩耗粉の硬さ、大きさに応じて気孔径が選定される。例えば、潤滑部材10の樹脂部材の気孔径を40μm〜130μmとすることによって、硬く微細な摩耗粉の付着を防ぐことができる。また、40μm〜130μmの気孔径は、発生する摩耗粉に比べて十分大きいため、このような気孔径を有する潤滑部材10は、第一ローラ部1a及び第二ローラ部1bの回転時、円筒面1aa及び1baに付着した摩耗粉や微細なごみを拭き取る作用も有する。
Further, when the
次に、第一ローラ部1a及び第二ローラ部1bの円筒面1aa及び1baの加工方法について、図3(a)〜(c)を参照して説明する。ここで、図3(b)は、表面研磨加工を行う前のローラ1の円筒面1aa又は1baの粗さ曲線と、その表面状態を模式的に示す部分拡大図である。また、図3(c)は、ローラ1の円筒面1aa又は1abの表面研磨加工を十分に行って表面平坦性が高められた状態の円筒面1aa又は1baの粗さ曲線を示す図である。
まず、第一ローラ部1a及び第二ローラ部1bは、セラミックス材料を所定形状に整形して焼成した後、公知の方法により円筒形状に粗加工される。この粗加工された状態では、ローラ1の円筒面1aa及び1baは、鋭角的に突出した凸部W’と穴状に窪んだ凹部Vとからなる凹凸層Uを全面的に有している(図3(b)参照)。粗加工の状態の円筒面1aa及び1baの表面粗さを十点平均粗さRZJISで表した時の値は約3.2μmである。このような粗加工のみ行った状態のローラ1を振動アクチュエータ101に使用した場合は、円筒面1aa及び1baの鋭角的に突出した凸部W’が振動子2の第一当接面2a1及び第二当接面2b1を攻撃して傷つけ、振動子2の摩耗を促進させてしまう虞がある。一方、図3(c)のように表面粗さがRZJIS=0.8μm程度になるまでローラ1の円筒面1aa及び1baを十分に研磨すると、その表面は平坦部Wが支配的となって、凹部Vは少なくなり、残った凹部Vについてもその深さが浅くなる。従って、この表面平坦性の高い状態のローラ1を振動アクチュエータ101に使用した場合は、ローラ1の円筒面1aa及び1baに潤滑油を吸着・保持するための凹部Vがほとんど存在しない。そのため、潤滑部材10と接触した際に供給される潤滑油をローラ1の円筒面1aa及び1baに十分に保持することができなくなる。そのため、潤滑油を効率よく振動子2の第一当接面2a1及び第二当接面2b1に供給することができなくなる。
そこで、本実施形態では、ローラ1の円筒面1aa及び1baが平坦部Wの箇所と凹部Vの箇所とが両方共存する状態となるように、研磨時間や研磨剤の量などを調整することによって、ローラ1の円筒面1aa及び1baの表面研磨を行っている。例えば、粗加工のみ行った状態の円筒面1aa及び1baの表面粗さがRZJIS=3.2μm程度であったローラ1について、表面粗さがRZJIS=1.6μm程度になるまで研磨を行った場合の円筒面1aa及び1baの表面状態を図3(a)に示す。図3(a)のローラ1の円筒面1aa及び1baでは、粗加工状態の円筒面1aa及び1baに存在した凹部Vが残ると共に、粗加工状態の円筒面1aa及び1baに多数存在した凸部W’が削られて平坦部Wが形成された状態となっている。つまり、平坦部Wと凹部Vとが共存する状態にローラ1の円筒面1aa及び1baが研磨加工されている。従って、この状態のローラ1を振動アクチュエータ101に使用する場合、ローラ1の円筒面1aa及び1baの平坦部Wが振動子2に接触することになるため、振動子2の第一当接面2a1及び第二当接面2b1を傷つけることはなくなる。さらに、ローラ1の円筒面1aa及び1baには微細な凹部Vが複数残っているため、潤滑部材10と接触した際に供給される潤滑油を円筒面1aa及び1baの凹部Vで保持することができる。
Next, a method for processing the cylindrical surfaces 1aa and 1ba of the
First, the
Therefore, in the present embodiment, by adjusting the polishing time, the amount of the abrasive, and the like so that the cylindrical surfaces 1aa and 1ba of the
このように、実施の形態1に係る振動アクチュエータ101は、ローラ1と、ローラ1に接触する第一当接面2a1及び第二当接面2b1を有する振動子2と、振動子2を振動させる圧電素子3と、ローラ1を振動子2に加圧する予圧部材8と、振動子2の第一当接面2a1及び第二当接面2b1の近傍に且つローラ1に接触させて設けられる潤滑部材10とを備え、潤滑部材10は潤滑剤を保持しており、ローラ1は第一当接面2a1及び第二当接面2b1と接触する円筒面1aa及び1baに凹部Vを有する。
Thus, the
このとき、潤滑部材10を振動子2の第一当接面2a1及び第二当接面2b1の近傍に且つローラ1に接触させて設けることによって、潤滑部材10の潤滑油が、ローラ1に供給される。さらに、振動子2を介して振動が与えられているローラ1では、第一当接面2a1及び第二当接面2b1の近傍に存在する潤滑油は、最も振動している箇所である振動子2との接触部の第一当接面2a1及び第二当接面2b1に集まり、第一当接面2a1及び第二当接面2b1と振動子2と間の接触箇所全体に浸透し潤滑する。よって、ローラ1の回転の有無にかかわらず、第一当接面2a1及び第二当接面2b1に潤滑油を供給することができる。なお、潤滑部材10は、振動子2の第一当接面2a1及び第二当接面2b1の近傍に且つローラ1に接触させて設けられるだけの簡易な構造でよい。このため、ローラ1と振動子2との接触部に潤滑油を供給する構造の簡易化を図ることが可能になる。
At this time, the lubricating
また、第一ローラ部1a及び第二ローラ部1bにおいて、円筒面1aa及び1baに微細な穴や溝である凹部Vが多数形成されていることにより、凹部Vの各々に潤滑部材10から供給された潤滑油が保持される。そのため、第一ローラ部1a及び第二ローラ部1bが回転するとともに、円筒面1aa及び1baにおいて潤滑油を保持している部分が振動子2の第一当接面2a1及び第二当接面2b1に接触し、第一当接面2a1及び第二当接面2b1に潤滑油が放出・供給される。従って、振動子2の第一当接面2a1及び第二当接面2b1とローラ1の円筒面1aa及び1baとの接触箇所を適切に潤滑して、摩耗の発生を抑制することができる。
Further, in the
また、潤滑部材10は、多孔質性の部材に潤滑油を含浸させたものである。このとき、潤滑部材10は、ローラ1に接触すると、表面張力によるポンプ効果でローラ1に潤滑油を途切れることなく供給することができる。よって、潤滑部材10の構造をさらに容易にすることが可能になる。
また、潤滑部材10は、振動子2の第一当接面2a1及び第二当接面2b1と異なる位置でローラ1に接触している。このとき、潤滑部材10を振動子2とローラ1と間の摺動部に介在させないことによって、潤滑部材10がローラ1の回転に与える抵抗を低減することができる。さらに、潤滑部材10に使用する材料は、摩耗強度の考慮を必要とせずに選択することができる。
The lubricating
The lubricating
また、振動子2は、突出する第一突出爪部2a及び第二突出爪部2bを有し、第一突出爪部2a及び第二突出爪部2bそれぞれの表面の一部に、第一当接面2a1及び第二当接面2b1が形成され、潤滑部材10は、第一突出爪部2a及び第二突出爪部2bの少なくとも一部に接触している。これによって、潤滑部材10は、第一突出爪部2a及び第二突出爪部2bの少なくとも一部に接触しこれらに隣接して設けられている。従って、潤滑部材10がローラ1に接触する部位と、第一当接面2a1及び第二当接面2b1との距離が近くなるため、潤滑部材10による第一当接面2a1及び第二当接面2b1への安定した潤滑油の供給を行うことが可能になる。
また、圧電素子3は、振動子2を振動させる振動における振動の腹又は振動の腹の近傍が振動子2の第一当接面2a1及び第二当接面2b1に含まれるように、振動が制御される。これによって、第一当接面2a1及び第二当接面2b1での振動を大きくすることができるため、潤滑部材10からローラ1の円筒面1aa及び1baに供給された潤滑油を、第一当接面2a1及び第二当接面2b1に効率的に集めることが可能になる。
Moreover, the
Further, the
また、実施の形態1の振動アクチュエータ101において、潤滑部材10は、ローラ1と振動子2の両方に接触している。さらに、潤滑部材10は、ローラ1と振動子2との間に形成される溝部2abでローラ1を介して予圧部材8によって加圧されるように設けられている。これによって、潤滑部材10は、予圧部材8によってローラ1を固定するための力により固定されるため、固定のために別個の部品を不要としてコストを低減すると共に、省スペース化を図ることが可能になる。さらに、潤滑部材10を、振動子2の第一突出爪部2a及び第二突出爪部2bの外側ではなくこれらの間の溝部2abに設けることによって、ローラ1が回転した場合に、アーム部材6が潤滑部材10に接触することがない。よって、潤滑部材10を第一突出爪部2a及び第二突出爪部2bの外側に設ける場合に比べて、アーム部材6の可動範囲を拡大することが可能になる。
Further, in the
なお、第1実施形態において、ローラ1の材料はセラミックスに限られず、多孔質の金属でもよい。また、ローラ1を金属で成形した上で、円筒面1aa及び1baを砥石によって粗加工して凹凸層を形成し、その後、円筒面1aa及び1baに平坦部Wと凹部Vとが両方形成されるように表面研磨するとしてもよい。
In the first embodiment, the material of the
実施の形態2.
図4〜6を参照して、この発明の実施の形態2に係る振動アクチュエータ102について説明する。振動アクチュエータ102は、実施の形態1の振動アクチュエータ101におけるローラ1の円筒面1aa及び1baの形状を変更してローラ1’を用いたものである。
なお、以下の実施の形態において、前出した図における参照符号と同一の符号は、同一または同様な構成要素であるため、詳細な説明は省略する。また、ローラ1’における各構成要素についても、円筒面以外は、実施形態1に係るローラ1と同様である。
A
In the following embodiments, the same reference numerals as the reference numerals in the above-described drawings are the same or similar components, and detailed description thereof will be omitted. Each component in the
図4は振動アクチュエータ102の全体図である。また、図4は円筒面1’aa又は1’baを平面的に展開した図及び円筒面1’aa又は1’baの一部拡大図である。図4の展開図に示すように円筒面1’aa又は1’baは、短辺がローラ幅dかつ長辺が摺動長さeである長方形状をしている。ここで、摺動長さeとは円筒面1’aa及び1’baが第一当接面2a1及び第二当接面2b1並びに潤滑部材10と接触する範囲のP−Q方向の長さをいう。本実施例では、第一ローラ部1a及び第二ローラ部1bはアーム部材6の取付け箇所以外は振動子2側の第一当接面2a1及び第二当接面2b1と摺動するため、第一ローラ部1a及び第二ローラ部1bの円周長さからアーム部材6の取り付け部分の長さ分を除いたものが摺動長さeとなる。
FIG. 4 is an overall view of the
図5の拡大図に示すように円筒面1’aa及び1’baには、ローラ1’の回転方向P−Qとは斜めに交差する2つの溝方向を有する複数の直線が、溝として加工されている。ここで溝方向とは、円筒面1’aa及び1’ba上に直線の溝が引かれる方向である。この溝加工は、図3及び4に示すように、全体として格子状の模様を形成する。溝の深さは約2〜3μmである。
As shown in the enlarged view of FIG. 5, a plurality of straight lines having two groove directions obliquely intersecting the rotation direction PQ of the
実施の形態2に係る振動アクチュエータ102における円筒面1’aa及び1’baの加工方法について説明する。
まず、第一ローラ部1’a及び第二ローラ部1’bの円筒面1’aa及び1’baを研磨するなどして、図3(c)に示すように、表面に凹凸がほとんど存在せず、表面平坦性が高い状態に加工する。次に、表面平坦性が高められた円筒面1’aa及び1’baに対して例えば、レーザ加工により、凹部である溝を形成する。本実施の形態では、ローラの円筒面に対して、格子状に凹部である溝を形成している。レーザ加工は、溝の幅や深さに関して微細な調整をすることが可能である。
A method of processing the
First, the
このように、第一ローラ部1’a及び第二ローラ部1’bの円筒面1’aa及び1’baに溝加工を施すことにより、ローラ1’の回転によって円筒面1’aa及び1’baが潤滑部材10と接触すると、潤滑部材10の潤滑油が毛細管現象によって円筒面1’aa及び1’baの溝に吸引され、保持される。また、ローラ1’の円筒面1’aa及び1’baに形成された溝は油だまりとしても機能し、多くの潤滑油をローラ1’の円筒面1’aa及び1’baに保持することができる。ローラ1’が回転することにより、円筒面1’aa及び1’baにおいて潤滑油を保持している部分が振動子2の第一当接面2a1及び第二当接面2b1に接触する。その結果、円筒面1’aa及び1’baと第一当接面2a1及び第二当接面2b1との間の接触箇所全体に、円筒面1’aa及び1’baに保持された潤滑油が放出・供給される。よって、円筒面1’aa及び1’baと第一当接面2a1及び第二当接面2b1と間に十分に潤滑油を供給することができ、摩耗の発生をより効率的に抑制することができる。
As described above, the
なお、円筒面1’aa及び1’baに施される溝のパターンは本実施例のものに限られない。具体的には、図6(a)に示すように、ローラの回転方向P−Q及びx軸方向に平行に引かれた複数の溝方向を有する溝を縦横に交差させて、全体として格子模様も溝パターンとしてもよい。また、図6(b)又は(c)に示すように、ローラの回転方向P−Q及びx軸方向に斜めに交差する単一の溝方向を有する溝を等間隔に平行に引いて、全体として斜線模様の溝パターンとすることもできる。また、円筒面1’aa及び1’baに施される溝の本数は複数に限られず、単数であってもよい。
また、円筒面1’aa及び1’ba全体に、微細な穴を形成してもよい。
さらにまた、円筒面1’aa及び1’baが第一当接面2a1及び第二当接面2b1と接触する範囲であれば、溝加工は円筒面1’aa及び1’baの一部のみに施してもよい。
In addition, the pattern of the groove | channel given to cylindrical surface 1'aa and 1'ba is not restricted to the thing of a present Example. Specifically, as shown in FIG. 6 (a), grooves having a plurality of groove directions drawn parallel to the rotation direction PQ and the x-axis direction of the roller are vertically and horizontally intersected to form a lattice pattern as a whole. Or a groove pattern. Further, as shown in FIG. 6B or 6C, a groove having a single groove direction obliquely intersecting with the rotation direction PQ of the roller and the x-axis direction is drawn in parallel at equal intervals, As shown in FIG. Further, the number of grooves provided on the
Moreover, you may form a fine hole in cylindrical surface 1'aa and 1'ba whole.
Furthermore, as long as the
実施の形態3.
次に、図7〜10を参照して、この発明の実施の形態3に係る振動アクチュエータ103について説明する。振動アクチュエータ103は、実施の形態1の振動アクチュエータ101における振動子2の第一当接面2a1及び第二当接面2b1の形状を変更した振動子2’を用いたものである。
なお、振動子2’における各構成要素についても、当接面以外の態様は、実施形態1に係る振動子2と同様であるので、詳細な説明は省略する。
Next, a vibration actuator 103 according to
The constituent elements of the
図7は振動アクチュエータ103に係る振動子2’を示す斜視図である。図7に示すように、振動子2’は、第一当接面2’aa及び第二当接面2’b1の一部に接触面2’a2及び2’b2を有する。接触面2’a2及び2’b2は、ローラ1の円筒面1aa及び1baと接触する部分であり、第一ローラ部1a及び第二ローラ部1bに対応して、第一当接面2’aa及び第二当接面2’b1上に一対ずつ設けられている。また、図8は振動子2’を上から見た平面図であり、図9は接触面2’a2及び2’b2の模式図である。すなわち、接触面2’a2及び2’b2は第一当接面2’aa及び第二当接面2’b1において円筒面1aa及び1baが接触する範囲であり、図8及び9に示すように方形の範囲となる。ここで接触面2’a2及び2’b2の一辺はローラ1の円筒面1aa及び1baの幅(ローラ幅d)である。また、他辺は第一当接面2a1及び第二当接面2b1のP−Q方向の長さ(円筒幅f)である。
FIG. 7 is a perspective view showing the
接触面2’a2及び2’b2には、x軸方向及びy軸方向に対して斜めに交差する方向に複数の直線状の溝が加工されている。この溝加工は、図8及び9に示すように、全体として格子状の模様を形成する。溝の深さは約2〜3μmである。溝加工には、振動アクチュエータ102の円筒面1’aa及び1’b1の加工と同様に、レーザ加工を用いることができる。レーザ加工は、溝の幅や深さ方向に対して微細な調整が可能である。
A plurality of linear grooves are machined in the contact surfaces 2'a2 and 2'b2 in a direction obliquely intersecting the x-axis direction and the y-axis direction. This groove processing forms a lattice-like pattern as a whole as shown in FIGS. The depth of the groove is about 2 to 3 μm. For the groove processing, laser processing can be used similarly to the processing of the cylindrical surfaces 1'aa and 1'b1 of the
前述したように、振動子2’の接触面2’a2及び2’b2には、表面張力によるポンプ効果及び超音波振動の腹に集まる液体の特性により直接、潤滑部材10から潤滑油が供給される。また、ローラ1の円筒面1aa及び1baの凹凸によって保持される潤滑油が、ローラ1の回転によって搬送され、接触面2’a2及び2’b2に供給される。振動子2’の接触面2’a2及び2’b2に溝加工を施すことにより、振動子2’に供給されたこれらの潤滑油が溝に保持される。そのため、ローラ1の円筒面1aa及び1baと振動子2’の第一当接面2’aa及び第二当接面2’b1との間における摩耗の発生を抑制することができる。
As described above, the contact surfaces 2′a2 and 2′b2 of the
なお、接触面2’a2及び2’b2に施される溝のパターンは本実施例のものに限られない。具体的には、図10(a)に示すように、x軸方向及びy軸方向に平行に引かれた複数の溝方向を有する溝を縦横に交差させて、全体として格子模様も溝パターンとしてもよい。また、図10(b)又は(c)に示すように、x軸方向及びy軸方向とは斜めの単一の溝方向を有する複数の溝を等間隔に平行に引いて、全体として斜線模様の溝パターンとすることもできる。さらに、図10(d)に示すようにx軸方向に平行な単一の溝方向を有する複数の溝を等間隔に引いたものとしてもよい。また、接触面2’a2及び2’b2に施される溝の本数は複数に限られず、単数であってもよい。
また、接触面2’a2及び2’b2全体に、微細な穴を形成してもよい。
さらにまた、溝加工は接触面2’a2及び2’b2だけでなく、第一当接面2’aa及び第二当接面2’b1全体に施してもよい。
また、別実施形態の振動アクチュエータとして、実施形態3に係る振動子2’と実施形態2に係るローラ1’とを組み合わせたものを用いてもよい。
In addition, the pattern of the groove | channel provided on contact surface 2'a2 and 2'b2 is not restricted to the thing of a present Example. Specifically, as shown in FIG. 10 (a), a plurality of groove directions drawn parallel to the x-axis direction and the y-axis direction are crossed vertically and horizontally so that the lattice pattern as a groove pattern as a whole. Also good. Also, as shown in FIG. 10 (b) or (c), a plurality of grooves having a single groove direction oblique to the x-axis direction and the y-axis direction are drawn in parallel at equal intervals to form a diagonal pattern as a whole. It is also possible to use a groove pattern. Furthermore, as shown in FIG. 10D, a plurality of grooves having a single groove direction parallel to the x-axis direction may be drawn at equal intervals. Further, the number of grooves provided on the contact surfaces 2′a2 and 2′b2 is not limited to a plurality, and may be a single groove.
Moreover, you may form a fine hole in contact surface 2'a2 and 2'b2 whole.
Furthermore, the groove processing may be performed not only on the contact surfaces 2′a2 and 2′b2, but also on the entire
Further, as a vibration actuator according to another embodiment, a combination of the
1,1’ ローラ(回転子)、1a,1’a 第一ローラ部(回転子)、1b,1’b 第二ローラ部(回転子)、1c,1’c ローラ軸(回転子)、1aa,1ba,1’aa,1’ba 円筒面(対向面)、2,2’ 振動子、2a,2’a 第一突出爪部、2a1,2’aa 第一当接面(当接面)、2b,2b’ 第二突出爪部、2b1,2b’1 第二当接面(当接面)、2’a2,2’b2 接触面、3 圧電素子(振動手段)、8 予圧部材(予圧手段)、10 潤滑部材、101,102,103 振動アクチュエータ、V 凹部、W 平坦部(凸部)、W’ 凸部。 1, 1 'roller (rotor), 1a, 1'a first roller part (rotor), 1b, 1'b second roller part (rotor), 1c, 1'c roller shaft (rotor), 1aa, 1ba, 1'aa, 1'ba Cylindrical surface (opposing surface), 2, 2 'vibrator, 2a, 2'a first protruding claw portion, 2a1, 2'aa first contact surface (contact surface) ), 2b, 2b ′, second projecting claw, 2b1, 2b′1, second contact surface (contact surface), 2′a2, 2′b2, contact surface, 3 piezoelectric element (vibration means), 8 preload member ( (Preload means), 10 lubrication member, 101, 102, 103 vibration actuator, V concave portion, W flat portion (convex portion), W ′ convex portion.
Claims (7)
前記回転子に接触する当接面を有する振動子と、
前記振動子を振動させる振動手段と、
前記回転子を前記振動子に加圧する予圧手段と、
前記振動子の前記当接面の近傍に且つ前記回転子に接触させて設けられる供給体と
を備え、
前記供給体は、潤滑剤を保持しており、
前記回転子は、前記振動子の前記当接面と接触する対向面を有し、
前記対向面は、凹部を有する振動アクチュエータ。 A rotor,
A vibrator having a contact surface in contact with the rotor;
Vibration means for vibrating the vibrator;
Preload means for pressurizing the rotor to the vibrator;
A supply body provided near the contact surface of the vibrator and in contact with the rotor;
The supply body holds a lubricant,
The rotor has an opposing surface that comes into contact with the contact surface of the vibrator,
The opposing surface is a vibration actuator having a recess.
前記凹部は、潤滑剤を保持可能な複数の穴を有する請求項1に記載の振動アクチエータ。 The opposed surface of the rotor has a flat portion that is in surface contact with the contact surface of the vibrator,
The vibration actuator according to claim 1, wherein the recess has a plurality of holes capable of holding a lubricant.
前記突出爪部の表面の一部に前記当接面が形成され、
前記供給体は、前記突出爪部の少なくとも一部に接触しており、
前記当接面は潤滑油を保持可能な複数の溝を有する請求項1〜4のいずれか一項に記載の振動アクチュエータ。 The vibrator has a protruding claw portion that protrudes,
The contact surface is formed on a part of the surface of the protruding claw portion,
The supply body is in contact with at least a part of the protruding claw portion;
The vibration actuator according to any one of claims 1 to 4, wherein the contact surface has a plurality of grooves capable of holding lubricating oil.
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