JP2013165612A - Vibration actuator - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、振動子に発生させた超音波振動を利用して移動子を駆動する振動アクチュエータに関する。 The present invention relates to a vibration actuator that drives a moving element using ultrasonic vibration generated in a vibrator.
近年、圧電素子等を含む振動子に超音波振動を発生させ、振動子に加圧接触された移動子を両部材間の摩擦力によって駆動する振動アクチュエータが実現されている。ここで、振動アクチュエータが長期間駆動する場合において、移動子が振動子と接触する部分のうち、特に高頻度で摺動し摩擦する箇所が出てくる。移動子の表面のうち高頻度で振動子と摺動する部分は、それ以外の部分より摩耗の度合いが大きくなる。その結果、移動子の表面には摩耗の大きな箇所と摩耗の小さな箇所ができ、両者の境目には段差や凹凸が形成され、移動子が振動子に対して摺動する際に振動アクチュエータの円滑な動作が妨げられるおそれがある。 In recent years, there has been realized a vibration actuator that generates ultrasonic vibrations in a vibrator including a piezoelectric element and the like, and drives a movable element in pressure contact with the vibrator by a frictional force between both members. Here, in the case where the vibration actuator is driven for a long period of time, a portion that slides and rubs at a high frequency appears particularly in a portion where the moving element contacts the vibrator. Of the surface of the moving element, the portion that slides with the vibrator frequently has a higher degree of wear than the other portions. As a result, the surface of the moving element has a portion with a large amount of wear and a portion with a small amount of wear, and a step or an unevenness is formed at the boundary between the two. May be hindered.
このような問題に鑑みて、例えば特許文献1の振動アクチュエータでは、ロータ(移動子)の摺動部の硬度をステータ(振動子)の端部の硬度よりも大きくすることで、ロータ(移動子)の変形を防止している。
In view of such a problem, for example, in the vibration actuator of
上述したように、長期間の使用に亘って振動アクチュエータの動作を円滑にし、振動アクチュエータの寿命を長くするために、移動子の摩耗を防止することが必要である。一方で、振動アクチュエータは駆動力ができるだけ高いことが望ましい。特に、例えば振動アクチュエータをロボットハンドの関節等に使用する場合において出力部材をダイレクト駆動するためには、高い駆動力が必要となる。すなわち、振動アクチュエータの駆動力を向上させるために高い予圧をかける必要がある。 As described above, it is necessary to prevent the movement of the moving element in order to smooth the operation of the vibration actuator over a long period of use and to prolong the life of the vibration actuator. On the other hand, it is desirable that the vibration actuator has as high a driving force as possible. In particular, for example, when a vibration actuator is used for a joint of a robot hand or the like, a high driving force is required to directly drive the output member. That is, it is necessary to apply a high preload in order to improve the driving force of the vibration actuator.
しかしながら、特許文献1に見られるように時計やカメラに使用する振動アクチュエータにおいては、移動子には、超鋼、ルビー、鉄、セラミック等を材料として使用したり、硬化処理を施したりしている。一方、振動子にはポリイミド樹脂、フッ化樹脂、ナイロン等の樹脂素材を材料として用いている。そのため、移動子と振動子との硬度差は極めて大きく、高い予圧をかけた場合には振動子の摩耗や変形を生じさせる。従って、特許文献1の振動アクチュエータは低い予圧力しかかけておらず、高い予圧力をかけることができないため、高いトルクを出すことができない。
However, as can be seen in
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、振動アクチュエータの高寿命化と高トルク化とを両立することを実現した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 of the present invention is to provide a vibration actuator that realizes both a long life and a high torque of the vibration actuator.
この発明に係る振動アクチュエータは、移動子と、移動子に接触可能な振動子と、移動子と振動子とを加圧接触させる予圧手段と、振動子に超音波振動を発生させることにより移動子を移動させる振動手段とを備え、移動子は振動子と接触可能な移動子側接触面を有し、振動子は移動子側接触面と接触可能な振動子側接触面を有し、移動子側接触面の硬度(A)と振動子側接触面の硬度(B)との硬度比(A/B)が1より大きく且つ20以下であることを特徴とする。 The vibration actuator according to the present invention includes a moving element, a vibrator that can contact the moving element, a preload means that pressurizes the moving element and the vibrator, and an ultrasonic vibration generated in the vibrator. And a moving member having a moving member side contact surface that can come into contact with the vibrator, and a vibrator having a vibrator side contact surface that can come into contact with the moving member side contact surface. The hardness ratio (A / B) between the hardness (A) of the side contact surface and the hardness (B) of the vibrator side contact surface is greater than 1 and 20 or less.
この発明に係る振動アクチュエータは、移動子側当接面の硬度(A)と振動子側当接面の硬度(B)との硬度比(A/B)が1より大きく且つ5以下であってもよい。 In the vibration actuator according to the present invention, the hardness ratio (A / B) between the hardness (A) of the slider-side contact surface and the hardness (B) of the vibrator-side contact surface is greater than 1 and 5 or less. Also good.
また、ロータ1又はステータ2のうち少なくとも1つに表面処理が施された場合、所定の条件に応じて、接触面の硬度は表面処理が施された母材の硬度としてもよい。
すなわち所定の条件に応じては、移動子側母材の硬度(a”)と振動子側母材の硬度(b”)との比(a”/b”)が1より大きく且つ20以下であってもよい。さらに、移動子側母材の硬度(a”)と振動子側接触面の硬度(B)との比(a”/B)が1より大きく且つ20以下であってもよい。またさらに、移動子側接触面の硬度(A)と振動子側母材の硬度(b”)との比(A/b”)が1より大きく且つ20以下であってもよい。
When at least one of the
That is, depending on predetermined conditions, the ratio (a ″ / b ″) of the hardness (a ″) of the slider side base material to the hardness (b ″) of the vibrator side base material is greater than 1 and 20 or less. There may be. Further, the ratio (a ″ / B) between the hardness (a ″) of the movable member side base material and the hardness (B) of the vibrator side contact surface may be greater than 1 and 20 or less. Still further, the ratio (A / b ″) of the hardness (A) of the slider side contact surface and the hardness (b ″) of the vibrator side base material may be greater than 1 and 20 or less.
また、移動子と振動子との間に液体潤滑剤を供給可能な潤滑剤供給手段を備え、潤滑剤供給体は液体潤滑剤が含浸されるとともに移動子と振動子との少なくとも一方に接触可能に設けられる供給体であることもできる。 Also, a lubricant supply means capable of supplying a liquid lubricant between the moving element and the vibrator is provided, and the lubricant supply body is impregnated with the liquid lubricant and can contact at least one of the moving element and the vibrator. It can also be a supply body provided in the case.
この発明によれば、振動アクチュエータの長期間の使用における動作の円滑化と高トルク化とを両立することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to achieve both smooth operation and high torque in the long-term use of the vibration actuator.
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.
図1に、この実施の形態1に係る振動アクチュエータ101を示す。振動アクチュエータ101は、超音波振動を利用して略円筒状のロータ1を軸方向周り(矢印P及び矢印Q参照)に回転させるものであって、ロータ1に一方の端部側で接触するステータ2を備えている。また、ステータ2の他方の端部側には、ステータ2に超音波振動を発生させる圧電素子3と、第一基部ブロック4及び第二基部ブロック5とが順次設けられている。圧電素子3は複数の圧電素子板を積層したものであり、これらの圧電素子板に図示しない駆動回路から交流電圧を印加することによってステータ2に超音波振動が発生する。尚、ステータ2及び圧電素子3は全体として略円筒状の外形を有しており、ロータ1の軸方向とステータ2及び圧電素子3の軸方向とが直交している。ここで、ロータ1、ステータ2及び圧電素子3は、振動アクチュエータ101における移動子、振動子及び振動手段をそれぞれ構成している。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 shows a
ロータ1は、同一の円筒形状を有する第一ロータ部材1a及び第二ロータ部材1bと、これらのロータ部材1a、1bの中央部を貫通するロータ軸1cとを備えている。第一ロータ部材1a及び第二ロータ部材1bは、ロータ軸1cの両端部にそれぞれ一体として固定されており、ロータ軸1cの中心軸線を回転中心として、第一ロータ部材1a、第二ロータ部材1b及びロータ軸1cが一体として回転するようになっている。また、ロータ1の外周部には、例えば振動アクチュエータ101をロボットハンドとして適用した場合に、その腕部や指部を構成する部材となる柱状のアーム部材6が設けられている。アーム部材6は、第一ロータ部材1aの外周面1aa及び第二ロータ部材1bの外周面1baにそれぞれ固定されており、ロータ1とアーム部材6とが一体として回転可能となっている。
The
ここで、以下の説明の便宜上、ステータ2及び圧電素子3の中心軸をZ軸として規定し、その正方向を第二基部ブロック5側からステータ2側へ向かう方向とする。また、Z軸に対して直交するロータ軸1cの中心軸をX軸として規定するとともに、Z軸及びX軸に直交するようにY軸が延びているものと規定する。
ロータ1側となるステータ2の端部には、Z軸に沿って正方向に突出するとともにX軸に沿って直線状に延びる一対の第一突出爪部2a及び第二突出爪部2bが形成されている。第一突出爪部2aの先端部において、内側、すなわち凹部2c側に位置する部位には、第一ロータ部材1aの外周面1aa及び第二ロータ部材1bの外周面1baに沿った円弧状の断面を有する第一当接面2a1が形成されている。この第一当接面2a1は一対の第一接触面2a2を有すると共に、この第一接触面2a2において第一ロータ部材1aの外周面1aa及び第二ロータ部材1bの外周面1baと接触している。同様に、第二突出爪部2bの先端部において内側に位置する部位にも、第一当接面2a1と同様の断面を有する第二当接面2b1が形成されている。また、第二当接面2b1は一対の第二接触面2b2を有すると共に、この第二接触面2b2において第一ロータ部材1aの外周面1aa及び第二ロータ部材1bの外周面1baと接触している。つまり、ステータ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において、ロータ1の第一ロータ部材1a及び第二ロータ部材1bと接触可能となっている。
ここで、第一ロータ部材1aの外周面1aa及び第二ロータ部材1bの外周面1baは、移動子側接触面を構成する。移動子側接触面とは、ロータ1の回転移動範囲に応じてロータ1がステータ2と接触可能な部分をいう。なお、本実施の形態において、移動子側接触面はアーム部材6の取り付け部分を除いた外周面1aa及び外周面1ba全体をいう。
また、第一接触面2a2及び第二接触面2b2は、振動子側接触面を構成する。振動子側接触面とは、ステータにおいてロータと接触可能な部分をいう。
Here, for convenience of the following description, the central axis of the
A pair of first projecting
Here, the outer peripheral surface 1aa of the
Further, the first contact surface 2a2 and the second contact surface 2b2 constitute a vibrator side contact surface. The vibrator side contact surface refers to a portion of the stator that can contact the rotor.
また、第一突出爪部2aと第二突出爪部2bとの間に形成された凹部2cの内部には、潤滑剤として潤滑油が含浸された略直方体の供給体10が設けられている。供給体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、オイルやグリスなどの潤滑油等の潤滑剤を含浸させたものである。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。供給体10は潤滑剤供給手段を構成する。
In addition, a substantially rectangular
また、振動アクチュエータ101は、ロータ1とステータ2とを加圧接触させるための予圧部材8を備えている。予圧部材8は、ステータ2及び圧電素子3の中央部をZ軸に沿って延びる軸部8aを有している。軸部8aの一端は、ステータ2から突出してロータ1の第一ロータ部材1aと第二ロータ部材1bとの間に延出しており、ロータ軸1cの外周部を囲んで回転可能に支持する取付部8bに連結されている。一方、軸部8aの他端は第二基部ブロック5の内部に延出しており、コイルばね等から構成される付勢部8cに連結されている。付勢部8cは、軸部8a及び取付部8bを介してロータ軸1cを矢印Fで示される方向(Z軸の負方向)に付勢しており、それにより、ロータ1とステータ2とが加圧接触するようになっている。ここで、軸部8a、取付部8b及び付勢部8cから構成される予圧部材8は、振動アクチュエータ101における予圧手段を構成するものである。
Further, the
次に、この発明の実施の形態1に係る振動アクチュエータの動作について説明する。
図1に示すように、まず圧電素子3の複数の圧電素子板に対して図示しない駆動回路から交流電圧が印加されると、各圧電素子板は、振動方向が互いに異なる超音波振動をそれぞれ発生する。これらの超音波振動が複合振動としてステータ2に伝達されると、ステータ2の第一突出爪部2a及び第二突出爪部2bの先端部にX軸周りの楕円振動が発生する。また、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にはX軸周りの楕円振動による進行波が発生し、これらの当接面2a1及び2b1と、ロータ1の第一ロータ部材1aの外周面1aa及び第二ロータ部材1bの外周面1baとの間に作用する摩擦力により、ロータ1及びアーム部材6が矢印Pまたは矢印Qで示される方向に回転される。尚、ロータ1の回転方向は、圧電素子3の各圧電素子板に印加する交流電圧に応じて制御される。
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 vibration actuator according to
As shown in FIG. 1, first, when an AC voltage is applied from a drive circuit (not shown) to a plurality of piezoelectric element plates of the piezoelectric element 3, each piezoelectric element plate generates ultrasonic vibrations having different vibration directions. To do. When these ultrasonic vibrations are transmitted to the
The ultrasonic vibration generated by the piezoelectric element 3 is the vibration vibration having the largest amplitude in the ultrasonic vibration transmitted from the piezoelectric element 3 to the
また、第一ロータ部材1aの外周面1aa及び第二ロータ部材1bの外周面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。さらに、潤滑部材10から外周面1aa及び1baに供給された潤滑油は、最も振動が大きくなる振動子2の第一当接面2a1及び第二当接面2b1との接触面に集まる。そのため、潤滑油は外周面1aa及び外周面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。
In addition, the outer peripheral surface 1aa of the
次に、図2を参照にして、ロータ1とステータ2との硬度比について説明する。図2は、ロータ1の硬度(A)とステータ2の硬度(B)との比(A/B)と、ロータのトルクとの関係を概念的に示したグラフである。なお、ロータ1及びステータ2の硬度は一般的な硬さ試験機によって同じ指標に基づいて測る。本実施の形態における硬度は、ビッカーズ硬度に基づく値だが、ロックウェル硬度等を用いてもよい。
このグラフにおいて、ロータ1の材料にはセラミックが用いられており、ビッカース硬度においてHV1700である。図2において、(i)はステータ2の材料としてセラミックを用いた場合を示している。また、ステータ2の材料として、(ii)は炭素鋼を、(iii)はアルミニウムを用いた場合を示している。
また、図2のグラフの領域(a)はロータ1の硬度(A)とステータ2の硬度(B)との比(A/B)が1より大きく且つ5以下となる領域を示している。ここで、本実施の形態においては、ロータ1の硬度(A)とステータ2の硬度(B)との比(A/B)は1より大きく且つ5以下となる値をとり、領域(a)内に表される。また、上述した(i)及び(ii)は領域(a)内にある。
またさらに、領域(b)は両者の硬度比(A/B)が1より大きく且つ20以下となる範囲を示している。ここで、(iii)は領域(a)外かつ領域(b)内にあり、ステータ2の材料にアルミニウムを用いた場合の硬度比(A/B)は、5より大きく20以下となる。
また、(iv)はステータ2の材料として樹脂素材を用いた従来の振動アクチュエータにおけるロータ1の硬度(A)とステータ2の硬度(B)との比(A/B)を示し、領域(c)はロータ1に樹脂材料を用いたときに考えられうる硬度比(A/B)とトルクの範囲を示している。
Next, the hardness ratio between the
In this graph, ceramic is used as the material of the
2 indicates a region where the ratio (A / B) between the hardness (A) of the
Furthermore, the region (b) indicates a range where the hardness ratio (A / B) of both is greater than 1 and 20 or less. Here, (iii) is outside the region (a) and within the region (b), and the hardness ratio (A / B) when aluminum is used as the material of the
(Iv) shows the ratio (A / B) between the hardness (A) of the
図2の領域(c)より、ステータ2の材料として樹脂素材を用いた場合、ロータ1の硬度(A)とステータ2の硬度(B)との比(A/B)が極度に大きくなり、必要な高いトルクを得ることができないことが明らかである。すなわち、領域(c)においては、ロータ1の硬度(A)に対してステータ2の硬度(B)が低すぎるため、10N以下の予圧力しかかけることができず、高いトルクを得ることができない。
一方、領域(a)においては、ロータ1の硬度(A)とステータ2の硬度(B)との差が小さく、硬度比(A/B)が小さいため、非常に高い予圧力(300N〜600N)をかけることができる。そのため、アーム部材6をダイレクト駆動できるだけの高いトルクが振動アクチュエータ101に発生する。
From the region (c) of FIG. 2, when a resin material is used as the material of the
On the other hand, in the region (a), since the difference between the hardness (A) of the
次に、本発明にかかる振動アクチュエータ101のトルクと、ステータ2の材料として樹脂素材を用いた従来の振動アクチュエータのトルクとの違いを、図3を用いて説明する。図3は、それぞれx軸に圧電素子の体積を、y軸にロータとステータとの関係を表す係数を、またz軸に予圧力をとり、その結果描き出される3次元的なグラフの体積を振動アクチュエータのトルクの大きさとして概念的に表したものである。なお、ロータとステータとの関係を表す係数とは、ロータとステータとの摩擦の度合い、変形の度合いに応じて変動する係数であり、摩擦係数が大きい場合、変形が少ないほど大きくなる。
ここで、図3(a)はステータ2の材料が樹脂素材である振動アクチュエータのトルクの大きさを表している。また、図3(b)は本発明にかかる振動アクチュエータ101のトルクの大きさを表す。前述した通り、図3(b)の振動アクチュエータ101は図3(a)の振動アクチュエータよりも予圧力が低い。また、図3(a)の振動アクチュエータは前述したように時計やカメラに使用されるものなので、圧電素子は小さい。またさらに、ステータとロータと関係を表す係数も小さい。従って、図3(b)の振動アクチュエータ101の方がより高いトルクを得られることがわかる。
Next, the difference between the torque of the
Here, FIG. 3A shows the magnitude of torque of the vibration actuator in which the material of the
以上説明したように、振動アクチュエータ101において、ロータ1の硬度(A)とステータ2の硬度(B)との比(A/B)を1より大きく5以下とすることで、ロータ1が摩耗せず、長期間の使用であっても振動アクチュエータ101の円滑な動作が保たれる。また、ロータ1とステータ2との間の硬度の差が大きすぎず、高い予圧力をかけることができる。その結果、アーム部材6の駆動に必要な高いトルクを得ることができる。すなわち、振動アクチュエータ101を長期間使用した場合であっても動作の円滑化及び高トルク化を両立することができる。
As described above, in the
実施の形態2.
次に、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、図1に示される実施の形態1の振動アクチュエータ101と同様の構成の振動アクチュエータにおいて、ロータ1の硬度(A)とステータ2の硬度(B)との比(A/B)を5より大きく20以下としたものである。従って、全体の構成についての詳細な説明は省略する。
Next, a
The
ここで、振動アクチュエータ102におけるロータ1の硬度(A)とステータ2の硬度(B)との比(A/B)は、上述したように図2のグラフにおいては、領域(b)(領域(a)を除く)に表される。従って、本実施の形態においてもロータ1の硬度(A)とステータ2の硬度(B)との差が小さく、硬度比(A/B)が小さいため、100N以上の高い予圧力をかけることができる。そのため、アーム部材6をダイレクト駆動できるだけの高いトルクが振動アクチュエータ102に発生する。
また、振動アクチュエータ102に発生するトルクは振動アクチュエータ101に発生するトルクよりは小さくなるものの、アーム部材6をダイレクト駆動するのに必要なトルクの発生を維持しつつ、振動アクチュエータ101よりも安価に構成することができる。
Here, the ratio (A / B) between the hardness (A) of the
Further, although the torque generated in the
実施の形態3.
図4に示すように、振動アクチュエータ103は、球体状の移動子であるロータ31と、ロータ31が接触する振動子であるステータ32とを備えている。ロータ31側に位置するステータ32の端部には、略円環状に形成された3つの突出爪部32a〜32cがロータ31に向かって突出するように設けられており、これらの突出爪部32a〜32cには、ロータ31の外表面31aに対応する球状の当接面32a1〜32c1がそれぞれ形成されている。また、突出爪部32a〜32cの内側に形成された凹部32dの内部には、実施の形態1における供給体10と同様の樹脂を材料とする略円筒状の供給体33が設けられており、この供給体33には、実施の形態1と同様の潤滑油が含浸されている。さらに、ロータ31の上部には予圧手段34が配置されており、この予圧手段34によってロータ31がステータ32に対して加圧されている。
ここで、ロータ31の外表面31aは、移動子側接触面を構成する。なお、本実施の形態において、移動子側接触面は外表面31a全体をいうが、これに限られず、ステータ32と接触可能な部分であれば外表面31aの一部であってもよい。
また、当接面32a1〜32c1は、振動子側接触面を構成する。
Embodiment 3 FIG.
As shown in FIG. 4, the
Here, the
Further, the contact surfaces 32a1 to 32c1 constitute a vibrator side contact surface.
また、ロータ31の硬度(A’)とステータ32の硬度(B’)との比(A’/B’)は、実施の形態1と同様、1より大きく5以下となっている。また、上記以外の構成については、実施の形態1と同様である。従って、振動アクチュエータ103を、球体状のロータ31を駆動するように構成しても、実施の形態1と同様に長期間の使用であっても動作の円滑さが保たれ、かつ高いトルクを得られるようになっている。
Further, the ratio (A ′ / B ′) between the hardness (A ′) of the
以上の実施の形態1及び2において、移動子である各ロータは略円筒状または球体状の部材として構成されたが、移動子の形状を円筒状及び球体状に限定するものではない。例えば、円環状の移動子を軸方向周りに回転させる振動アクチュエータや、棒状や柱状の移動子を直線移動させる、いわゆるリニア型の振動アクチュエータ等、他の形状を有する移動子を備えた振動アクチュエータに本発明を適用することも可能である。 In the first and second embodiments described above, each rotor, which is a moving element, is configured as a substantially cylindrical or spherical member, but the shape of the moving element is not limited to a cylindrical shape or a spherical shape. For example, a vibration actuator having a moving element having another shape, such as a vibration actuator that rotates an annular moving element around an axial direction, or a so-called linear vibration actuator that linearly moves a rod-like or columnar moving element. It is also possible to apply the present invention.
また、実施の形態1又は2において、硬度の調整はロータ1の外周面1aa及び1baに硬質薄膜処理を施してもよい。ロータ1の回転移動範囲にあわせてロータ1がステータ2と接触可能な範囲(移動子側接触面)が外周面1aa及び1baの一部である場合には、該範囲にのみ硬質薄膜処理を施すこともできる。また、アーム部材6の取り付け部分を含む外周面1aa及び1ba全体に硬質薄膜処理を施すことができる。硬質薄膜処理には、セラミックの溶射によりロータの外周面に厚さ12μ〜20μmのセラミックの表層を形成する方法が考えられるが、これに限られず、他の硬質薄膜処理方法であってもよい。また、実施の形態3におけるロータ31の外表面31aについても同様とする。ここで、ロータ1の外周面1aa及び1baに硬質薄膜処理によって形成された薄膜は、移動子側表層を構成する。また、外周面1aa及び1baに硬質薄膜処理が施されるロータ1は、移動子側表層に対して移動子側母材を構成する。
In the first or second embodiment, the hardness may be adjusted by subjecting the outer peripheral surfaces 1aa and 1ba of the
また、実施の形態1又は2において、移動子側接触面と振動子側接触面との硬度の調整はステータ2の突出爪部2a、2b、当接面2a1、2b1、接触面2a2、2b2に硬質薄膜処理を施してもよい。当接面2a1、2b1及び接触面2a2、2b2は摺動面を構成する。またここで、ステータ2の突出爪部2a、2b及び摺動面2a1、2a2、2b1、2b2に硬質薄膜処理によって形成された薄膜は、振動子側表層を構成する。また、突出爪部2a、2b及び摺動面2a1、2a2、2b1、2b2に硬質薄膜処理が施されるステータ2は、振動子側表層に対して振動子側母材を構成する。なお、硬質薄膜処理は突出爪部2a、2b全体に施されるのみならず、摺動面2a1、2a2、2b1、2b2のみに施されてもよい。
In the first or second embodiment, the adjustment of the hardness between the slider-side contact surface and the vibrator-side contact surface is performed on the protruding
またさらに、実施の形態1又は2においてロータ1の外周面1aa及び1baに硬質薄膜処理を施す場合、所定の条件に応じて、移動子側接触面の硬度(A)には薄膜の硬度(a’)ではなく母材の硬度(a”)が支配的に働く。また、ステータ2の突出爪部2a、2b及び摺動面2a1、2a2、2b1、2b2に硬質薄膜処理を施した場合も同様である。ここで、所定の条件とは、例えば、薄膜の膜厚が予圧による各部材の変形量及び超音波振動の振幅値の合計値以下(10μm以下)のときをいう。
そのため、ロータ1の外周面1aa及び1baに硬質薄膜処理によって形成された薄膜の膜厚が10μm以下である場合は、ロータ1(移動子側母材)の硬度(a”)とステータ2(振動子側母材)の硬度(b”)との比(a”/b”)が1より大きく20以下となる必要がある。またこの場合、ステータ2にも膜厚が10μmより大きい硬質薄膜処理を施すのであれば、ロータ1(移動子側母材)の硬度(a”)とステータ2に形成された薄膜(振動子側表層)の硬度(b’)との比(a”/b’)が1より大きく20以下となる。
また一方、ロータ1の外周面1aa及び1ba上の薄膜の膜厚が10μmより大きい場合は、ロータ1側の薄膜(移動子側表層)の硬度(a’)とステータ2(振動子側母材)の硬度(b”)との比(a’/b”)が1より大きく20以下となる。また、この場合、硬質薄膜処理を施したステータ2側の薄膜の膜厚が10μmよりも大きい場合は、ロータ1側の薄膜(移動子側表層)の硬度(a’)とステータ2側の薄膜(振動子側表層)の硬度(b’)との比(a’/b’)が1より大きく20以下となる。
但し、所定の条件とは、本実施の形態に限られず、表面処理の状態等に応じて適宜設定することができる。また、硬度の比はより高いトルクを必要とする場合には1より大きく5以下とすることが好ましい。
Furthermore, when the hard thin film treatment is performed on the outer peripheral surfaces 1aa and 1ba of the
Therefore, when the film thickness of the thin film formed on the outer peripheral surfaces 1aa and 1ba of the
On the other hand, when the film thickness of the thin film on the outer peripheral surfaces 1aa and 1ba of the
However, the predetermined conditions are not limited to the present embodiment, and can be appropriately set according to the surface treatment state and the like. The hardness ratio is preferably greater than 1 and 5 or less when higher torque is required.
以上より、すなわち、ロータ1又はステータ2のうち少なくとも1つに表面処理を施す場合、各部材の変形量や超音波振動の振幅値等に応じて、各接触面の硬度の比をとることが適切な場合もあり、一方で、各母材の硬度の比をとることが適切な場合もある。
As described above, that is, when at least one of the
1,31 ロータ(移動子)、2,32 ステータ(振動子)、3 圧電素子(振動手段)、8 予圧部材(予圧手段)、33 供給体(潤滑剤供給手段)、34 予圧手段、1aa,1ba 外周面(移動子側接触面)、2a1 第一当接面(振動子側接触面)、2b1 第二当接面(振動子側接触面)、31a 外表面(移動子側接触面)、101,102,103 振動アクチュエータ。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
該移動子に接触可能な振動子と、
前記移動子と前記振動子とを加圧接触させる予圧手段と、
前記振動子に超音波振動を発生させることにより前記移動子を移動させる振動手段と、
を備え、
前記移動子は前記振動子と接触可能な移動子側接触面を有し、
前記振動子は前記移動子側接触面と接触可能な振動子側接触面を有し、
前記移動子側接触面の硬度(A)と前記振動子側接触面の硬度(B)との比(A/B)が1より大きく且つ20以下であることを特徴とする振動アクチュエータ。 Mover,
A vibrator capable of contacting the moving element;
Preload means for pressurizing and contacting the moving element and the vibrator;
Vibration means for moving the moving element by generating ultrasonic vibration in the vibrator;
With
The slider has a slider-side contact surface that can contact the vibrator,
The vibrator has a vibrator-side contact surface that can come into contact with the slider-side contact surface,
A vibration actuator characterized in that a ratio (A / B) of the hardness (A) of the slider side contact surface and the hardness (B) of the vibrator side contact surface is greater than 1 and 20 or less.
該潤滑剤供給体は液体潤滑剤が含浸されるとともに前記移動子と前記振動子との少なくとも一方に接触可能に設けられる供給体である請求項1〜3のいずれか一項に記載の振動アクチュエータ。 Comprising a lubricant supply means capable of supplying a liquid lubricant between the moving element and the vibrator;
The vibration actuator according to any one of claims 1 to 3, wherein the lubricant supply body is a supply body that is impregnated with a liquid lubricant and is provided so as to be able to contact at least one of the moving element and the vibrator. .
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