JP2015035909A - Vibration actuator - Google Patents

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高三 正己
Masaki Takasan
正己 高三
真也 浅井
Shinya Asai
真也 浅井
亮介 小関
Ryosuke Koseki
亮介 小関
康寿 松浦
Yasuhisa Matsuura
康寿 松浦
昭宏 鈴木
Akihiro Suzuki
昭宏 鈴木
合田 泰之
Yasuyuki Aida
泰之 合田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To secure an output performance when used as a motor while securing detection accuracy when used as a force sensor in a vibration actuator.SOLUTION: A vibration actuator 1 includes a rotor 30, a vibrator 10 which has a piezoelectric element 17 for generating ultrasonic vibration for rotating the rotor 30, a cover 60 which is provided around the vibrator 10, and two flanges 61 which protrude from the inner peripheral surface of the cover 60 to compressively support the vibrator 10. The flanges 61 fixedly support the vibrator 10 by holding it with elastic force by flexure when the vibration actuator 1 is used as a force sensor (at the time of non-rotation of the rotor 30), and support the vibrator 10 so as to be able to vibrate by vibrating sympathetically with the vibrator 10 when the vibration actuator 1 is used as an ultrasonic motor (at the time of rotation of the rotor 30).

Description

本発明は、圧電素子を備えた振動アクチュエータに関する。   The present invention relates to a vibration actuator provided with a piezoelectric element.

振動アクチュエータは、ステータに加圧接触するロータを備えており、ステータに備えられた圧電素子に交流電圧を印加することによってステータを振動させ、そのステータの振動をロータに伝達することによってロータを回転させて、駆動力を得ている。そして、この振動アクチュエータに用いられる圧電素子を、振動アクチュエータにかかる力を検出する力センサとして利用する技術が、たとえば特開2008−100317号公報(特許文献1)に開示されている。   The vibration actuator is provided with a rotor that is in pressure contact with the stator, and the stator is vibrated by applying an alternating voltage to a piezoelectric element provided in the stator, and the rotor is rotated by transmitting the vibration of the stator to the rotor. Let's get the driving force. A technique of using a piezoelectric element used for this vibration actuator as a force sensor for detecting a force applied to the vibration actuator is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-1000031 (Patent Document 1).

特許文献1には、振動アクチュエータで駆動される指部を備えたロボットハンドが開示されている。このロボットハンドは、振動アクチュエータを指部を動かすモータとして用いる場合には、圧電素子の逆圧電効果(外部から電圧が印加されると変形する現象)を利用してモータを駆動して、物体などの把持を行なう。一方、振動アクチュエータの圧電素子を力センサとして用いる場合は、圧電素子への電圧の印加を行なわずに、圧電素子の圧電効果(外力によって変形されると電圧を生じる現象)を利用してロータに作用する力を検出する。   Patent Document 1 discloses a robot hand having a finger portion driven by a vibration actuator. When this robotic hand uses a vibration actuator as a motor to move a finger part, the motor is driven using the reverse piezoelectric effect of the piezoelectric element (a phenomenon that deforms when a voltage is applied from the outside), so that an object, etc. Grip. On the other hand, when a piezoelectric element of a vibration actuator is used as a force sensor, a voltage is not applied to the piezoelectric element, but the piezoelectric effect of the piezoelectric element (a phenomenon that generates a voltage when deformed by an external force) is applied to the rotor. Detect the acting force.

特開2008−100317号公報JP 2008-1000031 A

特許文献1のように、振動アクチュエータを力センサとして用いる場合、その検出精度を高めるためには、ステータをロータに作用する力によって動かないように固定しておくことが望ましい。ところが、ステータを定常的に固定すると、モータ駆動時のステータの振動が妨げられるためモータとしての出力性能(トルク、回転速度、効率など)が低下してしまうという背反が生じる。このように、力センサとしての検出精度の確保とモータとしての出力性能の確保とは、互いにトレードオフ関係にある。このようなトレードオフ関係にある双方を両立するためには、さらなる改善が必要である。   When a vibration actuator is used as a force sensor as in Patent Document 1, it is desirable to fix the stator so that it does not move due to the force acting on the rotor in order to increase the detection accuracy. However, if the stator is fixed constantly, vibrations of the stator during driving of the motor are hindered, resulting in a contradiction that the output performance (torque, rotational speed, efficiency, etc.) of the motor is reduced. Thus, ensuring the detection accuracy as the force sensor and securing the output performance as the motor are in a trade-off relationship with each other. Further improvement is necessary to achieve both of these trade-off relationships.

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、振動アクチュエータにおいて、力センサとして用いる場合の検出精度を確保しつつ、モータとして用いる場合の出力性能を確保することである。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and its object is to ensure output performance when used as a motor while ensuring detection accuracy when used as a force sensor in a vibration actuator. That is.

この発明に係る振動アクチュエータは、ロータと、ロータに接触し、ロータとの接触面にロータを回転させるための超音波振動を発生させる圧電素子を含んで構成される振動体と、振動体の周囲に設けられ、ロータの出力軸を回転可能に支持する部材に固定されるカバーと、カバーと振動体との間に設けられ振動体を加圧支持する支持部材とを備える。支持部材は、ロータの非回転時には振動体をカバーに対して固定的に支持し、ロータの回転時には振動体を振動可能に支持するように構成される。   The vibration actuator according to the present invention includes a rotor, a vibrating body that is in contact with the rotor, and includes a piezoelectric element that generates ultrasonic vibration for rotating the rotor on a contact surface with the rotor. And a cover that is fixed to a member that rotatably supports the output shaft of the rotor, and a support member that is provided between the cover and the vibration member and supports the vibration member under pressure. The support member is configured to fixedly support the vibrating body with respect to the cover when the rotor is not rotating, and to support the vibrating body so as to be able to vibrate when the rotor is rotating.

好ましくは、支持部材は、ロータの非回転時には弾性力によって振動体をカバーに対して固定的に支持し、ロータの回転時には振動体と共に共振することで振動体を振動可能に支持する。   Preferably, the support member supports the vibrating body fixedly with respect to the cover by an elastic force when the rotor is not rotating, and supports the vibrating body so as to be able to vibrate by resonating with the vibrating body when the rotor rotates.

好ましくは、支持部材は、カバーに固定される基端と振動体の外周面に沿って延びる腕部と振動体に接触する先端とを備えるはり状部材である。はり状部材は、ロータの非回転時にはたわみによるの弾性力によって振動体をカバーに対して固定的に支持し、ロータの回転時には振動体と共に共振する。   Preferably, the support member is a beam-like member including a base end fixed to the cover, an arm portion extending along the outer peripheral surface of the vibrating body, and a distal end contacting the vibrating body. The beam-like member fixedly supports the vibrating body with respect to the cover by elastic force due to deflection when the rotor is not rotating, and resonates with the vibrating body when the rotor is rotating.

好ましくは、支持部材は、ロータの非回転時において振動体の共振時における振動の腹に相当する部分を支持する。   Preferably, the support member supports a portion corresponding to an antinode of vibration during resonance of the vibrating body when the rotor is not rotating.

好ましくは、支持部材は、基端がカバーの内側に回動可能に支持されるとともに先端が振動体に対して移動可能に構成された、長手方向に弾性的に伸縮可能な棒状部材である。棒状部材は、ロータの非回転時には先端が振動体の所定部分に加圧接触することによって振動体をカバーに対して固定的に支持し、ロータの回転時には振動体に接触する先端が所定部分から振動体の表面に沿って移動することによって振動体を振動可能に支持する。   Preferably, the support member is a rod-like member that is elastically stretchable in the longitudinal direction and has a base end rotatably supported inside the cover and a tip that is movable with respect to the vibrating body. When the rotor is not rotating, the rod-like member presses and contacts the predetermined part of the vibrating body to press the vibrating body fixedly to the cover, and when the rotor rotates, the tip that contacts the vibrating body from the predetermined part is supported. The vibrator is supported so as to vibrate by moving along the surface of the vibrator.

好ましくは、支持部材は、ロータの非回転時において棒状部材の先端が振動体の所定部分に接触するように棒状部材を保持する棒状部材用弾性体をさらに含み、
棒状部材用弾性体は、ロータの回転時に棒状部材の先端が振動体の表面に沿って移動することを許容しつつ、ロータの非回転時に棒状部材の先端が所定部分に戻るように棒状部材を支持する。
Preferably, the support member further includes a rod-shaped member elastic body that holds the rod-shaped member so that a tip of the rod-shaped member contacts a predetermined portion of the vibrating body when the rotor is not rotated.
The elastic body for a rod-shaped member allows the rod-shaped member to return to a predetermined portion when the rotor does not rotate while allowing the tip of the rod-shaped member to move along the surface of the vibrating body when the rotor rotates. To support.

好ましくは、所定部分は、振動体の共振時における振動の腹に相当する部分である。
好ましくは、支持部材は、振動体の外周面と接触可能に形成された板状部材と、板状部材を振動体に押しつける板状部材用弾性体とを含む。板状部材は、ロータの非回転時には板状部材用弾性体の弾性力によって振動体に加圧接触することによって振動体をカバーに対して固定的に支持し、ロータの回転時には近距離場音波浮揚作用によって振動体から浮揚力を受けることによって振動体を振動可能に支持する。
Preferably, the predetermined portion is a portion corresponding to an antinode of vibration at the time of resonance of the vibrating body.
Preferably, the support member includes a plate-like member formed so as to be in contact with the outer peripheral surface of the vibrating body, and an elastic body for the plate-like member that presses the plate-like member against the vibrating body. The plate-like member supports the vibrating body fixedly to the cover by pressing and contacting the vibrating body by the elastic force of the elastic body for the plate-like member when the rotor does not rotate, and near-field acoustic waves when the rotor rotates. The vibrator is supported so as to vibrate by receiving a levitation force from the vibrator by a levitation action.

好ましくは、支持部材は、基端がカバ−の内側に支持された複数の支持体で構成される。支持部材は、ロータの非回転時には複数の支持体で振動体を挟み込むことによって振動体を加圧支持する。   Preferably, the support member includes a plurality of supports whose base ends are supported on the inside of the cover. The support member pressurizes and supports the vibrating body by sandwiching the vibrating body with a plurality of support bodies when the rotor is not rotating.

好ましくは、振動体は、ロータに接触するステータと、ステータに一体に設けられるとともに、ステータとの間に圧電素子を挟むように配置される基部と、ロータをステータに加圧接触させる予圧部とをさらに含む。支持部材は、振動体の基部を支持する。   Preferably, the vibrating body includes a stator that contacts the rotor, a base that is provided integrally with the stator and that is disposed so as to sandwich the piezoelectric element between the stator, and a preload portion that pressurizes and contacts the rotor with the stator. Further included. The support member supports the base of the vibrating body.

本発明によれば、振動アクチュエータにおいて、力センサとして用いる場合の検出精度を確保しつつ、モータとして用いる場合の出力性能を確保することができる。   According to the present invention, in a vibration actuator, it is possible to ensure output performance when used as a motor while securing detection accuracy when used as a force sensor.

振動アクチュエータの斜視図である。It is a perspective view of a vibration actuator. 振動アクチュエータの側面透視図である。It is a side perspective view of a vibration actuator. 振動アクチュエータの側面図である。It is a side view of a vibration actuator. 図3のIV−IV断面を示す図である。It is a figure which shows the IV-IV cross section of FIG. フランジの周波数特性を示す図である。It is a figure which shows the frequency characteristic of a flange. プランジャを説明するための図である。It is a figure for demonstrating a plunger. プランジャの状態変化を示す図である。It is a figure which shows the state change of a plunger. 支持部材を説明するための図である。It is a figure for demonstrating a supporting member. 板状部材の状態変化を示す図である。It is a figure which shows the state change of a plate-shaped member.

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the same parts are denoted by the same reference numerals. Their names and functions are also the same. Therefore, detailed description thereof will not be repeated.

図1は、本実施の形態による振動アクチュエータ1の斜視図である。図2は、図1のX方向の振動アクチュエータ1の側面透視図である。図3は、図1のY方向の振動アクチュエータ1の側面図である。なお、図1〜図3においては、連結ロッド45(図2参照)の軸心方向をZ軸と規定し、Z軸に直交する軸をX軸と規定し、Z軸およびX軸に直交する軸をY軸と規定している。   FIG. 1 is a perspective view of a vibration actuator 1 according to the present embodiment. FIG. 2 is a side perspective view of the vibration actuator 1 in the X direction of FIG. FIG. 3 is a side view of the vibration actuator 1 in the Y direction of FIG. 1 to 3, the axial center direction of the connecting rod 45 (see FIG. 2) is defined as the Z axis, the axis orthogonal to the Z axis is defined as the X axis, and is orthogonal to the Z axis and the X axis. The axis is defined as the Y axis.

図1〜3を参照して、本実施の形態による振動アクチュエータ1について説明する。この振動アクチュエータ1は、いわゆる超音波モータとして機能するように構成される。   The vibration actuator 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. The vibration actuator 1 is configured to function as a so-called ultrasonic motor.

振動アクチュエータ1は、回転軸34を備えたロータ30と、ロータ30を回転させるための振動を発生する振動体10と、回転軸34を回転可能に支持する軸受部材37と、軸受部材37に固定されたカバー60とを含んで構成される。カバー60は、振動体10の周囲に設けられた、振動体10を覆う筒状の筐体である。なお、本実施の形態ではカバー60を筒状の筐体としているが、これに限定されるものではなく、所定間隔で並べられた複数の支柱でカバー60を構成するようにしてもよい。   The vibration actuator 1 is fixed to the bearing 30 and the rotor 30 having the rotating shaft 34, the vibrating body 10 that generates vibration for rotating the rotor 30, the bearing member 37 that rotatably supports the rotating shaft 34, and the bearing member 37. And the cover 60 formed. The cover 60 is a cylindrical casing that is provided around the vibrating body 10 and covers the vibrating body 10. In the present embodiment, the cover 60 is a cylindrical casing, but the present invention is not limited to this, and the cover 60 may be configured by a plurality of columns arranged at a predetermined interval.

振動体10は、ロータ30の外周面31に接触するステータ13と、ステータ13よりもロータ30から離れた位置に配置される基部11と、ステータ13と基部11とに挟まれた圧電素子17とを備える。   The vibrating body 10 includes a stator 13 that is in contact with the outer peripheral surface 31 of the rotor 30, a base portion 11 that is disposed farther from the rotor 30 than the stator 13, and a piezoelectric element 17 that is sandwiched between the stator 13 and the base portion 11. Is provided.

基部11の中心には、ねじ孔12が形成されている。ステータ13は、ねじ孔12に螺入可能な軸部14と、軸部14の基端側に形成された円柱状のステータ本体部15とを備えている。軸部14の先端寄りには、ねじ孔12に対応する雄ねじ16が形成されている。なお、ステータ13は、軸部14およびステータ本体部15の中心を貫通する貫通孔22を有している。   A screw hole 12 is formed at the center of the base 11. The stator 13 includes a shaft portion 14 that can be screwed into the screw hole 12, and a columnar stator main body portion 15 formed on the proximal end side of the shaft portion 14. A male screw 16 corresponding to the screw hole 12 is formed near the tip of the shaft portion 14. The stator 13 has a through hole 22 that passes through the centers of the shaft portion 14 and the stator main body portion 15.

基部11とステータ本体部15との間には、圧電素子17が設けられている。圧電素子17は略円柱状の形態を呈しており中心に通孔18を有する。圧電素子17の通孔18にステータ13の軸部14が挿入され、基部11との間に挟まれることにより、圧電素子17は振動体10に保持される。   A piezoelectric element 17 is provided between the base 11 and the stator main body 15. The piezoelectric element 17 has a substantially cylindrical shape and has a through hole 18 at the center. The shaft portion 14 of the stator 13 is inserted into the through hole 18 of the piezoelectric element 17 and is sandwiched between the base portion 11 and the piezoelectric element 17 is held by the vibrating body 10.

圧電素子17は、駆動回路(図示せず)に電気的に接続される。圧電素子17は、駆動回路から交流電圧が印加されることにより、ステータ13のロータ30との接触面21にロータ30を回転させるための超音波振動(楕円運動)を発生する。   The piezoelectric element 17 is electrically connected to a drive circuit (not shown). The piezoelectric element 17 generates ultrasonic vibration (elliptical motion) for rotating the rotor 30 on the contact surface 21 of the stator 13 with the rotor 30 when an AC voltage is applied from the drive circuit.

ステータ本体部15のロータ30側の端部には、ロータ30の外周面31と接触する2つの接触部20が形成されている。各接触部20は、ロータ30の外周面31と接触面21で接触する。2つの接触部20の間には、径方向に横断する溝部19が形成されている。溝部19は、回転軸34を支持する軸受部材37の一部が収容される空間部を形成する。   Two contact portions 20 that come into contact with the outer peripheral surface 31 of the rotor 30 are formed at the end of the stator body 15 on the rotor 30 side. Each contact portion 20 is in contact with the outer peripheral surface 31 of the rotor 30 at the contact surface 21. Between the two contact portions 20, a groove portion 19 is formed that traverses in the radial direction. The groove portion 19 forms a space portion in which a part of the bearing member 37 that supports the rotating shaft 34 is accommodated.

ロータ30は、外周面31と一対のロータ端面32とを備える。ロータ30の中心には回転軸34が固定される。回転軸34の軸心はロータ30の回転軸心Pとなる。回転軸34の両端部は、振動アクチュエータ1の出力端であり、回転軸34の回転力を出力として用いる。   The rotor 30 includes an outer peripheral surface 31 and a pair of rotor end surfaces 32. A rotation shaft 34 is fixed to the center of the rotor 30. The axis of the rotation shaft 34 is the rotation axis P of the rotor 30. Both ends of the rotating shaft 34 are output ends of the vibration actuator 1, and the rotational force of the rotating shaft 34 is used as an output.

軸受部材37は、ロータ端面32の両側に設けられた一対の軸受部38と、一対の軸受部38を接続する接続部39とを備えている。軸受部38には通孔40が形成されており、回転軸34が通孔40に挿通され、回転軸34は軸受(ベアリング)36を介して軸受部38に回転可能に支持されている。   The bearing member 37 includes a pair of bearing portions 38 provided on both sides of the rotor end surface 32 and a connection portion 39 that connects the pair of bearing portions 38. A through hole 40 is formed in the bearing portion 38, the rotary shaft 34 is inserted through the through hole 40, and the rotary shaft 34 is rotatably supported by the bearing portion 38 via a bearing 36.

図2に示すように、軸受部材37の接続部39は、連結ロッド45の一方の端部と連結されている。連結ロッド45はステータ13の貫通孔22に挿通されており、連結ロッド45の他方の端部はステータ13の軸部14から突出している。従って、連結ロッド45はステータ13および圧電素子17の内部を貫通している。連結ロッド45の突出端47には、ホルダ48を介して円板状のばね受体49が取り付けられている。ばね受体49と基部11との間には、皿ばね50が介在されている。なお、本実施の形態においては、突出端47、ホルダ48、ばね受体49、および皿ばね50は、基部11に設けられた薄板円筒状の筒部11Aの内部に収容される。   As shown in FIG. 2, the connecting portion 39 of the bearing member 37 is connected to one end portion of the connecting rod 45. The connecting rod 45 is inserted into the through hole 22 of the stator 13, and the other end of the connecting rod 45 protrudes from the shaft portion 14 of the stator 13. Accordingly, the connecting rod 45 passes through the stator 13 and the piezoelectric element 17. A disc-shaped spring receiver 49 is attached to the protruding end 47 of the connecting rod 45 via a holder 48. A disc spring 50 is interposed between the spring receiver 49 and the base 11. In the present embodiment, the protruding end 47, the holder 48, the spring receiver 49, and the disc spring 50 are accommodated in a thin cylindrical cylindrical portion 11 </ b> A provided in the base 11.

皿ばね50は、振動体10の基部11をロータ30に向けて押しつける。これにより、ロータ30が振動体10のステータ13に対して加圧接触される。すなわち、本実施の形態では、連結ロッド45、ばね受体49および皿ばね50が、ロータ30をステータ13に加圧接触させる予圧部を構成する要素である。   The disc spring 50 presses the base 11 of the vibrating body 10 toward the rotor 30. Thereby, the rotor 30 is brought into pressure contact with the stator 13 of the vibrating body 10. That is, in the present embodiment, the connecting rod 45, the spring receiver 49, and the disc spring 50 are elements that constitute a preload portion that pressurizes and contacts the rotor 30 with the stator 13.

本実施の形態において、振動アクチュエータ1は、超音波モータあるいは力センサとして選択的に用いられる。   In the present embodiment, the vibration actuator 1 is selectively used as an ultrasonic motor or a force sensor.

振動アクチュエータ1を超音波モータとして用いる場合には、圧電素子17の逆圧電効果(電圧を印加すると変形する現象)を利用して回転軸34を回転させる。具体的には、駆動回路から圧電素子17に対して交流電圧(より詳しくは位相を90度シフトした交流電圧)を印加することにより、圧電素子17は超音波振動(より詳しくはY軸方向のたわみ振動とZ軸方向の縦振動とを組み合わせた複合振動)を発生する。この超音波振動がステータ13に伝達され、ステータ13における一対の接触面21には、Y軸−Z軸平面におけるX軸周りの楕円運動(または円運動)が発生する。ロータ30が接触面21を通じて楕円運動(または円運動)を受けることにより、ロータ30は回転軸34を中心にして回転される。ロータ30の回転により、回転軸34の回転力が得られる。なお、ロータ30の回転方向、回転速度およびトルクの制御は、印加する交流電圧や周波数等を制御することにより変更可能である。   When the vibration actuator 1 is used as an ultrasonic motor, the rotating shaft 34 is rotated using the inverse piezoelectric effect (a phenomenon that deforms when a voltage is applied) of the piezoelectric element 17. Specifically, by applying an AC voltage (more specifically, an AC voltage whose phase is shifted by 90 degrees) from the drive circuit to the piezoelectric element 17, the piezoelectric element 17 is ultrasonically vibrated (more specifically, in the Y-axis direction). Composite vibration combining the flexural vibration and the longitudinal vibration in the Z-axis direction). This ultrasonic vibration is transmitted to the stator 13, and an elliptical motion (or circular motion) around the X axis in the Y-axis / Z-axis plane occurs on the pair of contact surfaces 21 in the stator 13. When the rotor 30 receives an elliptical motion (or a circular motion) through the contact surface 21, the rotor 30 is rotated about the rotation axis 34. The rotational force of the rotating shaft 34 is obtained by the rotation of the rotor 30. The control of the rotation direction, rotation speed, and torque of the rotor 30 can be changed by controlling the applied AC voltage, frequency, and the like.

一方、振動アクチュエータ1を力センサとして用いる場合には、圧電素子17の圧電効果(外力によって変形すると電圧を生じる現象)を利用して回転軸34に作用する力を検出する。たとえば、回転軸34に取り付けられたリンク(指先)で対象物を押している場合、対象物からの反力がリンク(指先)を経由して回転軸34に作用する。この反力がロータ30から接触面21を通じてステータ13に伝達される。その結果、圧電素子17は、対象物からの反力(回転軸34に作用する力)に相当する外力をステータ13から受けることになる。この外力によって圧電素子17が変形すると、圧電素子17はその変形量に応じた電圧を発生する。圧電素子17の電圧を測定することで回転軸34に作用する力が検出される。   On the other hand, when the vibration actuator 1 is used as a force sensor, the force acting on the rotating shaft 34 is detected using the piezoelectric effect of the piezoelectric element 17 (a phenomenon that generates a voltage when deformed by an external force). For example, when an object is pushed by a link (fingertip) attached to the rotation shaft 34, a reaction force from the object acts on the rotation shaft 34 via the link (fingertip). This reaction force is transmitted from the rotor 30 to the stator 13 through the contact surface 21. As a result, the piezoelectric element 17 receives an external force corresponding to a reaction force (force acting on the rotating shaft 34) from the object from the stator 13. When the piezoelectric element 17 is deformed by the external force, the piezoelectric element 17 generates a voltage corresponding to the deformation amount. By measuring the voltage of the piezoelectric element 17, the force acting on the rotating shaft 34 is detected.

振動アクチュエータ1を力センサとして用いる場合、その検出精度を高めるためには、ロータ30に作用する力に応じて圧電素子17が変形されるように、振動体10をロータ30に作用する力によって動かないように固定しておくことが望ましい。ところが、振動体10を定常的に固定すると、ステータ13の振動が妨げられるため振動アクチュエータ1の超音波モータとしての出力性能(トルク、回転速度、効率など)が低下してしまうという背反が生じる。このように、力センサとしての検出精度の確保と、超音波モータとしての出力性能の確保とは、互いにトレードオフ関係にある。   When the vibration actuator 1 is used as a force sensor, in order to increase the detection accuracy, the vibrating body 10 is moved by the force acting on the rotor 30 so that the piezoelectric element 17 is deformed according to the force acting on the rotor 30. It is desirable to fix so that there is no. However, when the vibrating body 10 is fixed constantly, the vibration of the stator 13 is hindered, so that the output performance (torque, rotational speed, efficiency, etc.) of the vibration actuator 1 as an ultrasonic motor is reduced. Thus, ensuring the detection accuracy as the force sensor and securing the output performance as the ultrasonic motor are in a trade-off relationship with each other.

このようなトレードオフ関係にある、力センサとしての検出精度の確保と超音波モータとしての出力性能の確保とを両立するために、本実施の形態による振動アクチュエータ1は、振動体10を加圧支持する支持部材を備える。本実施の形態においては、支持部材として、図1、3に示すように、カバー60の内周面から突出し振動体10を加圧支持する2つのフランジ(はり状部材)61が設けられる。なお、本実施の形態では2つのフランジ61を設けたが、フランジ61の数は3つ以上であってもよい。   The vibration actuator 1 according to the present embodiment pressurizes the vibrating body 10 in order to achieve both the detection accuracy as a force sensor and the output performance as an ultrasonic motor, which have such a trade-off relationship. A support member for supporting is provided. In the present embodiment, as shown in FIGS. 1 and 3, two flanges (beam members) 61 that protrude from the inner peripheral surface of the cover 60 and pressurize and support the vibrating body 10 are provided as support members. In the present embodiment, two flanges 61 are provided, but the number of flanges 61 may be three or more.

図4は、フランジ61を含む図3のIV−IV断面を示す図である。2つのフランジ61は、振動アクチュエータ1を力センサとして用いる場合(すなわちロータ30の非回転時)には振動体10の基部11を固定的に支持し、振動アクチュエータ1を超音波モータとして用いる場合(すなわちロータ30の回転時)には振動体10の基部11を可動的に支持する弾性部材で構成される。   4 is a view showing a cross section taken along the line IV-IV in FIG. When the vibration actuator 1 is used as a force sensor (that is, when the rotor 30 is not rotating), the two flanges 61 support the base 11 of the vibrating body 10 in a fixed manner, and the vibration actuator 1 is used as an ultrasonic motor ( That is, it is composed of an elastic member that movably supports the base 11 of the vibrating body 10 when the rotor 30 rotates.

具体的には、各フランジ61は、カバー60の内周面に固定される基端部61Aと、振動体10の外周面に沿って延びる腕部と、振動体10の外周面に接触する先端部61Bとを備える。ここで、振動体10の外周面に沿って延びる腕部は、本実施形態のように振動体10の外周面に沿って曲線状に延びる構成だけでなく、振動体10の外周面に沿って直線状に延びる構成や、曲線部分と直線部分との両方を含む構成であってもよい。2つのフランジ61の先端部61Bは、フランジ61全体のたわみによるの弾性力によって基部11を挟み込むことで基部11を加圧支持する。本実施の形態においては、フランジ61の先端部61Bは、振動アクチュエータ1が力センサとして用いられる場合(ロータ30の非回転時)において、振動体10が振動した時における基部11の振動の腹に相当する部分を支持する。また、フランジ61の基端部61Aは、振動体10が振動した時におけるカバー60の振動の節に相当する部分に固定される。なお、振動体10の振動はロータ30および軸受部材37を通じてカバー60にもわずかに伝達される。   Specifically, each flange 61 includes a base end portion 61 </ b> A that is fixed to the inner peripheral surface of the cover 60, an arm portion that extends along the outer peripheral surface of the vibrating body 10, and a distal end that contacts the outer peripheral surface of the vibrating body 10. Part 61B. Here, the arm portion extending along the outer circumferential surface of the vibrating body 10 not only has a configuration extending in a curved shape along the outer circumferential surface of the vibrating body 10 as in the present embodiment, but also along the outer circumferential surface of the vibrating body 10. A configuration that extends linearly or a configuration that includes both a curved portion and a straight portion may be used. The front end portions 61B of the two flanges 61 support the base portion 11 under pressure by sandwiching the base portion 11 by the elastic force caused by the deflection of the entire flange 61. In the present embodiment, the distal end portion 61B of the flange 61 is placed on the antinode of the vibration of the base portion 11 when the vibrating body 10 vibrates when the vibration actuator 1 is used as a force sensor (when the rotor 30 is not rotating). Support the corresponding part. Further, the base end portion 61A of the flange 61 is fixed to a portion corresponding to a vibration node of the cover 60 when the vibrating body 10 vibrates. The vibration of the vibrating body 10 is also slightly transmitted to the cover 60 through the rotor 30 and the bearing member 37.

このようなフランジ61を設けたことにより、振動アクチュエータ1を力センサとして用いる場合には、振動体10がカバー60(さらにはカバー60が固定される軸受部材37)に対して固定的に支持される。これにより、力センサとしての検出精度を確保することができる。   By providing such a flange 61, when the vibration actuator 1 is used as a force sensor, the vibrating body 10 is fixedly supported with respect to the cover 60 (and the bearing member 37 to which the cover 60 is fixed). The Thereby, the detection accuracy as a force sensor is securable.

特に、本実施の形態によるフランジ61は、圧電素子17を挟み込むステータ13および基部11のうち、ステータ13(圧電素子17よりもロータ30に近い方)ではなく、基部11(圧電素子17よりもロータ30から離れている方)を支持している。そのため、ロータ30に作用する力がステータ13から圧電素子17に作用した場合に、圧電素子17を基部11でしっかりと受け止めることができる。そのため、ステータ13からの外力に応じて圧電素子17が変形し易くなるため、検出精度をより高めることができる。   In particular, the flange 61 according to the present embodiment is not the stator 13 (the one closer to the rotor 30 than the piezoelectric element 17) among the stator 13 and the base 11 sandwiching the piezoelectric element 17, but the base 11 (the rotor more than the piezoelectric element 17). The person who is far from 30). Therefore, when the force acting on the rotor 30 acts on the piezoelectric element 17 from the stator 13, the piezoelectric element 17 can be firmly received by the base 11. Therefore, since the piezoelectric element 17 is easily deformed according to the external force from the stator 13, the detection accuracy can be further increased.

さらに、フランジ61は、振動アクチュエータ1を超音波モータとして用いる場合には、振動体10をカバー60に対して可動的に(振動可能に)支持する。具体的には、フランジ61は、振動アクチュエータ1を超音波モータとして用いる場合に振動体10の基部11と共に共振することで基部11の振動を吸収する。   Furthermore, the flange 61 movably supports the vibrating body 10 with respect to the cover 60 when the vibration actuator 1 is used as an ultrasonic motor. Specifically, the flange 61 absorbs the vibration of the base 11 by resonating with the base 11 of the vibrating body 10 when the vibration actuator 1 is used as an ultrasonic motor.

図5は、フランジ61の周波数特性を示す図である。なお、図5では、横軸に周波数、縦軸にQ値(共振の鋭さを表す値)が表わされる。   FIG. 5 is a diagram illustrating the frequency characteristics of the flange 61. In FIG. 5, the horizontal axis represents frequency, and the vertical axis represents Q value (a value representing the sharpness of resonance).

図5に示すように、フランジ61は、振動アクチュエータ1を超音波モータとして用いた時の振動体10の振動周波数f1でQ値が最大値Qmaxとなり、振動周波数f1から離れた領域ではQ値がほぼ零となる特性を有する。このような周波数特性を有するように、フランジ61の形状(長さ、太さなど)が予め決められている。   As shown in FIG. 5, the flange 61 has a maximum Q value at the vibration frequency f1 of the vibrating body 10 when the vibration actuator 1 is used as an ultrasonic motor, and a Q value in a region away from the vibration frequency f1. The characteristic is almost zero. The shape (length, thickness, etc.) of the flange 61 is determined in advance so as to have such frequency characteristics.

そのため、振動アクチュエータ1を超音波モータとして用いる場合には、フランジ61は基部11と共に共振し、基部11の振動を吸収する。すなわち、振動体10の振動がフランジ61(さらには、フランジ61が固定されるカバー60、カバー60が固定される軸受部材37)によって妨げられることはない。その結果、超音波モータとしての出力性能(トルク、速度、効率など)も確保される。   Therefore, when the vibration actuator 1 is used as an ultrasonic motor, the flange 61 resonates with the base 11 and absorbs the vibration of the base 11. That is, the vibration of the vibrating body 10 is not hindered by the flange 61 (further, the cover 60 to which the flange 61 is fixed and the bearing member 37 to which the cover 60 is fixed). As a result, output performance (torque, speed, efficiency, etc.) as an ultrasonic motor is also ensured.

特に、本実施の形態においては、上述したように、フランジ61の先端部61Bは、基部11の振動の腹に相当する部分を支持する。これにより、フランジ61がより共振し易くなるため、基部11の振動をより積極的に吸収することができる。   In particular, in the present embodiment, as described above, the distal end portion 61B of the flange 61 supports a portion corresponding to the vibration antinode of the base portion 11. Thereby, since the flange 61 becomes easier to resonate, the vibration of the base portion 11 can be absorbed more positively.

以上のように、本実施の形態によるフランジ61は、振動アクチュエータ1が力センサとして用いられる場合(ロータ30の非回転時)には振動体10をたわみによる弾性力によって固定的に支持し、振動アクチュエータ1が超音波モータとして用いられる場合(ロータ30の回転時)には振動体10と共振することによって振動体10を振動可能に支持する。そのため、振動アクチュエータ1が力センサとして用いられる場合の検出精度を確保しつつ、振動アクチュエータ1が超音波モータとして用いられる場合の出力性能を確保することができる。   As described above, when the vibration actuator 1 is used as a force sensor (when the rotor 30 is not rotating), the flange 61 according to the present embodiment fixedly supports the vibrating body 10 by the elastic force due to the deflection, and vibrates. When the actuator 1 is used as an ultrasonic motor (when the rotor 30 is rotating), it resonates with the vibrating body 10 to support the vibrating body 10 so as to vibrate. Therefore, it is possible to ensure the output performance when the vibration actuator 1 is used as an ultrasonic motor while ensuring the detection accuracy when the vibration actuator 1 is used as a force sensor.

また、振動アクチュエータ1を用いることで力センサと超音波モータとを一体化できるため、たとえば振動アクチュエータ1をロボットハンドに用いる場合には、ロボットハンドの小型化、軽量化、安価を実現することができる。   In addition, since the force sensor and the ultrasonic motor can be integrated by using the vibration actuator 1, for example, when the vibration actuator 1 is used in a robot hand, the robot hand can be reduced in size, weight, and cost. it can.

<支持部材の変形例1>
上述の実施の形態では、振動体10を加圧支持する支持部材としてフランジ(はり状部材)61を採用したが、支持部材はこれに限定されない。
<Modification 1 of Support Member>
In the above-described embodiment, the flange (beam member) 61 is employed as the support member that pressurizes and supports the vibrating body 10, but the support member is not limited to this.

たとえば、支持部材として、図6に示すようなプランジャ70を採用するようにしてもよい。プランジャ70としては公知のボールプランジャなどを用いることができる。なお、図6には、3つのプランジャ70が示されているが、プランジャ70の数は2つであっても、4つ以上であってもよい。   For example, a plunger 70 as shown in FIG. 6 may be employed as the support member. As the plunger 70, a known ball plunger or the like can be used. 6 shows three plungers 70, the number of plungers 70 may be two or four or more.

各プランジャ70は、カバー60の内周面に回動可能に支持された、長手方向に弾性的に伸縮可能な棒状部材である。具体的には、各プランジャ70は、中空棒状の本体部71と、本体部71内部に備えられる弾性体(図示せず)によって本体部71の長手方向に可動可能に支持された先端部72と、本体部71をカバー60の内周面に回動可能に支持する基端部73とを備える。   Each plunger 70 is a rod-like member that is rotatably supported by the inner peripheral surface of the cover 60 and can be elastically expanded and contracted in the longitudinal direction. Specifically, each plunger 70 includes a hollow rod-like main body 71 and a tip 72 that is movably supported in the longitudinal direction of the main body 71 by an elastic body (not shown) provided inside the main body 71. , And a base end portion 73 that rotatably supports the main body portion 71 on the inner peripheral surface of the cover 60.

各プランジャ70の本体部71の先端付近は、複数のコイルばね74によってカバー60の内周面に支持される。なお、コイルばね74を他の弾性体(たとえば皿ばね)に変更してもよい。   The vicinity of the tip of the main body 71 of each plunger 70 is supported on the inner peripheral surface of the cover 60 by a plurality of coil springs 74. The coil spring 74 may be changed to another elastic body (for example, a disc spring).

図7は、振動体10の振動時(ロータ30の回転時)と振動体10の非振動時(ロータ30の非回転時)とのプランジャ70の状態を示す図である。なお、図7は、図6のVII−VII断面を示す図である。   FIG. 7 is a diagram illustrating the state of the plunger 70 when the vibrating body 10 vibrates (when the rotor 30 rotates) and when the vibrating body 10 does not vibrate (when the rotor 30 does not rotate). 7 is a view showing a VII-VII cross section of FIG.

振動体10の非振動時は、複数のコイルばね74の弾性力によって、先端部72が基部11の所定部分(以下「原点」という)に加圧接触する状態に、プランジャ70が保持される。これにより、振動体10の基部11が3つのプランジャ70によって固定的に支持される。なお、本実施の形態においては、原点が振動体10が振動した時における基部11の振動の腹の位置となるように各プランジャ70の配置が予め調整されている。   When the vibrating body 10 is not vibrating, the plunger 70 is held by the elastic force of the plurality of coil springs 74 such that the distal end portion 72 is in pressure contact with a predetermined portion (hereinafter referred to as “origin”) of the base portion 11. Thereby, the base 11 of the vibrating body 10 is fixedly supported by the three plungers 70. In the present embodiment, the arrangement of the plungers 70 is adjusted in advance so that the origin is the position of the antinode of the vibration of the base 11 when the vibrating body 10 vibrates.

一方、振動体10の振動時には、先端部72が振動体10の表面に対して移動可能に構成されているため、基部11の振動がプランジャ70に伝達されることにより、各プランジャ70は、複数のコイルばね74の弾性力に抗して、先端部72が振動体10の表面に沿って原点から基部11の振動の節に向かう方向に移動する。これにより、プランジャ70が原点(振動の腹)を支持し続ける場合に比べて、振動体10の振動が許容された状態で振動体10を支持することができる。   On the other hand, since the distal end portion 72 is configured to be movable with respect to the surface of the vibrating body 10 when the vibrating body 10 vibrates, the vibration of the base portion 11 is transmitted to the plunger 70, so that each plunger 70 includes a plurality of plungers 70. The tip 72 moves in the direction from the origin toward the vibration node of the base 11 along the surface of the vibrating body 10 against the elastic force of the coil spring 74. Thereby, compared with the case where the plunger 70 continues to support the origin (vibration antinode), the vibrating body 10 can be supported in a state where the vibration of the vibrating body 10 is allowed.

また、振動体10の振動が停止された時(ロータ30の回転停止時)には、複数のコイルばね74の弾性力によりプランジャ70の先端部72は再び原点に戻る。   Further, when the vibration of the vibrating body 10 is stopped (when the rotation of the rotor 30 is stopped), the distal end portion 72 of the plunger 70 returns to the origin again by the elastic force of the plurality of coil springs 74.

このように、本変形例によるプランジャ70は、振動アクチュエータ1が力センサとして用いられる場合(ロータ30の非回転時)には先端部72が振動体10に加圧接触することによって振動体10を固定的に支持し、振動アクチュエータ1が超音波モータとして用いられる場合(ロータ30の回転時)には先端部72が振動体10の振動の節に向けて振動体10の表面を移動することによって振動体10を振動可能に支持する。そのため、上述のフランジ61を用いる場合と同様、振動アクチュエータ1が力センサとして用いられる場合の検出精度を確保しつつ、振動アクチュエータ1が超音波モータとして用いられる場合の出力性能を確保することができる。   As described above, when the vibration actuator 1 is used as a force sensor (when the rotor 30 is not rotating), the plunger 70 according to the present modification causes the tip 72 to press-contact the vibrating body 10 so that the vibrating body 10 is moved. When the vibration actuator 1 is used as an ultrasonic motor (when the rotor 30 rotates), the tip 72 moves on the surface of the vibration body 10 toward the vibration node of the vibration body 10 when the vibration actuator 1 is used as an ultrasonic motor. The vibrating body 10 is supported so as to be able to vibrate. Therefore, as in the case of using the flange 61 described above, it is possible to ensure the output performance when the vibration actuator 1 is used as an ultrasonic motor while ensuring the detection accuracy when the vibration actuator 1 is used as a force sensor. .

<支持部材の変形例2>
また、支持部材として、上述の実施の形態によるフランジ61に代えて、図8、図9に示すような支持部材80を採用するようにしてもよい。なお、図8、図9には、2つの支持部材80が示されているが、支持部材80の数は3つ以上であってもよい。
<Modification 2 of Support Member>
Further, instead of the flange 61 according to the above-described embodiment, a support member 80 as shown in FIGS. 8 and 9 may be employed as the support member. 8 and 9, two support members 80 are shown, but the number of support members 80 may be three or more.

各支持部材80は、板状部材81と、複数の皿ばね82とで構成される。なお、皿ばね82を他の弾性体(たとえばコイルばね)に変更してもよい。   Each support member 80 includes a plate-like member 81 and a plurality of disc springs 82. The disc spring 82 may be changed to another elastic body (for example, a coil spring).

板状部材81は、基部11の筒部11Aの外周面と面接触可能に形成される。板状部材81における筒部11Aとの接触面は、後述の浮揚力を確保するために、所定の面積を有する。皿ばね82は、板状部材81とカバー60の内周面との間に設けられ、板状部材81を筒部11Aに向けて押しつける。   The plate-like member 81 is formed so as to be able to come into surface contact with the outer peripheral surface of the cylindrical portion 11A of the base portion 11. A contact surface of the plate-like member 81 with the cylinder portion 11A has a predetermined area in order to secure a levitation force described later. The disc spring 82 is provided between the plate-like member 81 and the inner peripheral surface of the cover 60, and presses the plate-like member 81 toward the cylinder portion 11A.

図9は、振動体10の振動時(ロータ30の回転時)と振動体10の非振動時(ロータ30の非回転時)との板状部材81の状態を示す図である。なお、図9は、図8のIX−IX断面を示す図である。   FIG. 9 is a diagram illustrating the state of the plate-like member 81 when the vibrating body 10 vibrates (when the rotor 30 rotates) and when the vibrating body 10 does not vibrate (when the rotor 30 does not rotate). FIG. 9 is a view showing a IX-IX cross section of FIG.

振動体10の非振動時は、皿ばね82の弾性力によって、板状部材81が筒部11Aを加圧支持する状態に保持される。   When the vibrating body 10 is not vibrating, the plate-like member 81 is held in a state in which the cylindrical portion 11 </ b> A is pressed and supported by the elastic force of the disc spring 82.

一方、振動体10の振動時には、近距離場音波浮揚作用によって、板状部材81が筒部11Aから浮揚力を受ける。すなわち、筒部11Aが超音波振動することによって筒部11Aと板状部材81との境界面に放射圧と呼ばれる力が生じ、この放射圧による浮揚力が板状部材81に作用する。なお、近距離場音波浮揚作用そのものについては周知であるためここでの詳細な説明は繰り返さない。   On the other hand, when the vibrating body 10 vibrates, the plate-like member 81 receives a levitation force from the cylindrical portion 11A by the near-field acoustic wave levitation action. That is, when the cylinder portion 11 </ b> A is ultrasonically vibrated, a force called radiation pressure is generated at the boundary surface between the cylinder portion 11 </ b> A and the plate-like member 81, and a levitation force due to this radiation pressure acts on the plate-like member 81. Since the near-field acoustic wave levitation itself is well known, detailed description thereof will not be repeated here.

近距離場音波浮揚作用による浮揚力と皿ばね82の弾性力とが釣り合う位置で、板状部材81が保持される。これにより、図9の一点鎖線に示すように板状部材81が筒部11Aから浮揚して接触しなくなることによって、板状部材81と筒部11Aとの摩擦が零になるため、振動体10が振動可能となる。なお、この際、筒部11は、板状部材81に接触しなくなるが、浮揚力の反力を板状部材81から受ける。この反力によって、筒部11は、板状部材81(さらには板状部材81が支持されるカバー60)に支持されることになる。   The plate-like member 81 is held at a position where the levitation force due to the near-field acoustic wave levitation action and the elastic force of the disc spring 82 are balanced. As a result, the plate member 81 is lifted from the cylindrical portion 11A and is not in contact with the plate member 81 as shown by the alternate long and short dash line in FIG. 9, so that the friction between the plate member 81 and the cylindrical portion 11A becomes zero. Can vibrate. At this time, the cylindrical portion 11 does not come into contact with the plate-like member 81, but receives a reaction force of the levitation force from the plate-like member 81. By this reaction force, the cylindrical portion 11 is supported by the plate-like member 81 (and the cover 60 on which the plate-like member 81 is supported).

このように、本変形例による板状部材81は、振動アクチュエータ1が力センサとして用いられる場合(ロータ30の非回転時)には皿ばね80の弾性力によって基部11の筒部11Aに加圧接触することによって振動体10を固定的に支持し、振動アクチュエータ1が超音波モータとして用いられる場合(ロータ30の回転時)には近距離場音波浮揚作用によって基部11の筒部11Aから浮揚して接触しなくなることによって振動体10を振動可能に支持する。そのため、上述のフランジ61を用いる場合と同様、振動アクチュエータ1が力センサとして用いられる場合の検出精度を確保しつつ、振動アクチュエータ1が超音波モータとして用いられる場合の出力性能を確保することができる。   Thus, when the vibration actuator 1 is used as a force sensor (when the rotor 30 is not rotating), the plate-like member 81 according to this modification is pressed against the cylindrical portion 11A of the base 11 by the elastic force of the disc spring 80. When the vibrating body 10 is fixedly supported by contact and the vibration actuator 1 is used as an ultrasonic motor (when the rotor 30 rotates), it floats from the cylindrical portion 11A of the base 11 by the near-field acoustic wave levitation action. Thus, the vibrating body 10 is supported so as to be able to vibrate. Therefore, as in the case of using the flange 61 described above, it is possible to ensure the output performance when the vibration actuator 1 is used as an ultrasonic motor while ensuring the detection accuracy when the vibration actuator 1 is used as a force sensor. .

なお、必ずしも板状部材81が筒部11Aから完全に浮揚していなくてもよい。すなわち、完全に浮揚していなくても、浮揚力によって板状部材81が筒部11Aを加圧する力が低減されるため、板状部材81と筒部11Aとの摩擦が低減される。これにより、振動体10を振動し易くすることができる。   In addition, the plate-shaped member 81 does not necessarily have to be lifted completely from the cylinder portion 11A. In other words, even if the levitation force is not completely lifted, the force with which the plate-like member 81 presses the cylinder portion 11A due to the levitation force is reduced, so that the friction between the plate-like member 81 and the cylinder portion 11A is reduced. Thereby, the vibrating body 10 can be easily vibrated.

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

1 振動アクチュエータ、10 振動体、11 基部、11A 筒部、12 ねじ孔、13 ステータ、14 軸部、15 ステータ本体部、16 雄ねじ、17 圧電素子、18,40 通孔、19 溝部、20 接触部、21 接触面、22 貫通孔、30 ロータ、31 外周面、32 ロータ端面、34 回転軸、37 軸受部材、38 軸受部、39 接続部、45 連結ロッド、47 突出端、48 ホルダ、49 ばね受体、50,80,82 皿ばね、60 カバー、61 フランジ、61A 基端部、61B 先端部、70 プランジャ、71 本体部、72 先端部、73 基端部、74 コイルばね、80 支持部材、81 板状部材。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vibrating actuator, 10 Vibrating body, 11 Base part, 11A Tube part, 12 Screw hole, 13 Stator, 14 Shaft part, 15 Stator main body part, 16 Male screw, 17 Piezoelectric element, 18, 40 Through-hole, 19 Groove part, 20 Contact part , 21 Contact surface, 22 Through hole, 30 Rotor, 31 Outer peripheral surface, 32 Rotor end surface, 34 Rotating shaft, 37 Bearing member, 38 Bearing portion, 39 Connection portion, 45 Connecting rod, 47 Protruding end, 48 Holder, 49 Spring support Body, 50, 80, 82 Disc spring, 60 cover, 61 flange, 61A proximal end, 61B distal end, 70 plunger, 71 main body, 72 distal end, 73 proximal end, 74 coil spring, 80 support member, 81 Plate member.

Claims (10)

ロータと、
前記ロータに接触し、前記ロータとの接触面に前記ロータを回転させるための超音波振動を発生させる圧電素子を含んで構成される振動体と、
前記振動体の周囲に設けられ、前記ロータの出力軸を回転可能に支持する部材に固定されるカバーと、
前記カバーと前記振動体との間に設けられ前記振動体を加圧支持する支持部材とを備え、
前記支持部材は、前記ロータの非回転時には前記振動体を前記カバーに対して固定的に支持し、前記ロータの回転時には前記振動体を振動可能に支持するように構成される、振動アクチュエータ。
A rotor,
A vibrating body configured to include a piezoelectric element that contacts the rotor and generates ultrasonic vibration for rotating the rotor on a contact surface with the rotor;
A cover provided around the vibrating body and fixed to a member that rotatably supports the output shaft of the rotor;
A support member provided between the cover and the vibrator and supporting the vibrator under pressure,
The vibration member is configured to support the vibration body fixedly with respect to the cover when the rotor does not rotate, and to support the vibration body so that the vibration body can vibrate when the rotor rotates.
前記支持部材は、前記ロータの非回転時には弾性力によって前記振動体を前記カバーに対して固定的に支持し、前記ロータの回転時には前記振動体と共に共振することで前記振動体を振動可能に支持する、請求項1に記載の振動アクチュエータ。   The support member supports the vibrating body fixedly with respect to the cover by an elastic force when the rotor is not rotating, and supports the vibrating body so as to vibrate by resonating with the vibrating body when the rotor rotates. The vibration actuator according to claim 1. 前記支持部材は、前記カバーに固定される基端と前記振動体の外周面に沿って延びる腕部と前記振動体に接触する先端とを備えるはり状部材であり、
前記はり状部材は、前記ロータの非回転時にはたわみによる弾性力によって前記振動体を前記カバーに対して固定的に支持し、前記ロータの回転時には前記振動体と共に共振する、請求項2に記載の振動アクチュエータ。
The support member is a beam-like member including a base end fixed to the cover, an arm portion extending along an outer peripheral surface of the vibrating body, and a distal end contacting the vibrating body,
The said beam-like member fixedly supports the vibrating body with respect to the cover by elastic force due to deflection when the rotor is not rotating, and resonates with the vibrating body when the rotor is rotating. Vibration actuator.
前記支持部材は、前記ロータの非回転時において前記振動体の共振時における振動の腹に相当する部分を支持する、請求項2または3に記載の振動アクチュエータ。   4. The vibration actuator according to claim 2, wherein the support member supports a portion corresponding to an antinode of vibration during resonance of the vibrating body when the rotor is not rotating. 5. 前記支持部材は、基端が前記カバーの内側に回動可能に支持されるとともに先端が前記振動体に対して移動可能に構成された、長手方向に弾性的に伸縮可能な棒状部材であり、
前記棒状部材は、前記ロータの非回転時には前記先端が前記振動体の所定部分に加圧接触することによって前記振動体を前記カバーに対して固定的に支持し、前記ロータの回転時には前記振動体に接触する前記先端が前記所定部分から前記振動体の表面に沿って移動することによって前記振動体を振動可能に支持する、請求項1に記載の振動アクチュエータ。
The support member is a rod-like member that is elastically stretchable in the longitudinal direction, and has a base end rotatably supported inside the cover and a distal end configured to be movable with respect to the vibrating body.
The rod-shaped member supports the vibrating body fixedly with respect to the cover by having the tip press-contact with a predetermined portion of the vibrating body when the rotor is not rotating, and the vibrating body when the rotor is rotating. 2. The vibration actuator according to claim 1, wherein the tip that comes into contact with the vibrator moves along the surface of the vibrator from the predetermined portion so as to vibrate the vibrator.
前記支持部材は、前記ロータの非回転時において前記棒状部材の前記先端が前記振動体の前記所定部分に接触するように前記棒状部材を保持する棒状部材用弾性体をさらに含み、
前記棒状部材用弾性体は、前記ロータの回転時に前記棒状部材の前記先端が前記振動体の表面に沿って移動することを許容しつつ、前記ロータの非回転時に前記棒状部材の前記先端が前記所定部分に戻るように前記棒状部材を支持する、請求項5に記載の振動アクチュエータ。
The support member further includes an elastic body for a rod-shaped member that holds the rod-shaped member so that the tip of the rod-shaped member is in contact with the predetermined portion of the vibrating body when the rotor is not rotating,
The elastic body for the rod-shaped member allows the tip of the rod-shaped member to move along the surface of the vibrating body when the rotor rotates, while the tip of the rod-shaped member does not move when the rotor does not rotate. The vibration actuator according to claim 5, wherein the rod-shaped member is supported so as to return to a predetermined portion.
前記所定部分は、前記振動体の共振時における振動の腹に相当する部分である、請求項5または6に記載の振動アクチュエータ。   The vibration actuator according to claim 5, wherein the predetermined portion is a portion corresponding to an antinode of vibration at the time of resonance of the vibrating body. 前記支持部材は、前記振動体の外周面と接触可能に形成された板状部材と、前記板状部材を前記振動体に押しつける板状部材用弾性体とを含み、
前記板状部材は、前記ロータの非回転時には前記板状部材用弾性体の弾性力によって前記振動体に加圧接触することによって前記振動体を前記カバーに対して固定的に支持し、前記ロータの回転時には近距離場音波浮揚作用によって前記振動体から浮揚力を受けることによって前記振動体を振動可能に支持する、請求項1に記載の振動アクチュエータ。
The support member includes a plate-like member formed so as to be in contact with an outer peripheral surface of the vibrating body, and an elastic body for a plate-like member that presses the plate-like member against the vibrating body,
The plate-like member fixedly supports the vibrating body with respect to the cover by being in pressure contact with the vibrating body by the elastic force of the plate-like member elastic body when the rotor is not rotating, and the rotor 2. The vibration actuator according to claim 1, wherein the vibration body is supported so as to be able to vibrate by receiving a levitation force from the vibration body by a near-field acoustic wave levitation action when rotating.
前記支持部材は、基端が前記カバ−の内側に支持された複数の支持体で構成され、
前記支持部材は、前記ロータの非回転時には前記複数の支持体で前記振動体を挟み込むことによって前記振動体を加圧支持する、請求項1〜8のいずれかに記載の振動アクチュエータ。
The support member is composed of a plurality of supports whose base ends are supported inside the cover,
The vibration actuator according to claim 1, wherein the support member pressurizes and supports the vibrating body by sandwiching the vibrating body with the plurality of support bodies when the rotor is not rotating.
前記振動体は、
前記ロータに接触するステータと、
前記ステータに一体に設けられるとともに、前記ステータとの間に前記圧電素子を挟むように配置される基部と、
前記ロータを前記ステータに加圧接触させる予圧部とをさらに含み、
前記支持部材は、前記振動体の前記基部を支持する、請求項1〜9のいずれかに記載の振動アクチュエータ。
The vibrator is
A stator in contact with the rotor;
A base portion provided integrally with the stator and disposed so as to sandwich the piezoelectric element with the stator;
A preload portion that pressurizes and contacts the rotor with the stator;
The vibration actuator according to claim 1, wherein the support member supports the base portion of the vibrating body.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2019003569A1 (en) * 2017-06-26 2019-06-27 三菱電機株式会社 Drive unit and robot

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