JP2015192468A - 振動アクチュエータのステータ及び振動アクチュエータ - Google Patents
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Abstract
Description
超音波モータは、例えば、円環状の弾性体の裏面側に、圧電振動子(圧電素子)を接着して構成したステータと、前記ステータ上に配される円環状のロータと、前記ロータを前記ステータに加圧して接触させる加圧手段と、前記圧電振動子に高周波電圧を印加する電極とを備えて構成されている。
この超音波モータは、圧電振動子に高周波電圧を印加することで圧電振動子に生じる伸縮運動によってステータに進行波を生じさせ、この進行波によってロータを摩擦駆動する。
(1)特許文献1では、板状の金属製円盤をプレス加工することで所定の溝を打ち抜き、その後、曲げ加工によって山部と谷部を形成した弾性体を開示している。
しかし、かかる弾性体にあっては、底板部から垂直にプレスによって折り曲げ加工することで薄板状に山部が形成されるため、山部の径方向の厚みが薄肉となり、山部に径方向の倒れや傾きが生じ易い。
(2)特許文献2では、まずプレスによって円環状に連続したロータ接触部を形成し、次にこの円環状に連続したロータ接触部に切削によって放射状の複数の溝(谷部)を複数形成することで、それぞれ周方向で隣り合う溝(谷部)間に山部をそれぞれ形成した弾性体を開示している。
しかし、かかる弾性体は、周方向に切削することで溝(谷部)と山部を形成するものとしているため、山部における周壁面は内周面側と外周面側のみであって、周方向の面部には壁面が存在していないため、山部に径方向の倒れや傾きが生じ易い。
(3)特許文献3では、プレス加工によって打ち抜いた複数枚の金属板や、曲げ加工して形成した複数枚の金属板をそれぞれ接合して形成した弾性体を開示している。
しかし、打ち抜き加工、曲げ加工して形成された複数枚の金属板を接合するための時間が掛かるため、製造に多くの時間を要し、量産に適していない。
ステータに生じる進行波によって、前記ステータに圧接する移動体を駆動する振動アクチュエータのステータであって、
前記ステータは、
一方の面が圧電振動子の取り付け部となる基部と、
前記基部の他方の面に一体形成され、前記基部の延在方向に設けられた複数の山部と、
隣接する前記山部の間に設けられた谷部と、
を備え、
前記山部は、前記圧電振動子の取り付け部側が開口した中空状であって、
頂部と、
前記頂部と前記基部との間に、かつ、当該山部の全周にわたって設けられた周壁部と、
を備えたことを特徴とする振動アクチュエータのステータとしたことである。
本発明の第2の発明は、少なくとも前記山部は、塑性加工で形成されたことを特徴とする振動アクチュエータのステータとしたことである。
本発明の第5の発明は、第4の発明において、前記板状体は、板金であることを特徴とする振動アクチュエータのステータとしたことである。
「第一の実施形態」
本実施形態の超音波モータは、ステータ5に生じる進行波によって、ステータ5に圧接するロータ(移動体)2を駆動する。
この超音波モータは、回転可能に支持された出力軸1と共に回転し、出力軸1を中心に同心円状に配設された円環状のロータ(移動体)2と、円環状に形成したベース部3上に配され、出力軸1を中心に同心円状に配設された円環状のステータ5と、ロータ2をステータ5に加圧して接触させる加圧手段と、ステータ5に備えた圧電振動子(圧電素子)7に高周波電圧を印加する図示しない電極とを備えて構成されている(図1参照)。
ロータ本体2aは、例えば、アルミ合金や樹脂などで形成されている。
一方、摩擦材2bは、ロータ2とステータ5との圧接時に安定した摩擦力を得るためのもので、例えば合成樹脂材料などで形成されているが、
摩擦材2bを特に設けなくてもよい。
なお、例えば、弾性体6と圧電振動子7との間に金属板11を介在させてもよい(図3(d)参照)。
また、基部6aの他方の面6cには、基部6aの延在方向(周方向)に複数の山部8,8,…が形成されており、隣接する山部8,8の間は、谷部9となる(図2参照)。
また、山部8は、周方向に一定の間隔で設けられており、いずれの山部8,8,…も同一形状である。
谷部9は、本実施形態では断面視が略台形状である(図3参照)。また、谷部9は、周方向に一定の間隔で設けられており、いずれの谷部9,9,…も同一形状である。
山部8の頂部8e及び4つの周壁部8a、8b、8c、8dは、いずれも薄肉である。
詳細には、山部8は、対向する周壁部8a及び周壁部8cと、対向する周壁部8b及び周壁部8dとを備え、これら4つの連続した面部からなる周壁部8a、8b、8c、8dと、この周壁部8a、8b、8c、8dの各面部の上端側で一体に連続して形成された平面視四角形状の頂部8eとを備えており、この山部8は、略角錐台形状に基部6aの他方の面6cから膨出(突出)している。
従って、山部8は全ての面部(周壁部8a、8b、8c、8dと頂部8e)によって囲まれているため、径方向と周方向のいずれの方向にも傾いたり倒れたりすることがなく安定している。
このように山部8の周囲に平面部13を有することにより、山部8相互間の剛性が高くなり、より一層、傾きや倒れに対して強固となる。
圧電振動子7は、基部6aの一方の面6b(開口15がある側の面)に接着されている。また、圧電振動子7の両面には、高周波電圧を印加するための電極(図示省略)が設けられている。
図4(a)は、周壁部8aの所定箇所に一箇所のみ貫通孔12を設けた形態を示し、(b)は周壁部8a,8cにおいて対向する位置に貫通孔12をそれぞれ一箇所ずつ設けた形態を示し、(c)は頂部8eの略中央位置に貫通孔12を一箇所のみ設けた形態を示す。
なお、貫通孔12の孔数、孔形状、孔位置は任意であるが、山部8の剛性を低下させない(山部8に径方向及び周方向の傾きや倒れを生じさせない)程度を考慮して設計変更が可能である。
(1)通常、大気圧中で弾性体6に圧電振動子(板状のセラミックス)7が接着されるため、山部8の中空部8fには、空気が封入された状態で密封されている。従って、例えば、ステータ5が高真空雰囲気に晒されると、弾性体6や圧電振動子7が変形したり歪んだりするおそれがある。
本実施形態のように、貫通孔12を設けて山部8の中空部8fと外気とが連通していれば、弾性体6や圧電振動子7の変形や歪みなどが防止できる。
(2)貫通孔12から山部8の中空部8fに所定の液体や粉体等を充填し、その後貫通孔12を閉鎖して封入するようにしてもよい。
また、図4(c)に示すように、頂部8eの略中央位置に貫通孔12を設ける。この貫通孔12から山部8の中空部8fに所定の液体や粉体等を充填し、液体や粉体等の充填後は、貫通孔12は閉鎖しない。そして、充填した液体や粉体等が貫通孔12から少しずつ頂部8e(ロータ2(摩擦材2b)と接触する面部)に漏出するように構成すれば、ロータ2との摩擦状態や界面状態を変化させることができる。
また、山部8の中空部8fには、金属材料や合成樹脂材料を充填してもよい。貫通孔12を介して金属材料や合成樹脂材料を充填した後に貫通孔12を閉鎖してもよい。
このように、弾性体6の動剛性を部分的に不均一とすることで、駆動用の進行波以外の騒音を発生させる可能性のある進行波の発生を抑制することができ、駆動時における鳴き等の騒音を抑えることができる。
なお、この駆動時における鳴き等の騒音抑制効果については、特許第2685284号公報、特許第2698414号公報に詳細に記載されている。
図5(a)はステータ5の山部8を部分的に拡大して示す平面図、(b)は(a)のb−b線断面図である。
具体的には、隣り合う山部8及び8の周方向で対向する基端8g及び8gと、頂部8eにおいて、隣り合う山部8及び8の周方向で対向する側辺8h及び8hは、それぞれ略平行な直線である。内周16と外周17に沿う基端(径方向の基端)8g及び8gと、内周16に沿う頂部8eの側辺8h、及び外周17に沿う頂部8eの側辺8hは、R状の曲線である。(図5(a)(b))。 また、内周16に沿う基端8gは、外周17に沿う基端8gよりも短く、かつ、内周16に沿う頂部8eの側辺8hは、外周17に沿う側辺8hよりも短い(図5(a)(b))。
また、周壁部8a及び8cは平坦面であるが、周壁部8b及び8dはそれぞれ曲面である(図5(a)(b))。
さらに、周壁部8a,8c,8dは、それぞれ基部8gから頂部8に向けて傾斜面であるが、周壁部8bは、基端8gから頂部8に向けて垂直面である(図5(b))。
また、本実施形態において、内周16に沿う基端8gと内周16との間の面部と、外周17に沿う基端8gと外周17との間の面部は、それぞれ径方向で略同一幅である(図5(a))。
このように、山部8の形状は特に限定されず任意であり、また、山部8の頂部8eの形状も面状であっても点状であってもよい。すなわち、山部8の形状は、平面視が、円形状、楕円形状、多角形状など任意であって、点状も一点状(一つの円錐状山部8などで、頂部8eの先端が一つの突起であるもの)であっても、多点状(頂部8eの先端が複数の突起からなるもの)であってもよい。
「第二の実施形態」
なお、特に図示はしないが、第一の実施形態における図3(c)のように、弾性体6と圧電振動子7との間に金属板11を介在させてもよい。
また、基部6aの他方の面6cには、基部6aの長さ方向に複数の山部8,8,…が形成されており、隣接する山部8,8の間は、谷部9となる(図7参照)。
谷部9は、本実施形態では断面視が略矩形状であり(図7参照)。また、谷部9は、基部6aの長さ方向に一定の間隔で設けられており、いずれの谷部9,9,…も同一形状である。
なお、山部8と谷部9の形状は、本実施形態の形状に限定されるものではなく、また、第一の実施形態と同様に山部8の所定箇所に貫通孔12を設けてもよい。
山部8の頂部8e及び4つの周壁部8a、8b、8c、8dは、いずれも薄肉である。
詳細には、山部8は、対向する周壁部8a及び周壁部8cと、対向する周壁部8b及び周壁部8dとを備え、これら4つの連続した面部からなる周壁部8a、8b、8c、8dと、この周壁部8a、8b、8c、8dの各面部の上端側で一体に連続して形成された平面視四角形状の頂部8eとを備えており、この山部8は、直方体形状に基部6aの他方の面6cから膨出(突出)している。
従って、山部8は、全ての面部(周壁部8a、8b、8c、8dと頂部8e)によって囲まれているため、基部6aの長さ方向と幅方向のいずれの方向にも傾いたり倒れたりすることがなく安定している。
このように山部8の周囲に平面部13を有することにより、山部8相互間の剛性が高くなり、より一層、傾きや倒れに対して強固となる。
なお、上述した第一の実施形態及び第二の実施形態のいずれにおいても、弾性体6として金属製のものを例示したが、弾性体6は金属製に限定されない。弾性体6は、例えば、繊維強化プラスチック等の複合材料、エポキシガラス又は樹脂等を用いたものであってもよく、その材料は任意である。
弾性体6は、樹脂材料や金属材料を射出成形で製造してもよく、また、金属材料を用いた場合には、鋳造や粉末冶金等で製造してもよく、その製造方法も任意である。
ソリッド構造の弾性体6´のモデル及び中空構造の弾性体6のモデルの各部の寸法等は、次の通りである。
両者ともに基部6aの外径(直径)が30mm、内径(直径)が20mm、厚みが1mmである。
両者ともに中心から周壁部8bの基端8g´までの距離が14.5mm、中心から周壁部8dの基端8g´´までの距離が12mmである。
両者ともに山部8の基部6aからの高さが3mm、隣り合う山部8,8の対向する基端8g,8gの間隔が1mmである。
両者ともに基部6aに対する周壁部8a,8c,8dの立ち上がり角度は80°であり、基部6aに対する周壁部8bの立ち上がり角度は90°である。
両者ともに周方向に24個の山部8,8,…を等間隔に備える。
ソリッド構造の弾性体6´のモデルは、24個の山部8,8,…のすべてがソリッド構造(中実)である。
FEM解析による検討の結果、図8(a)に示すように、各山部8の頂部8e及び各周壁部8a,8b,8c,8dの各肉厚を1mmとした中空構造の弾性体6のモデルが、ソリッド構造の弾性体6´のモデルと固有振動数が略一致することが確認できた。なお、両者の固有振動数比は約102%で、中空構造の弾性体6のモデルの固有振動数の方が僅かに高かった。
この結果より、本願の実施形態に示すような中空体構造の弾性体6を使用しても、従来のソリッド構造の弾性体と略同等の特性が得られることが示唆される。
また、中空構造の弾性体6のモデルとソリッド構造の弾性体6´のモデルとの質量比は約68%であり、質量を約30%削減しても、略同等の特性が得られることが示唆される。すなわち、中空構造の弾性体6を使用した振動アクチュエータによれば、質量当たりの効率を大きく向上させることができる。
5 ステータ
6 弾性体
6a 基部
6b 一方の面
6c 他方の面
7 圧電振動子
8 山部
8a,8b,8c,8d 周壁部
8e 頂部
8f 中空部
8g 基端
9 谷部
Claims (7)
- ステータに生じる進行波によって、前記ステータに圧接する移動体を駆動する振動アクチュエータのステータであって、
前記ステータは、
一方の面が圧電振動子の取り付け部となる基部と、
前記基部の他方の面に一体形成され、前記基部の延在方向に設けられた複数の山部と、
隣接する前記山部の間に設けられた谷部と、
を備え、
前記山部は、前記圧電振動子の取り付け部側が開口した中空状であって、
頂部と、
前記頂部と前記基部との間に、かつ、当該山部の全周にわたって設けられた周壁部と、
を備えていることを特徴とする振動アクチュエータのステータ。 - 少なくとも前記山部は、塑性加工で形成されたことを特徴とする請求項1に記載の振動アクチュエータのステータ。
- 前記山部は、絞り加工で形成されたことを特徴とする請求項2に記載の振動アクチュエータのステータ。
- 前記ステータは、板状体で構成されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一に記載の振動アクチュエータのステータ。
- 前記板状体は、板金であることを特徴とする請求項4に記載の振動アクチュエータのステータ。
- 前記山部のうちの少なくとも一つの山部の中空部に充填物を設けることにより、前記ステータの動剛性を部分的に不均一としたことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一に記載の振動アクチュエータのステータ。
- 請求項1乃至6のいずれか一に記載のステータを有することを特徴とする振動アクチュエータ。
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JP2014065909A JP2015192468A (ja) | 2014-03-27 | 2014-03-27 | 振動アクチュエータのステータ及び振動アクチュエータ |
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Citations (2)
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JPH10323063A (ja) * | 1997-05-21 | 1998-12-04 | Nikon Corp | 振動アクチュエータ |
JP2011234608A (ja) * | 2010-04-06 | 2011-11-17 | Canon Inc | 振動型アクチュエータ、振動子及び振動子の製造方法 |
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- 2014-03-27 JP JP2014065909A patent/JP2015192468A/ja active Pending
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JPH10323063A (ja) * | 1997-05-21 | 1998-12-04 | Nikon Corp | 振動アクチュエータ |
JP2011234608A (ja) * | 2010-04-06 | 2011-11-17 | Canon Inc | 振動型アクチュエータ、振動子及び振動子の製造方法 |
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