JP2016048986A - Vibration actuator - Google Patents

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真也 浅井
Shinya Asai
真也 浅井
康寿 松浦
Yasuhisa Matsuura
康寿 松浦
合田 泰之
Yasuyuki Aida
泰之 合田
亮介 小関
Ryosuke Koseki
亮介 小関
村田 卓也
Takuya Murata
卓也 村田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a vibration actuator capable of generating large torque.SOLUTION: A vibration actuator 10 includes: a stator 13; a rotor 30 which is contacted and supported by the stator 13; a shaft 34 rotatably supporting the rotor 30; a piezoelectric element 17 connected with the stator 13 and serving as a vibration part which applies ultrasonic vibrations to a contact portion between the stator 13 and the rotor 30 to rotate the rotor 30; a connection rod 45, a spring receiving body, and a disc spring 50 connected with the shaft 34 and serving as biasing parts which bias the shaft 34 toward the stator 13 to place the rotor 30 in contact with the stator 13; and bearings rotatably supporting the shaft 34 at both sides of the rotor 30. A recessed part 34a is provided in at least one portion of the shaft 34 which is located between the rotor 30 and the bearing.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

この発明は振動アクチュエータに関し、より特定的には、大きなトルクを発生させることが可能な振動アクチュエータを提供することを目的とするものである。   The present invention relates to a vibration actuator, and more specifically, an object of the present invention is to provide a vibration actuator capable of generating a large torque.

従来の振動アクチュエータは、たとえば特開2013−143827号公報(特許文献1)に開示されている。特許文献1の振動アクチュエータは、ステータと、ステータに接触支持されるロータと、ロータと一体回転可能に設けられたシャフトと、ステータとロータの接触部分に超音波振動を発生させてロータを回転させる振動手段と、軸受けを介してシャフトに連結されるとともにシャフトをステータ側に付勢することでロータとステータとを圧接させる予圧手段とを備えている。   A conventional vibration actuator is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2013-143827 (Patent Document 1). The vibration actuator disclosed in Patent Document 1 rotates a rotor by generating ultrasonic vibration at a contact portion between the stator, a rotor that is in contact with and supported by the stator, a shaft that is integrally rotatable with the rotor, and the rotor and the rotor. Vibrating means and preload means that is connected to the shaft via a bearing and presses the shaft toward the stator to press the rotor and the stator in pressure contact with each other.

特開2013−143827号公報JP2013-143827A

特許文献1に記載の振動アクチュエータはシャフトを介してロータの回転力を外部に出力として取り出す構成であるため、アクチュエータの耐久性を向上させるためには、シャフトを支持する軸受けとして大型のベアリングを用いる必要がある。しかしながら、大型のベアリングを用いるために振動アクチュエータのシャフトの径を大きくすると、以下の理由により、振動アクチュエータのトルクが低下してしまうという問題があった。   Since the vibration actuator described in Patent Document 1 is configured to take out the rotational force of the rotor as an output through the shaft, a large bearing is used as a bearing that supports the shaft in order to improve the durability of the actuator. There is a need. However, when the diameter of the shaft of the vibration actuator is increased in order to use a large bearing, there is a problem that the torque of the vibration actuator is reduced for the following reason.

(1) 振動アクチュエータの駆動周波数付近にシャフトの固有振動モードが発生する。   (1) A natural vibration mode of the shaft occurs near the drive frequency of the vibration actuator.

(2) ロータをステータに圧接するための与圧手段の荷重による軸の変位量(たわみ量)が変わる。   (2) The displacement amount (deflection amount) of the shaft due to the load of the pressurizing means for pressing the rotor against the stator changes.

そこでこの発明は上記の問題点を解決するためになされたものであり、シャフトの軸受けに大型のものを用いたとしてもトルクの低下を抑制することが可能な振動アクチュエータを提供することを目的とするものである。   Accordingly, the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide a vibration actuator capable of suppressing a reduction in torque even when a large shaft bearing is used. To do.

この発明の一つの局面に従った振動アクチュエータは、ステータと、ステータにより接触支持されるロータと、ロータに一体回転可能に連結されたシャフトと、ステータに連結されるとともにステータとロータとの接触部分に超音波振動を付与してロータを回転させる振動部と、ロータの両側でシャフトを回転可能に支持する軸受けと、軸受けを介してシャフトに連結されるとともにシャフトをステータに向かって付勢することによりロータとステータとを加圧接触させる与圧部とを備え、シャフトは、ロータ取りつけ部と軸受け取りつけ部との間の部分における少なくとも一箇所に凹部が設けられている。   A vibration actuator according to one aspect of the present invention includes a stator, a rotor that is contacted and supported by the stator, a shaft that is coupled to the rotor so as to be integrally rotatable, and a contact portion between the stator and the rotor that is coupled to the stator. A vibration unit that applies ultrasonic vibration to the rotor to rotate the rotor, a bearing that rotatably supports the shaft on both sides of the rotor, and a shaft that is coupled to the shaft via the bearing and biases the shaft toward the stator. And a pressurizing portion that pressurizes and contacts the rotor and the stator, and the shaft is provided with a recess at least at one portion in a portion between the rotor mounting portion and the shaft receiving mounting portion.

このように構成された振動アクチュエータにおいては、シャフトにおけるロータ取りつけ部と軸受け取りつけ部との間に凹部を設けたので、シャフトの固有振動モードの周波数を振動アクチュエータの駆動周波数からずらすことができる。その結果、大型の軸受けを使用した場合であってもトルクの低下を抑制することが可能な振動アクチュエータを提供することができる。   In the vibration actuator configured as described above, since the concave portion is provided between the rotor mounting portion and the shaft receiving mounting portion of the shaft, the frequency of the natural vibration mode of the shaft can be shifted from the driving frequency of the vibration actuator. As a result, it is possible to provide a vibration actuator that can suppress a decrease in torque even when a large bearing is used.

さらに、ロータ取付け部と軸受け取付け部との間のシャフトに凹部を設けるため、大きな荷重が加わる部分に凹部が設けられる。その結果、効果的に固有振動数を変化させることができる。   Furthermore, since a recess is provided in the shaft between the rotor mounting portion and the bearing mounting portion, the recess is provided in a portion where a large load is applied. As a result, the natural frequency can be effectively changed.

好ましくは、シャフトにおけるロータ取りつけ部の両側に凹部が設けられている。
好ましくは、凹部は、シャフトの周方向に沿って形成された環状溝である。
Preferably, concave portions are provided on both sides of the rotor mounting portion of the shaft.
Preferably, the concave portion is an annular groove formed along the circumferential direction of the shaft.

この発明の別の局面に従った振動アクチュエータは、ステータと、ステータにより接触支持されるロータと、ロータに一体回転可能に連結されたシャフトと、ステータに連結されるとともにステータとロータとの接触部分に超音波振動を付与してロータを回転させる振動部と、ロータの両側でシャフトを回転可能に支持する軸受けと、軸受けを介してシャフトに連結されるとともにシャフトをステータに向かって付勢することによりロータとステータとを加圧接触させる与圧部とを備え、シャフトは、その少なくとも一部に軸方向に延在する空洞が設けられた筒状部を備える。   A vibration actuator according to another aspect of the present invention includes a stator, a rotor contacted and supported by the stator, a shaft coupled to the rotor so as to be integrally rotatable, and a contact portion between the stator and the rotor. A vibration unit that applies ultrasonic vibration to the rotor to rotate the rotor, a bearing that rotatably supports the shaft on both sides of the rotor, and a shaft that is coupled to the shaft via the bearing and biases the shaft toward the stator. And a pressurizing part that pressurizes and contacts the rotor and the stator, and the shaft includes a cylindrical part provided with a cavity extending in the axial direction at least at a part thereof.

このように構成された振動アクチュエータにおいては、シャフトには軸方向に延在する空洞が設けられているため、振動アクチュエータの駆動周波数と、ロータおよびシャフトの固有振動モードの周波数をずらすことができる。その結果、大きなトルクを発生させることが可能な振動アクチュエータを提供することができる。   In the vibration actuator configured as described above, since the shaft is provided with a cavity extending in the axial direction, the drive frequency of the vibration actuator and the frequency of the natural vibration mode of the rotor and the shaft can be shifted. As a result, a vibration actuator capable of generating a large torque can be provided.

空洞をシャフトに設けるため、シャフトの表面に凹部を設ける場合と比較して、シャフトの質量を大幅に減少させてもシャフトの強度への影響は小さい。その結果、シャフトの質量を大きく減少させることができ、効果的に固有振動数を変化させることができる。   Since the cavity is provided in the shaft, the influence on the strength of the shaft is small even if the mass of the shaft is significantly reduced as compared with the case where the concave portion is provided on the surface of the shaft. As a result, the mass of the shaft can be greatly reduced, and the natural frequency can be effectively changed.

実施の形態1に従った振動アクチュエータの分解斜視図である。FIG. 3 is an exploded perspective view of the vibration actuator according to the first embodiment. 実施の形態1に従った振動アクチュエータで用いられるロータとシャフトの断面図である。2 is a cross-sectional view of a rotor and a shaft used in the vibration actuator according to the first embodiment. FIG. 実施の形態1の別の局面に従った振動アクチュエータの斜視図である。6 is a perspective view of a vibration actuator according to another aspect of the first embodiment. FIG. 実施の形態1の別の局面に従った振動アクチュエータで用いられるシャフトとロータの正面図である。6 is a front view of a shaft and a rotor used in a vibration actuator according to another aspect of the first embodiment. FIG. ロータとシャフトとの接続部分を示す正面図である。It is a front view which shows the connection part of a rotor and a shaft. ロータとシャフトとの接続部分を示す正面図である。It is a front view which shows the connection part of a rotor and a shaft. 実施の形態2に従った振動アクチュエータで用いられるシャフトの側面図である。6 is a side view of a shaft used in a vibration actuator according to Embodiment 2. FIG.

以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の実施の形態では同一または相当する部分については同一の参照符号を付し、その説明については繰り返さない。各実施の形態を組み合わせることも可能である。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following embodiments, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated. It is also possible to combine the embodiments.

(実施の形態1)
以下、実施形態1に係る振動アクチュエータについて図面を参照して説明する。
(Embodiment 1)
Hereinafter, the vibration actuator according to the first embodiment will be described with reference to the drawings.

図1に示す振動アクチュエータ10は、超音波振動を利用して回転体を回転させる超音波アクチュエータである。図1に示すように、振動アクチュエータ10は、円筒状の基部11と、ステータ13と、圧電素子17と、シャフト34が一体回転可能に連結された回転体としてのロータ30と、シャフト34と連結される連結部材37と、付勢部材としての皿ばね50を備えている。   A vibration actuator 10 shown in FIG. 1 is an ultrasonic actuator that rotates a rotating body using ultrasonic vibration. As shown in FIG. 1, the vibration actuator 10 is connected to a cylindrical base 11, a stator 13, a piezoelectric element 17, a rotor 30 as a rotating body connected to a shaft 34 so as to be integrally rotatable, and the shaft 34. And a disc spring 50 as an urging member.

基部11は円筒状であって基部11の中心にはねじ孔12が形成されており、基部11はステータ13と連結されている。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に対応する雄ねじが形成されている。
The base 11 is cylindrical, and a screw hole 12 is formed at the center of the base 11, and the base 11 is connected to the stator 13. 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 corresponding to the screw hole 12 is formed near the tip of the shaft portion 14.

基部11とステータ本体部15との間には、振動手段としての圧電素子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が挿入されることにより、圧電素子17はステータ13と基部11の間に保持される。圧電素子17は、駆動回路(図示せず)に電気的に接続される有孔円盤状の圧電素子板(図示せず)を積層した構造を有している。そして、圧電素子17を構成する複数の圧電素子板は、駆動回路から交流電圧を印加されることにより超音波振動を発生する。   Between the base 11 and the stator main body 15, a piezoelectric element 17 is provided as vibration means. The piezoelectric element 17 has a substantially cylindrical shape and has a through hole 18 at the center. By inserting the shaft portion 14 of the stator 13 into the through hole 18 of the piezoelectric element 17, the piezoelectric element 17 is held between the stator 13 and the base portion 11. The piezoelectric element 17 has a structure in which perforated disk-shaped piezoelectric element plates (not shown) that are electrically connected to a drive circuit (not shown) are stacked. The plurality of piezoelectric element plates constituting the piezoelectric element 17 generate ultrasonic vibrations when an AC voltage is applied from the drive circuit.

軸部14の基端側にはロータ30を接触支持する円柱状のステータ本体部15が備えられている。ステータ本体部15のロータ30側の端部には、径方向に横断する溝部19が形成されている。溝部19は、シャフト34と連結される連結部材37の一部が収容される空間部を形成する。ステータ本体部15における溝部19の両側には、ロータ30の外周面31と接触する接触面21を有する接触部20が形成されている。接触面21はロータ30との接触部分に相当する。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 cylindrical stator main body 15 that contacts and supports the rotor 30 is provided on the base end side of the shaft portion 14. At the end of the stator main body 15 on the rotor 30 side, a groove 19 that crosses in the radial direction is formed. The groove part 19 forms a space part in which a part of the connecting member 37 connected to the shaft 34 is accommodated. On both sides of the groove portion 19 in the stator main body portion 15, contact portions 20 having contact surfaces 21 that come into contact with the outer peripheral surface 31 of the rotor 30 are formed. The contact surface 21 corresponds to a contact portion with the rotor 30. 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.

ロータ30は外周面31と一対のロータ端面32を備え、ロータ30の中心には軸孔33が形成されている。ロータ30の軸孔33にはシャフト34が貫通しており、シャフト34はロータ30と固定されている。このように、シャフト34がロータ30を貫通することにより、シャフト34はロータを回転可能に支持している。シャフト34は止めねじやキー等または接着剤等による接着によってロータ30に固定される。ロータ30の外周面31は、ステータ13における接触部20の接触面21の曲率と同じ曲率の面に形成されている。本実施形態では、シャフト34の両端部は、振動アクチュエータ10の出力端であり、シャフト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, and a shaft hole 33 is formed at the center of the rotor 30. A shaft 34 passes through the shaft hole 33 of the rotor 30, and the shaft 34 is fixed to the rotor 30. Thus, when the shaft 34 penetrates the rotor 30, the shaft 34 rotatably supports the rotor. The shaft 34 is fixed to the rotor 30 by adhesion using a set screw, a key, or an adhesive. The outer peripheral surface 31 of the rotor 30 is formed on a surface having the same curvature as the curvature of the contact surface 21 of the contact portion 20 in the stator 13. In the present embodiment, both end portions of the shaft 34 are output ends of the vibration actuator 10, and the rotational force of the shaft 34 is used as an output.

シャフト34は、ロータ端面32の両側において軸受36を介して連結部材37と連結されている。連結部材37は正面視略U字状であり、一対の連結部38および一対の連結部38を接続する接続部39を備えている。連結部38には通孔40が形成されており、シャフト34が通孔40に挿通され、シャフト34は軸受36を介して連結部38に支持されている。接続部39および連結部38の接続部39寄りの部位は、ステータ13の溝部19にほぼ隙間無く挿入される溝挿入部であり、溝挿入部は溝部19の幅に対応する寸法に設定されている。因みに、本実施形態では、回転軸心Pの方向に対応する連結部材37の寸法が、ステータ本体部15の溝部19の溝長さとほぼ対応しており、溝部19に挿入された連結部材37は僅かに溝部19からはみ出る程度で済む。   The shaft 34 is connected to a connecting member 37 via bearings 36 on both sides of the rotor end surface 32. The connecting member 37 is substantially U-shaped when viewed from the front, and includes a pair of connecting portions 38 and a connecting portion 39 that connects the pair of connecting portions 38. A through hole 40 is formed in the connecting portion 38, the shaft 34 is inserted into the through hole 40, and the shaft 34 is supported by the connecting portion 38 via a bearing 36. A portion of the connecting portion 39 and the connecting portion 38 near the connecting portion 39 is a groove inserting portion that is inserted into the groove portion 19 of the stator 13 with almost no gap. The groove inserting portion is set to a dimension corresponding to the width of the groove portion 19. Yes. Incidentally, in this embodiment, the dimension of the connecting member 37 corresponding to the direction of the rotation axis P substantially corresponds to the groove length of the groove portion 19 of the stator main body portion 15, and the connecting member 37 inserted into the groove portion 19 is It only needs to protrude slightly from the groove portion 19.

本実施形態では、ロータ30の外周面31と連結部材37の接続部39との間に隙間が形成されており、この隙間に潤滑剤としての潤滑油を含ませた供給体41が収容されている。供給体41は潤滑部材に相当し、潤滑油をロータ30の外周面31に供給するためのものである。供給体41は連結部38間における接続部39の表面に載置され、連結部材37に固定されない。連結部38間における接続部39の表面は、ロータ30との外周面31と対向する対向面に相当する。連結部材37がステータ13の溝部19に挿入されている状態では、供給体41の周囲は、ステータ13、ロータ30および連結部材37により覆われており、供給体41は空間部から脱落しない。   In the present embodiment, a gap is formed between the outer peripheral surface 31 of the rotor 30 and the connection portion 39 of the connecting member 37, and a supply body 41 containing lubricating oil as a lubricant is accommodated in this gap. Yes. The supply body 41 corresponds to a lubricating member, and is used to supply lubricating oil to the outer peripheral surface 31 of the rotor 30. The supply body 41 is placed on the surface of the connecting portion 39 between the connecting portions 38 and is not fixed to the connecting member 37. The surface of the connecting portion 39 between the connecting portions 38 corresponds to a facing surface that faces the outer peripheral surface 31 with the rotor 30. In a state in which the connecting member 37 is inserted into the groove portion 19 of the stator 13, the periphery of the supply body 41 is covered with the stator 13, the rotor 30 and the connection member 37, and the supply body 41 does not fall out of the space portion.

連結部材37は連結ロッド45と連結されている。連結部材37の接続部39の中央にはねじ孔42が形成されている。連結ロッド45の一方の端部には、ねじ孔42に対応するねじ軸部46が形成されている。連結ロッド45のねじ軸部46がねじ孔42に螺入されることにより、連結ロッド45と連結部材37は互いに連結される。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の軸部14から突出する突出端には、ホルダを介して円板状のばね受体が取り付けられている。ばね受体と基部11との間には、付勢部材としての皿ばね50が介在されている。   The connecting member 37 is connected to the connecting rod 45. A screw hole 42 is formed in the center of the connecting portion 39 of the connecting member 37. A screw shaft portion 46 corresponding to the screw hole 42 is formed at one end portion of the connecting rod 45. When the screw shaft portion 46 of the connecting rod 45 is screwed into the screw hole 42, the connecting rod 45 and the connecting member 37 are connected to each other. 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 is attached to the protruding end of the connecting rod 45 protruding from the shaft portion 14 via a holder. A disc spring 50 as an urging member is interposed between the spring receiver and the base 11.

皿ばね50は、皿ばね50の外径縁と内径縁が接近する方向に作用する力に対抗するばね力を有し、ばね力はシャフト34をステータ13へ近づける付勢力として連結ロッド45に付与される。皿ばね50の付勢力によりシャフト34が連結部材37を介してステータ13へ向かって付勢されることから、ロータ30がステータ13に対して加圧される。本実施形態では、連結ロッド45、ばね受体49および皿ばね50が予圧手段を構成する要素である。ここで、説明の便宜上、連結ロッド45の軸心方向をZ軸と規定し、Z軸に対して垂直方向に向かうX軸とし、Z軸およびX軸に対して垂直なY軸が設定されているものとする。シャフト34には、溝形状の凹部34aが設けられている。   The disc spring 50 has a spring force that opposes the force acting in the direction in which the outer diameter edge and the inner diameter edge of the disc spring 50 approach each other, and the spring force is applied to the connecting rod 45 as a biasing force that brings the shaft 34 closer to the stator 13. Is done. Since the shaft 34 is biased toward the stator 13 via the connecting member 37 by the biasing force of the disc spring 50, the rotor 30 is pressed against the stator 13. In the present embodiment, the connecting rod 45, the spring receiver 49, and the disc spring 50 are elements constituting the preload means. Here, for convenience of explanation, the axial direction of the connecting rod 45 is defined as the Z axis, the X axis is directed in the direction perpendicular to the Z axis, and the Y axis perpendicular to the Z axis and the X axis is set. It shall be. The shaft 34 is provided with a groove-shaped recess 34a.

次に、本実施形態に係る振動アクチュエータ10の作動について説明する。
駆動回路により交流電圧が圧電素子17の各圧電素子板に印加されると、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。圧電素子17に対して異なる位相の交流電圧を印加することにより、圧電素子17にY軸方向のたわみ振動(横振動)とZ軸方向の縦振動とを組み合わせた複合振動を発生させる。超音波振動の複合振動がステータ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(又は円運動)が発生する。ロータ30が接触面21を通じて楕円運動(又は円運動)を受けることにより、ロータ30はシャフト34を中心にして回転される。ロータ30の回転により、ロータ30に固定されたシャフト34の端部では出力として回転力が得られる。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行うことが可能である。
Next, the operation of the vibration actuator 10 according to this embodiment will be described.
When an AC voltage is applied to each piezoelectric element plate of the piezoelectric element 17 by the drive circuit, each piezoelectric element plate generates ultrasonic vibrations having different vibration directions. By applying alternating voltages having different phases to the piezoelectric element 17, a composite vibration in which the Y-axis direction flexural vibration (lateral vibration) and the Z-axis direction longitudinal vibration are combined is generated in the piezoelectric element 17. The composite vibration of the 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 circular motion) through the contact surface 21, the rotor 30 is rotated about the shaft 34. By the rotation of the rotor 30, a rotational force is obtained as an output at the end of the shaft 34 fixed to the rotor 30. The rotation direction, rotation speed, and torque of the rotor 30 can be controlled by controlling the applied AC voltage, frequency, and the like.

連結部材37は、皿ばね50の付勢力を受ける連結ロッド45により、シャフト34をステータ13へ近づく方向に付勢されるため、ロータ30はステータ13に圧接される。ロータ30は予圧手段によるシャフト34のステータ13側への付勢によりステータ13に圧接された状態にあることから、ステータ13の接触面21においてロータ30の加圧接触による荷重がそれぞれ均等に作用し、ロータ30は高トルクで回転される。ロータ30とステータ13が互いに圧接されることから、連結部材37は振動するステータ13や圧電素子17に対して振動を妨げることはない。このため、連結部材37に設置先との固定用の固定部を設定し、固定部を介して振動アクチュエータ10を設置先に固定すれば、固定された振動アクチュエータ10はステータ13や圧電素子17の振動が妨げられることなく作動する。本実施形態では、連結部材37の連結部38の一部を固定部とすることが好ましい。   Since the connecting member 37 is biased in a direction in which the shaft 34 approaches the stator 13 by the connecting rod 45 that receives the biasing force of the disc spring 50, the rotor 30 is pressed against the stator 13. Since the rotor 30 is in pressure contact with the stator 13 by the biasing of the shaft 34 toward the stator 13 by the preloading means, the load due to the pressure contact of the rotor 30 acts equally on the contact surface 21 of the stator 13. The rotor 30 is rotated with high torque. Since the rotor 30 and the stator 13 are in pressure contact with each other, the connecting member 37 does not prevent the vibrating stator 13 and the piezoelectric element 17 from vibrating. For this reason, if a fixed portion for fixing to the installation destination is set in the connecting member 37 and the vibration actuator 10 is fixed to the installation destination via the fixing portion, the fixed vibration actuator 10 is connected to the stator 13 or the piezoelectric element 17. Operates without disturbing vibration. In the present embodiment, it is preferable that a part of the connecting portion 38 of the connecting member 37 is a fixed portion.

ロータ30の回転時において、供給体41の潤滑油がロータ30の外周面31に塗布され、潤滑油によりロータ30の外周面31とステータ13の接触面21との圧接状態は、ロータ30が高トルクの回転力を得ることができるかつ高い耐久性を両立した状態となる。つまり、潤滑油はロータ30の外周面31とステータ13の接触面21との適切な圧接状態を維持する。   During the rotation of the rotor 30, the lubricant oil of the supply body 41 is applied to the outer peripheral surface 31 of the rotor 30, and the pressure contact state between the outer peripheral surface 31 of the rotor 30 and the contact surface 21 of the stator 13 is high. A torque rotational force can be obtained and high durability is achieved. That is, the lubricating oil maintains an appropriate pressure contact state between the outer peripheral surface 31 of the rotor 30 and the contact surface 21 of the stator 13.

図2を参照して、ロータ30はシャフト34に固定されており、シャフト34とともに回転する。シャフト34には、ロータ30の両側に凹部34a,34bが設けられている。なお、凹部34a,34bは、この例では2つ設けられているが、必ずしも2つの凹部が設けられる必要はなく、1つ以上の凹部が設けられていればよい。   Referring to FIG. 2, the rotor 30 is fixed to the shaft 34 and rotates together with the shaft 34. The shaft 34 is provided with recesses 34 a and 34 b on both sides of the rotor 30. In this example, two recesses 34a and 34b are provided. However, two recesses are not necessarily provided, and one or more recesses may be provided.

なお、この実施の形態では凹部34a,34bは環状に設けられているが、環状ではなくC字形状に凹部34a,34bが設けられていてもよい。   In this embodiment, the recesses 34a and 34b are provided in an annular shape, but the recesses 34a and 34b may be provided in a C shape instead of in an annular shape.

図3を参照して、シャフト34に回転部材110が取り付けられていてもよい。回転部材110は、ギヤ、プーリ、指部材などであり、シャフト34が回転すると、回転部材110もシャフト34とともに回転する。なお、図3の振動アクチュエータ10は、図1に記載のものとは連結部材の形状が異なっている以外は、図1の構成と同じである。   Referring to FIG. 3, rotating member 110 may be attached to shaft 34. The rotating member 110 is a gear, a pulley, a finger member, or the like. When the shaft 34 rotates, the rotating member 110 also rotates together with the shaft 34. 3 is the same as that shown in FIG. 1 except that the shape of the connecting member is different from that shown in FIG.

ロータ30を貫通するようにシャフト34が設けられており、シャフト34は、ニードルベアリング101により回転可能に支持されている。なお、ニードルベアリング101でなく、ボールベアリング、流体ベアリングによりシャフト34が回転可能に保持されていてもよい。   A shaft 34 is provided so as to penetrate the rotor 30, and the shaft 34 is rotatably supported by the needle bearing 101. The shaft 34 may be rotatably held by a ball bearing or a fluid bearing instead of the needle bearing 101.

図1では振動アクチュエータ10の各部材が分解された図が示されており、図3では振動アクチュエータ10の各部材が組みつけられた図が示されている。シャフト34はニードルベアリング101を介して皿ばね50のばね力により下方向に引っ張られる。これによりシャフト34に接続されたロータ30も下方向に付勢される。その結果、ロータ30は供給体41側へ押し付けられる。   FIG. 1 shows an exploded view of each member of the vibration actuator 10, and FIG. 3 shows a view in which the members of the vibration actuator 10 are assembled. The shaft 34 is pulled downward by the spring force of the disc spring 50 through the needle bearing 101. As a result, the rotor 30 connected to the shaft 34 is also urged downward. As a result, the rotor 30 is pressed against the supply body 41 side.

図4を参照して、ニードルベアリング101の転動体と接触する転動領域34c,34dは、加工することができない。その結果、転動領域34c,34dと、ロータ30との間に凹部が設けられる。なお、ロータ30の外径D2はシャフト34の外径D1よりも大きく、シャフト34の幅W1はロータ30の幅W2よりも大きい。シャフト34の幅W1は、組み付け相手部材の都合で変更することができない。シャフト34の外径D1は、ベアリングの内径により決定される。   Referring to FIG. 4, rolling regions 34 c and 34 d that are in contact with the rolling elements of needle bearing 101 cannot be processed. As a result, a recess is provided between the rolling regions 34 c and 34 d and the rotor 30. The outer diameter D2 of the rotor 30 is larger than the outer diameter D1 of the shaft 34, and the width W1 of the shaft 34 is larger than the width W2 of the rotor 30. The width W1 of the shaft 34 cannot be changed for the convenience of the assembly member. The outer diameter D1 of the shaft 34 is determined by the inner diameter of the bearing.

図5および図6を参照して、ロータ30およびシャフト34の固有振動数を調整するためには、一般に(寸法)を変更する、材料を変更する、の2通りの方法がある。しかしながら、材料変更に関しては、シャフト34に係る荷重および耐久性の観点から困難である。よって、固有振動数を調整するためには寸法(形状)を変更する必要がある。しかしながら、図4で示すように形状を変更できない領域が存在する。ロータ30とシャフト34とは接着されているため、接着強度を得るためにロータ30の幅W2と外径D2が設計されている。幅W2と外径D2とを大きくすることは可能であるが、ロータ30を変更する必要があるため好ましくない。図5で示す寸法変化Aと図6で示す寸法変化Bとを比較すると、図6で示す寸法変化Bは、図5で示す寸法変化Aよりも大きい。そのため、図6で示す構造では、図5で示す構造よりも大きく固有振動数が変化する。   Referring to FIGS. 5 and 6, in order to adjust the natural frequency of the rotor 30 and the shaft 34, there are generally two methods of changing the (dimension) and changing the material. However, it is difficult to change the material from the viewpoint of the load and durability of the shaft 34. Therefore, it is necessary to change the dimension (shape) in order to adjust the natural frequency. However, as shown in FIG. 4, there is a region where the shape cannot be changed. Since the rotor 30 and the shaft 34 are bonded, the width W2 and the outer diameter D2 of the rotor 30 are designed to obtain bonding strength. Although it is possible to increase the width W2 and the outer diameter D2, it is not preferable because the rotor 30 needs to be changed. Comparing the dimensional change A shown in FIG. 5 with the dimensional change B shown in FIG. 6, the dimensional change B shown in FIG. 6 is larger than the dimensional change A shown in FIG. Therefore, in the structure shown in FIG. 6, the natural frequency changes more greatly than in the structure shown in FIG.

凹部は、ロータ30の片側にのみ形成された場合でも、ロータ30およびシャフト34の固有振動数を変化させることができる。しかしながら、その場合にはロータ30のシャフト34の強度が異なるため、ロータが振動子に均一に接触しない可能性がある。   Even when the recess is formed only on one side of the rotor 30, the natural frequency of the rotor 30 and the shaft 34 can be changed. However, in this case, since the strength of the shaft 34 of the rotor 30 is different, the rotor may not uniformly contact the vibrator.

すなわち、超音波モータとしての振動アクチュエータ10は、ステータ13と、ステータ13により接触支持されるロータ30と、ロータ30を回転可能に支持するシャフト34と、ステータ13に連結されるとともにステータ13とロータ30との接触部分に超音波振動を付与してロータを回転させる振動部としての圧電素子17と、シャフト34に接続されてシャフト34をステータ13に向かって付勢することによりロータ30とステータ13とを接触させる付勢部としての連結ロッド45、ばね受体49および皿ばね50と、ロータ30の両側でシャフト34を回転可能に支持するニードルベアリング101とを備え、ロータ30とニードルベアリング101との間のシャフト34の少なくとも一箇所に凹部34a,34bが設けられている。凹部は溝であり、ロータ30の両側に凹部34a,34bが設けられている。   That is, the vibration actuator 10 as an ultrasonic motor is connected to the stator 13, the rotor 30 that is contacted and supported by the stator 13, the shaft 34 that rotatably supports the rotor 30, and the stator 13, and the stator 13 and the rotor. The piezoelectric element 17 as a vibration part that rotates the rotor by applying ultrasonic vibration to the contact portion with the rotor 30, and the rotor 30 and the stator 13 that are connected to the shaft 34 and bias the shaft 34 toward the stator 13. The connecting rod 45, the spring receiver 49, and the disc spring 50 as urging portions that contact the rotor 30 and the needle bearing 101 that rotatably supports the shaft 34 on both sides of the rotor 30 are provided. Recesses 34a and 34b are provided in at least one position of the shaft 34 between To have. The recess is a groove, and recesses 34 a and 34 b are provided on both sides of the rotor 30.

このような構成を採用することで、シャフト34の外径が大きくなっても凹部によりシャフトの強度を低下させることができる。その結果、シャフト34を大きく撓ませることが可能となる。すなわち、小径のシャフト34を用いた場合と同等のたわみ量とすることができる。   By adopting such a configuration, the strength of the shaft can be reduced by the recess even when the outer diameter of the shaft 34 is increased. As a result, the shaft 34 can be greatly bent. That is, the amount of deflection can be the same as when the small-diameter shaft 34 is used.

さらに、シャフト34およびロータ30の固有振動数を振動アクチュエータの振動数とずらすことができるため、不要な振動を抑制することができる。その結果、耐久性が高く、かつ大きなトルクを発生させることが可能な振動アクチュエータを提供することができる。   Furthermore, since the natural frequency of the shaft 34 and the rotor 30 can be shifted from the frequency of the vibration actuator, unnecessary vibration can be suppressed. As a result, a vibration actuator having high durability and capable of generating a large torque can be provided.

(実施の形態2)
図7を参照して、シャフト34の一部分が空洞34eとなっている。シャフト34が筒状の中空形状であれば、シャフト34が中実の場合と比較して、シャフト34の強度を低下させることができる。その結果、シャフトを大きく撓ませることができる。これにより、シャフト34およびロータ30の固有振動数を振動アクチュエータの振動数とずらすことができるため、不要な振動を抑制することができる。その結果、耐久性が高く、かつ大きなトルクを発生させることが可能な振動アクチュエータを提供することができる。
(Embodiment 2)
Referring to FIG. 7, a part of the shaft 34 is a cavity 34e. If the shaft 34 has a cylindrical hollow shape, the strength of the shaft 34 can be reduced as compared with the case where the shaft 34 is solid. As a result, the shaft can be greatly bent. Thereby, since the natural frequency of the shaft 34 and the rotor 30 can be shifted from the frequency of the vibration actuator, unnecessary vibration can be suppressed. As a result, a vibration actuator having high durability and capable of generating a large torque can be provided.

中空形状である空洞34eはシャフト34を軸方向に貫通するように設けられていてもよく、貫通しないように設けられていてもよい。   The hollow 34e having a hollow shape may be provided so as to penetrate the shaft 34 in the axial direction, or may be provided so as not to penetrate.

超音波モータとしての振動アクチュエータ10は、ステータ13と、ステータ13により接触支持されるロータ30と、ロータ30を回転可能に支持するシャフト34と、ステータ13に連結されるとともにステータ13とロータ30との接触部分に超音波振動を付与してロータを回転させる振動部としての圧電素子17と、シャフト34に接続されてシャフト34をステータ13に向かって付勢することによりロータ30とステータ13とを接触させる付勢部としての皿ばね50と、ロータ30の両側でシャフト34を回転可能に支持するニードルベアリング101とを備え、シャフト34には軸方向に延在する空洞34eが設けられており、シャフト34の少なくとも一部分は筒状である。   The vibration actuator 10 as an ultrasonic motor includes a stator 13, a rotor 30 that is contacted and supported by the stator 13, a shaft 34 that rotatably supports the rotor 30, and a stator 13 and the rotor 30 that are coupled to the stator 13. The piezoelectric element 17 serving as a vibrating portion that rotates the rotor by applying ultrasonic vibration to the contact portion of the rotor 30 and the rotor 30 and the stator 13 are connected to the shaft 34 and urge the shaft 34 toward the stator 13. A disc spring 50 as an urging portion to be contacted, and a needle bearing 101 that rotatably supports the shaft 34 on both sides of the rotor 30, and the shaft 34 is provided with a cavity 34 e extending in the axial direction. At least a part of the shaft 34 is cylindrical.

このように構成された振動アクチュエータにおいては、シャフトには軸方向に延在する空洞34eが設けられているため、振動アクチュエータの駆動周波数と、ロータおよびシャフトの固有振動モードの周波数をずらすことができる。その結果、大きなトルクを発生させることが可能な振動アクチュエータを提供することができる。   In the vibration actuator configured as described above, since the shaft is provided with the cavity 34e extending in the axial direction, the drive frequency of the vibration actuator and the frequency of the natural vibration mode of the rotor and the shaft can be shifted. . As a result, a vibration actuator capable of generating a large torque can be provided.

本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、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 present invention is not limited to these exemplifications, but is defined by the scope of the claims, and is intended to include all modifications within the scope and meaning equivalent to the scope of the claims.

この発明は、振動アクチュエータの分野において用いることができる。   The present invention can be used in the field of vibration actuators.

10 振動アクチュエータ、11 基部、12,42 ねじ孔、13 ステータ、14 軸部、15 ステータ本体部、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、33 軸孔、34 シャフト、34a,34b 凹部、34c,34d 転動領域、34e 空洞、34y 溝、36 軸受、37 連結部材、38 連結部、39 接続部、41 供給体、45 連結ロッド、46 ねじ軸部、49 ばね受体、50 皿ばね、101 ニードルベアリング、110 回転部材。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Vibration actuator, 11 Base, 12, 42 Screw hole, 13 Stator, 14 Shaft part, 15 Stator main body part, 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, 33 shaft hole, 34 shaft, 34a, 34b recess, 34c, 34d rolling region, 34e cavity, 34y groove, 36 bearing, 37 connecting member, 38 connecting portion, 39 connecting portion , 41 Supply body, 45 Connecting rod, 46 Screw shaft part, 49 Spring receiver, 50 Belleville spring, 101 Needle bearing, 110 Rotating member.

Claims (4)

ステータと、
前記ステータにより接触支持されるロータと、
前記ロータに一体回転可能に連結されたシャフトと、
前記ステータに連結されるとともに前記ステータと前記ロータとの接触部分に超音波振動を付与して前記ロータを回転させる振動部と、
前記ロータの両側で前記シャフトを回転可能に支持する軸受けと、
前記軸受けを介して前記シャフトに連結されるとともに前記シャフトを前記ステータに向かって付勢することにより前記ロータと前記ステータとを加圧接触させる与圧部とを備え、
前記シャフトは、ロータ取りつけ部と軸受け取りつけ部との間の部分における少なくとも一箇所に凹部が設けられている、振動アクチュエータ。
A stator,
A rotor contacted and supported by the stator;
A shaft coupled to the rotor to be integrally rotatable;
A vibration unit connected to the stator and rotating the rotor by applying ultrasonic vibration to a contact portion between the stator and the rotor;
A bearing rotatably supporting the shaft on both sides of the rotor;
A pressurizing portion coupled to the shaft via the bearing and urging the shaft toward the stator to press-contact the rotor and the stator;
The shaft is a vibration actuator in which a concave portion is provided in at least one portion in a portion between the rotor mounting portion and the shaft receiving mounting portion.
前記シャフトにおける前記ロータ取りつけ部の両側に前記凹部が設けられている、請求項1に記載の振動アクチュエータ。   The vibration actuator according to claim 1, wherein the concave portion is provided on both sides of the rotor mounting portion of the shaft. 前記凹部は、前記シャフトの周方向に沿って形成された環状溝である、請求項1または2に記載の振動アクチュエータ。   The vibration actuator according to claim 1, wherein the recess is an annular groove formed along a circumferential direction of the shaft. ステータと、
前記ステータにより接触支持されるロータと、
前記ロータに一体回転可能に連結されたシャフトと、
前記ステータに連結されるとともに前記ステータと前記ロータとの接触部分に超音波振動を付与して前記ロータを回転させる振動部と、
前記ロータの両側で前記シャフトを回転可能に支持する軸受けと、
前記軸受けを介して前記シャフトに連結されるとともに前記シャフトを前記ステータに向かって付勢することにより前記ロータと前記ステータとを加圧接触させる与圧部とを備え、
前記シャフトは、その少なくとも一部に軸方向に延在する空洞が設けられた筒状部を備える、振動アクチュエータ。
A stator,
A rotor contacted and supported by the stator;
A shaft coupled to the rotor to be integrally rotatable;
A vibration unit connected to the stator and rotating the rotor by applying ultrasonic vibration to a contact portion between the stator and the rotor;
A bearing rotatably supporting the shaft on both sides of the rotor;
A pressurizing portion coupled to the shaft via the bearing and urging the shaft toward the stator to press-contact the rotor and the stator;
The said shaft is a vibration actuator provided with the cylindrical part by which the cavity extended in the axial direction was provided in at least one part.
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