JP3744111B2 - 振動アクチュエータ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、振動アクチュエータに関し、より具体的には、電気機械変換素子により弾性体を励振し、複数の振動を調和的に発生させることにより弾性体の表面に楕円運動を生じさせ、弾性体に加圧接触する相対運動部材との間で相対運動を発生する振動アクチュエータに関する。
【0002】
【従来の技術】
弾性体に少なくとも2つの電気機械変換素子を接合し、これらの電気機械変換素子にそれぞれ駆動信号である交流電圧を印加することにより、弾性体に複数の振動を調和的に発生させて、弾性体の表面に楕円運動を発生させる振動アクチュエータが知られている。
このような振動アクチュエータとしては、「光ピックアップ移動を目的とした圧電リニア・モータ」(富川義朗氏他:第5回電磁力関連のダイナミックシンポジウム講演論文集)により、その構成及び負荷特性が詳細に説明されている。
【0003】
図4は、このような振動アクチュエータ1の構成を示す説明図であって、図4(a)は上面図,図4(b)は正面図,図4(c)は右側面図,図4(d)は底面図である。図4(d)においては、摩擦材5a,5bは一部を取り除いた状態で示す。
この振動アクチュエータ1は、略直方体状であって一方の平面に突起状に駆動力取出部2a,2bが形成された弾性体2(ステンレス鋼,アルミ合金等の金属材料又はプラスチック材料等の弾性材料により構成される。)と、駆動力取出部2a,2bを介して図示しない加圧機構により弾性体1に加圧接触する相対運動部材3とにより構成される。駆動力取出部2a,2bは、後述するように、弾性体2に発生する4次の屈曲振動の腹位置の2か所に形成される。
【0004】
弾性体2の他方の平面には、矩形薄板状の電気機械変換素子である圧電体4a,4b,4p,4p’が装着される。
圧電体4a,4bは駆動用の圧電体である。圧電体4a,4bには電気的に位相が90°異なる交流電圧が印加される。
圧電体4p,4p’は、弾性体2に発生する振動状態を検出するための機械電気変換素子である圧電体である。
これらの圧電体4a,4b,4p,4p’には図示しないリード線が半田付けされており、各リード線は同じく図示しない制御回路に接続される。
【0005】
圧電体4a,4bにそれぞれ図示しない駆動電圧発生装置から駆動信号である交流電圧を印加することにより、弾性体2に1次の縦振動及び4次の屈曲振動が調和的に発生する。
発生した縦振動及び屈曲振動は合成されて、駆動力取出部2a,2bの端面に弾性体長手方向に関する楕円状変位を発生する。
楕円状変位は、駆動力取出部2a,2bを介して弾性体2に加圧接触する相対運動部材3に対して相対運動を生じる。
この相対運動を外部に取り出して推力として利用する。
【0006】
このような振動アクチュエータ1では、1次の縦振動及び4次の屈曲振動それぞれの固有振動数は、互いに非常に近い値又は同じ値になるように設計される。そのため、圧電体4a,4bそれぞれに、2つの固有振動数に近い周波数の交流電圧を印加することにより、1次の縦振動及び4次の屈曲振動を調和的に発生させることができる。
【0007】
ここで、突起状に形成された駆動力取出部2a,2bの端面は、弾性体2との駆動面であるため、その全面に、相対運動部材3との駆動抵抗を低減するための摩擦材5a,5bが貼り付けられる。
摩擦材5a,5bは、樹脂材や金属材等からなるシート材を、例えばエポキシ樹脂系接着剤により駆動力取出部2a,2bの端面に接着することにより、形成される。なお、摩擦材5a,5bの素材としては、有機材料(ポリエーテルニトリル等)や無機材料(無電解Ni−Pメッキ層等)を用いることも可能である。
【0008】
一方、摩擦材5a,5bが接触する相手材である相対運動部材3の表面は、これまで、鏡面ラップ加工を行うことにより平滑な金属面(中心線平均粗さRaが0.01μm以下)に仕上げていた。これは、弾性体2と相対運動部材3との接触状態を安定させて振動アクチュエータ1の駆動効率を高めるためには、接触面の平滑度ができるだけ高くして均一な接触を保つことが有利であると考えられていたからである。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
一般的に、振動アクチュエータ1では、弾性体2,相対運動部材3それぞれの接触面の摩擦係数μが高いと、駆動力を上げることができる。
しかし、弾性体2及び相対運動部材3の間にある摩擦材5a,5bの耐摩耗性が高いと、弾性体2や相対運動部材3は、通常、鉄系,ステンレス鋼系ないしはアルミニウム合金系等の弾性率の大きな材料により構成されているため、それぞれの接触面を摩滅させてしまう。
このため、駆動初期における制御が困難となり、また、摩耗粉が発生するためその使用場所が著しく限定されてしまう。さらに、それぞれの接触面における摩滅により発生する凹凸がさらに摩耗を促進し、振動アクチュエータ1の寿命を極めて短くしてしまう。
【0010】
また、振動アクチュエータ1の特徴の一つとして静粛性があるが、本発明者らの検討によれば、相対運動部材3の表面に鏡面ラップ加工を行うと、滑り音が発生することがあった。これは、振動アクチュエータ1の静粛性を損なう重要な課題である。
鏡面ラップ加工を行う代わりに切削加工を行うことも考えられる。しかし、本発明者らの検討によれば、切削加工では表面に大きなうねり成分が残存して平滑度が不足するため、摩擦材の接触状態が不安定になり相対運動部材3の駆動が不安定になってしまう。
【0011】
さらに、振動アクチュエータ1の駆動に伴って摩擦材5a,5bが摩耗する。そのため、切削加工を行った接触面ではその表面に摩耗粉が堆積し、振動アクチュエータの駆動が停止したり、一時停止後の再起動が困難になってしまう。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決するため鋭意研究を行った結果、弾性体及び相対運動部材それぞれの接触面の一方に、中心線平均粗さが最大となる方向に関する中心線平均粗さRaが0.05μm以上1.0μm以下であって、相対運動方向に垂直でない方向を主成分とする研磨条痕を形成することにより、長寿命で、極めて摩耗量が少なく、摩耗粉の堆積・移着に伴う振動アクチュエータの異常停止が発生せず、騒音が発生せず、駆動力が大きく、安定した駆動を行う振動アクチュエータが得られることを、新規に知見した。本発明者らは、この知見に基づいてさらに検討を重ねた結果、本発明を完成した。
【0014】
請求項1の発明は、振動を発生する振動子と、前記振動子に加圧接触し、前記振動により前記振動子との間で相対運動を行う相対運動部材とを有し、前記振動子の前記相対運動部材との接触面と、前記相対運動部材の前記振動子との接触面のうち少なくとも一方は、表面が研磨加工によって形成されて、前記研磨加工を行った結果生じる複数の筋状の傷を有し、前記傷は方向が不規則に分布し、かつ中心線平均粗さが、0.05μm以上1.0μm以下であることを特徴とする。
請求項2の発明は、請求項1に記載された振動アクチュエータにおいて、前記弾性体は、形状が略直方体状であることを特徴とする。
請求項3の発明は、請求項1から請求項2に記載された振動アクチュエータにおいて、前記振動は、振動のモードが異なる二つの振動であることを特徴とする。
請求項4の発明は、請求項1から請求項3に記載された振動アクチュエータにおいて、前記振動は、縦振動及び屈曲振動であることを特徴とする。
請求項5の発明は、請求項4に記載された振動アクチュエータにおいて、前記縦振動の振動方向は、前記相対運動の運動方向と平行な方向であり、前記屈曲振動の振動方向は、前記縦振動の振動方向と交差する方向であることを特徴とする。
請求項6の発明は、請求項1に記載された振動アクチュエータにおいて、前記振動子は円筒型であることを特徴とする。
請求項7の発明は、請求項1から請求項6に記載された振動アクチュエータにおいて、前記振動は超音波の振動域を利用していることを特徴とする。
【0015】
請求項8の発明は、振動を発生する振動子と、前記振動子に加圧接触し、前記振動により前記振動子との間で相対運動を行う相対運動部材とを有し、前記振動子の前記相対運動部材との接触面と、前記相対運動部材の前記振動子との接触面のうち少なくとも一方は、表面が研磨加工によって形成されて、前記研磨加工を行った結果生じる複数の筋状の傷を有し、前記傷は形状が不規則な円弧状に形
成され、かつ中心線平均粗さが、0.05μm以上1.0μm以下であることを特徴とする。
請求項9の発明は、請求項8に記載された振動アクチュエータにおいて、前記弾性体は、形状が略直方体状であることを特徴とする。
請求項10の発明は、請求項8から請求項9に記載された振動アクチュエータにおいて、前記振動は、振動のモードが異なる二つの振動であることを特徴とする。
請求項11の発明は、請求項8から請求項10に記載された振動アクチュエータにおいて、前記振動は、縦振動及び屈曲振動であることを特徴とする。
請求項12の発明は、請求項11に記載された振動アクチュエータにおいて、前記縦振動の振動方向は、前記相対運動の運動方向と平行な方向であり、前記屈曲振動の振動方向は、前記縦振動の振動方向と交差する方向であることを特徴とする。
請求項13の発明は、請求項8から請求項12に記載された振動アクチュエータにおいて、前記振動子は円筒型であることを特徴とする。
請求項14の発明は、請求項8から請求項13に記載された振動アクチュエータにおいて、前記振動は超音波の振動域を利用していることを特徴とする。
【0016】
【発明の実施の形態】
(第1実施形態)
以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、以降の各実施形態の説明は、振動アクチュエータとして超音波の振動域を利用する超音波アクチュエータを例にとって、行う。
図1は、第1実施形態の超音波アクチュエータ11の説明図である。図1(a)は振動アクチュエータ11の正面図である。図1(b)は振動アクチュエータ11の側面図である。図1(c)は相対運動部材3の弾性体2との接触面3aの4態様を示す拡大図である。
なお、本実施形態の超音波アクチュエータ11が図4に示す振動アクチュエータ1と相違するのは,摩擦材5a〜5dの装着位置と相対運動部材3の接触面3aの状態だけである。
【0017】
本実施形態において、摩擦材5a〜5dを弾性体2の幅方向全面でなく、幅方向両端部側にだけ形成したのは、弾性体2の幅方向について振幅が両端部側と中心部側とで大きく異なるためである。そのため、振幅の差が極めて少ない両端部側にだけ摩擦材5a〜5dを設置した。
なお、本実施形態では、公知の摩擦材として、PTFEをマトリックスとする樹脂にガラス繊維及び二流化モリブデンを混入した材料(商品名:ポリフロン;ダイキン工業(株))を用いた。
そこで、本実施形態の説明では、相対運動部材3の接触面3aの説明だけを行うこととし、図4に示す振動アクチュエータ1と同一の部分は同一の図中符号を付すことにより、重複する説明を省略する。
【0018】
本実施形態では、相対運動部材3の弾性体2との接触面3aに、相対運動の方向に対して垂直でない方向を主成分とする研磨条痕が存在する。このような研磨条痕は、相対運動部材3の接触面3aを、例えば砥粒等により研磨加工する過程で現れる条痕である。
図1(c)には、不規則方向研磨条痕7,斜目研磨条痕8,不規則円弧状研磨条痕9,縦目研磨条痕10を示すが、これらはいずれも本発明における研磨条痕に包含される。すなわち、研磨条痕が相対運動の方向に対して垂直でない方向を主成分とするものである。
【0019】
研磨条痕が相対運動の方向に対して垂直な方向を主成分とすると、この研磨条痕に摩耗粉が堆積し、超音波アクチュエータ11が早期に異常停止してしまう。これに対し、本実施形態によれば、研磨条痕は、相対運動方向に対して垂直でない方向に形成されるため、摩耗粉が研磨条痕に一旦堆積しても次々に発生する摩耗粉により、堆積した摩耗粉が押し出される。そのため、摩擦材5a〜5dとの接触部には摩耗粉は堆積しない。したがって、摩耗粉の堆積に起因する異常停止が解消される。
なお、弾性体2に対して相対運動部材3が往復移動するような場合には、縦目研磨条痕10では、往復部に摩耗粉が堆積し、比較的早期に異常停止する可能性がある。このような場合には不規則方向研磨条痕7,斜目研磨条痕8又は不規則円弧状研磨条痕9を形成することが望ましい。
【0020】
本実施形態における研磨条痕が形成された接触面3aの中心線平均粗さRaが最大となる方向に関する中心線線平均粗さRaは、0.05μm以上1.0μm以下が望ましい。中心線平均粗さRaが0.05μm未満になると滑り音が発生し易くなる。一方、中心線平均粗さRaが1.0μm超になると、摩擦材5a〜5dの接触状態が不安定になり相対運動部材3の駆動が不安定になり易い。
【0021】
このように、本実施形態の超音波アクチュエータ11によれば、
▲1▼ 駆動時に摩擦材5a〜5d及び接触面3aが摩滅することにより発生する摩耗量が少なく、長時間安定した性能を維持できること、
▲2▼ 摩擦材5a〜5dの相対運動部材3に対する捕捉力が向上し、駆動力が増加すること、
▲3▼ 駆動時に摩擦材5a〜5dからの滑り音が発生しないこと、
▲4▼ 長期間にわたって安定して駆動されること、及び
▲5▼ 摩耗粉の堆積による異常停止の発生が顕著に抑制されること
という効果が得られる。
【0022】
(第2実施形態)
図2は、第2実施形態の超音波アクチュエータ11−1の説明図であって、図2(a)は上面図,図2(b)は正面図,図2(c)は側面図,図2(d)は底面図である。
本実施形態の超音波アクチュエータ11−1が第1実施形態の超音波アクチュエータ11と相違するのは、摩擦材の装着位置である。
本実施形態では、駆動力取出部2a,2bの底面のうち、弾性体幅方向の中心位置に略正方形の摩擦材5a,5bを貼り付けた。この位置に摩擦材5a,5bを貼り付けることにより、弾性体2と摩擦材5a,5bとの加圧状態が安定する。
【0023】
【実施例】
(第1実施例)
さらに、本発明を実施例を参照しながら詳細に説明する。
図1において、弾性体2としてステンレス鋼材(SUS304)を選び、図示する形状を製作した後、ポリフロン(ガラス繊維:15wt%,二硫化モリブデン:5wt%含有PTFE;ダイキン工業(株))を用いて摩擦材5a〜5dを所定の形状に作成した。
摩擦材5a〜5dの弾性体2の駆動力取出部2a,2bへの装着は、エポキシ系接着剤を用いて行った。
【0024】
一方、相対運動部材3としては、ステンレス鋼材(SUS304)の表面に、ハイプレスプレート銅盤(日本エンギス社;旧名称ケメット銅)とダイヤ9μm砥粒を用いて、ランダムに多方向に研磨することにより、不規則方向研磨条痕を形成したものを用いた。
【0025】
このように構成された超音波アクチュエータ11を、圧電体4a,4bに駆動電圧を印加して振動を発生させて駆動させたところ、以下に列記する5項目が満足された。
(1)駆動時に摩擦材5a,5b及び接触面3aが摩擦することにより発生する摩耗量が極めて少なく、長時間安定した性能を維持できること。
(2)摩擦材5a,5bの接触面3aに対する捕捉力が向上し、駆動力が増加すること。
(3)駆動時に摩擦材5a,5bから滑り音が発生しないこと。
(4)駆動が長期間にわたって安定すること。
(5)摩耗粉の堆積による異常停止が発生しないこと。
以上の結果から、本実施例の超音波アクチュエータ11は、実用上の問題が全くなく、十分な実用性を備えることが確認された。
【0026】
(第2実施例)
第1実施例と全く同様に構成された弾性体2に対し、図3に示す8種類の接触面を有する相対運動部材3を組み合わせて、性能評価を行った。
▲1▼ 不規則方向研磨条痕(中心線平均粗さRa=0.09μm、ハイプレスプレート銅盤+ダイヤ砥粒9μm)
▲2▼ 斜目研磨条痕(中心線平均粗さRa=0.09μm、ハイプレスプレート銅盤+ダイヤ砥粒9μm)
▲3▼ 不規則円弧状研磨条痕(中心線平均粗さRa=0.09μm、ハイプレスプレート銅盤+ダイヤ砥粒9μm)
▲4▼ 縦目研磨条痕(中心線平均粗さRa=0.09μm、ハイプレスプレート銅盤+ダイヤ砥粒9μm)
▲5▼ 横目研磨条痕(中心線平均粗さRa=0.09μm、ハイプレスプレート銅盤+ダイヤ砥粒9μm)
▲6▼ 砂かけラップ(中心線平均粗さRa=0.09μm、鋳鉄錠盤及び砂砥粒(約9μm)使用)
▲7▼ 鏡面ラップ(中心線平均粗さRa=0.01μm、ハイプレスプレート銅盤及びダイヤ砥粒(1/4μm)使用)
▲8▼ 切削仕上げ(中心線平均粗さRa=0.5μm、フライス盤使用)
このようにして得られた8種の超音波アクチュエータについて、下記の試験条件で、圧電体に駆動電圧を印加することにより振動を発生させ、駆動面(レール表面)上にて駆動させ、連続駆動を行った。そして、連続駆動開始から摩耗粉堆積による停止発生までに要する時間を測定した。結果を表1にまとめて示す。
【0027】
〔試験条件〕
接触面圧:30g/平方ミリメートル
駆動速度:2000cm/min
駆動時間:1000hr
【0028】
【表1】
【0029】
▲1▼不規則方向研磨条痕,▲2▼斜目研磨条痕,▲3▼不規則円弧状研磨条痕及び▲4▼縦目研磨条痕では、駆動時間が1000時間に達しても摩耗粉の堆積に起因する異常停止は発生しなかった。
これに対し、▲5▼横目研磨条痕では、条痕に摩耗粉が堆積し、523時間経過時点で異常停止が発生した。
▲6▼砂かけラップでは、駆動開始直後から摩耗粉の目詰まりが発生し、15時間経過時点で異常停止が発生した。
▲7▼鏡面ラップでは、モータ折返し地点に摩耗粉が堆積して障害物となり、30時間で異常停止が発生した。
さらに、▲8▼切削では、その中心線平均粗さRaが弾性体の駆動力取出部において発生している楕円運動の振幅よりも過剰に大きいため、駆動することができなかった。
【0030】
表1に示す結果から、本発明例である▲1▼不規則方向研磨条痕〜▲4▼縦目研磨条痕と、▲5▼横目研磨条痕とが、連続駆動時間の目標値である500時間を越えることがわかる。
そこで、▲1▼不規則方向研磨条痕〜▲5▼横目研磨条痕について、250時間経過時点における摩擦材厚さ(μm),無負荷時速度(mm/sec)及び駆動力(gf)を測定した。結果を表2にまとめて示す。
【0031】
【表2】
【0032】
表2から、本発明例である▲1▼不規則方向研磨条痕〜▲4▼縦目研磨条痕は、250時間経過時点における摩擦材厚さ(μm),無負荷時速度(mm/sec)及び駆動力(gf)がいずれも目標値を越えており、十分に実用に供することができる。
これに対し、▲5▼横目研磨条痕は、250時間経過時点における駆動力(gf)が、発生した摩耗粉の目詰まりにより著しく低下しており、超音波アクチュエータとしては妥当でないことがわかる。
【0033】
(第3実施例)
第1実施例及び第2実施例と全く同様に構成された弾性体2に対し、表3に示す各種の加工方法により▲1▼不規則方向研磨条痕を形成された相対運動部材3を組み合わせて、性能評価(10時間経過後の駆動力(gf)の測定)を行った。試験条件及び試験結果を表3にまとめて示す。尚、試料B−1及びB−2の加工にはハイプレスプレート錫盤(日本エンギス社;旧名称ケメット錫)を用いた。
【0034】
【表3】
【0035】
表3から分かるように、いずれも各試料は10時間経過後の駆動力(gf)が目標値を越えており、実用性を有するが、特に中心線平均粗さRaが0.05μm以上の範囲にある試料B−2,C−1,及びC−2が10時間経過後の駆動力(gf)の低下量が少なく極めて望ましいことがわかる。
【0036】
(第4実施例)
第1実施例から第3実施例と全く同様に構成された弾性体2に対し、表4に示す中心線平均粗さの▲4▼縦目研磨条痕で加工された相対運動部材を組み合わせて、性能評価(20分経過後の起動推力(gf)及び無負荷時速度(mm/sec. )の測定)を行った。試験条件及び試験結果を表4にまとめて示す。
【0037】
【表4】
【0038】
表4から分かるように、本発明の範囲内である中心線平均粗さが0.05μmから1.00μmの各試料は、20分経過後もいずれも高い起動推力と無負荷時速度を保っている。これに対し、本発明の範囲外である中心線平均粗さが0. 04μmの試料及び1.10μmの試料は、20分経過後の駆動推力及び無負荷時速度が著しく低下している。以上の結果より中心線平均粗さは0.05μmから1.00μmが望ましい。
【0039】
(第5実施例)
第1実施例から第4実施例と全く同様に構成された弾性体2に対し、表5に示す中心線平均粗さの▲1▼不規則方向研磨条痕で加工された相対運動部材を組み合わせて、性能評価(20分経過後の起動推力(gf)及び無負荷時速度(mm/sec. )の測定)を行った。試験条件及び試験結果を表5にまとめて示す。
【0040】
【表5】
【0041】
表5から分かるように、本発明の範囲内である中心線平均粗さが0.05μmから1.00μmの各試料は、20分経過後もいずれも高い起動推力と無負荷時速度を保っている。これに対し、本発明の範囲外である中心線平均粗さが0. 04μmの試料及び1.10μmの試料は、20分経過後の駆動推力及び無負荷時速度が著しく低下している。以上の結果より中心線平均粗さは0.05μmから1.00μmが望ましい。
【0042】
(第6実施例)
第1実施例から第5実施例と全く同様に構成された弾性体2に対し、表6に示す中心線平均粗さの▲3▼不規則円弧状研磨条痕で加工された相対運動部材を組み合わせて、性能評価(20分経過後の起動推力(gf)及び無負荷時速度(mm/sec. )の測定)を行った。試験条件及び試験結果を表6にまとめて示す。
【0043】
【表6】
【0044】
表6から分かるように、本発明の範囲内である中心線平均粗さが0.05μmから1.00μmの各試料は、20分経過後もいずれも高い起動推力と無負荷時速度を保っている。これに対し、本発明の範囲外である中心線平均粗さが0. 04μmの試料及び1.10μmの試料は、20分経過後の駆動推力及び無負荷時速度が著しく低下している。以上の結果より中心線平均粗さは0.05μmから1.00μmが望ましい。
【0045】
(変形形態)
上述した各実施形態及び各実施例では、弾性体に樹脂製の摩擦材を接合するとともに相対運動部材の接触面に研磨条痕を形成するようにしたが、本発明にかかる振動アクチュエータはこのような態様に限定されるものではなく、相対運動部材に摩擦材を接合するとともに弾性体の接触面に研磨条痕を形成するようにしてもよい。
また、各実施形態及び各実施例では、略直方体状の弾性体を用いたが、本発明はこのような態様に限定されるものでなく、例えば、円筒型や角棒型等の種々の形態の弾性体に対して適用することが可能である。同様に、相対運動部材についても形状的な限定は何等必要でない。
【0046】
また、各実施形態及び各実施例では、電気機械変換素子として圧電体を用いたが、本発明にかかる振動アクチュエータはこのような態様に限定されるものでなく、電気エネルギーを機械的変位に変換することができるものであれば、等しく適用することが可能である。例えば、圧電体以外に電歪素子を例示することができる。
さらに、各実施形態及び各実施例では、振動アクチュエータとして超音波の振動域を利用した超音波アクチュエータを例にとったが、本発明にかかる振動アクチュエータはこのような態様に限定されるものではなく、他の振動域を利用する振動アクチュエータについて等しく適用することが可能である。
【0047】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、弾性体及び相対運動部材それぞれの接触面の一方に、請求項1、請求項9又は請求項15のような傷を形成することで、長寿命で、極めて摩耗量が少なく、摩耗粉の移着に伴う振動アクチュエータの異常停止が発生せず、騒音が発生せず、駆動力が大きく、安定した駆動を行う振動アクチュエータを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施形態の超音波アクチュエータの説明図であり、図1(a)は正面図,図1(b)は側面図,図1(c)は相対運動部材の弾性体との接触面の4態様を示す拡大図である。
【図2】第2実施形態の超音波アクチュエータの説明図であって、図2(a)は上面図,図2(b)は正面図,図2(c)は側面図,図2(d)は底面図である。
【図3】第2実施例で試料として用いた8種類の相対運動部材それぞれの表面状態を示す説明図である。
【図4】従来の振動アクチュエータの構成を示す説明図であって、図4(a)は上面図,図4(b)は正面図,図4(c)は右側面図,図4(d)は底面図である。
【符号の説明】
2 弾性体
2a,2b 駆動力取出部
3 相対運動部材
3a 接触面
4a,4b 駆動用圧電体(電気機械変換素子)
4p,4p’ 振動モニタ用圧電体
5a〜5d 摩擦材
7 不規則方向研磨条痕(研磨条痕)
8 斜目研磨条痕(研磨条痕)
9 不規則円弧状研磨条痕(研磨条痕)
10 縦目研磨条痕(研磨条痕)
11 超音波アクチュエータ(振動アクチュエータ)
Claims (14)
- 振動を発生する振動子と、
前記振動子に加圧接触し、前記振動により前記振動子との間で相対運動を行う相対運動部材とを有し、
前記振動子の前記相対運動部材との接触面と、前記相対運動部材の前記振動子との接触面のうち少なくとも一方は、表面が研磨加工によって形成されて、前記研磨加工を行った結果生じる複数の筋状の傷を有し、前記傷は方向が不規則に分布し、かつ中心線平均粗さが、0.05μm以上1.0μm以下であること
を特徴とする振動アクチュエータ。 - 請求項1記載の振動アクチュエータにおいて、
前記弾性体は、形状が略直方体状であることを特徴とする振動アクチュエータ。 - 請求項1から請求項2記載の振動アクチュエータにおいて、
前記振動は、振動のモードが異なる二つの振動であること
を特徴とする振動アクチュエータ。 - 請求項1から請求項3記載の振動アクチュエータにおいて、
前記振動は、縦振動及び屈曲振動であること
を特徴とする振動アクチュエータ。 - 請求項4記載の振動アクチュエータにおいて、
前記縦振動の振動方向は、前記相対運動の運動方向と平行な方向であり、前記屈曲振動の振動方向は、前記縦振動の振動方向と交差する方向であること
を特徴とする振動アクチュエータ。 - 請求項1記載の振動アクチュエータにおいて、
前記振動子は円筒型であること
を特徴とする振動アクチュエータ。 - 請求項1から請求項6記載の振動アクチュエータにおいて、
前記振動は超音波の振動域を利用していること
を特徴とする振動アクチュエータ。 - 振動を発生する振動子と、
前記振動子に加圧接触し、前記振動により前記振動子との間で相対運動を行う相対運動部材とを有し、
前記振動子の前記相対運動部材との接触面と、前記相対運動部材の前記振動子との接触面のうち少なくとも一方は、表面が研磨加工によって形成されて、前記研磨加工を行った結果生じる複数の筋状の傷を有し、前記傷は形状が不規則な円弧状に形成され、かつ中心線平均粗さが、0.05μm以上1.0μm以下であること
を特徴とする振動アクチュエータ。 - 請求項8記載の振動アクチュエータにおいて、
前記弾性体は、形状が略直方体状であること
を特徴とする振動アクチュエータ。 - 請求項8から請求項9記載の振動アクチュエータにおいて、
前記振動は、振動のモードが異なる二つの振動であること
を特徴とする振動アクチュエータ。 - 請求項8から請求項10記載の振動アクチュエータにおいて、
前記振動は、縦振動及び屈曲振動であること
を特徴とする振動アクチュエータ。 - 請求項11記載の振動アクチュエータにおいて、
前記縦振動の振動方向は、前記相対運動の運動方向と平行な方向であり、前記屈曲振動の振動方向は、前記縦振動の振動方向と交差する方向であること
を特徴とする振動アクチュエータ。 - 請求項1記載の振動アクチュエータにおいて、
前記振動子は円筒型であること
を特徴とする振動アクチュエータ。 - 請求項1から請求項6記載の振動アクチュエータにおいて、
前記振動は超音波の振動域を利用していること
を特徴とする振動アクチュエータ。
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Families Citing this family (3)
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---|---|---|---|---|
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US6114799A (en) * | 1997-02-10 | 2000-09-05 | Minolta Co., Ltd. | Driving mechanism |
DE19938954A1 (de) * | 1999-08-17 | 2001-03-08 | Pi Ceramic Gmbh Keramische Tec | Piezoelektrischer Antrieb, insbesondere zur Erzeugung von Rotations- oder Translationsbewegungen, die stetig oder schrittweise erfolgen können |
Family Cites Families (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5140215A (en) * | 1988-09-19 | 1992-08-18 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Vibrator and ultrasonic motor employing the same |
US5039899A (en) * | 1989-02-28 | 1991-08-13 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Piezoelectric transducer |
JP2935504B2 (ja) * | 1989-07-05 | 1999-08-16 | キヤノン株式会社 | モータ |
US5051647A (en) * | 1989-07-06 | 1991-09-24 | Nec Corporation | Ultrasonic motor |
US5136200A (en) * | 1989-07-27 | 1992-08-04 | Olympus Optical Co., Ltd. | Ultransonic motor |
US5191688A (en) * | 1989-07-27 | 1993-03-09 | Olympus Optical Co., Ltd. | Method for producing a superior longitudinal vibrator |
JPH0389875A (ja) * | 1989-08-31 | 1991-04-15 | Brother Ind Ltd | リニア超音波モータ |
US5073739A (en) * | 1990-02-27 | 1991-12-17 | Nisca Corporation | Vibration-coupling type ultrasonic actuator and method for operating the same |
JP3118251B2 (ja) * | 1990-11-21 | 2000-12-18 | ニスカ株式会社 | 超音波駆動装置及びその方法 |
JP3045564B2 (ja) * | 1991-06-12 | 2000-05-29 | アルプス電気株式会社 | 超音波モータ |
US5416375A (en) * | 1992-06-15 | 1995-05-16 | Olympus Optical Co., Ltd. | Ultrasonic motor |
US5654604A (en) * | 1993-02-02 | 1997-08-05 | Nikon Corporation | Vibration motor having improved adhesive layer between electromechanical conversion element and elastic body |
JP3279021B2 (ja) * | 1993-11-15 | 2002-04-30 | 株式会社ニコン | 超音波モータとその製造方法 |
-
1997
- 1997-03-27 JP JP07528097A patent/JP3744111B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 1997-04-14 US US08/843,193 patent/US5818147A/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8004151B2 (en) | 2009-07-02 | 2011-08-23 | Panasonic Corporation | Drive unit |
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JPH09331687A (ja) | 1997-12-22 |
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