JP4095301B2 - 振動波駆動装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は振動波駆動装置に係り、振動波駆動装置の振動体に回転体を加圧接触させる加圧機構に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
振動波駆動装置としての振動波モータは、例えば円環型の弾性体に電気−機械エネルギー変換素子としての圧電素子を接着した振動体と、この弾性体に加圧接触する回転体と、モータ中心に配置され、前記回転体に連結された回転軸（出力軸）と、振動体を保持する部材（ケースとハウジングで構成される）により構成され、前記圧電素子に駆動用の周波信号を印加することにより前記弾性体に例えば曲げ振動の合成により進行波としての駆動波が形成され、この駆動波が形成される前記弾性体の駆動面に加圧接触する前記移動体が摩擦駆動され、その回転力が前記回転軸に伝達されるようになっている。
【０００３】
このような振動波モータは、特公平１−１７３５４号公報等で知られており、振動体に発生した進行性振動波エネルギーが振動体に加圧接触させた回転体に摩擦力によって伝えられ、前記回転体が回転する構造になっている。
【０００４】
図３は従来の振動波モータの断面図を示す。図３において、弾性体１の一方の面に電気−機械エネルギー変換素子としての圧電素子２が接着され、他方の面には摺動材３が接着されて振動体４を構成している。この振動体４の摺動材３に回転体６を加圧接触させるために、薄板円盤状の加圧ばね８と、回転軸１２に取り付けられたばね受け９が設けられている。前記加圧ばね８と、前記回転軸１２に取り付けられた前記ばね受け９からなる加圧機構１８では前記加圧ばね８は前記ばね受け９と前記回転体６と摩擦力によって当接し回転方向に固定されている。回転軸１２はハウジング５に装着された軸受け１１ａ及びケース１０に装着された軸受け１１ｂによって、回転自在に支持されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の振動波モータでは以下のような欠点があった。
【０００６】
第一に、従来は加圧ばね８が薄板円盤状の形状をしており、一般的には図４に示すように加圧ばね８の加圧に対する変形量の変化が非直線的な特性を示す。振動波モータの寿命は摺動材３の摩耗による加圧ばね８の加圧力に対する変形量の変化から決まる。振動波モータの特性を維持するためには加圧力の変化を極力抑える必要があった。
【０００７】
しかし、従来の加圧機構１８では図４に示すように設定加圧力において変形量の変化に対して急激な加圧の変化をもたらしていたので、十分に得られるべき寿命が短くなる問題があった。
【０００８】
第二に、図６に示すような複数の脚部８ａを放射状に配した形状に形成された従来の加圧ばね８では応力が内径側に集中し、材料の限界を超えて『ひび・破断』が発生する場合があった。最悪の場合、加圧力が低くなり振動波モータが動作不能になる問題があった。
【０００９】
第三に、従来の加圧機構１８では加圧ばね８の固定が当接される部材との摩擦力によるもので回転方向への固定力が十分でなかった。そのため、衝撃的な回転力を外部から受けると『ずれる・すべる』等の本来の固定機能を果さなくなる。よって、能動的動作ができないために振動波モータが制御不能になる。また、衝撃的な回転力を外部から繰り返し受けると当接個所での摩耗が発生して、加圧ばねの変形量が減少して加圧力が低くなり振動波モータが動作不能になる問題があった。
【００１０】
第四に、従来の加圧ばね８は、図６に示すような複数の脚部８ａを放射状に配した形状に形成され加圧ばね８の支持部としての固定部は内径部で周方向に連続した形状であった。そのために、放射状に配した隣接する脚部間の応力集中を緩和するためになだらかな曲線でつなげる必要があった。
【００１１】
しかし、この手段では加圧ばねを小型化するのが困難であった。さらに、加圧ばね８の脚部８ａの数を多くする事ができないために加圧力に対する変形量を多くとる事ができない。よって、振動波モータ上では寿命が短くなる、または小型化できない問題があった。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本出願に係る第一の発明は、加圧機構として、独立して変形する複数の加圧ばねを放射状に配置することで加圧力の変化を極力抑え、前記加圧機構の使用範囲において変形量の変化に対して急激な変化を無くし、十分な寿命を得ることができる。
【００１３】
ここで、各加圧ばねを扇状・略円筒状・短冊状のいずれかの形状にすることで、プレス・エッチング・レーザ・引き抜き等の容易な加工方法で製作でき安価に加圧ばね８の脚部の数を多くする事ができ加圧力に対して変形量を大きくとれる。
【００１４】
また、スリットの幅を極力狭くすることができ、加圧ばねは投影したときの面積が大きくとれ、変形量に対して加圧ばね８が耐えられる力の限界を大きくできるために変形量を多くとる事ができる。
【００１５】
よって、振動波モータ等の振動波駆動装置の寿命を長くでき、小型化できるようになる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
＜第一の実施の形態＞
図１は本発明の第一の実施の形態を示す。
【００３０】
図１において、本実施の形態の概略構成をまず簡単に説明すると、円環形状に形成された弾性体１の一方の面に電気−機械エネルギー変換素子としての圧電素子２が接着され、他方の面には摺動材３が接着されて振動体４を構成している。
【００３１】
この前記振動体４の前記摺動材３に回転体６を加圧接触させるための加圧機構１８は、図２の（ａ）〜（ｃ）に示すように、複数の加圧ばね部８ｂを放射状に並べ、中心側の端部を後述するばね受け９と固定部材１５で固定されて構成される加圧ばね８と、前記加圧ばね部８ｂの各中心側端部に接合される連結部材としてのばね受け９と、前記加圧ばね８を固定するための固定部材１５により構成されている。
【００３２】
また、前記回転体６と前記加圧ばね８は前記加圧ばね８の外周部で接合される前記回転体６に当接されている。回転軸１２はハウジング５に装着された軸受け１１ａ及びケース１０に装着された軸受け１１ｂによって、回転自在に支持されている。
【００３３】
本実施の形態の前記加圧機構１８は、放射方向に複数の加圧ばね部８ｂが配列された板状部材で形成された断面略円弧状の加圧ばね８と、前記加圧ばね８の中心部側に接合される連結部材としてのばね受け９と、前記加圧ばね８を固定するために前記加圧ばね８の内周形状に倣って形成された固定部材１５からなり、前記加圧ばね８は、従来例のように中心部に位置する円環部の外周から放射方向にばね部が延びる形状ではないので、複数の加圧ばね部８ｂが互いに隣接する前記加圧ばね部８ｂの影響を受けずに個々の独立したばねとして自在に変形する。
【００３４】
ここでの前記固定部材１５の前記加圧ばね８の内周面に倣って形成された形状は、成形加工等で部品に形状を付けても良いが、組み合わせ後にプレス加工等で前記加圧ばね８の形状を転写することもできる。
【００３５】
また、前記回転体６と前記加圧ばね８は前記加圧ばね８の外周部で接合される前記回転体６に嵌合溝１６が形成されており、前記嵌合溝１６に前記加圧ばね６の加圧力により当接され固定されている。このように構成された前記加圧ばね８は、出力軸としての回転軸１２の軸方向にたわませて加圧するようになっている。
【００３６】
前記回転軸１２に固定される前記ばね受け９及び前記固定部材１５は板状の前記加圧ばね８の内周部に接合状態で、かつ、回転方向の自由度と軸方向の自由度を規制して、それぞれ取り付けられている。このような前記回転軸１２、前記加圧機構１８及び前記回転体６の構成では、図１において前記回転軸１２は前記ハウジング５に装着された前記軸受け１１ａと前記ケース１０に装着された軸受け１１ｂによって支えられており、前記加圧機構１８は前記回転体６を前記振動体４の前記摺動材３に圧接している。前記振動体４は弾性体１の一方の面に前記圧電素子２が接着され、他方の面には前記摺動材３が接着されており、内周部側がハウジング５に固定されている。前記回転軸１２には、出力ギヤ１３が固着されており、前記出力ギヤ１３の回転により被駆動体移動機構１４が駆動されることになる。
【００３７】
このような構成において、前記電気−機械エネルギー変換素子２に交番信号として交流電圧を印加すると、前記弾性体１に駆動波としての進行波が励振され、前記加圧機構１８によって前記振動体７に圧接されている前記回転体６が回転し、その回転力は前記加圧機構１８を介して伝達されて、前記回転軸１２が回転する。なお、前記回転体６を固定して、前記振動体４の方を回転自在とすれば前記振動体４の方が回転することになる。
【００３８】
なお、加圧ばね８の形状としては、図２の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すものがあり、プレス・エッチング・レーザ・引き抜き等の容易な加工方法で形成される。
【００３９】
図２（ａ）は加圧ばね部８ｂが扇状の形状にした一例を示し、図２（ｂ）は加圧ばね部８ｂが短冊状の形状にした一例を示す。また、図２（ｃ）は平面短冊状のばね部８ｂを略円筒状の形状にした一例を示す。
【００４０】
図２（ｂ）の扇形状の加圧ばね部８ｂを成形方法を図７に基づいて説明する。
【００４１】
図７（ａ）は前記加圧ばね８の扇形状の加圧ばね部８ｂをプレス加工で製作した場合の形状を示し、前記加圧ばね８の断面には片面にバリが形成される。図７（ｂ）には前記加圧ばね８が組み込まれたときの状態を示し、前記加圧ばね８に形成されたバリが支持部材により押されて固定部材１５に食い込むことを示す。これにより、回転方向・軸方向の自由度が規制される。また、鍛造・曲げ加工等により形状を成形しても同等の効果を得る。
【００４２】
＜第二の実施の形態＞
図８は本発明の第二の実施の形態を示す。図８は加圧機構１８を示し、図８（ａ）は内端部側を連結部材としてのばね受け９に固定させ、外端部側を回転体６の嵌合溝１６に当接させて嵌合支持させている。
【００４３】
図８（ｂ）は、加圧ばね部８ａの内端部側及び外端部側の両方を、連結部材としてのばね受け９の凹溝及び回転体６の外周部に形成した凹溝１６に嵌合し、溝内の隙間に、例えば図９に示すように一部が開放され径方向にばね力を発生させるリング状の弾性部材１７を挿入し、加圧ばね部８ａの両端部をそれぞれ凹溝内に強固に当接支持させている。これらにより、回転方向・軸方向の自由度が強固に規制される。
【００４４】
上記した図８（ａ）（ｂ）に示す実施の形態では、いずれの場合も内端部、外端部側の両方もしくは片方でも効果がある。また、前記嵌合溝１６は、周方向に連続して形成される周溝でなくても、図１０に示すような前記加圧ばね８の形状に倣った形状でも良い。さらに、加圧ばね８と嵌合溝１６はインサート成型等の加工法で固着されていても良い。
【００４５】
＜参考の実施の形態＞
図１１は本発明の参考の実施の形態を示す。図８は加圧ばね８を示す。
【００４６】
図１１に示す本実施の形態の加圧ばね８は、中央部に孔部が形成された円盤形状のばね部材に対し、エッチング加工またはレーザ加工またはプレス加工で放射方向に形成した複数のスリット７により複数の加圧ばね部８ｂを分割することで、複数個の独立した前記加圧ばね部８ｂが一体に成形されている。ここでの前記スリット７は、支持部とまたがる位置に配置され、加圧ばね８ｂ部は個々に変形自在になっている。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、本出願発明によれば、加圧機構として独立して変形する複数の加圧ばねを複数個備えたことで振動波モータ等の振動波駆動装置の寿命が十分に得られる。
【００４８】
そして、複数の加圧ばねを扇状・略円筒状・短冊状の形状をしたことで振動波モータ等の振動波駆動装置の寿命が十分に得られ、小型化できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施の形態を示す振動波駆動装置の断面図。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は図１の加圧ばねを示す図。
【図３】従来の振動波駆動装置の断面図。
【図４】従来の振動波駆動装置の加圧機構の加圧力と変形量の関係を示す図表。
【図５】第一の実施の形態における加圧機構の加圧力と変形量の関係を示す図表。
【図６】従来の加圧ばねを示す図。
【図７】第一の実施の形態を示す加圧ばねを示す図。
【図８】（ａ）（ｂ）は本発明の第２の実施の形態を示す加圧機構の断面図。
【図９】図８（ｂ）のリング状弾性部材を示す図。
【図１０】本発明の第二の実施の形態を示す加圧ばねの固定部の概略図。
【図１１】本発明の参考の実施の形態の加圧ばねを示す図。
【符号の説明】
１ 弾性体
２ 圧電素子（電気−機械エネルギー変換素子）
３ 摺動材
４ 振動体
５ ハウジング
６ 回転体
７ スリット
８ 加圧ばね
８ａ 加圧ばね
８ｂ 加圧ばね
９ ばね受け
１０ ケース
１１ａ 軸受け
１１ｂ 軸受け
１２ 回転軸（出力軸）
１３ 出力ギヤ
１４ 被駆動体移動機構
１５ 固定部材
１６ 嵌合溝
１７ リング状弾性部材
１８ 加圧機構

Claims (5)

1. 円環形状の弾性体に電気−機械エネルギー変換素子を接合した振動体と、前記振動体に接触する回転体と、前記回転体を前記振動体に加圧接触させる加圧機構とを備え、前記電気−機械エネルギー変換素子に交番信号を印加することにより前記振動体に進行波を励振し、前記回転体を回転させる振動波駆動装置において、
   前記加圧機構は、それぞれ独立して変形する複数の加圧ばねが放射状に配置されたものであり、前記各加圧ばねの一端部が前記回転体に固定されていることを特徴とする振動波駆動装置。
2. 前記加圧ばねは、平面が扇状の形状を有していることを特徴とする請求項１に記載の振動波駆動装置。
3. 前記加圧ばねは、円筒状の形状を有していることを特徴とする請求項１に記載の振動波駆動装置。
4. 前記加圧ばねは、平面が短冊状の形状を有していることを特徴とする請求項１に記載の振動波駆動装置。
5. 前記加圧ばねは、他端部が回転軸に対して固定されていることを特徴とする請求項１に記載の振動波駆動装置。

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