JP5292703B2 - 振動アクチュエータ - Google Patents
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に関する。
例えば、特許文献1には、ロータ表面に固定された回転シャフトにベアリングを介してバネを連結することによりロータをステータに加圧接触させ、この状態で互いに重ね合わされた複数の圧電素子板に駆動電圧を印加してステータに超音波振動を発生させることでロータを回転させる振動アクチュエータが開示されている。
この発明はこのような問題点を解消するためになされたもので、ロータの回転に伴う摩耗を低減することができる振動アクチュエータを提供することを目的とする。
また、上記の振動アクチュエータにおいて、予圧手段におけるロータとの接触部分には、予圧手段におけるロータが接触する側にロータに向かって開いた予圧手段凹部が、予圧手段の潤滑剤収容部として形成され、ロータと予圧手段との接触部分に潤滑剤を供給する潤滑剤供給手段では、予圧手段に接触するロータの表面の一部が予圧手段凹部内に位置して予圧手段凹部内の潤滑剤と接触するようにしてもよい。
また、上記の振動アクチュエータにおいて、ロータと予圧手段との接触部分に潤滑剤を供給する潤滑剤供給手段は、予圧手段に配置されると共に潤滑剤を含有してロータに接触する潤滑剤含有部材を有してもよい。
実施の形態1.
図1に、この発明の実施の形態1に係る振動アクチュエータを示す。この振動アクチュエータは、超音波振動を利用して回転体を回転する超音波アクチュエータである。基部ブロック1とステータ2との間に円筒状の振動手段3が挟持されると共に、基部ブロック1とステータ2とが振動手段3内に通された連結ボルト4を介して互いに連結されており、振動アクチュエータ全体としてほぼ円柱状の外形を有している。ここで、説明の便宜上、基部ブロック1からステータ2へと向かう円柱状の外形の中心軸をZ軸と規定し、Z軸に対して垂直方向にX軸が、Z軸及びX軸に対して垂直にY軸がそれぞれ延びているものとする。
振動手段3は、それぞれXY平面上に位置し且つ互いに重ね合わされた平板状の第1〜第3の圧電素子部31〜33を有している。これら第1〜第3の圧電素子部31〜33がそれぞれ駆動回路5に電気的に接続されている。
また、ステータ2には、凹部6に連通すると共にこの凹部6に潤滑剤Gを補給するための補給経路9が形成されており、補給経路9は凹部6からステータ2の側面まで延在してこの側面で開口している。補給経路9の開口部に栓部材10が脱着可能に嵌合されている。
第2の圧電素子部32の一対の圧電素子板32b及び32dは、2分割されることなく全体がZ軸方向(厚み方向)に膨張あるいは収縮の変形挙動を行うように分極されており、圧電素子板32bと圧電素子板32dは互いに裏返しに配置されている。
第3の圧電素子部33の一対の圧電素子板33b及び33dは、X軸方向に2分割された部分が互いに逆極性を有してそれぞれZ軸方向(厚み方向)に膨張と収縮の反対の変形挙動を行うように分極されており、圧電素子板33bと圧電素子板33dは互いに裏返しに配置されている。
まず、振動手段3に対して、第1の圧電素子部31の電極板31cにステータ2の固有振動数に近い周波数の交流電圧を印加すると、第1の圧電素子部31の一対の圧電素子板31b及び31dの2分割された部分がZ軸方向に膨張と収縮を交互に繰り返し、ステータ2にY軸方向のたわみ振動を発生する。同様に、第2の圧電素子部32の電極板32cに交流電圧を印加すると、第2の圧電素子部32の一対の圧電素子板32b及び32dがZ軸方向に膨張と収縮を繰り返し、ステータ2にZ軸方向の縦振動を発生する。さらに、第3の圧電素子部33の電極板33cに交流電圧を印加すると、第3の圧電素子部33の一対の圧電素子板33b及び33dの2分割された部分がZ軸方向に膨張と収縮を交互に繰り返し、ステータ2にX軸方向のたわみ振動を発生する。
同様に、駆動回路5から第2の圧電素子部32の電極板32cと第3の圧電素子部33の電極板33cとの双方に位相を90度シフトさせた交流電圧をそれぞれ印加すると、X軸方向のたわみ振動とZ軸方向の縦振動とが組み合わされて、ロータ8と接触するステータ2の角部7にXZ面内の楕円振動が発生し、摩擦力を介してロータ8がY軸回りに回転する。
さらに、駆動回路5から第1の圧電素子部31の電極板31cと第3の圧電素子部33の電極板33cとの双方に位相を90度シフトさせた交流電圧をそれぞれ印加すると、X軸方向のたわみ振動とY軸方向のたわみ振動とが組み合わされて、ロータ8と接触するステータ2の角部7にXY面内の楕円振動が発生し、摩擦力を介してロータ8がZ軸回りに回転する。
また、潤滑剤Gにより、ロータ8、ステータ2の角部7及び予圧部12の予圧面15における表面の凹凸や表面粗さが潤滑剤Gにより低減され、それらに起因したロータ8の回転方向のずれ及び蛇行等が抑制される。したがって、ロータ8を精度よく且つ安定して回転させることが可能である。
また、ステータ2の栓部材10を取り外して補給経路9の開口部に潤滑剤Gを注入することにより、補給経路9を介してステータ2の凹部6内に潤滑剤Gを補給することができる。
同様に、予圧部12の栓部材14を取り外して開口部に潤滑剤Gを注入することで予圧部12の凹部13内に潤滑剤Gを補給することができる。
潤滑剤Gとしてシリコン系グリスを使用すれば、ドライの場合とほぼ同等の保持トルクが得られる。また、鉱油系グリスを潤滑剤Gとして使用すると、ドライの場合に比べて保持トルク及び駆動トルクが低下するが、予圧部12による加圧力を大きくすることで、ドライの場合と同等の保持トルク及び駆動トルクを得ることができる。
このように予圧部12による加圧力を大きくしても、潤滑剤Gの効果により、ステータ2及び予圧部12とロータ8とのそれぞれの接触部分における摩耗を低減することができると共に、ロータ8の回転方向のズレ及び蛇行等を抑制することができる。
次に、図6を参照して、この発明の実施の形態2に係る振動アクチュエータを説明する。この実施の形態2は、図1に示した実施の形態1の振動アクチュエータにおいて、ステータ2の凹部6及び予圧部12の凹部13内に収容された潤滑剤Gをロータ8の表面に直接接触させる代わりに、潤滑剤Gを含有した潤滑剤含有部材をロータ8の表面に接触させたものである。
また、支持部材11のほぼ中央から垂下支持された予圧部23の下端に凹状円錐面形状の予圧面を形成する潤滑剤含有部材22が貼設され、この潤滑剤含有部材22がロータ8の頂部付近の表面に当接している。このような凹状円錐面形状を有することで、略球体状のロータ8の表面に接触しやすくなる。支持部材11の弾性により、予圧部23の潤滑剤含有部材22がロータ8に圧接され、ロータ8に−Z軸方向の加圧力を付与しており、これによりロータ8がステータ2に対して加圧されている。
これらの潤滑剤含有部材21及び22を介してステータ2及び予圧部23がそれぞれロータ8に接触しているため、ステータ2及び予圧部23とロータ8とのそれぞれの接触部分における摩耗を低減することができる。また、これらの接触部分におけるロータ8、潤滑剤含有部材21及び潤滑剤含有部材22の表面の凹凸や表面粗さ等が潤滑剤Gにより低減され、ロータ8の回転方向のずれ及び蛇行等が抑制される。
したがって、実施の形態1と同様の効果が得られる。
次に図7を参照して、この発明の実施の形態3に係る振動アクチュエータを説明する。この実施の形態3は、図1に示した実施の形態1の振動アクチュエータにおいて、ステータ2の凹部6及び予圧部12の凹部13内に収容された潤滑剤Gをロータ8の表面に直接接触させる代わりに、ロータ8の表面に接触させた多孔質部材を介して潤滑剤Gをロータ8の表面に供給するものである。
また、予圧部12の凹部13の開口部に多孔質部材42が配置されると共に凹部13に、潤滑剤Gの補給経路としての供給管46の一端部が接続されており、この供給管46の他端部も上記の潤滑剤供給装置に接続されている。
したがって、ステータ2及び予圧部12とロータ8とのそれぞれの接触部分における摩耗を低減することができる。また、それらの接触部分におけるロータ8、ステータ2の角部43及び予圧部12の予圧面15の表面の凹凸や表面粗さ等が潤滑剤Gにより低減され、ロータ8の回転方向のずれ及び蛇行等が抑制される。
これにより、実施の形態1と同様の効果が得られる。
例えば、実施の形態1〜3における予圧部12及び23にだけ潤滑剤供給手段を設けると共に、潤滑剤供給手段により予圧部12及び23とロータ8との接触部分に供給された潤滑剤Gがロータ8の回転に伴ってステータ2とロータ8との接触部分にまで到達しないようにロータ8の回転角度を規制する。このように構成すれば、ステータ2とロータ8との接触部分では摩擦力を介してロータ8に効果的に回転力を伝達しながら、予圧部12及び23とロータ8との接触部分における摩耗及び摩擦損失を低減することができ、これにより高トルクで高効率な振動アクチュエータを実現することができる。
したがって、ロータ8、ステータ2及び予圧部12,23の少なくとも1つに潤滑剤供給手段を設けることができる。
次に図8を参照して、この発明の実施の形態4に係る振動アクチュエータを説明する。この実施の形態4は、図1に示した実施の形態1の振動アクチュエータにおいて、ステータ2の凹部6及び予圧部12の凹部13内に収容された潤滑剤Gをロータ8の表面に直接接触させる代わりに、ロータ8を密閉された空間に収容してこの空間内を潤滑剤Gで満たすものである。
これにより、実施の形態1と同様の効果が得られる。
また、特に実施の形態2では、潤滑剤Gとして固体潤滑剤を潤滑剤含有部材21及び22に含有させることもできる。
また、実施の形態4では、潤滑油Gが充填された空間内でロータ8が回転するので、粘度の低い潤滑油を潤滑剤Gとして用いることが好ましい。
例えば、ロータ8がその表面に突出形成される出力軸部材を有し、予圧手段がこの出力軸部材に接触してロータをステータに加圧するように構成することもできる。その場合にも、ロータの出力軸部材と予圧手段との接触部分にこの発明の潤滑剤供給手段を適用して潤滑剤を供給することができる。
また、上記各実施の形態では、ステータ2とロータ8との接触部分に楕円運動を発生させていたが、各軸方向の振幅を制御することで円運動を発生させても良い。
Claims (6)
- 凹部を有するステータと、
前記ステータの前記凹部の開口端周縁部に接触して配置されるロータと、
前記ステータに対して前記ロータを加圧する予圧手段と、
前記ステータに超音波振動を発生させることにより前記ロータを回転させる振動手段と、
前記ロータが接触する前記ステータの前記凹部の開口端周縁部及び前記ロータと前記予圧手段との接触部分のうち少なくとも前記凹部の開口端周縁部に潤滑剤を供給する潤滑剤供給手段と
を有し、
前記潤滑剤供給手段は、前記ステータ及び前記予圧手段のうち少なくとも前記ステータに形成されると共にその内部に潤滑剤が収容された潤滑剤収容部を有し、
前記ステータの前記潤滑剤収容部は、前記凹部であり、
前記凹部の開口端周縁部に潤滑剤を供給する前記潤滑剤供給手段では、前記凹部の開口端周縁部に接触する前記ロータの表面の一部が前記凹部内に突出するように位置して前記凹部内の潤滑剤と接触し、前記ロータの表面と接触する前記凹部内の潤滑剤が前記ロータの表面に付着し、前記凹部内の潤滑剤が付着した前記ロータの表面が前記ロータの回転に伴って移動することにより前記凹部の開口端周縁部に潤滑剤が供給されることを特徴とする振動アクチュエータ。 - 前記予圧手段における前記ロータとの接触部分には、前記予圧手段における前記ロータが接触する側に前記ロータに向かって開いた予圧手段凹部が、前記予圧手段の前記潤滑剤収容部として形成され、
前記ロータと前記予圧手段との接触部分に潤滑剤を供給する前記潤滑剤供給手段では、前記予圧手段に接触する前記ロータの表面の一部が前記予圧手段凹部内に位置して前記予圧手段凹部内の潤滑剤と接触する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。 - 前記ロータと前記予圧手段との接触部分に潤滑剤を供給する潤滑剤供給手段は、前記予圧手段に配置されると共に潤滑剤を含有して前記ロータに接触する潤滑剤含有部材を有することを特徴とする請求項1または2に記載の振動アクチュエータ。
- 前記潤滑剤含有部材は、金属からなる多孔質部材に潤滑剤を含浸させたものである請求項3に記載の振動アクチュエータ。
- 前記潤滑剤は、潤滑油である請求項4に記載の振動アクチュエータ。
- 前記潤滑剤供給手段に対して潤滑剤を補給するための補給経路をさらに備える請求項1〜5のいずれか一項に記載の振動アクチュエータ。
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