JP5701032B2 - 振動型駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、いわゆる振動波モータと称される振動体に移動体を加圧接触させ摩擦駆動する振動型駆動装置に関する。

一般に、振動型駆動装置（振動波モータ）は、進行性振動波が形成される振動体と、振動体に加圧接触する移動体とを有し、振動体と移動体とを進行性振動波により摩擦駆動させることにより駆動力を得る。
この種の振動型駆動装置の従来例を図６（ａ）に示す（例えば、特許文献１参照）。
図６（ａ）において、ハウジング４１に固定された振動体４２は円環状をしており、弾性体４２ｂの上部には複数の突起４２ｃが全周にわたって設けられている。
圧電セラミックス４２ａは、弾性体４２ｂの底面に接着剤にて接着され、モータ駆動時に不図示の駆動回路により位相差を有する２つの交流電圧が印加され、進行性振動波を発生させる。

移動体４３は、弾性部材で形成された円環状の本体部４３ａ、支持部４３ｂ、及び振動体４２の突起４２ｃに摩擦接触する摩擦面を有する接触部４３ｃから構成されている。
支持部４３ｂ及び接触部４３ｃは、ばね性を有する厚みで形成されており、振動体４２に対して安定した接触が可能となっている。
移動体４３の上面にはばね受け部材４４、ゴム板４５を介して加圧ばね４６が取付けられている。加圧ばね４６の内周部は出力軸４８に焼嵌めされたディスク４７に取付けられており、移動体４３の駆動力を出力軸４８に伝達している。
ばね受け部材４４は、制振ゴム４４ａと円環状の錘部材４４ｂから構成されている。これにより、移動体４３に発生する不要な振動を防止し、騒音の発生や効率の低下を抑えている。

特開平３−２５３２７２号公報

しかしながら、従来の構成のように、制振ゴム４４ａと錘部材４４ｂによって不要な振動を防止しても、長期の駆動により振動型駆動装置の性能が劣化する場合があった。
これらについて、更に説明すると、移動体４３の接触部４３ｃは図６（ｂ）に示すように、振動体４２と接触する。
図６（ｂ）において、振動体４２に進行性振動波が発生すると、振動体４２の突起４２ｃの上面は、図中の矢印で示した方向に振動し、接触部４３ｃを介して移動体４３を駆動する。その際、移動体４３の接触部４３ｃが受ける振動体４２からの加振力の方向は、移動体４３の図心４３ｆを通らない。
そのため、振動体４２からの加振力は、移動体４３の本体部４３ａにねじりモーメントとして作用する。該ねじりモーメントにより、本体部４３ａには、図６（ｃ）に示すような図心付近を軸にして交互にねじれるねじり振動が生じる。
このねじり振動は、駆動周波数で強制加振される強制振動として発生しているため、いわゆる鳴きのような騒音を発生することはない。

しかしながら、振動体４２の進行性振動波の振動にねじり振動が重畳されると、合成振動の振動振幅は不均一となる。そのため、振動型駆動装置を長期間駆動すると、移動体４３の接触部４３ｃの摩耗は、周方向に不均一に促進され、偏摩耗の原因となる。
偏摩耗が発生すると、振動体４２と移動体４３の安定した接触が保てず、振動型駆動装置の性能が劣化したり、鳴きが発生したりする恐れがある。

本発明は、上記課題に鑑み、振動型駆動装置の駆動に伴って発生する不要な振動を抑制し、長期の駆動による性能の劣化を低減することが可能となる振動型駆動装置を提供することを目的とするものである。

本発明は、つぎのように構成した振動型駆動装置を提供するものである。
本発明の振動型駆動装置は、電気−機械エネルギー変換素子が固定され、前記電気−機械エネルギー変換素子に駆動電圧が印加されることにより振動する振動体と、
前記振動体に接触し、前記振動により前記振動体と相対的に回転する移動体と、を有する振動型駆動装置であって、
前記移動体は、本体部と、前記振動体に摩擦接触する摩擦面を有し弾性変形可能な接触部と、を備え、
前記移動体の回転軸から外壁までの径方向断面において、前記回転の回転軸方向と径方向とから定められる前記移動体の断面形状における図心と、前記移動体の接触部の任意の点とを結ぶ直線が、前記振動体の振動の軌跡方向と平行となることを特徴とする。

本発明によれば、振動型駆動装置の駆動に伴って発生する不要な振動を抑制し、長期の駆動による性能の劣化を低減することが可能となる振動型駆動装置を実現することができる。

本発明の実施例１における振動型駆動装置の構成例を説明する断面図。 本発明の実施例１の図１に示す振動型駆動装置における移動体の一部を拡大した断面図。 本発明の実施例１の図１に示す振動型駆動装置における振動体と移動体の接触する様子を示す図。 本発明の実施例１に係る振動型駆動装置の第１の変形例に係る移動体の一部を拡大した断面図。 本発明の実施例２における振動型駆動装置の構成例を説明する断面図。（ａ）は振動型駆動装置における移動体の一部を拡大した断面図。（ｂ）はその変形例における移動体の一部を拡大した断面図。 図６（ａ）は、従来例における振動型駆動装置の構成を説明する断面図。（ｂ）はその振動体と移動体の接触する様子を示す図。（ｃ）はその移動体に発生するねじり振動の様子を示す図。

本発明を実施するための形態を、以下の実施例により説明する。

［実施例１］
実施例１として、本発明を適用した振動型駆動装置の構成例を、図１を用いて説明する。
本実施例の振動型駆動装置は、図１に示すように、円環状に形成されており、振動体２と、この振動体と摩擦接触する移動体３を備えている。
振動体２は、電気量を機械量に変換する電気−機械エネルギー変換素子による圧電素子２ａと、この圧電素子２ａと結合された弾性体２ｂとによって形成されている。
そして、圧電素子２ａに駆動電圧（交流電圧）を印加し、公知の技術により、振動体２に進行性の振動波により楕円運動を生じさせ、これによって移動体２を振動体と相対的に回転させる。
弾性体２ｂは、金属製の弾性部材であり、基部２ｃ、突起部２ｄ、及び基部２ｃから延出し、弾性体２ｂをハウジング１に固定するためのフランジ部２ｅから構成されている。
突起部２ｄは、基部２ｃの外径側に沿って、弾性体２ｂの中心軸に対して同心円状に配置されている。
突起部２ｄの移動体３側の面が移動体との接触面となっている。

移動体３は、弾性部材で形成された円環状の本体部３ａ、支持部３ｂ、及び振動体２の突起２ｄに摩擦接触する摩擦面を有する接触部３ｃから構成されている。
移動体３の上面にはばね受け部材４、ゴム板５を介して加圧ばね６が取付けられている。
加圧ばね６の内周部は出力軸８に焼嵌めされたディスク７に取付けられており、移動体３の駆動力を出力軸８に伝達している。
ばね受け部材４は、制振ゴム４ａと円環状の錘部材４ｂからなり、移動体３の不要な振動の発生を抑え、振動型駆動装置の騒音や出力の低下を防止している。

出力軸８は、ハウジング１に固定された外輪と、出力軸８の外周に嵌合した内輪とを有する一対の転がり軸受９ａ、９ｂによって回転自在に支持される。
転がり軸受９ａの内輪は、移動体３を振動体２に適切な力で加圧接触させるための加圧ばね６の変位量分だけ予圧がかけられている。
これにより、転がり軸受９ａの径方向のがたが排除され、出力軸８の径方向の振れを抑えることができる。

図２に、図１に示す振動型駆動装置における移動体の一部を拡大した断面図を示す。
図２において、支持部３ｂは、第１の支持部３ｄと第２の支持部３ｅから構成されている。
第１の支持部３ｄは、本体部３ａから振動体２の接触面と平行に延出されている。
第２の支持部３ｅは、第１の支持部３ｄの端部から鉛直に延出している。接触部３ｃは、第２の支持部３ｅの端部から振動体２の接触面と平行に延出されている。
支持部３ｂ及び接触部３ｃは、ばね性を有する厚みで形成されており、それぞれが片持ち梁断面構造を有する。そのため、支持部３ｂ及び接触部３ｃは、移動体３の回転軸方向及び径方向にそれぞれ弾性変形可能となっている。本発明において、回転軸とは、移動体が相対的に回転する際に回転の中心となる軸を示す。
また、支持部３ｂは本体部３ａから内径側に延出しており、接触部３ｃは支持部端部から外径側に延出している。
さらに、接触部３ｃの摩擦面の回転軸方向及び径方向の変位が周方向で一様になるように、支持部３ｂ及び接触部３ｃの厚みは周方向で均一に形成されている。本発明において径方向とは回転軸方向と垂直な方向を示す。

図３に、図１に示す振動型駆動装置における振動体と移動体の接触する様子を示す。
図３において、振動体２に発生する振動の振幅は、内径側よりも外形側の方が大きくなっている。
振動体２の突起２ｄの上面は、図中の矢印で示した方向に振動し、接触部３ｃを介して移動体３を駆動する。
移動体３の支持部３ｂ及び接触部３ｃはそれぞれ弾性変形可能となっており、図３に示すように、接触部３ｃの変位は内径側よりも外形側が大きくなっている。これにより、振動体２の接触面の傾斜と接触部３ｃの摩擦面の傾斜は、平行を保ったまま接触を繰り返す。そのため、接触部３ｃの摩擦面は全面にわたって振動体２との接触が可能となる。
移動体３の本体部３ａは、接触部３ｃよりも内径側に延出し、周方向に均一な形状で形成されている。
さらに、本体部３ａは、移動体３の径方向と回転軸方向とから定められる移動体３の断面形状における図心３ｆと、接触部３ｃの中央部付近の点とを結ぶ直線ｌが、振動体２の振動の軌跡方向と平行となるように形成されている。そのため、接触部３ｃを介して移動体３が受ける振動体２からの加振力の方向は、移動体３の図心３ｆを通る。

これにより、振動体２からの加振力によって移動体３の本体部３ａに発生するねじりモーメントの大きさを低減することができる。
そのため、従来構造では課題となっていた、駆動振動に伴って発生していた本体部３ａのねじり振動の発生を抑えることが可能となる。
よって、振動型駆動装置を長期間駆動しても、移動体３の接触部３ｃは周方向に不均一に摩耗が促進するような偏摩耗を発生することなく、安定した摩耗が得られ、長期の駆動による振動型駆動装置の性能の劣化を低減することができる。
なお、本実施例において、本体部３ａは、図心３ｆと接触部３ｃの中央部付近の点とを結ぶ直線が、振動体２の振動の軌跡方向と平行となるように形成され、図心３ｆが接触部の最外周部よりも内側に位置するように形成されている。
しかし、本発明はこのような構成に限定されるものではない。
例えば、接触部３ｃの最外周部から最内周部までの任意の点と図心３ｆを結ぶ直線が、振動体２の振動の軌跡方向と平行となるように本体部３ａを設けても、ねじりモーメントが低減され同様の効果が得られる。本発明において、「図心３ｆと接触部３ｃの任意の点とを結ぶ直線が、振動体２の振動の軌跡方向と、平行」とは、図心３ｆと接触部３ｃの任意の点とを結ぶ直線が、振動体２の振動の軌跡方向と、完全に平行な場合だけでなく、実質的に平行とみなされる範囲を含む。つまり、ねじり振動が実質的に発生しない角度の範囲内であれば、図心３ｆと接触部３ｃの任意の点とを結ぶ直線が、振動体２の振動の軌跡方向と「平行」であるとする。

また、本実施例においては、支持部３ｂは、第１の支持部３ｄと第２の支持部３ｅから構成され、第１の支持部３ｄは、本体部３ａから振動体２の接触面と平行に延出し、第２の支持部３ｅは、第１の支持部３ｄの端部から鉛直に延出している。
また、接触部３ｃは、第２の支持部３ｅの端部から振動体２の接触面と平行に延出されている。
しかし、本発明は、このような構成に限定されるものではない。
例えば、図４に示すように、本体部１３ａから支持部１３ｂが延出し、支持部１３ｂから接触部１３ｃが延出してもよい。
移動体１３においても、接触部１３ｃの最外周部から最内周部までの任意の点と図心１３ｆを結ぶ直線が、振動体２の振動の軌跡方向と平行となるように本体部１３ａを設けることで、ねじりモーメントを低減することができる。
特に、振動体２との接触時に強圧になる接触部１３ｃの最外周部と図心１３ｆを結ぶ直線が、振動体２の振動の軌跡方向と平行となるように本体部１３ａを設けることで、さらにねじりモーメントを小さくすることができる。
これにより、長期の駆動による振動型駆動装置の性能の劣化を低減することができる。

［実施例２］
実施例２として、上記した実施例１とは異なる形態の振動型駆動装置の構成例について、図５を用いて説明する。
本実施例の振動型駆動装置は、移動体の支持部や接触部、本体部を図５（ａ）に示す構造とした点において、実施例１のものと構成が相違する。
本実施例のその他の要素（振動体、出力軸等）は、上述した実施例１の対応するものと同一なので、説明を省略する。
なお、本実施例の図５（ａ）に示す構成は、図２、図４に対応している。
図５（ａ）において、移動体２３の本体部２３ａと支持部２３ｂは別部材で形成されており、支持部２３ｂ及び接触部２３ｃは板金プレスにより一体的に形成されている。
支持部２３ｂ及び接触部２３ｃはステンレス鋼板からなり、耐久性を高めるための硬化処理として焼入れ、焼戻し処理をした。
また、支持部２３ｂ及び接触部２３ｃは、ばね性を有する厚みで形成されており、支持部２３ｂおよび接触部２３ｃは、移動体２３の回転軸方向及び径方向にそれぞれ弾性変形可能となっている。
そのため、接触部２３ｃの摩擦面は全面にわたって振動体２との接触が可能となる。

本体部２３ａは接触部２３ｃよりも内径側に延出し、円環状に形成されている。
本体部２３ａと支持部２３ｂは、接着剤による接着や、はんだ付け等の金属ろう付け、レーザーや電気抵抗熱などによる溶接等の方法で接合している。
本体部２３ａは、移動体２３の径方向と回転軸方向とから定められる移動体２３の断面形状における図心２３ｆと、接触部２３ｃの任意の点とを結ぶ直線が、振動体２の振動の軌跡方向と平行となるように形成されている。
そのため、接触部２３ｃを介して移動体２３が受ける振動体２からの加振力の方向は、移動体２３の図心２３ｆを通る。
これにより、振動体２からの加振力によって移動体２３の本体部２３ａに発生するねじりモーメントの大きさを低減することができる。
よって、駆動中に発生していた本体部２３ａのねじり振動を抑えることができ、偏摩耗の促進を防止し、長期の駆動による振動型駆動装置の性能の劣化を低減することができる。
また、支持部２３ｂ及び接触部２３ｃをプレス加工で一体的に形成し、本体部２３ａもプレス加工や焼結、ダイカスト等で形成することができるため、従来の切削加工に比べて大幅なコスト削減や製作時間の短縮を図ることができる。
さらに、板金プレス加工に用いる素材の板厚精度は極めて高いため、支持部２３ｂ及び接触部２３ｃの剛性のバラツキを小さくすることができ、振動体２と安定した接触が可能となる。

図５（ｂ）に、本実施例の変形例における移動体の一部を拡大した断面図を示す。この図５（ｂ）は、図２、図４、図５（ａ）に対応している。
図５（ｂ）に示すように、移動体３３の本体部３３ａと接触部３３ｃは別部材となっており、接着剤による接着等で結合している。
接触部３３ｃは、フッ素樹脂粉末（ＰＴＦＥ：ポリテトラフルオロエチレン）を主材として、添加材としてカーボンファイバ、ポリイミド、二硫化モリブデンを用いて、焼成して製作した樹脂で形成されている。
そのため、接触部３３ｃは振動体２との接触時に弾性変形が可能となり、振動体２と安定した接触が可能となる。
さらに、接触部３３ｃは、円環状の平板で形成されているため、支持部及び接触部を一体的に形成する場合に比べ、さらに加工が容易で、コスト削減や製作時間の短縮を図ることができる。
本体部３３ａは、移動体３３の径方向と回転軸方向とから定められる移動体３３の断面形状における図心３３ｆと、接触部３３ｃの任意の点とを結ぶ直線が、振動体２の振動の軌跡方向と平行となるように形成されている。
そのため、接触部３３ｃを介して移動体３３が受ける振動体２からの加振力の方向は、移動体３３の図心３３ｆを通る。
これにより、駆動中に発生していた本体部３３ａのねじり振動を抑えることができ、偏摩耗の促進を防止し、長期の駆動による振動型駆動装置の性能の劣化を低減することができる。

なお、本実施例において、耐摩耗性を向上させるための表面処理として、焼入れ、焼戻し処理を行ったが、本発明はこれらに限定されるものではなく、窒化処理や溶射等で接触部の摩擦面を硬化してもよい。
以上に説明したように、本発明の上記各実施例の構成によれば、振動型駆動装置の駆動に伴って発生する不要な振動を抑制し、長期の駆動による性能の劣化を低減することが可能となる。

２：振動体
２ａ：圧電素子
３：移動体
３ａ：本体部
３ｃ：接触部
３ｆ：図心

Claims (9)

1. 電気−機械エネルギー変換素子が固定され、前記電気−機械エネルギー変換素子に駆動電圧が印加されることにより振動する振動体と、
   前記振動体に接触し、前記振動により前記振動体と相対的に回転する移動体と、を有する振動型駆動装置であって、
   前記移動体は、本体部と、前記振動体に摩擦接触する摩擦面を有し弾性変形可能な接触部と、を備え、
   前記移動体の回転軸から外壁までの径方向断面において、前記回転の回転軸方向と径方向とから定められる前記移動体の断面形状における図心と、前記移動体の接触部の任意の点とを結ぶ直線が、前記振動体の振動の軌跡方向と平行となることを特徴とする振動型駆動装置。
2. 前記移動体は、前記移動体の前記図心が該移動体における前記接触部の最外周部よりも内側に位置するように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の振動型駆動装置。
3. 前記本体部は、前記接触部とは別部材で形成され、該接触部と結合されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の振動型駆動装置。
4. 前記移動体は、前記本体部から延出した支持部と、該支持部から延出した接触部とによって形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１項に記載の振動型駆動装置。
5. 前記支持部は、前記本体部から延出する第１の支持部と、前記第１の支持部の端部から延出する第２の支持部とによって形成されていることを特徴とする請求項４に記載の振動型駆動装置。
6. 前記本体部は、前記支持部および前記接触部とは別部材で形成され、該支持部に結合されていることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の振動型駆動装置。
7. 前記支持部および前記接触部は、プレス加工により形成されていることを特徴とする請求項４乃至６のいずれか１項に記載の振動型駆動装置。
8. 前記移動体の前記断面形状は、周方向に均一な形状で形成されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の振動型駆動装置。
9. 前記移動体は、前記接触部が前記本体部より内径側にあることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項記載の振動型駆動装置。

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