JPH11252948A - 振動波アクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ステータの断面形状の改良することにより、
ステータ製作時の加工手間を簡単にすることができる振
動波アクチュエータを提供する。 【解決手段】 裏面に圧電素子１５を接合された弾性部
材１６の厚み方向裏面側の端で、支持部材１９の外周端
縁を弾性部材１６の内周面に連接させる。弾性部材１６
の外周部分では、弾性部材１６の厚みは支持部材１９の
厚みよりも厚く、弾性部材１６の内周面の厚みは支持部
材１９の厚みと等しくする。弾性部材１６の内周部分で
は、弾性部材１６の表面に傾斜面２０が形成されてお
り、弾性部材１６の厚みは内周面側へいくに従って徐々
に薄くなっている。よって、弾性部材１６の裏面と支持
部材１９の裏面とが段差なく連続し、弾性部材１６の表
面と支持部材１９の表面も段差なく連続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ステータに発生し
た振動波によってロータを回転駆動する振動波アクチュ
エータに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の振動波アクチュエータに用いられ
ているステータの構造を図１に示す。このステータ１
は、金属等の弾性材料によって形成されたステータ本体
２の裏面にＰＺＴ等の圧電素子３を接合したものであ
る。ステータ本体２は、円環状をした弾性部材４の表面
に多数の接触子５を一定ピッチ毎に突設したものであっ
て、各接触子５間はスリット６によって分離されてお
り、弾性部材４の内周側には、厚み方向中央部に皿状を
した支持部材７が連設されている。圧電素子３は弾性部
材４の裏面に接合されており、円板状や球状をしたロー
タ（回転体）は、接触子５に圧接するように配置され
る。

【０００３】しかして、ステータ１は超音波モータの原
理によってロータを駆動するものであって、圧電素子３
を振動させることによって接触子５の表面にたわみ振動
や伸縮振動等の表面波振動を発生させるものである。ス
テータ１はロータに圧接しているので、ステータ１が駆
動されていない場合には、ロータは回転できない。しか
し、圧電素子３を所定の駆動モードで駆動すると、弾性
部材４の表面を円周方向に進む進行波（たわみ進行波）
により接触子５の表面の粒子が楕円軌道を描いて運動
し、ロータの表面がステータ１の円周方向に沿って移動
する。この結果、ロータは駆動されているステータ１の
軸心回りに回転する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のような振動波ア
クチュエータにおいては、弾性部材４に支持部材７が一
体に連接されているが、これは、支持部材７によって弾
性部材４や圧電素子３を中空に支持することにより、そ
の振動を抑制することなく、ロータの駆動に有益な振動
を効率よく取り出せるようにするものであり、また、図
２に示すように、支持部材７自身も弾性部材４の振動を
抑圧しないよう、図２に１点鎖線で示す弾性部材４に励
起される振動の振動中立軸８や変位成分が零である部分
（以下、単に振動中立軸という）で弾性部材４に連設さ
れている。すなわち、断面が矩形状をした弾性部材４の
厚み方向中央部に支持部材７が連設されている。

【０００５】このようなステータ本体２は、金属等の弾
性材料からなる素材円板を切削加工することによって製
作される。ところが、従来のステータ１では、支持部材
７の位置は弾性部材４の振動中立軸８、すなわち弾性部
材４の厚み方向ほぼ中央付近に設置されるので、弾性部
材４の内周側で弾性部材４と支持部材７の間には段差面
９（弾性部材４の軸心方向と平行な内周面）が生じる。
そのため、ステータ本体２を切削加工しようとすると、
弾性部材４の内周側で段差加工が必要となる。このよう
な段差加工を行なおうとすると、図２に矢印で示す方向
から切削しなければならないので、支持部材７や弾性部
材４の表裏面を切削加工する段階と弾性部材４の内周面
（段差面９）を切削加工する段階とでは、加工刃物を方
向を変えて付け替えたり、素材円板のチャッキングの向
きを変えたりする必要があり、加工に手間が掛かるとい
う問題があった。

【０００６】また、上記のようなステータ１では、弾性
部材４は断面矩形の円環状をしているので、ロータとの
接触部分の内周側と外周側では、弾性部材４に励起され
る振動の大きさは異なり、外周側にいくほど振動の大き
さは大きくなる。このように弾性部材４の内周側と外周
側とで振動の大きさが異なると、振動波アクチュエータ
の出力低下、摺動音発生、寿命低下の原因となる。

【０００７】このため、従来にあっては、接触子５とロ
ータの摺動面の幅を狭くしたり、スリット６の深さを内
周側へいくほど大きくしたりすることにより、内周側と
外周側での振動の大きさの違いを軽減し、出力の安定化
を図っている。しかし、摺動面を狭くする方法では、摺
動幅が狭いほど、ロータとステータ１の固着が生じない
などのメリットがあるものの、トルクの低下につながる
という問題がある。また、スリット深さに変化をつける
方法では、ステータ１の加工手間が増大するという問題
がある。

【０００８】本発明は叙上の従来例の欠点に鑑みてなさ
れたものであり、ステータの断面形状を改良することに
より、ステータ製作時の加工手間を簡単にすることがで
きる振動波アクチュエータを提供することを目的として
なされたものである。さらに、本発明は、ステータの加
工手間を増大させたり、トルクを低下させたりすること
なく、接触子に励起される振動の不均一を低減すること
ができる振動波アクチュエータを提供することを目的と
する。

【０００９】

【発明の開示】請求項１に記載の振動波アクチュエータ
は、ステータに発生させた微少振動でロータを回転駆動
するものであって、前記ステータは、環状をした弾性部
材の表面にロータとの接触子を形成し、裏面に振動発生
素子を設け、弾性部材の内周面に支持部材を連設したも
のであり、当該弾性部材の支持部材連設側の周面の厚み
は支持部材の厚みに等しく、弾性部材の支持部材連設側
と反対側の周面の厚みは支持部材の厚みよりも厚く、少
なくとも支持部材との連接部分において、支持部材から
遠くなるに従って弾性部材の厚みが次第に厚くなってい
ることを特徴としている。

【００１０】請求項１に記載の振動波アクチュエータに
あっては、弾性部材の支持部材連設側の周面の厚みを支
持部材の厚みと等しくし、少なくとも支持部材との連接
部分において支持部材から遠くなるに従って弾性部材の
厚みを次第に厚くしているので、弾性部材と支持部材と
の連接部分においてステータに段差面（ステータの軸心
方向と平行な面）が生じない。よって、ステータを切削
加工する際、途中で加工刃物の方向を変えて付け替えた
り、チャッキングの向きを変えたりする必要がなくな
り、ステータの切削加工作業を容易にすることができ
る。従って、振動波アクチュエータの製造効率を向上さ
せることができると共に、製造コストも安価にすること
ができる。

【００１１】さらに、請求項２に記載の実施態様は、請
求項１記載の振動波アクチュエータにおいて、前記支持
部材を前記弾性部材の厚み方向中心よりも裏面側に片寄
らせて弾性部材の内周面に連接し、弾性部材の少なくと
も表面の内周面近傍領域に傾斜面を形成することによっ
て弾性部材の厚みを変化させ、弾性部材の表面の傾斜面
が形成されていない領域に前記接触子を形成したことを
特徴としている。なお、請求項２でいう弾性部材の傾斜
面とは、弾性部材の軸心を通る断面において、直線状と
なったものでも、曲線状となったものでもよい。また、
傾斜面は弾性部材の裏面の内周面近傍にも形成されてい
てもよい。

【００１２】この実施態様によれば、支持部材を弾性部
材の厚み方向中心よりも裏面側に片寄らせて弾性部材の
内周面に連接しているので、弾性部材の内周面側では弾
性部材の振動中立軸も裏面側に片寄る。そのため、弾性
部材の外周面側よりも内周面側で振動中立軸と接触子表
面との距離が大きくなり、弾性部材の内周面側における
振動の腕の長さを外周面側より長くすることができ、弾
性体の幅方向において振動の大きさを均一化することが
できる。よって、接触子の摺動幅を狭くしたり、接触子
間のスリットの深さを変化させたりすることなく、振動
の大きさの均一化を図ることができるようになり、トル
クを低下させたり、ステータの加工を複雑にしたりする
ことなく、振動波アクチュエータの出力を安定化させる
ことができる。

【００１３】また、請求項３に記載の振動波アクチュエ
ータは、ステータに発生させた微少振動でロータを回転
駆動するものであって、前記ステータは、環状をした弾
性部材の表面にロータとの接触子を形成し、裏面に振動
発生素子を設け、弾性部材の内周面に支持部材を連設し
たものであり、前記支持部材の弾性部材連接端の厚みは
弾性部材の厚みに等しく、少なくとも弾性部材との連接
部分において、弾性部材から遠くなるに従って支持部材
の厚みが次第に薄くなっていることを特徴としている。

【００１４】請求項３に記載の振動波アクチュエータに
あっても、支持部材の弾性部材連設端の厚みを弾性部材
の厚みと等しくし、少なくとも弾性部材との連接部分に
おいて弾性部材から遠くなるに従って支持部材の厚みを
次第に薄くしているので、弾性部材と支持部材との連接
部分においてステータに段差面が生じず、ステータの切
削加工を容易にすることができる。従って、振動波アク
チュエータの製造効率を向上させることができると共
に、製造コストも安価にすることができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】（第１の実施形態）本発明にかか
る振動波アクチュエータは、１個のステータにより円板
状をしたロータを１軸回りに回転させるようにしたもの
と、複数個のステータにより球状をしたロータを２軸又
は３軸回りに回転させるようにしたものとがあるが、以
下の説明においては、前者の振動波アクチュエータの場
合について説明する。

【００１６】図３は本発明の一実施形態による振動波ア
クチュエータ（超音波モータ）１１の構造を示す断面図
である。振動波アクチュエータ１１は、ロータ１２とス
テータ１３とから構成されている。ステータ１３は、図
４に示すような外観を有しており、金属等の弾性材料に
よって形成されたステータ本体１４の裏面にＰＺＴ等の
圧電素子１５を接合したものである。ステータ本体１４
は、円環状をした弾性部材１６の表面に多数の接触子１
７を一定ピッチ毎に突設したものであって、各接触子１
７間はスリット１８によって分離されており、弾性部材
１６の内周側には、皿状をした支持部材１９が連設され
ている。圧電素子１５は接着剤によって弾性部材１６の
裏面に接合されている。ロータ１２は、上面及び下面の
うち少なくともいずれか一方において回転軸（図示せ
ず）により回転自在に支持されており、ステータ１３の
接触子１７とロータ１２とは、適当なバネ（図示せず）
によって互いに弾性的に圧接されている。

【００１７】本発明の振動波アクチュエータ１１に用い
られるステータ１３の特徴をさらに詳述する。圧電素子
１５は弾性部材１６の裏面全面に接合されており、支持
部材１９の外周端縁は、弾性部材１６の厚み方向裏面側
の端で弾性部材１６の内周面に連接されている。弾性部
材１６の内周部分を除いて弾性部材１６の厚みは支持部
材１９の厚み（例えば、０.４〜０.５ｍｍ）よりも厚
く、均一になっているが、弾性部材１６の内周面の厚み
は支持部材１９の厚みと等しくなっている。弾性部材１
６の内周部分では、弾性部材１６の表面に傾斜面２０が
形成されており、弾性部材１６の厚みは内周面側へいく
に従って徐々に薄くなっている。なお、図示例では、傾
斜面２０の断面は直線状となっているが、円弧状等の曲
線によって形成されていてもよい。よって、このステー
タ本体１４では、弾性部材１６の裏面と支持部材１９の
裏面とが段差なく連続しており、弾性部材１６の表面と
支持部材１９の表面も段差なく連続している。従って、
このようなステータ本体１４を素材円板から切削加工に
より製作する場合、図５に矢印で示すような方向から切
削加工することができ、切削刃物の方向を変えることな
く一方向から切削加工することができる。このため、ス
テータ本体１４を切削加工する際に、切削刃物の方向を
変えて切削刃物を付け替えたり、素材円板をチャッキン
グし直したりする必要がなくなり、ステータ１３の製造
工程を簡略化することができる。

【００１８】また、接触子１７は弾性部材１６の表面の
平らな部分（傾斜面２０以外の領域）に形成されてお
り、個々の接触子１７は略台形板状をしている。接触子
１７の内周面と弾性部材１６の傾斜面２０とは同じ傾斜
角を有していて滑らかに連続した面となっており、この
点でもステータ本体１４の切削加工がより容易になって
いる。

【００１９】弾性部材１６の断面は、内周側で薄く、外
周側で厚くなっているから、弾性部材１６の断面におけ
る振動中立軸２１は図５に１点鎖線で示すようになって
おり、弾性部材１６の内周面側で裏面側へ片寄ってい
る。そして、弾性部材１６の内周面側の厚みと支持部材
１９の厚みとは等しくなっているから、弾性部材１６は
内周面側の振動中立軸２１で支持部材１９に支持されて
おり、効率的に振動を発生させるようになっている。

【００２０】また、断面矩形の弾性部材１６では、内周
側よりも外周側で振動が大きくなるが、この弾性部材１
６では、内周側では振動中立軸２１が裏面側へ偏位して
いるため、内周側ので振動の腕の長さ（振動中立軸２１
から接触子１７の摺動面までの距離）が大きくなり、振
動腕の長さの違いによって内周側での振動が増大する。
この結果、弾性部材１６の内周面側から外周面側にかけ
て振動の大きさの変動が緩和され、振動波アクチュエー
タ１１の出力が安定化され、摺動音発生や寿命低下とい
った問題も改善される。しかも、弾性部材１６の表面に
傾斜面２０を設けることによって振動を均一化している
ので、ステータ１３の摺接幅を狭くする必要がなく、駆
動トルクの低下も起きない。さらに、接触子１７間を分
離するスリット１８の深さ（切込み深さ）は一定となっ
ており、スリット１８の底面は弾性部材１６の裏面と平
行になっているので、スリット１８の加工を複雑にする
恐れもない。

【００２１】（第２の実施形態）上記実施形態では、弾
性部材１６の表面側に傾斜面２０を形成して内周面側で
弾性部材１６の厚みが薄くなるようにしたが、図６に示
すステータ２６のように、弾性部材１６の裏面側にも傾
斜面２０を形成して内周面側で弾性部材１６の厚みが薄
くなるようにしてもよい。この場合には、表面側の傾斜
面２０と裏面側の傾斜面２０によって振動中立軸２１の
位置を調整することができるので、弾性部材１６の内周
面側から外周面側にかけての振動の大きさを均一化する
ための設計の自由度が大きくなる。

【００２２】（第３の実施形態）図７は本発明のさらに
別な実施形態に用いられるステータ２７の一部破断した
断面図である。この実施形態のステータ２７では、弾性
部材１６の厚みは均一となっており、支持部材１９の外
周端縁の厚みを大きくして弾性部材１６の厚みと等しく
している。そして、支持部材１９の外周部分の厚みを内
周側へいくほど徐々に薄くして本来の厚みにしている。
このような構成でも、弾性部材１６と支持部材１９の間
の段差をなくしてステータ本体１４の切削加工を容易に
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）（ｂ）は、従来の振動波アクチュエータ
に用いられているステータの構造を示す正面図及び断面
図である。

【図２】同上のステータの問題点を説明する図である。

【図３】本発明の一実施形態による振動波アクチュエー
タの構造を示す断面図である。

【図４】同上の振動波アクチュエータのステータを示す
斜視図である。

【図５】同上のステータにおける弾性部材の振動中立軸
と切削加工方法を示す図である。

【図６】本発明の別な実施形態におけるステータの構造
を示す一部破断した拡大断面図である。

【図７】本発明の別な実施形態におけるステータの構造
を示す一部破断した拡大断面図である。

【符号の説明】

１２ ロータ １３ ステータ １５ 圧電素子 １６ 弾性部材 １７ 接触子 １９ 支持部材 ２０ 傾斜面 ２１ 振動中立軸

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ステータに発生させた微少振動でロータ
   を回転駆動する振動波アクチュエータにおいて、 前記ステータは、環状をした弾性部材の表面にロータと
   の接触子を形成し、裏面に振動発生素子を設け、弾性部
   材の内周面に支持部材を連設したものであり、 当該弾性部材の支持部材連設側の周面の厚みは支持部材
   の厚みに等しく、弾性部材の支持部材連設側と反対側の
   周面の厚みは支持部材の厚みよりも厚く、少なくとも支
   持部材との連接部分において、支持部材から遠くなるに
   従って弾性部材の厚みが次第に厚くなっていることを特
   徴とする振動波アクチュエータ。
2. 【請求項２】 前記支持部材を前記弾性部材の厚み方向
   中心よりも裏面側に片寄らせて弾性部材の内周面に連接
   し、弾性部材の少なくとも表面の内周面近傍領域に傾斜
   面を形成することによって弾性部材の厚みを変化させ、
   弾性部材の表面の傾斜面が形成されていない領域に前記
   接触子を形成したことを特徴とする、請求項１に記載の
   振動波アクチュエータ。
3. 【請求項３】 ステータに発生させた微少振動でロータ
   を回転駆動する振動波アクチュエータにおいて、 前記ステータは、環状をした弾性部材の表面にロータと
   の接触子を形成し、裏面に振動発生素子を設け、弾性部
   材の内周面に支持部材を連設したものであり、 前記支持部材の弾性部材連接端の厚みは弾性部材の厚み
   に等しく、少なくとも弾性部材との連接部分において、
   弾性部材から遠くなるに従って支持部材の厚みが次第に
   薄くなっていることを特徴とする振動波アクチュエー
   タ。