JPWO2012169392A1 - アクチュエータ - Google Patents

Abstract

スムーズに安定的に動作するアクチュエータを提供する。アクチュエータ１は、駆動部材１３と、被駆動部材１４とを備えている。駆動部材１３は、一の方向ｚに沿って変位する。被駆動部材１４は、駆動部材１３と摩擦係合している。被駆動部材１４は、駆動部材１３に対して摺動変位可能に設けられている。駆動部材１３及び被駆動部材１４の一方の表面の上には、コーティング膜２０が形成されている。コーティング膜２０は、母材２１と粒子２２とを含む。母材２１は、駆動部材１３及び被駆動部材１４の他方よりも低い硬度を有する。粒子２２は、母材２１中に分散している。粒子２２は、母材２１と異なる硬度を有する。

Description

本発明は、アクチュエータに関する。

従来、小型のアクチュエータとして、圧電素子を用いたアクチュエータが知られている。この圧電素子を用いたアクチュエータの一例が、下記の特許文献１に記載されている。

具体的には、特許文献１には、電圧が印加された際に伸縮する電気機械変換素子と、電気機械変換素子の伸縮方向の一方側端部に取り付けられた駆動部材と、駆動部材と摩擦係合し、摺動変位可能な被駆動部材とを備えるアクチュエータが記載されている。

特開２００７−７４８８９号公報

特許文献１に記載のような被駆動部材が駆動部材と摩擦係合し、摺動変位可能とされているアクチュエータにおいては、駆動部材と被駆動部材との摩擦力の大きさが重要である。駆動部材と被駆動部材との摩擦力が大きすぎると、得られる駆動力が小さくなるばかりか、安定的に駆動させることができなくなる。一方、駆動部材と被駆動部材との摩擦力が小さすぎると、エネルギー効率が低くなり、またスムーズに安定的に動作させることができなくなる。

本発明は、斯かる点に鑑みて成されたものであり、その目的は、スムーズに安定的に動作するアクチュエータを提供することにある。

本発明に係るアクチュエータは、駆動部材と、被駆動部材とを備えている。駆動部材は、一の方向に沿って変位する。被駆動部材は、駆動部材と摩擦係合している。被駆動部材は、駆動部材に対して摺動変位可能に設けられている。駆動部材及び被駆動部材の一方の表面の上には、コーティング膜が形成されている。コーティング膜は、母材と粒子とを含む。母材は、駆動部材及び被駆動部材の他方よりも低い硬度を有する。粒子は、母材中に分散している。粒子は、母材と異なる硬度を有する。

本発明に係るアクチュエータのある特定の局面では、粒子は母材よりも高い硬度を有する。

本発明に係るアクチュエータの別の特定の局面では、粒子は母材よりも低い硬度を有する。

本発明に係るアクチュエータの他の特定の局面では、母材は、樹脂または金属からなる。

本発明に係るアクチュエータのさらに別の特定の局面では、コーティング膜における粒子の含有率は、５体積％〜５０体積％の範囲内にある。

本発明に係るアクチュエータのさらに他の特定の局面では、コーティング膜の膜厚が１μｍ〜１５μｍである。

本発明によれば、スムーズに安定的に動作するアクチュエータを提供することができる。

図１は、本発明を実施した一実施形態に係るアクチュエータの略図的斜視図である。 図２は、本発明を実施した一実施形態に係るアクチュエータの略図的断面図である。 図３は、図２のＩＩＩ部分を拡大した略図的断面図である。

以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について説明する。但し、下記の実施形態は、単なる例示である。本発明は、下記の実施形態に何ら限定されない。

また、実施形態等において参照する各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照することとする。また、実施形態等において参照する図面は、模式的に記載されたものであり、図面に描画された物体の寸法の比率などは、現実の物体の寸法の比率などとは異なる場合がある。図面相互間においても、物体の寸法比率等が異なる場合がある。具体的な物体の寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。

図１は、本実施形態に係るアクチュエータの略図的斜視図である。図２は、本実施形態に係るアクチュエータの略図的断面図である。

図１及び図２に示すように、アクチュエータ１は、変位部材１０と、駆動部材１３と、被駆動部材１４とを備えている。

変位部材１０は、駆動部材１３をｚ方向に沿って変位させる部材である。変位部材１０は、駆動部材１３を変位させることができるものである限りにおいて特に限定されない。本実施形態では、具体的には、変位部材１０は、電気機械変換素子の一種である圧電素子１１を用いたものである。より具体的には、変位部材１０は、圧電素子１１と、変換素子１２とを有する。

圧電素子１１は、圧電体と、圧電体に電圧を印加する一対の電極とを有する。図２に示すように、圧電素子１１は、電圧が印加されると、ｘ方向に伸縮する。

変換素子１２は、圧電素子１１のｘ方向の伸縮力を、駆動部材１３をｘ方向に対して垂直なｚ方向に沿って変位させる力に変換する素子である。具体的には、変換素子１２は、圧電素子１１がｘ方向に伸縮した際に頂部１２ａがｚ方向に変位するように設けられている。これにより、頂部１２ａに接続されている駆動部材１３がｚ方向に沿って変位する。

駆動部材１３は、棒状である。駆動部材１３は、被駆動部材１４と摩擦係合している。被駆動部材１４は、駆動部材１３に対して摺動変位可能である。

駆動部材１３は、ヤング率が７０ＧＰａ以上であるものであることが好ましい。駆動部材１３は、例えばステンレス等の金属により構成することができる。被駆動部材１４は、ビッカース硬度が３００Ｈｖ以上であるものであることが好ましい。

アクチュエータ１では、圧電素子１１のｘ方向に沿った伸縮に伴って、駆動部材１３がｚ方向に沿って振動する。すなわち、駆動部材１３は、ｚ方向の一方側から他方側への変位と、他方側から一方側への変位とを繰り返し行う。ここで、例えば、駆動部材１３のｚ方向の一方側から他方側への変位速度が所定の速度よりも速ければ、駆動部材１３と被駆動部材１４との間に生じる摩擦力よりも被駆動部材１４に働く慣性力の方が大きくなる。このため、駆動部材１３のｚ方向の一方側から他方側への変位速度を所定の速度よりも速くし、他方側から一方側への変位速度を所定の速度よりも遅くすることによって、被駆動部材１４を駆動部材１３に対して、ｚ方向の他方側へと相対的に変位させることができる。逆に、駆動部材１３のｚ方向の一方側から他方側への変位速度を所定の速度よりも遅くし、他方側から一方側への変位速度を所定の速度よりも速くすることによって、被駆動部材１４を駆動部材１３に対して、ｚ方向の一方側へと相対的に変位させることができる。

図３は、図２のＩＩＩ部分を拡大した略図的断面図である。駆動部材１３の表面１３ａと、被駆動部材１４の内表面１４ａとの一方の上には、コーティング膜２０が形成されている。具体的には、本実施形態では、駆動部材１３の表面１３ａの上にコーティング膜２０が形成されている。

コーティング膜２０の厚みは、例えば、１μｍ〜１５μｍ程度であることが好ましい。コーティング膜２０が厚すぎると、振動の伝達効率が下がる場合がある。コーティング膜２０が薄すぎると、すぐに摩滅する場合がある。

コーティング膜２０は、母材２１と、複数の粒子２２とを含む。母材２１は、被駆動部材１４よりも低い硬度を有するものである限りにおいて特に限定されない。母材２１は、例えば樹脂または金属からなるものとすることができる。具体的には、例えば被駆動部材１４がステンレスからなる場合は、母材２１は、ニッケルなどの金属や、ウレタンなどの樹脂により構成することができる。なお、母材２１は、フィラー等の添加物を含んでいてもよい。

複数の粒子２２は、母材２１中に分散している。粒子２２は、母材２１と異なる硬度を有する。例えば母材２１がニッケルなどの金属やウレタンなどの樹脂からなる場合は、粒子２２は、ポリテトラフルオロエチレン等の樹脂や、高密度ポリエチレン、ホウ素、カーボンなどからなるものとすることができる。母材２１がウレタンからなり、粒子２２がカーボンからなる場合、粒子２２は母材２１よりも高い硬度を有する。母材２１がウレタンからなり、粒子２２が高密度ポリエチレンからなる場合や、母材２１がニッケルからなり、粒子２２がポリテトラフルオロエチレンからなる場合、粒子２２は、母材２１よりも低い硬度を有する。

以上説明したように、本実施形態では、被駆動部材１４よりも低い硬度を有する母材２１中に母材２１と異なる硬度を有する粒子２２が分散してなるコーティング膜２０が、駆動部材１３の表面１３ａの上に形成されている。このため、駆動部材１３の振動により被駆動部材１４が駆動されるに伴い、コーティング膜２０の母材２１が被駆動部材１４との摩擦により削れ、粒子２２が露出する。このため、露出した粒子２２が駆動部材１３と被駆動部材１４との間に介在することなり、駆動部材１３と被駆動部材１４との間の間隔を狭く保ちつつ駆動部材１３と被駆動部材１４との間の摩擦力を所望の大きさにすることができる。よって、被駆動部材１４をスムーズかつ安定的に駆動させることができる。従って、アクチュエータ１をスムーズ且つ安定的に動作させることができる。

粒子２２が母材２１よりも高い硬度を有する場合、高い硬度を有する粒子２２は駆動部材１３との密着性が低いため、母材２１によりコーティング膜２０の駆動部材１３との密着性を高くすることができる。

粒子２２が母材２１よりも低い硬度を有する場合、低い硬度を有する粒子２２は駆動部材１３と被駆動部材１４との間の摩擦力により比較的短い時間で摩耗することになるため、母材２１により粒子２２の摩耗をある程度保護し、粒子２２の寿命を長くすることができる。

コーティング膜２０における粒子２２の含有率は、５体積％〜５０体積％の範囲内であることが好ましい。粒子２２の含有率が低すぎると、駆動部材１３と被駆動部材１４との間に介在する粒子２２の量が少なくなり、駆動部材１３と被駆動部材１４との間の摩擦力を所望の大きさにすることができない場合がある。粒子２２の含有率が高すぎると、母材２１が短時間で削られてしまい、コーティング膜２０の寿命が短くなる場合がある。

上記実施形態では、コーティング膜が駆動部材の表面の上に形成されており、被駆動部材の表面の上には形成されていない例について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。コーティング膜は、被駆動部材の表面の上に形成されており、駆動部材の表面の上には形成されていなくてもよい。この場合は、コーティング膜の母材を、駆動部材よりも低い硬度を有するものとする必要がある。

１…アクチュエータ
１０…変位部材
１１…圧電素子
１２…変換素子
１２ａ…頂部
１３…駆動部材
１３ａ…表面
１４…被駆動部材
２０…コーティング膜
２１…母材
２２…粒子

Claims (6)

1. 一の方向に沿って変位する駆動部材と、
   前記駆動部材と摩擦係合し、前記駆動部材に対して摺動変位可能に設けられた被駆動部材と、
   を備え、
   前記駆動部材及び前記被駆動部材の一方の表面の上には、前記駆動部材及び前記被駆動部材の他方よりも低い硬度を有する母材と、前記母材中に分散しており、前記母材と異なる硬度を有する粒子とを含むコーティング膜が形成されている、アクチュエータ。
2. 前記粒子は前記母材よりも高い硬度を有する、請求項１に記載のアクチュエータ。
3. 前記粒子は前記母材よりも低い硬度を有する、請求項１に記載のアクチュエータ。
4. 前記母材は、樹脂または金属からなる、請求項１〜３のいずれか一項に記載のアクチュエータ。
5. 前記コーティング膜における前記粒子の含有率は、５体積％〜５０体積％の範囲内にある、請求項１〜４のいずれか一項に記載のアクチュエータ。
6. 前記コーティング膜の膜厚が１μｍ〜１５μｍである、請求項１〜５のいずれか一項に記載のアクチュエータ。

Images