KR20090057437A

KR20090057437A - 진동 액추에이터

Info

Publication number: KR20090057437A
Application number: KR1020097007619A
Authority: KR
Inventors: 고다이 스즈키
Original assignee: 가부시키가이샤 도요다 지도숏키
Priority date: 2006-10-13
Filing date: 2007-08-30
Publication date: 2009-06-05
Also published as: WO2008044396A1; JP2008099487A; EP2073369A1; TW200830686A; JP5211463B2; EP2073369A4; US7973452B2; US20100084944A1

Abstract

기부 블록 (1) 과 고정자 (2) 사이에 진동자 (3) 가 협지되고, 고정자 (2) 의 오목부 (5) 내에 대략 구체형의 회전자 (6) 의 거의 하반부가 수용되어 있다. 고정자 (2) 의 상부에 지지 부재 (7) 가 배치되고, 지지 부재 (7) 의 앵글부 (9) 의 선단에 예압부 (10) 가 지지되고, 예압부 (10) 의 다축의 둘레로 회전 가능한 구형 부재 (11) 가 회전자 (6) 의 정점 부분에 맞닿아 회전자 (6) 에 예압력을 부여하고 있다. 진동자 (3) 를 구동시킴으로써, 회전자 (6) 가 회전하고, 이것에 수반하여 출력축 (12) 이 예압부 (10) 와 지지 부재 (7) 의 고리형부 (8) 사이를 가동 범위로 하여 이동한다.

Description

진동 액추에이터{VIBRATION ACTUATOR}

본 발명은 진동 액추에이터와 관련된 것으로서, 특히 고정자에 초음파 진동을 발생시켜 구체형의 회전자를 회전시키는 진동 액추에이터에 관한 것이다.

최근, 초음파 진동을 이용하여 회전자를 회전시키는 진동 액추에이터가 제안되어 실용화되어 있다. 이 진동 액추에이터는, 압전 소자를 이용하여 고정자의 표면에 타원 운동 또는 진행파를 발생시키고, 고정자에 회전자를 가압 접촉시킴으로써 이들 양자간의 마찰력을 통하여 회전자를 이동시키는 것이다.

예를 들어, 특허 문헌 1 에는, 베어링을 개재하여 복수의 탄성체로 구체형의 회전자에 예압을 가함으로써 회전자를 고정자에 가압 접촉시키고, 이 상태에서 서로 중첩된 복수의 압전 소자판에 구동 전압을 인가하여 고정자에 초음파 진동을 발생시킴으로써 회전자를 회전시키는 액추에이터가 개시되어 있다. 여기서 예압이란, 적어도 압전 소자에 통전하지 않는 상태에서 회전자를 고정자에 누르는 압력을 말한다.

특허 문헌 1: 일본 공개특허공보 2004-312810호

발명의 개시

발명이 해결하고자 하는 과제

그러나, 특허 문헌 1 의 액추에이터는, 회전자의 출력축인 회전 샤프트를 베어링으로 그 축 둘레로 회전 가능하게 지지하고, 회전 샤프트의 선단에 장착된 중량물을 회전시키는 것으로서, 회전 샤프트가 경사졌을 때에는 그 경사각의 범위 내에서 회전자가 이동되지만, 회전자의 가동 범위는 매우 좁은 것이었다.

예를 들어, 고리형의 예압부를 회전자에 맞닿게 하여 예압을 가하고, 회전자의 출력축을 예압부의 고리의 내측을 통해 외부로 연장시킬 수도 있지만, 이 경우에도 고리형의 예압부에 의해 제약을 받아, 회전자의 가동 범위를 크게 취하는 것은 어려웠다. 또한, 가동 범위를 넓히기 위하여 예압부의 고리를 크게 설정하면, 예압력에 따라 고리형의 예압부가 구체형의 회전자에 끼워넣어질 우려가 있었다.

또한, 예압부를 고정자와는 별도의 기구로 하여 구성하면, 회전자의 가동 범위를 크게 취할 수 있지만, 전체의 치수가 커진다는 과제를 발생시킨다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해소하기 위하여 이루어진 것으로서, 예압 기구부에 의한 대형화를 억제하고, 회전자에 예압부가 끼워넣어지는 일이 없고, 넓은 가동 범위를 확보할 수 있는 진동 액추에이터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

과제를 해결하기 위한 수단

본 발명에 관련된 진동 액추에이터는, 고정자와, 고정자 상에 탑재된 대략 구체형의 회전자와, 회전자를 고정자에 압접 (壓接) 시키는 예압 수단과, 고정자에 초음파 진동을 발생시킴으로써 회전자를 회전시켜 회전자의 출력축을 이동시키는 진동 수단을 구비하고, 회전자는 기능 부품을 갖고, 예압 수단이 회전자의 정점 부분에 맞닿아 예압력을 부여하는 예압부를 갖고, 회전자의 기능 부품이 예압부와 고정자 사이를 가동 범위로 하여 이동하는 것이다.

예압 수단의 예압부가 회전자의 정점 부분에 맞닿음으로써 회전자에 예압력이 부여되고, 예압부와 고정자 사이를 가동 범위로 하여 회전자의 출력축이 이동된다. 여기서, 회전자의 정점 부분이란, 회전자가 고정자로부터 받는 수직 항력의 작용선 상에서 고정자와는 반대측의 표면 부위, 즉 고정자와 맞닿는 부분에서 가장 먼 회전자의 부위를 포함하는 소정 범위의 부분을 말하는 것으로 한다.

발명의 효과

본 발명에 의하면, 예압 기구부에 의한 대형화를 억제하면서도, 회전자에 예압부가 끼워넣어지는 일이 없고, 넓은 가동 범위를 확보하는 것이 가능해진다.

도 1 은, 본 발명의 실시형태 1 에 관련된 진동 액추에이터를 나타내는 사시도이다.

도 2 는, 실시형태 1 에 관련된 진동 액추에이터를 나타내는 단면도이다.

도 3 은, 실시형태 1 에서 이용된 진동자의 구성을 나타내는 부분 단면도이다.

도 4 는, 실시형태 1 에서 이용된 진동자의 3 쌍의 압전 소자판의 분극 방향을 나타내는 사시도이다.

도 5 는, 실시형태 2 에 관련된 진동 액추에이터를 나타내는 사시도이다.

도 6 은, 실시형태 3 에 관련된 진동 액추에이터를 나타내는 사시도이다.

도 7 은, 실시형태 3 에 관련된 진동 액추에이터를 나타내는 단면도이다.

도 8 은, 실시형태 3 에 있어서의 예압부의 예압면과 회전자의 관계를 나타내는 단면도이다.

도 9 는, 실시형태 3 에 있어서의 예압부의 예압면과 회전자의 관계를 나타내는 단면도이다.

도 10 은, 실시형태 4 에 관련된 진동 액추에이터를 나타내는 사시도이다.

도 11 은, 실시형태 5 에 관련된 진동 액추에이터를 나타내는 단면도이다.

도 12 는, 실시형태 5 의 변형예에 관련된 진동 액추에이터를 나타내는 단면도이다.

도 13 은, 실시형태 6 에 관련된 진동 액추에이터를 나타내는 단면도이다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

이하, 본 발명의 실시형태를 첨부 도면에 기초하여 설명한다.

실시형태 1

도 1 에, 본 발명의 실시형태 1 에 관련된 진동 액추에이터를 나타낸다. 기부 블록 (1) 과 고정자 (2) 사이에 진동 수단을 구성하는 진동자 (3) 가 협지되어 있고, 이들에 의해 대략 원주상의 외형을 갖는 본체부 (4) 가 형성되어 있다. 고정자 (2) 에는, 진동자 (3) 에 접하는 면과는 반대측에 오목부 (5) 가 형성되어 있고, 이 오목부 (5) 내에 대략 구체형의 회전자 (6) 의 거의 하반부가 수용되 어 있다.

고정자 (2) 의 상부에는 지지 부재 (7) 가 배치되어 있다. 이 지지 부재 (7) 는, 고정자 (2) 의 상면 상에 고정되는 고리형부 (8) 와, 고리형부 (8) 로부터 상방으로 연장되는 역 L 자형의 앵글부 (캔틸레버부) (9) 를 갖고, 앵글부 (9) 의 선단에 예압부 (10) 가 지지되어 있다. 예압부 (10) 는, 다축의 둘레로 회전 가능한 구형 부재 (11) 를 갖고 있고, 이 구형 부재 (11) 가 회전자 (6) 의 정점 부분에 맞닿도록 배치되어 있다. 또한, 회전자 (6) 에는, 기능 부품으로서 예압부 (10) 와 고정자 (2) 사이를 가동 범위로 하는 출력축 (12) 이 연결 고정되어 있다.

여기서, 설명의 편의상, 기부 블록 (1) 으로부터 고정자 (2) 를 향하는 본체부 (4) 의 중심축을 Z 축이라고 규정하고, Z 축에 대하여 수직 방향으로 X 축이, Z 축 및 X 축에 대하여 수직으로 Y 축이 각각 연장되어 있는 것으로 한다.

예압부 (10) 의 구형 부재 (11) 는, 회전자 (6) 의 +Z 축 방향의 최고점인 정점 부분에 접촉하고 있다. 지지 부재 (7) 의 앵글부 (9) 는 탄성을 갖고, 이로써 구형 부재 (11) 가 회전자 (6) 에 압접되어, 회전자 (6) 에 -Z 축 방향의 예압을 부여하고 있다. 또한, 정확하게 회전자 (6) 의 정점이 아니어도, 회전자 (6) 의 정점을 포함하는 소정의 범위 내에서 구형 부재 (11) 가 회전자 (6) 의 표면에 접촉하여, 예압을 부여하면 된다.

도 2 에 나타내는 바와 같이, 기부 블록 (1) 과 고정자 (2) 가 진동자 (3) 내에 통과된 연결 볼트 (13) 를 통하여 서로 연결되어 있다.

고정자 (2) 의 오목부 (5) 는, 회전자 (6) 의 직경보다 작은 내경을 갖는 소직경부 (14) 와, 회전자 (6) 의 직경보다 큰 내경을 갖는 대직경부 (15) 로 이루어지고, 이들 소직경부 (14) 및 대직경부 (15) 의 경계부에 XY 평면 상에 위치하는 고리형의 단차 (16) 가 형성되어 있다. 회전자 (6) 는 이 오목부 (5) 내의 단차 (16) 에 맞닿은 상태에서 회전 가능하게 지지되어 있다.

또한, 기부 블록 (1) 및 고정자 (2) 는 각각 예를 들어 듀랄루민으로 형성되고, 회전자 (6) 로서는 강구(鋼球)가 사용된다.

진동자 (3) 는, 고정자 (2) 에 초음파 진동을 발생시켜 회전자 (6) 를 X, Y, Z 의 3 축의 둘레로 각각 회전시키기 위한 것으로서, 각각 XY 평면 상에 위치하고 또한 서로 중첩된 평판상의 제 1 ∼ 제 3 압전 소자부 (31 ∼ 33) 를 갖고 있다. 이들 제 1 ∼ 제 3 압전 소자부 (31 ∼ 33) 가 각각 구동 회로 (17) 에 전기적으로 접속되어 있다.

구체적으로는, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 제 1 압전 소자부 (31) 는, 각각 원판 형상을 갖는 전극판 (31a), 압전 소자판 (31b), 전극판 (31c), 압전 소자판 (31d) 및 전극판 (31e) 이 순차 중첩된 구조를 갖고 있다. 동일하게, 제 2 압전 소자부 (32) 는, 각각 원판 형상을 갖는 전극판 (32a), 압전 소자판 (32b), 전극판 (32c), 압전 소자판 (32d) 및 전극판 (32e) 이 순차 중첩된 구조를 갖고, 제 3 압전 소자부 (33) 는, 각각 원판 형상을 갖는 전극판 (33a), 압전 소자판 (33b), 전극판 (33c), 압전 소자판 (33d) 및 전극판 (33e) 이 순차 중첩된 구조를 갖고 있다. 이들 압전 소자부 (31 ∼ 33) 가 절연 시트 (34 ∼ 37) 를 개재하 여 고정자 (2) 및 기부 블록 (1) 으로부터, 또한 서로 절연된 상태에서 배치되어 있다.

도 4 에 나타내는 바와 같이, 제 1 압전 소자부 (31) 의 한 쌍의 압전 소자판 (31b) 및 (31d) 는 Y 축 방향으로 2 분할된 부분이 서로 역극성을 갖고 각각 Z 축 방향 (두께 방향) 으로 팽창과 수축의 반대의 변형 거동을 실시하도록 분극되어 있고, 압전 소자판 (31b) 과 압전 소자판 (31d) 은 서로 반대로 배치되어 있다.

제 2 압전 소자부 (32) 의 한 쌍의 압전 소자판 (32b) 및 (32d) 은 2 분할되지 않고 전체가 Z 축 방향 (두께 방향) 으로 팽창 혹은 수축의 변형 거동을 실시하도록 분극되어 있고, 압전 소자판 (32b) 과 압전 소자판 (32d) 은 서로 반대로 배치되어 있다.

제 3 압전 소자부 (33) 의 한 쌍의 압전 소자판 (33b) 및 (33d) 은 X 축 방향으로 2 분할된 부분이 서로 역극성을 갖고 각각 Z 축 방향 (두께 방향) 으로 팽창과 수축의 반대의 변형 거동을 실시하도록 분극되어 있고, 압전 소자판 (33b) 과 압전 소자판 (33d) 은 서로 반대로 배치되어 있다.

제 1 압전 소자부 (31) 의 양면 부분에 배치되어 있는 전극판 (31a) 및 전극판 (31e) 과, 제 2 압전 소자부 (32) 의 양면 부분에 배치되어 있는 전극판 (32a) 및 전극판 (32e) 과, 제 3 압전 소자부 (33) 의 양면 부분에 배치되어 있는 전극판 (33a) 및 전극판 (33e) 이 각각 전기적으로 접지되어 있다. 또한, 제 1 압전 소자부 (31) 의 한 쌍의 압전 소자판 (31b) 및 (31d) 의 사이에 배치되어 있는 전극판 (31c) 과, 제 2 압전 소자부 (32) 의 한 쌍의 압전 소자판 (32b) 및 (32d) 의 사이에 배치되어 있는 전극판 (32c) 과, 제 3 압전 소자부 (33) 의 한 쌍의 압전 소자판 (33b) 및 (33d) 의 사이에 배치되어 있는 전극판 (33c) 이 각각 구동 회로 (17) 에 전기적으로 접속되어 있다.

다음으로, 이 실시형태 1 에 관련된 진동 액추에이터의 동작에 대하여 설명한다.

먼저, 진동자 (3) 에 대하여, 제 1 압전 소자부 (31) 의 전극판 (31c) 에 고정자 (2) 의 고유 진동수에 가까운 주파수의 교류 전압을 인가하면, 제 1 압전 소자부 (31) 의 한 쌍의 압전 소자판 (31b) 및 (31d) 의 2 분할된 부분이 Z 축 방향으로 팽창과 수축을 교대로 반복하여, 고정자 (2) 에 Y 축 방향의 굽힘 진동을 발생시킨다. 동일하게, 제 2 압전 소자부 (32) 의 전극판 (32c) 에 교류 전압을 인가하면, 제 2 압전 소자부 (32) 의 한 쌍의 압전 소자판 (32b) 및 (32d) 이 Z 축 방향으로 팽창과 수축을 반복하여, 고정자 (2) 에 Z 축 방향의 세로 진동을 발생시킨다. 또한, 제 3 압전 소자부 (33) 의 전극판 (33c) 에 교류 전압을 인가하면, 제 3 압전 소자부 (33) 의 한 쌍의 압전 소자판 (33b) 및 (33d) 의 2 분할된 부분이 Z 축 방향으로 팽창과 수축을 교대로 반복하여, 고정자 (2) 에 X 축 방향의 굽힘 진동을 발생시킨다.

그래서, 예를 들어 구동 회로 (17) 로부터 제 2 압전 소자부 (32) 의 전극판 (32c) 과 제 3 압전 소자부 (33) 의 전극판 (33c) 의 쌍방에 위상을 90 도 변위시킨 교류 전압을 각각 인가하면, X 축 방향의 굽힘 진동과 Z 축 방향의 세로 진동이 조합되어 회전자 (6) 와 접촉하는 고정자 (2) 의 단차 (16) 에 XZ 면 내의 타원 진 동이 발생하여, 마찰력을 통하여 회전자 (6) 가 Y 축 둘레로 회전한다. 이 때, 예압부 (10) 의 구형 부재 (11) 도 회전자 (6) 의 회전 운동에 종동하여 Y 축의 둘레로 회전한다.

동일하게, 구동 회로 (17) 로부터 제 1 압전 소자부 (31) 의 전극판 (31c) 과 제 2 압전 소자부 (32) 의 전극판 (32c) 의 쌍방에 위상을 90 도 변위시킨 교류 전압을 각각 인가하면, Y 축 방향의 굽힘 진동과 Z 축 방향의 세로 진동이 조합되어 회전자 (6) 와 접촉하는 고정자 (2) 의 단차 (16) 에 YZ 면 내의 타원 진동이 발생하여, 마찰력을 통하여 회전자 (6) 가 X 축 둘레로 회전한다. 이 때, 예압부 (10) 의 구형 부재 (11) 도 회전자 (6) 의 회전 운동에 종동하여 X 축의 둘레로 회전한다.

또한, 구동 회로 (17) 로부터 제 1 압전 소자부 (31) 의 전극판 (31c) 과 제 3 압전 소자부 (33) 의 전극판 (33c) 의 쌍방에 위상을 90 도 변위시킨 교류 전압을 각각 인가하면, X 축 방향의 굽힘 진동과 Y 축 방향의 굽힘 진동이 조합되어 회전자 (6) 와 접촉하는 고정자 (2) 의 단차 (16) 에 XY 면 내의 타원 진동이 발생하여, 마찰력을 통하여 회전자 (6) 가 Z 축 둘레로 회전한다. 이 때, 예압부 (10) 의 구형 부재 (11) 도 회전자 (6) 의 회전 운동에 종동하여 Z 축의 둘레로 회전한다.

이와 같이 하여 진동자 (3) 를 구동시킴으로써, 회전자 (6) 가 X, Y, Z 의 3 축의 둘레로 각각 회전하고, 이것에 수반하여 출력축 (12) 이 이동하는데, 회전자 (6) 의 정점 부분을 예압부 (10) 로 예압하고 있기 때문에, 출력축 (12) 은 예압부 (10) 와 지지 부재 (7) 의 고리형부 (8) 사이를 가동 범위로 하여 자유롭게 이동할 수 있다.

또한, 예압부 (10) 의 구형 부재 (11) 를 개재하여 회전자 (6) 의 정점 부분에 예압력을 주고 있기 때문에, 예압력을 크게 설정해도, 예압부 (10) 가 회전자 (6) 에 끼워넣어지는 일은 없다. 이 때문에, 예압력을 크게 하여, 높은 토크의 회전을 실현할 수 있다.

예압부 (10) 의 구형 부재 (11) 는 다축의 둘레로 회전 가능하게 배치되어 있기 때문에, 회전자 (6) 의 회전에 수반하는 마찰 손실이 저감되어 있지만, 진동자 (3) 의 구동에 의해, 고정자 (2) 와 동일하게 지지 부재 (7) 를 개재하여 예압부 (10) 의 구형 부재 (11) 에도 타원 진동이 발생하도록 구성하면, 예압을 위하여 필요한 마찰 손실을 더욱 저감시킬 수 있다.

또한, 예압부 (10) 의 구형 부재 (11) 를 고정자 (2) 와 동일한 진동 모드로 진동시킴으로써, 구형 부재 (11) 에 고정자 (2) 와 동일한 방향의 구동력을 발생시키면, 고정자 (2) 와 예압부 (10) 의 쌍방으로부터 회전자 (6) 에 회전력이 전달되어, 높은 토크로 회전시키는 것이 가능해진다.

실시형태 2

도 5 에, 본 발명의 실시형태 2 에 관련된 진동 액추에이터를 나타낸다. 실시형태 2 는, 도 1 에 나타낸 실시형태 1 의 진동 액추에이터에 있어서, 지지 부재 (7) 로 예압부 (10) 를 지지하는 대신에 지지 부재 (18) 에 의해 3 개의 예압부 (10a, 10b) 및 (10c) 를 지지하도록 구성한 것이다. 지지 부재 (18) 는 고정자 (2) 의 상면 상에 고정되는 고리형부 (19) 와, 회전자 (6) 를 걸치듯이 고리형부 (19) 에 일체로 형성된 아치부 (20) 를 갖고, 아치부 (20) 의 대략 중앙에 3 개의 예압부 (10a, 10b) 및 (10c) 가 지지되어 있다. 이들 예압부 (10a, 10b) 및 (10c) 는 각각 회전자 (6) 의 정점 부분에 맞닿고 또한 다축의 둘레로 회전 가능한 구형 부재 (11a, 11b) 및 (11c) 를 갖고 있다. 지지 부재 (18) 의 아치부 (20) 는 탄성을 갖고, 이로써 구형 부재 (11a, 11b) 및 (11c) 가 각각 회전자 (6) 에 압접되어, 회전자 (6) 에 -Z 축 방향의 예압을 부여하고 있다.

이와 같은 구성으로 해도, 실시형태 1 과 동일하게, 회전자 (6) 의 출력축 (12) 을 예압부 (10a, 10b) 및 (10c) 와 지지 부재 (18) 의 고리형부 (19) 사이를 가동 범위로 하여 자유롭게 이동시킬 수 있다.

실시형태 3

도 6 에, 본 발명의 실시형태 3 에 관련된 진동 액추에이터를 나타낸다. 실시형태 3 은, 도 1 에 나타낸 실시형태 1 의 진동 액추에이터에 있어서, 지지 부재 (7) 로 예압부 (10) 를 지지하는 대신에 지지 부재 (21) 에 의해 예압부 (22) 를 지지하도록 구성한 것이다. 지지 부재 (21) 는, 고정자 (2) 의 상면 상에 고정되는 고리형부 (23) 와, 고리형부 (23) 로부터 상방으로 연장되는 역 L 자형의 앵글부 (24) 를 갖고, 앵글부 (24) 의 선단에 예압부 (22) 가 지지되어 있다. 예압부 (22) 는, 도 7 에 나타내는 바와 같이, 오목형 원추면 형상의 예압면 (25) 을 갖고 있고, 이 예압면 (25) 이 회전자 (6) 의 정점 부분에 접촉하고 있다.

지지 부재 (21) 의 앵글부 (24) 는 탄성을 갖고, 이로써 예압부 (22) 의 예 압면 (25) 이 회전자 (6) 에 압접되어, 회전자 (6) 에 -Z 축 방향의 예압을 부여하고 있다.

이와 같은 오목형 원추면 형상의 예압면 (25) 을 사용함으로써, 대략 구체형의 회전자 (6) 의 정점 부분에 접촉하기 쉬워진다.

이 때, 도 8 에 나타내는 바와 같이, 오목형 원추면 형상의 예압면 (25) 이 중심선에 대하여 45 도보다 작은 각도 θ 를 갖는 경우에는, 예압면 (25) 에 의해 예압력 F 로 회전자 (6) 가 압압되면, 회전자 (6) 와 예압부 (22) 가 함께 변형되고 (사선 부분), 이들 변형이 균등한 것으로 간주하면, 그 접촉 단면은 원형이 되고, 예압부 (22) 가 회전자 (6) 에 미치는 힘 F1 및 F2 가 발생한다. 이들 힘 F1 및 F2 는 변형이 어느 정도 유지되는 동안에는 계속 존재한다. 힘 F1 및 F2 는 접촉면과 반대측의 면에 대하여 회전자 (6) 를 누르는 힘이 된다. 예를 들어, 힘 F1 에 수반하여 회전자 (6) 가 반대측의 면에 힘 F1 로 눌려진다. 이 힘 F1 의 수직 분력 F1v 에 대응하여, 회전자 (6) 와 예압면 (25) 사이에 마찰력 F1vf 가 작용한다. 또한, 힘 F1 의 원추면 A 를 따른 수평 분력 F1h 가 회전자 (6) 를 예압면 (25) 으로부터 뽑아내고자 하는 힘이 된다. 또한, 회전자 (6) 와 예압부 (22) 의 변형에 상관없이, 예압력 F 에서 기인하여, 회전자 (6) 와 예압면 (25) 사이에 마찰력 Ff 가 작용하고 있다.

그래서, 뽑아내고자 하는 힘 F1h 가 이들 마찰력 (F1vf + Ff) 보다 작을 때에는 회전자 (6) 는 예압면 (25) 으로부터 빠져나오지 못하고 끼워넣어진 상태가 되어 버린다.

한편, 오목형 원추면 형상의 예압면 (25) 이 중심선에 대하여 45 도의 각도 θ 를 갖는 경우에는, 도 9 에 나타내는 바와 같이, 예압부 (22) 로부터 회전자 (6) 에 미치는 힘 F1 은 접촉면과 반대측의 면을 따른 방향을 갖기 때문에, 그 수직 분력이 0 이 되고, 상기 서술한 바와 같은 변형에 수반하는 마찰력 F1vf 가 발생하지 않는다. 동일하게, 오목형 원추면 형상의 예압면 (25) 의 중심선에 대한 각도 θ 가 45 도를 초과하는 경우에도, 마찰력 F1vf 는 발생하지 않는다. 따라서, 회전자 (6) 와 예압부 (22) 의 변형에서 기인한 회전자 (6) 가 끼워넣어지는 일은 없다.

즉, 예압부 (22) 의 오목형 원추면 형상의 예압면 (25) 은 그 중심선에 대하여 45 도 이상의 각도 θ 를 갖는 것이 바람직하다.

실시형태 4

도 10 에, 본 발명의 실시형태 4 에 관련된 진동 액추에이터를 나타낸다. 실시형태 4 는, 도 6 에 나타낸 실시형태 3 의 진동 액추에이터에 있어서, 지지 부재 (21) 대신에 지지 부재 (26) 에 의해 예압부 (22) 를 지지하도록 구성한 것이다. 지지 부재 (26) 는 고정자 (2) 의 상면 상에 고정되는 고리형부 (27) 와, 고리형부 (27) 에 일체로 형성된 아치부 (28) 을 갖고, 아치부 (28) 에 예압부 (22) 가 지지되어 있다.

이와 같은 구성으로 해도, 실시형태 3 과 동일하게, 회전자 (6) 의 출력축 (12) 을 예압부 (22) 와 지지 부재 (26) 의 고리형부 (27) 사이를 가동 범위로 하여 자유롭게 이동시킬 수 있다.

실시형태 5

도 11 에, 본 발명의 실시형태 5 에 관련된 진동 액추에이터를 나타낸다. 실시형태 5 는, 도 1 에 나타낸 실시형태 1 의 진동 액추에이터에 있어서, 기부 블록 (1), 고정자 (2) 및 진동자 (3) 를 원통형의 케이싱 (29) 내에 수용하고, 케이싱 (29) 에 상방으로 연장되는 역 L 자형의 앵글부 (캔틸레버부) (30) 를 일체로 형성하고, 앵글부 (30) 의 선단에 예압부 (10) 를 지지한 것이다.

즉, 이 실시형태 5 는, 기부 블록 (1) 과 고정자 (2) 와 진동자 (3) 로 이루어지는 진동계로부터 독립된 케이싱 (29) 에 대하여 예압부 (10) 를 지지한 것이다.

이와 같은 구성으로 해도, 회전자 (6) 의 출력축 (12) 을 예압부 (10) 와 고정자 (2) 사이를 가동 범위로 하여 자유롭게 이동시킬 수 있다.

동일하게, 도 12 에 나타내는 바와 같이, 기부 블록 (1), 고정자 (2) 및 진동자 (3) 를 수용하는 원통형의 케이싱 (29) 에, 회전자 (6) 을 걸치는 아치부 (40) 를 일체로 형성하고, 아치부 (40) 의 대략 중앙에 예압부 (10) 를 배치할 수도 있다.

또한, 이 실시형태 5 를 실시형태 2 ∼ 4 에 각각 적용하여, 진동계로부터 독립한 케이싱 (29) 에 대하여 예압부 (10a, 10b) 및 (10c) 혹은 (22) 를 지지하도록 구성해도 된다.

실시형태 6

도 13 에, 본 발명의 실시형태 6 에 관련된 진동 액추에이터를 나타낸다. 실시형태 6 은, 도 1 에 나타낸 실시형태 1 의 진동 액추에이터에 있어서, 출력축 (12) 대신에 기능 부품으로서 회전자 (6) 에 내장 카메라 (42) 를 장비한 것이다. 회전자 (6) 의 이동에 의해 내장 카메라 (42) 의 렌즈부를 예압부 (10) 와 고정자 (2) 사이에서 자유롭게 이동시켜 촬영할 수 있다.

동일하게, 이 실시형태 6 을 실시형태 2 ∼ 5 에 각각 적용하여 내장 카메라 (42) 를 이동시키도록 구성할 수도 있다.

또한, 출력축 (12), 내장 카메라 (42) 외에, 각종 기능 부품을 회전자 (6) 에 구비할 수 있다.

또한, 상기의 실시형태 1 ∼ 6 에 있어서, 회전자 (6) 의 정점 부분에 접촉하는 예압부 (10) 의 구형 부재 (11), 예압부 (10a, 10b) 및 (10c) 의 구형 부재 (11a, 11b) 및 (11c), 예압부 (22) 의 예압면 (25) 을 각각 테플론 (Teflon; 등록 상표) 등의 저마찰재로 구성하면, 예압을 위하여 필요한 마찰 손실을 저감시킬 수 있다.

Claims

고정자와,

상기 고정자 상에 탑재된 대략 구체형의 회전자와,

상기 회전자를 상기 고정자에 압접시키는 예압 수단과,

상기 고정자에 초음파 진동을 발생시킴으로써 상기 회전자를 회전시키는 진동 수단을 구비하고, 상기 회전자는 기능 부품을 갖고, 상기 예압 수단은 상기 회전자의 정점 부분에 맞닿아 예압력을 부여하는 예압부를 갖고, 상기 회전자의 상기 기능 부품은 상기 예압부와 상기 고정자 사이를 가동 범위로 하여 이동하는 것을 특징으로 하는 진동 액추에이터.
제 1 항에 있어서,

상기 예압부는, 다축의 둘레로 회전 가능하고 또한 상기 회전자의 표면에 접촉하는 적어도 하나의 구형 부재를 갖는 진동 액추에이터.
제 2 항에 있어서,

상기 예압부는 복수의 상기 구형 부재를 갖는 진동 액추에이터.
제 1 항에 있어서,

상기 예압부는, 상기 회전자의 표면에 접촉하는 오목형 원추면 형상의 예압 면을 갖는 진동 액추에이터.
제 1 항에 있어서,

상기 예압 수단은, 상기 고정자에 대하여 상기 예압부를 지지하는 지지 부재를 포함하는 진동 액추에이터.
제 5 항에 있어서,

상기 진동 수단은 상기 예압부에도 초음파 진동을 발생시키는 진동 액추에이터.
제 5 항에 있어서,

상기 지지 부재는 캔틸레버부를 갖고, 이 캔틸레버부의 선단에 상기 예압부가 배치된 진동 액추에이터.
제 5 항에 있어서,

상기 지지 부재는 상기 회전자를 걸치는 아치부를 갖고, 이 아치부의 대략 중앙에 상기 예압부가 배치된 진동 액추에이터.
제 1 항에 있어서,

상기 예압 수단은, 상기 고정자로부터 독립하여 상기 예압부를 지지하는 지 지 부재를 포함하는 진동 액추에이터.
제 9 항에 있어서,

상기 지지 부재는 캔틸레버부를 갖고, 이 캔틸레버부의 선단에 상기 예압부가 배치된 진동 액추에이터.
제 9 항에 있어서,

상기 지지 부재는 상기 회전자를 걸치는 아치부를 갖고, 이 아치부의 대략 중앙에 상기 예압부가 배치된 진동 액추에이터.
제 1 항에 있어서,

상기 기능 부품은 상기 회전자에 고정된 출력축인 진동 액추에이터.
제 1 항에 있어서,

상기 기능 부품은 상기 회전자에 내장된 카메라인 진동 액추에이터.