KR20120002923A

KR20120002923A - 진동 액츄에이터

Info

Publication number: KR20120002923A
Application number: KR20110061522A
Authority: KR
Inventors: 신야 아사이; 히로유키 다케이; 카즈오 세이키; 키타루 이와타; 미키야 구리타; 마사키 다카산
Original assignee: 가부시키가이샤 도요다 지도숏키
Priority date: 2010-07-01
Filing date: 2011-06-24
Publication date: 2012-01-09
Also published as: JP2012016183A; US20120001519A1; JP5760339B2; CN102315790B; CN102315790A; TW201225508A; DE102011078470A1; US8760038B2

Abstract

진동 액츄에이터는, 롤러와, 상기 롤러와 접촉하는 접촉부를 갖는 진동자와, 상기 진동자를 진동시키는 진동체와, 상기 롤러를 진동자에 가압하는 가압 장치및, 상기 접촉부의 근방에 배치되고 상기 로울러와 접촉하는 윤활 부재를 구비한다.

Description

진동 액츄에이터{VIBRATION ACTUATOR}

본 발명은 액츄에이터의 로울러(roller)와 진동자 사이의 윤활을 가능케 하는 진동 액츄에이터에 관한 것이다.

고 토오크(high torque)와 다 자유도(multiple degree of freedom)가 요구되는 부분에 적용되는 구동 액츄에이터로서, 초음파 진동을 이용하는 진동 액츄에이터가 사용되고 있다. 이러한 진동 액츄에이터는, 초음파 진동을 발생하는 압전 소자(piezoelectric element)와 같은 진동체(vibrator)와, 상기 진동체와 접촉하도록 유지된 진동자및, 상기 진동자와 접촉하도록 배치된 로울러를 구비한다. 상기 로울러와 접촉하도록 유지된 상기 진동자의 일부는, 진동체의 초음파 진동으로 야기되는 복합 진동에 의해 진동되며, 상기 로울러는, 상기 진동자의 일부에 대한 마찰력에 의해 회전된다. 로울러가 진동자와 접촉한 상태에서 회전되는 상기 진동체에 있어서는, 로울러와 진동자 사이에서 마모가 발생한다. 따라서, 이러한 마모를 감소시키기 위한 여러가지 제안이 되어 있다.

특허문헌 1에는, 구 형상(spherical shape)의 로울러를 갖는 진동 액츄에이터가 개시되어 있다. 이러한 진동 액츄에이터에서는, 진동체와 진동자가 서로 연결되어 일반적으로 원통 형상을 형성하고, 진동체와 대향하는 진동자 측에는 원통 형상의 오목부(recess)가 형성되어 있다. 상기 로울러는 오목부의 모서리부와 접촉하여 배치되어 있다. 또한, 상기 로울러는, 상기 오목부와 대응하는 로울러의 측부상에 배치된 가압(pressing)장치에 의해 진동자를 가압한다. 또, 상기 가압장치는, 로울러를 향하여 열린 오목부를 갖고, 이 오목부의 안에는, 그리스와 같은 윤활유가 수용되어 있다. 또한, 진동자의 오목부에도, 그리스와 같은 윤활유가 수용되어 있다. 그리고, 가압장치와 진동자에는, 가압장치와 진동자의 외부로부터 윤활유를 공급해 주기 위해 각각의 오목부와 연통하는(communicating) 윤활유 공급 통로가 형성되어 있다. 따라서, 가압장치와 로울러 사이의 윤활은 가압장치의 오목부로부터 공급되는 윤활유에 의해 행해지고, 진동자와 로울러 사이의 윤활은 진동자의 오목부로부터 공급되는 윤활유에 의해 행해진다.

일본공개특허공보 제2008-206251호

그러나, 특허문헌 1에 개시된 액츄에이터에 있어서는, 각 가압장치와 진동자내에 형성된 윤활유 수용 오목부와 윤활유 공급 통로로 인해, 그 구조가 복잡해지고, 그에 따라 제조 시간과 비용이 증대된다. 또한, 로울러가 구 형상이 아닌 원통 형상을 갖고, 로울러의 내부에 배치된 가압장치에 의해 진동자가 가압될 경우에는, 윤활유 수용 오목부의 구조가 더욱 복잡해져, 제조 비용이 더욱 증대된다.

본 발명은, 액츄에이터의 로울러와 진동자 사이의 윤활을 용이하게 하는 진동 액츄에이터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 실시 형태에 따른 진동 액츄에이터는, 로울러와, 상기 로울러와 접촉하는 접촉부를 갖는 진동자와, 상기 진동자를 진동시키는 진동체와, 상기 로울러를 상기 진동자에 가압하는 가압 장치및, 상기 접촉부의 근방에 배치되고 상기 로울러와 접촉하는 윤활 부재(lubricator)를 구비한다.

본 발명의 또 다른 실시 형태와 장점에 대해서는, 본 발명의 사상을 일예로서 예시하는 첨부도면을 참조로 한, 하기의 설명으로 부터 명확해 질 것이다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 진동 액츄에이터의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 진동 액츄에이터의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 진동 액츄에이터의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 진동 액츄에이터의 사시도이다.
도 5는 도 4의 x5-x5선 과 z5-z5선을 포함하는 가상면을 화살표 V의 방향으로부터 본 진동 액츄에이터에 관한 개략 단면도이다.

이하에, 본 발명에 따른 진동 액츄에이터의 실시예들에 대해서, 첨부 도면을 참조로 설명키로 한다.

(제1 실시예)

도 1은 진동 액츄에이터의 제1 실시예를 나타내고 있다.

도 1을 참조하면, 진동 액츄에이터(101)는, 서로 대면하며 원통 형상으로 된 한 쌍의 제1 롤러(1A)와 제2 롤러(1B)를 구비하고 있다. 제1 롤러(1A)와 제2 롤러(1B)는, 롤러축(1C)상에 고정 장착되어, 롤러축(1C)을 중심으로 회전한다. 제1 롤러(1A)와, 제2 롤러(1B) 및 롤러축(1C)은, 조합하여 롤러(1)를 형성한다. 또한, 제1 롤러(1A)와 제2 롤러(1B)는, 각각 곡선의 원통면(1AA, 1BA)을 가지며, 직사각형의 단면의 아암 부재(arm member; 6)가 장착되어 있다. 따라서, 제1 롤러(1A)와 제2 롤러(1B)가 롤러축(1C)을 중심으로 시계 방향(화살표 P) 또는 반시계 방향(화살표 Q)으로 회전하면, 아암 부재(6) 역시, 제1 롤러(1A)와 제2 롤러(1B)와 함께, 동일방향으로 회전한다.

진동 액츄에이터(101)는, 제1 롤러(1A)와 제2 롤러(1B)의 원통면(1AA, 1BA)에 접촉하도록 배치된 일반적으로 원통 형상의 진동자(2)를 구비하고 있다. 진동자(2)는 그의 단면(端面; 2C)에, 서로 평행하게 신장(extend)하며 그 사이에 홈부(2AB)를 형성하는 제1 돌출부(projection; 2A)와 제2 돌출부(2B)를 갖는다. 또한, 제1 돌출부(2A)와 제2 돌출부(2B)는 각각, 홈부(2AB)에 인접한 모서리부가 모따기되어 있고, 이 모따기된 부분이 제1 지지면(2A1)과 제2 지지면(2B1)을 각각 형성하고 있다. 따라서, 진동자(2)는, 제1 돌출부(2A)의 제1 지지면(2A1)과 제2 돌출부(2B)의 제2 지지면(2B1)과, 또한, 제1 롤러(1A)의 원통면(1AA)과 제2 롤러(1B)의 원통면(1BA)과 접촉하고 있다.

또한, 진동 액츄에이터(101)는, 진동자(2)의 제1 롤러(1A)와 제2 롤러(1B)와 반대측의 단면에 고정 연결된 원통 형상의 압전 소자(piezoelectric elememt; 3, 진동체)를 구비하고 있다. 압전 소자(3)는, 구동 회로(도시 안함)로 부터 교류 전압이 공급되는 복수의 적층 압전판으로 구성되어 초음파 진동을 발생한다. 또, 압전 소자(3)의 진동자(2)와 반대측의 단면에는, 원통 형상의 기부(基部; base; 4)가 고정되어 있으며, 상기 기부(4)의 압전 소자(3)의 반대측의 단면에는 원통 형상의 기부(5)가 고정되어 있다.

또, 진동 액츄에이터(101)는, 롤러축(1C)에 연결된 가압 장치(8)를 구비한다. 가압 장치(8)는, 롤러축(1C)을 둘러싸며 회전이 자유롭게 부착된 부착부(8A)와, 상기 부착부(8A)에 고정되어 진동자(2)와, 압전 소자(3) 및 기부(4)을 관통하는 봉(rod; 8B)및, 기부(5)에 형성되고 상기 봉(8B)의 부착부(8A)의 반대측의 단부에 고정된 탄성지지부(8C)를 갖고 있다. 탄성지지부(8C)는, 상기 봉(8B)과 부착부(8A)를 화살표(F)로 나타낸 방향으로 인장하는 힘을 가하며, 따라서, 제1 롤러(1A)와 제2 롤러(1B)가 진동자(2)에 대하여 가압한다. 즉, 제1 롤러(1A)와 제2 롤러(1B)는, 진동자(2)에 대하여 가압하면서 진동자(2)상에 유지(holding)된다.

여기에서, 원통 형상의 기부(5)로부터 롤러축(1C)을 향해 신장하는 가압 장치(8)의 봉(8B)의 축선 방향을 z축선의 정(正)방향이라고 하고, z축선 방향에 수직하게 신장하는 롤러축(1C)의 축선 방향을 x축선 이라 하고, x축선과 z축선에 수직하게 신장하는 방향을 y축선 이라 하자.

또한, 진동 액츄에이터(101)는, 진동자(2)의 홈부(2AB)에 설치되고, x축선 으로 신장하는 일반적으로 평행 육면체 형상의 윤활 부재(10)를 갖고 있다. 상기 윤활 부재(10)는, 진동자(2)의 제1 돌출부(2A)와 제2 돌출부(2B)에 인접하여 접촉하도록 하여 설치된다. 상기 윤활 부재(10)는, 또한, 제1 지지면(2A1)과 제2 지지면(2B1)의 각각에 인접하는 위치 사이의 범위에 걸쳐 제1 롤러(1A)와 제2 롤러(1B)와 접촉함과 함께, 진동자(2)의 단면(2C)과 접촉하고 있다. 상기 윤활 부재(10)와 접촉하고 있는 제1 롤러(1A)와 제2 롤러(1B)의 부분은, 제1 돌출부(2A)의 제1 지지면(2A1)과 제2 돌출부(2B)의 제2 지지면(2B1)과 접촉하고 있는 제1 롤러(1A)와 제2 롤러(1B)의 부분과 겹쳐 지지 않는다. 즉, 윤활 부재(10)와, 제1 지지면(2A1) 및 제2 지지면(2B1)은 각각, 제1 롤러(1A)와 제2 롤러(1B)와 직접 접촉하고 있다.

또한, 윤활 부재(10)는, 오일이나 그리스 등의 윤활유가 함침된(impregnated)된 가요성 및/또는 탄성을 갖는 다공질 수지 부재로 형성된다. 윤활 부재(10)는, 진동자(2)를 가압하는 제1 롤러(1A)와 제2 롤러(1B)와 접촉하며, 그에 따라, 제1 롤러(1A)의 원통면(1AA)과 제2 롤러(1B)의 원통면(1BA)의 형상에 따라 변형된다. 윤활 부재(10)는, 윤활 부재(10)의 탄성 복원력에 대항하는 가압 장치(8)의 가압력에 의해 변형되면서 진동자(2)의 홈부(2AB)내에 유지된다. 따라서, 윤활 부재(10)는, 제1 롤러(1A)와 제2 롤러(1B)를 진동자(2)에 대하여 가압하는 가압력을 이용하여, 홈부(2AB)내에 유지되어 있다.

상기 윤활 부재(10)의 다공질 수지 부재는, 모세관 현상을 이용하여 윤활유가 흡수 및 유지되는 연속 기공(continuous pores)을 내부에 갖고 있다. 제1 롤러(1A)의 원통면(1AA)과 제2 롤러(1B)의 원통면(1BA)이 윤활 부재(10)와 접촉하므로써, 표면 장력에 의해 윤활 부재(10)로 부터 펌프되는 윤활유가 제1 롤러(1A)의 원통면(1AA)과 제2 롤러(1B)의 원통면(1BA)으로 공급된다.

윤활 부재(10)에 있어, 수지 부재는, 기공률이 높을 수록 윤활유의 함침량이 많아지며, 기공경(pore size)이 클수록 많은 양의 윤활유를 공급할 수 있다. 따라서, 윤활 부재(10)의 수지 부재에는, 기공률이 높은 재질, 예를 들면, 90％ 이상의 기공률을 갖는 PVA(폴리비닐알코올) 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 소망하는 기공률을 갖는 수지 부재를 선택함으로써, 윤활유의 공급량을 조정할 수 있다. 또, 윤활유로는, 불소계, 글리콜계, 합성 탄화 수소계, 또는 에스테르계의 오일과 그리스를 사용할 수 있다.

다음으로, 도 1을 참조로, 상기 진동 액츄에이터(101)의 작동을 설명키로 한다.

도 1을 참조하면, 압전 소자(3)의 압전판에 구동 회로(도시 안함)로 부터 교류 전압이 인가되면, 상이한 초음파 진동을 발생한다. 이 초음파 진동에 의한 복합 진동이 진동자(2)에 전달되어, 진동자(2)의 제1 돌출부(2A)와 제2 돌출부(2B)의 각각의 단부에는, x축선 둘레로 타원 진동(elliptical vibration)이 발생한다. 제1 돌출부(2A)와 제2 돌출부(2B)의 각 단부의 지지면(2A1, 2B1)에 있어서 x축선 둘레의 초음파 타원 진동을 행함으로써 진행파(progressive wave)를 발생시켜, 제1 롤러(1A)의 원통면(1AA)과 제2 롤러(1B)의 원통면(1BA)을 긁도록 하여, 이들을 방향(P) 또는 방향(Q)으로 회전시킨다. 그 결과, 아암 부재(6)가, 롤러(1)를 중심으로, 진동자(2)와, 압전 소자(3)와, 기부(4, 5)에 상대적으로 피봇(pivot)된다. 또한, 제1 롤러(1A)와 제2 롤러(1B)의 회전 방향은, 압전 소자(3)에 인가하는 교류 전압을 제어함으로써 변경된다. 또, 압전 소자(3)의 초음파 진동의 위상 제어(phase control)는, 초음파 진동의 진폭이 최대로 되는, 압전 소자(3)로부터 진동자(2)로 전달된 초음파 진동의 배(腹; antinode)가, 진동자(2)의 제1 돌출부(2A)의 제1 지지면(2A1)과 제2 돌출부(2B)의 제2 지지면(2B1) 또는 그 근방에서 발생하도록, 압전 소자(3)로 인가되는 교류 전압을 제어함으로써 행할 수 있다. 이 때문에, 초음파 진동의 배의 위치 또는 그 근방이 되는 제1 지지면(2A1)과 제2 지지면(2B1)에서 발생되는 초음파 진동이 큰 진폭, 즉, 강한 진동을 갖는다.

제1 롤러(1A)의 원통면(1AA)과 제2 롤러(1B)의 원통면(1BA)에는, 제1 돌출부(2A)의 제1 지지면(2A1)과 제2 돌출부(2B)의 제2 지지면(2B1) 사이의 전체에 걸쳐 상기 제1 롤러(1A)의 원통면(1AA)과 제2 롤러(1B)의 원통면(1BA)이 윤활 부재(10)와 접촉함으로써, 표면 장력에 의해 펌프되는 윤활유가 연속적으로 공급된다. 이 경우, 진동자(2)로 부터 전달되는 초음파 진동의 진폭이 최대가 되는 제1 롤러(1A)와 제2 롤러(1B)에 인접한 부위, 구체적으로는, 초음파 진동의 배가 발생하는 부위 또는 그에 인접한 부위로 윤활유가 모여지는 경향이 있다. 이는, 액체가 초음파 진동의 진폭이 최대가 되는 초음파 진동 소자의 표면에 모이는 현상에 기인한다. 따라서, 원통면(1AA, 1BA)상의 윤활유는, 진동의 배가 발생하는 진동자(2)의 제1 지지면(2A1)과 제2 지지면(2B1)과 접촉하는 제1 롤러(1A)의 원통면(1AA)과 제2 롤러(1B)의 원통면(1BA)의 부위에 모여서, 원통면(1AA, 1BA)과, 제1 지지면(2A1)과 제2 지지면(2B1)과의 사이에 윤활유 막(film)을 형성한다. 이렇게 하여, 진동자(2)와, 각각의 제1 롤러(1A)와 제2 롤러(1B) 사이의 접촉부가 윤활된다. 또한, 이 접촉부의 윤활은, 제1 롤러(1A)와 제2 롤러(1B)에 초음파 진동이 부여되는 한, 제1 롤러(1A)와 제2 롤러(1B)의 회전에 관계없이 행해진다. 이에 따라, 가압 장치(8)에 의해 진동자(2)를 가압하면서 회전하는 각각의 제1 롤러(1A)와 제2 롤러(1B)와, 진동자(2)와의 사이에 있어서의 마모가 방지되며, 그 결과, 진동 액츄에이터의 수명이 증대된다.

종래의 액츄에이터에 있어서는, 특히, 기동시에 발생되는 가압력에 의해 윤활유 막이 파열되기 쉬웠지만, 본 발명에 따른 액츄에이터에 있어서는, 초음파 진동에 의해 윤활유가 즉시 공급되기 때문에, 액츄에이터 기동시의 마모를 저감할 수 있어, 액츄에이터의 기동을 원활하게 할 수 있다.

제1 롤러(1A)와 제2 롤러(1B)의 회전시, 윤활 부재(10)로부터 제1 롤러(1A)와 제2 롤러(1B)에 작용하는 힘은, 변형된 윤활 부재(10)가 그의 탄성력에 의해 원래의 형상으로 복원되도록 하는 힘뿐이다. 윤활 부재(1)로서 PVA 수지와 같은 유연한 수지 부재를 사용함으로써, 제1 롤러(1A)와 제2 롤러(1B)에 작용하는 마찰을 저감할 수 있다.

또한, 윤활 부재(10)에 고 점도의 윤활유를 사용하므로써, 진동자(2)와, 제1 롤러(1A)와 제2 롤러(1B) 사이에 있어서의 윤활유 막에 의한 마찰 계수의 저하와, 그에 따른 제1 롤러(1A)와 제2 롤러(1B)의 구동력의 저하를 방지할 수 있다. 또, 고 점도의 윤활유를 사용함으로써, 진동자(2)와, 제1 롤러(1A)와 제2 롤러(1B) 사이에 있어서의 마모를 저감할 수 있다. 따라서, 사용할 윤활유로는, 고점도인 것, 예를 들면, ISO 점도 분류 시스템에 따른 ISO VG 180 이상의 점도인 것이 바람직하다. 또한, 초음파 진동하에서는 윤활유의 성분이 증발하기 쉬운 관점에서, 그러한 환경하에서 증발하기 어려운 불소계 윤활유가 본 발명의 실시예의 액츄에이터용의 윤활유로서 바람직하다. 또, 이런 불소계 윤활유의 공급은 고온 환경하에서도 유지된다.

윤활 부재(10)용으로는 어떤 종류의 윤활유도 사용할 수 있지만, 불소계의 윤활유를 사용함으로써, 제1 롤러(1A)와 제2 롤러(1B)의 구동력의 저하와, 진동자(2)와, 제1 롤러(1A) 및 제2 롤러(1B) 사이의 마모를 억제할 수 있다.

제1 롤러(1A)와 제2 롤러(1B)가 회전할 때, 진동자(2)와, 각각의 제1 롤러(1A)와 제2 롤러(1B) 와의 사이에 마모분(abrasion dust)이 발생하지만, 윤활 부재(10)로 부터 제1 롤러(1A)와 제2 롤러(1B)로 공급할 윤활유의 양을 적절히 조절함으로써, 발생한 마모분이 제1 롤러(1A)와 제2 롤러(1B)에 부착하는 것을 방지할 수 있다. 이때, 윤활 부재(10)의 수지 부재의 기공경은, 제1 롤러(1A)와 제2 롤러(1B)의 회전시 발생되는 마모분의 단단함과 크기에 따라 결정된다. 예를 들면, 윤활 부재(10)의 수지 부재의 기공경을 40㎛ 내지 130㎛로 함으로써, 단단하고 미세한 마모분이 제1 롤러(1A)와 제2 롤러(1B)에 부착되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 40㎛ 내지 130㎛의 기공경은, 발생하는 마모분에 비하여 충분히 크기 때문에, 이러한 기공경을 갖는 윤활 부재(10)는, 제1 롤러(1A)와 제2 롤러(1B)의 회전시, 제1 롤러(1A)의 원통면(1AA)과 제2 롤러(1B)의 원통면(1BA)에 부착한 마모분이나 미세한 먼지를 닦아내는 작용도 한다.

전술한 바와 같이, 제1 실시예에 따른 진동 액츄에이터(101)에 있어서는, 압전 소자(3)에 의해 진동되는 진동자(2)가 그의 제1 지지면(2A1)과 제2 지지면(2B1)에서 롤러(1)와 접촉한다. 롤러(1)는 가압 장치(8)에 의해 진동자(2)를 가압한다. 윤활 부재(10)는 진동자(2)의 제1 지지면(2A1)과 제2 지지면(2B1)의 근방에 설치되어, 롤러(1)와 접촉한다.

진동자(2)의 제1 지지면(2A1)과 제2 지지면(2B1)의 근방에서 롤러(1)와 접촉하는 윤활 부재(10)로 부터 윤활유가 롤러(1)에 공급된다. 또한, 진동자(2)를 통하여 진동이 부여되고 있는 롤러(1)에서는, 제1 지지면(2A1)과 제2 지지면(2B1)의 근방에 공급된 윤활유는, 진동의 진폭이 최대인 진동자(2)의 제1 지지면(2A1)과 제2 지지면(2B1)에 모여, 롤러(1)와, 진동자(2)의 제1 지지면(2A1)과 제2 지지면(2B1) 사이에 충분한 윤활을 부여한다. 따라서, 롤러(1)의 회전에 상관없이, 제1 지지면(2A1)과 제2 지지면(2B1)에 윤활유를 공급할 수 있다. 윤활 부재(10)를 단지, 진동자(2)의 제1 지지면(2A1)과 제2 지지면(2B1)의 근방에 그리고 롤러(1)에 접촉시켜 설치하는 것만으로, 롤러(1)와 진동자(2) 사이의 접촉부를 용이하게 윤활할 수 있다.

윤활 부재(10)는, 다공질의 부재에 윤활유를 함침시킨 것이다. 이때, 윤활 부재(10)가 롤러(1)에 접촉하면, 표면 장력에 의해 펌프되는 윤활유가 연속적으로 롤러(1)에 공급됨으로써, 윤활 부재(10)의 구조를 단순히 할 수 있다. 또한, 윤활 부재(10)는, 진동자(2)의 제1 지지면(2A1)과 제2 지지면(2B1)과 상이한 위치에서 롤러(1)에 접촉하고 있으며, 진동자(2)와 롤러(1)와의 사이의 미끄럼부에는 윤활 부재(10)가 존재하지 않는다. 윤활 부재(10)의 이러한 구성으로 인해, 회전하는 롤러(1)와 윤활 부재(10) 사이의 마찰을 저감할 수 있으며, 윤활 부재(10)에 사용하는 재료는, 윤활 부재(10)의 마모 강도를 고려하지 않고도 선택할 수 있다.

진동자(2)는, 제1 지지면(2A1)과 제2 지지면(2B1)이 형성된 제1 돌출부(2A)와 제2 돌출부(2B)를 갖고, 윤활 부재(10)는 제1 돌출부(2A)와 제2 돌출부(2B)의 적어도 일부와 접촉하고 있다. 윤활 부재(10)는, 제1 돌출부(2A)와 제2 돌출부(2B)에 인접하여 설치되고, 윤활 부재(10)가 롤러(1)와 접촉하는 부위와, 제1 지지면(2A1)과 제2 지지면(2B1)에 인접하기 때문에, 윤활 부재(10)에 의해, 제1 지지면(2A1)과 제2 지지면(2B1)을 신뢰성 있게 윤활하는 것이 가능해진다. 또한, 압전 소자(3)는, 진동자(2)의 진동의 배가 진동자(2)의 제1 지지면(2A1)과 제2 지지면(2B1)에 포함되도록, 진동이 제어된다. 이에 따라, 제1 지지면(2A1)과 제2 지지면(2B1) 또는 그 근방에서 발생하도록 제어된다. 그렇게 함으로써, 제1 지지면(2A1)과 제2 지지면(2B1)에서의 진동의 진폭이 커지며, 그에 따라 윤활 부재(10)로부터 롤러(1)의 원통면(1AA, 1BA)으로 공급된 윤활유를, 제1 지지면(2A1)과 제2 지지면(2B1)에 효율적으로 모울 수 있다.

윤활 부재(10)는, 롤러(1)와 진동자(2)의 양쪽에 접촉되어 진동자(2)의 홈부(2AB)에 형성되며, 가압 장치(8)에 의해 가압되는 롤러(1)에 의해 가압된다. 이에 따라, 윤활 부재(10)는, 가압 장치(8)에 의해 롤러(1)에 작용되는 힘에 의해 유지되기 때문에, 윤활 부재(10)를 고정하기 위한 여타의 부품을 필요로 하지 않아 비용의 저감과 함께, 액츄에이터 설치 공간 절약화를 도모하는 것이 가능해진다. 또한, 윤활 부재(10)를, 제1 돌출부(2A)와 제2 돌출부(2B) 사이의 홈부(2AB)에 설치함으로써, 롤러(1)의 회전시, 아암 부재(6)가 윤활 부재(10)에 접촉하는 일이 없다. 따라서, 윤활 부재(10)를 홈부(2AB)의 외측에 설치하는 경우에 비하여, 아암 부재(6)의 가동 범위를 증대하는 것이 가능해진다.

(제2 실시예)

도 2는 본 발명에 따른 진동 액츄에이터의 제2 실시예를 나타낸다.

제2 실시예는 윤활 부재(10)의 구조에 있어, 제1 실시예와 상이하다. 도면에 있어, 제1 실시예와 제2 실시예의 공동 구성요소 또는 부품에는 동일한 부호를 사용하여, 제2 실시예의 동일 구성요소와 부품에 대한 상세한 설명은 생략키로 한다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 진동 액츄에이터(102)는, 각각 x축선으로 신장하는 평행육면체 형상의 제1 윤활 부재(20A)와 제2 윤활 부재(20B)로 형성된 윤활 부재(20)를 구비한다. 제1 윤활 부재(20A)와 제2 윤활 부재(20B)는 진동자(2)의 홈부(2AB)에서, 가압 장치(8)의 봉(8B)의 양측부에 설치되어 있다. 제1 윤활 부재(20A)는 진동자(2)의 제1 돌출부(2A)에 인접하여 접촉시켜 설치되고, 제2 윤활 부재(20B)는 진동자(2)의 제2 돌출부(2B)에 인접하여 접촉시켜 설치되어 있다.

제1 윤활 부재(20A)는, 제1 실시예의 윤활 부재(10)와 유사한 재료로 된 제1 수지 부재(20A1)와, 금속 등의 경질인 재료로 된 제1 지지 부재(20A2)를 갖고 있다. 제1 수지 부재(20A1)는, 제1 지지 부재(20A2)상에 z축선 정방향측으로 배치되고, 진동자(2)의 제1 지지면(2A1)의 근방에서 제1 롤러(1A)와 제2 롤러(1B)에 접촉하고, 제1 롤러(1A)의 원통면(1AA)과 제2 롤러(1B)의 원통면(1BA)의 형상을 따르도록 변형되어 있다. 한편, 제1 지지 부재(20A2)는 진동자(2)의 단면(2C)과 접촉하고 있다.

마찬가지로, 제2 윤활 부재(20B)는, 제2 수지 부재(20B1)와 제2 지지 부재(20B2)를 갖고 있다. 제2 수지 부재(20B1)는, 제2 지지면(2B1)의 근방에서 제1 롤러(1A)와 제2 롤러(1B)에 접촉하고, 제1 롤러(1A)의 원통면(1AA)과 제2 롤러(1B)의 원통면(1BA)의 형상을 따르도록 변형되어 있다. 한편, 제2 지지 부재(20B2)는 진동자(2)의 단면(2C)과 접촉하고 있다.

또한, 제1 지지 부재(20A2)와 제2 지지 부재(20B2)는, 연결 부재(20C)에 의해 서로 연결되어 있다. 따라서, 제1 윤활 부재(20A)와, 제2 윤활 부재(20B) 및, 연결 부재(20C)는 조합하여, 윤활 부재(20)를 형성하고 있다. 그리고, 윤활 부재(20)는, 홈부(2AB)의 내부와 외부로 가동하게 되어 있어, 연결 부재(20C)를 당기거나 밀음으로써, 교환 가능하게 되어 있다.

진동 액츄에이터(102)에 있어서는, 제1 롤러(1A)와 제2 롤러(1B)에, 제1 윤활 부재(20A)의 제1 수지 부재(20A1)와, 제2 윤활 부재(20B)의 제2 수지 부재(20B1)로 부터 윤활유가 공급된다. 또한, 압전 소자(3)의 초음파 진동이 진동자(2)를 통하여 롤러(1)로 전달됨으로써, 공급된 윤활유는, 진동자(2)의 제1 지지면(2A1)과 제2 지지면(2B1)에 모여, 진동자(2)와 각각의 제1 롤러(1A)와 제2 롤러(1B) 사이에 충분한 윤활을 가능케 한다.

따라서, 제2 실시예에 따른 진동 액츄에이터(102)는 제1 실시예의 진동 액츄에이터와 유사한 효과를 제공한다.

(제3 실시예)

도 3은, 본 발명에 따른 진동 액츄에이터(103)의 제3 실시예를 나타낸다. 제3 실시예는 제1 실시예와 비교하여, 제1 실시예의 진동자(2)의 한쌍의 제1 돌출부(2A)와 제2 돌출부(2B)를 단일의 돌출부로 변경한 점이 상이하다.

도면에 나타낸 바와 같이, 진동 액츄에이터(103)는 윤활 부재(30)와 진동자(32)를 구비하며, 여타의 구성요소 또는 부품은 제1 실시예의 경우와 유사하므로, 제3 실시예의 유사 구성요소 또는 부품에 대한 설명은 생략키로 한다.

진동자(32)는, 그의 단면(32C)의 중앙에, x축선으로 연장하는 돌출부(32A)를 갖고, 돌출부(32A)는, 제1 롤러(1A)의 원통면(1AA)과 제2 롤러(1B) 원통면(1BA)의 형상에 대응되는 형상을 갖는 지지면(32A1; 접촉부)을 z축선 정방향측에 갖고 있다. 제1 롤러(1A)와 제2 롤러(1B)는, 그의 원통면(1AA, 1BA)에서 지지면(32A1)과 에 접촉한다.

또한, 진동자(32)의 단면(32C)상에는, 사다리꼴 형상의 단면을 갖고 그리고 x축선으로 신장되는 윤활 부재(30)가, 돌출부(32A)의 y축선 정방향측의 측면(32A2)에 인접하여 접촉시켜 설치되고, 지지면(32A1)에 인접하는 위치에서 제1 롤러(1A)와 제2 롤러(1B)와 접촉하고 있다. 윤활 부재(30)는, 제1 실시예의 윤활 부재(10)와 유사한 재료로 되어 있으며, 진동자(32)에 고정되어 있다. 윤활 부재(30)는, 가압 장치(8)에 의해 진동자(32)로 가압하는 제1 롤러(1A)의 원통면(1AA)과 제2 롤러(1B)의 원통면(1BA)의 형상에 따르도록 변형되어 있다.

진동 액츄에이터(103)에 있어서는, 제1 롤러(1A)와 제2 롤러(1B)에, 윤활 부재(30)로 부터 윤활유가 공급된다. 압전 소자(3)의 초음파 진동이 진동자(32)를 통하여 롤러(1)로 전달됨으로써, 공급된 윤활유가, 진동자(2)의 지지면(32A1)에 모여져, 진동자(2)와, 각각의 제1 롤러(1A)와 제2 롤러(1B)의 사이에 충분한 윤활을 가능케 한다. 이 때문에, 윤활 부재(30)를 돌출부(32A)의 양측에 설치할 필요는 없고, 일측의 돌출부(32A)에만 설치된 윤활 부재(30)에 의해, 진동자(32)와 제1 롤러(1A) 및 제2 롤러(1B)의 사이에 윤활유를 공급할 수 있다.

따라서, 제3 실시예에 따른 진동 액츄에이터(103)에 의해, 제 실시예와 유사한 효과가 제공된다.

(제4 실시예)

도 4와 도 5는 본 발명에 따른 제4 실시예를 나타낸다. 제4 실시예는 롤러가 구 형상으로 되어 있는 점에서, 제1 실시예와 상이하다.

도면에 나타낸 바와 같이, 진동 액츄에이터(104)는, 롤러(41)와, 진동자(42)와, 가압 장치(48) 및 윤활 장치(40)를 구비하며, 여타의 구성요소 또는 부품은 제1 실시예의 경우와 유사하므로, 제4 실시예의 유사 구성요소 또는 부품에 대한 설명은 생략키로 한다.

도 4에 나타낸 바와 같이, 진동자(42)는, z축선 정방향측의 단면(42D)에, 각각 원호 형상으로 신장되며, 조합하여 일반적으로 1개의 환 형상(annular shape)을 형성하는 3개의 돌출부(42A, 42B, 42C)를 갖는다. 상기 돌출부(42A, 42B, 42C)는, 각각 그의 반경 내측의 z축선 정방향측의 모서리부에, 지지면(42A1, 42B1, 42C1; 접촉부)을 갖고 있다.

도 5에 나타낸 바와 같이, 롤러(41)는, 구 형상의 형상을 갖고 있고, 그의 구 형상면(41A)을, 돌출부(42A, 42B, 42C)의 지지면(42A1, 42B1, 42C1)에서 접촉시켜 설치되어 있다. 진동자(42)에 배치된 롤러(41)의 z축선 정방향측에는, 가압 장치(48)가 설치되고, 가압 장치(48)는, 롤러(41)를 z축선 부(負)방향측으로 가압하여, 진동자(42)를 가압하고 있다. 이에 따라, 압전 소자(3)에 교류 전압이 인가되어 초음파 진동이 발생하면, 초음파 진동에 의한 복합 진동이 진동자(42)로 전달되어, 진동자(42)의 돌출부(42A, 42B, 42C)가 진동하고, 그에 따라 롤러(41)가 다 자유도를 갖고 회전된다.

도 4에 나타낸 바와 같이, 진동자(42)의 단면(42D) 상에 있어서, 돌출부(42A, 42B, 42C)에 의해 형성된 공간(42ABC)에는, 링 형상의 윤활 부재(40)가 돌출부(42A, 42B, 42C)와 접촉하도록 설치되어 있다. 윤활 부재(40)는, 제1 실시예의 윤활 부재(10)와 유사한 재료로 되어 있다. 또한, 윤활 부재(40)는, 분할하여, 돌출부(42A, 42B, 42C)의 각각에 대하여 개별로 설치해도 좋다.

도 5에 나타낸 바와 같이, 윤활 부재(40)는, 롤러(41)가 진동자(42)의 돌출부(42A, 42B, 42C)에 배치되어 가압 장치(48)에 의해 가압됨으로써, 지지면(42A1, 42B1, 42C1)의 각각에 인접한 위치에서 롤러(41)와 접촉하고, 롤러(41)의 구 형상면(41A)의 형상에 따르도록 변형된다. 이에 따라, 윤활 부재(40)가 롤러(41)와 진동자(42)의 사이에 유지된다.

진동 액츄에이터(104)에 있어서는, 윤활 부재(40)로 부터 윤활유가 롤러(41)에 공급되고, 압전 소자(3)의 초음파 진동이 진동자(42)를 통하여 롤러(41)에 전달됨으로써, 윤활유가 진동자(2)의 지지면(42A1, 42B1, 42C1)에 모여짐으로써, 롤러(41)와 진동자(42)의 사이를 충분히 윤활할 수 있다.

따라서, 제4 실시예에 따른 진동 액츄에이터(104)는 제1 실시예의 경우와 유사한 효과를 제공한다.

전술한 실시예들에 있어, 윤활 부재(10, 20, 40)는, 윤활유가 함침된 가요성 및/또는 탄성 수지 부재로 형성되어 있다. 이와 달리, 윤활 부재(10, 20, 40)를 경질인 수지 부재 또는 금속 부재로 하고, 윤활 부재와 진동자(2, 42)의 사이에 판스프링(leaf spring)을 삽입하여, 롤러(1, 41)를 가압 해도 좋다.

또한, 전술한 실시예들에 있어서, 진동자(2, 32, 42)의 돌출부(2A, 2B, 32A, 42A, 42B, 42C)에 인접시켜, 윤활 부재(10, 20, 30, 40)를 배치하고 있지만, 윤활유가 공급되는 한, 윤활 부재를 돌출부로 부터 분리하여 배치해도 좋다.

또, 전술한 실시예들에 있어서는, 윤활 부재(10, 20, 30, 40)가, 롤러(1, 41) 와 진동자(2, 32, 42)와 별개로 설치되어 있지만, 윤활 부재를, 롤러(1)의 원통면(1AA, 1BA), 또는, 롤러(41)의 구 형상면(41A)에 매입해도 좋다. 이와는 달리, 윤활 부재를, 진동자(2)의 제1 돌출부(2A)의 제1 지지면(2A1)과 제2 돌출부(2B)의 제2 지지면(2B1), 진동자(32)의 돌출부(32A)의 지지면(32A1), 또는, 진동자(42)의 돌출부(42A, 42B, 42C)의 지지면(42A1, 42B1, 42C1)에 매입해도 좋다. 또한, 롤러(1)의 원통면(1AA, 1BA), 롤러(41)의 구 형상면(41A), 진동자(2)의 제1 돌출부(2A)과 제2 돌출부(2B), 진동자(32)의 돌출부(32A), 또는 진동자(42)의 돌출부(42A, 42B, 42C)를 윤활유가 함침된 다공질 재료로 형성해도 좋다.

전술한 실시예들에 있어서, 윤활 부재(10, 20, 30, 40)를 여타의 진동체에 의해 적극적으로 진동시켜도 좋다. 그렇게 함으로써, 롤러(1, 41)로의 윤활유의 공급량을 증대시킬 수 있기 때문에, 롤러와 진동자(2, 32, 42)의 마모를 방지하여, 진동 액츄에이터(101, 102, 103, 104)의 내구 수명을 증대시킬 수 있다. 한편, 부가적인 진동체를 설치하지 않아도, 롤러로의 윤활유의 공급량을 증대시킬 수 있어, 예컨대, 압전 소자(3)를 구동함으로써, 정재파(standing wave)를 발생시킬 수도 있다. 이와는 달리, 가압력 이하의 진동을 발생시키도록 압전 소자(3)를 구동해도 좋다.

1, 41 : 롤러
1A : 제1 롤러
1B : 제2 롤러
1C : 롤러축
2, 32, 42 : 진동자
2A : 제1 돌출부
2A1 : 제1 지지면
2B : 제2 돌출부
2B1 : 제2 지지면
3 : 압전 소자(진동체)
4. 5 : 기부(base)
6 : 아암 부재(arm member)
8, 48 : 가압 장치
10, 20, 30, 40 : 윤활 부재
32A, 42A, 42B, 42C : 돌출부
32A1, 42A1, 42B1, 42C1 :지지면
101, 102, 103, 104 : 진동 액츄에이터

Claims

로울러와,
상기 로울러와 접촉하는 접촉부를 갖는 진동자와,
상기 진동자를 진동시키는 진동체와,
상기 로울러를 상기 진동자에 가압(pressing)하는 가압 장치및,
상기 접촉부의 근방에 배치되고 상기 로울러와 접촉하는 윤활 부재를 포함하는 진동 액츄에이터.
제1항에 있어서,
상기 윤활 부재는 상기 로울러와 상기 진동자의 양쪽과 접촉하고 있는 것을 특징으로 하는 진동 액츄에이터.
제1항에 있어서,
상기 로울러는 상기 윤활 부재와 상기 접촉부와 상이한 위치에서 접촉하고 있는 것을 특징으로 하는 진동 액츄에이터.
제1항에 있어서,
상기 윤활 부재는 윤활유가 함침된 (impregnated) 다공질성의 부재로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 진동 액츄에이터.
제1항에 있어서,
상기 진동자는 접촉부가 형성된 돌출부를 갖고,
상기 윤활 부재는 상기 돌출부의 적어도 일부와 접촉하고 있는 것을 특징으로 하는 진동 액츄에이터.
제1항에 있어서,
상기 로울러는 상기 접촉부와 접촉하는 곡면을 갖는 것을 특징으로 하는 진동 액츄에이터.
제1항에 있어서,
상기 로울러는 상기 접촉부와 접촉하는 구 형상 면을 갖는 것을 특징으로 하는 진동 액츄에이터.
제1항에 있어서,
상기 진동체는, 상기 진동자상의 진동의 배(antinode)가 상기 접촉부 또는 상기 접촉부 근방에서 발생하도록 제어되는 것을 특징으로 하는 진동 액츄에이터.