WO2013105369A1 - 振動アクチュエータ - Google Patents

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WO2013105369A1
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stator
roller
vibration actuator
connecting member
rotating shaft
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PCT/JP2012/081738
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Inventor
真也 浅井
正巳 高三
昭宏 鈴木
合田　泰之
幹士 撰
Original Assignee
株式会社 豊田自動織機
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/10—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
    • H02N2/103—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors by pressing one or more vibrators against the rotor
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/0005—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing non-specific motion; Details common to machines covered by H02N2/02 - H02N2/16
    • H02N2/001—Driving devices, e.g. vibrators
    • H02N2/003—Driving devices, e.g. vibrators using longitudinal or radial modes combined with bending modes
    • H02N2/0035—Cylindrical vibrators

Definitions

  • the present invention relates to a vibration actuator, and more particularly, to a vibration actuator that rotates a rotating body using ultrasonic vibration.
  • the ultrasonic motor disclosed in Patent Document 1 includes a piezoelectric vibrator, a vibration enlarging member provided on the bottom surface of the piezoelectric vibrator, and a low-elasticity member provided on the top surface of the piezoelectric vibrator.
  • a guide case is disposed around the piezoelectric vibrator, and a pressure member is provided on the upper surface of the guide case.
  • a side portion of the guide case is fitted with a guide plate. The tip of the vibration enlarging member is in pressure contact with the moving body.
  • This ultrasonic motor guide case prevents the piezoelectric vibrator from moving in a direction perpendicular to the pressurizing direction when the piezoelectric vibrator undergoes bending vibration and expansion / contraction vibration, and guides the piezoelectric vibrator only in the pressurizing direction. To do.
  • An object of the present invention is to provide a vibration actuator that can stably exert a large torque even when the physique is small.
  • the present invention provides a stator, a roller that is in contact with the stator and supported by the stator, a rotating shaft that supports the roller, a stator that is coupled to the stator, and the stator.
  • a vibration device that rotates the roller by generating ultrasonic vibrations in contact with the roller; and the roller is connected to the rotation shaft and urges the rotation shaft toward the stator to cause the roller to move to the stator.
  • a preload mechanism that pressurizes the vibration actuator.
  • the preload mechanism includes a connecting member having a pair of connecting portions connected to the rotating shaft on both axial sides of the roller, and the stator includes a space for accommodating the connecting member.
  • the connecting member constituting a part of the preload mechanism is accommodated in the stator space, the size of the vibration actuator can be reduced. Further, since the connecting member does not hinder the vibration of the vibrating device, a large torque can be stably exhibited even if the physique is small.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line 3-3 in FIG. It is a disassembled perspective view of the principal part of the vibration actuator of FIG. It is a side view of the vibration actuator which concerns on 2nd Embodiment.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view taken along line 6-6 in FIG. It is a side view of the vibration actuator which concerns on a modification.
  • the vibration actuator 10 shown in FIG. 1 is an ultrasonic actuator that rotates a rotating body using ultrasonic vibration.
  • the vibration actuator 10 includes a cylindrical base 11, a stator 13, a piezoelectric element 17, a roller 30 attached to the rotating shaft 34, and a connecting member 37 connected to the rotating shaft 34. And a disc spring 50 as an urging member.
  • the roller 30 is composed of a single member.
  • the base 11 is cylindrical, and a screw hole 12 is formed at the axial center of the base 11, and the base 11 is connected to the stator 13.
  • the stator 13 includes a columnar stator main body portion 15 and a shaft portion 14 extending from the stator main body portion 15.
  • the shaft portion 14 can be screwed into the screw hole 12.
  • a male screw 16 corresponding to the screw hole 12 is formed in the tip region of the shaft portion 14.
  • a piezoelectric element 17 is provided as a vibration device.
  • the piezoelectric element 17 has a substantially cylindrical shape and has a through hole 18 at the center of the axis. By inserting the shaft portion 14 of the stator 13 into the through hole 18 of the piezoelectric element 17, the piezoelectric element 17 is held by the stator 13.
  • the piezoelectric element 17 has a structure in which a plurality of perforated disk-shaped piezoelectric element plates (not shown) that are electrically connected to a drive circuit (not shown) are stacked. The plurality of piezoelectric element plates constituting the piezoelectric element 17 generate ultrasonic vibrations when an AC voltage is applied from the drive circuit.
  • the stator body 15 is in contact with the roller 30 and supports the roller 30.
  • a groove 19 that traverses in the radial direction is formed at the end of the stator body 15 on the side where the roller 30 is arranged, in other words, the end opposite to the shaft 14.
  • the groove 19 forms a space in which a part of the connecting member 37 connected to the rotating shaft 34 is accommodated.
  • the portions of the stator main body 15 located on both sides of the groove 19 form contact portions 20 each having a contact surface 21 that contacts the outer peripheral surface 31 of the roller 30.
  • the stator 13 has a through hole 22 that passes through the shaft center of the shaft portion 14 and the stator main body portion 15.
  • the roller 30 includes an outer peripheral surface 31 and a pair of end surfaces 32, and a shaft hole 33 is formed in the center of the roller 30.
  • a rotation shaft 34 passes through the shaft hole 33 of the roller 30, and the rotation shaft 34 is fixed to the roller 30.
  • the rotation shaft 34 passes through the roller 30, so that the rotation shaft 34 supports the roller 30 so that the roller 30 can rotate with respect to the connecting member 37.
  • the rotating shaft 34 is fixed to the roller 30 using a set screw, a key, or the like.
  • the axis of the rotation shaft 34 coincides with the rotation axis P of the roller 30.
  • the outer peripheral surface 31 of the roller 30 has the same curvature as that of the contact surface 21 of the stator 13. In the present embodiment, both axial ends of the rotating shaft 34 function as output portions of the vibration actuator 10, and the rotational force of the rotating shaft 34 is used as an output.
  • the rotary shaft 34 is connected to a connecting member 37 via bearings 36 on both axial sides of the roller 30.
  • the connecting member 37 is substantially U-shaped when viewed from the front, and includes a pair of connecting portions 38 and a connecting portion 39 that connects the pair of connecting portions 38.
  • Each connecting portion 38 is formed with a through hole 40 for holding the bearing 36, the rotating shaft 34 is inserted into the through hole 40, and the rotating shaft 34 is supported by the connecting portion 38 via the bearing 36.
  • a portion of the connecting portion 39 and the connecting portion 38 near the connecting portion 39 is an inserting portion that is inserted into the groove 19 of the stator 13 with almost no gap, and the inserting portion has a dimension corresponding to the width of the groove 19.
  • the dimension of the connecting member 37 is substantially the same as the length of the groove 19 of the stator body 15.
  • the connecting member 37 inserted into the groove 19 slightly protrudes from the groove 19 in the direction of the rotation axis P.
  • a gap is formed between the outer peripheral surface 31 of the roller 30 and the connecting portion 39 of the connecting member 37, and a sponge body 41 containing a lubricant such as lubricating oil is disposed in the gap.
  • the sponge body 41 functions as a lubricating member that supplies lubricating oil to the outer peripheral surface 31 of the roller 30.
  • the sponge body 41 is placed on the surface of the connecting portion 39 that defines the gap between the connecting portions 38 and is not fixed to the connecting member 37.
  • the surface of the connecting portion 39 on which the sponge body 41 is placed is a facing surface that faces the outer peripheral surface 31 of the roller 30.
  • the connecting member 37 is connected to the connecting rod 45.
  • a screw hole 42 is formed in the center of the connecting portion 39 of the connecting member 37.
  • a screw shaft portion 46 corresponding to the screw hole 42 is formed at the first end of the connecting rod 45.
  • the connecting rod 45 is inserted through the through hole 22 of the stator 13, and the second end of the connecting rod 45 protrudes from the shaft portion 14 of the stator 13.
  • the connecting rod 45 passes through the stator 13 and the piezoelectric element 17.
  • the connecting rod 45 has a projecting end 47 projecting from the shaft portion 14, and a disc-shaped spring receiver 49 is attached to the projecting end 47 via a holder 48.
  • a plurality of disc springs 50 as biasing members are interposed between the spring receiver 49 and the base 11.
  • the disc spring 50 is disposed on the opposite side of the connecting member 37 with respect to the stator 13.
  • the disc spring 50 has a spring force that opposes the force acting in the direction in which the outer diameter edge and the inner diameter edge of the disc spring 50 approach each other in the axial direction. It is applied to the connecting rod 45.
  • the rotating shaft 34 is urged toward the stator 13 via the connecting member 37 by the urging force of the disc spring 50, so that the roller 30 is pressed against the stator 13.
  • the connecting rod 45, the spring receiver 49, and the disc spring 50 constitute a preload mechanism.
  • an axis parallel to the axis of the connecting rod 45 is defined as the Z axis
  • an axis orthogonal to the Z axis and parallel to the rotational axis P of the roller 30 is defined as the X axis.
  • An axis orthogonal to the Z axis and the X axis is defined as the Y axis.
  • FIG. 4 is an exploded perspective view of the vibration actuator 10, in which the base portion 11, the stator 13, the piezoelectric element 17, the roller 30, the connecting member 37, and the disc spring 50 are disassembled.
  • the connecting rod 45 is connected to the connecting member 37, and the protruding end 47, the holder 48, and the spring receiver 49 are not shown.
  • each piezoelectric element plate When the drive circuit applies an AC voltage to each piezoelectric element plate of the piezoelectric element 17, each piezoelectric element plate generates ultrasonic vibrations having different vibration directions. Two voltage signals having a phase difference of 90 degrees are applied to the piezoelectric element 17, whereby the piezoelectric element 17 generates a combined motion that combines flexural vibration in the Y-axis direction and longitudinal vibration in the Z-axis direction. To do.
  • the composite vibration of the ultrasonic vibration is transmitted to the stator 13, and the elliptical motion (or circular motion) around the X axis in the Y-axis / Z-axis plane occurs on the pair of contact surfaces 21 in the stator 13.
  • the roller 30 When the roller 30 receives an elliptical motion (or a circular motion) through the contact surface 21, the roller 30 is rotated about the rotation shaft 34. By the rotation of the roller 30, a rotational force is obtained as an output at the end of the rotation shaft 34 fixed to the roller 30.
  • the rotation direction, rotation speed, and torque of the roller 30 can be controlled by controlling the magnitude and frequency of the AC voltage to be applied.
  • the connecting member 37 is urged by the connecting rod 45 that receives the urging force of the disc spring 50 in the direction in which the rotating shaft 34 approaches the stator 13, so that the roller 30 is pressed against the stator 13.
  • the roller 30 is pressed against the stator 13 by urging the rotating shaft 34 toward the stator 13 by the preload mechanism, so that a load due to the pressure of the roller 30 is applied to the contact surface 21 of the stator 13.
  • Each acts equally and the roller 30 is rotated with high torque. Since the roller 30 and the stator 13 are pressed against each other, the connecting member 37 does not hinder the vibration of the stator 13 and the piezoelectric element 17.
  • the connecting member 37 functions as a fixing portion for fixing to the installation destination and the vibration actuator 10 is fixed to the installation destination via the fixing portion, the fixed vibration actuator 10 is connected to the stator 13 and the piezoelectric element 17. Operates without disturbing vibration.
  • a part of the connecting portion 38 of the connecting member 37 is a fixed portion.
  • the lubricant oil of the sponge body 41 is applied to the outer peripheral surface 31 of the roller 30, and the pressure contact state between the outer peripheral surface 31 of the roller 30 and the contact surface 21 of the stator 13 is high.
  • the torque torque can be obtained. That is, the lubricating oil maintains an appropriate pressure contact state between the outer peripheral surface 31 of the roller 30 and the contact surface 21 of the stator 13.
  • the vibration actuator 10 of this embodiment has the following advantages.
  • the size of the vibration actuator 10 can be reduced.
  • the connecting member 37 does not protrude greatly from the stator 13 in the radial direction of the stator 13, and the physique of the vibration actuator 10 can be further reduced.
  • the rotating roller 30 can stably exert a large torque even if the physique is small.
  • the vibration actuator 10 can exhibit more stable torque.
  • the connecting member 37 can function as a fixing portion for fixing to the installation destination, and the vibration actuator 10 can be fixed to the installation destination via the fixing portion. In this case, even when the vibration actuator 10 is fixed, the fixed connecting member 37 does not hinder the vibration of the stator 13 and the piezoelectric element 17, and the vibration actuator 10 stably stabilizes a large torque even if it is small in size. Can be demonstrated.
  • the connecting member is different from the connecting member of the first embodiment.
  • description is abbreviate
  • FIG. 5 is a side view of the vibration actuator according to the present embodiment
  • FIG. 6 is a cross-sectional view taken along line 6-6 of FIG.
  • the vibration actuator 60 shown in FIGS. 5 and 6 includes a connecting member 61.
  • the connecting member 61 has a rectangular cross-sectional shape having an opening, and a pair of connecting portions 62 parallel to each other and a first end of the pair of connecting portions 62 are connected to each other.
  • 1 connection part 63 and the 2nd connection part 64 which connects 2nd edge part of a pair of connection part 62 are provided.
  • a pair of connecting portions 62 is formed with a through hole 65 for holding the bearing 36, and the connecting portion 62 supports the rotating shaft 34 via the bearing 36.
  • the first connecting portion 63 connects the pair of connecting portions 62 at locations near the stator 13 and corresponds to the connecting portion 39 in the connecting member 37 of the first embodiment.
  • a screw hole 66 for connecting the connecting rod 45 is formed at the center of the first connecting portion 63.
  • the second connecting portion 64 connects the pair of connecting portions 62 on the opposite side of the first connecting portion 63.
  • the vibration actuator 60 of this embodiment has the same advantages as those of the first embodiment.
  • the vibration actuator 60 of the present embodiment includes the connection member 61 having a rectangular cross-sectional shape having an opening, the rigidity of the connection member 61 is improved as compared with the first embodiment, and the vibration actuator The structure of 60 can be made more robust.
  • connection member 61 can be utilized as a fixing part for fixing with an installation place. Therefore, in this embodiment, the site
  • the roller 30 is a single member.
  • the roller 30 may be formed of, for example, two divided members, or two members manufactured individually are stacked as the roller 30. Also good.
  • a speed reducer may be provided between the two members forming the roller 30, or an output member such as an output link for taking out the output of the vibration actuator may be provided between the two members.
  • the rotation shaft 34 passes through the shaft hole 33 of the roller 30.
  • the shaft is inserted from both sides of the shaft hole 33 of the roller 30 and fixed to the roller 30, and the rotation shaft is driven by these shafts. May be configured.
  • the rotating shaft is not particularly limited as long as it can support the roller 30.
  • a substantially U-shaped connecting member or a connecting member having a rectangular cross section having an opening is used.
  • the connecting member is connected to the rotating shaft on both sides in the axial direction of the roller and is biased by a preload mechanism. Any configuration that can realize the rotation of the roller is not particularly limited.
  • the space for accommodating the connecting member is formed by the groove that crosses the stator in the radial direction, but the space may be formed by a groove that does not cross the stator, that is, a rectangular bottomed hole.
  • the shaft portion is provided in the stator and the shaft portion is connected to the base portion, the shaft portion may not be provided in the stator, but instead the shaft portion may be provided in the base portion and the shaft portion of the base portion may be connected to the stator.
  • the disc spring is used as the biasing member, but the biasing member is not limited to the disc spring.
  • the urging member may be an element that can generate an urging force that urges the rotating shaft toward the stator, and may be, for example, an elastic resin member or a coil spring.
  • the connecting rod may be an elastic body and the connecting rod may function as an urging member.
  • the rotational force of the rotating shaft is output as it is.
  • a reduction mechanism having a gear is provided on the rotating shaft and the connecting member, and the rotational force of the rotating shaft is output via the reduction mechanism.
  • the connecting member can also be used as an element constituting the speed reduction mechanism. Further, by providing the speed reduction mechanism, it is possible to obtain a torque with a higher torque while maintaining the compactness of the vibration actuator.
  • the end of the rotating shaft is used as the output unit by fixing the connecting member to the installation destination, but the present invention is not limited to this.
  • elements other than the rotation shaft and the roller may be used as the output unit by fixing the rotation shaft to the installation destination.
  • the connecting member does not hinder the vibration of the stator and the piezoelectric element as in the above embodiment.
  • the disc spring 50 that is the urging member is provided at the end of the base portion 11.
  • the cylindrical portion 72 that can accommodate the disc spring 50 is used as the base portion. It is good also considering the base 71 formed in 71 and provided with the cylinder part 72 as a case member. In this case, the disc spring 50 is accommodated in the cylindrical portion 72. Even when an urging member other than a disc spring is used, the urging member may be accommodated inside the case member. By housing the urging member inside the case member, the urging member is not exposed to the outside and can be protected. In addition, the size of the vibration actuator can be further reduced.

Landscapes

  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

　ステータ（１３）と、ステータ（１３）と接触して同ステータ（１３）により支持されるローラ（３０）と、ローラ（３０）を支持する回転軸（３４）と、ステータ（１３）に連結されると共にステータ（１３）とローラ（３０）の接触部分に超音波振動を発生させてローラ（３０）を回転させる振動デバイスと、回転軸（３４）に連結されて回転軸（３４）をステータ（１３）に向かって付勢することによりローラ（３０）をステータ（１３）に対して加圧する予圧機構とを備える振動アクチュエータ（１０）である。予圧機構は、ローラ（３０）の軸方向両側において回転軸（３４）と連結される一対の連結部（３８）を有する連結部材（３７）を備え、ステータ（１３）は、連結部材（３７）を収容する空間を備える。

Description

振動アクチュエータ
　この発明は、振動アクチュエータに関し、特に、超音波振動を用いて回転体を回転させる振動アクチュエータに関する。
　振動アクチュエータの従来技術としては、例えば、特許文献１に開示された超音波モータを挙げることができる。
　特許文献１に開示された超音波モータは、圧電振動子と、圧電振動子の底面に設けた振動拡大部材と、圧電振動子の上面に設けた低弾性部材とを備えている。
　圧電振動子の周囲には案内ケースが配置され、この案内ケースの上面に加圧部材が設けられている。案内ケースの側部は案内板と嵌合している。振動拡大部材の先端は移動体に圧接している。
　この超音波モータの案内ケースは、圧電振動子が屈曲振動および伸縮振動するとき、圧電振動子が加圧方向と垂直な方向へ移動することを防止し、圧電振動子を加圧方向のみに案内する。
　上記引用文献１によれば、振動拡大部材が移動体に対して滑ることがないため振動拡大部材と移動体との間に大きな加圧力が加わり、よって大きなトルクが安定して発生するとしている。
特開２００７－１８９８９９号公報
　しかしながら、特許文献１に開示された超音波モータでは、案内ケースが圧電振動子の周囲に配置されるので、超音波モータの体格が大きくなる。
　本発明の目的は、体格が小さくても大きなトルクを安定して発揮することができる振動アクチュエータを提供することにある。
　上記の課題を解決するために、本発明は、ステータと、前記ステータと接触して同ステータにより支持されるローラと、前記ローラを支持する回転軸と、前記ステータに連結されると共に前記ステータと前記ローラとの接触部分に超音波振動を発生させて前記ローラを回転させる振動デバイスと、前記回転軸に連結されて前記回転軸を前記ステータに向かって付勢することにより前記ローラを前記ステータに対して加圧する予圧機構と、を備える振動アクチュエータを提供する。前記予圧機構は、前記ローラの軸方向両側において前記回転軸と連結される一対の連結部を有する連結部材を備え、前記ステータは、前記連結部材を収容する空間を備える。
　本発明によれば、予圧機構の一部を構成する連結部材はステータの空間に収容されるので、振動アクチュエータの体格を小さくすることができる。また、連結部材は振動デバイスの振動を妨げることないことから、体格が小さくても大きなトルクを安定して発揮することができる。
第１の実施形態に係る振動アクチュエータの斜視図である。 図１の振動アクチュエータの側面図である。 図２の３－３線に沿った断面図である。 図１の振動アクチュエータの要部の分解斜視図である。 第２の実施形態に係る振動アクチュエータの側面図である。 図５の６－６線に沿った断面図である。 変形例に係る振動アクチュエータの側面図である。
（第１の実施形態）
　以下、第１の実施形態に係る振動アクチュエータについて図面を参照して説明する。
　図１に示す振動アクチュエータ１０は、超音波振動を利用して回転体を回転させる超音波アクチュエータである。図１に示すように、振動アクチュエータ１０は、円筒状の基部１１と、ステータ１３と、圧電素子１７と、回転軸３４に取り付けられたローラ３０と、回転軸３４と連結される連結部材３７と、付勢部材としての皿ばね５０とを備えている。ローラ３０は単一の部材で構成されている。
　図２に示すように、基部１１は円筒状であって基部１１の軸中心にはねじ孔１２が形成されており、基部１１はステータ１３と連結されている。ステータ１３は、円柱状のステータ本体部１５、および同ステータ本体部１５から延びる軸部１４を備える。軸部１４は、ねじ孔１２に螺入可能である。軸部１４の先端領域にはねじ孔１２に対応する雄ねじ１６が形成されている。
　基部１１とステータ本体部１５との間には、振動デバイスとしての圧電素子１７が設けられている。圧電素子１７は略円柱状であり、軸中心に通孔１８を有する。圧電素子１７の通孔１８にステータ１３の軸部１４が挿入されることにより、圧電素子１７はステータ１３に保持される。圧電素子１７は、駆動回路（図示せず）に電気的に接続される複数の有孔円盤状の圧電素子板（図示せず）を積層した構造を有している。圧電素子１７を構成する複数の圧電素子板は、駆動回路から交流電圧を印加されることにより超音波振動を発生する。
　ステータ本体部１５は、ローラ３０と接触して同ローラ３０を支持している。ステータ本体部１５における、ローラ３０が配置される側の端部、言い換えれば軸部１４とは反対側の端部には、径方向に横断する溝１９が形成されている。溝１９は、回転軸３４と連結される連結部材３７の一部が収容される空間を形成する。溝１９の両側に位置するステータ本体部１５の部位は、ローラ３０の外周面３１と接触する接触面２１をそれぞれ有する接触部２０を形成している。ステータ１３は、軸部１４およびステータ本体部１５の軸中心を貫通する貫通孔２２を有している。
　図３に示すように、ローラ３０は外周面３１と一対の端面３２とを備え、ローラ３０の軸中心には軸孔３３が形成されている。ローラ３０の軸孔３３には回転軸３４が貫通しており、回転軸３４はローラ３０と固定されている。このように、回転軸３４がローラ３０を貫通することにより、回転軸３４はローラ３０が連結部材３７に対して回転可能であるようにローラ３０を支持している。図示はしないが、回転軸３４は止めねじやキー等を用いてローラ３０に固定される。回転軸３４の軸心はローラ３０の回転軸心Ｐと一致する。ローラ３０の外周面３１は、ステータ１３の接触面２１の曲率と同じ曲率を有する。本実施形態では、回転軸３４の軸方向両端部が振動アクチュエータ１０の出力部として機能し、回転軸３４の回転力が出力として用いられる。
　回転軸３４は、ローラ３０の軸方向両側において、軸受３６を介して連結部材３７と連結されている。図３に示すように、連結部材３７は正面視略Ｕ字状であり、一対の連結部３８および一対の連結部３８を接続する接続部３９を備えている。各連結部３８には軸受３６を保持する通孔４０が形成されており、回転軸３４が通孔４０に挿通され、回転軸３４は軸受３６を介して連結部３８に支持されている。接続部３９および連結部３８の接続部３９寄りの部位は、ステータ１３の溝１９にほぼ隙間無く挿入される挿入部であり、挿入部は溝１９の幅に対応する寸法を有する。本実施形態では、回転軸心Ｐの方向において、連結部材３７の寸法がステータ本体部１５の溝１９の長さとほぼ同じである。図３では、溝１９に挿入された連結部材３７は、回転軸心Ｐの方向において僅かに溝１９からはみ出ている。
　本実施形態では、ローラ３０の外周面３１と連結部材３７の接続部３９との間に隙間が形成されており、この隙間に潤滑油等の潤滑剤を含ませたスポンジ体４１が配置されている。スポンジ体４１は、潤滑油をローラ３０の外周面３１に供給する潤滑部材として機能する。スポンジ体４１は連結部３８間の隙間を画定する接続部３９の表面に載置され、連結部材３７に固定されない。スポンジ体４１が載置される接続部３９の表面は、ローラ３０の外周面３１と対向する対向面である。連結部材３７がステータ１３の溝１９に挿入されている状態では、スポンジ体４１は、ステータ１３、ローラ３０および連結部材３７により囲まれており、よってスポンジ体４１は空間から脱落しない。
　連結部材３７は連結ロッド４５と連結されている。連結部材３７の接続部３９の中央にはねじ孔４２が形成されている。連結ロッド４５の第１の端部には、ねじ孔４２に対応するねじ軸部４６が形成されている。ねじ軸部４６がねじ孔４２に螺入されることにより、連結ロッド４５と連結部材３７は互いに連結される。連結ロッド４５はステータ１３の貫通孔２２に挿通されており、連結ロッド４５の第２の端部はステータ１３の軸部１４から突出している。連結ロッド４５はステータ１３および圧電素子１７の内部を貫通している。連結ロッド４５は軸部１４から突出する突出端４７を有し、同突出端４７には、ホルダ４８を介して円板状のばね受体４９が取り付けられている。ばね受体４９と基部１１との間には、付勢部材としての複数の皿ばね５０が介在されている。皿ばね５０はステータ１３に対し連結部材３７の反対側に配置される。
　皿ばね５０は、皿ばね５０の外径縁と内径縁とを軸方向において接近させる方向に作用する力に対抗するばね力を有し、ばね力は回転軸３４をステータ１３へ近づける付勢力として連結ロッド４５に付与される。皿ばね５０の付勢力により回転軸３４が連結部材３７を介してステータ１３へ向かって付勢されることから、ローラ３０がステータ１３に対して加圧される。本実施形態では、連結ロッド４５、ばね受体４９および皿ばね５０が予圧機構を構成する。ここで、説明の便宜上、連結ロッド４５の軸心に平行な軸をＺ軸と定義し、Ｚ軸に対して直交し且つローラ３０の回転軸心Ｐと平行な軸をＸ軸と定義し、Ｚ軸およびＸ軸に対して直交する軸をＹ軸と定義する。
　図４は振動アクチュエータ１０の分解斜視図であり、基部１１、ステータ１３、圧電素子１７、ローラ３０、連結部材３７、皿ばね５０を分解して図示している。図４では、連結ロッド４５は連結部材３７と連結された状態であり、突出端４７、ホルダ４８およびばね受体４９の図示を省略している。
　次に、本実施形態に係る振動アクチュエータ１０の動作について説明する。駆動回路が交流電圧を圧電素子１７の各圧電素子板に印加すると、各圧電素子板が振動方向の異なる超音波振動を発生する。圧電素子１７には、互いに９０度の位相差を有する２つの電圧信号が印加され、それによって、圧電素子１７はＹ軸方向のたわみ振動とＺ軸方向の縦振動とを組み合わせた複合運動を発生する。超音波振動の複合振動がステータ１３に伝達され、ステータ１３における一対の接触面２１には、Ｙ軸－Ｚ軸平面におけるＸ軸周りの楕円運動（又は円運動）が発生する。ローラ３０が接触面２１を通じて楕円運動（又は円運動）を受けることにより、ローラ３０は回転軸３４を中心にして回転される。ローラ３０の回転により、ローラ３０に固定された回転軸３４の端部では出力として回転力が得られる。ローラ３０の回転方向、回転速度およびトルクの制御は、印加する交流電圧の大きさや周波数等を制御することにより行うことが可能である。
　連結部材３７は、皿ばね５０の付勢力を受ける連結ロッド４５により、回転軸３４をステータ１３へ近づける方向に付勢されるため、ローラ３０はステータ１３に圧接される。予圧機構によって回転軸３４がステータ１３へ向かう方向へ付勢されることにより、ローラ３０はステータ１３に圧接された状態にあることから、ステータ１３の接触面２１においてローラ３０の加圧による荷重がそれぞれ均等に作用し、ローラ３０は高トルクで回転される。ローラ３０とステータ１３とが互いに圧接されることから、連結部材３７がステータ１３および圧電素子１７の振動を妨げることはない。このため、連結部材３７を設置先との固定用の固定部として機能させ、固定部を介して振動アクチュエータ１０を設置先に固定すれば、固定された振動アクチュエータ１０はステータ１３および圧電素子１７の振動が妨げられることなく作動する。本実施形態では、連結部材３７の連結部３８の一部を固定部とすることが好ましい。
　ローラ３０の回転時において、スポンジ体４１の潤滑油がローラ３０の外周面３１に塗布され、潤滑油によりローラ３０の外周面３１とステータ１３の接触面２１との圧接状態は、ローラ３０が高トルクの回転力を得ることができる状態となる。つまり、潤滑油はローラ３０の外周面３１とステータ１３の接触面２１との適切な圧接状態を維持する。
　本実施形態の振動アクチュエータ１０は、以下の利点を有する。
　（１）予圧機構の一部を構成する連結部材３７の挿入部はステータ１３の溝１９により形成される空間に収容されるから、振動アクチュエータ１０の体格を小さくすることができる。特に、連結部材３７がステータ１３の径方向においてステータ１３から大きくはみ出すことはなく、振動アクチュエータ１０の体格をより小さくすることができる。
　（２）連結部材３７はステータ１３および圧電素子１７の振動を妨げることないことから、体格が小さくても回転するローラ３０は大きなトルクを安定して発揮することができる。
　（３）連結部材３７はローラ３０の軸方向両側において回転軸３４と連結され、付勢力を受ける連結ロッド４５により付勢されるから、ステータ１３の一対の接触面２１においてローラ３０からの加圧による荷重をそれぞれ均等に作用させることができる。
　（４）連結ロッド４５がステータ１３および圧電素子１７を貫通することから、連結ロッドをステータ１３および圧電素子１７の外部に設ける必要がなく、振動アクチュエータ１０の体格をさらに小さくすることができる。
　（５）ローラ３０を単一の部材から形成することで加工精度が上がり、また、ローラを複数個組み付ける際に発生する組付精度のばらつきも減少する。したがって、振動アクチュエータ１０はより安定したトルクを発揮することができる。
　（６）連結部材３７を設置先との固定用の固定部として機能させ、固定部を介して振動アクチュエータ１０を設置先に固定することができる。この場合、振動アクチュエータ１０が固定された状態であっても、固定される連結部材３７はステータ１３および圧電素子１７の振動を妨げることはなく、振動アクチュエータ１０は体格が小さくても大きなトルクを安定して発揮することができる。
　（７）潤滑油を含ませたスポンジ体４１を連結部材３７に設置することにより、ローラ３０とステータ１３の接触面２１との潤滑を促進する潤滑油がローラ３０に供給される。スポンジ体４１はローラ３０、ステータ１３および連結部材３７に囲まれるため振動アクチュエータ１０から脱落することはなく、スポンジ体４１を連結部材３７に固定するための手段が不要となる。
（第２の実施形態）
　次に、第２の実施形態に係る振動アクチュエータについて説明する。
　本実施形態では、連結部材が第１の実施形態の連結部材と異なる。連結部材を除く共通の構成については、第１の実施形態の説明を援用して説明を省略し、共通の符号を用いる。
　図５は、本実施形態に係る振動アクチュエータの側面図であり、図６は図５の６－６線に沿った断面図である。
　図５および図６に示す振動アクチュエータ６０は連結部材６１を備えている。
図６に示すように、連結部材６１は開口を有する矩形の断面形状を有しており、互いに平行な一対の連結部６２と、一対の連結部６２の第１の端部同士を接続する第１接続部６３と、一対の連結部６２の第２の端部同士を接続する第２接続部６４とを備えている。一対の連結部６２には軸受３６を保持する通孔６５が形成されており、連結部６２は軸受３６を介して回転軸３４を支持する。第１接続部６３は一対の連結部６２をステータ１３寄りの箇所において接続しており、第１の実施形態の連結部材３７における接続部３９に相当する。第１接続部６３の中央には連結ロッド４５を連結するためのねじ孔６６が形成されている。第２接続部６４は一対の連結部６２を第１接続部６３の反対側において接続している。
　本実施形態の振動アクチュエータ６０は、第１の実施形態の利点と同等の利点を有する。
　また、本実施形態の振動アクチュエータ６０では、開口を有する矩形の断面形状を有する連結部材６１を備えることから、第１の実施形態と比較して連結部材６１の剛性が向上しており、振動アクチュエータ６０の構造をより堅牢とすることができる。
　また、連結部材６１に設けられた第２接続部６４を、設置先との固定用の固定部として利用することができる。従って、本実施形態では、固定部として利用できる部位が連結部材６１において増加し、設置先に対する取り付けの自由度が高くなるほか、設置先に対する固定力が向上する。
　なお、上記の実施形態は、本発明の一実施形態を示すものであり、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、下記のように発明の趣旨の範囲内で種々の変更が可能である。
　上記の実施形態では、ローラ３０が単一の部材であるが、ローラ３０を例えば分割された２つの部材から形成してもよく、あるいは、個別に製作された２つの部材を重ねてローラ３０としてもよい。また、ローラ３０を形成する２つの部材の間に減速機を設けてもよいし、あるいは、それら２つの部材間に振動アクチュエータの出力を取出すための出力リンク等の出力部材を設けてもよい。
　上記の実施形態では、回転軸３４がローラ３０の軸孔３３を貫通するが、例えば、ローラ３０の軸孔３３の両側からそれぞれ軸を挿入してローラ３０と固定し、それらの軸により回転軸を構成してもよい。このように、回転軸はローラ３０を支持し得るものであれば特に限定されない。
　上記の実施形態では、略Ｕ字状の連結部材又は開口を有する矩形の断面形状を有する連結部材を用いたが、連結部材はローラの軸方向両側において回転軸と連結され、予圧機構により付勢されてローラの回転を実現することができる構成であればとくに限定されない。
　上記の実施形態では、ステータを径方向に横断する溝により連結部材を収容する空間を形成したが、該空間は、ステータを横断しない溝、すなわち長方形の有底孔で形成してもよい。また、ステータに軸部を設けて軸部を基部に連結したが、ステータに軸部を設けず、代わりに基部に軸部を設けて基部の軸部をステータに連結してもよい。
　上記の実施形態では、付勢部材として皿ばねを用いたが、付勢部材は皿ばねに限定されない。付勢部材は、回転軸をステータに向かって付勢する付勢力を発生することができる要素であればよく、例えば、弾性樹脂部材やコイルばねでもよい。あるいは、連結ロッドを弾性体とし、連結ロッドを付勢部材として機能させてもよい。
　上記の実施形態では、回転軸の回転力をそのまま出力するようにしたが、例えば、回転軸および連結部材にギヤを有する減速機構を設けて、回転軸の回転力を減速機構を介して出力するように構成してもよい。この場合、連結部材を、減速機構を構成する要素として兼用させることができる。また、減速機構が備えられることにより、振動アクチュエータのコンパクト性を維持しつつ、さらに高トルクの回転力を得ることができる。
　上記の実施形態では、連結部材を設置先に固定することで回転軸の端部を出力部としたがこれに限らない。例えば、回転軸を設置先に固定することにより、回転軸およびローラ以外の要素を出力部としてもよい。この場合も上記の実施形態と同様に連結部材はステータおよび圧電素子の振動を妨げることはない。
　上記の実施形態では、付勢部材である皿ばね５０が基部１１の端部に設けられる構成としたが、図７の変形例に示すように、皿ばね５０を収容可能な筒部７２を基部７１に形成し、筒部７２を備えた基部７１をケース部材としてもよい。この場合、筒部７２内に皿ばね５０を収容する。また、皿ばね以外の付勢部材を用いる場合でもケース部材の内部に付勢部材を収容するようにしてもよい。付勢部材をケース部材の内部に収容することにより、外部に付勢部材が露出せず、付勢部材を保護することができる。また、振動アクチュエータの体格をより小さくすることも可能となる。

Claims (8)

  1. 　ステータと、
    　前記ステータと接触して同ステータにより支持されるローラと、
    　前記ローラを支持する回転軸と、
    　前記ステータに連結されると共に前記ステータと前記ローラとの接触部分に超音波振動を発生させて前記ローラを回転させる振動デバイスと、
    　前記回転軸に連結されて前記回転軸を前記ステータに向かって付勢することにより前記ローラを前記ステータに対して加圧する予圧機構と、を備え、
    　前記予圧機構は、前記ローラの軸方向両側において前記回転軸と連結される一対の連結部を有する連結部材を備え、
    　前記ステータは、前記連結部材を収容する空間を備える振動アクチュエータ。
  2. 　前記予圧機構が、
    　前記ステータおよび前記振動デバイスを貫通するように延び、前記連結部材と連結される連結ロッドと、
    　前記連結ロッドに連結され、前記回転軸を前記ステータに向かって付勢する付勢部材と、
    　をさらに備える請求項１記載の振動アクチュエータ。
  3. 　前記付勢部材は、前記ステータに対し前記連結部材の反対側に配置される請求項２記載の振動アクチュエータ。
  4. 　前記ステータと接続されるケース部材をさらに備え、
    　前記ケース部材は、前記付勢部材を収容する空間を備えている請求項２又は３記載の振動アクチュエータ。
  5. 　前記ローラは単一の部材である請求項１～４のいずれか一項記載の振動アクチュエータ。
  6. 　前記連結部材は、振動アクチュエータを設置先に固定するための固定部として機能する請求項１～５のいずれか一項記載の振動アクチュエータ。
  7. 　前記連結部材は、前記ローラの外周面と対向する対向面を備え、潤滑剤を含む潤滑部材が前記対向面に設置されている請求項１～６のいずれか一項記載の振動アクチュエータ。
  8. 　前記潤滑部材は、前記ステータ、前記連結部材および前記ローラによって囲まれるように配置される請求項７記載の振動アクチュエータ。
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