JP2004023863A - 振動アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】低速時の駆動エネルギーの損失を極力減らし、駆動効率を向上させることを可能とする。
【解決手段】弾性体１１ａ及びその弾性体１１ａに接合され、その弾性体１１ａに振動を発生させる圧電素子１１ｂを備えるステータ１１と、ステータ１１に加圧接触して出力を取り出すロータ１２と、ステータ１１の非駆動面（ロータ１２と接触する面の反対側の面）側に配置される緩衝支持部材１３と、加圧板１４ａ及びバネ１４ｂからなり、ステータ１１をロータ１２に加圧接触させる加圧手段１４と、これらの部材を上下から支持するホルダ部材１６，１７等と、ステータ１１と緩衝支持部材１３の間に設けられ、接触面方向の微小移動を許容して、その接触面の潤滑を促進するフッ素樹脂シート等の易滑り部材１８を備える。
【選択図】　　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、弾性体に振動を発生させて、その弾性体に振動エネルギーを生じさせ、この振動エネルギーを出力として取り出して、駆動力を得る振動アクチュエータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の振動アクチュエータは、ステータを支持する方法として、弾性体にフランジを設け、その先端をホルダ等に接合していた。
しかし、このフランジを用いた構造は、ステータ振幅の減衰を抑えながら、しっかりとステータを支持することができる反面、弾性体の加工コストが高く、また、径方向の寸法が大きい、という問題があった。
【０００３】
このため、ステータを支持する別の方法として、弾性体にフランジを設けずに、ステータの、ロータとの摺動面と相反する方向の面（電気機械変換素子の接合部）に、フェルトやゴム等を敷設し、加圧接触させる方法が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した別部材を敷設する構造は、コストが抑えられ、寸法もコンパクトにできる反面、ステータから生じる振動エネルギーが、ステータと敷設部材の間の摩擦エネルギーへの損失に変換してしまうという現象が発生する。
特に、摺動特性の影響が出やすいと考えられる低速側での駆動エネルギーへの伝達効率の低下が大きく、損失が大きい、という課題があった。
【０００５】
本発明の課題は、低速時の駆動エネルギーの損失を極力減らし、駆動効率を向上させることを可能とする振動アクチュエータを提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記の課題を解決するために、以下の手段を提案する。なお、実施形態に対応する符号をカッコ内に付して説明するが、これに限定されるものではない。
すなわち、請求項１の発明は、弾性体及びその弾性体に接合されその弾性体（１１ａ）に振動を発生させる電気機械変換素子（１１ｂ）を備える固定子（１１）と，前記固定子に加圧接触して出力を取り出す移動子（１２）と，前記固定子の非駆動面側に配置される緩衝支持部材（１３）と，を備える振動アクチュエータにおいて、前記固定子と前記緩衝支持部材との接触面方向の微小移動を許容して、その接触面の潤滑を促進する潤滑促進部材（１８，１９）を備えることを特徴とする振動アクチュエータである。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１に記載の振動アクチュエータにおいて、前記潤滑促進部材は、前記移動子との摩擦係数が０．２以下の易滑り部材であることを特徴とする振動アクチュエータである。
【０００８】
請求項３の発明は、請求項１に記載の振動アクチュエータにおいて、前記潤滑促進部材は、前記移動子に設けられた潤滑減摩性のある固体皮膜潤滑促進部材であることを特徴とする振動アクチュエータである。
【０００９】
請求項４の発明は、請求項１に記載の振動アクチュエータにおいて、前記潤滑促進部材は、フッ素樹脂，ポリイミド，ポリエステル，２硫化モリブデン又はグラファイトのいずれかの材料が用いられることを特徴とする振動アクチュエータである。
【００１０】
請求項５の発明は、請求項１に記載の振動アクチュエータにおいて、前記固定子は、進行波を発生する円環型の振動子であることを特徴とする振動アクチュエータである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面などを参照しながら、実施の形態をあげ、本発明をさらに詳細に説明する。
図１は、本発明による振動アクチュエータの第１実施形態を示す図、図２は、第１実施形態に係る振動アクチュエータを部分的（図１のＩＩの部分）　に拡大して示す図、図３は、第１実施形態に係る振動アクチュエータの動作を説明する模式図である。
【００１２】
この実施形態の振動アクチュエータ１０は、超音波領域で振動する進行波によって駆動される円環型の超音波モータを例にしたものであって、図１，図２に示すように、弾性体１１ａ及びその弾性体１１ａに接合され、その弾性体１１ａに振動を発生させる圧電素子（電気機械変換素子）１１ｂを備えるステータ（固定子）１１と、ステータ１１に加圧接触して出力を取り出すロータ（移動子）１２と、ステータ１１の非駆動面（ロータ１２と接触する面の反対側の面）側に配置されるフェルトや不織布などの緩衝支持部材１３と、加圧板１４ａ及びバネ１４ｂからなり、ステータ１１をロータ１２に加圧接触させる加圧手段１４と、これらの部材を上下から支持するホルダ部材１６，１７等とから構成されている。
なお、ステータ１１は、図示しない回転止め部材（３ヶ所）によって、回転方向には、固定されている。
【００１３】
この実施形態では、振動アクチュエータ１０は、さらに、ステータ１１と緩衝支持部材１３の間に、それらの接触面方向の微小移動を許容して、その接触面の潤滑を促進する潤滑促進部材として、易滑り部材１８が設けられている。
易滑り部材１８は、ステータ１１と緩衝支持部材１３との間に、ステータ１１に直接接触する部材として、摩擦係数を小さくする（摩擦係数が０．２以下）ためのものであり、ステータ１１から発生する振動エネルギーの損失を抑制し、ロータ１２の回転駆動への伝達効率低下を小さくすることができる。この易滑り部材１８は、例えば、摩擦係数が約０．２のＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）などのフッ素樹脂シートを用いることができる。
【００１４】
振動アクチュエータ１０は、電気機械変換素子１１ｂに生じた振動エネルギーがこの電気機械変換素子１１ｂと接合された弾性体１１ａに伝達され、それらの接合体であるステータ１１の全体を振動させ、ステータ１１の表面に振動（進行波）を生じさせる。そして、ロータ１２は、ステータ１１に加圧手段１４によって加圧接触させられているので、ステータ１１で発生した振動は、ロータ１２に伝達され、ステータ１１の振動エネルギーがロータ１２の回転力、つまり、超音波モータの駆動力として取り出される。
【００１５】
このとき、図３に示すように、ステータ１１のロータ１２側と接触する面Ｓ１とは相反する面Ｓ２（緩衝支持部材１３側の面）において、ステータ１１と緩衝支持部材１３と間の摩擦係数が大きいと、その間に生じる摩擦が負荷となり、超音波モータとしての損失エネルギーが大きくなる。
【００１６】
つまり、ステータ１１は、全体が振動しており、進行波は、ロータ１２側の面Ｓ１だけでなく、緩衝支持部材１３側の面Ｓ２にも発生している。理想的には、振動を面Ｓ１側の進行波Ｖ１としてすべて出力して、ロータ１２の回転（矢印Ｍ）に効率よく使用したいが、実際には、下側への進行波Ｖ２も発生しているので、損失が出てしまう。ステータ１１は、不図示の回転止め部材があり、緩衝支持部材１３も加圧されているので、基本的には、移動しない構造となっている。
しかし、進行波Ｖ２による損失は、存在するので、これを少しでも、少なくする、つまり、面Ｓ２でも、振動が発生するが、そこでの抵抗を少なくするようにしたものである。これは、低速度（かなりの微振動）で、出力を取り出そうとしたときに、振動エネルギーに対する損失エネルギーの割合が大きくなる傾向がある。
【００１７】
そこで、ステータ１１は、回転方向の変位が完全には止まっておらず、微小振動しているので、ステータ１１が振動しているときに、加圧手段１４で支持緩衝部材１３を強く押し付けると、振動の効率が落ちてしまう。このときに、易滑り部材１８を介在させて、その微小の動きに対する滑りを許容することにより、押さえているけれども、滑っている状態をつくっている。
【００１８】
第１実施形態によれば、易滑り部材１８を設けたので、ステータ１１と緩衝支持部材１３の間に生じる摩擦損失を小さくすることができる。それにより、特に、摺動特性の影響が大きい低速時の駆動効率を向上させることができる。つまり、高い周波数で立ち上がることができるようになる。
【００１９】
また、ステータ１１に、易滑り部材１８の厚みや幅を変化させて設けることによって、ステータ１１の振動子としての周波数特性を調整することができ、超音波モータが発生する異音を消す効果もある。
【００２０】
（第２実施形態）
図４は、本発明による振動アクチュエータの第２実施形態を示す図である。
なお、前述した第１実施形態と同様な機能を果たす部分には、同一の符号を付して、重複する説明を適宜省略する。
第２実施形態の振動アクチュエータ１０−２は、ステータ１１と緩衝支持部材１３の間に、潤滑減摩性のある固体皮膜潤滑促進部材１９を介在させた。
第２実施形態では、固体皮膜潤滑促進部材１９として、ＰＴＦＥやＦＥＰ（４フッ化エチレン・６フッ化プロピレン共重合体樹脂）等を担体や溶媒に配合させた固体皮膜潤滑剤であるドライルーブ（東洋ドライルーブ製）を、ステータ１１と緩衝支持部材１３の摺動界面に、膜厚５〜３０μｍに塗布し、摺動抵抗を抑えて摩擦損失を減少させたものである。
【００２１】
このように、第２実施形態によれば、ステータ１１と緩衝支持部材１３との間に生じる摩擦力を低下させ、進行波進行方向の損失を小さくすることが可能である。
また、固体皮膜潤滑促進部材１９は、潤滑減摩性の他に、塗装皮膜の保護耐蝕性や密着性がよいので、膜形成が簡単で信頼性が高いという利点がある。
【００２２】
（変形形態）
以上説明した実施形態に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の均等の範囲内である。
（１）易滑り部材１８は、ＰＴＦＥ（摩擦係数；０．１）以外にも、ＰＴＦＥ粘着テープ（摩擦係数；０．１）、ＰＥＥＫ（摩擦係数；０．２）、ポリイミド（摩擦係数；０．３）、ポリエステル製不繊布（摩擦係数；０．５）等の摺動性の高い樹脂材料を使用することができ、なかでも摩擦係数が０．２以下のＰＴＦＥやＰＥＥＫは好ましく使用することが可能である。また、樹脂材料に二硫化モリブデンやグラファイト（粉末グラファイト）を分散させて成形すれば、樹脂材料の摩擦係数を下げることができ一層良好な結果が得られる。
【００２３】
（２）固体皮膜潤滑促進部材１９は、フッ素樹脂系のものを例に説明したが、二硫化モリブデン系や、グラファイト系のものであってもよい。また、膜形成は、塗布の例で説明したが、吹き付け、浸漬など他の塗布方法であってもよい。
【００２４】
（３）易滑り部材１８や固体皮膜潤滑促進部材１９は、直接、フェルトや不織布などの緩衝支持部材１３と接触させてもよいが、滑りを良くするために、ＰＥＴフィルムなどを挟んでもよい。
【００２５】
（４）進行波型の超音波モータの例で説明したが、１次の縦振動と４次の曲げ振動を合成するタイプ（Ｌ１−Ｂ４型）の超音波モータ等でも、構造上、節の位置で加圧できない場合などには、本発明を適用することが効果的である。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明詳しくしたように、本発明は、潤滑促進部材を設けたので、固定子と緩衝支持部材と間の摩擦によるエネルギー損失を小さくすることができ、振動アクチュエータ全体での損失を少なくし、本来の駆動エネルギー効率をより大きくすることできる、という効果がある。
特に、摺動特性の影響が大きい低速時の駆動効率を向上させることができ、高い周波数で立ち上がることができる、という効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による振動アクチュエータの第１実施形態を示す図である。
【図２】第１実施形態に係る振動アクチュエータを部分的（図１のＩＩの部分）　に拡大して示す図である。
【図３】第１実施形態に係る振動アクチュエータの動作を説明する模式図である。
【図４】本発明による振動アクチュエータの第２実施形態を示す図である。
【符号の説明】
１０，１０−２　振動アクチュエータ
１１　ステータ（固定子）
１１ａ　弾性体
１１ｂ　圧電素子（電気機械変換素子）
１２　ロータ（移動子）
１３　緩衝支持部材
１４　加圧手段
１４ａ　加圧板
１４ｂ　バネ
１６，１７　ホルダ部材
１８　易滑り部材（潤滑促進部材）
１９　固体皮膜潤滑促進部材（潤滑促進部材）

Claims (5)

1. 弾性体及びその弾性体に接合されその弾性体に振動を発生させる電気機械変換素子を備える固定子と，
   前記固定子に加圧接触して出力を取り出す移動子と，
   前記固定子の非駆動面側に配置される緩衝支持部材と，
   を備える振動アクチュエータにおいて、
   前記固定子と前記緩衝支持部材との接触面方向の微小移動を許容して、その接触面の潤滑を促進する潤滑促進部材を備えること
   を特徴とする振動アクチュエータ。
2. 請求項１に記載の振動アクチュエータにおいて、
   前記潤滑促進部材は、前記移動子との摩擦係数が０．２以下の易滑り部材であること
   を特徴とする振動アクチュエータ。
3. 請求項１に記載の振動アクチュエータにおいて、
   前記潤滑促進部材は、前記移動子に設けられた潤滑減摩性のある固体皮膜潤滑促進部材であること
   を特徴とする振動アクチュエータ。
4. 請求項１に記載の振動アクチュエータにおいて、
   前記潤滑促進部材は、フッ素樹脂，ポリイミド，ポリエステル，２硫化モリブデン又はグラファイトのいずれかの材料が用いられること
   を特徴とする振動アクチュエータ。
5. 請求項１に記載の振動アクチュエータにおいて、
   前記固定子は、進行波を発生する円環型の振動子であること
   を特徴とする振動アクチュエータ。

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