JP2004187384A

JP2004187384A - 振動アクチュエータ

Info

Publication number: JP2004187384A
Application number: JP2002350071A
Authority: JP
Inventors: Nobuaki Tanaka; 伸明田中
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2002-12-02
Filing date: 2002-12-02
Publication date: 2004-07-02

Abstract

【課題】クリーンな環境下でも使用が可能で、寿命が長く、かつ、長期間に亘って安定して動作する振動アクチュエータを提供することにある。
【解決手段】超音波モータを駆動することにより振動体に超音波振動を発生させ、該超音波振動によって摩擦部材を介して可動体を相対移動させるようにした振動アクチュエータであって、前記可動体の表面に当接して、該可動体の表面に付着した摩耗粉などの塵埃を摺動によって除去する塵埃除去部材を備え、該塵埃除去部材を連続した気孔を有する多孔質物質で形成する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
超音波振動を利用して摩擦部材を介して可動体を移動させるようにした振動アクチュエータに関し、特に、可動体と摩擦部材との摺動によって発生する摩耗粉などの塵埃を除去するものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、この種の振動アクチュエータの塵埃除去手段として、例えば、特開平１１−１８４４６号公報などが開示されている。この公報では、超音波によって振動子に楕円振動を生じさせ、この楕円振動によって相対運動部材を相対運動させるようにした振動アクチュエータにおいて、振動子と相対運動部材との接触面に発生する塵埃を除去するようにしたものが開示されている。
【０００３】
すなわち、図７に示すように、振動アクチュエータ５１は、図示しない圧電素子を有する振動子５２と相対運動部材５３とを備え、振動子５２と相対運動部材５３とを接触させている。これにより、圧電素子に交流電圧を印加することにより、振動子５２に楕円運動を生じさせ、相対運動部材５３を相対運動させるようになっている。
【０００４】
その際、相対運動部材５３は、振動子５２に接触して摺動するため、相対運動部材５３の表面で摩擦による摩耗が生じて、寿命が短い。そのため、相対運動部材５３の両端付近に塵埃除去手段５４を設け、振動子５２と相対運動部材５３との摺動によって生じる摩耗粉や塵などの塵埃を除去するようになっている。
【０００５】
そして、塵埃の除去手段として、ブラシ５５（図８（ａ））や、剥離爪５６（図８（ｂ））や、フェルト５７（図８（ｃ））や、ローラ５８（図８（ｄ））を用いて、相対運動部材５３の運動に伴って、その表面から塵埃を除去するものが知られている。すなわち、ブラシ５５は、図８（ａ）に示すように、アクチュエータのベース部材５９から突出する取付ピン６０などによって固定され、相対運動部材５３の表面から塵埃を掃き出し、また、剥離爪５６は、図８（ｂ）に示すように、樹脂製などで形成された鋭角な先端６１で、相対運動部材５３の表面から塵埃を剥離させるようになっている。
【０００６】
また、フェルト５７は、図８（ｃ）に示すように、基部６２によって保持され、相対運動部材５３の表面を拭き取り、また、ローラ５８は、図８（ｄ）に示すように、外周面にシルボン紙などの塗布紙や布などを巻き付けて、相対運動部材５３に加圧接触させることによって、その表面を拭き取るようになっている。この場合、ローラ５８には、クリーニング剤を塗布することで、相対運動部材５３に付着した塵埃を除去することができ、さらに、ローラ５８に、別のクリーニング用のローラ６３を接触させることで、ローラ５８に付着した塵埃を除去することもできる。
【０００７】
なお、６４は、振動子５２の相対運動部材５３への加圧力を調節するための加圧機構であり、６５は、振動子５２とともに相対運動部材５３を挟み込んで保持するための送りローラである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、塵埃除去手段として、ブラシ５５を使用した場合、ブラシ５５に強度がなく破損し易いという問題がある。また、剥離爪５６を使用した場合、剥離爪５６が破損したり、摺動によって騒音が発生し易いという問題があった。そして、ブラシ５５や剥離爪５６を使用すると、相対運動部材５３の表面から除去された摩耗粉や塵などの塵埃が、ブラシ５５や剥離爪５６から離脱してしまって、その周囲を汚してしまうという問題があった。
【０００９】
また、塵埃除去手段として、フェルト５７や、ローラ５８などに巻き付けられる紙や布などは、摩耗粉や塵などの塵埃によって目詰まりを起こしてしまって、使用に伴って塵埃の除去性能が低下するという問題があった。その結果、相対運動部材５３の表面に塵埃が残留するとともに、その塵埃によって相対運動部材５３の表面などの摩耗により、装置の寿命が低下したり、塵埃の付着によって動作が不安定になるという問題があった。
【００１０】
本発明の目的は、上記のような点を鑑み、クリーンな環境下でも使用が可能で、寿命が長く、かつ、長期間に亘って安定して動作する振動アクチュエータを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記目的は、圧電素子によって振動体に超音波振動を発生させ、該超音波振動によって摩擦部材を介して可動体を相対移動させるようにした振動アクチュエータであって、前記可動体の表面に当接して、該可動体の表面に付着した摩耗粉などの塵埃を摺動によって除去する塵埃除去部材を備え、該塵埃除去部材を連続した気孔を有する多孔質物質で形成することにより、達成される。
【００１２】
また、上記目的は、前記多孔質物質を合成樹脂製にすることにより、効果的に達成される。また、上記目的は、前記多孔質物質の気孔率を７０％以上で９８％以下にすることにより、効果的に達成される。
【００１３】
また、上記目的は、前記摩擦部材又は可動体の少なくともどちらか一方の表面をセラミック製にすることにより、効果的に達成される。
【００１４】
また、上記目的は、前記多孔質物質が、海綿状組織を有するものであることによって、より効果的に達成される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
【００１６】
図１は本発明の実施例に係る振動アクチュエータＡを示し、同図において、１は超音波モータであり、該超音波モータ１は、電極２を貼付した圧電素子３と、該圧電素子３上に設けられた摩擦部材４とからなる。これにより、電極２に高周波電圧を与えて、圧電素子３を伸縮させることで、圧電素子３を振動させ、それによって摩擦部材４に発生する楕円運動を用いて駆動力を得るようになっている。
【００１７】
ここで、圧電素子３には、例えばチタン酸バリウムやジルコン酸チタン酸鉛などが用いられ、摩擦部材４には、例えばアルミニウム、鉄、ステンレスなどの金属材料、又はアルミナ、炭化珪素、ジルコニアなどのセラミック材料が用いられる。
【００１８】
この超音波モータ１は、モータ取付枠５によって所定の位置に取り付けられ、上記圧電素子３は、ケース６内で所定の駆動特性が損なわれないように弾性支持体７によって支持される。また、モータ取付枠５の底面には、ねじ穴８に螺合する予圧調整ねじ９が取り付けられていて、該予圧調整ねじ９の締付けによって可動体１０への押付力を調整する加圧機構Ｐが構成されている。
【００１９】
これらの構成により、圧電素子３に交流電源から電圧を加えることによって、圧電素子３を２０ｋＨｚ以上の超音波振動を発生させる。この超音波振動により、摩擦部材４に楕円運動を発生させると、摩擦部材４に押付けられた可動体１０に、図１矢印方向に直線的な往復運動を発生させる。すなわち、図２に示すように、例えば摩擦部材４に反時計方向（図２Ｂ矢印方向）の楕円運動が生じると、この楕円運動によって、可動体１０は、摩擦部材４の表面上のＡ１点で接触し、これに引きずられて可動体１０は、摩擦部材４上の表面を直線的に図２Ｃ矢印方向に移動するようになっている。
【００２０】
また、摩擦部材４の両側には、それぞれ塵埃除去手段１１が設けられていて、可動体１０と摩擦部材４との摺動により発生した摩耗粉や塵などの塵埃を除去するようになっている。この塵埃除去手段１１は、円筒状のローラ部材１２と、該ローラ部材１２を支持する板状の支持部材１３と、該支持部材１３を図１上下方向に往復動させるアクチュエータ１４とから構成され、アクチュエータ１４の駆動によって可動体１０にローラ部材１２を接触させて、可動体１０の表面のうち、摩擦部材４との接触側の表面に付着した塵埃を除去するようになっている。
【００２１】
そして、塵埃除去手段のローラ部材１２には、スポンジなどのように連続した気孔を有する多孔質物質が用いられ、好ましくは、ポリウレタンや、ポリエチレンや、ポリビニールアルコールなどの合成樹脂が用いられる。この合成樹脂の場合、多孔質物質の内部に存在する気孔１５が連続していて、多孔質自身からの塵埃の離脱を防止することができる。すなわち、図３に示すように、多孔質物質の内部には、連続した気孔１５，１５，・・・が無数に形成されていて、可動体１０との摺動によって除去された塵埃ａ１は、気孔１５内に補足される。この塵埃ａ１は、更に、気孔１５の開口から、順次、ａ２、ａ３、ａ４と奥の方に押し込まれ、気孔１５内部に保持されることになる。
【００２２】
また、塵埃除去手段として使用される多孔質物質の気孔率（多孔率）は、好ましくは、７０％以上で９８％以下である。これは図４に示すように、気孔率７０％から９８％の範囲における塵埃の捕集能力に対して、気孔率が７０％未満の場合、気孔１５が少なく、気孔１５内に集塵される塵埃の捕集能力が低下するためである。一方、９８％を超えると、多孔質物質の強度がなくなってしまい、いわゆるヘタリなどの現象を生じ、実用的強度を保持できないためである。
【００２３】
また、多孔質物質として、一般的にスポンジと称される，海綿状構造を有する物質を使用することで、いったん捕着した塵埃をそのまま保持する効果を高くできる。
【００２４】
なお、圧電アクチュエータを標準取付与圧荷重で、１００ｍｍ／ｓの条件で大気中において駆動させた場合、セラミック製の摩擦部材と可動体から、１〜５μｍ程度の摩耗粉が発生する。この際、海綿状組織である物質を含む多孔質物質の気孔径は平均直径で５０〜２００μｍ、最小直径では０．１から３μｍ程度を採用するのが良い。
【００２５】
なお、上記実施例では、塵埃除去手段として、円筒状のローラ部材１２を用いたが、平面状でもよく、塵埃除去手段と可動体１０とを平面接触させることで、可動体１０の表面に付着した塵埃を除去するようにしてもよい。また、多孔質物質は、乾燥状態で使用するだけでなく、溶剤などの液体を染み込ませて使用してもよい。
【００２６】
ここで、塵埃除去手段１１は、図５及び図６に示すように、ローラ部材１２を可動体１０に当接させない不作動時と、ローラ部材１２を可動体１０に当接し動作させる二つの状態を切替えられるようにしている。
【００２７】
つまり、可動体１０に付着した塵埃を除去する場合、アクチュエータ１４を駆動し、支持部材１３を介してローラ部材１２を、図５に示す位置から図６に示す位置まで移動させ、可動体１０に当接させることで、ローラ部材１２と可動体１０とを摺動させる。このローラ部材１２との摺動により、可動体１０に付着した摩耗粉や塵埃は、摩擦部材４との当接面側の表面から除去されることになる。
【００２８】
一方、前述した塵埃を除去する場合と逆方向（図６下方）にアクチュエータ１４を駆動すると、図５に示すように、ローラ部材１２を可動体１０から完全に離しておくことが出来る。これにより、ローラ部材１２の交換時等の整備性が向上したり、塵埃の除去が必要で無い場合にもローラ部材１２に不要な外力が掛かることを防止して、ローラ部材１２の寿命を延ばせるといった効果が得られる。
【００２９】
なお、ローラ部材１２を可動体１０に当接させて塵埃除去をさせる機会（タイミング）及び持続時間の設定は、可動体１０の作動時間に依存させたり、可動体１０の摩擦部材４との当接面の塵埃状況を光学的にモニターし、その反射率等の変化で検出するなどして自動的に行うのも良く、また、勿論操作員の任意の判断で手動で行うことも可能である。
【００３０】
また、前述したような理由により、この発明では、塵埃除去手段１１、具体的にはローラ部材１２を可動体１０に当接させる／させないを切替えて、作動／不作動の二つの状態を作ることを提案しているが、ローラ部材１２を可動体１０に常時当接させた使い方をしても、本発明の本質である塵埃除去の目的が達せられることは、言うまでもない。
【００３１】
そして、塵埃除去手段としてのローラ部材１２は、連続する気孔１５，１５，・・・を含む多孔質物質で構成されるので、ローラ部材１２との摺動によって掻きとられた塵埃は、気孔１５内に補足されて、気孔１５の奥の方に押し込まれるため、布やフェルトなどに比べて補足能力が高く、目詰まりを起こしにくい。また、気孔１５内で細かくなった塵埃は、気孔１５の奥深くに保持されているため、多孔質物質から離脱することがない。そのため、塵埃除去手段として、ブラシや剥離爪などを用いた場合のように、補足した塵埃が周囲に撒き散ることがない。その結果、塵埃除去手段として多孔質物質を用いると、クリーンな作業環境でも使用することができ、寿命が長く、長期間に亘って安定して動作させることができる。
【００３２】
なお、超音波モータの構造は、本実施例のみに限らず、その他の方式のモータであっても良い。
【００３３】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る振動アクチュエータによると、超音波モータによって弾性振動体から摩擦部材に超音波振動を伝達させ、該摩擦部材による摩擦駆動によって可動体を移動させる。その際、塵埃除去手段によって、可動体との当接面に付着した摩耗粉や塵などの塵埃が除去される。そして、この塵埃除去手段には、連続した気孔が無数に存在する多孔質物質で構成されるので、摩擦部材に付着した摩耗粉等の塵埃が、可動体との摺動によって多孔質物質の気孔内に補足され、気孔の奥の方に押し込まれる。その結果、この振動アクチュエータによると、補足した塵埃が周囲に撒き散ることがなく、クリーンな環境下でも使用することができ、寿命も長く、かつ、長期間に亘って安定して動作する
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る振動アクチュエータによって可動体を移動させる構造を概略的に説明する一部断面図である。
【図２】超音波モータの作動原理を説明する図である。
【図３】塵埃除去手段としての多孔質物質に形成された気孔の分布状態を示す図である。
【図４】多孔質物質の気孔率と捕集率の関係を示す図である。
【図５】塵埃除去手段が可動体に当接せず、不作動時の状態を示す説明図である。
【図６】塵埃除去手段が可動体に当接して、可動体の表面に付着した塵埃を除去する動作時の状態を示す説明図である。
【図７】従来の振動アクチュエータに設けられた塵埃除去手段の概略構造を示す図である。
【図８】従来の塵埃除去手段を示し、（ａ）はブラシ、（ｂ）は剥離爪、（ｃ）はフェルトであり、（ｄ）はローラに巻回された紙や布の概略構造を説明する図である。
【符号の説明】
Ａ振動アクチュエータ
１超音波モータ
２電極
３圧電素子
４摩擦部材
１０可動体
１５気孔

Claims

圧電素子によって振動体に超音波振動を発生させ、該超音波振動によって摩擦部材を介して可動体を相対移動させるようにした振動アクチュエータであって、
前記可動体の表面に当接して、該可動体の表面に付着した摩耗粉などの塵埃を摺動によって除去する塵埃除去部材を備え、該塵埃除去部材を連続した気孔を有する多孔質物質で形成することを特徴とする振動アクチュエータ。
前記多孔質物質は、合成樹脂製であることを特徴とする請求項１記載の振動アクチュエータ。
前記多孔質物質の気孔率は、７０％以上で９８％以下であることを特徴とする請求項１又は２記載の振動アクチュエータ。
前記摩擦部材又は可動体の少なくともどちらか一方の表面はセラミック製であることを特徴とする請求項１乃至３記載の振動アクチュエータ。
前記多孔質物質は、海綿状組織を有するものであることを特徴とする請求項１乃至４記載の振動アクチュエータ。