JP2007282421A - 振動アクチュエータ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】2つのロータA及びBは、ワイヤ部材8の張力を介してそれぞれ対応するステータ3及び4に対して牽引され加圧接触されている。複合振動子2により複数の振動を組み合わせた複合振動を発生させ、各ステータ3及び4の角部に楕円運動を形成することにより、これら2つのステータ3及び4にそれぞれ加圧接触されている2つのロータA及びBがそれぞれの回転中心C1及びC2の回りに互いに同時に回転駆動される。
【選択図】図1
Description
この発明はこのような問題点を解消するためになされたもので、1つの振動手段により複数のロータを駆動することができる振動アクチュエータを提供することを目的とする。
また、予圧手段は、牽引部材の張力を調整するための張力調整手段をさらに備えることが好ましい。
また、予圧手段が2つのロータにそれぞれ対応した2本の牽引部材を有し、各牽引部材は、一端部で対応するロータに連結され、他端部でロータに対応するステータに連結されるように構成することもできる。
なお、本発明において予圧とはロータをステ―タに向けて押し付ける圧力のことをいう。
実施の形態1.
図1に、この発明の実施の形態1に係る振動アクチュエータを示す。この振動アクチュエータは、超音波振動を利用してロータを回転させる超音波アクチュエータであり、アクチュエータ本体1と、このアクチュエータ本体1により回転駆動される2つのロータA及びBを有している。アクチュエータ本体1は、円筒状の1つの複合振動子2と、この複合振動子2の両端部にそれぞれ配置される第1のステータ3及び第2のステータ4とを有している。これら第1のステータ3及び第2のステータ4は、互いの間に複合振動子2を挟持すると共に複合振動子2に通された連結ボルト5を介して互いに連結されており、ほぼ円柱状の外形を有するアクチュエータ本体1が構成されている。このアクチュエータ本体1は中心軸上に貫通孔1aが形成されている。また、複合振動子2には、この複合振動子2を駆動するための駆動回路30が接続されている。
また、第2のロータBの円筒部12に設けられた収容凹部17には、収容凹部17に対してスライド自在に配置されるバネ受け部材18が収容されると共に、バネ受け部材18と収容凹部17の底面との間にバネ部材19が収容されている。第2のロータBの球体部11にも、収容凹部17に連通すると共にこの球体部11内にワイヤ部材8を通すための通路形成空間20が形成されている。
また、第1のロータA内の調整ネジ15を回転操作して、この調整ネジ15の支持部材14に対する軸方向の位置を変化させることにより、ワイヤ部材8及びバネ受け部材18を介してバネ部材19を伸縮させて、ワイヤ部材8に発生する張力の大きさを調整することが可能である。なお、これら調整ネジ15及び支持部材14により、この発明の張力調整手段が構成されている。
複合振動子2の第1の圧電素子部31は、それぞれ円板形状を有する電極板31a、圧電素子板31b、電極板31c、圧電素子板31d及び電極板31eが順次重ね合わされた構造を有している。同様に、第2の圧電素子部32は、それぞれ円板形状を有する電極板32a、圧電素子板32b、電極板32c、圧電素子板32d及び電極板32eが順次重ね合わされた構造を有している。
第2の圧電素子部32の一対の圧電素子板32b及び32dは、2分割されることなく全体がZ軸方向(厚み方向)に膨張あるいは収縮の変形挙動を行うように分極されており、圧電素子板32bと圧電素子板32dは互いに裏返しに配置されている。
これにより、アクチュエータ本体1の各ステータ3及び4により対応するロータA及びBに発生する回転トルクを一定にすることができ、2つのロータA及びBをそれぞれ円滑に且つ安定して回転駆動することができる。
さらに、第1のロータA内の調整ネジ15を操作することで、ワイヤ部材8に発生する張力の大きさを調整することができるため、2つのロータA及びBにかける予圧力を容易に調整することができる。
また、圧電素子部31及び32と駆動回路30を接続する配線などをアクチュエータ本体1及びロータA及びBの内部に収容するように構成すれば、全体をより小型化することが可能である。
次に図7を参照して、この発明の実施の形態2に係る振動アクチュエータについて説明する。この実施の形態2は、実施の形態1において、各ロータA及びBの球体部9及び11に形成される通路形成空間16及び20が、扇形状の開口の代わりに、半円形状の開口51及び52を有するものである。
第2のロータBの球体部11は、開口52の少なくとも一部が第2のステータ4の凹部7と対向するように配置され、ワイヤ部材8は、第2のロータBの収容凹部17内から連通路22を通り、2つの係合部53及び54の一方に接触して偏向し、開口52を通って第2のステータ4に至るように構成されている。
また、上述のように、Z軸方向の縦振動の振動モードとY軸方向のたわみ振動の振動モードとの組み合わせを選択することにより、第1のロータAと第2のロータBとを互いに同一方向または反対方向にそれぞれ回転駆動することが可能である。
したがって、Y軸方向の1次モードのたわみ振動とZ軸方向の2次モードの縦振動とを組み合わせた複合振動を発生させると、Y軸方向の2次モードのたわみ振動とZ軸方向の1次モードの縦振動とを組み合わせた複合振動を発生させたときと同様に、2つのロータA及びBをX軸回りに互いに同一方向に回転駆動することができる。
次に図15を参照して、この発明の実施の形態3に係る振動アクチュエータについて説明する。この実施の形態3は、実施の形態1において、ワイヤ部材8及びバネ部材19を用いる代わりに、ロータA及びBの予圧手段として、弾性を有する糸状のゴム部材61を用いるものである。ここで、第2のロータBの収容凹部17には、その内面に支持部材62が固定されている。ゴム部材61は、一端部で第1のロータAの収容凹部13内の調整ネジ15に固定され、第1のロータAの通路形成空間16、アクチュエータ本体1の貫通孔1a、及び第2のロータBの通路形成空間20を通り、他端部で第2のロータBの収容凹部17内の支持部材62に固定されている。このように、2つのロータA及びBがゴム部材61を介して互いに連結されている。なお、ゴム部材61は、所定の張力を生じる長さに伸張された状態で取り付けられている。
2つのロータA及びBを一本のゴム部材61により牽引するため、2つのロータA及びBに互いに均一な予圧をかけることができ、また、ゴム部材61は回転中心C1及びC2を常に通ると共にゴム部材61の長さ方向に沿った位置は移動しないため、各ロータA及びBにかかる予圧力を回転にかかわらず一定にすることができる。
さらに、第1のロータA内の調整ネジ15を操作することで、ゴム部材61の張力の大きさを調整し、2つのロータA及びBにかける予圧力を容易に調整することができる。
次に図16を参照して、この発明の実施の形態4に係る振動アクチュエータについて説明する。この実施の形態4は、実施の形態1において、一本のワイヤ部材8の代わりに、2つのロータA及びBにそれぞれ対応する2本のワイヤ部材71及び72を用いるものである。ここで、第1のロータAの収容凹部13内には、第2のロータBの収容凹部17内と同様に、収容凹部13に対してスライド自在のバネ受け部材73が収容されると共に、バネ受け部材73と収容凹部13の底面との間に配置されるバネ部材74が収容されている。
また、この実施の形態4では、2つのロータA及びBはそれぞれ対応する2本のワイヤ部材71及び72によりステータ3及び4に牽引されるため、2つのロータA及びBにかける予圧力を互いに独立して設定することができ、したがって、これら2つのロータA及びBに生じる回転トルクをそれぞれ別個に調整することができる。
このように2本のワイヤ部材71及び72を用いる場合でも、2本のワイヤ部材71及び72はそれぞれ対応するロータA及びBの回転中心C1及びC2を常に通ると共に各ワイヤ部材71及び72の長さ方向に沿った位置は移動しないため、各ロータA及びBにかかる予圧力を回転にかかわらず一定にすることができる。
次に図17を参照して、この発明の実施の形態5に係る振動アクチュエータについて説明する。この実施の形態5は、実施の形態1において、複合振動子2が、Y軸方向のたわみ振動を生じる第1の圧電素子部31及びZ軸方向の縦振動を生じる第2の圧電素子部32に加えて、X軸方向のたわみ振動を生じる第3の圧電素子部81を有するものである。第3の圧電素子部81は、図18に示されるような一対の圧電素子板81b及び81dを有している。これら一対の圧電素子板81b及び81dは、X軸方向に2分割された部分が互いに逆極性を有してそれぞれZ軸方向(厚み方向)に膨張と収縮の反対の変形挙動を行うように分極されており、圧電素子板81bと圧電素子板81dは互いに裏返しに配置されている。なお、第3の圧電素子部81は、一対の圧電素子板81b及び81d以外は、第1の圧電素子部31または第2の圧電素子部32と同一の構成を有している。
なお、実施の形態2〜4においても、3つの圧電素子部31,32,81を有する複合振動子2を用いることができる。
また、実施の形態1〜5において、2つのステータ3及び4のそれぞれ対応するロータA及びBとの接触部分を互いに異なる形状または大きさに形成することができ、これによりロータA及びBに互いに異なる大きさの回転トルクを発生させることができる。
また、ステータではなく、2つのロータのそれぞれ対応するステータとの接触部分を互いに異なる形状または大きさに形成することにより、ロータA及びBに生じる回転トルクを互いに異ならせることもできる。
また、ステ―タ3及び4とそれぞれ対応するロータA及びBとの接触は角部であったが、この構成に限らない。楕円運動が伝達できれば平面で接触するようにしても曲面で接触しても良いし、環状でなくてもよい。
また、上記各実施の形態では、X軸方向のたわみ振動、Y軸方向のたわみ振動、Z軸方向の縦振動をそれぞれ別の圧電素子部で発生させ、振動を合成させて複合振動を発生させていたが、一つの圧電素子部を複数に分極し、各分極電極に印加する電圧を個別にコントロールしても良い。すなわち位相、振幅などの異なる交流電圧を合成した電圧を各分極電極に印加して単一の圧電素子部で複合振動を発生させても良い。
また、上記各実施の形態では、ステータとロータとの接触部分に楕円運動を発生させていたが、各軸方向の振幅を制御することで円運動を発生させても良い。
Claims (8)
- 2つのステータと、
前記2つのステータにそれぞれ対応して接触配置される2つのロータと、
前記2つのステータの間に配設されると共に互いに異なる方向の複数の振動を組み合わせた複合振動を発生させて前記2つのステータを振動させることにより各ステータの対応するロータとの接触部分に円又は楕円運動を形成して前記2つのロータを同時に回転駆動する1つの振動手段と、
前記2つのロータの回転角度にかかわらずに前記2つのロータの回転中心をそれぞれ通ると共に可撓性を有する牽引部材を有し、前記牽引部材の張力を介して前記2つのロータをそれぞれ対応するステータに対して予圧する予圧手段と
を備えることを特徴とする振動アクチュエータ。 - 前記牽引部材は、弾性を有する糸状のゴム部材からなる請求項1に記載の振動アクチュエータ。
- 前記予圧手段は、前記牽引部材としてのワイヤ部材と、前記ワイヤ部材の一端部に接続されてこのワイヤ部材に張力を発生させるバネ部材とを有する請求項1に記載の振動アクチュエータ。
- 前記予圧手段は、前記牽引部材の張力を調整するための張力調整手段をさらに備える請求項1〜3のいずれか一項に記載の振動アクチュエータ。
- 前記予圧手段は、前記2つのロータに共通の1本の前記牽引部材を有し、
前記牽引部材は、一端部で一方のロータに連結され、一方のステータと前記振動手段と他方のステータとをそれぞれ貫通し、他端部で他方のロータに連結される請求項1〜4のいずれか一項に記載の振動アクチュエータ。 - 前記予圧手段は、前記2つのロータにそれぞれ対応した2本の前記牽引部材を有し、
各牽引部材は、一端部で対応するロータに連結され、他端部で前記ロータに対応するステータに連結される請求項1〜4のいずれか一項に記載の振動アクチュエータ。 - 各ロータは、対応するステータと接触する部分に形成され且つこのロータの回転中心を中心とする球面状の接触面と、前記接触面から回転中心にまで至る開口と、回転中心に形成された係合部とを有し、
前記牽引部材は、各ロータの回転中心に対して対応するステータとは反対側で前記ロータに連結され、前記ロータの係合部に接触して偏向し、前記ロータの開口を通って対応するステータに至る請求項1〜6のいずれか一項に記載の振動アクチュエータ。 - 前記振動手段は、互いに積層された複数の圧電素子板からなる複合振動子を有し、前記圧電素子板の積層方向の両端部に前記2つのステータがそれぞれ配置されている請求項1〜7のいずれか一項に記載の振動アクチュエータ。
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