JP2008236908A - Vibration actuator - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、振動アクチュエータに係り、特にステータに超音波振動を発生させることによりステータに接触されたロータを回転駆動する振動アクチュエータに関する。
に関する。
The present invention relates to a vibration actuator, and more particularly to a vibration actuator that rotationally drives a rotor in contact with a stator by generating ultrasonic vibration in the stator.
About.
近年、超音波振動を利用してロータを回転させる振動アクチュエータが提案され、実用化されている。この振動アクチュエータは、圧電素子を用いてステータの表面に楕円運動または進行波を発生させ、ステータにロータを加圧接触させることによりこれら両者間の摩擦力を介してロータを移動させるものである。 In recent years, vibration actuators for rotating a rotor using ultrasonic vibration have been proposed and put into practical use. In this vibration actuator, an elliptical motion or traveling wave is generated on the surface of the stator using a piezoelectric element, and the rotor is moved in a frictional force between the two by bringing the rotor into pressure contact with the stator.
例えば、特許文献1には、ロータ表面に固定された回転シャフトにベアリングを介してバネを連結することにより、ロータに予圧力を付与してロータをステータに圧接させ、その状態で互いに重ね合わされた複数の圧電素子板に駆動電圧を印加してステータに超音波振動を発生させることでロータを回転させる振動アクチュエータが開示されている。この振動アクチュエータでは、バネによりロータに予圧力を付与してロータをステータに圧接させているので、複数の圧電素子板に駆動電圧を印加しないときには、ロータの回転位置が保持されることとなる。
For example, in
上述の特許文献1の振動アクチュエータでは、バネのバネ力を大きくすることにより、予圧力を大きくしてロータの保持力を高めることができるが、予圧力を大きくすることで保持力が高まる反面、駆動時におけるロータとステータとの間の接触部の摩耗量が増大し、振動アクチュエータとしての寿命が短くなるという問題があった。
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、高い保持力と長い寿命を併せ持つ振動アクチュエータを提供することを目的とする。
In the vibration actuator of
The present invention has been made to solve such problems, and an object thereof is to provide a vibration actuator having both a high holding force and a long life.
この発明に係る振動アクチュエータは、ステータと、予圧部材と、ステータと予圧部材とに挟持されるロータと、ステータと予圧部材との間に予圧力を付与してロータをステータに加圧する予圧手段と、ステータに超音波振動を発生させることによりロータを回転させる振動手段とを備え、予圧手段は変形素子を含み、変形素子を変形させることにより上記予圧力を変化させるものである。
なお、ここで予圧力とは、少なくとも振動手段が駆動されない状態でロータをステータに押し付ける圧力のことをいう。
The vibration actuator according to the present invention includes a stator, a preload member, a rotor sandwiched between the stator and the preload member, preload means for applying a preload between the stator and the preload member and pressurizing the rotor to the stator. And vibration means for rotating the rotor by generating ultrasonic vibrations in the stator, the preload means includes a deformation element, and changes the preload by deforming the deformation element.
Here, the pre-pressure means a pressure that presses the rotor against the stator at least in a state where the vibration means is not driven.
好適には、変形素子は圧電素子を有している。 Preferably, the deformation element has a piezoelectric element.
予圧手段は、ステータに対して予圧部材を支持する支持部材を含むように構成することもできる。このとき、変形素子は、ステータと支持部材との間に配置されてもよい。
また、振動手段を支持する基部をさらに備え、予圧手段は、基部に対して予圧部材を支持する支持部材を含むように構成することもできる。このとき、変形素子は、基部と支持部材との間に配置されてもよい。また、振動手段が互いに異なる方向の振動を生じる複数の圧電素子を有し、変形素子は、振動手段の複数の圧電素子のうちの一つを兼ねているように構成してもよい。
また、上述のように、予圧手段がステータに対して予圧部材を支持する支持部材を含む場合と、予圧手段が基部に対して予圧部材を支持する支持部材を含む場合の双方において、変形素子は、予圧部材と支持部材との間に配置されてもよい。
The preload means can also be configured to include a support member that supports the preload member with respect to the stator. At this time, the deformation element may be disposed between the stator and the support member.
Moreover, the base part which supports a vibration means is further provided, and a preload means can also be comprised so that the support member which supports a preload member with respect to a base may be included. At this time, the deformation element may be disposed between the base and the support member. Further, the vibration unit may include a plurality of piezoelectric elements that generate vibrations in different directions, and the deformation element may also serve as one of the plurality of piezoelectric elements of the vibration unit.
Further, as described above, in both the case where the preload means includes a support member that supports the preload member with respect to the stator and the case where the preload means includes a support member that supports the preload member with respect to the base, the deformation element is Further, it may be disposed between the preload member and the support member.
この発明によれば、高い保持力と長い寿命を併せ持つ振動アクチュエータを実現することができる。 According to the present invention, a vibration actuator having both a high holding force and a long life can be realized.
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
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回転体を回転する超音波アクチュエータである。基部1とステータ2との間に円筒状の振動手段3が挟持されると共に、基部1とステータ2とが振動手段3内に通された連結ボルト4を介して互いに連結されており、振動アクチュエータ全体としてほぼ円柱状の外形を有している。ここで、説明の便宜上、基部1からステータ2へと向かう円柱状の外形の中心軸をZ軸と規定し、Z軸に対して垂直方向にX軸が、Z軸及びX軸に対して垂直にY軸がそれぞれ延びているものとする。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 shows a vibration actuator according to
振動手段3は、それぞれXY平面上に位置し且つ互いに重ね合わされた平板状の第1〜第3の圧電素子部31〜33を有している。これら第1〜第3の圧電素子部31〜33がそれぞれ駆動回路5に電気的に接続されている。
The vibration means 3 includes flat plate-like first to third
ステータ2には、振動手段3に接する面とは反対側の面に凹部6が形成されており、この凹部6の開口端周縁部にはXY平面上に位置する環状の角部7が形成されている。この角部7には、ステータ2の凹部6の内径よりも大きい直径を有する略球体状のロータ8が回転自在に接触配置されている。
The
また、ステータ2の上面の上には、ロータ8の上方にアーチ状に架け渡される支持部材9が固定されている。支持部材9の天井部9aのほぼ中央には皿バネ10を介して、変形素子11が垂下支持されており、変形素子11の先端に予圧部材12が固定されている。予圧部材12は、凹状円錐面形状の予圧面13を有しており、この予圧面13がロータ8の+Z軸方向の最高点である頂部付近の表面に接触している。
皿バネ10は圧縮された状態で配置されており、この皿バネ10の付勢力により、変形素子11を介して予圧部材12の予圧面13がロータ8に押圧され、ロータ8に−Z軸方向の予圧力を付与している。これにより、ロータ8がステータ2に加圧されている。
A
The
なお、変形素子11は、第1〜第3の圧電素子部31〜33と同様に、駆動回路5に電気的に接続されている。
また、予圧部材12の予圧面13は、テフロン(登録商標)等の低摩擦材によりコーティングされている。
The
The
図2に示されるように、変形素子11は、電極板11a、圧電素子板11b、電極板11c、圧電素子板11d及び電極板11eが順次重ね合わされた構造を有している。このような変形素子11の両面にそれぞれ絶縁シート14及び15が配置され、変形素子11はこれら絶縁シート14及び15を介して皿バネ10及び予圧部材12から絶縁された状態で配置されている。また、図3に示されるように、圧電素子板11b及び11dは、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、これら圧電素子板11bと圧電素子板11dは互いに裏返しに配置されている。
As shown in FIG. 2, the
ここで、変形素子11の両面部分に配置されている電極板11a及び電極板11eがそれぞれ電気的に接地されると共に、一対の圧電素子板11b及び11dの間に配置されている電極板11cが駆動回路5に電気的に接続されている。
駆動回路5から変形素子11の電極板11cに対して、正の直流電圧を印加すると、圧電素子板11b及び11dがZ軸方向(厚み方向)に伸びる一方、負の直流電圧を印加すると、圧電素子板11b及び11dがZ軸方向(厚み方向)に縮むように構成されている。
Here, the
When a positive DC voltage is applied from the
また、図4に示されるように、振動手段3における第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、第3の圧電素子部33は、それぞれ円板形状を有する電極板33a、圧電素子板33b、電極板33c、圧電素子板33d及び電極板33eが順次重ね合わされた構造を有している。これらの圧電素子部31〜33が絶縁シート34〜37を介してステータ2及び基部1から、また互いに絶縁された状態で配置されている。
As shown in FIG. 4, the first
図5に示されるように、第1の圧電素子部31の一対の圧電素子板31b及び31dは、Y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31bと圧電素子板31dは互いに裏返しに配置されている。
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。
第3の圧電素子部33の一対の圧電素子板33b及び33d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33bと圧電素子板33dは互いに裏返しに配置されている。
As shown in FIG. 5, the pair of
The pair of
In the pair of
第1の圧電素子部31の両面部分に配置されている電極板31a及び電極板31eと、第2の圧電素子部32の両面部分に配置されている電極板32a及び電極板32eと、第3の圧電素子部33の両面部分に配置されている電極板33a及び電極板33eがそれぞれ電気的に接地されている。また、第1の圧電素子部31の一対の圧電素子板31b及び31dの間に配置されている電極板31cと、第2の圧電素子部32の一対の圧電素子板32b及び32dの間に配置されている電極板32cと、第3の圧電素子部33の一対の圧電素子板33b及び33dの間に配置されている電極板33cがそれぞれ駆動回路5に電気的に接続されている。
An
ここで、振動手段3に対して、第1の圧電素子部31の電極板31cにステータ2の固有振動数に近い周波数の交流電圧を印加すると、第1の圧電素子部31の一対の圧電素子板31b及び31dの2分割された部分がZ軸方向に膨張と収縮を交互に繰り返し、ステータ2にY軸方向のたわみ振動を発生する。同様に、第2の圧電素子部32の電極板32cに交流電圧を印加すると、第2の圧電素子部32の一対の圧電素子板32b及び32dがZ軸方向に膨張と収縮を繰り返し、ステータ2にZ軸方向の縦振動を発生する。さらに、第3の圧電素子部33の電極板33cに交流電圧を印加すると、第3の圧電素子部33の一対の圧電素子板33b及び33dの2分割された部分がZ軸方向に膨張と収縮を交互に繰り返し、ステータ2にX軸方向のたわみ振動を発生する。
Here, when an AC voltage having a frequency close to the natural frequency of the
そこで、例えば、駆動回路5から第1の圧電素子部31の電極板31cと第2の圧電素子部32の電極板32cとの双方に位相を90度シフトさせた交流電圧をそれぞれ印加すると、Y軸方向のたわみ振動とZ軸方向の縦振動とが組み合わされて、ロータ8と接触するステータ2の角部7にYZ面内の楕円振動が発生し、摩擦力を介してロータ8がX軸回りに回転する。
同様に、駆動回路5から第2の圧電素子部32の電極板32cと第3の圧電素子部33の電極板33cとの双方に位相を90度シフトさせた交流電圧をそれぞれ印加すると、X軸方向のたわみ振動とZ軸方向の縦振動とが組み合わされて、ロータ8と接触するステータ2の角部7にXZ面内の楕円振動が発生し、摩擦力を介してロータ8がY軸回りに回転する。
さらに、駆動回路5から第1の圧電素子部31の電極板31cと第3の圧電素子部33の電極板33cとの双方に位相を90度シフトさせた交流電圧をそれぞれ印加すると、X軸方向のたわみ振動とY軸方向のたわみ振動とが組み合わされて、ロータ8と接触するステータ2の角部7にXY面内の楕円振動が発生し、摩擦力を介してロータ8がZ軸回りに回転する。
Therefore, for example, when an AC voltage having a phase shifted by 90 degrees is applied from the
Similarly, when an AC voltage whose phase is shifted by 90 degrees is applied from the
Further, when an AC voltage having a phase shifted by 90 degrees is applied from the
そこで、振動手段3を駆動することにより、第1の圧電素子部31によるY軸方向のたわみ振動、第2の圧電素子部32によるZ軸方向の縦振動、及び第3の圧電素子部33によるX軸方向のたわみ振動のうち2つまたは3つ全てを組み合わせた複合振動を発生させて、ステータ2の角部7に楕円振動を形成することにより、ロータ8を3次元方向に自由に回転駆動することができるように構成されている。
Therefore, by driving the vibration means 3, the flexural vibration in the Y-axis direction by the first
次に、この実施の形態1に係る振動アクチュエータの作用について説明する。
振動手段3が駆動されない時には、図1に示されるように、駆動回路5から変形素子11の電極板11cに電圧が印加されることはなく、したがって、変形素子11の圧電素子板11b及び11dは本来の厚さのままであり、変形素子11は所定の厚さH0を有する。このとき、皿バネ10は所定の長さに圧縮された状態にあり、この皿バネ10の付勢力により、変形素子11を介して予圧部材12の予圧面13がロータ8に押圧され、ロータ8が予圧力F0でステータ2に加圧される。これにより、ロータ8とステータ2との間の高い保持力を確保することができ、この保持力によりステータ2に対するロータ8の回転が防止される。
Next, the operation of the vibration actuator according to the first embodiment will be described.
When the vibration means 3 is not driven, as shown in FIG. 1, no voltage is applied from the
一方、振動手段3を駆動する時には、図6に示されるように、変形素子11の電極板11cに所定の負の直流電圧が印加され、変形素子11の圧電素子板11b及び11dがZ軸方向(厚み方向)に縮むことにより、変形素子11は所定の厚さH0よりも小さい厚さH1になる。それに伴って、皿バネ10が所定の長さよりも伸びてその付勢力が小さくなり、ロータ8が予圧力F0よりも小さい予圧力F1でステータ2に加圧されることとなる。したがって、ロータ8の回転に伴ってロータ8とステータ2及びロータ8と予圧部材12のそれぞれの接触部分に生じる摩耗を低減することができ、長い寿命の振動アクチュエータを実現することができる。
On the other hand, when the vibration means 3 is driven, as shown in FIG. 6, a predetermined negative DC voltage is applied to the
したがって、高い保持力と長い寿命を併せ持つ振動アクチュエータを実現することができる。
また、駆動回路5から変形素子11に負電圧を印加して変形素子11を縮ませるだけで、ロータ8をステータ2に加圧するための予圧力を小さくすることができるため、皿バネ10を異なるバネ定数を有する別の皿バネに交換する等しなくても、容易に予圧力を変更することができる。
Therefore, it is possible to realize a vibration actuator having both a high holding force and a long life.
In addition, since the preload for pressing the
ここで、この実施の形態1の振動アクチュエータにおいて、変形素子11に印加する負電圧を変化させたときのロータ8のステータ2に対する予圧力を図7に示す。図7から、変形素子11に印加される負電圧の絶対値を大きくすると、これに伴って、ステータ2に対するロータ8の予圧力は小さくなることがわかる。すなわち、負電圧の絶対値が大きくなるにつれて、変形素子11の縮み量が大きくなり、これにより皿バネ10が伸びて予圧力が低下することとなる。したがって、変形素子11に印加する直流電圧の値を変更することにより変形素子11を伸縮させて予圧力を変更することが可能である。
Here, in the vibration actuator according to the first embodiment, FIG. 7 shows the preload applied to the
なお、変形素子11は、予圧部材12と皿バネ10との間に配置されていたが、その代わりに、支持部材9の天井部9aと皿バネ10との間に配置してもよい。この場合も、振動手段3の駆動時に変形素子11に所定の負電圧を印加して変形素子11を厚み方向に縮ませることにより、ステータ2に対するロータ8の予圧力を小さくすることができ、上述の実施の形態1と同様の効果が得られる。
In addition, although the deformation |
また、このように変形素子11を支持部材9の天井部9aと予圧部材12との間に配置する代わりに、図8に示されるように、支持部材9の下端部とステータ2との間に変形素子11を配置してもよい。ただし、この場合には、図9に示されるように、振動手段3の駆動時に変形素子11に所定の正の直流電圧を印加することによりこの変形素子11を所定の厚さH0よりも大きい厚さH2に伸ばし、これによりステータ2の上面から支持部材9の天井部9aまでの距離を長くして皿バネ10の付勢力を小さくすることで、ステータ2に対するロータ8の予圧力を小さくすることができる。
Further, instead of disposing the
なお、皿バネ10の付勢力により予圧部材12とステータ2との間に予圧力を付与する代わりに、この皿バネ10を省略すると共に支持部材9を弾性体から構成し、支持部材9の弾性により予圧部材12とステータ2との間に予圧力を付与してロータ8をステータ2に加圧することもできる。
Instead of applying a preload between the
実施の形態2.
上述の実施の形態1の振動アクチュエータでは、予圧部材12が支持部材9によりステータ2に対して支持されていたが、この実施の形態2では、図10に示されるように、環状の予圧部材21がコイル状の引っ張りバネからなる複数の支持部材22により基部23に対して支持されたものである。基部23は、ステータ2及び振動手段3よりも大きい径を有し、ステータ2及び振動手段3の外周面よりも側方に突出した部分を有する。この基部23の突出部分の上面に対して、支持部材22により予圧部材21が支持されている。支持部材22の付勢力により予圧部材21がロータ8に押圧され、ロータ8に−Z軸方向の予圧力を付与している。これによりロータ8がステータ2に加圧されている。
In the vibration actuator of the first embodiment described above, the
また、この実施の形態2に係る振動アクチュエータは、振動手段3の第1〜第3の圧電素子部31〜33に重ね合わせて配置される変形素子24を有しており、連結ボルト4はこれら振動手段3及び変形素子24内に通されて基部23とステータ2との間を連結している。なお、変形素子24は、第1〜第3の圧電素子部31〜33と同様に、駆動回路5に電気的に接続されている。
Further, the vibration actuator according to the second embodiment has a
図11に示されるように、変形素子24は、電極板24a、圧電素子板24b、電極板24c、圧電素子板24d及び電極板24eが順次重ね合わされた構造を有すると共に、第3の圧電素子部33と基部23との間に配置されており、絶縁シート37を介して第3の圧電素子部33から、また絶縁シート25を介して基部23から絶縁されている。
As shown in FIG. 11, the
なお、変形素子24は、その中央部に連結ボルト4を通すための貫通孔が形成されること以外は、上述の実施の形態1における変形素子11と同様の構成を有し、電極板24a及び24c及び24eが変形素子11の電極板11a及び11c及び11eに相当し、圧電素子板24b及び24dが変形素子11の圧電素子板11b及び11dに相当している。すなわち、駆動回路5から変形素子24の電極板24cに対して、正の直流電圧を印加すると、圧電素子板24b及び24dがZ軸方向(厚み方向)に伸びる一方、負の直流電圧を印加すると、圧電素子板24b及び24dがZ軸方向(厚み方向)に縮むように構成されている。
The
振動手段3が駆動されない時には、図10に示されるように、変形素子24の電極板24cに電圧が印加されることはなく、したがって変形素子24の圧電素子板24b及び24dは本来の厚さのままであり、変形素子24は所定の厚さH3を有する。このとき、支持部材22の付勢力により予圧部材21がロータ8をステータ2に向かって押圧し、これによりロータ8がステータ2に加圧されている。
When the vibration means 3 is not driven, as shown in FIG. 10, no voltage is applied to the
一方、振動手段3の駆動時には、図12に示されるように、駆動回路5から変形素子24の電極板24cに所定の負の直流電圧が印加され、変形素子24の圧電素子板24b及び24dがZ軸方向(厚み方向)に縮むことにより、変形素子24は所定の厚さH3よりも小さい厚さH4になる。これにより、基部23の上面からロータ8までの高さが小さくなって、支持部材22の付勢力が小さくなり、ステータ2にロータ8を加圧する予圧力が小さくなる。
On the other hand, when the vibration means 3 is driven, as shown in FIG. 12, a predetermined negative DC voltage is applied from the
したがって、上述の実施の形態1と同様に、高い保持力を確保しながらも長い寿命を有する振動アクチュエータを実現することができる。 Therefore, similarly to the above-described first embodiment, it is possible to realize a vibration actuator having a long life while ensuring a high holding force.
なお、変形素子24は第3の圧電素子部33と基部23との間の界面に変形素子24が配置されていたが、これに限定されるものではなく、ステータ2と振動手段3の第3の圧電素子部33の間に存在する複数の界面のいずれかに変形素子24を配置してもよい。この場合も、振動手段3の駆動時に変形素子24に所定の負電圧を印加して変形素子24を厚み方向に縮ませることで、ステータ2に対するロータ8の予圧力を小さくすることができる。
Note that the
また、このように変形素子24を基部23とステータ2との間に配置する代わりに、図13に示されるように、基部23と各支持部材22の下端部との間に変形素子24を配置してもよい。ただし、この場合には、図14に示されるように、振動手段3の駆動時に変形素子24に所定の正の直流電圧を印加してこの変形素子24を所定の厚さH3よりも大きい厚さH5に伸ばし、これにより支持部材22の付勢力を小さくすることで、ステータ2に対するロータ8の予圧力を小さくすることができる。
Further, instead of disposing the
また、図15に示されるように、予圧部材21と各支持部材22の上端部との間に変形素子24を配置してもよく、この場合も、振動手段3の駆動時に変形素子24に所定の正電圧を印加してこの変形素子24を厚み方向に伸ばすことで、ステータ2に対するロータ8の予圧力を小さくすることができる。
Further, as shown in FIG. 15, a
なお、上述の実施の形態1及び2において、支持部材9及び22の長さ方向の途中に変形素子11及び24を配置することもできる。
In the first and second embodiments described above, the
実施の形態3.
次に図16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を説明する。この実施の形態3は、上述の実施の形態2における振動手段3の第1〜第3の圧電素子部31〜33のうち第2の圧電素子部32を省略し、変形素子24をZ軸方向の縦振動を生じる圧電素子部としても兼用するものである。すなわち、ここでは、X軸方向のたわみ振動を生じる第1の圧電素子部31と、Y軸方向のたわみ振動を生じる第3の圧電素子部33と、Z軸方向の縦振動を生じる圧電素子部としての変形素子24とにより、振動手段26が構成されている。この振動手段26の駆動時には、駆動回路5から第1及び第3の圧電素子部31及び33と変形素子24のうち少なくとも2つに交流電圧が印加されて駆動されることにより、ロータ8と接触するステータ2の角部7に楕円運動が発生してロータ8をX、Y、Zの3軸の回りに任意に回転することができるように構成されている。
Next, a vibration actuator according to
このような構成を有する振動アクチュエータにおいて、振動手段26が駆動されない時には、図16に示されるように、変形素子24の電極板24cに電圧が印加されることはなく、したがって変形素子24の圧電素子板24b及び24dは本来の厚さのままであり、変形素子24は所定の厚さH3を有する。したがって、支持部材22の付勢力により、予圧部材21がロータ8をステータ2に向かって押圧し、これによりロータ8がステータ2に加圧されている。
In the vibration actuator having such a configuration, when the vibration means 26 is not driven, no voltage is applied to the
一方、振動手段26の駆動時には、図17に示されるように、駆動回路5から第1及び第3の圧電素子部31及び33と変形素子24のうち少なくとも2つに交流電圧が印加されて駆動されることによりロータ8が回転駆動されるが、ここで駆動回路5から変形素子24に印加される交流電圧は所定の電圧値だけマイナス方向にオフセットされており、これにより変形素子24は、所定の厚さH3よりも小さい厚さH4に縮んだ状態からZ軸方向に膨張と収縮を繰り返してZ軸方向の縦振動を生じることとなる。なお、変形素子24に交流電圧が印加されないときにも、駆動回路5から変形素子24に所定の負の直流電圧が印加されて、変形素子24は厚さH4に縮んだ状態にされる。
すなわち、振動手段26の駆動時には、変形素子24の縮みにより基部23の上面からロータ8までの高さが小さくなり、これにより支持部材22の付勢力が小さくなることでステータ2に対するロータ8の予圧力が小さくなる。
On the other hand, when the vibration means 26 is driven, an AC voltage is applied from the
That is, when the
したがって、上述の実施の形態2と同様に、高い保持力を確保しながらも長い寿命を有する振動アクチュエータを実現することができる。
加えて、この実施の形態3では、変形素子24がZ軸方向の縦振動を生じる圧電素子部として兼用されるため、Z軸方向の縦振動を生じる専用の圧電素子部を設ける必要がなく、これにより単純な構造の振動アクチュエータを実現することができる。
Therefore, similarly to the above-described second embodiment, it is possible to realize a vibration actuator having a long life while ensuring a high holding force.
In addition, in the third embodiment, since the
なお、上述の実施の形態1〜3では、振動手段3及び26の駆動時にだけ変形素子11及び24に負の直流電圧を印加して変形素子11及び24を縮ませることにより駆動時の予圧力を小さくしていたが、その代わりに、振動手段3及び26の駆動時には変形素子11及び24に電圧を印加せずに、振動手段3及び26の駆動停止時にだけ変形素子11及び24に正の直流電圧を印加して変形素子11及び24を伸ばすことにより駆動停止時の予圧力を大きくするようにしても、高い保持力を確保しながら長い寿命を有する振動アクチュエータを実現することができる。
In the first to third embodiments described above, the pre-pressure during driving is reduced by applying a negative DC voltage to the
また、上述の実施の形態1〜3において、振動手段3及び26の駆動時に、変形素子11及び24に正の直流電圧を印加して変形素子11及び24を伸ばすことにより、予圧力を大きくして高い駆動力を得ることもできる。
また、振動手段3及び26の駆動停止時に変形素子11及び24に負の直流電圧を印加して変形素子11及び24を縮ませることにより、予圧力を小さくして保持力を低下させることもできる。
In the first to third embodiments, the preload is increased by applying a positive DC voltage to the
Further, when the driving of the vibration means 3 and 26 is stopped, a negative DC voltage is applied to the
また、実施の形態1における皿バネ10、及び実施の形態2及び3における支持部材22を構成するコイル状の引っ張りバネの代わりに、その他各種の弾性体を用いることができる。
高い弾性率を有する弾性体を使用することにより、変形素子11及び24に直流電圧を印加して伸縮させた際の予圧力の変化量を大きくすることができる。
Moreover, various other elastic bodies can be used in place of the
By using an elastic body having a high elastic modulus, it is possible to increase the amount of change in the preload when a DC voltage is applied to the
また、実施の形態1では、皿バネ10及び支持部材9を含む予圧手段によりロータ8に予圧をかけ、実施の形態2及び3では、支持部材22を含む予圧手段によりロータ8に予圧をかけていたが、この発明は、それらに限定されるものではなく、ステータと予圧部材との間に予圧力を付与してロータをステータに加圧することが可能な各種の予圧手段を用いることができる。この場合も、予圧手段が変形素子を含み、変形素子を伸縮させることで予圧力を変化させるように構成することにより、予圧力を容易に変更することができる。
In the first embodiment, the
なお、実施の形態1〜3において、変形素子11及び24は一対の圧電素子板11b及び11dを有していたが、1枚、あるいは3枚以上の圧電素子板を有してもよい。特に、変形素子が多数の圧電素子板を有するように構成すれば、変形素子に直流電圧を印加した際の伸縮量が大きくなり、予圧力の変化量を大きくすることができる。このとき、例えば、薄い圧電素子板を用いることで変形素子全体の厚さは変えないように構成することができる。
また、板状の圧電素子ではなく、各種形状の圧電素子を用いることもできる。
圧電素子の代わりに、熱変形素子等の各種の変形素子を用いることもできる。
In the first to third embodiments, the
In addition, various types of piezoelectric elements can be used instead of the plate-shaped piezoelectric elements.
Various deformation elements such as a heat deformation element can be used instead of the piezoelectric element.
また、上記の各実施の形態において、ステ―タ2とロータ8との接触は角部7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、ステータ2とロータ8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。
Further, in each of the above-described embodiments, the contact between the
Further, in each of the above embodiments, the elliptical motion is generated at the contact portion between the
なお、実施の形態1〜3では、ロータ8が略球体状であり、振動手段3及び26によりステータ2を振動させてロータ8を複数の軸回りに回転させる多自由度の振動アクチュエータについて説明したが、この発明はこれに限定されるものではなく、ロータを単一の軸の回りに回転させる1自由度の振動アクチュエータにも適用することができる。
In the first to third embodiments, the multi-degree-of-freedom vibration actuator has been described in which the
1,23 基部、2 ステータ、3 振動手段、4 連結ボルト、5 駆動回路、6 凹部、7 角部、8 ロータ、9,22 支持部材、9a 天井部、10 皿バネ、11,24 変形素子、11a,11c,11e,24a,24c,24e,31a,31c,31e,32a,32c,32e,33a,33c,33e 電極板、11b,11d,31b,31d,32b,32d,33b,33d 圧電素子板、12,21 予圧部材、13 予圧面、14,15,25,34〜37 絶縁シート、31 第1の圧電素子部、32 第2の圧電素子部、33 第3の圧電素子部。 1, 23 base, 2 stator, 3 vibration means, 4 connecting bolt, 5 drive circuit, 6 recess, 7 corner, 8 rotor, 9, 22 support member, 9a ceiling, 10 disc spring, 11, 24 deformation element, 11a, 11c, 11e, 24a, 24c, 24e, 31a, 31c, 31e, 32a, 32c, 32e, 33a, 33c, 33e Electrode plate, 11b, 11d, 31b, 31d, 32b, 32d, 33b, 33d Piezoelectric element plate , 12, 21 Preload member, 13 Preload surface, 14, 15, 25, 34 to 37 Insulating sheet, 31 First piezoelectric element section, 32 Second piezoelectric element section, 33 Third piezoelectric element section.
Claims (8)
予圧部材と、
前記ステータと前記予圧部材とに挟持されるロータと、
前記ステータと前記予圧部材との間に予圧力を付与して前記ロータを前記ステータに加圧する予圧手段と、
前記ステータに超音波振動を発生させることにより前記ロータを回転させる振動手段と
を備え、前記予圧手段は変形素子を含み、前記変形素子を変形させることにより前記予圧力を変化させることを特徴とする振動アクチュエータ。 A stator,
A preload member;
A rotor sandwiched between the stator and the preload member;
Preload means for applying a preload between the stator and the preload member to pressurize the rotor against the stator;
Vibration means for rotating the rotor by generating ultrasonic vibration in the stator, the preload means includes a deformation element, and the preload is changed by deforming the deformation element. Vibration actuator.
前記予圧手段は、前記基部に対して前記予圧部材を支持する支持部材を含む請求項2に記載の振動アクチュエータ。 A base for supporting the vibration means;
The vibration actuator according to claim 2, wherein the preload means includes a support member that supports the preload member with respect to the base.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007072888A JP2008236908A (en) | 2007-03-20 | 2007-03-20 | Vibration actuator |
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-
2007
- 2007-03-20 JP JP2007072888A patent/JP2008236908A/en active Pending
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