(57)【要約】【課題】ロータの皿バネ部分の振動を抑制する。【解決手段】圧電モータ１００は、弾性体１３３と、弾性体に貼り付けられた圧電素子１３２及び摺動材１１４とを有しているステータ１１１と、摺動材と当接する基体部分１２２と皿バネ部分１２３とを有する環状部材１２０と、環状部材が固定される固定部１２５とを有するロータ１２１と、ロータと共に回転するシャフト１３５とを備え、環状部材の皿バネ部分は、シャフトに固定された固定部に固定されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
弾性体と、前記弾性体に貼り付けられた圧電素子及び摺動材とを有しているステータと、
前記摺動材と当接する基体部分と皿バネ部分とを有する環状部材と、前記環状部材が固定される固定部とを有するロータと、
前記ロータと共に回転するシャフトとを備え、
前記環状部材の前記皿バネ部分は、前記シャフトに固定された前記固定部に固定されている、圧電モータ。
【請求項２】
前記固定部は、前記皿バネ部分よりも前記シャフトに近い位置において、前記シャフトに固定されている、請求項１に記載の圧電モータ。
【請求項３】
前記固定部の剛性は、前記環状部材の剛性よりも低い、請求項１又は２に記載の圧電モータ。
【請求項４】
前記固定部は、前記シャフトの回転軸を中心とする環状溝を有している、請求項１から３のいずれか一項に記載の圧電モータ。
【請求項５】
前記固定部は、金属からなる、請求項１から４のいずれか一項に記載の圧電モータ。
【請求項６】
前記固定部を前記シャフトに固定するときのねじ止め方向は、前記皿バネ部分を前記固定部に固定するときのねじ止め方向と同一方向である、請求項１から５のいずれか一項に記載の圧電モータ。
【請求項７】
前記摺動材は、強化繊維を含む架橋フッ素樹脂からなる、請求項１から６のいずれか一項に記載の圧電モータ。
【請求項８】
前記ステータは、前記弾性体とは別の弾性体と、前記圧電素子とは別の圧電素子と、前記摺動材とは別の摺動材とをさらに有しており、
前記ロータは、前記基体部分とは別の基体部分と、前記皿バネ部分とは別の皿バネ部分とを含む別の環状部材をさらに有している、請求項１から７のいずれか一項に記載の圧電モータ。
【請求項９】
前記皿バネ部分は、前記固定部の一方側に固定されており、
前記別の皿バネ部分は、前記固定部の他方側に固定されている、請求項８に記載の圧電モータ。
【請求項１０】
前記ロータは、前記固定部とは別の固定部をさらに有しており、
前記別の皿バネ部分は、前記別の固定部に固定されている、請求項８に記載の圧電モータ。
【請求項１１】
弾性体と、前記弾性体に貼り付けられた圧電素子及び摺動材とを有しているステータと、
前記摺動材と当接する基体部分と、皿バネ部分とを有するロータと、
前記ロータと共に回転するシャフトとを備え、
前記ロータには、前記皿バネ部分と前記シャフトとの間に環状溝が形成されている、圧電モータ。
【請求項１２】
前記環状溝の底に対応する部分は、前記皿バネ部分の薄肉部よりも厚い、請求項１１に記載の圧電モータ。
【請求項１３】
薬液を注入するための注入機器であって、
請求項１から１２のいずれか一項に記載の圧電モータと、
前記圧電モータによって駆動される駆動機構と、
前記圧電モータを制御する制御装置とを備える、注入機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電モータ、及び圧電モータを備える注入機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１の図３及び図４には、圧電素子を利用して駆動力を生じさせる圧電モータ（例えば、超音波モータ）が記載されている。この圧電モータは、ベースに固定されたステータと、シャフトのつばに固定されたロータとを備えている。そして、ステータは、順に配置された、圧電素子、弾性体及び摺動材を有している。また、ロータは、皿バネ部分と、ステータの摺動体に接触する基体部分とを有している。この皿バネ部分は、ロータをステータに対して付勢するためのスプリングとして機能すると共に、基体部分からロータの中心まで延在している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−００５７１２号公報
【０００４】
ステータの圧電素子に高周波電圧が印可されると、圧電素子の伸縮によって弾性体にたわみ振動が生じ、円周方向に進行波が発生する。ロータは、摺動材を介して弾性体と接触しているので、進行波が発生すると進行波とは反対の方向に回転する。この回転に伴い、シャフトがロータと同じ方向に回転する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ロータの基体部分は、弾性体のたわみによって一方向に移動した後に、皿バネ部分の付勢力によって反対方向に移動する。そのため、基体部分と一体的に形成されている皿バネ部分には、基体部分の往復運動に起因する振動が生じることがある。そして、皿バネ部分の振動が継続する場合には、異音が生じる原因となる。さらに、振動によって皿バネ部分が損傷する可能性があるため、圧電モータの寿命が短くなってしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明の一例としての圧電モータは、弾性体と、前記弾性体に貼り付けられた圧電素子及び摺動材とを有しているステータと、前記摺動材と当接する基体部分と皿バネ部分とを有する環状部材と、前記環状部材が固定される固定部とを有するロータと、前記ロータと共に回転するシャフトとを備え、前記環状部材の前記皿バネ部分は、前記シャフトに固定された前記固定部に固定されていることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の他の例としての注入機器は、薬液を注入するための注入機器であって、上記圧電モータと、前記圧電モータによって駆動される駆動機構と、前記圧電モータを制御する制御装置とを備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明のさらなる特徴は、添付図面を参照して例示的に示した以下の実施例の説明から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る圧電モータの概略斜視図である。
【図２】圧電モータの概略断面図である。
【図３】摺動材の概略斜視図である。
【図４】圧電モータのロータの概略斜視図である。
【図５】注入機器の概略ブロック図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る圧電モータの概略斜視図である。
【図７】圧電モータの概略断面図である。
【図８】圧電モータのロータの概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を実施するための例示的な実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。ただし、以下の実施形態において説明する寸法、材料、形状及び構成要素の相対的な位置は任意に設定でき、本発明が適用される装置の構成又は様々な条件に応じて変更できる。また、特別な記載がない限り、本発明の範囲は、以下に具体的に記載された実施形態に限定されるものではない。
【００１１】
［第１実施形態］
図１から図４を用いて第１実施形態の圧電モータ１００について説明する。図１は、第１実施形態の圧電モータ１００の斜視図であり、ケース１３４側から見た外観を示している。図２は、シャフト１３５の長手方向に沿った概略断面図であり、シャフト１３５の回転軸を通る断面を示している。図３は、摺動材１１４の概略斜視図である。図４は、圧電モータ１００のロータ１２１の概略斜視図である。
【００１２】
図１に示すように、圧電モータ１００は、ベース１４１と、ベース１４１にねじ止めされているケース１３４を備えている。さらに、圧電モータ１００は、ベース１４１及びケース１３４を貫通してベース１４１及びケース１３４から突出するシャフト１３５を備えている。また、略板状のベース１４１の側面には、外部と接続するためのコネクタ１４４が、端子支持板を介して取り付けられている。
【００１３】
続いて図２に示すように、圧電モータ１００は、シャフト１３５の回転軸を中心に略回転対称の構成を備えている。この圧電モータ１００は、ベース１４１に固定されたステータ１１１と、ステータ１１１に対向するロータ１２１とを備えている。そして、ステータ１１１及びロータ１２１は、ケース１３４内の略円柱状のスペースに格納されている。このステータ１１１は、弾性体１１３と、弾性体１１３に貼り付けられた圧電素子１１２及び摺動材１１４とを有している。また、ロータ１２１は、摺動材１１４と当接する基体部分１２２と、当該基体部分１２２と一体的に形成されている皿バネ部分１２３とを有している環状部材１２０を備えている。また、シャフト１３５は、それぞれ略リング状のステータ１１１及びロータ１２１を貫通しており、ステータ１１１とロータ１２１はシャフト１３５の回転軸と同軸である。
【００１４】
また、圧電モータ１００は、圧電素子１１２と電気的に接続されているフレキシブル基板１１５を備えている。このフレキシブル基板１１５は、コネクタ１４４と電気的に接続されている。そして、圧電素子１１２には、コネクタ１４４及びフレキシブル基板１１５を介して、外部電源から高周波電圧が印可される。高周波電圧が印可されると、圧電素子１１２の伸縮によって弾性体１１３にたわみ振動が生じ、円周方向に進行波が発生する。この進行波の各頂点において、ロータ１２１は、摺動材１１４を介して弾性体１１３と接触している。そして、各頂点は楕円運動しており、当該楕円運動の軌跡は、進行波の進む方向とは逆方向である。そのため、ロータ１２１は、進行波とは反対の方向に回転する。
【００１５】
ベース１４１からロータ１２１に向かって、ピエゾ素子等の圧電素子１１２と、圧電素子１１２が貼り付けられた弾性体１１３と、弾性体１１３に貼り付けられた摺動材１１４とが、この順に配置されている。この摺動材１１４は、基体部分１２２を強く押し付けても変形を抑制できるように構成してもよい。一例として、摺動材１１４は、強化繊維を含む架橋フッ素樹脂により形成できる。フッ素樹脂としては、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、又はＦＥＰを用いることができ、２種以上のフッ素樹脂を用いることもできる。また強化繊維としては、例えば炭素繊維、ガラス繊維、金属繊維、炭化ケイ素繊維、窒化ケイ素繊維、アラミド繊維、アルミナ繊維、ポリアミド繊維、ポリエチレン繊維、ポリエステル繊維、セラミック繊維、ＰＴＦＥ繊維、又はボロン繊維を用いることができる。強化繊維を含む架橋フッ素樹脂を用いることによって、ロータ１２１の基体部分１２２が摺動材１１４に押し付けられた際に、強化繊維が摺動材１１４の変形を抑制する。これにより、ロータ１２１がステータ１１１に押し付けられる際の押し付け力（両者の間の摩擦力）をより強くして、圧電モータ１００を高トルク化することができる。
【００１６】
また、摺動材１１４は、架橋フッ素樹脂（上記強化繊維を含む架橋フッ素樹脂を含む）として、ＪＩＳＫ７２１８Ａ法（リング対ディスク）に準拠した滑り摩耗試験によって測定した場合の比摩耗量が、１×１０−６ｍｍ３／Ｎ・Ｍ未満である架橋フッ素樹脂によって形成できる。より望ましくは、摺動材１１４は、比摩耗量が、１×１０−７ｍｍ３／Ｎ・Ｍ未満である架橋フッ素樹脂によって形成できる。ここで、試験条件は、相手材：算術平均粗さ（Ｒａ）が０．２μｍのＡＤＣ１２、速度：１２８ｍ／ｍｉｎ、時間：５０時間、荷重：０．４ＭＰａである。比較例として、未架橋のＰＴＦＥを同条件で測定した場合の比摩耗量は、１×１０−３ｍｍ３／Ｎ・Ｍであった。この架橋フッ素樹脂を用いることにより、耐摩耗性を向上させて、摺動材１１４の寿命、ひいては圧電モータ１００の寿命を長くできる。また、弾性体１１３は、複数の櫛歯を備えている。そして、当該櫛歯同士の間には、弾性体１１３の中心から弾性体１１３の外周に向かって放射状に延在する矩形状の溝が形成されている。一例として、弾性体１１３は、鉄、鋼、ジュラルミン、銅合金及びチタン合金等の金属によって形成できる。
【００１７】
図３に示すように、摺動材１１４は、略半円形の外形を有する第１摺動部分１１４Ａ及び第２摺動部分１１４Ｂを備えている。そして、第１摺動部分１１４Ａ及び第２摺動部分１１４Ｂのそれぞれは、スリットを挟んで対向する複数の摺動片１１４Ｃと、複数の摺動片１１４Ｃを連結するブリッジ１１４Ｄとを備えている。また、第１摺動部分１１４Ａ及び第２摺動部分１１４Ｂは、図３中点線で示す分割ラインＤを境に分割されている。代替的に、分割せずに略円形の外形を有するような摺動材１１４を形成し、当該摺動材１１４が複数の摺動片１１４Ｃとブリッジ１１４Ｄとを有するように構成してもよい。また、摺動材１１４を３つ以上に分割して、略円弧状の外形を有するような複数の摺動部分を形成してもよい。
【００１８】
複数の摺動片１１４Ｃは、摺動材１１４の内側の縁部であるブリッジ１１４Ｄによって連結されている。そして、第１摺動部分１１４Ａ及び第２摺動部分１１４Ｂのブリッジ１１４Ｄの位置を合わせることにより、２つのブリッジ１１４Ｄが略リング状に配置されている。また、図２に示すように、ブリッジ１１４Ｄは、基体部分１２２と接触しない位置に設定されている。そのため、ブリッジ１１４Ｄにスリットが形成されていなくとも、摺動材１１４の楕円運動に与える影響を少なくすることができる。代替的に、ブリッジ１１４Ｄは、摺動材１１４の外側の縁部に形成してもよい。さらに、ブリッジ１１４Ｄは、摺動材１１４の外側の縁部及び内側の縁部の両方に形成してもよい。この場合、摺動材１１４には、略矩形状の外形を有するスリットが形成される。
【００１９】
一例として、摺動材１１４の貼り付けは、以下のように行うことができる。まず、摺動材１１４のシート状の母材を準備する。次に、第１摺動部分１１４Ａ及び第２摺動部分１１４Ｂとなる複数の部分を、それぞれが略半円形の外形を有するように母材から切り抜く。そして、弾性体１１３の複数の櫛歯上に複数の摺動片１１４Ｃがそれぞれ位置するように、第１摺動部分１１４Ａ及び第２摺動部分１１４Ｂを位置合わせして、摺動材１１４を弾性体１１３に接着剤によって貼り付ける。このとき、ブリッジ１１４Ｄによって複数の摺動片１１４Ｃが連結されているため、貼り付けの作業性が向上する。
【００２０】
その後、接着剤によって圧電素子１１２を弾性体１１３に貼り付け、さらに接着剤によって圧電素子１１２にフレキシブル基板１１５を貼り付ける。そして、弾性体１１３をベース１４１にねじ止めする。代替的に、圧電素子１１２を弾性体１１３に貼り付けた後に、摺動材１１４の貼り付けを行ってもよい。ここで、摺動材１１４には貼り付け前にスリットが形成されている。そのため、貼り付け後に、基体部分１２２と接触する部分の周辺にスリットを形成することによって摺動材１１４の表面が歪んでしまうことを抑制できる。ただし、弾性体１１３の櫛歯同士の間の溝に対応する位置においてブリッジ１１４Ｄが分割されるように、摺動材１１４の貼り付け後にプレス加工を施してもよい。この場合、基体部分１２２と接触する部分にはスリットを形成する必要がないので、当該部分において摺動材１１４の表面が歪むことは防止される。
【００２１】
図２に戻り、シャフト１３５は、ロータ１２１の回転に伴い、ロータ１２１と同じ方向に回転する。また、ベース１４１にはシャフト１３５が貫通する穴が形成されており、この穴にはブッシュ１３７が圧入により取り付けられている。代替的に、このブッシュ１３７に代えてベアリングを用いてもよい。さらに、ケース１３４にもシャフト１３５が貫通する穴が形成されており、この穴に対応する位置にはベアリング１３８が取り付けられている。シャフト１３５は、ブッシュ１３７及びベアリング１３８をそれぞれ貫通している。
【００２２】
ステータ１１１は、複数のステータネジ１１６によってベース１４１に固定されている。具体的に、弾性体１１３のシャフト１３５側の縁部は、不図示のネジ穴を有している。また、ベース１４１は、弾性体１１３のネジ穴に対応するネジ穴を有している。そして、ステータネジ１１６が両ネジ穴と螺合することにより、ステータ１１１がベース１４１に固定されている。
【００２３】
ロータ１２１は、環状部材１２０の皿バネ部分１２３が固定される固定部の一例として、シャフト１３５に固定されるスタビライザー１２５を有している。図４に示すように、この環状部材１２０の中央には穴が形成されており、環状部材１２０とスタビライザー１２５とは別体である。そして、ロータ１２１は、複数の第１ロータネジ１２４と、スタビライザー１２５と、複数の第２ロータネジ１２６とを介して、シャフト１３５のフランジ１３６に固定されている。そして、環状部材１２０の皿バネ部分１２３のシャフト１３５側に位置する内縁部１２７は、ネジ穴を有している。また、スタビライザー１２５の外縁部は、当該ネジ穴に対応するネジ穴を有している。そして、第１ロータネジ１２４（図２）が両ネジ穴と螺合することにより、皿バネ部分１２３がスタビライザー１２５に固定されている。
【００２４】
皿バネ部分１２３は、ロータ１２１をステータ１１１に対して付勢するためのスプリングとして機能する。これにより、基体部分１２２が、ステータ１１１の摺動材１１４に押し付けられている。すなわち、皿バネ部分１２３が基体部分１２２をステータ１１１に対して付勢することにより、ロータ１２１が摺動材１１４に密着する。皿バネ部分１２３がスプリングとして機能することにより、圧電モータ１００のサイズを小さくすることができる。
【００２５】
また、図２に示すように、皿バネ部分１２３は、圧電モータ１００の半径方向において、基体部分１２２とスタビライザー１２５との間に設けられている。換言すると、スタビライザー１２５は、皿バネ部分１２３よりもシャフト１３５に近い位置において、シャフト１３５に固定されている。具体的に、スタビライザー１２５の内縁部及びシャフト１３５のフランジ１３６には、それぞれ対応するネジ穴が形成されている。そして、第２ロータネジ１２６が両ネジ穴と螺合することにより、スタビライザー１２５がフランジ１３６に固定されている。
【００２６】
このスタビライザー１２５は、皿バネ部分１２３の湾曲した薄肉部よりも厚く形成されている。すなわち、シャフト１３５の回転軸方向において、スタビライザー１２５は、皿バネ部分１２３の薄肉部よりも厚い。そして、スタビライザー１２５は、皿バネ部分１２３の振動が伝搬するように構成されている。これにより、皿バネ部分１２３の振動を抑制し、異音を低減することができる。また、振動を抑制する結果、圧電モータ１００の寿命をより長くすることができる。なお、スタビライザー１２５は厚いため、皿バネ部分１２３から振動が伝搬しても損傷する可能性は低い。また、スタビライザー１２５は、環状部材１２０よりも質量が大きくなるように形成してもよい。なお、スタビライザー１２５には、アルマイト処理、又はアニール処理を施してもよい。
【００２７】
さらに、スタビライザー１２５によって、皿バネ部分１２３の内縁部１２７から皿バネ部分１２３の外縁部１２８までの距離をより短くできる。換言すると、ロータ１２１の半径方向における皿バネ部分１２３の長さを、従来よりも短くできる。これにより、損傷しやすい薄肉部を短くできるため、皿バネ部分１２３が損傷する可能性を減少させることができる。その結果、圧電モータ１００の寿命をより長くすることができる。また、より強い力でロータ１２１をステータ１１１に押し付けても損傷しないため、圧電モータ１００を高トルク化することができる。さらに、高精度の加工を要する薄肉部を短くできるため、皿バネ部分１２３の製造コストを削減することもできる。また、皿バネ部分１２３の変形量を低く抑えて、圧電モータ１００を高トルク化することができる。また、スタビライザー１２５より外側に位置する環状部材１２０の質量が低くなる結果、ロータ１２１の慣性モーメントを下げることができる。そのため、圧電モータ１００の応答性を向上させることができる。
【００２８】
ここで、皿バネ部分１２３は、第１ロータネジ１２４によって、スタビライザー１２５にねじ止めされている。そして、スタビライザー１２５は、第２ロータネジ１２６によって、シャフト１３５のフランジ１３６にねじ止めされている。ねじ止めにより、皿バネ部分１２３をスタビライザー１２５に強固に固定できると共に、スタビライザー１２５をシャフト１３５に強固に固定できる。
【００２９】
図２における第２ロータネジ１２６のねじ止め方向は、第１ロータネジ１２４のねじ止め方向とは反対方向である。すなわち、第１ロータネジ１２４は、ケース１３４側からベース１４１側に向かってねじ込まれている。これに対して、第２ロータネジ１２６は、ベース１４１側からケース１３４側に向かってねじ込まれている。一例として、まず一方向から螺入される第１ロータネジ１２４によって、ロータ１２１をスタビライザー１２５に取り付けられる。次に、反対方向から螺入される第２ロータネジ１２６によって、スタビライザー１２５をシャフト１３５に取り付ける。
【００３０】
ただし、スタビライザー１２５をシャフト１３５に固定するときのねじ止め方向は、皿バネ部分１２３をスタビライザー１２５に固定するときのねじ止め方向と同一方向であってもよい。すなわち、第２ロータネジ１２６をケース１３４側からベース１４１側に向かってねじ込めるように、スタビライザー１２５及びフランジ１３６にネジ穴を形成してもよい。第２ロータネジ１２６及び第１ロータネジ１２４を同一方向にねじ込むことにより、両ネジによる締め付け方向が一致する。そのため、ロータ１２１をシャフト１３５により強固に固定できる。
【００３１】
ここで、スタビライザー１２５は、金属製であってもよい。一例として、スタビライザー１２５は、５０００系アルミニウム合金（例えばＡ５０５２）によって形成できる。これにより、ケース１３４をベース１４１に取り付ける際に、スタビライザー１２５の変形量を低く抑えることができる。そのため、ロータ１２１がステータ１１１に押し付けられる際の押し付け力（両者の間の摩擦力）をより強くして、圧電モータ１００を高トルク化することができる。さらに、両者の間の押し付け力がばらつくことも抑制できる。すなわち、ケース１３４を取り付ける際に、スタビライザー１２５は、ベース１４１（ステータ１１１）側に押し付けられる。これにより、ロータ１２１がステータ１１１に押し付けられるが、その際にスタビライザー１２５の大きな変形に起因して、押し付け力がばらつくことを抑制できる。なお、環状部材１２０は、一例として、７０００系アルミニウム合金（例えばＡ７０７５）によって形成できる。
【００３２】
また、スタビライザー１２５は、環状部材１２０よりも低剛性となるように（縦弾性係数が低くなるように）構成してもよい。これにより、スタビライザー１２５が振動を吸収することによって、皿バネ部分１２３の振動をより抑制することができる。そのために、スタビライザー１２５は、図４に点線で示したシャフト１３５の回転軸Ｒを中心とする環状溝１２９を有している。この環状溝１２９は、断面略Ｕ字状の形状を有しており、環状溝１２９の底はスタビライザー１２５の他の部分よりも薄い。この環状溝１２９により、スタビライザー１２５の剛性をより低くできる。その結果、皿バネ部分１２３の振動をより抑制することができる。このようにスタビライザー１２５を低剛性に構成することにより、ロータ１２１をステータ１１１に押し付ける際にスタビライザー１２５がわずかに変形する。その結果、ロータ１２１をステータ１１１に押し付ける力を均等に分散させることができる。なお、スタビライザー１２５は、環状部材１２０と同じ剛性、または環状部材１２０よりも高剛性となるように構成してもよい。ただし、低剛性となるように構成することにより、皿バネ部分１２３の振動をより抑制することができる。なお、図４においては、環状溝１２９が１つであるが、２つ以上の環状溝１２９を形成してもよい。
【００３３】
また、略リング状のスタビライザー１２５の半径方向における幅は、同じく略リング状の皿バネ部分１２３の半径方向における幅よりも長く設定されている。これにより、皿バネ部分１２３の全周に渡って、スタビライザー１２５の質量を、皿バネ部分１２３の対応する部分よりも大きくできる。そのため、皿バネ部分１２３の全周に渡って、スタビライザー１２５の剛性を、皿バネ部分１２３よりも低くできる。ただし、一変形例として、スタビライザー１２５の形状はリング状には限定されず、多角形等の他の形状であってもよい。
【００３４】
なお、ベアリング１３８とスタビライザー１２５との間には、スペーサーを配置してもよい。これにより、ケース１３４をベース１４１に取り付ける際に、ロータ１２１がステータ１１１に押し付けられる際の押し付け力を調整することができる。さらに、このスペーサーに代えてまたはスペーサーに加えて、ベアリング１３８とスタビライザー１２５との間にスプリング、例えば皿バネを配置してもよい。これにより、ロータ１２１がステータ１１１に押し付けられる際の押し付け力をより強くして、圧電モータ１００を高トルク化することができる。具体的には、スタビライザー１２５に向かって凸状の皿バネを配置することによって、ロータ１２１をステータ１１１に押し付けることができる。
【００３５】
上記第１実施形態に係る圧電モータ１００によれば、スタビライザー１２５を備えることにより、基体部分１２２と一体的に形成されている皿バネ部分１２３の振動を抑制できる。そのため、異音を低減できると共に、皿バネ部分１２３の損傷を抑制して、圧電モータ１００の寿命をより長くできる。
【００３６】
［注入機器］
続いて、ブロック図である図５を参照して、注入機器２０１について説明する。なお、圧電モータ１００の構成は上述しているため、その説明は省略する。
【００３７】
図５に示すように、薬液を注入するための注入機器２０１は、圧電モータ１００と、圧電モータ１００によって駆動される駆動機構２０４と、圧電モータ１００を制御する制御装置２０５とを備えている。この駆動機構２０４は、圧電モータ１００が正転するときに薬液を送り出すように駆動される。また、駆動機構２０４及び圧電モータ１００は、注入機器２０１の注入ヘッド２０２のフレーム２２１内に格納されている。そして、圧電モータ１００は、フレーム２２１内においてシリンジホルダー２９２が位置する側を前側とした場合に、後側に配置されている。
【００３８】
フレーム２２１は、２つのシリンダ２９１を保持するために２つのシリンジホルダー２９２を有している。さらに、注入機器２０１は、薬液の注入状況等が表示されるコンソール２０６を有している。このコンソール２０６は光ケーブルを介して制御装置２０５に接続されており、制御装置２０５は注入ヘッド２０２に接続されている。また、制御装置２０５及びコンソール２０６は検査室内又は検査室外の外部電源に接続されており、制御装置２０５はパワーサプライとしても機能している。
【００３９】
制御装置２０５は、圧電モータ１００を制御するＣＰＵ２５１と、圧電モータ１００に高周波電圧を印可する駆動回路２５２とを有している。このＣＰＵ２５１は、駆動信号を圧電モータ１００に送信するために駆動回路２５２に電気的に接続されている。また、駆動回路２５２は、圧電モータ１００に電気的に接続されている。圧電モータ１００にはエンコーダ２３９が接続されており、圧電モータ１００の回転数及び回転の有無等の情報を制御装置２０５に送信している。
【００４０】
駆動機構２０４は、伝達機構２４１と、ボールネジ軸２１１と、ボールネジナット２１２と、アクチュエータ２１３とを備えている。この駆動機構２０４は、シリンジホルダー２９２と圧電モータ１００との間に配置されている。伝達機構２４１は圧電モータ１００のシャフト１３５に接続されており、ボールネジ軸２１１は伝達機構２４１に接続されている。また、ボールネジナット２１２はボールネジ軸２１１に取り付けられており、アクチュエータ２１３はボールネジナット２１２に接続されている。
【００４１】
伝達機構２４１は、シャフト１３５に接続されたピニオンギアと、ボールネジ軸２１１に接続されたスクリューギアとを有している（不図示）。そして、伝達機構２４１は、圧電モータ１００からの回転をボールネジ軸２１１に伝達する。そのため、圧電モータ１００のシャフト１３５の回転は、ピニオンギア及びスクリューギアを介してボールネジ軸２１１に伝達される。
【００４２】
ボールネジ軸２１１は、シャフト１３５から伝達された回転に従って回転する。そして、ボールネジナット２１２は、ボールネジ軸２１１の回転に伴い前進方向（前側方向）又は後進方向（後側方向）に摺動する。その結果、ボールネジナット２１２の摺動に伴い、アクチュエータ２１３が前進又は後進する。すなわち、シャフト１３５が正転するとアクチュエータ２１３が前進し、シャフト１３５が逆転するとアクチュエータ２１３が後進する。
【００４３】
シリンジホルダー２９２に搭載される各シリンダ２９１には、シリンダ２９１内において摺動可能であるピストン２９３が取り付けられている。そして、シリンダ２９１は、ピストン２９３のロッドがアクチュエータ２１３の先端に当接するように搭載される。これにより、シリンダ２９１が搭載された状態でボールネジナット２１２が前進方向に摺動すると、アクチュエータ２１３がピストン２９３を前進方向に押すことになる。そして、ピストン２９３が前進するとシリンダ２９１内の薬液が押し出され、シリンダ２９１の先端に接続されるカテーテル等を介して患者の体内に注入される。また、ボールネジナット２１２が後進方向に摺動すると、アクチュエータ２１３がピストン２９３を後進方向に引くことになる。
【００４４】
薬液を注入する場合、使用者は、薬液が充填された２つのシリンダ２９１をシリンジホルダー２９２に搭載し、注入機器２０１の電源をオンする。その後、使用者が注入ボタンを押すと、制御装置２０５は圧電モータ１００に駆動信号として正転信号を送る。この正転信号に応じて圧電モータ１００が駆動し、シャフト１３５が正転する。シャフト１３５が正転すると薬液が注入され、エンコーダ２３９は回転を検出して制御装置２０５にパルス信号を送る。
【００４５】
注入が終了しシリンダ２９１を外す場合、ピストン２９３を後進させるために、制御装置２０５は圧電モータ１００に駆動信号として逆転信号を送る。この逆転信号に応じて圧電モータ１００が駆動し、シャフト１３５が逆転する。なお、圧電モータ１００に送信される駆動信号は交流信号であり、位相が異なる２種類の信号のうち一方が他方に対して遅れている場合を正転信号としたときに、他方が一方に対して遅れている場合が逆転信号となる。
【００４６】
制御装置２０５は予め注入プロトコルを記憶しており、薬液の注入は注入プロトコルに従って自動的に行われる。この注入プロトコルは、例えば、注入時間、注入速度、注入量及び注入圧力リミット値を含んでいる。そして、制御装置２０５は注入状況を監視し、注入圧力の低下等の異常を検知した場合には薬液の注入を自動で停止する。なお、注入圧力は、アクチュエータ２１３の先端に取り付けられているロードセルによって検出できる。
【００４７】
ここで圧電モータ１００は、非磁性体材料を用いて構成できる。非磁性体材料の一例として、弾性体１１３の材料はリン青銅であり、シャフト１３５、第２ロータネジ１２６、第１ロータネジ１２４、及びステータネジ１１６の材料は真鍮である。また、ケース１３４、ベース１４１、皿バネ部分１２３、及びスタビライザー１２５の材料はアルミニウムであり、ブッシュ１３７の材料はフッ素樹脂である。
【００４８】
非磁性体材料を用いて圧電モータ１００を構成することにより、ＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）装置等の、磁気を利用する機器の近傍で注入機器２０１を使用できる。また、注入機器２０１は、例えば、ＣＴ（Computed Tomography）装置、アンギオ撮像装置、ＰＥＴ（Positron Emission Tomography）装置、ＳＰＥＣＴ（Single Photon Emission Computed Tomography）装置、ＣＴアンギオ装置、ＭＲアンギオ装置、超音波診断装置、又は血管撮像装置と共に用いてもよい。この場合、圧電モータ１００は、磁性体材料を用いて構成できる。
【００４９】
上記注入機器２０１においても、圧電モータ１００がスタビライザー１２５を備えることにより、皿バネ部分１２３の振動を抑制できる。そのため、異音を低減できると共に、皿バネ部分１２３の損傷を抑制して、圧電モータ１００の寿命をより長くできる。ひいては、注入機器２０１の寿命をより長くすることができる。
【００５０】
［第２実施形態］
図６から図８を用いて第２実施形態の圧電モータ３００について説明する。図６は、第２実施形態の圧電モータ３００の斜視図である。図７は、シャフト３３５の長手方向に沿った概略断面図であり、シャフト３３５の回転軸を通る断面を示している。図８は、圧電モータ３００のロータ３２１の概略斜視図である。第２実施形態においては、ステータが、別の弾性体と、別の圧電素子と、別の摺動材とをさらに有している。また、ロータも、別の基体部分と、別の皿バネ部分とをさらに有している。
【００５１】
図６に示すように、圧電モータ３００は、一対のベース３４１に固定されるケース３３４を有する。一対のベース３４１はそれぞれ略板状であり、ケース３３４に対してネジ止めされている。さらに、圧電モータ３００は、ベース３４１及びケース３３４を貫通してベース３４１及びケース３３４から突出するシャフト３３５を備えている。そして、シャフト３３５は、それぞれ略リング状のステータ３１１及びロータ３２１を貫通しており、ロータ３２１と共に回転する。また、一対のベース３４１のそれぞれの側面には、外部と接続するためのコネクタ３４４が、端子支持板を介して取り付けられている。
【００５２】
続いて図７に示すように、圧電モータ３００は、シャフト３３５の回転軸を中心に略回転対称の構成を備えている。この圧電モータ３００は、ベース３４１に固定されたステータ３１１と、ステータ３１１に対向するロータ３２１とを備えている。そして、ステータ３１１及びロータ３２１は、ケース３３４内の略円柱状のスペースに格納されている。また、シャフト３３５は、それぞれ略リング状のステータ３１１及びロータ３２１を貫通しており、ステータ３１１とロータ３２１はシャフト３３５の回転軸と同軸である。
【００５３】
第２実施形態のステータ３１１は、２つの弾性体３１３と、２つの圧電素子３１２と、２つの摺動材３１４とを有している。そして、各圧電素子３１２及び各摺動材３１４は、各弾性体３１３に貼り付けられている。また、ロータ３２１は、それぞれ基体部分３２２と皿バネ部分３２３とを有している２つの環状部材３２０を備えている。各基体部分３２２は各摺動材３１４と当接し、皿バネ部分３２３はそれぞれ基体部分３２２と一体的に形成されている。さらに、ロータ３２１は、２つの環状部材３２０の皿バネ部分３２３が固定されると共に、シャフト３３５に固定される固定部の一例として、スタビライザー３２５を有している。
【００５４】
圧電モータ３００の両側において、圧電素子３１２と、弾性体３１３と、摺動材３１４とは、ベース３４１からロータ３２１に向かってこの順に配置されている。さらに、圧電モータ３００は、各圧電素子３１２と電気的に接続されているフレキシブル基板３１５を備えている。この２つのフレキシブル基板３１５は、コネクタ３４４と電気的に接続されている。そして、圧電素子３１２には、コネクタ３４４及びフレキシブル基板３１５を介して、外部電源から高周波電圧が印可される。
【００５５】
一対のベース３４１にはシャフト３３５が貫通する穴が形成されており、各穴にはブッシュ３３７が圧入により取り付けられている。そして、シャフト３３５は、２つのブッシュ３３７をそれぞれ貫通している。代替的に、ブッシュ３３７に代えてベアリングを用いてもよい。また、各ステータ３１１は、複数のステータネジ３１６によって各ベース３４１に固定されている。具体的に、弾性体３１３のシャフト３３５側の縁部は、ネジ穴を有している。また、ベース３４１は、弾性体３１３のネジ穴に対応するネジ穴を有している。そして、ステータネジ３１６が両ネジ穴と螺合することにより、ステータ３１１がベース３４１に固定されている。
【００５６】
ロータ３２１は、複数の第１ロータネジ３２４と、スタビライザー３２５と、複数の第２ロータネジ３２６とを介して、シャフト３３５のフランジ３３６に固定されている。また、ロータ３２１は、２つの皿バネ部分３２３が固定される１つのスタビライザー３２５を有している。具体的に、各皿バネ部分３２３のシャフト３３５側に位置する内縁部３２７（図８）は、ネジ穴を有している。また、スタビライザー３２５の外縁部は、当該ネジ穴に対応するネジ穴を有している。そして、第１ロータネジ３２４が両ネジ穴と螺合することにより、各皿バネ部分３２３がスタビライザー３２５に固定されている。
【００５７】
皿バネ部分３２３の一方はスタビライザー３２５の一方側に固定されており、当該一方側とは反対の他方側に皿バネ部分３２３の他方が固定されている。そして、スタビライザー３２５の外縁部は、２つの皿バネ部分３２３の内縁部３２７に挟まれている。また、皿バネ部分３２３は、圧電モータ３００の半径方向において、基体部分３２２とスタビライザー３２５との間に設けられている。換言すると、スタビライザー３２５は、皿バネ部分３２３よりもシャフト３３５に近い位置において、シャフト３３５に固定されている。具体的に、スタビライザー３２５の内縁部及びシャフト３３５のフランジ３３６には、それぞれ対応するネジ穴が形成されている。そして、第２ロータネジ３２６が両ネジ穴と螺合することにより、スタビライザー３２５がフランジ３３６に固定されている。
【００５８】
代替的に、ロータ３２１は、別のスタビライザー３２５をさらに有していてもよい。この場合、皿バネ部分３２３の一つは、別のスタビライザー３２５に固定される。すなわち、２つのスタビライザー３２５が、それぞれ弾性体３１３と対向する位置に配置される。また、シャフト３３５には、２つのスタビライザー３２５がねじ止めされる２つのフランジ３３６が形成される。別のスタビライザー３２５を設ける場合、第１実施形態のスタビライザー１２５を用いることができるため、部品点数を削減できる。一方、ロータ３２１がスタビライザー３２５を１つのみ備える場合には、圧電モータ３００を小型化することができる。
【００５９】
シャフト３３５の回転軸方向において、スタビライザー３２５は、皿バネ部分３２３の薄肉部よりも厚い。そして、スタビライザー３２５は、皿バネ部分３２３の振動が伝搬するように構成されている。これにより、皿バネ部分３２３の振動を抑制し、異音を低減することができる。また、振動を抑制する結果、圧電モータ３００の寿命をより長くすることができる。さらに、スタビライザー３２５は、皿バネ部分３２３よりも剛性が低くなるように構成してもよい。これにより、スタビライザー３２５によって、皿バネ部分３２３の振動をより抑制することができる。
【００６０】
スタビライザー３２５によって、皿バネ部分３２３の内縁部３２７から皿バネ部分３２３の外縁部３２８までの距離を従来よりも短くできる。これにより、損傷しやすい薄肉部を短くできるため、皿バネ部分３２３が損傷する可能性を減少させることができる。その結果、圧電モータ３００の寿命をより長くすることができる。さらに、高精度の加工を要する薄肉部を短くできるため、皿バネ部分３２３の製造コストを削減することもできる。また、皿バネ部分３２３の変形量を低く抑えて、圧電モータ３００を高トルク化することができる。
【００６１】
図７における第２ロータネジ３２６のねじ止め方向は、第１ロータネジ３２４のねじ止め方向と同一方向である。すなわち、スタビライザー３２５をシャフト３３５に固定するときのねじ止め方向は、皿バネ部分３２３をスタビライザー３２５に固定するときのねじ止め方向と同一方向である。これにより、両ネジによる締め付け方向が一致する。そのため、ロータ３２１をシャフト３３５により強固に固定できる。
【００６２】
ここで、スタビライザー３２５は、金属製であってもよい。これにより、ケース３３４をベース３４１に取り付ける際に、スタビライザー３２５の変形量を低く抑えることができる。そのため、ロータ３２１がステータ３１１に押し付けられる際の押し付け力（両者の間の摩擦力）をより強くして、圧電モータ３００を高トルク化することができる。さらに、両者の間の押し付け力がばらつくことも抑制できる。
【００６３】
さらに、スタビライザー３２５は、図８に点線で示したシャフト３３５の回転軸Ｒを中心とする環状溝３２９を有している。この環状溝３２９は、断面略Ｕ字状の形状を有しており、環状溝３２９の底はスタビライザー３２５の他の部分よりも薄い。この環状溝３２９により、スタビライザー３２５の剛性をより低くできる。その結果、皿バネ部分３２３の振動をより抑制することができる。なお、図８においては、環状溝３２９が１つであるが、２つ以上の環状溝３２９を形成してもよい。
【００６４】
圧電モータ３００の半径方向において、スタビライザー３２５の幅は、皿バネ部分３２３の幅よりも長く設定されている。これにより、皿バネ部分３２３の全周に渡って、スタビライザー３２５の質量を、皿バネ部分３２３の対応する部分よりも大きくできる。そのため、皿バネ部分３２３の全周に渡って、スタビライザー３２５の剛性を、皿バネ部分３２３よりも低くできる。
【００６５】
なお、シャフト３３５のフランジ３３６とスタビライザー３２５との間にスペーサーを配置してもよい。これにより、ケース３３４をベース３４１に取り付ける際に、ロータ３２１がステータ３１１に押し付けられる際の押し付け力を調整することができる。さらに、このスペーサーに代えてまたはスペーサーに加えて、フランジ３３６とスタビライザー３２５との間にスプリング、例えば皿バネを配置してもよい。これにより、ロータ３２１がステータ３１１に押し付けられる際の押し付け力をより強くして、圧電モータ３００を高トルク化することができる。
【００６６】
上記第２実施形態に係る圧電モータ３００は、スタビライザー３２５を備えることにより、皿バネ部分３２３の振動を抑制できる。そのため、異音を低減できると共に、皿バネ部分３２３の損傷を抑制して、圧電モータ３００の寿命をより長くできる。さらに、第１実施形態と比較して、圧電モータ３００のトルクをより高くすることができる。
【００６７】
以上、各実施形態を参照して本発明について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明に反しない範囲で変更された発明、及び本発明と均等な発明も本発明に含まれる。また、各実施形態及び各変形形態は、本発明に反しない範囲で適宜組み合わせることができる。
【００６８】
例えば、スタビライザー１２５と、基体部分１２２と、皿バネ部分１２３とを有する複数のロータ１２１を設けてもよい。この場合、圧電素子１１２と、弾性体１１３と、摺動材１１４とを有する複数のステータ１１１を、複数のロータ１２１の数に対応して設けることができる。また、シャフト１３５には、スタビライザー１２５の数に対応する数のフランジ１３６を形成できる。例えば、３つのロータ１２１を設ける場合、３つのステータ１１１を設けると共に、シャフト１３５には３つのフランジ１３６を形成する。なお、４つ以上のロータ１２１及びステータ１１１を設けてもよい。
【００６９】
また、皿バネ部分１２３、３２３の固定と、スタビライザー１２５、３２５の固定は、ねじ止めには限定されず、それぞれ溶接等の他の固定方法を用いることもできる。また、上記実施形態では、基体部分１２２、３２２と皿バネ部分１２３、３２３とが一体的に形成されている。ただし、基体部分１２２、３２２と皿バネ部分１２３、３２３とをそれぞれ形成した後に、両者を溶接等の方法によって一体化させてもよい。また、環状溝１２９、３２９に代えて、格子状、放射状、又は同心円状に配列されるように複数の穴又は凹部を形成してもよい。さらに、多数の穴又は凹部を等間隔で形成してもよく、スタビライザー１２５、３２５内に多数の中空の空間又はリング状の空間を形成してもよい。この場合、金属材料を使用した三次元造形によってスタビライザー１２５、３２５を形成できる。
【００７０】
上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。なお、振動を抑制する必要がない場合（例えば、異音を無視できる場合）、ロータ１２１、３２１は、スタビライザー１２５、３２５を備えていなくともよい。この場合、皿バネ部分１２３、３２３は、シャフト１３５、３３５まで延在し、フランジ１３６、３３６に直接固定される。
【００７１】
（付記１）
弾性体と、前記弾性体に貼り付けられた圧電素子及び摺動材とを有しているステータと、
前記摺動材と当接する基体部分と皿バネ部分とを含む環状部材を有するロータと、
前記ロータと共に回転するシャフトとを備え、
前記摺動材は、スリットを挟んで対向する複数の摺動片と、前記複数の摺動片を連結するブリッジとを備えている、圧電モータ。
【００７２】
（付記２）
前記複数の摺動片は、前記基体部分と接触する位置に配置されており、
前記ブリッジは、前記基体部分と接触する位置を避けて配置されている、付記１に記載の圧電モータ。
【００７３】
（付記３）
前記摺動材は、強化繊維を含む架橋フッ素樹脂からなる、付記１又は２に記載の圧電モータ。
【００７４】
（付記４）
前記摺動材は、比摩耗量が１×１０−６ｍｍ３／Ｎ・Ｍ未満である、付記１から３のいずれか一つに記載の圧電モータ。
【００７５】
（付記５）
弾性体と、前記弾性体に貼り付けられた圧電素子及び摺動材とを有しているステータと、
前記摺動材と当接する基体部分と皿バネ部分とを含む環状部材を有するロータと、
前記ロータと共に回転するシャフトとを備え、
前記摺動材は、強化繊維を含む架橋フッ素樹脂からなる、圧電モータ。
【００７６】
（付記６）
前記摺動材は、比摩耗量が１×１０−６ｍｍ３／Ｎ・Ｍ未満である、付記５に記載の圧電モータ。
【００７７】
この出願は２０１８年８月１０日に出願された日本国特許出願第２０１８−１５１６６６号からの優先権を主張し、その全内容を引用してこの出願の一部とする。
【符号の説明】
【００７８】
１００：圧電モータ、１１１：ステータ、１１２：圧電素子、１１３：弾性体、１１４：摺動材、１２１：ロータ、１２２：基体部分、１２３：皿バネ部分、１２５：固定部、１２９：環状溝、１３５：シャフト、２０１：注入機器、２０４：駆動機構、２０５：制御装置、3００：圧電モータ、３１１：ステータ、３１２：圧電素子、３１３：弾性体、３１４：摺動材、３２１：ロータ、３２２：基体部分、３２３：皿バネ部分、３２５：固定部、３２９：環状溝、３３５：シャフト
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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