(57)【要約】【課題】振動体または被駆動体のいずれか一方との接触部を、両端を支持する梁構造に構成するに当たり、  接触部の両端を除く面の浮き上がりを抑制し、接触面圧を接触部全体に分散させて平均化する振動波アクチュエータを提供する。【解決手段】振動体と、加圧手段によって振動体と加圧接触し、振動体の振動による摩擦駆動によって振動体に対して相対移動する被駆動体と、を有する振動波アクチュエータであって、  被駆動体または振動体のいずれか一方は、そのいずれか他方と加圧手段によって加圧接触させるための接触部を備え、  接触部は、被駆動体または振動体のいずれか一方を構成する本体部と接続された第一及び第二の支持部によって両端が支持されている梁状構造を有し、  梁状構造における接触部の両端を除く任意の位置に、一つ以上の第三の支持部が構成されている。【選択図】            図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気−機械エネルギー変換素子と、前記電気−機械エネルギー変換素子に固定され、前記電気−機械エネルギー変換素子への電圧の印加により振動する振動体と、
前記振動体と加圧接触し、前記振動体の振動による摩擦駆動によって振動体に対して相対移動する被駆動体と、
前記振動体と前記被駆動体とを加圧接触させる加圧手段と、
を有する振動波アクチュエータであって、
前記被駆動体または前記振動体のいずれか一方は、そのいずれか他方と前記加圧手段によって加圧接触させるための接触部を備え、
前記接触部は、前記被駆動体または前記振動体のいずれか一方を構成する本体部と接続された第一及び第二の支持部によって両端が支持されている梁状構造を有し、
前記梁状構造における接触部の両端を除く任意の位置に、一つ以上の第三の支持部が構成されていることを特徴とする振動波アクチュエータ。
【請求項２】
前記第三の支持部は、前記接触部の両端を除く面の浮き上がりを抑制し、接触面圧を分散させて平均化することが可能に構成されていることを特徴とする請求項１に記載の振動波アクチュエータ。
【請求項３】
前記第一、第二及び第三の支持部は、それぞれが異なる形状を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の振動波アクチュエータ。
【請求項４】
前記第三の支持部は、前記第一及び第二の支持部とは別の部材であって、前記本体部と前記接触部との間に挟持される弾性部材で構成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の振動波アクチュエータ。
【請求項５】
前記接触部に前記振動体の振動による垂直方向の変位が与えられたときに、前記接触部の変位が水平方向の変位成分を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の振動波アクチュエータ。
【請求項６】
前記接触部に前記振動体の振動による垂直方向の変位が与えられたときに、前記接触部と前記第一から第三の支持部の接続部の垂直方向の変位がそれぞれ異なることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の振動波アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動波アクチュエータ（超音波アクチュエータ）に関し、特に振動体と被駆動体とを有する振動波アクチュエータにおける被駆動体の形状に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、振動体で発生した振動により移動体を駆動する振動波アクチュエータがある。
振動体は一般に弾性体と、この弾性体上に配置された電気−機械エネルギー変換素子である圧電素子とで構成されている。
振動体上に二つの位置的に位相のずれた定在波を時間的に位相をずらして励振することにより発生する進行波によって、振動体に加圧接触する被駆動体を駆動させる。
振動波アクチュエータにおいて、接触部材は被駆動体が振動体に対して摺動されるため接触部が摩耗し易く、摩耗対策が重要となる。
この摩耗対策として、面圧を低減させることが効果的であり、接触部の面積を広くすることが考えられる。
【０００３】
このような方法として、例えば特許文献１のように接触部を梁状部材で形成し前記接触部の両端を支持するものが知られている。
この特許文献１では、被駆動体の接触部材を所定の範囲内の幅とすることで被駆動体の加圧方向に弾性を持たせた構造とすることにより耐摩耗性が得られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第０３０４９９３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来例の特許文献１の両端を支持したものでは、移動体の第二突起部の幅を広くすると、接触状態の相違によりモータ特性にばらつきが生じる。
すなわち、例えば突起中央部の浮き上がりのような接触状態を不安定にする現象が起こり易いと考えられる。
このときの現象を図１５に示す。図１５において、点線は振動波アクチュエータの被駆動体の変位が０である瞬間の被駆動体と振動体の関係を、実線が振動波アクチュエータの振動体が被駆動体側に最も移動した瞬間の被駆動体の変形と振動体の変形を示している。
図１５に示されるように、前記接触部８０は矢印Ａの方向に移動するため振動体が被駆動体側に最も移動した瞬間に接触部両端を除く面が浮きあがり、図１６に示されるように接触面圧が接触部の両端に集中してしまう。
【０００６】
このように、突起部の端部のみが振動体と接触するため、面圧が局所的に集中すると考えられる。このような現象に伴う局所的な接触面圧の増大を抑制するためには、より広い面積で実際に接触するような接触バネ構造が必要である。
したがって、上述するような接触不安定現象を抑制するとともに、面圧が高くなりやすい面圧集中部を離散的に配置させることにより、接触面圧を平均化する構造が望まれる。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑み、振動体または被駆動体のいずれか一方との接触部を、両端を支持する梁構造に構成するに当たり、
接触部の両端を除く面の浮き上がりを抑制し、接触面圧を接触部全体に分散させて平均化することが可能となる振動波アクチュエータの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の振動波アクチュエータは、電気−機械エネルギー変換素子と、前記電気−機械エネルギー変換素子に固定され、前記電気−機械エネルギー変換素子への電圧の印加により振動する振動体と、
前記振動体と加圧接触し、前記振動体の振動による摩擦駆動によって振動体に対して相対移動する被駆動体と、
前記振動体と前記被駆動体とを加圧接触させる加圧手段と、
を有する振動波アクチュエータであって、
前記被駆動体または前記振動体のいずれか一方は、そのいずれか他方と前記加圧手段によって加圧接触させるための接触部を備え、
前記接触部は、前記被駆動体または前記振動体のいずれか一方を構成する本体部と接続された第一及び第二の支持部によって両端が支持されている梁状構造を有し、
前記梁状構造における接触部の両端を除く任意の位置に、一つ以上の第三の支持部が構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、振動体または被駆動体のいずれか一方との接触部を、両端を支持する梁構造に構成するに当たり、
接触部の両端を除く面の浮き上がりを抑制し、接触面圧を接触部全体に分散させて平均化することが可能となる振動波アクチュエータを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施例１における振動波アクチュエータの構成を示す図である。
【図２】本発明の実施例１における振動波アクチュエータのその他の構成を示す図である。
【図３】本発明の実施例２における振動波アクチュエータの構成を示す図である。
【図４】本発明の実施例２における振動波アクチュエータの被駆動体の構成を示す図である。
【図５】本発明の実施例２における振動波アクチュエータの被駆動体が最も変形したときの変形を示す図である。
【図６】本発明の実施例２における振動波アクチュエータの駆動中の最も被駆動体が変形する瞬間の接触面における面圧分布を示す図である。
【図７】本発明の実施例２における振動波アクチュエータのその他の構成を示す図である。
【図８】本発明の実施例２における振動波アクチュエータのその他の構成を示す図である。
【図９】本発明の実施例２における振動波アクチュエータのその他の構成を示す図である。
【図１０】本発明の実施例２における振動波アクチュエータのその他の構成を示す図である。
【図１１】本発明の実施例３における振動波アクチュエータの構成を示す図である。
【図１２】本発明の実施例３における振動波アクチュエータの被駆動体の構成を示す図である。
【図１３】本発明の実施例４における振動波アクチュエータの被駆動体の構成を示す図である。
【図１４】本発明の実施例４における振動波アクチュエータの被駆動体のその他の構成を示す図である。
【図１５】従来例における本発明の実施形態を採らないときの被駆動体が最も変形した時の変形を示す図である。
【図１６】従来例における本発明の実施形態を採らないときの駆動中の最も被駆動体が変形する瞬間の接触面における面圧分布を示す図である。
【図１７】本発明の振動波アクチュエータの動きを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明は、被駆動体または振動体のいずれか一方における、そのいずれか他方と加圧手段によって加圧接触させる接触部を、つぎのように構成することによって、上記した本発明の課題を解決したものである。
すなわち、この接触部が、被駆動体または振動体のいずれか一方を構成する本体部と接続された第一及び第二の支持部によって両端が支持されている梁状構造の構成であり、この接触部の両端を除く任意の位置に一つ以上の第三の支持部を構成するようにした。
これにより二つの支持部で支えられる前記接触部は、振動体の振動によって被駆動体が変位し、変形する。この時、第三の支持部の存在によって接触部の両端を除く面の浮き上がりが抑制される。
その際、前記第三の支持部と両端の支持部付近に、振動体と被駆動体との間に複数の面圧集中部が形成される。
これらにより、局所的な強面圧が緩和され、局所的に摩耗が進行することを防止し、接触面圧を接触部全体に分散させて平均化することが可能となる。
【実施例】
【００１２】
以下に、本発明の実施例について説明する。
［実施例１］
実施例１として、本発明を適用した振動波アクチュエータの構成例について説明する。
本実施例の振動波アクチュエータは、電気−機械エネルギー変換素子に固定され、前記電気−機械エネルギー変換素子への電圧の印加により振動する振動体を備える。
また、前記振動体と被駆動体とを加圧接触させる加圧手段によって前記振動体と加圧接触し、前記振動体の振動による摩擦駆動によって振動体に対して被駆動体を相対移動させる構成を備えている。
その、具体的な構成の一例が図１に示されている。図１（ａ）は本実施例における振動波アクチュエータの全体図を、図１（ｂ）は振動波アクチュエータの一つの突起部を径方向外周側から見た側面図である。
図１において、１は振動体、２は被駆動体、３は電気−機械エネルギー変換素子である圧電素子、２１は前記被駆動体２を前記振動体１に加圧接触させるための加圧バネ、２２は駆動軸、２３は前記振動体を支持する振動体支持部である。
前記加圧バネ２１は前記被駆動体２を前記振動体１に押圧している。前記振動体１に接合された前記圧電素子３に所定の位相差で二つの交流電圧を印加し、振動体１及び圧電素子からなる振動子に進行性の振動波を励振させる。
この振動波により、図１７に示すように前記振動体１の突起部上面に楕円軌道状の送り運動が発生する。
この送り運動により、前記加圧バネ２１からの加圧を受けて前記振動体１と加圧接触した前記被駆動体２が前記振動体１に対して駆動軸２２を中心として回転しながら相対駆動される。
【００１３】
図１（ｂ）において、前記振動体１は、本体部９と、第一の支持部４と、第二の支持部６と、前記第一の支持部４と前記第二の支持部６とで支えられる梁状の構造で構成される接触部５と、を備える。
また、前記接触部５の端部を除く任意の位置に設けられた第三の支持部７、８と、前記第一〜第三の支持部の変形を逃がすための空間部１０と、を備える。
このような構成とすることで、振動波アクチュエータが駆動し振動体が楕円軌跡を描きつつ振動する時、振動体に設けられた第一、第二の支持部と第三の支持部とで剛性に差をつけることが可能となり、接触部の両端を除く面の浮き上がりを抑制し、接触面圧を分散させて平均化させることが可能となる。
また、前記第三の支持部近傍にも面圧がかかるため接触面圧を接触部全面に分散させることが可能となる。
なお、振動体１及び被駆動体２を直動型アクチュエータとしてもよい。この時の構成を図２に示す。図２は直動型アクチュエータをＸＹ平面でカットしたときのカットモデルを表しており、この構成でも図１７に示した楕円軌道状の送り運動が発生し、被駆動体２が矢印Ｘ方向に駆動されるようになっている。
【００１４】
［実施例２］
図３（ａ）は本実施例における振動波アクチュエータの斜視図を、（ｂ）は本実施例における振動波アクチュエータの駆動軸２２の中心をとおる平面における断面図を示している。
図３において、１１は被駆動体、１３は振動体、１４は電気−機械エネルギー変換素子である圧電素子、２１は前記被駆動体１１を前記振動体１３に加圧接触させるための加圧バネ、２２は駆動軸、２３は前記振動体を支持する振動体支持部である。また、前記加圧バネ２１は前記被駆動体１１を前記振動体１３に押圧している。
【００１５】
図４は本実施例における振動波アクチュエータの被駆動体の構成を示した図である。
図４において、前記被駆動体１１は、本環部１２と、第一の支持部１６と、前記第一の支持部が接続された本環内環部１９（ｂ）と、を備える。
また、第二の支持部１７と、前記第二の支持部が接続された本環外環部１９（ａ）と、前記第一の支持部と第二の支持部とで支えられる梁状の構造で構成される接触部１５と、を備える。
そして、前記接触部１５の端部を除く任意の位置には、本環上部１９（ｃ）に接続された第三の支持部１８が設けられている。
さらに、前記接触部１５と前記三つの支持部と前記本環部１９との間には、前記三つの支持部の変形を逃がすための空間部２０を設けた構成となっている。
前記第一〜第三の支持部及び前記接触部１５の材料としてはマルテンサイト系ステンレスであるＳＵＳ４２０Ｊ２、ＳＵＳ４４０Ｃなどの弾性体が望ましい。
また、前記本環内環部１９（ｂ）と、前記第一の支持部１６と、前記接触部１５と、前記第二の支持部１７と、前記本環外環部１９（ａ）とが一体で作製されている。
さらに、前記第三の支持部１８と前記本環上部１９（ｃ）とが一体で作製されている。
このような構成とすることで、振動波アクチュエータが駆動するとき被駆動体に設けられた夫々の支持部の剛性に差を設けることが可能となる。また、振動体が被駆動体側に振動し被駆動体を変形させる時、被駆動体の内周側の支持部よりも外周側の支持部の方を大きく変形させることが可能となる。このときの変形の様子を図５に示す。
【００１６】
図５において、点線は振動波アクチュエータの振動体の変位が０である瞬間における被駆動体と振動体の位置関係を、実線は振動体が被駆動体側に最も移動した瞬間の被駆動体の変形と振動体の位置を示している。
接触部に振動体の振動による垂直方向の変位が与えられたときに、接触部の変位が水平方向の変位成分を有し、被駆動体の第一〜第三の支持部と接触部とは点線と実線に示す範囲を含むように変形しながら移動している。
このような変形をすることにより、被駆動体と振動体との接触位置が駆動中に径方向に滑ることを最小限に抑制することができる。
なお、振動体が被駆動部から最も離れる瞬間はほぼ非接触状態となり第一〜第三の支持部と被接触部の変形は小さい。
また、本実施例の形状では接触部に接続された支持部が三つであり夫々の接触部と支持部との接続部における面圧が強くなるため、図６に示すように被駆動体１１と振動体１３との接触部における面圧分布が端部だけでなく接触部の中央部にも現れる。このように、前記接触部１５の面に面圧を分散させることが可能となり、接触部両端を除く面の浮き上がりを抑制することができる。
なお、図７あるいは図８のように第三の支持部２４、２５を斜めに本環部方向に向けて伸ばした構成や、図９のように第三の支持部２６が円弧を描く構成としてもよい。これらの構成により、接触部に振動体の振動による垂直方向の変位が与えられたときに、接触部と第一から第三の支持部の接続部の垂直方向の変位がそれぞれ異なるようにすることが可能となる。
また、図１０に示すように第三の支持部２７（ａ）〜（ｃ）のように複数配置しても良い。この時の第三の支持部の形状は図７〜９に記したいずれかの形状でも良い。このとき、接触部１５の幅をさらに広げることが可能となる。
【００１７】
［実施例３］
図１１（ａ）は本実施例における振動波アクチュエータの斜視図を、（ｂ）は本実施例における振動波アクチュエータのカットモデルを示している。
図１２は本実施例における振動波アクチュエータの被駆動体の構成を示した図である。
図１１において、２８は被駆動体、１１３は振動体、１１４は電気−機械エネルギー変換素子である圧電素子、３０は前記振動体を前記被駆動体に加圧接触させるための加圧バネ、３７は前記振動体を支持する振動体支持部である。
さらに、前記被駆動体を受けて前記振動体支持部３７に対して回転可能なようにベアリング３９を介して前記振動体支持部３６に支持された回転体３８を設けている。
本実施例において、前記加圧バネ３０はウェーブワッシャとなっているが、コイルばね等のバネを用いてもよい。
【００１８】
図１２において、前記被駆動体２８は、本環部２９と、第一の支持部３２と、前記第一の支持部３２が接続された本環内環部３５（ｂ）と、第二の支持部３３と、前記第二の支持部３３が接続された本環外環部３５（ａ）と、を備える。
また、前記第一の支持部３２と第二の支持部３３とで支えられる梁状の構造で構成される接触部３１と、を備える。
さらに、前記接触部３１と前記第一、第二の支持部と本環上部３５（ｃ）との間に空間部３６が設けられ、前記第一、第二の支持部の変形を逃がすようになっている。
そして、前記空間部３６に円環中空状の弾性体３４を挟持するようにして構成されている。本実施例では円環中空状であるが、中空でない円環弾性部材でもよい。
【００１９】
実施例２と同様に本実施例においても、振動体が被駆動体側に移動し被駆動体を変形させる時に被駆動体の内周側の支持部よりも外周側の支持部の方が大きく変形する。
さらに、前記空間部３６に前記弾性体３４を挟み込んでいるため、前記弾性体３４と前記接触部３１との接触部と、前記接触部を支持する二つの支持部との３点に面圧が集中するようになり、面圧を分散させることが可能となる。
前記第一、第二の支持部及び前記接触部３１の材料としてはマルテンサイト系ステンレスであるＳＵＳ４２０Ｊ２、ＳＵＳ４４０Ｃなどの弾性体が望ましい。
また、前記本環内環部３５（ｂ）と、前記第一の支持部３２と、前記接触部３１と、前記第二の支持部３３と、前記本環外環部３５（ａ）とは、プレス加工などにより一体に作製されていることが望ましい。
このように、接触部を支持する二つの支持部の他に支持部を設けなくても接触部と本環部との間に配置された空間部に弾性部材を挟み込むことでより簡潔な構造で接触部両端を除く面の浮き上がりを抑制し、面圧を分散させることが可能となる。
【００２０】
［実施例４］
図１３は本実施例における振動波アクチュエータの被駆動体の構成を示した図である。全体的な構成は実施例２若しくは実施例３から被駆動体を本実施例における構成としたものと同様であり、図は省略する。
図１３において、被駆動体４０は、本環部４１と、第一の支持部４３と、前記第一の支持部が接続された本環内環部４６（ｂ）と、本環外環部４６（ａ）に向かうように円弧状に形成され、前記本環外環部４６（ａ）に接続された第二の支持部４４と、を備える。
また、前記第一の支持部４３と第二の支持部４４とで支えられる梁状の構造で構成される接触部４２と、を備える。
さらに、本環上部４６（ｃ）に接続され、前記接触部４２の端部を除く任意の位置に設けられた第三の支持部４５が設けられている。そして、前記接触部４２と前記第一〜第三の支持部と前記本環上部４６（ｃ）との間に設けられ、前記第一〜第三の支持部の変形を逃がすための空間部４７を設けた構成となっている。前記第一〜第三の支持部及び前記接触部４２の材料としてはマルテンサイト系ステンレスであるＳＵＳ４２０Ｊ２、ＳＵＳ４４０Ｃなどの弾性体が望ましい。また、前記本環内環部４６（ｂ）と、前記第一の支持部４３と、前記接触部４２と、前記第二の支持部４４と、前記本環外環部４６（ａ）とはプレス加工等により一体に作製されていることが望ましい。
【００２１】
このような構成とすることで実施例２、３のときよりも第二の支持部の構造が簡単となりより薄型とすることが可能となる。
また、第二の支持部の形状は図１４に示すように外周側の第二の支持部の形状を斜め上方に伸びた支持部４８のようにしてもよい。
また、接触面の端部を除く任意の位置に設けられた第三の支持部の形状は実施例２、３に示したいずれかの形状としても良い。
【符号の説明】
【００２２】
１：振動体
２：被駆動体
３：電気−機械エネルギー変換素子
４：第一の支持部
５：接触部
６：第二の支持部
７：第三の支持部
８：第三の支持部
９：本体部
１０：空間部
２１：加圧バネ
２２：駆動軸
２３：振動体支持部
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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