(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状の移動子と、
前記移動子の外周面に面接触可能である一対の爪部が、前記移動子側の端部に形成される振動子と、
前記移動子と前記振動子とを加圧接触させる予圧手段と、
前記振動子に超音波振動を発生させることにより前記移動子を移動させる振動手段と、
前記移動子の前記外周面と前記振動子の前記一対の爪部との間に液体潤滑剤を供給可能な潤滑剤供給手段と
を備え、
前記予圧手段は、前記移動子と前記振動子との間に１０ＭＰａ〜１００ＭＰａの範囲内の面圧が作用するように、前記移動子と前記振動子とを加圧接触させること、
前記液体潤滑剤の４０℃における動粘度は、ＩＳＯ粘度分類でＶＧ２００〜ＶＧ１２００の範囲内であること、及び
前記液体潤滑剤の表面張力は、１５ｍＮ／ｍ〜２５ｍＮ／ｍの範囲内であること
を特徴とする振動アクチュエータ。
【請求項２】
前記面圧は、３０ＭＰａ〜６０ＭＰａの範囲内である請求項１に記載の振動アクチュエータ。
【請求項３】
前記液体潤滑剤の４０℃における前記動粘度は、ＩＳＯ粘度分類でＶＧ４００〜ＶＧ８００の範囲内である請求項１又は２に記載の振動アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、振動子に発生させた超音波振動を利用して移動子を駆動する振動アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、圧電素子等を含む振動子に超音波振動を発生させ、振動子に加圧接触された移動子を両部材間の摩擦力によって駆動する振動アクチュエータが実現されている。振動アクチュエータでは、摺動部分の摩耗に起因して振動子と移動子との圧接力が変化すると、トルクや回転数等の特性に変化が生じてしまう。したがって、このような特性の変化を防止または低減するため、例えば二硫化モリブデンやグラファイト等の固体潤滑剤を用いて摺動部分の潤滑を行うことが一般的である。
【０００３】
例えば特許文献１には、ピボット部材が固定されたロータ（移動子）と振動体（振動子）とを備え、ピボット部材を加圧ばねで付勢することによってロータを振動体に加圧接触させる超音波モータ（振動アクチュエータ）が記載されている。この超音波モータでは、固体潤滑剤が混入されたニッケルめっきがピボット部材と加圧ばねとの少なくとも一方に施されており、それにより、両部材間の摺動部分の摩耗を低減している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１９６５９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように、振動アクチュエータは移動子と振動子との間に作用する摩擦力を利用して移動子を駆動するため、耐久性を向上するためには、移動子と振動子との摺動部分を潤滑して摩耗を低減することが必要となる。一方で、移動子の駆動トルクを高めようとする場合、移動子と振動子との圧接力を高めて両部材間の摩擦力を大きくすることが必要となり、摩擦力を大きくした分、摺動部分の摩耗も増加する。つまり、振動アクチュエータにおいて、耐久性を向上することと高トルク化を図ることとの間にはトレードオフの関係が生じる。
【０００６】
ここで、特許文献１に記載されているように、固体潤滑剤はめっきに混入された層として、あるいはコーティングや樹脂性フィルム等に混入された層として摺動部分に設けられることが一般的である。しかしながら、これらの層を移動子と振動子との摺動部分に設けた場合、両部材間の圧接力を高くしすぎると層の剥離や破損等が生じることがある。つまり、移動子と振動子との潤滑に固体潤滑剤を利用しようとする場合、固体潤滑剤を含む層の硬さや密着性に応じて両部材間の圧接力の上限値が制限されてしまい、耐久性を確保しつつ高トルク化を図ることが困難であるという問題点を有していた。
【０００７】
この発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、耐久性の向上と高トルク化とを両立することを実現した振動アクチュエータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、上述した問題点を解決するために移動子と振動子との潤滑に液体潤滑剤を用いることに着目し、研究及び開発を鋭意遂行した結果、移動子と振動子との圧接力と液体潤滑剤の特性とが所定の条件を満たした場合に、耐久性の向上と高トルク化とを両立可能であることに想到して本発明を完成するに至った。
すなわち、この発明に係る振動アクチュエータは、円筒状の移動子と、移動子の外周面に面接触可能である一対の爪部が、移動子側の端部に形成される振動子と、移動子と振動子とを加圧接触させる予圧手段と、振動子に超音波振動を発生させることにより移動子を移動させる振動手段と、移動子の外周面と振動子の一対の爪部との間に液体潤滑剤を供給可能な潤滑剤供給手段とを備え、予圧手段は、移動子と振動子との間に１０ＭＰａ〜１００ＭＰａの範囲内の面圧が作用するように、移動子と振動子とを加圧接触させること、液体潤滑剤の４０℃における動粘度は、ＩＳＯ粘度分類でＶＧ２００〜ＶＧ１２００の範囲内であること、及び液体潤滑剤の表面張力は、１５ｍＮ／ｍ〜２５ｍＮ／ｍの範囲内であることを特徴とするものである。
【０００９】
また、この発明に係る振動アクチュエータの移動子と振動子との間に作用する面圧は、３０ＭＰａ〜６０ＭＰａの範囲内であってもよい。
さらに、液体潤滑剤の４０℃における動粘度は、ＩＳＯ粘度分類でＶＧ４００〜ＶＧ８００の範囲内であってもよい。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、振動アクチュエータの耐久性の向上と高トルク化とを両立することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施の形態１に係る振動アクチュエータの構成を示す斜視図である。
【図２】実施の形態１に係る振動アクチュエータに関し、（ａ）は液体潤滑剤の動粘度に対する駆動トルクの推移を示すグラフであり、（ｂ）は液体潤滑剤の動粘度に対する移動子と固定子との接触部の摩耗量の推移を示すグラフである。
【図３】実施の形態１に係る振動アクチュエータに関し、液体潤滑剤の種類と振動アクチュエータの駆動トルクとの相関を示すグラフである。
【図４】この発明の実施の形態３に係る振動アクチュエータの構成を示す斜視図である。
【図５】この発明に係る振動アクチュエータの変形例を示す斜視図である。
【図６】この発明に係る振動アクチュエータの変形例を示す斜視図である。
【図７】この発明に係る振動アクチュエータの変形例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、この発明の実施の形態について、添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１に、この実施の形態１に係る振動アクチュエータ１０１を示す。振動アクチュエータ１０１は、超音波振動を利用して略円筒状のロータ１を軸方向周り（矢印Ｐ及び矢印Ｑ参照）に回転させるものであって、ロータ１に一方の端部側で接触するステータ２を備えている。また、ステータ２の他方の端部側には、ステータ２に超音波振動を発生させる圧電素子３と、第一基部ブロック４及び第二基部ブロック５とが順次設けられている。圧電素子３は複数の圧電素子板を積層したものであり、これらの圧電素子板に図示しない駆動回路から交流電圧を印加することによってステータ２に超音波振動が発生する。尚、ステータ２及び圧電素子３は全体として略円筒状の外形を有しており、ロータ１の軸方向とステータ２及び圧電素子３の軸方向とが直交している。ここで、ロータ１、ステータ２及び圧電素子３は、振動アクチュエータ１０１における移動子、振動子及び振動手段をそれぞれ構成している。
【００１３】
ロータ１は、同一の円筒形状を有する第一ロータ部材１ａ及び第二ロータ部材１ｂと、これらのロータ部材１ａ、１ｂの中央部を貫通するロータ軸１ｃとを備えている。第一ロータ部材１ａ及び第二ロータ部材１ｂは、ロータ軸１ｃの両端部にそれぞれ一体として固定されており、ロータ軸１ｃの中心軸線を回転中心として、第一ロータ部材１ａ、第二ロータ部材１ｂ及びロータ軸１ｃが一体として回転するようになっている。また、ロータ１の外周部には、例えば振動アクチュエータ１０１をロボットハンドとして適用した場合に、その腕部や指部を構成する部材となる柱状のアーム部材６が設けられている。アーム部材６は、第一ロータ部材１ａの外周面１ａａ及び第二ロータ部材１ｂの外周面１ｂａにそれぞれ固定されており、ロータ１とアーム部材６とが一体として回転可能となっている。
【００１４】
ここで、以下の説明の便宜上、ステータ２及び圧電素子３の中心軸をＺ軸として規定し、その正方向を第二基部ブロック５側からステータ２側へ向かう方向とする。また、Ｚ軸に対して直交するロータ軸１ｃの中心軸をＸ軸として規定するとともに、Ｚ軸及びＸ軸に直交するようにＹ軸が延びているものと規定する。
ロータ１側となるステータ２の端部には、Ｚ軸に沿って正方向に突出するとともにＸ軸に沿って直線状に延びる一対の第一突出爪部２ａ及び第二突出爪部２ｂが形成されている。また、第一突出爪部２ａと第二突出爪部２ｂとの間に形成された凹部２ｃの内部には、後に詳述するオイルが含浸された供給体１０が設けられている。
【００１５】
第一突出爪部２ａの先端部において、内側、すなわち凹部２ｃ側に位置する部位には、第一ロータ部材１ａの外周面１ａａ及び第二ロータ部材１ｂの外周面１ｂａに沿った円弧状の断面を有する第一接触面２ａ１が形成されており、この第一接触面２ａ１と第一ロータ部材１ａの外周面１ａａ及び第二ロータ部材１ｂの外周面１ｂａとが接触している。同様に、第二突出爪部２ｂの先端部において内側に位置する部位にも、第一接触面２ａ１と同様の断面を有する第二接触面２ｂ１が形成されており、第二接触面２ｂ１と第一ロータ部材１ａの外周面１ａａ及び第二ロータ部材１ｂの外周面１ｂａとが接触している。つまり、ステータ２は、第一突出爪部２ａの第一接触面２ａ１及び第二突出爪部２ｂの第二接触面２ｂ１において、ロータ１の第一ロータ部材１ａ及び第二ロータ部材１ｂと面接触可能となっている。
【００１６】
また、振動アクチュエータ１０１は、ロータ１とステータ２とを加圧接触させるための予圧部材８を備えている。予圧部材８は、ステータ２及び圧電素子３の中央部をＺ軸に沿って延びる軸部８ａを有している。軸部８ａの一端は、ステータ２から突出してロータ１の第一ロータ部材１ａと第二ロータ部材１ｂとの間に延出しており、ロータ軸１ｃの外周部を囲んで回転可能に支持する取付部８ｂに連結されている。一方、軸部８ａの他端は第二基部ブロック５の内部に延出しており、コイルばね等から構成される付勢部８ｃに連結されている。付勢部８ｃは、軸部８ａ及び取付部８ｂを介してロータ軸１ｃを矢印Ｆで示される方向（Ｚ軸の負方向）に付勢しており、それにより、ロータ１とステータ２とが加圧接触するようになっている。
【００１７】
ここで、予圧部材８が加圧接触させることによってロータ１とステータ２との間に作用する面圧、すなわち、第一ロータ部材１ａの外周面１ａａ及び第二ロータ部材１ｂの外周面１ｂａと、第一突出爪部２ａの第一接触面２ａ１及び第二突出爪部２ｂの第二接触面２ｂ１との間に作用する面圧は、１０ＭＰａ〜１００ＭＰａの範囲内、より好ましくは３０ＭＰａ〜６０ＭＰａの範囲内から選択されるようになっている。尚、軸部８ａ、取付部８ｂ及び付勢部８ｃから構成される予圧部材８は、振動アクチュエータ１０１における予圧手段を構成するものである。
【００１８】
次に、ステータ２の凹部２ｃ内に設けられた供給体１０と、供給体１０に含浸されたオイルの特性とについて説明する。
供給体１０は、柔軟性を有する多孔質の樹脂を材料とした略直方体状の部材であって、その両側面がステータ２の第一突出爪部２ａ及び第二突出爪部２ｂにそれぞれ隣接して接触するように設けられている。また、供給体１０の上部表面は、第一突出爪部２ａに隣接する部位と第二突出爪部２ｂに隣接する部位との間の全体にわたって、第一ロータ部材１ａの外周面１ａａ及び第二ロータ部材１ｂの外周面１ｂａと接触している。一方、供給体１０の底部表面は、全面にわたって凹部２ｃの底部壁面と接触している。ここで、ロータ１は、予圧部材８に矢印Ｆで示される方向へ付勢されることによってステータ２に加圧接触している。供給体１０は、ロータ１の第一ロータ部材１ａ及び第二ロータ部材１ｂに押圧され、その外周面１ａａ及び外周面１ｂａに沿った形状に変形されることによって凹部２ｃ内に保持されている。
【００１９】
以上のように構成される供給体１０に、液体潤滑剤であるオイルが含浸されている。このオイルは、供給体１０を形成する樹脂における連続気孔体構造の毛細管現象によって供給体１０に吸収及び保持されており、供給体１０とロータ１の第一ロータ部材１ａ及び第二ロータ部材１ｂとが接触していることにより、各ロータ部材１ａ、１ｂの外周面１ａａ及び外周面１ｂａに供給される。ここで、振動アクチュエータ１０１において用いられるオイルは、４０℃における動粘度がＩＳＯ粘度分類でＶＧ２００〜ＶＧ１２００の範囲内、より好ましくはＶＧ４００〜ＶＧ８００の範囲内となるように、且つ表面張力が１５ｍＮ／ｍ〜２５ｍＮ／ｍの範囲内となるように選択される。
【００２０】
尚、供給体１０を形成する多孔質の樹脂は、気孔率が高いものほどオイルの含浸量が多くなり、気孔径が大きいものほどオイルの供給量が多くなる。つまり、供給体１０の材料となる樹脂としては、例えば約９０％以上の気孔率を有するＰＶＡ樹脂（ポリビニルアルコール）等、気孔率が高い樹脂ほど好ましい。また、所望する気孔径を有する樹脂を選択することにより、オイルの供給量を設定することができる。
【００２１】
上述したように、本実施の形態１における振動アクチュエータ１０１は、ロータ１とステータ２との間に作用する面圧と、これらの部材を潤滑するオイルの特性とが、下記の条件（１）〜（３）を満たすように構成されている。
（１）ロータ１とステータ２との間に作用する面圧が１０ＭＰａ〜１００ＭＰａの範囲内、より好ましくは３０ＭＰａ〜６０ＭＰａの範囲内であること。
（２）ロータ１とステータ２との潤滑に用いられるオイルの４０℃における動粘度が、ＩＳＯ粘度分類でＶＧ２００〜ＶＧ１２００の範囲内、より好ましくはＶＧ４００〜ＶＧ８００の範囲内であること。
（３）上記オイルの表面張力が１５ｍＮ／ｍ〜２５ｍＮ／ｍの範囲内であること。
以下に、これらの条件（１）〜（３）による作用について説明する。
【００２２】
まず、上記の条件（１）について、ロータ１とステータ２との潤滑に液体潤滑剤であるオイルを用いる場合、両部材間の潤滑が流体潤滑状態、すなわち、ロータ１とステータ２との接触部の表面間にオイルの層（油膜）が形成されて表面同士が接触していない状態になると、摩耗が低減される一方で両部材間の摩擦力が著しく低下する。つまり、ロータ１とステータ２とが流体潤滑状態となると、ロータ１を高いトルクで駆動することが困難となる。
【００２３】
したがって、ロータ１及びステータ２の摩耗を低減しながら摩擦力を確保しようとする場合、ロータ１とステータ２とを境界潤滑状態、すなわち、ロータ１及びステータ２の表面同士が少なくとも一部で接触し、残りの一部に油膜が形成されている状態とすることが必要となる。ここで、振動アクチュエータ１０１においてステータ２に発生する超音波振動の振幅は、約１μｍ〜２μｍ程度となっている。つまり、ロータ１とステータ２との間に形成される油膜の厚さを１μｍ以下とすれば、両部材を境界潤滑状態とすることが可能であり、予圧部材８によってロータ１とステータ２との間に作用する面圧が上記の条件（１）を満たす場合、油膜の厚さが１μｍ以下となることが確認された。
【００２４】
次に、上記の条件（２）について、ロータ１とステータ２との間に１μｍ以下の油膜が形成されている場合、両部材間の駆動力の伝達はオイルのせん断力を利用して行われるため、オイルの動粘度は高い方が好ましい。ここで、オイルの動粘度をＶＧ１８０からＶＧ８００まで段階的に変化させた場合に、ステータ２からロータ１に伝達される駆動力、すなわちロータ１の駆動トルクがどのように推移するのかを実験したグラフを図２（ａ）に示す。また、オイルの動粘度をＶＧ１８０からＶＧ８００まで段階的に変化させた場合にロータ１とステータ２との接触部の摩耗がどのように推移するのかを実験したグラフを図２（ｂ）に示す。尚、本実験の条件として、ロータ１とステータ２との間に作用する面圧を３０ＭＰａとし、フッ素系オイルを用いて潤滑を行っている。また、図２（ｂ）の縦軸に示される平均摩耗量は、この条件でロータ１を１００万回転させた場合の平均摩耗量を示している。
【００２５】
図２（ａ）のグラフに示されるように、ロータ１の駆動トルクは、オイルの動粘度が増加するのに伴って増大する。一方、図２（ｂ）のグラフに示されるように、ロータ１とステータ２との接触部における摩耗量は、オイルの動粘度の増加に伴って徐々に減少する。これらのグラフから、好ましいオイルの動粘度がＶＧ２００以上であることが明らかであり、動粘度をＶＧ４００以上とすればより好ましいことが明らかである。尚、オイルの動粘度は、ＩＳＯの粘度分類（４０℃における分類）でＶＧ２〜ＶＧ１５００まで規定されているが、ＶＧ１２００を超えるオイルは、通常、特殊用途に用いられるものであり、そのコストも高くなる。また、あまり動粘度が大きいと、低温時において駆動時の速度が低下する恐れがある。つまり、オイルの動粘度をＶＧ２００〜ＶＧ１２００の範囲内、より好ましくはＶＧ４００〜ＶＧ８００の範囲内とした場合、駆動トルクと摩耗量とのバランスを低コストで最適にすることが可能となっている。
【００２６】
また、上記の条件（３）について、ロータ１とステータ２とをオイルで潤滑する場合、使用されるオイルはロータ１とステータ２との間に入り込むのに十分な濡れ性を有していること、換言すればオイルの表面張力が低いことが必要となる。ここで、主なオイルの表面張力を挙げると、鉱油の表面張力が２９．７ｍＮ／ｍ、トルエンの表面張力が２８．４ｍＮ／ｍ、シリコーンオイルの表面張力が２０〜２１ｍＮ／ｍ、フッ素系オイルの表面張力１９．１ｍＮ／ｍとなっている。つまり、上記のオイルの中で表面張力が低いのはシリコーンオイル及びフッ素系オイルであり、これらのオイルを選択すれば、上記の条件（３）が満たされることとなる。
【００２７】
以上より、本実施の形態１における振動アクチュエータ１０１は、予圧部材８によってロータ１とステータ２との間に作用する面圧が３０ＭＰａとなるように構成されている。また、ロータ１とステータ２とを潤滑するためのオイルには、動粘度がＶＧ４００であるフッ素系オイルが選択されている。ここで、ロータ１とステータ２との間に作用する面圧を３０ＭＰａとし、動粘度がＶＧ４００である複数種類のオイルを用いてロータ１とステータ２とを潤滑した場合に、ロータ１の駆動トルクがどのように推移するのかを実験した結果を図３に示す。尚、オイルとしては、振動アクチュエータ１０１で用いられているフッ素系オイルの他に、グリコール系オイル、合成炭化水素系オイル及びエステル系オイルを用いている。図３からは、フッ素系オイルを用いた場合に良好な駆動トルクが得られることが明らかである。つまり、図２（ａ）、図２（ｂ）及び図３から、上記の条件（１）〜（３）を満たす場合に、振動アクチュエータ１０１の耐久性の向上と高トルク化とを両立することが可能であることが明らかである。特に、本発明に係る振動アクチュエータ１０１は、比較的低い回転数で駆動され、且つ高い駆動トルクを要求されるロボットハンドに適用した場合、耐久性と駆動トルクとのバランスを好適に保つことができる。
【００２８】
次に、この発明の実施の形態１に係る振動アクチュエータの動作について説明する。
図１に示すように、まず圧電素子３の複数の圧電素子板に対して図示しない駆動回路から交流電圧が印加されると、各圧電素子板は、振動方向が互いに異なる超音波振動をそれぞれ発生する。これらの超音波振動が複合振動としてステータ２に伝達されると、ステータ２の第一突出爪部２ａ及び第二突出爪部２ｂの先端部にＸ軸周りの楕円振動が発生する。また、第一突出爪部２ａの第一接触面２ａ１及び第二突出爪部２ｂの第二接触面２ｂ１にはＸ軸周りの楕円振動による進行波が発生し、これらの接触面２ａ１及び２ｂ１と、ロータ１の第一ロータ部材１ａの外周面１ａａ及び第二ロータ部材１ｂの外周面１ｂａとの間に作用する摩擦力により、ロータ１及びアーム部材６が矢印Ｐまたは矢印Ｑで示される方向に回転される。尚、ロータ１の回転方向は、圧電素子３の各圧電素子板に印加する交流電圧に応じて制御される。
【００２９】
ロータ１の第一ロータ部材１ａの外周面１ａａ及び第二ロータ部材１ｂの外周面１ｂａには、ステータ２の凹部２ｃ内の供給体１０に含浸されたオイルが付着している。これらの外周面１ａａ及び外周面１ｂａに付着したオイルは、ロータ１の回転に伴って、外周面１ａａ及び外周面１ｂａとステータ２の第一接触面２ａ１及び第二接触面２ｂ１との間に入り込む。ここで、供給体１０に含浸されているオイルは表面張力が低く、濡れ性が良いフッ素系オイルであるため、ロータ１の外周面１ａａ及び外周面１ｂａと第一接触面２ａ１及び第二接触面２ｂ１ステータ２との間に入り込みやすくなっており、入り込んだオイルがロータ１とステータ２との間に油膜を形成して両部材を潤滑する。
【００３０】
また、ロータ１とステータ２との間には、予圧部材８によって３０ＭＰａの面圧が作用しており、この面圧により、ロータ１とステータ２との間に入り込んだオイルが厚さ１μｍ以下の油膜を形成する。この場合、ステータ２に発生する超音波振動の振幅は１μｍ〜２μｍであるため、ロータ１とステータ２とは、両部材間の表面同士が少なくとも一部で接触し、残りの一部に油膜が形成される境界潤滑状態となる。さらに、オイルの動粘度は高粘度（４０℃におけるＩＳＯの粘度分類でＶＧ４００）であるため、１μｍの油膜が形成された状態において、オイルのせん断力を利用してステータ２からロータ１への動力の伝達が行われる。つまり、ロータ１とステータ２との潤滑を行いつつ、両部材間に所定の摩擦力を作用させることが可能であり、それにより、振動アクチュエータ１０１の耐久性の向上と高トルク化とが両立される。
【００３１】
尚、圧電素子３が発生させる超音波振動の位相は、各圧電素子板に印加する交流電圧に応じて制御可能となっており、振動アクチュエータ１０１では、振動が最も大きくなる、いわゆる振動の腹が、ステータ２の第一接触面２ａ１及び第二接触面２ｂ１の位置、あるいはその近傍となるように制御されている。そのため、ステータ２の第一接触面２ａ１及び第二接触面２ｂ１の位置における振動が大きくなる。また、オイルの供給体１０は、その両側面がステータ２の第一突出爪部２ａ及び第二突出爪部２ｂに接触するように、すなわち第一接触面２ａ１及び第二接触面２ｂ１に隣接するように設けられている。
【００３２】
ここで、超音波振動が発生する部位の近傍に供給された液体は、超音波振動の腹となる位置に集まるという特性を有している。したがって、ステータ２の凹部２ｃ内に供給体１０を配置し、且つ超音波振動の腹の位置をステータ２の第一接触面２ａ１及び第二接触面２ｂ１の位置、あるいはその近傍とすることにより、ロータ１とステータ２との間に効率よくオイルを供給できるようになっている。また、ステータ２の第一接触面２ａ１及び第二接触面２ｂ１に超音波振動が発生している場合、ロータ１とステータ２との間には、ロータ１が回転していなくても供給されるようになっている。したがって、例えば振動アクチュエータ１０１の起動時等において、ロータ１とステータ２との間に直ちにオイルを供給することが可能となり、振動アクチュエータ１０１をスムーズに起動することや、起動時における摩耗を低減することが可能となる。
【００３３】
さらに、供給体１０は、予圧部材８がロータ１をステータ２に対して付勢する力によってステータ２の凹部２ｃ内に保持されているため、例えばＰＶＣ樹脂のような柔軟な材料を供給体１０の材料とした場合、供給体１０がロータ１に与える回転抵抗を低く抑えることが可能となる。また、供給体１０は多孔質の樹脂を材料としているため、その気孔率や気孔径を適宜選択することが可能となっている。例えば、気孔率を変更することによってロータ１に付着するオイルの量を調整し、それにより、ロータ１とステータ２との接触部で発生した摩耗粉が第一ロータ部材１ａの外周面１ａａ及び第二ロータ部材１ｂの外周面１ｂａに付着することを防止することが可能である。また、ロータ１とステータ２との接触部で発生した摩耗粉の大きさに応じて気孔径を選択すれば、発生した摩耗粉を供給体１０で拭き取って第一ロータ部材１ａの外周面１ａａ及び第二ロータ部材１ｂの外周面１ｂａを保護することも可能となる。
【００３４】
以上に説明したように、予圧部材８によってロータ１とステータ２とを加圧接触させ、ステータ２に発生する超音波振動を利用してロータ１を駆動する振動アクチュエータ１０１において、液体潤滑剤であるオイルを用いてロータ１とステータ２との潤滑を行うとともに、ロータ１とステータ２との間に作用する面圧を３０ＭＰａとしたので、ロータ１とステータ２とが境界潤滑状態で潤滑される。また、潤滑に用いるオイルを、ＩＳＯ粘度分類でＶＧ４００の動粘度を有し、且つ表面張力が低いフッ素系オイルをオイルとしたので、境界潤滑状態で潤滑されるロータ１及びステータ２において、摩耗を低減しつつ両部材間に効率よく摩擦力を発生させることが可能となる。したがって、本発明によれば、振動アクチュエータ１０１の耐久性を向上するとともに高トルク化を図ることが可能となる。
【００３５】
実施の形態２．
次に、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に係る振動アクチュエータ１０２は、実施の形態１における振動アクチュエータ１０１がロータ１とステータ２との潤滑にオイルを使用していたのに対し、グリースを使用して潤滑を行うように構成したものである。そのため、本実施の形態２に係る振動アクチュエータは、図１に示される振動アクチュエータ１０１と同様の構成を有する。
振動アクチュエータ１０２における供給体１０には、実施の形態１において用いられたオイルをベースオイルとし、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）を増ちょう剤として添加したグリースが含浸されている。ここで、通常、グリースの特性はベースオイルの特性に依存するため、振動アクチュエータ１０２において用いられるグリースは、振動アクチュエータ１０１において使用されるオイルと共通した特性を有するものとなる。
【００３６】
このように、ロータ１とステータ２との潤滑にグリースを利用しても、ロータ１とステータ２との間の面圧に関する条件（１）を満たし、且つグリースのベースオイルが動粘度に関する条件（２）及び表面張力に関する条件（３）を満たしていれば、耐久性の向上と高トルク化とを両立するという効果に関し、実施の形態１とほぼ同様の効果を得ることができる。尚、オイルの代わりにグリースを用いることにより、ロータ１とステータ２との間で駆動力を伝達する際の摩擦損失は高くなるが、その分、供給体１０からグリースが漏れ出す量は低減される。
【００３７】
実施の形態３．
次に、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、図４に基づいて説明する。この実施の形態３に係る振動アクチュエータ１０３は、実施の形態１に係る振動アクチュエータ１０１が略円筒状のロータ１を移動子としていたのに対し、球体状のロータを移動子とするように構成したものである。尚、以下に説明する実施の形態３において、図１に示される符号と同一の符号は同一または同様の構成要素であるため、その詳細な説明は省略する。
【００３８】
図４に示すように、振動アクチュエータ１０３は、球体状の移動子であるロータ３１と、ロータ３１が接触する振動子であるステータ３２とを備えている。ロータ３１側に位置するステータ３２の端部には、略円環状に形成された３つの突出爪部３２ａ〜３２ｃがロータ３１に向かって突出するように設けられており、これらの突出爪部３２ａ〜３２ｃには、ロータ３１の外表面３１ａに対応する球状の接触面３２ａ１〜３２ｃ１がそれぞれ形成されている。また、突出爪部３２ａ〜３２ｃの内側に形成された凹部３２ｄの内部には、実施の形態１における供給体１０と同様の樹脂を材料とする略円筒状の供給体３３が設けられており、この供給体３３には、４０℃における動粘度がＩＳＯ粘度分類でＶＧ４００であるフッ素系オイルが含浸されている。さらに、ロータ３１の上部には予圧手段３４が配置されており、この予圧手段３４によってロータ３１がステータ３２に対して加圧されている。
【００３９】
ここで、図４は、ステータ３２の凹部３２ｄ及び供給体３３を図示するために、ロータ３１とステータ３２とが離間した状態を示したものであり、実際の振動アクチュエータ１０３では、ロータ３１の外表面３１ａと、ステータ３２の突出爪部３２ａ〜３２ｃの接触面３２ａ１〜３２ｃ１とが面接触するようになっている。また、予圧手段３４は、ロータ３１とステータ３２との間、すなわち、ロータ３１の外表面３１ａと、ステータ３２の突出爪部３２ａ〜３２ｃの接触面３２ａ１〜３２ｃ１との間に３０ＭＰａの面圧を作用させている。つまり、この実施の形態３は、圧電素子３がステータ３２に発生させる超音波振動を利用してロータ３１を多自由度で回転させる振動アクチュエータ１０３を、実施の形態１で挙げた条件（１）〜（３）を満たすように構成したものである。また、上記以外の構成については、実施の形態１と同様である。
以上のように、振動アクチュエータ１０３を、球体状のロータ３１を駆動するように構成しても、実施の形態１と同様に耐久性の向上と高トルク化との両立を図ることが可能となる。
【００４０】
実施の形態１において、潤滑剤供給手段である供給体１０（図１参照）は、ステータ２の凹部２ｃ内に配置される単一の部材として形成されたが、供給体１０を単一の部材とすることに限定するものではない。ロータ１とステータ２との間にオイルを供給可能であればよいため、例えば図５に示す振動アクチュエータ１０４のように、ステータ２の凹部２ｃ内に２つの供給体４１、４２を配置するように構成することも可能である。尚、この場合、供給体４１は、ロータ１の第一ロータ部材１ａ及び第二ロータ部材１ｂとステータ２の第一突出爪部２ａとに接触しており、供給体４２は、ロータ１の第一ロータ部材１ａ及び第二ロータ部材１ｂとステータ２の第二突出爪部２ｂとに接触している。また、これらの供給体４１、４２を凹部２ｃ内に保持するために、金属等を材料とする平板状の支持部材４３、４４を凹部２ｃの底部に設け、これらの支持部材４３、４４上に供給体４１、４２をそれぞれ固定することも可能である。
【００４１】
また、実施の形態１における振動アクチュエータ１０１（図１参照）は、ステータ２に一対の突出爪部２ａ、２ｂを設け、それらの間の凹部２ｃに供給体１０が配置されるように構成されたが、複数の突出爪部の間に供給体を配置する構成に限定するものではない。例えば図６に示す振動アクチュエータ１０５のように、ステータ５２を、その中央部を直線状に延びる単一の突出爪部５２ａを有するものとして構成することも可能である。この場合、ロータ１の第一ロータ部材１ａ及び第二ロータ部材１ｂと、突出爪部５２ａの先端部に形成された接触面５２ａ１とが面接触する。また、オイルが含浸された供給体５３は、突出爪部５２ａの一方の側部または両側部に配置されており、ロータ１の第一ロータ部材１ａ及び第二ロータ部材１ｂに接触することによってオイルを供給する。
【００４２】
実施の形態１〜３において、ロータとステータとの間にオイルを供給するための潤滑剤供給手段として、多孔質の樹脂を材料とする供給体が用いられたが、このような供給体を用いることに限定するものではない。例えば図７に示される振動アクチュエータ１０６のステータ６２のように、第一突出爪部２ａと第二突出爪部２ｂとの間を塞ぐ、つまりステータ２の凹部２ｃをＸ軸方向における両端部で塞ぐ壁部６２ｄを設け、その内部に溜められたオイルにロータ１が浸かるような構成とすることも可能である。この場合、供給体を用いることなくロータ１の外周面にオイルを直接供給できるため、部品点数を低減して低コスト化を図ることが可能である。尚、この場合の潤滑剤供給手段は、第一突出爪部２ａ、第二突出爪部２ｂ及び一対の壁部６２ｄに囲まれてオイルが溜められた空間となる。
【００４３】
実施の形態１〜３において、移動子である各ロータは略円筒状または球体状の部材として構成されたが、移動子の形状を円筒状及び球体状に限定するものではない。例えば、円環状の移動子を軸方向周りに回転させる振動アクチュエータや、棒状や柱状の移動子を直線移動させる、いわゆるリニア型の振動アクチュエータ等、他の形状を有する移動子を備えた振動アクチュエータに本発明を適用することも可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１，３１  ロータ（移動子）、２，３２，５２  ステータ（振動子）、３  圧電素子（振動手段）、８  予圧部材（予圧手段）、１０，３３，４１，４２，５３  供給体（潤滑剤供給手段）、３４  予圧手段、１０１，１０２，１０３，１０４，１０５，１０６  振動アクチュエータ。
【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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