(57)【要約】【課題】異音が発生することなく、駆動の伝達効率のよい振動アクチュエータを提供する。【解決手段】弾性体１２の周方向に連続して形成されたベース部１２ｂの内周側のスラスト方向の厚さを、外周側より小さくすることにより、弾性体１２の駆動面における内周側と外周側との回転軸と平行な方向の振動振幅の大きさを近づけることができる。これにより、駆動力を効率よく取り出すことができるとともに、異音の発生を低減することができる。【選択図】図２
2006280175.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
略円環形状であり、周方向に連続して形成されたベース部と周方向に複数の櫛歯が形成された櫛歯部とを有する弾性体と、前記ベース部に接合され、前記弾性体に振動を発生させる電気機械変換素子とを備えた振動体と、
前記弾性体に加圧接触して回転する回転体と、
前記回転体を前記振動体に加圧接触させる加圧部材と、
を備え、
前記回転体の回転軸に対して垂直な前記ベース部の平面において、面外の曲げ変形の剛性は、外周側より内周側が小さいこと、
を特徴とする振動アクチュエータ。
【請求項２】
請求項１に記載の振動アクチュエータにおいて、
前記ベース部の縦弾性係数は、外周側より内周側が小さいこと、
を特徴とする振動アクチュエータ。
【請求項３】
請求項１に記載の振動アクチュエータにおいて、
前記ベース部は、スラスト方向の厚さが、外周側より内周側が薄いこと、
を特徴とする振動アクチュエータ。
【請求項４】
請求項３に記載の振動アクチュエータにおいて、
前記ベース部は、スラスト方向の厚さが連続的に変化すること、
を特徴とする振動アクチュエータ。
【請求項５】
請求項３に記載の振動アクチュエータにおいて、
前記ベース部は、スラスト方向の厚さが段階的に変化すること、
を特徴とする振動アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弾性体部分の構造を改良した円環型の振動アクチュエータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の振動アクチュエータは、特許文献１に開示されているように、圧電体の伸縮を利用して弾性体の駆動面（移動子との接触面）に進行性振動波を発生させ、この進行性振動波によって駆動面に楕円運動が生じ、楕円運動の波頭に加圧接触した移動子が駆動される。このような振動アクチュエータは、低回転でも高トルクを有するといった特徴があるため、駆動装置に搭載した場合に、駆動装置のギアを省略することができるので、ギア騒音をなくし、静寂化を達成できることや、位置決め精度を向上できるといった利点がある。
【０００３】
このような振動アクチュエータの中で、振動体が円環形状であり、弾性体の駆動面に生じた進行性振動波により、円盤又は円環状の移動子（回転体）が回転駆動される円環型の振動アクチュエータが知られている。この振動アクチュエータは、弾性体表面に生じる楕円運動の駆動面における駆動振幅の方向は、回転体の回転円の接線方向と、回転体の回転軸に平行な方向との組合せであることが理想的である。
【０００４】
しかし、振動アクチュエータは、径が小さい場合には、曲率が大きくなるため、弾性体の駆動面において、内周側の振動振幅は、外周側の振動振幅に比較して小さい。
そのため、回転体に対する駆動振幅の方向が、回転軸と平行ではない、つまり、駆動面に対して垂直ではなく、内周側に傾く傾向が生じるために回転体が滑り、駆動力の伝達効率が低下したり、異音が発生したりするという問題があった。
【特許文献１】特公平１−１７３５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、異音が発生することなく、駆動の伝達効率のよい振動アクチュエータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、以下のような解決手段により、前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために、本発明の実施例に対応する符号を付して説明するが、これに限定されるものではない。
請求項１の発明は、略円環形状であり、周方向に連続して形成されたベース部（１２ｂ）と周方向に複数の櫛歯が形成された櫛歯部（１２ａ）とを有する弾性体（１２）と、前記ベース部に接合され、前記弾性体に振動を発生させる電気機械変換素子（１３）とを備えた振動体（１１）と、前記弾性体に加圧接触して回転する回転体（１５）と、前記回転体を前記振動体に加圧接触させる加圧部材（１９）と、を備え、前記回転体の回転軸に対して垂直な前記ベース部（１２ｂ）の平面において、面外の曲げ変形の剛性は、外周側より内周側が小さいこと、を特徴とする振動アクチュエータである。
請求項２の発明は、請求項１に記載の振動アクチュエータにおいて、前記ベース部の縦弾性係数は、外周側より内周側が小さいこと、を特徴とする振動アクチュエータである。
請求項３の発明は、請求項１に記載の振動アクチュエータにおいて、前記ベース部（１２ｂ）は、スラスト方向の厚さが、外周側より内周側が薄いこと、を特徴とする振動アクチュエータである。
請求項４の発明は、請求項３に記載の振動アクチュエータにおいて、前記ベース部（１２ｂ）は、スラスト方向の厚さが連続的に変化すること、を特徴とする振動アクチュエータである。
請求項５の発明は、請求項３に記載の振動アクチュエータにおいて、前記ベース部（１２ｂ）は、スラスト方向の厚さが段階的に変化すること、を特徴とする振動アクチュエータである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、回転体の回転軸に対して垂直なベース部の平面において、面外の曲げ変形の剛性は、外周側より内周側が小さくなる。従って、弾性体の駆動面における内周側と外周側との回転軸に平行な方向の振動振幅の大きさを近づけることができ、それによって、駆動力を効率よく取り出すことができるとともに、異音の発生等を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明は、異音が発生することなく、駆動の伝達効率のよい振動アクチュエータを提供するという目的を、弾性体のベース部の内周側のスラスト方向の厚さを、外周側のスラスト方向の厚さより薄くすることにより実現した。
【実施例１】
【０００９】
図１は、本発明による振動アクチュエータの実施例１を模式的に示す断面図である。
なお、以下の実施例は、振動アクチュエータとして、超音波の振動領域を利用した進行波モータである超音波モータを例に挙げて説明する。
この超音波モータ１０は、振動体１１、回転体１５、固定部材１６、ベアリング１７、出力軸１８、加圧部材１９等を備えている。
【００１０】
振動体１１は、略円環形状である弾性体１２、弾性体１２に接合された圧電体１３等を有する。この振動体１１は、圧電体１３の伸縮により進行波が発生する。本実施例では、一例として、４波の進行波として説明する。
【００１１】
弾性体１２は、共振先鋭度が大きな金属により形成され、その形状は、略円環形状であり、周方向に複数の櫛歯が形成された櫛歯部１２ａ、周方向に連続して形成されたベース部１２ｂを有する。櫛歯部１２ａの先端面は、後述する回転体１５に加圧接触される駆動面である。櫛歯部１２ａを設ける理由は、進行波の中立面をできる限り圧電体１３側に近づけ、駆動面の進行波の振幅を増幅させるためである。
この弾性体１２は、ベース部１２ｂの内周側にフランジ部１２ｃが設けられ、このフランジ部１２ｃにより、固定部材１６に固定される。
【００１２】
圧電体１３は、電気エネルギーを機械エネルギーに変換する圧電素子や電歪素子等を例とした電気機械変換素子である。この圧電体１３は、周方向に沿って、２つの相（Ａ相、Ｂ相）の電気信号が入力される範囲があり、各相に対応する範囲おいては、１／２波長毎に分極が交互となった要素が並べられており、Ａ相とＢ相との間には、１／４波長分間隔が空くようにしてある。
また、圧電体１３は、各相の電極にフレキシブルプリント基板１４の配線が接続されており、このフレキシブルプリント基板１４に外部から供給された駆動電圧により伸縮し、弾性体１２に振動を生じさせる。
【００１３】
回転体１５は、略円盤形状であり、アルミニウム等の軽金属により形成されている。
この回転体１５は、振動体１１と加圧接触することにより、櫛歯部１２ａの先端面である駆動面に生じた進行波による楕円運動により、回転駆動される。
【００１４】
出力軸１８は、その先端部が回転体１５に結合されており、ベアリング１７を介して固定部材１６に回転自在に取り付けられている。よって、出力軸１８は、回転体１５と一体に回転し、回転体１５の回転運動は、出力軸１８を通して出力として取り出される。
【００１５】
加圧部材１９は、振動体１１と回転体１５とを加圧する部材であり、出力軸１８に設けられている。この加圧部材１９は、バネ１９ａと、ベアリング１７に接して配置され、バネ１９ａの一端を押さえる押さえリング１９ｂと、バネ１９ａの他端を押さえる押さえリング１９ｃと、出力軸１８に形成された溝に挿入され、押さえリング１９ｃの位置を規制するＥリング１９ｄとを備えている。
【００１６】
図２は、本発明による振動アクチュエータの実施例１の振動体の径方向の断面を模式的に示す図である。
図２に示すように、ベース部１２ｂは、スラスト方向の厚さを、外周側に比較して内周側が薄く設けられており、径方向の略中央部付近で、スラスト方向の厚さが内周側から外周側へ直線的に大きくなっている。
このように形成することにより、ベース部１２ｂの内周側は、回転体１５の回転軸Ｃに平行な方向の曲げ剛性が外周側に比べて小さくなり、弾性体１２の駆動面における回転軸Ｃに平行な方向の内周側の振動振幅は、ベース部１２ｂのスラスト方向の厚さが均一な場合に比べて大きくなる。
【００１７】
従って、超音波モータ１０は、弾性体１２の駆動面における内周側と外周側との回転軸Ｃに平行な方向の振動振幅の大きさを略等しくすることができ、弾性体１２の駆動振動の振幅方向を、駆動面に対して略垂直に保つことができる。
よって、駆動力の伝達効率がよく、異音が発生し難い超音波モータ１０を提供することができる。
【実施例２】
【００１８】
図３は、本発明による振動アクチュエータの実施例２の振動体の径方向の断面を模式的に示す図である。
なお、以下の各実施例において、前述の実施例１と略同様の機能を果たす部分には、同一の符号を付して、重複する説明を適宜省略する。
【００１９】
実施例２の超音波モータ１０におけるベース部１２ｂ−２は、図３に示すように、スラスト方向の厚さが、その径方向に沿って内周側から外周側へ直線的に大きくなるように設けられている。
以上のように、実施例２においても、実施例１と同様な効果を得ることができる。さらに、ベース部１２ｂ−３は、スラスト方向の厚さが直線的に変化しているので成形が容易である。
【実施例３】
【００２０】
図４は、本発明による振動アクチュエータの実施例３の振動体の径方向の断面を模式的に示す図である。
実施例３の超音波モータ１０におけるベース部１２ｂ−３は、図４に示すように、スラスト方向の厚さが、内周側から径方向に所定の位置までは、直線的に大きくなり、所定の位置から径方向の外周側の端までは一定の厚さとなるように設けられている。
以上のように、実施例３においても、実施例１と同様な効果を得ることができる。
【００２１】
（変形例）
以上説明した実施例に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の均等の範囲内である。
（１）各実施例において、超音波モータ１０は、円環形状であり、中心に出力を取り出す出力軸１８を備えている例を示したが、これに限らず、例えば、回転体がリング状であり、中空であるような超音波モータに用いてもよい。
【００２２】
（２）実施例２において、ベース部１２ｂ−２は、スラスト方向の厚さを内周側から外周側へ直線的に大きくする例を示したが、これに限らず、例えば、曲線的に大きくしてもよい。
また、ベース部は、スラスト方向の厚さを段階的に変化させてもよい。
【００２３】
（３）各実施例において、弾性体１２には金属を用いる例を示したが、これに限らず、例えば、エンジニアリングプラスチック等を用いてもよい。その場合、弾性体１２のベース部１２ｂは、内周側と外周側で厚さを変えることなく、弾性係数の異なる複数の材料を用いて内周側の弾性係数が外周側の弾性係数に比較して小さくなるような２色成形（外周側と内周側で異なる材料を同時に一体成形）とすることができる。
【００２４】
（４）各実施例において、超音波モータ１０は、超音波領域の振動を利用する例を示したが、これに限らず、例えば、利用する振動の周波数領域は可聴域であってもよいし、超音波領域の振動を利用しない電気機械変換アクチュエータでもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明による振動アクチュエータの実施例１を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明による振動アクチュエータの実施例１の振動体の径方向の断面を模式的に示す図である。
【図３】本発明による振動アクチュエータの実施例２の振動体の径方向の断面を模式的に示す図である。
【図４】本発明による振動アクチュエータの実施例３の振動体の径方向の断面を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００２６】
１０    超音波モータ
１１    振動体
１２    弾性体
１３    圧電体
１４    フレキシブルプリント基板
１５    回転体
１６    固定部材
１７    ベアリング
１８    出力軸
１９    加圧部材
Ｃ    回転軸
【図１】
2006280175.tif 000003
【図２】
2006280175.tif 000004
【図３】
2006280175.tif 000005
【図４】
2006280175.tif 000006