(57)【要約】【課題】小型化した場合でも、駆動力を維持しつつ耐久性を向上できる駆動装置を提供すること。【解決手段】駆動装置１０は、圧電素子１２２および当接部６３を有する振動体１２と、この振動体１２の当接部６３とが当接される被当接部３４を有するロータ３とを備え、振動体１２の当接部６３とロータ３の被当接部３４との間にトラクションオイルが介在された状態で、圧電素子１２２に電圧を印加して振動体１２を振動させることにより、当接部６３で被当接部３４を繰り返し押圧してロータ３を駆動させる。【選択図】　図２
2004032985.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電素子および当接部を有する振動体と、この振動体の当接部が当接される被当接部を有する被駆動体とを備え、前記圧電素子に電圧を印加して前記振動体を振動させることにより、前記当接部で前記被当接部を繰り返し押圧して前記被駆動体を駆動させる駆動装置において、前記振動体の当接部と前記被駆動体の被当接部との間には、トラクションオイルが介在されていることを特徴とする駆動装置。
【請求項２】
請求項１に記載の駆動装置において、前記振動体の前記当接部を除く部分および前記被駆動体の前記被当接部を除く部分のうち少なくとも一方には、トラクションオイルが濡れにくい処理が施されていることを特徴とする駆動装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の駆動装置において、前記当接部および前記被当接部のうち少なくとも一方には、トラクションオイルが希釈された溶液に浸漬処理されることによりトラクションオイルが塗布されていることを特徴とする駆動装置。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載の駆動装置において、前記当接部は、前記被当接部を繰り返し押圧することによって所定方向に送り、前記被当接部の前記当接部より送り方向手前側に当接しかつトラクションオイルが含浸された布状部材を備えていることを特徴とする駆動装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の駆動装置において、前記被当接部は、前記当接部が当接する方向に対して凹んだ凹状とされていることを特徴とする駆動装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載の駆動装置において、前記当接部および前記被当接部のうち少なくとも一方は、表面の算術平均粗さＲａが０．２μｍ以下とされていることを特徴とする駆動装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれかに記載の駆動装置において、前記当接部および前記被当接部のうち少なくとも一方は、母材より硬度が高い表面層を有していることを特徴とする駆動装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれかに記載の駆動装置において、前記振動体は、略矩形板状の前記圧電素子と、この圧電素子に接合されるとともに前記当接部が形成された振動板とを備え、前記圧電素子の長辺の長さを１とすると短辺の長さは０．２７４以上であり、かつ、前記圧電素子の長手方向に伸縮する縦振動と、前記圧電素子の平面中心に対して点対称に、前記縦振動に直交する方向に屈曲する屈曲振動とにおいて、前記縦振動の共振周波数に対する前記屈曲振動の共振周波数の比が１．００より大きく１．０３以下となるように設定されていることを特徴とする駆動装置。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれかに記載の駆動装置を備えていることを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、圧電素子を有する振動体と、この振動体が当接される被駆動体とを備え、前記圧電素子に所定周波数の交流電圧を印加することにより、前記振動体で前記被駆動体を連続的に駆動させる駆動装置およびこれを備えた装置に関する。
【０００２】
【背景技術】
従来、弾性を有するチューブを順次圧閉することによりチューブ内部の液体を吐出する液体供給装置（チューブポンプ）が知られている。
例えば、液体供給装置は、弾性を有するチューブが略Ｕ字形状に配置された基部と、複数個のボールをチューブ上に保持するリテーナと、ボールをチューブに押し付けてチューブの一部を圧閉するロータと、このロータを回転させる振動装置とを備えている。
【０００３】
リテーナおよびロータは円盤状とされ、その中心で基部に回転可能に支持されている。リテーナは、外周部でボールを保持しながら回転することにより、ボールをチューブ上で移動させる。ロータは、振動装置によって回転されることにより、その下面でボールをチューブに押し付けながら転動させる。
振動装置は、圧電素子および当接部を有する振動体を備えている。この振動体の当接部は、円弧形状とされ、一定の押圧力でロータ外周端面に形成された被当接部に付勢されている。
【０００４】
圧電素子に所定周波数の交流電圧を印加すると、振動体が振動して、当接部が略楕円形の軌道を描いて運動する。このとき、当接部が摩擦力で被当接部を送ることにより、ロータが回転し、ボールがチューブ上を移動して、チューブ先端から液体が吐出される。
【０００５】
ここで、当接部と被当接部との間に生じる摩擦力は、当接部の被当接部に対する押圧力と、当接部および被当接部間の摩擦係数との積で表される。
したがって、ロータを安定して駆動させるためには、押圧力および摩擦係数を維持することが重要であり、様々な提案がされている。
【０００６】
例えば、振動体の当接部として、鉄基金属基材の表面にＷＣ含有層、鉄窒化物層、ＴｉＣＮ等の硬質層を形成し、被駆動体の被当接部として、アルミニウム系金属基材の表面に硬質アルマイト層を形成した構成がある（例えば特許文献１）。この構成によれば、振動体の当接部とロータの被当接部との耐摩耗性を向上できるから、摩擦係数の低下を抑制でき、被駆動体を長期に亘って安定して駆動できる。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００―２２８８８５号公報（第３頁）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
近年、液体供給装置のさらなる小型化が要望されている。しかし、駆動力を維持するため、振動体の押圧力を低下させることはできない。
そこで、振動体の押圧力を維持しつつ、振動体を小さくする方法が考えられる。ところが、押圧力を維持しつつ当接部の円弧半径を小さくしてゆくと、ヘルツの法則により、当接部と被当接部との間に生じる単位面積当たりの押圧力が急激に増大し、当接部および被当接部の耐摩耗性が低下し、長期に亘って安定して駆動させることが困難となっていた。
【０００９】
本発明の目的は、小型化した場合でも、駆動力を維持しつつ耐久性を向上できる駆動装置およびこれを備えた装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の駆動装置およびこれを備えた装置は、次の構成を採用する。
すなわち、本発明の駆動装置は、圧電素子および当接部を有する振動体と、この振動体の当接部が当接される被当接部を有する被駆動体とを備え、前記圧電素子に電圧を印加して前記振動体を振動させることにより、前記当接部で前記被当接部を繰り返し押圧して前記被駆動体を駆動させる駆動装置において、前記振動体の当接部と前記被駆動体の被当接部との間には、トラクションオイルが介在されていることを特徴とする。
【００１１】
トラクションオイルとは、トラクション係数を高めた潤滑剤である。圧力−粘度係数が高く、圧力が作用すると硬化し、圧力が解除されると軟化する性質を有している。
【００１２】
振動体の当接部が被駆動体の被当接部に接触すると、当接部と被当接部との間には、ヘルツの法則により、所定大きさの接触面が形成され、接触圧力が生じる。しかし、現実には、接触面表面の凹凸により、接触圧力にバラツキがある。つまり、接触面は、実際に接触している部分と、僅かな空隙が形成されて実際には接触していない部分とで構成されている。また、接触面周囲においても、当接部と被当接部との間に僅かな空隙が形成されている。
【００１３】
この発明によれば、当接部が被当接部に接触する際に、当接部と被当接部との間にトラクションオイルの膜が形成されるとともに、接触面のうち実際には接触していない部分や接触面周囲の空隙にトラクションオイルが充填される。その後、当接部が被当接部を押圧すると、トラクションオイルに圧力が作用し、硬化する。したがって、トラクションオイルの膜により当接部と被当接部とが直接的に接触することを防ぐとともに、実質的な接触面積を増加させることができるので、当接部と被当接部との固体同士の接触による摩耗を防ぎつつ、単位面積当たりの接触圧力を低くでき、耐久性を向上できる。
しかも、トラクションオイルが硬化するため、当接部と被当接部とが互いに滑り接触するのを防いで、摩擦係数の低下を抑制できるから、駆動装置の駆動力が低下しない。
したがって、小型化した場合でも、駆動装置の駆動力を維持しつつ耐久性を向上できる。
【００１４】
本発明の駆動装置では、前記振動体の前記当接部を除く部分および前記被駆動体の前記被当接部を除く部分のうち少なくとも一方には、トラクションオイルが濡れにくい処理が施されていることが望ましい。
この発明によれば、当接部や被当接部にあるトラクションオイルが、当接部や被当接部以外の部分に流れようとしても、トラクションオイルが濡れにくい処理が施されているため、はじかれることになる。したがって、トラクションオイルが流れ落ちるのを防止して、駆動装置の故障や誤作動を防止できる。
【００１５】
本発明の駆動装置では、前記当接部および前記被当接部のうち少なくとも一方には、トラクションオイルが希釈された溶液に浸漬処理されることによりトラクションオイルが塗布されていることが望ましい。
トラクションオイルの膜厚が大きすぎると、トラクションオイルの粘性により振動体の振動が妨げられるおそれがある。
この発明によれば、トラクションオイルの膜を薄く均一に形成できるから、振動体の振動が妨げられることなく、駆動装置の誤作動を防止できる。
【００１６】
本発明の駆動装置では、前記当接部は、前記被当接部を繰り返し押圧することによって所定方向に送り、前記被当接部の前記当接部より送り方向手前側に当接しかつトラクションオイルが含浸された布状部材を備えていることが望ましい。
この発明によれば、被当接部が当接部によって送られると、被当接部のうち布状部材に当接した部分が当接部に向かって進む。このとき、トラクションオイルが含浸された布状部材によって、トラクションオイルが被当接部に自動的に供給されて塗布される。したがって、振動体の当接部と被駆動体の被当接部との間にトラクションオイルを安定して供給できるから、駆動装置を長期に亘って安定して駆動できる。
また、トラクションオイルを一定量供給できるから、油流れを防止して、駆動装置の故障や誤作動を防止できる。
【００１７】
本発明の駆動装置では、前記被当接部は、前記当接部が当接する方向に対して凹んだ凹状とされていることが望ましい。
この発明によれば、トラクションオイルは凹状となった部分に溜まるから、油流れを防止できる。特に、被当接部を円弧凹状に形成し、当接部を被当接部の形状に対応した円弧凸状に形成すれば、被駆動体が振れた場合でも、当接部と被当接部との接触状態を維持できるので、駆動装置を安定して駆動できる。
【００１８】
本発明の駆動装置では、前記当接部および前記被当接部のうち少なくとも一方は、表面の算術平均粗さＲａが０．２μｍ以下とされていることが望ましい。
表面の算術平均粗さＲａが０．２μｍを超えると、トラクションオイルの膜が破断されて当接部と被当接部とが直接的に接触する確率が高くなり、この接触した部分から摩耗が進展する。また、接触面のうち実際には接触していない部分や接触面周囲に形成される空隙が大きくなり、トラクションオイルが充填されず、実質的な接触面積を十分に確保できない場合がある。
この発明によれば、当接部と被当接部との間のトラクションオイルの膜が破断されるのを防いで、トラクションオイルの膜を確実に形成できる。よって、当接部と被当接部との固体同士の接触による摩耗を防止できる。また、トラクションオイルを充填して実質的な接触面積を確実に増加させることができるから、単位面積当たりの接触圧力を確実に低くでき、耐久性を向上できる。
【００１９】
本発明の駆動装置では、前記当接部および前記被当接部のうち少なくとも一方には、母材より硬度が高い表面層を有していることが望ましい。
この発明によれば、当接部と被当接部との接触圧力が高い場合でも、その母材の摩耗や変形を防止できるから、耐久性を向上できる。
【００２０】
本発明の駆動装置では、前記振動体は、略矩形板状の前記圧電素子と、この圧電素子に接合されるとともに前記当接部が形成された振動板とを備え、前記圧電素子の長辺の長さを１とすると短辺の長さは０．２７４以上であり、かつ、前記圧電素子の長手方向に伸縮する縦振動と、前記圧電素子の平面中心に対して点対称に、前記縦振動に直交する方向に屈曲する屈曲振動とにおいて、前記縦振動の共振周波数に対する前記屈曲振動の共振周波数の比が１．００より大きく１．０３以下となるように設定されていることが望ましい。
この発明によれば、縦振動および屈曲振動の共振周波数が互いに近接しているので、これらの共振周波数近傍で圧電素子を振動させると、縦振動および屈曲振動が同時に現れ、振動体の当接部は圧電素子のほぼ平面内で楕円軌道を描いて振動する。この楕円軌道によって当接部は被駆動体の被当接部を押圧して駆動することが可能となる。この時、圧電素子は、縦振動および屈曲振動のそれぞれの共振点付近で励振されるので、それぞれの振動振幅が大きくなる。従って、当接部の楕円軌道の振幅も大きくなり、被駆動体が高効率で駆動される。
【００２１】
ここで、当接部が設けられた状態での振動体（圧電素子）の短辺が０．２７４よりも小さい場合には、縦振動の共振周波数が屈曲振動の共振周波数よりも大きくなり、当接部が良好な楕円軌道を描くことができない。この時、縦振動の共振周波数に対する屈曲振動の共振周波数の比は、１．００以下である。また、縦振動の共振周波数に対する屈曲振動の共振周波数の比が１．０３より大きい場合には、縦振動の共振点と屈曲振動の共振点とが離れてしまい、両振動の振幅を同時に良好にすることができない。
【００２２】
本発明の装置では、上述した駆動装置を備えていることを特徴とする。
この発明によれば、時計、カメラのオートフォーカス機構、ブラインドの開閉機構、Ｘ−Ｙテーブルの駆動機構等に用いられる超音波モータ用の圧電アクチュエータとして利用できる。また、医薬用薬液注入装置、プリンタインク用のポンプ、芳香剤の定量放出装置、エンジン等への添加剤注入装置等の液体供給装置の圧電アクチュエータとして利用できる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態を図１および図２に基づいて説明する。図１は本発明の第１実施形態に係る駆動装置が適用された液体供給装置１を示す平面図、図２は図１における断面図である。また、以下の説明では、図２中の上側を液体供給装置１における「上側」、下側を「下側」と言う。
【００２４】
図１及び図２に示す液体供給装置１は、チューブ１００と、このチューブ１００が設けられた基部２と、基部２に設けられて２つのボール５をチューブ１００上に転動可能に保持するリテーナ４と、基部２に設けられて２つのボール５をチューブ１００に押し付けてチューブ１００の一部を圧閉するロータ３と、基部２に設けられて振動することによりロータ３をチューブ１００に沿って移動させる振動装置６と、リテーナ４、ロータ３および振動装置６を覆うカバー９とを有している。すなわち、基部２とカバー９とでリテーナ４やロータ３等を収納するための空間が形成されている。
【００２５】
チューブ１００は、弾性を有する樹脂、例えばシリコーンゴムで形成され、その基端が図示しないタンクに接続されている。タンク内部には、芳香剤、消臭剤、薬品等の液体が収容される。
【００２６】
基部２は、チューブ１００が設置されるチューブガイド溝２００が形成された基部本体２１と、基部本体２１から上方に向かって立設されてカバー９を支持する壁部２２と、基部本体２１に設けられた軸部７とを備えている。
【００２７】
基部本体２１には、円形状の円形溝２２０と、この円形溝２２０に連通する直線状の２本の直線溝２２１，２２２とが形成されている。直線溝２２１と直線溝２２２とは、所定距離だけ離れて平行に形成され、それぞれ基部２の外側に向かって延びている。
以上の直線溝２２１と、円形溝２２０のうち直線溝２２１から直線溝２２２までの略円形に近い円弧状の部分と、直線溝２２２とで、チューブガイド溝２００を構成している。
【００２８】
軸部７は、基部本体２１の円形溝２２０の中心に相当する位置に形成された軸孔２１１に設けられている。軸孔２１１の周囲で基部本体２１の上面には、上方に突出するリテーナ支持部２１２が形成され、軸孔２１１の基部本体２１下面側には、軸孔２１１より大きな開口２１３が形成されている。
【００２９】
軸部７は円筒状の軸部本体７１と、軸部本体７１の下端側に設けられた円形状のフランジ部７２と、軸部本体７１の外周面に装着されたボールベアリング７３とを有している。
ボールベアリング７３は、内側の軸受が軸部本体７１上端側に螺合されたねじ７４で軸部本体７１に固定され、外側のジャーナルが軸部７の中心軸を中心として内側の軸受に対して回転自在とされている。
軸部７の軸部本体７１が軸孔２１１に挿通されるとともにフランジ部７２が開口２１３に嵌め込まれることにより、軸部７は基部本体２１に固定されている。
【００３０】
リテーナ４は、円盤状であって、軸部７を中心として基部２に対し回転可能に設けられている。
すなわち、リテーナ４の中心部分には軸孔４１が形成されている。リテーナ４の軸孔４１にボールベアリング７３に固定されたロータ３の軸部分が遊嵌されており、この状態で、リテーナ４の下面が基部２のリテーナ支持部２１２上に載置される。これにより、リテーナ４は、基部２に対してロータ３とともに回転自在となっている。なお、リテーナ４は、回転して回転検出ばね（図示省略）を押すことにより、その回転が検出されるようになっている。
【００３１】
リテーナ４は、ボール５を保持するための２つのボール保持部４３Ａ，４３Ｂを有している。
ボール保持部４３Ａ，４３Ｂは、軸孔４１を挟んで互いに１８０度反対側の位置に設けられている。また、これらボール保持部４３Ａ，４３Ｂは、軸孔４１から等距離、つまり、リテーナ４の回転に伴ってチューブガイド溝２００の円形溝２２０上を常に通る位置に設けられている。
【００３２】
ボール保持部４３Ａ，４３Ｂは、リテーナ４のチューブ１００上の位置をボール５より僅かに大きな大きさで切り欠いて形成され、この切り欠いた部分でボール５を転動可能に保持する。つまり、ボール５は、リテーナ４のボール保持部４３Ａ，４３Ｂから水平方向に外れることなく、チューブ１００上を移動するようになっている。
【００３３】
ロータ３は、リテーナ４の上部に設けられ、軸部７を中心として基部２に対し回転可能に設けられている。
すなわち、ロータ３は、リテーナ４と同様に、その中心部分に軸孔３３が形成されている。ロータ３の軸孔３３に基部２のボールベアリング７３が圧入されることによって、ロータ３は、基部２に対して上方に所定間隔離れた状態で回転可能とされている。
【００３４】
ロータ３は、略円盤状のロータ本体３１と、ロータ本体３１の外周部に圧入により固着された円環状のリング３２とを有している。
ロータ本体３１の下面には、リテーナ４のボール保持部４３Ａ，４３Ｂの上部に相当する位置に円環状の凹部３１２が形成されており、この凹部３１２には、ボール５との摩擦力を増大させるためにシリコーンゴム等の弾性部材３１３が装着されている。
【００３５】
リング３２は、その外周側端面に断面が円弧凹状の被当接部３４を有している。ここで、ロータ３は、後述する振動体１２によって駆動される被駆動体とされている。
【００３６】
ロータ３は、凹部３１２に装着された弾性部材３１３で、リテーナ４のボール保持部４３Ａ，４３Ｂに保持されたボール５を上方から押圧して、チューブ１００を圧閉する。この状態で回転することにより、ロータ３はボール５に回転力を与えて圧閉位置を移動させる。
【００３７】
振動装置６は、圧電素子が設けられた振動体１２と、振動体１２を１つの支点で支持する腕部１３と、振動体１２をロータ３に押し付けるばね部材１４と、振動体１２の圧電素子に交流電圧を印加することにより振動体１２を振動させる印加装置（図示省略）とを備えている。
【００３８】
振動体１２は、略矩形平板状に形成された補強板１２１と、この補強板１２１の表裏面に設けられた平板状の圧電素子１２２とで構成されている。この圧電素子１２２表面には、金およびニッケルなどによる電極が、めっき、スパッタ、蒸着等の方法で形成されている。補強板１２１および圧電素子１２２表面の電極は、それぞれリード線などにより印加装置に接続されている。
【００３９】
図３には、振動体１２およびロータ３の一部を拡大した側断面図が示されている。この図３にも示されるように、補強板１２１の長さ方向両端には、互いに対角線上となる位置に２つの凸部６２が一体的に形成され、凸部６２は、被当接部３４より小さな曲率半径を有する円弧凸状に形成されている。このうち一方は、被当接部３４に当接される当接部６３とされている。
なお、当接部６３を有する振動体１２と、当接部が当接される被当接部３４を有する被駆動体としてのロータ３とで、駆動装置１０が構成されている。
【００４０】
振動体１２はロータ３の半径方向に対して傾斜して配置され、これにより、平面視で、当接部６３が被当接部３４に対して所定角度で当接している。また、被当接部３４は、立面視で、当接部６３が当接する方向に対して凹んでいる。
【００４１】
なお、圧電素子１２２を形成する材料としては、特に限定されず、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ（登録商標））、水晶、ニオブ酸リチウム、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、メタニオブ酸鉛、ポリフッ化ビニリデン、亜鉛ニオブ酸鉛、スカンジウムニオブ酸鉛等の各種のものを用いることができる。
【００４２】
圧電素子１２２の寸法や厚さなどは、圧電素子１２２に繰り返し電圧が印加された時に、圧電素子１２２が長手方向に伸縮する、いわゆる縦振動と、縦振動に直交する方向で圧電素子１２２の平面中心に対して点対称に屈曲する、いわゆる屈曲振動とが同時に現れるように適宜設定される。この時、縦振動の共振周波数と、屈曲振動の共振周波数とは互いに近接するように設定されていることが望ましく、縦振動の共振周波数に対する屈曲振動の共振周波数の比は、１．００より大きく１．０３以下であることが望ましい。また、圧電素子１２２の長辺と短辺との長さの比は、長辺の長さを１とすると、短辺の長さが０．２７４以上であることが望ましい。
さらに、圧電素子１２２に印加される電圧の周波数は、縦振動の共振周波数と屈曲振動の共振周波数との間、より好ましくは、反共振周波数と屈曲振動の共振周波数との間に設定されている。なお、振動体１２の圧電素子１２２に印加される電圧の波形は特に限定されず、例えばサイン波、矩形波、台形波等を採用できる。
【００４３】
腕部１３は、弾性変形可能な材料で形成され、基部２にねじで取り付けられて振動体１２の長さ方向中央部を支持する。
ばね部材１４は、基部２に取り付けられ、補強板１２１の当接部６３をロータ３の被当接部３４に付勢する。
【００４４】
振動体１２およびロータ３には、母材より硬度が高い表面層が形成され、このうち、当接部６３および被当接部３４に形成された表面層は、算術平均粗さＲａが０．２μｍ以下とされている。
前述の図３に示されるように、これら当接部６３と被当接部３４との間には、トラクションオイル（図３中斜線部分）が介在されている。
振動体１２の当接部６３を除く部分、つまり補強板１２１の表裏面の圧電素子１２２の表面には、トラクションオイルが濡れにくい処理が施されている。
また、ロータ３の被当接部３４を除く部分、つまりロータ３の上下面は、振動体１２と同様に、トラクションオイルが濡れにくい処理が施されている。
【００４５】
以上の駆動装置１０の動作について説明する。
まず、印加装置で圧電素子１２２に交流電圧を印加する。なお、印加する交流電圧の周波数は、２００〜３００ｋＨｚである。
図４には振動体１２の動作を示す模式図が示されており、図４（Ａ）には、振動体１２の縦振動が、図４（Ｂ）には屈曲振動が、図４（Ｃ）には当接部６３の振動軌跡が示されている。
当接部６３が被当接部３４に当接した状態で、図示しない印加装置により振動体１２の圧電素子１２２表面の電極と補強板１２１との間に電圧を繰り返し印加して振動体１２を振動させる。すると、圧電素子１２２は図４（Ａ）に示されるように、長手方向に伸縮する縦振動を励振する。この時、補強板１２１には対角線上両端に凸部６２が形成されているので、振動体１２の重量バランスが長手方向に沿った中心線に対して非対称となる。この重量アンバランスにより、圧電素子１２２をねじる力が働き、圧電素子１２２は図４（Ｂ）に示されるように、縦振動に直交する方向に、圧電素子１２２の平面中心に対して点対称に屈曲する屈曲振動を励振する。
【００４６】
これらの縦振動および屈曲振動が同時に現れることにより、振動体１２の当接部６３は図４（Ｃ）に示されるように、縦振動と屈曲振動とが組み合わさった楕円軌道を描いて振動する。
すなわち、当接部６３は、ロータ３内側に膨らんだ軌道を通る際には、ロータ３の被当接部３４を押圧力で押圧して、当接部６３と被当接部３４間に生じる摩擦力で被当接部３４を所定方向に送る。
一方、当接部６３は、ロータ３外側に膨らんだ軌道を通る際には、ロータ３から離隔する、あるいは、接触していても押圧力が低下することになり、被当接部３４を駆動させることはない。
以上の動作を繰り返すことにより、ロータ３が図１中の矢印Ｅ方向に回転する。
【００４７】
図５には、振動体１２の振動特性が示されている。この図５において、線図は、駆動周波数に対する圧電素子１２２のインピーダンスを示している。この図５に示されるように、本実施形態の振動体１２では、圧電素子１２２に印加する電圧の周波数に対して、インピーダンスが極小となる点が二点現れる。これらのうち周波数の低い方の一点は、縦振動の振動振幅が最大となる共振点で、この共振点における周波数が縦振動の共振周波数ｆ１となる。一方、周波数の高い方の一点は、屈曲振動の振動振幅が最大となる共振点で、この共振点における周波数が屈曲振動の共振周波数ｆ３となる。また、共振周波数ｆ１，ｆ３の間には、反共振周波数ｆ２が現れる。
この図５からもわかるように、圧電素子１２２を縦振動の共振周波数ｆ１と屈曲振動の共振周波数ｆ３との間の周波数で駆動すると、縦振動および屈曲振動の両方の振幅を大きく得られ、ロータ３を高効率で駆動できる。
【００４８】
ここで、圧電素子１２２の寸法を、長辺の長さを１とした時に短辺の長さを０．２７４より小さくすると、縦振動の共振周波数ｆ１が屈曲振動の共振周波数ｆ３より大きくなり、当接部６３において良好な楕円軌道を得ることができない。
この時、縦振動の共振周波数ｆ１に対する屈曲振動の共振周波数ｆ３の比は、１．００以下である。また、両振動の共振周波数ｆ１，ｆ３の比が１．０３よりも大きいと、縦振動の共振点と屈曲振動の共振点とが離れてしまい、両振動の振幅が同時に大きくなる振動周波数を設定することができない。
【００４９】
本実施形態では、以下の手順でロータ３および振動体１２の表面処理を行う。（ＳＴ１）表面硬化処理
振動体１２の当接部６３およびロータ３の被当接部３４の表面硬化処理を行う。例えば、ガス軟窒化処理、イオン窒化処理等の窒化処理により、母材の表面層を硬化させる方法や、ＰＶＤ（物理蒸着法）によりＣｒＮ（窒化クロム）、ＴｉＡｌＮ（窒化チタンアルミニウム）等の硬質膜を母材表面上に形成する方法が挙げられる。
窒化処理によれば、鉄系材料を用いた場合、表面をＨｖ（ビッカース硬さ数）１０００〜２０００程度とすることができる。ＰＶＤによれば、表面をＨｖ２０００〜３０００程度とすることができる。
これらの表面硬化処理方法は、部品形状、工数、コスト等を考慮して適宜選択される。
【００５０】
（ＳＴ２）撥油処理
振動体１２およびロータ３にトラクションオイルが濡れにくい処理を施す。
フッ素系の撥水撥油剤をＨＦＥ（ハイドロフルオロエーテル）等の溶媒で希釈し、この溶液中にロータ３および振動体１２を浸漬した後、回転かごで振り切って乾燥させる方法が簡便である。
フッ素系の撥水撥油剤としては、例えば、ＦＣ−７２２，ＦＣ−７２３（住友スリーエム（株）製）、ＩＮＴ−３０４シリーズ（（株）ＩＮＴスクリーン製）、ＳＦＨ−７００Ｈ（セイミケミカル（株）製）等が挙げられる。
【００５１】
具体的には、振動体１２については、ＳＦＨ−７００ＨをＨＦＥで体積比で１００倍に希釈し、この溶液中に３０秒〜１分間浸漬する。その後、回転かご中に入れて、回転かごを３００〜５００ｒｐｍで回転させて３０秒程度振り切り、６０〜８０℃で１０分間乾燥させる。
ロータ３については、ＳＦＨ−７００ＨをＨＦＥで体積比で６００倍に希釈した以外は、振動体１２と同様の方法で処理する。
【００５２】
（ＳＴ３）表面仕上げ
当接部６３および被当接部３４についてのみ、研削、研磨した後、洗浄する。このとき、当接部６３および被当接部３４の表面の算術平均粗さＲａを０．２μｍ以下に仕上げる。これにより、振動体１２の当接部６３を除く部分およびロータ３の被当接部３４を除く部分にのみ、トラクションオイルが濡れにくい処理が施されていることになる。
【００５３】
（ＳＴ４）トラクションオイルの塗布
当接部６３および被当接部３４にトラクションオイルを塗布する。
トラクションオイルをエタノール等の炭化水素系溶媒で希釈し、この溶液中にロータ３を浸漬し、ロータ３の被当接部３４にトラクションオイル被膜を成膜する。なお、ロータ３のうち被当接部以外の部分については、撥油処理がなされているため、トラクションオイル被膜が形成されることはない。
【００５４】
トラクションオイルとしては、サントトラック（ＳＡＮＴＯＴＲＡＣ）＃１００（日本鉱業石油（株）製）や、ＩＴＦ３２（出光興産（株）製）等が挙げられる。
【００５５】
次に、本実施形態の動作について説明する。
振動装置６の振動体１２に交流電圧を印加すると、振動体１２の押圧力によって、ロータ３が図１中矢印Ｅの方向に連続的に回転する。ロータ３によって押圧されているボール５は、チューブ１００上を圧閉しながら転動して、チューブ１００先端から交互に液体を吐出させる。
【００５６】
このとき、各ボール５は、リテーナ４により１８０度間隔で保持されているので、２つのボール５は、チューブ１００を一度は区画することになる。したがって、圧閉されたチューブ１００内の空間の容積を計算することにより、収容された液体を計量できる。
【００５７】
したがって、本実施形態によれば以下の効果がある。
（１）当接部６３と被当接部３４との間にトラクションオイルを介在させたので、当接部６３が被当接部３４に接触する際に、当接部６３と被当接部３４との間にトラクションオイルの膜が形成されるとともに、接触面のうち実際には接触していない部分や接触面周囲の空隙にトラクションオイルが充填される。その後、当接部６３が被当接部３４を押圧すると、トラクションオイルに圧力が作用し、硬化する。したがって、トラクションオイルの膜により当接部６３と被当接部３４とが直接的に接触することを防ぐとともに、実質的な接触面積を増加させることができるので、当接部６３と被当接部３４との固体同士の接触による摩耗を防ぎつつ、単位面積当たりの接触圧力を低くでき、耐久性を向上できる。しかも、トラクションオイルが硬化するため、当接部６３と被当接部３４とが互いに滑り接触するのを防いで、摩擦係数の低下を抑制できるから、駆動装置１０の駆動力が低下しない。したがって、小型化した場合でも、駆動装置１０の駆動力を維持しつつ耐久性を向上できる。
【００５８】
（２）振動体１２の当接部６３を除く部分およびロータ３の被当接部３４を除く部分にトラクションオイルが濡れにくい処理を施した。これにより、当接部６３や被当接部３４にあるトラクションオイルが、当接部６３や被当接部３４以外の部分に流れようとしても、はじかれることになる。したがって、トラクションオイルが流れ落ちるのを防止して、駆動装置１０の故障や誤作動を防止できる。
【００５９】
（３）ロータ３をトラクションオイルが希釈された溶液で浸漬処理することにより、トラクションオイルを塗布したので、トラクションオイルの膜を薄く均一に形成できるから、振動体１２の振動が妨げられることなく、駆動装置１０の誤作動を防止できる。
【００６０】
（４）被当接部３４を、当接部６３が当接する方向に対して凹んだ円弧凹状としたので、トラクションオイルは凹状となった部分に溜まるから、油流れを防止できる。また、被当接部３４の形状に対応した円弧凸状に当接部６３を形成したので、ロータ３が振れた場合でも、当接部６３と被当接部３４との接触状態を維持できるので、駆動装置１０を安定して駆動できる。
【００６１】
（５）当接部６３および被当接部３４を表面の算術平均粗さＲａが０．２μｍ以下としたので、当接部６３と被当接部３４との間のトラクションオイルの膜が破断されるのを防いで、トラクションオイルの膜を確実に形成できる。よって、当接部６３と被当接部３４との固体同士の接触による摩耗を防止できる。また、トラクションオイルを充填して実質的な接触面積を確実に増加させることができるから、単位面積当たりの接触圧力を確実に低くでき、耐久性を向上できる。
【００６２】
（６）当接部６３および被当接部３４に母材より硬度が高い表面層を設けたので、当接部６３と被当接部３４との接触圧力が高い場合でも、その母材の摩耗や変形を防止できるから、耐久性を向上できる。
【００６３】
（７）振動体１２およびロータ３に撥油処理を行う際、振動体１２ではフッ素系の撥水撥油剤をＨＦＥで１００倍に希釈した溶液を用い、ロータ３ではフッ素系の撥水撥油剤をＨＦＥで６００倍に希釈した溶液を用いたので、振動体１２の撥油性能をロータ３より高めることができる。よって、仮にトラクションオイルが流れた場合でも、振動体１２の圧電素子１２２に流れることはなく、駆動装置１０の故障や誤作動を防止できる。
【００６４】
（８）チューブ１００、基部２、リテーナ４、ロータ３、および振動装置６で液体供給装置１を構成したので、振動装置６でロータ３を回転させることにより、ボール５がリテーナ４に保持された状態でロータ３に押されてチューブ１００上を転動し、一定時間当たり一定量の液体をチューブ１００先端から吐出させることができる。すなわち、駆動装置１０を液体供給装置１の圧電アクチュエータとして利用できる。
【００６５】
（９）　圧電素子１２２が適切な寸法に、つまり長辺の長さを１とした時短辺の長さが０．２７４以上で、かつ縦振動の共振周波数に対する屈曲振動の共振周波数の比が１．００より大きく１．０３以下になるように設定されているので、縦振動および屈曲振動を同時に得ることができ、当接部６３が良好な楕円軌道を描いてロータ３を回転駆動できる。この時、縦振動および屈曲振動の共振点が互いに近接しているので、両振動の振幅が共振点近傍の大きな振幅となり、ロータ３を高効率で駆動できる。
【００６６】
ここで、第一実施形態の具体的な実施例を挙げる。
圧電素子１２２の材料をＰＺＴとし、寸法を短辺１．９８ｍｍ、長辺７．００ｍｍ、厚み０．１５ｍｍとする。補強板１２１の材料はステンレス鋼（ＳＵＳ３０１）で、厚みが０．１ｍｍとなっている。当接部６３は、平面形状が幅０．５ｍｍ、突出長さが０．４５ｍｍの略半円形状で、質量が約０．１６ｍｇである。また、腕部１３は、幅０．４ｍｍで長さが０．５ｍｍである。
このような振動体１２では、当接部６３を被当接部３４に当接せずにロータ３から反力を受けない状態で圧電素子１２２に電圧を印加した時、縦振動の共振周波数ｆ１が約２７９ｋＨｚ、屈曲振動の共振周波数ｆ３が約２８５ｋＨｚ、反共振周波数ｆ２が約２８３ｋＨｚであった。従って、縦振動の共振周波数ｆ１に対する屈曲振動の共振周波数ｆ３の比は、約１．０１５となる。この振動体１２に共振周波数ｆ１と共振周波数ｆ３との間の周波数で、またより望ましくは反共振周波数ｆ２と共振周波数ｆ３との間の周波数で電圧を印加すると、縦振動および屈曲振動がそれぞれ共振点付近で励振されて大きな振動振幅が得られ、当接部６３が良好な楕円軌道を描くことがわかる。
【００６７】
［第２実施形態］
次に本発明の第２実施形態について、図６を参照して説明する。なお、以下の各実施形態および変形例において、前記第１実施形態と同一もしくは同様の構成部品については、同一の符号を用い、説明を省略あるいは簡略する。
図６に示す液体供給装置１Ａは、トラクションオイルの供給方法が、第１実施形態と異なる。
すなわち、基部２にはロータ３の被当接部３４に当接する布状部材としてのセーム革５０が設けられている。セーム革５０は、トラクションオイルが含浸され、被当接部３４の当接部６３より送り方向（ロータ３の回転方向）手前側に配置されている。
【００６８】
したがって、本実施形態によれば、第１実施形態で述べた（１）、（２）、（４）〜（９）の効果に加え、以下の効果がある。
（１０）被当接部３４が当接部６３によって送られると、ロータ３が回転し、被当接部３４のうちセーム革５０に当接した部分が当接部６３に向かって進む。このとき、トラクションオイルが含浸されたセーム革５０によって、トラクションオイルが被当接部３４に自動的に供給されて塗布される。したがって、当接部６３と被当接部３４との間にトラクションオイルを安定して供給できるから、駆動装置１０を長期に亘って安定して駆動できる。また、トラクションオイルを一定量供給できるから、油流れを防止して、駆動装置１０の故障や誤作動を防止できる。
【００６９】
（１１）当接部６３と被当接部３４とが接触して摩耗することにより、被当接部３４上に摩耗粉が発生しても、この摩耗粉はセーム革５０で拭われて除去されるため、駆動装置１０を安定して駆動できる。
【００７０】
［第３実施形態］
次に本発明の第３実施形態について、図７を参照して説明する。
図７に示す液体供給装置１Ｂは、当接部６３Ｂおよび被当接部３４Ｂの表面処理方法、およびトラクションオイルの供給方法が、第１実施形態と異なる。
すなわち、ロータ３および振動体１２は、（ＳＴ３）および（ＳＴ４）の処理が施されておらず、（ＳＴ１）において、当接部６３Ｂおよび被当接部３４Ｂの表面の算術平均粗さＲａを０．２μｍ以下に仕上げる作業を行う。そのため、当接部６３Ｂおよび被当接部３４Ｂは、撥油処理がされた状態となっている。
また、トラクションオイルは、図示しない注油器で当接部６３Ｂと被当接部３４Ｂとの間に注油することにより供給される。
以上の駆動装置１０によれば、トラクションオイルは、当接部６３Ｂおよび被当接部３４Ｂの表面に弾かれて玉状となり、ロータ３が回転しても、当接部６３Ｂと被当接部３４Ｂとの間に留まることになる。
【００７１】
したがって、本実施形態によれば、第１実施形態で述べた（１）、（２）、（４）〜（９）の効果に加え、以下の効果がある。
（１２）ロータ３および振動体１２の製造工程を削減できるから、駆動装置１０の製造コストを削減できる。
【００７２】
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、各実施形態では、振動体１２の当接部６３を除く部分、およびロータ３の被当接部３４を除く部分にトラクションオイルが濡れにくい処理が施したが、これに限らず、トラクションオイルが濡れにくい処理を施さなくてもよい。
【００７３】
また、各実施形態では、トラクションオイルが希釈された溶液にロータ３を浸漬させる方法、セーム革５０を設ける方法、および注油器を用いる方法等により、トラクションオイルを供給したが、これに限らず、他の方法でトラクションオイルを供給してもよい。
【００７４】
また、各実施形態では、被当接部３４を円弧凹状とし、当接部６３を円弧凸状としたが、これに限らず、被当接部を円弧凸状とし、当接部６３を円弧凹状としてもよい。
【００７５】
また、各実施形態では、当接部６３および被当接部３４に算術平均粗さＲａが０．２μｍ以下の表面層を設けたが、これに限らず、当接部６３および被当接部３４間の空隙にトラクションオイルが充填されればよい。
【００７６】
また、各実施形態では、当接部６３および被当接部３４に母材より硬度が高い表面層を設けたが、これに限らず、当接部６３および被当接部３４の摩耗の程度が小さければ、表面層を設けなくてもよい。
【００７７】
本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ、説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、材質、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
したがって、上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質などの限定の一部もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。
【００７８】
【発明の効果】
本発明の駆動装置およびこれを備えた装置によれば、次のような効果が得られる。
当接部が被当接部に接触する際に、当接部と被当接部との間にトラクションオイルの膜が形成されるとともに、接触面のうち実際には接触していない部分や接触面周囲の空隙にトラクションオイルが充填される。その後、当接部が被当接部を押圧すると、トラクションオイルに圧力が作用し、硬化する。したがって、トラクションオイルの膜により当接部と被当接部とが直接的に接触することを防ぐとともに、実質的な接触面積を増加させることができるので、当接部と被当接部との固体同士の接触による摩耗を防ぎつつ、単位面積当たりの接触圧力を低くでき、耐久性を向上できる。しかも、トラクションオイルが硬化するため、当接部と被当接部とが互いに滑り接触するのを防いで、摩擦係数の低下を抑制できるから、駆動装置の駆動力が低下しない。したがって、小型化した場合でも、駆動装置の駆動力を維持しつつ耐久性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る駆動装置が適用された液体供給装置を示す平面図。
【図２】前記実施形態に係る液体供給装置の断面図。
【図３】前記実施形態に係る駆動装置の当接部と被当接部との接触部分の断面図。
【図４】前記実施形態に係る振動体の動作を示す模式図。
【図５】前記実施形態に係る振動体の振動特性を示す図。
【図６】本発明の第２実施形態に係る駆動装置が適用された液体供給装置を示す平面図。
【図７】本発明の第３実施形態に係る駆動装置の当接部と被当接部との接触部分の断面図。
【符号の説明】
３…被駆動体としてのロータ、１０…駆動装置、１２…振動体、３４…被当接部、５０…布状部材としてのセーム革、６３…当接部、１２２…圧電素子
【図１】
2004032985.tif 000003
【図２】
2004032985.tif 000004
【図３】
2004032985.tif 000005
【図４】
2004032985.tif 000006
【図５】
2004032985.tif 000007
【図６】
2004032985.tif 000008
【図７】
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