(57)【要約】【課題】回転子と振動子との接触部に潤滑剤を供給する構造の簡易化を図る振動アクチュエータを提供する。【解決手段】振動アクチュエータ１０１は、ローラ１と、ローラ１に接触する第一当接面２ａ１及び第二当接面２ｂ１を有する振動子２と、振動子２を振動させる圧電素子３と、ローラ１を振動子２に加圧する予圧部材８と、振動子２の第一当接面２ａ１及び第二当接面２ｂ１の近傍に且つローラ１に接触させて設けられる潤滑部材１０とを備え、潤滑部材１０は潤滑剤を保持しており、ローラ１は、第一当接面２ａ１及び第二当接面２ｂ１と接触する円筒面１ａａ及び１ｂａを有し、円筒面は凹部Ｖを有する。【選択図】図１
2013138583.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子と、
前記回転子に接触する当接面を有する振動子と、
前記振動子を振動させる振動手段と、
前記回転子を前記振動子に加圧する予圧手段と、
前記振動子の前記当接面の近傍に且つ前記回転子に接触させて設けられる供給体と
を備え、
前記供給体は、潤滑剤を保持しており、
前記回転子は、前記振動子の前記当接面と接触する対向面を有し、
前記対向面は、凹部を有する振動アクチュエータ。
【請求項２】
前記回転子の前記対向面は、前記振動子の前記当接面に面接触する平坦部を有し、
前記凹部は、潤滑剤を保持可能な複数の穴を有する請求項１に記載の振動アクチエータ。
【請求項３】
前記凹部は、前記回転子の前記対向面に形成された、潤滑剤を保持可能な少なくとも１つの溝を有する請求項１又は２に記載の振動アクチュエータ。
【請求項４】
前記凹部は複数の前記溝を有しており、前記溝は交差する複数の溝方向を有する請求項３に記載の振動アクチュエータ。
【請求項５】
前記振動子は、突出する突出爪部を有し、
前記突出爪部の表面の一部に前記当接面が形成され、
前記供給体は、前記突出爪部の少なくとも一部に接触しており、
前記当接面は潤滑油を保持可能な複数の溝を有する請求項１〜４のいずれか一項に記載の振動アクチュエータ。
【請求項６】
前記供給体は、多孔質性の部材に潤滑剤を含浸させたものである請求項１〜５のいずれか一項に記載の振動アクチュエータ。
【請求項７】
前記振動手段は、振動の腹の位置又は振動の腹の近傍が前記振動子の前記当接面に含まれるように、振動が制御される請求項１〜６のいずれか一項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】
本発明は、振動アクチュエータに係り、特に、振動アクチュエータの回転子と振動子との接触部を潤滑可能な振動アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
多自由度であり、且つ高トルクな駆動を要求される部位に使用されるアクチュエータとして、超音波振動を発生して駆動する振動アクチュエータが使用されている。
振動アクチュエータには、超音波振動を発生する圧電素子等の振動手段と、振動手段に接触させて固定された振動子と、振動子に接触させて配置された回転子とが設けられている。振動子は、振動手段が発生する超音波振動からなる複合振動によって回転子との接触部に振動を発生させ、回転子は、この振動する接触部との間に発生する摩擦力によって、回転移動される。このような振動アクチュエータでは、回転子が振動子と接触した状態で回転されるため、これらの接触部分に摩耗が発生する。そこで、回転子と振動子との間の接触部分の摩耗を低減する技術が提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、球体の回転子（ロータ）を回転移動させる振動アクチュエータが記載されている。この振動アクチュエータでは、振動手段及び振動子（ステータ）が互いに連結されて円柱状の外形を形成し、振動子における振動手段との接触面と反対側の面に円筒状の凹部が形成され、この凹部の環状をした角部に回転子が接触配置されている。また、回転子には、凹部と反対側から、予圧部によって振動子に押し付けられる方向に予圧がかけられている。さらに、予圧部には、回転子に向かって開いた凹部が形成されており、この凹部の中には、グリス等の潤滑剤が収容されている。また、振動子の凹部にも、グリス等の潤滑剤が収容されている。そして、予圧部及び振動子のそれぞれには、予圧部の凹部及び振動子の凹部に連通する潤滑剤供給経路が形成されており、各凹部には、予圧部及び振動子の外部から潤滑剤を補給することができる。よって、特許文献１の振動アクチュエータでは、予圧部の凹部から予圧部と回転子との間に潤滑剤が供給されて潤滑され、振動子の凹部から振動子と回転子との間に潤滑剤が供給されて潤滑される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２０６２５１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、特許文献１の振動アクチュエータでは、予圧部及び振動子に潤滑剤を収容する凹部及び各凹部へ潤滑剤を供給する経路を形成しているため、その構造が複雑になり、製作工数も増大するため、コストが増大するという問題がある。さらに、回転子が球体でなくローラ等であり、予圧を回転子の外部からではなく内部からかける場合には、潤滑剤を収容する凹部の構造がさらに複雑になり、コストが増大するという問題がある。
【０００６】
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あり、回転子と振動子との接触部に潤滑剤を供給する構造の簡易化を図る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】
【０００７】
この発明に係る振動アクチュエータは、回転子と、回転子に接触する当接面を有する振動子と、振動子を振動させる振動手段と、回転子を振動子に加圧する予圧手段と、振動子の当接面の近傍に且つ回転子に接触させて設けられる供給体とを備え、供給体は、潤滑剤を保持しており、回転子は、振動子の当接面と接触する対向面を有し、対向面は、凹部を有する。
供給体から供給される潤滑剤を凹部に保持し、回転子の回転とともに振動子の当接面に搬送・供給することにより、摩耗の発生をより簡易な構造によって効率よく防止することができる。
【０００８】
この発明に係る振動アクチュエータは、回転子の対向面は、振動子の当接面に面接触する平坦部を有し、凹部は、潤滑剤を保持可能な複数の穴を有してもよい。
また、凹部は、回転子の対向面に形成された、潤滑剤を保持可能な少なくとも１つの溝を有してもよい。
また、凹部は複数の溝を有しており、溝は交差する複数の溝方向を有してもよい。
さらに、振動子は、突出する突出爪部を有し、突出爪部の表面の一部に当接面が形成され、供給体は、突出爪部の少なくとも一部に接触しており、当接面は潤滑油を保持可能な複数の溝を有することもできる。
また、供給体は、多孔質性の部材に潤滑剤を含浸させたものであってもよい。
さらにまた、振動手段は、振動の腹の位置又は振動の腹の近傍が振動子の当接面に含まれるように、振動が制御されてもよい。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、振動アクチュエータの回転子と振動子との接触部に潤滑剤を供給する構造の簡易化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態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】図１に示した振動アクチュエータの構成を示す側面図である。
【図３】図１に示した振動アクチュエータにおける回転子の円筒面の粗さ曲線及び表面状態を示す模式図である。
【図４】本発明の実施の形態２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】図４に示した振動アクチュエータにおける回転子の円筒面全体の形状を示す展開図とその拡大図である。
【図６】図４に示した振動アクチュエータにおける回転子の円筒面全体の形状の変形例を示す展開図とその拡大図である。
【図７】本発明の実施の形態３に係る振動アクチュエータにおける振動子の構成を示す斜視図である。
【図８】図７に示した振動子を上から見た様子を示す平面図である。
【図９】図７に示した振動子の当接面の一部に設けられた溝全体の形状を示す模式図である。
【図１０】図７に示した振動子の当接面の一部に設けられた溝全体の形状の変形例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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．
まず、図１〜３を用いて、この発明の実施の形態１に係る振動アクチュエータ１０１の構成を示す。
【００１２】
図１を参照すると、振動アクチュエータ１０１は、円筒状をした一対の第一ローラ部１ａ及び第二ローラ部１ｂを備えている。第一ローラ部１ａ及び第二ローラ部１ｂは、同形状をして対向して設けられている。また、第一ローラ部１ａ及び第二ローラ部１ｂは、ローラ軸１ｃによって連結されて、ローラ軸１ｃを中心に一体に回転動作することができ、第一ローラ部１ａ、第二ローラ部１ｂ及びローラ軸１ｃは、１つのローラ１を形成している。ここで、ローラ１は回転子を構成している。
さらに、第一ローラ部１ａ及び第二ローラ部１ｂには、それぞれの円筒面１ａａ及び１ｂａにおいて、柱状のアーム部材６が連結されている。よって、第一ローラ部１ａ及び第二ローラ部１ｂがローラ軸１ｃを中心に紙面上で時計回りの方向Ｐ又は反時計回りの方向Ｑに回転すると、アーム部材６が、第一ローラ部１ａ及び第二ローラ部１ｂと共に、方向Ｐ又は方向Ｑに回転移動する。
なお、円筒面１ａａ及び１ｂａは対向面を構成している。
【００１３】
ここで、図３（ａ）は、図１に示す切断線Ｌ’−Ｌ”に沿って測った第一ローラ部１ａの円筒面１ａａの粗さ曲線と、その表面状態を模式的に示す部分拡大図である。図３（ａ）に示すように、円筒面１ａａには、表面全体にわたり平坦な面を構成する平坦部Ｗと微細な穴や溝を構成する凹部Ｖとが形成されている。平坦部Ｗは円筒面１ａａの各部分において第一ローラ部１ａの中心からの距離が等しくなるように形成されており、後述する振動子２の第一当接面２ａ１及び第二当接面２ｂ１と面接触する部分である。また、凹部Ｖとは、ローラ１の円筒面１ａａにおいて、後述する振動子２の第一当接面２ａ１及び第二当接面２ｂ１と反対方向に凹となる部分をいう。平坦部Ｗからの凹部Ｖの深さは、約０．５〜２．０μｍである。また、図３（ａ）に示す第一ローラ部１ａの円筒面１ａａの表面粗さを十点平均粗さＲＺＪＩＳで表した時の値は約１．６μｍとなっている。第二ローラ部１ｂの円筒面１ｂａについても同様とする。
【００１４】
また、図１及び２に示すように、振動アクチュエータ１０１は、第一ローラ部１ａ及び第二ローラ部１ｂそれぞれの円筒面１ａａ及び１ｂａに接触するようにして配置された略円筒状の振動子２を有している。振動子２には、第一ローラ部１ａ及び第二ローラ部１ｂ側となる端面２ｃにおいて、帯状に突出する第一突出爪部２ａ及び第二突出爪部２ｂが平行に形成されている。そして、第一突出爪部２ａ及び第二突出爪部２ｂは、これらの間に溝部２ａｂを形成している。また、第一突出爪部２ａ及び第二突出爪部２ｂはそれぞれ溝部２ａｂ側の角部が、第一ローラ部１ａ及び第二ローラ部１ｂの円筒面１ａａ及び１ｂａに沿って当接するような曲面状に面取りされている。この面取りされた部分が第一当接面２ａ１及び第二当接面２ｂ１を形成している。よって、振動子２は、第一突出爪部２ａの第一当接面２ａ１及び第二突出爪部２ｂの第二当接面２ｂ１を、第一ローラ部１ａの円筒面１ａａ及び第二ローラ部１ｂの円筒面１ｂａと接触させている。
【００１５】
また、振動アクチュエータ１０１は、振動子２における第一ローラ部１ａ及び第二ローラ部１ｂと反対側の端面に、円筒状の圧電素子３を有しており、振動子２と圧電素子３とは互いに連結・固定されている。圧電素子３は、図示しない駆動回路に電気的に接続される複数の圧電素子板を積層した構造を有している。そして、圧電素子３の複数の圧電素子板は、交流電圧を印加されることによって超音波振動を発生する。ここで、圧電素子３は、振動手段を構成している。
さらに、圧電素子３における振動子２と反対側の端面には、円筒状をした第一基部ブロック４及び第二基部ブロック５が順次設けられ、これらは互いに固定されている。
【００１６】
また、ローラ軸１ｃには、予圧部材８が回転自在に設けられている。予圧部材８は、ローラ軸１ｃに対してその周りを取り囲むようにして回転自在に取り付けられた取付部８ａと、取付部８ａに連結されて振動子２、圧電素子３及び第一基部ブロック４を貫通する棒状の軸部８ｂと、第二基部ブロック５に設けられて取付部８ａと反対側で軸部８ｂに連結された付勢部８ｃとを有している。付勢部８ｃは、軸部８ｂに対して取付部８ａと反対側の方向Ｆに引張する力を加える。よって、予圧部材８の付勢部８ｃの引張力によって、軸部８ｂは方向Ｆに引き付けられ、第一ローラ部１ａ及び第二ローラ部１ｂが、振動子２に押し付けられている。すなわち、第一ローラ部１ａ及び第二ローラ部１ｂは、振動子２に対して加圧する予圧力が付与されて、振動子２に対して固定されている。なお、予圧部材８は、予圧手段を構成している。
ここで、説明の便宜上、第二基部ブロック５からローラ軸１ｃへ向かう予圧部材８の軸部８ｂの軸方向をｚ軸正方向と規定し、ｚ軸に対して垂直であるローラ軸１ｃの軸方向にｘ軸が、ｘ軸及びｚ軸に対して垂直にｙ軸がそれぞれ延びているものとする。
【００１７】
また、振動アクチュエータ１０１は、振動子２の溝部２ａｂに設けられ、且つｘ軸方向に延びる略直方体状をした潤滑部材１０を有している。潤滑部材１０は、振動子２の第一突出爪部２ａ及び第二突出爪部２ｂに隣接し接触するようにして設けられ、第一当接面２ａ１に隣接する位置から第二当接面２ｂ１に隣接する位置の間の全体にわたり第一ローラ部１ａ及び第二ローラ部１ｂと接触すると共に、振動子２の溝部２ａｂの端面２ｃと接触している。このとき、第一ローラ部１ａ及び第二ローラ部１ｂのそれぞれにおいて、潤滑部材１０がと接触している部位と、第一突出爪部２ａの第一当接面２ａ１及び第二突出爪部２ｂの第二当接面２ｂ１が接触している部位とは、重なっていない。すなわち、潤滑部材１０、並びに第一当接面２ａ１及び第二当接面２ｂ１はそれぞれ、第一ローラ部１ａ及び第二ローラ部１ｂと直接接触している。
ここで、潤滑部材１０は、供給体を構成している。
【００１８】
また、潤滑部材１０は、可撓性及び／又は弾性を有する多孔質性の樹脂部材に、潤滑油や潤滑性微粒子等の潤滑剤を含浸させたものである。なお、以下の実施の形態では、潤滑剤としてオイルやグリスなどの潤滑油を使用するものとする。
そして、潤滑部材１０は、予圧力により振動子２に押し付けられる第一ローラ部１ａ及び第二ローラ部１ｂと接触し且つこれらによって押し潰され、円筒面１ａａ及び１ｂａの形状にならうように変形している。よって、潤滑部材１０は、予圧力と、予圧力に抗して変形を復元する方向に働く潤滑部材１０の弾性力との相互作用によって、振動子２の溝部２ａｂに固定されている。すなわち、潤滑部材１０は、第一ローラ部１ａ及び第二ローラ部１ｂを振動子２に対して固定する予圧力を利用して、溝部２ａｂに固定されている。
【００１９】
また、潤滑部材１０の樹脂部材は、多孔質による連続気孔体構造の毛細管現象を用いて樹脂部材に潤滑油を吸収・保持しており、第一ローラ部１ａ及び第二ローラ部１ｂと接触すると、表面張力によるポンプ効果で潤滑油を第一ローラ部１ａの円筒面１ａａ及び第二ローラ部１ｂの円筒面１ｂａに放出・供給する。また、円筒面１ａａ及び１ｂａには全面的に微細な穴（凹部）Ｖが多数形成されているため、円筒面１ａａ及び１ｂａに放出・供給された潤滑油は毛細管現象により凹部Ｖに吸引され、保持される。
【００２０】
また、潤滑部材１０の樹脂部材は、気孔率の高いものほど潤滑油の含浸量が多くなり、気孔径の大きいものほど潤滑油の供給量が多くなる。このため、樹脂部材には、気孔率の高いものが好ましく、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）を使用することが好ましい。そして、所望の気孔径を有する樹脂部材を選定することにより、潤滑油の供給量を設定することができる。
また、潤滑油には、例えば、フッ素系、グリコール系、合成炭化水素系、又はエステル系のオイルやグリスを使用することができる。
【００２１】
次に、図１を用いて、この発明の実施の形態１に係る振動アクチュエータ１０１の動作を示す。
図１を参照すると、圧電素子３は、その内部の各圧電素子板に図示しない駆動回路によって交流電圧が印加されると、各圧電素子板が振動方向の異なる超音波振動を発生する。さらに、これらの超音波振動の複合振動が振動子２に伝達され、振動子２の第一突出爪部２ａ及び第二突出爪部２ｂの先端には、ｘ軸回りの楕円振動が発生する。第一突出爪部２ａ及び第二突出爪部２ｂのそれぞれは、その先端の第一当接面２ａ１及び第二当接面２ｂ１においてｘ軸回りの超音波楕円振動を行うことによって進行波を発生させて、第一ローラ部１ａの円筒面１ａａ及び第二ローラ部１ｂの円筒面１ｂａを引っ掻くようにして、これらを方向Ｐ又は方向Ｑに回転させる。これにより、振動アクチュエータ１０１では、アーム部材６が、ローラ１を中心として、振動子２、圧電素子３、第一基部ブロック４及び第二基部ブロック５に対して、屈折するように動作する。なお、第一ローラ部１ａ及び第二ローラ部１ｂの回転方向は、圧電素子３に印加する交流電圧を制御することによって、制御される。
また、圧電素子３の発生する超音波振動は、圧電素子３から振動子２に伝達された超音波振動において、その振幅が最も大きくなる振動の腹又は振動の腹の近傍が、振動子２の第一突出爪部２ａの第一当接面２ａ１及び第二突出爪部２ｂの第二当接面２ｂ１の位置となる、すなわち、第一当接面２ａ１及び第二当接面２ｂ１に含まれるように、圧電素子３に印加する交流電圧を制御することによって振動の位相が制御されている。このため、振動の腹の位置又はその近傍となる第一当接面２ａ１及び第二当接面２ｂ１では、超音波振動の振幅が大きくなっている、すなわち、振動が大きくなっている。
【００２２】
また、第一ローラ部１ａの円筒面１ａａ及び第二ローラ部１ｂの円筒面１ｂａには、潤滑部材１０と接触することによって、表面張力のポンプ効果により潤滑部材１０が保持する潤滑油が供給される。そして、その円筒面１ａａ及び１ｂａに供給された潤滑油は、ローラ１の回転にともなって第一突出爪部２ａの第一当接面２ａ１及び第二突出爪部２ｂの第二当接面２ｂ１の全体にわたり途切れることなく供給される。さらに、振動子２を介して超音波振動が与えられている第一ローラ部１ａ及び第二ローラ部１ｂでは、潤滑部材１０から円筒面１ａａ及び１ｂａに供給された潤滑油は、最も振動している箇所の近傍に集まる。これは、液体が、超音波振動する部材の表面において、最も振動の大きくなる箇所である、超音波振動の腹に集まるという特性を有しているためである。このため、ローラ１の円筒面１ａａ及び１ｂａに供給された潤滑油は、超音波振動の腹となる振動子２の第一当接面２ａ１及び第二当接面２ｂ１との接触部に集まり、円筒面１ａａ及び１ｂａと第一当接面２ａ１及び第二当接面２ｂ１との接触箇所全体に浸透し油膜を形成する。この接触箇所への潤滑油の供給は、第一ローラ部１ａ及び第二ローラ部１ｂに超音波振動が与えられていれば各ローラ部１ａ，１ｂが回転しなくとも行われる。
【００２３】
また、円筒面１ａａ及び円筒面１ｂａには、その表面全体にわたって微細な穴もしくは穴が繋がって構成された溝である凹部Ｖが形成されている。そのため、円筒面１ａａ及び円筒面１ｂａに潤滑部材１０が接触することによって、潤滑油が毛細管現象によって凹部Ｖに吸引され、保持される。また、超音波振動が振動子２を介して第一ローラ部１ａ及び第二ローラ部１ｂに伝達されていることにより、凹部Ｖへの潤滑油の吸引はさらに促進される。そして、第一ローラ部１ａ及び第二ローラ部１ｂが回転することにより、円筒面１ａａ及び１ｂａにおいて潤滑油を保持している凹部Ｖが振動子２の第一当接面２ａ１及び第二当接面２ｂ１に接触する。その結果、円筒面１ａａ及び１ｂａの凹部Ｖに保持された潤滑油が放出されて、円筒面１ａａ及び１ｂａと第一当接面２ａ１及び第二当接面２ｂ１との間の接触箇所全体に潤滑油が供給される。
【００２４】
よって、第一ローラ部１ａ及び第二ローラ部１ｂと振動子２との間における接触箇所は、潤滑油で潤滑される。従って、予圧部材８によって振動子２に押し付けられつつ回転する第一ローラ部１ａ及び第二ローラ部１ｂと、振動子２との間における摩耗の発生が抑制される。つまり、振動アクチュエータとしての寿命が長くなる。
特に、起動時に予圧により油膜が切れやすい状態に対して、超音波振動で潤滑油が瞬時に供給されるため、起動時の摩耗が抑制される。つまり、振動アクチュエータの起動がスムーズになる。
【００２５】
このとき、潤滑部材１０から第一ローラ部１ａ及び第二ローラ部１ｂに作用する力は、潤滑部材１０がその変形を復元する弾性力だけであるため、ＰＶＡ樹脂のような柔軟な樹脂部材を使用することによって、第一ローラ部１ａ及び第二ローラ部１ｂに与える駆動抵抗を低く抑えることができる。
また、潤滑部材１０に使用する潤滑油の粘度を高くするほど、潤滑油が形成する油膜による第一ローラ部１ａ及び第二ローラ部１ｂと振動子２との間における摩擦係数の低下、そして、それによる第一ローラ部１ａ及び第二ローラ部１ｂの駆動力の低下を抑制することできる。同時に、使用する潤滑油の粘度を高くするほど、第一ローラ部１ａ及び第二ローラ部１ｂと振動子２との間における摩耗を抑制することができる。よって、潤滑油は、高粘度のものが好ましく、例えば、ＩＳＯ粘度分類でＩＳＯ  ＶＧ  １８０以上の粘度のものが好ましい。また、超音波環境下では潤滑油の成分が蒸発しやすくなるが、フッ素系であれば、揮発（蒸発）しにくいので好ましい。また温度上昇する環境下でも潤滑油の供給が保たれる。
【００２６】
また、潤滑部材１０の潤滑油の種類はどのようなものでも使用することができるが、特にフッ素系の潤滑油を使用することによって、第一ローラ部１ａ及び第二ローラ部１ｂの駆動力の低下、並びに、第一ローラ部１ａ及び第二ローラ部１ｂと振動子２との間における摩耗がより抑制される。
【００２７】
また、第一ローラ部１ａ及び第二ローラ部１ｂが回転する際、第一ローラ部１ａ及び第二ローラ部１ｂと振動子２との間に摩耗粉が発生するが、潤滑部材１０は、発生した摩耗粉が第一ローラ部１ａ及び第二ローラ部１ｂに付着するのを防ぐような供給量の潤滑油を供給できるようにすることもできる。このとき、潤滑部材１０の樹脂部材では、摩耗粉の硬さ、大きさに応じて気孔径が選定される。例えば、潤滑部材１０の樹脂部材の気孔径を４０μｍ〜１３０μｍとすることによって、硬く微細な摩耗粉の付着を防ぐことができる。また、４０μｍ〜１３０μｍの気孔径は、発生する摩耗粉に比べて十分大きいため、このような気孔径を有する潤滑部材１０は、第一ローラ部１ａ及び第二ローラ部１ｂの回転時、円筒面１ａａ及び１ｂａに付着した摩耗粉や微細なごみを拭き取る作用も有する。
【００２８】
次に、第一ローラ部１ａ及び第二ローラ部１ｂの円筒面１ａａ及び１ｂａの加工方法について、図３（ａ）〜（ｃ）を参照して説明する。ここで、図３（ｂ）は、表面研磨加工を行う前のローラ１の円筒面１ａａ又は１ｂａの粗さ曲線と、その表面状態を模式的に示す部分拡大図である。また、図３（ｃ）は、ローラ１の円筒面１ａａ又は１ａｂの表面研磨加工を十分に行って表面平坦性が高められた状態の円筒面１ａａ又は１ｂａの粗さ曲線を示す図である。
まず、第一ローラ部１ａ及び第二ローラ部１ｂは、セラミックス材料を所定形状に整形して焼成した後、公知の方法により円筒形状に粗加工される。この粗加工された状態では、ローラ１の円筒面１ａａ及び１ｂａは、鋭角的に突出した凸部Ｗ’と穴状に窪んだ凹部Ｖとからなる凹凸層Ｕを全面的に有している（図３（ｂ）参照）。粗加工の状態の円筒面１ａａ及び１ｂａの表面粗さを十点平均粗さＲＺＪＩＳで表した時の値は約３．２μｍである。このような粗加工のみ行った状態のローラ１を振動アクチュエータ１０１に使用した場合は、円筒面１ａａ及び１ｂａの鋭角的に突出した凸部Ｗ’が振動子２の第一当接面２ａ１及び第二当接面２ｂ１を攻撃して傷つけ、振動子２の摩耗を促進させてしまう虞がある。一方、図３（ｃ）のように表面粗さがＲＺＪＩＳ＝０．８μｍ程度になるまでローラ１の円筒面１ａａ及び１ｂａを十分に研磨すると、その表面は平坦部Ｗが支配的となって、凹部Ｖは少なくなり、残った凹部Ｖについてもその深さが浅くなる。従って、この表面平坦性の高い状態のローラ１を振動アクチュエータ１０１に使用した場合は、ローラ１の円筒面１ａａ及び１ｂａに潤滑油を吸着・保持するための凹部Ｖがほとんど存在しない。そのため、潤滑部材１０と接触した際に供給される潤滑油をローラ１の円筒面１ａａ及び１ｂａに十分に保持することができなくなる。そのため、潤滑油を効率よく振動子２の第一当接面２ａ１及び第二当接面２ｂ１に供給することができなくなる。
そこで、本実施形態では、ローラ１の円筒面１ａａ及び１ｂａが平坦部Ｗの箇所と凹部Ｖの箇所とが両方共存する状態となるように、研磨時間や研磨剤の量などを調整することによって、ローラ１の円筒面１ａａ及び１ｂａの表面研磨を行っている。例えば、粗加工のみ行った状態の円筒面１ａａ及び１ｂａの表面粗さがＲＺＪＩＳ＝３．２μｍ程度であったローラ１について、表面粗さがＲＺＪＩＳ＝１．６μｍ程度になるまで研磨を行った場合の円筒面１ａａ及び１ｂａの表面状態を図３（ａ）に示す。図３（ａ）のローラ１の円筒面１ａａ及び１ｂａでは、粗加工状態の円筒面１ａａ及び１ｂａに存在した凹部Ｖが残ると共に、粗加工状態の円筒面１ａａ及び１ｂａに多数存在した凸部Ｗ’が削られて平坦部Ｗが形成された状態となっている。つまり、平坦部Ｗと凹部Ｖとが共存する状態にローラ１の円筒面１ａａ及び１ｂａが研磨加工されている。従って、この状態のローラ１を振動アクチュエータ１０１に使用する場合、ローラ１の円筒面１ａａ及び１ｂａの平坦部Ｗが振動子２に接触することになるため、振動子２の第一当接面２ａ１及び第二当接面２ｂ１を傷つけることはなくなる。さらに、ローラ１の円筒面１ａａ及び１ｂａには微細な凹部Ｖが複数残っているため、潤滑部材１０と接触した際に供給される潤滑油を円筒面１ａａ及び１ｂａの凹部Ｖで保持することができる。
【００２９】
このように、実施の形態１に係る振動アクチュエータ１０１は、ローラ１と、ローラ１に接触する第一当接面２ａ１及び第二当接面２ｂ１を有する振動子２と、振動子２を振動させる圧電素子３と、ローラ１を振動子２に加圧する予圧部材８と、振動子２の第一当接面２ａ１及び第二当接面２ｂ１の近傍に且つローラ１に接触させて設けられる潤滑部材１０とを備え、潤滑部材１０は潤滑剤を保持しており、ローラ１は第一当接面２ａ１及び第二当接面２ｂ１と接触する円筒面１ａａ及び１ｂａに凹部Ｖを有する。
【００３０】
このとき、潤滑部材１０を振動子２の第一当接面２ａ１及び第二当接面２ｂ１の近傍に且つローラ１に接触させて設けることによって、潤滑部材１０の潤滑油が、ローラ１に供給される。さらに、振動子２を介して振動が与えられているローラ１では、第一当接面２ａ１及び第二当接面２ｂ１の近傍に存在する潤滑油は、最も振動している箇所である振動子２との接触部の第一当接面２ａ１及び第二当接面２ｂ１に集まり、第一当接面２ａ１及び第二当接面２ｂ１と振動子２と間の接触箇所全体に浸透し潤滑する。よって、ローラ１の回転の有無にかかわらず、第一当接面２ａ１及び第二当接面２ｂ１に潤滑油を供給することができる。なお、潤滑部材１０は、振動子２の第一当接面２ａ１及び第二当接面２ｂ１の近傍に且つローラ１に接触させて設けられるだけの簡易な構造でよい。このため、ローラ１と振動子２との接触部に潤滑油を供給する構造の簡易化を図ることが可能になる。
【００３１】
また、第一ローラ部１ａ及び第二ローラ部１ｂにおいて、円筒面１ａａ及び１ｂａに微細な穴や溝である凹部Ｖが多数形成されていることにより、凹部Ｖの各々に潤滑部材１０から供給された潤滑油が保持される。そのため、第一ローラ部１ａ及び第二ローラ部１ｂが回転するとともに、円筒面１ａａ及び１ｂａにおいて潤滑油を保持している部分が振動子２の第一当接面２ａ１及び第二当接面２ｂ１に接触し、第一当接面２ａ１及び第二当接面２ｂ１に潤滑油が放出・供給される。従って、振動子２の第一当接面２ａ１及び第二当接面２ｂ１とローラ１の円筒面１ａａ及び１ｂａとの接触箇所を適切に潤滑して、摩耗の発生を抑制することができる。
【００３２】
また、潤滑部材１０は、多孔質性の部材に潤滑油を含浸させたものである。このとき、潤滑部材１０は、ローラ１に接触すると、表面張力によるポンプ効果でローラ１に潤滑油を途切れることなく供給することができる。よって、潤滑部材１０の構造をさらに容易にすることが可能になる。
また、潤滑部材１０は、振動子２の第一当接面２ａ１及び第二当接面２ｂ１と異なる位置でローラ１に接触している。このとき、潤滑部材１０を振動子２とローラ１と間の摺動部に介在させないことによって、潤滑部材１０がローラ１の回転に与える抵抗を低減することができる。さらに、潤滑部材１０に使用する材料は、摩耗強度の考慮を必要とせずに選択することができる。
【００３３】
また、振動子２は、突出する第一突出爪部２ａ及び第二突出爪部２ｂを有し、第一突出爪部２ａ及び第二突出爪部２ｂそれぞれの表面の一部に、第一当接面２ａ１及び第二当接面２ｂ１が形成され、潤滑部材１０は、第一突出爪部２ａ及び第二突出爪部２ｂの少なくとも一部に接触している。これによって、潤滑部材１０は、第一突出爪部２ａ及び第二突出爪部２ｂの少なくとも一部に接触しこれらに隣接して設けられている。従って、潤滑部材１０がローラ１に接触する部位と、第一当接面２ａ１及び第二当接面２ｂ１との距離が近くなるため、潤滑部材１０による第一当接面２ａ１及び第二当接面２ｂ１への安定した潤滑油の供給を行うことが可能になる。
また、圧電素子３は、振動子２を振動させる振動における振動の腹又は振動の腹の近傍が振動子２の第一当接面２ａ１及び第二当接面２ｂ１に含まれるように、振動が制御される。これによって、第一当接面２ａ１及び第二当接面２ｂ１での振動を大きくすることができるため、潤滑部材１０からローラ１の円筒面１ａａ及び１ｂａに供給された潤滑油を、第一当接面２ａ１及び第二当接面２ｂ１に効率的に集めることが可能になる。
【００３４】
また、実施の形態１の振動アクチュエータ１０１において、潤滑部材１０は、ローラ１と振動子２の両方に接触している。さらに、潤滑部材１０は、ローラ１と振動子２との間に形成される溝部２ａｂでローラ１を介して予圧部材８によって加圧されるように設けられている。これによって、潤滑部材１０は、予圧部材８によってローラ１を固定するための力により固定されるため、固定のために別個の部品を不要としてコストを低減すると共に、省スペース化を図ることが可能になる。さらに、潤滑部材１０を、振動子２の第一突出爪部２ａ及び第二突出爪部２ｂの外側ではなくこれらの間の溝部２ａｂに設けることによって、ローラ１が回転した場合に、アーム部材６が潤滑部材１０に接触することがない。よって、潤滑部材１０を第一突出爪部２ａ及び第二突出爪部２ｂの外側に設ける場合に比べて、アーム部材６の可動範囲を拡大することが可能になる。
【００３５】
なお、第１実施形態において、ローラ１の材料はセラミックスに限られず、多孔質の金属でもよい。また、ローラ１を金属で成形した上で、円筒面１ａａ及び１ｂａを砥石によって粗加工して凹凸層を形成し、その後、円筒面１ａａ及び１ｂａに平坦部Ｗと凹部Ｖとが両方形成されるように表面研磨するとしてもよい。
【００３６】
実施の形態２．
図４〜６を参照して、この発明の実施の形態２に係る振動アクチュエータ１０２について説明する。振動アクチュエータ１０２は、実施の形態１の振動アクチュエータ１０１におけるローラ１の円筒面１ａａ及び１ｂａの形状を変更してローラ１’を用いたものである。
なお、以下の実施の形態において、前出した図における参照符号と同一の符号は、同一または同様な構成要素であるため、詳細な説明は省略する。また、ローラ１’における各構成要素についても、円筒面以外は、実施形態１に係るローラ１と同様である。
【００３７】
図４は振動アクチュエータ１０２の全体図である。また、図４は円筒面１’ａａ又は１’ｂａを平面的に展開した図及び円筒面１’ａａ又は１’ｂａの一部拡大図である。図４の展開図に示すように円筒面１’ａａ又は１’ｂａは、短辺がローラ幅ｄかつ長辺が摺動長さｅである長方形状をしている。ここで、摺動長さｅとは円筒面１’ａａ及び１’ｂａが第一当接面２ａ１及び第二当接面２ｂ１並びに潤滑部材１０と接触する範囲のＰ−Ｑ方向の長さをいう。本実施例では、第一ローラ部１ａ及び第二ローラ部１ｂはアーム部材６の取付け箇所以外は振動子２側の第一当接面２ａ１及び第二当接面２ｂ１と摺動するため、第一ローラ部１ａ及び第二ローラ部１ｂの円周長さからアーム部材６の取り付け部分の長さ分を除いたものが摺動長さｅとなる。
【００３８】
図５の拡大図に示すように円筒面１’ａａ及び１’ｂａには、ローラ１’の回転方向Ｐ−Ｑとは斜めに交差する２つの溝方向を有する複数の直線が、溝として加工されている。ここで溝方向とは、円筒面１’ａａ及び１’ｂａ上に直線の溝が引かれる方向である。この溝加工は、図３及び４に示すように、全体として格子状の模様を形成する。溝の深さは約２〜３μｍである。
【００３９】
実施の形態２に係る振動アクチュエータ１０２における円筒面１’ａａ及び１’ｂａの加工方法について説明する。
まず、第一ローラ部１’ａ及び第二ローラ部１’ｂの円筒面１’ａａ及び１’ｂａを研磨するなどして、図３（ｃ）に示すように、表面に凹凸がほとんど存在せず、表面平坦性が高い状態に加工する。次に、表面平坦性が高められた円筒面１’ａａ及び１’ｂａに対して例えば、レーザ加工により、凹部である溝を形成する。本実施の形態では、ローラの円筒面に対して、格子状に凹部である溝を形成している。レーザ加工は、溝の幅や深さに関して微細な調整をすることが可能である。
【００４０】
このように、第一ローラ部１’ａ及び第二ローラ部１’ｂの円筒面１’ａａ及び１’ｂａに溝加工を施すことにより、ローラ１’の回転によって円筒面１’ａａ及び１’ｂａが潤滑部材１０と接触すると、潤滑部材１０の潤滑油が毛細管現象によって円筒面１’ａａ及び１’ｂａの溝に吸引され、保持される。また、ローラ１’の円筒面１’ａａ及び１’ｂａに形成された溝は油だまりとしても機能し、多くの潤滑油をローラ１’の円筒面１’ａａ及び１’ｂａに保持することができる。ローラ１’が回転することにより、円筒面１’ａａ及び１’ｂａにおいて潤滑油を保持している部分が振動子２の第一当接面２ａ１及び第二当接面２ｂ１に接触する。その結果、円筒面１’ａａ及び１’ｂａと第一当接面２ａ１及び第二当接面２ｂ１との間の接触箇所全体に、円筒面１’ａａ及び１’ｂａに保持された潤滑油が放出・供給される。よって、円筒面１’ａａ及び１’ｂａと第一当接面２ａ１及び第二当接面２ｂ１と間に十分に潤滑油を供給することができ、摩耗の発生をより効率的に抑制することができる。
【００４１】
なお、円筒面１’ａａ及び１’ｂａに施される溝のパターンは本実施例のものに限られない。具体的には、図６（ａ）に示すように、ローラの回転方向Ｐ−Ｑ及びｘ軸方向に平行に引かれた複数の溝方向を有する溝を縦横に交差させて、全体として格子模様も溝パターンとしてもよい。また、図６（ｂ）又は（ｃ）に示すように、ローラの回転方向Ｐ−Ｑ及びｘ軸方向に斜めに交差する単一の溝方向を有する溝を等間隔に平行に引いて、全体として斜線模様の溝パターンとすることもできる。また、円筒面１’ａａ及び１’ｂａに施される溝の本数は複数に限られず、単数であってもよい。
また、円筒面１’ａａ及び１’ｂａ全体に、微細な穴を形成してもよい。
さらにまた、円筒面１’ａａ及び１’ｂａが第一当接面２ａ１及び第二当接面２ｂ１と接触する範囲であれば、溝加工は円筒面１’ａａ及び１’ｂａの一部のみに施してもよい。
【００４２】
実施の形態３．
次に、図７〜１０を参照して、この発明の実施の形態３に係る振動アクチュエータ１０３について説明する。振動アクチュエータ１０３は、実施の形態１の振動アクチュエータ１０１における振動子２の第一当接面２ａ１及び第二当接面２ｂ１の形状を変更した振動子２’を用いたものである。
なお、振動子２’における各構成要素についても、当接面以外の態様は、実施形態１に係る振動子２と同様であるので、詳細な説明は省略する。
【００４３】
図７は振動アクチュエータ１０３に係る振動子２’を示す斜視図である。図７に示すように、振動子２’は、第一当接面２’ａａ及び第二当接面２’ｂ１の一部に接触面２’ａ２及び２’ｂ２を有する。接触面２’ａ２及び２’ｂ２は、ローラ１の円筒面１ａａ及び１ｂａと接触する部分であり、第一ローラ部１ａ及び第二ローラ部１ｂに対応して、第一当接面２’ａａ及び第二当接面２’ｂ１上に一対ずつ設けられている。また、図８は振動子２’を上から見た平面図であり、図９は接触面２’ａ２及び２’ｂ２の模式図である。すなわち、接触面２’ａ２及び２’ｂ２は第一当接面２’ａａ及び第二当接面２’ｂ１において円筒面１ａａ及び１ｂａが接触する範囲であり、図８及び９に示すように方形の範囲となる。ここで接触面２’ａ２及び２’ｂ２の一辺はローラ１の円筒面１ａａ及び１ｂａの幅（ローラ幅ｄ）である。また、他辺は第一当接面２ａ１及び第二当接面２ｂ１のＰ−Ｑ方向の長さ（円筒幅ｆ）である。
【００４４】
接触面２’ａ２及び２’ｂ２には、ｘ軸方向及びｙ軸方向に対して斜めに交差する方向に複数の直線状の溝が加工されている。この溝加工は、図８及び９に示すように、全体として格子状の模様を形成する。溝の深さは約２〜３μｍである。溝加工には、振動アクチュエータ１０２の円筒面１’ａａ及び１’ｂ１の加工と同様に、レーザ加工を用いることができる。レーザ加工は、溝の幅や深さ方向に対して微細な調整が可能である。
【００４５】
前述したように、振動子２’の接触面２’ａ２及び２’ｂ２には、表面張力によるポンプ効果及び超音波振動の腹に集まる液体の特性により直接、潤滑部材１０から潤滑油が供給される。また、ローラ１の円筒面１ａａ及び１ｂａの凹凸によって保持される潤滑油が、ローラ１の回転によって搬送され、接触面２’ａ２及び２’ｂ２に供給される。振動子２’の接触面２’ａ２及び２’ｂ２に溝加工を施すことにより、振動子２’に供給されたこれらの潤滑油が溝に保持される。そのため、ローラ１の円筒面１ａａ及び１ｂａと振動子２’の第一当接面２’ａａ及び第二当接面２’ｂ１との間における摩耗の発生を抑制することができる。
【００４６】
なお、接触面２’ａ２及び２’ｂ２に施される溝のパターンは本実施例のものに限られない。具体的には、図１０（ａ）に示すように、ｘ軸方向及びｙ軸方向に平行に引かれた複数の溝方向を有する溝を縦横に交差させて、全体として格子模様も溝パターンとしてもよい。また、図１０（ｂ）又は（ｃ）に示すように、ｘ軸方向及びｙ軸方向とは斜めの単一の溝方向を有する複数の溝を等間隔に平行に引いて、全体として斜線模様の溝パターンとすることもできる。さらに、図１０（ｄ）に示すようにｘ軸方向に平行な単一の溝方向を有する複数の溝を等間隔に引いたものとしてもよい。また、接触面２’ａ２及び２’ｂ２に施される溝の本数は複数に限られず、単数であってもよい。
また、接触面２’ａ２及び２’ｂ２全体に、微細な穴を形成してもよい。
さらにまた、溝加工は接触面２’ａ２及び２’ｂ２だけでなく、第一当接面２’ａａ及び第二当接面２’ｂ１全体に施してもよい。
また、別実施形態の振動アクチュエータとして、実施形態３に係る振動子２’と実施形態２に係るローラ１’とを組み合わせたものを用いてもよい。
【符号の説明】
【００４７】
１，１’  ローラ（回転子）、１ａ，１’ａ  第一ローラ部（回転子）、１ｂ，１’ｂ  第二ローラ部（回転子）、１ｃ，１’ｃ  ローラ軸（回転子）、１ａａ，１ｂａ，１’ａａ，１’ｂａ  円筒面（対向面）、２，２’  振動子、２ａ，２’ａ  第一突出爪部、２ａ１，２’ａａ  第一当接面（当接面）、２ｂ，２ｂ’  第二突出爪部、２ｂ１，２ｂ’１  第二当接面（当接面）、２’ａ２，２’ｂ２  接触面、３  圧電素子（振動手段）、８  予圧部材（予圧手段）、１０  潤滑部材、１０１，１０２，１０３  振動アクチュエータ、Ｖ  凹部、Ｗ  平坦部（凸部）、Ｗ’  凸部。
【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】
2013138583.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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