(57)【要約】【課題】１つの出力軸に駆動力を伝達する複数の被駆動体を備える振動型アクチュエータにおいて、耐久性の向上と出力特性の調整を容易とする。【解決手段】動型アクチュエータ１Ａは、振動体２と、振動体２と接触する第１の被駆動体３及び第２の被駆動体４と、第１の被駆動体３及び第２の被駆動体４をそれぞれ振動体２に加圧接触させる第１の加圧部５及び第２の加圧部６と、第１の被駆動体３及び第２の被駆動体４の駆動力が伝達される出力軸７と、出力軸７の軸回りに回転自在に出力軸７と同軸に配置された回転体１１と、出力軸７に固定されて回転体１１と摩擦接触するセットカラー１０とを備え、第１の被駆動体３は出力軸７に固定され、第２の被駆動体４は回転体１１に固定され、第２の被駆動体４に発生する駆動力が回転体１１とセットカラー１０との間の摩擦力を超えると回転体１１が出力軸７に対して空転する構成とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気−機械エネルギ変換素子、及び、前記電気−機械エネルギ変換素子が接合された弾性体を有する振動体と、
前記振動体と接触する第１の被駆動体と、
前記振動体と接触する第２の被駆動体と、
前記第１の被駆動体及び前記第２の振動体をそれぞれ前記振動体に加圧接触させる第１の加圧手段および第２の加圧手段と、
前記第１の被駆動体と前記第２の被駆動体のそれぞれの駆動力が伝達されるように配置された出力軸と、
前記出力軸の軸回りに回転自在に前記出力軸と同軸に配置された回転体と、
前記出力軸に対して同軸に取り付けられ、前記回転体と摩擦接触する摩擦部材と、を備え、
前記第１の被駆動体が前記出力軸に固定されると共に前記第２の被駆動体が前記回転体に固定され、
前記第２の被駆動体に発生する駆動力が前記回転体と前記摩擦部材との間の摩擦力を超えると前記回転体が前記出力軸に対して空転するように構成されていることを特徴とする振動型アクチュエータ。
【請求項２】
前記第１の被駆動体は、前記第２の被駆動体よりも前記出力軸に近い位置で、前記振動体に接触していることを特徴とする請求項１に記載の振動型アクチュエータ。
【請求項３】
前記第２の被駆動体は、前記第２の加圧手段を介して前記回転体に固定され、
前記摩擦部材を前記出力軸に対して固定する位置を調整して前記回転体の前記出力軸に対する位置を調整することにより、前記被駆動体を前記振動体に押し付ける力が調整されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の振動型アクチュエータ。
【請求項４】
前記第１の被駆動体は、前記第１の加圧手段を介して前記出力軸に固定され、
前記第１の加圧手段の前記出力軸に対して固定する位置を調整することで前記被駆動体を前記振動体に押し付ける力が調整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項に記載の振動型アクチュエータ。
【請求項５】
前記摩擦部材は、前記回転体に取り付けられた第１のクラッチ部材と、前記第１のクラッチ部材と摩擦接触するように前記出力軸に取り付けられた第２の滑りクラッチとからなる滑りクラッチであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の振動型アクチュエータ。
【請求項６】
前記第１のクラッチ部材と前記第２のクラッチ部材との間の摩擦力を調整する調整手段を備えることを特徴とする請求項５に記載の振動型アクチュエータ。
【請求項７】
前記調整手段は、前記出力軸の回転数に応じて前記第１のクラッチ部材と前記第２のクラッチ部材との間の摩擦力を調整することを特徴とする請求項６に記載の振動型アクチュエータ。
【請求項８】
前記調整手段は、前記出力軸の回転数が大きくなるにしたがって、前記回転体と前記摩擦部材との間の摩擦力を小さくしていくことを特徴とする請求項７に記載の振動型アクチュエータ。
【請求項９】
前記回転体と前記摩擦部材との間の摩擦力を調整する調整手段を更に備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の振動型アクチュエータ。
【請求項１０】
前記回転体は、樹脂からなる管状の部材、ボールベアリング、又は、樹脂ベアリングであることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の振動型アクチュエータ。
【請求項１１】
少なくとも２本のアームと、
前記２本のアームを接続する関節部と、を備えるロボットであって、
前記関節部は、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の振動型アクチュエータを有し、前記振動型アクチュエータの回転によって前記２本のアームが交差する角度を変えることを特徴とするロボット。
【請求項１２】
アームと、
前記アームの一端に設けられる把持部と、
前記アームと前記把持部とを接続する関節部と、を備えるロボットであって、
前記関節部は、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の振動型アクチュエータを有し、前記振動型アクチュエータの回転によって前記把持部を、所定角度、回転させることを特徴とするロボット。
【請求項１３】
像担持体と、
前記像担持体に対向して設けられた搬送ベルトと、
前記像担持体を回転駆動する請求項１乃至１０のいずれか１項に振動型アクチュエータと、を備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１４】
像担持体と、
前記像担持体に対向して設けられた搬送ベルトと、
前記搬送ベルトを駆動する請求項１乃至１０のいずれか１項に振動型アクチュエータと、を備えることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動型アクチュエータ、ロボット及び画像形成装置に関し、例えば、振動型アクチュエータの耐久性を向上させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、振動型アクチュエータは、駆動振動が形成される振動体と、振動体に加圧接触する被駆動体とを有し、振動体と被駆動体とを駆動振動により相対的に移動させる。図１２（ａ）は、従来の振動型アクチュエータの一例である、所謂、円環型の超音波モータ７０の概略構造を示す断面図である。超音波モータ７０は、振動体７１、ベース部材７２、被駆動体７３、加圧ばね７４、ディスク７５及び出力軸７６を備える。
【０００３】
振動体７１は、ベース部材７２に固定されている。被駆動体７３は、加圧ばね７４によって振動体７１に加圧接触され、これにより被駆動体７３と振動体７１との接触面に摩擦力が生じている。振動体７１に所定の振動を生じさせると被駆動体７３が摩擦駆動され、被駆動体７３の回転トルクは、加圧ばね７４及びディスク７５を介して出力軸７６に伝達される。
【０００４】
図１２（ｂ）は、振動体７１の構造を示す斜視図である。振動体７１は、被駆動体７３と対向する面側に、複数の凸部８１ａ（隣接する凸部８１ａ間は凹部となる）が円周方向に略等間隔に形成された円環形状の弾性体８１を有する。そして、振動体７１において、弾性体８１において被駆動体７３と対向する面（凸部８１ａが形成されている面）の反対側の面に、圧電素子８２が固着されている。また、弾性体８１の凸部８１ａの表面には、摩擦材８３が設けられている。圧電素子８２には不図示の電極パターンが設けられており、不図示の給電手段から圧電素子８２に設けられた電極パターンに交流電圧を印加することにより、振動体７１に面外方向の曲げ振動を発生させる。これにより、振動体７１側の摩擦摺動面に高周波の微小送り運動が形成されることで、振動体７１と被駆動体７３とを相対的に移動させることができる。
【０００５】
振動型アクチュエータを構成する被駆動体については、種々の構造のものが提案されている（特許文献１参照）。図１３（ａ）は、従来の円環型の振動型アクチュエータが備える円環状の被駆動体９０の概略構造を示す部分断面図である。被駆動体９０は、弾性部材で形成された円環状の本体部９１と、本体部９１の内径側に突出した断面略Ｌ字型の支持部９２と、支持部９２の端部から外径側に延出し、振動体に接触する接触部９３とを有する。
【０００６】
支持部９２及び接触部９３は、被駆動体９０の回転軸方向（被駆動体９０の厚さ方向）にそれぞれ弾性変形することができるため、接触部９３への局所的な面圧集中を抑制することができ、これにより、摩耗の増大を抑制することができる。よって、振動体と被駆動体９０とは、振動型アクチュエータの組み立て後の初期の駆動段階から長期の使用期間にわたって、滑らかな接触状態を維持することができる。
【０００７】
図１３（ｂ）は、被駆動体９０を高耐久化させた被駆動体９０Ａの概略構造を示す断面図である。被駆動体９０Ａは、複数（ここでは２つ）の被駆動体９０を同心円状に配置した構造とすることにより、振動体との摩擦摺動面の面積を増大させて接触面圧を低減させることにより、耐久性の向上を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１０−２６３７６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、図１２の振動型アクチュエータ７０に、被駆動体７３に代えて図１３（ｂ）の被駆動体９０Ａを適用した場合には、次のような問題が生じる。即ち、例えば、２つの被駆動体９０からなる被駆動体９０Ａと１本の出力軸７６とを有する構成では、２つの被駆動体９０はそれぞれ、共通の出力軸７６と一体的に回転するように係合される。そのため、２つの被駆動体９０の間に角速度差が生じると、一方の被駆動体９０が他方の被駆動体９０に牽引されてしまう。なお、ここでの角速度差とは、振動体７１が励振状態にあるときに、２つの被駆動体９０が互いに干渉しない構成であると仮定したときの、２つの被駆動体９０の間の角速度差である。
【００１０】
こうして２つの被駆動体９０の間に角速度差が生じると、２つの被駆動体９０のそれぞれの接触部９３の摺動面と振動体７１の摺動面との相対的な滑り量が、１つの被駆動体を駆動する構成よりも増大して、接触部９３の摩耗量が増大してしまう。これにより、期待した耐久性が得られなくなるおそれがある。また、被駆動体９０側の摺動面と振動体７１の摺動面との相対的な滑り量が増大すると、接触状態が不安定になって制御性が低下してしまう。なお、相対的な滑り量とは、振動体７１の摩擦摺動面に形成される高周波の微小送り運動の角速度と、振動型アクチュエータ７０で実際に出力される角速度との差のことである。
【００１１】
更に、被駆動体９０の角速度は、被駆動体９０の接触ばね構造部（支持部９２と接触部９３）のばね性、振動体７１側の摩擦摺動面に励起させる振動（高周波微小送り運動）の送り速度と接触径、摩擦接触のための加圧ばね７４による加圧力等により一意に決まる。したがって、２つの被駆動体９０の間で角速度差を無くして、出力特性のばらつきを低減するためには、被駆動体９０の接触ばね構造部や振動体７１の加工精度が高いことが望まれる。しかし、特性ばらつきのない被駆動体９０及び振動体７１を安定して製造することは容易ではない。
【００１２】
本発明は、１つの出力軸に駆動力を伝達する複数の被駆動体を備える振動型アクチュエータにおいて、耐久性の向上と出力特性の調整を容易とする技術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】
【００１３】
本発明に係る振動型アクチュエータは、電気−機械エネルギ変換素子、及び、前記電気−機械エネルギ変換素子が接合された弾性体を有する振動体と、前記振動体と接触する第１の被駆動体と、前記振動体と接触する第２の被駆動体と、前記第１の被駆動体及び前記第２の振動体をそれぞれ前記振動体に加圧接触させる第１の加圧手段および第２の加圧手段と、前記第１の被駆動体と前記第２の被駆動体のそれぞれの駆動力が伝達されるように配置された出力軸と、前記出力軸の軸回りに回転自在に前記出力軸と同軸に配置された回転体と、前記出力軸に対して同軸に取り付けられ、前記回転体と摩擦接触する摩擦部材と、を備え、前記第１の被駆動体が前記出力軸に固定されると共に前記第２の被駆動体が前記回転体に固定され、前記第２の被駆動体に発生する駆動力が前記回転体と前記摩擦部材との間の摩擦力を超えると前記回転体が前記出力軸に対して空転するように構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、１つの出力手段に駆動力を伝達する複数の被駆動体を備える振動型アクチュエータにおいて、被駆動体と振動体との相対的な滑り量の増大を抑制することができる。これにより、耐久性と制御性を高めることができる。また、本発明によれば、出力特性の調整を容易に行うことができ、これにより、構成部品の加工精度を緩和することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施形態に係る振動型アクチュエータの全体的な概略構造を示す断面図である。
【図２】図１の振動型アクチュエータの構造をより詳細に示す部分断面図である。
【図３】図１の振動型アクチュエータ出力特性を説明するグラフである。
【図４】本発明の第２実施形態に係る振動型アクチュエータの全体的な概略構造を示す断面図である。
【図５】図４の振動型アクチュエータの構造をより詳細に示す部分断面図である。
【図６】図４の振動型アクチュエータの変形例の構造を示す部分断面図である。
【図７】本発明の実施形態に係る振動型アクチュエータを搭載したロボットの概略構成を示す斜視図である。
【図８】本発明の実施形態に係る振動型アクチュエータを搭載したカラー画像形成装置の内部構成を示す側断面図である。
【図９】図８のカラー画像形成装置を構成する感光体ドラム駆動用モータとして振動型アクチュエータを搭載するときの概略構成を示す斜視図である。
【図１０】図８のカラー画像形成装置を構成する搬送ベルト駆動用モータとして振動型アクチュエータを搭載するときの概略構成を示す斜視図である。
【図１１】図１の振動型アクチュエータの変形例の構造を示す部分断面図である。
【図１２】従来の振動型アクチュエータの一例である、円環型の超音波モータの概略構造を示す断面図と、振動型アクチュエータを構成する振動体の構造を示す斜視図である。
【図１３】従来の円環型の振動型アクチュエータが備える円環状の被駆動体の概略構造を示す部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００１７】
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る振動型アクチュエータ１Ａの全体的な概略構造を示す断面図である。振動型アクチュエータ１Ａは、振動体２、第１の被駆動体３、第２の被駆動体４、第１の加圧部５、第２の加圧部６、出力軸７、ベース部材８及びベアリング９を備える。
【００１８】
振動体２は、弾性体２ａと、弾性体２ａに接合された電気−機械エネルギ変換素子である圧電素子２ｂとを有し、ベース部材８に固定されている。弾性体２ａの構造は、例えば、図１２（ｂ）に示した弾性体８１と同様の構造とすることができる。また、圧電素子２ｂは、例えば、図１２（ｂ）を参照して説明した圧電素子８２と同様の構造とすることができる。よって、弾性体２ａ及び圧電素子２ｂについての説明は省略する。なお、振動体２は、弾性体２ａの上面（第１の被駆動体３及び第２の被駆動体４と対向する面）に、図１２（ｂ）に示した摩擦材８３を備えていてもよい。
【００１９】
第１の被駆動体３と第１の加圧部５とが第１の回転部を構成しており、第２の被駆動体４と第２の加圧部６とが第２の回転部を構成している。また、第１の被駆動体３と第２の被駆動体４は、同心円状に配置されている。ベアリング９は、ここでは、ボールベアリングを用いており、出力軸７をベース部材８に対して回転可能に支持する。本実施形態では、球体のベアリング９により玉軸受を構成しているが、これに限られず、出力軸７を滑らかに回転支持可能であればよく、例えば、球体のベアリング９に代えて、樹脂ベアリング等を用いることもできる。第１の回転部及び第２の回転部は共に、振動体２に励起される駆動振動によって摩擦駆動され、１本の出力軸７を中心軸として、同心円を保ちながら同じ方向に回転する。
【００２０】
図２は、振動型アクチュエータ１Ａの構造をより詳細に示す部分断面図である。第１の被駆動体３は、円環状の形状を有しており、第１の本体部３ａ、第１の本体受部３ｂ及び第１の加圧受部３ｃから構成される。これと同様に、第２の被駆動体４も、円環状の形状を有しており、第２の本体部４ａ、第２の本体受部４ｂ及び第２の加圧受部４ｃから構成される。なお、第１の被駆動体３及び第２の被駆動体４はそれぞれ、本実施形態のように、必ずしも３つの部品で構成されなくてもよい。
【００２１】
本実施形態では、加圧部（例えば、第１の加圧部５）により押圧されて回転される構成要素群（例えば、第１の本体部３ａ，第１の本体受部３ｂ及び第１の加圧受部３ｃ）を被駆動体（例えば、第１の被駆動体３）と定義する。第１の本体受部３ｂ及び第２の受部４ｂはそれぞれ、ゴム等の弾性部材からなる。また、第１の本体部３ａ及び第２の本体部４ａと第１の加圧受部３ｃ及び第２の加圧受部４ｃにはそれぞれ、金属材料が好適に用いられる。
【００２２】
第１の加圧部５は、第１の被駆動体３を構成する第１の加圧受部３ｃの上面に配置されている。第１の加圧部５は、第１の加圧ばね５ａ、第１の加圧ばね受部５ｂ及び第１のディスク５ｃから構成されている。これ同様に、第２の加圧部６は、第２の被駆動体４を構成する第２の加圧受部４ｃの上面に配置されている。第２の加圧部６は、第２の加圧ばね６ａ、第２の加圧ばね受部６ｂ及び第２のディスク６ｃから構成されている。第１の加圧部５は、第１の被駆動体３を振動体２に加圧接触させており、第２の加圧部６は第２の被駆動体４を振動体２に加圧接触させている。第１の加圧ばね受部５ｂ及び第２の加圧ばね受部６ｂはそれぞれ、ゴム等の弾性部材からなる。
【００２３】
ところで、本実施形態では、第１の被駆動体３の第１の本体部３ａは、出力軸７に直接支持されていない。そのため、第１の回転部において、振動体２と第１の被駆動体３との摩擦摺動面から第１の被駆動体３と第１の加圧部５を構成する各部品の間のどこかで滑りが発生すると、第１の回転部と出力軸７とを同心円で回転させることができないおそれがある。同様に、第２の回転部において、振動体２と第２の被駆動体４との摩擦摺動面から第２の被駆動体４と第２の加圧部６を構成する各部品の間のどこかで滑りが発生すると、第２の回転部を出力軸７と同心円で回転させることができないおそれがある。そこで、本実施形態では、第１の回転部と第２の回転部では共に、構成部品間で滑りが発生しない構造となっている。
【００２４】
次に、第１の被駆動体３と第２の被駆動体４とをそれぞれ振動体２に対して加圧する方法について説明する。第１の回転部において、第１の加圧ばね５ａの内周面は、第１のディスク５ｃの外周面に固定されている。第１のディスク５ｃを出力軸７の軸方向（長さ方向）に加圧しながら出力軸７に沿って滑らせる。そして、第１の加圧ばね５ａを所定の撓み量まで変形させたところで、セットビス１２ａにより第１のディスク５ｃを出力軸７に対して位置決めして固定する。これにより、第１の加圧ばね５ａは、第１の加圧ばね受部５ｂを介して、第１の加圧受部３ｃに所定の加圧力を与える。
【００２５】
第２の回転部において、第２の加圧ばね６ａの内周面は第２のディスク６ｃの外周面に固定されている。第２のディスク６ｃは、セットビス１２ｂにより、回転体１１に固定されており、回転体１１と一体的に回転する。回転体１１は、管状の形状を有し、中心の孔部の内径は出力軸７の外径と略等しくなるように設定されて、出力軸７の軸回りに回転自在となるように出力軸７に対して同軸に配置されている。また、回転体１１は、例えば、ＰＴＦＥ等の摩擦係数の小さい樹脂材料で構成されている。そのため、出力軸７と回転体１１との接触面の摩擦力は小さく、出力軸７と回転体１１との間では回転駆動力（以下「トルク」という）が伝達されないようになっている。
【００２６】
回転体１１に付き当てたセットカラー１０を出力軸７の軸方向に沿って、出力軸方向に加圧を加えながら滑らせ、第２の加圧ばね６ａを所定の撓み量まで変形させたところで、セットビス１２ｃによりセットカラー１０を出力軸７に対して位置決めして固定する。これにより、第２の加圧ばね６ａは、第２の加圧ばね受部６ｂを介して、第２の加圧受部４ｃに所定の加圧力を与える。こうして、セットカラー１０は、回転体１１に対して加圧接触することで回転体１１と摩擦接触しており、回転体１１との間に生じる摩擦力を利用して第２の回転部で発生するトルクを出力軸７に伝達する摩擦部材として機能する。
【００２７】
なお、回転体１１には、樹脂ベアリングを用いてもよく、或いは、ステンレス鋼等の金属部材からなり、出力軸７との接触面にＰＴＦＥ等の潤滑剤をコーティングしたものを用いてもよい。更に、本実施形態では、回転体１１として管状部材を用いているが、回転玉軸受のようなベアリングを用いた構造としてもよい。その場合には、ベアリングの外輪側に、セットカラー１０が突き当たるような構成とすることが望ましい。
【００２８】
次に、振動型アクチュエータ１Ａにおけるトルク伝達経路について説明する。振動型アクチュエータ１Ａでは、第１の回転部については、摩擦摺動部（振動体２と第１の被駆動体３との摩擦摺動面）から第１の被駆動体３と第１の加圧部５とを経由して出力軸７へトルクが伝達される。一方、第２の回転部については、摩擦摺動部（振動体２と第２の被駆動体４との摩擦摺動面）から第２の被駆動体４と第２の加圧部６とを経由したトルクは、回転体１１と出力軸７との間で滑りが生じるため、回転体１１から直接には出力軸７に伝達されない。しかし、第２の回転部で発生した駆動力は、回転体１１と出力軸７に固定されたセットカラー１０との間の摩擦力によって、出力軸７に伝達することができる。
【００２９】
図３は、振動型アクチュエータ１Ａの出力特性（ＴＮ（トルク−回転数）特性）を説明するグラフである。本実施形態において、回転数とは、単位時間あたりの回転回数であり、例えば、ｒｐｍ（回転／分）の単位で示されるものである。図３に示すグラフＴ１＋Ｔ２は、第１の被駆動体３と第２の被駆動体４とを上記の通りに構成した振動型アクチュエータ１Ａの出力軸７のＴＮ特性を示している。また、グラフＴ１は、第１の被駆動体３と第２の被駆動体４とが互いに干渉しないように、先に図１３に示したように振動体２に対して第１の被駆動体３のみが配置された構成で測定したときの、ＴＮ特性を示している。これと同様に、グラフＴ２は、振動体２に対して第２の被駆動体４のみが配置された構成で測定したときのＴＮ特性を示している。
【００３０】
出力軸７に負荷がない状態では、内側の回転体である第１の被駆動体３のみを設けた構成のモータでは、出力軸７は回転数Ｎ１で回転し、外側の回転体である第２の被駆動体４のみを設けた構成のモータでは、出力軸７は回転数Ｎ２で回転する。一方、第１の被駆動体３と第２の被駆動体４とが上記説明の通りに組み込まれた振動型アクチュエータ１Ａでは、負荷がない状態での出力軸７の回転数は、各被駆動体が牽引し合うため、回転数Ｎ１，Ｎ２の中間の回転数になる。
【００３１】
出力軸７に負荷が掛かったとき、第１の被駆動体３と第２の被駆動体４はそれぞれ、負荷を分け合って、負荷の１／２のトルクを出して回転すると仮定する。ここで、セットカラー１０と回転体１１との間の摩擦力をＴ０とする。すると、トルクの大きさが２×Ｔ０を超えると、各被駆動体が出力するトルクがＴ０を超える。つまり、各被駆動体が出力するトルクがセットカラー１０と回転体１１との間の摩擦力を超えるため、回転体１１が出力軸７に対して空転するようになる。その結果、出力軸７の回転数は、第１の被駆動体３の回転数と同じ回転数となり、出力されるトルクは、第１の被駆動体３のトルクＴ１と空転し始めたときのトルクＴ０との合計値となる。なお、空転とは、被駆動体の推力が出力軸にかからない状態で回転することだけでなく、動摩擦力により被駆動体が出力軸に回転力を付与しつつ滑りながら回転する状態のことを指す。
【００３２】
ところで、振動型アクチュエータ１Ａでは、第２の被駆動体４と振動体２との摩擦摺動部が、第１の被駆動体３と振動体２との摩擦摺動部よりも外径側に位置している。振動体２は、内径側でベース部材８に支持されているため、振動体２がこの支持部を中心に振動すると考えると、内径側よりも外径側で駆動振動の振幅が大きくなる。よって、第２の被駆動体４と振動体２との摩擦摺動部に発生する駆動振動の振幅が、第１の被駆動体３と振動体２との摩擦摺動部における駆動振動の振幅よりも大きくなる。その結果、一般的に、第２の被駆動体４の角速度が、第１の被駆動体３の角速度よりも大きくなる。
【００３３】
振動型アクチュエータ１Ａは、出力軸７と外側（高速側）の第２の被駆動体４との間に滑りを発生させ、第２の被駆動体４の角速度よりも小さい内側の第１の被駆動体３の角速度で出力軸７を回転させる構造となっている。但し、回転体１１とセットカラー１０との間の摩擦力は、内側の第１の回転部と外側の第２の回転部のそれぞれで発生する駆動力よりも充分に小さい。そのため、振動型アクチュエータ１Ａの構成とは逆に、内側の第１の回転部を回転体１１と結合させ、外側の第２の回転部を出力軸７に直接結合させた構成としてもよい。
【００３４】
なお、振動型アクチュエータ１Ａでは、第１のディスク５ｃと出力軸７とをセットビス１２ａで、第２のディスク６ｃと回転体１１とをセットビス１２ｂで、セットカラー１０と出力軸７とをセットビス１２ｃでそれぞれ固定している。但し、これらの部材は、空転が生じない固定方法であれば、その固定方法は限定されるものではなく、例えば、焼き嵌めや締まり嵌め等の嵌合方法を用いてもよい。
【００３５】
以上の説明の通り、第１実施形態では、１つの出力軸に駆動力を伝達する複数の被駆動体のうち、出力軸に直結している被駆動体以外の被駆動体は、出力軸と同心円を保ちつつ、一定のトルクを超えると出力軸に対して滑るようになる。これにより、被駆動体と振動体との接触部の滑り量を、１つの被駆動体で１つの出力軸を駆動する構成での接触部の滑り量と同等にすることができる。よって、複数の被駆動体と振動体との摩擦摺動面との間の相対的な滑り量が増大することがないため、耐久性を向上させることができる。また、複数の被駆動体のうちの少なくとも１つの被駆動体の出力を直接的に出力軸に伝達することができるため、１つの被駆動体しか備えない構成よりも優れたＴＮ特性を得ることができる。
【００３６】
なお、振動型アクチュエータ１Ａは、２つの被駆動体を備える構成となっているが、これに限られず、図１１に示す振動型アクチュエータ１Ａ´のように、３つの被駆動体を備えた構造としてもよい。その場合、最も内径側（出力軸７側）の被駆動体の出力が出力軸７に直接伝達されるように構成し、その他の被駆動体をそれぞれ、出力軸回りに回転自在な回転体に取り付けた構造とすればよい。
【００３７】
図１１は、振動型アクチュエータ１Ａ´の概略構造を示す部分断面図である。振動型アクチュエータ１Ａ´は、振動型アクチュエータ１Ａが備える構成要素に加えて、第２の被駆動体４の外周側に設けられた第３の被駆動体５３と、第３の被駆動体５３を振動体２に加圧接触させる第３の加圧部５６を備える。
【００３８】
第３の加圧部５６を出力軸７に連結する部分の構造は、第２の加圧部材６を出力軸７に連結する部分の構造と同じである。つまり、第３の加圧部５６に接続された回転体に付き当てたセットカラーを出力軸７の軸方向に沿って出力軸方向に加圧を加えながら滑らせて、第３の加圧部５６が有する加圧ばねを所定の撓み量まで変形させたところで、セットビスによりセットカラーを出力軸７に対して位置決めして固定する。
【００３９】
このように、相対的に内周側と外周側とにそれぞれ配置された第２の被駆動体４と第３の被駆動体５３は同等の構成を有しているため、第３の被駆動体５３の動作は、第２の被駆動体４の動作に準ずる。つまり、振動型アクチュエータ１Ａ´において、第３の被駆動体５３が出力するトルクが、第３の加圧部５６と接続された回転体とこの回転体と当接しているセットカラーとの間の摩擦力を超えると、この回転体が出力軸７に対して滑るようになる。よって、振動型アクチュエータ１Ａ´でも、出力軸７の回転数と出力されるトルクについて、振動型アクチュエータ１Ａと同様の効果が得られる。なお、振動型アクチュエータ１Ａを振動型アクチュエータ１Ａ´へと変形した手法と同様の手法で、より多くの被駆動体を備える構成へと変形してもよい。
【００４０】
＜第２実施形態＞
図４は、本発明の第２実施形態に係る振動型アクチュエータ１Ｂの全体的な概略構造を示す断面図である。振動型アクチュエータ１Ｂは、振動体２、第１の被駆動体３、第２の被駆動体４、第１の加圧部５、第２の加圧部６、出力軸７、ベース部材８、ベアリング９、摩擦力調整部１３、セットカラー１４及びベアリング１６を備える。図４では、振動型アクチュエータ１Ｂの構成要素であって、第１実施形態で説明した振動型アクチュエータ１Ａの構成要素と同じものについては、同一の符号を付している。
【００４１】
振動体２、出力軸７、ベース部材８及びベアリング９は、第１実施形態で説明したものと同じである。振動型アクチュエータ１Ｂにおいて、第１の被駆動体３と第１の加圧部５とが第１の回転部を構成し、第２の被駆動体４と第２の加圧部６とが第２の回転部を構成する。これら各部の構成は、第１の被駆動体３、第２の被駆動体４、第１の加圧部５、第２の加圧部６の各部のより詳細な構成も含めて、第１実施形態と同じである。よって、これらの詳細な説明は省略する。摩擦力調整部１３は、出力軸７に固定されたセットカラー１４と同期して回転する。
【００４２】
図５は、振動型アクチュエータ１Ｂの構造をより詳細に示す部分断面図である。第１の回転部の構成は、第１実施形態の振動型アクチュエータ１Ａの第１の回転部の構成と同じである。即ち、第１の加圧ばね５ａの内周面は、第１のディスク５ｃの外周面に固定されている。そして、第１のディスク５ｃは、第１の加圧ばね５ａが所定の撓み量となる位置で、セットビス１２ａにより、出力軸７に対して位置決めされ、固定されている。
【００４３】
第２の回転部において、第２の加圧ばね６ａの内周面は、第２のディスク６ｃの外周面に固定されている。また、ベアリング１６は、ここでは、ボールベアリングを用いており、締まり嵌めによって、第２の加圧ばね６ａに所定の加圧力を設定することができるように、出力軸７の所定位置に固定されている。なお、ベアリング１６の固定には、締まり嵌めに限られず、焼き嵌めやセットカラーを用いる等のその他の固定方法を用いてもよい。第２のディスク６ｃをベアリング１６に沿って、出力軸７の軸方向に加圧を加えながら滑らせ、第２の加圧ばね６ｃを所定の撓み量まで変形させたところで、セットビス１２ｂにより第２のディスク６ｃをベアリング１６に対して位置決めし、固定する。したがって、振動型アクチュエータ１Ｂでは、第１実施形態に係る振動型アクチュエータ１Ａとは異なり、予めベアリング１６を出力軸７の所定位置に固定しているため、ベアリング１６の位置は、第２の加圧ばね６ｃの撓み量に依存することなく、一定である。
【００４４】
振動型アクチュエータ１Ｂにおけるトルク伝達経路について説明する。振動型アクチュエータ１Ｂでも、第１の回転部において、摩擦摺動部（振動体２と第１の被駆動体３との摩擦摺動面）から第１の被駆動体３と第１の加圧部５とを経由して出力軸７へトルクが伝達される。一方、第２の回転部では、摩擦摺動部（振動体２と第２の被駆動体４との摩擦摺動面）から第２の被駆動体４と第２の加圧部６とを経由したトルクは、ベアリング１６があるため、出力軸７に伝わらない。
【００４５】
しかし、第２の加圧部６を構成する第２のディスク６ｃには第１のクラッチ部材１５ａが接着され、同様に、摩擦力調整部１３には第２のクラッチ部材１５ｂが接着されている。これら第１のクラッチ部材１５ａ及び第２のクラッチ部材１５ｂが組み合わされて、滑りクラッチ１５が構成されている。また、摩擦力調整部１３は、セットカラー１４が加圧用コイルばね１７に所定の加圧力が生じるように加圧用コイルばね１７を圧縮した状態でセットビス１２ｃによりを出力軸７に固定されている。これにより、第２のクラッチ部材１５ｂは、所定の加圧力で第１のクラッチ部材１５ａに押し付けられている。なお、セットカラー１４は、出力軸７に対して空転しないように固定されていればよく、従って、セットビス１２ｃによる固定方法に限られず、例えば、焼き嵌めや絞まり嵌め等の固定方法を用いてもよい。
【００４６】
こうして、第２の回転部では、摩擦摺動部から第２の被駆動体４と第２の加圧部６とを経由したトルクは、滑りクラッチ１５の摩擦力を介して、摩擦力調整部１３と同期して回転するセットカラー１４を伝達して出力軸７に伝達される。即ち、第２の回転部のトルクのうち、滑りクラッチ１５の摩擦力以下のトルクが出力軸７に伝達される。
【００４７】
なお、第１のクラッチ部材１５ａ及び第２のクラッチ部材１５ｂの素材としては、加圧に応じて摩擦力を変化させられる弾性体を用いることが望ましく、例えば、コルクを挙げることができる。また、本実施形態では、加圧用コイルばね１７を用いた構成としたが、加圧用コイルばね１７を用いない構成とすることもできる。例えば、振動型アクチュエータ１Ｂを組み立てる際に、プッシュプルゲージ等を用いて摩擦力調整部１３に接触させたセットカラー１４を、加圧しながら出力軸７の軸方向に沿って滑らせる。そして、所定の加圧力に達したところで、セットカラー１４を出力軸７に対してセットビス１２ｃにより位置決めし、固定する。これにより、加圧用コイルばね１７を用いた場合と同じ効果を得ることができる。
【００４８】
ところで、振動型アクチュエータ１Ｂでも、第１実施形態の振動型アクチュエータ１Ａと同様に、第２の被駆動体４と振動体２との摩擦摺動部が、第１の被駆動体３と振動体２との摩擦摺動部よりも外径側に位置している。また、振動体２は、内径側でベース部材８に支持されているため、振動体２がこの支持部を中心に振動すると考えると、内径側よりも外径側で駆動振動の振幅が大きくなる。よって、第２の被駆動体４と振動体２との摩擦摺動部に発生する駆動振動の振幅が、第１の被駆動体３と振動体２との摩擦摺動部における駆動振動の振幅よりも大きくなる。その結果、一般的に、第２の被駆動体４の方が、第１の被駆動体３よりも、角速度及びトルクが大きくなる傾向にあると言える。
【００４９】
しかし、振動型アクチュエータ１Ｂでは、滑りクラッチ１５の摩擦力を任意に調整することができるため、トルクの小さい内側の第１の回転部のトルク以上の摩擦力を滑りクラッチ１５に発生させることができる。このとき、本実施形態とは逆の構成とすると内側の回転部と出力軸７との間で滑りが発生せず、耐久性を高めることができなくなる。従って、本実施形態のように、内側の第１の回転部を出力軸７に直接固定してトルクを伝達すると共に、外側の第２の回転部を出力軸７に固定されたベアリング１６に固定して、摩擦力調整部１３によりトルクを伝達する構成とすることが望ましい。振動型アクチュエータ１Ｂの出力特性は、振動型アクチュエータ１Ａと同等であるため、説明を省略する。
【００５０】
以上の説明の通り、振動型アクチュエータ１Ｂは、振動型アクチュエータ１Ａと比べると、第２の被駆動体４から出力軸７へ伝達される力の割合を容易に調整することができるという利点を備える。即ち、振動型アクチュエータ１Ａには、回転体１１とセットカラー１０との間の摩擦力を調整する手段を設けていない。そのため、回転体１１の材質や表面処理、第２の被駆動体４を加圧する力等により、回転体１１とセットカラー１０との間の摩擦力（第２の被駆動体４から出力軸７に伝わるトルク）が決まってしまう。
【００５１】
これに対して、振動型アクチュエータ１Ｂでは、第２の回転部と滑りクラッチ１５との間の摩擦力を任意に調整することができる。したがって、第２の被駆動体４から出力軸７に伝達されるトルクを任意に調整することができるため、振動型アクチュエータ１Ａよりも、出力特性を変化させることが容易となる。このことは、振動型アクチュエータ１Ｂでは、構成部品（特に、第２の回転部を構成する部品）の形状精度が高くなくても、任意の出力特性に調整することが可能であることを示している。換言すれば、振動型アクチュエータ１Ｂの構造によれば、構成部品の加工精度を緩和しても、所望する出力特性を得ることができる。
【００５２】
図６は、振動型アクチュエータ１Ｂの変形例である振動型アクチュエータ１Ｃの概略構造を示す部分断面図である。振動型アクチュエータ１Ｃは、遠心クラッチ１８を用いて滑りクラッチ１５の摩擦力を調整することができる構造となっている。これにより、駆動中に第２の回転体４から出力軸７に伝達されるトルクを変化させることができる。
【００５３】
即ち、図３に示したＴＮ特性のように、回転数が大きく負荷が小さいときは、遠心クラッチ１８によって第２のクラッチ部材１５ｂを第２のクラッチ部材１５ａに対して押圧する力が弱くなり、滑りクラッチ１５の摩擦力が低下する。これにより、第２の被駆動体４が空転しやすくなるため、低トルク−高回転域において、第２の被駆動体４を出力軸７に対して滑らせることが可能となる。逆に、回転数が小さいときには、遠心クラッチ１８によって第２のクラッチ部材１５ｂを第１のクラッチ部材１５ａに対して押圧する力が強くなり、滑りクラッチ１５の摩擦力が増大する。これにより、第２の被駆動体４が空転し難くなるため、低速でのトルクを大きくすることができる。このように、振動型アクチュエータ１Ｃでは、使用状況に応じたトルクの調整と第２の被駆動体４の滑りが可能となるため、耐久性を更に向上させることができる。
【００５４】
＜第３実施形態＞
一般に、ロボットのアーム関節部の曲げやハンド部の把持動作に用いられるモータには、低回転数で高トルクのＴＮ特性を有するものが求められるため、上述した本発明の実施形態に係る各種の振動型アクチュエータが好適である。そこで、第３実施形態では、上述した本発明の実施形態に係る振動型アクチュエータを備える装置（機械）の一例としての産業用ロボットの構成について、図７を参照して説明する。
【００５５】
図７は、振動型アクチュエータを搭載したロボット１００の概略構造を示す斜視図であり、ここでは、産業用ロボットの一種である水平多関節ロボットを例示している。振動型アクチュエータは、図７において、アーム関節部１１１やハンド部１１２に内蔵される。アーム関節部１１１は、２本のアーム１２０が交差する角度を変えることができるように、２本のアームを接続する。ハンド部１１２は、アーム１２０と、アーム１２０の一端に取り付けられる把持部１２１と、アーム１２０と把持部１２１とを接続するハンド関節部１２２とを有する。振動型アクチュエータは、アーム１２０同士の角度を変化させるアーム関節部１１１や、把持部１２１を、所定角度、回転させるハンド関節部１２２に用いられる。
【００５６】
＜第４実施形態＞
第４実施形態では、上述した本発明の実施形態に係る振動型アクチュエータを備える装置の一例としての画像形成装置の構成について、図８乃至図１０を参照して説明する。図８は、振動型アクチュエータを搭載したカラー画像形成装置２００の内部構成を示す側断面図である。カラー画像形成装置２００は、４つの画像形成手段Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄを備えるが、画像形成手段の数は４つに限定されるものではない。
【００５７】
画像形成手段Ｐａ〜Ｐｄはそれぞれ、実質的に同一の構成を有しており、回転駆動される像担持体である感光体ドラム２０１ａ，２０１ｂ，２０１ｃ，２０１ｄを有する。感光体ドラム２０１ａ〜２０１ｄのそれぞれの周辺には、感光体ドラム２０１ａ〜２０１ｄをそれぞれ一様に帯電させる帯電器２０２ａ，２０２ｂ，２０２ｃ，２０２ｄが配置されている。また、感光体ドラム２０１ａ〜２０１ｄのそれぞれの周辺には、感光体ドラム２０１ａ〜２０１ｄのそれぞれのドラム表面に形成された静電潜像を現像する現像器２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃ，２０３ｄ、現像された顕画像を転写材２３０へ転写する転写用の帯電器２０４ａ，２０４ｂ，２０４ｃ，２０４ｄ、感光体ドラム２０１ａ〜２０１ｄ上に残存するトナーを除去するクリーニング器２０５，２０５ｂ，２０５ｃ，２０５ｄが、感光体ドラム２０１ａ〜２０１ｄの回転方向に順次配設されている。更に、感光体ドラム２０１ａ〜２０１ｄのそれぞれの上方には、露光装置２０６ａ，２０６ｂ，２０６ｃ，２０６ｄが配置されている。
【００５８】
搬送ベルト２２５は、給送手段２１０を通じて送給される転写材２３０を担持し、駆動ローラ２２３によって図８に示す矢印Ａ方向に駆動される。搬送ベルト２２５と駆動ローラ２２３は、転写材２３０を、順次、画像形成手段Ｐａ〜Ｐｄへ搬送する搬送手段を構成している。本発明の実施形態に係る振動型アクチュエータは、感光体ドラム２０１ａ〜２０１ｄを回転させるための駆動モータとして、また、搬送ベルト２２５を駆動するための駆動ローラ２２３を回転させるための駆動モータとして、用いられる。
【００５９】
図９は、感光体ドラム駆動用モータとして振動型アクチュエータを搭載するときの概略構成を示す斜視図である。感光体ドラム２５０（感光体ドラム２０１ａ〜２０１ｄに対応する）の駆動軸２５５に、例えば、振動型アクチュエータ１Ａ（１Ｂ，１Ｃ）を直接接続することができる。これにより、従来は必要であったギア等の減速手段を用いなくても済むため、色ずれを低減させて、印刷品位を向上させることができる。
【００６０】
図１０は、搬送ベルト駆動用モータとして振動型アクチュエータを搭載するときの概略構成を示す斜視図である。図１０において、搬送ベルト２６５（搬送ベルト２２５に対応する）の駆動ローラ２６０（駆動ローラ２２３に対応する）の駆動軸２５５に、例えば、振動型アクチュエータ１Ａ（１Ｂ，１Ｃ）を直接接続することができる。こうして搬送ベルト２６５を駆動することにより、感光体ドラムを振動型アクチュエータで駆動したときに得られる前述の効果と同じ効果を得ることができる。
【００６１】
＜その他の実施形態＞
以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳述してきたが、本発明はこれら特定の実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。さらに、上述した各実施形態は本発明の一実施形態を示すものにすぎず、各実施形態を適宜組み合わせることも可能である。
【符号の説明】
【００６２】
１Ａ，１Ａ´，１Ｂ，１Ｃ    振動型アクチュエータ
２    振動体
２ａ    弾性体
２ｂ    圧電素子（電気−機械エネルギ変換素子）
３    第１の被駆動体
４    第２の被駆動体
５    第１の加圧部
６    第２の加圧部
７    出力軸
９    ベアリング
１１    回転体
１４    セットカラー
１５    滑りクラッチ
１６    ベアリング
１８    遠心クラッチ
５３    第３の被駆動体
５６    第３の加圧部
１００    ロボット
２００    画像形成装置
【図１】
2016010254.tif 000003
【図２】
2016010254.tif 000004
【図３】
2016010254.tif 000005
【図４】
2016010254.tif 000006
【図５】
2016010254.tif 000007
【図６】
2016010254.tif 000008
【図７】
2016010254.tif 000009
【図８】
2016010254.tif 000010
【図９】
2016010254.tif 000011
【図１０】
2016010254.tif 000012
【図１１】
2016010254.tif 000013
【図１２】
2016010254.tif 000014
【図１３】
2016010254.tif 000015