(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
予圧部により回転子を固定子に加圧した状態で前記固定子に超音波振動を発生させることにより前記回転子を駆動させる振動アクチュエータにおいて、
前記予圧部は、前記回転子に対して接触面で摺動可能に当接し、
前記回転子の表面に当接するように異物除去部が配設され、
前記異物除去部は、前記回転子との前記予圧部の前記接触面に形成された溝、又は前記予圧部に内蔵されたブラシ若しくはワイパーであることを特徴とする振動アクチュエータ。
【請求項２】
予圧部により回転子を固定子に加圧した状態で前記固定子に超音波振動を発生させることにより前記回転子を駆動させる振動アクチュエータにおいて、
前記予圧部は、前記回転子に対して接触面で摺動可能に当接し、
前記回転子の表面に当接するように異物除去部が配設され、
前記異物除去部は、前記予圧部に設けられ、前記予圧部の前記接触面と前記回転子の表面との間にエアを供給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】
この発明は、振動アクチュエータに係り、特に回転子の表面に付着した異物を除去する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、超音波振動を利用して回転子を駆動する振動アクチュエータが提案され、実用化されている。この振動アクチュエータは、圧電素子を用いて固定子の表面に楕円運動または進行波を発生させ、固定子に回転子を加圧接触させることによりこれら両者間の摩擦力を介して回転子を駆動させるものである。
例えば、特許文献１には、略球体状の回転子を一対の固定子で挟持し、互いに積層された第１〜第３の圧電素子部からなる振動体により双方の固定子に互いに同一の方向の超音波振動を発生させて、回転子を多自由度に回転駆動させるアクチュエータが、本出願人により開示されている。このアクチュエータにおいては、一対の固定子によって回転子を挟み込む方向の予圧力が回転子に与えられ、これにより回転子が一対の固定子にそれぞれ加圧接触されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１３５３１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述のように、固定子に回転子を加圧接触させ、両者間の摩擦力を介して回転子を駆動させるため、回転子の駆動に伴って回転子及び／または固定子から摩耗粉が発生することが知られている。このようにして発生した摩耗粉が固定子と回転子との接触部に入り込むと、トルク変動、回転子の蛇行等、回転子の駆動精度の低下を招くおそれがあり、さらには、摩耗粉の存在により摩耗が加速されるため、アクチュエータとしての寿命が短縮化されるおそれもある。
また、摩耗粉以外にも、外部から回転子の表面にゴミ等が付着すると、摩耗粉と同様の不具合を生じることとなる。
この発明はこのような問題点を解消するためになされたもので、回転子の表面に異物が付着しても回転子を精度よく駆動することができると共に長寿命化を図ることができ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】
【０００５】
この発明に係る振動アクチュエータは、予圧部により回転子を固定子に加圧した状態で固定子に超音波振動を発生させることにより回転子を駆動させる振動アクチュエータにおいて、予圧部は、回転子に対して接触面で摺動可能に当接し、回転子の表面に当接するように異物除去部が配設され、異物除去部は、回転子との予圧部の接触面に形成された溝、又は予圧部に内蔵されたブラシ若しくはワイパーであるとしたものである。
また、この発明に係る振動アクチュエータは、予圧部により回転子を固定子に加圧した状態で固定子に超音波振動を発生させることにより回転子を駆動させる振動アクチュエータにおいて、予圧部は、回転子に対して接触面で摺動可能に当接し、回転子の表面に当接するように異物除去部が配設され、異物除去部は、予圧部に設けられ、予圧部の接触面と回転子の表面との間にエアを供給するとしたものである。
【発明の効果】
【０００６】
この発明によれば、異物除去部を回転子の表面に当接するように配設したので、回転子の表面に異物が付着しても回転子を精度よく駆動することができると共に長寿命化を図ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１
図１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構成を示す。基部１と固定子２との間に振動体３が挟持され、基部１と固定子２とが振動体３内に通された連結ボルト４を介して互いに連結されている。固定子２には、振動体３に接する面とは反対側に凹部５が形成されており、この凹部５内に略球体状の回転子６の下部が収容されている。振動体３は、固定子２に超音波振動を発生させて回転子６を回転させるもので、振動体３に駆動回路７が電気的に接続されている。
【０００８】
ここで、説明の便宜上、基部１から回転子６に向かってＺ軸が延び、Ｚ軸に対して垂直方向にＸ軸が、Ｚ軸及びＸ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。
固定子２の凹部５の開口端縁には、ＸＹ平面上に位置する接触面８が形成されている。回転子６はこの凹部５の接触面８に当接した状態で回転可能に支持されている。
固定子２の上部には、支持部材９が配置されている。この支持部材９は、固定子２の上面の上に固定される環状部１０と、環状部１０から上方に延びるアーチ部１１を有し、アーチ部１１のほぼ中央部に予圧部１２が垂下されている。この予圧部１２の下面が回転子６に当接し、これにより回転子６が固定子２の接触面８に対して加圧接触されている。
【０００９】
図２に示されるように、固定子２の接触面８は、周方向の４箇所に分割されて配設され、ＸＺ面に沿って形成された溝とＹＺ面に沿って形成された溝とＸＹ面に沿って形成された溝からなる複数の溝１３が形成されている。ここで、「ＸＺ面に沿って形成された溝」、「ＹＺ面に沿って形成された溝」及び「ＸＹ面に沿って形成された溝」とは、それぞれＸＺ面内、ＹＺ面内及びＸＹ面内で直線的に延びる溝も円弧状等の曲線的に延びる溝も含むものとする。
また、図３に示されるように、回転子６に当接する予圧部１２の下面にも、ＸＺ面に沿って形成された溝とＹＺ面に沿って形成された溝からなる複数の溝１４が形成されている。
これらの溝１３及び１４は、回転子６の駆動に伴って発生する摩耗粉を収容するためのものである。
【００１０】
振動体３は、図１に示されるように、それぞれＸＹ平面上に位置し且つ互いに重ね合わされた平板状の第１〜第３の圧電素子部３１〜３３を有しており、固定子２に超音波振動を発生させることにより回転子６をＸ、Ｙ、Ｚの３軸の回りにそれぞれ回転させる。
【００１１】
具体的には、図４に示されるように、第１の圧電素子部３１は、それぞれ円板形状を有する電極板３１ａ、圧電素子板３１ｂ、電極板３１ｃ、圧電素子板３１ｄ及び電極板３１ｅが順次重ね合わされた構造を有している。同様に、第２の圧電素子部３２は、それぞれ円板形状を有する電極板３２ａ、圧電素子板３２ｂ、電極板３２ｃ、圧電素子板３２ｄ及び電極板３２ｅが順次重ね合わされた構造を有し、第３の圧電素子部３３は、それぞれ円板形状を有する電極板３３ａ、圧電素子板３３ｂ、電極板３３ｃ、圧電素子板３３ｄ及び電極板３３ｅが順次重ね合わされた構造を有している。これらの圧電素子部３１〜３３が絶縁シート３４〜３７を介して固定子２及び基部１から、また互いに絶縁された状態で配置されている。
【００１２】
図５に示されるように、第１の圧電素子部３１の一対の圧電素子板３１ｂ及び３１ｄは、Ｙ軸方向に２分割された部分が互いに逆極性を有してそれぞれＺ軸方向（厚み方向）に膨張と収縮の反対の変形挙動を行うように分極されており、圧電素子板３１ｂと圧電素子板３１ｄは互いに裏返しに配置されている。
第２の圧電素子部３２の一対の圧電素子板３２ｂ及び３２ｄは、２分割されることなく全体がＺ軸方向（厚み方向）に膨張あるいは収縮の変形挙動を行うように分極されており、圧電素子板３２ｂと圧電素子板３２ｄは互いに裏返しに配置されている。
第３の圧電素子部３３の一対の圧電素子板３３ｂ及び３３ｄは、Ｘ軸方向に２分割された部分が互いに逆極性を有してそれぞれＺ軸方向（厚み方向）に膨張と収縮の反対の変形挙動を行うように分極されており、圧電素子板３３ｂと圧電素子板３３ｄは互いに裏返しに配置されている。
【００１３】
第１の圧電素子部３１の両面部分に配置されている電極板３１ａ及び電極板３１ｅと、第２の圧電素子部３２の両面部分に配置されている電極板３２ａ及び電極板３２ｅと、第３の圧電素子部３３の両面部分に配置されている電極板３３ａ及び電極板３３ｅがそれぞれ電気的に接地されている。また、第１の圧電素子部３１の一対の圧電素子板３１ｂ及び３１ｄの間に配置されている電極板３１ｃと、第２の圧電素子部３２の一対の圧電素子板３２ｂ及び３２ｄの間に配置されている電極板３２ｃと、第３の圧電素子部３３の一対の圧電素子板３３ｂ及び３３ｄの間に配置されている電極板３３ｃがそれぞれ駆動回路７に電気的に接続されている。
【００１４】
次に、この実施の形態１に係る振動アクチュエータの動作について説明する。
まず、振動体３に対して、第１の圧電素子部３１の電極板３１ｃに振動アクチュエータの固有振動数に近い周波数の交流電圧を印加すると、第１の圧電素子部３１の一対の圧電素子板３１ｂ及び３１ｄの２分割された部分がＺ軸方向に膨張と収縮を交互に繰り返し、固定子２にＹ軸方向のたわみ振動を発生する。同様に、第２の圧電素子部３２の電極板３２ｃに交流電圧を印加すると、第２の圧電素子部３２の一対の圧電素子板３２ｂ及び３２ｄがＺ軸方向に膨張と収縮を繰り返し、固定子２にＺ軸方向の縦振動を発生する。さらに、第３の圧電素子部３３の電極板３３ｃに交流電圧を印加すると、第３の圧電素子部３３の一対の圧電素子板３３ｂ及び３３ｄの２分割された部分がＺ軸方向に膨張と収縮を交互に繰り返し、固定子２にＸ軸方向のたわみ振動を発生する。
【００１５】
そこで、例えば、駆動回路７から第２の圧電素子部３２の電極板３２ｃと第３の圧電素子部３３の電極板３３ｃとの双方に位相を９０度シフトさせた交流電圧をそれぞれ印加すると、Ｘ軸方向のたわみ振動とＺ軸方向の縦振動とが組み合わされて回転子６と接触する固定子２の接触面８にＸＺ面内の楕円振動が発生し、摩擦力を介して回転子６がＸＺ面内で、すなわちＹ軸回りに回転する。
同様に、駆動回路７から第１の圧電素子部３１の電極板３１ｃと第２の圧電素子部３２の電極板３２ｃとの双方に位相を９０度シフトさせた交流電圧をそれぞれ印加すると、Ｙ軸方向のたわみ振動とＺ軸方向の縦振動とが組み合わされて回転子６と接触する固定子２の接触面８にＹＺ面内の楕円振動が発生し、摩擦力を介して回転子６がＹＺ面内で、すなわちＸ軸回りに回転する。
さらに、駆動回路７から第１の圧電素子部３１の電極板３１ｃと第３の圧電素子部３３の電極板３３ｃとの双方に位相を９０度シフトさせた交流電圧をそれぞれ印加すると、Ｘ軸方向のたわみ振動とＹ軸方向のたわみ振動とが組み合わされて回転子６と接触する固定子２の接触面８にＸＹ面内の楕円振動が発生し、摩擦力を介して回転子６がＸＹ面内で、すなわちＺ軸回りに回転する。
このようにして振動体３を駆動することにより、回転子６がＸ、Ｙ、Ｚの３軸の回りにそれぞれ回転する。
【００１６】
このとき、回転子６に当接する固定子２の接触面８及び予圧部１２の下面にそれぞれ溝１３及び１４が形成されているため、回転子６の回転に伴って、回転子６、固定子２及び予圧部１２の少なくともいずれかから摩耗粉が発生しても、摩耗粉は、回転子６の表面に付着して回転子６の回転と共に移動し、固定子２の接触面８の溝１３または予圧部１２の下面の溝１４内に収容されることとなる。また、摩耗粉の一部は、回転子６の表面に付着した後、固定子２の上面または凹部５に落下する。
摩耗粉以外のゴミ等が外部から回転子６の表面に付着して固定子２の接触面８あるいは予圧部１２の下面との間に入り込んでも、摩耗粉と同様に、ゴミ等は溝１３あるいは溝１４内に収容される。
従って、摩耗粉やゴミ等の異物が回転子６の表面に付着しても、異物に起因してトルク変動、回転子６の蛇行等を生じることなく、回転子６を精度よく駆動することが可能になると共に異物による摩耗の加速を抑制して長寿命化を図ることが可能になる。
【００１７】
なお、上述したように、固定子２の接触面８の複数の溝１３及び予圧部１２の下面の複数の溝１４は、それぞれ、ＸＺ面に沿って形成された溝とＹＺ面に沿って形成された溝を有している。このため、回転子６がＹ軸回りに（ＸＺ面内で）回転するときには、これらの溝１３及び１４のうち回転子６の駆動方向に対応した方向、すなわちＸＺ面に沿って形成された溝に沿って回転子６が移動し、回転子６の球状表面および固定子２の接触面８の公差等に起因して予圧部１２による固定子２の予圧が不均一であっても、回転子６の回転方向にずれが生じにくく、回転子６はＹ軸回りに安定して回転することとなる。同様に、回転子６がＸ軸回りに（ＹＺ面内で）回転するときには、溝１３及び１４のうち回転子６の駆動方向に対応した方向、すなわちＹＺ面に沿って形成された溝に沿って回転子６が移動し、回転子６はＸ軸回りに安定して回転することとなる。
【００１８】
また、図６に示されるように、回転子６をＸ軸方向およびＹ軸方向に対して斜め方向に回転させたい場合には、Ｙ軸回りの回転運動Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３・・・とＸ軸回りの回転運動Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３・・・とをそれぞれ独立して順次行わせ、これらＹ軸回りとＸ軸回りの回転運動の組み合わせにより斜め方向への回転を実現する。このようにすれば、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に対して斜め方向にも安定した回転が可能となる。
さらに、固定子２の接触面８の複数の溝１３は、ＸＹ面に沿って形成された溝を有しているので、回転子６がＺ軸回りに（ＸＹ面内で）回転するときには、回転子６の駆動方向に対応した方向、すなわちＸＹ面に沿って形成された溝に沿って回転子６が移動し、回転子６はＺ軸回りに安定して回転することとなる。
【００１９】
また、固定子２の接触面８に溝１３を形成することで、回転子６と固定子２との間の摩擦係数が大きくなるため、高トルクの回転が実現される。
【００２０】
実施の形態２
図７に、この発明の実施の形態２に係る振動アクチュエータの構成を示す。この振動アクチュエータは、図１に示した実施の形態１の振動アクチュエータにおいて、固定子２の接触面８と予圧部１２の下面にそれぞれ溝１３及び１４を形成する代わりに、固定子２の接触面８の周辺部分と凹部５内にそれぞれブラシ１５及び１６を配設すると共に予圧部１２にブラシ１７を内蔵し、これらのブラシ１５〜１７を回転子６の表面に当接させたものである。
ブラシ１５〜１７が回転子６の表面に当接することにより、摩耗粉やゴミ等の異物が回転子６の表面に付着しても、回転子６の回転に伴って異物はブラシ１５〜１７で取り除かれる。このため、回転子６を精度よく駆動することが可能になると共に異物による摩耗の加速を抑制して長寿命化を図ることが可能になる。
【００２１】
特に、固定子２に固定されたブラシ１５及び１６は、振動体３により固定子２と共に振動するため、回転子６の表面に付着した異物の除去効果が向上する。
なお、実施の形態１のように、固定子２の接触面８と予圧部１２の下面にそれぞれ溝１３及び１４を形成した振動アクチュエータに上記のブラシ１５〜１７を配設することもできる。
また、ブラシ１５〜１７の代わりにワイパーを用いて、回転子６の表面に付着した異物を掻き取ってもよい。
【００２２】
実施の形態３
図８に、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。この振動アクチュエータは、図１に示した実施の形態１の振動アクチュエータにおいて、固定子２の接触面８と予圧部１２の下面にそれぞれ溝１３及び１４を形成する代わりに、予圧部１２にエア供給管１８を接続し、予圧部１２の下面と回転子６の表面との間にエアを噴出させるものである。
予圧部１２の下面は回転子６に加圧されているが、回転子６の駆動時には、回転子６に振動が加えられるため、予圧部１２の下面と回転子６の表面との間にわずかな隙間が生じ、エア供給管１８からのエアが回転子６の表面に沿って噴出する。このエアの噴出により、回転子６の表面に付着していた異物を除去することができる。
【００２３】
また、予圧部１２に接続されたエア供給管１８からエアを噴出する代わりに、図９に示されるように、固定子２の凹部５にエア吸引管１９を接続し、凹部５内のエアを吸引するように構成してもよい。凹部５内のエアを吸引することにより、固定子２の接触面８の周辺において回転子６の表面に付着していた異物及び凹部５内に落下した異物を除去することができる。
予圧部１２に接続されたエア供給管１８と固定子２の凹部５に接続されたエア吸引管１９の双方を同時に用いて、予圧部１２の下面と回転子６の表面との間からエアを噴出しつつ、凹部５内のエアを吸引することもできる。
【００２４】
また、実施の形態１のように、固定子２の接触面８と予圧部１２の下面にそれぞれ溝１３及び１４を形成した振動アクチュエータ、あるいは、実施の形態２のように、回転子６の表面に当接するブラシ１５〜１７を配設した振動アクチュエータに、上記のエア供給管１８及び／またはエア吸引管１９を適用してもよい。
【００２５】
なお、上記の実施の形態１〜３において、固定子２の接触面８は、周方向の４箇所に分割されて配設されていたが、これに限るものではなく、回転子６に全周にわたって接触するような環状の接触面とすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【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断面図である。
【図２】実施の形態１で用いられた固定子を示す平面図である。
【図３】実施の形態１で用いられた予圧部を示す底面図である。
【図４】実施の形態１で用いられた振動体の構成を示す部分断面図である。
【図５】実施の形態１で用いられた振動体の３対の圧電素子板の分極方向を示す斜視図である。
【図６】実施の形態１において回転子をＸ軸およびＹ軸に対して斜め方向に回転させる場合の動きを示す図である。
【図７】実施の形態２に係る振動アクチュエータの構成を示す断面図である。
【図８】実施の形態３に係る振動アクチュエータの構成を示す断面図である。
【図９】実施の形態３の変形例に係る振動アクチュエータの構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２７】
１  基部ブロック、２  固定子、３  振動体、４  連結ボルト、５  凹部、６  回転子、７  駆動回路、８  接触面、９  支持部材、１０  環状部、１１  アーチ部、１２  予圧部、１３，１４  溝、１５〜１７  ブラシ、１８  エア供給管、１９  エア吸引管。
【図１】
0005098625.tif 000002
【図２】
0005098625.tif 000003
【図３】
0005098625.tif 000004
【図４】
0005098625.tif 000005
【図５】
0005098625.tif 000006
【図６】
0005098625.tif 000007
【図７】
0005098625.tif 000008
【図８】
0005098625.tif 000009
【図９】
0005098625.tif 000010