(57)【要約】【課題】  摩擦接触バネの安定したバネ性能を得ることができる振動型駆動装置を提供する。【解決手段】  振動体と梁構造を有する接触バネによって構成される振動子における、接触バネの接合部は少なくとも一方向において、全面レーザー溶接により溶融接合されている。【選択図】  図２
2009296801.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動体又は移動体と梁構造を有する接触バネによって構成される振動波駆動装置の振動子又は移動子における接触バネの接合部は少なくとも一方向において、少なくとも一箇所の接触部は全面において溶融接合されていることを特徴とする振動波駆動装置。
【請求項２】
請求項1に記載の振動波駆動装置において、前記接触部全面が溶融接合される方向が、接触バネ変形方向と交差または平行であることを特徴とする振動波駆動装置。
【請求項３】
請求項1、又は請求項2に記載の振動波駆動装置において、前記接触部全面が溶融接合されている接触部が複数である事を特徴とする振動波駆動装置。
【請求項４】
請求項1〜請求項３のいずれかに記載の振動波駆動装置において、前記溶融接合がレーザー溶接により施されていることを特徴とする振動波駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動体又は移動体と梁構造を有する接触バネによって構成される振動波駆動装置の振動子または移動子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の振動波駆動装置、特にリニア用の超音波モータには、特許文献１に開示されている平板に突起を接合する形態が挙げられる。原理に関しては既に周知のものとして説明は省略する。この振動型駆動装置101の構成について図14を用いて説明する。
【０００３】
同図において103は板状の弾性部材で、片面側に圧電素子104が接合されている。もう一方の面には摩擦部材105が接着により接合され振動子102が構成される。摩擦部材105に移動子であるリニアスライダ112を加圧接触させ相対移動させる。
【０００４】
突起部を除去加工により形成を行うのではなく、別部材として接合し形成するため、加工歪による性能の低下が抑えられ安定した高精度な振動子や振動波駆動装置が得られる。
【特許文献１】特開平7-143771号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
振動子が矩形の平板状に形成されており、平板上の一面に摩擦部材が接合されている振動波駆動装置は、振動を発生する振動子に移動子であるリニアスライダを加圧接触させ、振動子へ給電を行い振動を発生させ、その振動を受けてリニアスライダが相対移動を行う構成である。そのため振動子の発生する振動を安定かつ効果的に移動子に伝えるため、振動子または移動子の摩擦接触部に接触バネ構造を有することと、その接触バネが強固に接合される事が望ましい。例えば接触バネが梁状に配置され、その接合にレーザー溶接を用いると金属同士が溶融接合され各部材が一体的に形成されることにより効率良く駆動力を伝えることができる。更に局部的に熱を与えることから、部品が変形を起こすことなく溶融接合が可能になる。
【０００６】
また接触バネが効果的に機能し、安定した性能を発揮するためには、バネ性能にバラツキがないことが望ましい。そのためには振動子と接触バネとの接触面にバネ変形に影響を与える隙間が無いことが望ましい。しかしレーザー溶接では、その特性上2部材の接触面全面を接合することが難しく、接合部以外に微小な隙間を生じてバネ性能が不安定になってしまう。更に、接触面全面を溶融接合させようとすると溶接点数を多くすることや連続的に溶接するなど多大な溶接熱を与える必要がある。そのため部品に変形が生じ接触バネのバネ性能にバラツキが生じ、リニアスライダの相対移動が不安定になるなどの現象が発生することがある。熱影響が少ないといったレーザー溶接のメリットを生かす事ができないのである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の振動波駆動装置は、振動体又は移動体と梁構造を有する接触バネによって構成される、振動波駆動装置の振動子又は移動子における、接触バネの接合部は少なくとも一方向において、少なくとも一箇所の接触部は全面においてレーザー溶接により溶融接合されていることによりバラツキが少なく安定した性能が得られる。そこで振動体または移動体と接触バネとの接触面のバネ変形に影響を与える部分に隙間を生じさせないために一方の部材又は両方の部材に凹み、または突起を形成し、溶融接合される以外の部分の接触界面をなくした。
【発明の効果】
【０００８】
以上、本発明の振動波駆動装置によれば、振動体又は移動体と梁構造を有する接触バネによって構成される、振動波駆動装置の振動子又は移動子における、接触バネの接合部は少なくとも一方向において、少なくとも一箇所の接触部は全面においてレーザー溶接により溶融接合されていることによりバラツキが少なく安定した性能が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
次に、本発明の詳細を実施例の記述に従って説明する。
【実施例１】
【００１０】
図1は、本発明の第１の実施形態である振動波駆動装置1の外観斜視図、図2（a）は断面側面図、図2(b)は接触バネの変形図である（変形形状を破線で示す）。振動波駆動装置1は、振動子2及び移動子であるリニアスライダ（図示せず）によって構成されている。なお、これらの部材のほかにも、振動子2およびリニアスライダを加圧接触させるための加圧部材や、振動子2への給電を行う導通用の部材などが必要になる。これらの部材は、従来技術と同様であるため、説明を省略する。
【００１１】
振動子2は、矩形の薄板状に形成された電気-機械変換素子である積層圧電素子4と、この積層圧電素子4の一端面に接合されて一体化される弾性部材3と、弾性部材3に接合される摩擦材として機能する接触バネ部材5により構成されている。
【００１２】
本実施形態である振動波駆動装置1の振動子2は、周波数が略一致する2つの曲げ振動モードを励起し、接触バネ部材5を介してリニアスライダを相対移動させるものである。図3（a）、図3（b）に振動子の振動モードである2つのモード形状をそれぞれ模式的に示す。
【００１３】
この積層圧電素子4は、表面に電極を持つ薄板状の圧電素子膜を複数枚、積層して一体化したものである。
【００１４】
摩擦材である接触バネ部材5は摩擦係数が高く、耐摩耗性に優れたものである必要があり、本実施形態ではステンレスに熱処理を行うことにより耐摩耗性を確保している。
【００１５】
弾性部材3の材料としては、振動特性に優れる材料であるステンレスを用いることができる。本実施形態では接触バネ部材5、弾性部材3に同種のマルテンサイト系ステンレスを用いている。レーザー溶接により局部的に熱を与え接合をしているため、摩擦接触部の耐摩耗性を低下させることなく、且つ弾性部材の振動特性も低下させず接合することが可能である。また同種の材料を用いているため容易に溶接する事が可能である。
【００１６】
本実施形態の振動波駆動装置1は、振動を発生する振動子2にリニアスライダを加圧接触させ、振動子2へ給電を行い振動を発生させ、その振動を受けてリニアスライダが相対移動を行う構成である。そのため、振動子2が発生する振動を受けたリニアスライダが跳ねることによる異音の発生や、リニアスライダの相対移動が不安定になるなどの現象が発生することがある。そこで振動子2またはリニアスライダの摩擦接触部近傍に振動子が発生する振動をリニアスライダが効果的に受ける弾性変形部を設ける必要がある。
【００１７】
そこで本実施形態の弾性部材3には、ハーフエッチングにより凹み6が形成されており接触バネ部材5が両持梁状に配置されることにより、バネ機能を付与させている。凹み6は切削加工により形成しても良く、プレス鍛造加工でも良い。凹み以外に貫通した穴でも良く、プレス打ち抜き加工、エッチングにより穴を形成しても良い。本実施形態では10×5mmの小型の矩形弾性部材3を用い、積層圧電素子4を接着剤により接合しており、接着面積を確保するために凹みを形成した弾性部材を用いている。
【００１８】
本発明では、弾性部材3のバネ機能を付与させるための凹み6の近傍に溝7を形成している。溝7により弾性部材3と接触バネ部材5が溶融接合される部分が制限され、2部材の溶融接合される以外の部分が大きく離れているため、接触バネ部材5のバネ性能が安定する。図4に弾性部材3に接触バネ部材5を配置し、レーザー溶接により接合した時の上面図を示す。破線は2部材の接触界面で、溶融接合部8は破線の円形で示す。実線の円形で示される9がレーザーが照射された部分である。レーザー溶接はその特性上レーザーを照射した面積と溶融接合する面積が異なる。本実施形態のように2部品を重ね、一方の部品側からレーザーを照射すると、接合したい位置までにレーザーの熱エネルギーが100％伝わらず、熱が拡散してしまうからである。そこで本実施形態では、凹み6や溝7により2部品の接触面積を制限しているため全面が接合される。また不要な部分を除去してあるため溶接熱が拡散しにくく、低エネルギーでの溶接が可能になるため、部品の変形を抑えることができる。本実施形態のように接触バネ部材5が両持梁状に配置される構成では、接触バネ部材5の支持位置の状態によってバネ性能が左右される。そのため2部品の接触面に隙間無く接合されていることが望ましく、特に接触バネ部材5の変形方向11に大きく影響を与える矢印10の方向（接触バネと交差する方向）に隙間が無い事が望ましい。本実施形態では凹み6と溝7により接触バネの変形方向と交差する方向10には隙間無く全面接合されている。一方で、図3（a）に示すモードに関して、曲げの方向について隙間無く接合されるため、振動子の剛性が安定する効果もある。
【００１９】
また図5に示すように接触バネ部材5の接触幅を広くする事により、リニアスライダとの接触面圧を下げ耐久性を向上することもできる。図6に前記接触幅を広くした接触バネ部材5を配置、接合した時の上面図を示す。幅を広くしているため溶接点数を増やしてあり中央の溶融接合部8は破線円形で示されるように接触バネ変形方向と交差する方向10に全面接合されている。図7に示すように複数箇所全面接合されても良いし、更に全て全面接合されても良い。図8は弾性部材3の接触バネ部材5との接触面14（四角の破線で示す）を離散的に配置しリニアスライダの移動方向と直交する方向も溶融接合部を規制している。溶接時の熱が拡散する部分を少なくしているため溶接熱を抑えることができ、未溶融部を減らすことができる。離散的に配置された接合部は円形でも良く、この場合は溶融接合部形状が円形となることから、更に溶融熱を抑え未溶融部を減らすことができる。また、これらの溝や凹みなどは接触バネ側に設けても良く、更に突起により溶融接合部を規制しても良い。それぞれ弾性部材や接触バネ部材への熱影響による変形の有無や振動波駆動装置の仕様によって調整する事ができる。
【００２０】
図9は、接触バネ変形方向と交差する方向に溶接点数を増やした振動波駆動装置1の外観斜視図、図10は断面側面図である。前述のとおり本実施形態のように接触バネ部材5が両持梁状に配置される構成では、接触バネ部材5の支持状態にバネ性能が左右される。そこでバネ変形方向11と交差する方向に溶接接合部8を増やし、より安定したバネ性能が得られる。
【実施例２】
【００２１】
図11に本発明の第2の実施形態である振動波駆動装置1の外観斜視図を示す。振動波駆動装置1は、第１の実施形態と同様振動子2及び移動子であるリニアスライダ12によって構成されており、本実施形態ではリニアスライダ12に接触バネ部材5を設けている。図12にはリニアスライダ12の断面図を示す。リニアスライダ12の摩擦摺動面側と両側面の下半分を被うように接触バネ部材5を配置し、両側面方向からレーザー溶接によりリニアスライダ12と接触バネ部材5を溶融接合している。本実施形態では接触バネ部材5の変形方向11と平行に溶融接合をしている。リニアスライダ12に設けられた溝7により接触バネ部材5の変形方向11に隙間無く全面溶融接合されており、安定したバネ性能を得られる。
【実施例３】
【００２２】
図13には回転型の振動波駆動装置の移動子断面図を示す。本発明は移動子が振動子と直交する方向に相対移動する形態の振動波駆動装置のみならず、回転型の振動波駆動装置にも用いることができる。本実施形態では円形状の移動子13の側面に円筒状の接触バネ部材5を配置し、移動子13の側面方向からレーザー溶接にて接合を行っている。接触バネ部材5はプレス絞り加工により形成された円筒部の端面を摩擦摺動部として使用している。材質はステンレス材であり熱処理により硬化させ耐摩耗性を確保している。本実施形態では接触バネ部材5は片持梁状に配置されており、振動子との接触によって弧を描くように変形をするため溶融接合部の状態が非常に重要である。移動子13の側面に溝7を設ける事により、接触バネ部材5の変形する方向11と交差する方向に全面溶融接合され、安定したバネ性能を得る事ができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１実施形態における振動波駆動装置の斜視図。
【図２】第１実施形態における振動波駆動装置の断面側面図及び接触バネ変形図。
【図３】第１実施形態における振動波駆動装置の2つの振動モードを模式的に示す斜視図。
【図４】第１実施形態における振動子の上面図。
【図５】第１実施形態における振動子の摩擦接触部材の摩擦摺動面積を広くした振動波駆動装置の斜視図。
【図６】第１実施形態における振動子の摩擦接触部材の摩擦摺動面積を広くした振動波駆動装置の上面図。
【図７】第１実施形態における振動子の摩擦接触部材の摩擦摺動面積を広くした振動波駆動装置の上面図。
【図８】第１実施形態における振動子の摩擦接触部材と弾性部材との溶融接合部を離散的に配置した振動波駆動装置の上面図。
【図９】第１実施形態における振動子の摩擦接触部材と弾性部材との溶接点数を増やした振動波駆動装置の斜視図。
【図１０】第１実施形態における振動子の摩擦接触部材と弾性部材との溶接点数を増やした振動波駆動装置の断面側面図
【図１１】第2実施形態における振動波駆動装置の斜視図。
【図１２】第2実施形態におけるリニアスライダの断面図。
【図１３】第3実施形態における振動波駆動装置の移動子の断面図。
【図１４】従来技術における振動波駆動装置を示す図。
【符号の説明】
【００２４】
１、１０１  振動波駆動装置
２、１０２  振動子
３、１０３  弾性部材
４、１０４  圧電素子
５  接触バネ部材
６  凹み
７  溝
８  溶融接合部
９  レーザー照射部
１０  接触バネの変形方向と交差する方向
１１  接触バネ変形方向
１２、１１２  リニアスライダ
１３  移動子
１４  接触面
１０５  摩擦接触部材
【図１】
2009296801.tif 000003
【図２】
2009296801.tif 000004
【図３】
2009296801.tif 000005
【図４】
2009296801.tif 000006
【図５】
2009296801.tif 000007
【図６】
2009296801.tif 000008
【図７】
2009296801.tif 000009
【図８】
2009296801.tif 000010
【図９】
2009296801.tif 000011
【図１０】
2009296801.tif 000012
【図１１】
2009296801.tif 000013
【図１２】
2009296801.tif 000014
【図１３】
2009296801.tif 000015
【図１４】
2009296801.tif 000016