JPH0530760A - 回転アクチユエ−タ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】この発明は、弾性体に進行波を発生させて回転
体を回転駆動する場合に、回転体の回転駆動を長期間に
わたって安定して行えるようにした回転アクチュエ−タ
を提供することを目的とする。 【構成】ケ−シング２１と、円盤部２４ａと軸部２４ｂ
を有し、軸部２４ｂがケ−シング２１に回転自在に支持
されて設けられた回転体２４と、ア−ム状に形成され一
端がケ−シング２１の周辺部に固定され他端が円盤部２
４ａに対向して設けられた複数の駆動用圧電素子２６
と、リング状に形成され各駆動用圧電素子２６の他端に
結合されて設けられ駆動用圧電素子２６によって振動さ
せられて進行波を発生する弾性体２７と、弾性体２７と
回転体２４の円盤部２４ａとの間にこれら両者に接触し
て設けられた転動体３０とを具備したことを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は圧電素子を利用して回
転体を回転駆動する回転アクチュエ−タに関する。

【０００２】

【従来の技術】近時、回転アクチュエ−タの小型、軽量
化を計るために、駆動源として駆動用圧電素子をステ−
タとして利用して進行波を発生させ、その進行波によっ
てロ−タを回転駆動する、いわゆる超音波モ−タが実用
化されている。

【０００３】図３は従来の回転アクチュエ−タを示す。
同図中１はケ−シングである。このケ−シング１は容器
状の本体部１ａと、この本体部１ａの開口を閉塞した蓋
部１ｂとから構成されている。

【０００４】上記蓋部１ｂの中央部分には下部ラジアル
軸受３が設けられ、この下部ラジアル軸受３にはロ−タ
となる回転体４の円盤部５の下面側に突設された第１の
支軸６が回転自在に設けられている。上記円盤部５の上
面側には第２の支軸７が突設されている。この第２の支
軸７は上記本体部１ａに設けられた上部ラジアル軸受８
に回転自在に支持されている。

【０００５】上記ケ−シング１内の上記蓋部１ｂと円盤
部５との間には、ステ−タとなるリング状の駆動用圧電
気素子８と、この駆動用圧電素子８に接合された同じく
リング状の弾性体９とが設けられている。この弾性体９
の上面には環状突起１０が突設されている。この環状突
起１０には周方向に所定間隔で多数の溝１１が形成さ
れ、それによって環状突起１０を周方向に振動し易くし
ている。

【０００６】上記駆動用圧電素子８には周知のように周
方向に分割された複数の電極（図示せず）が接合されて
いる。これら電極には交流電圧が位相をπ／４づつずら
して印加されるようになっている。駆動用圧電素子８に
交流電圧を印加すれば、超音波振動が発生し、その超音
波振動によって上記弾性体９の環状突起１０には周方向
に沿って進行する進行波が発生する。

【０００７】一方、上記回転体４の円盤部５の下面に
は、周方向に沿って環状溝１２が形成されている。この
環状溝１２の底面には摩擦係数の大きな材料からなるラ
イニング材１３が設けられている。このライニング材１
３は上記環状突起１０に圧接している。

【０００８】したがって、上記駆動用圧電素子８に交流
電圧を印加し、弾性体９の環状突起１０に進行波を発生
させれば、この環状突起１０にライニング材１３を介し
て圧接した回転体４が上記ライニング材１３との摩擦抵
抗によって回転駆動されることになる。

【０００９】ところで、このような構成の回転アクチュ
エ−タによると、弾性体９に発生する進行波をライニン
グ材１３の摩擦抵抗によって回転体４に伝達するように
している。そのため、使用にともなうライニング材１３
の摩耗によって上記ライニング材１３と回転体４との摩
擦抵抗が低下することが避けられないので、回転体４の
出力が早期に低下するということがあった。つまり、回
転アクチュエ−タの寿命が短いということがあった。

【００１０】また、ケ−シング１から突出した回転体４
の第２の支軸７に力を加えて上記回転体４を回転させる
と、回転体４の円盤部５とライニング材１３とが無理に
擦られることになる。すると、ライニング１３が損傷し
て、上記円盤部５との接触抵抗が低下するから、その場
合も回転体４の出力が低下することになる。

【００１１】さらに、駆動用圧電素子８の超音波振動に
よって弾性体９に大きな振幅の進行波を発生させるた
め、上記弾性体９に環状突起１０を形成し、この環状突
起１０の周方向に所定間隔で多数の溝１１を形成するよ
うにしている。そのため、弾性体９を厚手の材料で形成
しなければならないから、アクチュエ−タの大型化や高
重量化を招くばかりか、溝１１の加工は切削加工によら
なければならないから、製作に多くの手間が掛かるなど
のことがあった。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来の超
音波振動による進行波を利用した回転アクチュエ−タ
は、弾性体に発生する進行波をライニング材の摩擦抵抗
を利用して回転体に伝達していたので、寿命が短いばか
りか、回転体に外力を加えて回転させると、上記ライニ
ング材を損傷させてしまうことがあり、さらには弾性体
の厚肉化や加工の複雑化を招くなどのことがあった。

【００１３】この発明は上記事情にもとづきなされたも
ので、その目的とするところは、弾性体に発生する進行
波をライニング材を用いずに回転体に伝達することがで
きるとともに、上記弾性体を薄肉化できるようにした回
転アクチュエ−タを提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
にこの発明は、軸部とこの軸部に同軸になる円盤部とを
有し上記軸部を中心にして回転自在になる回転体と、こ
の回転体を上記軸部と同軸に収納したケ−シングと、こ
のケ−シング内に放射方向にほぼ等角度で設けられそれ
ぞれ一端部が上記円盤部の円盤面に対向し他端部が固定
された複数の駆動用圧電素子と、リング状に形成され上
記円盤面と上記駆動用圧電素子の各一端部との間になる
とともにこれら一端部に結合されて設けられ上記駆動用
圧電素子によって振動させられることで進行波を発生す
る弾性体と、この弾性体と上記回転体の円盤面にそれぞ
れ接触して設けられた転動体とを具備したことを特徴と
する。

【００１５】

【作用】上記の構成によれば、駆動用圧電素子は一端が
ケ−シングに固定されたア−ム状であるから、他端にお
ける振動の振幅を大きくすることができ、それによって
弾性体を厚肉化しなくとも、この弾性体に振幅の大きな
超音波振動の進行波を発生させることができるとととも
に、その進行波によって転動体を転動させることができ
るから、その転動による回転力で回転体が回転駆動され
る。

【００１６】

【実施例】以下、この発明の一実施例を図１と図２を参
照して説明する。図１に示す回転アクチュエ−タは上部
ケ−シング２１ａと下部ケ−シング２１ｂとに分割され
たケ−シング２１を備えている。上記上部ケ−シング２
１ａの中央部分内面側には環状の収容部２２が形成さ
れ、この収容部２２にはラジアル軸受２３が設けられて
いる。このラジアル軸受２３は上記収容部２２の内周面
に保持された外輪２３ａと、この外輪２３ａにボ−ル２
３ｂを介して回転自在に設けられた内輪２３ｃとからな
る。この内輪２３ｃには、円盤部２４ａおよびこの円盤
部２４ａの上面から突設された軸部２４ｂとからなる回
転体２４の上記軸部２４ｂが回転自在かつ外部に突出さ
せて支持されている。

【００１７】上記上部ケ−シング２１ａの内面周辺部に
は周方向全長にわたって段部２５が形成されている。こ
の段部２５にはア−ム状に形成された２本で組をなす複
数組、この実施例では３組の駆動用圧電素子２６がそれ
ぞれ一端を固定して設けられている。各駆動用圧電素子
２６には交流電圧を印加するための図示しない電極が設
けられているとともに、各組の駆動用圧電素子２６の一
方と他方とには交流電圧が位相をπ／４づつずらして印
加されるようになっている。

【００１８】各駆動用圧電素子２６の他端側下面には、
金属などの薄い板材をプレス加工してリング状に形成さ
れた弾性体２７の上面が接合されている。この弾性体２
７の下面と、上記回転体２４の円盤部２４ａの上面に周
方向全長にわたって形成されたガイド溝２８との間に
は、リング状の保持板２９に形成された保持孔２９ａに
回転自在に保持された鋼球からなる転動体３０が上記弾
性体２７と円盤部２４ａとに圧接して回転自在に設けら
れている。

【００１９】各組の駆動用圧電素子２６の一方と他方と
に、それぞれ位相をπ／４ずらした交流電圧を印加する
ことで、上記弾性体２７には超音波振動による進行波を
発生させることができるようになっている。

【００２０】上記構成の回転アクチュエ−タによれば、
組をなす一方の駆動用圧電素子２６と他方の駆動用圧電
素子２６とに位相がπ／４ずれた交流電圧を印加し、弾
性体２７に超音波振動による進行波を発生させると、こ
の進行波によって弾性体２７に圧接した転動体３０が回
転体２４の円盤部２４ａの上面で転動する。転動体３０
が転動すれば、この転動体３０が圧接した上記回転体２
４が転動体３０の転動方向と同方向に回転駆動されるこ
とになる。

【００２１】すなわち、上記回転アクチュエ−タは、弾
性体２７に発生する進行波によって転動体３０を転動さ
せ、この転動体３０の転動によって回転体２４を回転さ
せる、いわゆる転がり摩擦を利用した構成であるから、
転動体３０と回転体２４の円盤部２４ａとの接触状態が
変化しずらい。そのため、回転体２４を長期間にわたっ
て安定した状態で回転させることができる。

【００２２】また、回転体２４が転動体３０との転がり
摩擦によって回転駆動されるため、転動体３０の転動が
上記回転体２４に確実に伝達される。それによって、回
転体２４を効率よく回転させることができる。つまり、
回転体２４の回転速度を速くすることができる。さら
に、回転体２４の軸部２４ｂに外力を加えて回転させて
も、この回転体２４の円盤部２４ａに圧接した転動体３
０が転動し、上記円盤部２４ａと転動体３０との間に無
理な力が発生するようなことがないから、回転体２４や
転動体３０などが損傷することがない。

【００２３】一方、上記駆動用圧電素子２６は一端が上
部ケ−シング２１ａの内周部に固定されたア−ム状に形
成され、他端に弾性体２７が接合されている。つまり、
上記駆動用圧電素子２６は片持ち梁となっているから、
超音波振動させたときに他端が大きな振幅で振動する。
そのため、弾性体２７を薄い金属板で形成しても、この
弾性体２７を大きな振幅で振動させ、進行波を効率よく
発生させることができるから、回転体２４の回転駆動も
効率よく行える。

【００２４】上記弾性体２７を薄い金属板で形成するこ
とができれば、この弾性体２７をプレス加工することが
可能となる。すなわち、従来のように厚手の板材を用
い、しかもその板材が振動し易いように溝加工するとい
うことをせずにすむから、上記弾性体２７の製作が容易
となるばかりか、全体形状の薄型化や軽量化が可能とな
る。

【００２５】なお、上記一実施例では転動体として球体
を用いた場合について説明したが、球体に代わりロ−ラ
であってもよい。また、駆動用圧電素子を３組設けた
が、その数はなんら限定されるものでなく、さらにケ−
シングの周方向に所定間隔で複数の駆動用圧電素子を設
け、１つおきの駆動用圧電素子に位相がπ／４づつずれ
た交流電圧を印加するようにしてもい。

【００２６】

【発明の効果】以上述べたようにこの発明は、ケ−シン
グに回転体を回転自在に設ける一方、このケ−シングの
内周部にア−ム状に形成された複数の駆動用圧電素子の
一端を固定して設け、これら駆動用圧電素子の他端にリ
ング状の弾性体を設け、この弾性体と上記回転体の円盤
部との間に、これら両者に圧接させて転動体を設けるよ
うにした。

【００２７】そのため、上記回転体は、上記弾性体に発
生する進行波によって転動される転動体とのころがり摩
擦で回転駆動されるから、上記回転体を長期間にわたっ
て安定した状態で駆動することができる。しかも、回転
体と転動体とはころがり摩擦なので、回転体に転動体の
転動を効率よく伝達することができる。さらに、回転体
に外力を加えて回転させても、転動体が回転して回転体
との間に無理な力が生じることがないから、回転体や転
動体が損傷するようなことがない。

【００２８】また、ア−ム状に形成された駆動用圧電素
子の一端をケ−シングに固定し、他端に弾性体を結合し
たので、弾性体を薄い板材で形成しても、超音波振動に
よる進行波を効率よく発生させることができる。つま
り、弾性体を薄い板材で形成することが可能となるか
ら、アクチュエ−タの薄型化や軽量化を計ることができ
るばかりか、その製造の容易化を計ることもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例の全体構成を示す縦断面
図。

【図２】同じく図１のＡ−Ａ線に沿う横断面図。

【図３】従来の構造を示す断面図。

【符号の説明】

２１…ケ−シング、２４…回転体、２４ａ…円盤部、２
４ｂ…軸部、２６…駆動用圧電素子、２７…弾性体、３
０…転動体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 軸部とこの軸部に同軸になる円盤部とを
   有し上記軸部を中心にして回転自在になる回転体と、こ
   の回転体を上記軸部と同軸に収納したケ−シングと、こ
   のケ−シング内に放射方向にほぼ等角度で設けられそれ
   ぞれ一端部が上記円盤部の円盤面に対向し他端部が固定
   された複数の駆動用圧電素子と、リング状に形成され上
   記円盤面と上記駆動用圧電素子の各一端部との間になる
   とともにこれら一端部に結合されて設けられ上記駆動用
   圧電素子によって振動させられることで進行波を発生す
   る弾性体と、この弾性体と上記回転体の円盤面にそれぞ
   れ接触して設けられた転動体とを具備したことを特徴と
   する回転アクチュエ−タ。