振動型駆動装置
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、振動体に移動体を加圧接触させて駆動力を得る振動型駆動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】振動型駆動装置（振動型モータ）は、電気−機械エネルギ変換素子を接合した弾性部材からなる振動体に移動体を加圧接触させ、上記変換素子に交流電圧を印加して振動体に進行性振動波を発生させることにより、移動体を摩擦駆動するものである。
【０００３】図７には、従来の振動型モータを示している。ベース１０１に固定されたリング状のステータ（振動体）１０２、弾性体１２１の下面に、コネクタ１１０およびフレキシブル基板１１１を通じて通電される電気−機械エネルギ変換素子１２２を接合し、弾性体１２１の上面に摩擦部材１２３を接着して構成されている。ロータ（移動体）１０３の上面にはゴム板１０７を介して加圧ばね１０６の外周部が取り付けられており、加圧ばね１０６の内周部は出力軸１０４に焼嵌めされたディスク１０５に取り付けられている。
【０００４】出力軸１０４は、ベース１０１に固定された外輪と、出力軸１０４の外周に嵌合した内輪とを有する一対のころがり軸受１８１，１８２によって回転自在に支持される。ディスク１０５はころがり軸受１８２の内輪に当接している。一方、ころがり軸受１８１の内輪は、ロータ１０３をステータ１０２に適切な力で加圧接触させるための加圧ばね１０６の変位量分だけ、ディスク１０５ところがり軸受１８２の内輪とともに出力軸１０４をステータ１０２側へ押し込んだ状態で、出力軸１０４の溝に装着したスナップリング１０９と係合している。
【０００５】これにより、図６に示すように、軸受１８２では、ディスク１０５によって内輪に加圧バネ１０６の加圧力と同方向の予圧がかけられて軸受１８２内の径方向がたが排除される。一方、軸受１８１では、スナップリング１０９によって内輪に加圧バネ１０６の加圧力と反対方向の予圧力がかけられて軸受１８２内の径方向がたが排除される。こうして、各軸受１８１，１８２の径方向がたがなくなることにより、出力軸１０４の径方向のぶれも抑えられる。
【０００６】ここで、加圧ばねの加圧反力をＦ、軸受１８１の予圧力をＰ１、軸受１８２の予圧力をＰ２とすると、これらの３つの力には、Ｆ＝Ｐ１−Ｐ２という関係が成立する。
【０００７】このことから分かるように、軸受１８１は加圧反力と軸受１８２の予圧力の和を予圧力として受けるため、その予圧力は軸受１８２の予圧力に比較して極端に大きくなる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】通常、軸受の疲れ寿命は、軸受荷重の３乗に反比例する。このため大きな予圧力を受ける軸受１８１の疲れ寿命は軸受１８２に比べて極端に短い。さらに、振動型モータは低速度での使用が多く、軸受の転動体と軌道面との間に油膜が形成されにくいため、軸受の転動体荷重を通常よりも小さくとる必要がある。
【０００９】モータが発生し得るトルクは、ステータとロータ間の最大摩擦力に依存する。この摩擦力はロータ、ステータ間の摩擦係数と、加圧力によって決定されるから、最大トルクを大きくする場合には、加圧力を増すことが有効である。
【００１０】しかしながら従来のモータでは、加圧力をすべて軸受１８１が負担するため、軸受寿命を短くせずに加圧力を増すにはさらに定格荷重の大きい軸受を使用しなければならず、軸受が大きくなり、しかも高価となる。
【００１１】そこで、本願発明は、軸受寿命ひいては駆動装置としての寿命を延ばすとともに、定格荷重の小さな軸受を使用して安価で省スペースを図れる振動型駆動装置を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】第１の発明は、請求項１に記載のように、振動が励起される振動体と、この振動体に接触して駆動される振動体と、この移動体と出力軸とを連結するとともに、前記移動体と前記振動体とを加圧接触させる加圧部材と、前記出力軸を回転自在に支持する複数の軸受部材と、前記加圧部材による加圧反力を前記出力軸を介して前記複数の軸受部材に配分するためのバネ力を備えた部材を有することを特徴とする振動型駆動装置とするものである。第２の発明は、請求項２に記載のように、上記第１の発明で、前記加圧反力を、前記複数の軸受部材の内部予圧力として用いることを特徴とする。
【００１３】すなわち、複数の軸受部材に同一方向の与圧力がかかるように構成して加圧部材による加圧反力を複数の軸受部材に負担させるだけでなく、バネ力を備えた部材により前記複数の軸受部材に対して加圧反力が適切な割合で配分するように調整することが可能となり、前記複数の軸受部材の軸受部材の寿命を略等しくすることができ、振動型駆動装置の長寿命化を実現できるようにしている。
【００１４】第３の発明は、請求項３に記載のように、振動が励起される振動体と、この振動体に接触して駆動される振動体と、この移動体と出力軸とを連結するとともに、前記移動体と前記振動体とを加圧接触させる加圧部材と、前記出力軸を回転自在に支持する複数の軸受部材とを有し、前記加圧反力を、前記複数の軸受部材に対し、これら各軸受部材の定格荷重の比に応じて分担させることを特徴とする振動型駆動装置とするものである。第４の発明は、請求項４に記載のように、上記第１から第３のいずれかの発明で、前記複数の軸受部材が、ころがり軸受であることを特徴とする。第５の発明は、請求項５に記載のように、上記第４の発明で、前記加圧反力を、前記複数のころがり軸受に対し、これら各ころがり軸受の軌動面と転動体との接触面圧が等しくなるように分担させることを特徴とする。第３、第５の発明では、各軸受部材がほぼ等しい寿命となるような条件にすることができ、振動型駆動装置の長寿命化を図ることができる。
【００１５】第６の発明は、請求項６に記載のように、上記第４又は第５の発明で、前記複数のころがり軸受の各内輪と前記出力軸とが、前記出力軸への前記加圧反力の作用方向に一体的に移動可能に結合していることを特徴とする。第７の発明は、請求項７に記載のように、上記第４から第６のいずれかの発明で、前記複数のころがり軸受が、前記加圧手段を挟んで前記出力軸の軸方向両側に配置されていることを特徴とする。
【００１６】第８の発明は、請求項８に記載のように、上記第１又は第２の発明で、前記複数の軸受部材が複数のころがり軸受であり、前記複数のころがり軸受のうち所定のころがり軸受の内輪と前記出力軸とが前記出力軸への前記加圧反力の作用方向に一体的に移動可能に結合しており、前記所定のころがり軸受の内輪と他のころがり軸受の内輪との間に前記バネ力を備えた部材が配設されていることを特徴とする。第９の発明は、請求項９に記載のように、上記第８の発明で、前記バネ力を備えた部材のバネの変位を、前記各ころがり軸受に、前記加圧反力をこれら各ころがり軸受の定格荷重の比に応じて分担させるよう設定したことを特徴とする。第１０の発明は、請求項１０に記載のように、上記第８の発明で、前記バネ力を備えた部材のバネの変位を、前記各ころがり軸受の軌動面と転動体との接触面圧が等しくなるよう設定したことを特徴とする。
【００１７】第１１の発明は、請求項１１に記載のように、上記第４又は第５の発明で、前記複数のころがり軸受の転動体が、前記出力軸の外周に形成された軌動溝部を転動することを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）図１には、本願発明の第１実施形態である振動型駆動装置を示している。ベース１に固定されたリング状の金属製ステータ（振動体）２は、弾性体２１の下面に、コネクタ１０およびフレキシブル基板１１を通じて通電される電気−機械エネルギ変換素子２２を接合し、弾性体２１の上面に摩擦部材２３を接着して構成されている。ロータ（移動体）３の上面にはゴム板７を介して加圧ばね６の外周部が取り付けられており、加圧ばね６の内周部は出力軸４に焼嵌めされたディスク５に取り付けられている。
【００１９】出力軸４は、ベース１に固定された外輪と、出力軸４の外周に嵌合した内輪とを有する一対の深溝玉軸受（ころがり軸受）８１，８２によって回転自在に支持される。
【００２０】各軸受８１，８２の内輪は、ロータ３をステータ２に適切な力で加圧接触させるための加圧ばね６の変位量分だけ、ディスク５と出力軸４とをステータ２側へ押し込んだ状態で、出力軸４における各軸受８１，８２の下側に形成された溝に装着されたスナップリング９と係合している。これにより、加圧ばね６から出力軸４への加圧反力の作用方向に対して、出力軸４と各軸受８１，８２の内輪とが一体的に移動可能となる。なお、ディスク５は軸受８２の内輪および外輪から離れている。
【００２１】また、軸受８２の内輪とこれに係合するスナップリング９との間には、ウェーブワッシャ１２が介在している。このウェーブワッシャ１２の変形量は、上記加圧反力を軸受８１と軸受８２の定格荷重の比に比例配分した場合の反力成分が軸受８２の内輪に作用する変形量に設定されている。
【００２２】このように各軸受８１，８２の内輪に出力軸４およびスナップリング９を介して加圧反力を作用させることにより、それぞれが負担する反力成分が軸受８１，８２内の予圧力として用いられることになる。こうして、各軸受８１，８２の径方向がたがなくなることにより、出力軸４の径方向のぶれも抑えられる。
【００２３】ここで、各軸受８１，８２の予圧力の関係について図５を用いて詳しく説明する。図５は、各軸受８１，８２を模式的に示しており、ロータ３、ステータ２、加圧ばね６は省略してある。
【００２４】加圧反力Ｆは、出力軸４に対し上向きの力として作用しており、この加圧反力Ｆは２つの軸受８１，８２によって負担され、各軸受８１，８２の予圧力はそれぞれＰ１、Ｐ２となっている。
【００２５】ここで、予圧力Ｐ２は、加圧時の各軸受８１，８２の内輪の軸方向の移動量の差と外輪の相対位置と出力軸４に施した２つのスナップリング９，９の間隔で決まるウェーブワッシャ１２の変形量に対するバネ力に等しい。
【００２６】各軸受８１，８２の予圧力Ｐ１，Ｐ２の方向が等しく、加圧反力Ｆと同じ方向であるので、軸受８１の予圧力Ｐ１は加圧反力の大きさから軸受８２の予圧力Ｐ２を差し引いた値となる。結果として、加圧反力Ｆを２つの軸受８１，８２に予圧力として分散させることができる。
【００２７】ところで、玉軸受の疲れ寿命は、次式で表わされることが経験的に知られている。
【００２８】Ｌ∝（Ｃ／Ｐ）3ただし、Ｌ；寿命、Ｃ；軸受の基本動定格荷重、Ｐ；軸受荷重複数の軸受を用いる場合、最短の軸受寿命が、駆動装置の寿命となるため、各軸受がほぼ等しい寿命となるような条件にすることで、駆動装置の長寿命化が図れる。このためには、上の式から各軸受８１，８２の定格荷重Ｃと軸受荷重Ｐの比が等しくなるように加圧反力Ｆを各軸受８１，８２の定格荷重の比に比例配分して各軸受荷重（予圧力）とすればよい。
【００２９】本実施形態では、加圧反力Ｆを比例配分した軸受荷重を発生させるためのウェーブワッシャ１２の変形量を与えるようにスナップリング９間の間隔および軸受外輪の位置を定めればよい。
【００３０】また、軸受が静止しているときやきわめて低速回転している場合に、軸受の軌道面と転動体の接触面圧が大きいと軌道面や転動体に永久変形を生じ、使用できなくなるおそれがある。
【００３１】このため、軸受の基本静低格荷重Ｃ0 と軸受への静荷重Ｐ0 の比ｆ＝Ｃ0 ／Ｐ0で表わされる安全係数ｆを等しくするうように、加圧反力を各軸受の定格荷重の比に比例配分して各軸受荷重とすればよい。
【００３２】また厳密には、軌道面と転動体の接触面圧は軸受荷重に対して比例関係にはないから、軌道面と転動体の接触面圧が各軸受で等しくなるように軸受荷重を配分してもよい。
【００３３】（第２実施形態）図２は、本発明の第２実施形態である振動型駆動装置を示している。ベース１に固定されたリング状の金属製ステータ（振動体）２は、弾性体２１の下面に、コネクタ１０およびフレキシブル基板１１を通じて通電される電気−機械エネルギ変換素子２２を接合し、弾性体２１の上面に摩擦部材２３を接着して構成されている。ロータ（移動体）３の上面にはゴム板７を介して加圧ばね６の外周部が取り付けられており、加圧ばね６の内周部は出力軸４に焼嵌めされたディスク５に取り付けられている。
【００３４】出力軸４は、ベース１における加圧ばね６およびディスク５を挟んだ位置に固定された外輪と、出力軸４の外周に嵌合した内輪とを有する一対の深溝玉軸受（ころがり軸受）８１，８２によって回転自在に支持される。
【００３５】軸受８１の内輪は、ロータ３をステータ２に適切な力で加圧接触させるための加圧ばね６の変位量分だけ、ディスク５と出力軸４とをステータ２側へ押し込んだ状態で、出力軸４における軸受８１の下側に形成された溝に装着されたスナップリング９と係合している。また、軸受８２の内輪は、ウェーブワッシャ１２を挟んでディスク５の上面に当接している。これにより、加圧ばね６から出力軸４への加圧反力の作用方向に対して、出力軸４と各軸受８１，８２の内輪とが一体的に移動可能となる。
【００３６】ウェーブワッシャ１２の変形量は、上記加圧反力を軸受８１と軸受８２の定格荷重の比に比例配分した場合の反力成分が軸受８２の内輪に作用する変形量に設定されている。
【００３７】本実施形態においても、２つの軸受８１，８２に、加圧反力を定格荷重の比に比例配分した同方向の予圧力を与えることによって、加圧反力を軸受８１，８２が均等に負担することになり、駆動装置の長寿命化が実現できる。
【００３８】また、２つの軸受８１，８２を加圧ばね６およびディスク５（つまりはロータ３、ステータ２）を挟む位置に設けたことによって、軸受間距離を大きくでき、出力軸４のラジアル荷重に対する剛性を大きくできる。
【００３９】（第３実施形態）図３には、本発明の第３実施形態である振動型駆動装置を示している。ベース１に固定されたリング状の金属製ステータ（振動体）２は、弾性体２１の下面に、コネクタ１０およびフレキシブル基板１１を通じて通電される電気−機械エネルギ変換素子２２を接合し、弾性体２１の上面に摩擦部材２３を接着して構成されている。ロータ（移動体）３の上面にはゴム板７を介して加圧ばね６の外周部が取り付けられており、加圧ばね６の内周部は出力軸４に焼嵌めされたディスク５に取り付けられている。
【００４０】出力軸４は、ベース１に固定された外輪と、出力軸４の外周に嵌合した内輪とを有する一対の深溝玉軸受（ころがり軸受）８１，８２によって回転自在に支持される。
【００４１】軸受８１の内輪は、ロータ３をステータ２に適切な力で加圧接触させるための加圧ばね６の変位量分だけ、ディスク５と出力軸４とをステータ２側へ押し込んだ状態で、出力軸４の外周に接着されている。また、軸受８１の内輪と軸受８２の内輪との間には、圧縮コイルばね３２が所定量圧縮された状態で挟持されている。圧縮コイルばね１２の圧縮量は、上記加圧反力を軸受８１と軸受８２の定格荷重の比に比例配分した場合の反力成分が軸受８２の内輪に作用する変形量に設定されている。
【００４２】本実施形態においても、２つの軸受８１，８２に、加圧反力を定格荷重の比に比例配分した同方向の予圧力を与えることによって、加圧反力を軸受８１，８２が均等に負担することになり、駆動装置の長寿命化が実現できる。
【００４３】また、本実施形態では、圧縮ばね３２の両端を軸受内輪で支持し、一方の軸受内輪は出力軸４と接着しているため、出力軸４にスナップリングをはめる溝などを加工することなく、安価に長寿命化が可能となる。
【００４４】（第４実施形態）図４は、本願発明の第４実施形態である振動型駆動装置を示している。ベース１に固定されたリング状の金属製ステータ（振動体）２は、弾性体２１の下面に、コネクタ１０およびフレキシブル基板１１を通じて通電される電気−機械エネルギ変換素子２２を接合し、弾性体２１の上面に摩擦部材２３を接着して構成されている。ロータ（移動体）４３は、加圧ばね部４３ａおよびディスク部４３ｂを一体に有している。そして、ロータ４３のディスク部４３ｂは、出力軸４４をベース１の下方から挿入した上で適当な加圧力が得られる変位分押し込んだ状態で出力軸４４に接着されている。
【００４５】出力軸４４は、出力軸４４の外周に形成された軌動溝４４ａ内を転動する転動体を有する出力軸４４と一体の一対の軸受（ころがり軸受）８１，８２によって回転自在に支持される。軸受８１の外輪はベース１に固定され、軸受８２の外輪は圧縮ばね４２を介してベース１に保持されている。軸受８２の外輪は、ベース１に対して圧縮ばね４２により押し下げられている。
【００４６】圧縮ばね４２の圧縮量は、加圧ばね部４５ａの加圧反力を軸受８１と軸受８２の定格荷重の比に比例配分した場合の反力成分が軸受８２の内輪に作用する変形量に設定されている。
【００４７】本実施形態においても、２つの軸受８１，８２に、加圧反力を定格荷重の比に比例配分した同方向の予圧力を与えることによって、加圧反力を軸受８１，８２が均等に負担することになり、駆動装置の長寿命化が実現できる。
【００４８】また、本実施形態では、部品点数が少なく、さらに軸受内輪を有する軸受と出力軸との嵌合がたによる出力軸の振れ回りも少ないため、安価で、組立性の良い、長寿命な駆動装置とすることができる。
【００４９】
【発明の効果】以上説明したように、本願発明によれば、複数の軸受部材に同一方向の与圧力がかかるように構成して加圧部材による加圧反力を複数の軸受部材に負担させるだけでなく、バネ力を備えた部材により前記複数の軸受部材に対して加圧反力が適切な割合で配分するように調整することが可能となり、前記複数の軸受部材の軸受部材の寿命を略等しくすることができ、振動型駆動装置の長寿命化を実現できる。
【００５０】また、各軸受部材の負担分配を各軸受部材の定格荷重の比に比例配分したり、軸受軌道面と転動体との接触面圧を等しくするように配分したりすれば、さらなる軸受部材および振動型駆動装置の長寿命化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態である振動型駆動装置の断面図である。
【図２】本発明の第２実施形態である振動型駆動装置の断面図である。
【図３】本発明の第３実施形態である振動型駆動装置の断面図である。
【図４】本発明の第３実施形態である振動型駆動装置の断面図である。
【図５】上記第１実施形態の軸受部の模式図である。
【図６】従来の振動型駆動装置の軸受部の模式図である。
【図７】従来の振動型駆動装置の断面図である。
【符号の説明】
１ ベース
２ ステータ
３，４３ ロータ
４，４４ 出力軸
５ ディスク
６ 加圧ばね
７ ゴム
８１，８２ 軸受
９ スナップリング
１０ コネクタ
１１ フレキシブル基板
１２ ウェーブワッシャ
３２ 圧縮コイルばね
４２ 圧縮ばね
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、振動体に移動体を加圧接触させて駆動力を得る振動型駆動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】振動型駆動装置（振動型モータ）は、電気−機械エネルギ変換素子を接合した弾性部材からなる振動体に移動体を加圧接触させ、上記変換素子に交流電圧を印加して振動体に進行性振動波を発生させることにより、移動体を摩擦駆動するものである。
【０００３】図７には、従来の振動型モータを示している。ベース１０１に固定されたリング状のステータ（振動体）１０２、弾性体１２１の下面に、コネクタ１１０およびフレキシブル基板１１１を通じて通電される電気−機械エネルギ変換素子１２２を接合し、弾性体１２１の上面に摩擦部材１２３を接着して構成されている。ロータ（移動体）１０３の上面にはゴム板１０７を介して加圧ばね１０６の外周部が取り付けられており、加圧ばね１０６の内周部は出力軸１０４に焼嵌めされたディスク１０５に取り付けられている。
【０００４】出力軸１０４は、ベース１０１に固定された外輪と、出力軸１０４の外周に嵌合した内輪とを有する一対のころがり軸受１８１，１８２によって回転自在に支持される。ディスク１０５はころがり軸受１８２の内輪に当接している。一方、ころがり軸受１８１の内輪は、ロータ１０３をステータ１０２に適切な力で加圧接触させるための加圧ばね１０６の変位量分だけ、ディスク１０５ところがり軸受１８２の内輪とともに出力軸１０４をステータ１０２側へ押し込んだ状態で、出力軸１０４の溝に装着したスナップリング１０９と係合している。
【０００５】これにより、図６に示すように、軸受１８２では、ディスク１０５によって内輪に加圧バネ１０６の加圧力と同方向の予圧がかけられて軸受１８２内の径方向がたが排除される。一方、軸受１８１では、スナップリング１０９によって内輪に加圧バネ１０６の加圧力と反対方向の予圧力がかけられて軸受１８２内の径方向がたが排除される。こうして、各軸受１８１，１８２の径方向がたがなくなることにより、出力軸１０４の径方向のぶれも抑えられる。
【０００６】ここで、加圧ばねの加圧反力をＦ、軸受１８１の予圧力をＰ１、軸受１８２の予圧力をＰ２とすると、これらの３つの力には、Ｆ＝Ｐ１−Ｐ２という関係が成立する。
【０００７】このことから分かるように、軸受１８１は加圧反力と軸受１８２の予圧力の和を予圧力として受けるため、その予圧力は軸受１８２の予圧力に比較して極端に大きくなる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】通常、軸受の疲れ寿命は、軸受荷重の３乗に反比例する。このため大きな予圧力を受ける軸受１８１の疲れ寿命は軸受１８２に比べて極端に短い。さらに、振動型モータは低速度での使用が多く、軸受の転動体と軌道面との間に油膜が形成されにくいため、軸受の転動体荷重を通常よりも小さくとる必要がある。
【０００９】モータが発生し得るトルクは、ステータとロータ間の最大摩擦力に依存する。この摩擦力はロータ、ステータ間の摩擦係数と、加圧力によって決定されるから、最大トルクを大きくする場合には、加圧力を増すことが有効である。
【００１０】しかしながら従来のモータでは、加圧力をすべて軸受１８１が負担するため、軸受寿命を短くせずに加圧力を増すにはさらに定格荷重の大きい軸受を使用しなければならず、軸受が大きくなり、しかも高価となる。
【００１１】そこで、本願発明は、軸受寿命ひいては駆動装置としての寿命を延ばすとともに、定格荷重の小さな軸受を使用して安価で省スペースを図れる振動型駆動装置を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】第１の発明は、請求項１に記載のように、振動が励起される振動体と、この振動体に接触して駆動される振動体と、この移動体と出力軸とを連結するとともに、前記移動体と前記振動体とを加圧接触させる加圧部材と、前記出力軸を回転自在に支持する複数の軸受部材と、前記加圧部材による加圧反力を前記出力軸を介して前記複数の軸受部材に配分するためのバネ力を備えた部材を有することを特徴とする振動型駆動装置とするものである。第２の発明は、請求項２に記載のように、上記第１の発明で、前記加圧反力を、前記複数の軸受部材の内部予圧力として用いることを特徴とする。
【００１３】すなわち、複数の軸受部材に同一方向の与圧力がかかるように構成して加圧部材による加圧反力を複数の軸受部材に負担させるだけでなく、バネ力を備えた部材により前記複数の軸受部材に対して加圧反力が適切な割合で配分するように調整することが可能となり、前記複数の軸受部材の軸受部材の寿命を略等しくすることができ、振動型駆動装置の長寿命化を実現できるようにしている。
【００１４】第３の発明は、請求項３に記載のように、振動が励起される振動体と、この振動体に接触して駆動される振動体と、この移動体と出力軸とを連結するとともに、前記移動体と前記振動体とを加圧接触させる加圧部材と、前記出力軸を回転自在に支持する複数の軸受部材とを有し、前記加圧反力を、前記複数の軸受部材に対し、これら各軸受部材の定格荷重の比に応じて分担させることを特徴とする振動型駆動装置とするものである。第４の発明は、請求項４に記載のように、上記第１から第３のいずれかの発明で、前記複数の軸受部材が、ころがり軸受であることを特徴とする。第５の発明は、請求項５に記載のように、上記第４の発明で、前記加圧反力を、前記複数のころがり軸受に対し、これら各ころがり軸受の軌動面と転動体との接触面圧が等しくなるように分担させることを特徴とする。第３、第５の発明では、各軸受部材がほぼ等しい寿命となるような条件にすることができ、振動型駆動装置の長寿命化を図ることができる。
【００１５】第６の発明は、請求項６に記載のように、上記第４又は第５の発明で、前記複数のころがり軸受の各内輪と前記出力軸とが、前記出力軸への前記加圧反力の作用方向に一体的に移動可能に結合していることを特徴とする。第７の発明は、請求項７に記載のように、上記第４から第６のいずれかの発明で、前記複数のころがり軸受が、前記加圧手段を挟んで前記出力軸の軸方向両側に配置されていることを特徴とする。
【００１６】第８の発明は、請求項８に記載のように、上記第１又は第２の発明で、前記複数の軸受部材が複数のころがり軸受であり、前記複数のころがり軸受のうち所定のころがり軸受の内輪と前記出力軸とが前記出力軸への前記加圧反力の作用方向に一体的に移動可能に結合しており、前記所定のころがり軸受の内輪と他のころがり軸受の内輪との間に前記バネ力を備えた部材が配設されていることを特徴とする。第９の発明は、請求項９に記載のように、上記第８の発明で、前記バネ力を備えた部材のバネの変位を、前記各ころがり軸受に、前記加圧反力をこれら各ころがり軸受の定格荷重の比に応じて分担させるよう設定したことを特徴とする。第１０の発明は、請求項１０に記載のように、上記第８の発明で、前記バネ力を備えた部材のバネの変位を、前記各ころがり軸受の軌動面と転動体との接触面圧が等しくなるよう設定したことを特徴とする。
【００１７】第１１の発明は、請求項１１に記載のように、上記第４又は第５の発明で、前記複数のころがり軸受の転動体が、前記出力軸の外周に形成された軌動溝部を転動することを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）図１には、本願発明の第１実施形態である振動型駆動装置を示している。ベース１に固定されたリング状の金属製ステータ（振動体）２は、弾性体２１の下面に、コネクタ１０およびフレキシブル基板１１を通じて通電される電気−機械エネルギ変換素子２２を接合し、弾性体２１の上面に摩擦部材２３を接着して構成されている。ロータ（移動体）３の上面にはゴム板７を介して加圧ばね６の外周部が取り付けられており、加圧ばね６の内周部は出力軸４に焼嵌めされたディスク５に取り付けられている。
【００１９】出力軸４は、ベース１に固定された外輪と、出力軸４の外周に嵌合した内輪とを有する一対の深溝玉軸受（ころがり軸受）８１，８２によって回転自在に支持される。
【００２０】各軸受８１，８２の内輪は、ロータ３をステータ２に適切な力で加圧接触させるための加圧ばね６の変位量分だけ、ディスク５と出力軸４とをステータ２側へ押し込んだ状態で、出力軸４における各軸受８１，８２の下側に形成された溝に装着されたスナップリング９と係合している。これにより、加圧ばね６から出力軸４への加圧反力の作用方向に対して、出力軸４と各軸受８１，８２の内輪とが一体的に移動可能となる。なお、ディスク５は軸受８２の内輪および外輪から離れている。
【００２１】また、軸受８２の内輪とこれに係合するスナップリング９との間には、ウェーブワッシャ１２が介在している。このウェーブワッシャ１２の変形量は、上記加圧反力を軸受８１と軸受８２の定格荷重の比に比例配分した場合の反力成分が軸受８２の内輪に作用する変形量に設定されている。
【００２２】このように各軸受８１，８２の内輪に出力軸４およびスナップリング９を介して加圧反力を作用させることにより、それぞれが負担する反力成分が軸受８１，８２内の予圧力として用いられることになる。こうして、各軸受８１，８２の径方向がたがなくなることにより、出力軸４の径方向のぶれも抑えられる。
【００２３】ここで、各軸受８１，８２の予圧力の関係について図５を用いて詳しく説明する。図５は、各軸受８１，８２を模式的に示しており、ロータ３、ステータ２、加圧ばね６は省略してある。
【００２４】加圧反力Ｆは、出力軸４に対し上向きの力として作用しており、この加圧反力Ｆは２つの軸受８１，８２によって負担され、各軸受８１，８２の予圧力はそれぞれＰ１、Ｐ２となっている。
【００２５】ここで、予圧力Ｐ２は、加圧時の各軸受８１，８２の内輪の軸方向の移動量の差と外輪の相対位置と出力軸４に施した２つのスナップリング９，９の間隔で決まるウェーブワッシャ１２の変形量に対するバネ力に等しい。
【００２６】各軸受８１，８２の予圧力Ｐ１，Ｐ２の方向が等しく、加圧反力Ｆと同じ方向であるので、軸受８１の予圧力Ｐ１は加圧反力の大きさから軸受８２の予圧力Ｐ２を差し引いた値となる。結果として、加圧反力Ｆを２つの軸受８１，８２に予圧力として分散させることができる。
【００２７】ところで、玉軸受の疲れ寿命は、次式で表わされることが経験的に知られている。
【００２８】Ｌ∝（Ｃ／Ｐ）3ただし、Ｌ；寿命、Ｃ；軸受の基本動定格荷重、Ｐ；軸受荷重複数の軸受を用いる場合、最短の軸受寿命が、駆動装置の寿命となるため、各軸受がほぼ等しい寿命となるような条件にすることで、駆動装置の長寿命化が図れる。このためには、上の式から各軸受８１，８２の定格荷重Ｃと軸受荷重Ｐの比が等しくなるように加圧反力Ｆを各軸受８１，８２の定格荷重の比に比例配分して各軸受荷重（予圧力）とすればよい。
【００２９】本実施形態では、加圧反力Ｆを比例配分した軸受荷重を発生させるためのウェーブワッシャ１２の変形量を与えるようにスナップリング９間の間隔および軸受外輪の位置を定めればよい。
【００３０】また、軸受が静止しているときやきわめて低速回転している場合に、軸受の軌道面と転動体の接触面圧が大きいと軌道面や転動体に永久変形を生じ、使用できなくなるおそれがある。
【００３１】このため、軸受の基本静低格荷重Ｃ0 と軸受への静荷重Ｐ0 の比ｆ＝Ｃ0 ／Ｐ0で表わされる安全係数ｆを等しくするうように、加圧反力を各軸受の定格荷重の比に比例配分して各軸受荷重とすればよい。
【００３２】また厳密には、軌道面と転動体の接触面圧は軸受荷重に対して比例関係にはないから、軌道面と転動体の接触面圧が各軸受で等しくなるように軸受荷重を配分してもよい。
【００３３】（第２実施形態）図２は、本発明の第２実施形態である振動型駆動装置を示している。ベース１に固定されたリング状の金属製ステータ（振動体）２は、弾性体２１の下面に、コネクタ１０およびフレキシブル基板１１を通じて通電される電気−機械エネルギ変換素子２２を接合し、弾性体２１の上面に摩擦部材２３を接着して構成されている。ロータ（移動体）３の上面にはゴム板７を介して加圧ばね６の外周部が取り付けられており、加圧ばね６の内周部は出力軸４に焼嵌めされたディスク５に取り付けられている。
【００３４】出力軸４は、ベース１における加圧ばね６およびディスク５を挟んだ位置に固定された外輪と、出力軸４の外周に嵌合した内輪とを有する一対の深溝玉軸受（ころがり軸受）８１，８２によって回転自在に支持される。
【００３５】軸受８１の内輪は、ロータ３をステータ２に適切な力で加圧接触させるための加圧ばね６の変位量分だけ、ディスク５と出力軸４とをステータ２側へ押し込んだ状態で、出力軸４における軸受８１の下側に形成された溝に装着されたスナップリング９と係合している。また、軸受８２の内輪は、ウェーブワッシャ１２を挟んでディスク５の上面に当接している。これにより、加圧ばね６から出力軸４への加圧反力の作用方向に対して、出力軸４と各軸受８１，８２の内輪とが一体的に移動可能となる。
【００３６】ウェーブワッシャ１２の変形量は、上記加圧反力を軸受８１と軸受８２の定格荷重の比に比例配分した場合の反力成分が軸受８２の内輪に作用する変形量に設定されている。
【００３７】本実施形態においても、２つの軸受８１，８２に、加圧反力を定格荷重の比に比例配分した同方向の予圧力を与えることによって、加圧反力を軸受８１，８２が均等に負担することになり、駆動装置の長寿命化が実現できる。
【００３８】また、２つの軸受８１，８２を加圧ばね６およびディスク５（つまりはロータ３、ステータ２）を挟む位置に設けたことによって、軸受間距離を大きくでき、出力軸４のラジアル荷重に対する剛性を大きくできる。
【００３９】（第３実施形態）図３には、本発明の第３実施形態である振動型駆動装置を示している。ベース１に固定されたリング状の金属製ステータ（振動体）２は、弾性体２１の下面に、コネクタ１０およびフレキシブル基板１１を通じて通電される電気−機械エネルギ変換素子２２を接合し、弾性体２１の上面に摩擦部材２３を接着して構成されている。ロータ（移動体）３の上面にはゴム板７を介して加圧ばね６の外周部が取り付けられており、加圧ばね６の内周部は出力軸４に焼嵌めされたディスク５に取り付けられている。
【００４０】出力軸４は、ベース１に固定された外輪と、出力軸４の外周に嵌合した内輪とを有する一対の深溝玉軸受（ころがり軸受）８１，８２によって回転自在に支持される。
【００４１】軸受８１の内輪は、ロータ３をステータ２に適切な力で加圧接触させるための加圧ばね６の変位量分だけ、ディスク５と出力軸４とをステータ２側へ押し込んだ状態で、出力軸４の外周に接着されている。また、軸受８１の内輪と軸受８２の内輪との間には、圧縮コイルばね３２が所定量圧縮された状態で挟持されている。圧縮コイルばね１２の圧縮量は、上記加圧反力を軸受８１と軸受８２の定格荷重の比に比例配分した場合の反力成分が軸受８２の内輪に作用する変形量に設定されている。
【００４２】本実施形態においても、２つの軸受８１，８２に、加圧反力を定格荷重の比に比例配分した同方向の予圧力を与えることによって、加圧反力を軸受８１，８２が均等に負担することになり、駆動装置の長寿命化が実現できる。
【００４３】また、本実施形態では、圧縮ばね３２の両端を軸受内輪で支持し、一方の軸受内輪は出力軸４と接着しているため、出力軸４にスナップリングをはめる溝などを加工することなく、安価に長寿命化が可能となる。
【００４４】（第４実施形態）図４は、本願発明の第４実施形態である振動型駆動装置を示している。ベース１に固定されたリング状の金属製ステータ（振動体）２は、弾性体２１の下面に、コネクタ１０およびフレキシブル基板１１を通じて通電される電気−機械エネルギ変換素子２２を接合し、弾性体２１の上面に摩擦部材２３を接着して構成されている。ロータ（移動体）４３は、加圧ばね部４３ａおよびディスク部４３ｂを一体に有している。そして、ロータ４３のディスク部４３ｂは、出力軸４４をベース１の下方から挿入した上で適当な加圧力が得られる変位分押し込んだ状態で出力軸４４に接着されている。
【００４５】出力軸４４は、出力軸４４の外周に形成された軌動溝４４ａ内を転動する転動体を有する出力軸４４と一体の一対の軸受（ころがり軸受）８１，８２によって回転自在に支持される。軸受８１の外輪はベース１に固定され、軸受８２の外輪は圧縮ばね４２を介してベース１に保持されている。軸受８２の外輪は、ベース１に対して圧縮ばね４２により押し下げられている。
【００４６】圧縮ばね４２の圧縮量は、加圧ばね部４５ａの加圧反力を軸受８１と軸受８２の定格荷重の比に比例配分した場合の反力成分が軸受８２の内輪に作用する変形量に設定されている。
【００４７】本実施形態においても、２つの軸受８１，８２に、加圧反力を定格荷重の比に比例配分した同方向の予圧力を与えることによって、加圧反力を軸受８１，８２が均等に負担することになり、駆動装置の長寿命化が実現できる。
【００４８】また、本実施形態では、部品点数が少なく、さらに軸受内輪を有する軸受と出力軸との嵌合がたによる出力軸の振れ回りも少ないため、安価で、組立性の良い、長寿命な駆動装置とすることができる。
【００４９】
【発明の効果】以上説明したように、本願発明によれば、複数の軸受部材に同一方向の与圧力がかかるように構成して加圧部材による加圧反力を複数の軸受部材に負担させるだけでなく、バネ力を備えた部材により前記複数の軸受部材に対して加圧反力が適切な割合で配分するように調整することが可能となり、前記複数の軸受部材の軸受部材の寿命を略等しくすることができ、振動型駆動装置の長寿命化を実現できる。
【００５０】また、各軸受部材の負担分配を各軸受部材の定格荷重の比に比例配分したり、軸受軌道面と転動体との接触面圧を等しくするように配分したりすれば、さらなる軸受部材および振動型駆動装置の長寿命化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態である振動型駆動装置の断面図である。
【図２】本発明の第２実施形態である振動型駆動装置の断面図である。
【図３】本発明の第３実施形態である振動型駆動装置の断面図である。
【図４】本発明の第３実施形態である振動型駆動装置の断面図である。
【図５】上記第１実施形態の軸受部の模式図である。
【図６】従来の振動型駆動装置の軸受部の模式図である。
【図７】従来の振動型駆動装置の断面図である。
【符号の説明】
１ ベース
２ ステータ
３，４３ ロータ
４，４４ 出力軸
５ ディスク
６ 加圧ばね
７ ゴム
８１，８２ 軸受
９ スナップリング
１０ コネクタ
１１ フレキシブル基板
１２ ウェーブワッシャ
３２ 圧縮コイルばね
４２ 圧縮ばね
【特許請求の範囲】
【請求項１】 振動が励起される振動体と、この振動体に接触して駆動される振動体と、この移動体と出力軸とを連結するとともに、前記移動体と前記振動体とを加圧接触させる加圧部材と、前記出力軸を回転自在に支持する複数の軸受部材と、前記加圧部材による加圧反力を前記出力軸を介して前記複数の軸受部材に配分するためのバネ力を備えた部材を有することを特徴とする振動型駆動装置。
【請求項２】 前記加圧反力を、前記複数の軸受部材の内部予圧力として用いることを特徴とする請求項１に記載の振動型駆動装置。
【請求項３】 振動が励起される振動体と、この振動体に接触して駆動される振動体と、この移動体と出力軸とを連結するとともに、前記移動体と前記振動体とを加圧接触させる加圧部材と、前記出力軸を回転自在に支持する複数の軸受部材とを有し、前記加圧反力を、前記複数の軸受部材に対し、これら各軸受部材の定格荷重の比に応じて分担させることを特徴とする振動型駆動装置。
【請求項４】 前記複数の軸受部材が、ころがり軸受であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の振動型駆動装置。
【請求項５】 前記加圧反力を、前記複数のころがり軸受に対し、これら各ころがり軸受の軌動面と転動体との接触面圧が等しくなるように分担させることを特徴とする請求項４に記載の振動型駆動装置。
【請求項６】 前記複数のころがり軸受の各内輪と前記出力軸とが、前記出力軸への前記加圧反力の作用方向に一体的に移動可能に結合していることを特徴とする請求項４又は５に記載の振動型駆動装置。
【請求項７】 前記複数のころがり軸受が、前記加圧手段を挟んで前記出力軸の軸方向両側に配置されていることを特徴とする請求項４から６のいずれかに記載の振動型駆動装置。
【請求項８】 前記複数の軸受部材が複数のころがり軸受であり、前記複数のころがり軸受のうち所定のころがり軸受の内輪と前記出力軸とが前記出力軸への前記加圧反力の作用方向に一体的に移動可能に結合しており、前記所定のころがり軸受の内輪と他のころがり軸受の内輪との間に前記バネ力を備えた部材が配設されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の振動型駆動装置。
【請求項９】 前記バネ力を備えた部材のバネの変位を、前記各ころがり軸受に、前記加圧反力をこれら各ころがり軸受の定格荷重の比に応じて分担させるよう設定したことを特徴とする請求項８に記載の振動型駆動装置。
【請求項１０】 前記バネ力を備えた部材のバネの変位を、前記各ころがり軸受の軌動面と転動体との接触面圧が等しくなるよう設定したことを特徴とする請求項８に記載の振動型駆動装置。
【請求項１１】 前記複数のころがり軸受の転動体が、前記出力軸の外周に形成された軌動溝部を転動することを特徴とする請求項４又は５に記載の振動型駆動装置。
【請求項１】 振動が励起される振動体と、この振動体に接触して駆動される振動体と、この移動体と出力軸とを連結するとともに、前記移動体と前記振動体とを加圧接触させる加圧部材と、前記出力軸を回転自在に支持する複数の軸受部材と、前記加圧部材による加圧反力を前記出力軸を介して前記複数の軸受部材に配分するためのバネ力を備えた部材を有することを特徴とする振動型駆動装置。
【請求項２】 前記加圧反力を、前記複数の軸受部材の内部予圧力として用いることを特徴とする請求項１に記載の振動型駆動装置。
【請求項３】 振動が励起される振動体と、この振動体に接触して駆動される振動体と、この移動体と出力軸とを連結するとともに、前記移動体と前記振動体とを加圧接触させる加圧部材と、前記出力軸を回転自在に支持する複数の軸受部材とを有し、前記加圧反力を、前記複数の軸受部材に対し、これら各軸受部材の定格荷重の比に応じて分担させることを特徴とする振動型駆動装置。
【請求項４】 前記複数の軸受部材が、ころがり軸受であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の振動型駆動装置。
【請求項５】 前記加圧反力を、前記複数のころがり軸受に対し、これら各ころがり軸受の軌動面と転動体との接触面圧が等しくなるように分担させることを特徴とする請求項４に記載の振動型駆動装置。
【請求項６】 前記複数のころがり軸受の各内輪と前記出力軸とが、前記出力軸への前記加圧反力の作用方向に一体的に移動可能に結合していることを特徴とする請求項４又は５に記載の振動型駆動装置。
【請求項７】 前記複数のころがり軸受が、前記加圧手段を挟んで前記出力軸の軸方向両側に配置されていることを特徴とする請求項４から６のいずれかに記載の振動型駆動装置。
【請求項８】 前記複数の軸受部材が複数のころがり軸受であり、前記複数のころがり軸受のうち所定のころがり軸受の内輪と前記出力軸とが前記出力軸への前記加圧反力の作用方向に一体的に移動可能に結合しており、前記所定のころがり軸受の内輪と他のころがり軸受の内輪との間に前記バネ力を備えた部材が配設されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の振動型駆動装置。
【請求項９】 前記バネ力を備えた部材のバネの変位を、前記各ころがり軸受に、前記加圧反力をこれら各ころがり軸受の定格荷重の比に応じて分担させるよう設定したことを特徴とする請求項８に記載の振動型駆動装置。
【請求項１０】 前記バネ力を備えた部材のバネの変位を、前記各ころがり軸受の軌動面と転動体との接触面圧が等しくなるよう設定したことを特徴とする請求項８に記載の振動型駆動装置。
【請求項１１】 前記複数のころがり軸受の転動体が、前記出力軸の外周に形成された軌動溝部を転動することを特徴とする請求項４又は５に記載の振動型駆動装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【特許番号】特許第３３９７６０９号（Ｐ３３９７６０９）
【登録日】平成１５年２月１４日（２００３．２．１４）
【発行日】平成１５年４月２１日（２００３．４．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願平８−３４８５６９
【出願日】平成８年１２月２６日（１９９６．１２．２６）
【公開番号】特開平１０−１９１６６７
【公開日】平成１０年７月２１日（１９９８．７．２１）
【審査請求日】平成１４年６月６日（２００２．６．６）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【参考文献】
【文献】特開 平７−１４３７６６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 平６−１２１５６１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 昭６２−１７８１７８（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許３５３１０７０（ＵＳ，Ａ）
【文献】米国特許３６６６２１９（ＵＳ，Ａ）
【文献】米国特許４５３１７００（ＵＳ，Ａ）
【文献】米国特許５６００１９６（ＵＳ，Ａ）
【登録日】平成１５年２月１４日（２００３．２．１４）
【発行日】平成１５年４月２１日（２００３．４．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成８年１２月２６日（１９９６．１２．２６）
【公開番号】特開平１０−１９１６６７
【公開日】平成１０年７月２１日（１９９８．７．２１）
【審査請求日】平成１４年６月６日（２００２．６．６）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【参考文献】
【文献】特開 平７−１４３７６６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 平６−１２１５６１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 昭６２−１７８１７８（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許３５３１０７０（ＵＳ，Ａ）
【文献】米国特許３６６６２１９（ＵＳ，Ａ）
【文献】米国特許４５３１７００（ＵＳ，Ａ）
【文献】米国特許５６００１９６（ＵＳ，Ａ）
[ Back to top ]