JP2543055B2 - 振動波駆動装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は振動波駆動装置，特にその振動体とこれに加
圧接触する移動体との摩擦接触部の改良に関する。

〔発明の背景〕 通常、振動波モータは、弾性材料よりなるリング状の
振動体と該振動体の表面に加圧接触せしめられているリ
ング状面を有するロータ（移動体）とを基本構成要素と
し、該振動体の他面に圧電素子，電歪素子などを配列固
着し、これらに交流電圧を印加することによって、該振
動体に周方向に進む横波と縦波とからなる進行波を発生
させて、それら両波の合成として振動体の表面上の各点
に一種の楕円運動を起させ、これにより、振動体の表面
に加圧接触しているロータを振動体の表面に沿って摩擦
駆動して回転させるように構成されている。

このような振動波モータにおいて、移動体（ロータ）
の振動体に対する接触状態を良好ならしめ、摩擦駆動力
の伝達効率を向上させるために、第５図に示すように、
リング状振動体２に対しリング状接触部３で接触するフ
ランジ部1-1を有するロータ１を用い、フランジ部1-1の
弾性変形によって振動体２との加圧接触を良好にしたも
のが提案されている（特開昭61-224882）。しかし、接
触部３の最適な大きさについては特に配慮がされておら
ず、まだ摩擦駆動力の伝達効率は不満足なものであっ
た。加えて本発明者が吸着現象と呼んでいる現象が時折
生じていた。吸着現象とは、フランジ部1-1の弾性変形
が振動体２の振動に引き込まれる様に一体となって共振
する現象で、これが生ずると振動体２の振動モードが変
化して振動が急に停止し、もちろんモータの駆動もスト
ップしてしまう。

〔発明の目的〕

本発明の目的は振動波駆動装置において、振動体と移
動体との接触部を改良して、摩擦駆動力の伝達効率を高
めると共に、吸着現象の発生を防止することにある。

〔発明の概要〕

本発明の振動波駆動装置は、振動波を発生させて、該
振動波により振動体と該振動体に接触する接触体とを相
対的に回転運動させる振動波駆動装置において、前記振
動体と前記接触体との両者の接触部の一方を0.5mm以下
の線巾となる線状突起部に形成し、他方を回転運動の軸
方向に対して直交する平面にしたことを特徴とするもの
である。

〔発明の実施例〕

振動波モータは本質的には摩擦駆動によって動くモー
タであり、振動波モータの駆動力は、ロータ（移動体）
を振動体に加圧接触させる加圧力Ｗとロータおよび振動
体の間の動摩擦係数μとの積μＷに依存する。加圧力Ｗ
を大きくすれば駆動力は増大すると考えられるのである
が、加圧力Ｗを大きくし過ぎると振動体の振動を抑圧す
ることになり、かえって駆動力を低下させることにな
る。それ故、振動波モータの振動体およびロータの材料
は動摩擦係数μの大きな組み合せを選ぶ必要がある。

ところで振動する物体との摩擦接触は通常の振動のな
い場合の摩擦接触とかなり異っていることが知られてい
る。例えば、菅等の論文（“潤滑”、第25巻，第４号,2
40頁、1980年）に述べられているように、振動する物体
の摩擦接触に於ける動摩擦係数は、振動の無い場合に比
べて低下する。本発明者はこの点に注目していくつかの
実験を行なった。以下にその実験内容と結果について説
明する。

第４図は実験に用いた摩擦試験機を示す図である。固
定側摩擦試験材４および回転側摩擦試験材５は、重り６
により加圧され、接触部5-1で互に加圧接触されてい
る。回転側摩擦試験材５は回転台７の上に固定され、回
転台７は軸13を通じて原動機16により回転が与えられ
る。固定側摩擦試験材４は円板８に固定されており、円
板８には軸９が取り付けられている。軸９は軸受10によ
り回転および上下運動が自在になる様に支持されてい
る。軸９には腕11が固定されていて、腕11の端部には回
転止めを兼ねたトルク測定器12がある。さて原動機13に
より回転側摩擦試験材５を強制的に回転させると、固定
側摩擦試験材４にも摩擦により回転力が生じる。この摩
擦回転力はトルク測定器12より摩擦トルクとして測定で
きるものである。測定された摩擦トルクを接触部5-1の
平均半径で除し、さらに重り６の重量で除することによ
り、固定側摩擦試験材４と回転側摩擦試験材５との動摩
擦係数μを算出することが出来る。

以上の説明は一般の摩擦試験機と変わらないが、この
試験機ではさらに固定側摩擦試験材４の上面に圧電素子
14が接合されているところに特徴がある。圧電素子14の
上下両面には不図示の電極が設けられていて、各々の電
極は高周波電源15に接続されている。すなわち、この摩
擦試験機では固定側摩擦試験材４に振動を与えながら、
動摩擦係数μを測定することができるものである。

本摩擦試験では、回転側摩擦試験材５と固定側摩擦試
験材４との接触部5-1の巾を種々に変えながら振動を加
えて試験をした。固定側摩擦試験材４は外径46mm,内径3
8mmの4-6真ちゅうを用い、回転側摩擦試験材５はアルミ
ニウム（A5056）で作り、接触部5-1の巾を変化させたも
のをいくつか用いた。また両試験材の接触部は鏡面状態
に研磨して試験をした。重り６の重量は700grとし、固
定側摩擦試験材４に６次の面外曲げ振動（曲げ振動変位
がリング状試験材４の面と垂直な方向すなわち軸方向に
生ずるような振動）を約43KHzの共振周波数で生じさ
せ、その最大振巾は約0.6μｍであった。尚、これらの
値は実際の振動波モータにほぼ等しいものを選んであ
る。以上の条件で摩擦試験を行なった結果を第１表に示
す。

第１表は、回転側摩擦部材５の接触部5-1の巾を変え
て動摩擦係数μを測定したものである。表から明らかな
様に振動を与えない場合はμ＝0.33であり、接触巾とは
無関係である。ところが固定側摩擦部材４に振動を与え
ると状態は一変する。すなわち接触巾が大きい程μが減
少することがわかる。特に接触巾を4mmにもするとμ＝
0.084となり、この接触巾を振動波モータに適用すると
駆動力は非常に低下してしまう。逆に接触巾を0.5mm以
下にすれば、振動の無い場合に比較して、μは80％以上
の値を持つことができ、これはほぼ満足なμの値と考え
ることが出来る。

この現象は、振動によって接触部に空気がはさみ込ま
れた結果、空気膜が潤滑剤の役目を果たしμを低下させ
るもので、接触巾が広い程その効果が大きいものと考え
られる。

さらに、接触巾が0.5mm以下になると、前述の吸着現
象が皆無になるということもこの実験で確められた。こ
の理由は明白ではないが、接触巾が0.5mmにも小さくな
ると、固定側摩擦部材（振動側）と回転側摩擦部材（被
振動側）が構造的にかなり異質になって、振動側の振動
に被振動側が引き込まれにくくなるためと想像される。

以上述べた様に接触巾を0.5mm以下の線状にすれば、
動摩擦係数μは、振動の無い場合にほぼ近い値（80％以
上）が得られる上に吸着現象も発生しなくなる。したが
ってこれを振動波モータの摩擦接触部に適用すれば駆動
力の大きい安定な振動波モータを得ることができる。

第１図および第２図は夫々本発明の実施例を示す図
で、第１図ではロータ（移動体）１の端部を細くして巾
0.5mm以下の線状の接触部3-1を得るようにしたものであ
る。第２図では振動体２の上部に巾の小さな突起を持た
せて、やはり巾0.5mm以下の線状の接触部3-2を得ている
ものである。

接触巾を0.5mm以下の線状にすると確実に駆動力の高
い、安定な振動波モータを得られるのであるが、一方、
新な問題も生ずる。それは、接触巾を0.5mm以下にもす
ると接触面圧が非常に大きくなり、これによって摩擦に
よる摩耗量が増大することである。このことは振動波モ
ータの耐久性、寿命を低下させる原因になる。第３図
は、この問題点を解決するために工夫した本発明の振動
波モータの実施例である。図に於て、ロータ１と振動体
２の摩擦接触部を、接触部3-3,3-4,3-5の様にそれぞれ
巾0.5mm以下の線状に複数本設けるものである。このよ
うにすれば、接触部１本あたりの面圧を下げることが出
来、耐久性が高く寿命の長い振動波モータを得ることが
できる。

〔発明の効果〕

振動波駆動装置の摩擦接触部を巾0.5mm以下にするこ
とによって本発明によれば、 （１）振動による動摩擦係数の低下を防いで駆動力の大
きな振動波駆動装置を得ることができる。

（２）吸着現象を防止することが出来、駆動装置の突然
の停止がなくなり、安定な振動波駆動装置を得ることが
できる。

なお、摩擦接触部を巾0.5mm以下の複数の線状にすれ
ば、上記の（１），（２）の効果に加えて、接触部の面
圧が下がり、摩耗を減らして耐久性の高い長寿命の振動
波駆動装置を得ることができる。

また、0.5mm以下の線巾となる線状突起部と接触する
相手面を回転運動の軸方向に対して直交する平面にして
いるので、線状突起部の接触位置が安定し、大きくずれ
ることがない。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図、第３図は夫々本発明の振動波駆動装置
の夫々異なる実施例を示す側断面図、第４図は本発明の
実験に用いた摩擦試験機の構成を示す図、第５図は従来
提案された振動波モータを示す側断面図である。 １……ロータ（移動体）、２……振動体 3-1,3-2,3-3,3-4,3-5……接触部

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】振動波を発生させて、該振動波により振動
   体と該振動体に接触する接触体とを相対的に回転運動さ
   せる振動波駆動装置において、前記振動体と前記接触体
   との両者の接触部の一方を0.5mm以下の線巾となる線状
   突起部に形成し、他方を回転運動の軸方向に対して直交
   する平面にしたことを特徴とする振動波駆動装置。
2. 【請求項２】前記線巾0.5mm以下の線状の接触部を複数
   本設けたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   振動波駆動装置。