JP2874773B2 - 振動波駆動装置 - Google Patents
振動波駆動装置Info
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- JP2874773B2 JP2874773B2 JP1315995A JP31599589A JP2874773B2 JP 2874773 B2 JP2874773 B2 JP 2874773B2 JP 1315995 A JP1315995 A JP 1315995A JP 31599589 A JP31599589 A JP 31599589A JP 2874773 B2 JP2874773 B2 JP 2874773B2
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- sliding
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は電気−機械エネルギー変換素子に電圧を印加
し、振動体に生ずる振動波によって、例えば振動体に加
圧接触する部材を摩擦駆動する振動波モータ等の振動波
駆動装置に関するものである。
し、振動体に生ずる振動波によって、例えば振動体に加
圧接触する部材を摩擦駆動する振動波モータ等の振動波
駆動装置に関するものである。
［従来の技術］ 進行性振動波を利用した振動波モータの原理的概要は
下記のようである。
下記のようである。
全周長がある長さλの整数倍であるような弾性材料製
のリング状の弾性体の片面に、周方向に配列された二群
の複数個の圧電素子を固着したものをステータとする。
これらの圧電素子は各群内ではλ/2のピッチにて且つ交
互に逆の伸縮極性となるように配列されており、また両
群間にはλ/4の奇数倍のずれがあるように配置されてい
る。圧電素子の両群には夫々電極膜が施されている。い
ずれかの一群（以下Ａ相と称す）のみに交流電圧を印加
すれば、上記弾性体は、該群の各圧電素子の中央点及び
そこからλ/2おきの点が腹の位置、また該腹の位置間の
中央点が節の位置であるような曲げ振動の定在波（波長
λ）が弾性体の全周に亘って発生する。他の一群（以下
Ｂ相と称す）のみに交流電圧を印加すれば同様に定在波
が生ずるが、その腹及び節の位置はＡ相による定在波に
対してλ/4ずれたものとなる。両A,B相に、周波数が同
じで且つ互いに90゜の時間的位相差を有する交流電圧を
同時に印加すると、両者の定在波の合成の結果、弾性体
には周方向に振動する曲げ振動の進行波（波長λ）が発
生し、このとき、厚みを有する上記弾性体の多面状の各
点は一種の楕円運動をする。よって、弾性体の各他面に
ロータとして、例えばリング状の移動体を加圧接触させ
ておけば、該移動体は弾性体から周方向の摩擦を受け回
転駆動される。
のリング状の弾性体の片面に、周方向に配列された二群
の複数個の圧電素子を固着したものをステータとする。
これらの圧電素子は各群内ではλ/2のピッチにて且つ交
互に逆の伸縮極性となるように配列されており、また両
群間にはλ/4の奇数倍のずれがあるように配置されてい
る。圧電素子の両群には夫々電極膜が施されている。い
ずれかの一群（以下Ａ相と称す）のみに交流電圧を印加
すれば、上記弾性体は、該群の各圧電素子の中央点及び
そこからλ/2おきの点が腹の位置、また該腹の位置間の
中央点が節の位置であるような曲げ振動の定在波（波長
λ）が弾性体の全周に亘って発生する。他の一群（以下
Ｂ相と称す）のみに交流電圧を印加すれば同様に定在波
が生ずるが、その腹及び節の位置はＡ相による定在波に
対してλ/4ずれたものとなる。両A,B相に、周波数が同
じで且つ互いに90゜の時間的位相差を有する交流電圧を
同時に印加すると、両者の定在波の合成の結果、弾性体
には周方向に振動する曲げ振動の進行波（波長λ）が発
生し、このとき、厚みを有する上記弾性体の多面状の各
点は一種の楕円運動をする。よって、弾性体の各他面に
ロータとして、例えばリング状の移動体を加圧接触させ
ておけば、該移動体は弾性体から周方向の摩擦を受け回
転駆動される。
したがって、弾性体と移動体との接触する摺動部は連
続的な摩擦力を受けつづけるために、金属からなる弾性
体に対し、移動体には、炭素繊維を充填した複合樹脂な
どを摺動材として固着し、摩擦力の安定と摩耗量の減少
を図り、性能の向上と長寿命を確保するようにしてい
た。
続的な摩擦力を受けつづけるために、金属からなる弾性
体に対し、移動体には、炭素繊維を充填した複合樹脂な
どを摺動材として固着し、摩擦力の安定と摩耗量の減少
を図り、性能の向上と長寿命を確保するようにしてい
た。
［発明が解決しようとしている課題］ しかしながら上記従来例では、例えば、弾性体をオー
ステナイト系のステンレスSUS303、ビッカース硬さ（Hv
約230）で形成し、移動体側の摺動材をPAN系炭素繊維を
30wt％充填した熱可塑性樹脂（ポリエーテルエーテルケ
トン）で形成し、駆動すると、駆動10時間位から回転が
不安定になり、異音の発生もひんぱんになった。50時間
駆動後接触面を観察すると弾性体であるSUS303の摺動面
に、かなり深い摺り傷がついており、また、移動体側の
摺動面の元素分析をすると、鉄が検出された。これは駆
動によりステンレスが摩耗して摺動面に摩耗粉をまきこ
んだため、回転が不安定になり、さらにその摩耗粉が比
較的軟らかい樹脂に埋まりこんだものと考えられる。
ステナイト系のステンレスSUS303、ビッカース硬さ（Hv
約230）で形成し、移動体側の摺動材をPAN系炭素繊維を
30wt％充填した熱可塑性樹脂（ポリエーテルエーテルケ
トン）で形成し、駆動すると、駆動10時間位から回転が
不安定になり、異音の発生もひんぱんになった。50時間
駆動後接触面を観察すると弾性体であるSUS303の摺動面
に、かなり深い摺り傷がついており、また、移動体側の
摺動面の元素分析をすると、鉄が検出された。これは駆
動によりステンレスが摩耗して摺動面に摩耗粉をまきこ
んだため、回転が不安定になり、さらにその摩耗粉が比
較的軟らかい樹脂に埋まりこんだものと考えられる。
本発明の目的は、出力の安定化を図れると共に、充分
な耐久性も保証できる振動波モータ等の振動波駆動装置
を提供することにある。
な耐久性も保証できる振動波モータ等の振動波駆動装置
を提供することにある。
［課題を解決するための手段及び作用］ 本発明者は、従来の駆動波モータに生じた前述の現象
が、摩擦面を観察することによって、炭素繊維がより軟
らかいステンレスを削ることによっておきるいわゆるア
ブレッシブ的な摩耗であると判断し、例えば振動体側の
摩擦摺動部の硬度をHv600以上にすることにより、炭素
繊維が振動体を削ることによる摩耗粉の生成と摺動面の
荒れを防ぎ、振動波モータ等の振動波駆動装置の出力ム
ラを少なくし、耐久性をもたせることを可能とする本発
明をなすにいたったものである。
が、摩擦面を観察することによって、炭素繊維がより軟
らかいステンレスを削ることによっておきるいわゆるア
ブレッシブ的な摩耗であると判断し、例えば振動体側の
摩擦摺動部の硬度をHv600以上にすることにより、炭素
繊維が振動体を削ることによる摩耗粉の生成と摺動面の
荒れを防ぎ、振動波モータ等の振動波駆動装置の出力ム
ラを少なくし、耐久性をもたせることを可能とする本発
明をなすにいたったものである。
摺動材を構成する炭素繊維は、PAN系の高強度タイ
プ、ピッチ系の高弾性タイプのどちらでもよく、５〜35
vol％樹脂に充填することにより、樹脂の機械的強度や
熱伝導率を上げて耐摩耗性を上げる働きをする。また母
材となる樹脂は、ポリイミド、エポキシ、フェノールな
どの熱硬化性樹脂または、ポリアミド、ポリアセター
ル、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリエー
テルエーテルケトン、ポリエーテルサルフォン、ポリフ
ェニレンサルファイド、変性ポリフェニレンサルファイ
ドなどの機械的強度が高く、耐熱性のある熱可塑性樹脂
もしくは、芳香族ポリエステルなどの液晶ポリマーや、
それらのポリマーアロイが望ましい。また、弾性体側の
摩擦摺動部は、浸炭、窒化、浸硫などの浸透拡散法、高
周波、レーザーなどにより焼入れなど、弾性体自身の表
面を硬化する方法や、CVD,PVDの蒸着法、アーク、レー
ザ、プラズマなどによる溶射法、電解、無電解など各種
メッキなど表面を硬質材料で被覆する方法等により表面
硬化層が形成される。特に表面の靭性が高くなる、WC,T
iC,SiCなどの炭化系セラミックもしくは、それらとCo,N
iのサーメットの被膜や、Ni,Co,Crなどをマトリックス
金属とした、SiC,TiC,WC,Al2O3,SiO2,TiO2などの粒子の
複合メッキなどは、弾性体の金属との密着性もよく、耐
摩耗性も上がりさらには、防錆効果もあり長寿命が期待
できる。
プ、ピッチ系の高弾性タイプのどちらでもよく、５〜35
vol％樹脂に充填することにより、樹脂の機械的強度や
熱伝導率を上げて耐摩耗性を上げる働きをする。また母
材となる樹脂は、ポリイミド、エポキシ、フェノールな
どの熱硬化性樹脂または、ポリアミド、ポリアセター
ル、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリエー
テルエーテルケトン、ポリエーテルサルフォン、ポリフ
ェニレンサルファイド、変性ポリフェニレンサルファイ
ドなどの機械的強度が高く、耐熱性のある熱可塑性樹脂
もしくは、芳香族ポリエステルなどの液晶ポリマーや、
それらのポリマーアロイが望ましい。また、弾性体側の
摩擦摺動部は、浸炭、窒化、浸硫などの浸透拡散法、高
周波、レーザーなどにより焼入れなど、弾性体自身の表
面を硬化する方法や、CVD,PVDの蒸着法、アーク、レー
ザ、プラズマなどによる溶射法、電解、無電解など各種
メッキなど表面を硬質材料で被覆する方法等により表面
硬化層が形成される。特に表面の靭性が高くなる、WC,T
iC,SiCなどの炭化系セラミックもしくは、それらとCo,N
iのサーメットの被膜や、Ni,Co,Crなどをマトリックス
金属とした、SiC,TiC,WC,Al2O3,SiO2,TiO2などの粒子の
複合メッキなどは、弾性体の金属との密着性もよく、耐
摩耗性も上がりさらには、防錆効果もあり長寿命が期待
できる。
［実施例］ 以下本発明を図面に示す実施例に基づいて詳細に説明
する。
する。
第１図は本発明による振動波駆動装置を振動波モータ
とした一実施例を示す断面図である。
とした一実施例を示す断面図である。
図中、１は可撓性を有する例えばステンレススやリン
青銅からなるリング状の金属弾性体1bの一側面に、前述
した如く複数個に分極された２群の圧電素子をリング状
に形成した圧電素子群1aを耐熱性のエポキシ樹脂系接着
剤で同心的に接着した振動体で、圧電素子群1aの接着面
と反対の摺動面側は駆動速度を大きくするために櫛歯状
に複数の溝（不図示）が周方向に等間隔で形成され、摩
擦接触部である櫛歯の上面は、ビッカース硬さ、Hv600
以上の硬度を有する被膜としては硬化処理がなされた表
面硬化部1cが形成され、また振動体は不図示の筐体に中
心部近辺で固定されている。
青銅からなるリング状の金属弾性体1bの一側面に、前述
した如く複数個に分極された２群の圧電素子をリング状
に形成した圧電素子群1aを耐熱性のエポキシ樹脂系接着
剤で同心的に接着した振動体で、圧電素子群1aの接着面
と反対の摺動面側は駆動速度を大きくするために櫛歯状
に複数の溝（不図示）が周方向に等間隔で形成され、摩
擦接触部である櫛歯の上面は、ビッカース硬さ、Hv600
以上の硬度を有する被膜としては硬化処理がなされた表
面硬化部1cが形成され、また振動体は不図示の筐体に中
心部近辺で固定されている。
２は例えばアルミ合金等の金属からなるリング状の支
持体2aの一側面に、リング状の炭素繊維を充填した複合
樹脂からなる摺動材2bをエポキシ系接着剤などで同心的
に固着した移動体である。
持体2aの一側面に、リング状の炭素繊維を充填した複合
樹脂からなる摺動材2bをエポキシ系接着剤などで同心的
に固着した移動体である。
そして、振動体１の摺動面と移動体２の摺動材2bとを
不図示の加圧手段により、軸方向に例えば10kgfの荷重
で加圧接触させている。
不図示の加圧手段により、軸方向に例えば10kgfの荷重
で加圧接触させている。
そして、交互に厚み方向に分極処理された圧電素子か
らなる２群の圧電素子に振動体１の固有の周波数の交番
信号としての交流電圧を印加すると、弾性体１は共振を
起こし、その摺動面周方向に進行性振動波が発生し、振
動体１の表面に加圧接触している移動体２が、振動体１
と摺動体2bの摺動面の摩擦力により回転駆動される。
らなる２群の圧電素子に振動体１の固有の周波数の交番
信号としての交流電圧を印加すると、弾性体１は共振を
起こし、その摺動面周方向に進行性振動波が発生し、振
動体１の表面に加圧接触している移動体２が、振動体１
と摺動体2bの摺動面の摩擦力により回転駆動される。
弾性体1bの表面に形成される表面硬化部1cとして、ク
ロムメッキ（Hv＝700）、SiC分散ニッケルメッキ（Hv＝
600）、SiC分散ニッケルメッキ（アニール）（Hv＝90
0）、TiC−Co溶射被膜（Hv＝1100）、WC−Co溶射被膜
（Hv＝1300）を用い、又比較例として表面処理を施して
いる弾性体1bSUS303（Hv＝230）、SUS420（Hv＝500）を
用いて、駆動前後の面粗さ（中心線粗さRa（JIS）単位
μｍ）、回転変動について夫々評価した。
ロムメッキ（Hv＝700）、SiC分散ニッケルメッキ（Hv＝
600）、SiC分散ニッケルメッキ（アニール）（Hv＝90
0）、TiC−Co溶射被膜（Hv＝1100）、WC−Co溶射被膜
（Hv＝1300）を用い、又比較例として表面処理を施して
いる弾性体1bSUS303（Hv＝230）、SUS420（Hv＝500）を
用いて、駆動前後の面粗さ（中心線粗さRa（JIS）単位
μｍ）、回転変動について夫々評価した。
摺動材2bは、ポリエーテルエーテルケトンにPAN系炭
素繊維ミルドファイバを30wt％ランダムに充填した複合
樹脂を用いた。
素繊維ミルドファイバを30wt％ランダムに充填した複合
樹脂を用いた。
また、振動波モータの駆動は、振幅を一定にして130
〜200rpmの回転数で50時間駆動して上記の評価を行なっ
た。その結果を表１に示す。
〜200rpmの回転数で50時間駆動して上記の評価を行なっ
た。その結果を表１に示す。
比較例1,2のSUS303、及び420は駆動後、駆動体の摩擦
面の荒れがひどく、移動体の摩耗も多く回転変動も次第
にひんぱんになった。
面の荒れがひどく、移動体の摩耗も多く回転変動も次第
にひんぱんになった。
実施例１のクロムロッキは、他に比べて若干起動トル
クが低かったが、メッキのはがれはなく、荒れも少なく
回転変動も少なかった。
クが低かったが、メッキのはがれはなく、荒れも少なく
回転変動も少なかった。
実施例２〜５については、面のはがれも荒れもほとん
どなく、回転変動もなかった。
どなく、回転変動もなかった。
本実施例では移動体側の摺動材の充填材としてPAN系
の炭素繊維をもちいたが、ピッチ系の炭素繊維を充填し
た摺動材でも同様の効果を得ることができる。
の炭素繊維をもちいたが、ピッチ系の炭素繊維を充填し
た摺動材でも同様の効果を得ることができる。
また、摺動材に固体潤滑剤（ポリテトラフルオロエチ
レン、二酸化モリブデン、グラファイト、マイカ、タル
クなど）の添加も有効である。
レン、二酸化モリブデン、グラファイト、マイカ、タル
クなど）の添加も有効である。
なお、上記実施例では振動体は固定され、移動体が進
行性振動波に応じて移動されるが、例えば平板上の支持
部材（不図示）上に振動体を移動体として加圧接触さ
せ、弾性体上に発生した進行性振動波により、振動体自
身を移動させるようにしてもよく、また弾性体側に炭素
繊維を充填した複合樹脂を固着し、摺動する相手部材を
Hv600以上のものにしてもよい。
行性振動波に応じて移動されるが、例えば平板上の支持
部材（不図示）上に振動体を移動体として加圧接触さ
せ、弾性体上に発生した進行性振動波により、振動体自
身を移動させるようにしてもよく、また弾性体側に炭素
繊維を充填した複合樹脂を固着し、摺動する相手部材を
Hv600以上のものにしてもよい。
［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、振動波モータ
等の振動波駆動装置における摩擦摺動材を炭素繊維を充
填した複合樹脂としたとき、該摺動材に接触する相手側
の摩擦接触部をHv600以上で駆動前の面粗さ（Ra）を0.1
μｍ以下としたので、摺動材に充填される炭素繊維によ
って相対移動面が掘り起こされたり、削られたりせず、
従って、経時的な面の荒れ、摩耗が少なく、出力が安定
し、耐久性のある振動波モータ等の振動波駆動装置を得
ることができた。
等の振動波駆動装置における摩擦摺動材を炭素繊維を充
填した複合樹脂としたとき、該摺動材に接触する相手側
の摩擦接触部をHv600以上で駆動前の面粗さ（Ra）を0.1
μｍ以下としたので、摺動材に充填される炭素繊維によ
って相対移動面が掘り起こされたり、削られたりせず、
従って、経時的な面の荒れ、摩耗が少なく、出力が安定
し、耐久性のある振動波モータ等の振動波駆動装置を得
ることができた。
【図面の簡単な説明】 第１図は本発明による、振動波モータの一実施例の断面
図を示している。 １……振動体、1a……圧電素子群 1b……金属振動体、1c……表面硬化部 ２……移動体、2a……支持体 2b……摺動材（炭素繊維充填複合樹脂）
図を示している。 １……振動体、1a……圧電素子群 1b……金属振動体、1c……表面硬化部 ２……移動体、2a……支持体 2b……摺動材（炭素繊維充填複合樹脂）
Claims (3)
- 【請求項１】電気−機械エネルギー変換素子に交番信号
を印加することにより、該電気−機械エネルギー変換素
子が固着された弾性体に振動波を形成し、以て該弾性体
と、該弾性体と加圧接触する部材とを摩擦力により相対
移動させる振動波駆動装置において、 該弾性体と該弾性体と加圧接触する部材との接触部のい
ずれか一方には、樹脂材に炭素繊維を充填した摺動材を
設けると共に、該弾性体と該弾性体と加圧接触する部材
との接触部のいずれか他方は、ビッカース硬度（Hv）で
600以上で且つ駆動前の面粗さ（Ra）を0.1μｍ以下に設
定したことを特徴とする振動波駆動装置。 - 【請求項２】前記接触部にはセラミックもしくはサーメ
ットを被覆したことを特徴とする請求項１に記載の振動
波駆動装置。 - 【請求項３】前記接触部はセラミック粒子を分散した複
合メッキ層であることを特徴とする請求項１に記載の振
動波駆動装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1315995A JP2874773B2 (ja) | 1989-12-05 | 1989-12-05 | 振動波駆動装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1315995A JP2874773B2 (ja) | 1989-12-05 | 1989-12-05 | 振動波駆動装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03178578A JPH03178578A (ja) | 1991-08-02 |
| JP2874773B2 true JP2874773B2 (ja) | 1999-03-24 |
Family
ID=18072068
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1315995A Expired - Lifetime JP2874773B2 (ja) | 1989-12-05 | 1989-12-05 | 振動波駆動装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2874773B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006129625A (ja) * | 2004-10-29 | 2006-05-18 | Konica Minolta Opto Inc | 駆動装置 |
| JP2006304529A (ja) * | 2005-04-22 | 2006-11-02 | Konica Minolta Opto Inc | 駆動装置 |
| WO2013146922A1 (ja) * | 2012-03-27 | 2013-10-03 | 株式会社ニコン | 振動アクチュエータ、レンズ鏡筒及び電子機器 |
| JP6292955B2 (ja) * | 2014-04-11 | 2018-03-14 | キヤノン株式会社 | 弾性体の製造方法、振動型アクチュエータ及び画像形成装置 |
-
1989
- 1989-12-05 JP JP1315995A patent/JP2874773B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03178578A (ja) | 1991-08-02 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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