JPH011483A - 超音波モ−タ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は超呂波振動により移動体をｌ！Ｊｒａ駆動する
超音波七−夕に関する。

（従来技術〕 超高波モータは、電歪名しくは磁歪素子材料とこれに接
着固定した移動体とからなるステータと、前記移動体に
摩擦接触した移動体とから構成され（いる。

第１図は従来の円板形超音波七−夕の構成図で、移動体
となるステータ基体１に厚さ１１１１以下の電歪セラミ
ック２を重ねて一体化しである。振動体１上の突起３は
、振動体円板の上下方向の撓み振動が最大になる位置に
設け、切欠きを入れることにより軟らかく、周方向と上
下方向の撮幅を拡大する。移動体のロータ４は、ステー
タとの接触部に摩擦材５を取付け、これをステータの突
起３に圧接して摩擦移動せしめる。電歪材２には振動を
起す分極電極を設け、厚さ方向に電界を加えると、電界
の方向が分極方向と同じときには厚み方向に伸び、分極
と逆方向のときには縮み、電歪材表面に正と負の電界が
交互に並んで印加できるように電極を配置し、交流高周
波電界を印加すると、その周波数に応じた速度で上下に
振動すると共に、電極配置に応じた正弦波が発生する。

第２図のようにＥ！とＥ２の２組の電極群６を設け、夫
々の電Ｎｉ群によって励振される定在波が位置的に９０
°ずれるように電極６を配置し、更に電源Ｅ１と［２に
時間的に９０”位相差のある交流電界を印加すると、Ｅ
ｌによって発生する実線とＦ２によって発生ずる点線の
波が重なり合った進行波が発生する。

第３図のＡ、Ｂ、Ｃ，Ｄが時間と共に波動の振幅が移動
する進行波を示す。この電歪材２に８個の電極６を設け
、２つの電源Ｅ＋　、Ｆ２で振動させたとき、２つの定
在波が重なり合った時間と共に一方向に移動する４つの
山をもった進行波により移動体１は第４図のような振動
の変位分布をちって撮動する。この撮動によって突起部
分３に摩擦材５を介して圧接した移動体４は振動体の円
周方向の４つの山と接触点が次々に移動し、接触摩擦力
によって回転する。

〔問題点〕

前記のように、移動体ローラの回転は、振動体に圧接し
て摩擦力作用により回転するから振動体の撮動駆動力を
摩擦によって効率良く移動体に伝達する必要がある。こ
のために移動体には摩擦材を設けているが、従来摩擦材
には、樹脂、繊維シート等を用いているが、摩擦係数が
充分とは言えない。又摩擦材が合成樹脂等であると摩耗
により経時変化を起して特性を低下させる欠点がある。

（問題点の解決手段） 本発明は以上の欠点に鑑みて提案されたもので、振動体
と移動体間の接触面の一方若しくは両方に耐摩耗材を凹
凸状にマイクロ溶接した摩擦層を形成したことを特徴と
するものである。

〔実施例〕

以下図面の一実施例により本発明を説明する。

第５図は円環形超音波モータの分解構成図で、円環状振
動体１には、超音波の撮動に対する機械的なかたさを避
け、且つ振幅を拡大するために縦方向の切り欠き８を設
けである。２は環状の電歪セラミック材（！１歪材も利
用される）で、振動体１に溶接しである。４は振動体１
に圧接する環状移動体の一部切断片で、これが振動体１
の振動進行波によって環状移動により回転する。７は振
動体１及び移動体４の接触面に耐摩耗材を凹凸状にマイ
クロ溶接した摩擦層である。耐摩耗材にはＷＣｌＴｉ　
　０％　Ｂａ　　Ｃ，Ｈｆ　　Ｃ，Ｚｒ　　Ｃ，Ｔａ　
Ｃ，、ＴｉＮ、ＢＮ・・・・・・・・・その伯の耐摩耗
性の高い材料を用い、これをマイクロ溶接して厚さ１０
〜２５μｍ程度の層に形成する。

マイクロ溶接は放電（プラズマ）を利用する場合及びレ
ーザを利用する場合がある。

第６図は放電を利用する場合の一実施例で、電磁石コイ
ル９を交流励磁して振動片１０を振動せしめ、先端振動
ヘッド１１の支持チャック１２に被覆材を微小デツプ１
３に形成したものを取付け、被覆母材１４に対応して振
動により接触開離振動させる。

両者間にはパルス電源１５によってパルス放電を行い、
デツプ１３の放電によって溶解した微小放電点部分を振
動接触時に熱容燵の大きい母材１４に転移溶着し、この
微小溶着を振動を繰返しながら、又手動υ１ｔ１１．Ｎ
Ｃ制御等により相対移動してチップ３と母材１４の対向
間隙を移動させながら、微小デポジットを母材１４の表
面全体に溶着処理して層状に形成する。

このデポジットは電源１５による放電パルス条件（ｉ　
ｐ、ｒｏｎ、　ｚ：ｏｆｆ等）、電磁石コイル９による
振動条件（周波数等）、ＮＧ！１Ｊｔｌ１等による相対
移動速度等を精密制御して１つ１つのデポジットを精密
に一定に制御することによって、その集積として被覆層
が形成され、表面粗さ１０μＲｗａｘ以下のμオーダの
均一な凹凸面の被？ｉ層が形成でき、厚さ５〜３０μｍ
程度には極く短時間に形成できる。

第７図は被覆材を線径０．５〜２ｍ■程度のワイヤ状１
６に形成し、リール１７に貯蔵して連続的に供給し、振
動ヘッド１１にガイドさせる。ワイヤ１６の先端と母材
１４間にパルス放電を行なわせてワイヤ先端を母材１４
に溶断溶着し、これをヘッド１１の振動に伴なわせて母
材１４の被覆面全体に処理する。

第８図は筒状電極１８に同軸に棒状電極１９を挿入し、
両者間にパルス電源２０を接続し、ホッパ２１に被覆材
を粉末２２にして貯蔵し、所要量をホッパから電極１８
．１９放電間隙に供給し、放電ｖｊＪ撃により筒体１８
先端から噴射して母材２３に衝突溶着させる。

粉末２２の粒径制御によって面粗さμオーダの被覆層が
容易に得られる。

第９図は被覆材を線径０．０５〜０．５１＋１１１１稈
度の細線２４に形成し、これを電極２５間に張架し、衝
撃電流を流して溶断放電し、放電によって微粒子化した
溶解微粒子を母材２６に衝突溶着させる。これによって
も表面粗さ数μＲｌｌ１ａｘ程度の被覆層が容易に得ら
れ、被覆細線２４を母材２６の形状、例えば円環形に対
応して円形に張架する等により一度に所装形状のは材に
所要の被ｒＩＪｍを形成することができる。

以上は放電又はプラズマを利用したマイクロ溶接の例で
あるが、更に被覆材を円板、棒状、線状に形成して、こ
れを母材に接触した状態で回転摺動した間隙にパルス放
電を行なうとか、被覆材の電極と電極を対向した間隙に
放電を行なって、放電によって溶解して周囲に飛散する
微粒子を近傍に配置した母材に衝突溶着させるとか、放
電により被覆処理を排気ガス、不活性ガス中で行ない放
電蒸着による被覆層を形成するとか、反応ガス中て・の
放電によって被ｆ！！層の炭化、窒化、硼化等の処理も
同時に行なって耐摩耗層を形成することも同様に利用で
きる。何れの放電被覆処理に於ても放゛市のパルス条件
の制御、振動、回転条件の制御、移動速度の制御笠を一
定に微細に制御し、１つ１つのデポジットを定量被覆す
ることによってμオーダの凹凸表面の摩擦層を形成する
ことができる。

例えば、鋼材の振動体及び移動体の接触面に第１０図の
装置によりＷＣ材をマイクロ溶接した。母材２７はＮＣ
８＃Ｊテーブル２８に固定し、被覆材電極２９は直径３
ｍｌφの棒状に形成し、これを１００ＦＩＺの上下振動
と８０Ｏｒｐｍの回転を与えるヘッド３０に固定支持す
る。この回転撮動する電極２９を母材２７に接触開離し
、両者間にパルス電源３１よりＩｐ＝６０Δ、ｒｏｎ＝
２０μｓ　、　ｒｏｆｆ　＝４０μｓのパルスを加えて
放電を行なわせ、ＮＧ装置３２によりモータ３３．３４
を駆動してテーブルを移動速度１５０　ｍｍ／ｍｉｎで
移動しながら、母材２１の全面にＷＣ材を被覆した。被
覆層の面粗さは、約８μＩ、厚さ約２０μｍに形成した
とき、摩擦係数は約０．２（動摩擦）であり、荷重６０
Ｈ／　ＣＩ２　’Ｚ−耐摩テストしたとき焼入鋼に比べ
て約１０〜５０倍以上の耐摩耗性を示した。

尚、被覆層の表面形状は第１１図に示すように、ＮＧテ
ーブル２Ｂをパルスステップ送りすることにより（イ）
図のように点状に形成でき、連続放（ト）状送りにより
（「１）図のように放射線条に形成することができる。

前記第８図及び第９図の実施例による場合は梨地状の表
面層に形成でき、マスクによって４■愚の形状、任意の
表面に形成することができる。又被覆層は良材の全面に
均一に形成することなく、部分的に形成することができ
る。

第１２図はレーザを利用したマイクロ溶接の実施例で、
母材３５上に被覆材粉末３６を供給し、これにレーザビ
ームを照射して溶接被覆する。３７はレーザ発振器、３
８は照射レンズ、３９は支持ヘッド、４０送り軸、４１
は駆動モータである。送り軸はＸＹ軸に設け、ＮＧ装置
により各軸駆ｉ１］モータを制御することにより、レー
ザビーム照射点を移動制御し、レーザ照射点に被覆材を
点溶着し、これをヘッドの移動により母材３５の表面に
走Ｍすることによって被覆層を形成覆る。レーザ発振器
は５０Ｗ〜５００Ｗ程度のＣＯ２ガスレーザ、ＹＡＧレ
ーザ等を用い、連続的に又は断続パルス的に照射する。

尚、被覆材は粉末に限らず、ワイヤ状、帯状、薄板状に
して母材表面に供給し、これを点状に又は連続線状に溶
接被覆することができる。又粉末層を予め接着剤で接着
しておき、マイクロ溶接処理後に余分の粉末を除去する
ようにすることができる。

〔発明の効果〕

以上のように、振動体１、移動体４の一方若しくは両方
の接触摩擦面に耐摩材をマイクロ溶接しで形成した摩擦
層７は凹凸表面粗さが１０μＲｍａｘ以下のμオーダの
均一な凹凸面が容易に形成され、この摩擦層の摩擦υ１
！１１によって撮動体１に発生する超音波振動の定在波
若しくは進行波による駆動力を効率良く移動体４に伝達
し高トルクの安定した回転を与えることができる。又、
低速、高トルクが容易に得られ、保持トルクも大きく、
応答性に浸れたモータが容易に得られる。又前記摩擦層
ｌは炭化物等の耐摩材をマイクロ溶接したものであるか
ら、摩耗が少なく、接触摩擦力の経時変化少なく、常に
より高い電気、機械エネルギ変換効率で安定したモータ
駆動が１！７られる。

尚、七−夕は回転する場合に限らずリニアモータも利用
でき、定在波方式、進行波方式の任意の移動体駆動を採
用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の超昌波七−夕の分解図、第２図（まその
一部の展開説明図、第３図はその特性説明図、第４図は
その一部撮動説明図、第５図は本発明の一実施例の分解
図、第６図乃至第１０図及び第１２図は本発明のマイク
ロ溶接の実施例説明図、第１１図はそのマイクロ溶接被
覆面の説明図である。 １・・・・・・・・・撮動体 ２・・・・・・・・・電歪素子材料 ３・・・・・・・・・振動体突起部 ４・・・・・・・・・移動体 ５・・・・・・・・・摩擦材 １・・・・・・・・・マイクロ溶接摩擦層第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 第７図 どｂ 第８図 第１２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　電歪若しくは磁歪素子材料とこれに接着固定した振動
   体とからなるステータと、前記振動体に摩擦接触した移
   動体と、及び前記電歪若しくは磁歪素子材料を超音波駆
   動する制御電源とで構成される超音波モータに於て、前
   記振動体と移動体間の接触面の一方若しくは両方に耐摩
   耗材を凹凸状にマイクロ溶接した摩擦層を形成したこと
   を特徴とする超音波モータ。