JPH02202377A

JPH02202377A - 複合振動子型超音波アクチュエータ

Info

Publication number: JPH02202377A
Application number: JP1021785A
Authority: JP
Inventors: Sadayuki Ueha; 貞行上羽; Takayoshi Doi; 土井　孝良; Kiyoshi Shinoda; 篠田　清
Original assignee: Oiles Industry Co Ltd; TOWA DENKI KK
Current assignee: Oiles Industry Co Ltd; TOWA DENKI KK
Priority date: 1989-01-31
Filing date: 1989-01-31
Publication date: 1990-08-10
Anticipated expiration: 2011-09-25
Also published as: JP2537393B2

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）本発明は動力源用振動子と動力伝達用振動子とを別に設
け、動力源用の振動と動力伝達用の振動を個別に制御す
るようにした複合振動子型超音波アクチュエータに関す
る。

（従来の技術）近年、高周波機械振動から摩擦力を介して駆動力を得る
超音波モータが発表され、小型、軽量、低速度で効率よ
く作動し、大きなトルクが得られる等の点で注目を集め
ている。

そして、これらモータ等の超音波アクチュエータはこれ
までに振動片型、進行波型等多（の方式が提案されてい
る。

このような超音波アクチュエータでは、超音波振動は往
復運動であるので、該振動によって被駆動体を一定方向
に駆動するには、往復運動のうちの一方向の運動だけを
抽出して被駆動体に伝達する必要がある。

従って、超音波アクチュエータには駆動力となる動力源
用の振動と、摩擦力の加減や断続により駆動力の伝達を
制御するための振動とが必要となる。

通常、これらの互いに直交した二つの振動を合成した軌
跡は楕円になることが多い０例えば、進行波型モータで
は、弾性体に進行波を励振するとその表面の粒子が楕円
運動することを利用している。

ところが、上記楕円運動の軌跡は励振した振動モードに
より決定されるため、被駆動体を駆動するための振動成
分と摩擦力を制御するための振動成分を個別に制御する
ことができない。

そのため、低速運転をするために動力源用の振動の成分
を小さくすると、摩擦力を制御する成分も小さくなって
動作が不安定になるという問題があった。

（発明が解決しようとする課題）このような問題点を解決するため、被駆動体を駆動する
ための振動成分と摩擦力を制御するための振動成分を独
立に発生させ、理想的な動作を行なえるようにした複合
型振動子が開発された。

第１図はこの複合型振動子を用いた超音波モータの一例
である。

図においてｌは駆動体で、駆動体ｌはボルト締めランジ
ュバン型ねじり振動子２の一端に積層型圧電アクチエー
タ３を接着して構成されている。

この実施例では、ねじり振動子２が動力源用振動子に相
当し、圧電アクチエータ３が動力伝達用振動子に相当し
ており、ねじり振動子２は共振で励振させ、圧電アクチ
エータ３は非共振で用いるものである。

４は被駆動体で、被駆動体４は環状を呈し軸５上で軸受
６により回転可能に支持され、且っばね７により一定の
加圧力が付与され、駆動体ｌに押し付けられている。

８はばね７の加圧力を調整するための調整部材で、調整
部材８を回転することで被駆動体４の駆動体ｌへの押し
付は力が調整される。

第２図を参照してこの超音波モータの動作について説明
する。

ねじり振動子２のねじり振動と、圧電アクチエータ３の
縦振動を互いに振動変位が９０°となるように振動させ
る。

第２図（１）は被駆動体４の回転方向と同一方向のねじ
り振動子２の振動速度が最大Ｖ０となった状態を示し、
この状態で圧電アクチュエータ３の振動変位も最大とな
り、被駆動体４と駆動体ｌが接触し、大きな摩擦力が働
いて被駆動体４に所望の方向の回転力が与えられる。

第２図（２）〜（４）の状態では圧電アクチュエータ３
の振動変位が小さくなるため、駆動体ｌは被駆動体４か
ら離れ、被駆動体４はそれ自体の慣性力により一定速度
で回転し続ける。この状態で、ねじり振動子２は被駆動
体４の回転方向と逆方向へ回転し、第２図（４）の状態
で、振動速度が零となり、再度、被駆動体４の回転方向
と同一方向へ回転を開始する。この（１）〜（４）の状
態を繰り返すことにより、駆動体ｌから被駆動体４へ回
転力が付与される。

このような複合振動子型超音波モータは従来の進行波型
モータ等に比べ、出力、効率、動作安定性等の点で優れ
る。

しかしながら、本発明者らが更に研究を重ねたところ、
複合振動子型超音波モータでは、駆動体ｌの回転力を効
率よく被駆動体４へ伝えるため、摩擦接触時の負荷荷重
を太き（することが必要であるが、荷重を上げると第２
図（２）〜（４）の状態でばね７の押し付は力により僅
かながら被駆動体４と駆動体ｌとが接触し、被駆動体４
と駆動体ｌとの間に滑りが生じるため、摩擦接触部に経
時変化（摩擦トルク、耐摩耗性）が起こり、動作が不安
定となるとともに、耐久性の面で問題が生じた。

また、前記（２）〜（４）の状態で被駆動体４と駆動体
ｌとの接触を避けるため、負荷荷重を小さくすると、（
１）の状態で、駆動体ｌから被駆動体４への回転力の伝
達効率が悪化し両者間に滑りが生じるため、前記と同様
に摩擦接触部に経時変化が起こり、動作が不安定となり
、耐久性の面で問題が生じた。

本発明は上記問題点を解決し、耐久性に優れ、高出力、
高効率で、しかも低速運転でも動作の安定した超音波ア
クチュエータを提供するにある。

（課題を解決するための手段）前記目的を達成するため１本発明に係る複合振動子型超
音波アクチュエータは、動力源用振動子２と動力伝達用
振動子３とからなる駆動体ｌと、駆動体ｌと接触し動力
源用振動子２の振動が伝達される被駆動体４と、駆動体
ｌと被駆動体４とを圧接する方向に付勢するばね手段７
とを備え、駆動体ｌと被駆動体４の接触部の一方の接触
面は含油金属で形成され、他方の接触面は金属若しくは
無機材料で形成されていることを特徴とする。

また、本発明は含油金属として銅系の金属を主体とした
ものを用いたことを特徴とする。

また、本発明は金属若しくは無機材料で形成された接触
面に溝が形成されていることを特徴とする。

（作用）本発明によれば、第２図（２）〜（４）の状態でばね手
段７の押し付は力により僅かながら被駆動体４と駆動体
１とが接触し、被駆動体４と駆動体ｌとの間に滑りが生
じても、摩擦接触部における経時変化（摩擦トルク、耐
摩耗性）を防止でき、動作を安定させ、耐久性を向上で
きる。従って、耐久性に優れ、高出力、高効率で、しか
も低速運転でも動作の安定した超音波アクチュエータが
得られる。

また、含油金属として銅系の金属を主体としたものや、
金属若しくは無機材料で形成された接触面に溝を形成す
れば、超音波アクチュエータの性能をより一層向上でき
る。

（実施例）以下、本発明の実施例を添付図面に従って説明する。

図においてｌは駆動体、２はボルト締めランジュバン型
ねじり振動子、３は積層型圧電アクチエータ、４は被駆
動体で、実施例では、セラミック材に複数の金属板を埋
め込んで圧電アクチエータ３を形成し、ステンレス鋼で
被駆動体４を形成している。

そして、被駆動体４の圧電アクチエータ３への接触面４
Ａを含油金属で形成し、圧電アクチエータ３の被駆動体
４への接触面３Ａを金属若しくは無機材料で形成してい
る。

この場合、含油金属としては、例えば、鉄系、銅系、ア
ルミニウム系等の金属粉末を煩結し多孔質化してその中
に油を含浸したものや、鉄系、銅系金属の鋳造時に多孔
質化してその中に油を含浸したもの、更に、鉄系、銅系
、アルミニウム系などの金属中に固体潤滑剤を、該金属
表面に固体潤滑剤が露出するように埋め込み、該固体潤
滑剤中に油を含浸させたもの等を用い、特に銅系の金属
を使用すると良好な性能を発揮する。

また、圧電アクチエータ３の被駆動体４への接触面３Ａ
は、ステンレス鋼、炭素鋼等の金属材料や、アルミナ、
ジルコニア等の無機材料、ならびにそれら材料に含油し
たもの、表面処理を施したものなどが用いられる。

次に１作用について第２図を参照して説明する。

図中（１）の状態では、被駆動体４と駆動体ｌとの接触
力が大きいので、接触面３Ａ、４Ａ外や含油金属の孔の
中に油が逃げ込み、接触面３Ａ。

４Ａには油が介在せず、金属同士もしくは無機材料と金
属材料との接触となり、該接触面３Ａ、４Ａに大きな摩
擦力が働き、駆動体ｌの回転力を被駆動体４へと効率よ
く伝達する。

図中（２）〜（４）の状態では、徐々に接触力が小さく
なり、両面３Ａ、４Ａ間の真実接触面積が小さくなるた
め、接触面３Ａ、４Ａ間に隙間が生まれ、（１）の状態
で大きな接触力により逃げていた油が前記隙間内に入り
込み、該接触面３Ａ４Ａ間に油が介在する。また、接触
面３Ａ、４Ａに滑りが働くため、摩擦熱が発生し、該熱
の発生により、金属中に浸透している油が体積膨張して
摺動面へと現れ、金属間に油が介在する。この接触面３
Ａ、４Ａへの油の介在により、両面３Ａ４Ａ間の摩擦係
数は低下し、よって駆動体ｌの回転力を被駆動体４へ伝
達することはない。

従って、本実施例による超音波モータは、図中（１）の
状態でのみ駆動体ｌの回転力を被駆動体４へ伝達するの
で、常に動作が安定し、耐久性が向上するものである。

そして、含油金属の相手面に溝を形成すると、該溝が油
のにげ場となり、（１）の状態でより速やかに油が逃げ
るため、回転力の伝達効率が向上する。

第３図は被駆動体４の接触面４Ａを含油金属で形成し、
圧電アクチエータ３の接触面３Ａを金属若しくは無機材
料で形成した本実施例による超音波モータと、双方の接
触面３Ａ、４Ａを銅合金で形成した超音波モータの耐久
試験結果を示す。

運転条件としては、共にばね７の荷重を３０Ｋｇｆとし
、ねじり振動子３に１５０Ｖｒｍｓの駆動電圧を、圧電
アクチエータ３に７Ｖｒｍｓの駆動電圧を与えた。

第３図に実ＩＱ（イ）で示すように、本実施例による超
音波モータが２時間経過しても異常ないのに対し、双方
の接触面３Ａ、４Ａを銅合金で形成したものは実線（ロ
）で示すように、３０分もたずに焼き付き作動不能とな
った。

また、本実施例による超音波モータは、双方の接触面３
Ａ、４Ａを銅合金で形成したものに比べて回転数の振幅
が少なく、且つ回転数が高い。

このことは、第２図中（２）〜（４）の状態の時、即ち
、接触面３Ａ、４Ａ間に隙間が生まれ、接触面３Ａ、４
Ａに滑りが生じたとき、摩擦係数を小さくできるので、
被駆動体４を高速でしかも安定して回転させることがで
きたと考えられる。

尚、本発明は、駆動体の運動で被駆動体を回転させるモ
ータの他に、駆動体の運動で被駆動体を直線動させる直
！Ｉ型アクチュエータ等の各種アクチュエータに適用可
能である。

（発明の効果）以上の説明で明らかなように本発明によれば。

耐久性に優れ、高出力、高効率で、しかも低速運転でも
動作の安定した超音波アクチュエータを得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は複合振動子型超音波モータの斜視図、第２図は
その動作説明図、第３図は複合振動子型超音波モータの
耐久試験結果を示す図である。尚図中１は駆動体、２はねじり振動子、３は圧電アクチ
エータ、４は被駆動体、５は軸、６は軸受、７はばね、
８は調整部材である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）動力源用振動子と動力伝達用振動子とからなる駆
動体と、前記駆動体と接触し前記動力源用振動子の振動が伝達さ
れる被駆動体と、前記駆動体と被駆動体とを圧接する方向に付勢するばね
手段とを備え、前記駆動体と被駆動体の接触部の一方の接触面は含油金
属で形成され、他方の接触面は金属若しくは無機材料で
形成されている、ことを特徴とする複合振動子型超音波アクチュエータ
（２）前記含油金属は銅系の金属が主体である請求項１
記載の複合振動子型超音波アクチュエータ。
（３）前記金属若しくは無機材料で形成された接触面に
は溝が形成されている請求項１乃至請求項２記載の複合
振動子型超音波アクチュエータ。
（４）前記複合振動子型超音波アクチュエータはモータ
である請求項１乃至請求項３記載の複合振動子型超音波
アクチュエータ。