JPH04109878A - 振動波駆動装置 - 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］ 圧電素子、電歪素子等の電気−機械エネルギー変換素子
の超音波振動を利用する振動波モータに関する。

［従来の技術］ 前述した変換素子の振動を利用した振動波モーターは、
これまで数多く提案されてきた。これら従来装置は、例
えば第６図、第７図に示す様に、リング状の弾性体ｌに
圧電性のセラミックス２を接合したステータに、ロータ
３が軸棒４を介して加圧バネ５により加圧されている。

弾性体ｌはフェルトなどの振動絶縁体６を介して支持板
７によって支持されている。軸棒４は軸受８によって回
転自由に支持されており、またこの軸棒４とロータ３は
一体的に結合されているので、ロータ３は軸棒４を回転
の中心としてふれることなく回転することができる。

圧電性セラミックス２に不図示の駆動回路より時間的位
相がｉずれた２相の交流電界を印加すると、ステータに
は進行性振動波が発生しロータ３はステータとの摩擦力
により、振動波の進行方向と逆方向に回転する。

弾性体１はモータの効率を向上させるためにロータ３に
接する、摺動面側に等間隔若しくは不等間隔に設けられ
た多数のスリットｌａを有しており、また、スリブ）　
ｌａ、基体１ｂ、突起１ｃからなる弾性体ｌの材質も振
動によるエネルギーロスの少ない金属（振動減衰の少な
い金属）、例えばステンレス、炭素鋼、真ちゅう、リン
青銅などが用いられていた。

［発明が解決しようとしている課題］ この様な弾性体ｌの形状及び材料は高性能な振動波モー
タを設計する上では不可欠の条件であると考えられてい
る。

従来は、この弾性体ｌに設けられたスリットｌａを機械
加工により、１個づつ切削して形成していたので、弾性
体１の加工コストが上がってしまい、振動波モータのコ
ストもよってしまうという問題があった。

この問題を解決するために、弾性体１を鍛造法により形
成することが提案されていた。

しかし、この鍛造では、スリットｌａのピッチやスリッ
トの深さなどを安定して成形する点において加工上の限
界があり、現在求められているモータ性能を維持できる
だけのスリット数、スリット深さを形成できないこと、
また、材質的にも鍛造する上では展性に豊んだ材料であ
ることが求められるが、振動体として適しているステン
レスや真ちゅうは、鍛造には、不向きな材料であること
から、鍛造で形状を一発成形するのは困難であった。

［課題を解決するための手段（及び作用）］本発明によ
れば、弾性体を焼結合金で一発成形することにより、弾
性体加工の簡略化を図ったものである。

焼結合金は密度が６０％〜９５％ぐらいであり材料自体
に微少な穴がおいているため振動を減衰しやすいので、
振動体には不向きと考えられていたが、成形時の密度を
８０％越える様にすることすなわち空孔率を２０％以下
にすること、また更に効率を上げるために焼結材の穴の
中に振動減衰の少ない金属などを溶浸することにより、
振動体として使える様にしたものである。

［実施例コ 第１図は、弾性体１を焼結合金としての鉄系焼結材で一
発成形した上で、該成形された振動体（鉄系焼結材）の
振動特性と、従来使用していた弾性体材料（ＳＵＳ４２
０Ｊ２）の振動特性とを比較した結果を示す。

この鉄系焼結材は鉄（Ｆｅ）に炭素（Ｃ）が０，２〜１
．０％、銅（Ｃｕ）１〜５％の材料である。また、振動
特性をさらに良くするために空孔率をｌＯ％程度にして
いる。

第１図において、横軸は、周波数、縦軸は一定の周波電
圧を印加した時の振動アドミッタンスであり、この図で
は、印加電圧を振動体ｌの共振周波数近傍でスィーブし
たときの振動アドミッタンスを示している。振動体ｌ（
第６図、第７図参照）は、共振点において、一定の印加
電圧を加えられていたとき、可能な限り大きい振幅であ
ること、すなわち、振動アドミッタンスが大きいことが
望まれるので、この第１図では共振点でのピークが高い
方がよいことになる。

第１図（ａ）は焼結材（Ｆｅ系）で、また第１図（ｂ）
は従来の材料（ＳＵＳ４２０Ｊ２）である。第１図（ａ
）（ｂ）でわかる様に振動体１単体では、５ＵＳ４２０
Ｊ２の方が振動特性はよく、また、共振の尖鋭度Ｑ値を
比較しても焼結材Ｑ　＝　８００ＳＳＵＳ４２０Ｊ２Ｑ
　＝　１５００と、焼結材の特性が劣っている。

しかし、モータとして構成し、駆動した状態では、振動
体Ｉはロータ３によって加圧されており、振動が拘束さ
れるので、Ｑ値は振動体１単体の時よりも低下すること
が知られている。すなわち、振動体単体の状態で多少振
動特性に差があっても、モータ駆動状態にしてみなけれ
ば、それが使えないかどうかはわからない。

第２図（ａ）、（ｂ）は、第１図（ａ）、（ｂ）の特性
を呈した振動体を使って同一条件でモーターのＴ−Ｎ特
性を判定したグラフを示す。尚比較に当って使用した振
動波モータの構成は第６図、第７図に示されるものと同
じである。第２図（ａ）　、　（ｂ）かられかる様に、
Ｔ−Ｎ特性（図中Ｔ−Ｎ参照）及び効率（図中に参照）
上では、焼結材（第２図（ａ）参照）と従来のＳＵＳ材
（第２図（ｂ）参照）とてはとんど差がなく、振動波モ
ータとして使えることがわかった。

第３図には焼結材の他の材料で、また第４図に示す様な
テストピースで振動特性Ｑ値を測定し、５ＵＳ４２０Ｊ
２と比較したデータを示す。第３図かられかる様に、鉄
系（Ｆｅ系）、銅系（Ｃｕ系）、ステンレス系（ＳＵＳ
系）、の焼結材でも、空孔率を２０％以下にして密度を
上げることにより、振動特性Ｑ値が高くなり、ステータ
の材料として使えることがわかる。

［他の実施例］ 第５図には本発明のその他の実施例として第１図の鉄（
Ｆｅ）系焼結材に銅（Ｃｕ）を溶浸させて密度をほぼ１
００％近くまでにしたものの振動特性を示す。

第５図かられかる様に振動特性は、ある種の素材を溶浸
しないもの（第１図（ａ）参照）に比べ改善されており
、また振動特性Ｑ値も１１００〜１２００程度に上り改
善されている。

本実施例では溶浸する金属の例として銅（Ｃｕ）のデー
タのみを示したが、その低鉄（Ｆｅ）よりも融点が低く
、振動減衰の小さい材料であ−ればよく、例えば、亜鉛
、アルミニウム、銀などでもよい。

［発明の効果］ 以上説明した様に高い加工精度が得られる焼結材で弾性
体を形成し、また該焼結材の空孔率を２０％以下にして
材料密度を上げ、高い効率が得られるようにすることに
より、該弾性体をステータとして使える様にすることに
より、ステータ加工のローコスト、ひいては振動波モー
タのローコスト化を図ることが可能になった。

尚、焼結材に金属或いは高分子材などを溶浸或いは含浸
することにより、振動特性をさらに向上させると共に、
さび易い鉄系焼結材の防錆効果に寄与するものである。

【図面の簡単な説明】

口 第Ｖ−第４図は本発明の焼結材の振動特性比較を示す図
、 第５図はその他の実施例の振動特性を示す図、第６図、
第７図は従来の振動波モータの構造図を示す図である。 図において、 １・・弾性体 ２・・圧電素子 ３・・ロータ →　同大ｆ（Ｊ仏２） 同波数（ｋ／−／ｚ） 同表数ＣＫＨｘ）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）弾性体に電気−機械エネルギー変換素子を接合し
   た振動体と、該振動体に加圧接触し、前記電気−機械エ
   ネルギー変換素子に電気信号を印加することにより前記
   振動体に発生される振動波により該振動体と相対的に移
   動する被駆動体とを有する振動波モータにおいて、前記
   振動体の弾性体として空孔率が２０％以下の焼結合金を
   用いることを特徴とする振動波モータ。
2. （２）前記焼結合金で形成された弾性体に吸振性の低い
   金属又は高分子化合物を含浸又は溶浸させたことを特徴
   とする請求項第（１）記載の振動波モータ。
3. （３）前記吸振性の低い金属は銅であることを特徴とす
   る請求項第（２）記載の振動波モータ。