JPH04161075A - 振動波モータ - 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、電気−機械工ネルギ変換素子に電界を印加し
、振動体に生ずる振動波によって摺動体及び支持体から
成る移動体を摩捺駆動する振動波モータ、特に前記摺動
体の材料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、例えば特開昭６
２−１００１７８号公報に開示されるような振動波モー
タの原理的概要は下記のようである。

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
複数個の電気−機械エネルギーに変換素子としての圧電
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、また両群間には入／
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−
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入
／２おきの点が腹の位置、また核層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。他の位置群（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
るか、その腹及び節の位置はＡ相による定在波に対して
入／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１弾性体
には周方向に振動する曲げ振動の進行波（波長入）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は回
転駆動される。

したがってモータの摺動部は連続的な摩擦力を受は続け
るために、耐摩耗性か要求され、各種セラミックスや繊
維で強化した複合樹脂などが提案され、耐摩耗性の向上
か図られて来た。

［発明か解決しようとしている課題］ し・かじながら振動波モータは前述の圧電素子による発
熱や摺動部による発熱かあり、また出力の割に小型軽量
であるために、振動波モータ自身の温度か上りやすく、
特に母材か樹脂である摺動材を使用すると熱伝導率が小
さいため、蓄熱が著しく、圧電素子と振動体を固着して
いる接着層にダメージを与えたり、また摺動部の樹脂の
軟化による制御性能（位置決め性能と回転ムラ性能）の
劣化と、樹脂の弾性ヒステヮシス損失の増加による効率
の低下を招くという欠点をもフていた。特に、樹脂の軟
化は、振動波モータの機械的Ｑの低下を招き、最適なゲ
インに追込めず、結果として制御性能が上らないことが
あった。またセラミックス同志をモータ摺動部に用いる
と耐摩耗性を満足することかできなかった。

本発明の目的は上記課題を解決することのてきる振動波
モータを提供せんとするものである。

［課題を解決するための手段及び作用］本発明によれば
弾性材料の振動体に対し１弾性材料からなる支持体に炭
素繊維強化炭素複合材料（Ｃ／Ｃコンポラット）の摺動
体を固着して移動体として加圧接触したものを振動波モ
ータの基本構成としたものである。

［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。

第１図は本発明による振動波モーターの一実施例を示す
断面図である。

図中、１は可撓性を宥する例えばステンレスやリン青銅
からなるリング状の金属弾性体ｌｂ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タングステンカーバイド
の溶射膜やハードクロムメツキなどの表面硬化部１ｃか
設けてあり、耐摩耗性か付与されており、また振動体１
は不図示の筐体に中央部付近で固定されている。

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強化炭素複合材
料（以下Ｃ／Ｃコンポジットと称す）からなる厚み約ｌ
■■の摺動材２ｂをエポキシ系接着剤などで同心的に固
着し、摺動面表面を研磨しあげした移動体である。

なお、Ｃ／Ｃコンポジットとは、炭素繊維の織物または
コイル状の巻き物にエポキシなどの樹脂を含浸し、真空
中で１５００”Ｃ〜３０００　”Ｃ位で蒸し焼きにし含
浸→蒸し焼きの工程を繰返して作られた材料であり真空
中で高温て安定、耐薬品性に優れる、摩擦摩耗特性に優
れているなどの特徴を持つ材料である。

そして、振動体１の摺動面と移動体２の摺動材２ｂとを
不図示の公知の加圧手段により、軸方向に例えば５　ｋ
ｇｆの加重で加圧接触させてぃる。

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（不図示）に不図示の公知の駆動回
路から振動体１の固有の局波数の交流電圧を印加すると
、弾性体ｌは共振を起こし、その摺動面周方向に進行性
振動波か発生し、振動体１の表面に加圧接触している移
動体２か、振動体ｌと摺動体２ｂの摺動面の摩擦力によ
り回転駆動される。

摺動材２ｂはＣ／Ｃコンポジットとして、製法の違うも
の３種を容易し振動波モータを構成し、出力１．５Ｗ　
（負荷１　ｋｇｆ−ｃｍで１５ｏｒ−ｐｌ）になるよう
に振動体１の振幅を制御記録し、５０時間駆動後摩耗量
が定常状態になったときの振動体ｌの温度を測定した。

（環境温度：２４°Ｃ）また比較例として炭素ａｍ＜東
し製ミルドファイバＴ３００）１５％充填ナイロン６６
の１ｍｍ圧のものを摺動材２ｂとして使用し、同様の測
定を行なった。なお、表面硬化部ＩＣにはタンクステン
カーハイトを使用した。摺動材の属性と測定結果を第２
図に示す、なお振幅比較にフいては、圧電素子ｐ　１　
ａの公知の空き電極（Ａ相とＢ相を入／４ずらすために
設けられた電極を指す）の圧電硬化によって発生した電
圧て比較し、実施例１の定常状態での値を１０と基準化
した。

実施例１〜３のモータにおいては振動体の温度が駆動後
５〜７分て定常状態になり、振幅も温度に従ってほぼ定
常状態まて上る。これは圧電素子の温度特性も含んてい
ると考えられるため、摺動材２ｂの軟化による摺動特性
の変化はごく微小であったと考えられる。

それに対し、比較例１の炭素繊維充填ナイロン６６は・
振動体の温度か上がると回転数か下がるため、不図示の
駆動回路によって振幅を上げるというサイクルか繰り返
し行なわれたため振動体温度が飽和せず、強制空冷（風
速３００謬■／ｓ）を行なう必要かあった。強制空冷後
の振動体温度上昇は２４　ｄｅｇであり、定常状態と駆
動開始時の振幅の差も約２０％あり実施例１〜３に比べ
て大きくかつ効率も低いことから母材樹脂（ナイロン６
６）の軟化があったものと考えられる。

また環境を４０°Ｃて比較例を除き、同様の測定を行な
ったが、振幅、効率ともにほとんど変らず（５％未満）
Ｃ／Ｃコンポジットか温度にほとんど影響されず、しか
も摩耗の少ない材料であることがわかった。

次に実施例１と比較例１の摺動材を同一の振動体を用い
８１０００Ｒ／Ｒのエンコーダを接続して回転数１５（
ｌｒ、Ｐ、ｍ一定の回転制御を行なった。比較例１の摺
動材を用いた振動波モータを駆動開始直後から２分間で
もつとも回転ムラの少なくなる（　０．０２８％）制御
ゲインに設定したところ振動体１の温度か３８℃を越え
るころて制御系か発振を起こし回転制御ができなくなり
ゲインを下げねばならなかった。最終的に強制空冷（風
速３００■■／ｓ　）を行なった状態で振動体温度２５
℃〜４６℃の間で発振しないように制御ゲインを設定す
ると、２７℃で回転ムラは０．０６２％、４３℃で０．
０４９％であった。

それに対し、実施例１に示す摺動材２ｂを用い、駆動開
始直後から２分間で最も回転ムラの少なくなる（　０．
０３０％）制御ゲインに設定し、１時間駆動した。強制
空冷なして振動体１の温度か３９℃で飽和したか、発振
も見られず回転ムラもその間０．０３％前後で安定して
いた。

［他の実施例コ 前述の実施例では炭素繊維か平織もしくはフィラメント
ワインディングのものを用いたか、チョツプドファイバ
やミルドファイバを樹脂で固めて焼成することも可能て
あり、この場合は小さいワーつて焼成てきるのて体積あ
たりの表面積が大きく、コンポジットの密度を上げ易く
、焼成回数が少なくて済み、コストメリットが大きい、
また前記方法とワインディングによるものは中空のもの
をつくれるのて、無駄部分がなくコスト的に有利である
。

また、前述の実施例では金属の支持体２ａに接着剤て固
着しているが、Ｃ／Ｃコンボジットは弾性率か高いので
移動体すべてをＣ／Ｃコンポジットて作ることもできる
。

また前述の実施例は表面硬化部１ｃをビッカース硬度（
Ｈｖ）１４００のタングステンカーバイドを使用したか
、他の材料も用いることかてき、てきればＨｖ　６００
以上のものか望ましい。

また前述の実施例ではＣ／Ｃコンブジットて構成された
摺動材を移動体側に設けたか、これを振動体側に設けて
も良い。

更に移動体２を固定し、振動体ｌを移動させても良い。

［発明の効果］ 以上説明してきように、本発明によれば振動波モータの
摩擦駆動面をなす一方の摺動材をＣ／Ｃコンポジットで
つくることにより放熱がよく温度依存性か極めて少なく
、制御特性のよい振動波モータを得ることかてきた。

【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、 第２図は摺動材の属性と測定結果を説明する図である。 図において １−・・振動体 １ａ＝・圧電素子群 ｌｂ・・・金属振動体 ｌｃ−・・表面硬化部 ２・・・移動体 ２ａ・・・支持体 ２ｂ・・・摺動材

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）電気−機械エネルギー変換素子に、交流電圧を印
   加することによって、振動体に加圧接触した駆動体と前
   記振動体とを相対的に移動させる振動波モータにおいて
   該モータの摩擦接触部の少なくとも一方を炭素繊維強化
   炭素複合材料で形成したことを特徴とする振動波モータ
   。
2. （２）前記炭素繊維強化炭素複合材料がフイラメントワ
   インデイングによって作られていることを特徴とする請
   求項（１）記載の振動波モータ。