JPH05328761A - 超音波モータ - Google Patents
超音波モータInfo
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- JPH05328761A JPH05328761A JP4150008A JP15000892A JPH05328761A JP H05328761 A JPH05328761 A JP H05328761A JP 4150008 A JP4150008 A JP 4150008A JP 15000892 A JP15000892 A JP 15000892A JP H05328761 A JPH05328761 A JP H05328761A
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- Japan
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- stator
- rotor
- ultrasonic motor
- oxide film
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- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
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Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 耐摩耗性に優れ、長時間連続駆動可能な超音
波モータを提供する。 【構成】 ステータまたはロータの摺動面に中間層とし
てアルマイト酸化皮膜を形成し、その表面に１０〜３０
原子％の水素を含む硬質非晶質炭素膜を形成する。
波モータを提供する。 【構成】 ステータまたはロータの摺動面に中間層とし
てアルマイト酸化皮膜を形成し、その表面に１０〜３０
原子％の水素を含む硬質非晶質炭素膜を形成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、超音波振動によりロー
タを回転させて駆動力を発生させる超音波モータに関す
るものである。
タを回転させて駆動力を発生させる超音波モータに関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の縦・捩り複合振動子をステータと
した超音波モータはステータの端面にロータを圧接し
て、これを回転させる。この超音波モータは、本発明者
らによって既に提案されている（例えば、特願昭６３−
６６４７１号）。該超音波モータは定在波の縦および捩
り振動を利用しているためにエネルギー密度が高く、ロ
ータをステータに強く圧接しても振動モードが歪み難い
ために高トルクの超音波モータを実現できるという特徴
を有している。
した超音波モータはステータの端面にロータを圧接し
て、これを回転させる。この超音波モータは、本発明者
らによって既に提案されている（例えば、特願昭６３−
６６４７１号）。該超音波モータは定在波の縦および捩
り振動を利用しているためにエネルギー密度が高く、ロ
ータをステータに強く圧接しても振動モードが歪み難い
ために高トルクの超音波モータを実現できるという特徴
を有している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
超音波モータは、高トルクを得るためにロータを高圧接
力でステータに圧接しており、そのためにロータとステ
ータの摺動面は過酷な条件下となり、摺動面の摩耗が著
しく、長寿命化の点で大きな問題がある。該摩耗が起こ
ると、超音波モータの駆動条件の大幅な変化によってモ
ータ特性が劣化し、ロータの回転が停止するに至る。し
かし、摩耗を皆無とすることは現状では困難であり、従
って、実用に耐えうる長寿命の超音波モータを実現する
ためには、摩耗量が少ない材料同士の組み合わせおよび
摺動面の粗さの最適化を施し、長寿命化を図っている。
電磁モータはロータとステータが非接触であるのに対し
て、超音波モータはロータとステータが高い圧接力で接
触している。そのため、起動トルクが大きいという特長
と、摺動による発熱でロータとステータの摺動部材の劣
化を招き、摩耗を増加させる、短寿命化させるという問
題点を有している。本発明の目的はこのような従来の課
題を解決することにある。
超音波モータは、高トルクを得るためにロータを高圧接
力でステータに圧接しており、そのためにロータとステ
ータの摺動面は過酷な条件下となり、摺動面の摩耗が著
しく、長寿命化の点で大きな問題がある。該摩耗が起こ
ると、超音波モータの駆動条件の大幅な変化によってモ
ータ特性が劣化し、ロータの回転が停止するに至る。し
かし、摩耗を皆無とすることは現状では困難であり、従
って、実用に耐えうる長寿命の超音波モータを実現する
ためには、摩耗量が少ない材料同士の組み合わせおよび
摺動面の粗さの最適化を施し、長寿命化を図っている。
電磁モータはロータとステータが非接触であるのに対し
て、超音波モータはロータとステータが高い圧接力で接
触している。そのため、起動トルクが大きいという特長
と、摺動による発熱でロータとステータの摺動部材の劣
化を招き、摩耗を増加させる、短寿命化させるという問
題点を有している。本発明の目的はこのような従来の課
題を解決することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、さきに特
願平３−１１９６５７号で硬質非晶質炭素膜をロータあ
るいはステータのいずれかの摺動面に形成することで、
縦・捩り複合振動子をステータとした超音波モータの長
寿命化が実現できることを提案しているが、本発明は超
音波モータの寿命を更に向上させるものである。
願平３−１１９６５７号で硬質非晶質炭素膜をロータあ
るいはステータのいずれかの摺動面に形成することで、
縦・捩り複合振動子をステータとした超音波モータの長
寿命化が実現できることを提案しているが、本発明は超
音波モータの寿命を更に向上させるものである。
【０００５】即ち、本発明は、縦・捩り複合振動子をス
テータとし、該ステータの端面に圧接して配置されたロ
ータを備えた超音波モータにおいて、アルミニウム合金
からなるロータあるいはステータのいずれか一方の少な
くとも摺動面に中間層としてアルマイト酸化皮膜を形成
し、該酸化皮膜の表面に１０〜３０原子％の水素を含む
硬質非晶質炭素膜を形成したことを特徴とする超音波モ
ータである。
テータとし、該ステータの端面に圧接して配置されたロ
ータを備えた超音波モータにおいて、アルミニウム合金
からなるロータあるいはステータのいずれか一方の少な
くとも摺動面に中間層としてアルマイト酸化皮膜を形成
し、該酸化皮膜の表面に１０〜３０原子％の水素を含む
硬質非晶質炭素膜を形成したことを特徴とする超音波モ
ータである。
【０００６】ロータあるいはステータのアルマイト酸化
皮膜が配置された摺動面に形成する硬質非晶質炭素膜の
膜厚は特願平３−１１９６５７号に述べたように０．０
１μｍ以上が好ましい。硬質非晶質炭素膜が０．０１μ
ｍを下回る膜厚では耐摩耗性が不十分なことがある。ア
ルマイト酸化皮膜の膜厚は５μｍ以上が好ましい。アル
マイト酸化皮膜が５μｍを下回る膜厚では耐摩耗性が不
十分なことがある。またアルマイト酸化皮膜を設けず、
硬質非晶質炭素膜のみを形成した場合、部材との密着性
が悪く、容易に膜が剥離してしまう。従って、硬質非晶
質炭素膜が有する耐摩耗性を利用するためには、中間層
のアルマイト酸化皮膜が必要不可欠である。
皮膜が配置された摺動面に形成する硬質非晶質炭素膜の
膜厚は特願平３−１１９６５７号に述べたように０．０
１μｍ以上が好ましい。硬質非晶質炭素膜が０．０１μ
ｍを下回る膜厚では耐摩耗性が不十分なことがある。ア
ルマイト酸化皮膜の膜厚は５μｍ以上が好ましい。アル
マイト酸化皮膜が５μｍを下回る膜厚では耐摩耗性が不
十分なことがある。またアルマイト酸化皮膜を設けず、
硬質非晶質炭素膜のみを形成した場合、部材との密着性
が悪く、容易に膜が剥離してしまう。従って、硬質非晶
質炭素膜が有する耐摩耗性を利用するためには、中間層
のアルマイト酸化皮膜が必要不可欠である。
【０００７】また、硬質非晶質炭素膜を形成した部材の
摺動面の中心線平均粗さは０．０３〜０．３μｍがよ
い。ここで言う中心線平均粗さは、一般に承認された最
もよく使われる国際的な粗さのパラメータで、平均線か
らの形状の変位量の算術的平均値で与えられる。ロータ
あるいはステータのいずれか一方の摺動面の中心線平均
粗さが０．０３μｍを下回ると、他方の部材との間の実
効的摩擦係数が小さくなりやすく、高トルクの超音波モ
ータが得られにくい。一方、中心線平均粗さが０．３μ
ｍを超えると、超音波モータの駆動によって他方の部材
の摩耗が著しく、長寿命化を実現しにくい。
摺動面の中心線平均粗さは０．０３〜０．３μｍがよ
い。ここで言う中心線平均粗さは、一般に承認された最
もよく使われる国際的な粗さのパラメータで、平均線か
らの形状の変位量の算術的平均値で与えられる。ロータ
あるいはステータのいずれか一方の摺動面の中心線平均
粗さが０．０３μｍを下回ると、他方の部材との間の実
効的摩擦係数が小さくなりやすく、高トルクの超音波モ
ータが得られにくい。一方、中心線平均粗さが０．３μ
ｍを超えると、超音波モータの駆動によって他方の部材
の摩耗が著しく、長寿命化を実現しにくい。
【０００８】
【作用】縦・捩り複合振動子をステータとした超音波モ
ータは、ロータとステータの圧接力を大きくしても振動
が抑圧され難いために高トルクの超音波モータを実現で
きるが、その反面、ロータとステータの摺動面には大き
な力が作用し、摺動面の摩耗が起こり易くなる。さらに
摩耗が進行すると超音波モータの駆動条件の大幅な変化
によってモータ特性が劣化し、ロータの回転が停止する
に至る。しかしながら、本発明によれば、摺動部で発熱
した熱をロータあるいはステータの摺動部に形成した硬
質非晶質炭素膜を通して放熱し、中間層として配置した
熱伝導の悪いアルマイト酸化皮膜でロータあるいはステ
ータ部材の内部に極力熱伝達しないようにすることで、
摺動部の発熱による部材の温度上昇が抑えられ、モータ
性能を劣化させることなく、実用上十分に長寿命の超音
波モータを実現することができる。
ータは、ロータとステータの圧接力を大きくしても振動
が抑圧され難いために高トルクの超音波モータを実現で
きるが、その反面、ロータとステータの摺動面には大き
な力が作用し、摺動面の摩耗が起こり易くなる。さらに
摩耗が進行すると超音波モータの駆動条件の大幅な変化
によってモータ特性が劣化し、ロータの回転が停止する
に至る。しかしながら、本発明によれば、摺動部で発熱
した熱をロータあるいはステータの摺動部に形成した硬
質非晶質炭素膜を通して放熱し、中間層として配置した
熱伝導の悪いアルマイト酸化皮膜でロータあるいはステ
ータ部材の内部に極力熱伝達しないようにすることで、
摺動部の発熱による部材の温度上昇が抑えられ、モータ
性能を劣化させることなく、実用上十分に長寿命の超音
波モータを実現することができる。
【０００９】
【実施例】次に本発明の実施例について説明する。図１
に示すようなロータあるいはステータ１１の摺動面及び
側面にアルマイト酸化皮膜１２を形成し、該酸化皮膜の
表面に硬質非晶質炭素膜１３を形成した本発明の超音波
モータにおいて、硬質非晶質炭素膜は図２に示した電子
サイクロトロン共鳴プラズマ気相化学成長（ＥＣＲＰＣ
ＶＤ）装置を用いた場合に、ロータ及びステータ部材の
表面の凸凹に影響されず比較的均一に成膜することが可
能であった。図２において、２１は真空槽、２２はプラ
ズマ発生器、２３はマグネット、２４は真空ポンプ、２
５は回転導入機、２６はロータまたはステータ、２７は
メタンガス、２８は水素ガスである。
に示すようなロータあるいはステータ１１の摺動面及び
側面にアルマイト酸化皮膜１２を形成し、該酸化皮膜の
表面に硬質非晶質炭素膜１３を形成した本発明の超音波
モータにおいて、硬質非晶質炭素膜は図２に示した電子
サイクロトロン共鳴プラズマ気相化学成長（ＥＣＲＰＣ
ＶＤ）装置を用いた場合に、ロータ及びステータ部材の
表面の凸凹に影響されず比較的均一に成膜することが可
能であった。図２において、２１は真空槽、２２はプラ
ズマ発生器、２３はマグネット、２４は真空ポンプ、２
５は回転導入機、２６はロータまたはステータ、２７は
メタンガス、２８は水素ガスである。
【００１０】硬質非晶質炭素膜を形成すべきロータある
いはステータ２６を真空槽２１内に設置し、装置全体を
１０-6トール程度に排気した後、メタンガス２７、水素
ガス２８をメタンガス濃度が１〜５体積％で全圧が０．
１トールとなるように導入した。続いてプラズマ発生器
２２により２．４５ＧＨz、５００Ｗマイクロ波電力を
導入しプラズマを発生させた。マグネット２３の磁場に
よりプラズマ中の電子がサイクロトロン共鳴を起こし、
ロータまたはステータの位置においてプラズマ密度が最
大になるように設定した。成膜中、ロータあるいはステ
ータは外部加熱を行わず、また外周全体に成膜できるよ
うに回転導入機２５により毎分１〜１０回転で回転させ
た。硬質非晶質炭素膜の膜厚は１〜２μｍとし、成膜時
間を変えることにより制御した。
いはステータ２６を真空槽２１内に設置し、装置全体を
１０-6トール程度に排気した後、メタンガス２７、水素
ガス２８をメタンガス濃度が１〜５体積％で全圧が０．
１トールとなるように導入した。続いてプラズマ発生器
２２により２．４５ＧＨz、５００Ｗマイクロ波電力を
導入しプラズマを発生させた。マグネット２３の磁場に
よりプラズマ中の電子がサイクロトロン共鳴を起こし、
ロータまたはステータの位置においてプラズマ密度が最
大になるように設定した。成膜中、ロータあるいはステ
ータは外部加熱を行わず、また外周全体に成膜できるよ
うに回転導入機２５により毎分１〜１０回転で回転させ
た。硬質非晶質炭素膜の膜厚は１〜２μｍとし、成膜時
間を変えることにより制御した。
【００１１】この結果得られた炭素膜は非晶質であり、
膜中には１０〜３０原子％の水素が含まれていた。また
この膜の硬度はビッカース硬度に換算して８０００〜１
００００ｋｇ／ｍｍ2であった。さらにこの炭素膜の熱
伝導率を測定したところ、約５００Ｗ／ｍ・Ｋで、通常
の金属より大きな熱伝導率を示すことがわかった。一
方、炭素膜を成膜する際に水素を使用せず原料メタン濃
度を１００％とした場合、炭素膜中に含まれる水素は１
０原子％未満であったが、膜の硬度が低く十分な耐摩耗
性が得られなかった。またマイクロ波電力を変化させて
水素を３０原子％以上含む膜を作成したところ、その熱
伝導率は１００Ｗ／ｍ・Ｋ以下であり、必要な放熱特性
が得られなかった。従って、本発明における十分な耐摩
耗性と放熱特性を兼ね備えた炭素膜においては、水素含
有量が１０〜３０原子％の範囲にあることが必要であ
る。
膜中には１０〜３０原子％の水素が含まれていた。また
この膜の硬度はビッカース硬度に換算して８０００〜１
００００ｋｇ／ｍｍ2であった。さらにこの炭素膜の熱
伝導率を測定したところ、約５００Ｗ／ｍ・Ｋで、通常
の金属より大きな熱伝導率を示すことがわかった。一
方、炭素膜を成膜する際に水素を使用せず原料メタン濃
度を１００％とした場合、炭素膜中に含まれる水素は１
０原子％未満であったが、膜の硬度が低く十分な耐摩耗
性が得られなかった。またマイクロ波電力を変化させて
水素を３０原子％以上含む膜を作成したところ、その熱
伝導率は１００Ｗ／ｍ・Ｋ以下であり、必要な放熱特性
が得られなかった。従って、本発明における十分な耐摩
耗性と放熱特性を兼ね備えた炭素膜においては、水素含
有量が１０〜３０原子％の範囲にあることが必要であ
る。
【００１２】次に、ロータあるいはステータの摺動面及
び側面にアルマイト酸化皮膜および硬質非晶質炭素膜
（ＤＬＣ）を形成した超音波モータ、及びロータあるい
はステータの摺動面にシリコン膜と硬質非晶質炭素膜を
形成した従来の超音波モータについて連続駆動試験を行
った。その結果を表１に示した。Ｎｏ．１〜４は本発明
の超音波モータであり、硬質非晶質炭素膜を形成した従
来の超音波モータに比べて連続駆動試験時間が改善され
た結果が得られた。Ｎｏ．５は本発明の範囲外の従来の
超音波モータである。なお表中、連続駆動試験の欄に◎
印があるのは、引き続き試験可能なものを示す。
び側面にアルマイト酸化皮膜および硬質非晶質炭素膜
（ＤＬＣ）を形成した超音波モータ、及びロータあるい
はステータの摺動面にシリコン膜と硬質非晶質炭素膜を
形成した従来の超音波モータについて連続駆動試験を行
った。その結果を表１に示した。Ｎｏ．１〜４は本発明
の超音波モータであり、硬質非晶質炭素膜を形成した従
来の超音波モータに比べて連続駆動試験時間が改善され
た結果が得られた。Ｎｏ．５は本発明の範囲外の従来の
超音波モータである。なお表中、連続駆動試験の欄に◎
印があるのは、引き続き試験可能なものを示す。
【００１３】
【表１】 ──────────────────────────────────── 連続駆動 No. ロータ ステータ 試験時間 （時間） ──────────────────────────────────── １ アルマイト酸化皮膜／ＤＬＣ アルマイト酸化皮膜 9500◎ ２ 芳香族ポリエステル系樹脂 アルマイト酸化皮膜／ＤＬＣ 8800◎ ３ アルマイト酸化皮膜／ＤＬＣ 芳香族ポリエステル系樹脂 8200◎ ４ アルマイト酸化皮膜 アルマイト酸化皮膜／ＤＬＣ 9500◎ ５ Ｓｉ／ＤＬＣ アルマイト酸化皮膜 4800
【００１４】
【発明の効果】以上詳述した如く、本発明によれば、長
寿命の超音波モータを提供することができ、その工業的
価値は大きい。
寿命の超音波モータを提供することができ、その工業的
価値は大きい。
【図１】本発明による超音波モータのロータまたはステ
ータの断面図である。
ータの断面図である。
【図２】硬質非晶質炭素膜の形成に使用される装置の一
例の構成図である。
例の構成図である。
１１ ロータまたはステータ １２ アルマイト酸化皮膜 １３ 硬質非晶質炭素膜 ２１ 真空槽 ２２ プラズマ発生器 ２３ マグネット ２４ 真空ポンプ ２５ 回転導入機 ２６ ロータまたはステータ ２７ メタンガス ２８ 水素ガス
Claims (1)
- 【請求項１】 縦・捩り複合振動子をステータとし、該
ステータの端面に圧接して配置されたロータを備えた超
音波モータにおいて、アルミニウム合金からなるロータ
あるいはステータのいずれか一方の少なくとも摺動面に
中間層としてアルマイト酸化皮膜を形成し、該酸化皮膜
の表面に１０〜３０原子％の水素を含む硬質非晶質炭素
膜を形成したことを特徴とする超音波モータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4150008A JPH05328761A (ja) | 1992-05-19 | 1992-05-19 | 超音波モータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4150008A JPH05328761A (ja) | 1992-05-19 | 1992-05-19 | 超音波モータ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05328761A true JPH05328761A (ja) | 1993-12-10 |
Family
ID=15487462
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4150008A Pending JPH05328761A (ja) | 1992-05-19 | 1992-05-19 | 超音波モータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05328761A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7375455B2 (en) | 2003-08-08 | 2008-05-20 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Ultrasonic motor driving device and ultrasonic diagnosis apparatus |
| JP2014018016A (ja) * | 2012-07-11 | 2014-01-30 | Nikon Corp | 振動アクチュエータ、レンズ鏡筒及びカメラ |
| JP2018050467A (ja) * | 2017-11-29 | 2018-03-29 | 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 |
-
1992
- 1992-05-19 JP JP4150008A patent/JPH05328761A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7375455B2 (en) | 2003-08-08 | 2008-05-20 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Ultrasonic motor driving device and ultrasonic diagnosis apparatus |
| JP2014018016A (ja) * | 2012-07-11 | 2014-01-30 | Nikon Corp | 振動アクチュエータ、レンズ鏡筒及びカメラ |
| JP2018050467A (ja) * | 2017-11-29 | 2018-03-29 | 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 |
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