JPH072024B2 - 振動波モ−タ - Google Patents
振動波モ−タInfo
- Publication number
- JPH072024B2 JPH072024B2 JP60238498A JP23849885A JPH072024B2 JP H072024 B2 JPH072024 B2 JP H072024B2 JP 60238498 A JP60238498 A JP 60238498A JP 23849885 A JP23849885 A JP 23849885A JP H072024 B2 JPH072024 B2 JP H072024B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- vibration wave
- wave motor
- vibrating body
- vibration
- vibrating
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/10—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
- H02N2/16—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors using travelling waves, i.e. Rayleigh surface waves
- H02N2/163—Motors with ring stator
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/0005—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing non-specific motion; Details common to machines covered by H02N2/02 - H02N2/16
- H02N2/005—Mechanical details, e.g. housings
- H02N2/0065—Friction interface
- H02N2/007—Materials
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 最近実用化されつつある、進行性振動波によって駆動す
る振動波モータの一例の概略図が第１図に示してある。
同図で、１は電歪素子で例えばPZT（チタン酸ジルコン
鉛）で、２は振動体で弾性物質からなり、電歪素子１を
接着してある。振動体２は電歪素子１と共にステータ
（不図示）側に保持されている。３は移動体で、振動体
２に対し加圧接触されていてロータを形成する。電歪素
子１は複数個接着されておりそのうちの一部の群に対
し、他の群は振動波の波長λの1/4波長分だけずれたピ
ッチで配置される。群内での各電歪素子は1/2波長のピ
ッチで、相隣り合うものの極性が逆になるように配置さ
れている。
る振動波モータの一例の概略図が第１図に示してある。
同図で、１は電歪素子で例えばPZT（チタン酸ジルコン
鉛）で、２は振動体で弾性物質からなり、電歪素子１を
接着してある。振動体２は電歪素子１と共にステータ
（不図示）側に保持されている。３は移動体で、振動体
２に対し加圧接触されていてロータを形成する。電歪素
子１は複数個接着されておりそのうちの一部の群に対
し、他の群は振動波の波長λの1/4波長分だけずれたピ
ッチで配置される。群内での各電歪素子は1/2波長のピ
ッチで、相隣り合うものの極性が逆になるように配置さ
れている。
このような構成の振動波モータで、第２図に示すように
電歪素子１の厚さ方向（分極方向）に交流電源９から電
圧を印加する。すると電圧印加の方向と直交する面方向
に伸縮する。このとき一つの群の電歪素子に印加する交
流電圧をVoSinωＴとすると、もう一方の群の電歪素子
に印加する交流電圧をVoCosωＴにする。従って各電歪
素子は相隣り合うもの同志の極性が逆向きで、二つの群
に90°位相のずれた交流電圧が印加される。電歪素子１
の伸縮が伝えられて、振動体２は電歪素子１の配置ピッ
チに従って曲げ振動をする。振動体２が一つおきの電歪
素子の位置で出っ張ると、他の一つおきの電歪素子の位
置が引っ込む。一方、前記の如く電歪素子の一群は他の
一群に対し、1/4波長ずれた位置にあるため曲げ振動が
進行する。交流電圧が印加されている間、次々と振動が
励起されて、進行性曲げ振動波となって振動体２を伝わ
ってゆく。
電歪素子１の厚さ方向（分極方向）に交流電源９から電
圧を印加する。すると電圧印加の方向と直交する面方向
に伸縮する。このとき一つの群の電歪素子に印加する交
流電圧をVoSinωＴとすると、もう一方の群の電歪素子
に印加する交流電圧をVoCosωＴにする。従って各電歪
素子は相隣り合うもの同志の極性が逆向きで、二つの群
に90°位相のずれた交流電圧が印加される。電歪素子１
の伸縮が伝えられて、振動体２は電歪素子１の配置ピッ
チに従って曲げ振動をする。振動体２が一つおきの電歪
素子の位置で出っ張ると、他の一つおきの電歪素子の位
置が引っ込む。一方、前記の如く電歪素子の一群は他の
一群に対し、1/4波長ずれた位置にあるため曲げ振動が
進行する。交流電圧が印加されている間、次々と振動が
励起されて、進行性曲げ振動波となって振動体２を伝わ
ってゆく。
このときの波の進行状態が第３図（ａ），（ｂ），
（ｃ），（ｄ）に示してある。いま、進行性曲げ振動波
が矢印X1方向に進むとする。０を静止状態に於ける振動
体の中心面とすると振動状態では振動体２は鎖線で示す
状態となり、この中立面６は曲げによる応力が拮抗して
いる。中立面６と直交する断面71についてみると、これ
ら二面の交線51では応力がかからず上下振動しているだ
けである。同時に断面71は交線51を中心として左右の振
り子振動している。断面72又は73についても同じように
交線52又は53を中心として左右の振り子振動する。
（ｃ），（ｄ）に示してある。いま、進行性曲げ振動波
が矢印X1方向に進むとする。０を静止状態に於ける振動
体の中心面とすると振動状態では振動体２は鎖線で示す
状態となり、この中立面６は曲げによる応力が拮抗して
いる。中立面６と直交する断面71についてみると、これ
ら二面の交線51では応力がかからず上下振動しているだ
けである。同時に断面71は交線51を中心として左右の振
り子振動している。断面72又は73についても同じように
交線52又は53を中心として左右の振り子振動する。
第３図（ａ）に示す状態では断面71と振動体２の移動体
側１の表面との交線上の点P1は左右振動の右死点となっ
ており上方向運動だけしている。この振り子振動は交線
51・52は又は53が波の正側では（中心面０の上側にある
とき）左方向（波の進行方向X1と逆方向）の応力に加わ
り、波の負側（同じく下側にあるとき）右方向の応力が
加わる。即ち第３図（ａ）に於て、交線52と断面72が前
者のときの状態で、点P2は矢印方向の応力が加わる。交
線53と断面73が後者のときの状態で、点P3は矢印方向の
応力が加わる。波が進行し、第３図（ｂ）に示すように
波の正側に交線51がくると点P1は左方向の運動をすると
同時に上方向の運動をする。第３図（ｃ）で点P1は上下
振動の上死点で左方向の運動だけする。第３図（ｄ）で
点P1は左方向の運動と下方向運動をする。さらに波が進
行し、右方向と下方向の運動、右方向と上方向の運動を
経て第３図（ａ）の状態に戻る。この一連の運動を合成
すると点P1は回転楕円運動をしている。移動体３は振動
体２に加圧接触しており、第３図（ｃ）に示すように、
振動体２上の点P1の回転楕円運動が移動体３をX2方向に
摩擦駆動する。点P2・P3及びその他振動体２上の全ての
点が点P1と同じように移動体３を摩擦駆動する。
側１の表面との交線上の点P1は左右振動の右死点となっ
ており上方向運動だけしている。この振り子振動は交線
51・52は又は53が波の正側では（中心面０の上側にある
とき）左方向（波の進行方向X1と逆方向）の応力に加わ
り、波の負側（同じく下側にあるとき）右方向の応力が
加わる。即ち第３図（ａ）に於て、交線52と断面72が前
者のときの状態で、点P2は矢印方向の応力が加わる。交
線53と断面73が後者のときの状態で、点P3は矢印方向の
応力が加わる。波が進行し、第３図（ｂ）に示すように
波の正側に交線51がくると点P1は左方向の運動をすると
同時に上方向の運動をする。第３図（ｃ）で点P1は上下
振動の上死点で左方向の運動だけする。第３図（ｄ）で
点P1は左方向の運動と下方向運動をする。さらに波が進
行し、右方向と下方向の運動、右方向と上方向の運動を
経て第３図（ａ）の状態に戻る。この一連の運動を合成
すると点P1は回転楕円運動をしている。移動体３は振動
体２に加圧接触しており、第３図（ｃ）に示すように、
振動体２上の点P1の回転楕円運動が移動体３をX2方向に
摩擦駆動する。点P2・P3及びその他振動体２上の全ての
点が点P1と同じように移動体３を摩擦駆動する。
以上述べたように振動波モータは本質的には摩擦駆動に
よって動くモータである。従って振動波モータの駆動力
は、移動体と振動体に加圧接触させる加圧力Ｗと移動体
と振動体の摩擦係数μの積μＷに大きく依存する。加圧
力Ｗを大きくすれば駆動力は増加すると考えられるので
あるが、加圧力Ｗを大きくし過ぎると、曲げ振動を抑圧
することになりかえって駆動力を低下させることにな
る。また移動体が加圧により変形して曲げ振動波の谷部
に落ち込むことも考えられる。この場合第３図から判る
ように曲げ振動波の谷部の質点は、振動波の頂点と反対
方向の動きをしているために駆動力が大幅に低下する。
それ故に、振動波モータの摩擦駆動に関しては加圧力Ｗ
をあまり大きくできないために、必然的に摩擦係数μの
大きな材料の組み合わせを得る必要がある。ところが一
般には摩擦係数μの大きな材料同志の摩擦は摩耗量が非
常に大きいものとなるので、この組合せの材料を振動波
モータに使用した場合には振動波モータの寿命は極めて
短いものとなる欠点があった。
よって動くモータである。従って振動波モータの駆動力
は、移動体と振動体に加圧接触させる加圧力Ｗと移動体
と振動体の摩擦係数μの積μＷに大きく依存する。加圧
力Ｗを大きくすれば駆動力は増加すると考えられるので
あるが、加圧力Ｗを大きくし過ぎると、曲げ振動を抑圧
することになりかえって駆動力を低下させることにな
る。また移動体が加圧により変形して曲げ振動波の谷部
に落ち込むことも考えられる。この場合第３図から判る
ように曲げ振動波の谷部の質点は、振動波の頂点と反対
方向の動きをしているために駆動力が大幅に低下する。
それ故に、振動波モータの摩擦駆動に関しては加圧力Ｗ
をあまり大きくできないために、必然的に摩擦係数μの
大きな材料の組み合わせを得る必要がある。ところが一
般には摩擦係数μの大きな材料同志の摩擦は摩耗量が非
常に大きいものとなるので、この組合せの材料を振動波
モータに使用した場合には振動波モータの寿命は極めて
短いものとなる欠点があった。
本発明の目的は駆動力が大きく、かつ耐久性の高い、長
寿命の振動波モータを提供せんとするもので、本発明の
特徴とする処は、振動体と被駆動体の少なくとも接触部
の夫々の材料を、一方をタングステンカーバイト系超硬
合金とし、他方を硬質アルマイトとし、摩擦係数が大き
く、しかも摩耗量の少ない、耐久性の高い振動波モータ
を得られる様にした点にある。以下本発明について詳述
するが本発明の振動波モータのそれと同様であるのでこ
れらについては省略し、ここでは振動波モータの振動体
と移動体の材料、これらの材料の組合せにおける摩耗量
等について詳述する。
寿命の振動波モータを提供せんとするもので、本発明の
特徴とする処は、振動体と被駆動体の少なくとも接触部
の夫々の材料を、一方をタングステンカーバイト系超硬
合金とし、他方を硬質アルマイトとし、摩擦係数が大き
く、しかも摩耗量の少ない、耐久性の高い振動波モータ
を得られる様にした点にある。以下本発明について詳述
するが本発明の振動波モータのそれと同様であるのでこ
れらについては省略し、ここでは振動波モータの振動体
と移動体の材料、これらの材料の組合せにおける摩耗量
等について詳述する。
まず振動体２（第１図参照）の使用材料と移動体３（第
１図参照）の使用材料の組合わせについて説明する前
に、超硬材料と硬質アルマイト処理材料との摩擦試験の
方法例を説明する。摩擦試験は、平均半径22mmの円環状
のテストピースを作りこれらを加圧接触させて回転させ
た。摩擦係数μは摩擦トルクを荷重計で測定し、これと
加圧力から算出した。摩耗量は摩擦試験の前後における
テストピースの質量の変化により求めた。前記材料の試
験の概略結果を第４図に示す。
１図参照）の使用材料の組合わせについて説明する前
に、超硬材料と硬質アルマイト処理材料との摩擦試験の
方法例を説明する。摩擦試験は、平均半径22mmの円環状
のテストピースを作りこれらを加圧接触させて回転させ
た。摩擦係数μは摩擦トルクを荷重計で測定し、これと
加圧力から算出した。摩耗量は摩擦試験の前後における
テストピースの質量の変化により求めた。前記材料の試
験の概略結果を第４図に示す。
尚第４図における略号の意味は下記の通りである。
WC・C012％：タングステンカーバイト含有率12％のコバ
ルトとの混合物 WC・C015％：タングステンカーバイト含有率15％のコバ
ルトとの混合物 WC・TiC・C0：タングステンカーバイト，チタンカーバ
イト及びコバルトとの混合物 WC・TiC・TaC・C0：タングステンカーバイト，チタンカ
ーバイト，タンタルカーバイト及びコバルトとの混合物 Bs:炭素鋼 CH:ハードクロム KNメツキ：化学ニツケルメツキ CH処理：ハードクロム処理 第４図より振動体モータの摩擦面を構成する材料として
WC系超硬合金と硬質アルマイトの組合せが非常に優れて
いることがわかる（第４図における◎印参照）。
ルトとの混合物 WC・C015％：タングステンカーバイト含有率15％のコバ
ルトとの混合物 WC・TiC・C0：タングステンカーバイト，チタンカーバ
イト及びコバルトとの混合物 WC・TiC・TaC・C0：タングステンカーバイト，チタンカ
ーバイト，タンタルカーバイト及びコバルトとの混合物 Bs:炭素鋼 CH:ハードクロム KNメツキ：化学ニツケルメツキ CH処理：ハードクロム処理 第４図より振動体モータの摩擦面を構成する材料として
WC系超硬合金と硬質アルマイトの組合せが非常に優れて
いることがわかる（第４図における◎印参照）。
更に振動体材料として含有率85％のタングステンカーバ
イトと含有率15％のコバルトとの混合物を用い、移動体
材料として硬質アルマイトを用いた時の性能評価テスト
結果を第５図に示す。尚第５図において、 A2218 ：アルミ合金材（第５図中のA2218に代えてA5056
のアルミ合金材料或いは純アルミニウムでも第５図示の
結果と同等の結果が得られる）である。
イトと含有率15％のコバルトとの混合物を用い、移動体
材料として硬質アルマイトを用いた時の性能評価テスト
結果を第５図に示す。尚第５図において、 A2218 ：アルミ合金材（第５図中のA2218に代えてA5056
のアルミ合金材料或いは純アルミニウムでも第５図示の
結果と同等の結果が得られる）である。
第５図は回転数350r.p.m.、加圧力2.75kgで18分間試験
した結果である。摩擦係数は0.7と大きく、摩耗量も非
常に小さい。因に母材である４−６黄銅とアルミ合金材
（A2218）とを同等の条件で摩擦試験を行うと、摩擦係
数は0.3程度しかなく、摩耗量は数100倍にも達する。
した結果である。摩擦係数は0.7と大きく、摩耗量も非
常に小さい。因に母材である４−６黄銅とアルミ合金材
（A2218）とを同等の条件で摩擦試験を行うと、摩擦係
数は0.3程度しかなく、摩耗量は数100倍にも達する。
上述のように、振動波モータの摩擦面を構成する材料と
して、WC系超硬合金と硬質アルマイトの組合せが優れて
いるが、振動体を超硬合金の単体で作ることは、加工難
度、製作費用の面で困難が大きい。そこで、かかる問題
を解決する為に振動体を黄銅のような弾性波を良く伝播
する金属で形成し、該金属母材の表面にWC系超硬合金を
層又は膜状に被覆する複合体で構成した。この複合体の
振動体としての性能は、超硬合金の単体で出来ているも
のと比べて全く同じであった。
して、WC系超硬合金と硬質アルマイトの組合せが優れて
いるが、振動体を超硬合金の単体で作ることは、加工難
度、製作費用の面で困難が大きい。そこで、かかる問題
を解決する為に振動体を黄銅のような弾性波を良く伝播
する金属で形成し、該金属母材の表面にWC系超硬合金を
層又は膜状に被覆する複合体で構成した。この複合体の
振動体としての性能は、超硬合金の単体で出来ているも
のと比べて全く同じであった。
WC系超硬合金の層又は膜状化加工面としては、真空蒸着
法，スパッタリング法，イオンプレーテイング法,CVD
法，溶射法，電界メツキ法などのどの方法を用いても良
い。
法，スパッタリング法，イオンプレーテイング法,CVD
法，溶射法，電界メツキ法などのどの方法を用いても良
い。
WC系超硬合金としては、第４図にも示したようにWC・Ti
C・C0系、WC・TiC・TaC・C0系も有効である。
C・C0系、WC・TiC・TaC・C0系も有効である。
尚前述した複合体の接触部分の層厚又は膜厚は１〜500
μｍであり、最良の結果を得るには１〜50μｍが良い。
又振動体に用いられる超硬材料の主成分であるWCは80〜
94％の含有率のものが好ましく、C0は６〜20％のものが
適している。
μｍであり、最良の結果を得るには１〜50μｍが良い。
又振動体に用いられる超硬材料の主成分であるWCは80〜
94％の含有率のものが好ましく、C0は６〜20％のものが
適している。
以上の様に本発明では振動体と被駆動体の少なくとも接
触部の夫々の材料を、一方をタングステンカーバイト系
超硬合金とし、他方を硬質アルマイトとしたので、大き
な駆動力を有し、かつ摩耗量が小さく長寿命の振動波モ
ータを得ることができた。
触部の夫々の材料を、一方をタングステンカーバイト系
超硬合金とし、他方を硬質アルマイトとしたので、大き
な駆動力を有し、かつ摩耗量が小さく長寿命の振動波モ
ータを得ることができた。
尚上述の実施例は回転型の振動波モータであったがリニ
ア駆動型の振動波モータに本発明を用いても同様な効果
を得られるものであり、又進行性振動波によって移動体
を駆動する上述実施例の如き振動波モータだけではな
く、ねじり振動体の振動によって移動体を駆動する型の
モータ等に適用しても同等の効果が得られる。
ア駆動型の振動波モータに本発明を用いても同様な効果
を得られるものであり、又進行性振動波によって移動体
を駆動する上述実施例の如き振動波モータだけではな
く、ねじり振動体の振動によって移動体を駆動する型の
モータ等に適用しても同等の効果が得られる。
第１図は振動波モータの主要部の概略図、第２図，第３
図は振動波モータの駆動原理を説明する図、第４図およ
び第５図は本発明の超硬材料と硬質アルマイト材料の摩
擦試験の結果を示す図である。図において、１は電歪素
子、２は振動体、３は移動体である。
図は振動波モータの駆動原理を説明する図、第４図およ
び第５図は本発明の超硬材料と硬質アルマイト材料の摩
擦試験の結果を示す図である。図において、１は電歪素
子、２は振動体、３は移動体である。
Claims (2)
- 【請求項１】振動体と被駆動体とを有する振動波モータ
であって、 前記振動体は電気−機械エネルギー変換素子により励振
されて少なくともその表面に振動波を発生するものであ
り、 前記被駆動体と前記振動体とは相対移動するものであ
り、 前記被駆動体と前記振動体の少なくとも接触部の夫々の
材料を、一方をタングステンカーバイト系超硬合金と
し、他方を硬質アルマイトとしたことを特徴とする振動
波モータ。 - 【請求項２】前記超硬合金が金属母材表面に層状又は膜
状に形成されていることを特徴とする特許請求の範囲第
（１）項記載の振動波モータ。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60238498A JPH072024B2 (ja) | 1985-10-24 | 1985-10-24 | 振動波モ−タ |
| US06/921,010 US4779018A (en) | 1985-10-24 | 1986-10-21 | Vibration wave motor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60238498A JPH072024B2 (ja) | 1985-10-24 | 1985-10-24 | 振動波モ−タ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62100178A JPS62100178A (ja) | 1987-05-09 |
| JPH072024B2 true JPH072024B2 (ja) | 1995-01-11 |
Family
ID=17031135
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60238498A Expired - Lifetime JPH072024B2 (ja) | 1985-10-24 | 1985-10-24 | 振動波モ−タ |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4779018A (ja) |
| JP (1) | JPH072024B2 (ja) |
Families Citing this family (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63154075A (ja) * | 1986-12-17 | 1988-06-27 | Canon Inc | 振動波モ−タ |
| JP2723933B2 (ja) * | 1987-11-12 | 1998-03-09 | 株式会社日立製作所 | スクロール形流体機械 |
| JP2585996B2 (ja) * | 1988-04-12 | 1997-02-26 | 株式会社ニコン | 超音波モータ |
| JP2578903B2 (ja) * | 1988-05-06 | 1997-02-05 | キヤノン株式会社 | 振動波モータ |
| JPH01180894U (ja) * | 1988-05-31 | 1989-12-26 | ||
| US5039899A (en) * | 1989-02-28 | 1991-08-13 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Piezoelectric transducer |
| WO1991004584A1 (en) * | 1989-09-08 | 1991-04-04 | Massachusetts Institute Of Technology | Miniature actuator |
| JPH03117384A (ja) * | 1989-09-28 | 1991-05-20 | Canon Inc | 超音波モータの摩擦材 |
| US5557157A (en) * | 1989-11-30 | 1996-09-17 | Canon Kabushiki Kaisha | Vibration driven motor |
| JP2766387B2 (ja) * | 1990-08-24 | 1998-06-18 | アルプス電気株式会社 | 摩擦材の製造方法及びその摩擦材を使用した超音波モータ |
| JP2675911B2 (ja) * | 1990-08-28 | 1997-11-12 | キヤノン株式会社 | 振動波駆動装置 |
| DE69211880T2 (de) * | 1991-04-02 | 1996-11-07 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Ultraschallmotor mit schwingendem Körper und dadurch angetriebener bewegender Körper |
| JP3205026B2 (ja) * | 1992-01-30 | 2001-09-04 | キヤノン株式会社 | 振動波駆動装置および振動波駆動装置を有する装置 |
| JP3098858B2 (ja) * | 1992-06-08 | 2000-10-16 | オリンパス光学工業株式会社 | 超音波モータ |
| JPH1084682A (ja) * | 1996-09-09 | 1998-03-31 | Canon Inc | 振動波駆動装置および振動波駆動装置を有する機器 |
| JP3397627B2 (ja) * | 1997-04-08 | 2003-04-21 | キヤノン株式会社 | 振動型駆動装置およびこれを用いた装置 |
| JP3283446B2 (ja) * | 1997-08-29 | 2002-05-20 | セイコーインスツルメンツ株式会社 | 超音波モータ及び超音波モータ付電子機器 |
| JP4227230B2 (ja) * | 1998-12-09 | 2009-02-18 | キヤノン株式会社 | 振動波駆動装置および振動波駆動装置における摩擦接触部の製造方法 |
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-
1986
- 1986-10-21 US US06/921,010 patent/US4779018A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
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|---|---|
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| US4779018A (en) | 1988-10-18 |
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