JPH09191672A

JPH09191672A - 振動波駆動装置

Info

Publication number: JPH09191672A
Application number: JP8001556A
Authority: JP
Inventors: Takashi Kai; 丘甲斐
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1996-01-09
Filing date: 1996-01-09
Publication date: 1997-07-22

Abstract

(57)【要約】【課題】摺動層から発生した摩耗粉等が振動体の櫛歯
間の溝内に堆積してモータの諸特性が悪化する。【解決手段】櫛歯を有し、圧電変換手段４により振動
を生じる振動体５と、櫛歯に摺動部材１を介して接触す
る接触体３とを相対移動させる振動波駆動装置におい
て、摺動部材によって櫛歯間の溝を覆うようにしてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧電変換によって
振動体に進行性振動波を発生させ、この振動体とこれに
接触する接触体とを相対移動させる振動波駆動装置（振
動波モータ）に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】振動波モータは、例えば図２に示すよう
に、振動体２２とこれに加圧接触する接触体（図示せ
ず）とから構成され、圧電変換によって振動する振動体
２２と接触体間の摩擦によって両者を相対回転させる。
ここで、振動体２２における接触体との摺動面の近傍
は、この部分の振動を大きくして回転速度を速くするた
め、櫛歯形状とされていることが多い。さらに、この櫛
歯の摺動面には、特開昭４−１２５０８４号公報および
特開平４−２４８３７９号公報等にも提案されているよ
うに、櫛歯と接触体間の摩擦を大きくして駆動効率を上
げるため、摩擦係数の大きな摺動部材２１が配設される
ことが多い。

【０００３】そして、摺動部材と接触体との接触状態に
よって、そのモータの起動トルク、無負荷回転数、モー
タ回転数およびモータ効率等の諸特性が左右される。こ
のため、摺動部材の材料には、耐摩耗性があり摩擦係数
が安定していることが求められ、具体的な材料として
は、特開昭６２−５８８８７号公報にて提案されている
ように炭素繊維と樹脂とから構成される場合や、特開昭
６２−１１４４８１号公報にて提案されているように金
属粉末と樹脂とから構成される場合や、特開平４−１１
７１８３号公報および特開平１−２０６８８０号公報に
提案されているように耐熱性樹脂粉末とフッ素樹脂とか
ら構成される場合がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ような様々な材料によって摺動部材を形成しても、図２
に示すように、長時間のモータ駆動の間に摺動部材が摩
耗して摩耗粉２６が発生したり、樹脂から炭素繊維や耐
熱性樹脂粉末又は金属粉末が脱落したりすることが避け
られず、これら摩耗粉や脱落粉末等が振動体の櫛歯間の
溝内に堆積するという問題がある。そして、このような
摩耗粉や脱落粉末等の堆積により、上記のようなモータ
の諸特性が悪化してモータの寿命が短くなるおそれがあ
る。

【０００５】また、溝内の摩耗粉等が再び振動体と接触
体間の摺動面に侵入すると、この摺動面に傷が付いた
り、この部分から異音が発生したりするだけでなく、振
動体と接触体とが固着してしまうおそれがある。

【０００６】そこで、本発明の第１の目的は、櫛歯の溝
内への摩耗粉等の堆積を防止できるようにした振動歯駆
動装置を提供することにある。

【０００７】また、本発明の第２の目的は、摩耗に強い
摺動部材を用いた振動波駆動装置を提供することにあ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本願第１の発明では、櫛歯を有し、圧電変換によ
り振動を生じる振動体と、櫛歯に摺動部材を介して接触
する接触体とを相対移動させる振動波駆動装置におい
て、摺動部材によって櫛歯間の溝を覆うようにしてい
る。具体的には、振動体が、櫛歯が周方向に並んだ円環
状に形成されている場合に、円環状のシート材によって
摺動部材を形成し、櫛歯における接触体との摺動面又は
接触体における櫛歯との摺動面に取り付ける。

【０００９】すなわち、摺動部材により、櫛歯と接触体
間の接触摩擦を大きくするとともに、櫛歯間の溝を塞い
でこの溝内に摩耗粉等が堆積したり、溝内から摩耗粉等
が摺動面に侵入したりするのを防止して、安定したモー
タ特性が得られるようにしている。

【００１０】また、本願第２の発明では、摺動部材を、
フッ素樹脂を含む複合材料から形成し、摩耗粉等の発生
自体を抑えている。具体的には、フッ素樹脂と無機粉
末、耐熱性樹脂粉末又は金属粉末等との複合材料を用い
るのが好ましい。

【００１１】ここで、フッ素樹脂としては、ポリテトラ
フルオロエチレン樹脂、テトラフルオロエチレン−ヘキ
サフルオロプロピレン共重合体、テトラフルオロエチレ
ン−フルオロアルキルビニルエーテル共重合体、テトラ
フルオロエチレン−エチレン共重合体、ポリクロロフル
オロエチレン樹脂等を用いるのが望ましい。

【００１２】また、無機粉末としては、炭素繊維、球状
カーボン粉末、カーボンパウダー等の炭素化合物粉末
や、ガラス繊維、球状ガラス粉末、ガラス粉等のシリカ
化合物粉末等を用いるのが望ましい。

【００１３】さらに、耐熱性樹脂粉末としては、ポリイ
ミド樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、フラン樹
脂、ベンゾグアナミン樹脂、シリコーン樹脂、ポリイミ
ド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリベンゾイミダール
樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエーテ
ルエーテルケトン樹脂、ポリスルフォン樹脂、ポリオレ
フィン樹脂等を用いるのが望ましい。

【００１４】また、金属粉末としては、ステンレス粉
末、アルミナ粉末等を用いるのが望ましい。

【００１５】

【発明の実施の形態】

（第１実施形態）図１に、本発明の第１実施形態である
振動波モータを示している。この図において、５は振動
体である。この振動体５は、リング状の金属性弾性部材
２と、この弾性部材２の下面に周方向に並べられて接着
された複数個の圧電素子４とを有して構成されている。

【００１６】ここで、弾性部材２は、ステンレスやリン
青銅等から形成され、その上部は周方向に複数の歯がほ
ぼ等間隔で並んだ櫛歯状に形成されている。また、複数
の圧電素子４は、円周方向に交互に異なる方向（厚さ方
向）に分極処理されており、弾性部材２のほぼ半周を区
切りとした２群に分けられる。なお、圧電素子４の弾性
部材２に対する接着は、エポキシ樹脂系等の耐熱性接着
剤が用いられる。

【００１７】そして、弾性部材２の櫛歯の上面（摺動
面）には、フッ素樹脂を含む複合材料によってリング状
に形成された摺動シート１が、上記の耐熱性接着剤を用
いて接着されている。

【００１８】具体的には、摺動シート１は、フッ素樹脂
粉末（ダイキン製、商品名「Ｍ１２」）の８０重量部
と、カーボンファイバー（クレハ化学製、商品名「Ｍ２
０１Ｆ」）の１５重量部と、ポリイミド樹脂粉末（三笠
産業製、商品名「ＰＷ１０」）の５重量部とを乾式混合
したものを、２５０ｋｇｆ／ｃｍ²（２４．５ＭＰａ）
で加圧プレス成形し、これを３７０℃で２時間加熱して
フッ素樹脂の複合材料を得て、これを０．２ｍｍの厚さ
にカットしたものである。なお、摺動シート１の表面は
研磨仕上げされている。

【００１９】また、振動体５（弾性部材２）の櫛歯の上
面（摺動シート１の表面）には、リング状の移動体３の
下面（摺動面）が加圧接触する。ここで、移動体３は、
ＳＵＳ４４０で形成されており、摺動面は硬度Ｈｖ＝５
００以上に熱処理された後に４０００番前後の研磨加工
が施されている。

【００２０】このように構成された振動波モータにおい
て、２群の圧電素子４に互いに同周波数で９０°位相の
異なる２つの周波電圧を印加すると、圧電素子４が伸縮
運動し、これにより弾性部材２に縦振動と横振動が励起
される。そして、これら２つの振動の合成により、弾性
部材２に周方向に進行する進行性振動波が発生し、弾性
部材２（櫛歯）の上面の各質点が楕円運動する。なお、
弾性部材２の上部を櫛歯にすることにより、楕円運動が
増幅される。そして、この楕円運動が摺動シート１と移
動体３との摩擦によって移動体３に伝達され、移動体３
が回転駆動される。

【００２１】（本実施形態と従来例との具体的比較）こ
こで、直径が４０ｃｍであって、図２に示すように櫛歯
の上面のみに摺動シート２１（摺動シート１と同じ材質
・厚さのもの）を接着した従来の振動波モータを用いて
実験した結果、摺動シート２１の摩擦係数は０．２３で
あり、初期の起動トルクは８００ｇ・ｃｍであったが、
１００万回転動作後の起動トルクは７００ｇ・ｃｍまで
低下した。

【００２２】これに対し、同じく直径が４０ｃｍであっ
て、図１に示すように櫛歯間の溝を塞ぐように摺動シー
ト１を接着した本実施形態の振動波モータを用いて実験
した結果、摺動シート２１の摩擦係数は０．１８であ
り、初期の起動トルクは９００ｇ・ｃｍであったが、１
００万回転動作後の起動トルクも８６０ｇ・ｃｍにしか
低下しなかった。このことから分かるように、本実施形
態の振動波モータは、動作時間による起動トルクの変動
が少ない。

【００２３】また、従来の振動波モータでは、１００万
回転動作後の摩耗深さは２０μｍに達したが、本実施形
態の振動波モータでは３μｍにしかならず、摩耗量が少
なかった。

【００２４】さらに、従来の振動波モータでは、摩耗が
進むにつれて櫛歯間の溝の端部に、摩耗粉、脱落粉等が
多く観察され、異常な動作音が生じるとともに摺動面に
同心円状の傷が発生していたが、本実施形態の振動波モ
ータでは、異常な動作音の発生も認められず、摺動面に
傷が発生していなかった。

【００２５】次に、４５℃、９５％の雰囲気下におい
て、回転数３００ｒｐｍで３時間動作させた後、停止状
態で１０時間放置乾燥させた場合に、従来の振動波モー
タでは、手動で移動体２３を回転させるのに５０ｋｇｆ
・ｃｍのトルクを要した。これに対し、本実施形態の振
動波モータでは、１５ｋｇｆ・ｃｍのトルクしか要しな
かった。すなわち、従来の振動波モータでは、摺動シー
ト２１と移動体２３とが強く固着していたのに対し、本
実施形態の振動波モータでは、そのように強い固着は生
じなかった。

【００２６】このように、本実施形態の振動波モータで
は、櫛歯間の溝を塞いでこの溝内に摩耗粉等が堆積した
り溝内から摺動面に摩耗粉等が侵入したりするのを防止
しているため、長時間の運転後も起動トルクの変動等が
少なく安定したモータ特性が得られた。また、異常な動
作音や摺動面の傷の発生を抑制し、放置後の固着も弱め
るという効果も認められた。さらに、前述の材料によっ
て形成した摺動シート１を用いたので、摩耗が少なく摩
耗粉等の発生も抑えられた。

【００２７】なお、本実施形態では、摺動シートを振動
体５の摺動面に取り付けた場合について説明したが、本
発明は、摺動シートを移動体３の摺動面に取り付けた場
合にも適用できる。

【００２８】また、本発明は、以上の実施形態および変
形例、またはそれら技術要素を必要に応じて組み合わせ
て用いてもよい。

【００２９】（実施形態と請求の範囲との関係）上記実
施形態において、振動体５が請求の範囲にいう振動体
に、移動体３が請求の範囲にいう接触体に、摺動シート
１が請求の範囲にいう摺動部材にそれぞれ相当する。

【００３０】なお、以上が本発明の各構成と実施形態の
各構成の対応関係であるが、本発明はこれら実施形態の
構成に限られるものではなく、請求項に示した機構また
は実施形態の構成が持つ機能が達成できる構成であれば
どのようなものであってもよい。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本願第１の発明で
は、振動体に形成された櫛歯間の溝を摺動部材によって
塞いでいる。このため、本発明を用いれば、長時間の駆
動により生じた摩耗粉や樹脂等から脱落した脱落粉の溝
内への堆積を起こり難くすることができるとともに、溝
内から再び摺動面に摩耗粉等が侵入するのを防止でき、
安定したモータ特性が得られ、かつ異常な動作音や摺動
面の傷の発生を防止することができる。

【００３２】また、本願第２の発明では、第１の発明に
て用いる摺動部材を、フッ素樹脂を含む複合材料から形
成している。このため、本発明を用いれば、摩耗粉等自
体の発生を抑えることができ、よりモータの動作特性を
安定させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態である振動波駆動装置の
斜視図である。

【図２】従来の振動波駆動装置の斜視図である。

【符号の説明】

１，２１摺動シート２弾性部材３，２３移動体４圧電素子５，２２振動体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】櫛歯を有し、圧電変換により振動を生ず
る振動体と、前記櫛歯に摺動部材を介して接触する接触
体とを相対移動させる振動波駆動装置において、前記摺動部材によって前記櫛歯間の溝を覆ったことを特
徴とする振動波駆動装置。
【請求項２】前記振動体は、前記櫛歯が周方向に並ん
だ円環状に形成されており、前記摺動部材が、円環状のシート材からなることを特徴
とする請求項１に記載の振動波駆動装置。
【請求項３】前記摺動部材が、フッ素樹脂を含む複合
材料から形成されていることを特徴とする請求項１又は
２に記載の振動波駆動装置。