JPH1084682A - 振動波駆動装置および振動波駆動装置を有する機器 - Google Patents
振動波駆動装置および振動波駆動装置を有する機器Info
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- JPH1084682A JPH1084682A JP8237852A JP23785296A JPH1084682A JP H1084682 A JPH1084682 A JP H1084682A JP 8237852 A JP8237852 A JP 8237852A JP 23785296 A JP23785296 A JP 23785296A JP H1084682 A JPH1084682 A JP H1084682A
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- H02N2/10—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
- H02N2/106—Langevin motors
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- H—ELECTRICITY
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- 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
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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- 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
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 耐久性が高く、性能が安定した振動波駆動装
置を提供する。 【解決手段】 振動を発生する振動体と、前記振動体と
接触し、前記振動によって該振動体と相対移動する接触
体とを有する振動波駆動装置において、前記振動体の少
なくとも前記接触体と接触する第１の部分又は前記接触
体の少なくとも前記振動体と接触する第２の部分のいず
れか一方が樹脂を主成分とした材料から成り、他方が炭
化けい素又は炭化チタン又は炭化タングステンを主成分
とするセラミックである。
置を提供する。 【解決手段】 振動を発生する振動体と、前記振動体と
接触し、前記振動によって該振動体と相対移動する接触
体とを有する振動波駆動装置において、前記振動体の少
なくとも前記接触体と接触する第１の部分又は前記接触
体の少なくとも前記振動体と接触する第２の部分のいず
れか一方が樹脂を主成分とした材料から成り、他方が炭
化けい素又は炭化チタン又は炭化タングステンを主成分
とするセラミックである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は振動波駆動装置およ
び振動波駆動装置を有する機器に係り、特に振動体と接
触体との接触部の材料に関するものである。
び振動波駆動装置を有する機器に係り、特に振動体と接
触体との接触部の材料に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】振動波駆動装置の摩擦材料として、振動
体と、該振動体に接触する接触体との接触部の材料とし
て種々の組み合わせが提案されており、例えば特開平５
−２１１７８５号公報に記載の振動波駆動装置としての
振動波モータにおては、振動体の接触面と、この振動体
の接触面に接触する接触体としての移動体の接触面の材
料として、ポリイミド系樹脂とアルミナの組み合わせが
提案されている。
体と、該振動体に接触する接触体との接触部の材料とし
て種々の組み合わせが提案されており、例えば特開平５
−２１１７８５号公報に記載の振動波駆動装置としての
振動波モータにおては、振動体の接触面と、この振動体
の接触面に接触する接触体としての移動体の接触面の材
料として、ポリイミド系樹脂とアルミナの組み合わせが
提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来例では実際にモータとして駆動してみると、負荷
条件や回転数によっては樹脂の成分が相手材のアルミナ
表面に付着する、いわゆる移着膜と称する膜が形成され
ることがある。
た従来例では実際にモータとして駆動してみると、負荷
条件や回転数によっては樹脂の成分が相手材のアルミナ
表面に付着する、いわゆる移着膜と称する膜が形成され
ることがある。
【０００４】この移着膜が薄く均一に形成される限りに
おいては、摩擦係数が低下してトルクが小さくなるとい
う欠点が生じるだけで済む。つまり、摩擦係数が小さい
分だけ摩擦材料同士の圧接力を増大させれば良い。
おいては、摩擦係数が低下してトルクが小さくなるとい
う欠点が生じるだけで済む。つまり、摩擦係数が小さい
分だけ摩擦材料同士の圧接力を増大させれば良い。
【０００５】しかし、従来例ではモータの駆動条件によ
って移着膜の形成状態が異なり、この形成状態として
は、例えば、薄く均一に全面に形成される場合、全く形
成されない場合、あるいは所々に厚く形成される場合な
どさまざまである。
って移着膜の形成状態が異なり、この形成状態として
は、例えば、薄く均一に全面に形成される場合、全く形
成されない場合、あるいは所々に厚く形成される場合な
どさまざまである。
【０００６】そして、これらの移着膜の形成状態の差に
よって、モータ性能に変動が生じる。また、高湿度下に
モータを放置したり、その後低湿度下に再放置したりす
ると、樹脂とアルミナが接着されてしまって、いわゆる
摩擦材料同士の固着を生じる。固着を起こすと、モータ
が起動しなかったり、たとえ起動しても樹脂が部分的に
はぎ取られ、相手のアルミナ表面に付着する。そのた
め、摩擦しゅう動部の接触状態が不安定になり、モータ
の回転ムラを引き起こしてしまう。
よって、モータ性能に変動が生じる。また、高湿度下に
モータを放置したり、その後低湿度下に再放置したりす
ると、樹脂とアルミナが接着されてしまって、いわゆる
摩擦材料同士の固着を生じる。固着を起こすと、モータ
が起動しなかったり、たとえ起動しても樹脂が部分的に
はぎ取られ、相手のアルミナ表面に付着する。そのた
め、摩擦しゅう動部の接触状態が不安定になり、モータ
の回転ムラを引き起こしてしまう。
【０００７】本出願に係る第１の発明の目的は、耐久性
が高く、性能が安定した振動波駆動装置を提供すること
にある。
が高く、性能が安定した振動波駆動装置を提供すること
にある。
【０００８】本出願に係る第２の発明の目的は、前記し
た固着現象を生じない信頼性の高い振動波駆動装置を提
供することにある。
た固着現象を生じない信頼性の高い振動波駆動装置を提
供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本出願に係る第１の発明は、一方に樹脂を主成分と
する摩擦材料を使用した場合、相手の摩擦材料には炭素
と結合した金属間化合物（以下硬質炭化物と呼ぶ）を主
成分とする材料を使用することを特徴とする。
め、本出願に係る第１の発明は、一方に樹脂を主成分と
する摩擦材料を使用した場合、相手の摩擦材料には炭素
と結合した金属間化合物（以下硬質炭化物と呼ぶ）を主
成分とする材料を使用することを特徴とする。
【００１０】硬質炭化物の表面には移着膜が形成されに
くく、通常のモータの駆動条件下では形成されない。そ
の理由は明確ではないが、硬質炭化物が主に共有結合か
ら成る原子構造だからかも知れない。広く知られている
ように共有結合の物質はその結合力が強く、硬く、外部
のイオンなどとも容易には反応しない。本発明者が非常
に活性なアルミニウム合金（ＪＩＳ Ａ２２１８）と各
種材料（アルミナ、窒化けい素、炭化けい素、サイアロ
ンジルコニア、９５％ＷＣ超硬、ＣＶＤ ＴｉＣ膜）を
乾式で摩擦摺動試験した時も、炭化けい素及びＴｉＣ膜
はアルミの凝着が少なかった。
くく、通常のモータの駆動条件下では形成されない。そ
の理由は明確ではないが、硬質炭化物が主に共有結合か
ら成る原子構造だからかも知れない。広く知られている
ように共有結合の物質はその結合力が強く、硬く、外部
のイオンなどとも容易には反応しない。本発明者が非常
に活性なアルミニウム合金（ＪＩＳ Ａ２２１８）と各
種材料（アルミナ、窒化けい素、炭化けい素、サイアロ
ンジルコニア、９５％ＷＣ超硬、ＣＶＤ ＴｉＣ膜）を
乾式で摩擦摺動試験した時も、炭化けい素及びＴｉＣ膜
はアルミの凝着が少なかった。
【００１１】本出願に係る第２の発明は、前記の炭化け
い素セラミックを反応焼結法で作製したものを使用する
ことを特徴とする。
い素セラミックを反応焼結法で作製したものを使用する
ことを特徴とする。
【００１２】この方法で作られたセラミックは、粒状の
ＳｉＣとその間をＳｉ（けい素）で埋めた二相構造を呈
している。本発明者が硬さ試験したところ、ＳｉＣの部
分はビッカース硬さで２，８００でＳｉの部分は１，０
３０であった。この様に硬さが著しく異なる２つの相を
有する組織では、それをダイヤなどの遊離砥粒を用いた
ラッピング加工等の平滑化加工を行なうと、その相の間
で段差を生じる。この段差が次に述べる好しい効果を与
える。
ＳｉＣとその間をＳｉ（けい素）で埋めた二相構造を呈
している。本発明者が硬さ試験したところ、ＳｉＣの部
分はビッカース硬さで２，８００でＳｉの部分は１，０
３０であった。この様に硬さが著しく異なる２つの相を
有する組織では、それをダイヤなどの遊離砥粒を用いた
ラッピング加工等の平滑化加工を行なうと、その相の間
で段差を生じる。この段差が次に述べる好しい効果を与
える。
【００１３】振動波モータでは、振動体側の摩擦材料と
接触体としての移動体側の摩擦材料は常に密着してい
る。密着した二面間には通常微小な隙間が存在する。こ
の隙間に水分が凝縮すると、二面間に吸引力を生じ、二
面を引き離すために一定の力が必要になってくる。その
結果、振動波モータが起動しなくなるという深刻な問題
になる。それを防ぐために、摩擦材料の表面に凹凸を形
成させるという手段が考えられる。但し、この凹凸は摩
擦駆動を長時間実施してもその形状を維持する必要があ
る。その条件としては次の２点がある。
接触体としての移動体側の摩擦材料は常に密着してい
る。密着した二面間には通常微小な隙間が存在する。こ
の隙間に水分が凝縮すると、二面間に吸引力を生じ、二
面を引き離すために一定の力が必要になってくる。その
結果、振動波モータが起動しなくなるという深刻な問題
になる。それを防ぐために、摩擦材料の表面に凹凸を形
成させるという手段が考えられる。但し、この凹凸は摩
擦駆動を長時間実施してもその形状を維持する必要があ
る。その条件としては次の２点がある。
【００１４】１．凹凸を形成した面の摩耗が全くないこ
と。またはたとえ摩耗しても凹凸を保ったまま摩耗する
こと。
と。またはたとえ摩耗しても凹凸を保ったまま摩耗する
こと。
【００１５】２．樹脂材料側の移着膜により凹部が埋ま
らないこと。すなわち、移着膜がほとんど形成されない
こと。以上の条件に対して、ＳｉＣとＳｉの２相組織の
材料では、２相の硬さが異なるためたとえ摩耗したとし
てもＳｉＣの部分が凸部となる面を形成しながら摩耗が
進む。しかも、本発明者がその表面形状を調べたとこ
ろ、ＳｉＣとＳｉの境界で急激な段差が生じるのではな
く、ＳｉＣの中心部付近が最も高く、Ｓｉの中心部付近
が最もへこんでいる比較的なめらかな形状になることが
わかった。このなめらかな凹凸をもった表面形状によ
り、相手の樹脂摩擦材は削られることなく、また前述し
た密着現象も回避出来る。
らないこと。すなわち、移着膜がほとんど形成されない
こと。以上の条件に対して、ＳｉＣとＳｉの２相組織の
材料では、２相の硬さが異なるためたとえ摩耗したとし
てもＳｉＣの部分が凸部となる面を形成しながら摩耗が
進む。しかも、本発明者がその表面形状を調べたとこ
ろ、ＳｉＣとＳｉの境界で急激な段差が生じるのではな
く、ＳｉＣの中心部付近が最も高く、Ｓｉの中心部付近
が最もへこんでいる比較的なめらかな形状になることが
わかった。このなめらかな凹凸をもった表面形状によ
り、相手の樹脂摩擦材は削られることなく、また前述し
た密着現象も回避出来る。
【００１６】
（第１の実施の形態）図１は本発明の第１の実施の形態
を示す振動波駆動装置の一例であるリング状振動波モー
タを示している。この振動波モータの駆動原理等は特開
昭５９−２０１６８５号公報等により既に公知であるた
めここでは簡単に説明する。
を示す振動波駆動装置の一例であるリング状振動波モー
タを示している。この振動波モータの駆動原理等は特開
昭５９−２０１６８５号公報等により既に公知であるた
めここでは簡単に説明する。
【００１７】図１において、１は振動体であり、多数の
突起が形成されていて、その突起の先端、すなわち摩擦
接触部には摩擦材１ａが接合されている。この摩擦材は
２０重量パーセントの炭素繊維を含有したフッ素系の樹
脂である。
突起が形成されていて、その突起の先端、すなわち摩擦
接触部には摩擦材１ａが接合されている。この摩擦材は
２０重量パーセントの炭素繊維を含有したフッ素系の樹
脂である。
【００１８】一方、２は接触体としての移動体であり、
接触部には摩擦材が接合されている。３は振動体１に接
合された電気−機械エネルギー変換素子であり、交番電
圧を受けて振動体１の突起部に進行性振動波を発生させ
る。また、移動体２は振動体１に不図示の加圧手段の加
圧力を受けて加圧接触している。その結果、前記の移動
体が摩擦駆動力を受けて回転することになるが、この動
きは摩擦力を介して生じる相対的なもので、振動体を固
定すれば移動体が回転し、反対に移動体を固定すれば振
動体が回転する。
接触部には摩擦材が接合されている。３は振動体１に接
合された電気−機械エネルギー変換素子であり、交番電
圧を受けて振動体１の突起部に進行性振動波を発生させ
る。また、移動体２は振動体１に不図示の加圧手段の加
圧力を受けて加圧接触している。その結果、前記の移動
体が摩擦駆動力を受けて回転することになるが、この動
きは摩擦力を介して生じる相対的なもので、振動体を固
定すれば移動体が回転し、反対に移動体を固定すれば振
動体が回転する。
【００１９】図２は本実施の形態の振動波モータにおい
て検討した摩擦材料（試料１〜２５）の一覧である。
て検討した摩擦材料（試料１〜２５）の一覧である。
【００２０】これらの摩擦材料をリング状の薄板として
製作した後、移動体２の表面にエポキシ系接着剤で貼り
付けて摺動面とした。なお、試料２２〜試料２５の蒸着
で摩擦材料を作製するものについては、厚さ０．３ｍｍ
の高炭素工具鋼製のリング状薄板を基板としてその上に
各種蒸着膜を形成した。このリングは前述と同様に移動
体２の表面に接着剤で貼りつけた。
製作した後、移動体２の表面にエポキシ系接着剤で貼り
付けて摺動面とした。なお、試料２２〜試料２５の蒸着
で摩擦材料を作製するものについては、厚さ０．３ｍｍ
の高炭素工具鋼製のリング状薄板を基板としてその上に
各種蒸着膜を形成した。このリングは前述と同様に移動
体２の表面に接着剤で貼りつけた。
【００２１】その後、この摩擦摺動面に相当する面を、
３μｍ大のダイヤ砥粒を供給した銅製のラップ盤により
平滑化加工を施した。次に、１μｍ大のダイヤ砥粒を付
与した布製のバフを用いて、表面に存在する微小な鋭利
部を丸みを帯びたなめらかな形状にした。
３μｍ大のダイヤ砥粒を供給した銅製のラップ盤により
平滑化加工を施した。次に、１μｍ大のダイヤ砥粒を付
与した布製のバフを用いて、表面に存在する微小な鋭利
部を丸みを帯びたなめらかな形状にした。
【００２２】この処理により、本実施の形態で用いた各
種摩擦材料の中心線表面粗さ（Ｒａ）はすべて０．２５
μｍ以下になっていた。試料１９の反応焼結法により作
られた炭化けい素の場合は、硬質なＳｉＣの部分が０．
２μｍ程度Ｓｉ部より突出していた。但し、鋭利な所は
なく、図３（ｂ）に示すようになめらかな形状を呈して
いた。
種摩擦材料の中心線表面粗さ（Ｒａ）はすべて０．２５
μｍ以下になっていた。試料１９の反応焼結法により作
られた炭化けい素の場合は、硬質なＳｉＣの部分が０．
２μｍ程度Ｓｉ部より突出していた。但し、鋭利な所は
なく、図３（ｂ）に示すようになめらかな形状を呈して
いた。
【００２３】ここで、本実施の形態でいう凸部の割合に
ついて以下に示す。通常、材料の表面粗さの状態を分析
すると、最も凸部になった所から最も凹んだ所まで、そ
れらの占める面積がいろいろな割合で分布している。例
えば、砥石や遊離砥粒を使用して仕上げられた面は、最
も高い所の近傍と最も低い所の近傍の占める面積は比較
的小さくなっていて、図３（ａ）の様にベアリングレシ
オと称するグラフで表わせば、縦軸に凹凸の高さ、横軸
にそれの面積の累積値をとった時Ｓ字形状になる。
ついて以下に示す。通常、材料の表面粗さの状態を分析
すると、最も凸部になった所から最も凹んだ所まで、そ
れらの占める面積がいろいろな割合で分布している。例
えば、砥石や遊離砥粒を使用して仕上げられた面は、最
も高い所の近傍と最も低い所の近傍の占める面積は比較
的小さくなっていて、図３（ａ）の様にベアリングレシ
オと称するグラフで表わせば、縦軸に凹凸の高さ、横軸
にそれの面積の累積値をとった時Ｓ字形状になる。
【００２４】さて、本明細書中で定義する凸部の割合で
あるが、これは表面形状で最も高い所（Ｈ）から０．０
５μｍ低い所までの占める面積の割合とした。０．０５
μｍという値は前述の水分の凝縮を生じる可能性がある
距離である。つまりこの割合が大きい程水分が凝縮する
面積が増加し、前記した移動体と振動体の固着力も増加
する傾向があると考えられたから定義した。
あるが、これは表面形状で最も高い所（Ｈ）から０．０
５μｍ低い所までの占める面積の割合とした。０．０５
μｍという値は前述の水分の凝縮を生じる可能性がある
距離である。つまりこの割合が大きい程水分が凝縮する
面積が増加し、前記した移動体と振動体の固着力も増加
する傾向があると考えられたから定義した。
【００２５】なお、図２は移動体側に設けた摩擦材料の
一覧であるが、逆に移動体側にフッ素樹脂を基材にした
ものを接着し、反対にセラミック等を振動体側の摩擦面
に配置しても良い。
一覧であるが、逆に移動体側にフッ素樹脂を基材にした
ものを接着し、反対にセラミック等を振動体側の摩擦面
に配置しても良い。
【００２６】図２に示す各種の試料において、まず試料
１のステンレス鋼であるが、これは高炭素１３Ｃｒ系の
ステンレス鋼であり、焼入焼戻しによりビッカース硬さ
で７００に調質した。表面粗さは最大粗さで０．０５μ
ｍだったので、前述した定義より凸部の割合は１００％
になる。当材料、すなわちステンレス鋼側の摩耗量は、
図１の振動波モータにおいて１００時間駆動した結果
１．６μｍであった。なお、図２における結果はすべて
１００時間駆動した後の摩耗量である。
１のステンレス鋼であるが、これは高炭素１３Ｃｒ系の
ステンレス鋼であり、焼入焼戻しによりビッカース硬さ
で７００に調質した。表面粗さは最大粗さで０．０５μ
ｍだったので、前述した定義より凸部の割合は１００％
になる。当材料、すなわちステンレス鋼側の摩耗量は、
図１の振動波モータにおいて１００時間駆動した結果
１．６μｍであった。なお、図２における結果はすべて
１００時間駆動した後の摩耗量である。
【００２７】摩耗粉は赤さび状で、走査型電子顕微鏡で
観察したところ薄片状であり、鉄鋼材料で生じる典型的
なフレッチング摩耗に似ていた。また、相手材すなわち
フッ素樹脂側の摩耗量は１５μｍであった。なお、他の
材料の時も同じ傾向にあるが、一般に当材料の摩耗量が
多くなる程、樹脂側の摩耗量も多くなった。
観察したところ薄片状であり、鉄鋼材料で生じる典型的
なフレッチング摩耗に似ていた。また、相手材すなわち
フッ素樹脂側の摩耗量は１５μｍであった。なお、他の
材料の時も同じ傾向にあるが、一般に当材料の摩耗量が
多くなる程、樹脂側の摩耗量も多くなった。
【００２８】次に移動体と振動体の固着の程度である
が、この試験は振動波モータを１００時間駆動させて、
摩擦摺動面同士をなじませた後、相対湿度９５％の環境
下で４時間放置し、次に湿度を５０％に低下させて１日
放置したモータが一定の電圧で起動するかどうかで判断
した。固着の強いものは起動性不良と言うことになる。
当材料の摩擦表面の中心線平均粗さが０．０１μｍ以下
のものはすべて起動不良だった。起動性については当材
料の材質によるものではなく、摩擦面の表面粗さに依存
しているようである。
が、この試験は振動波モータを１００時間駆動させて、
摩擦摺動面同士をなじませた後、相対湿度９５％の環境
下で４時間放置し、次に湿度を５０％に低下させて１日
放置したモータが一定の電圧で起動するかどうかで判断
した。固着の強いものは起動性不良と言うことになる。
当材料の摩擦表面の中心線平均粗さが０．０１μｍ以下
のものはすべて起動不良だった。起動性については当材
料の材質によるものではなく、摩擦面の表面粗さに依存
しているようである。
【００２９】試料２〜試料４の３種の無電解ニッケルメ
ッキについては、すべて薄い移着膜が形成されたが、ボ
ロンを含むものはその移着膜の密着力が弱く、１００時
間駆動した後にメッキ表面に付着した移着膜を布でこす
ると比較的簡単にふき取れた。
ッキについては、すべて薄い移着膜が形成されたが、ボ
ロンを含むものはその移着膜の密着力が弱く、１００時
間駆動した後にメッキ表面に付着した移着膜を布でこす
ると比較的簡単にふき取れた。
【００３０】一方、試料５の電解クロムメッキしたもの
には強固な移着膜が形成され、しかも２μｍ程度の厚さ
でまだら状であった。試料７のアルマイトの様に硬さが
比較的小さいものはそれ自身の摩耗が大きかった。これ
は相手材の炭素繊維が摩耗を促進させたのかもしれな
い。
には強固な移着膜が形成され、しかも２μｍ程度の厚さ
でまだら状であった。試料７のアルマイトの様に硬さが
比較的小さいものはそれ自身の摩耗が大きかった。これ
は相手材の炭素繊維が摩耗を促進させたのかもしれな
い。
【００３１】逆に、試料１１〜試料２５のセラミック系
は、それ自身の摩耗量は皆無に等しかった。但し、相手
材料の摩耗量に大きな差異が認められた。
は、それ自身の摩耗量は皆無に等しかった。但し、相手
材料の摩耗量に大きな差異が認められた。
【００３２】試料１４と試料１６の移着膜が形成されや
すいもの程相手材料の摩耗量が多かった。ＳｉＣ等硬質
炭化物系のものは移着膜も認められず、しかも相手材の
摩耗量も１μｍ以下（測定誤差の範囲）であった。中で
も試料１９の反応焼結法で作られた炭化けい素セラミッ
クは平滑化処理をしたものの、表面粗さは中心線平均粗
さで０．０５μｍとなっており、比較的凹凸がある。こ
れはこのセラミックに元々気孔などが存在していたから
ではなく、前述した様に硬さの異なる二相組織だからで
ある。
すいもの程相手材料の摩耗量が多かった。ＳｉＣ等硬質
炭化物系のものは移着膜も認められず、しかも相手材の
摩耗量も１μｍ以下（測定誤差の範囲）であった。中で
も試料１９の反応焼結法で作られた炭化けい素セラミッ
クは平滑化処理をしたものの、表面粗さは中心線平均粗
さで０．０５μｍとなっており、比較的凹凸がある。こ
れはこのセラミックに元々気孔などが存在していたから
ではなく、前述した様に硬さの異なる二相組織だからで
ある。
【００３３】試料１〜試料２５の総合評価は以下の通り
である。なお、総合評価の判定は良：「○」、可：
「△」、不可：「×」の３段階で表示した。
である。なお、総合評価の判定は良：「○」、可：
「△」、不可：「×」の３段階で表示した。
【００３４】試料１〜試料１０、試料１４、試料１６に
ついては総合評価は「×」、試料１１〜試料１３、試料
１７、試料２０〜試料２２については総合評価は
「△」、試料１５、試料１８、試料１９、試料２３〜試
料２５については総合評価は「○」であった。
ついては総合評価は「×」、試料１１〜試料１３、試料
１７、試料２０〜試料２２については総合評価は
「△」、試料１５、試料１８、試料１９、試料２３〜試
料２５については総合評価は「○」であった。
【００３５】（第２の実施例）図４は本発明の第２の実
施の形態を示す。
施の形態を示す。
【００３６】本実施の形態は、振動波駆動装置として棒
状振動波モータを例にしたもので、図４（ａ）はモータ
全体の縦断面図を示す。
状振動波モータを例にしたもので、図４（ａ）はモータ
全体の縦断面図を示す。
【００３７】本実施の形態における振動体としての振動
子は、振動用及びセンサー用圧電素子（電気−機械また
は機械−電気エネルギー変換素子）１３と電極板１４を
挟持用の上部振動子構成体１１と下部振動子構成体１５
の間にはさんだ上、ボルト１６により締結した構成をし
ている。また、上部振動子構成体１１とボルト１６を電
気的に絶縁するために、絶縁シート１７が介装されてい
る。振動子の摺動面１１ｂに生じる振動変位の大きさは
くびれ部１１ｄの太さにより調整される。この摺動面１
１ｂには接触体としての移動体１２の摺動面１２ｂがコ
イルバネ１８の伸びようとする力で圧接されている。振
動子の摺動面１１ｂに生じた変位は、摩擦により移動体
１２に伝えられ、ギヤ１９を介して外部に出力される。
例えばギヤ１９にギア変速装置の入力ギア２０を噛合さ
せ、このギア変速装置の不図示の出力ギアを被駆動体
（不図示）に設けたギアに噛合させて該被駆動体を駆動
させることができる。前記被駆動体としてはレンズ鏡筒
内に設けられたレンズとすることができ、例えばオート
フォーカスのために該レンズを駆動する。
子は、振動用及びセンサー用圧電素子（電気−機械また
は機械−電気エネルギー変換素子）１３と電極板１４を
挟持用の上部振動子構成体１１と下部振動子構成体１５
の間にはさんだ上、ボルト１６により締結した構成をし
ている。また、上部振動子構成体１１とボルト１６を電
気的に絶縁するために、絶縁シート１７が介装されてい
る。振動子の摺動面１１ｂに生じる振動変位の大きさは
くびれ部１１ｄの太さにより調整される。この摺動面１
１ｂには接触体としての移動体１２の摺動面１２ｂがコ
イルバネ１８の伸びようとする力で圧接されている。振
動子の摺動面１１ｂに生じた変位は、摩擦により移動体
１２に伝えられ、ギヤ１９を介して外部に出力される。
例えばギヤ１９にギア変速装置の入力ギア２０を噛合さ
せ、このギア変速装置の不図示の出力ギアを被駆動体
（不図示）に設けたギアに噛合させて該被駆動体を駆動
させることができる。前記被駆動体としてはレンズ鏡筒
内に設けられたレンズとすることができ、例えばオート
フォーカスのために該レンズを駆動する。
【００３８】図４（ｂ）は図４（ａ）の摩擦摺動部の拡
大図であり、本実施の形態の摩擦材料を組み込んだ状態
を示す。
大図であり、本実施の形態の摩擦材料を組み込んだ状態
を示す。
【００３９】上部振動子構成体１１に別部材であるリン
グ形状の各種摩擦材料１１ａを接着結合した例である。
従来の上部振動子構成体は快削黄銅を切削加工した上、
全面に厚さ３０μｍ程度のＮｉ−Ｐ−ＳｉＣメッキを施
して、そのメッキそのものを摩擦材としていたが、本実
施の形態において上部振動子構成体１１は粉末焼結によ
り作製した。
グ形状の各種摩擦材料１１ａを接着結合した例である。
従来の上部振動子構成体は快削黄銅を切削加工した上、
全面に厚さ３０μｍ程度のＮｉ−Ｐ−ＳｉＣメッキを施
して、そのメッキそのものを摩擦材としていたが、本実
施の形態において上部振動子構成体１１は粉末焼結によ
り作製した。
【００４０】この粉末焼結はメタルインジェクション法
と呼ばれているもので、樹脂と鉄−クロム粉末を混合し
たものを射出成形で作り、脱バインダー、焼結工程を通
して製品となる。
と呼ばれているもので、樹脂と鉄−クロム粉末を混合し
たものを射出成形で作り、脱バインダー、焼結工程を通
して製品となる。
【００４１】また、リング状摩擦部材はステンレスや工
具鋼の場合はプレス打抜きであるが、アルミナ等のセラ
ミックは管状の焼成体を製作した後、ダイヤモンド砥粒
を含有した切断用砥石で輪切りにして、前記上部構成体
にエポキシ樹脂により接着した後、その摩擦摺動面に第
１の実施の形態におけるものと同様な平滑化加工を施し
た。本実施の形態において、セラミックの加工法は無孔
性アルミナを除いて上述の手順を採用したが、無孔性ア
ルミナについてはシート成形法により直接リング状部材
を打抜いた後、焼結して作った。
具鋼の場合はプレス打抜きであるが、アルミナ等のセラ
ミックは管状の焼成体を製作した後、ダイヤモンド砥粒
を含有した切断用砥石で輪切りにして、前記上部構成体
にエポキシ樹脂により接着した後、その摩擦摺動面に第
１の実施の形態におけるものと同様な平滑化加工を施し
た。本実施の形態において、セラミックの加工法は無孔
性アルミナを除いて上述の手順を採用したが、無孔性ア
ルミナについてはシート成形法により直接リング状部材
を打抜いた後、焼結して作った。
【００４２】一方、移動体側の摩擦部材については図４
（ｂ）に図示のように、移動体２の摩擦摺動面に樹脂製
の材料２ａをスプレーによりコーティングしている。
（ｂ）に図示のように、移動体２の摩擦摺動面に樹脂製
の材料２ａをスプレーによりコーティングしている。
【００４３】この樹脂はＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテ
ルケトン）で、本実施の形態で用いた振動波モータは直
径が１０ｍｍで、第１の実施の形態で用いた振動波モー
タに比べて小径なので、振動体の摩擦摺動部で発生させ
る変位を小さくする様に設計することが普通である。
ルケトン）で、本実施の形態で用いた振動波モータは直
径が１０ｍｍで、第１の実施の形態で用いた振動波モー
タに比べて小径なので、振動体の摩擦摺動部で発生させ
る変位を小さくする様に設計することが普通である。
【００４４】また、摩擦面の巾も外径に応じて小さくし
ており、それは、振動体の歪（無次元）を大きくすると
振動子の内部損失も大きくなる傾向があり、また摩擦接
触面の面圧を均一に保つためである。
ており、それは、振動体の歪（無次元）を大きくすると
振動子の内部損失も大きくなる傾向があり、また摩擦接
触面の面圧を均一に保つためである。
【００４５】第１の実施の形態で用いた樹脂製の摩擦材
には強化材として直径１０μｍ、長さ０．１ｍｍ程度の
太くて長い炭素繊維が使えるが、それは振動子の振巾も
大きく、摩擦摺動面の巾も広く、その面内で炭素繊維を
均一に分散させることが可能だからである。しかし本実
施の形態については摺動面が狭いため、前述した点を考
慮してＰＥＥＫには強化材は添加していない。
には強化材として直径１０μｍ、長さ０．１ｍｍ程度の
太くて長い炭素繊維が使えるが、それは振動子の振巾も
大きく、摩擦摺動面の巾も広く、その面内で炭素繊維を
均一に分散させることが可能だからである。しかし本実
施の形態については摺動面が狭いため、前述した点を考
慮してＰＥＥＫには強化材は添加していない。
【００４６】図５は本第２の実施の形態における振動波
モータを１００時間駆動した時の試料３１〜４６の摩擦
材料の結果である。
モータを１００時間駆動した時の試料３１〜４６の摩擦
材料の結果である。
【００４７】図５において、試料３１〜４６のすべての
材料については摩耗は認められなかったが、相手材とし
てのＰＥＥＫ材は当材料の表面粗さが大きいと摩耗する
傾向にあった。但し、試料４３のＳｉＣ（反応焼結法）
についてはＲａで０．０５μｍと若干粗いものの、ＰＥ
ＥＫの摩耗は認められなかった。さらにモータの起動性
も良好であった。
材料については摩耗は認められなかったが、相手材とし
てのＰＥＥＫ材は当材料の表面粗さが大きいと摩耗する
傾向にあった。但し、試料４３のＳｉＣ（反応焼結法）
についてはＲａで０．０５μｍと若干粗いものの、ＰＥ
ＥＫの摩耗は認められなかった。さらにモータの起動性
も良好であった。
【００４８】なお、各試料の摩耗量と起動性について
は、第１の実施の形態の場合と同等であった。すなわ
ち、試料４２〜４６（第１の実施の形態の試料１８、１
９、２３、２４、２５に相当）の炭化物系セラミック及
びその相手材はすべて殆ど摩耗していなかった。また、
起動性については、材質の差ではなく、表面形状に依存
していたことも第１の実施の形態と同じであった。
は、第１の実施の形態の場合と同等であった。すなわ
ち、試料４２〜４６（第１の実施の形態の試料１８、１
９、２３、２４、２５に相当）の炭化物系セラミック及
びその相手材はすべて殆ど摩耗していなかった。また、
起動性については、材質の差ではなく、表面形状に依存
していたことも第１の実施の形態と同じであった。
【００４９】試料３１〜試料４６において、起動性が良
好なのは試料３８と試料４３で、残りの試料は起動性が
不良であった。
好なのは試料３８と試料４３で、残りの試料は起動性が
不良であった。
【００５０】総合評価において、試料３１、３３、試料
３５〜４１が「×」、試料３２、試料３４、試料４２、
試料４４〜試料４６が「○」、試料４３が「◎」で優秀
なものであった。
３５〜４１が「×」、試料３２、試料３４、試料４２、
試料４４〜試料４６が「○」、試料４３が「◎」で優秀
なものであった。
【００５１】
【発明の効果】請求項１〜請求項３に係る発明によれ
ば、摩擦材料の耐摩耗性がセラミックを使用することで
向上したので、耐久性の高い振動波駆動装置を提供する
ことができる。
ば、摩擦材料の耐摩耗性がセラミックを使用することで
向上したので、耐久性の高い振動波駆動装置を提供する
ことができる。
【００５２】そして、特にＳｉＣを主成分とするセラミ
ックにおいてその効果が大きいため、振動波駆動装置を
長時間使用しても、その摩擦材料にＳｉＣを主成分とす
るものを使用すれば、相手材料が樹脂を主成分とするも
のであるなら、ＳｉＣの表面粗さすらほとんど変化しな
い。この事は表面粗さ及びその形状を最初に形成してお
けば、それらが長期にわたり保持されるので、移動体と
振動体の固着現象も緩和され、信頼性が高く性能が安定
した振動波駆動装置を提供することが可能になった。そ
して、安定にしかも高精度に被駆動体を駆動することが
できる。
ックにおいてその効果が大きいため、振動波駆動装置を
長時間使用しても、その摩擦材料にＳｉＣを主成分とす
るものを使用すれば、相手材料が樹脂を主成分とするも
のであるなら、ＳｉＣの表面粗さすらほとんど変化しな
い。この事は表面粗さ及びその形状を最初に形成してお
けば、それらが長期にわたり保持されるので、移動体と
振動体の固着現象も緩和され、信頼性が高く性能が安定
した振動波駆動装置を提供することが可能になった。そ
して、安定にしかも高精度に被駆動体を駆動することが
できる。
【図１】本発明による振動波駆動装置の第１の実施の形
態としての振動波モータを示し、（ａ）は斜視図、
（ｂ）は振動子の一部側面図、（ｃ）は駆動状態を示す
模式図。
態としての振動波モータを示し、（ａ）は斜視図、
（ｂ）は振動子の一部側面図、（ｃ）は駆動状態を示す
模式図。
【図２】第１の実施の形態で使用した各種摩擦材料とそ
の評価を示す図表。
の評価を示す図表。
【図３】表面粗さ形状とベアリングレシオと関係を示す
図。
図。
【図４】本発明による振動波駆動装置の第２の実施の形
態としての振動波モータを示す断面図。
態としての振動波モータを示す断面図。
【図５】図４の振動波モータの要部断面図。
【図６】第２の実施の形態で使用した各種摩擦材料とそ
の評価を示す図表。
の評価を示す図表。
１…振動体 １ａ…振動体側の摩擦材 ２…移動体 ２ａ…移動体側の摩擦材 ３…機械−電気エネルギー変換素子 ４…電極極
Claims (3)
- 【請求項１】 振動を発生する振動体と、前記振動体と
接触し、前記振動によって該振動体と相対移動する接触
体とを有する振動波駆動装置において、前記振動体の少
なくとも前記接触体と接触する第１の部分又は前記接触
体の少なくとも前記振動体と接触する第２の部分のいず
れか一方が樹脂を主成分とした材料から成り、他方が炭
化けい素又は炭化チタン又は炭化タングステンを主成分
とするセラミックであることを特徴とする振動波駆動装
置。 - 【請求項２】 上記炭化けい素セラミックは反応焼結法
で作製された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】 請求項１または２に記載の振動波駆動装
置を駆動源として被駆動体を駆動することを特徴とする
振動波駆動装置を有する機器。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8237852A JPH1084682A (ja) | 1996-09-09 | 1996-09-09 | 振動波駆動装置および振動波駆動装置を有する機器 |
| US08/923,466 US6107724A (en) | 1996-09-09 | 1997-09-04 | Vibration wave driving device and apparatus having the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8237852A JPH1084682A (ja) | 1996-09-09 | 1996-09-09 | 振動波駆動装置および振動波駆動装置を有する機器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1084682A true JPH1084682A (ja) | 1998-03-31 |
Family
ID=17021373
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8237852A Pending JPH1084682A (ja) | 1996-09-09 | 1996-09-09 | 振動波駆動装置および振動波駆動装置を有する機器 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6107724A (ja) |
| JP (1) | JPH1084682A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008160989A (ja) * | 2006-12-25 | 2008-07-10 | Canon Inc | 超音波モータ |
| US8004151B2 (en) | 2009-07-02 | 2011-08-23 | Panasonic Corporation | Drive unit |
| JP2012191846A (ja) * | 2012-04-25 | 2012-10-04 | Canon Inc | 摩擦部材及び振動型駆動装置 |
| WO2024116905A1 (ja) * | 2022-11-29 | 2024-06-06 | キヤノン株式会社 | 振動型アクチュエータ及びそれを有する医療機器、電子機器 |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA2328201A1 (en) | 1999-03-18 | 2000-09-21 | Trustees Of Boston University | Very large angle integrated optical scanner made with an array of piezoelectric monomorphs |
| JP4444395B2 (ja) | 1999-06-15 | 2010-03-31 | キヤノン株式会社 | 振動波駆動装置 |
| JP2001045774A (ja) | 1999-07-28 | 2001-02-16 | Canon Inc | 電気−機械エネルギー変換素子を振動源とする振動体、この振動体を駆動源とする振動波駆動装置、振動波駆動装置を有する装置およびこの振動体を搬送源とする搬送装置 |
| JP4596610B2 (ja) | 2000-05-31 | 2010-12-08 | キヤノン株式会社 | 振動波駆動装置 |
| JP3805242B2 (ja) * | 2001-12-07 | 2006-08-02 | キヤノン株式会社 | 振動波駆動装置 |
| GB2390480B (en) * | 2002-02-19 | 2005-06-22 | Maximilian Hans Hobelsberger | Piezo actuator |
| FR2844933B1 (fr) * | 2002-09-20 | 2004-11-26 | Sagem | Perfectionnements aux moteurs hautes puissances. |
| US7129618B2 (en) * | 2003-03-31 | 2006-10-31 | Canon Kabushiki Kaisha | Control apparatus capable of low-speed driving of vibration type driving apparatus, actuating apparatus using the control apparatus, control method capable of low-speed driving of vibration type driving apparatus, and storage medium storing program including program codes capable of realizing the control method |
| JP2008092748A (ja) * | 2006-10-05 | 2008-04-17 | Pentax Corp | 超音波モータ |
| JP5486212B2 (ja) | 2009-05-08 | 2014-05-07 | キヤノン株式会社 | 振動波駆動装置用振動体、及び振動波駆動装置用振動体の製造方法 |
| US10530277B2 (en) | 2016-06-10 | 2020-01-07 | Canon Kabushiki Kaisha | Friction member to contact opposite member, method for manufacturing friction member, vibration-type actuator, and electronic device |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59201685A (ja) * | 1983-04-30 | 1984-11-15 | Canon Inc | 振動波モ−タ |
| JPH072024B2 (ja) * | 1985-10-24 | 1995-01-11 | キヤノン株式会社 | 振動波モ−タ |
| GB2229045A (en) * | 1989-03-08 | 1990-09-12 | Alps Electric Co Ltd | Ultrasonic linear motor with U-shaped vibrating body |
| JP3030050B2 (ja) * | 1989-05-30 | 2000-04-10 | オリンパス光学工業株式会社 | 超音波モータ |
| JP2874762B2 (ja) * | 1989-06-05 | 1999-03-24 | キヤノン株式会社 | モータ駆動装置 |
| JP2935504B2 (ja) * | 1989-07-05 | 1999-08-16 | キヤノン株式会社 | モータ |
| JPH03117384A (ja) * | 1989-09-28 | 1991-05-20 | Canon Inc | 超音波モータの摩擦材 |
| JP2898053B2 (ja) * | 1990-03-28 | 1999-05-31 | キヤノン株式会社 | 振動波装置 |
| JP3015090B2 (ja) * | 1990-10-05 | 2000-02-28 | キヤノン株式会社 | 振動波駆動装置 |
| JP2714261B2 (ja) * | 1990-12-14 | 1998-02-16 | キヤノン株式会社 | 振動子および振動装置 |
| JPH05161368A (ja) * | 1991-11-29 | 1993-06-25 | Canon Inc | 振動波モータ |
| 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 |
| US5410204A (en) * | 1992-02-28 | 1995-04-25 | Olympus Optical Co. Ltd. | Ultrasonic oscillator |
| JP3167432B2 (ja) * | 1992-07-16 | 2001-05-21 | 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備えた機器 |
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-
1996
- 1996-09-09 JP JP8237852A patent/JPH1084682A/ja active Pending
-
1997
- 1997-09-04 US US08/923,466 patent/US6107724A/en not_active Expired - Lifetime
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US6107724A (en) | 2000-08-22 |
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