JP2003047262A - 振動体、振動波駆動装置および振動体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】摩擦材料に対する接着面積の拡大による接着強
度の増大をはかり、高摩擦係数の摩擦材料の使用による
加圧・出力トルクの増大に対して摩擦材の剥離を無く
し、研磨工程で負荷をかけても剥離しない振動体を提供
する。 【解決手段】弾性体１と、弾性体１の片面に接合された
圧電素子２と、１弾性体の他面に固着された摩擦材４と
を有し、圧電素子２の接合側と反対側が径方向に分割さ
れて櫛歯状に形成された振動体において、弾性体１に
は、前記摩擦部材４が嵌り込む凹部が形成され、摩擦部
材４が前記凹部に少なくとも２面あるいは１つの曲面を
用いて接着剤により固定されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は振動体、振動波モー
タ等の振動波駆動装置および振動体の製造方法に係り、
特に振動波モータのステータ等の振動体に確実かつ簡単
に摩擦材を固定することが可能で、摩擦材と弾性体間に
生じる剪断方向の力に対する充分な保持力を有する振動
体に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、振動波駆動装置は、駆動振動が
形成される振動体を基本的構成として有し、この振動体
に接触体を加圧接触させ、前記振動体と前記接触体とを
前記駆動振動により相対的に移動させるようにしたもの
で、例えば前記接触体として回転体とし、前記回転体を
回転駆動するようにしたものが提案されている。

【０００３】そして、前記振動体は、例えばリング状の
弾性体と、前記弾性体の片面に接着される電気−機械エ
ネルギー変換素子としての圧電素子とにより構成され、
例えば弾性体に対して空間的に互いに９０°の位相差を
持った位置に駆動相を有する圧電素子を配置し、この２
つの駆動相に互いに９０°の位相差を持つ２相の交番信
号を印加することによって弾性体上に進行波を発生さ
せ、これに接触体を圧接して摩擦力により駆動力を得る
ようにしている。

【０００４】なお、振動体と接触体との接触部には適切
な摩擦力を得るための摩擦材（摺動材）が接着、塗布、
または形成される。

【０００５】従来から摺動材を弾性体に張り付けたステ
ータ構造は、特許第2980541号公報等より公知であり、
図６に圧電振動部材およびこれを用いた振動波モータの
構造を示す。

【０００６】図中26は比較的堅いセラミックのスペー
サ、10は比較的薄い矩形の圧電プレートで、圧電プレー
ト10の４カ所に電極14,16,18,20がメッキにより形成さ
れている。セラミックスペーサ26は、接合剤により圧電
プレート10の短辺の中央に取り付けられている。そして
ばね付きの支持体44によりセラミックスペーサ26と物体
30との間に圧力を与え、これによりセラミックスペーサ
26の動きが物体30に伝達される構造となっている。

【０００７】図７は特開平11-122958号公報に記載の摩
擦材を振動体に張り付けたステータを用いた振動波モー
タの構造を示す。図において、1'はフッ素樹脂とポリイ
ミドの複合樹脂で形成された摩擦材で、リング状金属の
弾性体１に接着されている。４は中心軸、５は加圧用円
板ばねで、軸４に圧入後接着固定され、カラー６および
セットビス７で加圧を保持し、移動体３と摩擦材1'の間
に圧力を与え摺動面を形成している。摩擦材1'のような
複雑な形状を形成する手順としては、シート状の原材料
からトムソン型でリング状に抜き取り、櫛歯状突起の内
外径に合わせ櫛歯上面に接着材で張り付ける。そして接
着領域よりも面積の小さい摺動面を形成する突起を旋盤
により摩擦材上に形成している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来は弾性体に摩擦材
１‘を図７のようにのせ、摩擦材１’の弾性体側の面の
みを用いて接着するのが一般的であった。摩擦材１'の
コストを下げるためには摺動面の形成に最低限必要な大
きさしか持たない摩擦材が望ましい。

【０００９】しかし、このような摩擦材では接着面積が
狭く、駆動時のトルク反力あるいは摺動面研磨における
剪断方向の反力が接着層に作用したとき、この力に耐え
られるだけの十分な剪断方向の剛性を持たせるのが困難
であった。

【００１０】また、接着強度が低いため繰り返し応力に
よる疲労や経時劣化による剥離の危険があり、長期の使
用には不安があった。

【００１１】一方、振動波モータとしては高出力化を市
場からのニーズとして求められる。高出力化に伴いより
高摩擦係数の材料を摩擦材として採用し摺動面の面圧を
高くしなければならなかった。そのため摩擦材接着層に
作用する剪断方向の力は増大し剥離の危険性も増す。こ
れを回避するため図７のように接着領域よりも面積の小
さい摺動面を形成する突起を摩擦材上に設けるという複
雑な加工をしなければならず、さらに摺動面以外の部分
のサイズを大きくしなければならなかった。このように
製造工程が複雑かつ面倒でさらに材料費が高コストであ
った。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本出願に係る発明の目的
を実現する構成は、弾性体と、前記弾性体の片面に接合
された電気−機械エネルギー変換素子と、前記弾性体の
他面に固着された摩擦材とを有し、前記電気−機械エネ
ルギー変換素子の接合側と反対側が径方向に分割された
櫛歯状に形成された振動体において、前記弾性体には、
前記摩擦部材が嵌り込む凹部が形成され、前記摩擦部材
が前記凹部に装着固定されていることを特徴とする。

【００１３】この構成により、摩擦材の側面を接着面と
して使用することができ接着面積を広くとり接着強度を
上げより高摩擦係数の材料を使用し加圧を上げて出力ト
ルクを上げても摩擦材は剥離せず研磨工程で負荷をかけ
ても剥離しないため短時間で研磨が可能となる。摩擦材
量を小さくできるため、より安価に振動体を製造するこ
とができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）図１は本発
明の第１の実施の形態に用いる振動体を示す。円環状の
振動体は、円環状弾性体１の一方の面に圧電素子２が接
着されているもので、弾性体１の他方の面には放射状に
複数のスリットが形成され、複数の櫛歯を形成してい
る。そして、櫛歯上には摩擦材が接着固定されるための
溝３が旋盤加工あるいは金型成形により周方向に設けら
れている。

【００１５】図２はこの溝３に直方体摩擦材４をはめ込
んだ状態を示している。摩擦材４の摺動面はラップ研磨
され平面度は５μm以下である。本実施の形態ではロー
タの摺動面としてSUSを用いているが、他の無機材料で
もよく比較的硬度の高い材料が望ましい。摩擦材エッジ
に加圧が集中することを避けたいので、摩擦材４の幅
（径方向の幅）よりもロータ摺動幅を狭くし、摩擦材４
の該幅の間に該ロータ摺動幅が収まるのが好ましい。

【００１６】摺動面積を広くとりたい場合は、耐久性と
の兼ね合いで摩擦材４の内径よりもロータ摺動面の内径
を小さくすることも可能である。また前記ロータ摺動面
が摩擦材摺動幅に収まるならば、摩擦材が弾性体から突
出している必要はなく、櫛歯上面の溝以外の部分と摩擦
材が同一の高さで合っても良い。

【００１７】摩擦材４の接着手順としては、先ず溝３の
底に接着剤を塗布し、直方体の摩擦材４を溝３の内外周
側面と２辺で接するようにはめ込む。そして摩擦材４を
接着面に向け押圧することにより余分な接着剤が側面に
逃げ、溝３の側面と摩擦材４の接着に寄与する。

【００１８】摩擦材４に対する押圧力の大きさにより接
着層の厚みが変化し剪断方向の剛性におよぼすため、全
ての摩擦材４を均等に押圧することが望ましい。

【００１９】さらに、溝３の内外周側面と摩擦材４の間
にできる隙間５に接着剤を注ぎ込むことによって、より
強固に摩擦材４を接着固定することが可能である。な
お、より接着性を上げるためには複雑な形状にして接着
性を上げればよいが作業性の面から直方体のような簡単
な形状が好ましい。

【００２０】本実施の形態の直方体摩擦材４の寸法は、
１×1.4×0.5（ｔ）であり、手作業をするには小さい
が、前記櫛歯部に溝３があるため、摩擦材４の位置決め
は簡単である。摩擦材チップは、切削加工,焼結成形,プ
レス加工などで生成され、接着強度を上げるために摩擦
材接着面の表面粗さを0.1以上にすることが望ましい。

【００２１】この方法で摩擦材チップを固定することに
よって、原材料から効率よく摩擦材を生産することが可
能となり、材料費を大幅に削減することができ、摩擦材
接着工程の作業効率を向上することができた。勿論、従
来のように円環形状をしている摩擦材を張り付けた後、
櫛歯に合わせ切断してもよく、この場合も溝を設けるこ
とにより同じ効果が得られる。

【００２２】摩擦材４の材質として樹脂ＳＵＳセラミッ
クを用い、いずれにおいても摩擦材４の剥離は観測され
なかった。

【００２３】なお、接着剤はエポキシ系の接着剤を用い
たが耐熱性に優れたものであればなんでもよい。

【００２４】（第２の実施の形態）図３は本発明の第２
の実施の形態を示す。

【００２５】本実施の形態では、櫛歯の上面には摩擦材
６が嵌合するための凹部が金型成形により設けられてお
り、円筒状の摩擦材６が該凹部に接着固定されている。

【００２６】摩擦材接着は、まず溝底である前記凹部の
底部に接着剤を塗布し、φ1×1.5のピン摩擦材を溝の円
弧の面と両サイドの３面に接するようにはめ込み接着す
る。このような断面形状にしたのは安価な丸棒材を切断
するだけで効率よく摩擦材を生産することが可能とな
り、材料費を大幅に削減することができるからである。

【００２７】また、摩擦材の位置決めも前記凹部にピン
摩擦材を上下方向など関係なく乗せるだけなので非常に
簡単であり、接着工程の作業効率を向上することができ
るためである。摺動面７は必要な面積が得られるまで研
磨することによって形成した。本実施の形態のピン摩擦
材の材質はSUS420J2であり、接着力が小さいことによる
摩擦材の剥離はなかった。

【００２８】（第３の実施の形態）図４は本発明の第３
の実施の形態を示す。櫛歯の上面には球形の摩擦材８が
嵌合するため球状の凹部が金型成形により設けられてお
り、球形摩擦材８が接着固定されている。

【００２９】摩擦材接着は、まず溝底である前記凹部の
底部に接着剤を塗布し、球形の摩擦材８を円筒状の凹部
に落とし込み接着する。摩擦材８を球形にしたのは、球
にすることによる摩擦材加工コストの削減、および球に
することで摩擦材の方向性をなくし弾性体上への配置を
簡単にするためである。また摺動面７は必要な面積が得
られるまで研磨することによって形成した。本実施の形
態の球形摩擦材の材質はSUS420J2であり接着力が小さい
ことによる摩擦材の剥離はなかった。

【００３０】（第４の実施の形態）図５は本発明の第４
の実施の形態を示す。

【００３１】本実施の形態は、円環状の弾性体１に、摩
擦材９をはめ込むための凹部が金型成形により設けられ
ている。この凹部に櫛歯状に形成した摩擦材９を接着固
定することにより櫛歯状突起がステータに形成され、櫛
歯上面を研磨することによって摺動面を形成した。

【００３２】従来、櫛歯状突起を形成するには切削なら
ば櫛歯の数だけメタルソーで切り込みをいれていた。ま
た金型成形においては櫛歯のない部分の厚み精度を上げ
ることができなかった。しかしこの構成により凹部加工
後に櫛歯のない部分の面１０を研磨することで厚み精度
を上げることが容易である。このように摩擦材材料を用
いて櫛歯状突起を形成することによって、櫛歯形成工程
を簡略化するとともに、ステータの寸法精度を上げるこ
ともできた。摩擦材の面からは従来のような細かい接着
作業を省くことができた。

【００３３】

【発明の効果】請求項１、２に係る発明によれば、摩擦
材の側面を接着面として使用することにより接着面積を
広くとり接着強度を上げ、より高摩擦係数の材料を使用
し加圧を上げて出力トルクを上げても摩擦材は剥離せ
ず、研磨工程で負荷をかけても剥離しないため短時間で
研磨が可能となる。また、摩擦材量を小さくできるた
め、より安価に振動体を製造することができる。

【００３４】請求項３、４に係る発明によれば、摩擦材
原材料のコストダウンと摩擦材接着工程を簡単にするこ
とができる。

【００３５】請求項５に係る発明によれば、細かい摩擦
材接着作業をなくすことができ振動体の寸法精度も上げ
ることができる。

【００３６】請求項６、７に係る発明によれば、接着剤
を用いることなく摩擦材を固定できるため、接着剤の乾
燥時間や接着後十分な剪断応力が得られるまでの待機時
間などを待たなくて良い。

【００３７】請求項９に係る発明によれば、従来人の手
によって行われていた摩擦材の固定作業を工作機械によ
り行うことができるので摩擦材接着工程の作業効率を飛
躍的に改善することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る溝入れ加工後
の振動体の斜視図。

【図２】本発明の第１の実施の形態に係る櫛歯上面の斜
視図。

【図３】本発明の第２の実施の形態に係る櫛歯上面の斜
視図。

【図４】本発明の第３の実施の形態に係る櫛歯上面の斜
視図。

【図５】本発明の第４の実施の形態に係る摩擦材接着後
の振動体斜視図。

【図６】従来の振動波モータの概略図

【図７】従来の他の振動波モータの断面図

【符号の説明】

１ 弾性体 ２ 圧電素子 ３ 溝 ４ 直方体摩擦材 ５ 隙間 ６ ピン摩擦材 ７ 摩擦材摺動面 ８ 球形摩擦材 ９ 櫛歯摩擦材 10 弾性体の櫛歯のない部分の面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H680 AA01 AA06 AA12 BB03 BB17 CC02 CC07 DD01 DD15 DD23 DD27 DD35 DD53 DD55 DD65 DD66 DD73 DD87 DD92 DD97 EE02 FF03 FF04 FF08 FF12 FF14 FF33 GG01 GG11 GG20 GG42

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 弾性体と、前記弾性体の片面に接合され
   た電気−機械エネルギー変換素子と、前記弾性体の他面
   に固着された摩擦材とを有し、前記電気−機械エネルギ
   ー変換素子の接合側と反対側が径方向に分割されて櫛歯
   状に形成された振動体において、 前記弾性体には、前記摩擦部材が嵌り込む凹部が形成さ
   れ、前記摩擦部材が前記凹部に装着固定されていること
   を特徴とする振動体。
2. 【請求項２】 摩擦材は多面体に形成され、前記摩擦材
   の少なくとも２面あるいは１つの曲面を用いて前記凹部
   に前記摩擦材を位置決めかつ固着していることを特徴と
   する請求項１に記載の振動体。
3. 【請求項３】 前記摩擦材は、前記凹部に固着される段
   階でその形状が円筒形状であることを特徴とする請求項
   １に記載の振動体。
4. 【請求項４】 前記摩擦材は、前記凹部に固着される段
   階でその形状が球形状であることを特徴とする請求項１
   に記載の振動体。
5. 【請求項５】 前記櫛歯を構成する突起部を前記摩擦材
   により構成したことを特徴とする請求項１に記載の振動
   体。
6. 【請求項６】 前記凹部に前記摩擦材を圧入あるいは焼
   きばめすることにより該摩擦材を把持することを特徴と
   する請求項１記載の振動体。
7. 【請求項７】 前記凹部と前記摩擦材の寸法がすきまば
   めから中間ばめの間の嵌合になっており、該凹部に該摩
   擦材をはめ込むだけで摩擦材を支持していることを特徴
   とする請求項１に記載の振動体。
8. 【請求項８】 請求項１から７のいずれかに記載の振動
   体を有することを特徴とする振動波駆動装置。
9. 【請求項９】 請求項１から７のいずれかに記載の振動
   体における前記弾性体に前記摩擦材を取り付ける際にチ
   ップマウンタを用いることを特徴とする振動体の製造方
   法。