JP2005176507A - 振動波モータ及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 超音波モータの移動子を回転自在に支持する軸受けに潤滑材を注入した場合に、振動子と移動子の摩擦面側に潤滑材が付着するおそれがある。
【解決手段】 移動子を回転自在に支持する軸受けの潤滑材の注入部を、超音波モータの摩擦面よりも、沿面距離で遠くなる位置に設ける。
【選択図】 図１

Description

本発明は電気−機械エネルギー変換素子を用いた振動波モータに関するものであり、より詳細には振動波モータの軸受け及びハウジングに関するものである。

超音波モータ、圧電モータ等と称される振動波モータは、圧電素子、電歪素子等の電気−機械エネルギー変換素子を１／２波長のピッチで極性を逆にした２組の圧電素子群を、１／４波長ずらせて配列させて弾性体に接着固定し、これらに約９０度位相のずれた交番電圧を印加することにより弾性体に進行性の高周波振動を発生させ、弾性体の上記素子を接着固定した側とは反対の端面に楕円運動を発生させる。そして、この端面にバネ部材等により押圧接触させた移動子（接触体）を摩擦力によって駆動するように構成されたものである。

なお、振動波モータの高寿命化及び性能安定化を図るため、振動子または移動子の少なくともどちらか一方の摩擦面には表面改質材料や高分子材料などからなるライニング材が接着剤等により固定されている場合が多い。

振動波モータは安定した摩擦力を得るために摺動面の接触状態を均一に保つことが必要である。そのため、振動子（あるいはライニング材）と移動子の接触面の平面度および表面粗さ等に高精度を要求されると共に、摩擦係数を変化させるような異物や水分及び油脂分の付着がないようにする必要がある。

このため、適切な加工を行うことにより、接触面の平面度および表面粗さを満たし、水分については、例えば特開平10-191664に開示されているように、モータケースを密閉して水分の浸入を防止して、更にモータケース内部に乾燥剤を入れてモータ内部湿度が過度に上昇しないようにしている例がある。また、油脂分についても、モータ内部に、滲み防止剤を塗布して、摩擦面に油脂分が滲み出すのを防止したり、モータ軸を軸支する転がり軸受けには、軸受け内部の潤滑グリスが漏れ出しにくいようにシールドカバー付きの軸受けを使用したりしている。

図6に、移動子が軸受けにより回転自在に軸支された超音波モータの一例を示す。

１はリング状振動子であり、ベース１３に固定保持されたリング状の金属弾性体３と、この金属弾性体３の下端面に、耐熱性のエポキシ樹脂系接着剤で同心円状に接着された圧電素子群４と、金属弾性体３の上端面に同様に接着されたＰＴＦＥ複合樹脂などからなる摺動材５とから構成されている。

また、金属弾性体３の上部には、駆動効率を上げるために櫛歯状に複数の溝が周方向に規則的に形成されている。

２は耐摩耗性を考慮した材料により形成されたリング状の移動子である。

６は加圧バネである。この加圧バネ６の内周部は、振動体１および移動体２の内周側に配置された出力軸８に一体的に取り付けられたバネ保持部材９，１０によって挟持され、出力軸８と一体回転が可能となっている。出力軸８は、ベース１３に軸受け１１，１２を介して回転自在に支持されている。

加圧バネ６の外周近傍部は、移動子２を振動子１の方向（出力軸８の軸方向）に押している。また、移動子２のバネ受け面（図２に示す２ｂ）と加圧バネ６との間には、リング状のゴム（振動吸収体、ゴム状弾性体）７が配設されている。

以上のように構成された振動波モータにおいて、２群の圧電素子群４に振動体１の固有の周波数近辺の周波信号（例えば、交流電圧）を印加すると、振動体１に振動が励起され、その周方向に進行性振動波が発生する。これにより、加圧バネ６によって振動体１に加圧接触させられている移動子２が振動子１と移動子２の摺動面の摩擦力により回転駆動される。そして、この移動子２の駆動力は、ゴム７および加圧バネ６を介して出力軸８に伝達される。

また、15はエンコーダヘッドでありエンコーダベース17に取り付けられている。16は反射型のエンコーダスケールであり出力軸8に固定されている。14はモータカバーであり、エンコーダを収納するとともに、モータ内部への湿気やごみの侵入を防止する役割をしている。

図7に、前記超音波モータに用いられていたラジアルボールベアリングの一例の断面図を示す。図7において、21は内輪軌道面、22は内輪、23は外輪軌道面、24は外輪、25は玉、26はシールドカバー、27は玉の保持器であり、26のシールドカバーは、軸受け内部へのごみの侵入、及び潤滑グリスの飛散防止の役割を果している。32は軸受け内部に注入された潤滑グリスである。図8は、更に密閉性を向上させるためにシールドカバーを、接触タイプのシールとした例である。図9に、図8の接触シール部aの拡大図を示す。26aは金属製のリングであり、その周辺部はゴム材26ｂにより被覆されており、内輪22と外輪24と接触している。このような接触タイプのシールを用いた軸受けの例は、特開平09-242764等に開示されている。

上記従来例に示される転がり軸受けは、その製造工程において、シールドカバーや接触シールを組み付ける前にグリスガン等を用いて、潤滑グリスを軸受け内部に注入する。図10はグリスガン31により、潤滑グリス32を注入する様子を示した図である。図11は、シールドカバーを装着し終わった状態を示す図である。このように軸受けの組立て直後は、潤滑グリスの粘度が高いため、注入側に偏って滞留することになる。

潤滑グリスの注入量は、軸受け内部の空間容積に対して、軸受けの回転速度が軸受けの許容回転数の
（１）50％以下の時、1／2〜2／3
（２）50％以上の時、1／3〜1／2
程度の量を注入する。

超音波モータは、低速高トルクであることが特徴であり、数ｒｐｍから数百ｒｐｍの範囲で使用されるのが一般的であり、一方軸受けの許容回転数は数千ｒｐｍあるので、上記の（１）の条件に相当し、注入量は多くなるのが一般的である。また、（１）の条件で注入すると、シールドカバーの片方の内側一杯に潤滑グリスが満たされた状態となる。

超音波モータは、摩擦駆動により駆動されるので、起動停止が極めて早いと言う特徴がある。このため、駆動時間が十分経過して、潤滑グリスが撹拌されて軸受け内部に一様に分布するようになるまでの間、特に運転の初期においては、その起動停止の早さ故に、軸受けのシールドカバーや接触シールの接触面から潤滑グリスが、外部に漏れ出し、飛散してしまう結果となる。また、潤滑グリスは高温になると粘度が減少すると言う特性がある。このため、モータが連続で駆動されるような駆動条件ではモータ内部温度が上昇して、それにともない軸受け温度も上昇して、潤滑グリスの粘度が低下し、更に飛散しやすくなってしまう。

ところが、このような軸受けは表裏同じ形状をしているので、シールドカバーを組み付けた完成品では、どちらの側がグリス注入側か見分けがつかない。

従って、転がり軸受けをハウジングに装着すると、図6の超音波モータの図に示される軸受け12を例に説明すると、潤滑グリス注入側が、1／2の確率で図の上側になったり（摩擦面に近い側）、下側になったり（摩擦面から沿面距離で遠い側）することになる。

仮に、軸受け12の潤滑グリス注入側が図の上側になったとすると、モータ内部、すなわち、振動子と移動子の摩擦面側に潤滑グリスを飛散させる結果となる。

飛散した潤滑グリスが摩擦面に付着し、モータ特性に影響を及ぼしたり、エンコーダヘッドやエンコーダスケールに付着して、エンコーダ出力信号に影響を及ぼすことがあった。

上記従来の課題を解決するための第一の手段は、潤滑グリスの注入側を、超音波モータの摩擦面より、沿面距離で遠い側に配置すること。

第二の手段は、前記潤滑グリスの注入側識別手段を設けて、注入側を超音波モータの摩擦面より、沿面距離で遠い側に配置すること。

第三の手段は、軸受けとハウジングの装着方向を一方向のみ可能な形状とし、注入側を超音波モータの摩擦面より、沿面距離で遠い側に配置すること。

第四の手段は、潤滑グリスの注入量を30％以下として、潤滑グリスの飛散量をモータ特性に影響を与えないレベル以下にする。

第五の手段は、潤滑グリスの注入量を30％以下にするとともに、注入側を摩擦面から遠い側に配置する。

以上のように本発明では、転がり軸受けの潤滑剤注入側を超音波モータの摩擦面から、沿面距離で遠い側に配置することによって、摩擦面への潤滑剤の付着を防止して、モータ特性を安定させる効果が得られた。

また、潤滑グリスの注入量を30％以下のすることによって、モータ軸受けの耐久性をそこなうことなく、飛散量を少なく抑えて、モータ特性も安定させることが可能となった。

特に、長時間連続駆動されてモータ内部温度が上昇し、軸受けの潤滑グリスの粘度が低下して飛散しやすくなるような用途で、かつ高精度・高耐久が要求されるような用途で効果が大きい。例えば、電子写真装置のドラム駆動や転写ベルト駆動がその例である。

以下本発明を図面に示す実施例に基づいて説明する。

図１は、本発明の第１の実施例を示す軸受けの断面図である。

図１の実施例では、潤滑グリス注入側には、シールドカバー26を設け、注入側と反対側には接触シールを設けて、注入側を識別可能とし、注入側を超音波モータの摩擦面から沿面距離で遠い側に向けてハウジングに組み付ける。この実施例では、接触シール側を摩擦面側としたので、更に効果が大きい。

図2は、本発明の第二の実施例を示す図であり、シールドカバーの色を変えることにより注入側を識別可能としている。図２の例では、注入側を無塗装（26）とし、反対側を塗装（26′）して着色している。図2の例では、塗装の有無で識別しているが、ゴムで被覆された接触シールの被覆ゴムの色調を変えたり、シールドカバーに刻印をつけたりしてもよい。

図3は、本発明の第三の実施例を示す図である。図3では、外輪にフランジ24aを設けて方向判別可能としている。図3の実施例では、グリス注入側をフランジ無しとしている。

図４は、本発明の第四の実施例を示す図である。図で示されるように、軸受けのフランジ形状に、嵌合するハウジング形状とすることによって、方向を判別できるようにするとともに誤挿入を防止している。図4で、軸受けのフランジ24aとハウジング13aの凹部13bとが丁度嵌合する形状となっている。

次に、表１は、潤滑グリスの注入量の違いによる、（１）グリスの飛散量、（２）モータ特性、（３）モータ軸受け耐久性を実験により比較したものである。

表1から、明らかなようにグリスの注入量が多いほど飛散量が多くなり、30％以下では少なくなり、飛散量が少なくなることによってモータ特性も安定することがわかる。また、モータの耐久性は、逆に注入量が少なくなると軸受け自体の耐久性がやや不利になるが、問題になる値ではなかった。

表１の結果から、潤滑グリスの注入量は軸受け空間容積の30％以下とするのが望ましい。

第１の実施例。 第２の実施例。 第３の実施例。 第４の実施例。 第４の実施例による振動波モータの例。 従来の振動波モータの例。 従来の転がり軸受けの例1。 従来の転がり軸受けの例2。 図8の接触シール部aの拡大図を示す。 グリスガン31により、潤滑グリス32を注入する様子を示した図である。 シールドカバーを装着し終わった状態を示す図である。

符号の説明

1 振動子
2 移動子
3 金属弾性体
4 圧電素子
5 摺動材
6 加圧ばね
7 ゴム
8 出力軸
9 ばね保持部材
10 ばね保持部材
11 軸受け
12 軸受け
13 ベース
14 モータカバー
15 エンコーダヘッド
16 エンコーダスケール
17 エンコーダベース
21 内輪起動面
22 内輪
23 外輪軌道面
24 外輪
25 玉
26 シールドカバー
26′ シールドカバー
26a 金属リング
26b 被覆ゴム
27 保持器
31 グリスガン
32 潤滑グリス

Claims (8)

1. 電気−機械エネルギー変換素子に交番電界を加えることにより、振動波が励起される振動子と、前記振動子の摩擦面に加圧手段を介して加圧接触する移動子を有し、前記移動子を振動波により相対的に摩擦駆動する振動波モータにおいて、前記移動子は、潤滑グリスが注入された少なくとも１ヶ以上の転がり軸受けにより回転自在に軸支されており、前記転がり軸受けの前記注入側を、前記摩擦面からの位置が、沿面距離で遠い側に配置したことを特徴とする振動波モータ。
2. 前記転がり軸受けに、潤滑グリス注入側識別手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の振動波モータ。
3. 請求項2記載の識別手段は、シールの有無またはシールの色調、材質、刻印、印刷、形状、シール装着方法の少なくとも一つ以上の識別手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の振動波モータ。
4. 識別手段は、溝、フランジ、スナップリング、刻印、塗装、印刷、粗し加工の内少なくとも１種類以上の識別手段を、内輪と外輪の少なくとも一方に設けたことを特徴とする請求項1記載の振動波モータ。
5. 転がり軸受けとハウジング部材との嵌合部形状を、一方向のみ装着可能としたことを特徴とする請求項1記載の振動波モータ。
6. 電気−機械エネルギー変換素子に交番電界を加えることにより、振動波を励起される振動子と、前記振動子の摩擦面に加圧手段を介して加圧接触する移動子を有し、前記移動子を振動波により相対的に摩擦駆動する振動波モータにおいて、前記移動子は、潤滑グリスが注入された少なくとも１ヶ以上の転がり軸受けにより回転自在に軸支されており、前記潤滑グリス注入量を転がり軸受けの空間容積の30％以下としたことを特徴とする振動波モータ。
7. 前記潤滑グリス注入量を転がり軸受けの空間容積の30％以下としたことを特徴とする請求項1ないし請求項5記載の振動波モータ。
8. 請求項1乃至請求項7記載の振動波モータを用いた装置。

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