JP2675911B2 - 振動波駆動装置 - Google Patents
振動波駆動装置Info
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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
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 圧電素子、電歪素子等の電気−機械エネルギー変換素
子の振動を利用する振動波駆動装置に関する。
子の振動を利用する振動波駆動装置に関する。
［従来の技術］ 前述した変換素子の振動を利用した振動波モーター
は、これまで数多く提案されてきた。これら従来装置
は、例えば第６図，第７図に示す様に、リング状の弾性
体１に圧電性のセラミックス２を接合したステータに、
ロータ３が軸棒４を介して加圧バネ５により加圧されて
いる。弾性体１はフェルトなどの振動絶縁体６を介して
支持板７によって支持されている。軸棒４は軸受８によ
って回転自由に支持されており、またこの軸棒４とロー
タ３は一体的に結合されているので、ロータ３は軸棒４
を回転の中心としてふれることなく回転することができ
る。圧電性セラミックス２に不図示の駆動回路より時間
的位相がπ/2ずれた２相の交流電界を印加すると、ステ
ータには進行性振動波が発生しロータ３はステータとの
摩擦力により、振動波の進行方向と逆方向に回転する。
は、これまで数多く提案されてきた。これら従来装置
は、例えば第６図，第７図に示す様に、リング状の弾性
体１に圧電性のセラミックス２を接合したステータに、
ロータ３が軸棒４を介して加圧バネ５により加圧されて
いる。弾性体１はフェルトなどの振動絶縁体６を介して
支持板７によって支持されている。軸棒４は軸受８によ
って回転自由に支持されており、またこの軸棒４とロー
タ３は一体的に結合されているので、ロータ３は軸棒４
を回転の中心としてふれることなく回転することができ
る。圧電性セラミックス２に不図示の駆動回路より時間
的位相がπ/2ずれた２相の交流電界を印加すると、ステ
ータには進行性振動波が発生しロータ３はステータとの
摩擦力により、振動波の進行方向と逆方向に回転する。
弾性体１はモータの効率を向上させるためにロータ３
に接する、摺動面側に等間隔若しくは不等間隔に設けら
れた多数のスリット1aを有しており、また、スリット1
a、基体1b、突起1cからなる弾性体１の材質も振動によ
るエネルギーロスの少ない金属（振動減衰の少ない金
属）、例えばステンレス、炭素鋼、真ちゅう、リン青銅
などが用いられていた。
に接する、摺動面側に等間隔若しくは不等間隔に設けら
れた多数のスリット1aを有しており、また、スリット1
a、基体1b、突起1cからなる弾性体１の材質も振動によ
るエネルギーロスの少ない金属（振動減衰の少ない金
属）、例えばステンレス、炭素鋼、真ちゅう、リン青銅
などが用いられていた。
［発明が解決しようとしている課題］ この様な弾性体１の形状及び材料は高性能な振動波モ
ータを設計する上では不可欠の条件であると考えられて
いる。
ータを設計する上では不可欠の条件であると考えられて
いる。
従来は、この弾性体１に設けられたスリット1aを機械
加工により、１個づつ切削して形成していたので、弾性
体１の加工コストが上がってしまい、振動波モータのコ
ストもよってしまうという問題があった。
加工により、１個づつ切削して形成していたので、弾性
体１の加工コストが上がってしまい、振動波モータのコ
ストもよってしまうという問題があった。
この問題を解決するために、弾性体１を鍛造法により
形成することが提案されていた。
形成することが提案されていた。
しかし、この鍛造では、スリット1aのピッチやスリッ
トの深さなどを安定して成形する点において加工上の限
界があり、現在求められているモータ性能を維持できる
だけのスリット数、スリット深さを形成できないこと、
また、材質的にも鍛造する上では展性に豊んだ材料であ
ることが求められるが、振動体として適しているステン
レスや真ちゅうは、鍛造には、不向きな材料であること
から、鍛造で形状を一発成形するのは困難であった。
トの深さなどを安定して成形する点において加工上の限
界があり、現在求められているモータ性能を維持できる
だけのスリット数、スリット深さを形成できないこと、
また、材質的にも鍛造する上では展性に豊んだ材料であ
ることが求められるが、振動体として適しているステン
レスや真ちゅうは、鍛造には、不向きな材料であること
から、鍛造で形状を一発成形するのは困難であった。
［課題を解決するための手段（及び作用）］ 燒結合金は密度が60％〜95％ぐらいであり材料自体に
微少な穴があいているため振動を減衰しやすいので、振
動体には不向きと考えられていたが、成形時の密度を80
％越える様にすることすなわち空孔率を20％以下にする
こと、また更に焼結材の穴の中に金属又は高分子化合物
を含浸又は溶浸することにより、振動体として使える様
にしたものである。
微少な穴があいているため振動を減衰しやすいので、振
動体には不向きと考えられていたが、成形時の密度を80
％越える様にすることすなわち空孔率を20％以下にする
こと、また更に焼結材の穴の中に金属又は高分子化合物
を含浸又は溶浸することにより、振動体として使える様
にしたものである。
本発明の請求項（１）は、弾性体に電気−機械エネル
ギー変換素子を機能的に結合させた振動体を有し、該振
動体に被駆動体を加圧接触し、前記変換素子に電気信号
を印加することにより前記振動体に発生させた振動波に
より前記被駆動体を前記振動体と相対的に移動させる振
動波駆動装置において、前記振動体の弾性体として空孔
率が20％以下の焼結体を用い、且つ前記焼結体で成形さ
れた弾性体に金属又は高分子化合物を含浸又は溶浸させ
た振動波駆動装置を特徴とする。
ギー変換素子を機能的に結合させた振動体を有し、該振
動体に被駆動体を加圧接触し、前記変換素子に電気信号
を印加することにより前記振動体に発生させた振動波に
より前記被駆動体を前記振動体と相対的に移動させる振
動波駆動装置において、前記振動体の弾性体として空孔
率が20％以下の焼結体を用い、且つ前記焼結体で成形さ
れた弾性体に金属又は高分子化合物を含浸又は溶浸させ
た振動波駆動装置を特徴とする。
請求項（２）の発明は、弾性性に電気−機械エネルギ
ー変換素子を機能的に結合させた振動体を有し、該振動
体に被駆動体を印加接触し、前記変換素子に電気信号を
印加することにより前記振動体に発生させた振動波によ
り前記被駆動体を前記振動体と相対的に移動させる振動
波駆動装置において、前記振動体の弾性体には前記被駆
動体との接触側に複数のスリット部を形成するものであ
り、前記弾性体として空孔率が20％以下の焼結体で前記
スリット部も含めて前記弾性体を成形し、且つ前記焼結
体で成形された弾性体に金属又は高分子化合物を含浸又
は溶浸させた振動波駆動装置を特徴とする。
ー変換素子を機能的に結合させた振動体を有し、該振動
体に被駆動体を印加接触し、前記変換素子に電気信号を
印加することにより前記振動体に発生させた振動波によ
り前記被駆動体を前記振動体と相対的に移動させる振動
波駆動装置において、前記振動体の弾性体には前記被駆
動体との接触側に複数のスリット部を形成するものであ
り、前記弾性体として空孔率が20％以下の焼結体で前記
スリット部も含めて前記弾性体を成形し、且つ前記焼結
体で成形された弾性体に金属又は高分子化合物を含浸又
は溶浸させた振動波駆動装置を特徴とする。
請求項（３）の発明は、さらに前記弾性体に吸振性の
低い銅などの金属又は高分子化合物を含浸又は溶浸させ
た振動波駆動装置を特徴とする。
低い銅などの金属又は高分子化合物を含浸又は溶浸させ
た振動波駆動装置を特徴とする。
［実施例］ 第１図は、弾性体１を燒結合金としての鉄系燒結材で
一発成形した上で、該成形された振動体（鉄系燒結材）
の振動特性と、従来使用していた弾性体材料（SUS420J
2）の振動特性とを比較した結果を示す。
一発成形した上で、該成形された振動体（鉄系燒結材）
の振動特性と、従来使用していた弾性体材料（SUS420J
2）の振動特性とを比較した結果を示す。
この鉄系燒結材は鉄（Fe）に炭素（Ｃ）が0.2〜1.0
％、銅（Cu）１〜５％の材料である。また、振動特性を
さらに良くするために空孔率を10％程度にしている。
％、銅（Cu）１〜５％の材料である。また、振動特性を
さらに良くするために空孔率を10％程度にしている。
第１図において、横軸は、周波数、縦軸は一定の周波
電圧を印加した時の振動アドミッタンスであり、この図
では、印加電圧を振動体１の共振周波数近傍でスイープ
したときの振動アドミッタンスを示している。振動体１
（第６図，第７図参照）は、共振点において、一定の印
加電圧を加えられていたとき、可能な限り大きい振幅で
あること、すなわち、振動アドミッタンスが大きいこと
が望まれるので、この第１図では共振点でのピークが高
い方がよいことになる。
電圧を印加した時の振動アドミッタンスであり、この図
では、印加電圧を振動体１の共振周波数近傍でスイープ
したときの振動アドミッタンスを示している。振動体１
（第６図，第７図参照）は、共振点において、一定の印
加電圧を加えられていたとき、可能な限り大きい振幅で
あること、すなわち、振動アドミッタンスが大きいこと
が望まれるので、この第１図では共振点でのピークが高
い方がよいことになる。
第１図（ａ）は燒結材（Fe系）で、また第１図（ｂ）
は従来の材料（SUS420J2）である。第１図（ａ），
（ｂ）でわかる様に振動体１単体では、SUS420J2の方が
振動特性はよく、また、共振の尖鋭度Ｑ値を比較しても
燒結材Ｑ＝800、SUS420J2Q＝1500と、燒結材の特性が劣
っている。
は従来の材料（SUS420J2）である。第１図（ａ），
（ｂ）でわかる様に振動体１単体では、SUS420J2の方が
振動特性はよく、また、共振の尖鋭度Ｑ値を比較しても
燒結材Ｑ＝800、SUS420J2Q＝1500と、燒結材の特性が劣
っている。
しかし、モータとして構成し、駆動した状態では、振
動体１はロータ３によって加圧されており、振動が拘束
されるので、Ｑ値は振動体１単体の時よりも低下するこ
とが知られている。すなわち、振動体単体の状態で多少
振動特性に差があっても、モータ駆動状態にしてみなけ
れば、それが使えないかどうかはわからない。
動体１はロータ３によって加圧されており、振動が拘束
されるので、Ｑ値は振動体１単体の時よりも低下するこ
とが知られている。すなわち、振動体単体の状態で多少
振動特性に差があっても、モータ駆動状態にしてみなけ
れば、それが使えないかどうかはわからない。
第２図（ａ），（ｂ）は、第１図（ａ），（ｂ）の特
性を呈した振動体を使って同一条件でモーターのＴ−Ｎ
特性を判定したグラフを示す。尚比較に当って使用した
振動波モータの構成は第６図，第７図に示されるものと
同じである。第２図（ａ），（ｂ）からわかる様に、Ｔ
−Ｎ特性（図中Ｔ−Ｎ参照）及び効率（図中Ｋ参照）上
では、燒結材（第２図（ａ）参照）と従来のSUS材（第
２図（ｂ）参照）とでほとんど差がなく、振動波モータ
ーとして使えることがわかった。
性を呈した振動体を使って同一条件でモーターのＴ−Ｎ
特性を判定したグラフを示す。尚比較に当って使用した
振動波モータの構成は第６図，第７図に示されるものと
同じである。第２図（ａ），（ｂ）からわかる様に、Ｔ
−Ｎ特性（図中Ｔ−Ｎ参照）及び効率（図中Ｋ参照）上
では、燒結材（第２図（ａ）参照）と従来のSUS材（第
２図（ｂ）参照）とでほとんど差がなく、振動波モータ
ーとして使えることがわかった。
第３図には燒結材の他の材料で、また第４図に示す様
なテストピースで振動特性Ｑ値を測定し、SUS420J2と比
較したデータを示す。第３図からわかる様に、鉄系（Fe
系）、銅系（Cu系）、ステンレス系（SUS系）、の燒結
材でも、空孔率を20％以下にして密度を上げることによ
り、振動特性Ｑ値が高くなり、ステータの材料として使
えることがわかる。
なテストピースで振動特性Ｑ値を測定し、SUS420J2と比
較したデータを示す。第３図からわかる様に、鉄系（Fe
系）、銅系（Cu系）、ステンレス系（SUS系）、の燒結
材でも、空孔率を20％以下にして密度を上げることによ
り、振動特性Ｑ値が高くなり、ステータの材料として使
えることがわかる。
［他の実施例］ 第５図には本発明のその他の実施例として第１図の鉄
（Fe）系燒結材に銅（Cu）を溶浸させて密度をほぼ100
％近くまでにしたものの振動特性を示す。
（Fe）系燒結材に銅（Cu）を溶浸させて密度をほぼ100
％近くまでにしたものの振動特性を示す。
第５図からわかる様に振動特性は、ある種の素材を溶
浸しないもの（第１図（ａ）参照）に比べ改善されてお
り、また振動特性Ｑ値も1100〜1200程度に上り改善され
ている。
浸しないもの（第１図（ａ）参照）に比べ改善されてお
り、また振動特性Ｑ値も1100〜1200程度に上り改善され
ている。
本実施例では溶浸する金属の例として銅（Cu）のデー
タのみを示したが、その他鉄（Fe）よりも融点が低く、
振動減衰の小さい材料であればよく、例えば、亜鉛、ア
ルミニウム、銀などでもよい。
タのみを示したが、その他鉄（Fe）よりも融点が低く、
振動減衰の小さい材料であればよく、例えば、亜鉛、ア
ルミニウム、銀などでもよい。
［発明の効果］ 以上説明したように、高い加工精度が得られる焼結材
で振動体での弾性体を成形し、また焼結材の空孔率20％
以下にして材料密度を上げ、高い効率（振動特性Ｑ値を
上げる）が得られるようにするとともに、焼結材で成形
された弾性体に金属又は高分子化合物を含浸又は溶浸さ
せたことにより、仕上げ加工をする場合での微少衝撃の
発生を少なくして切削を容易にする事ができることや、
さびやすい鉄系焼結材の防錆効果を得て錆による被駆動
体との摩擦係数の変化による駆動トルクの減少を防止で
き、さらには熱伝導率の特性も変えて長時間の駆動での
温度上昇も押さえる事ができるなど、振動波駆動装置と
しての性能の向上をはかることができる。
で振動体での弾性体を成形し、また焼結材の空孔率20％
以下にして材料密度を上げ、高い効率（振動特性Ｑ値を
上げる）が得られるようにするとともに、焼結材で成形
された弾性体に金属又は高分子化合物を含浸又は溶浸さ
せたことにより、仕上げ加工をする場合での微少衝撃の
発生を少なくして切削を容易にする事ができることや、
さびやすい鉄系焼結材の防錆効果を得て錆による被駆動
体との摩擦係数の変化による駆動トルクの減少を防止で
き、さらには熱伝導率の特性も変えて長時間の駆動での
温度上昇も押さえる事ができるなど、振動波駆動装置と
しての性能の向上をはかることができる。
また、振動体での弾性体の複数のスリット部も成形に
より設けることができるので、振動体としての性能を落
とすことなく加工性を大きく向上させる事ができる。
より設けることができるので、振動体としての性能を落
とすことなく加工性を大きく向上させる事ができる。
更に、弾性体に吸振性の低い金属又は高分子化合物を
含浸又は溶浸させたので、エネルギー変換素子の振動を
効率よく弾性体の振動にする事ができ、特に高い効率で
の振動波を発生させる事ができる。
含浸又は溶浸させたので、エネルギー変換素子の振動を
効率よく弾性体の振動にする事ができ、特に高い効率で
の振動波を発生させる事ができる。
第１図〜第４図は本発明の燒結材の振動特性比較を示す
図、 第５図はその他の実施例の振動特性を示す図、 第６図，第７図は従来の振動波モータの構造図を示す図
である。 図において、 １……弾性体 ２……圧電素子 ３……ロータ
図、 第５図はその他の実施例の振動特性を示す図、 第６図，第７図は従来の振動波モータの構造図を示す図
である。 図において、 １……弾性体 ２……圧電素子 ３……ロータ
Claims (3)
- 【請求項１】弾性体に電気−機械エネルギー変換素子を
機能的に結合させた振動体を有し、該振動体に被駆動体
を加圧接触し、前記変換素子に電気信号を印加すること
により前記振動体に発生させた振動波により前記被駆動
体を前記振動体と相対的に移動させる振動波駆動装置に
おいて、前記振動体の弾性体として空孔率が20％以下の
焼結体を用い、且つ前記焼結体で成形された弾性体に金
属又は高分子化合物を含浸又は溶浸させたことを特徴と
する振動波駆動装置。 - 【請求項２】弾性体に電気−機械エネルギー変換素子を
機能的に結合させた振動体を有し、該振動体に被駆動体
を加圧接触し、前記変換素子に電気信号を印加すること
により前記振動体に発生させた振動波により前記被駆動
体を前記振動体と相対的に移動させる振動波駆動装置に
おいて、前記振動体の弾性体には前記被駆動体との接触
側に複数のスリット部を形成するものであり、前記弾性
体として空孔率が20％以下の焼結体で前記スリット部も
含めて前記弾性体を成形し、且つ前記焼結体で成形され
た弾性体に金属又は高分子化合物を含浸又は溶浸させた
ことを特徴とする振動波駆動装置。 - 【請求項３】前記弾性体に吸振性の低い銅などの金属又
は高分子化合物を含浸又は溶浸させたことを特徴とする
請求項（１）又は（２）記載の振動波駆動装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2226999A JP2675911B2 (ja) | 1990-08-28 | 1990-08-28 | 振動波駆動装置 |
| US07/750,329 US5187406A (en) | 1990-08-28 | 1991-08-27 | Vibration driven motor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2226999A JP2675911B2 (ja) | 1990-08-28 | 1990-08-28 | 振動波駆動装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04109878A JPH04109878A (ja) | 1992-04-10 |
| JP2675911B2 true JP2675911B2 (ja) | 1997-11-12 |
Family
ID=16853927
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2226999A Expired - Lifetime JP2675911B2 (ja) | 1990-08-28 | 1990-08-28 | 振動波駆動装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5187406A (ja) |
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1991
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